半导体发光二极管和半导体激光器相似，也是一个PN结，也是应用外电源向PN结注入电子来发光的。半导体发光二极管记作LED，是由P型半导体构成的P层和N型半导体构成的N层，以及两头的由双异质构造成的有源层组成。 半导体发光二极管的构造复杂，体积小，打工电流小，运用方便，本钱低，所以在光电零碎中的使用极爲普遍。

一、ＬＥＤ发光原理

发光二极管是由Ⅲ－Ⅳ族化合物，如ＧａＡｓ（砷化镓）、ＧａＰ（磷化镓）、ＧａＡｓＰ（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是ＰＮ结。因此它具有一般Ｐ－Ｎ结的Ｉ－Ｎ特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由Ｎ区注入Ｐ区，空穴由Ｐ区注入Ｎ区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图１所示。

假设发光是在Ｐ区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近ＰＮ结面数μｍ以内产生。

半导体发光二极管的结构公差没有激光器那么严格，而且无谐振腔。所以，所发出的光不是激光，而是荧光。LED是外加正向电压工作的器件。在正向偏压作用下，N区的电子将向正方向扩散，进入有源层，P区的空穴也将向负方向扩散，进入有源层。进入有源层的电子和空穴由于异质结势垒的作用，而被封闭在有源层内，就形成了粒子数反转分布。这些在有源层内粒子数反转分布的电子，经跃迁与空穴复合时，将产生自发辐射光。

理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅｇ有关，即λ≈１２４０／Ｅｇ（ｍｍ）式中Ｅｇ的单位为电子伏特（ｅＶ）。若能产生可见光（波长在３８０ｎｍ紫光～７８０ｎｍ红光），半导体材料的Ｅｇ应在３．２６～１．６３ｅＶ之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。

二、ＬＥＤ的特性

１．极限参数的意义

（１）允许功耗Ｐｍ：允许加于ＬＥＤ两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，ＬＥＤ发热、损坏。

（２）最大正向直流电流ＩＦｍ：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。

（３）最大反向电压ＶＲｍ：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。

（４）工作环境ｔｏｐｍ：发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。

２．电参数的意义

（１）光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长，其波长大体按所示。由图可见，该发光管所发之光中某一波长λ０的光强最大，该波长为峰值波长。

（２）发光强度ＩＶ：发光二极管的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为（１／６８３）Ｗ／ｓｒ时，则发光１坎德拉（符号为ｃｄ）。由于一般ＬＥＤ的发光二强度小，所以发光强度常用坎德拉（ｍｃｄ）作单位。

（３）光谱半宽度Δλ：它表示发光管的光谱纯度．是指中１／２峰值光强所对应两波长之间隔．

（４）半值角θ１／２和视角：θ１／２是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹角。半值角的２倍为视角（或称半功率角）。

给出的二只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况。中垂线（法线）ＡＯ的坐标为相对发光强度（即发光强度与最大发光强度的之比）。显然，法线方向上的相对发光强度为１，离开法线方向的角度越大，相对发光强度越小。由此图可以得到半值角或视角值。

（５）正向工作电流Ｉｆ：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。在实际使用中应根据需要选择ＩＦ在０．６·ＩＦｍ以下。

（６）正向工作电压ＶＦ：参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。一般是在　ＩＦ＝２０ｍＡ时测得的。发光二极管正向工作电压ＶＦ在１．４～３Ｖ。在外界温度升高时，ＶＦ将下降。

（７）Ｖ－Ｉ特性：发光二极管的电压与电流的关系。在正向电压正小于某一值（叫阈值）时，电流极小，不发光。当电压超过某一值后，正向电流随电压迅速增加，发光。由Ｖ－Ｉ曲线可以得出发光管的正向电压，反向电流及反向电压等参数。正向的发光管反向漏电流ＩＲ＜１０μＡ以下。