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バンドギャップエネルギーと発光波長

1960
Semiconductor analysis in solid state physics with LED light emission.

(画像はイメージです)

光の色 導かれた 発光エネルギーは半導体のバンドギャップエネルギー([latex]E_g[/latex])によって決まります。放出される光子のエネルギーは、ほぼ[latex]E_g[/latex]に等しくなります。このエネルギーは、プランク・アインシュタインの関係式[latex]E_g approx hf = frac{hc}{lambda}[/latex]に従って、光の波長([latex]lambda[/latex])に反比例します。合金を設計することで、バンドギャップを精密に調整して、さまざまな色を作り出すことができます。

LEDの色を制御する能力は、量子力学と固体物理学の直接的な応用です。「バンドギャップ」とは、半導体における価電子帯と伝導帯のエネルギー差のことです。電子が正孔と再結合して光子を放出するには、このギャップを越える必要があります。したがって、放出される光子のエネルギーは、このギャップの大きさに根本的に関係しています。

科学者は、化合物半導体合金を作製することでバンドギャップを「設計」することができます。例えば、ガリウムヒ素リン(GaAsP)では、ヒ素とリンの比率を変えることでバンドギャップを変化させ、発光色を赤外線(純粋なGaAs)から赤色まで調整​​できます。同様に、インジウムガリウム窒化物(InGaN)合金は、青、緑、シアンのLEDに使用され、インジウムとガリウムの比率によって正確な色が決定されます。このように材料組成を精密に制御することで、可視光スペクトル全体、さらには赤外線や紫外線領域にもLEDを作製することが可能になり、これは従来の照明技術では不可能でした。

UNESCO Nomenclature: 2211
固体物理学

タイプ

物理的資産

混乱

実質的な

使用法

広く普及している

前駆物質

  • プランクの関係式 (e=hf)
  • アインシュタインの光電効果に関する研究
  • エピタキシーなどの半導体結晶成長技術の開発
  • フェリックス・ブロッホらが開発した固体のバンド理論

アプリケーション

  • テレビやモニター用のRGBディスプレイ
  • 特定のスペクトルを持つ園芸用育成ライト
  • マルチカラー表示灯
  • 自動車の内装および外装照明
  • 医療用光線療法機器

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連キーワード:バンドギャップ、波長、光子エネルギー、半導体合金、プランク・アインシュタイン関係、色調調整、量子力学、窒化ガリウム、ヒ化ガリウム、オプトエレクトロニクス。

歴史的背景

バンドギャップエネルギーと発光波長

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1960-05-16
1962
1963

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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