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PN接合エレクトロルミネッセンス

1927
  • Oleg Losev
Light-emitting diode testing in solid state physics laboratory.

(画像はイメージです)

A light-emitting diode is a 半導体 p-n junction. When a suitable forward voltage is applied, electrons from the n-side and holes from the p-side are injected into the depletion region. As they recombine, energy is released. In direct band gap semiconductors, this energy is efficiently emitted as photons of light, a process known as electroluminescence.

LEDの基本原理は、半導体pn接合の量子力学に基づいています。半導体は不純物を添加することで、自由電子が過剰なn型領域と、電子正孔が過剰なp型領域の2種類の領域を作り出します。これらの2つの領域が接する部分には空乏層が形成され、ゼロバイアス下では電流が流れないという電位障壁が生じます。

順方向電圧を印加すると、この電位障壁が低下し、n型半導体側から電子、p型半導体側から正孔が接合部を越えて注入されます。活性領域では、これらの電子と正孔が出会って再結合します。再結合が起こるたびに、電子はより低いエネルギー準位に遷移し、エネルギーを放出します。このエネルギーは、熱として散逸するか(非放射再結合)、光子として放出されます(放射再結合)。効率的なLEDを実現する鍵は、放射再結合を最大化することです。これは通常、直接バンドギャップ半導体を用いることで実現されます。直接バンドギャップ半導体では、再結合時に電子と正孔の運動量が保存されるため、光子が直接放出されます。

UNESCO Nomenclature: 2211
固体物理学

タイプ

物理デバイス

混乱

基礎

使用法

広く普及している

前駆物質

  • 半導体の発見
  • ウィリアム・ショックレーによるpn接合理論の発展
  • 固体量子論とエネルギーバンド
  • invention of the point-contact トランジスタ
  • 1907年にHJラウンドが行った炭化ケイ素からの発光に関する初期の観測

アプリケーション

  • 表示灯
  • 固体照明
  • 光ファイバー通信
  • リモコン
  • 7セグメントディスプレイ

特許:

  • US2569347A

潜在的なイノベーションのアイデア

  • bio-integrated leds for optogenetic stimulation in neural tissue
  • li-fi (light fidelity) systems for high-speed wireless data communication
  • ウェアラブル sensors that use led spectroscopy to monitor blood glucose non-invasively
  • smart dust with micro-leds for environmental sensing networks
  • plant-specific photosynthetic leds that adapt their spectrum to a plant’s growth stage
  • led-based water purification systems using deep-UV emission
  • quantum dot color-converted micro-leds for hyper-realistic displays
  • flexible, transparent led films for heads-up displays on windows
  • leds integrated into textiles for safety and communication
  • single-photon source leds for quantum cryptography applications
関連キーワード:pn接合、エレクトロルミネセンス、半導体、放射再結合、順方向バイアス、ダイオード、バンドギャップ、固体物理学、電子正孔対、ドーピング。

歴史的背景

PN接合エレクトロルミネッセンス

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(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。)

10年目 周年

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