발광 다이오드는 반도체 pn 접합 구조입니다. 적절한 순방향 전압이 가해지면 n형 반도체에서 전자가, p형 반도체에서 정공이 공핍 영역으로 주입됩니다. 이들이 재결합하면서 에너지가 방출됩니다. 직접 밴드갭 반도체에서는 이 에너지가 효율적으로 광자 형태로 방출되는데, 이 과정을 전기발광이라고 합니다.

(설명을 위한 생성된 이미지입니다)
발광 다이오드는 반도체 pn 접합 구조입니다. 적절한 순방향 전압이 가해지면 n형 반도체에서 전자가, p형 반도체에서 정공이 공핍 영역으로 주입됩니다. 이들이 재결합하면서 에너지가 방출됩니다. 직접 밴드갭 반도체에서는 이 에너지가 효율적으로 광자 형태로 방출되는데, 이 과정을 전기발광이라고 합니다.
LED의 기본 원리는 반도체 pn 접합의 양자 역학에 있습니다. 반도체는 불순물로 '도핑'되어 두 가지 유형의 영역을 만듭니다. 하나는 자유 전자가 과잉된 n형 영역이고, 다른 하나는 전자(정공)가 과잉된 p형 영역입니다. 이 두 영역이 만나는 곳에는 공핍 영역이 형성되어, 제로 바이어스 상태에서 전류의 흐름을 차단하는 전위 장벽을 생성합니다.
순방향 전압이 인가되면 전위 장벽이 낮아져 n형 반도체에서 전자가, p형 반도체에서 정공이 접합부를 가로질러 주입될 수 있습니다. 활성 영역에서 이러한 전자와 정공은 만나 재결합합니다. 각 재결합 과정에서 전자는 더 낮은 에너지 준위로 떨어지면서 에너지를 방출합니다. 이 에너지는 열로 소산되거나(비방사성 재결합) 빛의 광자로 방출될 수 있습니다(방사성 재결합). 효율적인 LED의 핵심은 방사성 재결합을 최대화하는 것입니다. 이는 일반적으로 직접 밴드갭 반도체를 사용하여 달성할 수 있는데, 이러한 반도체에서는 재결합 과정에서 전자와 정공의 운동량이 보존되어 광자가 직접 방출될 수 있습니다.
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PN 접합 전기발광
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