本节以同质结LED为例介绍发光二极管的工作原理。与前述M41T80M6F二能级系相比,半导体中的“高能级”为导带,“低能级”为价带,相应的发光模型修正为导带电子跃迁至价带发生“电子-空穴”的复合。复合有两种类型,其一为辐射复合,复合的结果为将电子一空穴碰撞获得的能量转移至辐射相同能量的光子以实现能量守恒;其二为非辐射复合,复合的结果为通过辐射声子(晶格振动辐射热)实现能量守恒。图⒋4示出了同质p-n结零偏压和正偏压下的能带图、正偏压下的过剩载流子分布及电子与空穴辐射复合发光的过程。由图可见LED的发光原理为:给少n结施加的正向偏压打破了原有的热平衡状态,p区和n区的费米能级由热平衡时的统一能级EF分离成为p区的准费米能级司:和n区的准费米能级岛、它们分别用来描述p区和n区中电子、空穴的分布规律。正向偏压降低了势垒有效高度、 减薄了耗尽区,使得n区的电子和p区的空穴分别扩散通过pˉn结而进入p区和n区形成了扩散电流。该电流增加了p-ll结耗尽区附近的过剩少子浓度,它们将与相应区域的多子“碰撞”发生复合。复合的过程应满足能量守恒定律。非辐射复合时,释放的能量消耗在晶格振动上使LED芯片发热,辐射复合时则释放光子使LED芯片发光。此外,发生复合时还应满足动量守恒定律,即复合前后电子的动量应相等。发生复合时直接带隙半导体材料自然满足动量守恒定律;间接带隙材料则需要通过辐射多个声子调整动量才能满足动量守恒定律,即辐射复合过程中有声子参与,它使得间接带隙材料辐射复合的内量子效率远低于直接带隙的,故制作半导体发光器件一般均采用直接带隙材料。我们称这种由电子注入产生光子发射的现象为电致发光。