발광다이오드 (發光－ light emitting diode)
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반도체의 pn접합에 전류를 흘려 빛이 방출되도록 한 다이오드. |
반도체의 pn접합에 전류를 흘려 빛이 방출되도록 한 다이오드. LED라고도 한다.
반도체다이오드의 pn접합에 전류가 흐르면 n형반도체의 전자는 p형반도체 영역으로, p형반도체의 양공(陽孔)은 n형반도체 영역으로 확산된다.
이들 전자와 양공은 각각의 영역에 있는 양공·전자와 재결합하는데, 이때 반도체의 금지대 폭에 맞는 에너지에 대응하는 파장의 빛을 방출한다.
이 현상은 주입형 일렉트로루미네선스라고 하는데, 1907년에 영국의 H.J. 라운드는 탄화규소에 바늘을 세우고 여기에 전류를 흘렸을 때 발광하는 현상을 관찰하였다.
뒤이어 소련의 O.V. 로세프가 재발견함으로써 여러 가지 재료에 대한 많은 연구가 이루어졌다.
오늘날과 같은 형태의 화합물반도체를 이용한 발광다이오드는 미국의 E.E. 로브너가 1957년부터 개발한 것을 정리한 것이다.
발광다이오드에는 화합물반도체가 이용된다. 비소화갈륨 GaAs는 적외선용 외에 희토류형광체와 조합시켜 파랑·녹색·빨강 등의 가시광선에도 이용된다.
비소화갈륨알루미늄 GaAlAs는 적외선 또는 빨간색용, 인화갈륨비소 GaAsP는 빨간색·주황색 또는 노란색용, 인화갈륨 GaP는 빨간색·녹색 또는 노란색용에 이용된다.
비소화갈륨발광다이오드에는 그 만드는 방법에 따라 화산형과, 액상성장법을 이용한 액상형이 있다.
확산형의 발광효율은 4~6%로 나쁘지만 응답시간은 100㎱로 좋기 때문에 포토커플러에 이용된다. 액상형은 발광효율이 5~30%로 좋지만 응답시간은 1㎲로 느리기 때문에 표시용으로 이용된다.
인화갈륨은 발광에 대한 흡수가 적기 때문에 빛의 이용률은 좋다. 인화갈륨비소는 비소화갈륨에 인을 혼정(混晶)시킨 것으로, 기체상적층성장(epitaxal growth)에 의해 균일하고 넓이가 큰 것을 얻을 수 있어 오래 전부터 공업화되어 있다.
따로 광통신용 등의 목적으로 10만W/㎡·㏛ 이상의 고휘도발광다이오드가 개발되어 있다. 이것에는 헤테로(이종)접합이 이용되고, 빛의 방출에도 여러 가지로 고안되고 있으며, 광전변환효율이 45%, 100㎜W인 것도 만들어지고 있다.
이 밖에 질소화갈륨 GaN, 탄화규소 SiC, 인화인듐갈륨 InGaP, 인화인듐갈륨알루미늄 InGaAlP 등이 파란색·녹색·흰색 등의 발광용으로 개발되고 있다.
