발광 다이오드 - LED

목차

발광
반도체 소자
외인성 반도체

본문내용

LED (Light-Emitting Diode)
발광
어떤 p-n정류 접합은 전계 발광(electroluminescence)이라는 과정에서 가시광선을 발생하는데 사용될 수 있다. 순방향 바이어스가 소자에 적용되면, 전자와 정공은 에 의하여 재결합 지역 내에서 서로 상쇄된다. 재결합시 광선이 방출되며, 어떤 조건하에서 가시광선으로 나타나게 된다. 가시광선을 발광하는 다이오드를 발광 다이오드(LED)라고 하며, 이것은 디지털 디스플레이에 이용된다. 발광 다이오드는 사용되는 반도체 재료에 따라 특정 색을 다르게 내고 있다.
발광 다이오드에 적합한 재료로는 발광파장이 가시 또는 근적외선영역에 존재할 것, 발광효율이 높을 것, p-n 접합의 제작이 가능할 것 등의 조건을 만족시키는 것으로서 주로 비소화갈륨(GaAs), 인화갈륨(GaP), 갈륨-비소-인(GaAs1-xPx), 갈륨-알루미늄-비소(Ga1-xAlxAs), 인화인듐(InP), 인듐-갈륨-인(In1-xGaxP) 등의 화합물 반도체가 사용되고 있다.
발광기구는 크게 나누어 자유 캐리어의 재결합에 의한 것과, 불순물 발광중심에서의 재결합에 의한 것이 있다. 자유 캐리어의 재결합에 의한 것에서 발광파장은 대략 (c:광속, h:플랑크상수,Eg:에너지 밴드 갭)와 같으며, 비소화갈륨의 경우에는 약 900nm인 근적외광이 된다. 갈륨-비소-인에서는 인의 함유량 증가에 따라 밴드갭이 증가하므로 가시발광 다이오드가 된다.
불순물 발광중심에서의 재결합에 의한 것에서는 발광 파장은 반도체에 첨가되는 불순물의 종류에 따라 다르다. 인화갈륨인 경우 아연 및 산소 원자가 관여하는 발광은 적색(파장 700nm)이고, 질소 원자가 관여하는 발광은 녹색(파장 550nm)이다.
반도체 소자
다이오드[diode 또는 정류기(rectifier))는 전류를 한쪽 방향으로만 흐르게 하는 전자 소자이다. p-n 접합 반도체 정류기가 만들어지기 전에는 진공관 다이오드를 사용하였다. p-n 정류 접합(rectifying junction)은 하나로 이루어진 반도체를 이용하여 한쪽은 n-형으로 도핑하고, 다른 한쪽은 p-형으로 도핑함으로써 만들어진다. 만약에 2개의 분리된 2개의 n-형과 p-형 재료를 서로 접근시켜 접합시키면 매우 불량한 정류기가 만들어지는데, 이것은 두 접합면 사이에 존재하는 계면이 소자 성능을 크게 저하시키기 때문이다. 또한 단결정 반도체 재료를 사용하여야 하는데, 이것은 다결정 재료에 존재해 있는 입자 계면들이 전자의 흐름을 방해하여 전자 특성을 저해하기 때문이다.
전압을 p-n 접합에 가해 주기 전에, p-형 반도체 쪽은 정공이 주 운반자가 되고, n-형 반도체 쪽은 전자가 주 운반자가 된다. 외부에서 가해주는 전압은 p-n 접합에 걸쳐 전압차가 다른 극성을 나타내며 형성된다. 건전지를 사용할 때 양극 단자는 p-형에 음극 단자는 n-형 반도체 쪽에 연결하는데, 이와 같은 배열을 순방향 바이어스(forward bias)라고 한다. 극성을 반대(음극을 p-형, 양극을 n-형)로 연결시킬 때, 이 배열을 역방향 바이어스(reverse bias)라고 한다.

키워드

LED,   발광 다이오드,   발광 소자