발광다이오드
[ luminescent diode ]
- 요약
반도체의 p-n 접합구조를 이용하여 주입된 소수캐리어(전자 또는 정공)를 만들어내고, 이들의 재결합(再結合)에 의하여 발광시키는 것.
LED(light emitting diode)라고도 한다. 반도체에 전압을 가할 때 생기는 발광현상은 전기 루미네선스(전기장발광)라고 하며, 1923년 탄화규소 결정의 발광 관측에서 비롯된다. 1923년에 비소화갈륨 p-n 접합에서의 고발광효율이 발견되면서부터 그 연구가 활발하게 진행되었고, 1960년대 말에는 이들이 실용화되기에 이르렀다.
발광다이오드에 적합한 재료로는 ①발광파장이 가시(可視) 또는 근적외영역(近赤外領域)에 존재할 것, ②발광효율이 높을 것, ③p-n접합의 제작이 가능할 것 등의 조건을 만족시키는 것으로서 주로 비소화갈륨 GaAs, 인화갈륨 GaP, 갈륨-비소-인 GaAs1-x Px, 갈륨-알루미늄-비소 Ga1-xAlxAs, 인화인듐 InP, 인듐-갈륨-인 ln1-xGaxP 등 3A 및 5A족인 2원소 또는 3원소 화합물 반도체가 사용되고 있는데, 2B, 6B족이나 4A, 4B족인 것에 대하여도 연구가 진행되고 있다.
발광기구는 크게 나누어 ①자유 캐리어의 재결합에 의한 것과, ②불순물 발광중심에서의 재결합에 의한 것이 있다. ①에서 발광파장은 대략 hc/Eg과 같다. 이때 c는 광속, h는 플랑크 상수, Eg는 금지띠(band gap)의 에너지폭이며, 비소화갈륨의 경우에는 파장이 약 900nm인 근적외광이 나온다. 갈륨-비소-인에서는 인의 함유량 증가에 따라 Eg가 증가하므로 가시발광 다이오드가 된다.
한편, ②에서는 발광파장은 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. 발광 다이오드는 종래의 광원(光源)에 비해 소형이고, 수명은 길며, 전기에너지가 빛에너지로 직접 변환하기 때문에 전력이 적게 들고 효율이 좋다.
또한 고속응답이라 자동차 계기류의 표시소자, 광통신용광원 등 각종 전자기기의 표시용 램프, 숫자표시 장치나 계산기의 카드 판독기 등에 쓰이고 있다. 또, 주입형 반도체 레이저는 주입 밀도가 매우 높은 발광 다이오드의 일종이며, 반전분포(反轉分布)가 발생하여 간섭성(干涉性) 빛을 생기게 할 수 있다.