LED｜基礎編
LEDとは LEDデバイスについて
2022.10.26
この記事のポイント
・LEDは電流を流すと、p型半導体の正孔と、n型半導体の電子が再結合することにより発光する。
・LEDは発光素子の材料やその比率によって発光波長が変わる。
LEDはなぜ光る？
表示器や照明など生活の様々なところで使われるLEDですが、いったいどうやって光っているのでしょう？
例えば電球や蛍光灯はフィラメントの発熱や放電現象など、電気エネルギーを間接的に光に変換し発光しますが、LEDは電気エネルギーを直接光に変換します。そのため、電気から光への変換効率が大変高い製品と言えます。
ここでは、LEDに使用されている半導体素子の発光原理について説明します。
※本稿ではパッケージに入れ製品化したものをLED（またはLEDデバイス）と呼び、素子（発光素子）と区別します。
LEDの発光原理
LED＝発光ダイオード（Light Emitting Diode）の素子の基本構造は、p型半導体とn型半導体が接合された「pn接合」の半導体です。
※p型半導体（ + :positive 正孔(ホール)が多い半導体）
n型半導体（ – :negative 電子が多い半導体）
この素子に順方向の電圧をかけると、正孔（プラス）と電子（マイナス）はp-n接合に向けて移動し双方が結合して消滅します。このとき生じる余分なエネルギーが光として変換され発光します。
この現象を発光再結合と言います。
※電子（マイナス）と正孔（プラス）が結合すると、余剰エネルギーで発光する
発光素子の材料
通常のダイオードは主にSi（シリコン）やGe（ゲルマニウム）などを材料としますが、これら単元素半導体は電子と正孔の結合時に発光を伴いにくいため、LEDではGaN,GaAs,InP等の、再結合時に発光を伴いやすい化合物半導体が用いられます。
これらを組み合わせたもの（組み合わせ例としてはGaAsP, AlGaAs, InGaAlP, AlGaN など）を、所定の基板に結晶面をそろえて成長（エピタキシャル成長）させることで発光素子の機能を得ることができます。
材料によって変わる発光色
LEDの素子の材料である化合物半導体はその構成や比率によって、赤外光から赤や緑といった可視光、紫外光などさまざまな波長で発光します。
この光の色は、再結合の前後の電子のエネルギーレベルによっても異なります。この余剰として光に変換されるエネルギーレベルの差（バンドギャップエネルギー）が大きいほど光の波長は短くなります。
【資料ダウンロード】 LEDデバイスの基礎
LEDデバイスの構造や特性データの見方、静電破壊や熱抵抗など、使用に際しての注意事項などをまとめています。
