發(fā)光二極管是顯眼的半導體二極管類型。它們發(fā)出帶寬相當窄的可見光，包括不同顏色波長的可見光、用于遙控器的不可見紅外光或當正向電流通過時發(fā)出的激光光。
　　“發(fā)光二極管”或更常見的名稱是 LED，它基本上只是一種特殊類型的二極管，因為它們的電氣特性與 PN 結(jié)二極管非常相似。這意味著 LED 會正向通過電流，但會阻止反向電流流動。
　　發(fā)光二極管由一層非常薄的、摻雜程度相當高的半導體材料制成，根據(jù)所用的半導體材料和摻雜量，當正向偏置時，LED 會發(fā)出特定光譜波長的彩色光。
　　當二極管正向偏置時，半導體導帶中的電子與價帶中的空穴重新結(jié)合，釋放出足夠的能量，產(chǎn)生發(fā)出單色光的光子。由于這一薄層的存在，相當數(shù)量的光子可以離開結(jié)點并輻射出去，產(chǎn)生彩色光輸出。
　　發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)
　　然后我們可以說，當以正向偏置方向操作時，發(fā)光二極管是將電能轉(zhuǎn)換為光能的半導體器件。
　　發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)與普通信號二極管的結(jié)構(gòu)非常不同。LED 的 PN 結(jié)被透明的硬塑料環(huán)氧樹脂半球形外殼或主體包圍，可保護 LED 免受振動和沖擊。
　　令人驚訝的是，LED 結(jié)實際上不會發(fā)出那么多光，因此環(huán)氧樹脂主體的構(gòu)造方式使得結(jié)發(fā)出的光子從二極管所連接的周圍基板基座反射出去，并通過 LED 的圓頂向上聚焦，圓頂本身就像一個透鏡，可以集中光量。這就是為什么發(fā)射的光在 LED 頂部看起來亮的原因。
　　然而，并非所有 LED 的環(huán)氧外殼都采用半球形圓頂。有些指示 LED 具有矩形或圓柱形結(jié)構(gòu)，頂部為平面，或者其主體呈條形或箭頭形。通常，所有 LED 都制造有兩條從主體底部伸出的腿。
　　此外，幾乎所有現(xiàn)代發(fā)光二極管都有其陰極（  -  ）端子，其特征是主體上的凹口或平坦點，或通過陰極引線比另一根引線短來識別，因為陽極（  +  ）引線比陰極（k）長。
　　與普通白熾燈和燈泡在發(fā)光時會產(chǎn)生大量熱量不同，發(fā)光二極管產(chǎn)生的是“冷”光，因此效率比普通“燈泡”高，因為大部分產(chǎn)生的能量在可見光譜內(nèi)輻射出去。由于 LED 是固態(tài)設備，因此它們非常小巧耐用，并且比普通光源的燈泡壽命長得多。
　　發(fā)光二極管顏色
　　那么發(fā)光二極管的顏色是如何形成的呢？與用于檢測或電源整流的普通信號二極管不同，普通信號二極管由鍺或硅半導體材料制成，而發(fā)光二極管則由砷化鎵 (GaAs)、磷化鎵 (GaP)、磷化砷化鎵 (GaAsP)、碳化硅 (SiC) 或氮化銦鎵 (GaInN) 等奇異的半導體化合物制成，所有這些化合物以不同的比例混合在一起，產(chǎn)生不同波長的顏色。
　　不同的 LED 化合物在可見光譜的特定區(qū)域發(fā)光，因此產(chǎn)生不同的強度水平。所用半導體材料的選擇將決定光子發(fā)光的總波長，從而決定發(fā)光的顏色。
　　發(fā)光二極管顏色

　

　　因此，發(fā)光二極管的實際顏色由發(fā)射光的波長決定，而波長又由制造過程中形成 PN 結(jié)所用的實際半導體化合物決定。
　　因此，LED 發(fā)出的光的顏色并不由 LED 塑料外殼的顏色決定，盡管這些外殼略帶顏色，既可以增強光輸出，又可以在沒有電源照明時顯示其顏色。
　　發(fā)光二極管具有多種顏色，常見的是紅色、琥珀色、 黃色 和綠色，因此廣泛用作視覺指示器和移動光顯示器。
　　近開發(fā)的藍色和白色LED也已面市，但它們往往比普通標準顏色的LED貴得多，這是因為在半導體化合物中以的比例混合兩種或多種互補顏色，以及在摻雜過程中將氮原子注入晶體結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)成本。
　　從上表我們可以看出，制造發(fā)光二極管時使用的主要 P 型摻雜劑是鎵 (Ga，原子序數(shù) 31)，而主要使用的 N 型摻雜劑是砷 (As，原子序數(shù) 33)，從而形成砷化鎵 (GaAs) 晶體結(jié)構(gòu)的化合物。
　　單獨使用砷化鎵作為半導體化合物的問題在于，當正向電流流過時，它會從其結(jié)面輻射出大量低亮度紅外輻射（約 850nm-940nm）。
　　它產(chǎn)生的紅外光量對于電視遙控器來說還算可以，但如果我們想將 LED 用作指示燈，那么它就沒什么用了。但是通過添加磷（P，原子序數(shù) 15）作為第三種摻雜劑，發(fā)射輻射的總波長降低到 680nm 以下，使人眼能夠看到可見的紅光。PN 結(jié)摻雜工藝的進一步改進產(chǎn)生了一系列顏色，涵蓋了我們上面看到的可見光譜以及紅外線和紫外線波長。
　　通過混合多種半導體、金屬和氣體化合物，可以生產(chǎn)出以下類型的 LED。
　　發(fā)光二極管的類型
　　砷化鎵 (GaAs) – 紅外線
　　砷化鎵磷化物 (GaAsP) – 紅光至紅外光、橙色
　　鋁鎵砷磷化物 (AlGaAsP) – 高亮度紅色、橙紅色、橙色和黃色
　　磷化鎵 (GaP) – 紅色、黃色和綠色
　　磷化鋁鎵 (AlGaP) – 綠色
　　氮化鎵（GaN）——綠色、翠綠色
　　氮化鎵銦 (GaInN) – 近紫外、藍綠色和藍色
　　碳化硅（SiC）——藍色基材
　　硒化鋅 (ZnSe) – 藍色
　　氮化鋁鎵 (AlGaN) – 紫外線
　　與傳統(tǒng) PN 結(jié)二極管一樣，發(fā)光二極管是電流相關(guān)器件，其正向壓降V F取決于半導體化合物（其光色）和正向偏置 LED 電流。常見的 LED 需要正向工作電壓約為 1.2 至 3.6 伏，正向電流額定值約為 10 至 30 毫安，其中常見的范圍是 12 至 20 毫安。
　　正向工作電壓和正向電流均根據(jù)所使用的半導體材料而變化，但開始導電并產(chǎn)生光的點對于標準紅色 LED 約為 1.2V 對于藍色 LED 約為 3.6V。
　　當然，由于所使用的摻雜材料和波長不同，確切的電壓降將取決于制造商。特定電流值（例如 20mA）下 LED 上的電壓降也將取決于初始傳導V F點。由于 LED 實際上是二極管，因此可以針對每種二極管顏色繪制其正向電流電壓特性曲線，如下所示。

　　發(fā)光二極管 IV 特性。

　　發(fā)光二極管
　　發(fā)光二極管 (LED) 原理圖符號和 IV 特性曲線
　　顯示可用的不同顏色。
　　在發(fā)光二極管能夠“發(fā)射”任何形式的光之前，它需要電流流過，因為它是一種電流依賴型設備，其光輸出強度與流過 LED 的正向電流成正比。
　　由于 LED 要在正向偏置條件下連接到電源，因此應使用串聯(lián)電阻限制電流，以防止電流過大。切勿將 LED 直接連接到電池或電源，因為過多的電流會通過并燒毀 LED，因此 LED 幾乎會立即損壞。
　　從上表中我們可以看出，每個 LED 在 PN 結(jié)上都有自己的正向電壓降，該參數(shù)由所用的半導體材料決定，是指定量的正向傳導電流（通常為 20mA 的正向電流）的正向電壓降。
　　在大多數(shù)情況下，LED 由低壓直流電源供電，并采用串聯(lián)電阻R S將正向電流限制在安全值內(nèi)，比如說，對于簡單 LED 指示燈，電流為 5mA；對于需要高亮度光輸出的情況，電流為 30mA 或更高。