LED（発光ダイオード）が光る仕組みは、半導体素子が電流を流すことによって光を発生させることによって実現されます。
LEDには、P型半導体とN型半導体の接合部に挟まれた活性層があります。活性層には、光を発生させるための特定の物質が含まれています。P型半導体側に正極（アノード）を、N型半導体側に負極（カソード）を接続すると、外部からの電気を通じて、電流がLED内部を流れるようになります。
この電流が活性層を通過すると、電子がエネルギーを放出して光を発生させます。この光は、活性層内で放出されたエネルギーに応じて、特定の波長の光となります。活性層の物質や製造工程によって異なる波長の光を発生させることができ、LEDが発する色も異なります。
LEDは、半導体素子であるため、小型化が可能であり、省エネで長寿命な点が特徴です。また、発熱が少ないため、熱に弱い素材を使用する場合にも適しています。これらの特性により、様々な用途に広く利用されています。
「活性層には、光を発生させるための特定の物質」とありますが、具体的な物質例を代表的なものから、考えられるかぎりあげてみます
LED（発光ダイオード）の活性層に使用される物質は、その発光色によって異なります。活性層は、電流が流れると電子と正孔が結合し、光を放出する半導体の部分です。以下に、代表的な物質を発光色ごとに挙げます。
赤色LED
- アルミニウムガリウムインジウムフォスファイド (AlGaInP): 明るい赤色の発光に用いられる。
- ガリウムアルセナイド (GaAs): 赤外線を含む深赤色に用いられることがある。
緑色LED
- アルミニウムガリウムフォスファイド (AlGaP): 明るい緑色の発光に用いられる。
- インジウムガリウム窒化物 (InGaN): 青緑色から緑色の発光に用いられる。
青色LED
- インジウムガリウム窒化物 (InGaN): 高輝度の青色発光に用いられる。
白色LED
白色LEDは、青色LEDに黄色の蛍光体を組み合わせるか、紫または紫外線のLEDに複数色の蛍光体を組み合わせて、白色光を生成します。このため、以下の物質が関連します。
- インジウムガリウム窒化物 (InGaN): 青色LEDの基となる。
- 蛍光体: 白色光を生成するために用いられる、様々な種類がある。
紫外線LED
- アルミニウムガリウム窒化物 (AlGaN): 紫外線を発生させるために用いられる。
赤外線LED
- ガリウムアルセナイド (GaAs): 赤外線発光に用いられる。
- アルミニウムガリウムアルセナイド (AlGaAs): より効率的な赤外線発光に用いられる。
これらは代表的な物質ですが、LEDの技術進歩により、新しい材料が開発され続けています。また、これらの物質は単独で使われることもあれば、合金形成によって性能が調整されることもあります。
正孔の読みと、意味を教えてください。これは日本語ですか？
正孔（せいこう）は日本語の用語で、半導体物理学において電子が占有していた価電子帯の空席を表します。この空席は電子が存在しないために正の電荷を持つと見なされ、電子の動きとは反対方向に移動することで電流を形成します。正孔は、電子が価電子帯から伝導帯へと移動する際に残される「空洞」のようなものと考えることができ、この空洞が物質内を動くことで正の電荷として振る舞います。
要するに、正孔は半導体内での電気的な動きを理解する上で重要な概念であり、電子と共に半導体の電気伝導性を決定する要素の一つです。電子と正孔が結合することで光を放出する現象は、LEDなどの光源技術において中心的な役割を果たします。
