半導體發光器件包括半導體發光二極體（簡稱led）、數碼管、符號管、公尺字管及點陣式顯示屏（簡稱矩陣管）等。事實上，數碼管、符號管、公尺字管及矩陣管中的每個發光單元都是乙個發光二極體。
一、 半導體發光二極體工作原理、特性及應用
（一）led發光原理
發光二極體是由ⅲ-ⅳ族化合物，如gaas（砷化鎵）、gap（磷化鎵）、gaasp（磷砷化鎵）等半導體製成的，其核心是pn結。因此它具有一般p-n結的i-n特性，即正嚮導通，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發光特性。
在正向電壓下，電子由n區注入p區，空穴由p區注入n區。進入對方區域的少數載流子（少子）一部分與多數載流子（多子）復合而發光，如圖1所示。
假設發光是在p區中發生的，那麼注入的電子與價帶空穴直接復合而發光，或者先被發光中心捕獲後，再與空穴復合發光。除了這種發光復合外，還有些電子被非發光中心（這個中心介於導帶、介帶中間附近）捕獲，而後再與空穴復合，每次釋放的能量不大，不能形成可見光。發光的復合量相對於非發光復合量的比例越大，光量子效率越高。
由於復合是在少子擴散區內發光的，所以光僅在靠近pn結面數μm以內產生。
理論和實踐證明，光的峰值波長λ與發光區域的半導體材料禁帶寬度ｅg有關，即
λ≈1240/eg（mm）
式中eg的單位為電子伏特（ev）。若能產生可見光（波長在380nm紫光～780nm紅光），半導體材料的eg應在3.26～1.
63ev之間。比紅光波長長的光為紅外光。現在已有紅外、紅、黃、綠及藍光發光二極體，但其中藍光二極體成本、**很高，使用不普遍。
（二）led的特性
1．極限引數的意義
（1）允許功耗pm:允許加於led兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值，led發熱、損壞。
（2）最大正向直流電流ifm：允許加的最大的正向直流電流。超過此值可損壞二極體。
（3）最大反向電壓vrm：所允許加的最大反向電壓。超過此值，發光二極體可能被擊穿損壞。
（4）工作環境topm:發光二極體可正常工作的環境溫度範圍。低於或高於此溫度範圍，發光二極體將不能正常工作，效率大大降低。
2．電引數的意義
（1）光譜分布和峰值波長：某乙個發光二極體所發之光並非單一波長，其波長大體按圖2所示。
由圖可見，該發光管所發之光中某一波長λ0的光強最大，該波長為峰值波長。
（2）發光強度iv：發光二極體的發光強度通常是指法線（對圓柱形發光管是指其軸線）方向上的發光強度。若在該方向上輻射強度為（1/683）w/sr時，則發光1坎德拉（符號為cd）。
由於一般led的發光二強度小，所以發光強度常用坎德拉(mcd)作單位。
（3）光譜半寬度δλ:它表示發光管的光譜純度.是指圖3中1/2峰值光強所對應兩波長之間隔.
（4）半值角θ1/2和視角：θ1/2是指發光強度值為軸向強度值一半的方向與發光軸向（法向）的夾角。
半值角的2倍為視角（或稱半功率角）。
圖3給出的二只不同型號發光二極體發光強度角分布的情況。中垂線（法線）ao的座標為相對發光強度（即發光強度與最大發光強度的之比）。顯然，法線方向上的相對發光強度為1，離開法線方向的角度越大，相對發光強度越小。
由此圖可以得到半值角或視角值。
（5）正向工作電流if：它是指發光二極體正常發光時的正向電流值。在實際使用中應根據需要選擇if在0.6·ifm以下。
（6）正向工作電壓vf：參數列中給出的工作電壓是在給定的正向電流下得到的。一般是在if=20ma時測得的。
發光二極體正向工作電壓vf在1.4～3v。在外界溫度公升高時，vf將下降。
（7）v-i特性：發光二極體的電壓與電流的關係可用圖4表示。
在正向電壓正小於某一值（叫閾值）時，電流極小，不發光。當電壓超過某一值後，正向電流隨電壓迅速增加，發光。由v-i曲線可以得出發光管的正向電壓，反向電流及反向電壓等引數。
正向的發光管反向漏電流ir<10μa以下。
（三）led的分類
1． 按發光管發光顏色分
按發光管發光顏色分，可分成紅色、橙色、綠色（又細分黃綠、標準綠和純綠）、藍光等。另外，有的發光二極體中包含二種或三種顏色的晶元。
根據發光二極體出光處摻或不摻散射劑、有色還是無色，上述各種顏色的發光二極體還可分成有色透明、無色透明、有色散射和無色散射四種型別。散射型發光二極體和達於做指示燈用。
2． 按發光管出光面特徵分
按發光管出光面特徵分圓燈、方燈、矩形、面發光管、側向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。
國外通常把φ3mm的發光二極體記作t-1；把φ5mm的記作t-1（3/4）；把φ4.4mm的記作t-1（1/4）。
由半值角大小可以估計圓形發光強度角分布情況。從發光強度角分布圖來分有三類：
（1）高指向性。一般為尖頭環氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半值角為5°～20°或更小，具有很高的指向性，可作區域性照明光源用，或與光檢出器聯用以組成自動檢測系統。
（2）標準型。通常作指示燈用，其半值角為20°～45°。
（3）散射型。這是視角較大的指示燈，半值角為45°～90°或更大，散射劑的量較大。
3．按發光二極體的結構分
按發光二極體的結構分有全環氧包封、金屬底座環氧封裝、陶瓷底座環氧封裝及玻璃封裝等結構。
4．按發光強度和工作電流分
按發光強度和工作電流分有普通亮度的led（發光強度<10mcd）；超高亮度的led（發光強度》100mcd）；把發光強度在10～100mcd間的叫高亮度發光二極體。
一般led的工作電流在十幾ma至幾十ma，而低電流led的工作電流在2ma以下（亮度與普通發光管相同）。
除上述分類方法外，還有按晶元材料分類及按功能分類的方法。
（四）led的應用
由於發光二極體的顏色、尺寸、形狀、發光強度及透明情況等不同，所以使用發光二極體時應根據實際需要進行恰當選擇。
由於發光二極體具有最大正向電流ifm、最大反向電壓vrm的限制，使用時，應保證不超過此值。為安全起見，實際電流if應在0.6ifm以下；應讓可能出現的反向電壓vr<0。
6vrm。
led被廣泛用於種電子儀器和電子裝置中，可作為電源指示燈、電平指示或微光源之用。紅外發光管常被用於電視機、錄影機等的遙控器中。
（1）利用高亮度或超高亮度發光二極體製作微型手電的電路如圖5所示。圖中電阻r限流電阻，其值應保證電源電壓最高時應使led的電流小於最大允許電流ifm。
（2）圖6(a)、(b)、(c)分別為直流電源、整流電源及交流電源指示電路。
圖(a)中的電阻≈（e-vf）/if；
圖(b)中的r≈（1.4vi-vf）/if;
圖(c)中的r≈vi/if
式中，vi——交流電壓有效值。
（3）單led電平指示電路。在放大器、振盪器或脈衝數位電路的輸出端，可用led表示輸出訊號是否正常，如圖7所示。r為限流電阻。
只有當輸出電壓大於led的閾值電壓時，led才可能發光。
（4）單led可充作低壓穩壓管用。由於led正嚮導通後，電流隨電壓變化非常快，具有普通穩壓管穩壓特性。發光二極體的穩定電壓在1.4～3v間，應根據需要進行選擇vf，如圖8所示。
（5）電平表。目前，在音響裝置中大量使用led電平表。它是利用多隻發光管指示輸出訊號電平的，即發光的led數目不同，則表示輸出電平的變化。
圖9是由5只發光二極體構成的電平表。當輸入訊號電平很低時，全不發光。輸入訊號電平增大時，首先led1亮，再增大led2亮……。
（五）發光二極體的檢測
1．普通發光二極體的檢測
（1）用萬用表檢測。利用具有×10kω擋的指標式萬用表可以大致判斷發光二極體的好壞。正常時，二極體正向電阻阻值為幾十至200kω,反向電阻的值為∝。
如果正向電阻值為0或為∞，反向電阻值很小或為0，則易損壞。這種檢測方法，不能實地看到發光管的發光情況，因為×10kω擋不能向led提供較大正向電流。
如果有兩塊指標萬用表（最好同型號）可以較好地檢查發光二極體的發光情況。用一根導線將其中一塊萬用表的「+」接線柱與另一塊表的「-」接線柱連線。餘下的「-」筆接被測發光管的正極（p區），餘下的「+」筆接被測發光管的負極（n區）。
兩塊萬用表均置×10ω擋。正常情況下，接通後就能正常發光。若亮度很低，甚至不發光，可將兩塊萬用表均撥至×1ω若，若仍很暗，甚至不發光，則說明該發光二極體效能不良或損壞。
應注意，不能一開始測量就將兩塊萬用表置於×1ω，以免電流過大，損壞發光二極體。
（2）外接電源測量。用3v穩壓源或兩節串聯的乾電池及萬用表（指標式或數字式皆可）可以較準確測量發光二極體的光、電特性。為此可按圖10所示連線電路即可。
如果測得vf在1.4～3v之間，且發光亮度正常，可以說明發光正常。如果測得vf=0或vf≈3v，且不發光，說明發光管已壞。
2．紅外發光二極體的檢測
由於紅外發光二極體，它發射1～3μm的紅外光，人眼看不到。通常單隻紅外發光二極體發射功率只有數mw，不同型號的紅外led發光強度角分布也不相同。紅外led的正向壓降一般為1.
3～2.5v。正是由於其發射的紅外光人眼看不見，所以利用上述可見光led的檢測法只能判定其pn結正、反向電學特性是否正常，而無法判定其發光情況正常否。
為此，最好準備乙隻光敏器件（如2cr、2dr型矽光電池）作接收器。用萬用表測光電池兩端電壓的變化情況。來判斷紅外led加上適當正向電流後是否發射紅外光。
其測量電路如圖11所示。
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