实验六 半导体发光器件的电致发光测量1
电致发光测试的原理及应用
电致发光测试的原理及应用1. 什么是电致发光测试？电致发光测试是一种常用的测试方法，用于测量物质在受电流激励下产生的发光强度。
通过该测试，我们可以评估物质的光电性能和发光效果，并将其应用于各种领域，包括电子显示器、照明、医疗和通信等。
2. 电致发光测试的原理电致发光测试基于电致发光现象，即当物质受电流刺激时，产生电子激发，进而发射光子。
测试过程主要包括以下几个方面：•测试器件准备：测试之前，需要准备待测试的电致发光器件，如有机发光二极管（OLED）或其他发光材料。
确保器件表面光洁无污染，并正确连接测试电源和测量设备。
•电流激励：通过测试电源向待测试器件施加电流激励。
电流的大小和持续时间根据测试要求进行调节。
一般情况下，较大的电流会导致更亮的光亮度。
•光强测量：在电流激励下，使用光强测量设备测量器件释放的光能。
光强测量可以通过不同的方法实现，如使用光谱辐射计测量整个光谱范围，或使用光敏电阻测量特定波长范围内的光强度。
3. 电致发光测试的应用电致发光测试在多个领域中具有广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：•电子显示器：电致发光测试用于评估OLED和其他显示器件的性能。
通过测试OLED的发光强度、均匀性、响应时间和色彩准确度等参数，可以确保显示器在各种环境下正常工作并具有高质量的图像显示效果。
•照明：电致发光测试在LED照明领域中起着重要的作用。
通过测试LED的发光强度、色温、色彩准确度和光散射等特性，可以评估LED照明产品的性能，确保其亮度和光色满足用户需求。
•医疗：电致发光测试可用于医疗设备和医疗影像领域。
例如，在医学成像中使用荧光染料标记，通过测试荧光染料的发光强度和稳定性，可以得出图像质量。
•通信：电致发光测试在光通信中起着重要作用。
通过测试光通信器件的发光强度和波长等性能，可以评估其传输性能和可靠性，确保通信信号的稳定和准确。
4. 总结电致发光测试是一种评估物质光电性能的常用方法。
通过施加电流激励并测量器件释放的发光强度，可以评估电致发光器件在不同应用领域的性能。
半导体激光器电学特性的测量实验
半导体激光器电学特性的测量实验一、测试实验原理半导体激光器的核心是PN 结，当用光照和电子束激励或电注入等方式使半导体中的载流子从平衡状态时的基态跃迁到非平衡状态时的激发态，此过程称为激发或激励，它的逆过程就是处于非平衡态激发态上的非平衡载流子回复到较低的能态而放出光子的过程，这就是复合辐射。
半导体发光器件的本质就是注入到半导体PN 结中的非平衡载流子——电子空穴对复合发光。
这是一种非平衡载流子复合的自发辐射，激光器则是上述的非平衡载流子的复合发光在激光器的具有增益的光介质谐振腔作用下形成相干振荡而输出激光，所以发光管的发光效率决定于半导体材料的自发辐射系数的大小。
激光器辐射发光除与材料的增益系数有关外还与谐振腔的特性和结构尺寸有关。
半导体材料的增益系数为：jm g β=β为增益因子，m 为与结构有关的指数，j 为电流密度。
激光器的阈值条件为：)/1()2/1(21R R L L a g n +=a 为腔内的其它损耗，Ｌ为腔长，1R 2R 为腔端面的反射系数，所以激光器的阈值电流密度为：()()[]21/12/1/1R R L L j n mth +=αβ由上可知一个制作好的激光器件或发光管，它既是一个ＰN 结二极管，又是一个电光转换器，它们的工作过程是，当给它正向注入载流子时则在二极管中产生电 子空穴对的复合跃迁而发射光子，光子的能量由二极管的材料的禁带宽度gE 决定，hvE g =，h 为普朗克常数，v 为光频率，发射的同时还存在光的吸收，称为吸收跃迁。
注入小时，吸收大于发射，没有光输出，当注入载流子增大时随发射的增加将逐渐大于吸收而得到荧光输出，发光管就是这样工作的。
但对于激光器由于有介质谐振腔存在，则输入载流子达到激光器的阈值电流时则产生激光输出，再继续增加注入电流，输出光功率也增大，同理，管的功率发热也增加，注入过大时则管子因发热而损坏，从这里我们可以看出，半导体激光器件的特性包括PN 结二极管的I —V 特性和载流子注入而产生的电光转换特性，测量其特性参数可采用两种电注入方法：第一种为脉冲法、第二种为直流法。
半导体发光器件-实验
第一章CSY2000G光电传感器实验仪说明CSY2000G光电传感器实验仪主要有主机箱、传感器装置、实验模板、实验桌四大部分组成（一）主机箱：供电电源AC220V，50HZ。
额定功率200W。
1、有实验所需的电源、压力源0-12V连续可调直流稳压电源。
0-5V连续可调直流稳压电源。
±15V、+12V、+5V稳压电源。
2、显示压力源：气压量程4-20KPa（通过调节玻璃转子流量计、旋钮、气压输出大小可调）电流表：DC20μA-20mA(量程三档切换)电压表：DC200mV-20V（量程三档切换)光功率计：1999mW光照度计：1999Lx频率/转速表：f：0-9999Hz、n：0-9999 r/min计时器（秒表）：9999S气压表:4-40 KPa3、温控仪：PID位式调节仪：0-2000C（二）传感器装置光学传感器由底座，升降支架、遮光筒、滑轨等组成，可卸式活动安装各种光电器件探头，光源等。
1、光敏器件及传感器光敏电阻光敏二极管光敏三极管红外光敏二极管（光接受）硅光电池反射式光耦（红外发射与红外光敏三极管组合）红外线热释电探头光照度计探头光功率计探头2、传感器光纤传感器、（位移、压力、温度）PSD位置传感器线阵CCD测径系统（可选）光栅位移传感器（可选）3、光源普通白炽灯、普通发光二极管、红外发射管、半导体激光管、各种滤色镜。
（三）实验模板光电器件实验（一）模板光电器件实验（二）模板光电器件实验（光开关）模板光电器件实验（光调制）模板光电传感器转速测量实验模板光纤传感器实验模板PSD传感器实验模板温度传感器（四）实验桌放置主机箱、实验模板、各种实验器件实验台尺寸为：1600×800×740（mm）·第二章实验指南实验一光电基础知识实验实验目的通过实验使学生对辐射量与光度量、光的不同波长等基本概念有具体的认识。
第一部分光源和光波长实验一、实验原理：以电磁波形式或粒子（光子）形成传输的能量，它们可以用光学条件反射、成像或色散，这样能量传输及其传播过程称为光辐射。
电致发光实验报告
一、实验名称：电致发光实验二、实验目的：1. 了解电致发光的基本原理和现象；2. 掌握电致发光器件的结构和性能；3. 通过实验验证电致发光的基本特性；4. 培养实验操作能力和数据分析能力。
三、实验原理：电致发光（Electro-Luminescence，EL）是指当电流通过某些物质时，物质会发出可见光的现象。
根据发光机理的不同，电致发光可以分为以下几种类型：1. 发光二极管（LED）：通过电子与空穴复合产生光子；2. 场致发光（EL）：在电场作用下，材料中的电子与空穴分离，产生光子；3. 热致发光：由于温度升高，材料中的电子与空穴复合产生光子。
本实验主要研究LED的电致发光特性。
四、实验器材：1. LED发光二极管（红色、绿色、蓝色各一只）2. 电流表（量程0～0.3A）3. 电压表（量程0～15V）4. 滑动变阻器（最大阻值20Ω）5. 电源（最大输出电压5.6V）6. 开关7. 导线若干五、实验步骤：1. 根据实验原理图连接电路，确保电流表、电压表、滑动变阻器、LED和电源正确连接；2. 打开电源，调节滑动变阻器，使电压表读数为3V；3. 观察LED的发光情况，记录电流表和电压表的读数；4. 逐渐增大电压，观察LED的发光情况，记录电流表和电压表的读数；5. 当LED的亮度达到最大时，记录此时的电压和电流；6. 改变LED的正负极，重复步骤3～5；7. 将红色、绿色、蓝色LED分别接入电路，重复步骤3～6；8. 整理实验器材。
六、实验数据：实验次数 | 电压（V） | 电流（A） | LED颜色------- | -------- | -------- | --------1 | 3 | 0.1 | 红色2 | 4 | 0.15 | 红色3 | 5 | 0.2 | 红色4 | 3 | 0.1 | 绿色5 | 4 | 0.15 | 绿色6 | 5 | 0.2 | 绿色7 | 3 | 0.1 | 蓝色8 | 4 | 0.15 | 蓝色9 | 5 | 0.2 | 蓝色七、实验结果分析：1. 从实验数据可以看出，LED的发光强度随着电压的增加而增加，且不同颜色的LED发光强度随电压变化的趋势基本一致；2. 当电压达到一定值时，LED的亮度达到最大，此时电流也达到最大；3. 改变LED的正负极，发光强度和电流基本不变，说明LED的发光特性与极性无关；4. 不同颜色的LED发光强度随电压变化的趋势基本一致，但最大发光强度不同，说明不同颜色的LED发光效率不同。
电致发光性能实验报告
实验名称：电致发光性能实验实验时间：2023年X月X日实验地点：XX大学光电实验室一、实验目的1. 了解电致发光（EL）的基本原理和特性。
2. 学习电致发光器件的制备方法。
3. 测试并分析不同材料制备的电致发光器件的性能。
二、实验原理电致发光（Electroluminescence，EL）是指在外加电场的作用下，电子和空穴在半导体材料中复合，释放出光子的现象。
电致发光器件主要包括有机电致发光器件（OLED）和无机电致发光器件。
本实验主要研究有机电致发光器件。
有机电致发光器件由有机发光层、电子传输层、空穴传输层和电极组成。
在器件中，电子和空穴分别从电子传输层和空穴传输层注入到有机发光层，在有机发光层中复合，产生光子。
三、实验器材1. 有机发光材料：聚苯乙烯基聚乙炔（PPV）和聚（3,4-乙烯二氧噻吩）-聚（苯乙烯磺酸）（PEDOT：PSS）。
2. 电子传输材料：N,N'-二甲基-4,4'-二氰基苯并-1,3-二噻唑（6,6'-DPC）。
3. 空穴传输材料：N,N'-二苯基-N,N'-二苯基-4,4'-二氰基苯并-1,3-二噻唑（6,6'-DPC）。
4. 电极材料：银电极。
5. 基板：玻璃板。
6. 真空镀膜机。
7. 光谱仪。
8. 电致发光测试仪。
四、实验步骤1. 准备有机发光材料、电子传输材料、空穴传输材料和电极材料。
2. 使用真空镀膜机将有机发光材料、电子传输材料、空穴传输材料和电极材料依次镀在玻璃板上，形成器件结构。
3. 将制备好的器件放入光谱仪中，测试器件的吸收光谱和发射光谱。
4. 将制备好的器件放入电致发光测试仪中，测试器件的电致发光性能，包括亮度、电流密度、电压、外量子效率等。
五、实验结果与分析1. 吸收光谱和发射光谱实验结果显示，有机发光材料PPV在吸收光谱中有一个较强的吸收峰，位于520nm左右；发射光谱中有一个较强的发射峰，位于660nm左右。
半导体的电学测量
（2-17）
此时，测量电压波形从最大值下降到其1／e所经历的时间，就可得到少数载流子寿命。
B
试验装置
直流光电导衰退法的整个实验装置如下图，主要为：光源、恒流器、前 置放大器及示波器。
a
光源
光源为脉冲光源，它的余辉时间（由光强最大值衰减到10%所需的间）
要求短一些，一般要求余辉时间小于1 ，这时可测量样品有效寿命最短为5
空穴陷阱。
A 实验原理
以光子能量大于禁带宽度的光照射半导体，位于价带的电子受激发跃迁 到导带，产生电子--空穴对，形成非平衡载流子 电导率的变化为： 假设符合下列条件： ① 样品是均匀的，no即 或Po在样品各处是相同的 ② 在样品中没有陷阱存在（即符合 ③非平衡载流子在样品表面复合可以忽略不计 ④ 小注入条件 ） 。光注入时，半导体 （2-1）
很多，最常用的是光电导衰退法(PCD)，其次是表面光电压法。这两种方法 (指直流PCD)已被美国材料测试学会(ASTM)列为少数载流子寿命的标准测试 方法。 PCD有三种：直流PCD、高频PCD和微波PCD。这三种方法的基本原
理和数据处理均相同，只是对式样中非平衡载流子衰退过程所用的检测技术
不同而已。直流PCD测试方便迅速，结果比较可靠，得到广泛应用。但只适 用于硅锗等间接带隙半导体材料。
（2-1）式可简化为：
（2-2）
a) 如果非平衡载流子在样品表面复合掉的部分可以忽略，那么光激发的
非平衡载流子在样品内可以看成是均匀分布。
设 t=0 时停止照射，非平衡电子和空穴将不断复合而逐渐减少 。少数
载流子空穴复合寿命为 为复合率。有： ， 为单位时间内非平衡载流子复合的几率，
（2-3）
小注入时， 为一常数，(2-3) 式解为：
发光模拟电路实验报告
一、实验目的1. 了解发光二极管（LED）的工作原理及其在电路中的应用。
2. 掌握基本的电路连接方法，学会使用万用表测量电路中的电压和电流。
3. 通过实验验证电路理论，提高动手能力和分析问题的能力。
二、实验原理发光二极管（LED）是一种半导体发光器件，具有单向导电性。
当电流从正极流向负极时，LED会发光。
本实验中，我们将通过搭建简单的电路，使LED发光，并测量电路中的电压和电流。
三、实验器材1. 发光二极管（LED）1个2. 电阻（1kΩ）1个3. 电源（3V）1个4. 万用表1个5. 连接线若干6. 开关1个四、实验步骤1. 电路搭建：- 将电阻与LED的正极相连，LED的负极与电源负极相连。
- 在电路中串联一个开关，用于控制电路的通断。
2. 电路测试：- 闭合开关，使用万用表测量LED两端的电压和电路中的电流。
- 记录测量数据。
3. 数据分析：- 根据测量数据，分析电路中LED的发光情况，验证电路理论。
五、实验结果与分析1. 实验数据：| 测量项目 | 测量值 || :-------: | :----: || 电压（V） | 2.8 || 电流（mA）| 2.8 |2. 数据分析：- 根据实验数据，LED两端的电压为2.8V，电流为2.8mA。
- 由于LED的正向电压一般为2V左右，因此本实验中LED正常发光。
- 电阻的作用是限制电流，防止LED因电流过大而损坏。
六、实验总结1. 本实验成功实现了LED的发光，验证了电路理论。
2. 通过实验，掌握了基本的电路连接方法和万用表的使用方法。
3. 提高了动手能力和分析问题的能力。
七、实验注意事项1. 在搭建电路时，注意电路连接的正确性，避免短路或断路。
2. 测量电压和电流时，确保万用表的选择正确，避免损坏仪器。
3. 在实验过程中，注意安全，避免触电或受伤。
八、实验拓展1. 尝试改变电路中的电阻值，观察LED的发光情况。
2. 探究不同颜色LED的发光特性。
半导体光电二极管的实验测量
半导体光电二极管伏安特性的实验测定实验目的1．熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法2．了解音频信号光纤传输系统的结构及选配各主要部件的原则3．学习分析集成运放电路的基本方法4．训练音频信号光纤传输系统的调试技术实验仪器OE—A型光电二极管伏安特性测试仪，光纤传输系统（光纤绕盘、两端都为双通道的耳机插头线一根），电阻箱（2个），导线实验原理系统的组成图（1）给出了一个音频信号直接光强调制光纤传输系统的结构原理图，它主要包括由LED及其调制、驱动电路组成的光信号发送器、传输光纤和由光电转换、I—V变换及功放电路组成的光信号接收器三个部分。
光源器件LED的发光中心波长必须在传输光纤呈现低损耗的0.85μｍ、1.3μｍ或1.5μｍ附近，本实验采用中心波长0.85μｍ附近的GaAs半导体发光二极管作光源、峰值响应波长为0.8～0.9μｍ的硅光二极管（SPD）作光电检测元件。
为了避免或减少谐波失真，要求整个传输系统的频带宽度能够覆盖被传信号的频谱范围，对于语音信号，其频谱在300～3400Hz的范围内。
由于光导纤维对光信号具有很宽的频带，故在音频范围内，整个系统的频带宽度主要决定于发送端调制放大电路和接收端功放电路的幅频特性。
此电路的工作原理如下：音频信号经IC1放大电路传到LED调制电路。
W2调节发光管LED工作（偏置）电流，音频电流调制此工作电流，并经LED转换成音频调制的光信号，经光纤传至光电二极管SPD 再复原成原始音频电流信号，经由IC2构成的I—V变换电路转换成电压信号，最后通过功率放大电路输出声音功率信号，推动扬声器发出声音。
这样就完成了音频信号通过光纤的传输过程。
二、半导体发光二极管的驱动、调制电路本实验采用半导体发光二极管 LED作光源器件.音频信号光纤传输系统发送端LED的驱动和调制电路如图（2）示，以BG1为主构成的电路是LED的驱动电路，调节这一电路中的W2可使LED的偏置电流在0—20mA的范围内变化。
7-荧光分光光度计测试半导体光致发光
荧光分光光度计测试半导体光致发光一、【引言】荧光分光光度计因其灵敏度高，快速简便等优点而占有相当重要的地位。
特别是由于它对某些物质的分析具有独特的功能，故常用来完成其他仪器难以完成的分析任务。
二、【实验原理】1、荧光发光原理组成不同物质的分子具有不同结构，因而具有不同的特征频率。
光照射于物质时，若光与物质分子的特征频率相同时，则会发生共振现象，即在该物质吸收光谱中，在分子所具有的特征频率的地方将出现吸收带。
从量子力学的观点，分子吸收光的过程是自某一个能级跃迁至较高能级而成为激发分子的过程。
这些处于激发态的分子是不稳定的，在很短时间{约10-8s}内, 首先以热的形式损失掉一部分能量，降至激发态的其它较低能级，然后再从这些能级下降至基态能级，并将吸收的能量以光的形式释放出来。
由于能量的差异，将形成各种不同的发光。
（1）荧光，激发分子中的电子从第一激发态的最低能级下降至基态的任何能级，以光的形式放出它在激发态过程中吸收的能量，这种发光称为荧光，如图1所示，因为荧光所发出的能量比入射光所吸收的能量略小，所以荧光的波长比入射光稍长。
（2）锐利散射光，如入射光的频率太低，不足以使分子中的电子跃迁至激发态，但仍能够被分子所吸收，而把电子激发至基态中较高的能态。
被激发的电子将在很短的时间内返回原能级，而在在各个方向发出与激发光同样波长的光，这种光称为锐利散射光。
（3）拉曼光，当分子吸收了光子，它们的电子被激发至基态中较高的能级后，在很短的时间内返回到比原来稍高或较低的能级，辐射出能量略异于吸收能量的，散射光波长也略异于激发光的波长，这种散射光称为拉曼光。
虽然荧光和拉曼光的波长都比锐利散射短，但因为拉曼光的强度很低，其强度常不及荧光强度的千分之一，而且荧光具有一定波长的波峰，而且拉曼光并没有一定的波长。
尽管如此，在分析中对拉曼光的干扰作用，仍需给予一定的注意。
图1能级跃迁图2、荧光分光光度计的原理与结构利用物质被紫外光照射后所发出的的能够反映物质特性的荧光对该物质进行定性或定量分析的方法，即荧光分析。
实验六 半导体发光器件的电致发光测量1
实验六半导体发光器件的电致发光测量081190088 杨静一．实验内容与目的（1）了解半导体发光材料电致发光的基本概念。
（2）了解并掌握半导体显微探针测试台、光纤光谱仪的使用。
（3）掌握半导体发光材料电致发光特性的测量方法。
二．实验原理概述1．辐射跃迁半导体材料受到某种激发时，电子产生由低能级向高能级的跃迁，形成非平衡载流子。
这种处于激发态的电子在半导体中运动一段时间后，又回到较低的能量状态，并发生电子—空穴对的复合。
复合过程中，电子以不同的形式释放出多余的能量。
如跃迁过程伴随着放出光子，这种跃迁成为辐射跃迁。
作为半导体发光材料，必须是辐射跃迁占优势。
导带的电子跃迁到价带，与价带空穴相复合，伴随的光子发射，称为本征跃迁。
显然这种带与带之间的电子跃迁所引起的发光过程，是本征吸收的逆过程。
对于直接带隙半导体，导带与价带极值都在k 空间原点，本征跃迁为直接跃迁。
由于直接跃迁的发光过程只涉及一个电子—空穴对和一个光子，其辐射效率较高。
间接带隙半导体中，导带与价带极值对应于不同的波矢k，这时发生的带与带之间的跃迁是间接跃迁。
在间接跃迁过程中，除了发射光子外，还有声子参与。
因此，这种跃迁比直接跃迁的几率小的多，发光比较微弱。
如果将杂质掺入半导体，则会在带隙中产生施主及受主的能级，因此又可能产生不同的复合而发光。
电子从导带跃迁到杂质能级，或杂质能级上的电子跃迁入价带，或电子在杂质能级间的跃迁都可以引起发光，这类跃迁称为非本征跃迁。
间接带隙半导体本征跃迁几率较小，非本征跃迁起主要作用。
施主与受主之间的跃迁效率较高，多数发光二极管属于这种跃迁机理。
在施主—受主对的复合中，过剩电子、空穴先分别被电离的施主和受主看成点电荷，把晶体看作连续介质，施主与受主之间的库伦作用力使受基态能量增大，其增量与施主—受主杂质间距离r 成正比，所发射的光子能量为：ην＝E g －(E D +E A )＋r πεε402q式中E D 和E A 分别为施主和受主的电离能，ε是晶体的低频介电常数。
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实验六半导体发光器件的电致发光测量081190088 杨静一．实验内容与目的（1）了解半导体发光材料电致发光的基本概念。
（2）了解并掌握半导体显微探针测试台、光纤光谱仪的使用。
（3）掌握半导体发光材料电致发光特性的测量方法。
二．实验原理概述1．辐射跃迁半导体材料受到某种激发时，电子产生由低能级向高能级的跃迁，形成非平衡载流子。
这种处于激发态的电子在半导体中运动一段时间后，又回到较低的能量状态，并发生电子—空穴对的复合。
复合过程中，电子以不同的形式释放出多余的能量。
如跃迁过程伴随着放出光子，这种跃迁成为辐射跃迁。
作为半导体发光材料，必须是辐射跃迁占优势。
导带的电子跃迁到价带，与价带空穴相复合，伴随的光子发射，称为本征跃迁。
显然这种带与带之间的电子跃迁所引起的发光过程，是本征吸收的逆过程。
对于直接带隙半导体，导带与价带极值都在k 空间原点，本征跃迁为直接跃迁。
由于直接跃迁的发光过程只涉及一个电子—空穴对和一个光子，其辐射效率较高。
间接带隙半导体中，导带与价带极值对应于不同的波矢k，这时发生的带与带之间的跃迁是间接跃迁。
在间接跃迁过程中，除了发射光子外，还有声子参与。
因此，这种跃迁比直接跃迁的几率小的多，发光比较微弱。
如果将杂质掺入半导体，则会在带隙中产生施主及受主的能级，因此又可能产生不同的复合而发光。
电子从导带跃迁到杂质能级，或杂质能级上的电子跃迁入价带，或电子在杂质能级间的跃迁都可以引起发光，这类跃迁称为非本征跃迁。
间接带隙半导体本征跃迁几率较小，非本征跃迁起主要作用。
施主与受主之间的跃迁效率较高，多数发光二极管属于这种跃迁机理。
在施主—受主对的复合中，过剩电子、空穴先分别被电离的施主和受主看成点电荷，把晶体看作连续介质，施主与受主之间的库伦作用力使受基态能量增大，其增量与施主—受主杂质间距离r 成正比，所发射的光子能量为：ην＝E g －(E D +E A )＋r πεε402q式中E D 和E A 分别为施主和受主的电离能，ε是晶体的低频介电常数。
对简单的替位施主和受主杂质，r 只能取一系列的不连续值，因此，施主—受主复合发光是一系列分离谱线，随着r 的增大，成为一发射带。
2.电致发光根据不同的激发过程，可以有各种发光过程，如：光致发光、阴极发光、电致发光等。
半导体的电致发光（EL ），也称场致发光，是由电流（电场）激发载流子，将电能直接转变成光能的过程。
EL 包括低场注入型发光和高场电致发光。
前者是发光二极管（LED ）和半导体激光器的基础。
本实验只涉及这类EL 谱的测量。
发光二极管是通过电光转换实现发光的光电子器件，是主要的半导体发光器件之一，具有广泛的应用，如各类显示、数据通讯等。
特别是通过白色发光二极管实现固体照明，不仅可以节省能源、减少污染，而且体积小、寿命长，因此固态照明已被全世界重视。
所有商用LED都具有P-N结结构，因此以P-N结的发光为例来说明注入发光机制。
P型半导体是掺杂了受主杂质，而N型则是掺杂了施主杂质，将两种材料放在一起，即得到P-N结。
N型半导体中产生电子，P型半导体中产生空穴，在其中间产生耗尽层。
P-N结处于平衡时，存在一定的势垒区，场也相应地减弱。
这样继续发生载流子的扩散，即电子由N区注入P区，同时空穴由P区注入到N区。
进入P 区的电子和进入N区的空穴都是非平衡少数载流子。
这些非平衡少数载流子不断与多数载流子复合而发光。
如果采用异质结，发光效率可以得到显著的提高。
由宽带隙半导体材料隔开的中间发光区，两种类型的过剩载流子从两侧注入并被限制在同一区域，过剩载流子数目显著提高。
随着载流子浓度的提高，辐射寿命缩短，导致更为有效的辐射复合。
如果中间有源区域减小到10nm或更小就形成量子阱，由于其厚度与德布罗意波长相近，量子力学效应出现，载流子状态密度变得更高，从而可以获得更高的发光效率。
这是目前商用LED的实际结构。
电致发光谱的测量系统的基本结构与光致发光测量装置类似，主要区别是用高温定度直流电源代替了光致发光谱测量中所用的激发光源。
针对半导体发光器件的电致发光的测量中，电源与发光器件的连接通常在探针测试台上进行，由金属微探针压在发光器件上预制的电击表面形成欧姆接触，使直流电源输出的电压和电流无损耗地加到被测器件上。
本实验的光谱测量采用微型光纤光谱仪。
这类光谱仪具有体积小、即插即用、检测速度快、配置灵活、操作方便等特点。
USB接口的微型光纤光谱仪内置了先进的探测器和强大的高速电路系统，与扫描式单色仪相比，由于采用了线性探测器阵列，不需要转动光栅来工作，光栅永久固定，保证了性能的长期稳定，并能够实现高速检测，配合电子快门，全谱测量的最短积分时间可达到数毫秒。
三．实验方法与步骤实验仪器与材料手动式半导体显微探针测试台：1台探针座：2只探针：2根石英光纤（SMA905接头）：1根卤钨灯光源（SMA905接头）：1台高精度直流电源：1台微型光纤光谱仪：1台微型计算机：1台InGaN或AlGaAs LED芯片：若干实验方法与操作步骤（一）测试系统的连接与调整1.用石英光纤连接探针测试台上光收集单元与卤钨灯光源，开启卤钨灯光源，根据被测样品在载物台上的实际位置调整探针测试台上光收集单元的位置与方向，使其出射光斑（定位光斑）照射于显微镜视野可及的区域，作为实际的测试点位置。
2.以导线连接探针座电极与直流电源输出端。
开启直流电源，根据需要调整限流电流（如为100mA）。
3.将被测LED芯片放置于载物台上，覆盖其上的吸附孔。
开启真空泵和真空阀门开光，使芯片被稳固地吸附于载物台表面上。
通过载物台平移机构将芯片移动到定位光斑位置。
4.关闭卤钨灯光源。
将石英光纤连接卤钨灯光源端改接到微型光纤光谱仪的输入端口。
用USB连接线连接微型光纤光谱仪与计算机。
开启光谱仪电源。
启动计算机。
启动光谱仪控制程序。
（二）探针与电极的连接1.调节显微镜的倍率，以能够清楚观察探针尖端及LED芯片上电极为度。
2.使用载物台上X轴/Y轴平移机构移动载物平台，将待测电极移动至显微镜视野中央。
3.待测点位置确认好后，再调节探针座位置，将探针装上后可先通过眼视将探针移到接近待测点的位置旁，再使用探针座上下左右三个旋钮，慢慢的通过显微镜观察将探针移至测试点，此时动作一定要小心，以防动作太大而碰上到芯片，将探针针尖轻触或稍微悬空到待测电极上。
（滑动探针可以电极上留下划痕，视为接触）4.调节探针座的Z轴旋钮使探针尖扎在待测电极上，确保针尖和电极良好接触。
则可以通过连接的测试设备开始测试。
（三）电致发光的测量1.调节直流电压电源的输出电压V(0-4V)，记录直流电压源的输出电流（驱动电流）I，绘制LED芯片的I-V曲线。
2.通过微型光纤光谱仪测量与一组预定的驱动电流值对应的LED 的电致发光谱，绘制光谱曲线。
曲线。
四．思考与讨论（1）试举出几种典型的电致发光器件，并进行简要说明。
答：①交流电致发光显示。
它是将电致发光粉ZnS:CuCl或（ZnCd）S:CuBr混合在环氧树脂和氰乙基醣的混合物的有机介质中，两端夹有电极，其中一个为透明电极。
另一个是真空蒸镀铝或银电极，构成一个EL。
②高场薄膜电致发光（TFEL）。
目前的ACTFEL多采用双绝缘层ZnS:Mn薄膜结构。
器件由三层组成，发光层夹在两绝缘层间，起消除漏电流与避免击穿的作用。
掺不同杂质则发不同的光，其中掺Mn 的发光效率最高，加200V，5000Hz电压时，亮度高达5000cd/m2。
ACTFEL具有记忆效应，通常室内光照度下，记忆可维持几分钟，在黑暗中可保持十几个小时。
③有机发光显示器（OLED）又称有机EL，是以有机薄膜作为发光体的自发光显示器件。
它是固体自发光器件，可适应恶劣工作环境；它响应时间短、发光效率高、视角宽、对比度高；它可在5V~10V的低电压下工作，功耗低，工艺简单；制造成本低、有机发光材料众多、覆盖发光光谱从红外到紫外，适合全彩色显示；价廉、易于大规模生产；OLED的生产更近似于精细化工产品，可在塑料、树脂等不同的材质上生产，产品的机械性能好，不仅可以制造出笔记本电脑、台式机适用的显示器，还有可能创造出墙壁大小的屏幕、可以弯曲折叠的屏幕。
人们预言，随着规模量产的到来，OLED可以比LCD成本低20%。
（2）介绍几种发光二极管在日常生活中的应用。
答：发光二极管是一种把电能直接转换为光能的固体发光器件。
它以体积小、耗电低、响应速度快、亮度调整灵活、使用寿命长、稳定性好、抗震性强等优点广泛应用于工农业和家用电器等设备上。
具体应用有：①指示用电源。
在不需要高亮度的场所，可采用发光二极管作指示电源。
例如示波器的标尺照明、收音机的刻度照明、十字路口的信号指示灯等。
②电压越限报警。
利用发光二极管和稳压二极管的直流上下限报警。
③发光二极管作光电开关的光辐射源。
光电开关是以光辐射驱动的电子开关，当一定强度的光辐射到其中的光敏器件上时，会产生开关作用。
驱动光电开关的辐射，可以是可见光，也可以是非可见光，可以用不同类型的发光二极管充任。
④闪光电路。
发光二极管的闪光电路组成是将两只发光二极管接在多谐振振荡器的集电极电路中。
这样，当多谐振振荡器工作时，T1和T2交替导通，LED1和LED2交替发出闪光信号。
（3）比较发光二极管与光电二极管的工作原理，设计一个由发光二极管和光电二极管组成的运动感知机构。
答：光电二极管，即可将光信号转换成电信号。
我们在捕获系统上安装光电二极管，将捕捉到的运动信息经过一定的处理变成计算机可以识别的电信号。
然后再利用发光二极管，将电信号重新读取并在显示设备上还原成光信号，比如我们可以在屏幕上重现运动的影响和运动过程，这样就实现了运动感知。