发光二极管，简称LED，是一种半导体器件，具有可控性强、寿命长、能效高等优点，在现代社会中应用广泛。其工作原理是怎样的？本文从半导体物理学原理、外加电压作用及晶体管特性等方面探讨LED的工作原理。
半导体物理学原理
发光二极管本质上是一个半导体晶体管，其工作原理与p-n结密切相关。p-n结是一种由p型半导体和n型半导体合并而成的结构，其中p型半导体具有空穴掺杂，n型半导体掺杂的是电子。当两种掺杂的半导体结合时，形成的结构中心，由于p型的空穴和n型的电子运动，会在p-n结区域产生耗损能量。
当外加向p-n结注入电流后，电子从n型半导体注入到p型半导体中，同时空穴从p型半导体注入到n型半导体中。由于两种载流子是异性的，在p-n结区域重合后会发生复合，此时能量就以光子的形式释放出来，形成所谓的自发辐射。
外加电压作用
为了让LED在电路中发挥出设计的功能，需要在p-n结之间加入一个外加电压。当所加电压小于LED的正向导通电压时，LED基本不发光，只有少量发射的热电子进入p区，而载流子在p区与n区的扩散机制相互作用时被捕获，在能带中释放出相应的能量。
在正向偏压下，一定电流流过，电子和空穴不断在p-n结中复合，能量转变成光能，从而能够发出明亮的光芒。
晶体管特性
晶体管的特性表现在电子运动中，在一定的电场下，能带中的电子可以获得足够的能量跃迁到高一级的能带中，这样就形成了一个利于电子流动的电势垒。p-n结的特性使LED正向电流容易流通，逆向电流无法通过。
除此之外，晶体管的可控性还表现在流经它的电流上。随着电压的改变，流经LED的电流也随之改变，这也为LED在亮度控制上带来了方便。相比其他光源而言，仅凭其本身的特性，发光二极管就具备很强的应用潜力。
综上所述，LED的工作原理复杂而又直接，并由上述几种因素协同作用实现。它在现代生活中广泛应用，为我们的日常带来了许多便利。
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