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深入理解发光二极管与光电二极管：从结构到性能的全面剖析
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深入理解发光二极管与光电二极管：从结构到性能的全面剖析

结构与材料决定性能：发光二极管与光电二极管的物理基础

尽管两者都基于半导体材料构成，但其内部结构与材料选择有显著差异，直接影响其功能与性能。

1. 材料体系差异

发光二极管（LED）： 常用材料包括砷化镓（GaAs）、磷化镓（GaP）、氮化镓（GaN）和铟镓氮（InGaN）。其中，InGaN用于蓝光和白光LED，是现代照明技术的核心。

光电二极管（Photodiode）： 多采用硅（Si）、锗（Ge）或铟镓砷（InGaAs）。硅型适用于可见光与近红外区域（400–1100 nm），而InGaAs用于长波红外探测（1000–1700 nm）。

2. PN结设计与掺杂浓度

LED的PN结需优化以提高载流子注入效率和光提取率。通常采用异质结结构（如AlGaInP/GaAs）来增强辐射复合概率。

光电二极管则注重减小结电容与暗电流，常采用PIN结构（P-type / intrinsic / N-type），其中本征层（i层）较厚，可扩大耗尽区，提高光敏面积和响应速度。

3. 性能参数对比分析

  • 量子效率（QE）： LED的外部量子效率（EQE）可达50%以上（如白光LED）；光电二极管的响应度可达0.8–1.0 A/W（在特定波长下）。
  • 响应时间： LED开关时间约10–100纳秒；光电二极管可达1纳秒以下。
  • 温度影响： LED亮度随温度升高而下降；光电二极管暗电流随温度上升显著增加，需进行温度补偿。

4. 市场趋势与未来发展方向

随着微型化与智能化发展，Micro-LED 和 VCSEL 技术正在推动新型发光器件演进；同时，单光子探测器（SPD） 与 超灵敏光电二极管 在量子通信与生物成像中崭露头角。未来，二者将在智能传感、物联网（IoT）和自动驾驶系统中实现更深度融合。

5. 常见误区澄清

❌ 误区一：“光电二极管也能发光。”
✅ 正解：光电二极管不具备发光能力，其结构不适合高效载流子复合发光。

❌ 误区二：“所有发光二极管都能作为光传感器。”
✅ 正解：虽然部分高灵敏度LED可反向检测光，但其性能远低于专用光电二极管，不推荐用于精密测量。

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