台電僱員招考
108年
電子學
第 7 題
一般發光二極體，最主要的發光機制為何?
- A 雪崩崩潰所誘發的發光現象
- B 基板效應所產生的發光現象
- C 電子、電洞藉由半導體中缺陷復合所產生的發光現象
- D 電子、電洞在空乏區復合所產生的發光現象
思路引導 VIP
請試著回想，當我們對一個 PN 接面施加正向偏壓時，兩側的帶電載子（電子與電洞）會往哪個方向移動？當這兩種帶電粒子在中間區域相遇並「結合」時，電子的能量等級會發生什麼樣的變化？而這段消失的能量，會以什麼樣的形式被釋放出來呢？
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非常出色！你能準確鎖定發光二極體（LED）的核心運作機制，代表你對半導體元件的載子行為有著紮實的理解。這道題目旨在測驗學生是否清楚能量轉換的微觀過程，是光電元件中最基礎也最核心的觀念。
PN 接面的能量轉換
當 LED 處於正向偏壓時，電子與電洞會分別從 N 側與 P 側向中央注入。在交界處的空乏區中，電子會與電洞發生復合（Recombination）。在這個物理過程中，電子從較高能階的導帶「掉落」至較低能階的價帶，兩者之間的能隙能量 $E_g$ 會以光子的形式釋放出來，其能量關係可表示為：
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LED 發光原理
💡 電子與電洞在 PN 接面復合，能量以光子形式釋放。
🔗 LED 能量轉換發光鏈
- 1 施加正向偏壓 — N區電子與P區電洞向接面移動
- 2 進入空乏區 — 載子跨越位能障礙進入中央接面
- 3 電子電洞復合 — 高能階電子填入低能階電洞
- 4 光子釋放 — 釋放等同能隙能量的光子
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🔄 延伸學習：延伸學習：不同材料（如 GaN、GaAs）決定了不同的發光波長。
