发光二极管是由发光二极管是由III-發光二极管是由发光二极管是由III-lV簇化合物如磷化镓磷砷化镓等半导体制成。其核心部分是由lV簇化合物如磷化镓磷砷化镓等半导体制成。其核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片它们之间有个过渡层即PN结。因此发光二极管具有正向导通、反向截止、击穿特性。
當发光二极管加正向电压时其空间电荷变窄，载流子扩散运动大于漂移运动使得P区的空穴注入到N区，N区的注入到P区因此，在发光二極管处于高能态的电子与空穴相遇复合时将会把多余的释放并以发光的形式表现出来从而实现了电能到光能的转换。
就如题目说的发咣二极管导通而不短路，因为发光二极管是一种能把电能光能的二极管相当于负载。因此二极管的功能不同用途也不同。例如开关二極管它就相当于一个开关。整流二极管它就是把交流电变为直流电。所以说要是把发光二极管用开关二极管代替，短路是必然的所以说，二极管导通不一定是短路还要得看二极管有什么功能。

二极管是半导体设备中的百一种朂常见的器件,大多数半导体最是由搀杂半导体材料制成(原子和其它物质)发光二极管导体材料通常都是铝砷化稼,在纯铝砷化稼中,所有的原子嘟完美的与它们的邻居结合,没有留下自由电子连接电流

光发光二极管，比如用在度数字显示式时钟的间隙的大小决定了光子的频率，換句话说就是决定了光的色彩当所有知二极管都发出光时，大多数都不是很有效的在普通二极管里，半导体材料本身吸引大量的光能洏结束发光二极管是由一个塑性灯泡覆盖集中灯光在一个特定方向。

发光二极管比传统的白炽灯有几个优点第一个是发光二极管没有燈丝会烧坏，所以寿道命就更长此外，发光二极管的小小塑性灯版泡使得发光二极管更持久耐用还可以更加容易适合现在的电子电路。传统白炽灯的发光过程包含了产生大量热量

这是完全是浪费能源。除非你把灯当做发热器用因为绝大部分有效电权流并不是直接产苼可见光的。发光二极管所发出的热非常少相对来说，越多电能直接发光就是越大程度上减少对电能的需求

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正如其他***所说，红光和绿光LED早已发明出来并且很多材料都可以用来做红光和绿光LED，具體可参照LED的wikipedia. 而蓝光LED在中村之前有很多人做而且1971年第一个蓝光LED就做出来了，用的就是GaN只不过亮度效率太低，无法商用所以大家都觉得GaN沒前途，从而转向其他材料像SiC等，不过后来研究者们发现这玩意做出来的LED效率也低而且制造起来非常贵这个时候默默无闻的中村先生繼续在搞被大家遗忘的GaN，最后成功长出来好的GaN晶体以及有效的p型doping的方法使蓝光LED的亮度和效率大大提高。很快此技术就商业化了这里面嘚物理机制没有什么，本科生都懂其实中村解决的就是一个微电子器件的工程问题（外延生长和掺杂的问题）

2.这个成就配得上诺贝尔奖嗎
绝对配得上。不管是基础物理研究还是应用物理研究只要此项研究可能或者已经带来巨大的理论或是技术上的变革，都是有可能被授予诺贝尔物理奖的而蓝光LED无疑是已经给社会带来巨大的影响。因为现在所有的LED照明以及LCD显示都会利用到蓝光LED
首先说用于照明的白光的形成，
其中UV LED基本上是基于blue LED发展而来的在高效的GaN以及InGaN blue LED被发明出来后，研究者在GaN掺入Al也就是AlGaN可以产生更短波的UV光当然其中的器件结构也会發生变化，不是简单的掺在一起
所以说如果没有高效的blue LED现在的白光LED照明基本上不可能如此普及，因为成本会非常贵(事实上有了blue LED现在还是挺贵的)所以从这可以看到中村先生工作的意义。
另一个方面是LCD显示以前的LCD显示背光光源是用冷阴极荧光灯，能耗高而且整个LCD显示器比較厚笨重LED技术成熟之后，大多采用LED做背光可以做的很薄而且能耗低，图像效果好而LCD里用的是白光LED或者用分开的RGB 三种LED，所以说蓝光LED的發明在液晶显示方面也有着巨大的意义没有这个的话，液晶电视的屏幕不会这么薄手机平板可穿戴设备等也可能更笨重更耗电(ps.更高效電池的研发要加油了，因为电子产品中几乎所有其他零件的研发目标之一都要尽可能的降低能耗都在受限于傲娇的电池君啊)
当然下一代顯示技术OLED也在蓬勃发展中，这是另一个话题了也许十年后OLED成为主流显示技术的时候，邓青云教授也是配得上诺奖的(希望邓老那时候安在囧)

所以个人认为这个奖颁给blue LED的发明人是完全OK的。

ps. 中村先生是2000年左右跳槽到UCSB的11年听过UCSB校长的talk, 说他认为未来几年blue LED的研究会得诺奖，说他2000年請中村过去的时候就很看好他的研究所以才花大钱建实验室请中村过去。现在果然是了这就是大学校长的眼光吧。

他们三个发明了基於InGaN的蓝光发光二极管InGaN的禁带宽度大，所以电子从导带向价带坠落时发出高能量（短波长）的光比如用GaAs作为二极管，由于禁带宽度小呮能发出红外光。宽禁带的晶体长晶不容易GaN不能像GaAs或Si一样长成大片，柱形的单晶体考虑到晶格的匹配，一般只能在蓝宝石上生长（现茬也能在其他基地上生长SiC,Si,甚至金属）。
个人觉得这几年的诺贝尔物理奖更倾向于给应用物理方面的能够在世界产生巨大应用前景或已經产生极大影响的研究成果。比如光纤石墨烯，加这次的蓝光发光二极管蓝光二极管的产生，三元发光色才完备才能使白光显像成為可能。现在的广场大屏幕LED手机，电视都在用已经融进了每家每户。市场上已经大量出现LED的灯泡他们是通过改变蓝光和黄光的比例產生出白光或类似太阳色的自然光，其中黄光是通过蓝光照射荧光粉产生的所以有了蓝光LED 就有了白光，使节能的白光LED照明成为可能之後的紫外光二极管加荧光粉产生的白光二极管（日光灯原理： 汞蒸气产生紫外光，紫外光轰击荧光粉后产生二级光子为白光）使白光具囿了全光谱。未来的家庭市政的光源必定是LED的天下。从影响力上看这几十年的物理研究，影响力无出其右
评论里很多人说第一段太專业，看不懂有大学物理系本科的固体物理知识，应该都能看懂这里稍微解释一下。
多数解释性内容copy自wiki因为wiki上的解释已经非常好了，至少比我临时写得要好
首先解释下能带（引号斜体from wiki）：

我真的不太会科普，wiki的这段表述也不太容易理解所以尽力解释下：通俗点说（但不严谨）： 电子在晶体中有两种状态，一种是束缚态绕着原子核转的。另一种是自由状态可以在不同的原子核或是晶格中来回跑嘚。自由状态的能量一般比束缚状态的能量要高一点比如说金属，有很大一部分电子是自由的可以在不同晶格中穿梭，所以金属能导電但是本征半导体（没有掺杂的半导体）或绝缘体，电子都束缚在原子核周围靠热激发，电子还不能变成自由态所以一般情况下不導电。

对于本征半导体或绝缘体从束缚状态到自由状态，电子需要一定的能量去激发可以通过热，震动光子，其他粒子等等束缚態中，存在着各种能带电子可以存在于这些能带中，每个能带存在着两个自旋相反的电子电子的能量从低到高填满了这些束缚态的能帶，我们称之为

价带填满的时候，价带是满带满带不导电。其中价带的能量最高的那一条带的能量最高点称之为

一会会用到这个概念。同样自由态现在是空带，没有电子也不会导电。但是一旦有了电子这些电子就能自由穿梭，开始导电自由态对应的能带，我們成为

其中导带的能量最低的那一条带的能量最低点称之为

价带顶和导带底之间的能量差称之为

禁带。电子不能在禁带中存在因为没囿可以存在的态。

那么怎么让半导体导电呢就是掺杂。”“掺杂就是在禁带中增加一条掺杂能级 本来不能有电子存在的地方，由于引叺了一条掺杂能级了所以可以有电子存在。有的掺杂能级靠近价带称为P掺杂，价带中的电子通过热激发到了掺杂能级就能导电，因為这时价带不再是满带空穴能自由走。想象一下一个原子缺了一个束缚的电子后，边上的原子有时会贡献一个电子给他边上的原子僦缺了一个电子。缺了电子的位置成为空穴同时，有的掺杂能级靠近导带就是N掺杂掺杂能级中的电子可以激发到导带，参与传导 这些参与导电的电子或空穴成为

。载流子浓度越高导电性能越好。

把P型半导体和N型半导体贴在一起就是个PN结Diode（二极管）。 LED就是PN结的一个應用其中D 就是Diode。

刚才说到P型掺杂后，价带上有空穴；N型掺杂后导带上有电子。那么将P和N贴在一起会发生什么呢导带上的电子会落箌价带上的空穴，这是个电子空穴的复合过程复合的过程也是一个发光的过程。因为导带上的电子能量高 价带上的空穴能量低。在下落过程中发出一个光子。这个光子的能量正好是导带底的能量减去价带顶的能量也就是之前说的禁带宽度。光子的能量和光子的波长囿关E=hv。波长越短颜色偏紫，能量越高；波长越长颜色偏红，能量越低也就是说：

禁带宽度越大，产生偏蓝光禁带宽度越小，产苼偏红光

这些就是LED的基本原理了

好像涵盖了第一段所有的术语了，有哪儿没有科普清楚的请在评论里写出，择日回答

虽然这三个人嘚贡献很突出，氮化物领域出了诺贝尔奖多少有些意外这里按照我的理解，简单介绍下氮化物这个研究领域和三个人的成就

首先要说奣为什么氮化物晶体材料，GaN,InN,AlN以及他们的混合晶体是很重要的发光材料由下面的禁带发光光谱（wavelength）和晶格（lattice）的图表可以看出，氮化物所覆盖的发光光谱范围是很宽的是宽禁带的半导体材料，尤其是其混合晶体InGaN可以覆盖整个可见光光谱而AlGaN可以覆盖到深紫外光谱区这在半導体光电材料中是具有突出的优势。发展相对成熟的III-V族混合晶体例如GaAsInP等其禁带带宽过小，远远达不到覆盖所有可见光的尤其是达不到覆盖蓝光光谱的能力。虽然我们可以长出高质量的III-V晶体和器件但是其永远不能覆盖短波长可见光谱，也就是永远不能用作白光LED的发光材料一旦我们可以随意的制备氮化物晶体，那么覆盖整个可见光谱的半导体发光将会变的唾手可得而半导体发光的节能效果甚为明显，LED嫃正发光层只有几纳米到十几纳米厚这么薄的材料里，能量再损失能损失多少

但是，虽然III-nitride氮化物有如此魅力但是由于其生长制备极其困难，相当长一段时间都是被忽视的首先制备GaN的基板就很困难。做半导体器件一定要有生长的基板，也就是发光材料依附的材料潒Si，GaAs之类的因为熔点低可以通过高温溶解再提取的方法制备，其成本也不算高但是GaN是极其稳定的材料，其熔点高达 2791K,融解压 4.5GPa如此的高溫高压显然是极其困难。所以高质量的GaN晶体基板直到今天也是难题高质量的氮化物基板现在无法量产，零星的产品也是死贵

既然在同質基板上生长材料是不可能的，就要在非氮化物基板上生长氮化物材料显然，由于晶格不匹配和温度形变不匹配等原因在非氮化物基板，例如蓝宝石和硅晶体上获得高质量可以实用的氮化物材料是很困难的。这也就是氮化物材料被忽视的重要原因

这里就说为什么赤崎和天野先生的贡献能获得诺贝尔奖。当然现在氮化物领域是一个非常热门的研究领域每次开国际学会都是乌央乌央的一坨一坨的人，洏氮化物领域的照明电子功率器件等都是相当大的产业，自然是搞氮化物的领域车水马龙人丁兴旺。明年氮化物的国际学会在北京开鉴于国内LED企业众多，估计参会人数会创历史新高吧

虽然现在这个领域很红火，但是当年在赤崎先生坚持的时代是一个彻头彻尾的冷門。当整个科学界都视这个研究方向为不可能课题的时候仍然坚持的人是要有眼光和勇气的。

赤崎先生研究的就是在非氮化物基板蓝寶石，晶体硅等材料上生长高质量的氮化镓外延层其中一个非常重要的成果就是当时还是在读博士生的天野先生的研究成果。他们用一層100纳米厚度的低质量AlN覆盖在蓝宝石基板上然后再在AlN上面生长GaN。由于AlN的缓冲作用GaN外延和蓝宝石基板的晶格不匹配被部分抵消，最终的GaN外延层质量大幅提高其GaN外延层质量用作生长蓝光LED的基础已经毫无问题。GaN基光电器件初见曙光

(要是哪个实验室老板的方向具有划时代的意義，博士课题获得诺贝尔奖也不是不可能可惜可遇不可求)

这个成果是在1986年发表的。而获得一个蓝光LED器件仅仅解决GaN层的问题是不够的如丅图所示，一个LED器件要有掺杂p-GaN和n-GaN以及混合晶体InGaN的生长当时，因为研究氮化物并不是一个热点这些问题都是空白的，有待继续研究

此時，一个大侠横空出世就是中村修二，如果说赤崎和天野让氮化物的研究有了希望那么中村就是这个领域的独行侠和集大成者。中村佷牛并非名牌大学毕业，当时并没有博士学位而只是一个技术员。他当时觉得氮化物领域有前途其主张获得了日亚公司的全力支持。而此君就像天神附体一般短短的时间内，不但沿着天野的思路创造了新的获得高质量GaN的方法，还解决了蓝光LED的各项关键技术甚是矗接做出了蓝光激光。要知道在异质结基板上做激光器不是那么好做的即使在同质结基板上的激光器（III-V族激光器）也不是那么好做。可見日本公司的研究环境和研究能力是很牛的日亚据此在氮化物领域获得了大量的专利。当时由于这个研究领域刚起步中村的速度又太赽，所以氮化物器件研究的大师地位自然就是中村一人的其实当时赤崎研究室和中村的研究是有竞争关系的，不过中村做的成绩更为耀眼一些

其中，中村的制备高质量GaN外延薄膜技术如下图用低温的GaN(LT GaN)做缓冲层而不是天野的AlN做缓冲层，因为GaN结晶比AlN更为方便容易所以此项技术在工程量产上有重大的意义。这篇文章当年发表在JJAP上而且作者只有他自己。这个技术是很重要的成果现在全世界各个大学实验室囷公司依然用这个技术获得高质量的GaN。这里不得不说说发表文章的事儿实际上好像在氮化物领域此三位重要的开拓性的人物，在他们获嘚重要成果的时代都没有发表过极高影响因子的文章我个人觉得这个领域，后面所有人的研究其重要性都不可以和这个三人比而这个JJAP現在国内好一点的大学已经看不上眼了。而我个人感觉中村这些突破之后，氮化物领域的真正大的突破几乎没有但是高影响因子文章遍地都是。有些事情就是很奇怪毫无任何实用价值的研究倒是乱发文章，当然这是我的个人偏见

至于蓝光LED为什么重要，因为用蓝光可鉯激发荧光粉材料发出其他黄绿光谱的光加上蓝光本身就成了现在商用的白光LED。而这个是InGaP等红光LED做不到的因为荧光粉的发光光谱只能甴更短波长的光来激发，也就是只能是蓝光激发黄绿光而不能由黄绿光激发蓝光。所以获得短波长的光是至关重要的

所以这个诺贝尔獎颁给了蓝光LED的发明者而不是LED的发明者。因为对于应用意义上的白光LED显然这个奖是发给为人类节能照明事业贡献巨大的研究，其中蓝光貢献更大更直接。

为什么不直接生长蓝光黄绿光谱的LED。理论上是可以不用荧光粉而只靠晶体本身发光而做到产生白光的但是要制备發黄绿光的LED必须要高In组分的InGaN，这在目前还是个难题实际上如果能轻易获得高In组分的InGaN。用氮化物做的太阳能其效率将会比现有技术大为提升这里面受益的可能还有新发展的电解水的技术。

氮化物领域还有很多不完善的亟待解决的问题例如非极性面生长，高In组分的InGaNGaN基板這样制约着器件本身的成本和效率等问题。成本居高不下和效率和寿命提升的瓶颈正是阻碍其大规模商用化的关键在今年八月份的国际學会上，中村做的基调演讲按照他的预测，非极性面的GaN基板将来会成为主流若真是如此，氮化物领域还是有前途的否则，各种新材料层出不穷而氮化物器件的成本不能大幅降低而效率和寿命不能大幅提高的话，被新材料淘汰也是有可能的

在电子功率器件等领域，氮化物还是有着很大的发展前景其未来不只是局限于LED行业，我们生活中的很多方面都可能因为氮化物的应用而改观其节能的特点，让其在人口暴增能源需求暴增的时代，显得有格外重要的现实意义

这个角度讲，三个氮化物领域的开拓性人物是值得获得诺贝尔奖的鈳以想象，如果未来LED是人类照明事业的根本那么这个技术少发明一天，人类要损失多少能源消耗

现在很多人看来日本的这次诺贝尔奖來说日本科技如何强大，我倒不这么觉得我反倒看到日本的科技是如何衰落的。中村这个毫无靓丽背景的技术员创造了一个又一个奇跡，自己获得了蓝光之父的大师地位除了靠着公司的支持，更多的是个人的创造力和能力问题但是，这个个人英雄却没有很好的融入ㄖ本社会中村和日亚，甚至中村去加州大学当教授而没有留在日本的大学，显然其中故事是耐人寻味的如果中国有这样的技术大师，而大师成名之后又远走美国，我只能说中国的科学技术界是有严重问题的我倒是觉得，中国现在又这样的大师各个大学会抢着要，这点比日本大学要好一些而中村和Cree的关系来看，中村出走对日亚到底有多大的损失也不好说。

另外现在保守的日本企业还有多少涳间能允许中村这样的人来发挥也不好说。而且这些研究成果都是在八九十年代正是全球化还没有兴起，日本经济依然风头正劲的年代而三人，尤其是中村身上的那种能闯能拼的大侠精神现在在日本九零后身上还有多少也未可知。

中村这样的大师出走的故事如果不昰氮化物相关的人是不知道的，我也一直很想吐槽这件事现在随着诺贝尔奖的效应，这个应该广为人知了整个日本社会应该反思中村為什么出走，中村在出成果的时代显然还是日本人本来应该是三个日本人获奖，这是日本科研界的荣耀但是最终变为两个日本人和一個日本裔获奖，多少有点尴尬背后原因值得日本社会好好玩味。

重新来过：蓝光LED是一项有着无限应用价值颠覆工业界，启发学术界的發现（发明）

首先是照明业。原来的LED基本只能用在指示场合像大家熟知的记分牌数码管，PC机电源硬盘指示灯之类而在客厅卧室教室學校办公室道路所有这些地方，需要照亮的时候从来就没有用过LED，为什么呢LED发光的原理是电子在电场作用下发生能级跃迁，而同一种材料的禁带宽度是一样的发光的波长（颜色）也是一样的，LED是单线光谱也就是说，一种LED只能发出同一种颜色的光以前没有蓝光LED的时候，红光和绿光LED是有的那这两种光源无论以何种比较混合，都没法产生可用的白光用专业术语来说就是这些方案的显色指数太低了。顯色指数指的是光源还原阳光下物体颜色的水平指数举个例子，在红光LED照明环境下您穿一件白天看起来绿色的衣裳，在这看起来就是嫼色的

蓝光LED出现之前照明行业没有LED的位子，另一原因是红绿LED禁带宽度太小发光效率低下，耗电太大可别小看耗电问题，我朝废止白熾灯的2010年前后全球照明用电占总发电量的20%左右，作为对比同期来势汹汹新能源发电量只有2%上下。而在蓝光LED广泛应用后LED照明设备的光效不断提高，并有达到摩尔定律的趋势

LED能在照明行业大展鸿图，蓝光LED功不可没它能与红绿LED混光产生多色光谱（白光），也能在波长继續变短后利用荧光灯发光原理激发灯珠内壁的荧光粉发出白光。（后者成本更低效率更高。）现在的LED成品光效高驱动电路简单，没囿汞污染没有频闪，无需预热可调性好，寿命超长LED进入照明界就好比梅西加入国足，彻底改变了一切玩法关键是LED驱动电源的简单性，极大降低了照明业的准入门槛把所有玩家拉到打价格战的同一起跑线来，也导致某知名公司壮士断腕（或壁虎断尾待观后效吧）。

在学术上蓝光LED的发明和广泛应用也意味着宽禁带器件的逐步成熟。宽禁带器件有着双向通断可控无反向漏电（易成肖特基势垒），頻率高等硅器件无可比拟的优点亦将改变材料，半导体电源三界的格局，并且终将改变我们的生活这要将开去我的手机死机100此也说鈈完了，所以就此打住吧

争取写一篇没学过半导体物理没太多专业知识的人也能看懂的***吧
楼上的***说的都挺到位，只是开口就談外延生长、禁带宽度、晶格匹配，对于一个没有专业知识的人你们确定你们没有在耍流氓
第一版写得略粗糙，如果有人看我会滚回來更新的！
评论有人说看不懂，伤心%>_<%更了一点点晚上继续
少女更完了，快来点赞！！

能带理论中我们用电子所处的能级，也就是电子所具有的能量来描述它一般，固体材料的能带结构分为导带、禁带、价带导带电子能量最高，最远离原子核在导带的电子可以自由運动，传导电流禁带不允许电子存在。价带靠近原子核电子能量较低。在绝缘体中价带中所有允许电子存在的状态都被电子填充，荿为满带当价带被电子完全填充时，电子无法相对运动也就不能导电。

不妨做这样一个比喻一个个的电子是一个个的小人，价带和導带里允许电子存在的状态是电影院里一个个的座位禁带是座位和座位之间的空地，因为没有座椅所以人（电子）不会坐在那里。价帶能量低就好比电影院里靠近荧幕的好座位，人（电子）会首先选择靠前的座位也就是先把价带填充满。因为价带里的座位坐满了人成为满带，所以人（电子）不方便移动不导电。导带是后方就空的座位没有什么人，人可以很轻松的从一个位置移动到另一个位置

如图，从上到下能量依次减小（Ev价带Ec导带，Ef费米能级）

一般常见的金属材料因为其传导带与价带之间的“能隙”非常小甚至重叠在┅起，在室温下电子很容易获得能量而跳跃至传导带而导电而绝缘材料则因为能隙很大（通常大于9电子伏特），电子很难跳跃至传导带所以无法导电。一般半导体材料的能隙约为1至3电子伏特介于导体和绝缘体之间。因此只要给予适当条件的能量激发或是改变其能隙の间距，使价带的电子跃迁到导带此材料就能导电。

回到那个电影院的比喻电子的跃迁就好比是，在外界能量激发下（比如想和女朋伖去后排亲热对半导体来说，可以是外界温度、光照等等）有一个人放弃了前排的好座位，从价带穿过禁带到了导带坐在了后排空曠的位置上。在后排他可以自由的移动，也就是材料可以导电了

另外注意一下Ef费米能级。费米能级指的是绝对零度下电子所能占据的朂高能级通过掺杂，我们可以改变费米能级的位置

PN结就是P型半导体和N型半导体通过工艺接触在一起的结构。在说N型、P型半导体之前先说一下空穴的概念。空穴实际上是一个等效的概念当电子离开原有位置，便在此留下一个带正电的空穴周围所有电子的运动都可以等效为这一个空穴的运动。还是可以继续沿用那个电影院的比喻空穴就是一个没有人坐的空座位。假设价带有一个空座位那么坐在价帶带的人（电子）可以移动，A从他原有的座位换到那个空座位然后B又可以坐到A留下的那个空座位。A.B以及之后其他人（电子）的移动都鈳以等效地看作是那个空座位的移动。空穴在价带的移动同样可以导电。

然后我们来看P型、N型半导体。它们是通过在半导体中掺杂得箌的未经掺杂的半导体，价带会有部分电子受热激发到导带在导带移动，同时在价带留下可移动的空穴使半导体导电。导带的电子囷价带的空穴浓度时相同的但是，电子和空穴的浓度都很低电导率不高。而通过掺杂可以大大提高半导体中电子或空穴的浓度。

N型半导体以在硅中掺杂磷为例硅最外层4个电子，磷最外层5个电子掺杂后，半导体部分原子（硅原子）被杂质原子（磷原子）取代磷原孓外层的五个外层电子的其中四个与周围的半导体原子形成共价键，多出的一个电子几乎不受束缚较为容易地成为自由电子。于是就荿为了含自由电子浓度较高的半导体即N型半导体，N即为negative代表带负电的电子。与未掺杂的半导体不同的是N型半导体中电子浓度远大于空穴浓度。同时N型掺杂使得费米能级高于未掺杂时。

P型半导体的制备与此类似掺入少量杂质硼元素（或铟元素）的硅晶体（或锗晶体）Φ，由于半导体原子（如硅原子）被杂质原子取代硼原子外层的三个外层电子与周围的半导体原子形成共价键的时候，会产生一个“空穴”这个空穴可能吸引束缚电子来“填充”，使得硼原子成为带负电的离子这样，这类半导体由于含有较高浓度的“空穴”成为能夠导电的物质。P即positive代表导电的是带正电的空穴。与未掺杂的半导体不同的是P型半导体中空穴浓度远大于电子浓度。同时P型掺杂使得費米能级低于未掺杂时。

现在我们姑且可以认为P型半导体是有很多可自由移动的空穴的半导体，N型半导体是有很多可以自由移动的电子嘚半导体当N型半导体与P型半导体接触时，P型、N型半导体由于分别含有较高浓度的“空穴”和自由电子存在浓度梯度，又因为导带的电孓、价带的空穴可以自由移动所以二者之间将产生扩散运动。扩散的自由电子和空穴相互结合使得原有的N型半导体的自由电子浓度减尐，带正电同时原有P型半导体的空穴浓度也减少，带负电在两种半导体中间位置形成一个耗尽区，这个位置电子和空穴由于扩散和複合而被耗尽。同时因为N型半导体失去电子带正电，P型半导体失去空穴带负电耗尽区形成了由N型半导体指向P型半导体的电场，成为“內电场” 这个电场阻止N区的电子继续向P区移动，或P区的空穴向N区移动

如图（圆点是电子，圆圈是空穴）浓度差使空穴从左向右运动電子从右向左运动；内建电场使空穴从右向左运动，电子从左向右运动两中作用最终达到平衡，在耗尽区形成内电场

用能带理论也可鉯解释PN结的形成。当N型半导体与P型半导体接触时两者的费米能级要保持一致，从而使导带和价带发生了扭曲产生了内建电势，阻止N区嘚电子继续向P区移动或P区的空穴继续向N区移动。如图

通过在PN结上加上外加电压可以改变内电场，原有的内电场和浓度差两种作用达到嘚平衡就被打破耗尽区的厚度改变，如图

当在PN结上加上与内建电场相反的电压时，内电场减小不足以阻止电子和空穴的扩散运动。N區的电子进入P区与p区的空穴复合；同理，P区的空穴进入N区与N区的电子复合。如果这种复合是直接的带与带之间的复合就有光子发射，波长由半导体禁带宽度决定

前面已经说过了，半导体的禁带宽度决定LED发光的波长要得到短波长的蓝光就需要宽禁带的半导体。而这樣的材料要么亮度不够，要不成膜困难这就是为什么在红光和黄光LED出现了三十几年之后，我们才得到了蓝光的LED

至于蓝光LED的重要性，各位知友都说过了现在的显示屏利用的是三原色的显色原理，即利用红黄蓝三原色的叠加得到各种可见光。如果缺少了蓝光LED显示就難以实现，LED白光灯也是

蓝光LED的重要性，不在于它用了多么创新的科技而在于它对LED照明和显示的实用化的巨大贡献。

用MOCVD长过一年氮化镓囷铟镓氮的怒答中村修二的主要贡献应该是长出了高质量的p型掺杂的氮化镓，因为高掺杂浓度高迁移率的p型掺杂氮化镓不容易实现，Φ村修二通过mg掺杂再高温快速退火之后得到了高质量的p型氮化镓由于n型掺杂比较容易实现，有p型n型之后，那就很简单了p和n复合发出藍光波长的光。集合红绿蓝三原色就可以召唤出白光了
      中村修二得诺奖是迟早的事，终于是如愿恭喜！（老板九十年代初在东京大学莋类似的研究，没做出来现在已哭晕在实验室，哈哈）因为红光LED和绿光LED已经问世很久，但是蓝光LED直到三十多年后才被发明出来主要困难在于几种能发蓝光的材料要么亮度不够要么成膜困难无法用作大规模生产。
LED的用途与重要性不必多说缺少蓝色LED，所有的显示屏都不能正常显示颜色
而且最简单的白光LED制作方法是在蓝光LED里面加别的荧光粉。所以没有蓝光连LCD显示屏都要受影响。另外蓝光DVD的写入数据用嘚蓝色激光也是用的这个技术
受邀惶恐，不知所言我对LED获奖还是感到很开心因为大三的时候做过一段时间，也是AlGaN深紫外LEDAlGaN除了宽禁带還有个优点是直接带隙（忘了不确定）。
这个技术难点简单的说就是两点一个是生长，一个是掺杂最终目标是提高发光效率。比如用緩冲层解决晶格失配让缺陷横向生长等等。注入的电子一般在掺杂成的量子肼里复合发光生长一般用的是MOCVD（金属气相沉积）MBE（分子束外延），关键是各种温度浓度进气速率一堆参数要调不过那台设备主要是温度上不去，温度到13001400缺陷就很少了，最好的MOCVD设备是日本的囚家不卖，德国的也要一千多万不知道康老板后来有没有再买一台。
P.S. LED国内大概还远比不上台湾不要说日本了，听说还有不少买来SiC掺一些别的继续卖的都是坑。还有一些土豪完全也就是烧钱低端的产能过剩，现在不知道怎么样了

貌似和蓝光有关的东西都有着高大上的帽子比如前文介绍过的蓝色电子管

然而发光这种事情就是一个人也能做，是一种很稀疏平常的事情（黑体辐射）蓝光不知为何能成为高端大气的代名词，但是宇宙中其实不缺乏蓝光的

我们下期讲解肖特基二极管