はじめに
この記事は本気になって読まないでください。疲れるだけです。
この記事は下の記事の補足内容となっています。ぜひ合わせてご覧ください。
この記事では、なぜLEDは光るのか？について紹介しようと思います。少し専門的な話になりますが、面白い内容です。
LEDが光る原理
【超初心者がIoT開発に挑んでみる】シリーズで話すにはいささか場違いな感じがしますが…。興味ない方はブラウザバックしていただいて構いません。
LEDは半導体からできています。導体（=電気を通す）であり絶縁体（=電気を通さない）でもある、半分導体で半分絶縁体ということですね。このような説明すると怒る人もいますが、直感的な理解のために許してください。
LEDはP型半導体とN型半導体を接合したPN接合の構成をとっています。P型半導体とは「正の電荷を持つ正孔（ホール）が多数キャリアである」半導体です。N型半導体とは「負の電荷を持つ電子が多数キャリアである」半導体です。キャリアとは電流（電荷）を運ぶ粒子のことです。つまり、
キャリアとして、正孔が多い半導体がp型半導体、電子が多い半導体がn型半導体
ということになります。
さらに踏み込んでみます。下の図はpn接合のバンド図です。
左が①順バイアスを印加した状態、中央が②バイアス電圧を印加しない状態（熱平衡状態）、右が③逆バイアスを印加した状態です。
②の場合は、P型とN型の接合部におけるエネルギー障壁が大きく電子や正孔がほとんど動けません。つまり、この状態では、電気的には絶縁体のような性質になります。
③の場合は、逆バイアス電圧を印加したことでP型とN型の接合部におけるエネルギー障壁が②によりも大きくなってしまいます。したがって、キャリアが動けず電流が流れません。
①の場合は、順バイアス電圧を印加したことでエネルギー障壁が小さくなるため、動ける電子や正孔が多くなります。したがってキャリアが動けるようになり電流が流れます。
このとき接合部分のp型半導体とn型半導体の接合箇所で電子と正孔の再結合が起こります。再結合した状態では電子や正孔がもともと持っていたエネルギーよりも小さくなり、安定した状態になります。つまり、エネルギーが大きい状態から小さい状態に変わるのです。このエネルギーの差分はどこに行くのでしょうか。エネルギーは突然消えたりしないので、何かしらの形に変化します。LEDにおいては光としてエネルギーが放出されるのです。
以上がLEDが光る原理となります。
最後に
うーん、なかなか微妙な内容になってしまいました。物理屋さんにしてみれば説明が不十分で、他の分野の方からしてみれば難しいといった感じでしょうか。でも自己満なので許してください…。
もちろん明らかな間違いがあれば、コメントで指摘していただけると嬉しいです。
次回の記事ではなぜLEDの回路に抵抗器が必要なのか？について記事にしようかなと思っています。
実は今回の記事にも関係する内容なのです。
今回はこのあたりで終わりにしたいと思います。
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