半導(dǎo)體發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)公差沒(méi)有激光器那么嚴(yán)格，而且無(wú)諧振腔。所以，所發(fā)出的光不是激光，而是熒光。LED是外加正向電壓工作的器件。在正向偏壓作用下，N區(qū)的電子將向正方向擴(kuò)散，進(jìn)入有源層，P區(qū)的空穴也將向負(fù)方向擴(kuò)散，進(jìn)入有源層。進(jìn)入有源層的電子和空穴由于異質(zhì)結(jié)勢(shì)壘的作用，而被封閉在有源層內(nèi)，就形成了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。這些在有源層內(nèi)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的電子，經(jīng)躍遷與空穴復(fù)合時(shí)，將產(chǎn)生自發(fā)輻射光。

發(fā)光是物體內(nèi)部以某種方式儲(chǔ)存的能量轉(zhuǎn)化為光輻射的過(guò)程。發(fā)光物體的光輻射是材料中受激發(fā)的電子躍遷到基態(tài)時(shí)產(chǎn)生的。半導(dǎo)體（主要是元素周期表中Ⅲ族和Ⅴ族元素構(gòu)成的化合物半導(dǎo)體）發(fā)光二極管屬于電流激發(fā)的電致發(fā)光器件。

原子、分子和某些半導(dǎo)體材料，能分別吸收和放出一定波長(zhǎng)的光或電磁波。根據(jù)固體能帶論，半導(dǎo)體中電子的能量狀態(tài)分為價(jià)帶和導(dǎo)帶，當(dāng)電子從一個(gè)帶中能態(tài)E1躍遷(轉(zhuǎn)移)到另一帶中的能態(tài)E2時(shí)，就會(huì)發(fā)出或吸收一定頻率(υ)的光。υ與能量差(ΔE=E2-E1)成正比，即

此式稱為玻爾條件。式中h=6.626×10-34J·s。當(dāng)發(fā)光二極管工作時(shí)，在正偏下，通常半導(dǎo)體的空導(dǎo)帶被通過(guò)結(jié)向其中注入的電子所占據(jù)，這些電子與價(jià)帶上的空穴復(fù)合，放射出光子，這就產(chǎn)生了光。發(fā)射的光子能量近似為特定半導(dǎo)體的導(dǎo)帶與價(jià)帶之間的帶隙能量。這種自然發(fā)射過(guò)程叫作自發(fā)輻射復(fù)合（圖1）。顯然，輻射躍遷是復(fù)合發(fā)光的基礎(chǔ)。注入電子的復(fù)合也可能是不發(fā)光的，即非輻射復(fù)合。在非輻射復(fù)合的情況下，導(dǎo)帶電子失去的能量可以變成多個(gè)聲子，使晶體發(fā)熱，這種過(guò)程稱為多聲子躍遷；也可以和價(jià)帶空穴復(fù)合，把能量交給導(dǎo)帶中的另一個(gè)電子，使其處于高能態(tài)，再通過(guò)熱平衡過(guò)程把多余的能量交給晶格，這種過(guò)程稱為俄歇復(fù)合。隨著電子濃度的提高，這種過(guò)程將變得更加重要。帶間躍遷時(shí)，輻射復(fù)合和非輻射復(fù)合的兩種過(guò)程相互競(jìng)爭(zhēng)。有的發(fā)光材料表現(xiàn)為輻射復(fù)合占優(yōu)勢(shì)。

①提高內(nèi)量子效率,要求盡量減少晶體缺陷和有害雜質(zhì)；②提高外量子效率，結(jié)構(gòu)要便于光收集、提取和發(fā)射；③可以用攜載信息的輸出電流直接對(duì)光輸出進(jìn)行高速率的調(diào)制；④結(jié)構(gòu)要有利于散熱，減少因結(jié)溫上升引起光功率下降；⑤要有高的輻射度，因此應(yīng)用直接帶隙半導(dǎo)體和能夠在高電流密度下驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。

用作指示燈的LED有兩種結(jié)構(gòu):徑向引線結(jié)構(gòu)和軸向引線結(jié)構(gòu)。前者尺寸小、價(jià)格低，適宜安裝在印刷電路板上；后者既可安裝在儀器面板上，又可直接安裝在印制線路板上。專為印制線路板設(shè)計(jì)的小的LED指示燈，可與晶體管和集成電路兼容，用來(lái)指示電路狀態(tài)和故障。LED可作為電視頻道調(diào)諧指示器,還可用于高保真度收音機(jī)和錄音機(jī)以及汽車、飛機(jī)和機(jī)電工業(yè)。大多數(shù)指示燈是單管芯，新發(fā)展的還有雙色燈和多色燈。