半導體發(fā)光二極管的結構公差沒有激光器那么嚴格，而且無諧振腔。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散，進入有源層，P區(qū)的空穴也將向負方向擴散，進入有源層。進入有源層的電子和空穴由于異質結勢壘的作用，而被封閉在有源層內，就形成了粒子數反轉分布。這些在有源層內粒子數反轉分布的電子，經躍遷與空穴復合時，將產生自發(fā)輻射光。

發(fā)光是物體內部以某種方式儲存的能量轉化為光輻射的過程。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)時產生的。半導體（主要是元素周期表中Ⅲ族和Ⅴ族元素構成的化合物半導體）發(fā)光二極管屬于電流激發(fā)的電致發(fā)光器件。

原子、分子和某些半導體材料，能分別吸收和放出一定波長的光或電磁波。根據固體能帶論，半導體中電子的能量狀態(tài)分為價帶和導帶，當電子從一個帶中能態(tài)E1躍遷(轉移)到另一帶中的能態(tài)E2時，就會發(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。當發(fā)光二極管工作時，在正偏下，通常半導體的空導帶被通過結向其中注入的電子所占據，這些電子與價帶上的空穴復合，放射出光子，這就產生了光。發(fā)射的光子能量近似為特定半導體的導帶與價帶之間的帶隙能量。這種自然發(fā)射過程叫作自發(fā)輻射復合（圖1）。顯然，輻射躍遷是復合發(fā)光的基礎。注入電子的復合也可能是不發(fā)光的，即非輻射復合。在非輻射復合的情況下，導帶電子失去的能量可以變成多個聲子，使晶體發(fā)熱，這種過程稱為多聲子躍遷；也可以和價帶空穴復合，把能量交給導帶中的另一個電子，使其處于高能態(tài)，再通過熱平衡過程把多余的能量交給晶格，這種過程稱為俄歇復合。隨著電子濃度的提高，這種過程將變得更加重要。帶間躍遷時，輻射復合和非輻射復合的兩種過程相互競爭。有的發(fā)光材料表現為輻射復合占優(yōu)勢。

①提高內量子效率,要求盡量減少晶體缺陷和有害雜質；②提高外量子效率，結構要便于光收集、提取和發(fā)射；③可以用攜載信息的輸出電流直接對光輸出進行高速率的調制；④結構要有利于散熱，減少因結溫上升引起光功率下降；⑤要有高的輻射度，因此應用直接帶隙半導體和能夠在高電流密度下驅動的結構。

用作指示燈的LED有兩種結構:徑向引線結構和軸向引線結構。前者尺寸小、價格低，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。專為印制線路板設計的小的LED指示燈，可與晶體管和集成電路兼容，用來指示電路狀態(tài)和故障。LED可作為電視頻道調諧指示器,還可用于高保真度收音機和錄音機以及汽車、飛機和機電工業(yè)。大多數指示燈是單管芯，新發(fā)展的還有雙色燈和多色燈。