半導(dǎo)體發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)公差沒有激光器那么嚴(yán)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(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。

半導(dǎo)體發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)簡單，體積小，工作電流小，使用方便，成本低，所以在光電系統(tǒng)中的應(yīng)用極為普遍。在正向偏置下，半導(dǎo)體PN結(jié)或與其類似的結(jié)構(gòu)能夠發(fā)出可見光或近紅外光，這種把電能直接轉(zhuǎn)換為光能的器件稱為發(fā)光二極管，簡稱LED。

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)，再通過熱平衡過程把多余的能量交給晶格，這種過程稱為俄歇復(fù)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(shí)，輻射復(fù)合和非輻射復(fù)合的兩種過程相互競爭。有的發(fā)光材料表現(xiàn)為輻射復(fù)合占優(yōu)勢。

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)。

在低壓(低于2伏)、小電流（幾十毫安至200毫安）下工作,功耗小、體積小、可直接與固體電路連接使用；穩(wěn)定、可靠、壽命長(105～106小時(shí))；調(diào)制方便，通過調(diào)制LED的電流來調(diào)制光輸出;光輸出響應(yīng)速度比較快（1～100兆赫）；價(jià)格便宜。 　應(yīng)用　LED可用作指示燈、文字-數(shù)字顯示、光耦合器件、光通信系統(tǒng)光源等。 LED光通量的計(jì)算 φ=2πì（1-cos?α）