半導體發(fā)光二極管和半導體激光器類似，也是一個PN結，也是利用外電源向PN結注入電子來發(fā)光的。半導體發(fā)光二極管記作LED，是由P型半導體形成的P層和N型半導體形成的N層，以及中間的由雙異質結構成的有源層組成。有源層是發(fā)光區(qū)，其厚度為0.1～0.2μm左右。

電致發(fā)光現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)于1923年，當時并沒有引起人們的注意。隨著近代技術的發(fā)展，對發(fā)光器件提出了新的要求，希望發(fā)光管簡單、可靠、壽命長、價格低、小型化。所以自60年代開始電致發(fā)光的研究非常活躍。

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(xiàn)為輻射復合占優(yōu)勢。

LED的結構依應用和材料摻雜情況而異。用于可見光指示和顯示方面的LED,要求結構佳化以獲得率；用于光通信方面的LED,需要有高輻射度以把大功率耦合入纖維，還希望有較大的調制能力。用作指示燈和顯示器的LED的基本結構見圖2。

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(shù)指示燈是單管芯，新發(fā)展的還有雙色燈和多色燈。