半導體發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區的電子將向正方向擴散，進入有源層，P區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，將產生自發輻射光。

半導體發光二極管的結構簡單，體積小，工作電流小，使用方便，成本低，所以在光電系統中的應用極為普遍。在正向偏置下，半導體PN結或與其類似的結構能夠發出可見光或近紅外光，這種把電能直接轉換為光能的器件稱為發光二極管，簡稱LED。

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分為價帶和導帶，當電子從一個帶中能態E1躍遷(轉移)到另一帶中的能態E2時，就會發出或吸收一定頻率(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。這種自然發射過程叫作自發輻射復合（圖1）。顯然，輻射躍遷是復合發光的基礎。注入電子的復合也可能是不發光的，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，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。有的發光材料表現為輻射復合占優勢。

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。

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；穩定、可靠、壽命長(105～106小時)；調制方便，通過調制LED的電流來調制光輸出;光輸出響應速度比較快（1～100兆赫）；價格便宜。 　應用　LED可用作指示燈、文字-數字顯示、光耦合器件、光通信系統光源等。 LED光通量的計算 φ=2πì（1-cos?α）