半導(dǎo)體發(fā)光二極管和半導(dǎo)體激光器類似，也是一個PN結(jié)，也是利用外電源向PN結(jié)注入電子來發(fā)光的。半導(dǎo)體發(fā)光二極管記作LED，是由P型半導(dǎo)體形成的P層和N型半導(dǎo)體形成的N層，以及中間的由雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)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。

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)分為價帶和導(dǎo)帶，當(dāng)電子從一個帶中能態(tài)E1躍遷(轉(zhuǎn)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(dāng)發(fā)光二極管工作時，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(fù)合，把能量交給導(dǎo)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(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，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。

LED的結(jié)構(gòu)依應(yīng)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(jié)構(gòu)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(diào)制能力。用作指示燈和顯示器的LED的基本結(jié)構(gòu)見圖2。

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光輸出進行高速率的調(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)動的結(jié)構(gòu)。