半導體發(fā)光二極管和半導體激光器類似，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(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)中的應用極為普遍。在正向偏置下，半導體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(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(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。

光通信用 LED的發(fā)射波長在光纖呈現(xiàn)低損耗的窗口區(qū)。0.8～0.9微米的GaAlAs-GaAs發(fā)光管和1.3～1.6微米的InGaAsP-InP發(fā)光管,波長分別落在石英纖維的和第二個透明窗口。為了與纖維耦合,光可以從LED的一面或一邊提取。

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)；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(shù)字顯示、光耦合器件、光通信系統(tǒng)光源等。 LED光通量的計算 φ=2πì（1-cos?α）