半导体发光二极管和半导体激光器类似，也是一个PN结，也是利用外电源向PN结注入电子来发光的。半导体发光二极管记作LED，是由P型半导体形成的P层和N型半导体形成的N层，以及中间的由双异质结构成的有源层组成。有源层是发光区，其厚度为0.1～0.2μm左右。
电致发光现象发现于1923年，当时并没有引起人们的注意。随着近代技术的发展，对发光器件提出了新的要求，希望发光管简单、可靠、寿命长、价格低、小型化。所以自60年代开始电致发光的研究非常活跃。
原子、分子和某些半导体材料，能分别吸收和放出一定波长的光或电磁波。根据固体能带论，半导体中电子的能量状态分为价带和导带，当电子从一个带中能态E1跃迁(转移)到另一带中的能态E2时，就会发出或吸收一定频率(υ)的光。υ与能量差(ΔE=E2-E1)成正比，即
此式称为玻尔条件。式中h=6.626×10-34J·s。当发光二极管工作时，在正偏下，通常半导体的空导带被通过结向其中注入的电子所占据，这些电子与价带上的空穴复合，放射出光子，这就产生了光。发射的光子能量近似为特定半导体的导带与价带之间的带隙能量。这种自然发射过程叫作自发辐射复合（图1）。显然，辐射跃迁是复合发光的基础。注入电子的复合也可能是不发光的，即非辐射复合。在非辐射复合的情况下，导带电子失去的能量可以变成多个声子，使晶体发热，这种过程称为多声子跃迁；也可以和价带空穴复合，把能量交给导带中的另一个电子，使其处于高能态，再通过热平衡过程把多余的能量交给晶格，这种过程称为俄歇复合。随着电子浓度的提高，这种过程将变得更加重要。带间跃迁时，辐射复合和非辐射复合的两种过程相互竞争。有的发光材料表现为辐射复合占优势。
LED的结构依应用和材料掺杂情况而异。用于可见光指示和显示方面的LED,要求结构佳化以获得率；用于光通信方面的LED,需要有高辐射度以把大功率耦合入纤维，还希望有较大的调制能力。用作指示灯和显示器的LED的基本结构见图2。
用作指示灯的LED有两种结构:径向引线结构和轴向引线结构。前者尺寸小、价格低，适宜安装在印刷电路板上；后者既可安装在仪器面板上，又可直接安装在印制线路板上。专为印制线路板设计的小的LED指示灯，可与晶体管和集成电路兼容，用来指示电路状态和故障。LED可作为电视频道调谐指示器,还可用于高保真度收音机和录音机以及汽车、飞机和机电工业。大多数指示灯是单管芯，新发展的还有双色灯和多色灯。
