半导体发光二极管是把电能转换成白发发射光能的pn结或异质结器件。
当外加电压Vd近似等于Eg/e时 , 电子将从n区向p区注入,空穴则从p区向n区注入。这些注入的少子在注入区域内将由于电子-空穴的复合而消失,在电子与空穴复合时,将其能量以光子的形式放出,这就是所谓的辐射复合。若将能量消耗于晶格振动或给予其它载流子,就是所谓的非辐射复合。
在正向电压驱动T,n-GaAlAs向GaAs区域注入电子,由于GaAs和p-GaAIAs之间存在着禁带差, 所以GaAs和p-GaA1As之间存在着电位势垒,阻挡了注入到GaAs中的电子进一步扩散, 故GaAs电子浓度可以大大提高。同理,GaAs和n-GaAlAs之间势垒阻挡着空穴的扩散,这样,GaAs区域中不但少数载流子浓度而且多数载流子浓度也大大增加,从而大大地提高了复合几率。
辐射复合几率和非辐射复合几率的大小主要决定于电子能带结构,同时也决定于杂质和晶格缺陷的类及其浓度。
在导带极小点(Γ点) K=π/d (0 O 0)附近谷处的电子向价带的跃迁(d)是直接跃迁(如GaAs),而从K=(1,0,0)方向的谷处向价带的跃迁(i)是间接跃迁过程(如GaP)。
直接跃迁型半导体,通过浅施主能级和受主能级间的跃迁几率与带间跃迁几率大致相等,但比间接跃迁型半导体的跃迁几率大得多,这是因为直接跃迁辐射复合是电子-空穴二体碰撞过程,而间接跃迁的辐射复合涉及到电子、空穴和声子的三体碰撞问题,所以发光效率高的材料其能带结构应是直接带隙材料。