LED是一种PN结器件，和一般的整流二极管一样，也具有二极管单向导电的特性，即 具有整流特性；但它在外加正偏压的情况下，还会发出某种波长的光，把电能转换为光能。
因而它是一种“电致发光”器件。在LED中，我们利用的是PN结的发光特性，而不是它的整流。另一边掺受主杂质，在边界面上会形成一个PN 结。在掺施主杂质的N型半导体区一边有大量的低浓度的P区扩散，即有电子扩散到P型半导体区一边，就好像一滴墨水滴在一杯清水里，墨汁 会向四周扩散一样；与此同时，在掺受主杂质的 P型半导体区一边有大量的空穴，它在浓度梯度作用下也会扩散到N型半导体区一边，这种相互扩散导致在PN结附近的P区和N区只留下了带负、正电荷的不能移动的杂质离子，结果就 会形成一个髙度为eAF的势垒，阻止电子、空穴的进一步扩散，最终达到平衡状态。在PN 结附近只有空间电荷的薄层称为空间电荷层或称为空乏层（表示没有可移动的载流子），它所 建立的势垒将阻止载流子的进一步扩散，最终使流过PN结的电流为零。
加正偏压时，即P型材料接电源的正极，N型材料接电源的负极时，PN结的势垒降低,使P区和N区的多数载流子向对方的区域扩散，形成较大的正向电流。 注入P区的电子和能级处于价带附近的空穴在PN结附近相遇，就会发生复合（由P区注入N 区的空穴也会与该区的电子复合)，电子与空穴复合时，能级是从较高的导带跃迁到较低的价 带，这样就会有多余的能量以光子的形式释放出来。显然，导带与价带之间的能量差越大，即 材料的禁带宽度（或称带隙）越大，光子携带的能量就越高。
注入P区的电子可以直接与能级处于价带的空穴复合，也可以先被发光中心（其能级靠 近导带附近）捕获，释放一部分能量后再与空穴复合，将多余的能量以光子的形式释放出来, 这时也能观察到PN结发光现象；如果这些电子被非发光中心捕获，由于非发光中心的能级 位于导带与价带的中间附近，电子与空穴复合时所释放的能量不大，便不能形成可见光。或 者，半导体材料本身的禁带宽度（带隙）Eg不大，每次复合时不能释放出足够多的能量，也 不可能形成可见光，而是以热能的形式释放出来。发光的电子-空穴对复合量相对于电子-空 穴对的比例越大，PN结的发光量子效率越髙，发出的光越强。对于LED来说，我们希望非 发光的电子-空穴对的复合量相对于发光的电子-空穴对的复合量越少越好。
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