发光二极管是显眼的半导体二极管类型。它们发出带宽相当窄的可见光，包括不同颜色波长的可见光、用于遥控器的不可见红外光或当正向电流通过时发出的激光光。
“发光二极管”或更常见的名称是 LED，它基本上只是一种特殊类型的二极管，因为它们的电气特性与 PN 结二极管非常相似。这意味着 LED 会正向通过电流，但会阻止反向电流流动。
发光二极管由一层非常薄的、掺杂程度相当高的半导体材料制成，根据所用的半导体材料和掺杂量，当正向偏置时，LED 会发出特定光谱波长的彩色光。
当二极管正向偏置时，半导体导带中的电子与价带中的空穴重新结合，释放出足够的能量，产生发出单色光的光子。由于这一薄层的存在，相当数量的光子可以离开结点并辐射出去，产生彩色光输出。
发光二极管结构 然后我们可以说，当以正向偏置方向操作时，发光二极管是将电能转换为光能的半导体器件。
发光二极管的结构与普通信号二极管的结构非常不同。LED 的 PN 结被透明的硬塑料环氧树脂半球形外壳或主体包围，可保护 LED 免受振动和冲击。
令人惊讶的是，LED 结实际上不会发出那么多光，因此环氧树脂主体的构造方式使得结发出的光子从二极管所连接的周围基板基座反射出去，并通过 LED 的圆顶向上聚焦，圆顶本身就像一个透镜，可以集中光量。这就是为什么发射的光在 LED 顶部看起来亮的原因。
然而，并非所有 LED 的环氧外壳都采用半球形圆顶。有些指示 LED 具有矩形或圆柱形结构，顶部为平面，或者其主体呈条形或箭头形。通常，所有 LED 都制造有两条从主体底部伸出的腿。
此外，几乎所有现代发光二极管都有其阴极（ - ）端子，其特征是主体上的凹口或平坦点，或通过阴极引线比另一根引线短来识别，因为阳极（ + ）引线比阴极（k）长。
与普通白炽灯和灯泡在发光时会产生大量热量不同，发光二极管产生的是“冷”光，因此效率比普通“灯泡”高，因为大部分产生的能量在可见光谱内辐射出去。由于 LED 是固态设备，因此它们非常小巧耐用，并且比普通光源的灯泡寿命长得多。
发光二极管颜色 那么发光二极管的颜色是如何形成的呢？与用于检测或电源整流的普通信号二极管不同，普通信号二极管由锗或硅半导体材料制成，而发光二极管则由砷化镓 (GaAs)、磷化镓 (GaP)、磷化砷化镓 (GaAsP)、碳化硅 (SiC) 或氮化铟镓 (GaInN) 等奇异的半导体化合物制成，所有这些化合物以不同的比例混合在一起，产生不同波长的颜色。
不同的 LED 化合物在可见光谱的特定区域发光，因此产生不同的强度水平。所用半导体材料的选择将决定光子发光的总波长，从而决定发光的颜色。
发光二极管颜色
因此，发光二极管的实际颜色由发射光的波长决定，而波长又由制造过程中形成 PN 结所用的实际半导体化合物决定。
因此，LED 发出的光的颜色并不由 LED 塑料外壳的颜色决定，尽管这些外壳略带颜色，既可以增强光输出，又可以在没有电源照明时显示其颜色。
发光二极管具有多种颜色，常见的是红色、琥珀色、 黄色 和绿色，因此广泛用作视觉指示器和移动光显示器。
近开发的蓝色和白色LED也已面市，但它们往往比普通标准颜色的LED贵得多，这是因为在半导体化合物中以的比例混合两种或多种互补颜色，以及在掺杂过程中将氮原子注入晶体结构的生产成本。
从上表我们可以看出，制造发光二极管时使用的主要 P 型掺杂剂是镓 (Ga，原子序数 31)，而主要使用的 N 型掺杂剂是砷 (As，原子序数 33)，从而形成砷化镓 (GaAs) 晶体结构的化合物。
单独使用砷化镓作为半导体化合物的问题在于，当正向电流流过时，它会从其结面辐射出大量低亮度红外辐射（约 850nm-940nm）。
它产生的红外光量对于电视遥控器来说还算可以，但如果我们想将 LED 用作指示灯，那么它就没什么用了。但是通过添加磷（P，原子序数 15）作为第三种掺杂剂，发射辐射的总波长降低到 680nm 以下，使人眼能够看到可见的红光。PN 结掺杂工艺的进一步改进产生了一系列颜色，涵盖了我们上面看到的可见光谱以及红外线和紫外线波长。
通过混合多种半导体、金属和气体化合物，可以生产出以下类型的 LED。
发光二极管的类型
砷化镓 (GaAs) – 红外线
砷化镓磷化物 (GaAsP) – 红光至红外光、橙色
铝镓砷磷化物 (AlGaAsP) – 高亮度红色、橙红色、橙色和黄色
磷化镓 (GaP) – 红色、黄色和绿色
磷化铝镓 (AlGaP) – 绿色
氮化镓（GaN）——绿色、翠绿色
氮化镓铟 (GaInN) – 近紫外、蓝绿色和蓝色
碳化硅（SiC）——蓝色基材
硒化锌 (ZnSe) – 蓝色
氮化铝镓 (AlGaN) – 紫外线
与传统 PN 结二极管一样，发光二极管是电流相关器件，其正向压降V F取决于半导体化合物（其光色）和正向偏置 LED 电流。常见的 LED 需要正向工作电压约为 1.2 至 3.6 伏，正向电流额定值约为 10 至 30 毫安，其中常见的范围是 12 至 20 毫安。
正向工作电压和正向电流均根据所使用的半导体材料而变化，但开始导电并产生光的点对于标准红色 LED 约为 1.2V 对于蓝色 LED 约为 3.6V。
当然，由于所使用的掺杂材料和波长不同，确切的电压降将取决于制造商。特定电流值（例如 20mA）下 LED 上的电压降也将取决于初始传导V F点。由于 LED 实际上是二极管，因此可以针对每种二极管颜色绘制其正向电流电压特性曲线，如下所示。
发光二极管 IV 特性。
发光二极管
发光二极管 (LED) 原理图符号和 IV 特性曲线
显示可用的不同颜色。
在发光二极管能够“发射”任何形式的光之前，它需要电流流过，因为它是一种电流依赖型设备，其光输出强度与流过 LED 的正向电流成正比。
由于 LED 要在正向偏置条件下连接到电源，因此应使用串联电阻限制电流，以防止电流过大。切勿将 LED 直接连接到电池或电源，因为过多的电流会通过并烧毁 LED，因此 LED 几乎会立即损坏。
从上表中我们可以看出，每个 LED 在 PN 结上都有自己的正向电压降，该参数由所用的半导体材料决定，是指定量的正向传导电流（通常为 20mA 的正向电流）的正向电压降。
在大多数情况下，LED 由低压直流电源供电，并采用串联电阻R S将正向电流限制在安全值内，比如说，对于简单 LED 指示灯，电流为 5mA；对于需要高亮度光输出的情况，电流为 30mA 或更高。
