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这种电子元件早在1962年出现，早期只能发出低光度的红光，之后发展出其他单色光的版本，时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的光度。而用途也由初时作为指示灯、显示板等；随着技术的不断进步，发光二极管已被广泛地应用于显示器和照明。
发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压大于5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过二极管的电流。
发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。
以下是传统发光二极管所使用的无机半导体物料和所它们发光的颜色
LED材料 | 材料化学式 | 颜色 |
铝砷化镓 砷化镓 砷化镓磷化物磷化铟镓 铝磷化镓（掺杂氧化锌） | AlGaAs GaAsP AlGaInP GaP:ZnO | 红色及红外线 |
铝磷化镓 铟氮化镓/氮化镓 磷化镓 磷化铟镓铝 铝磷化镓 | InGaN/GaN GaP AlGaInP AlGaP | 绿色 |
磷化铝铟 镓砷化镓 磷化物 磷化铟镓铝 磷化镓 | GaAsPAlGaInP AlGaInP GaP | 高亮度的橘红色，橙色，黄色，绿色 |
磷砷化镓 | GaAsP | 红色，橘红色，黄色 |
磷化镓 硒化锌 铟氮化镓 碳化硅 | GaP ZnSe InGaN SiC | 红色，黄色，绿色 |
氮化镓(GaN) | 绿色，翠绿色，蓝色 | |
铟氮化镓 | InGaN | 近紫外线，蓝绿色，蓝色 |
碳化硅(用作衬底) | SiC | 蓝色 |
硅(用作衬底) | Si | 蓝色 |
蓝宝石(用作衬底) | Al2O3 | 蓝色 |
硒化锌 | ZnSe | 蓝色 |
钻石 | C | 紫外线 |
氮化铝,氮化铝镓 | AlN AlGaN | 波长为远至近的紫外线 |
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