Світіння в напівпровідниковому кристалі виникає при рекомбінації електронів і дірок в області p-n-переходу. Область p-n-переходу, утворюється контактом двох напівпровідників з різними типами провідності. Для цього Пріконтактние шари напівпровідникового кристала легують різними домішками: по одну сторону акцепторними. по іншу - донорськими.
Щоб p-n-перехід став випромінювати світло, ширина забороненої зони в активній області світлодіода повинна бути близька до енергії квантів світла видимого діапазону. По-друге, напівпровідниковий кристал повинен містити мало дефектів, через які рекомбінація відбувається без випромінювання. Щоб дотримати обидві умови, найчастіше одного р-п-переходу в кристалі виявляється недостатньо, і виробники змушені йти на ізготавленіе багатошарових напівпровідникових структур, так званих гетероструктур.
Очевидно, що чим більший струм проходить через світлодіод, тим він світить яскравіше. оскільки чим більше струм, тим більше електронів і дірок надходять в зону рекомбінації в одиницю часу. Однак, через внутрішнього опору напівпровідника і p-n-переходу діод нагрівається і при великому струмі може згоріти - розплавляться підводять дроти або буде пережжен сам напівпровідник.
Блакитні світлодіоди вдалося виготовити на основі напівпровідників з великою шириною забороненої зони - карбіду кремнію, з'єднань елементів II і IV групи або нітридів елементів III групи. Однак, у світлодіодів на основі SiC виявився занадто малий ККД і низький квантовий вихід випромінювання (тобто число випроменених квантів на одну рекомбинированного пару). У світлодіодів на основі твердих розчинів селеніду цинку ZnSe квантовий вихід був вище, але вони перегрівалися через великий опір і виявилися недовговічні. Перший блакитний світлодіод вдалося виготовити на основі плівок нітриду галію на сапфіровою (!) Підкладці.
Білий світ від світлодіодів можна отримати декількома способами:
- змішати кольори за технологією RGB. На одній матриці щільно розміщуються червоні, блакитні та зелені світлодіоди, випромінювання яких змішується за допомогою оптичної системи, наприклад лінзи;
- на поверхню світлодіода, що випромінює в ультрафіолетовому діапазоні, наноситься три люмінофора. випромінюючих, відповідно, блакитний, зелений і червоний світло. За принципом люмінесцентної лампи;
- жовто-зелений або зелено-червоний люмінофор наносяться на блакитний світлодіод. При цьому два або три випромінювання змішуються, утворюючи білий або близький до білого світло.
Промисловість випускає як світлодіоди з люмінофором, так і RGB-матриці - у них різні сфери застосування. Звичайний світлодіод, застосовуваний для індикації, споживає від 2 до 4 В постійної напруги при струмі до 50 мА. Світлодіод, який використовується для освітлення, споживає таку ж напругу, але струм вище - від декількох сотень мА до 1 А в проекті. У світлодіодному модулі окремі світлодіоди можуть бути включені послідовно і сумарна напруга виявляється більш високим (зазвичай 12 або 24 В).
При підключенні світлодіода необхідно дотримуватись полярності. інакше прилад може вийти з ладу. Напруга пробою зазвичай становить більше 5 В для одного світлодіода. Яскравість світлодіода характеризується світловим потоком і осьовою силою світла, а також діаграмою спрямованості. Існуючі світлодіоди різних конструкцій випромінюють в тілесному куті від 4 до 140 градусів. Колір, як зазвичай, визначається координатами кольоровості і колірною температурою, а також довжиною хвилі випромінювання.
Яскравість світлодіодів регулюється не за рахунок зниження напруги живлення. а так званим методом широтно-імпульсної модуляції (ШІМ). Для цього необхідний спеціальний керуючий блок. Метод ШІМ полягає в тому, що на світлодіод подається не постійний, а імпульсно-модульований струм, причому частота сигналу повинна складати сотні або тисячі герц, а ширина імпульсів і пауз між ними може змінюватися. Середня яскравість світлодіода стає керованою, в той же час світлодіод не гасне.
Світлодіоди досить довговічні, однак термін служби у потужних світлодіодів коротше, ніж у малопотужних сигнальних. Втім, і він становить в даний час 20 - 50 тисяч годин. Старіння виражається в першу чергу в зменшенні яскравості і зі зміною кольору.
Спектр випромінювання світлодіода близький до монохроматичного. у чому його кардинальна відмінність від спектра сонця або лампи розжарювання.