半导体中的光发射通常起因于载流子的复合。当半导体的pn结加有正向电压时，会削弱pn结势垒，迫使电子从n区经pn结注入p区，空穴从p区经过pn结注入n区，这些注入pn结附近的非平衡电子和空穴将会发生复合，从而发射出波长为λ的光子，其公式如下:

λ=hc/eg (1)

式中:h-普朗克常数;c-光速;eg-半导体的禁带宽度。

上述由于电子与空穴的自发复合而发光的现象称为自发辐射。当自发辐射所产生的光子通过半导体时，一旦经过已发射的电子-空穴对附近，就能激励二者复合，产生新光子，这种光子诱使已激发的载流子复合而发出新光子现象称为受激辐射。如果注入电流足够大，则会形成和热平衡状态相反的载流子分布，即粒子数反转。当有源层内的载流子在大量反转情况下，少量自发辐射产生的光子由于谐振腔两端面往复反射而产生感应辐射，造成选频谐振正反馈，或者说对某一频率具有增益。当增益大于吸收损耗时，就可从pn结发出具有良好谱线的相干光--激光，这就是红外激光二极管的原理。