以物理的观点来说，在室温时，部分电子获得足够的能量而从价电带跃迁到导电带，在价电带留下一些带正电的空位（电洞）。当电子从导电带再度跃迁回到价电带与电洞结合时，将导电带与价电带间能量差，就是“能隙”，用光或热的形式释放出来。 

    如果在能量转移过程中，电子的动量保持一定，那么电子可从导电带直接跃迁到价电带而发出光，这就称为直接跃迁。如果电子与电洞结合必须改变其动量，则跃迁相当困难且多半用热的方式将能量散出，这就称为间接跃迁。  

    在直接跃迁中，半导体的波长（单位是奈米）与能隙（单位是电子伏特）的关系是波长＝1240∕能隙（奈米＝10-9米，奈米：人的头发直径不超过10-4米，头发的直径大约是一奈米的十万倍左右），由此关系式可知，半导体激光的波长取决于能隙大小。  

    半导体的材料可分为元素半导体及化合物半导体，常见的元素半导体材料，如硅与锗，都是间接能隙材料，不合适做为发光材料。目前常见的发光组件材料多为直接 能隙的化合物半导体，如三族、五族的砷化镓与磷化铟，或二族、六族的硒化锌与硫化锌等。此外，也可利用三元或四元化合物半导体，其能隙可随着元素成分改变 而调变，而得到不同波长的光。例如，三元化合物半导体铝χ镓1-χ砷是以砷化镓与砷化铝所合成，我们可调整三价元素铝和镓的比例来得到不同波长的光。