Đặc trưng công suất quang – dòng bơm (P-I) là đặc trưng quan trọng nhất của LED (Hình 30.a). Đường cong P-I là gần tuyến tính, ở dòng bơm lớn đường cong sẽ hở nên bão hoà do sự vượt qua rào thế của các hạt tải bơm vào làm giảm nồng độ hạt tải trong vùng tích cực của LED. Đường cong I-V của LED (hình 30.b) là đường cong phi tuyến được xác định bởi phương trình Shockley
I = Is [ exp(βV)-1]
Với β = q/ηkBT, V là thế đặt vào (sụt trên diode), q - điện tích điện tử, kB - hằng số Boltzmann, T là nhiệt độ. Khi dòng bơm ≠ 0 sụt thế trên chuyển tiếp tăng đột ngột tới giá trị Vf (sụt thế thuận), sau đó thế tăng từ từ và đạt gía trị không đổi khi dòng bơm tăng tiếp trong trường hợp lý tưởng. Khi có điện trở nối tiếp của LED V tăng tiếp tục khi I tăng. Hiệu suất lượng tử ngoại của LED là hiệu suất chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng quang phát ra được tính theo công thức:
ηext = (Pout/IV) x 100%
Với Pout là công suất quang, I và V là dòng bơm và thế sụt trên LED.Phổ quang của LED có độ bán rộng phổ ∆λ có thể tính gần đúng theo công thức:
∆λ [µm] ≈ λ2 [µm] (3kT/hc) [eV]
Với λ là bước sóng danh định của LED, k- hằng số Boltzmann và T là nhiệt độ chuyển tiếp, h - hằng số Planck, c - tốc độ ánh sáng.
Hì nh 31.a: Đặc trưng công suất quang – dòng bơm của LED
Hình 31.b: Đặc trưng dòng - thế (I-V) của LED
Hình 31.c: Phổ quang của LED
Chùm tia sáng của LED phát trên mặt là đối xứng (góc mở 2α ~ 2 x 90o) do vùng phát ánh sáng thường là hình tròn (φ ~ 0,4 ÷ 1,5 µm) trong khi LED phát ở phía cạnh chùm sáng có dạng elip với góc mở 2θ ~ 2 x 90o theo hướng song song và góc mở 2θ ~ 2 x 45o theo hướng vuông góc với lớp chuyển tiếp p-n. Phân bố chùm tia của LED phát cạnh theo hàm Lambertian (~ βocosθ) cho hướng song song với chuyển tiếp p-n. Cho hướng vuông góc với chuyển tiếp p-n phân bố chùm tia hẹp hơn nhiều do sự phân kỳ bị hạn chế bởi dẫn sóng tầng (slab) theo hướng vuông góc với chuyển tiếp (bề dày vùng tích cực 0,05 ÷ 0,25 µm trong khi độ rộng 50 ÷ 70 µm). Đối với LED phát mặt, phân bố chùm tia tuân theo hàm Lambertian.