大多数半导体是通过用其他材料掺杂硅来制造自由负电荷(N 型)或自由正电荷(P 型)。相应地，固定原子具有相反极性的正电荷或负电荷。在两种材料的交界处，两种电荷结合，形成一个没有自由电荷的狭窄区域。这个“本征区域”包含带正电或带负电的静止原子，可防止两个相反的自由电荷进一步结合。
实际上，这会产生一个能垒，从而产生一个二极管结(PN 结)。
为了使PN结导电，P型半导体材料的电位需要高于N型半导体的电位。电场力迫使更多的正电荷进入 P 型材料和更多的负电荷进入N型材料。当PN结两端的电位差达到0.7V左右时，PN结就会导电。电位差使电子有足够的能量流过PN结。
LED灯带元件也采用PN结构。但硅材料阱不适合，因为硅材料形成的PN结的能垒太低。早期的 LED 由砷化镓 (GaAs) 制成，它发出波长约为 905nm 的红外光。之所以发出这种光，是由砷化镓中自由电子的导带与分子Z的较低能级的价带之间的能级差决定的。当对LED施加外部电压时，电子增益足够的能量使剑突导带跃迁并产生电流。当电子失去能量并返回到较低能量的价带时，它就会发光。
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