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LED是一种PN结器件，和一般的整流二极管一样，也是具有二极管单向导电的特性，即是具有整流特性;但它在外面加正偏压的情况下，还会发出某种波长的光，把电能转换成为光能，因此它是一种“电致发光”器件。在LED中，我们利用的是PN结的发光特性，而不是它的整流特性;
要弄清楚LED发光的原理，必须从半导体PN结的基本结构谈起，大家知道，在高纯半导体中一边掺施主杂质，另一边掺受主杂质，在边界面上会形成一个PN结。在掺施主杂质的N型半导体区一边有大量的电子，它在浓度梯度作用下会从高浓度的N区向低浓度的P区扩散，即是有电子扩散到P型半导体区一边，就好像一滴墨水滴在一杯清水里，墨汁会向四周扩散一样;同时，要掺受主杂质的P型半导体区一边有大量的空穴，它在浓度梯度作用下也会扩散到N型半导体区一边，这种相互扩散导致在PN结附近的P区和N区只留下了带负、正电荷的不能移动的杂质离子，结果就会形成一个高度的势垒，阻止电子、空穴的进一步扩散，最终达到平衡状态。在PN结附近只有空间电荷的薄层称为空间电荷或空乏层(表示没有可移动的载流子)，它所建立的势垒将阻止载流子的进一步扩散，最终使流过PN结的电流为零。
LED防水电源加正偏压时，即P型材料接电源的正极，N型材料接电源的负极时，PN结的势垒降低，使P区和N区的多数载流子向对方的区域扩散，形成较大的正向电流。注入P区的电子和能级处于价带附近的空穴在PN对附近相遇，就会发生复合(由P区注入N区的空穴也会与该区的电子复合)，电子与空穴复合时，能级是从较高的导带跃迁到较低的价带，这样就会有多余的能量以光子的形式释放出来。很明显，导带与价带之间的能量差越大，即材料的禁带宽度(或称带隙)越大，光子携带的能量就越高。光子的波长和它所携带的能量多少有关系，能量越高，对应的光的波长就越短;反之，则波长越长。在可见光的频谱范围内(波长为380--780mm)，当复合释放出的光子能量较多时，可见为波长较短的蓝光、紫光;当释放出的光子能量较少时，可见光为波长较长的橘红光、红光。
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