原理:發光原理:發光二極體(Light Emitting Diode, LED)是利用二極體內，電子與電洞結合過程中能量轉換產生光的輸出。LED特性:冷性發光不產生熱，元件壽命長(十萬小時以上)、反應速度很快、體積小、適合量產，具高可靠度。其製作材料通常為砷、磷、鎵等Ⅲ-Ⅴ族元素，過程包括上游的晶圓製作、磊晶成長（epitaxy），中游的擴散製程（diffusion）、金屬蒸鍍、晶粒製作，以及下游的產品封裝及應用市場等。(如表一)在上游的生產流程順序為：原料（Ga、As、P等）→單晶棒（GaAs、GaP等材料）→單晶片（wafer）→在單晶片上成長多層的磊晶→磊晶片，上游製程的成品包括單晶片及磊晶片；中游的晶粒製作則包括磊晶片擴散作業→製作金屬電極→金屬蒸鍍→光罩蝕刻→熱處理→晶粒切割，中游製程的成品是晶粒；下游的封裝產品若依封裝方式來分，則可分為燈泡型（Lamp）、SMD型、數字／字元顯示型、點矩陣型、集束型等。結合藍色、黃綠（草綠）色，以及高亮度的紅色LED等三者的頻譜特性曲線，三原色在FWHM頻譜中的頻寬約24奈米─27奈米。發光二極體是一種特殊的二極體。和普通的二極體一樣，發光二極體由半導體晶片組成，這些半導體材料會預先透過注入或攙雜等工藝以產生p、n架構。與其它二極體一樣，發光二極體中電流可以輕易地從p極（陽極）流向n極（負極），而相反方向則不能。兩種不同的載流子︰電洞和電子在不同的電極電壓作用下從電極流向pn結。當電洞和電子相遇而產生複合，電子會跌落到較低的能階，同時以光子的模式釋放出能量。它所發出的光的波長（決定顏色），是由組成pn結構的半導體物料的禁帶能量決定。由於矽和鍺是間接帶隙材料，在這些材料在常溫下電子與電洞的複合是非輻射躍遷，此類躍遷沒有釋出光子，所以矽和鍺二極體不能發光。但在極低溫的特定溫度下則會發光，必須特殊角度才可發現，該發光的亮度不明顯。發光二極體所用的材料都是直接帶隙型的，這些禁帶能量對應著近紅外線、可見光、或近紫外線波段的光能量。
種類:發光二極體係利用各種化合物半導體材料及元件結構之變化，設計出紅、橙、黃、綠、藍、紫等各顏色，以及紅外、紫外等不可見光LED。目前商品化之各顏色LED所使用之化合物半導體材料，以及其發光強度，所使用基板、發光層材料、磊晶生長方式、波長及發光強度(紅外LED為發光功率，白光LED為光電效率) ，顯示每項產品之製造技術的差異。其中，適合製作1000mcd以上之高亮度LED的材料，由長波長而短波長觀之，分別為AlGaAs、AlGaInP和GaInN。AlGaAs適合於製作高亮度紅光及紅外光LED，商業上以LPE磊晶法進行量產，元件使用雙異質接面構造(DH)為主；雖然DDH結構可發出比DH結構更高的亮度，但因為需製作AlGaAs基板，困難度很高，故投資開發的廠商較少。目前國外主要生產廠商為日立電線和昭和電工等。AlGaInP適合於高亮度紅、橘、黃及黃綠光LED，商業上以MOVPE磊晶法進行量產，元件使用雙異質接面 (DH)及 量子井(QW) 構造，效率更為提高。由於AlGaInP 紅光LED在高溫與高溼環境下，其壽命試驗結果優於AlGaAs LED，未來有逐漸取代AlGaAs紅光LED的趨勢。國外主要生產AlGaInP的廠商為美國HP公司和日本Toshiba公司，各自擁有多項專利保護。GaInN適合於高亮度深綠、藍、紫及紫外光LED，以高溫MOVPE磊晶法量產，元件也使用雙異質接面 (DH)及 量子井(QW) 構造，可達效率比前兩者高。日本日亞公司是第一家在GaInN/GaN磊晶技術上有所突破者，目前技術仍遙遙領先全世界，所生產波長450nm的藍光LED及520nm的純綠色LED，亮度分別為2cd與6cd以上，並且掌握自材料生長至元件結構之大部分專利所有權。除此之外，日本松下公司與豐田合成公司合作，推出GaN藍色LED，亮度大於1cd；美國Cree公司也推出0.6cd亮度之GaInN/SiC藍色LED；其他如日本Sanyo、 Sharp、Toshiba和美國HP公司，均已積極投入相關材料元件技術之研發，並有所突破。然而，因日亞公司與豐田合成公司正針對本產品進行專利訴訟中，其結果對本產品之生產將有造成極大之影響，廣受世界各大公司之注意。最後一項為白光LED，乃是日本日亞公司利用藍光LED加上黃色螢光體而構成的，1998年4月其光電轉換效率已提昇至15流明/瓦，略高於傳統燈泡， 以常見照明燈具之開發歷程來看，白光LED未來於照明產業之應用極具潛力。
二極體的基本運作:這裡針對半導體二極體的運作原理，選擇基本的PN接合型二極體作為例子，簡單地說明其特性。讀者若是想尋找真空管二極體的運作原理，
基本構造和熱平衡狀態。半導體的pn接合面和能階結構的示意圖PN接合二極體是n型半導體和p型半導體互相結合所構成。PN接合區彼此的電子和電洞相互抵銷，造成主要載子不足，形成空乏層。在空乏層內N型側帶正電，P型側帶負電，因此內部產生一個靜電場，空乏層的兩端存在電位差。但是如果讓兩端的載子再結合的話，兩端的電壓差則會變成零。
整流動作:順向偏壓(bias): 順向偏壓時的PN接合二極體二極體的陽極側施加正電壓，陰極側施加負電壓，這樣就稱為順向偏壓。如此N型半導體被注入電子，P型半導體被注入電洞。這樣一來，讓主要載子過剩，空乏層縮小、消滅，正負載子在接合部附近結合並消滅。整體來看，電子從陰極流向陽極（電流則是由陽極流向陰極）。在這個領域，電流隨著偏壓的增加也急遽地增加。伴隨著電子與電洞的再結合，兩者所帶有的能量轉變為熱（和光）的形式被放出。另，能讓順向電流通過的必要電壓被稱為順向壓降。
逆向偏壓:逆向偏壓時的PN接合二極體在陽極側施加負電壓，就是逆向偏壓。這種情況下，因為N型區域被注入電洞，P型領域被注入電子，兩個領域內的主要載子都變為不足。因此結合部位的空乏層變得更大，內部的靜電場也更強，擴散電位也跟著變大。這個擴散電位與外部施加的電壓互相抵銷，讓逆向的電流更難以通過。
而實際的元件雖然處於逆向偏壓狀態，也會有微小的逆向電流（漏電流、漂移電流）通過。而且當逆向的偏壓持續增加，也會發生Zener Breakdown或なだれ降伏，發生急遽的電流增加。開始產生這種降伏現象的（逆向）電壓被稱為降伏電壓或崩潰電壓。超過降伏電壓以後，逆向電流急遽增加的領率，就被稱為降伏區（崩潰區）。在崩潰區內，電壓的變化比電流的小。齊納二極體就積極地利用這個領域的動作特性，可以作為電壓源使用。
二極體的種類: PN二極體 (PN Diode) 利用半導體中PN接合的整流性質，是最基本的半導體二極體。
蕭特基二極體 (Schottky Barrier Diode) 利用金屬和半導體二者的接合面的’蕭基特效應’的整流作用。由於順向的電壓降低，導通回復時間也短，適合用於高頻率的整流。一般而言漏電流較多，突波耐受度較低。也有針對此缺點做改善的品種推出。
定電壓二極體 (Reference Diode)（齊納二極體(Zener Diode)) 被施加反方向電壓的場合，超過特定電壓時發生Zener降伏，與電流大小無關，得到一定的電壓之性質。利用此性質作成的元件。被用於作為電壓的基準。藉由添加不純物的種類、濃度，決定降伏電壓（破壞電壓）。另外，順方向的特性與一般的二極體相同。
定電流二極體（CRD, Current Regulative Diode) 被施加順方向電壓的場合，無論電壓多少，可以得到一定的電流的元件。通常的電流容量在1~15mA的範圍。雖然被稱為二極體，但是構造、動作原理都與接合型電場效應電晶體相似。
隧效應二極體 (tunnel diode)、江崎二極體(Esaki diode) 是利用量子穿隧效應的作用，會出現順向電壓增加時流通的電流量反而減少的「負電阻」的現象。1957年由日本人江崎玲於奈發明。藉由調整不純物的濃度、在順向施加與Zener breakdown 電壓相等的偏壓。
交流二極體（DIAC）、{突波保護二極體}如果施加超過規定電壓（brak over電壓，VBO）的電壓，會開始導通使得端子之間的電壓降低的雙方向元件。使用於電路的突波保護上。另，雖被稱為二極體，實際的構造、動作原理都應歸類為三極體(thyristor)的複雜分類中。
變容二極體（variable capacitance diode、varactor diode）施加逆向電壓的場合，二極體PN接合的空乏層厚度會變化，利用靜電容量（接合容量）的變化的可變容量蓄電器。沒有機械零件所以可靠度高，廣泛應用於VCO或可變電壓濾波器，也是電視接收器和行動電話不可缺少的零件。
PIN二極體(p-intrinsic-n Diode) PN之間一層高電阻的半導體層，使少數載子的積蓄效果增加，逆回覆時間也較長。利用順向偏壓時高頻率訊號較容易通過的性質，用於天線的頻帶切換以及高頻率開關。
雷射二極體 (laser diode) 可以產生雷射光的類型。也被稱為半導體雷射。
光電二極體 (photo diode) 光線射入PN接合，P領域的電洞、N領域的電子集合，產生電壓（光電效應）。藉由測量此電壓或電流，可作為光感應器使用。有PN、PIN、蕭特基、APD等類型。太陽電池也是利用此種效應。
非線性電阻器若超過一定電壓，電阻就會降低。是保護電路受到突波電壓傷害的雙向元件。由二氧化鉛的燒結體顆粒製成，當作非線性電阻使用
氣體放電管整流器針狀電極和平板電極相向接近尖端放電。若把針狀電極當做負極，比較低的電壓就會開始放電。利用這樣的性質來做當作整流器。
點接觸二極體用鎢之類的金屬針狀電極與N型半導體的表面接觸。此構造的特徵是寄生電容非常小。採用於鍺質二極體和Gunn二極體。礦石檢波器也是一種點接觸二極體。