发光二极管（LED）是一种半导体器件，其工作原理是基于半导体材料在电流通过时发射光子的现象。
1. PN结构：发光二极管由P型半导体和N型半导体材料组成。当N型半导体和P型半导体通过P-N结连接时，形成了一个PN结。这个结构中，在P区域中多出的空穴会扩散到N区域，而在N区域中多出的电子会扩散到P区域，这种扩散会形成一个耗尽层，也称为空间电荷区。
2. 正向偏置：当PN结施加正向电压时，即P区域连接到正极，N区域连接到负极，耗尽层会变窄。这使得电子和空穴能够穿过耗尽层，并在它们相遇的地方重新组合。在这个过程中，由于能量差的存在，电子会释放出能量，这部分能量转化为光能，产生了发光现象。这种发光叫做电致发光。
3. 能带结构：发光二极管中的半导体材料具有特殊的能带结构。在纯净的半导体中，有一个价带和一个导带。当电子从价带跃迁到导带时，它们会释放出能量，这个能量差会以光子的形式发射出来。不同半导体材料的能带宽度决定了发射的光的波长，从紫外光到红外光都有不同材料可供选择。
发光二极管的工作原理可概括为施加正向电压时，通过PN结的电流使得电子和空穴重新组合，释放出能量转化为光能，产生发光现象。发光二极管的发光颜色由半导体材料的能带结构决定，不同材料会发射不同波长的光。
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