多数解释性内容copy自wiki，因为wiki上的解释已经非常好了，至少比我临时写得要好。

首先解释下能带（引号斜体from wiki）：

“固体材料的能带结构由多条能带组成，能带分为传导带（简称导带）、价电带（简称价带）和禁带等，导带和价带间的空隙称为能隙。

 

能带结构可以解释固体中导体、半导体、绝缘体三大类区别的由来。材料的导电性是由“传导带”中含有的电子数量决定。当电子从“价带”获得能量而跳跃至“传导带”时，电子就可以在带间任意移动而导电。

 

一般常见的金属材料，因为其传导带与价带之间的“能隙”非常小，在室温下电子很容易获得能量而跳跃至传导带而导电，而绝缘材料则因为能隙很大（通常大于9电子伏特），电子很难跳跃至传导带，所以无法导电。一般半导体材料的能隙约为1至3电子伏特，介于导体和绝缘体之间。因此只要给予适当条件的能量激发，或是改变其能隙之间距，此材料就能导电。”

我真的不太会科普，wiki的这段表述也不太容易理解，所以尽力解释下：通俗点说（但不严谨）： 电子在晶体中有两种状态，一种是束缚态，绕着原子核转的。另一种是自由状态，可以在不同的原子核或是晶格中来回跑的。自由状态的能量一般比束缚状态的能量要高一点。比如说金属，有很大一部分电子是自由的，可以在不同晶格中穿梭，所以金属能导电。但是本征半导体（没有掺杂的半导体）或绝缘体，电子都束缚在原子核周围。靠热激发，电子还不能变成自由态，所以一般情况下不导电。

对于本征半导体或绝缘体，从束缚状态到自由状态，电子需要一定的能量去激发，可以通过热，震动，光子，其他粒子等等。束缚态中，存在着各种能带，电子可以存在于这些能带中，每个能带存在着两个自旋相反的电子。电子的能量从低到高填满了这些束缚态的能带，我们称之为价带。价带填满的时候，价带是满带，满带不导电。其中价带的能量最高的那一条带的能量最高点，称之为价带顶。一会会用到这个概念。同样，自由态现在是空带，没有电子，也不会导电。但是一旦有了电子，这些电子就能自由穿梭，开始导电，自由态对应的能带，我们成为导带。其中导带的能量最低的那一条带的能量最低点，称之为导带底。价带顶和导带底之间的能量差称之为禁带。电子不能在禁带中存在，因为没有可以存在的态。

那么怎么让半导体导电呢，就是掺杂。”掺杂是半导体制造工艺中，为纯的本征半导体引入杂质，使之电气属性被改变的过程。“掺杂就是在禁带中增加一条掺杂能级， 本来不能有电子存在的地方，由于引入了一条掺杂能级了，所以可以有电子存在。有的掺杂能级靠近价带，称为P掺杂，价带中的电子通过热激发到了掺杂能级，就能导电，因为这时价带不再是满带，空穴能自由走。想象一下，一个原子缺了一个束缚的电子后，边上的原子有时会贡献一个电子给他，边上的原子就缺了一个电子。缺了电子的位置成为空穴。同时，有的掺杂能级靠近导带就是N掺杂。掺杂能级中的电子可以激发到导带，参与传导。 这些参与导电的电子或空穴成为载流子。载流子浓度越高，导电性能越好。

把P型半导体和N型半导体贴在一起就是个PN结，Diode（二极管）。 LED就是PN结的一个应用，其中D 就是Diode。

刚才说到，P型掺杂后，价带上有空穴；N型掺杂后，导带上有电子。那么将P和N贴在一起会发生什么呢？导带上的电子会落到价带上的空穴，这是个电子空穴的复合过程，复合的过程也是一个发光的过程。因为导带上的电子能量高 ，价带上的空穴能量低。在下落过程中，发出一个光子。这个光子的能量正好是导带底的能量减去价带顶的能量，也就是之前说的禁带宽度。光子的能量和光子的波长有关，E=hv。波长越短，颜色偏紫，能量越高；波长越长，颜色偏红，能量越低。也就是说：禁带宽度越大，产生偏蓝光，禁带宽度越小，产生偏红光。

这些就是LED的基本原理了.。