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當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數字顯示。砷化鎵二極管發紅光，磷化鎵二極管發綠光，碳化硅二極管發黃光，氮化鎵二極管發藍光。因化學性質又分有機發光二極管OLED和無機發光二極管LED。
這種電子元件早在1962年出現，早期只能發出低光度的紅光，之后發展出其他單色光的版本，時至今日能發出的光已遍及可見光、紅外線及紫外線，光度也提高到相當的光度。而用途也由初時作為指示燈、顯示板等；隨著技術的不斷進步，發光二極管已被廣泛地應用于顯示器和照明。
發光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。當給發光二極管加上正向電壓后，從P區注入到N區的空穴和由N區注入到P區的電子，在PN結附近數微米內分別與N區的電子和P區的空穴復合，產生自發輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態不同。當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發出的光的波長越短。常用的是發紅光、綠光或黃光的二極管。發光二極管的反向擊穿電壓大于5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時串聯限流電阻以控制通過二極管的電流。
發光二極管的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發光。當它處于正向工作狀態時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。
LED燈還有一個的特點，就是反應的速度比較快。只要一接通電源，LED燈馬上就會亮起來。對比我們平時使用的節能燈，其反應速度更快，在打開傳統燈泡時，往往需要很長的時間才能照亮房間，在燈泡的發熱之后，才能亮起來。
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