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Als Ionisation bezeichnet man alle Vorgänge, bei denen aus neutralen Atomen Elektronen herausgelöst und dauerhaft aus der Atomhülle entfernt werden. Dadurch entstehen die positiv geladenen Restatome, die man Ionen nennt, und die freien Elektronen. Das Gegenteil der Ionisation ist die Rekombination, bei der sich Ionen und Elektronen wieder zu neutralen Atomen zusammenfinden.

In Laserdioden wird Licht ähnlich den Vorgängen in Leuchtdioden an einem pn-Übergang durch Rekombinationsprozesse erzeugt. Gegenüber Leuchtdioden strahlen Laserdioden aber mit nur einer Frequenz und in höherer Lichtintensität.

Leuchtdioden, auch Lumineszenzdioden, Lichtemitterdioden oder LED (abgeleitet vom englischen light emitting diode) genannt, sind spezielle Halbleiterdioden, die beim Betrieb in Durchlassrichtung Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich aussenden. Die Umkehrung der Leuchtdiode ist die Fotodiode.

Die Eigenleitung bei Halbleitern kommt durch Elektronen und Defektelektronen (Löcher) zustande. Sie entstehen unter Energiezufuhr stets paarweise, der Vorgang wird als Paarbildung bezeichnet. Den umgedrehten Vorgang der Vereinigung von Elektronen und Defektelektronen nennt man Rekombination. Dabei wird Energie an die Umgebung abgegeben.

Das Bändermodell zur Beschreibung elektrischer Leitungsvorgänge hat seine Grundlagen in einer quantenmechanischen Beschreibung der energetischen Zustände fester Stoffe, in denen eine große Zahl von Atomen periodisch angeordnet sind. Es ist ein Modell für die Energiezustände von Elektronen in einem Festkörper und geeignet, die Leitfähigkeit unterschiedlicher Stoffe anschaulich zu beschreiben.
Die für die elektrische Leitung verantwortlichen freien Ladungen verhalten sich im Kristallgitter wie ein Elektronengas. Zwischen seinen Teilchen existiert eine Wechselwirkung, die klassisch durch die elektrostatischen Kräfte verstanden werden kann. Quantenmechanisch beansprucht jedes Elektron wegen der Gültigkeit der Unschärferelation ein eigenes Impulsintervall bestimmter Größe. Im Beitrag wird eine vereinfachte Darstellung des Bändermodells für Leiter, Halbleiter und Nichtleiter gegeben.

Während die elektrische Leitung in Metallen ausschließlich auf der gerichteten Bewegung von Elektronen beruht, erfolgen Leitungsvorgänge in Halbleitern durch Elektronen und Defektelektronen. Defektelektronen oder Löcher verhalten sich wie positive Ladungsträger.

Halbleiter sind Stoffe, die bezüglich ihrer elektrischen Leitfähigkeit zwischen der von Isolatoren und der von Leitern liegen. Ihre breite technische Nutzung begann nach der Entdeckung des Transistoreffekts (1948). Ohne die Halbleiterelektronik sind moderne technische Geräte nicht denkbar. Die physikalischen Grundlagen dafür sind elektrische Leitungsvorgänge in Halbleitermaterialien wie Germanium und Silicium, wobei deren Leitfähigkeit durch den gezielten Einbau von Fremdatomen (Dotieren) in weiten Grenzen beeinflusst werden kann. Heute existieren eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen für die unterschiedlichsten Anwendungen.

Lichtempfänger auf Halbleiterbasis sind Fotowiderstände, Fotodioden und Fototransistoren. Während die Fotowiderstände über ihre gesamte Ausdehnung aus einheitlich dotiertem Material bestehen, haben Fotodioden und Fototransistoren pn-Übergänge.
Lichtsender auf Halbleiterbasis sind speziell gestaltete Dioden. Sie werden Lichtemitterdioden (LED), Lumineszenzdioden oder Leuchtdioden genannt, wenn das von ihnen ausgesendete Licht eine inkohärente Strahlung darstellt. Es gibt sie für den Infrarotbereich (IRED) und für den sichtbaren Bereich des Lichtes. Senden sie dagegen kohärentes Licht aus, bezeichnet man sie als Laserdioden.