在摻雜濃度較低時，雜質能級與導帶低是分離的，但是，在雜質濃度很高時，也會形成雜質能帶，當雜質濃度高到一定程度時，雜質能帶就會與導帶底相連，形成所謂帶尾。
理論研究表明：半導體中電子在能帶中的分布是有一定規律的。這個規律就是費米-狄拉克分布律，電子在能級Z占有的概率f為f=［e(E-EF)／kT+1］-1，其中EF稱為費米能級，A是玻爾茲曼常量，T代表溫度。
EF的物理含義是：在這個能級上電子的占有概率為1／2。
可以這樣認為：在費米能級以上的能級都是空的，在費米能級以下的能級都為電子所占滿。把這個費米能級也畫在能級圖上，就會看到n型半導體的費米能級也處於禁帶中，但緊靠導帶底，p型半導體的費米能級也處於禁帶中，但緊靠價帶頂。
現在來看看，當n型半導體與p型半導體無缺陷地合在一起時，會發生什麼情況？
在n型半導體與p型半導體無缺陷地結合在一起時，n型半導體中的電子會向p型半導體中擴散；p型半導體中空穴會向n型半導體擴散。但是，電子和空穴的這種擴散不是無限製的。原來，無論是n型半導體，還是p型半導體本來都是電中性的。各處電子所帶的負電荷的數目正好與原子核中的正電荷數目相抵。現在，在靠近p型半導體一側的n型半導體中，由於電子向p型半導體擴散，該處的n型半導體就會積累正電荷(即帶正電)；同樣的道理，在p型半導體中，由於空穴擴散而積累負電荷(即帶負電)。這樣，就在pn結交界處附近形成一個自建的電場，這個自建場阻止電子由n區向p區擴散，阻止空穴由p區向n區擴散。在無外界作用的情況下，由擴散引起的擴散電流正好與由自建場引起的漂移電流相抵消。這個含有正負電荷的區域稱空間電荷區。pn結，實質上就是這個空間電荷區。在無外界作用時，由擴散引起的擴散電流與由自建場引起的漂移電流正好保持著動態平衡狀態。
因為n型和p型半導體的費米能級在能帶中所處的位置不同，在結合成一體時，必須保證n型和p型半導體的費米能級相等，因此pn結處的能帶就會彎曲。
研究表明：pn結在外加電壓的情況下，上述的平衡將會破壞，產生單向導電的特性。pn結的電流-電壓關係如下式所示：
I=Is=(eqV/kT-1)式中Is為飽含電流，q是電子電荷，k為玻爾茲曼常量，T是溫度。在室溫時，kT／q=26毫伏。
現在假設，在pn結上加正電壓，即在p區加正，n區加負，這個外加電壓的方向，正好與自建場的方向相反。因此，它的作用是削弱自建場，減小漂移電流。結果使擴散電流增加，當自建場完全被抵消時，擴散電流便占絕對優勢，使電流隨電壓指數增加。在半導體激光器的情況下，這個擴散電流所引起的電子和空穴就在空間電荷區內通過複合產生光子。
在反向電壓時，外加電壓與自建場的方向相同，進一步阻止電子和空穴的擴散，使空間電荷區增寬，I=Is。進一步增加電壓，有可能使pn結擊穿。
外加電壓後，pn結處的能帶圖也將發生變化，加正電壓時，能帶的彎曲程度減緩，加負電壓時，能帶的彎曲程度加劇。
(三)異質結
上麵談到的pn結，是由相同半導體材料所形成的。在現代光電子器件中，通常還需用到異質結，以提高器件的光學和電學性能。
所謂異質結是指由兩種不同半導體材料所形成的結。通常，構成異質結的半導體材料具有不同的禁帶寬度，為表達清楚起見，具有較大禁帶寬度的半導體類型用大寫的N和P表示，禁帶寬度較小的半導體類型用小寫的n和p表示。異質結有同型異質結和異型異質結之分。所謂同型異質結是指半導體材料不同，但類型相同，如nN，pP結等；異型異質結是指半導體材料不同，類型也不同，如nP，pN，Np，Pn結等。為了保證異質結的質量，通常要求構成異質結的半導體材料具有相同或相近的晶格常數，這樣構成的異質結不會產生應力，不會引起缺陷的產生和發展。構成異質結的半導體材料還具有不同的折射率，一般說來，禁帶寬度較小的半導體材料，折射率較大，禁帶寬度較大的半導體材料，折射率較小。巧妙地利用上述異質結，可以大大提高半導體激光器的性能。