n型とp型を接触させると、面白いことが起きる。境界付近では、n型側の余った電子がp型側の空席（正孔）へ拡散していき、互いに打ち消し合う。その結果、境界の周りにはキャリアがいない層ができる。これを空乏層という。

電子が移動した後には、n型側にプラスの、p型側にマイナスの電荷が取り残される。すると空乏層の内部に電界が生まれ、これ以上の拡散を押し戻す。やがて釣り合ったところで止まる。この釣り合いの状態が、pn接合の初期状態である。

ここに外から電圧をかけるとどうなるか。

つまりpn接合は、一方向にしか電流を通さない部品になる。これがダイオードであり、交流を直流に変える整流の基本になる。

そして応用範囲は広い。逆方向に強い光を当てれば、光のエネルギーで電子が飛び出して電流が生まれる。これが太陽電池とイメージセンサだ。順方向に流して電子と正孔が再結合するときにエネルギーを光として放出させれば、LEDになる。pn接合ひとつで、整流・受光・発光がすべて説明できる。