1947年发明的半导体晶体管，带来了现代电子学的革命。硅大规模集成电路和半导体激光器的问世，使得世界进入了一个以微电子和光电子技术为基础的信息时代。

晶体管发明以后，20世纪50-60年代，人们对半导体的物理性质进行了广泛而深入的研究，对半导体的能带结构、杂质能级等有了全面的了解。1971年用分子束外延技术成功地制造了人工设计的新型半导体材料--量子阱和超晶格，半导体技术发展进入了一个新阶段。以量子阱、超晶格为基础制造的新型激光器、发光管、高迁移率电子器件、探测器等大大促进了20世纪末的信息革命 。

半导体与金属、绝缘体的差别通过能带就很容易理解。根据量子力学，一个自由原子的电子只能有确定的能量值。自由原子组成固体时，随着原子间距离变小，原子之间的相互作用增强，原来自由原子中电子的一系列分立的允许能级变宽，形成了固体中的能带。固体中的电子只能填充在这些能带上，能带与能带之间称为禁带，是禁止电子停留的能量区域。按照泡利不相容原理，每个能带只能填充2n个电子，n是固体中的原子数。金属多数是一价的，所以固体中只有n个价电子，只能填充能带的一半。能带没有填满，所有电子都能自由运动，因此导电性能好。半导体中每个原子平均有4个价电子，恰好能填满能带，这些能带称为价带。上面没有电子填充的能带称为导带。中间的禁带有一定的宽度，大约为1电子伏左右。当半导体中掺有杂质时，导带中会有少量的自由电子，或者价带中会有少量的电子缺位(称为空穴)。如果半导体主要靠电子在导带中运动导电，则称为N型半导体，靠空穴在价带中运动导电则称为P型半导体。

如果用适当波长的光照射半导体，则电子在吸收了光子后将由价带跃迁到导带，而在价带中留下一个空穴，这种现象称为光吸收。要发生光吸收必须满足能量守恒，也就是被吸收光子的能量要大于禁带宽度。半导体的禁带宽度在1电子伏左右，所有可见光都能吸收，因此它们都是不透明的。电子被激发到导带而在价带中留下一个空穴，这种状态是不稳定的，由此产生的电子、空穴称为非平衡载流子。