Ein p-n-Übergang ist die Übergangszone zwischen einem p-dotierten und einem n-dotierten Halbleiterkristall. Sie zeichnet sich durch ein Fehlen beweglicher Ladungsträger aus, da die positiven des p-Kristalls sich hier mit den negativen des n-Kristalls ausgeglichen (rekombiniert) haben. Da die ebenfalls vorhandenen festen Ladungen nicht rekombinieren können, herrscht innerhalb der Zone ein elektrisches Feld, welches einen Ladungstransport unterbindet. Dieses Feld kann durch eine von außen angelegte Spannung - je nach Polung - kompensiert werden, dann wird der p-n-Übergang leitfähig, oder es kann verstärkt werden, dann bleibt er gesperrt. Diese von der Polung abhängige Leitfähigkeit ist die Grundlage der Halbleiterdiode, der wichtigsten Anwendung des p-n-Übergangs.
Deren Funktionsweise kann im Bändermodell erklärt werden. Im n-Kristall befinden sich bewegliche Elektronen im Leitungsband, im p-Kristall bewegliche Elektronenfehlstellen im Valenzband (siehe unten, Bild a). An der Berührungsstelle können zunächst Elektronen in den p-Kristall eindringen und sich hier die Elektronenfehlstellen auffüllen (Bild b). Die zuvor elektrisch neutralen Kristalle erhalten durch die zurück bleibenden festen Ladungen nunmehr eine Raumladung, die den p-Kristall negativ, den n-Kristall positiv auflädt. In der von beweglichen Ladung entblößten Zone (der Sperrschicht) entsteht ein elektrisches Feld. Die Elektronen müssen nun gegen einen Potenzialwall anlaufen, um noch in den p-Kristall zu gelangen (Bild c). Der Prozess kommt zum Erliegen, wenn sich die Ferminiveaus der beiden Kristalle angeglichen haben.
Durch Anlegen einer äußeren Spannung in Sperrrichtung (+ am n-Kristall, - am p-Kristall) wird das Feld der Sperrschicht verstärkt und der Potenzialwall vergrößert. Elektronen bzw. Defektelektronen werden von der Sperrschicht weg gezogen, so dass diese sich verbreitert. Es fließt kein Strom. Bei Polung in Durchlassrichtung (+ am p-Kristall, - am n-Kristall) wird der Potenzialwall abgebaut. Neue Ladungsträger fließen von der äußeren Quelle auf die Sperrschicht zu und rekombinieren hier fortwährend. Es fließt Strom.
Eine wichtige Anwendung dieser Diode ist daher der Gleichrichter zur Umwnadlung von Wechselströmen in Gleichströme. Aber auch die meisten übrigen Halbleiterbauelemente verwenden einen oder mehrere p-n-Übergänge zur Erzielung ihrer Funktion, z.B. im Planartransistor, Feldeffekttransistor (FET) usw.