Optoelektronické prvky a svetelné senzory sa vyrábajú s použitím polovodičových materiálov.
Polovodičový materiál má hodnotu elektrickej vodivosti medzi hodnotou vodivosti kovu (napr. meď) a izolantu (napr. sklo).
Elektrická vodivosť polovodičového materiálu rastie s teplotou, teda opačne ako v prípade kovov. Si (silicon - kremík ) je polovodič, ktorý sa v súčasnosti používa v elektronických aplikáciách. Vlastné polovodiče alebo polovodiče typu I sú čisté polovodiče, v materiáli nie sú žiadne dotovacie látky (nedotované). Počet nosičov náboja, elektrónov a dier je preto daný vlastnosťami materiálu. Vo vlastných polovodičoch je počet excitovaných elektrónov a počet dier rovnaký:
n = p = ni (nosiče cm-3), hodnota ni závisí od šírky zakázaného pásma Eg polovodiča a mení sa s teplotou:
kde T je teplota v jednotkách K, kB je Boltzmannova konštanta: kB = 8,62·10–5 eV/K a A je konštanta.
Polovodičové prvky sa vyznačujú širokou škálou užitočných vlastností, akými sú lepšie vedenie prúdu v jednom smere ako v opačnom smere, vykazujú premenlivý odpor, citlivosť na svetlo alebo teplo. Pridaním prímesí do polovodičového kryštálu sa vlastný polovodič stáva nevlastným, teda takým polovodičom, v ktorom koncentrácia jedného typu nosičov náboja (elektrónov alebo dier) je omnoho vyššia. Keď je koncentrácia elektrónov omnoho väčšia ako koncentrácia dier, takýto polovodič je polovodičom typu N. Keď je hustota dier väčšia ako elektrónov, jedná sa o polovodič typu P.
Niektoré senzory a prvky popísané v tejto kapitole využívajú princíp P-N priechodu.
Prechod P-N predstavuje hranicu alebo rozhranie dvoch typov polovodičových materiálov, typu P a typu N vo vnútri polovodičového kryštálu. Diódy sú polovodičové prvky tvorené polovodičovým materiálom s P-N prechodom, pripojeným k dvom elektrickým prívodom.