Bei Halbleitern gibt es bestimmte Effekte, die schaltungstechnisch genutzt werden. Bei der Gunndiode ist es der Gunn-Effekt, der den Namen von seinem Entdecker J. B. Gunn hat. Dieser hat im Jahre 1963 festgestellt, dass Halbleiter, die identisch aber unterschiedlich stark dotiert sind, einen negativen differenziellen Widerstand haben.
Der Gunn-Effekt basiert darauf, dass Elektronen in n-dotierten Halbleitern, die unterschiedlich stark dotierte Halbleiterbereiche haben, bei Zuführen von Energie, von einem Energieband in ein höheres Energieband springen können. In den höheren Energiebändern sind die Elektronen weniger beweglich, was sich in einer größeren Feldstärke bei geringerem Strom bemerkbar macht. Das bedeutet, dass der Gunn-Effekt bei niedrigerer Spannung einen höheren und bei höherer Spannung einen geringeren Strom benötigt. Der Widerstand ist in diesem Bereich also differenziell negativ.
Dieser Gunn-Effekt wird mit der Gunn- Diode für hochfrequente Oszillatoren genutzt. Gunn- Dioden können im Frequenzbereich zwischen 1 GHz bis hin zu 100 GHz für die Schwingungserzeugung eingesetzt werden.
Vom Aufbau her bestehen Gunn-Dioden aus einem n-dotierten Halbleitermaterial, mit drei verschieden starken n-Bereichen: dem oberen, mittleren und unteren Bereich. Der obere Bereich ist relativ stark n-dotiert, der mittlere Bereich ist die aktive Zone. Sie hat eine Breite von etwa 10 µm, die sich allerdings ändert und den Frequenz bestimmenden Bereich darstellt. Diese Zone ist weniger stark dotiert. Die Gunn-Diode hat keinen pn-Übergang. Die Leistung, die mit Gunn-Oszillatoren erreicht werden kann, kann bei 100 mW bis 300 mW liegen.