光電二極管（Photodiode）通常由一個 pn 結構成，它在某些特定入射光的照射下會產生額外的光生電流，其伏安特性如圖 2-94所示。在反向偏置下，無光照時電流較小，這個電流在反向擊穿前基本保持一定，被稱為反向飽和電流。在一定強度的光照射下，半導體材料中產生出相應數目的電子-空穴對。

由于產生的電子-空穴對仍處在半導體內部，因此被稱為內光電效應。在電場作用下，pn結耗盡區的光生電子-空穴對迅速向相反方向漂移，以而形成光生電流。耗盡區附近一個擴散長度內的光生電子-空穴對經過擴散運動進入耗盡區，并在電場下向相反方向漂移產生光生電流。

在耗盡區較遠的地方由于不存在電場，故那里所產生的電子-空穴對不能形成電流，一般通過復合消失。光的照度越大，即光子數越多，產生的電子-空穴對數就越多，形成的反向電流也就越大。

在制造工藝方面，為了提高吸收效率，pn 結面積宜大一些。由于表面的吸收最強烈，pn 結的位置越靠近表面越好。為了得到偏置電壓低和暗電流小的光電二極管，低缺陷的高質量半導體材料是必需的。因此，半導體層外延生長技術的快速發展在光電二極管探測器性能提高和優化上起到了重要的作用。

光電二極管器件由于具有小尺寸、低成本、良好線性度、較寬響應光譜范圍（190~1100nm)、低噪聲、高可靠、長壽命和無須高壓電源即可工作等優點，在光通信、照相、錄像和光電探測等領域扮演了很重要的角色。不過，pn 光電二極管在光電探測的過程中存在靈敏度小、可探測度不夠高和響應速度不夠快等問題。PiN 光電二極管的出現很好地解決了這個問題。

在光電探測方面，光電二極管在紫外輻射探測、可見光探測、紅外探測及X射線成像等領域都有較廣泛的應用和商業價值。不同的光吸收材料適用于相應光譜波段的檢測，這個取決于其禁帶寬度。高質量的鍺單晶材料由于具有較高的靈敏度，被廣泛應用于近紅外探測領域。這種探測器一般需要冷卻到 77K 來減小暗電流，這增加了工藝成本并且限制了它的應用。隨著在硅襯底上生長鍺技術的不斷發展，鍺光電二極管的工藝成本大大降低，同時拓寬了它在光通信方面的應用。

光電二極管具有良好的線性度，因此市面上最常用的光功率計一般由光電二極管構成，可以對較大范圍波段的光進行探測。在對紫外線進行探測時，若采用窄禁帶半導體光電二極管，則需要用濾波器屏蔽其對可見光的響應，同時需要進行冷卻以降低暗電流；若采用寬禁帶半導體光電二極管，則不存在上述問題，但需要合適的襯底和先進的外延生長技術。

在醫用X射線成像技術中，可以利用光電二極管直接或間接探測 X 射線。間接探測情況下，通常先通過一層較厚的閃爍體材料吸收X射線并發射出相應波長的可見光或紫外線，然后再由光電二極管器件進行光電轉換。

審核編輯：劉清