光電二極管（Photodiode）通常由一個 pn 結(jié)構(gòu)成，它在某些特定入射光的照射下會產(chǎn)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(qiáng)度的光照射下，半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生出相應(yīng)數(shù)目的電子-空穴對。

由于產(chǎn)生的電子-空穴對仍處在半導(dǎo)體內(nèi)部，因此被稱為內(nèi)光電效應(yīng)。在電場作用下，pn結(jié)耗盡區(qū)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(qū)附近一個擴(kuò)散長度內(nèi)的光生電子-空穴對經(jīng)過擴(kuò)散運(yùn)動進(jìn)入耗盡區(qū)，并在電場下向相反方向漂移產(chǎn)生光生電流。

在耗盡區(qū)較遠(yuǎn)的地方由于不存在電場，故那里所產(chǎn)生的電子-空穴對不能形成電流，一般通過復(fù)合消失。光的照度越大，即光子數(shù)越多，產(chǎn)生的電子-空穴對數(shù)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(jié)面積宜大一些。由于表面的吸收最強(qiáng)烈，pn 結(jié)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(zhì)量半導(dǎo)體材料是必需的。因此，半導(dǎo)體層外延生長技術(shù)的快速發(fā)展在光電二極管探測器性能提高和優(yōu)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(yīng)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(yōu)點(diǎn)，在光通信、照相、錄像和光電探測等領(lǐng)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(yīng)速度不夠快等問題。PiN 光電二極管的出現(xiàn)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(lǐng)域都有較廣泛的應(yīng)用和商業(yè)價值。不同的光吸收材料適用于相應(yīng)光譜波段的檢測，這個取決于其禁帶寬度。高質(zhì)量的鍺單晶材料由于具有較高的靈敏度，被廣泛應(yīng)用于近紅外探測領(lǐng)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(yīng)用。隨著在硅襯底上生長鍺技術(shù)的不斷發(fā)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(yīng)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(gòu)成，可以對較大范圍波段的光進(jìn)行探測。在對紫外線進(jìn)行探測時，若采用窄禁帶半導(dǎo)體光電二極管，則需要用濾波器屏蔽其對可見光的響應(yīng)，同時需要進(jìn)行冷卻以降低暗電流；若采用寬禁帶半導(dǎo)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(jìn)的外延生長技術(shù)。

在醫(yī)用X射線成像技術(shù)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(fā)射出相應(yīng)波長的可見光或紫外線，然后再由光電二極管器件進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。

審核編輯：劉清