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内光电效应
当价带中的电子吸收了能量大于禁带宽度的光子就能够跃迁到导带中，与此同时在价带中留下空穴，统称为光生载流子，由此产生的附加导电现象称为光电导。在外场驱使下光生载流子贡献的电流称为光电流。这种光电子效应因发生在半导体内，故称为内光电效应。内光电效应是一切光电子接收和能量转换器件的基础。
外光电效应
半导体中电子吸收较高能量的光子而被激发成为热电子，有可能克服晶格场的束缚逸出体外成为自由电子,这又称光电子发射效应。图2是一个具有理想表面的半导体的能带图，EC、EV分别表示导带底和价带顶,E0为体外真空能级,x为电子亲和势(表示导带底的电子逸出体外所需克服的晶体束缚能),EF为费米能级位置,φ为逸出功,ET=x+EV为光电子发射阈能。
半导体表面对环境气氛和接触材料很敏感。表面层对外来电荷(正的或负的电荷)的吸附引起表面能带的弯曲(向上或向下)，剧烈地影响半导体中光电子发射的特图3中的E表示表面能带向下弯曲的势能，实际有效电子亲和势xeff=x-E。如果E>x，则xeff就成为负值。负电子亲和势(NEA)材料(如GaAs、InGaAsP与Cs2O的接触)的光电子发射的量子产额相当可观，是发展半导体光阴极的重要基础。
电子-空穴复合发光效应 1952年,发现了硅、锗半导体材料注入发光的现象。注入到半导体中的非平衡电子-空穴对以某种方式释放多余的能量而回到初始平衡状态。辐射光子是一种释放能量的方式，但是由于锗、硅都属间接带材料(导带底与价带顶不在动量空间的同一位置),为了满足跃迁过程的动量守恒原则(图4),这就要求大量声子同时参与跃迁过程，属多体过程。因此带间复合发光的效率很低(小于0.01%)。许多化合物材料如GaAs、InGaAsP为直接带材料(导带底与价带顶在动量空间同一位置)，带间辐射跃迁过程几乎无需声子参与(图5)。因此发光效率很高,大注入下内量子效率几乎达100%，率的电子-空穴对复合发光效应是一切半导体发光器件的物理基础。
光电子器件分类
光电子器件可分为体光电子器件、正反向结光电子器件、异质结和多结光电子器件。
体光电子器件是结构上简单的一类光电子器件。半导体材料吸收能量大于禁带宽度的入射光子，激发出非平衡电子-空穴对(称为本征激发)。它们在外场下参与导电,产生光电导。如属不均匀的表面激发,则光生载流子在有浓度梯度下的扩散将导致内场的建立，即光生伏电效应。扩散电流受磁场的作用而偏转，产生光磁电效应。依据这些物理效应已经制出各种波段(特别是红外波段)光电探测器，如InSb、HgCdTe光电探测器，在军事上已获得广泛应用。
体光电探测器也可以用掺入深能级杂质的方法制成。如掺Au、Hg的Ge探测器,是一种很灵敏的红外探测器。光生载流子是由深能级杂质中心激发的，称为非本征激发。这类探测器大多在很低温度下工作(如液氦温度4.2K)。
正向结光电子器件
在正向大偏置下半导体PN结结区附近将注入大量非平衡载流子，利用复合发光效应可制成各种颜色发光二极管。电子仪表上普遍使用的红、绿色半导体指示灯、数码管，就是用GaAsP、GaP、AlGaAs等材料制成的。固态发光管功耗低、体积小、寿命长，已逐步取代真空管。用GaAs制成的发光管，发光效率很高,发射波长约9000埃,属人眼不灵敏的近红外波段，广泛用作光电控制和早期光通信的光源。只半导体激光器就是用高掺杂GaAs的PN结制成的，虽然现代半导体激光器已被异质结器件所取代，但基本上仍属正向结结构
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