半导体材料的光电效应是指如下情况：光照射到半导体的P-N结上，若光子能量足够大，则半导体材料中价带的电子吸收光子的能量，从价带越过禁带到达导带，在导带中出现光电子，在价带中出现光空穴，即光电子．空穴对，它们总起来又称作光生载流子．
光生载流子在外加负偏压和内建电场的作用下，在外电路中出现光电流，如图3-38(a)所示．从而在电阻R上有信号电压输出．这样，就实现了输出电压跟随输入光信号变化的光电转换作用．所谓负偏压是指P接负，N接正。
图3-38（b）是P-N结及其附近的能带分布图。要注意的是能带的高、低是以电子（负荷）的电位能为根据的，电位越负能带越高．
由图可见，外加负偏压产生的电场方向与内建电场方向一致，有利于耗尽层的加宽（耗尽层宽的优点，将在后面介绍）．由前面的讨论还可看出：
由于光子的能量为hf，半导体光电材料的禁带宽度为Eg，那么，当光照射在某种材料制成的半导体光电二极管上时，若有光电子-空穴对产生，显然，必须满足如下关系，即
hf≥Eg
或写为 由于故，将f换为波长，则 这就是说，只有波长λ<λc的入射光，才能使这种材料产生光生载流子，故λc称为截止波长；对应的频率称为截止频率fc． 图3 -38半导体材料的光电效应 还应指出，若仔细来说，上面讨论的光电效应，在P-N结区实际存在两个过程：一是光子被材料吸收，产生光电子-空穴对；另一则是所产生的光电子．空穴对又可能被复合掉．