pn接合とは、p型半導体とn型半導体をつなぎ合わせた部分のことです。
pn接合では、n型半導体の伝導電子がpn接合面を越えて、p型半導体の正孔に束縛されます。結果、pn接合面付近で電荷キャリアが消失します。
このとき、n型半導体の電荷キャリアがない部分は伝導電子が不足するため、プラスに帯電します。p型半導体の電荷キャリアがない部分は正孔が不足するため、マイナスに帯電します。
これにより、pn接合面付近に電場が発生し、p型半導体の正孔とn型半導体の伝導電子がpn接合面に拡散するのが抑制されます。つまり、以下のように、ドリフト電流と拡散電流がせめぎ合います。
熱平衡のとき、ドリフト電流と拡散電流はつり合い、電流は流れなくなります。このとき、pn接合面では電荷キャリアはなく、接合面から離れると、電荷キャリアが増えていきます。
このように、pn接合部の電荷キャリアが少ない部分をpn接合の空乏層と言います。
電場の向きがp型半導体からn型半導体になるように、pn接合に電圧を加えることをpn接合の順方向バイアスと言います。そして、このときの電圧をpn接合の順方向電圧と言います。
順方向バイアスを加えると、拡散電流が優位となり、n型半導体の伝導電子が次々にpn接合面を越えて、p型半導体の正孔に束縛されるようになります。
そして、p型半導体では正孔を乗り換えるようにして束縛された電子が順方向バイアスとは逆方向に流れ、n型半導体では伝導帯にできた電子の空きが順方向バイアスと同じ方向に流れます。
よって、順方向バイアスを加えると、pn接合に電流が流れます。ただし、たくさん電流を流すには、順方向電圧をある一定以上高くする必要があります。
順方向バイアス時、pn接合では、順方向電圧分の電圧降下が発生します。よって、このとき、pn接合では、電力が消費されます。
pn接合で消費される電力は、pn接合面で伝導電子と正孔が結合することによって放出される光子（光子の放出）や熱エネルギーです。
電場の向きがn型半導体からp型半導体になるように、pn接合に電圧を加えることをpn接合の逆方向バイアスと言います。
逆方向バイアスを加えると、空乏層が広がるだけで順方向バイアスのような電流は流れません。
ただし、p型半導体もn型半導体も真性半導体の性質を持つため、逆方向バイアスの影響でわずかにドリフト電流が流れます。
なお、逆方向バイアスを一定以上大きくすると、急激に電流が流れるようになります。このときの電圧を降伏電圧と言います。