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光电二极管是一种半导体二极管，用作光电探测器。光电二极管通常封装在带有窗口或光纤连接的封装中，以让光线进入器件的敏感部分。它们也可以在没有窗口的情况下使用，以检测真空紫外线或 X 射线。
光敏晶体管本质上只是一个双极晶体管，它被封装在一个透明的外壳中，以便光线能够到达基极-集电极结。光敏晶体管的工作原理与光电二极管类似，但对光线的敏感度更高，因为由光子在基极-集电极结中产生的电子被注入基极，而这个电流随后被晶体管操作放大。但是，光敏晶体管的响应时间比光电二极管慢。
光电二极管是一个 p-n 结或 p-i-n 结构。当具有足够光子能量的光照射到二极管时，它会激发一个电子，从而产生一个移动电子和一个带正电的电子空穴。如果吸收发生在结的耗尽区，或距离耗尽区一个扩散长度，这些载流子就会被耗尽区的内建电场从结中扫出，产生光电流。
光电二极管可以在零偏压（光伏模式）或反向偏压（光导模式）下使用。在零偏压下，光照射到二极管上会导致器件两端的电流，从而导致正向偏压，进而引起反向光电流方向的“暗电流”。这被称为光伏效应，是太阳能电池的基础 - 事实上，太阳能电池只是一大堆大的光电二极管。
反向偏压只会在其方向上引起少量电流（称为饱和电流或反向电流）。但是，反向偏压的一个更重要的影响是耗尽层的加宽（因此扩展了反应体积）和光电流的增强。基于这种效应的电路比基于光伏效应的电路对光更敏感。
雪崩光电二极管具有类似的结构，但它们的工作反向偏压要高得多。这使得每个光生载流子可以通过雪崩击穿进行倍增，从而导致光电二极管内部产生增益，从而提高器件的有效响应度。
用于制造光电二极管的材料对于定义其特性至关重要，因为只有能量足以激发电子跨越材料带隙的光子才会产生显著的光电流。
用于生产光电二极管的常见材料
| 材料 | 波长范围 (nm) |
|---|---|
| 硅 | 190–1100 |
| 锗 | 400–1700 |
| 铟镓砷 | 800–2600 |
| 硫化铅 | <1000-3500 |
由于硅基光电二极管的带隙更大，因此它们产生的噪声比锗基光电二极管少，但锗光电二极管必须用于大于约 1 µm 的波长。
由于晶体管和集成电路由半导体制成，并且包含 P-N 结，因此几乎每个有源元件都可能是一个光电二极管。许多元件，尤其是对微小电流敏感的元件，如果被照亮，将无法正常工作，因为会产生感应光电流。在大多数元件中，这不是想要的，因此它们被放置在一个不透明的外壳中。由于外壳对 X 射线或其他高能辐射并非完全不透明，因此这些辐射仍然会导致许多集成电路由于感应光电流而发生故障。
光电二极管的关键性能参数包括
- 响应度
- 产生的光电流与入射光功率的比率，通常在光导模式下以 A/W 表示。响应度也可以表示为量子效率，或者光生载流子数量与入射光子数量的比率，因此是一个无量纲的量。
- 暗电流
- 光电二极管在没有任何输入光信号的情况下，在光导模式下运行时的电流。暗电流包括由背景辐射产生的光电流和半导体结的饱和电流。如果使用光电二极管进行精确的光功率测量，必须通过校准来考虑暗电流，并且它也是光电二极管在光通信系统中使用时的噪声来源。
- 噪声等效功率
- (NEP) 产生光电流的最小输入光功率，等于 1 赫兹带宽中的均方根噪声电流。相关特性探测率 (D) 是 NEP 的倒数，1/NEP；并且比探测率 () 是探测率归一化到光电探测器面积 (A)，。NEP 大致是光电二极管的最小可检测输入功率。
当光电二极管在光通信系统中使用时，这些参数会影响光接收器的灵敏度，即接收器实现指定误码率所需的最小输入功率。
P-N 光电二极管用于与其他光电探测器类似的应用，例如光电导体、电荷耦合器件和光电倍增管。
光电二极管用于消费电子设备，例如光盘播放器、烟雾探测器和录像机和电视遥控器的接收器。
在其他消费品中，例如相机测光表、时钟收音机（那些在黑暗中会使显示器变暗的收音机）和路灯，通常使用光电导体而不是光电二极管，尽管原则上两者都可以使用。
光电二极管通常用于科学和工业中精确测量光强度。它们通常比光电导体具有更好、更线性的响应。
它们也广泛用于各种医疗应用，例如计算机断层扫描的探测器（与闪烁体耦合）或分析样品的仪器（免疫分析）。它们也用于血气监测仪。
PIN 二极管比普通 p-n 结二极管快得多，也更敏感，因此经常用于光通信和照明调节。
P-N 光电二极管不用于测量极低光强度。相反，如果需要高灵敏度，则雪崩光电二极管、增强型电荷耦合器件或光电倍增管用于诸如天文学、光谱学、夜视设备和激光测距等应用。
- 本文部分内容改编自联邦标准 1037C 和 FAA 光通信术语词汇表
- Gowar，John，光通信系统，第 2 版，Prentice-Hall，英国汉普斯特德，1993 ISBN 0-13-638727-6