半导体光电二极管体积小，重量轻，灵敏度高，响应速度快，而且在几伏的偏置电压下即可工作。对于光纤通信系统，半导体光电二极管是近乎理想的检测器。下面将讨论三类这样的器件，即Pn型光电二极管、PIN型光电二极管和雪崩光电二极管。
图： pn结光电二极管的结构。（a）反向偏置二极管；（b）pn结；（c）能级图
简单的Pn光电二极管结构如上图所示，主要用来解释结型半导体光检测器的基本检测原理。当Pn结反向偏置时，p区和儿区之间的势垒增加。通常在咒区的自由电子和在p区的自由空穴不能越过势垒，所以也就没有电流产生。Pn结结区也就是势垒所在的区域。由于结区没有自由电荷，所以这个区叫做耗尽区。也正因为没有自由电荷，所以这是一个高电阻区域，从而导致整个二极管的电压几乎全部加在结区的两侧。因此，耗尽区是一个高电场区，而在结区之外电场几乎可以忽略。
图(c)显示，一个人射光子经过p层以后在结区被吸收。吸收的能量激发一个束缚电子从价带越过带隙到达导带。此时电子成为自由载流子，能够自由运动。同时，一个空穴留在价带上由电子空出的位置。自由电荷载流子就是以这样的方式通过吸收光子产生的。自由电子在结区电场的作用下向势垒底部运动，空穴的势能刚好与电子相反，所以向势垒顶端运动。自由电荷的定向运动在外电路产生了电流，这与真空光电二极管中由光致发射电子产生电流的方式类似。如果电子一空穴对复合，或者到达电场力很小的结区边缘，电荷便会停止运动，电流也就终止了。
如果光子在结区外面的p区或n区被吸收又会产生什么情况呢?这时，同样也会产生电子一空穴对，但因为结区外的电场力很小，所以自由电荷并不可能快速运动。绝大部分的自由电荷将在二极管内缓慢扩散，并在到达结区之前复合。这些电荷会产生微小的电流，从而降低检测器的响应度。 很明显，这种现象使得Pn结型检测器的效率不高。为了提高响应度，可以在二极管芯片中集成一个前置放大器，这样的器件称为集成前置放大检测器(IDP，integrated detector preamplifier)。
在紧靠耗尽区附近产生的电荷载流子能够向耗尽区扩散，这些电荷在大电场力的作用下通过耗尽区。这样也可以在外电路中产生电流，但这种电流响应相对于入射光功率的变化会有一个时延。
假定我们要通过检测外加的阶跃入射光功率来测量一个Pn结型光电二极管的上升时间。部分来自阶跃脉冲前沿的光子会在结区被吸收，并在此瞬间产生电流。但是，另一些前沿的光子可能在接近结区的地方被吸收，这会导致电流延迟一段时间。因此，我们在实验中将看到电流是逐渐上升的，峰值出现在外加阶跃波形输入完成之后。这种上升时间通常比较长，典型的PIN结型光电二极管的上升时间为微秒量级，所以在高速光纤通信系统中不适用。PIN型二极管结构可以解决响应度低和响应速度慢的问题。
将半导体Pn结作为光发射器和作为光检测器的特点做一个比较是很有趣的事情。用做光发射器时，二极管是正向偏置的，电荷注入结区通过复合产生光子。用做检测器时，其过程刚好相反，二极管是反向偏置的，入射光子产生电子一空穴对，从而在外电路中产生电流。尽管实际上不这么做，但一个简单的Pn结的确能设计成同时用做发射器和检测器两种功能的器件。
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