Fotodioden gibt es in verschiedenen Typen, die sich aufgrund ihrer Struktur und Funktionsprinzipien jeweils für unterschiedliche Anwendungen eignen. Eine gängige Klassifizierung basiert auf dem für ihre Konstruktion verwendeten Material, beispielsweise Silizium (Si)-Fotodioden, die aufgrund ihrer Kosteneffizienz und Verfügbarkeit in verschiedenen Größen und Konfigurationen weit verbreitet sind. Silizium-Fotodioden reagieren empfindlich auf sichtbares und nahinfrarotes Licht und finden Anwendung in der optischen Kommunikation, Lichtdetektion und Bildgebungssystemen.
Eine Fotodiode ist ein Halbleiterbauelement, das Licht in elektrischen Strom umwandelt, wenn es Photonen ausgesetzt wird. Es basiert auf dem photovoltaischen Effekt, bei dem absorbierte Photonen Elektron-Loch-Paare innerhalb des Halbleitermaterials erzeugen, was zu einem Stromfluss proportional zur einfallenden Lichtintensität führt. Neben Silizium werden auch andere Materialien wie Galliumarsenid (GaAs) und Indiumgalliumarsenid (InGaAs) zur Herstellung von Fotodioden verwendet, die auf bestimmte Wellenlängen empfindlich sind, einschließlich Infrarot-Fotodioden (IR), die in Telekommunikations- und Sensoranwendungen eingesetzt werden.
In der Glasfaserkommunikation werden abhängig von der Wellenlänge der optischen Signale, die sie erkennen müssen, verschiedene Arten von Fotodioden verwendet. Beispielsweise eignen sich Silizium-Fotodioden für sichtbare und nahinfrarote Wellenlängen, während InGaAs-Fotodioden für längere Wellenlängen im Infrarotspektrum verwendet werden. Diese Fotodioden sind entscheidende Komponenten in Glasfaserempfängern und wandeln optische Signale zurück in elektrische Signale zur Verarbeitung und weiteren Übertragung in Kommunikationsnetzwerken.
Eine Fotodiode wird als Sensortyp klassifiziert, da sie Licht oder optische Strahlung erkennt und in ein elektrisches Signal umwandelt. Im Gegensatz zu passiven optischen Sensoren, die lediglich Licht übertragen oder reflektieren, erzeugt eine Fotodiode aktiv einen elektrischen Strom proportional zur einfallenden Lichtintensität. Dies macht Fotodioden wertvoll für Anwendungen wie Lichtmesser, optische Schalter, Barcode-Lesegeräte und biomedizinische Instrumente, bei denen eine präzise Erkennung und Messung von Licht erforderlich ist.
Eine PIN-Fotodiode und eine Avalanche-Fotodiode (APD) sind spezielle Fotodiodentypen, die für bestimmte Leistungsmerkmale entwickelt wurden. Eine PIN-Fotodiode (wobei PIN für p-Typ-, intrinsische und n-Typ-Regionen steht) hat eine intrinsische Schicht zwischen p-Typ- und n-Typ-Halbleiterregionen. Sie bietet schnellere Reaktionszeiten und geringeres Rauschen im Vergleich zu herkömmlichen Fotodioden und eignet sich daher für Hochgeschwindigkeitsanwendungen wie optische Kommunikation und Photometrie. Im Gegensatz dazu arbeitet eine Avalanche-Photodiode (APD) unter einer höheren Sperrspannung, was zu einer Stoßionisierung von Ladungsträgern im Halbleitermaterial führt. Dieser Multiplikationseffekt führt zu einer höheren Empfindlichkeit und einem geringeren Rauschverhalten, insbesondere bei schlechten Lichtverhältnissen oder optischen Fernkommunikationssystemen, bei denen schwache Signale vor der Erkennung verstärkt werden müssen. APDs werden daher in Anwendungen eingesetzt, die eine hohe Empfindlichkeit und Photonenzählfähigkeit erfordern, beispielsweise in der Astronomie, Lidar (Lichterkennung und Entfernungsmessung) und optischen Hochgeschwindigkeitskommunikationssystemen.