Eine Photodiode oder auch Fotodiode ist eine Halbleiter-Diode, die sichtbares Licht – in manchen Ausführungen auch IR-, UV- oder Röntgenstrahlen – an einem p-n-Übergang oder pin-Übergang durch den inneren Photoeffekt in einen elektrischen Strom umwandelt. Sie wird unter anderem verwendet, um Licht in eine elektrische Spannung oder einen elektrischen Strom umzusetzen oder um mit Licht übertragene Informationen zu empfangen.Photodioden bestehen zum Beispiel aus Silizium (für sichtbares Licht bis ca. 1 µm Wellenlänge), Germanium (Ge; für Infrarot bis etwa 1,8 µm Wellenlänge) oder anderen, inzwischen auch organischen Halbleiterdetektor-Materialien. Für einen ähnlichen Wellenlängenbereich wie den von Germanium sind Photodioden aus dem besser geeigneten Material InGaAs üblich.
Photodioden können auch für den Bereich des mittleren Infrarot (Wellenlänge 5–20 µm) gefertigt werden (CdTe-, Ge:Au-Dioden). Sie müssen dann allerdings zum Beispiel mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden, weil die Wärmebewegung bei Raumtemperatur ausreicht, um Elektronen vom Valenzband ins Leitungsband zu heben. Dadurch wird der Dunkelstrom dieser Photodioden bei Raumtemperatur so groß, dass das zu messende Signal darin untergeht. Ein zweiter Grund für die Kühlung ist die ansonsten stattfindende Überlagerung der IR-Strahlung des Sensorgehäuses selbst.
Eine typische Silizium-Photodiode besteht aus einem schwach n-dotierten Grundmaterial mit einer stärker dotierten Schicht auf der Rückseite, die den einen Kontakt (Kathode) bildet. Die Lichtempfindliche Fläche wird definiert durch einen Bereich mit einer dünnen p-dotierten Schicht an der Vorderseite. Diese Schicht ist dünn genug damit das meiste Licht bis zum p-n-Übergang gelangen kann. Der elektrische Kontakt ist meistens am Rand. Auf der Oberfläche ist eine Schutzschicht als Passivierung und Antireflexionsschicht. Oft befindet sich vor der Photodiode zusätzlich ein lichtdurchlässiges Schutzfenster oder sie befindet sich in transparentem Vergussmaterial.
PIN-Photodioden weisen durch die intrinsische Schicht zwischen p- und n-Schicht im Allgemeinen eine höhere zulässige Sperrspannung und eine geringere Sperrschichtkapazität CS auf. Dadurch wird die Bandbreite vergrößert.