I fotorivelatori sono dispositivi che producono una corrente elettrica proporzionale all'intensità della radiazione luminosa che incide sull'area attiva dei medesimi. Il funzionamento dei rivelatori di segnali ottici si basa sul meccanismo di assorbimento della radiazione elettromagnetica da parte della materia. Un fotorivelatore si può realizzare facilmente dotando il semiconduttore di un campo elettrico intrinseco tale da provocare, in un circuito esterno, una corrente di fotoconduzione anche in assenza di polarizzazione esterna, tale dispositivo prende il nome di fotovoltaico.
Una condizione del genere può essere realizzata mediante una giunzione p-n in cui, grazie al drogaggio di tipo opposto sui due lati, le coppie elettrone-lacuna generate per assorbimento di un fotone nella zona di svuotamento vengono allontanate dalla giunzione per effetto del campo elettrico interno creando la corrente di fotoconduzione. Nella pratica, la giunzione viene polarizzata inversamente con un circuito esterno per aumentare il campo interno ed in tal modo, i portatori generati per assorbimento vengono rimossi più velocemente dalla zona attiva, ciò consente di mantenere la concentrazione dei portatori generati per assorbimento, modesta nei rispettivi stati eccitati ed, allo stesso tempo, di massimizzare il tasso di assorbimento del materiale (RAS).
Quando un fotone interagisce con la giunzione nella zona di svuotamento, la coppia elettrone-lacuna generata viene allontanata rapidamente dal campo esterno, cosicché il movimento di portatori innescato (corrente di trascinamento) rinforza la debole corrente di conduzione inversa. Se, invece, la coppia elettrone-lacuna si trova al di fuori della zona attiva, per esempio nella zona p, la lacuna (portatore maggioritario) è libera di contribuire alla corrente di trascinamento immediatamente, mentre l'elettrone (portatore minoritario) deve prima diffondere (corrente di diffusione) fino alla zona di svuotamento; analogamente nella zona n, fatte le debite modifiche.
Questo meccanismo provoca una notevole inerzia elettrica, limitando la velocità di risposta e, quindi, la banda. Un modo semplice per aumentare la banda del dispositivo consiste nell'interporre tra le due zone drogate (p ed n) una larga zona di semiconduttore intrinseco, creando il diodo p-i-n, come mostrato di seguito.

Poiché lo strato centrale è intrinseco, esso rappresenta una zona di alta resistenza al passaggio della corrente creando, dunque, una forte caduta di tensione ai propri estremi; la zona di svuotamento si prolunga attraverso tutto lo strato intrinseco, che ha una lunghezza (fino a 50 m) maggiore di quella degli strati p ed n, cosicché l'assorbimento nella zona di diffusione può essere trascurato e la corrente di trascinamento è nettamente prevalente: il diodo p-i-n è, dunque, un dispositivo a larga banda (centinaia di MHz). Un incremento di banda si ottiene realizzando dispositivi con materiali ternari (InGaAs), in cui la zona di svuotamento può essere ridotta (meno di 10 m) minimizzando il tempo di attraversamento così da avere una banda da qualche GHz fino a oltre i 10 GHz.
Per migliorare le prestazioni del fotorivelatore p-i-n si può utilizzare una eterostruttura in cui lo strato intrinseco è eterogeneo rispetto agli strati p ed n. Questa disposizione permette l'aumento del confinamento dell'assorbimento nella zona intrinseca alle frequenze di funzionamento: la E_g dello InGaAs (0.75 eV), per esempio, è tale da causare forte assorbimento nella banda 1.3 - 1.6 m mentre lo strato InP ha una E_g (energia minima necessaria al fotone incidente per essere assorbito, E_g=hxf_o) quasi doppia dello strato InGaAs ed è praticamente trasparente nella stessa banda, riducendo quasi a zero la componente diffusiva della fotocorrente.
Poiché il dispositivo fotorivelatore è polarizzato inversamente, anche in completa assenza di potenza ottica incidente, nel circuito esterno scorre una piccola corrente di conduzione inversa Id, detta corrente di buio (dark current), di cui si deve tenere conto in fase di progetto di rivelatori per segnali ottici con fotorivelatori a semiconduttore.