单光子雪崩二极管(SPAD)是一种固态光电探测器，与光电二极管和雪崩光电二极管(apd)属于同一家族，同时也从原理上与基本的二极管特性相联系。与光电二极管和apd一样，SPAD基于半导体p-n结，可以被电离辐射照亮，如γ、x射线、β和α粒子，以及从紫外(UV)到可见波长到红外(IR)的大量电磁波谱。
商用单光子雪崩二极管模块，用于光子探测
在反向偏置电压较低的光电二极管中，漏电流随光子的吸收线性变化，即由于内部光电效应，电流载流子(电子和/或空穴)的释放。然而，在SPAD中的反向偏置非常之高，以至于发生了一种称为冲击电离的现象，它能够导致雪崩电流的发生。简单地说，光产生的载流子在器件电场的作用下被加速获得动能，这种动能足以克服大块材料中产生的电离能，能将电子从原子中击出。电流载流子的大规模雪崩呈指数级增长，甚至可以由仅仅一个光子启动的载流子而触发。SPAD能够检测单个光子，提供可计数的短时间触发脉冲。然而，由于雪崩形成的高速和设备的低定时抖动，它们也可以用来获得入射光子的到达时间（ToF）。
SPAD与apd或光电二极管之间的根本区别在于，SPAD的偏压远远高于其反向偏压击穿电压，并且具有允许在无损坏或不适当噪声的情况下运行的结构。虽然APD能够充当线性放大器，但SPAD内部的冲击电离和雪崩水平促使研究人员将该设备比作盖革计数器，其中输出脉冲指示触发器或“点击”事件。导致这种“点击”类型行为的二极管偏压区域因此被称为“盖革模式”区域。
与光电二极管一样，它最敏感的波长区域是其材料特性的产物，特别是半导体内部的能带间隙。许多材料，包括硅、锗和其他III-V元素，已经被用于制造spad，用于各种各样的应用，现在使用的基本基于逃逸雪崩工艺。在这项工艺研究中，目前已有大量的研究已被提出，包括在CMOS制造技术中实现基于spad的系统，和III-V材料组合用于专用波长的单光子检测的研究和使用。