光电子器件

光电子器件应用范围十分广阔，如家用摄像机、手机相机、夜视眼镜、微光摄像机、光电瞄具、红外探测、红外制导、红外遥感、指纹探测、导弹探测、医学检测和透视等等，从军用产品扩展到民用产品，其使用范围难以胜数，是一个巨大的产业。

光电子器件是光电子技术的关键和核心部件，是现代光电技术与微电子技术的前沿研究领域，是信息技术的重要组成部分。光电子器件发展十分迅猛，不断采用新技术、利用新材料、研究新原理、开发新产品，各种新型器件不断涌现、器件性能不断提高。从可见光探测向微光、红外、紫外、X射线探测的器件，其探测范围从γ射线至远红外甚至到亚毫米波段的广阔的光谱区域，其探测元从点探测到多点探测至两维成像器件，像元数越来越多，分辨本领越来越大。通过微光学机械电子技术的集成工艺，光电子器件的体积越来越小，集成度越来越高，各种新型固体成像器件不断被开发成功，在很多方面代替了传统的真空光电器件。随着光信息技术的需求，探测器频率响应不断被提高。

利用电-光子转换效应制成的各种功能器件。光电子器件的设计原理是依据外场对导波光传播方式的改变，它也有别于早期人们袭用的光电器件。

光电子器件是光电子技术的关键和核心部件，是现代光电技术与微电子技术的前沿研究领域，是信息技术的重要组成部分。

中国光电子器件制造行业实现了较快发展。在光通信、光显示等应用领域需求不断扩大的刺激下，产品产量有所突破，2010年中国光电子器件产量突破1100亿只。同时，行业整体技术水平得到进一步提升，与国际上发达国家的差距正在逐渐缩小;此外，行业也逐渐涌现出一批具有较强竞争力的领先企业，如武汉光讯、华工科技、京东方等。

在举得可喜成绩的同时，也应当看到中国光电子器件制造行业仍与先进国家存在一定差距，国内部分厂商仍未摆脱依靠低成本竞争、或成为没有核心技术和自主品牌的OEM工厂的局面，国内稍有规模或技术优势的企业，都面临着被跨国公司兼并的危机。

尤其是跨入21世纪以来，跨国公司在华投资建厂或兼并收购等活动更加频繁，如Neophotonis公司兼并收购深圳飞通公司、MRV Communications公司兼并收购飞博创公司等。同时，跨国公司的不断进入，加剧了行业的竞争激烈程度。

未来，随着通信技术升级，全球分工与制造中心不断向中国转移，以及国家政策的大力扶持，行业整体技术创新能力将得到进一步增强，产业结构将不断调整，有助于中国光电子器件制造行业的健康、持续发展。

书 名: 光电子器件

作 者:汪贵华

出版社: 国防工业出版社

出版时间: 2009年01月

ISBN: 9787118060355

开本: 16开

定价: 32.00 元

《光电子器件》着重讲授光电子探测与成像器件的基础理论和基本知识。主要内容有:半导体光电探测器、光电倍增管、微光像增强器、真空摄像管、CCD和CMOS成像器件、致冷和非致冷红外成像器件、紫外成像器件、X射线成像器件。

《光电子器件》适合电子科学与技术、光电子技术、物理电子学等专业本科生作为教材使用，也可供相近专业的研究生阅读，同时可供从事光电子器件研究和从事光电子技术的技术人员参考。

第1章 光电导探测器

第2章 结型光电探测器

第3章 光电阴极与光电倍增管

第4章 微光像增强器

第5章 摄像管

第6章 CCD和COMS成像器件

第7章 致冷型红外成像器件

第8章 微测辐射热计红外成像器件

第9章 热释电探测器和成像器件

第10章 紫外探测与成像器件

第11章 X射线探测与成像器件

参考文献

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《光电子器件微波封装和测试(第2版)》总结了作者多年来的工作经验和近期研究成果，系统地介绍了高速光电子器件测试和微波封装设计方面的实用技术，先进性、学术性和实用性兼备，全书共12章，内容包括半导体激光器、光调制器和光探测器三种典型高速光电子器件的微波封装设计，网络分析仪扫频测试法、小信号功率测试法、光外差技术等小信号频率响应特性测试方法及测试系统校准方法，数字和模拟通信光电子器件大信号频率响应特性测试方法，光电子器件本征响应特性分析和应用，光谱与频谱分析技术，光注入技术及其应用。《光电子器件微波封装和测试(第2版)》适合从事光电子器件教学与研究的科研工作者、工程技术人员、研究生和高年级本科生阅读和参考。

光电子器件可分为体光电子器件、正反向结光电子器件、异质结和多结光电子器件。

体光电子器件

它是结构上最简单的一类光电子器件。半导体材料吸收能量大于禁带宽度的入射光子，激发出非平衡电子-空穴对(称为本征激发)。它们在外场下参与导电，产生光电导。如属不均匀的表面激发，则光生载流子在有浓度梯度下的扩散将导致内场的建立，即光生伏电效应。扩散电流受磁场的作用 而偏转，产生光磁电效应。依据这些物理效应已经制出各种波段(特别是红外波段)光电探测器，如InSb、HgCdTe光电探测器，在军事上已获得广泛应用。

体光电探测器也可以用掺入深能级杂质的方法制成。如掺Au、Hg的Ge探测器，是一种很灵敏的红外探测器。光生载流子是由深能级杂质中心激发的，称为非本征激发。这类探测器大多在很低温度下工作(如液氦温度4.2K)。

正向结光电子器件

在正向大偏置下半导体PN结结区附近将注入大量非平衡载流子，利用复合发光效应可制成各种颜色发光二极管。电子仪表上普遍使用的红、绿色半导体指示灯、数码管，就是用GaAsP、GaP、AlGaAs等材料制成的。固态发光管功耗低、体积小、寿命长，已逐步取代真空管。用GaAs制成的发光管，发光效率很高，发射波长约9000埃，属人眼不灵敏的近红外波段，广泛用作光电控制和早期光通信的光源。第一只半导体激光器就是用高掺杂GaAs的PN结制成的，虽然现代半导体激光器已被异质结器件所取代，但基本上仍属正向结结构。

反向结光电子器件

PN结中由于两侧电荷的转移在结区建立很强的内场(达104伏/厘米以上)，导致能带弯曲，形成PN结势垒。光生载流子一旦扩散入结区即被内场扫向两侧构成光生电流。硅光电池和光敏二极管就是利用反向结特性工作的器件。硅光电池作为太阳能电源在人造卫星上已得到应用，中国"东方红"2号人造卫星就使用了硅光电池。目前硅光电池能量转换效率已接近15%的理论值。光敏二极管是广泛使用的光检测器件，为了提高量子效率和响应速度，必须尽量扩大耗尽区(即电场区)，因此实用的半导体光电二极管都施加反向偏置，量子效率可达到80%以上，响应时间可小于纳秒，光纤通信系统使用的Si-PIN检测器就是典型的一种。

如果施加足够大的反向偏置，光生载流子在结附近某区域的强电场下加速，其能量可达到引起晶格碰撞电离的阈值。这种电离过程呈雪崩式链锁反应，因而可得到内部增益。利用这种过程可制出快速灵敏的光检测器，称半导体雪崩光电二极管(APD)。它在长距离、大容量光纤通信系统中得到应用。

异质结光电子器件

60年代以来，半导体外延生长技术迅速发展。利用外延生长技术可以把不同半导体单晶薄膜控制生长在一起，形成异质结或异质结构。适当选择异质结构可以获得一些新的电学特性，如单向注入特性、载流子定域限制效应、负电子亲和势等，在光学上具有窗口效应、光波导特性等。异质结的新特性不仅使原有的光电子器件性能得到很大改善，同时还借以研制成许多新功能器件(如量子 阱激光器、双稳态光器件等)。双异质结激光器的发明是异质结研究方面的一个重大成就。采用异质结构以后，激光器有源区可精确控制在 0.1微米量级。把注入载流子和光都局限在这个薄层中，使激光器阈值电流密度降低2~3个量级，达到103安/厘米2以下，从而实现低功耗(毫瓦)，长命寿(外推百万小时)、室温连续波工作等目的。异质结在光电子学中的另一成就是70年代出现的半导体光阴极。以前采用的光阴极材料属正电子亲和势材料 (如Cs3Sb-CsO等)，量子产额很低，且基本上由热电子弛豫时间决定(10-12秒量级)。利用半导体异质结(如GaAs、InGaAsP-CsO等)负电子亲和势，使量子产额提高3个数量级以上，量子产额由非平衡载流子寿命(10-8秒量级)决定;适当选择材料可使响应波长扩展到红外波段。这类负电子亲和势光阴极特别适用于军事夜视。 利用异质结窗口效应改善了太阳电池的能量转换效率。与硅光电池的理论极限相比，能量转换效率得到成倍提高。在研制成的20种以上异质结光电池中转换效率最高的是AlGaAs/GaAs,达到23%。异质结太阳电池虽成本较高，但适用于特殊用途(如空间应用)。

多结光电子器件

根据器件功能设计的需要，可以连续生长两个以上多层异质结。这种多结光电子器件可以是二端工作的，也可以是三端或多端的。AlGaAs/GaAsPNPN负阻激光器就是一种多结二端器件，它是将普通的PNPN闸流管和双异质激光器组合成一体的复合功能器件。为了兼顾电学上的全导通和激光器低阈值要求，通常制成NpPpnP结构。其中大写字母表示宽带隙材料，小写字母表示窄带隙材料。这种负阻激光器适用于光电自动控制方面。

光晶体管是一种多层双结三端器件，它也是一种有内部电流增益的光电探测器。它不受碰撞电离噪声的限制，因此在长波长低噪声探测器应用方面可与半导体雪崩光电二极管相媲美。

最典型的多结器件是量子阱激光器。量子阱激光器的有源区由多层超晶格材料构成，在超晶格结构中窄带隙材料形成极薄二维电子(或空穴，或二者兼有)势阱，导带中的准连续的电子态变成量子化，电子空穴的复合发光发生在这些量子化的分立状态之间，所以能在相当程度上克服半导体激光器能带工作的弱点。谱线变窄，温度系数变小，而且还可以通过注入电流密度的改变，对发射波长进行调谐。它将扩展半导体激光器的应用领域。