什么是光半导体器件?

光半导体器件

光半导体器件中的“光”是什么?

光是“电磁波”的一种,它与电视机和手机上使用的电波以及医院里使用的X射线属于同一类。它们之间的区别在于波长不同。具体请参考下列图示。

光半导体器件中的“光”是什么?

光半导体器件中的“半导体”是什么?

半导体相较于容易导电的“导体”和不容易导电的“绝缘体”而言,具有这两者的中间性质。根据物质对于电流抵抗能力的大小,可以将物质分为导体、半导体和绝缘体。
导体的代表包括金、银、铜、铁等金属。绝缘体则有橡胶、玻璃、陶瓷、塑料和油等。
半导体除了硅和锗等单元素外,还包括各种化合物半导体材料(砷化镓、磷化镓、氮化镓、磷化铟等),其中使用最广泛的是硅。以半导体为材料的晶体管支撑着整个现代社会的基础,而使用了大量晶体管的集成电路(IC)亦属于半导体产品。

硅是地球上除了氧气之外含量最多的物质,多存在于砂石之中。一般而言,硅、锗和化合物半导体材料都是由矿石精炼而成。

光半导体器件中的“半导体”是什么?

光半导体器件中的“器件”是什么?

器件是指具备某种功能的装置。光半导体器件的元件具有将光转换为电流或将电流转换为光的精密结构。

将电流转换为光的光半导体(发光元件)

LED 照明、信号灯、显示器、电子设备的背光等
激光二极管 DVD写入、光纤通信、3D传感器等
红外线LED 电视遥控器、监控摄像头、车载摄像头等
LED 照明、信号灯、显示器、电子设备的背光等
激光二极管 DVD写入、光纤通信、3D传感器等
红外线LED 电视遥控器、监控摄像头、车载摄像头等

将光转换为电流的光半导体(光接收元件)

光电二极管 照相机曝光计、光通信系统、分光镜、夜视设备等
光电晶体管 广泛应用于自动门、照相机、智能手机、光电传感器等
光电二极管 照相机曝光计、光通信系统、分光镜、夜视设备等
光电晶体管 广泛应用于自动门、照相机、智能手机、光电传感器等

什么是光半导体?

光半导体主要分为将电流转换为光的发光元件和半导体激光器,以及将光转换为电流的光接收元件两大类。
根据光半导体材质的不同,光电转换的波长也不一样。

紫外 AlGaN / GaN on Sapphire
紫、蓝 InGaN / GaN on Sapphire
绿 GaP on GaP
AlInGaP on GaAs
GaAlAs on GaAs
红外 GaAlAs on GaAs
近红外 InGaAs on InP(用于接收光)
InGaAsP on InP(用于发光)
紫外 AlGaN / GaN on Sapphire
紫、蓝 InGaN / GaN on Sapphire
绿 GaP on GaP
AlInGaP on GaAs
GaAlAs on GaAs
红外 GaAlAs on GaAs
近红外 InGaAs on InP(用于接收光)
InGaAsP on InP(用于发光)

半导体可由硅和锗等单个元素制造而成,也可以如上述所提到的组合多个元素而成。后者通常被称为化合物半导体。

什么是化合物半导体?

由于硅半导体和锗半导体发光效率极低,它们通常应用于光接收用。化合物半导体则不仅由于发光效率高而被用于LED和半导体激光器,还由于它们能够实现高速动作而广泛用于光通信用的光接收元件。

从周期表查看化合物半导体的组合

B C N
AI Si P
Zn Ga Ge As Se
Cd In Sn Sb Te

光半导体的广泛应用

电视机和空调等家电产品的遥控器通过红外线收发信息。CD、DVD等光媒体使用光把信息写入到存储媒体,又通过光进行读取。在我们的身边,诸如此类的应用了光的电子产品不胜枚举。

曾经广泛用于照明的白炽灯和荧光灯现在正逐步被发光二极管LED所取代。
手电筒、车灯以及道路信号灯等,也同样在进行着LED革命。这些LED也均属于光半导体器件。