半导体光电器件.pdf

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1、半导体光电器件1课程简介陈金菊办公室:三系楼325房间电话:83207281,13072866693E-mail:jinjuchen@uestc.edu.cn2教材：余金中，《半导体光电子技术》，化学工业出版社，2003主要参考书：王庆有，《光电技术》，电子工业出版社，2008滨川圭弘，《光电子学》，科学出版社，20023课程主要内容：第1章绪论第2章半导体光电器件的物理基础第3章半导体发光二极管第4章半导体激光器第5章光电探测器第6章太阳能电池课时数：共计32学时,包括4学时的实验4课程目的：了解常见的半导体光电

2、器件及半导体光电器件的发展水平,掌握半导体光电器件的工作原理、基本类型、结构及应用，为分析、研究和设计半导体光电器件打下基础。5考试：考试形式：开卷成绩构成：平时成绩：30%（习题，出勤，实验、实验报告，资料阅读）考试成绩：70%6第1章绪论7本章主要内容1.什么是半导体光电器件2.半导体光电器件的分类3.半导体光电器件的发展4.半导体光电器件应用简介81.1什么是半导体光电器件(1)半导体光电器件是把光和电这两种物理量联系起来，使光和电互相转化的新型半导体器件。(2)利用半导体的光电效应制成的器件。(3)是一种利

3、用光子与电子的相互作用所具有的特性来实现某种功能的半导体器件。91.2半导体光电器件的分类光电器件主要有利用半导体光敏特性工作的光电导器件，利用半导体光伏打效应工作的光电池以及半导体发光器件等。(1)半导体发光器件利用半导体PN结正向通电时载流子注入复合发光的器件称为半导体发光器件。发光二极管半导体激光器10(2)光电探测器件通过电子过程探测光信号的器件，即将射到它表面上的光信号转换为电信号。光敏电阻制作光敏电阻的材料主要有硅、锗、硫化镉、锑化铟、硫化铅、硒化镉、硒化铅等。光探测器11在反向电压下工作，在光线照射光

4、电二极管下产生的电子—空穴对参加导电会增大反向饱和电流。把光信号的变化转为电流及电压的变化。光电三极管12(3)太阳电池半导体PN结在受到光照射时能产生电动势的效应，叫光伏打效应。光电池就是利用光伏打效应将光能直接转换成电能的半导体器件。多晶硅太阳电池组件131.3半导体光电器件的发展1907年Round在碳化硅中观察到1955年Braunstein1962年砷化镓发光二极电致发光现象发现砷化镓的发光现象管和激光器研制成功19001950196019701970年砷化镓-铝镓砷激光器实现室温连续1961年Gersh

5、enzon观察到磷化镓PN结发光14LED的发展20世纪70年代，LED开始用于点阵文字显示。70年代中期，黄光和绿光LED面世。20世纪80年代，高亮LED面世。20世纪90年代，随着氮化物LED的发明，LED开始在部分国家和地区广泛取代传统光源和替代交通信号灯。1992年，蓝色LED在Nichia成功走出实验室，1997年，白光LED诞生。白光LED面世，开启了照明和光电显示领域的新境界。光效：0.05Lm/W0.1Lm/W数Lm/W数十Lm/W约90Lm/W15LD的发展1970年，美国贝尔实验室、日本电气公

6、司(NEC)和前苏联先后研制成功室温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激光器(短波长)。虽然寿命只有几个小时，但它为半导体激光器的发展奠定了基础。1973年，半导体激光器寿命达到7000小时。1976年，日本NTT研制出波长为1.3m的铟镓砷磷(InGaAsP)激光器。1977年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小时。1979年，美国电报电话(AT&T)公司和日本NTT研制成功波长为1.55m的半导体激光器。　16激光输出功率：毫瓦－百毫瓦－瓦－百瓦（千瓦、万瓦）在光谱上，谱线宽度可窄至

7、0.01nm在方向性上，研究开发出侧向发射、面发射、阵列发射等多种器件结构，发散角由45°×15°降至几度或更小。高频调制频率：几兆赫兹－几百兆赫兹－40GHz,80GHz或更高。17光电技术的发展概图18半导体光电器件正以材料多样化、波长覆盖宽、谱线更精细、功率更高、应用更广泛以及不同器件的集成化为特征发展。全球半导体光电器件产值：20％的年平均增长率2003年2008年90亿美元223亿美元用于半导体器件的材料市场产值：2003年16.3％的年平均增长率2008年8.5亿美元18亿美元191.4半导体光电器件的

8、应用①信息领域②照明与能源领域③军事领域④光学仪器领域：激光精密测距、光纤传感、光谱仪多波长光源等⑤加工领域：激光打孔、激光切割、激光焊接、激光退火、激光改性等⑥医疗领域20①信息领域光通信“信息高速公路”席卷全球现在世界以2000km/h铺设光纤近几年：200560万km海底光缆光带宽9个月人类很快进入“太纪元”•传输Tbits/s•处理Tbits/s存储