光半导体器件是利用半导体光-电子（或电-光子）转换效应制成的各种功能器件，从早期的被动式光接收和光转换器件，到后期的主动式光学应用器件，光半导体器件组合应用的功能在某些方面（如光通信、光信息处理等）正在扩展电子学难以执行的功能。

目前主要的光半导体类型有如下三种，分别是：
（1）发光器件比如可见光LED、红外LED、紫外LED、激光二极管；
（2）受光器件以光传感器、太阳能电池、CMOS传感器为代表。

（3）复合器件（发光元件与受光元件的组合）比较常见的是光耦、光纤耦合器。

图1 光半导体器件的分类

今天的芝识课堂我们就带大家一起了解各种光半导体器件的基本应用知识。

LED的发光原理与波长范围

发光二极管（LED）是最常见的光半导体器件， LED的发光原理是向化合物半导体的pn结施加正向电流。当正向电流通过发光二极管时，载流子（电子和空穴）移动。p型区的空穴向n型区移动，n型区的电子向p型区移动。注入的载流子重组，重组前后的能量差将以光的形式释放出来。****光取决于化合物半导体的能隙（Eg）。（备注：传统的硅二极管不发光，因为重组能量变成了热能。）

图 2 LED的发光原理

LED依靠****光的波长不同来显示不同的颜色，LED不仅可以****可见光，还可以产生紫外光乃至红外光。****波长将通过下面采用化合物半导体材料能隙（Eg）的等式进行表示。

λ（nm）＝1240/E_g（eV）

具有较大能隙的材料****较短的波长，具有较小能隙的材料****较长的波长。
对于应用于电视遥控器等的红外LED，使用GaAs（砷化镓）材料；对于红色／绿色指示器LED，使用GaP（磷化镓）或InGaAlP（磷化铝镓铟）；对于蓝色LED，使用InGaN（氮化铟镓）或GaN（氮化镓）。

表1  LED的发光波长范围

光耦的基本介绍

 除了LED之外，光耦也是一种应用广泛的光半导体器件。光耦合器作为一种比较常见的隔离控制器件，把发光元件（LED）和光电探测器（光敏元件）封装于同一壳体中确保了不受外界干扰，通过发光元件将电信号转换为光，并通过光接收元件接收光，以此实现信号传递的绝缘元件。与其它光学器件不同，光不会****至封装外。虽然光耦是一种光学器件，但它不处理光，而是处理电信号。光耦合器的主要优点是单向传输信号，输入端与输出端完全实现了电气隔离，抗干扰能力强，使用寿命长，传输效率高。在复杂的工业系统中，由于光耦器件体积小,响应速度快,隔离效果好和具有较强的抗干扰能力，因此它广泛用于电平转换、信号隔离、级间隔离、开关电路、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR）、仪器仪表、通信设备及微机接口中。

光耦的操作实例流程比较直观，第一步是LED接通（0⇒1），随后LED光进入光电晶体管，这使得光电晶体管接通，导致的结果是输出电压改变0⇒1。与之逆向的过程是首先LED关断（1⇒0），然后LED光停止进入光电晶体管，从而光电晶体管关断，这使得输出电压改变1⇒0。

图3 一个采用双模结构的透射型晶体管输出光耦。

下一期的芝识课堂我们将跟大家深入介绍光耦的类型与安全标准，敬请关注！

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