利用半導體光-電子(或電-光子)轉換效應制成的各種功能器件。它不同於半導體光器件(如光波導開關、光調製器、光偏轉器等)。光器件的設計原理是依據外場對導波光傳播方式的改變，它也有別於早期人們襲用的光電器件。後者只是著眼於光能量的接收和轉換(如光敏電阻、光電池等)。早期的光電器件只限於被動式的應用，60年代作為相干光載波源的半導體鐳射器的問世，則使它進入主動式應用階段，光電子器件組合應用的功能在某些方面(如光通訊、光資訊處理等)正在擴充套件電子學難以執行的功能。
分類
分為三大類：
①發光二極體 (LED) 和鐳射二極體(LD)：將電能轉換成光輻射的電致發光器件。發光管的發散角大，光譜範圍寬，壽命長，可靠性高，調製電路簡單，成本低，廣泛用於速率不太高、傳輸距離不太遠的通訊系統，以及顯示屏和自動控制等。鐳射管的光譜較窄、發散角小、方向性強、色散小，於1962 年研製成功後，得到迅速發展，廣泛用於大容量、長距離的光纖通訊系統以及光電積體電路。缺點是溫度特性差，壽命比 LED 短。
②光電探測器或光電接收器：透過電子過程探測光訊號的器件。即將射到它表面上的光訊號轉換為電訊號，如 PIN光電二極體和雪崩光電二極體( APD )等，現代廣泛用於光纖通訊系統。
器件分類
光電子器件可分為體光電子器件、正反向結光電子器件、異質結和多結光電子器件。
體光電子器件
它是結構上最簡單的一類光電子器件。半導體材料吸收能量大於禁頻寬度的入射光子，激發出非平衡電子-空穴對(稱為本徵激發)。它們在外場下參與導電，產生光電導。如屬不均勻的表面激發，則光生載流子在有濃度梯度下的擴散將導致內場的建立，即光生伏電效應。擴散電流受磁場的作用
而偏轉，產生光磁電效應。依據這些物理效應已經制出各種波段(特別是紅外波段)光電探測器，如InSb、HgCdTe光電探測器，在軍事上已獲得廣泛應用。
體光電探測器也可以用摻入深能級雜質的方法制成。如摻Au、Hg的Ge探測器，是一種很靈敏的紅外探測器。光生載流子是由深能級雜質中心激發的，稱為非本徵激發。這類探測器大多在很低溫度下工作(如液氦溫度4.2K)。
正向結光電子器件
在正向大偏置下半導體PN接面結區附近將注入大量非平衡載流子，利用複合發光效應可製成各種顏色發光二極體。電子儀表上普遍使用的紅、綠色半導體指示燈、數碼管，就是用GaAsP、GaP、AlGaAs等材料製成的。固態發光管功耗低、體積小、壽命長，已逐步取代真空管。用GaAs製成的發光管，發光效率很高，發射波長約9000埃，屬人眼不靈敏的近紅外波段，廣泛用作光電控制和早期光通訊的光源。第一隻半導體鐳射器就是用高摻雜GaAs的PN結制成的，雖然現代半導體鐳射器已被異質結器件所取代，但基本上仍屬正向結結構。
反向結光電子器件
PN接面中由於兩側電荷的轉移在結區建立很強的內場(達104伏/釐米以上)，導致能帶彎曲，形成PN接面勢壘。光生載流子一旦擴散入結區即被內場掃向兩側構成光生電流。矽光電池和光敏二極體就是利用反向結特性工作的器件。矽光電池作為太陽能電源在人造衛星上已得到應用，中國“東方紅”2號人造衛星就使用了矽光電池。矽光電池能量轉換效率已接近15%的理論值。光敏二極體是廣泛使用的光檢測器件，為了提高量子效率和響應速度，必須儘量擴大耗盡區(即電場區)，因此實用的半導體光電二極體都施加反向偏置，量子效率可達到80%以上，響應時間可小於納秒，光纖通訊系統使用的Si-PIN檢測器就是典型的一種。
如果施加足夠大的反向偏置，光生載流子在結附近某區域的強電場下加速，其能量可達到引起晶格碰撞電離的閾值。這種電離過程呈雪崩式鏈鎖反應，因而可得到內部增益。利用這種過程可製出快速靈敏的光檢測器，稱半導體雪崩光電二極體(APD)。它在長距離、大容量光纖通訊系統中得到應用。
異質結光電子器件
60年代以來，半導體外延生長技術迅速發展。利用外延生長技術可以把不同半導體單晶薄膜控制生長在一起，形成異質結或異質結構。適當選擇異質結構可以獲得一些新的電學特性，如單向注入特性、載流子定域限制效應、負電子親和勢等，在光學上具有視窗效應、光波導特性等。異質結的新特性不僅使原有的光電子器件效能得到很大改善，同時還藉以研製成許多新功能器件(如量子
阱鐳射器、雙穩態光器件等)。雙異質結鐳射器的發明是異質結研究方面的一個重大成就。採用異質結構以後，鐳射器有源區可精確控制在 0.1微米量級。把注入載流子和光都侷限在這個薄層中，使鐳射器閾值電流密度降低2～3個量級，達到103安/釐米2以下，從而實現低功耗(毫瓦)，長命壽(外推百萬小時)、室溫連續波工作等目的。異質結在光電子學中的另一成就是70年代出現的半導體光陰極。以前採用的光陰極材料屬正電子親和勢材料 (如Cs3Sb-CsO等)，量子產額很低，且基本上由熱電子弛豫時間決定(10-12秒量級)。利用半導體異質結(如GaAs、InGaAsP-CsO等)負電子親和勢，使量子產額提高3個數量級以上，量子產額由非平衡載流子壽命(10-8秒量級)決定;適當選擇材料可使響應波長擴充套件到紅外波段。這類負電子親和勢光陰極特別適用於軍事夜視。 利用異質結視窗效應改善了太陽電池的能量轉換效率。與矽光電池的理論極限相比，能量轉換效率得到成倍提高。在研製成的20種以上異質結光電池中轉換效率最高的是AlGaAs/GaAs,達到23%。異質結太陽電池雖成本較高，但適用於特殊用途(如空間應用)。
多結光電子器件
根據器件功能設計的需要，可以連續生長兩個以上多層異質結。這種多結光電子器件可以是二端工作的，也可以是三端或多端的。AlGaAs/GaAsPNPN負阻鐳射器就是一種多結二端器件，它是將普通的PNPN閘流管和雙異質鐳射器組合成一體的複合功能器件。為了兼顧電學上的全導通和鐳射器低閾值要求，通常製成NpPpnP結構。其中大寫字母表示寬頻隙材料，小寫字母表示窄帶隙材料。這種負阻鐳射器適用於光電自動控制方面。
光電晶體是一種多層雙結三端器件，它也是一種有內部電流增益的光電探測器。它不受碰撞電離噪聲的限制，因此在長波長低噪聲探測器應用方面可與半導體雪崩光電二極體相媲美。
最典型的多結器件是量子阱鐳射器。量子阱鐳射器的有源區由多層超晶格材料構成，在超晶格結構中窄帶隙材料形成極薄二維電子(或空穴，或二者兼有)勢阱，導帶中的準連續的電子態變成量子化，電子空穴的複合發光發生在這些量子化的分立狀態之間，所以能在相當程度上克服半導體鐳射器能帶工作的弱點。譜線變窄，溫度係數變小，而且還可以透過注入電流密度的改變，對發射波長進行調諧。它將擴充套件半導體鐳射器的應用領域。
展望
半導體鐳射器特別是室溫連續波工作的雙異質結鐳射器出現後，進入了光電子器件範疇，其應用領域也從被動式應用時期進入主動式應用階段。光通訊是光電子學取得的第一個重大成就。光通訊具有損耗低、容量大、保密性強和抗電磁干擾的優點，因此它將成為社會生活不可缺少的重要部分。計算機中的相干光儲存和鐳射讀出技術是光電子器件另一重要應用。相干光全息儲存技術可以提高計算機儲存系統的容量。鐳射讀出則可提高資訊取出速度。雙穩態光學器件的研究引起人們對光計算機的關注。人們有可能在計算機中首先採用資訊的光傳輸技術來提高運算速度，全光計算機也是人們探索的一個方向。
利用半導體光-電子(或電-光子)轉換效應制成的各種功能器件。它不同於半導體光器件(如光波導開關、光調製器、光偏轉器等)。光器件的設計原理是依據外場對導波光傳播方式的改變，它也有別於早期人們襲用的光電器件。後者只是著眼於光能量的接收和轉換(如光敏電阻、光電池等)。早期的光電器件只限於被動式的應用，60年代作為相干光載波源的半導體鐳射器的問世，則使它進入主動式應用階段，光電子器件組合應用的功能在某些方面(如光通訊、光資訊處理等)正在擴充套件電子學難以執行的功能。
分類
分為三大類：
①發光二極體 (LED) 和鐳射二極體(LD)：將電能轉換成光輻射的電致發光器件。發光管的發散角大，光譜範圍寬，壽命長，可靠性高，調製電路簡單，成本低，廣泛用於速率不太高、傳輸距離不太遠的通訊系統，以及顯示屏和自動控制等。鐳射管的光譜較窄、發散角小、方向性強、色散小，於1962 年研製成功後，得到迅速發展，廣泛用於大容量、長距離的光纖通訊系統以及光電積體電路。缺點是溫度特性差，壽命比 LED 短。
②光電探測器或光電接收器：透過電子過程探測光訊號的器件。即將射到它表面上的光訊號轉換為電訊號，如 PIN光電二極體和雪崩光電二極體( APD )等，現代廣泛用於光纖通訊系統。
器件分類
光電子器件可分為體光電子器件、正反向結光電子器件、異質結和多結光電子器件。
體光電子器件
它是結構上最簡單的一類光電子器件。半導體材料吸收能量大於禁頻寬度的入射光子，激發出非平衡電子-空穴對(稱為本徵激發)。它們在外場下參與導電，產生光電導。如屬不均勻的表面激發，則光生載流子在有濃度梯度下的擴散將導致內場的建立，即光生伏電效應。擴散電流受磁場的作用
而偏轉，產生光磁電效應。依據這些物理效應已經制出各種波段(特別是紅外波段)光電探測器，如InSb、HgCdTe光電探測器，在軍事上已獲得廣泛應用。
體光電探測器也可以用摻入深能級雜質的方法制成。如摻Au、Hg的Ge探測器，是一種很靈敏的紅外探測器。光生載流子是由深能級雜質中心激發的，稱為非本徵激發。這類探測器大多在很低溫度下工作(如液氦溫度4.2K)。
正向結光電子器件
在正向大偏置下半導體PN接面結區附近將注入大量非平衡載流子，利用複合發光效應可製成各種顏色發光二極體。電子儀表上普遍使用的紅、綠色半導體指示燈、數碼管，就是用GaAsP、GaP、AlGaAs等材料製成的。固態發光管功耗低、體積小、壽命長，已逐步取代真空管。用GaAs製成的發光管，發光效率很高，發射波長約9000埃，屬人眼不靈敏的近紅外波段，廣泛用作光電控制和早期光通訊的光源。第一隻半導體鐳射器就是用高摻雜GaAs的PN結制成的，雖然現代半導體鐳射器已被異質結器件所取代，但基本上仍屬正向結結構。
反向結光電子器件
PN接面中由於兩側電荷的轉移在結區建立很強的內場(達104伏/釐米以上)，導致能帶彎曲，形成PN接面勢壘。光生載流子一旦擴散入結區即被內場掃向兩側構成光生電流。矽光電池和光敏二極體就是利用反向結特性工作的器件。矽光電池作為太陽能電源在人造衛星上已得到應用，中國“東方紅”2號人造衛星就使用了矽光電池。矽光電池能量轉換效率已接近15%的理論值。光敏二極體是廣泛使用的光檢測器件，為了提高量子效率和響應速度，必須儘量擴大耗盡區(即電場區)，因此實用的半導體光電二極體都施加反向偏置，量子效率可達到80%以上，響應時間可小於納秒，光纖通訊系統使用的Si-PIN檢測器就是典型的一種。
如果施加足夠大的反向偏置，光生載流子在結附近某區域的強電場下加速，其能量可達到引起晶格碰撞電離的閾值。這種電離過程呈雪崩式鏈鎖反應，因而可得到內部增益。利用這種過程可製出快速靈敏的光檢測器，稱半導體雪崩光電二極體(APD)。它在長距離、大容量光纖通訊系統中得到應用。
異質結光電子器件
60年代以來，半導體外延生長技術迅速發展。利用外延生長技術可以把不同半導體單晶薄膜控制生長在一起，形成異質結或異質結構。適當選擇異質結構可以獲得一些新的電學特性，如單向注入特性、載流子定域限制效應、負電子親和勢等，在光學上具有視窗效應、光波導特性等。異質結的新特性不僅使原有的光電子器件效能得到很大改善，同時還藉以研製成許多新功能器件(如量子
阱鐳射器、雙穩態光器件等)。雙異質結鐳射器的發明是異質結研究方面的一個重大成就。採用異質結構以後，鐳射器有源區可精確控制在 0.1微米量級。把注入載流子和光都侷限在這個薄層中，使鐳射器閾值電流密度降低2～3個量級，達到103安/釐米2以下，從而實現低功耗(毫瓦)，長命壽(外推百萬小時)、室溫連續波工作等目的。異質結在光電子學中的另一成就是70年代出現的半導體光陰極。以前採用的光陰極材料屬正電子親和勢材料 (如Cs3Sb-CsO等)，量子產額很低，且基本上由熱電子弛豫時間決定(10-12秒量級)。利用半導體異質結(如GaAs、InGaAsP-CsO等)負電子親和勢，使量子產額提高3個數量級以上，量子產額由非平衡載流子壽命(10-8秒量級)決定;適當選擇材料可使響應波長擴充套件到紅外波段。這類負電子親和勢光陰極特別適用於軍事夜視。 利用異質結視窗效應改善了太陽電池的能量轉換效率。與矽光電池的理論極限相比，能量轉換效率得到成倍提高。在研製成的20種以上異質結光電池中轉換效率最高的是AlGaAs/GaAs,達到23%。異質結太陽電池雖成本較高，但適用於特殊用途(如空間應用)。
多結光電子器件
根據器件功能設計的需要，可以連續生長兩個以上多層異質結。這種多結光電子器件可以是二端工作的，也可以是三端或多端的。AlGaAs/GaAsPNPN負阻鐳射器就是一種多結二端器件，它是將普通的PNPN閘流管和雙異質鐳射器組合成一體的複合功能器件。為了兼顧電學上的全導通和鐳射器低閾值要求，通常製成NpPpnP結構。其中大寫字母表示寬頻隙材料，小寫字母表示窄帶隙材料。這種負阻鐳射器適用於光電自動控制方面。
光電晶體是一種多層雙結三端器件，它也是一種有內部電流增益的光電探測器。它不受碰撞電離噪聲的限制，因此在長波長低噪聲探測器應用方面可與半導體雪崩光電二極體相媲美。
最典型的多結器件是量子阱鐳射器。量子阱鐳射器的有源區由多層超晶格材料構成，在超晶格結構中窄帶隙材料形成極薄二維電子(或空穴，或二者兼有)勢阱，導帶中的準連續的電子態變成量子化，電子空穴的複合發光發生在這些量子化的分立狀態之間，所以能在相當程度上克服半導體鐳射器能帶工作的弱點。譜線變窄，溫度係數變小，而且還可以透過注入電流密度的改變，對發射波長進行調諧。它將擴充套件半導體鐳射器的應用領域。
展望
半導體鐳射器特別是室溫連續波工作的雙異質結鐳射器出現後，進入了光電子器件範疇，其應用領域也從被動式應用時期進入主動式應用階段。光通訊是光電子學取得的第一個重大成就。光通訊具有損耗低、容量大、保密性強和抗電磁干擾的優點，因此它將成為社會生活不可缺少的重要部分。計算機中的相干光儲存和鐳射讀出技術是光電子器件另一重要應用。相干光全息儲存技術可以提高計算機儲存系統的容量。鐳射讀出則可提高資訊取出速度。雙穩態光學器件的研究引起人們對光計算機的關注。人們有可能在計算機中首先採用資訊的光傳輸技術來提高運算速度，全光計算機也是人們探索的一個方向。