Optoelektronik I

Obwohl optoelektronische Effekte in der Physik und den Ingenieurwis senschaften schon lange eine wichtige Rolle spielen, ist die Halbleiter optoelektronik noch ein relativ neues Gebiet, das erst in den letzten 10 Jahren einen groBen Aufschwung genommen hat. Inzwischen haben jedoch die optoelektronischen Halbleiterbauelemente nicht nur einen festen Platz im Lieferprogramm nahezu aller Halbleiterbauelemente-Her steller gefunden, vielmehr ist die wirtschaftliche Wachstumsrate dieser Bauelemente zur Zeit die hochste unter allen Einzelhalbleitern und wird nur von der der integrierten Schaltungen iibertroffen. Bei den optoelektronischen Effekten in Halbleitern unterscheidet man im wesentlichen zwischen der Erzeugung elektromagnetischer Strahlung unter dem EinfluB eines elektrischen Feldes und den elektrischen Wir kungen von elektromagnetischer Strahlung in Halbleiterbauelementen. Dementsprechend wurde der sich mit der Halbleiteroptoelektronik befas sende Teil dieser Buchreihe auf zwei Bande verteilt. Der vorliegende erste Band befaBt sich ausschlieBlich mit Halbleiterlichtquellen, den Lumineszenz- und Laserdioden, die gegeniiber den Gliihlampen ahn- che Vorziige aufweisen wie die Transistoren gegeniiber den Vakuum rohren. Sie sind extrem zuverlassig und von den Betriebsdaten her kom patibel mit Halbleiterschaltkreisen, so daB sie mit diesen in der Opto elektronik bevorzugt fUr zwei Aufgaben eingesetzt werden: a) Als Indikatorlampchen und Displays, wo sie an der Schnittstelle Mensch-Maschine durch Anzeigen von Betriebszustanden oder durch Visualisierung von Daten die notige Verbindung herstellen. b) Als modulierbare Lichtsender, vor aHem in Infrarotlichtbereich. Hier werden Regel- und Steuersignale oder andere Informationen dem emit tierten Lichtstrahl aufgepragt und dann entweder direkt oder iiber ei nen Lichtwellenleiter dem Empfanger zugefiihrt. Dort wird das ur spriingliche elektrische Signal wieder hergestellt.

Klappentext

Obwohl optoelektronische Effekte in der Physik und den Ingenieurwis­ senschaften schon lange eine wichtige Rolle spielen, ist die Halbleiter­ optoelektronik noch ein relativ neues Gebiet, das erst in den letzten 10 Jahren einen groBen Aufschwung genommen hat. Inzwischen haben jedoch die optoelektronischen Halbleiterbauelemente nicht nur einen festen Platz im Lieferprogramm nahezu aller Halbleiterbauelemente-Her­ steller gefunden, vielmehr ist die wirtschaftliche Wachstumsrate dieser Bauelemente zur Zeit die hochste unter allen Einzelhalbleitern und wird nur von der der integrierten Schaltungen iibertroffen. Bei den optoelektronischen Effekten in Halbleitern unterscheidet man im wesentlichen zwischen der Erzeugung elektromagnetischer Strahlung unter dem EinfluB eines elektrischen Feldes und den elektrischen Wir­ kungen von elektromagnetischer Strahlung in Halbleiterbauelementen. Dementsprechend wurde der sich mit der Halbleiteroptoelektronik befas­ sende Teil dieser Buchreihe auf zwei Bande verteilt. Der vorliegende erste Band befaBt sich ausschlieBlich mit Halbleiterlichtquellen, den Lumineszenz- und Laserdioden, die gegeniiber den Gliihlampen ahn- che Vorziige aufweisen wie die Transistoren gegeniiber den Vakuum­ rohren. Sie sind extrem zuverlassig und von den Betriebsdaten her kom­ patibel mit Halbleiterschaltkreisen, so daB sie mit diesen in der Opto­ elektronik bevorzugt fUr zwei Aufgaben eingesetzt werden: a) Als Indikatorlampchen und Displays, wo sie an der Schnittstelle Mensch-Maschine durch Anzeigen von Betriebszustanden oder durch Visualisierung von Daten die notige Verbindung herstellen. b) Als modulierbare Lichtsender, vor aHem in Infrarotlichtbereich. Hier werden Regel- und Steuersignale oder andere Informationen dem emit­ tierten Lichtstrahl aufgepragt und dann entweder direkt oder iiber ei­ nen Lichtwellenleiter dem Empfanger zugefiihrt. Dort wird das ur­ spriingliche elektrische Signal wieder hergestellt.

Inhalt
1 Einführung und Überblick.- 1.1 Funktion und Materialien der Halbleiterlumineszenzdioden.- 1.2 Entwicklungsgeschichte der Halbleiterlichtemitter.- Literatur zu Kapitel 1.- 2 Strahlende und nichtstrahlende Rekombination in Halbleitern.- 2.1 Elektronische Übergänge und Bandstruktur bei Halbleitern.- 2.2 Strahlende Rekombination.- 2.3 Nichtstrahlende Rekombination.- 2.4 Zeitkonstanten der Rekombination.- Literatur zu Kapitel 2.- 3 Physik der Lumineszenzdioden.- 3.1 Stromführungsmechanismen in Lumineszenzdioden.- 3.2 Der externe Quantenwirkungsgrad.- Literatur zu Kapitel 3.- 4 Materialherstellung und -technologie.- 4.1 Materialsynthese und Einkristallzucht.- 4.2 Epitaxieverfahren.- 4.3 Herstellung von pn-Übergängen bei Lumineszenzdioden.- Literatur zu Kapitel 4.- 5 Lumineszenzdioden.- 5.1 Lumineszenzdioden für den sichtbaren Spektralbereich (LED).- 5.2 Lumineszenzdioden für den infraroten Spektralbereich (IRED).- Literatur zu Kapitel 5.- 6 Halbleiterlaser.- 6.1 Überblick.- 6.2 Physik des Halbleiterlasers.- 6.3 Die Laserdiode.- 6.4 Schwingungsmoden des Halbleiterlasers.- 6.5 Dynamik der Laseremission (Einschwingen, Verstärkung und Modulation).- 6.6 Spezielle Halbleiterdiodenlaser.- 6.7 Optisch oder mit Elektronenstrahl gepumpte Halbleiterlaser.- 6.8 Aufbau von Laserdioden.- Literatur zu Kapitel 6.- 7 Anwendungen von Lumineszenz- und Laserdioden.- 7.1 Anwendungen von LED.- 7.2 Anwendungen von IRED und von Laserdioden.- Literatur zu Kapitel 7.- 8 Langzeitverhalten von Lumineszenz- und Laserdioden.- 8.1 Alterung von Lumineszenzdioden bei niedriger Stromdichte.- 8.2 Alterung von Lumineszenzdioden bei hoher Stromdichte.- 8.3 Alterung von Laserdioden.- Literatur zu Kapitel 8.