光电子器件

·编者按·

光电子器件

·编者按·

光电子器件是利用电-光子转换效应制成的各种功能器件，是光传感与光通信领域最基础的元件，发挥着举足轻重的作用。按照功能划分，分为光有源器件和光无源器件。光有源器件是光通信系统中需要外加能源驱动可以将电信号转换成光信号或将光信号转换成电信号的光电子器件，是光传输系统的心脏。光无源器件是不需要外加能源驱动工作的光电子器件。目前，光电子器件有4大关键技术，包括：新型激光器、多光谱探测技术、有机显示技术、光电集成技术。光电子器件主要包括激光器、探测器、发光二极管等。光电子器件应用范围十分广阔，如手机、相机、摄像机、夜视眼镜、光电瞄具、红外探测、红外制导、红外遥感、指纹探测、导弹探测、医学检测和透视等等。光电子器件将为通信与信息技术、能源、先进制造、生物医药、国防与国家安全领域带来广阔的发展前景。

本专题得到中国科学院半导体研究所研究员沈国震的大力支持。

·热点数据排行·

截至2016年9月2日，中国知网（CNKI）和Web of Science（WOS）的数据报告显示，以“光电子器件”为词条可以检索到的期刊文献分别为1069条与5884条，本专题将相关数据按照：研究机构发文数、作者发文数、期刊发文数、被引用频次进行排行，结果如下。

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·经典文献推荐·

基于Web of Science检索结果，利用Histcite软件选取LCS（Local Citation Score，本地引用次数）TOP 50文献作为节点进行分析，得到本领域推荐的经典文献如下。

本领域经典文献

Vacuum-deposited， nonpolymeric flexible organic light-emitting devices

Gu， G； Burrows， PE； Venkatesh， S

N'-bis（3-methylphenyl） 1-1'biphenyl-4 4' diamine（TPD）. The single heterostructure is vacuum deposited upon a transparent，lightweight， thin plastic substrate precoated viith a transparent， conducting indium tin oxide thin film. The flexible OLED performance is comparable with that of conventional OLED's deposited upon glass substrates and does not deteriorate after repeated bending. The large-area（similar to 1-cm2） devices can be bent without failure even after a permanent fold occurs if they are on the convex substrate surface or over a bend radius of similar to 0.5 cm if they are on the concave surface. Such devices are useful for ultralightweight， flexible， and comfortable full-color flat panel displays.

来源出版物：Optics Letters， 1997， 22（3）:172-174

Integration of organic LED's and amorphous Si TFT's onto flexible and lightweight metal foil substrates

Wu， CC； Theiss， SD； Gu， G； et al.

来源出版物：IEEE Electron Device Letters， 1997， 18（12）: 609-612

Nanophotonic waveguides in silicon-on-insulator fabricated with CMOS technology

Bogaerts， W； Baets， R； Dumon， P； et al.

nanophotonics； photonic crystal； waveguides；silicon-on-insulator（SOI）

来源出版物：Journal of Lightwave Technology， 2005，23（1）: 401-412

The past， present， and future of silicon photonics

Soref， R

insulator wave-guides； 1.6 μm； on-insulator；stimulated-emission；heterostructures；modulator；components； light； optoelectronics； semiconductors

来源出版物：IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics， 2006， 12（6）: 1678-1687

Ultracompact optical buffers on a silicon chip

Xia， FN； Sekaric， L； Vlasov， Y； et al.

来源出版物：Nature Photonics， 2007， 1（1）: 65-71

·推荐综述·

从电动力学到量子电动力学：纳米光电子器件

王肇中

1引言

传统上，研制微电子器件和光学器件的物理基础是普通物理和凝聚态物理（含半导体物理）。长期以来，光学器件是基于几何光学和波动光学的原理进行设计和研制的，而微电子电路设计遵循的定律是基尔霍夫电路定律。基尔霍夫电路定律是电动力学中的一个定律，麦克斯韦四个方程被尊为电动力学的基础。在麦克斯韦的理论中，光场被视为振动的正交电场和磁场，故电磁场理论也适用于光场。但是麦克斯韦理论的光学不能解释光电效应和黑体辐射，因而不能用于指导光电器件的研发。进入21世纪，我们的研发和加工生产技术进入了纳米领域，飞速发展的光电子领域对传统的器件设计基本原理提出了新的挑战。纳米尺度下的光电器件的研制与米、毫米、微米尺度下的电子器件或光学器件的研制在基本原理与制造技术上有着本质的不同。我们必须采用量子电动力学和介观物理作为纳米光电子器件研发的基本原理。

光子和电子是两种不同的粒子，电子是费密子具有静止质量，有电荷和自旋两个自由度。光子是玻色子，有能量无静止质量。在量子电动力学中，光子和电子可以相互转化，在介观物理中光子是可以被“局域化”（Localization）的，对局域化光子的深入研究导致了一种名叫光子晶体的新材料的开发和利用。但是，过去很长一段时间，应用科学家和工程师们总是习惯于把光子和电子分割开来，孤立地加以考虑。传统的电子学仅仅只考虑电子电荷在电场和磁场作用下的运动，基本不涉及电子空穴对的产生和湮灭。而传统光学习惯于把光子视为一种始终在高速传播的粒子或波包。只是到了 20世纪60年代后，在研发激光器件和光伏器件时，人们才把能隙跃迁、光电转化的原理大规模地应用到研究、开发和生产中。但这种应用仅限于研制与半导体能隙有关的激光器和低效率的太阳能转化器。20世纪90年代以来，国外研究实验室中已能小批量制作精度为 30～100 nm的纳米元件。纳米器件的尺度已小于光波长度和电子的平均自由程，电子波函数的量子化效应在小尺度的纳米元件中已变得很明显。各国科学家们在这种器件中开展了大量的深入研究，并在探索光子、电子的输运、存储和转换的研究中，获得了一系列的意想不到的研究成果。光-电转换或光-电-光的转换甚至可以在远小于一个光波的尺度内实现（如100 nm以下）。由纳米器件尺度引起的量子效应，直接参与光-电转换。基于大量最新现象发现的启示与推动，为响应信息科技的高速发展，产生了一种全新的光子技术：纳米光子技术。在这种全新的纳光子技术中，微电子技术和概念被大量地推广应用于纳光子技术中，非线性光学获得了长足的发展。创新型元件如集成激光器、各种类型的全光放大器、新型滤波器等层出不穷地涌现。

2纳米光电子技术的诞生

随着纳米器件尺寸的不断减小，量子效应不可避免地开始影响进而主导器件的物性。在量子力学的框架内探索纳米结构中电荷和自旋的量子运输，探索光子的运输，寻找全新的量子调控机理和量子器件原理，是当今的前沿研发领域，这正在导致信息技术新的革命。

2.1基尔霍夫定律在纳米尺度下失效

随着纳米技术的发展，晶体管所采用的基本原理——基尔霍夫定律在纳米尺度下将会失效。以串联的欧姆电阻定律为例，电阻RA和RB串联后的总电阻为RA+RB，但是在纳米尺度下，即当1和2之间的平均距离小于电子的平均自由程时，电阻的串联定律将不再适用，我们必须引入量子电阻的概念，串联后的总电阻仍为RA（量子电阻）。此时电路设计中的很多原理、过程等将需要重新考虑。在晶体管中也会出现这样的情况，当晶体管的尺寸做得特别小时，电子的隧穿效应将起到主要作用。在纳米尺度下，电导率的量子化会导致基尔霍夫定律的失效，但是这种失效究竟会在多小尺度时产生，这不仅是科研上的一个重大问题也是一个工业生产上的一个影响巨大的问题，涉及价值数十甚至数百亿美元的投资和生产。十多年前，人们曾认为在硅电子器件中，电子的平均自由程是50 nm，因而当器件制作尺寸达到50 nm左右时，基尔霍夫定律将会失效，电路将不能工作。但是随着研究的深入，人们发现当电路缩小以后，电子的平均自由程由于杂质、电路边缘“毛刺”等原因本身也会迅速减小，结果电路尺寸在50 nm左右时基尔霍夫定律仍然适用。45 nm的微处理芯片已经进入市场。电子的平均自由程究竟何时起作用，目前还是一个未知数。电子的平均自由程外，进一步需要考虑的是纳米尺度下的隧穿、电子能量量子化和半导体掺杂杂质的玻尔半径等因素。我们有充分的理由相信一旦“经典”的集成电路的加工精度小于10 nm时量子效应逐渐起主导作用。现在最小的电路已经做到22 nm，在不久的将来，这种观点的正确与否将会得到论证。由于硅中杂质的玻尔半径在5 nm左右，受杂质玻尔半径的影响，当电路尺寸小于5 nm时基尔霍夫定律必然失效。结果是延续五十余年的集成电路的小型化历程（摩尔定律）将在今后十年内完成它的历史使命。“经典”集成电路只涉及电子电荷在电场和磁场作用下的运动。走入“死胡同”的集成电子电路将呼唤着自旋电子学和光电子学的介入。新型的纳米光电器件和自旋电子器件在等着我们去开发。

在微米以上尺度研制电子器件的理论基础是凝聚态物理和电动力学，主要制造技术是微米薄膜生长技术、微米加工技术、机械加工、管封技术等。纳米尺度下的光电器件的研制与米、毫米、微米尺度下的电子元件或光学元件的研制在基本原理与制作技术上有本质的区别。纳米尺度下的光电元件的研制采用的基本原理是介观物理和量子电动力学，其核心制造技术是分子层薄膜生长技术、纳米加工技术和封装技术。

2.2半导体材料的选择

半导体材料中的光电转换直接关联到电子在不同的能级间跃迁。间接能隙跃迁必须伴随有声子参与的动量变化，造成电子－空穴的复合效率低，光电转换中伴有重要的能量损失，不利于高效的光电转换。电子工业中常用的 Si、Ge晶体由于其特殊的晶体对称性，是属于间接能隙的半导体材料，不宜用来做纳米光电子器件。GaAS、InP等Ⅲ-Ⅴ族晶体属于直接带隙半导体材料，光电转换效率高，因而常选用Ⅲ-Ⅴ半导体材料做光电器件。在实际生产工艺中，硅晶体占据电子工业中常用的材料的95%。如何利用硅材料制造纳米光电子器件是一个重要的研究课题。科学家们常在硅基衬底上先克服困难生长出高质量的Ⅲ-V族半导体薄膜，然后再利用这些薄膜制作光电器件。

3二维量子阱－光电元件基本单元的制造工程

二维材料是工艺最简单的可用于大规模生产的低维材料，它们在被用来进行复杂的微纳米加工前就已具有非常的宏观量子效应。二维量子阱经常被看作是制作纳米光电子元件的基本单元。它的制造方法主要有：分子束外延生长法（MBE）和金属有机化学气相沉积法（MOCVD），前者的生长速度约为0.1 nm/s，但生长的薄膜质量特别好，实验室中常采用这种方法；后者生长速度较快，可以大规模批量生产，但是在生长过程中有毒气体会产生，一般工业生产常采用这种方法。

3.1金属有机化合物化学气相淀积（MOCVD）

金属有机化合物化学气相淀积是一种新型气相外延生长技术。常用的衬底为砷化镓、磷化铟（InP）、硅、碳化硅及蓝宝石。它以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机金属化合物和V、Ⅵ族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄膜材料。这些半导体薄膜主要应用在光电元件（如：LED发光二极管、激光二极管及太阳能电池）以及有特殊功能的微电子元件的制作。试验中，压强控制在9332.54 Pa，温度在500～700℃范围内，采用H2作载气，分别采用Triméthylindium（TMI）、Arsine（AsH3）和Phosphine（PH3）前驱物作为In、As和P的源物质。

3.2分子束外延生长法（MBE）

分子束外延生长法是将半导体衬底放置在超高真空腔体中，和将需要生长的单晶物质按元素的不同分别放在喷射炉中（也在腔体内）。由分别加热到相应温度的各元素喷射出的分子流能在衬底上生长出极薄的（可薄至单原子层水平）单晶体和几种物质交替的超晶格结构。以GaAs作衬底，采用Al、As、Ga三个不同的源，通过控制三个源的温度、流速，实现了 GaAs和 AlAs在不同原子层面上的生长。可以明显地看出，在两种不同物质交界处，有明显的原子平面界面。AlAs的能隙比较大（2.3 eV），而GaAs能隙较小（1.5 eV），用MBE法控制 GaAs层的厚度就可以控制能带在空间中的排布。这样，在能隙小的GaAs位置处就形成了量子阱。二维量子阱（Quantum Well）的能量与态密度呈阶梯型突跃关系。二维的量子阱具有能级可控的特性，是最简单的用于制造光电元件的纳米结构。我们可以利用二维量子阱直接制成最简单的量子阱激光器，在量子阱中，电子－空穴复合的几率高，从而可以做成效率很高的发光器。二维量子阱激光器发出的光子能量大于导带与价带间的能隙，单色性差，跃迁发出光的能量与量子阱宽度无关。对于三维结构（Bulk），其能量与态密度呈抛物线关系，二维量子阱（Quantum Well）的能量与态密度呈阶梯型突跃关系，一维量子线能量与态密度有很大的峰值跃迁，而零维的量子点的能谱呈原子光谱特性。1990年，J.Faist等发现除了上述的能带之间的跃迁外，在二维量子阱激光器中还存在子能带间的跃迁。与能带之间的跃迁不同，子能带间的跃迁发出的光的能量只和量子阱宽度有关，光子的单色性好，载流子寿命较约为1 ps。子能带间跃迁发出的光子的能量远小于能带间跃迁发出的光子的能量。

3.3能带工程（Band Engineering）

利用外延生长工艺，通过控制不同种类的半导体薄膜的厚度，可以制成复杂的薄膜结构，从而实现人为的能带结构。在一些结构中，相距10 nm的两个相邻量子阱能带能发生耦合，产生非线性特性。此外通过外加电场的作用使能带出现非对称，也可以实现非线性特性。在制作光电器件的过程中，可以根据光电器件的具体特点，设计具体的能带结构，用MBE或者MOCVD的方法来实现光电器件的作用。用这种设计方法，可以用制备化学传感器如环境监控、跟踪气体分析、过程控制以及流体探测等，在电讯方面也有着非常重要的应用。研究人员通过设计不同材料、不同厚度的量子阱层实现了垂直腔面激光器的研制。

4纳米光电子技术的主要应用

4.1光子晶体

1987年，S. John将P. W. Anderson的“电子局域化”（Localization）理论推广到光子。光子也可以被“局域化”，对局域化光子的深入研究导致了一种名叫光子晶体的新材料的开发和利用。光子晶体是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。作为凝聚态物理的一个基础，在晶格周期势中运动的电子具有能带结构。如果将光子在不同介质周期性排列而成的微结构中传播的方程写出，可以发现其与电子能带方程完全一样。类似于电子能带，我们可以将其称为光子能带。在光子能带中，如果两种介质的折射率 n1=n2，则光子没有能隙。如果两种介质的折射率n1≠n2，则光子有能隙。利用光子能带的概念，我们可以设计具有不同对称性的光子晶体结构，从而实现不同的特性。利用光子晶体可以做成滤波器。通过控制光子晶体不同的尺寸大小，可以获得不同的波长。

4.2量子点

量子点又称“人造原子”，可以用作单光子光源、长距离量子加密等。研究人员从1985年就开始了量子点作为光源的研究，当时研究的In（Ga）As/GaAs量子点发射波长达到1.3 μm。对于光通信所用的光纤而言，1.3 μm的波长在长距离、长波程传输中损耗比较大。发射波长为1.55 μm的InAs（P）/InP量子点由于传输损耗小、可调控等优点，在光通信上有很大的应用，从1995年开始已成为人们研究的热点。我们用MOCVD法在InP（001）衬底上生长了InAs/InP量子点。InAs和InP晶格尺寸不完全匹配，在生长过程中，由于周期性的晶格应力变化的原因，在应力集中区部分的原子被挤出生长面而形成凸包，这样就形成了量子点。单个量子点的尺寸为50 nm左右，高度在5 nm左右，密度为1010 QDs/cm2。同时利用同样的原理，我们用MBE的方法生长了InAs/GaAs量子点，由TEM知量子点尺寸在20 nm左右，高度在4 nm左右，量子点密度为1012 QDs/cm2。量子点中的电子具有量子化的能量，在光电学上有很重要的价值。在量子点中，有固定能量值的电子流和空穴流会发生复合，从而产生单色性很强的光。利用量子点发光的机理，我们使用InAs/InP量子点在光通信波段实现了单光子发射。试验中采用光子测试仪对InAs/InP量子点发出的光子进行了测试，在测试的过程中，当一个光子打到测试仪上就会产生一个电信号，从而实现了对单个光子的测量。InAs/InP量子点可以产生单个光子，但是产出光子的弛豫时间并不是严格一致的。

4.3InGaAsP半导体光放大器（InGaAsP SOA）

电信号可以用放大器进行放大，光信号是不是也可以直接进行放大呢？传统的将光信号进行放大的途径是现将光信号转变成电信号，把电信号放大后再将其转变成光信号，进而实现光信号的放大。光放大器的原理类似于电放大器，通过将能源（光或电）提供的能量转变为信号光的能量以实现放大作用。工作于1550 nm波长的掺铒光纤放大器，自从20世纪90年代被商业化以来已经深刻改变了光纤通信工业的现状。由电源供能的半导体光放大器因其体积小、价廉，有可能直接集成在光电线路中而受到重视。我们采用九层整齐排列的InGaAsP/InP的周期结构制成半导体光子放大器，从而实现直接将光信号的放大。但是在实验中，由于 SOA的生长质量不好，得到的光子放大器不能与掺铒的光纤放大器相媲美。因此，在进行实际生产以前，如何提高SOA的生长质量仍是一个非常迫切的问题。

5结束语

进入纳米时代的光电子领域对传统光电器件设计的基本原理提出了新的挑战，纳米尺度下的光电器件的研制与传统的电子器件或光学器件的研制在基本原理与制造技术上有本质的不同，量子电动力学和介观物理将替代电动力学和凝聚态物理作为纳米光电器件研制的基本原理。随着电子工业的不断发展和科学研究的日益深入，一种全新的光子技术：纳米光电技术已应运而生，非线性光学的研究获得了新的动力。在这种技术中，人们将光子和电子的输运与转换联合起来通盘进行考虑。今后纳米光电子技术研发可分两阶段：

第一阶段，今后 10～20年内主要集中于光电路元件的研发，如有源主动元件：集成激光器、集成半导体光放大器等；无源被动元件：光纤、光子晶体、光滤波器等。第二阶段，在光电路元件的研发达到一定水平后可开展光电线路与光电集成线路的研发（长期目标）：微处理器、储存等。光纤技术的迅猛发展为我们建立了信息输运的高速公路，纳米光电技术的研究给人们开辟了一种全新的光电信息存储、输运和处理的途径，这是当代通讯、电子工业的前沿开发领域。它的发展正在导致信息技术新的革命。目前（2011年）这方面大量的研发还仅集中在信息输运领域，而光电信息的存储、读取和计算现在只停留于基础研究的初级阶段，如发展顺利，它们有可能在十年后进入研发阶段。我们有理由相信，随着纳米光电技术的开发，在可见的将来一种全新的信息存储、输运和处理的王国将建立起来。（本文为王肇中教授在第49期武汉光电论坛所作学术报告全文，由武汉光电国家实验室沈国震根据录音整理，经王肇中教授审定后发表）♦

【作者单位：法国国家科学院光子与纳米结构实验室】

（摘自《光学与光电技术》2012年3期）

·高被引论文摘要·

被引频次：234

导电聚合物

李永舫

导电聚合物是20世纪70年代发展起来的一个研究领域，因其诱人的应用前景受到广泛重视。本文介绍了导电聚合物的发现和发展历史，综述了导电聚合物的结构和掺杂特征、制备方法、电导和电化学特性及其本征态共轭聚合物的光电特性。对导电聚合物当前的研究热点和应用前景进行了讨论。

导电聚合物；共轭聚合物；掺杂；电导；电化学性质；光电子器件

来源出版物：化学进展， 2002， 14（3）: 207-211

被引频次：115

ZnO光电导紫外探测器的制备和特性研究

叶志镇，张银珠，陈汉鸿，等

以Si（111）衬底，用脉冲激光沉积（PLD）法制得C轴高度择优取向的ZnO薄膜，并利用剥离技术制备了ZnO光导型紫外探测器。Al叉指状电极是由平面磁控溅射技术沉积得到的。对Al/ZnO/Al的伏安特性和紫外光响应的研究表明，金属铝和ZnO能形成很好的欧姆接触，紫外探测器的电阻值在100 KΩ左右。在紫外区域，其5 V偏压下的光响应度为0.5 A/W。

ZnO薄膜；光电导紫外探测器；欧姆接触；光响应度

来源出版物：电子学报， 2003， 31（11）: 1605-1607

被引频次：99

ICP刻蚀技术及其在光电子器件制作中的应用

樊中朝，余金中，陈少武

简单介绍了ICP（inductively coupled plasma）刻蚀设备的结构和刻蚀机理，报道了ICP刻蚀硅、二氧化硅和Ⅲ-Ⅴ族材料的一些最新进展，重点介绍ICP刻蚀技术在光电子器件制作方面的进展和应用前景。

刻蚀；电感耦合等离子体；光电子器件

来源出版物：微细加工技术， 2003（2）: 21-28

被引频次：44

胶体晶体自组装排列进展

丁敬，高继宁，唐芳琼

自组装排列胶体晶体是发展光子晶体等亚微米周期有序结构及新型光电子器件十分重要的环节。高电荷密度单分散胶体球在较弱的离子强度和稀浓度下会自发排列形成紧密堆积的周期性结构（ccp），常常是面心立方（fcc），科学家们以此为基础发展了多种结晶化胶体粒子的方法，包括重力场沉积、电泳沉积、胶体外延技术、垂直沉积、流通池、物理束缚排列及其他的许多方法。目前排列的胶体粒子基本为球形，材料也多为SiO2、PS、PMMA，此外一些复合粒子，主要为核壳粒子的排列这里也稍作介绍，这些方法及其变通的使用可以形成类蛋白石及反蛋白石结构，最终实现光子带隙及其它多种用途。

光子晶体；胶体晶体；蛋白石；自组装

来源出版物：化学进展， 2004， 16（3）: 321-326

被引频次：33

半导体量子电子和光电子器件

傅英，徐文兰，陆卫

阐述了半导体异质结构电子的量子特性，如电子波输运、库仑阻塞效应等。介绍了几种新颖、典型的量子电子器件和量子光电子器件的物理模型和基本原理。这些器件包括了单电子晶体管、共振隧穿二极管、高电子迁移率晶体管、δ掺杂场效应晶体管、量子点元胞自动机、量子阱红外探测器、埋沟异质结半导体激光器、量子级联激光器等。给出了作者在半导体量子器件物理方面的最新研究结果。

半导体异质结构；量子器件；电子波输运；库仑阻塞

来源出版物：物理学进展， 2001， 21（3）: 255-277

被引频次：30

类石墨烯二硫化钼及其在光电子器件上的应用

汤鹏，肖坚坚，郑超，等

由单层或几层二硫化钼构成的类石墨烯二硫化钼（graphene-like MoS2）是一种具有类似石墨烯结构和性能的新型二维（2D）层状化合物，近年来以其独特的物理、化学性质而成为新兴的研究热点。本文综述了近年来类石墨烯二硫化钼常见的几种制备方法，包括以微机械力剥离、锂离子插层和液相超声法等为主的“自上而下”的剥离法，以及以高温热分解、水热法等为主的“自下而上”的合成法；介绍了其常用的结构表征方法，包括原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和拉曼光谱等；概述了类石墨烯二硫化钼的紫外-可见（UV-Vis）吸收、荧光发射等基本光物理性质及其相关机理；总结了类石墨烯二硫化钼在二次电池、场效应晶体管、传感器、有机电致发光二极管和电存储等光电子器件领域的应用原理及其研究进展，展望了这类新型二维层状化合物的研究前景。

类石墨烯二硫化钼；二维层状化合物；材料制备；结构表征；光物理性质；光电子器件

来源出版物：物理化学学报， 2013， 29（4）: 667-677

被引频次：28

ZnSe红外窗口材料及体单晶的制造与用途

杨遇春

综述了 ZnSe红外激光窗口材料的物理、机械性能及在二氧化碳激光器件中的应用状况，红外窗口用ZnSe多晶的制备方法及光电子器件用ZnSe单晶的多种生长途径和研制水平。指出由于原料价格低廉，ZnSe晶体在激光窗口等应用中有很好的前景。蓝色发光管等电子器件的研究与发展还将为 ZnSc单晶开拓一定的民用市场。

ZnSe；红外窗口材料；激光器件；光电子器件；红外激光；蓝色发光；研究与发展；熔体生长；源材料；CdTe

来源出版物：稀有金属， 1992， 16（5）: 364-371

被引频次：26

有机聚合物光波导的研制

凌云，张彤，崔一平

聚合物光电子器件是目前世界范围的一个研究热点，其本身所具有易于集成、响应快速、成本低廉一系列优点，在光通信方面有广泛的和极具吸引力的应用前景。介绍了制作有机聚合物光波导的工艺流程，并用两种方法制备出有机聚合物光波导。这对后续研究有很大的帮助。

工艺；有机聚合物；光波导

来源出版物：电子器件， 2005， 28（2）: 265-267

被引频次：23

强激光对光电器件及半导体材料的破坏研究

倪晓武，沈中华，陆建

本文综述了强激光对光电器件、半导体材料的破坏研究的进展、研究现状和尚未解决的问题。

强激光；光电子器件；半导体材料；损伤机制

来源出版物：光电子·激光， 1997， 8（6）: 487-490

被引频次：22

硅基集成光电子器件的新进展

周治平，郜定山，汪毅，等

综述了硅基微纳激光器、调制器、探测器及光传输控制器件的最新研究进展。重点阐述了表面等离子体、量子阱、光子晶体及纳米光栅等新型结构在提高器件综合性能和降低器件尺寸方面的重大作用。同时，还展示了用标准互补金属氧化物半导体（CMOS）技术，实现硅基光子器件和电子器件在同一基片上微纳集成的巨大前景。

硅基光电子器件；微纳集成；激光器；调制器；探测器；纳米光栅

来源出版物：激光与光电子学进展， 2007， 44（2）: 31-38

被引频次：689

Ultracompact optical buffers on a silicon chip

Xia， FN； Sekaric， L； Vlasov， Y； et al.

来源出版物：Nature Photonics， 2007， 1（1）: 65-71

被引频次：638

The past， present， and future of silicon photonics

Soref， R

insulator wave-guides； 1.6 μm； on-insulator；stimulated-emission；heterostructures；modulator；components； light； optoelectronics； semiconductors

来源出版物：IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics， 2006， 12（6）: 1678-1687

被引频次：563

Electrically pumped hybrid AlGaInAs-silicon evanescent laser

Fang， AW； Park， H； Cohen， O； et al.

来源出版物：Optics Express， 2006， 14（20）: 9203-9210

被引频次：441

Extremely efficient flexible organic light-emitting diodes with modified graphene anode

Han， TH； Lee， Y； Choi， MR； et al.

来源出版物：Nature Photonics， 2012， 6（2）: 105-110

被引频次：439

Nanophotonic waveguides in silicon-on-insulator fabricated with CMOS technology

Bogaerts， W； Baets， R； Dumon， P； et al.

nanophotonics； photonic crystal； waveguides；silicon-on-insulator（SOI）

来源出版物： Journal of Lightwave Technology， 2005，23（1）: 401-412

被引频次：438

Ultra-low loss photonic integrated circuit with membrane-type photonic crystal waveguides

McNab， SJ； Moll， N； Vlasov， YA

来源出版物：Optics Express， 2003， 11（22）: 2927-2939

被引频次：424

Ge-on-Si laser operating at room temperature

Liu JF； Sun XC； Camacho-Aguilera， R； et al.

来源出版物：Optics Letters， 2010， 35（5）: 679-681

被引频次：393

Nanoplasmonics: Past， present， and glimpse into future

Stockman， MI

来源出版物：Optics Express， 2011， 19（22）: 22029-22106

被引频次：376

All-optical high-speed signal processing with silicon-organic hybrid slot waveguidesx

Koos， C； Vorreau， P； Vallaitis， T； et al.

来源出版物：Nature Photonics， 2009， 3（4）: 216-219

被引频次：357

Lasing spaser

Zheludev， NI； Prosvirnin， SL； Papasimakis， N； et al.

来源出版物：Nature Photonics， 2008， 2（6）: 351-354

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纳米光电子器件最新进展及发展趋势

白天为，龚文晔

纳米光电子技术是一门新兴科技，近年来随着其发展及研究受到越来越多学者和专家的关注，该技术的应用更是成为现代人们关注的热点。文章主要针对纳米光电子器件展开分析，并对其未来发展方向进行了阐述。

纳米光电子器件；发展进展；发展趋势

来源出版物：科技创新与应用， 2016（5）: 34-34

硅基Ⅲ-Ⅴ族量子点激光器的发展现状和前景

王霆，张建军，Huiyun Liu，等

简要综述了硅基Ⅲ-Ⅴ族量子点激光器的研究进展。在介绍了量子点激光器的优势和发展后，重点介绍了近年来硅基、锗基Ⅲ-Ⅴ族量子点材料生长上的突破性进展及所带来的器件性能的大幅提高，如实现了锗基和硅基1.3 μm InAs/GaAs量子点激光器的室温激射，锗基量子点激光器的阈值电流低至55.2 A/cm2并可达60℃以上的连续激射，通过锗硅虚拟衬底，在硅基上实现了30℃下以16.6 mW的输出功率达到4600 h的激光寿命，这些突破性的进展为硅基光电子集成打开了新的大门。

半导体激光；激光材料；集成光学；光电子器件

来源出版物：物理学报， 2015（20）: 19-26

局域表面等离子体激元在光电器件中的应用

王纯子，黄凯

随着微加工技术和纳米技术的迅速发展，表面等离子体技术在光电子器件的微型化和集成化上得到了广泛应用，受到了物理、化学、生物、以及医学等多个领域人士的极大关注。局域表面等离子体（LSPs）由于具有独特的传播、激发、以及表面电磁场的局域增强特性，使得其在各个领域的应用有着显著的优势。文章叙述了LSP的相关特性及影响其共振频率的几个因素。分析了LSP在光伏电池、光电探测器和发光二极管（LED）等领域的应用，包括最近几年所取得的一些重要进步，并着重介绍了我们小组近期在这些方面研究所取得的成果。

局域表面等离子体激元（LSP）；金属纳米颗粒；发光二极管（LED）

来源出版物：宜春学院学报， 2015， 37（3）: 14-17

基于石墨烯纳米带的齿形表面等离激元滤波器的研究

盛世威，李康，孔繁敏，等

提出了一种基于石墨烯纳米带的齿形表面等离激元波导滤波器，并且用时域有限差分法研究了这种结构。单个齿形的滤波器可以实现带阻滤波，其滤波特性可以用基于散射矩阵的解析模型解释。滤波器的透射谱特性可以通过调节齿的长度、宽度以及石墨烯的化学势来改变。由于石墨烯的化学势可以用门电路来调节，这种结构的滤波器可以在器件加工完成后灵活地调节其工作波长。同时研究了多齿滤波器，这种结构可以实现宽带滤波，文中对具有不同齿数、周期的滤波器的透射谱进行了细致的研究。研究结果对实现基于石墨烯的大规模集成光电子器件提供了重要的理论参考。

滤波器；石墨烯；光波导；表面等离激元

来源出版物：物理学报， 2015， 64（10）: 108402-108402

联系邮箱：李康，kangli@sdu.edu.cn

硅基光功率监测技术的最新进展

卫欢，余辉，邵海峰，等

随着集成光路复杂度的增加，需要在不影响系统正常工作的情况下，在链路内使用光功率监测器对集成光路进行实时监测，有效地进行器件行为分析。文章综述了硅基光功率监测器的最新研究进展。重点阐述了表面态吸收、双光子吸收、锗吸收以及缺陷态吸收机制下的光功率监测方案以及各自的优缺点，最后详细讨论了利用缺陷态吸收机制实现光电转换的巨大优势。

硅基光电子器件；光功率监测器；光电探测器

来源出版物：光通信研究， 2015（6）: 20-29

联系邮箱：余辉，huiyu@zju.edu.cn

石墨烯光电子器件的应用研究进展

李绍娟，甘胜，沐浩然，等

自2004年被发现以来，石墨烯因其卓越的光学和电学性能及其与硅基半导体工艺的兼容性，备受学术界和工业界的广泛关注。作为一种独特的二维原子晶体薄膜材料，石墨烯有着优异的机械性能、超高的热导率和载流子迁移率、超宽带的光学响应谱及极强的非线性光学特性，使其在新型光学和光电器件领域具有得天独厚的优势。一系列基于石墨烯的新型光电器件先后被研制出，已显示出优异的性能和良好的应用前景。此外，近期石墨烯表面等离子体激元的发现及太赫兹器件的研究进一步促进了石墨烯基光电器件的蓬勃发展。综述重点总结近年来石墨烯在超快脉冲激光器、光调制器、光探测器以及表面等离子体领域的应用研究进展，并进一步分析目前所面临的主要问题、挑战及其发展趋势。

石墨烯；脉冲激光器；光调制器；光探测器；表面等离子体；太赫兹

来源出版物：新型炭材料， 2014， 29（5）: 329-356

联系邮箱：鲍桥梁，qlbao@suda.edu.cn

GaAs纳米线及GaAs/InxGa1-xAs/GaAs纳米线径向异质结构的无催化选区生长的实验研究

崔建功，张霞，颜鑫，等

利用无催化选区金属有机化学气相沉积（SA-MOCVD）法在GaAs（111）B衬底上分别制备了GaAs纳米线和 GaAs/InxGa1-xAs/GaAs纳米线径向异质结构。系统地研究了生长条件对 GaAs纳米线生长的影响。实验结果显示，GaAs纳米线的形貌和长度依赖于生长温度、AsH3的分压以及 SiO2掩膜表面的圆孔直径。因此可以通过调节以上因素来得到高质量的GaAs纳米线。并且发现扩散是影响无催化选区生长GaAs纳米线的主要机理。微区光致发光谱（μ-PL）表明，GaAs/InxGa1-xAs/GaAs纳米线径向异质结构被成功合成，室温（300 K）下它的发光波长为913 nm。这些结果对于GaAs纳米线及其异质结构制备的进一步研究及其在光电子器件中的应用具有很好的参考价值。

GaAs纳米线；无催化选区生长；金属有机化学气相沉积法

来源出版物：物理学报， 2014， 63（13）: 290-296

联系邮箱：张霞，xzhang@bupt.edu.cn

激光剥离GaN表面的抛光技术

应磊莹，刘文杰，张江勇，等

光剥离（LLO）技术是研制新型氮化镓（GaN）基谐振腔结构光电子器件的关键技术。然而 LLO后的GaN表面往往具有较大的粗糙度，而制作谐振腔结构器件需要很高的表面平整度，因此需要对LLO后的GaN表面进行抛光。分别采用金刚石粉抛光液和胶粒二氧化硅抛光液进行机械抛光和化学机械抛光（CMP），并对比了两种方法获得的抛光结果，研究发现前者会在抛光后的GaN表面引入划痕，而采用后者可以得到亚纳米级平整度的表面。进一步的实验结果表明，胶粒二氧化硅抛光液同样适用于图形化衬底外延片激光剥离后的GaN表面抛光。

激光剥离（LLO）； GaN； 化学机械抛光（CMP）；垂直结构发光二极管（VSLED）；谐振腔发光二极管（RCLED）；垂直腔面发射激光器（VCSEL）

来源出版物：半导体制造技术， 2014， 39（10）: 758-762

联系邮箱：张保平，bzhang@xmu.edu.cn

自由空间光通信中光电子器件的现状分析

王子龙

自由空间光通讯信技术拥有安装快速和低投资以及保密性好等优点，本文主要就对自由空间的光通讯中的光电子器件中的激光器和光电探测器以及光学滤波器的现状进行了分析，通过分析发现半导体的激光器和CO2激光器会是以后的自由空间光通讯系统的主要的光源。

自由空间光通讯；激光器；光电探测器；光学滤波器

来源出版物：计算机光盘软件与应用， 2014， 6: 284-285

类石墨烯二硫化钼及其在光电子器件上的应用

汤鹏，肖坚坚，郑超，等

由单层或几层二硫化钼构成的类石墨烯二硫化钼（graphene-like MoS2）是一种具有类似石墨烯结构和性能的新型二维（2D）层状化合物，近年来以其独特的物理、化学性质而成为新兴的研究热点。本文综述了近年来类石墨烯二硫化钼常见的几种制备方法，包括以微机械力剥离、锂离子插层和液相超声法等为主的“自上而下”的剥离法，以及以高温热分解、水热法等为主的“自下而上”的合成法；介绍了其常用的结构表征方法，包括原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和拉曼光谱等；概述了类石墨烯二硫化钼的紫外-可见（UV-Vis）吸收、荧光发射等基本光物理性质及其相关机理；总结了类石墨烯二硫化钼在二次电池、场效应晶体管、传感器、有机电致发光二极管和电存储等光电子器件领域的应用原理及其研究进展，展望了这类新型二维层状化合物的研究前景。

类石墨烯二硫化钼；二维层状化合物；材料制备；结构表征；光物理性质；光电子器件

来源出版物：物理化学学报， 2013， 29（4）: 667-677

联系邮箱：陈润锋，iamrfchen@njupt.edu.cn

调制型半导体激光器驱动电路设计

张超

半导体激光器以体积小、质量轻、驱动功率和电流较低、效率高、工作寿命长、可直接调制、易于与各种光电子器件实现光电子集成及与半导体制造技术兼容、可大批量生产等特点得到了广泛的研究与应用，研究和改进激光器驱动电路具有重要的意义。小功率可调谐半导体激光器对驱动电流有很高的要求，驱动电流的微小变化将直接导致其输出光强的波动。为实现半导体激光器的稳定功率输出，基于电流负反馈原理设计包含慢启动和限流保护电路的恒流驱动电路。在电路设计中尽可能利用简单的器件和设计起到改善激光器正常工作的目的。在调制过程中分别利用运放与三极管的不同特性设计出了低频低失真和高频开关调制电路。利用两级放大负反馈原理进行反馈电流的调整，降低闭环带宽，增强了闭环负反馈的稳定性。

半导体激光器；驱动电路；恒流源

来源出版物：光电技术应用， 2013， 28（6）: 71-73

Waveguide-integrated black phosphorus photodetector with high responsivity and low dark current

Youngblood， N； Chen， C； Koester， SJ； et al.

来源出版物：Nature Photonics， 2015， 9（4）: 247-252

联系邮箱：Youngblood， N； moli@umn.edu

Recent advances in silicon-based passive and active optical interconnects

Subbaraman， H； Xu， XC； Hosseini， A； et al.

来源出版物：Optics Express， 2015， 23（3）: 2487-2511

联系邮箱：Chen， RT， chen@ece.utexas.edu

Quantum cascade lasers: 20 years of challenges

Vitiello， MS； Scalari， G； Williams， B； et al.

来源出版物：Optics Express， 2015， 23（4）: 5167-5182

联系邮箱：Vitiello， MS； miriam.vitiello@sns.it

Efficient blue organic light-emitting diodes employing thermally activated delayed fluorescence

Zhang， QS； Li， B； Huang， SP； et al.

来源出版物：Nature Photonics， 2014， 8（4）: 326-332

联系邮箱：Zhang， QS； adachi@cstf.kyushu-u.ac.jp

来源出版物：Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators， Spectrometers，Detectors and Associated Equipment， 2013， 701: 1-6

联系邮箱：Optics Express， 2014， 22（2）: 1277-1286

编辑：王微

We demonstrate mechanically flexible， organic light-emitting devices（OLED's） based on the nonpolymetricthin-filmmaterialstris-（8-hydroxyquinoline）aluminum（Alq3） and N，N'-diphenyl-N，

We report the integration of organic light emitting devices（OLED's） and amorphous Si（a-Si） thin-film transistors（TFT's） on both glass， and unbreakable and lightweight thin stainless steel foil substrates. The doped-polymer OLED's were built following fabrication of driver TFT's in a stacked structure. Due to the opacity of the steel substrate， top-emitting OLED structures were developed. It is shown that the a-Si TFT's provide adequate current levels to drive the OLED's at video brightness（similar to 100 cd/m2）. This work demonstrates that lightweight and rugged TFT backplanes with integrated OLED's are essential elements for robust and highly portable active-matrix emissive flat panel displays.

High-index-contrast， wavelength-scale structures are key to ultracompact integration of photonic integrated circuits. The fabrication of these nanophotonic structures in silicon-on-insulator using complementary metal-oxideseminconductor processing techniques， including deep ultraviolet lithography， was studied. It is concluded that this technology is capable of commercially manufacturing nanophotonic integrated circuits. The possibilities of photonic wires and photonic-crystal waveguides for photonicintegration are compared. It is shown that， with similar fabrication techniques， photonic wires perform at least an order of magnitude better than photonic-crystal waveguides with respect to propagation losses. Measurements indicate propagation losses as low as 0.24 dB/mm for photonic wires but 7.5 dB/mm for photonic-crystal waveguides.

The pace of the development of silicon photonics has quickened since 2004 due to investment by industry and government. Commercial state-of-the-art CMOS silicon-on-insulator（SOI） foundries are now being utilized in a crucial test of 1.55-μm monolithic optoelectronic（OE） integration， a test sponsored by the Defense Advanced Research Projects Agency（DARPA）. The preliminary results indicate that the silicon photonics are truly CMOS compatible. R&D groups have now developed 10-100-Gb/s electro-optic modulators， ultrafast Ge-on-Si photodetectors， efficient fiber-to-waveguide couplers， and Si Raman lasers. Electrically pumped silicon lasers are under intense investigation， with several approaches being tried； however， lasing has not yet been attained. The new paradigm for the Si-based photonic and optoelectric integrated circuits is that these chip-scale networks， when suitably designed， will operate at a wavelength anywhere within the broad spectral range of 1.2-100 μm， with cryocooling needed in some cases.

On-chip optical buffers based on waveguide delay lines might have significant implications for the development of optical interconnects in computer systems. Silicon-on-insulator（SOI） submicrometre photonic wire waveguides are used， because they can provide strong light confinement at the diffraction limit， allowing dramatic scaling of device size. Here we report on-chip optical delay lines based on such waveguides that consist of up to 100 microring resonators cascaded in either coupled-resonator or all-pass filter（APF） configurations. On-chip group delays exceeding 500 ps are demonstrated in a device with a footprint below 0.09 mm2. The trade-offs between resonantly enhanced group delay， device size， insertion loss and operational bandwidth are analysed for various delay-line designs. A large fractional group delay exceeding 10 bits is achieved for bit rates as high as 20 Gbps. Measurements of system-level metrics as bit error rates for different bit rates demonstrate error-free operation up to 5 Gbps.

On-chip optical buffers based on waveguide delay lines might have significant implications for the development of optical interconnects in computer systems. Silicon-on-insulator（SOI） submicrometre photonic wire waveguides are used， because they can provide strong light confinement at the diffraction limit， allowing dramatic scaling of device size. Here we report on-chip optical delay lines based on such waveguides that consist of up to 100 microring resonators cascaded in either coupled-resonator or all-pass filter（APF） configurations. On-chip group delays exceeding 500 ps are demonstrated in a device witha footprint below 0.09 mm2. The trade-offs between resonantly enhanced group delay， device size， insertion loss and operational bandwidth are analysed for various delayline designs. A large fractional group delay exceeding 10 bits is achieved for bit rates as high as 20 Gbps. Measurements of system-level metrics as bit error rates for different bit rates demonstrate error-free operation up to 5 Gbps.

The pace of the development of silicon photonics has quickened since 2004 due to investment by industry and government. Commercial state-of-the-art CMOS silicon-on- insulator（SOI） foundries are now being utilized in a crucial test of 1.55-μm monolithic optoelectronic（OE） integration， a test sponsored by the Defense Advanced Research Projects Agency（DARPA）. The preliminary results indicate that the silicon photonics are truly CMOS compatible. R&D groups have now developed 10-100-Gb/s electro-optic modulators， ultrafast Ge-on-Si photodetectors， efficient fiber-to-waveguide couplers， and Si Raman lasers. Electrically pumped silicon lasers are under intense investigation， with several approaches being tried； however， lasing has not yet been attained. The new paradigm for the Si-based photonic and optoelectric integrated circuits is that these chip-scale networks， when suitably designed， will operate at a wavelength anywhere within the broad spectral range of 1.2-100 μm， with cryocooling needed in some cases.

An electrically pumped light source on silicon is a key element needed for photonic integrated circuits on silicon. Here we report an electrically pumped AlGaInAs-silicon evanescent laser architecture where the laser cavity is defined solely by the silicon waveguide and needs no critical alignment to the III-V active material during fabrication via wafer bonding. This laser runs continuous-wave（c.w.） with a threshold of 65 mA， a maximum output power of 1.8 mW with a differential quantum efficiency of 12.7 % and a maximum operating temperature of 40 °C. This approach allows for 100's of lasers to be fabricated in one bonding step， making it suitable for high volume， low-cost， integration. By varying the silicon waveguide dimensions and the composition of the III-V layer， this architecture can be extended to fabricate other active devices on silicon such as optical amplifiers， modulators and photo-detectors.

Although graphene films have a strong potential to replace indium tin oxide anodes in organic light-emitting diodes（OLEDs）， to date， the luminous efficiency of OLEDs with graphene anodes has been limited by a lack of efficient methods to improve the low work function and reduce the sheet resistance of graphene films to the levels required for electrodes. Here， we fabricate flexible OLEDs by modifying the graphene anode to have a high work function and low sheet resistance， and thus achieve extremely high luminous efficiencies（37.2 lm W-1in fluorescent OLEDs， 102.7 lm W-1in phosphorescent OLEDs）， which are significantly higher than those of optimized devices with an indium tin oxide anode（24.1 lm W-1in fluorescent OLEDs， 85.6 lm W-1in phosphorescent OLEDs）. We also fabricate flexible white OLED lighting devices using the graphene anode. These results demonstrate the great potential of graphene anodes for use in a wide variety of high-performance flexible organic optoelectronics.

High-index-contrast，wavelength-scale structures are key to ultracompact integration of photonic integrated circuits. The fabrication of these nanophotonicstructures in silicon-on-insulator using complementary metal-oxide-seminconductorprocessingtechniques，including deep ultraviolet lithography， was studied. It is concluded that this technology is capable of commercially manufacturing nanophotonic integrated circuits. The possibilities of photonic wires and photonic-crystal waveguides for photonic integration are compared. It is shown that， with similar fabrication techniques， photonic wires perform at least an order of magnitude better than photonic-crystal waveguides with respect to propagation losses. Measurements indicate propagation losses as low as 0.24 dB/mm for photonic wires but 7.5 dB/mm for photonic-crystal waveguides.

We report the design and testing of an SOI-based photonic integrated circuit containing twodimensional membrane-type photonic crystal waveguides. The circuit comprises spot-size converters to efficiently couple light from a fiber into single-mode strip waveguides and butt-couplers to couple from strip waveguides to photonic crystal waveguides. Each optical interface was optimized to minimize back-reflections and reduce the Fabry-Perot noise. The transmission characteristics of each component are measured and record low propagation losses in photonic crystal waveguides of 24 dB/cm are reported. The combination of an efficient two-stage coupling scheme and utilization of ultra-long（up to 2 mm） photonic crystal waveguides reduces the uncertainty in determining the loss figure to 3 dB/cm.

Monolithic lasers on Si are ideal for highvolume and large-scale electronic-photonic integration. Ge is an interesting candidate owing to its pseudodirect gap properties and compatibility with Si complementary metal oxide semiconductor technology. Recently we have demonstratedroom-temperaturephotoluminescence，electroluminescence， and optical gain from the direct gap transition of band-engineered Ge-on-Si using tensile strain and n-type doping. Here we report what we believe to be the first experimental observation of lasing from the direct gap transition of Ge-on-Si at room temperature using an edge-emitting waveguide device. The emission exhibited a gain spectrum of 1590-1610 nm， line narrowing and polarization evolution from a mixed TE/TM to predominantly TE with increasing gain， and a clear threshold behavior.

A review of nanoplasmonics is given. This includes fundamentals， nanolocalization of optical energy and hot spots， ultrafast nanoplasmonics and control of the spatiotemporal nanolocalization of optical fields， and quantum nanoplasmonics（spaser and gain-assisted plasmonics）. This article reviews both fundamental theoretical ideas in nanoplasmonics and selected experimental developments. It is designed both for specialists in the field and general physics readership.

Integrated optical circuits based on siliconon-insulator technology are likely to become the mainstay of the photonics industry. Over recent years an impressive range of silicon-on-insulator devices has been realized，including waveguides， filters and photonic-crystal devices. However， silicon-based all-optical switching is still challenging owing to the slow dynamics of two-photon generated free carriers. Here we show that silicon-organic hybrid integration overcomes such intrinsic limitations by combining the best of two worlds， using mature CMOS processing to fabricate the waveguide， and molecular beam deposition to cover it with organic molecules that efficientlymediateall-opticalinteractionwithout introducing significant absorption. We fabricate a 4-mm-long silicon-organic hybrid waveguide with a record nonlinearity coefficient of gamma approximate to 1 × 105W-1km-1and perform all-optical demultiplexing of 170.8 Gb s-1to 42.7 Gb s-1. This is—to the best of our knowledge—the fastest silicon photonic optical signal processing demonstrated.

In 2003 Bergman and Stockman introduced the spaser， a quantum amplifier of surface plasmons by stimulated emission of radiation. They argued that by exploiting a metal/ dielectric composite medium it should be possible to construct a nanodevice， where a strong coherent field is built up in a spatial region much smaller than the wavelength. V-shaped metallic structures，combined with semiconductor quantum dots， were discussed as a possible realization of the spaser. Here we introduce a further development of the spaser concept. We show that by combining the metamaterial and spaser ideas one can create a narrow-diversion coherent source of electromagnetic radiation that is fuelled by plasmonic oscillations. We argue that a two-dimensional array of a certain class of plasmonic resonators supporting coherent current excitations with high quality factor can act as a planar source of spatially and temporally coherent radiation， which we term a ‘lasing spaser'.

Layered two-dimensional materials have demonstrated novel optoelectronic properties and are well suited for integration in planar photonic circuits. Graphene，for example， has been utilized for wideband photodetection. However， because graphene lacks a bandgap， graphene photodetectors suffer from very high dark current. In contrast， layered black phosphorous， the latest addition to the family of two-dimensional materials， is ideal for photodetector applications due to its narrow but finite bandgap. Here， we demonstrate a gated multilayer black phosphorus photodetector integrated on a silicon photonic waveguide operating in the near-infrared telecom band. In a significant advantage over graphene devices， black phosphorus photodetectors can operate under bias with very low dark current and attain an intrinsic responsivity up to 135 mAW-1and 657 mAW-1in 11.5-nm- and 100-nm-thick devices， respectively， at room temperature. The photocurrent is dominated by the photovoltaic effect with a high response bandwidth exceeding 3 GHz.

Silicon photonics has experienced phenomenal transformations over the last decade. In this paper， we present some of the notable advances in silicon-based passive and active optical interconnect components， and highlight some of our key contributions. Light is also cast on few other parallel technologies that are working in tandem with silicon-based structures， and providing unique functions not achievable with any single system acting alone. With an increasing utilization of CMOS foundries for silicon photonics fabrication， a viable path for realizing extremely low-cost integrated optoelectronics has been paved. These advances are expected to benefit several application domains in the years to come， including communication networks， sensing， and nonlinear systems.

We review the most recent technological and application advances of quantum cascade lasers，underlining the present milestones and future directions from the Mid-infrared to the Terahertz spectral range. Challenges and developments， which are the subject of the contributions to this focus issue， are also introduced.

Organic light-emitting diodes（OLEDs）employing thermally activated delayed fluorescence（TADF） have emerged as cheaper alternatives to highperformance phosphorescent OLEDs with noble-metalbased dopants. However， the efficiencies of blue TADF OLEDs are still low at high luminance， limiting full-colour display. Here， we report a blue OLED containing a 9，10-dihydroacridine/diphenyl sulphone derivative that has a comparable performance to today's best phosphorescent OLEDs. The device offers an external quantum efficiency of 19.5% and reduced efficiency roll-off characteristics at high luminance. Through computational simulation， we identified six pretwisted intramolecular chargetransfer（CT） molecules with small singlet-triplet CT state splitting but different energy relationships between（CT）-C-3 and locally excited triplet（（LE）-L-3） states. Systematic comparison of their excited-state dynamics revealed that CT molecules with a large twist angle can emit efficient and short-lifetime（a few microseconds） TADF when the emission peak energy is high enough and the（LE）-L-3 state is higher than the（CT）-C-3 state.

Bridging the gap between optical fibers and silicon photonic integrated circuits

Zaoui， WS； Kunze， A； Vogel， W； et al.

We present a rigorous approach for designing a highly efficient coupling between single mode optical fibers and silicon nanophotonic waveguides based on diffractive gratings. The structures are fabricated on standard SOI wafers in a cost-effective CMOS process flow. The measured coupling efficiency reaches -1.08 dB and a record value of -0.62 dB in the 1550 nm telecommunication window using a uniform and a nonuniform grating， respectively， with a 1dB-bandwidth larger than 40 nm.