Optoelektronik bezeichnet den Teilbereich der Elektronik, der die Erzeugung, Detektion, Modulation und Übertragung von Licht mit Hilfe elektronischer bzw. halbleiterbasierter Bauelemente untersucht und nutzt. Im Zentrum stehen dabei quantenmechanische Übergänge in Halbleitern, insbesondere strahlende Rekombination von Elektronen und Löchern sowie optisch induzierte Generation von Ladungsträgern.

Zentrale Bauelemente sind Leuchtdioden (LEDs), Laser-Dioden, Photodioden, Avalanche-Photodioden, Photowiderstände und integrierte optische Modulatoren. Ihre Funktion basiert typischerweise auf pn-Übergängen, Heterostrukturen oder Quantenfilmen/-punkten, in denen die Bandstruktur und Rekombinationsprozesse gezielt eingestellt werden. Wichtige Materialklassen umfassen III-V- und II-VI-Verbindungshalbleiter (z. B. GaAs, InP, GaN), Silizium (insbesondere für integrierte Photonik) sowie transparente leitfähige Oxide.

Für das Werkstoffdesign sind Bandlücke, Gitterkonstante, Defektchemie, Dotierbarkeit, optische Übergangswahrscheinlichkeiten, thermische Leitfähigkeit und Zuverlässigkeit unter hoher Photonen- und Stromdichte entscheidend. Epitaktische Wachstumsverfahren (MBE, MOCVD) ermöglichen die Realisierung komplexer Hetero- und Quantenstrukturen mit atomarer Präzision.

Optoelektronische Anwendungen umfassen Beleuchtung, Displays, Glasfaserkommunikation, LiDAR, Sensorik (z. B. in der Bio- und Umweltsensorik) sowie Energieumwandlung in Photovoltaik und Photodetektoren. Zukünftige Entwicklungen betreffen integrierte photonische Schaltkreise, neuromorphe photonische Systeme, Quantenlichtquellen und hocheffiziente, nachhaltige Materialsysteme.