半導體光電子學

目錄
第1章 緒論 1
1.1 半導體器件及半導體IC 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷史 1
1.1.1 半導體器件早期發(fā)展 1
1.1.2 半導體IC 產(chǎn)業(yè)發(fā)展 2
1.1.3 摩爾定律和后摩爾時代 3
1.2 半導體材料的基本性質 4
1.2.1 半導體的結構特征 4
1.2.2 半導體的能帶結構 7
1.2.3 半導體基本光學特性 10
1.3 半導體的光電應用簡介 12
1.3.1 半導體發(fā)光器件原理簡介 13
1.3.2 載流子躍遷發(fā)射光譜介紹 14
1.3.3 半導體發(fā)光激發(fā)過程 16
1.3.4 半導體LED 器件發(fā)展及機理概述 17
課后習題 18
參考文獻 18
第2章 半導體光電子器件中的異質結與橫模 20
2.1 半導體光電子器件的基本結構 20
2.1.1 PN 結 20
2.1.2 異質結 29
2.2 半導體光電子器件中的模式 41
2.2.1 橫模及其物理意義 42
2.2.2 TE、TM 模及其物理意義 44
2.3 器件的遠場與相差 46
2.3.1 器件的遠場 46
2.3.2 器件的相差 49
課后習題 53
參考文獻 53
第3章 載流子注入與速率方程 55
3.1 載流子的物理概念及其注入過程 55
3.1.1 半導體的能級與能帶 55
3.1.2 半導體中的能態(tài)密度 57
3.1.3 半導體中的雜質與缺陷 58
3.1.4 半導體平衡載流子分布 59
3.1.5 半導體中載流子的注入 61
3.2 載流子的輻射與非輻射復合過程 62
3.2.1 載流子的輻射復合過程 63
3.2.2 載流子的非輻射復合過程 64
3.2.3 俄歇復合過程 67
3.2.4 表面復合 69
3.3 能帶收縮與能帶填充效應 69
3.3.1 能帶收縮效應 70
3.3.2 能帶填充效應 71
3.4 LED 載流子速率方程與發(fā)光效率 74
3.4.1 LED 發(fā)光原理 74
3.4.2 LED 載流子速率方程 76
3.4.3 LED 發(fā)光效率 78
課后習題 82
參考文獻 82
第4章 半導體激光器 84
4.1 半導體激光器的速率方程推導 84
4.1.1 激光振蕩增益 84
4.1.2 場速率方程 85
4.1.3 線寬增強因子 86
4.1.4 激光速率方程 88
4.2 FP 激光器閾值條件與縱模特性 90
4.2.1 FP 激光器結構及工作原理 90
4.2.2 FP 激光器閾值條件 91
4.2.3 FP 激光器縱模特征 93
4.3 半導體激光器閾值與效率 93
4.3.1 半導體激光器閾值特性 94
4.3.2 半導體激光器效率 96
4.4 半導體激光器的溫度特性 97
4.5 半導體激光器的增益特性 99
課后習題 104
參考文獻 104
第5章 動態(tài)單模與高速調制 106
5.1 發(fā)光二極管直接調制 106
5.2 半導體激光器直接調制 108
5.2.1 半導體激光器的瞬態(tài)特性 108
5.2.2 半導體激光器的動態(tài)分析 109
5.2.3 半導體激光器的模式穩(wěn)定性問題 110
5.3 DFB 和DBR 激光器 112
5.3.1 耦合波方程 112
5.3.2 ？/4 相移的折射率耦合DFB 113
5.3.3 增益耦合DFB 114
5.3.4 DBR 激光器 114
5.3.5 工作特性 115
5.4 半導體激光器的強度噪聲和線寬 116
5.4.1 肖洛-湯斯線寬 116
5.4.2 頻率噪聲 117
5.4.3 Langevin 噪聲源 118
5.4.4 RIN 和譜密度函數(shù) 118
5.5 半導體激光器的啁啾 119
課后習題 119
參考文獻 119
第6章 半導體光電探測器 121
6.1 基本結構與原理 121
6.1.1 探測器的響應度和帶寬 126
6.1.2 探測器的噪聲 128
6.2 快速光電二極管 134
6.3 雪崩光電二極管 134
6.3.1 雪崩光電二極管的基本結構和原理 135
6.3.2 雪崩光電二極管制備材料的選擇 136
6.3.3 雪崩光電二極管的芯片結構 137
6.4 極弱光信號探測 139
6.4.1 基本型光子計數(shù)系統(tǒng) 139
6.4.2 輻射源補償型光子計數(shù)系統(tǒng) 141
6.4.3 背景補償型光子計數(shù)系統(tǒng) 142
6.5 微波光子探測器 144
6.5.1 外光電探測器 144
6.5.2 光電導探測器 144
6.5.3 光生伏特探測器 144
6.5.4 光磁電探測器 145
課后習題 145
參考文獻 145
第7章 太陽能光熱與光伏 146
7.1 太陽能光熱吸收薄膜 146
7.1.1 太陽能光熱吸收薄膜的發(fā)展歷程 146
7.1.2 太陽能光熱吸收薄膜的工作原理 147
7.1.3 太陽能光熱吸收薄膜的分類 149
7.1.4 太陽能光熱吸收薄膜的制備 150
7.2 太陽能真空集熱管 152
7.3 太陽能電池基本原理 153
7.3.1 光生伏特效應 153
7.3.2 太陽能電池的電流-電壓特性 154
7.3.3 太陽能電池的性能表征 155
7.4 太陽能電池的分類與特色 156
7.4.1 硅基太陽能電池 157
7.4.2 薄膜太陽能電池 158
7.4.3 新型太陽能電池 162
課后習題 173
參考文獻 173
第8章 光子集成 174
8.1 光子集成的意義與瓶頸問題 174
8.1.1 光子集成的出現(xiàn) 174
8.1.2 光子集成的分類、意義與應用 175
8.1.3 光子集成的瓶頸問題 178
8.1.4 光子集成發(fā)展的啟示：InP 還是Si 180
8.2 半導體光調制器 182
8.2.1 電吸收調制器的基本原理與工作特性 182
8.2.2 M-Z 調制器的基本原理與工作特性 188
8.3 半導體集成光源 192
8.3.1 對接生長技術 192
8.3.2 選區(qū)生長技術 193
8.3.3 量子阱混合技術 193
8.3.4 非對稱雙波導技術 194
課后習題 195
參考文獻 195
第9章 半導體光電子器件制造技術 196
9.1 生長技術 196
9.1.1 薄膜的制備技術 196
9.1.2 物理氣相沉積 198
9.1.3 化學氣相沉積 203
9.1.4 其他技術 209
9.2 光刻技術 212
9.2.1 光刻技術基本原理與流程 212
9.2.2 極紫外光刻技術 218
9.2.3 電子束光刻技術 219
9.2.4 其他光刻技術 221
9.3 刻蝕技術 223
9.3.1 刻蝕技術基本原理與性能參數(shù) 224
9.3.2 濕法刻蝕 225
9.3.3 干法刻蝕 228
9.4 離子注入與快速退火技術 238
9.4.1 離子注入概述 238
9.4.2 離子注入設備及工藝 241
9.4.3 離子注入原理 244
9.4.4 注入離子在靶中的分布 248
9.4.5 注入損傷 252
9.4.6 退火 255
9.4.7 離子注入在半導體工藝中的應用 257
9.5 處理與優(yōu)化技術 261
9.5.1 減薄技術 261
9.5.2 拋光技術 263
9.5.3 解離技術 269
9.6 封裝與測試技術 269
9.6.1 封裝技術概述 270
9.6.2 電子封裝技術 272
9.6.3 光電子封裝技術 275
9.6.4 半導體測試流程 278
9.6.5 半導體測試方法 282
9.6.6 半導體光電子器件參數(shù)測試 287
9.7 本章小結 295
課后習題 295
參考文獻 296