半导体光电子学第一章讲解

前言：半导体物理基础

参照课件：半导体物理 上海交通大学物理系：半导体第1 章半导体中的电子状态 能带模型： 孤立原子、电子有确定的能级结构。在固体中则不同，由 于原子之间距离很近，相互作用很强，在晶体中电子在理 想的周期势场内作共有化运动 。
原子的内层电子的状态几乎没有变化， 其能量仍是一些分立的能级，然而原子的 外层电子（价电子）的状态发生了很大的 变化，由于共有化运动，外层每个运动轨 道容纳的电子个数增多，由泡利不相容原 理知每个轨道只能容纳自旋方向不同的两 个电子，轨道不够用，轨道对应的能级发 生分裂，由一个变为N(固体中原子的个 数)靠得很近的能级，就形成了一个能带。 这样能级就变成了能带
学习要求

课堂要求


要求出勤率。 准时到位，迟到者请在后排就坐，迟到10分钟以上免进。勿中途 退场。 可以随时提问、讨论和嘲笑。 要求独立完成作业，抄写作业且还不会者，成绩0分。 平时考核：出勤+作业＋讨论，成绩占30％； 期末考试：闭卷（含实验设计），成绩占70%。

作业要求


考核要求

Wavelength:532nm、Spot mode:TEM00、Operation material:Nd:YVO4+KTP Output power:5mW/10mW/20mW、Line breadth: <0.1nm、Beam diameter:0.2mm Beam divergence:1.2～2.4mrad、Work temperature:10℃～35℃、Preheat time: 10minutes、Life: ≥5000hours
绪

论
半导体光电子技术的发展及应用 主要内容 学习本课程的意义

参考教材

半导体光电子技术的发展及应用
半导体光电子学： 是研究半导体中光子-电子相互作用，光 能与电能相互转换的一门学科。 涉及的学科：量子力学、固体物理、半导体物 理、半导体光电子材料、半导体光电子器件、 光学

半导体光电子技术的发展及应用

半导体光电子技术的发展及应用
半导体光电子器件及其应用： ①半导体激光器：因其体积小、耗电少、寿 命长，应用领域十分广，VCD(780nm)、 CD-ROM、DVD(635nm,650nm)中读取数 据，激光打印、计算机直接印刷、医疗中切 割，内窥镜光源，工业中打孔、焊接、切割， 泵浦源，光纤通信中光发射机的核心、中继 器关键，军事上：测距、红外夜视，激光雷 达，激光制导，激光打靶。（6个方面：日常、 工业、医疗、军事、通信、泵浦源等）




参考教材 黄德修.半导体光电子学.电子工业出版社， 2013.01


江剑平.半导体激光器.电子工业出版 社.2000.02
讨论和建议！
第一章 半导体中光子-电子的相互作用

前言：半导体物理基础 1.1 半导体中量子跃迁的特点 1.2 直接带隙与间接带隙跃迁 1.3 光子密度分布 1.4 电子态密度与占据几率 1.5 跃迁速率与爱因斯坦关系 1.6 半导体中的载流子复合 1.7 增益系数与电流密度的关系 小结
激光中心波长:808nm、940nm、980nm 输出功率:15-50W 光谱线宽：<3nm 或 <5nm 输出方式：自由光输出或光纤输出 波长公差：+/-10 (+/-3)nm 标准寿命：10000小时
②发光二极管（LED-Light Emitting Diode）:低电 压、低功耗、高亮度、寿命远比白炽灯长，响应速度快。 可见光的用作家电、仪器设备的指示灯，七段数字显示、 图形显示、交通指示灯、汽车尾灯，室外大型显示（三 色全了），不可见光的用在遥控器、光通信、传感器中。 ③半导体光探测器：光电成像，自动控制，辐射测量， 弱信号探测，军事上，跟踪、制导、侦察、遥感。 ④太阳能电池：耗电低的产品，如万用表、时钟、电 子计算机（LCD-liquid crystal display）显示的，灯 塔，海上航标灯，人造卫星，家用太阳能热水器。 ⑤CCD图象传感器（固体摄像器件）：传真机、扫描 仪、摄像机、数字照相机中都用到，光谱分析。
这两项技术使得光纤通信得以实现，获得飞 速发展。光纤通信的发展对半导体光电子技 术提出了越来越高的要求，因而促进了半导 体光电子学的进一步发展，近三十年是半导 体光电子学发展最快的一个时期，现在它已 经发展成为一门独立的学科，半导体光电子 技术是当今各国广泛关注的高科技领域。半 导体光电子产业是21世纪最有希望的产业。
发展： 半导体光电子学的产生可以追述到19世纪，那个时 候人们就发现了半导体中的光吸收和光电导现象。 上个世纪60年代得到飞速发展，这主要归因于半导 体激光器（LD）的出现。1962年第一台半导体激光 器诞生，是由美国GE公司的霍尔(Hall)研制成的。 这一时期的半导体激光器的特点是：同质结材料， 激光器的阈值电流密度特别高，只能在液氮温度 （77k）或更低的温度下状态脉冲工作，没有任何实 用价值。1969年美国研制出SHLD(Single Heterojunction Laser Diode),1970年前苏联研 制出DHLD(Double Heterojunction Laser Diode)。双异质结激光器电流密度大大降低，实现 了室温下连续工作，就在同一时间低损耗光纤研制 成功。
半导体光电子学
教师简介




简历（程立文） 2005年吉林大学电子科学与技术本科；2008年中科院长春光机所光电 子学硕士；2012年中科院上海技术物理研究所微电子学与固体电子学博士 2012年到扬大任教 现主要从事研究方向: 光电子器件芯片设计和优化； 教学课程 《专业软件应用》《LED及固态照明》《传感器原理及应用》《光电 子学》 联系方式 E-MAIL：lwcheng@yzu.edu.cn 办公地点：瘦西湖校区物理楼（57号楼）214

主要内容：
半导体中光子-电子相互作用 异质结及光波导方面的理论 半导体激光器 发光二极管 半导体光探测器 太阳能电池 CCD图象传感器

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学习本课程的意义：
就业方向之一：半导体光电子学以半导体 为基础，半导体器件有电子器件和光子器 件。 光电子技术发展迅速。 考研：北京大学、清华大学、北师大、北 邮、华中科技大学、中科院苏州纳米所、 中科院半导体所