《半導體光電子學（第2版）》是2013年1月電子工業出版社出版的圖書，作者是黃德修。
基本介紹
- 書名：半導體光電子學（第2版）
- 作者：黃德修
- ISBN：9787121187650
- 頁數：304頁
- 定價：45元
- 出版社：電子工業出版社
- 出版時間：2013年1月
- 開本：16開
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
半導體光電子學是研究半導體中光嘗循子與電子相互作用、光能與電能相互轉換的一門科學，涉及量子力學、固體物理、半導體物理等一些基礎物理，也關聯著半導體光電子材料及其相關器件，在信息和能源等領域有著廣泛的套用。譽您講埋
本書是作者在1989年原版基礎上經過修改和較大篇幅的內容更新與拓展而成的，將半導體中電子與光子的相互作用、光能與電能的相互轉換貫穿始終，重點關注各種光電子器件在材料、結構上的兼容性和實現集成功能的可能性，力求反映半導體光電子學的一些主要和最新的進展。全書共分10章，第1~5章和第9章是原版內容的修改和擴充，包括半導體中光子-電子的互作用、異質結、平板介質光波導理論、異質結半導體雷射器、半導體雷射器的性能、半導體中的光吸收和光探測器；其餘4章是依據半導體光電子學的最新進展而編寫的，包括低維量子半導體材料、半導體光放大器（SOA）、可見光半導體光發射器件、半導體光電子器件集成。
圖書目錄
目 錄
緒論 1
第1章 半導體中光子-電子的互作用 4
1.1 半導體中量子躍遷的特點 4
1.2 直接帶隙與間接帶隙躍遷 5
1.2.1 概述 5
1.2.2 電子在能帶之間躍遷的幾率 7
1.2.3 電子茅兵希紙在淺雜質能級和與其相對的能帶之間的躍遷 11
1.2.4 重摻雜下帶-帶躍遷 13
1.3 光子密度分布與能量分布 14
1.4 電子態密度與占據幾率 16
1.5 躍遷速率與愛因斯坦關係 20
1.5.1 淨的受激發櫃捆腳射速率和半導體激邀戰乎光器粒子數反轉條件 22
1.5.2 自發發射與受激發射速率之間的關係 24
1.5.3 淨受激發射速率與增益係數的關係 24
1.5.4 淨的受激吸收速率與吸收係數 25
1.6 半導體中的載流子複合 26
1.6.1 自發輻射複合速率 27
1.6.2 俄歇（Auger）複合 31
1.7 增益係數與電流密度的關係 36
思考與記祖辨習題 43
參考文獻 43
第2章 異質結 45
2.1 異質結及其能帶圖 45
2.1.1 pN異型質結 46
2.1.2 突變同型異質結 48
2.1.3 漸變異質結 49
2.2 異質結在半導體光電子學器件中的作用 50
2.2.1 在半導體雷射器中的作用 50
2.2.2 異質結在發光二極體（LED）中的作用 51
2.2.3 異質結在光電二極體探測器中的套用 51
2.3 異質結中的晶格匹配 52
2.4 對注入雷射器異質結材料的要求 57
2.4.1 從激射波長出發來選擇半導體雷射器的有源材料 57
2.4.2 從晶格匹配來考慮異質結雷射器材料 59
2.4.3 由異質結的光波導效應來選擇半導體雷射器材料 59
2.4.4 襯底材料的考慮 65
2.5 異質結對載流子的限制 65
2.5.1 異質結勢壘對電子和空穴的限制 65
2.5.2 由泄漏載流子引起的漏電流 69
2.5.3 載流子泄漏對半導體雷射器的影響 72
思考與習題 73
參考文獻 73
第3章 平板介質光波導理論 75
3.1 光波的電磁場理論 75
3.1.1 基本的電磁場理論 75
3.1.2 光學常數與電學常數之間的關係 76
3.2 光在平板介質波導中的傳輸特性 81
3.2.1 平板介質波導的波分析方法 81
3.2.2 平板介質波導的射線分析法 87
3.3 矩形介質波導 94
思考與習題 98
參考文獻 98
第4章 異質結半導體雷射器 100
4.1 概述 100
4.2 光子在諧振腔內的振盪 100
4.3 在同質結基礎上發展的異質結雷射器 104
4.3.1 同質結激腳地轎光器 104
4.3.2 單異質結半導體雷射器 105
4.3.3 雙異質結雷射器 106
4.4 條形半導體雷射器 108
4.4.1 條形半導體雷射器的特點 108
4.4.2 條形雷射器中的側向電流擴展和側向載流子擴散 109
4.5 條形雷射器中的增益光波導 115
4.5.1 概述 115
4.5.2 增益波導的數學分析 116
4.5.3 增益波導雷射器中的象散、K因子 120
4.5.4 側向折射率分布對增益波導的影響 122
4.6 垂直腔表面發射雷射器（VCSEL） 124
4.6.1 概述 124
4.6.2 VCSEL的結構 125
4.6.3 布拉格反射器 126
4.7 分布反饋（DFB）半導體雷射器 129
4.7.1 概述 129
4.7.2 耦合波方程 130
4.7.3 耦合波方程的解 132
4.7.4 閾值增益和振盪模式 133
4.7.5 DFB雷射器結構與模選擇 135
思考與習題 137
參考文獻 137
第5章 半導體雷射器的性能 140
5.1 半導體雷射器的閾值特性 140
5.1.1 半導體雷射器結構對其閾值的影響 140
5.1.2 半導體雷射器的幾何尺寸對閾值電流密度的影響 141
5.1.3 溫度對閾值電流的影響 145
5.2 半導體雷射器的效率 146
5.3 半導體雷射器的遠場特性 149
5.3.1 垂直於結平面的發散角⊥ 150
5.3.2 平行於結平面方向上的發散角// 152
5.3.3 波導結構對遠場特性的影響 152
5.4 半導體雷射器的模式特性 153
5.4.1 縱模模譜 154
5.4.2 影響縱模譜的因素 155
5.4.3 雷射器的單縱模工作條件 157
5.4.4 “空間燒洞”效應對單模功率的限制 159
5.4.5 溫度對模譜的影響 160
5.4.6 單縱模雷射器 161
5.5 半導體雷射器的光譜線寬 162
5.5.1 肖洛-湯斯（Schawlow-Townes）線寬vsT 162
5.5.2 半導體雷射器的線寬 164
5.5.3 與輸出功率無關的線寬 165
5.5.4 增益飽和與線寬 166
5.6 半導體雷射器的瞬態特性 166
5.6.1 瞬態回響的物理模型 166
5.6.2 速率方程 167
5.6.3 延遲時間td 169
5.6.4 對半導體雷射器直接調製 169
5.6.5 張弛振盪 172
5.6.6 自持脈衝 175
5.7 半導體雷射器的退化和失效 176
5.7.1 半導體雷射器的工作方式 176
5.7.2 半導體雷射器的退化 177
5.7.3 歐姆接觸的退化 180
5.7.4 溫度對半導體雷射器退化的影響 180
思考與習題 181
參考文獻 181
第6章 低維量子半導體材料 183
6.1 概述 183
6.2 量子阱的基本理論和特點 185
6.2.1 量子阱中的電子波函式 185
6.2.2 量子阱中電子的態密度 187
6.2.3 量子阱中的激子性質 189
6.2.4 應變數子阱 190
6.3 基於量子阱材料的半導體雷射器 193
6.3.1 概述 193
6.3.2 單量子阱（SQW）半導體雷射器 193
6.3.3 多量子阱（MQW）半導體雷射器 194
6.4 量子線與量子點 196
思考與習題 199
參考文獻 199
第7章 半導體光放大器（SOA） 201
7.1 概述 201
7.2 半導體光放大器的性能要求 203
7.2.1 半導體光放大器的增益特性 204
7.2.2 半導體光放大器的噪聲特性 209
7.2.3 半導體光放大器的耦合特性 211
7.3 半導體光放大器套用展望 211
7.3.1 半導體光放大器在光纖通信傳輸網上的套用 212
7.3.2 半導體光放大器在全光信號處理中的套用 213
思考與習題 216
參考文獻 217
第8章 可見光半導體光發射器件 218
8.1 概述 218
8.2 紅光半導體發射器件 221
8.2.1 紅光半導體材料 221
8.2.2 紅光半導體雷射器 223
8.2.3 紅光發光二極體 225
8.3 藍光半導體光發射器件 227
8.3.1 概述 227
8.3.2 Ⅲ-N化合物半導體光發射材料 228
8.3.3 綠光半導體光發射材料 231
思考與習題 232
參考文獻 233
第9章 半導體中的光吸收和光探測器 235
9.1 本徵吸收 235
9.1.1 直接帶隙躍遷引起的光吸收 236
9.1.2 間接帶隙躍遷引起的光吸收 238
9.2 半導體中的其他光吸收 242
9.2.1 激子吸收 242
9.2.2 自由載流子吸收 246
9.2.3 雜質吸收 248
9.3 半導體光電探測器的材料和性能參數 249
9.3.1 常用的半導體光電探測器材料 249
9.3.2 半導體光電探測器的性能參數 250
9.4 無內部倍增的半導體光探測器 253
9.4.1 光電二極體 253
9.4.2 PlN光探測器 253
9.4.3 光電導探測器 256
9.5 半導體雪崩光電二極體（APD） 257
9.5.1 APD的原理與結構 257
9.5.2 APD的噪聲特性 261
9.5.3 APD的培增率（或倍增因子） 264
9.5.4 APD的回響速度 264
9.6 基於量子阱材料的光探測器 265
9.6.1 量子阱雪崩倍增二極體 265
9.6.2 量子阱中遠紅外探測器 266
思考與習題 268
參考文獻 268
第10章 半導體光電子器件集成 270
10.1 概述 270
10.2 制約光子集成和光電子集成發展的某些因素 273
10.3 某些推動光子集成發展的潛在科學技術 277
10.3.1 基於納米光子學的器件集成 277
10.3.2 基於表面電漿的光子集成 281
10.3.3 光子晶體 285
10.3.4 微環諧振腔 287
思考與習題 289
參考文獻 290
2.3 異質結中的晶格匹配 52
2.4 對注入雷射器異質結材料的要求 57
2.4.1 從激射波長出發來選擇半導體雷射器的有源材料 57
2.4.2 從晶格匹配來考慮異質結雷射器材料 59
2.4.3 由異質結的光波導效應來選擇半導體雷射器材料 59
2.4.4 襯底材料的考慮 65
2.5 異質結對載流子的限制 65
2.5.1 異質結勢壘對電子和空穴的限制 65
2.5.2 由泄漏載流子引起的漏電流 69
2.5.3 載流子泄漏對半導體雷射器的影響 72
思考與習題 73
參考文獻 73
第3章 平板介質光波導理論 75
3.1 光波的電磁場理論 75
3.1.1 基本的電磁場理論 75
3.1.2 光學常數與電學常數之間的關係 76
3.2 光在平板介質波導中的傳輸特性 81
3.2.1 平板介質波導的波分析方法 81
3.2.2 平板介質波導的射線分析法 87
3.3 矩形介質波導 94
思考與習題 98
參考文獻 98
第4章 異質結半導體雷射器 100
4.1 概述 100
4.2 光子在諧振腔內的振盪 100
4.3 在同質結基礎上發展的異質結雷射器 104
4.3.1 同質結雷射器 104
4.3.2 單異質結半導體雷射器 105
4.3.3 雙異質結雷射器 106
4.4 條形半導體雷射器 108
4.4.1 條形半導體雷射器的特點 108
4.4.2 條形雷射器中的側向電流擴展和側向載流子擴散 109
4.5 條形雷射器中的增益光波導 115
4.5.1 概述 115
4.5.2 增益波導的數學分析 116
4.5.3 增益波導雷射器中的象散、K因子 120
4.5.4 側向折射率分布對增益波導的影響 122
4.6 垂直腔表面發射雷射器（VCSEL） 124
4.6.1 概述 124
4.6.2 VCSEL的結構 125
4.6.3 布拉格反射器 126
4.7 分布反饋（DFB）半導體雷射器 129
4.7.1 概述 129
4.7.2 耦合波方程 130
4.7.3 耦合波方程的解 132
4.7.4 閾值增益和振盪模式 133
4.7.5 DFB雷射器結構與模選擇 135
思考與習題 137
參考文獻 137
第5章 半導體雷射器的性能 140
5.1 半導體雷射器的閾值特性 140
5.1.1 半導體雷射器結構對其閾值的影響 140
5.1.2 半導體雷射器的幾何尺寸對閾值電流密度的影響 141
5.1.3 溫度對閾值電流的影響 145
5.2 半導體雷射器的效率 146
5.3 半導體雷射器的遠場特性 149
5.3.1 垂直於結平面的發散角⊥ 150
5.3.2 平行於結平面方向上的發散角// 152
5.3.3 波導結構對遠場特性的影響 152
5.4 半導體雷射器的模式特性 153
5.4.1 縱模模譜 154
5.4.2 影響縱模譜的因素 155
5.4.3 雷射器的單縱模工作條件 157
5.4.4 “空間燒洞”效應對單模功率的限制 159
5.4.5 溫度對模譜的影響 160
5.4.6 單縱模雷射器 161
5.5 半導體雷射器的光譜線寬 162
5.5.1 肖洛-湯斯（Schawlow-Townes）線寬vsT 162
5.5.2 半導體雷射器的線寬 164
5.5.3 與輸出功率無關的線寬 165
5.5.4 增益飽和與線寬 166
5.6 半導體雷射器的瞬態特性 166
5.6.1 瞬態回響的物理模型 166
5.6.2 速率方程 167
5.6.3 延遲時間td 169
5.6.4 對半導體雷射器直接調製 169
5.6.5 張弛振盪 172
5.6.6 自持脈衝 175
5.7 半導體雷射器的退化和失效 176
5.7.1 半導體雷射器的工作方式 176
5.7.2 半導體雷射器的退化 177
5.7.3 歐姆接觸的退化 180
5.7.4 溫度對半導體雷射器退化的影響 180
思考與習題 181
參考文獻 181
第6章 低維量子半導體材料 183
6.1 概述 183
6.2 量子阱的基本理論和特點 185
6.2.1 量子阱中的電子波函式 185
6.2.2 量子阱中電子的態密度 187
6.2.3 量子阱中的激子性質 189
6.2.4 應變數子阱 190
6.3 基於量子阱材料的半導體雷射器 193
6.3.1 概述 193
6.3.2 單量子阱（SQW）半導體雷射器 193
6.3.3 多量子阱（MQW）半導體雷射器 194
6.4 量子線與量子點 196
思考與習題 199
參考文獻 199
第7章 半導體光放大器（SOA） 201
7.1 概述 201
7.2 半導體光放大器的性能要求 203
7.2.1 半導體光放大器的增益特性 204
7.2.2 半導體光放大器的噪聲特性 209
7.2.3 半導體光放大器的耦合特性 211
7.3 半導體光放大器套用展望 211
7.3.1 半導體光放大器在光纖通信傳輸網上的套用 212
7.3.2 半導體光放大器在全光信號處理中的套用 213
思考與習題 216
參考文獻 217
第8章 可見光半導體光發射器件 218
8.1 概述 218
8.2 紅光半導體發射器件 221
8.2.1 紅光半導體材料 221
8.2.2 紅光半導體雷射器 223
8.2.3 紅光發光二極體 225
8.3 藍光半導體光發射器件 227
8.3.1 概述 227
8.3.2 Ⅲ-N化合物半導體光發射材料 228
8.3.3 綠光半導體光發射材料 231
思考與習題 232
參考文獻 233
第9章 半導體中的光吸收和光探測器 235
9.1 本徵吸收 235
9.1.1 直接帶隙躍遷引起的光吸收 236
9.1.2 間接帶隙躍遷引起的光吸收 238
9.2 半導體中的其他光吸收 242
9.2.1 激子吸收 242
9.2.2 自由載流子吸收 246
9.2.3 雜質吸收 248
9.3 半導體光電探測器的材料和性能參數 249
9.3.1 常用的半導體光電探測器材料 249
9.3.2 半導體光電探測器的性能參數 250
9.4 無內部倍增的半導體光探測器 253
9.4.1 光電二極體 253
9.4.2 PlN光探測器 253
9.4.3 光電導探測器 256
9.5 半導體雪崩光電二極體（APD） 257
9.5.1 APD的原理與結構 257
9.5.2 APD的噪聲特性 261
9.5.3 APD的培增率（或倍增因子） 264
9.5.4 APD的回響速度 264
9.6 基於量子阱材料的光探測器 265
9.6.1 量子阱雪崩倍增二極體 265
9.6.2 量子阱中遠紅外探測器 266
思考與習題 268
參考文獻 268
第10章 半導體光電子器件集成 270
10.1 概述 270
10.2 制約光子集成和光電子集成發展的某些因素 273
10.3 某些推動光子集成發展的潛在科學技術 277
10.3.1 基於納米光子學的器件集成 277
10.3.2 基於表面電漿的光子集成 281
10.3.3 光子晶體 285
10.3.4 微環諧振腔 287
思考與習題 289
參考文獻 290
