课程大纲

课程大纲

半导体光学

课程编码:080501M05014H 英文名称:Semiconductor optics 课时:50 学分:3.00 课程属性:专业普及课 主讲教师:陈涌海等

教学目的要求
本课程是为材料学科各专业硕士生和博士生开设的专业普及课,讲述半导体中光子、声子、电子等基本概念,以及半导体光学性质和光谱特性。主要授课对象是将来从事光电材料和光电信息技术的学生,通过此课程使学生能够掌握半导体光学中的基本概念、光与物质相互作用过程和物理现象、以及几种典型半导体光电子器件基本原理。本课程要求学生学过固体物理等课程。

预修课程
固体物理

大纲内容
第一章 绪论 2学时
第1节 半导体和半导体光学发展简史
第2节 《半导体光学》课程介绍
第二章 麦克斯韦方程和光 1学时
第1节 麦克斯韦方程
第2节 光子和态密度
第三章 光与物质的相互作用 3学时
第1节 光与物质相互作用的宏观图像
第2节 光与位置相互作用的微观图像
第四章 非耦合振子 1学时
第1节 连接宏观图像与微观图像的非耦合振子
第五章 极化激元 1.5学时
第1节 极化激元
第六章 克拉默斯-克勒尼希关系 0.5学时
第1节 克拉默斯-克勒尼希关系
第七章 晶格振动和声子 1.5学时
第1节 晶格振动和声子
第八章 周期晶格中的电子 2.5学时
第1节 周期晶体的电子能带和基本概念
第2节 低维结构的电子态
第3节 类氢模型:施主、受主和激子
第九章 固体中光学跃迁的基本理论 3学时
第1节 体材料和量子阱的带间跃迁
第2节 体材料和量子阱的带内跃迁
第3节 辐射和非辐射复合过程
第十章 半导体吸收光子过程的吸收/反射光谱 6学时
第1节 吸收光谱、反射光谱及光学常数谱的测量
第2节 基本吸收区的带间跃迁吸收(直接、间接)
第3节 激子吸收(直接、间接、激子内部跃迁、激子极化激元的双光子吸收)
第4节 带内跃迁和自由载流子吸收
第5节 杂质吸收
第6节 基本吸收边以上电子的跃迁
第十一章 载流子的复合过程和发光光谱 4学时
第1节 辐射复合的物理过程
第2节 发射与吸收的关系
第3节 自由激子、束缚激子与带边发光性质
第4节 光学跃迁中的电子-声子耦合作用与多声子过程
第十二章 光生载流子的输运和光电流/光伏谱 2学时
第1节 光生载流子的输运及有关物理过程
第2节 光伏效应,光电流谱和光伏谱
第十三章 半导体中的声子和晶格振动光谱 1学时
第1节 晶格振动和声子,晶格振动光谱
第十四章 调制光谱和反射差分光谱 2学时
第1节 调制光谱与调制技术
第2节 反射差分谱原理
第十五章 载流子的动力学过程和时间分辨光谱 1学时
第1节 半导体中的载流子弛豫过程,激光脉冲的产生和测量
第十六章 异质结与半导体低维结构 6学时
第1节 低维结构材料的定义及其电子能嫁结构
第2节 异质结的概念及低维结构主要发展历程
第3节 量子阱材料的光学性质
第4节 量子线材料的光学性质
第5节 量子点材料的光学性质
第6节 典型低维半导体光电器件
第十七章 纳米晶和纳米线的光学性质 2学时
第1节 纳米晶的光学性质
第2节 纳米线的光学性质
第十八章 单个低维结构的非经典光学性质 2学时
第1节 单个应变自组装量子点的非经典光学性质
第2节 其他量子点的非经典光学性质
第十九章 光学微腔中的低维结构 2学时
第1节 光学微腔的构成和基本性质
第2节 光子晶体微腔对低维结构材料光学性质的调控
第二十章 表面等离激元对低维结构光学性质的调控 2学时
第1节 传导型表面等离激元对低维结构光学性质的调控
第2节 局域型表面等离激元对低维结构光学性质的调控
第二十一章 二维材料及其异质结构的光学性质 2学时
第1节 二维材料能级结构及其光学性质
第2节 范德瓦尔斯异质结

参考书
1、 半导体光谱和光学性质 沈学础 2002.07 科学出版社

课程教师信息
陈涌海,男,中国科学院半导体所研究员,中国科学院大学岗位教授,杰青。主要从事半导体光学性质研究,具体研究方向包括低维结构材料和纳米材料的光学性质、半导体偏振调制光谱技术及应用、以及半导体自旋光电流谱等研究。先后主持了国家重点基础规划项目(973项目)和国家自然科学基金重大项目等十余项国家级科研项目,发表SCI论文200多篇,获得国家发明专利10余项。
曲胜春,男,中国科学院半导体研究所研究员,博士生导师,北京市科技新星。长期从事杂化半导体材料及其光电器件方面的研究,在低维半导体材料自组装,光电器件中光、电、磁场优化等方面做出了开创性的工作。先后承担国家自然科学基金重大、重点项目,科技部863、973、重点专项等多项科研任务。发表SCI论文100余篇,申请发明专利30余项。
叶小玲,女,中国科学院半导体所副研究员。主要从事半导体低维结构材料生长及其光电性质研究工作,先后参与了多项国家自然科学基金、国家863计划、973计划等研究项目,在其中主要负责GaAs基和InP基量子阱、量子点(或线)等材料的生长动力学、光电性质、新型低维结构材料设计和表征等研究。