半导体光子学（材料与化工）

课程编码：280216085601P3002 英文名称：Lecture Semiconductor Physics Frontier 课时：50 学分：2.50 课程属性：专业课 主讲教师：李冠海等

本课程《半导体光子学》是为国科大物理电子学、微电子、光学工程、材料、通信、物理等专业的研究生开设专业核心课程，适合在信息领域的研究生学习，为学生进入研究所从事科研工作之前打下坚实的专业基础。

具备大学物理电磁学、光学、电动力学等课程的基础知识，如果学过固体物理更好

第一章 引言 2.0学时
第1节 半导体光子学发展史
第2节 半导体光子学的现状和发展趋势
第3节 本课程主要内容概述
第二章 半导体光子材料 3.0学时
第1节 半导体光子材料的基本特性和晶体结构
第2节 半导体的晶格匹配和失配
第3节 常用的半导体固溶体
第4节 半导体光子材料的折射率
第三章 异质结构和能带 4.0学时
第1节 半导体异质结概念
第2节 能带的形成
第3节 半导体异质结构的能带图
第4节 几种典型异质结的能带图
第5节 异质结的电学性质
第6节 异质结的光学特性
第四章 辐射复合发光和光吸收 4.0学时
第1节 辐射复合和非辐射复合
第2节 光辐射和光吸收的关系
第3节 半导体中的态密度
第4节 跃迁几率
第5节 半导体中的光吸收和光发射
第6节 半导体中的光增益
第五章 光波传输模式 4.0学时
第1节 光在介质界面处的反射和折射
第2节 辐射模、衬底模和波导模
第3节 平板介质波导
第4节 电磁场理论
第5节 平板介质波导中的TE模
第6节 矩形介质波导
第7节 古斯－汉欣位移和波导有效厚度
第8节 介质波导中光的模式
第六章 光波导器件 4.0学时
第1节 光波导中的模式的计算方法
第2节 脊形波导的单模条件
第3节 硅基阵列波导光栅
第4节 微环谐振器
第5节 光调制器/光开关
第6节 光波导耦合器
第七章 发光管 4.0学时
第1节 半导体LED发光管概念和分类
第2节 LED器件能带图和伏-安特性
第3节 发光二极管的工作原理
第4节 发光二极管材料
第5节 发光二极管器件结构
第6节 超辐射发光二极管
第7节 发光二极管的特性表征
第八章 半导体激光器 6.0学时
第1节 半导体激光器简介及分类
第2节 异质结对载流子和光波的限制
第3节 半导体激光器的工作原理
第4节 半导体激光器的基本结构
第5节 半导体激光器的特性
第6节 分布反馈激光（DFB）激光器
第7节 量子阱（QW）激光器
第8节 垂直腔面发射（VCSEL）激光器
第九章 探测器 4.0学时
第1节 光电探测器的材料
第2节 探测器结构和工作原理
第3节 探测器的性能表征
第十章 半导体太阳能电池 4.0学时
第1节 半导体材料中的光伏效应
第2节 半导体太阳能电池的材料
第3节 半导体太阳能电池工作原理
第4节 半导体太阳能电池结构
第5节 半导体太阳能电池性能
第6节 半导体太阳能电池发展趋势
第十一章 光子晶体 3.0学时
第1节 光子晶体概念简介
第2节 光子晶体的分类与制备
第3节 光子晶体的物理属性与功能应用
第4节 光子晶体的基础研究与发展前景
第十二章 光子集成 4.0学时
第1节 光子集成概述
第2节 几种半导体光电子集成结构
第3节 半导体光电子集成特性
第4节 半导体光电子集成发展趋势
第十三章 答疑及期末考试 4.0学时
第1节 课程答疑
第2节 期末考试

李冠海，男，研究员，博士生导师，主要从事人工微结构光场调控物理及其红外探测增强，介质超表面及其发光应用等研究。入选国家基金委优青、浙江省杰青、中国科学院青年创新促进会优秀会员、上海市青年科技启明星等，担任J Phys D: Appl Phys顾问委员会委员、Frontiers in Photonics期刊副编辑、中国工程学会光与物质相互作用委员会委员等。以第一或通讯作者在包括Science Advances、Nature Communications、Light-Science&Applications等高水平期刊发表论文40余篇。承担基金委、科技部纳米专项、国防创新特区等多项研究项目。
刘昌龙，男，副研究员，硕士导师，围绕着典型二维材料场效应功能器件基础和应用、太赫兹电磁场下的低维材料动力学展开了系统的研究，在二维材料/拓扑半金属太赫兹与红外探测领域走在国际前列，取得了多项国际重要研究成果；在国际SCI收录的国际权威期刊 NPJ 2D Mater. Appl. , NPG Asia Mater., Adv. Sci., 等上面已发表学术论文20篇以上；主持和参与了国家青年基金，浙江省青年科学基金，浙江省博士后择优资助等多项研究课题。