半导体光学

信息显示专业课程应用物理学专业重庆邮电大学数理学院半导体光学马崇庚

绪论

基本情况和要求

答疑时间：周日晚7:30-9:30

答疑地点：数理学院305现代物理研究所

办公室电话: 023-********

电子邮件: macg@https://www.docsj.com/doc/1418957881.html,

作业要求：作业所有人都必须独立完成并上交，把学号写在作业本上

交作业时间：每周上课时间

成绩考核

1 平时成绩30分：

作业20分：

完成情况10分（每少完成一次扣2分，少完成超过5次无考试资格）

完成质量10分（从作业作答上能判断抄袭或让人抄袭的情况每次扣2分，扣足5次无考试资格）

出席10分：

无故缺席超过1次（事假超过2次）后每次扣2分，扣足10分无考试资格。以签到为准。

2 考试成绩70分：卷面考试成绩（按百分70折算）

教材：

《半导体光学(Semiconductor Optics) 》，C.F. Klingshirn编著，科学出版社影印，2007年

中文参考书：

1.《半导体光谱和光学性质》，沈学础著，科学出版社，2002年

2.《固体光谱学》，方容川编著，中国科学大学出版社，2003年

3.《发光学与发光材料》，徐叙瑢，苏勉曾主编，化学工业出版社，2004年

英文参考书：

1. N. Peyghambarian, S.W. Koch, and A. Mysyrowicz: Introduction to Semiconductor Optics (Prentice-Hall, New Jersey, 1993).

2 M. Fox, “Optical properties of Solids”(Oxford University Press, 2003)

3. P. Yu and M. Cardona, Fundamentals of semiconductors: physics and material properties, (Springer, Berlin, 1999)

课程前期基础

前期物理课程如下（常识性了解）：

原子物理学

元素周期表、核外电子的量子态描述、电子组态、光谱项等概念

量子力学

薛定谔方程、本征态、本征能级、平面波解、氢原子解、谐振子解等 固体物理学（定性、非常浅）

周期性结构、晶格振动、能带论等基本概念

电磁学

Maxwell方程、电磁波的传播行为等

主要内容

一、学习该课程的方式

二、半导体光学课程的安排

三、光学和半导体简介（科普性、导入性）

学习和讲解的总指导：

怎样学习半导体光学课程？

——将复杂还原为简单，再从简单重建复杂

为什么这样讲解半导体光学课程？

——学习概念和定律的同时，注重学习方法的获得

半导体光学主要内容的内在联系

挖掘联系的原因：

* 除了讲解基本概念、规律、定理外，还要学习思考方法，即学习物理学从复杂中建模挖掘本质，再从简单模型逐步增加需要的元素来越来越反映现实问题。

* 体会以前课程诸如光学和固体物理学等知识的运用和发展

* 学习物理研究从经典到量子化的方式，以及系统综合发展知识的能力

* 因此，第一次课将给出课程内容的内在联系，使大家

能够在繁复的内容出现时，不会感到措手不及和举

足无措，帮助大家容易地抓住课程要点

什么是光？什么是半导体？什么是半导体光学？?什么是光?

上帝说有光，就有光，这个解释宗教界人士比较喜欢

* 光学，从中学就开始学习：…？

# 大学，学习波动光学，最终告诉你物质世界的波粒二象性

# 注意这些仅仅是光的传播！

?光不与物质作用?

不可能，回答可能的同学，老爱要打你了。

如光电效应

* 有没有高级点玩意？

# 有，激光是典型的产物

# 这涉及到了光子与物质内部能级的相互作用！

?回忆光与原子的作用

原子能级描述可采用薛定谔方程

光响应在这些能级之间

很朴素的观念！

类比它，物质与光的响应也可以这么简单的理解

那很显然是涉及到如何理解物质内部的电子能级？

这个是必然想到的！

从问什么是光学，我们出发到如何理解半导体这种物质的内部的电子能级。

什么是半导体？

?字面理解：介于导体和绝缘体之间的物质不够确切！

* 工科电路理解：各类半导体器件

# 明确两点：

1、p，n载流子的概念

2、可以表达0，1

* 物理理解：固体物理的概念

说来话长了。。。。。

什么是固体物理？？

核心观点：能带理论，存在电子结构

综合理解什么是半导体光学？

?结合前面，粗浅理解：

利用半导体能带结构进行光的发射或吸收！

复杂理解：半导体内部电子结构对光的一种响应研究，

从基态和激发态之间的跳跃。此外，其中牵涉到很多能级，过程也具有多样化的非一般性。

应用理解：半导体吸收或发射光的波段选择以及光量子效率

等应用前景

内在联系

?内容联系

光子的本质讨论→半导体物质的研究→两者相互作用?研究理论的联系

经典到量子化

光：电磁学maxwell方程到初浅的量子光学

半导体：经典的响应振子到量子化的固体理论

相互作用：上述进行配对来研究问题

?方法的联系

近似模型→ 近似规律→ 修正模型→ 螺旋上升

失败是成功之母

* 理解正确概念、得到正确物理规律的第一步

?合适的近似在给出这些物理定律的适用条件的同时告诉我们所描述问题的准确性和精度有多高

课程内容简单介绍

?一部分是来源于对光和半导体各自单独的理解

* 已经有定论的概念、定律，要求掌握

理解理论的主要框架，知道解决问题的关键

?另一部分来源于该门课程的核心内容：相互作用。

掌握基本内容，理解处理问题的方式以及物理思维的多样性?最后一部分是应用性介绍，为何有？

# 能够用学到的知识处理实际问题，以和后续的课程衔接

核心研究：半导体的线性光学性质

一、对光的理解

?Maxwell方程和光子

?光与物质相互作用的概论

二、光（经典+量子）+半导体（经典）：光与半导体振子相互作用的理解

?半导体等效：无相互耦合的振子体系

?极化的概念、对半导体追加定性修正：互耦合的振子与其空间上的传播

三、对半导体（量子化）的理解，注意一些概念会适当超前于固体物理

?晶格振动与声子

?能带论：周期性晶格中的电子

?激子和一些其他的元激发

四、相互作用的两种理解：（光经典+半导体量子化、全量子化）

?声子和等离子体激元的光学性质

?本征激子的光学性质

?束缚和局域激子以及缺陷态的光学性质

?外场影响下的激子

非线性半导体光学和应用性介绍?补充我们的理解，非线性半导体光学

经典+量子，道理浅议

?介绍应用性工作：小专题

量子点，LED等