本书结合多年教学实践，从基础性、实用性和先进性出发，以“理论_器件_应用”为脉络，系统阐述了半导体光电子学的基础理论及相关器件。介绍了半导体物理基础，讨论了半导体中光子和电子相互作用、光能和电能相互转换，详细介绍了半导体光源、光放大器和光电探测器的结构、基本原理、特性、应用及设计案例。全书共分7章，主要内容包括：半导体物理基础、半导体中光子与电子的相互作用、半导体发光二极管、半导体激光器工作原理及类型、半导体激光器的性能及应用、半导体放大器、半导体光电探测器。本书可作为光电信息科学与工程、电子科学与技术、微电子科学与工程等专业高年级本科生及研究生的基础教材，也可供相关领域的工程技术人员学习参考。李培丽，博士，教授，南京邮电大学光电工程学院副院长，国内外权威学术期刊的审稿人，中国光学学会全息与光信息处理专委会委员。。在教学方面，先后为本科生主讲"光电子学”"光电子器件”等课程，为研究生主讲"光学工程前沿进展”"光网络新技术及应用”等课程。作为光电信息科学与工程专业负责人，积极指导专业建设并进行教学改革。主持完成1项电子信息类专业教指委研究项目、1项江苏省学位与研究生教育学会学位授予质量研究课题研究项目、1项江苏省研究生教育教学研究与实践课题1项和2项南京邮电大学校级教改项目；发表教学研究论文6篇。在科研方面，主要研究方向为全光网中的信号处理与光通信器件。先后主持国家自然科学基金项目2项，省部级科研项目3项，作为主要研究成员参与包括973、863计划在内的项目多项。在国内外权威学术期刊和国际学术会议上发表论文70余篇，授权国家发明专利10项。目 ???录第1章 ?半导体物理基础11.1　半导体中的电子状态11.1.1　半导体中的电子状态和能带11.1.2　半导体中电子的运动　有效质量51.1.3　本征半导体的导电机构　空穴71.1.4　常用半导体的能带结构71.1.5　半导体中杂质和缺陷能级131.2　半导体中载流子的统计分布161.2.1　态密度161.2.2　载流子的统计分布　费米能级171.2.3　半导体的载流子浓度191.3　半导体的导电性241.3.1　载流子的漂移运动　迁移率241.3.2　电导率251.4　非平衡载流子251.4.1　非平衡载流子的注入与复合251.4.2　非平衡载流子的寿命261.4.3　准费米能级271.4.4　载流子的扩散运动281.4.5　载流子的漂移扩散　爱因斯坦关系式311.4.6　连续性方程式321.5　pn结331.5.1　pn结及其能带图331.5.2　pn结电流电压特性371.6　异质结421.6.1　异质结及其能带图421.6.2　异质结对载流子的限制46习题146参考文献47第2章 ?半导体中光子与电子的相互作用482.1　半导体中的跃迁过程482.1.1　带间跃迁482.1.2　其他跃迁502.1.3　三种与光有关的带间量子跃迁502.1.4　跃迁几率512.2　光子密度分布与能量分布522.3　跃迁速率　爱因斯坦系数的关系542.3.1　跃迁速率542.3.2　爱因斯坦系数的关系552.3.3　净受激辐射速率552.3.4　粒子数反转条件572.4　半导体中的光吸收582.4.1　本征吸收582.4.2　非本征吸收612.5　半导体中的载流子复合632.5.1　辐射复合642.5.2　非辐射复合66习题271参考文献71第3章 ?半导体发光二极管723.1　概述723.2　半导体发光二极管的结构与原理733.2.1　同质结LED733.2.2　异质结LED803.3　半导体发光二极管的性能823.3.1　LED的效率823.3.2　LED的P_I特性823.3.3　LED的光谱特性833.3.4　LED的瞬态响应833.3.5　LED的温度特性863.3.6　LED的可靠性及寿命873.4　半导体发光二极管的材料和设计873.4.1　由辐射效率选择LED材料873.4.2　由辐射波长选择LED材料873.4.3　由异质结晶格匹配选择LED材料883.4.4　衬底材料的选择893.4.5　由异质结光波导效应选择LED材料893.4.6　LED的结构设计893.5　先进结构半导体发光二极管903.5.1　芯片变形903.5.2　背部反射913.5.3　表面粗化913.5.4　图案化衬底923.5.5　芯片倒装933.6　半导体发光二极管的应用943.6.1　在光通信中的应用953.6.2　在显示中的应用973.6.3　在照明中的应用983.7　提高LED光提取效率的设计案例―圆顶封装的倒装AlGaN基深紫外LED结构设计99习题3104参考文献104第4章 ?半导体激光器工作原理及类型1054.1　概述1054.2　光子在半导体激光器光学谐振腔内的振荡1064.2.1　半导体激光器的基本结构和原理1064.2.2　半导体激光器的增益1074.2.3　半导体激光器的阈值条件1094.3　基于电子状态调控的半导体激光器类型1144.3.1　基于横向限制的半导体激光器1154.3.2　基于侧向限制的半导体激光器1184.4　基于光子状态调控的半导体激光器类型1224.4.1　F_P腔半导体激光器1224.4.2　DFB半导体激光器1234.4.3　VCSEL半导体激光器1284.5　低维半导体激光器1314.5.1　低维量子结构及其基本理论和特点1314.5.2　应变效应1384.5.3　低维量子激光器140习题4143参考文献144第5章 ?半导体激光器的性能及应用1465.1　半导体激光器的性能1465.1.1　半导体激光器的阈值特性1465.1.2　半导体激光器的效率1505.1.3　半导体激光器的远场特性1515.1.4　半导体激光器的模式特性1535.1.5　半导体激光器的光谱特性1575.1.6　半导体激光器的瞬态特性1595.1.7　半导体激光器的退化和失效1675.2　半导体激光器的应用1695.2.1　在光纤通信领域中的应用1695.2.2　在军事领域中的应用1715.2.3　在工业领域中的应用1735.2.4　在医学领域中的应用1745.3 ?低阈值单模近红外量子点激光器的研制案例―基于Ag2Se量子点的自组装激光器的研制176习题5180参考文献181第6章 ?半导体光放大器1836.1　概述1836.2　半导体光放大器的基本原理1846.3　半导体光放大器的性能1866.3.1　半导体光放大器的增益特性1866.3.2　半导体光放大器的非线性效应1896.3.3　半导体光放大器的噪声特性1906.3.4　半导体光放大器的耦合特性1916.4　先进的半导体光放大器1926.4.1　张应变体材料半导体光放大器1926.4.2　量子阱半导体光放大器1936.4.3 ?量子点半导体光放大器1956.5　半导体光放大器的应用展望1986.5.1　在光纤通信传输中的应用1986.5.2　在全光信号处理中的应用1996.6　提高SOA耦合效率的设计案例―束状集成波导SOA与无源测试结构的设计202习题6207参考文献207第7章 ?半导体光电探测器2087.1　光电探测器的物理效应和分类2087.1.1　光电效应2097.1.2　光热效应2117.1.3　光电探测器的分类2117.2　光电探测器的材料及性能参数2127.2.1　光电探测器材料的选择2127.2.2　光电探测器的性能参数2137.3　PD光电二极管2187.3.1　PD光电二极管的结构及工作原理2187.3.2　PD光电二极管的光电流2197.3.3　PD光电二极管响应速度的影响因素2227.4　PIN光电探测器2227.4.1　PIN光电探测器的结构及工作原理2227.4.2　光电流的计算2237.4.3　PIN光电探测器的频率特性2247.4.4　PIN光电探测器的材料及器件设计2287.5　雪崩光电探测器2287.5.1　半导体中的雪崩效应2287.5.2　APD的结构和工作原理2297.5.3　APD的倍增过程2307.5.3　APD的工作特性2347.5.4　新型APD2377.6　光电导探测器2397.6.1　光电导探测器的结构和工作原理2397.6.2　光电导探测器的改进结构2427.7　光电池2427.7.1　光电池的结构和工作原理2427.7.2　光电池的基本性能2437.7.3　新型太阳能电池2477.8　半导体光电探测器的应用2517.8.1　在光纤通信中的应用2517.8.2　在激光雷达中的应用2527.8.3　在军事中的应用2537.8.4　在自动化控制中的应用2557.8.5　在环境监测和报警中的应用2567.8.6　在绿色能源领域的应用2587.9　高增益带宽积硅锗APD的设计案例―基于L形SACM结构和阻抗谐振的硅锗APD259习题7264参考文献267