半导体光谱和光学性质（第三版）

目录
第一章 半导体的光学常数 1
1.1 半导体的光学常数及其相互关系 1
1.2 一定厚度片状样品透射比和反射比的表达式 10
1.2.1 光电磁波从真空或空气入射到固体表面的反射和透射 10
1.2.2 一定厚度片状样品透射比和反射比的表达式 14
1.3 色散关系，克拉默斯克勒尼希（K-K）变换 19
1.3.1 K-K色散关系的引入 19
1.3.2 介电函数实部与虚部间的关系 22
1.3.3 折射率与消光系数的关系 24
1.3.4 振幅反射系数的模与相位之间的色散关系 27
1.3.5 求和规则 31
1.4 半导体光学常数的实验测量 35
参考文献 44
第二章 半导体带间光跃迁的基本理论 46
2.1 半导体的带间跃迁过程 48
2.1.1 导带底和价带顶位于波矢空间同一位置时的允许带间直接跃迁 48
2.1.2 禁戒的带间直接跃迁 50
2.1.3 导带底和价带顶位于波矢空间不同位置时的带间直接跃迁 51
2.1.4 间接能带间的跃迁——带间间接跃迁 52
2.1.5 直接能带情况下的带间间接跃迁 58
2.1.6 能带带尾之间的跃迁 59
2.2 带间跃迁的量子力学理论 64
2.2.1 跃迁概率 64
2.2.2 吸收和发射的关系（冯 鲁斯勃吕克肖克莱关系）70
2.3 半导体带间直接跃迁光吸收过程 72
2.3.1 吸收系数 72
2.3.2 联合态密度 76
2.3.3 电子态的分类和群论选择定则 83
2.4 间接跃迁的量子力学处理 86
2.5 半导体带间直接跃迁辐射复合发光过程 91
2.5.1 带间直接跃迁情况下的自发光发射辐射复合速率Rsp（hω）91
2.5.2 受激发光发射速率和总光发射速率 98
2.5.3 样品内的辐射复合速率和样品外观测到的发光光谱的关系 99
参考文献 104
第三章 半导体的吸收光谱和反射光谱——带间跃迁过程 106
3.1 外界条件对半导体光吸收边的影响 106
3.1.1 压力效应 107
3.1.2 温度效应 118
3.1.3 强电场对半导体光吸收边的影响，弗朗兹凯尔迪什效应 124
3.1.4 合金化效应 131
3.2 掺杂对半导体光吸收边的影响，伯斯坦莫斯效应 132
3.3 吸收边以上基本吸收区域电子跃迁过程的光谱研究 137
3.3.1 E0跃迁 140
3.3.2 E1跃迁 142
3.3.3 E2跃迁 145
3.3.4 闪锌矿结构半导体 146
3.4 半导体的调制光谱 147
3.4.1 半导体的调制光谱 147
3.4.2 内层电子与导带间的跃迁 160
3.5 激子吸收 162
3.5.1 激子吸收 162
3.5.2 和鞍点相联系的激子 176
3.5.3 激子极化激元 177
3.6 纳米结构中的激子极化激元 181
3.6.1 量子耦合激子 181
3.6.2 纳米结构中的激子极化激元 185
参考文献 190
第四章 半导体的吸收光谱和反射光谱——带内跃迁过程及与杂质、缺陷、晶格振动有关的跃迁过程 194
4.1 带内跃迁和自由载流子吸收 194
4.1.1 带内亚结构间的光跃迁 194
4.1.2 自由载流子吸收 197
4.1.3 等离子激元效应 200
4.2 自由载流子吸收的量子理论 203
4.2.1 散射矩阵元 206
4.2.2 散射概率 207
4.2.3 吸收系数 208
4.2.4 关于吸收系数的讨论 210
4.3 杂质吸收光谱 213
4.3.1 浅杂质的有效质量方程和浅杂质吸收光谱 215
4.3.2 浅杂质光热电离谱 228
4.3.3 双电子杂质态（A+态和D-态）229
4.3.4 共振杂质态 230
4.4 极性半导体光学声子晶格振动反射谱 232
4.4.1 极性半导体光学声子晶格振动反射谱 232
4.4.2 等离子激元纵光学声子耦合模 242
4.4.3 混晶晶格振动反射谱 246
4.4.4 三元化合物晶格振动反射谱 248
4.4.5 三元混合晶体声子模行为的研究 252
4.5 半导体的晶格振动吸收光谱 260
4.6 杂质诱发定域模和准定域模振动吸收 268
参考文献 278
第五章 半导体的发光光谱和辐射复合 282
5.1 引言 282
5.2 导带价带辐射复合跃迁 285
5.2.1 带间的直接辐射复合跃迁 285
5.2.2 带间的间接辐射复合跃迁 288
5.3 激子复合发光 290
5.3.1 自由激子和激子极化激元辐射复合发光光谱 290
5.3.2 激子分子 295
5.3.3 电子空穴滴及其辐射复合发光光谱 298
5.4 束缚激子辐射复合发光光谱 303
5.4.1 束缚激子 303
5.4.2 束缚激子辐射复合 307
5.4.3 束缚激子发光谱线的判别、磁场和应力效应 311
5.4.4 束缚激子辐射复合发光的声子伴线 317
5.5 非本征辐射复合发光过程 319
5.5.1 连续带杂质能级间辐射复合发光跃迁 319
5.5.2 施主受主对辐射复合发光跃迁 324
5.5.3 和深杂质相联系的发光跃迁 331
5.6 高激发强度下半导体的辐射复合发光和半导体激光器 336
5.6.1 高激发强度下半导体的辐射复合发光 336
5.6.2 半导体激光器 343
5.7 发光光谱在半导体电子能态研究和材料检测中的应用 347
5.8 发光光谱的调制技术，宽波段光致发光光谱方法 358
参考文献 366
第六章 半导体的磁光效应 371
6.1 回旋共振 372
6.2 法拉第旋转和沃伊特效应 379
6.2.1 法拉第旋转 379
6.2.2 沃伊特效应 386
6.3 磁光效应的量子力学解释 388
6.4 磁场中半导体的能级、k P微扰法及三带模型 397
6.5 窄禁带半导体的回旋共振和其他磁光效应 404
6.6 半导体空间电荷层准二维电子体系的回旋共振及相关效应 420
6.7 半导体中局域能级的塞曼分裂和有关效应 439
6.8 磁场下的浅杂质能级，杂质电子电子互作用和电子声子互作用 444
6.9 半导体杂质电子的量子混沌行为 458
6.9.1 类氢浅杂质的准朗道共振现象 459
6.9.2 杂质电子量子混沌行为的能谱统计学行为 475
参考文献 485
第七章 半导体的拉曼散射 491
7.1 概述 491
7.2 晶体拉曼散射的基本理论 496
7.2.1 晶体拉曼散射的宏观理论 496
7.2.2 拉曼散射的量子理论 499
7.2.3 选择定则 507
7.3 半导体的一级拉曼散射谱 514
7.3.1 非极性金刚石结构半导体的声子散射 514
7.3.2 极性闪锌矿结构半导体的一级声子拉曼散射谱 517
7.3.3 声子极化激元的散射 519
7.3.4 半导体中传导电子的拉曼散射 523
7.3.5 束缚电子和束缚空穴的拉曼散射 532
7.4 半导体的二级拉曼散射 536
7.5 半导体的共振拉曼散射 545
7.6 表面增强拉曼光谱 562
7.7 二维半导体的拉曼散射 564
7.7.1 石墨烯的拉曼散射 564
7.7.2 二维过渡金属硫族化合物（TMDs）的拉曼散射 568
7.7.3 黑磷烯的拉曼散射 574
参考文献 576
第八章 半导体量子阱和超晶格的光学性质 582
8.1 半导体超晶格、量子阱的量子态和带间光跃迁过程 582
8.1.1 半导体势阱中的量子态 583
8.1.2 势阱中量子态的混和与杂化 585
8.2 量子阱中的激子及其光跃迁过程 589
8.3 量子阱中导带子带和价带子带间的带间跃迁及激子光谱 600
8.3.1 吸收光谱 600
8.3.2 光电流谱 602
8.3.3 光荧光光谱和光荧光激发谱 605
8.3.4 调制光谱 611
8.3.5 拉曼散射和共振拉曼散射 616
8.4 超晶格结构中的声子行为和拉曼散射 620
8.5 量子阱中的浅杂质光谱 633
8.6 半导体单量子结构的带间跃迁光谱 643
8.7 量子阱同一带内子带间跃迁吸收光谱和发光光谱 656
8.7.1 量子阱内子带间跃迁的吸收光谱 656
8.7.2 多体效应对量子阱子带间跃迁的影响 672
8.7.3 量子阱中的双光子吸收光谱 677
8.7.4 量子阱子带间跃迁发光光谱 681
8.7.5 等离激元微腔对量子阱光耦合的操控 682
8.7.6 量子阱焦平面红外探测器 685
参考文献 686
第九章 半导体量子线和量子点的光谱 693
9.1 一维半导体量子线的电子态和光跃迁过程 693
9.2 半导体量子线光谱 700
9.3 ZnO半导体纳米/微米线中的激子极化激元及其光谱 715
9.4 半导体量子点中的量子态和光跃迁过程 731
9.4.1 半导体量子点的量子态、波函数和光跃迁过程 732
9.4.2 量子点的电子空穴互作用和激子态 737
9.4.3 价带复杂结构的效应 739
9.5 半导体量子点的带间跃迁光谱 742
9.5.1 嵌埋在玻璃介质中的半导体量子点的带间跃迁光谱 743
9.5.2 自组织生长半导体量子点的带间跃迁光谱 748
9.6 单量子点光谱及其在微腔中的量子态调控 754
9.6.1 单量子点光谱 759
9.6.2 磁场下量子点光谱及自旋调控 763
9.6.3 光学微腔中的单量子点 766
9.7 半导体量子点的电致发光 768
参考文献 770
汉英对照主题词索引 776
彩图