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第1章 序言1

参考文献3

第2章 半导体异质结的组成与生长4

2.1 材料的一般特性4

2.1.1 晶格结构4

2.1.2 能带结构6

2.1.3 有效质量和等效态密度14

2.2 异质结界面的晶格失配18

2.3 异质结的生长22

2.3.1 液相外延法（LPE）22

2.3.2 金属有机化学气相沉积法（MOCVD）25

2.3.3 分子束外延（MBE）27

思考题27

参考文献27

第3章 半导体异质结的能带图29

3.1 理想突变异质结的能带图30

3.1.1 异型异质结——Anderson模型30

3.1.2 同型异质结34

3.1.3 对pN异质结的修正40

3.2 异质结的能带带阶42

3.2.1 Anderson定则及有关争议42

3.2.2 测量能带带阶的方法44

3.3 有界面态的突变异质结能带图52

3.3.1 界面态密度较小53

3.3.2 界面态密度较大55

3.3.3 界面态密度很大55

3.4 渐变异质结的能带图57

思考题62

参考文献63

第4章 半导体异质结的伏安特性和异质结晶体管65

4.1 异质结的注入比65

4.2 异质结中的超注入现象69

4.3 理想突变异质结的伏安特性71

4.3.1 pN异质结71

4.3.2 nN异质结76

4.4 有界面态的异质结的伏安特性78

4.4.1 热电子发射和多阶隧道的并联模型78

4.4.2 界面能级的电离对伏安特性的影响80

4.4.3 空间电荷区的复合电流82

4.4.4 完全经由界面态的复合电流83

4.4.5 表面复合对伏安特性的影响87

4.5 伏安特性的微商研究法88

4.6 异质结双极晶体管90

4.6.1 理论分析90

4.6.2 异质结双极晶体管的制备96

4.7 Gex Si1-x/Si异质结器件99

4.7.1 Gex Si1-x/Si异质结的基本特性100

4.7.2 迁移率和输运特性103

4.7.3 Gex Si1-x/Si双极晶体管和场效应晶体管106

思考题108

参考文献108

第5章 半导体异质结构中的二维电子气及调制掺杂器件112

5.1 方形势阱中粒子运动的特性112

5.1.1 一维方形势阱112

5.1.2 方形沟道势阱中的粒子115

5.2 异质结量子势阱中的二维电子气119

5.2.1 方形势阱的简单分析119

5.2.2 异质结界面的量子阱121

5.2.3 势阱中的面电子密度127

5.2.4 界面组分渐变对势阱的影响132

5.3 二维电子气的输运137

5.3.1 二维弛豫时间近似137

5.3.2 二维电子气的散射141

5.4 调制掺杂结构和场效应晶体管147

5.5 强磁场中的二维电子气151

5.5.1 磁量子效应和磁阻振荡151

5.5.2 二维电子气的朗道能级153

5.5.3 量子霍尔效应157

思考题164

参考文献164

第6章 半导体异质结中的非平衡载流子167

6.1 过剩载流子的特性167

6.1.1 准费米能级167

6.1.2 过剩载流子的寿命168

6.1.3 过剩载流子的扩散169

6.2 异质结中的过剩载流子169

6.3 异质结中过剩载流子寿命的测量175

6.3.1 荧光脉冲衰减法175

6.3.2 反向电压恢复法177

6.3.3 激光延迟法179

6.3.4 光电流法180

6.4 热载流子的一般特性182

6.4.1 电子温度和分布函数182

6.4.2 热载流子的漂移和扩散183

6.4.3 载流子在能谷之间的转移184

6.5 研究热载流子特性的实验方法185

6.5.1 迁移率测量185

6.5.2 光荧光谱测量185

6.5.3 吸收光谱测量189

6.5.4 拉曼散射测量190

6.5.5 隧道效应测量191

6.5.6 时间分辨光谱的测量193

6.6 异质结中的热电子行为194

6.6.1 异质结中热电子的光荧光谱194

6.6.2 异质结中电子迁移率随电场的变化195

6.6.3 异质结中热载流子的远红外发射197

6.6.4 异质结中热载流子的弛豫197

6.6.5 异质结中热电子的实际空间转移198

6.7 几种实空间转移器件202

6.7.1 负阻振荡器202

6.7.2 负阻场效应晶体管（NERFET）202

6.7.3 电荷注入晶体管（CHINT）204

思考题205

参考文献205

第7章 半导体异质结激光器及光波导208

7.1 半导体受激光发射的基本原理208

7.1.1 半导体中光的吸收、自发辐射和受激辐射208

7.1.2 半导体中受激光发射的必要条件211

7.1.3 半导体的吸收谱和增益谱212

7.1.4 异质结对电流的限制作用217

7.2 半导体激光器的阈值条件218

7.2.1 阈值增益218

7.2.2 半导体激光器的纵模220

7.3 增益和电流的关系，量子效率和增益因子222

7.4 半导体异质结激光器的横模223

7.4.1 半导体异质结光波导效应的理论分析223

7.4.2 半导体激光器的条形结构229

7.5 半导体激光器增益谱的测量233

7.6 半导体异质结光波导234

7.6.1 脊形光波导235

7.6.2 组分无序化光波导235

7.6.3 光弹光波导236

思考题241

参考文献241

第8章 半导体异质结的光电特性244

8.1 异质结的光伏特性和光电流244

8.2 键合异质结的光电流250

8.3 用光电导方法测量AlGaN/GaN异质结中Al的组分255

8.4 用光反射测量AlGaN及AlGaN/GaN异质结中Al的组分258

8.5 用光电流方法测量金属和GaN及AlGaN/GaN异质结构肖特基势垒的高度261

8.6 异质结光电晶体管263

思考题269

参考文献269

第9章 氮化镓材料及其异质结特性271

9.1 氮化镓的基本物理特性271

9.2 金属和GaN及AlGaN/GaN的肖特基接触278

9.2.1 基本特性278

9.2.2 金属／GaN肖特基势垒中电子的输运机制281

9.2.3 金属和AlGaN/GaN结构的肖特基结284

9.3 金属在AlGaN上的肖特基结势垒高度和Al组分的关系288

9.4 p型GaN材料的特殊情况289

9.4.1 空穴浓度289

9.4.2 金属在p-GaN上的肖特基接触292

9.5 AlGaN/GaN和InGaN/GaN的自发极化和压电极化294

9.5.1 压电效应的由来及其对器件的影响294

9.5.2 压电效应引起的量子限制斯塔克（QCSE）效应296

9.6 InGaN/GaN量子阱发光管和激光器中发光均匀性和光谱特性298

9.6.1 InGaN/GaN量子阱发光的不均匀性298

9.6.2 光谱特性300

9.7 GaN的电子器件301

思考题302

参考文献302

第10章 半导体超晶格和多量子阱306

10.1 超晶格和多量子阱的一般描述306

10.2 超晶格的能带308

10.2.1 GaAs-AlxGa1-xAs超晶格308

10.2.2 InAs-GaSb超晶格312

10.2.3 HgTe-CdTe超晶格313

10.2.4 应变层超晶格315

10.2.5 IV-VI族和II-V族超晶格316

10.2.6 掺杂超晶格317

10.3 垂直于超晶格方向的电子输运318

10.4 超晶格的光谱特性328

10.4.1 吸收光谱实验328

10.4.2 激子光谱328

10.4.3 激子的饱和吸收332

10.4.4 室温荧光特性333

10.4.5 其他光谱特性334

10.5 超晶格和量子阱器件336

10.5.1 量子阱激光器336

10.5.2 光学双稳态器件336

10.6 量子阱和超晶格的近期进展339

10.6.1 量子限制斯塔克效应（QCSE）339

10.6.2 超晶格子能带的电学研究341

10.6.3 量子阱超晶格光电接收器343

10.6.4 Wannier-Stark效应343

10.6.5 超晶格红外级联激光器345

10.6.6 超晶格中的布洛赫振荡350

思考题352

参考文献352

部分参考答案357

常用物理常数表362