半导体雷射导论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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　　半导体雷射具有体积小、高效能、高整合度与寿命长等种种优异特性，使得半导体雷射得以迅速的发展并应用在许多不同的领域上，举凡光纤通信、光储存与雷射列印、分子光谱与生医应用、军事与娱乐用途、以及近期的雷射滑鼠等深入生活各个层面。本书由浅入深的从光电半导体的基础介绍到半导体雷射的基本理论，内容涵盖了包括双异质结构与量子井结构的发光元件，可同时适用于半导体雷射与发光二极体。可为大学四年级以及研究所一年级相关科系的学生与教师，提供一本有系统学习半导体雷射的教科书，本书亦适用于想要了解光电半导体元件的专业人员。

本书提供了：
▌迅速了解半导体雷射的概念
▌精实的理论基础：包括半导体理论与异质接面的设计
▌半导体雷射光放大与操作原理
▌实用的进阶题材包括量子结构的应用与雷射理论
▌超过110张生动的图解
▌详尽的范例帮助了解半导体雷射的基本原理
▌精心设计的习题协助认识半导体雷射的操作
▌由浅入深的推导光电半导体元件的特性

作者简介

卢廷昌

现职：交通大学光电系助理教授
学历：交通大学博士
经历：史丹福大学访问学者
荣誉：于半导体雷射产业实务与学术研究十年经验
　　　共同开发出世界第一颗蓝光氮化镓面射型雷射

王兴宗

学历：史丹福大学博士
经历：交通大学光电系荣誉退休教授
荣誉：开发出台湾第一个氦氖雷射、世界第一个白光雷射
　　　以及世界第一颗蓝光氮化镓面射型雷射

好的，这是一份关于《半导体雷射导论》的图书简介，内容完全聚焦于该主题范围，并力求详实和专业，不包含任何关于AI生成或构思的痕迹。 图书简介：《半导体雷射导论》 导论：光电转换的基石与未来 半导体雷射，作为一种紧凑、高效且可直接电激励的光源，已成为现代光电子技术领域的核心支柱。从光纤通信、蓝光/红外数据存储，到医疗诊断、精密传感乃至未来的量子技术，半导体雷射器的性能直接决定了整个系统的上限。 《半导体雷射导论》旨在为光电子工程、物理学、材料科学以及电子工程领域的学生、研究人员和工程师提供一本全面、深入且体系化的专业参考书。本书不仅系统梳理了半导体雷射的基本工作原理、关键物理机制，更细致剖析了器件结构设计、制造工艺以及性能优化所涉及的复杂理论与实践。 本书的编写遵循“从基础理论到前沿应用”的逻辑主线，力求在严谨的物理学基础上，搭建起理解和设计高性能半导体雷射器的知识桥梁。 --- 第一部分：基础物理与能带理论（The Fundamentals） 本部分奠定了理解半导体雷射器件的基础。我们首先回顾半导体材料的关键性质，重点聚焦于其电子结构——能带理论。 1. 半导体材料的光学特性： 详细阐述了直接带隙与间接带隙材料的区别，及其对光发射效率的决定性影响。深入探讨了吸收、自发辐射和受激辐射这三大基本光学过程，特别是受激辐射在激光过程中的核心地位。 2. 载流子动力学： 深入分析了载流子（电子和空穴）在半导体内部的输运机制、复合过程及其寿命。重点讨论了辐射复合与非辐射复合的竞争关系，这是决定器件量子效率的关键因素。 3. 异质结的构建与优势： 系统介绍异质结（Heterojunction）概念及其在半导体雷射器设计中的不可替代性。通过势垒和阱的构建，精确控制载流子的注入和限制，这是实现高效率注入的关键。本章详述了稳态与瞬态下的载流子注入与传输模型。 --- 第二部分：核心器件原理与结构设计（Device Physics and Design） 本部分是全书的核心，详细剖析了构成半导体雷射器的关键结构——有源区的物理过程和光学谐振腔的设计。 4. 增益机制与阈值条件： 详细推导了半导体材料中的光学增益谱（Gain Spectrum）与能带填充（Population Inversion）的关系。严格定义并推导了激光振荡的阈值条件，包括光子在谐振腔内的损耗（Loss）与净增益（Net Gain）的平衡。 5. 谐振腔结构： 激光器之所以成为激光器，依赖于高质量的光学谐振腔。本书深入探讨了不同腔体结构对模式选择和线宽的影响。 反射镜设计： 分析了分布式布拉格反射（DBR）和法布里-珀罗（FP）腔的原理，以及如何通过介质堆叠实现高反射率与低损耗。 波导结构： 详细分析了电流限制型（Stripe Geometry）和埋置型（Buried Heterostructure, BH）波导的横向光限制机制，以及它们对耦合效率和远场光斑形状的影响。 6. 关键工作参数的工程化： 深入探讨了量子效率、斜率效率以及光电转换效率的物理来源。重点分析了由载流子泄漏、自由载流子吸收（FCA）以及导波损耗等引起的非理想因素，并提出了相应的结构优化策略。 --- 第三部分：主要器件类型与制造工艺（Device Types and Fabrication） 本部分将理论知识应用于实际器件的构建，覆盖了当前主流和新兴的半导体雷射器类型及其制造流程。 7. 典型结构雷射器： 全面介绍并对比分析了不同工作波段和应用场景下的主流器件： 双异质结雷射器（DH） 与 量子阱雷射器（QW）：重点分析量子阱结构如何通过量子限制效应，显著降低阈值电流密度并拓宽增益谱。 分布式反馈（DFB）雷射器： 深入阐述了光栅耦合原理，DFB结构如何实现单模、窄线宽的输出，这是长距离通信应用的关键。 垂直腔面发射雷射器（VCSEL）： 重点分析其对称结构、易于集成和低散光束的特性，及其在数据通信和传感中的应用。 8. 材料生长与器件制造： 详细描述了半导体激光器制造过程中依赖的关键工艺技术： 外延生长： 重点介绍液相外延（LPE）、气相外延（VPE）和金属有机物化学气相沉积（MOCVD）在精确控制层厚和组分方面的应用。 光刻与刻蚀： 分析了用于定义电流限制区和形成波导结构的干法和湿法刻蚀技术，以及介质堆叠与金属化工艺。 --- 第四部分：性能表征与先进特性（Characterization and Advanced Topics） 本部分聚焦于如何量化和提升雷射器的性能，并展望了前沿技术方向。 9. 动态特性与调制： 探讨了半导体雷射器作为光源的调制能力。分析了光子寿命、载流子寿命与激光器响应速度之间的关系。详细解析了小信号调制响应、速率方程（Rate Equations）及其在高速光通信系统中的应用。 10. 噪声、线宽与稳定性： 深入分析了激光器的固有噪声来源——量子噪声（Schawlow-Townes 极限）。推导了激光器输出光谱线宽的物理模型，并讨论了通过优化腔体设计和注入电流稳定性来抑制噪声的方法。 11. 前沿技术展望： 简要介绍并探讨了未来半导体雷射器的发展方向，包括高功率合束技术、集成光子学（PIC）中激光器的设计挑战，以及宽带光源的构建。 《半导体雷射导论》不仅是一本理论教材，更是一份实用的工程指南。通过对物理机理的深入剖析和对工程实现的详细阐述，读者将能够熟练掌握设计、制造和优化各类半导体雷射器的核心能力，为光电子领域的前沿研究和产业发展打下坚实的理论与技术基础。

第一章　半导体雷射简介
　　1.1　半导体雷射的发展与演进
　　1.2　半导体雷射的基本操作原理
　　　　1.2.1　主动层之p-n双异质接面
　　　　1.2.2　双异质结构的波导特性
　　　　1.2.3　再结合与放光机制
　　　　1.2.4　自发放射与受激放射的分界：雷射阈值
　　1.3 半导体雷射的特点
　　1.4 半导体雷射的材料与应用
　　习题
　　参考资料

第二章　光电半导体物理回顾
　　2.1　半导体能带的形成和意义
　　　　2.1.1　能带形成的起源
　　　　2.1.2　Kronig-Penney模型
　　　　2.1.3　半导体E-k关系图的意义
　　　　2.1.4　影响能隙大小的因素
　　2.2　能态密度与载子统计
　　　　2.2.1　能态密度函数
　　　　2.2.2　载子统计函数
　　2.3　费米能阶与载子浓度
　　　　2.3.1　有效能态密度与Fermi-Dirac积分式
　　　　2.3.2　Boltzmann近似和Joyce-Dixon近似
　　　　2.3.3　本质半导体
　　　　2.3.4　外质半导体
　　　　2.3.5　简併半导体
　　2.4　准费米能阶
　　2.5　子传输行为
　　　　2.5.1　漂移电流
　　　　2.5.2　扩散电流
　　2.6　载子跃迁
　　　　2.6.1　载子产生与再结合
　　　　2.6.2　辐射再结合与非辐射再结合
　　　　2.6.3　内部量子效率与载子生命期
　　习题
　　阅读资料

第三章　光电半导体异质接面
　　3.1　同质pn接面
　　　　3.1.1　内建电位
　　　　3.1.2　空乏区与接面电容
　　　　3.1.3　顺向偏压
　　　　3.1.4　逆向偏压
　　3.2　异质接面
　　　　3.2.1　异质接面的形成
　　　　3.2.2　非同型异质接面
　　　　3.2.3　同型异质接面
　　　　3.2.4　异质接面电流电压特性
　　3.3　双异质接面与注入效率
　　　　3.3.1　双异质接面雷射二极体
　　　　3.3.2　注入比率与注入效率
　　　　3.3.3　载子侷限与漏电流
　　　　3.3.4　双异质接面发光二极体
　　习题
　　阅读资料

第四章　光增益与光放大
　　4.1　雷射增益
　　　　4.1.1　缩减有效质量与联合能态密度
　　　　4.1.2　能量频谱密度与黑体辐射
　　　　4.1.3　二能阶模型与净受激放射速率
　　　　4.1.4　半导体增益系数
　　4.2　半导体增益与注入载子的关系
　　　　4.2.1　零度近似之增益频谱
　　　　4.2.2　数值计算之增益频谱
　　4.3　量子井之增益频谱
　　　　4.3.1　量子化能阶
　　　　4.3.2　二维能态密度与载子浓度
　　　　4.3.3　增益频谱
　　4.4　最大增益之线性近似与对数近似
　　4.5　透明载子浓度
　　4.6　光放大器
　　习题
　　阅读资料

第五章　半导体雷射振盪条件与连续操作特性
　　5.1　半导体雷射之共振腔结构
　　5.2　雷射振盪条件一：振幅条件
　　　　5.2.1　阈值增益
　　　　5.2.2　阈值载子密度与电流密度
　　　　5.2.3　阈值电流密度的温度特性
　　5.3　雷射振盪条件二：相位条件
　　　　5.3.1　雷射纵模
　　　　5.3.2　纵模的温度特性
　　　　5.3.3　载子浓度对纵模的影响
　　5.4　垂直共振腔面射型雷射
　　5.5　雷射输出特性
　　　　5.5.1　微分量子效率与斜率效率
　　　　5.5.2　总体效率
　　　　5.5.3　雷射二极体规格表
　　　　5.5.4　雷射操作过程图示
　　5.6　速率方程式之稳态特性
　　习题
　　阅读资料
附录Ⅰ　常用物理常数表
附录Ⅱ　常用半导体参数
附录Ⅲ　常用三元化合物半导体参数
附录Ⅳ　常用四元化合物半导体参数

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拿到《半導體雷射導論》這本書，我的第一印象就是它的「專業」與「厚重」。身為一名曾經在光電實驗室待過的學生，我知道雷射這個領域有多麼的博大精深，而半導體雷射更是其中的一個重要分支。這本書的內容，從基礎的半導體物理，到複雜的雷射動力學，再到實際的製造工藝，幾乎涵蓋了整個半導體雷射的學術和工程體系。 書中對於半導體能帶理論、激子形成、載流子遷移、光子發射、光腔諧振等核心概念的闡述，都力求深入且精確。作者在介紹不同半導體材料的特性時，不僅給出了詳細的數據，還解釋了這些數據背後的物理機制，這對我理解不同材料在雷射應用中的優勢和限制非常有幫助。我尤其喜歡書中對於不同類型半導體雷射結構（例如注入鎖定雷射、分布式布拉格反射（DBR）雷射等）的詳細介紹，以及它們在性能和應用上的差異。 此外，書中還探討了許多關於雷射光學特性（如波長、功率、頻寬、模式）的表徵方法，以及如何透過結構和材料的優化來調控這些特性。對於有志於在半導體雷射領域進行深入研究的學生和研究人員來說，這本書提供了一個非常紮實的理論基礎和豐富的技術參考。它就像一本「武功秘籍」，讓你在掌握了基本功之後，能夠進一步探索更高深的奧秘。這本書絕對能成為你在半導體雷射領域學習和研究的得力助手。

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手邊這本《半導體雷射導論》，可說是為我這種一向對科技產品充滿好奇，但又缺乏紮實理論基礎的讀者，打開了一扇新世界的大門。我一直對雷射在我們日常生活中的應用感到驚奇，從光纖通訊、條碼掃描，到現在更先進的3D列印、生物醫學等等，雷射無所不在。而這本書，就像一本詳盡的「解剖報告」，鉅細靡遺地揭示了半導體雷射的「前世今生」與「身體構造」。 它不像坊間那些泛泛而談的科普讀物，而是深入到材料的選擇、晶體的成長、光腔的設計、激子形成機制、載子傳輸特性，甚至是激子壽命、非輻射躍遷等非常專業的細節。老實說，剛開始看的時候，有些名詞和概念確實讓我有點吃力，但作者的說明方式，加上書中豐富的圖解和公式推導，慢慢地讓我克服了這些困難。我尤其欣賞書中對於不同半導體材料（例如鎵砷、磷化銦鎵等）的物理特性比較，以及不同雷射結構（如雙異質接面、單量子井等）如何影響其光學性能的分析。 讀完後，我對雷射的「內部運作」有了全新的理解，也更能體會到每一項技術突破背後，所蘊含的深厚學術功底和無數的實驗驗證。這本書真的讓我對「科技」這個詞，有了更深一層的敬畏。它讓我明白，我們享受的便利生活，是如何建立在這些看似冰冷、複雜的科學原理之上的。對於任何想深入了解雷射技術，卻又不知從何入門的讀者，我都強烈推薦這本書，它絕對能讓你獲益匪淺。

评分☆☆☆☆☆

這本《半導體雷射導論》，對我來說，是一次非常充實的知識饗宴。我一直對高科技產業抱持著濃厚的興趣，而半導體雷射絕對是其中一個我非常想深入了解的領域。在閱讀這本書的過程中，我最大的感受就是它的「全面性」與「深度」。作者對於半導體雷射的歷史發展、基本原理、結構設計、製造工藝，以及在各個領域的應用，都做了非常系統性的介紹。 書中對於不同半導體材料的特性，例如直接帶隙與間接帶隙的區別，以及它們對雷射發光效率的影響，有著相當精闢的論述。我也學到了很多關於雷射腔體的設計，如何透過反射鏡的選擇、腔體長度以及增益介質的匹配，來優化雷射的輸出功率、光譜純度和指向性。更讓我驚喜的是，書中還觸及了許多與半導體雷射相關的周邊技術，例如光學器件的封裝、測試以及可靠性驗證等，這些都是在實際應用中不可或缺的環節。 尤其是在探討半導體雷射的應用部分，書中列舉了許多不同領域的實例，從通信、數據儲存，到工業加工、醫療診斷，甚至是國防安全，都讓讀者能直觀地感受到半導體雷射的強大潛力與廣泛影響力。這本書不僅能滿足專業研究人員對技術細節的追求，也能讓對科技充滿好奇的普通讀者，對半導體雷射有一個全面且深刻的認識。它像是一本百科全書，將複雜的技術知識，以條理分明的方式呈現出來，讓人讀來受益匪淺。

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這本《半導體雷射導論》的出版，對我這個在電子通訊領域奮鬥多年的工程師來說，無疑是一份及時雨。我們每天的工作都離不開各種光學元件，而半導體雷射更是其中至關重要的一環。這本書的出現，讓我對過去一些模糊的概念有了更清晰的認識，也為我解決實際工作中遇到的難題提供了寶貴的思路。 作者在書中對半導體雷射的載子注入、光子產生、放大和諧振的過程，有著非常細膩的描述。我特別關注了關於雷射二極體（LD）和發光二極體（LED）在物理機制上的差異，以及如何透過結構設計來提升其效率和穩定性。書中對於不同材料體系（如InP、GaN等）的特性分析，以及它們在不同波長範圍的應用，都非常有參考價值。 另外，書中還探討了許多與雷射性能優化相關的主題，例如光學損耗的來源、載子限制技術、熱管理策略等等。這些內容對於我們在設計和生產高可靠性、高性能的雷射產品時，有著直接的指導意義。我還注意到書中對一些先進的雷射技術，例如量子級聯雷射（QCL）和超快雷射，也有所提及，這讓我對未來的技術發展方向有了更進一步的了解。總體而言，這本書不僅是一本理論性的學術著作，更是一本實用性極強的技術指南，對於我們這些在產業第一線工作的工程師來說，絕對是不可多得的寶藏。

评分☆☆☆☆☆

哇，拿到這本《半導體雷射導論》的書，真的讓身為半導體產業的一份子的我，心情激動不已！身在台灣這座科技島上，半導體絕對是我們最驕傲的名片之一。市面上關於半導體的書籍雖然不少，但專門深入探討「雷射」這個關鍵元件的，相對來說就比較少見，更不用說以這麼扎實的筆觸來剖析了。打開書本，裡頭的內容涵蓋了從半導體雷射的基本原理、材料科學的選擇、結構設計的優化，到實際的製造製程和應用範疇，幾乎可以說是一應俱全。 我特別欣賞作者在解釋物理學原理時的清晰度，許多複雜的能帶結構、量子力學概念，透過作者的筆觸，變得更容易理解，這對我這種在業界打滾多年，但可能已經有些年頭沒碰觸學術理論的人來說，無疑是一劑及時雨。書中對於不同類型半導體雷射的比較分析，像是量子井、量子點、垂直腔面發射雷射（VCSEL）等等，都做了非常詳盡的說明，並且點出了它們各自的優缺點與適用場合。這對於我們在產品開發或技術選型時，提供了非常寶貴的參考依據。 而且，書中還提到了許多前沿的技術發展，像是高功率雷射、高效率雷射以及一些正在開發中的新型材料。這讓我對未來半導體雷射的發展方向有了更深刻的認識，也意識到在這個領域，我們還有很多可以探索和突破的空間。對於正在學術界深耕的年輕學子，或是對半導體雷射領域充滿好奇心的產業人士，這本書絕對是一本值得細細品味、反覆研讀的經典之作。它不僅僅是一本技術手冊，更像是一位經驗豐富的導師，引領我們深入探索這個迷人且重要的領域。