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第1章　半导体量子点的自组织生长 1

1.1　量子点材料的类型和性质 1

1.2　量子点自组织生长的基本原理 3

1.3　基于S-K模式的量子点自组织生长 4

1.3.1　InAs/GaAs量子点 4

1.3.2　InSb/GaSb量子点 5

1.3.3　CdSe量子点 5

1.3.4　Ge/Si量子点 6

1.4　有序量子点的可控自组织生长 7

1.4.1　垂直排列量子点的生长 7

1.4.2　高指数面衬底上的量子点生长 8

1.4.3　图形化衬底上的量子点生长 9

1.4.4　采用近场光的纳米结构加工 10

1.4.5　有序Si基纳米结构的自组织化生长 11

1.5　量子点的化学合成方法简介 11

1.5.1　化学气相沉积法 11

1.5.2　溶胶-凝胶法 11

1.5.3　模板合成法 12

1.5.4　化学溶液沉淀法 12

参考文献 12

第2章　半导体量子点的物理性质 14

2.1　半导体量子点中的电子状态 14

2.1.1　箱形量子点 14

2.1.2　球形量子点 16

2.1.3　Ⅱ型量子点 18

2.2　量子点中的电子输运性质 20

2.2.1　单电子隧穿与库仑阻塞 20

2.2.2　耦合量子点中的电子输运 22

2.3　量子点的光学性质 24

2.3.1　量子尺寸约束效应 24

2.3.2　量子限制斯塔克效应 25

2.3.3　光学非线性效应 27

2.3.4　量子点中的激子态 27

2.4　量子点的磁学性质 29

2.4.1　近藤效应 29

2.4.2　自旋磁阻现象 30

2.5　半导体量子点的器件应用 31

参考文献 32

第3章　量子点激光器 34

3.1　量子点激光器的物理性能 34

3.1.1　高度压缩的态密度 34

3.1.2　阈值电流密度 35

3.1.3　微分增益 36

3.1.4　调制特性 37

3.2　量子点激光器对材料性质的要求 37

3.3　不同类型的量子点激光器 38

3.3.1　Ⅲ-Ⅴ族化合物量子点激光器 38

3.3.2 Ⅱ-Ⅵ族化合物量子点激光器 44

3.3.3　Si量子点激光器 45

3.3.4　InGaN/GaN量子点激光器 47

3.4　量子点激光器中的载流子输运动力学 48

3.5　量子点超辐射发光管 50

3.6　量子点发光二极管 53

参考文献 58

第4章 量子点红外探测器 60

4.1　光探测器的性能参数 60

4.2　量子点红外探测器的物理性能 61

4.3　不同类型的量子点红外探测器 63

4.3.1　InAs/GaAs量子点探测器 63

4.3.2　InGaAs/GaAs量子点探测器 66

4.3.3　高温工作量子点探测器 67

4.3.4　Ge与Si量子点红外探测器 69

4.3.5　量子点／聚合物结构红外探测器 70

4.3.6　GaN纳米结构的光探测器 72

参考文献 72

第5章　量子点单光子发射与探测器件 74

5.1　单量子点的光学特性 74

5.1.1　单光子发射的反聚束特征 74

5.1.2　反聚束特征的实验测定 75

5.1.3　单量子点的两种激子发射与极化现象 77

5.2　实现单光子发射的微腔结构 78

5.3　量子点单光子发射器件 79

5.3.1　柱型微腔量子点单光子发射器件 79

5.3.2　微盘量子点单光子发射器件 81

5.3.3　单量子点发光二极管 82

5.3.4　蓝光量子点单光子发射器件 84

5.3.5　产生纠缠光子态的单光子源器件 85

5.4　量子点单光子探测器件 86

5.4.1　场效应晶体管型单光子探测器件 86

5.4.2　单电子晶体管型单光子探测器件 87

5.4.3　超导单光子探测器件 88

5.4.4　雪崩光电二极管型单光子探测器件 89

参考文献 89

第6章　量子点太阳电池 91

6.1　探索量子点太阳电池的物理构想 91

6.2　不同结构组态的量子点太阳电池 93

6.2.1　p-i-n结构量子点太阳电池 93

6.2.2　量子点敏化太阳电池 95

6.2.3　基于多激子产生效应的量子点太阳电池 97

6.3　发展量子点太阳电池的技术对策 101

6.3.1　量子点材料的选择 102

6.3.2　有序量子点的形成 102

6.3.3　器件结构组态的设计 103

6.3.4　量子点界面性质的调整 103

参考文献 104

第7章　量子点光放大器与光存储器 106

7.1　量子点光放大器 106

7.1.1　量子点光放大器的优异特性 106

7.1.2　InAs/GaAs量子点放大器 107

7.1.3　高饱和功率和高增益带宽量子点光放大器 109

7.2　量子点超高速波长变换器件 112

7.3　量子点光存储器 113

7.3.1　InAs量子点存储器 113

7.3.2　自旋量子点存储器 117

7.3.3　ZnO量子点／聚合物结构存储器 118

7.3.4　CdSe/ZnSe量子点／碳纳米管结构存储器 119

7.3.5　Si基量子点存储器 120

7.4　其他纳米光存储器 121

7.4.1　近场光学存储器 121

7.4.2　双光子双稳态数字存储器 121

7.4.3　分子存储器 122

参考文献 123

第8章　量子级联激光器 124

8.1　QC激光器的新颖物理特性 124

8.2　QC激光器的工作原理 125

8.2.1　基本工作原理 125

8.2.2　载流子输运过程 126

8.3　QC激光器的性能参数 127

8.4　具有不同有源区结构的QC激光器 128

8.4.1　三阱垂直跃迁有源区QC激光器 128

8.4.2　超晶格有源区QC激光器 129

8.4.3　应变补偿量子阱有源区QC激光器 130

8.4.4　束缚-连续跃迁有源区QC激光器 131

8.4.5　四阱双声子共振有源区QC激光器 133

8.5　QC激光器研究的新方向 134

8.5.1　THz QC激光器 134

8.5.2 Ⅱ型QC激光器 135

8.5.3　光子晶体QC激光器 136

参考文献 136

第9章　纳米线光电子器件 139

9.1　半导体量子线中的电子状态 139

9.1.1　横截面为矩形的量子线结构 139

9.1.2　横截面为圆形的量子线结构 140

9.2　纳米线的光电特性 140

9.2.1　场致发射特性 140

9.2.2　光致发光特性 144

9.3　纳米线光电子器件 149

9.3.1　纳米线太阳电池 149

9.3.2　纳米线发光二极管 152

9.3.3　纳米线激光器 154

9.3.4　纳米线光电二极管 155

9.3.5　纳米线传感器 156

参考文献 158

第10章　光子晶体器件与纳米光子集成 161

10.1　光子晶体的结构类型 161

10.2　光子晶体的基本特性 162

10.3　光子带隙基础 163

10.4　光子晶体微腔激光器 165

10.4.1　微腔激光器的分类 165

10.4.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物光子晶体微腔激光器 166

10.4.3　Si混合光子晶体微腔激光器 167

10.4.4　GaN和ZnO光子晶体微腔激光器 169

10.4.5　高品质因子微腔结构的设计 169

10.4.6　光子晶体发光二极管 170

10.4.7　光子晶体器件集成 173

10.5　光子晶体结构太阳电池 174

10.6　基于近场光的纳米光子学 175

参考文献 176

附录 178

中英文词汇对照 179