《半导体发光与光伏器件》课程教学大纲（Semiconductor Emitting and Photovoltaic devices）
课程编号：163990700
学分：3
学时：48 （其中：讲课学时：48 实验学时：0 上机学时： 0 ）先修课程：固体物理
后续课程：光电子技术
适用专业：光信息科学与技术、应用物理专业
开课部门：理学院
一、课程的性质与目标
《半导体发光与光伏器件》是光信息和应用物理专业的一门专业选修课。

本课程的目的在于介绍半导体发光的基本理论和及其在器件上应用，以及介绍光伏基础理论知识及其在器件上的应用。

通过对课程的学习，使学生了解半导体发光基本物理过程及现象，了解半导体发光器件发光在照明、灯源、显示、探测领域的应用；掌握光伏基础理论知识，掌握太阳能电池器件的基本工作原理和设计，对光伏产业链有个系统的了解，为今后从事相关工作打下基础。

二、课程的主要内容及基本要求
第1章异质结的定义及分类（1学时）
[知识点]
异质结基本概念、异质结基本关系式、能带带阶的交换性和传递性、反型异质结的主要公式、同型异质结的主要公式。

[重点]
异质结的分类、能带带阶的交换性和传递性、突变同型异质结和反型异质结的区别。

[难点]
异质结的能带图、异质结特性参数之间的关系、反型异质结和同型异质结之间的主要公式。

[基本要求]
1、识记：异质结基本概念、异质结基本关系式；
2、领会：能带带阶的交换性和传递性；突变同型异质结和反型异质结的
区别；
3、简单应用：画出不同类型异质结的平衡能带图。

[考核要求]
1、异质结基本概念、异质结基本关系式；
2、能带带阶的交换性和传递性；突变同型异质结和反型异质结的区别；
3、作出不同类型异质结的平衡能带图。

第2章异质结电学性质（3学时）
[知识点]
突变反型和同型异质结的电流输运机构、突变异质结的电容和电压特性、反型异质结的注入特性。

[重点]
突变反型和同型异质结的电流输运机构、影响尖峰势垒的因素、突变异质结的电容和电压特性。

[难点]
反型异质结的超注入特性、电流输运机构中的扩散模型、发射模型。

[基本要求]
1、识记：异质结中存在的几种电流输运机构；
2、领会：几种电流输运机构的物理机制；扩散模型须满足的四个条件；
3、简单应用：能画出不同电流输运机构的示意图；
4、综合应用：能判别不同类型异质结电流输运机构中的I-V曲线特点。

[考核要求]
1、记住异质结中存在的几种电流输运机构；
2、影响尖峰势垒的因素、突变异质结的电容和电压特性；
3、作出不同类型异质结的平衡能带图；
4、判别不同类型异质结电流输运机构中的I-V曲线特点。

第3章异质结能带图（3学时）
[知识点]
突变反型和同型异质结的能带图结构、受界面态影响的能带图、缓变异质结的能带图。

[重点]
突变反型和同型异质结的能带图。

[难点]
受界面态影响的能带图、缓变异质结的能带图。

[基本要求]
1、识记：一些常见半导体室温下的材料参数（禁带宽度和电子亲和能）；
2、领会：基于Anderson模型的能带图的画法；
3、简单应用：能画出受界面态影响的能带图和缓变异质结的能带图；
4、综合应用：能画出两种具有不同材料参数关系的半导体形成的异质结能带图。

[考核要求]
1、受界面态影响的能带图和缓变异质结的能带图；
2、两种具有不同材料参数关系的半导体形成的异质结能带图。

第4章异质结光电特性（3学时）
[知识点]
反型异质结光电特性、同型异质结光电特性、发光辐射跃迁。

[重点]
反型异质结的伏安特性、反型异质结光谱响应的窗口效应、发光辐射跃迁的主要形式。

[难点]
同质结界面附近，导致光生电流的主要激励过程。

[基本要求]
1、识记：反型异质结光谱响应的窗口效应、发光辐射跃迁的主要形式；
2、领会：反型异质结的伏安特性；
3、简单应用：能读懂异质结光谱响应图。

[考核要求]
1、反型异质结光谱响应的窗口效应和发光辐射跃迁的主要形式；
2、反型异质结的伏安特性。

第5章半导体激光器（9学时）
[知识点]
半导体激光器的原理和结构、异质结在激光器中的主要作用、量子阱和超晶格的光学特性、量子阱激光器的工作原理和结构。

[重点]
半导体激光器的原理、异质结在激光器中的主要作用、量子阱激光器的工作原理。

[难点]
量子阱和超晶格的光学特性。

[基本要求]
1、识记：半导体激光器和量子阱激光器的结构、异质结在激光器中的主要作用；
2、领会：半导体激光器和量子阱激光器的工作原理；
3、简单应用：根据激光器的结构说明其工作原理。

[考核要求]
1、半导体激光器和量子阱激光器的工作原理；
2、异质结在激光器中的主要作用。

第6章半导体发光二极管（10学时）
[知识点]
半导体LED的工作原理和基本结构、LED的电学性质和光学特性、提高LED
内量子效率和光逸出效率的措施；高亮度LED和白光LED的制作原理及相关工艺。

[重点]
LED的工作原理和基本结构、提高LED内量子效率的措施、提高LED光逸出效率的措施。

[难点]
半导体LED的电学性质和光学性质。

[基本要求]
1、识记：LED的基本结构；制作高亮度LED和白光LED的相关工艺；
2、领会：LED的工作原理、提高LED内量子效率和光逸出效率的措施；
3、简单应用：根据LED的结构和工作原理解释各种提高LED内量子效率和光逸出效率的措施的原因。

[考核要求]
1、LED的工作原理；
2、提高LED内量子效率和光逸出效率的措施；
3、LED的电学性质和光学性质。

第7章半导体光电探测器（10学时）
[知识点]
光电转换机理；半导体光电器件基本结构、工作原理、电学特性；半导体光电器件光谱响应、效率、灵敏度、噪声与器件物理的关系；半导体异质结光电器件机理。

[重点]
半导体光电转换机理，半导体光电器件基本结构、工作原理，半导体光电器件光谱响应、转换效率、噪声；光生载流子产生及输运的物理过程、物理图像。

[难点]
光电器件转换效率、噪声与器件物理。

[基本要求]
1、识记：半导体光电器件基本结构；
2、领会：光电转换机理；半导体异质结光电器件机理；
3、简单应用：了解半导体光检测器的基本参数的意义。

[考核要求]
1、半导体光检测器的基本参数及其意义；
2、半导体光电器件基本结构和半导体光电转换机理；
3、半导体光电器件光谱响应、转换效率、噪声；
4、光生载流子产生及输运的物理过程。

第8章半导体太阳能电池（11学时）
[知识点] 太阳光谱与太阳常数、同质结太阳能电池的基本原理和结构、太阳能电池的性能参数、太阳能电池的材料选择和设计考虑、异质结太阳能电池、级联（多带隙结）和量子阱太阳能电池。

[重点]
同质结太阳能电池的基本原理、太阳能电池的性能参数、太阳能电池的伏安特性。

[难点]
太阳能电池的材料选择和设计考虑、太阳能电池效率减低的因素和补救措施。

[基本要求]
1、识记：太阳光谱与太阳常数；太阳能电池的性能参数；
2、领会：太阳能电池的材料选择和设计考虑；
3、简单应用：了解使太阳能电池效率减低的因素和相关补救措施；
4、综合应用：动手制作硅太阳能电池。

[考核要求]
1、太阳光谱与太阳常数；太阳能电池的性能参数；
2、了解太阳能电池的材料选择和设计；
3、太阳能电池效率减低的因素和相关补救措施；
三、学时分配
四、教学方法建议
运用多媒体教学手段，理论与案例相结合的手段进行教学。

五、考核模式与成绩评定办法
采取出试卷考试方式，成绩评定为百分制。

六、选用教材和主要参考书
1.选用教材：
《异质结原理与器件》江剑平孙成城；电子工业出版社 2010年
2.推荐参考书：
《太阳能电池：工作原理、技术和系统应用》马丁格林；上海交通大学出版社 2010年
《太阳能光伏理化基础》黄建华；化学工业出版社 2011年
《半导体器件物理》：(美)施敏(S. M. Sze)，(美)伍国珏(Kwok K. Ng)；
西安交通大学出版社 2008年
七、大纲说明
本门课程采用多媒体与板书相结合的授课方式。

该课程是光信息科学与技术专业以及应用物理专业的一门专业基础课，在教学中提倡特色教学，应精选内容，打好基础，加强实践，培养学生的空间思维能力。

教学中注意结合教学内容适量安排习题，要求学生及时、独立完成，以达到巩固所学内容之目的。

撰写人：张伟审定人：XXX
批准人：XXX 执行时间：2012年9月。