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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