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光電子材料工学特論

理工学部

電気電子工学科

教授

沼居貴陽

(Numai, Takahiro)

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開講にあたって

講義形式と成績評価

教科書・参考書

講義内容

3

講義形式と成績評価

講義形式

ゼミ形式（当番を決めて発表）

成績評価

発表内容

レポート（論文講読）

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開講にあたって

講義形式と成績評価

教科書・参考書

講義内容

5

教科書・参考書

教科書沼居貴陽，「半導体レーザー工学の基礎」（丸善）

参考書Takahiro Numai，”Fundamentals of Semiconductor Lasers” （Springer)

6

開講にあたって

講義形式と成績評価

教科書・参考書

講義内容

7

講義内容

バンド構造

光学遷移

光導波路

光共振器

半導体レーザー

自然放出の制御

8

エネルギーバンド

エネルギーバンドと光学遷移

伝導帯

価電子帯

発 光 吸 収

9

エネルギーバンド

エネルギーと原子間距離

伝導帯

価電子帯

離散的連続的

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エネルギーバンド

シュレーディンガー方程式

)()()()(2

22

rkrr kk nnn EVmψψ =⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡+∇−

h

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エネルギーバンド

物質の構造

非晶質 多結晶 単結晶

低抵抗

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エネルギーバンド

単結晶における波動関数

)()iexp()( rrkr kk nn u⋅=ψ

単結晶

)()( Rrr kk += nn uu

ブロッホの定理

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エネルギーバンド

k・p摂動

pk ⋅+=′mm

kH hh2

22

)()()()(2

22

rkrr kk nnn uEuHVm=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡′++∇−

h

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エネルギーバンド

スピン軌道相互作用

sl ⋅= 322

0SO

124 rmZeH

πμ

)()()()(2 SO

22

rkrr kk nnn uEuHHVm=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡+′++∇−

h

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閃亜鉛鉱構造の軌道

sp3混成軌道

xy

z

s

px py pz

16

閃亜鉛鉱構造の波動関数

sp3混成軌道

)()()()()(

rrrrrk

zyxs

n

DuCuBuAuu

+++=

xy

z

17

伝導帯と価電子帯

サイクロトロン 共鳴

有効質量

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有効質量

エネルギーと有効質量

jiji kkE

m ∂∂∂

≡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ 2

2,

11h

jiji ji

kkm

EE ∑ ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+=

, ,

2

01

2)( hk

結晶ポテンシャル

質量に

繰込み

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価電子帯の波動関数

全角運動量演算子 jslj +=

⎩⎨⎧：スピン演算子

：軌道角運動量演算子

sl

hh

jz mjjj

:)1(: 22

の固有値

の固有値 +jjmj,

20

価電子帯の波動関数

重い正孔バンド

( )

( )β

α

yx

yx

i2

123,

23

i2

123,

23

−=−

+=

21

価電子帯の波動関数

軽い正孔バンド

( )

( )αβ

βα

yxz

yxz

i26

121,

23

i26

121,

23

−−=−

++=

22

価電子帯の波動関数

スプリットオフバンド

( )

( )αβ

βα

yxz

yxz

i3

121,

21

i3

121,

21

−+=−

+−=

光電子材料工学特論　開講にあたって講義形式と成績評価開講にあたって教科書・参考書開講にあたって講義内容エネルギーバンドエネルギーバンドエネルギーバンドエネルギーバンドエネルギーバンドエネルギーバンドエネルギーバンド閃亜鉛鉱構造の軌道閃亜鉛鉱構造の波動関数伝導帯と価電子帯有効質量価電子帯の波動関数価電子帯の波動関数価電子帯の波動関数価電子帯の波動関数