《半导体发光材料与器件》教学大纲

PAGE8《半导体发光材料与器件》课程简介课程编号：08034023课程名称：中文/英文学分:2学时：32（实验：0上机：0课外实践：0）适用专业：光源与照明建议修读学期：6开课单位：数理科学与工程学院光源与照明系先修课程：半导体物理与器件考核方式与成绩评定标准：闭卷笔试。总成绩=平时分*30%+期末考试*70%。平时成绩分为平时作业、课堂讨论、出勤率等量化成分值。教材与主要参考书目：教材：《半导体照明技术》，方志烈编著，电子工业出版社，2009年出版主要参考书目：1.《半导体发光材料和器件》，方志烈编著，复旦大学出版社，1992年出版2.《半导体材料》，杨树人等编著，科学出版社，2004年出版3.《半导体器件物理》，王家骅编著，科学出版社，1983年出版4.《半导体器件物理》，[美]施敏（S.M.Sze）编著，电子工业出版社，1987年出版5.《现代半导体器件物理》，施敏主编，科学出版社，2001年出版6.《Light-emittingdiodes》，E.F.Schubert,CambridgeUniversityPress,2006年出版内容概述：中文：本课程是一门综合课程，它以大学前期所学的《大学物理》、《光源与照明物理概论》、《半导体物理与器件》等课程为基础，主要介绍了作为固态光源基础的半导体发光材料与器件的相关知识。其内容包括：发光二极管以及半导体激光器制备材料的基本特性、发光原理、制备工艺、测试方法和应用等方面的知识。这些知识在半导体照明中已得到了广泛的应用，是光源与照明专业学生深入学习专业知识与实验技能必须具备的基础知识。作为光源与照明专业主干课程，将从基本概念、基本定律和基本的研究方法出发，结合光源与照明专业最新进展，介绍基础知识在生产中的实际应用以及发展趋势，增进同学们学习专业基础知识的动力。也为部分同学以后的研究生学习打下坚实的理论基础。英文：ThecomprehensivecourseSemiconductorlight-emittingmaterialsanddevicesisbasedonknowledgehierarchyof《Collegephysics》,《Semiconductorphysicsanddevices》,《Theintroductionoflightsourceandlighting》learnedintheearlystageoftheuniversitycollege.Itconsistsoffundamentalcharacteristics,luminescenttheory,preparationtechnique,testingmethodandapplicationoflaserdiodeandlightemittingdiode.Theknowledgeinvolvedinthiscoursearewidelyusedinthesemiconductorlighting,andthisknowledgeisbasicknowledgeofthestudentwhomajorinlightsourceandlightinglearnmoreprofessionalknowledgeandexperimentalskills.Asbackbonecourseoflightsourceandlightingprofessionalmajor,itisintroducedfromthebasicconcept,lawandthebasicresearchmethodstotheapplicationofbasicknowledgeinproduction.Thiscourseaimsinimprovingmotivationofstudentstolearnbasicspecializedknowledge,anditisthebasisoffurtherstudyingpostgraduatecourses.《半导体发光材料与器件》教学大纲课程编号：08034023课程名称：半导体发光材料与器件/Semiconductorlight-emittingmaterialsanddevices学分:2学时：32（实验：0上机：0课外实践：0）适用专业：光源与照明建议修读学期：6开课单位：数理科学与工程学院光源与照明系先修课程：半导体物理与器件一、课程性质、目的与任务半导体发光材料与器件是光源与照明专业的一门重要的专业基础课，是光源与照明专业必修的主干核心课，以课程教授为基础，旨在让学生初步掌握和理解半导体的发光原理、半导体器件制造工艺以及半导体器件的应用。教学目的：半导体发光材料与器件主要对目前固态照明的核心部分进行阐述和讲解。着重讲述半导体器件的基本构造，工作原理以及制备工艺等内容。学习本课程后，学生能够掌握本专业所必须的基础知识，能够通过查找相关文献获得解决问题的方法。在了解光源发展过程遇到的经典问题之后，能够开拓学生的创造性思维。通过对器件工艺的了解，能够熟悉本专业未来潜在的就业方向以及工作环境。基本任务包括：1.了解固态发光的基本概念和理论，初步掌握稀土发光的特点；2. 对半导体发光器件（以LED为主）的工作原理，器件构造，制备过程，制备方法，制备工艺具有充分了解；3. 了解LED的测试及表征方法与仪器，掌握相关指标的计算方法；对可靠性测试具有了初步的认识。最终，使学生具备在固态照明上中下游从业的基本能力。（对应毕业要求：2、4、6、7、12）本课程目标主要为课程教学部分。本课程重在使学生了解和掌握半导体发光材料与器件的基本原理和前沿动态，以幻灯片展示讲授为主。在教学过程中，要注重课程内容的条理性和充实性，对于基本原理的讲解，讲授时要多辅以实物图像，增强学生的直接认识以便加深对原理的理解。对于该领域的前沿动态，要以详实准确的数据图表加以充实。二、教学内容及学时分配本课程总学时数为32学时，其中理论教学为0学时，实验教学为0学时；课程教学共有16章，具体内容及学时安排等如下表所示：课程内容教学要求重点（☆）难点（△）学时安排实验学时上机学时备注第一章半导体发光材料概论A2讲授/作业布置1.1自然光源1.2人工光源的发明与发展1.3白炽灯、卤钨灯、荧光灯和半导体照明☆1.4本课程学习目的以及重难点☆第二章半导体发光材料晶体导论A☆讲授/作业布置2.1.2晶面和晶相2.1.3闪锌矿结构、金刚石结构和纤锌矿结构2.1.4缺陷及其对发光的影响2.2能带结构2.3半导体晶体材料的电学性质2.3.1费米能级和载流子☆△2.3.2载流子的漂移和迁移率2.3.3寿命第三章发光的基本概念和原理A2讲授/作业布置3.1.1光的本质☆3.1.2光的产生和传播3.1.3人眼的光谱灵敏度☆3.1.4光度学及其测量☆3.2.1作为光学系统的人眼☆3.2.2视觉的特征与功能☆3.3.1颜色的性质3.3.2国际照明委员会色度学系统，色度学及其测量3.3.3发光基本概念介绍△第四章稀土发光B2讲授/作业布置4.1稀土材料简介☆4.2荧光粉发光原理△4.3荧光粉发光材料的制备△4.4荧光粉材料在固态照明中的应用第五章半导体的激发与发光A2讲授/作业布置5.1PN结及其特性☆5.1.1理想的PN结5.1.2实际的PN结5.2注入载流子的复合☆△5.2.1复合的种类☆5.2.2辐射型复合☆△5.2.3非辐射型复合☆5.3辐射与非辐射复合之间的竞争☆△5.4异质结构和量子阱△5.4.1异质结构5.4.2量子阱第六章半导体发光原理B2讲授/作业布置6.1晶体中光产生和吸收的微观模型☆6.2直接跃迁和间接跃迁△6.3自发辐射6.4受激辐射6.5成为半导体发光材料的条件☆第七章常见的半导体发光材料体系B2讲授/作业布置7.1砷化镓7.2磷化镓7.3磷砷化镓7.4镓铝砷7.5铝镓铟磷7.6铟镓铟氮☆第八章半导体发光二极管A2讲授/作业布置8.1发展AlGaInNLED的意义☆8.2缓冲层生长☆△8.3不掺杂GaN生长☆△8.4n-GaN生长☆△8.5p-GaN生长☆△8.6外延结构的优化☆△第九章半导体激光器A2讲授/作业布置9.1半导体激光器工作原理☆△9.2半导体激光器的种类9.3半导体激光器的制备第十章发光二极管的基本结构A2讲授/作业布置10.1同侧结构☆△10.2垂直结构☆△10.3倒装结构☆△10.3各结构优劣势对比☆△第十一章发光二极管的外延生长A2讲授/作业布置11.1衬底的种类及其制备11.2外延生长原理简介☆△11.3MOCVD工作原理第十二章芯片制作过程（1）A2讲授/作业布置12.1芯片制作工艺流程☆△12.2芯片制作技术的发展12.3内量子效率，外量子效率和提取效率☆△第十三章芯片制作过程（2）B2讲授/作业布置13.1芯片制备过程中常用设备☆△13.2光刻技术简介☆△13.3蒸发技术简介13.4刻蚀技术简介第十四章器件封装A2讲授/作业布置14.1概述☆△14.2LED的封装方式☆△14.3LED封装工艺14.4功率型LED封装设计第十五章白光LED及其应用B2讲授/作业布置15.1概述15.2室内应用15.3室外应用15.4发展现状及前景15.4光效的影响因素及挑战☆△第十六章总复习和习题课A☆△2讲授（教学基本要求：A-掌握；B-熟悉；C-了解）三、建议实验（上机）项目及学时分配无四、教学方法与教学手段本课程主要教学方法为讲授法、案列教学法以及互动讨论法。一：讲授法作为最基本的教学方法，对重要的理论知识的教学采用讲授的教学方法，直接、快速、精炼的让学生掌握，为学生在以后实际实践过程中能更游刃有余的应用打好坚实的理论基础。二：在教师的指导下，由学生对选定的具有代表性的典型工艺技术改进案例，进行有针对性的分析、审理和讨论，做出自己的判断和评价。三：互动讨论法主要用于对某项较复杂的方案进行讨论，在此过程中，加深学生对理论及工艺知识的理解。在此过程中，学生须提交独立完成的作业或报告，作为平时成绩的评价标准。五、考核方式与成绩评定标准课程考核成绩采用平时成绩+期终考试成绩相结合的方式，平时成绩占课程考核成绩的30%，平时成绩考核采用作业、实验和报告相结合的方式；期终成绩考核采用考试方式，考试采用闭卷考试的方式；期终考试成绩占课程考核成绩的70%，期终考试试卷对应该课程支撑毕业要求指标点的情况如下表所示：课程支撑毕业要求指标点在试卷中的相应分数指标点240指标点410指标点610指标点710指标点1230总计100六、教材与主要参考书目教材：《半导体照明技术》，方志烈编著，电子工业出版社，2009年出版参考书目：1.《半导体发光材料和器件》，方志烈编著，复旦大学出版社，1992年出版2.《半导体材料》，杨树人等编著，科学出版社，2004年出版3.《半导体器件物理》，王家骅编著，科学出版社，1983年出版4.《半导体器件物理》，[美]施敏（S.M.S