H31年度 半導体の光・電磁物性   Optical and Electromagnetic Property in Semiconductors

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開講元
電気電子系
担当教員名
渡辺 正裕 
授業形態
講義
曜日・時限(講義室)
金3-4(S321)  
クラス
-
科目コード
EEE.D331
単位数
1
開講年度
H31年度
開講クォーター
2Q
シラバス更新日
H31年3月18日
講義資料更新日
H31年7月26日
使用言語
日本語
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講義の概要とねらい

 本講義では、これまでの講義で学んだ半導体物性の基礎知識をもとに、半導体による光吸収や発光などの光物性の基礎を説明し、これから学ぶであろう半導体レーザ(レーザダイオード, LD)や発光ダイオード(LED)などの種々の光デバイスとそれらの応用に関する講義に向けた橋渡しとする。光と物質の相互作用の基礎的な説明から始まり、半導体の光吸収と放出、半導体材料による特性の違い(バンドギャップ、直接遷移と間接遷移など)、自然放出と誘導放出、レーザ、屈折率、光起電力効果などの現象の基礎を説明する。
 半導体レーザや発光ダイオードなどの光デバイスは光ファイバ通信や照明などさまざまなところで応用されている。それらの動作原理には、半導体中の電子と光の相互作用や、半導体中の光の伝搬などの現象が巧みに利用されている。この講義では、これらの現象の基礎となる半導体物性を、光デバイスへの応用とできるだけ関連付けながら説明していく。

到達目標

 本講義では、光と物質の相互作用の基礎的な説明、半導体の光吸収と放出、半導体材料による特性の違い(バンドギャップ、直接遷移と間接遷移など)、自然放出と誘導放出、レーザ動作の基礎、屈折率、光起電力効果など、半導体光デバイスの基礎となる物性を説明する。これらを履修することによって、半導体光デバイスの動作の基本原理を理解することを目標とする。これによって、これらの内容を応用発展させた種々の光デバイスの講義の基礎となる知識を習得することができる。

対応する学修到達目標は、
(1) 【専門力】基盤的な専門力
(4) 【展開力】(探究力又は設定力)整理及び分析できる力
(7) 幅広い専門知識を習得し,より高度な専門分野や他分野に自ら学修を広げる力

キーワード

光と物質の相互作用、光吸収、自然放出、発光、誘導放出、光増幅、レーザ、屈折率、電気光学効果、光起電力

学生が身につける力

国際的教養力 コミュニケーション力 専門力 課題設定力 実践力または解決力
- - -

授業の進め方

毎回の講義でまず前回の簡単な復習を行った後に、各回の本題を講義し、講義の最後に、その日の講義内容に関する簡単な演習問題あるいは宿題を課す予定。

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 光の基礎、光と物質の相互作用 光の反射、屈折、吸収、物質内の電子と光の相互作用の理解
第2回 半導体のバンド構造、直接遷移と間接遷移 半導体のバンド構造、材料による光物性の違い、デバイス応用の理解
第3回 光吸収と放出 半導体の光吸収と発光、関連デバイス
第4回 自然放出と誘導放出 発光、光増幅、光利得の理解、発光ダイオードと半導体レーザの違いの理解
第5回 光利得、レーザの基礎 半導体レーザの基本構造と動作特性の理解
第6回 分極、誘電率・屈折率 分極、屈折率、光吸収と屈折率の関係、半導体の屈折率、関連デバイス
第7回 電気光学効果、光非線形 電気光学効果、光非線形、関連デバイス
第8回 光起電力効果 光起電力、光検出、関連デバイス

教科書

未定

参考書、講義資料等

電子情報通信学会編 電子情報通信学会大学シリーズD-5、「光・電磁物性」多田邦雄・松本俊 共著 コロナ社
電子情報通信学会編 電子情報通信学会大学シリーズE-4、「光デバイス」末松安晴 著 コロナ社

成績評価の基準及び方法

期末試験により評価

関連する科目

  • EEE.E201 : 電磁気学第一
  • EEE.E202 : 電磁気学第二
  • EEE.D201 : 量子力学
  • EEE.D211 : 半導体物性
  • EEE.D361 : 光デバイス

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

電磁気学I, II、量子力学、半導体物性を履修していることが望ましい

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