前言

早在1985年，当时的电子工业部教材编审委员会征集高等学校教材选题时，我就意识到当时正在崛起的光纤通信中半导体光电子器件是其关键，其中充分体现了半导体中光子与电子的相互作用，因此我提出《半导体光电子学》这一选题，随即被由周炳琨教授领导的电子工业部教材编审委员会认可，但需在全国范围内招标后确定其作者。我作为投标者之一，在截止日前匆匆递交了还未来得及打印的手写稿。所没料到的是教材编审委员会对我的手稿给出了较高的评价而被选中，并指定在电子科学大学出版社出版。由于当时还没有基于计算机的激光照排系统而只能铅印。待1989年正式出版后发现印刷错误百出，出现错字、漏字、上下窜行等一些不能容忍的错误。尽管如此，该教材在一些重点大学和研究所使用后，得到了广大教师和读者的包容和谅解，还于1992年被评为电子工业部优秀教材一等奖。

1962年问世的半导体激光器徘徊了5年才实现室温下脉冲工作。直至1970年终于实现了室温下连续工作。可以毫不夸张地说，没有半导体激光器就没有今天以光纤通信网为核心的整个信息网络。随着光纤通信发展的需要，半导体激光器，在材料、器件结构、性能都得以大的提高，其应用范围不断扩大。与此同时包括各种半导体光探测器、半导体光调制器和半导体光放大器在内的其他一些半导体光电子器件也不断涌现和发展。除了光纤通信外，高密度光信息存储、高性能计算机和“绿色照明”等的需求又相继拉动了半导体光电子学的发展，不断丰富其内涵。

面对半导体光电子学在内容上不断深刻变化和应用上不断迅速扩大，20多年前所出版的《半导体光电子学》显然不可能客观反映其快速发展的步伐，因而拟用该书的第2版来弥补原书的不足。该书第2版曾被列为“九五”国家级规划教材，但由于教学、科研工作繁忙而未能如愿；后又将其列为国家“十五”规划教材，又恰因全力投入武汉光电国家实验室的筹建，使该书撰写再次落空，甚至对能否完成该第2版一度失去信心。2010年，得到电子工业出版社的鼓励，决心完成该书第2版的撰写工作。这绝非名利所驱使，一本教材无名利可谈，更何况我早已将个人名利置之度外，只是深感有愧于曾热爱该书的读者。常遇到一些未曾相识的年青朋友，他们谈及曾在《半导体光电子学》书中受益；直到今年还有几位学生来询问何处能得到该书；去年一位曾读过该书在美国深造的年青学者还特地到办公室来见我；有的学校在该书早已脱销情况下自行将该书翻印作为教材；以研究半导体科学著称的中科院半导体所长时间以该书作博士生入学考试参考书，然而却又得不到该书。面对这些，我只有责任来完成该书的第2版。

《半导体光电子学》第2版与原书相比内容有较多增删，力求能反映半导体光电子学的一些主要进展。然而，即使如此，也难以跟上其快速发展的客观现实。本书由原版的8章扩展成10章。第2版对原版的第1-5章和第7章（现第9章）只作了少量增删，第6、7、8、10章是根据半导体光电子学的进展，对原书第8章“发展中的半导体光电子学”中的相关节所作的扩展。鉴于可见光发射器件（激光器、发光二极管）在“白光照明”、光存储和光显示等方面的重要性，将原书4.6节“可见光半导体激光器”改为“可见光发射器件”，并列入第8章。考虑到垂直腔表面发射激光器相对于通常的法布里-珀洛腔端面发射是另一种谐振腔型和光发射方式，具有一些独特优点，而将其新增为4.6节。

和原版相同，将半导体中电子与光子的相互作用、光能与电能的相互转换贯穿全书始终。半导体光电子器件的功能是光子作用下电子在能带之间的跃迁的结果。因此在第1章中围绕这种“跃迁”展开，包括电子跃迁的形式、影响跃迁速率的诸多因素，不同跃迁方式产生的结果。如读者有半导体物理、量子力学的基本知识，就能很自如地理解和掌握。

第2章所介绍的异质结是增强电子与光子相互作用的一种基本结构，将电子和光子进行双重限制在作用区内，是半导体激光器能实现室温连续工作的突破口，现已成为绝大多数半导体光电子器件获得高量子效率的基础。因异质结涉及到晶格匹配问题，第6章还谈到晶格失配应变对能带结构和光子-电子互作用的影响。如有一定的固体物理或晶体物理的背景知识，对该章的理解会更深入。

第3章所介绍的平面光波导看起来似乎是光学的范畴。然而，由半导体异质结形成的光波导是限制光子行为的通道，在半导体光电子学中有着举足轻重的作用。它不但是绝大多数半导体光电子器件的功能作用区，而且是各器件间的互连光波导，在光子集成和光电子集成中起重要作用。

鉴于半导体激光器对整个半导体光电子学的发展起着重要作用和它在光信息技术各个领域应用的广泛性，第4章和第5章分别阐述其结构和性能，从而可了解器件结构对性能的影响。不同器件结构都是基于加强光子和电子的相互作用而有利于提高器件的性能。

低维量子材料已成为目前半导体光电子器件的基础，是对电子自由度的限制，为当今许多高性能半导体光电子器件得以实现的前提。其所以安排在第6章是考虑承前启后，“有比较才有鉴别”。此前各章所涉及的是体材料，即异质结所限制的电子仍有三个自由度，对电子的限制只考虑了扩散长度而未计及对其自由度的限制，这种限制线度的量变将对第5章半导体激光器性能产生质的变化，该章也成为后面几章的基础。

相对光发射器件，光探测器显得较成熟，故对光探测器一章未作大的修改。第7、8、10章是当今半导体光电子学最具活力的几个方面，与之前面各章相互关联。须强调的是第10章阐述的光子集成或光电子集成始终是半导体光电子学发展的制高点，是关系到半导体光电子学器件的优化组合和兼容。该章所列仅为作者主观认为的相关潜在技术，仅供参考。恳望广大读者极尽创新思维，勇攀光子集成高峰。

半导体光电子学的发展，既有本书各章涉及的一些理论问题，还有赖于半导体光电子材料的加工工艺。正如没有先进的外延设备和工艺，超晶格和量子阱的理论将无法得到证实，也就没有今天的高性能半导体光电子器件。当今在半导体光电子学所取得的一些创新性成就，无不以其独特或完善的加工工艺为前提。本书未涉及半导体光电子工艺的细节，是为遗憾之处。

《半导体光电子学》第2版最终问世，只能说了却了作者多年来的心愿。虽力求将该书表现得更完善一些，尽量能反映出半导体光电子学的最新成就，但限于作者的学术水平，定有许多不足和偏见之处，只能留下我此生难以弥补的遗憾。请读者予以谅解。

最后我要感谢所有曾阅读过原版《半导体光电子学》和关心第2版出版的读者和朋友们！是他们对我工作的肯定和鼓励才使我有完成这一夙愿的决心。

感谢严莎女士、赵茗副教授为我手稿的计算机输入和整理所给予的无私帮助！

感谢华中科技大学对我从教50年的一贯支持和爱护！

感谢电子工业出版社、责任编辑竺南直博士的热情支持与配合！

作者于华中科技大学

2012年11月