半導体光デバイス特論

Advanced Semiconductor OptoelectronicDevices

997C304

73ELELD501

杉山　睦

Mutsumi Sugiyama

2024年度後期

2024 Second Semester

火曜2限

Tuesday 2nd Period

創域理工学研究科　電気電子情報工学専攻

Department of Electrical Engineering, Graduate School of Science and Technology

2.0単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

多岐に渡る半導体デバイスのうち、照明や光通信に用いられている発光デバイス（ＬＥＤ，ＬＤ）と、太陽電池やフォトダイオードに代表される受光デバイスを取り上げ、デバイスの理解に必要な半導体基礎物性（とりわけ光学特性の基礎）について学ぶと共に、量子効果を用いたナノ構造など、先端技術について検討する。
We focus on optoelectronic semiconductors such as light emitting devices (LED, LD) used for lighting and optical communication and light absorbing devices typified by solar cells and photodiodes. In addition, we study about the history of fundamental properties of semiconductors and advanced technology such as nanostructures using quantum effects.

本科目は、半導体光デバイスの高度な学習を通じて、本専攻のディプロマポリシーに定める「電気電子情報工学専攻における電気工学、電子工学、情報通信工学の３つの専門分野のうち少なくとも１つの専門分野についての極めて高度な専門知識」を実現するためのものである。
The aim of this class is acquire "High-level expertise on at least one special field in the three specialized fields of electrical engineering, electronic engineering, information and communication engineering in Department of Electrical Engineering" described in the diploma policy of the department.

本科目を通じて以下の知識を身に付ける
●現在利用している半導体光デバイスの物性・作製方法・長所・短所
●これから研究開発される半導体光デバイスの物性・作製方法・長所・短所
●半導体プロセス関する先端技術
●半導体光デバイスのマーケット・企業動向
　　　等
The goal is understanding the following criteria and able to explain them.
● Physical properties, fabrication methods, advantage/disadvantages of currently used semiconductors for optoelectronic devices.
● Research and developpent, new fabrication methods, advantages/disadvantages of optoelectronic devices in the future.
● Advanced technology related to semiconductor process.
● Market of semiconductor optoelectronic devices and companies trend.

リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
​You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/​​​

特になし。
Nothing special.

ディベート・ディスカッション　Debate/Discussion／プレゼンテーション　Presentation

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（準備学習）各回の授業前に2時間程度、指定した分野のキーワードなどを元に最新の動向を検索し予習しておくこと
（復習）各回の講義内容を2時間程度復習し、各回の講義で説明した内容について理解の定着を図ること
(Preparation) Conduct adequate surveys, research and examination about each class theme and research report issue for each class, spending more than 2 hours each time.
(Review) Organize the findings and tasks revealed at each class, and work for further class towards the next time, spending more than 2 hours each time.

発表内容60点、およびディスカッション内容40点により評価する。60点以上を合格とする。
Supervisor evaluates efforts to presentation and discussion. Regarding to ratio of them, the presentation is 60% and the discussion is 40%. Criteria for passing is the score higher than or equal to 60%.

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

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教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

P.Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall
S.M.Sze, Physics of Semiconductor Devices, Wiley-Interscience

1 　　はじめに
ガイダンス、半導体について紹介し、この特論の目的を理解する
Introduction of this class.

2 　　Optical Process-1
半導体概論、バンド構造について理解する
Understanding of the outline of semiconductors and quantum physics.

3 　　Optical Process-2
半導体光物性、再結合について理解する
Understanding of the outline of optoelectronics properties.

4 　　Junction
pn・Schottky・ホモ・ヘテロ接合について理解する
Understanding of the pn-junction, Schottky-Junction, homo/hetero-junction.

5 　　Crystal Growth
MOCVD,MBE,HVPE,PLE等各成長法について理解する
Understanding of the growth technique such as MOCVD, MBE, HVPE, PLE.

6 　　Quantum Electronics
量子効果の基礎について理解する
Understanding of the fundamental physics of quantum effect.

7 　　Quantum Electronics
超格子、トンネル効果について理解する
Understanding of the superlattice and tunnel effect.

8 　　Light emitting diode (LED)-1
ＬＥＤの動作原理、材料、特徴、利用例について理解する
Understanding of the materials and properties of LED.

9 　　LED-2(QW)
量子構造（量子井戸等）、材料と発光波長、特徴について理解する
Understanding of the device structure and optical physics of LED

10　　Laser diode (LD)
ＬＤの動作原理、材料、特徴、利用例について理解する
Understanding of the materials and properties of LD.

11　　Photo diode (PD)
ＰＤの動作原理、材料、特徴、利用例について理解する
Understanding of the materials and properties of PD.

12　　Solar cell
太陽電池の動作原理、材料、特徴、利用例について理解する
Understanding of the materials and properties of solar cells.

13　　Optical switching device
光スイッチング素子の動作原理、材料、特徴、利用例について理解する
Understanding of the materials and properties of opto-switching devices.

14　　Photocatalysis
光触媒の動作原理、材料、特徴、利用例について理解する
Understanding of the materials and properties of photocatalysis.

15　　Optical integrated circuit
光集積回路の動作原理、材料、特徴、利用例について理解する
Understanding of the materials and properties of optical ICs.

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