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第一章 绪论1

1.1半导体材料发展简史7

1.2半导体材料功能结构的演进11

1.2.1半导体三维结构材料11

1.2.2半导体低维结构材料12

1.3半导体材料生长动力学模式15

1.3.1半导体材料生长方法概述16

1.3.2块状半导体晶体生长动力学17

1.3.3半导体异质结构材料外延生长动力学20

1.3.4半导体纳米材料的气-液-固（VLS）反应生长动力学24

1.4碳基材料——石墨烯与碳纳米管26

1.4.1石墨烯26

1.4.2碳纳米管27

参考文献28

第二章 现代半导体材料制备和表征技术31

2.1现代半导体材料制备技术37

2.1.1引言37

2.1.2分子束外延技术37

2.1.3金属有机气相外延技术51

2.1.4其他外延生长技术69

2.2现代半导体材料表征技术69

2.2.1引言69

2.2.2扫描探针显微技术70

2.2.3反射差分谱82

2.2.4扫描近场光学显微镜90

参考文献96

第三章 元素半导体材料锗和硅105

3.1锗的制备技术和应用进展112

3.1.1锗的研究和应用112

3.1.2锗的基本性质113

3.1.3金属锗的制备115

3.1.4高纯锗的制备116

3.1.5锗单晶的制备117

3.2高纯多晶硅的制备技术118

3.2.1硅的基本性质和应用118

3.2.2金属硅的制备技术122

3.2.3化学法制备多晶硅技术123

3.2.4物理冶金法制备多晶硅技术127

3.3微电子硅材料进展131

3.3.1微电子硅材料的研究和应用131

3.3.2大直径硅晶体的生长和加工133

3.3.3晶体硅的缺陷工程和杂质工程140

3.3.4外延硅薄膜的生长147

3.3.5新型硅基薄膜150

3.3.6纳米硅制备及其在纳电子的应用154

3.3.7硅基发光和硅基光电子158

3.4太阳能硅材料进展163

3.4.1太阳能硅材料的研究及应用163

3.4.2直拉硅单晶的生长和加工166

3.4.3铸造多晶硅的生长和加工171

3.4.4非晶硅薄膜的进展180

3.4.5带硅的应用和进展185

3.4.6纳米硅太阳能电池的应用188

参考文献189

第四章 硅基异质结构材料193

4.1引言199

4.2硅基Ⅳ族异质结构材料200

4.2.1 SiGe合金材料201

4.2.2自组装Ge量子点材料204

4.2.3硅基Ge材料212

4.2.4硅基GeSn和SiGeSn合金材料218

4.3硅基化合物半导体材料227

4.3.1硅基化合物半导体外延材料227

4.3.2硅基键合型半导体材料229

参考文献231

第五章 Ⅲ-V族化合物半导体材料235

5.1 Ⅲ-V族化合物半导体单晶材料241

5.1.1引言241

5.1.2 Ⅲ-V族化合物体单晶材料的主要生长技术简介244

5.1.3 GaAs体单晶材料246

5.1.4 InP体单晶材料248

5.1.5 GaP体单晶材料249

5.1.6 InAs体单晶材料249

5.1.7 GaSb体单晶材料250

5.1.8其他Ⅲ-V族化合物半导体单晶材料简介251

5.1.9主要Ⅲ-V族化合物单晶材料的发展趋势251

5.2半导体低维量子结构材料252

5.2.1 Ⅲ-V族半导体多量子阱材料和器件252

5.2.2量子级联材料和器件272

5.2.3量子点材料和器件293

参考文献297

第六章Ⅲ族氮化物半导体材料311

6.1引言317

6.2 Ⅲ族氮化物半导体的基本特征317

6.2.1 Ⅲ族氮化物的晶体结构317

6.2.2 Ⅲ族氮化物的极化特征318

6.3 Ⅲ族氮化物材料的制备320

6.3.1GaN材料320

6.3.2 InN材料333

6.3.3 AlN、AlGaN合金生长及掺杂339

6.4 GaN基异质结构及相关器件342

6.4.1 AlGaN/GaN异质结构及相关器件342

6.4.2 AlN/GaN异质结构及相关器件344

6.4.3 AlInN/GaN异质结构及相关器件345

6.5 GaN基量子阱结构及相关器件345

6.5.1 InGaN/GaN量子阱结构及相关器件346

6.5.2 AlGaN/GaN量子阱结构及相关器件349

6.5.3非极性和半极性氮化物量子阱结构及相关器件350

参考文献351

第七章SiC半导体材料357

7.1 SiC的结构和基本性质363

7.2 SiC单晶材料的研究进展365

7.3升华法生长SiC单晶369

7.3.1 Lely法369

7.3.2改进Lely法370

7.3.3低微管密度、低位错密度SiC单晶生长探索372

7.4不同导电类型SiC单晶生长375

7.4.1半绝缘SiC单晶生长技术376

7.4.2 n型和p型SiC单晶生长技术380

7.5溶液法和高温化学气相沉积法生长SiC单晶384

7.5.1溶液法生长SiC单晶385

7.5.2高温化学气相沉积（HTCVD）法生长SiC单晶386

7.6 SiC单晶加工技术387

7.6.1外延对SiC衬底片的技术要求387

7.6.2 SiC单晶片的制备工艺路线388

参考文献394

第八章Ⅱ-Ⅵ族半导体材料399

8.1 ZnO的基本结构406

8.2 ZnO的基本性质409

8.2.1 ZnO半导体的晶格动力学性质411

8.2.2 ZnO半导体的光学性质414

8.2.3 ZnO半导体的电学性质418

8.3 ZnO单晶的制备技术422

8.4 ZnO薄膜的外延生长427

8.4.1 MOCVD生长ZnO薄膜428

8.4.2 MBE生长ZnO薄膜431

8.4.3 PLD生长ZnO薄膜433

8.4.4磁控溅射生长ZnO薄膜435

8.5 ZnO薄膜的掺杂与性质435

8.5.1 ZnO中的本征点缺陷和非故意掺杂435

8.5.2 ZnO的n型掺杂436

8.5.3 ZnO的P型掺杂437

8.5.4 ZnO稀磁半导体444

8.6 ZnO基三元合金材料445

8.6.1 Zn1-xMgx O合金447

8.6.2 Zn1-xCdx O合金450

8.6.3 Zn1-xBexO合金452

8.6.4 ZnO1-xXx合金453

8.7 ZnO基低维结构材料454

8.7.1 ZnO低维纳米材料的制备方法455

8.7.2 ZnO低维纳米材料的性质459

8.8其他Ⅱ-Ⅵ族半导体材料及其合金材料463

8.8.1 Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料的制备与掺杂465

8.8.2 Ⅱ-Ⅵ族化合物的光学性质469

8.8.3 ZnSe基化合物半导体异质结构471

8.8.4 ZnSe发光器件的寿命限制473

8.8.5 Ⅱ-Ⅵ族半导体的其他应用474

参考文献475

第九章 红外半导体材料479

9.1概述485

9.1.1引言485

9.1.2 HgCdTe和相关光电传感材料和器件发展概况486

9.2能带结构494

9.2.1窄禁带半导体能带结构概述494

9.2.2能带参数499

9.3光学和电学性质507

9.3.1光学性质507

9.3.2输运性质516

9.4红外光电探测器529

9.4.1光电导器件531

9.4.2光伏器件538

9.5相关红外材料540

9.5.1半导体低维结构红外材料540

9.5.2热敏红外材料541

9.5.3红外光学薄膜543

参考文献549

第十章 半导体金刚石和立方氮化硼材料553

10.1引言559

10.2金刚石的结构和性能560

10.3单晶金刚石的合成562

10.3.1金刚石的化学气相沉积562

10.3.2原子级表面金刚石薄膜的生长564

10.3.3单晶金刚石的高速生长566

10.4金刚石中的杂质和半导体掺杂568

10.4.1 p型掺杂569

10.4.2 n型掺杂572

10.5金刚石的表面和界面性质575

10.5.1氢终端金刚石表面575

10.5.2氧终端金刚石表面576

10.5.3金属/半导体金刚石接触576

10.6半导体金刚石器件578

10.6.1功率器件578

10.6.2光电器件582

10.6.3半导体金刚石异质结588

10.6.4金刚石的其他应用588

10.7立方氮化硼的结构、性质及制备方法590

10.7.1氮化硼的结构590

10.7.2立方氮化硼的基本性质及应用前景592

10.7.3立方氮化硼薄膜的制备及表征595

10.8立方氮化硼薄膜的研究进展603

10.8.1立方氮化硼薄膜的应力弛豫及厚膜制备604

10.8.2立方氮化硼薄膜的界面微结构研究606

10.8.3立方氮化硼薄膜的异质外延生长608

10.8.4立方氮化硼薄膜的力学性质研究610

10.8.5立方氮化硼薄膜的电学及光学性质研究612

10.9总结和展望615

参考文献617