一、MOCVD生长InP/GaInAsP DBR结构及相关材料特性（论文文献综述）
王家先[1]（2020）在《基于InP/ZnS量子点的全彩色Micro-LED陈列显示器件设计及制作研究》文中研究指明Micro-LED显示技术是次世代高分辨显示技术,在显示领域具有极大的应用潜力。全彩显示能力是显示器件的重要评价指标,如何实现Micro-LED的全彩化能力也正是该显示技术在发展进程中面临的核心难题。目前,国际上全彩色Micro-LED显示器件的制备主要采用三基色MicroLED芯片转移拼装技术,包括流体自组装、PDMS转印以及机械转印等。但迄今为止,芯片转移拼装方案在LED芯粒的拾取、转移精度控制、转移效率以及缺陷修复等方面的技术瓶颈仍有待攻克,Micro-LED器件全彩色制备技术仍是限制Micro-LED器件快速发展和产业应用的卡脖子技术。为研究全彩色Micro-LED显示器件的新型制备技术,本论文提出以蓝光Micro-LED器件为基础,借助环境友好型InP/ZnS核壳结构量子点材料实现全彩色Micro-LED器件的技术方案。将量子点材料与Micro-LED进行复合应用,是Micro-LED全彩化制备的重要解决方案。本论文的研究内容主要包括3个部分:（1）概述了用于制备蓝光LED的GaN材料特性及LED外延片结构,介绍了LED工作原理和光电特性,介绍并分析了单色Micro-LED器件和全彩色Micro-LED器件研究进展;（2）设计了集成全彩色Micro-LED显示器件新型结构,进行了InP/ZnS量子点色转换层基板结构设计、工艺流程设计及制作,通过喷墨打印技术制备了像素单元中心间距90μm的16×16 InP/ZnS量子点色转换层器件,此外,也探究了基于Lift-Off工艺的InP/ZnS量子点色转换层制备技术;（3）进行了主动驱动式蓝光Micro-LED阵列器件制作工艺流程设计,对包括热压键合、蓝宝石laser lift-off及ICP刻蚀等蓝光Micro-LED阵列器件制备关键步骤进行了工艺验证。
吴瑾照[2]（2019）在《氮化物半导体FP谐振腔中激子光子相互作用研究》文中提出GaN基材料是第三代宽禁带直接带隙半导体,其辐射复合效率高,物理化学性质优异。通过调整材料组分,其发光波长可以覆盖整个可见光波段。GaN基材料已经被用来制作商业化的半导体光电器件,尤其是蓝、绿光波段的发光二极管。另一方面,GaN基垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL）越来越受到国际上的关注,目前已经在光注入和电注入下实现激射。激射阈值是衡量VCSEL性能的一个重要参数,降低激射阈值是一个永恒的目标,利用激子极化激元被认为是实现极低阈值的有效途径。由于GaN基材料具有较大的激子结合能,当作为有源区嵌入谐振腔中,可以实现在室温下的激子-光子的强耦合作用,实现稳定的激子极化激元激射。但是在InGaN量子阱中,In组分的不均匀性会造成激子的非均匀展宽,内建电场会引起激子振子强度的减小,这些都会影响激子-光子之间的相互作用。本文围绕InGaN量子阱,结合双介质膜分布布拉格反射镜（Distributed Bragg Reflector,DBR）构成的谐振腔,开展基于激子-光子弱相互作用的低阈值VCSEL以及基于激子-光子强相互作用的激子极化激元的研究。主要研究内容包括以下几个方面:（1）谐振腔的工作原理分析与结构设计:通过对谐振腔结构中光场的分布以及限制因子,谐振腔的模式分布等物理性质进行分析与计算,设计可以增强激子与光子相互作用的谐振腔结构。（2）低阈值VCSEL器件的制备以及性能测试分析:采用较薄的量子阱层以及多个量子阱的耦合结构,提高了激子的结合能和振子强度,大幅度降低了非均匀展宽的负面影响;同时通过改进键合工艺,优化激光剥离以及化学机械抛光工艺参数,制备出具有纳米级表面粗糙度以及高质量的全介质膜DBR的谐振腔。在此基础上制备了目前世界上最低阈值、基于激子-光子弱耦合的VCSEL光子激射。（3）减小谐振腔的长度增加激子-光子的耦合效率:通过控制化学机械抛光过程中的压力以调整谐振腔的减薄过程,进一步减小谐振腔的长度从而将激子-光子的相互作用由弱耦合转向强耦合。采用角分辨测试方法调整腔模光子与激子之间的能量失谐,观测到了激子极化激元的色散关系;在低激发功率下获得的Rabi分裂值高达130meV。另一方面,利用楔形谐振腔,通过不同腔长来调谐光子的能量,观察到了激子与光子的强耦合以及激子极化激元的色散关系。（4）激子极化激元激射:通过傅立叶成像角分辨率测试系统,得到不同激发功率下的发光强度的mapping图,首次观察到基于InGaN量子阱的激子极化激元的激射。通过对mapping图的分析,得到激子极化激元在激发功率达到阈值之后,发光强度随着激发功率的增加呈现非线性增加,荧光光谱的峰位出现蓝移,以及线宽增加的现象,分析了有关的物理机理;进一步增加激发功率,观察到了光子激射。讨论对比了激子极化激元激射与光子激射性质的区别。本文结果证明通过合理设计QW结构,以及利用高质量谐振腔,可以减小非均匀展宽的负面影响,预计非均匀展宽在扩大到157meV的情况下仍能实现激子-光子的强耦合。本项目首次观察到了 InGaN量子阱中激子极化激元的激射,为极低阈值可见光激光器件提供科学参考。
陈庆涛[3]（2018）在《光通信系统中新型单行载流子光探测器的研究》文中研究说明高速大容量光通信系统的不断发展,要求其中起光电转换功能的光探测器具有高速、高响应度和高饱和输出等特性。然而,传统的PIN光探测器由于存在高光强注入下的空间电荷效应限制了饱和光电流的输出,以及带宽与响应度之间相互制衡等问题,很难满足当今光通信系统的要求。为解决这一问题,单行载流子光探测器（Un-traveling-crrier photodetector,UTC-PD）应运而生。由于 UTC-PD可单独设计光吸收层和收集层,并且只用电子作为有源载流子,因此可以实现高速、高饱和输出等特性,除了应用于光接收机外,还广泛用于超高速光开关、发射机、高速测量系统、毫米波或亚毫米波发生器,已成为当前光电子器件领域的研究热点。本论文以用于光通信系统中的UTC-PD的基本理论为出发点,从器件的结构设计、性能仿真、实验方案、工艺制备、准单片集成及性能测试等方面进行了深入系统的研究,完成的主要研究内容及创新点如下:1.提出了吸收层和收集层均采用高斯渐变掺杂分布的一种改进型高速、高饱和单行载流子光探测器（Modified uni-traveling-carrier photodetector,MUTC-PD）,并研究了与高斯渐变掺杂分布相关的char因子、峰值掺杂浓度、峰值掺杂浓度位置及崖层掺杂浓度。当反向偏压为1.5 V、入射光波长为1550 nm时,对入光面积为14 μm2的器件进行了研究,结果如下:（1）当吸收层高斯掺杂分布的char因子为0.052、峰值掺杂浓度为6.08×1018 cm-3时,MUTC-PD可以实现195 GHz的带宽,与普通UTC-PD相比,其带宽性能得到了改善,但响应度保持不变,为0.11 A/W。相同条件下,吸收层内的峰值掺杂浓度位置越靠近P电极一侧,MUTC-PD的高速性能就越好;当崖层掺杂浓度增加到4×1018 cm-3时,MUTC-PD实现了高于200 GHz的带宽和～50 mA的输出饱和电流。（2）保持吸收层的高斯掺杂分布（char为0.052,峰值掺杂浓度为6.08×1018 cm-3）、崖层的掺杂浓度（3×1018 cm-3）不变,当增加收集层的平均掺杂浓度到5×1017 cm-3（峰值掺杂浓度为1.92×1018 cm-3）时,MUTC-PD的带宽提高了 4.5%（从195 GHz提高到199.5 GHz）、输出饱和电流提高了 11.5%（从34.9 mA提高到38.9 mA）。（3）当注入光强为2×106W/cm2时,MUTC-PD的带宽仍保持在160 GHz以上,显示出对高注入光强有较强地处理能力。2.提出了采用混合吸收结构单行载流子光探测器（Hybrid absorber UTC-PD,HA-UTC-PD）以实现对零偏压和低偏压下的光探测,并研究了该器件的高速、高响应度及高饱和输出等性能。当入射光波长为1550 nm时,对吸收层厚度为220 nm、入光面积为14 μm2的HA-UTC-PD进行了研究,结果如下:（1）经过优化发现,在零偏压下,当本征吸收层厚度为64 nm时,器件实现的带宽最大,高达60.6 GHz;在低偏压和正常偏压下,当本征吸收层厚度为150 nm时,器件实现的带宽最大,分别为104.1 GHz@-0.5V、110.9 GHz@-1.0V、120 GHz@-2.0V。（2）用带宽饱和电流积（Bandwidth saturated current product,BSCP）对HA-UTC-PD的性能进行了对比分析。在零偏压下,当本征吸收层厚度为64 nm时,HA-UTC-PD不但实现了高达1916 GHz·mA的BSCP,而且可以实现0.21 A/W的响应度。在低偏压和正常偏压下,当本征吸收层厚度为150 nm时,HA-UTC-PD的BSCP分别为:3660 GHz·mA@-0.5 V、4807 GHz·mA@-1.0 V 以及 6508 GHz·mA@-2.0 V,响应度为 0.26 A/W。3.利用MUTC-PD和HA-UTC-PD理论设计了一种高速、高响应度UTC-PD结构,将高斯渐变掺杂分布引入到吸收层中并对其本征吸收层进行了优化,完成了器件的外延生长、质量测试、工艺制备和相关测试,器件性能如下:（1）当器件直径为40 μm、反向偏压为3.0 V、入射光的波长为1550 nm时,器件的暗电流为8.0 nA,响应度0.68 A/W,带宽为11 GHz。（2）当反向偏压从1.0 V增加至6.0 V时,入射光的波长为1550 nm、1560 nm和1590 nm时,器件的响应度分别增加了 3%、4.4%和3.1%。器件耗尽吸收层中的碰撞电离和弗朗兹-凯尔迪什效应共同导致了响应度的增加,通过采用较薄的耗尽吸收层减小这两种效应。4.提出并实现了一种新型的 UTC-PD（High reflectivity UTC-PD,HR-UTC-PD）结构,用于解决器件响应度与带宽之间的制衡。该集成器件采用BCB晶片键合工艺,实现了 GaAs/AlGaAs-DBR与UTC-PD的准单片集成。对直径为40 μm的HR-UTC-PD进行测试,其性能如下:（1）当反向偏压为3.0 V、入射光的波长为1560 nm时,器件获得了高达0.88A/W的响应度,与无DBR的UTC-PD相比,性能提高了 24.4%。（2）当反向偏压为6.0 V、入射光的波长为1550 nm时,器件获得了 13.87GHz的3dB带宽;同时,在10GHz频率处,器件获得了50 mA的输出饱和电流以及-3.5 dBm的射频输出功率。5.提出了一种基于非周期环形亚波长光栅（Non-periodic concentric circular subwavelength grating,NP-CC-SWG）的新型UTC-PD结构,并采用BCB晶片键合工艺将其实现。对直径为40 μm的准单片集成器件,在1550 nm波长的入射光下进行了测试,其性能如下:（1）当反向偏压为3.0 V时,器件获得了 0.86 A/W的响应度和18GHz的带宽,与无NP-CC-SWG的UTC-PD相比,响应度性能提高了36.5%。（2）当反向偏压为6.0 V时,在10 GHz频率处,器件获得了 17.56 mA的输出饱和电流和-1.77 dBm的射频输出功率,此时的3dB带宽接近18 GHz。
李连艳[4]（2015）在《可调谐半导体激光器与光子集成器件研究》文中进行了进一步梳理光纤通信是现代通信网络的主要传输手段之一,近年来随着云计算、云存储、“互联网+”等网络服务的不断兴起,人们对信息传输速度的要求越来越高。高速率、大容量、低成本是目前光纤通信技术的主要目标,然而以分立器件构成的传统光纤通信系统已经越来越不能满足需求,成本和速率瓶颈日显,因此光子集成技术成为了光纤通信器件发展的必然趋势。特别是进入21世纪后,大规模光子集成芯片进入了蓬勃发展时期。集成化可调谐半导体激光器是相干光通信系统和下一代无源光网络接入系统的主要光源,其市场应用潜力巨大。然而由于种种原因,目前我国光通信系统中使用的可调谐激光器芯片还基本依赖于美国和日本进口,芯片的数量和价格受制于人。所以自主研制可调谐激光器芯片具有较大的经济和社会意义。本论文针对光纤通信系统的需求,对可调谐激光器进行了深入的理论和实验研究。铟磷（Indium phosphide,InP）基单片集成和硅基混合集成是实现光子集成芯片的两种主流技术。论文围绕可调谐分布反馈（Distributed feedback,DFB）半导体激光器,研究了利用单片集成和混合集成两种技术实现可调谐激光器的工艺和技术方案。研究内容包括两种可调谐激光器芯片的设计、工艺制作以及相关的测试和分析。通过本研究课题积累的经验以及取得的成果对后续的研究和优化工作具有重要的参考价值。论文取得的主要成果如下:1、研制了 InP可调谐DFB半导体激光器。论文将串联激光器阵列技术和等效-重构啁啾（Reconstruction equivalent chirp,REC）技术相结合,实现了八段串联的可调谐激光器,通过温度调谐实现了 100GHz间隔的32个波分复用（Wavelength division multiplexing,WDM）信道输出,波长调谐范围达25.6nm。该方案利用REC技术精确控制激光器的波长间隔,采用全息曝光技术结合普通微米级光刻技术来制作相移光栅。串联方式的引入降低了多波长激光器阵列的合波难度,无需利用有源无源集成技术,进一步降低了器件的制造难度和成本。论文详细讨论了 REC技术的基本原理;串联结构可调谐激光器的设计细节,这包括如何通过合理的设计来减少串联激光器中相邻光栅之间的影响,以及如何实现串联可调谐激光器的信号调制等。此外,论文详细探索了激光器的制作流程,为后续研究奠定了基础。2、研制了基于REC技术的啁啾单相移激光器。啁啾光栅的反射谱带宽较大,有望用于制作可调谐激光器。论文采用等效啁啾结构来简化制作工艺,尝试实现可调谐功能,虽然最终没有观察到预期的效果,但通过仿真和实验对啁啾单相移激光器具有了更深入的了解。例如啁啾单相移激光器内的光场分布比普通单相移激光器平坦,并且长波长与短波长的光场分布是不同的,这就决定了该激光器两个端面的光谱形状不同,这一点在实验上得到了验证。此外在逐渐增加啁啾单相移激光器的工作电流时,其啁啾系数也会变化,这会导致激光器的光谱展宽,甚至出现多模。3、研制了硅基混合集成的可调谐DFB半导体激光器。论文通过基于有机物苯并环丁烯（Benzocyclobutene,DVS-BCB）的键合工艺将InP外延片与绝缘衬底上的硅（Silicon on insulator,SOI）芯片结合在一起,其中SOI芯片上有波导、波分复用器等无源器件,而InP材料产生的激光通过特殊设计的模式变换结构可以耦合进硅波导中。与普通的混合集成激光器相比,该可调谐激光器的特点是在InP材料上采用pnp结构设计来实现电流调谐,而在SOI上采用采样周期不同的两段光栅之间的游标效应来实现大范围的波长调谐。论文详细讨论了激光器波导模式的限制因子和损耗、光栅结构以及模式变换器的设计、串联电阻和阈值电流估算、热学性能的评估与改善等方面;并重点探索了可调谐激光器的制作工艺,包括波导刻蚀、量子阱处理、平坦化、电极制作等过程中可能出现的问题;最终得到了光泵浦的激光器以及脉冲电流下的激光输出。论文的主要创新点在于:1、首次将REC技术与串联激光器结构相结合,实现可调谐DFB激光器芯片。REC技术可以精确控制激光器波长,串联结构避免了合波器的使用,二者结合简化了可调谐激光器的制作工艺,降低了其成本。2、首次将垂直耦合的双波导结构与芯片键合技术相结合,制作电流调谐的可调谐激光器,它的调谐速度比热调谐激光器快很多,可以使用在快速光交换系统中。
陶涛[5]（2015）在《InGaN异质结构及其太阳能光电化学电池分解水制氢技术研究》文中研究表明随着化石能源的消耗和环境污染的加剧,人类社会的可持续发展迫切需要开发可再生的清洁能源。在众多新兴能源中最具有潜力的是太阳能。但是目前太阳能电池的转换效率仍然较低,而且从太阳能转换而来的电能在存储方面仍然存在一定的技术难度。太阳能光电化学电池（PEC）能够通过吸收太阳光将水分解为氢气和氧气,从而实现将太阳能转换为化学能。通过这种技术得到的氢能相比电能不仅更便于存储而且对环境影响更小,具有光明的应用前景。高效率PEC的基础是优质的光电极材料,合适的光电极材料不仅要能对太阳光中的可见光谱区具有高的光-电转换效率,还要求制备工艺简单、价格低廉、对环境友好。Ⅲ族氮化物材料InGaN作为带隙从0.7eV到3.4eV连续可调的直接带隙半导体材料具有优越的光电转换性能以及稳定的物理、化学性质,是发展可见光波段半导体PEC器件的最佳材料,因此InGaN材料的制备和相关PEC器件是研究的热点之一。本论文围绕提高Ⅲ族氮化物PEC光-电转换效率这一核心,从优化I nGaN材料制备工艺开始,探索提高InGaN材料晶体质量,系统分析材料晶体质量对光电性能的影响;从Ⅲ族氮化物极化电场调控和光电极结构设计等角度开展了系统的研究。本文研究的主要内容和获得的主要结果如下:1.系统研究了MOCVD生长InGaN合金薄膜技术,通过对生长温度的控制,获得了多种In组分的InGaN合金薄膜（0.13<x<0.23）,掌握了生长温度对InGaN薄膜生长模式和光学性质的影响规律。2.系统研究了InGaN合金薄膜中六角型缺陷的形成机制,证实InGaN合金薄膜中的六角型缺陷起源于螺型位错,研究了六角型缺陷对InGaN合金中In组分、形貌和光学性质的影响,并首次发现六角型缺陷周围形成的环状高In组分分布,揭示了其形成机制。通过变温PL光谱分析了缺陷对材料发光行为的影响,采用能量势阱模型阐述了缺陷俘获载流子的内在机制。3.研制了不同In组分含量的InGaN薄膜PEC器件,发现材料晶体质量对器件性能的影响较大。采用n型GaN掺杂电子收集层的结构设计,使器件在1V偏压下的光电流从0.25mA/cm2提高到了 1mA/cm2,400nm波长光照射下的外量子转换效率（IPCE）从5%提高到15%,另外器件的开启电压下降至0.1V。利用纳米图形表面处理进一步提高了 InGaN光电极的器件性能,光电流同比增加了6倍,最终将IPCE增加了 3倍至54%。4.研制了两种InGaN/GaN材料p-i-n异质结构光电极器件,发现渐变In组分的i层设计能够提高器件的光吸收效率,但会造成器件缺陷密度的上升。缺陷密度的高低是影响器件性能的关键。通过N i金属纳米掩膜和ICP刻蚀工艺制备了纳米光电极器件,使器件的光电流和IPCE分别提高至1.5mA/cm2和30%,同时开启电压下降至-0.3V。通过Silvaco软件模拟揭示了极化对能带和电场分布的影响规律,分析发现极化引起的能量势垒和压电极化电场是制约光生载流子输运收集的主要因素。5.制备了蓝光与绿光波段InGaN/GaN多量子阱结构PEC器件,两种样品均表现出了较好的光电化学性能。通过纳米压印和ICP刻蚀工艺研制了多量子阱纳米光电极器件,大幅度提高了器件的光电流密度和IPCE,而且将器件的开启电压下降至大约-1V。借助Si1vaco软件模拟系统分析了应力对器件极化电场以及内部光生载流子输运与收集的影响。深入探讨了开启电压与极化电场调控之间的关系和内在物理机制。制备了SiO2/Si3N4材料DBR反射镜辅助结构以改善纳米结构的光吸收效率,借助FDTD软件模拟证实了 DBR辅助结构能够将纳米柱内的光场强度提高3倍,最终将光电极器件的光电流密度提高了1.5倍至1.65 mA/cm2,得到了 400nm波长光照射下很高的IPCE≈60%。得到了太阳能转化效率大约为3%。
崔明[6]（2014）在《垂直腔面发射激光器性能及GaInNAs材料外延生长研究》文中研究说明垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Lasers，VCSEL）是一种新型的半导体激光器，和传统的边发射激光器相比，它具有低阈值电流、高转换效率、低功耗、小发散角、易于形成阵列，并且容易和光纤耦合以及易于光学元件集成等优点。长波长VCSEL器件所使用的材料有InP基的InGaAsP/InP,AlGaInAs/InP和GaAs基的GaInNAs/GaAs两种。但是InP基的材料载流子泄漏严重、对电子的限制较弱、P型材料的限制层与DBR反射镜的电阻大，造成热失效很明显，影响了器件的使用寿命，而GaInNAs材料刚好弥补了InP基材料的不足之处。GaInNAs材料具有很大的优点比如对热低敏感度、高的特性温度、高的带偏移比率、高的调变讯号率等，然而GaInNAs材料生长比较困难，N的掺入问题始终没有得到好的解决方法。本论文正是针对这个问题进行了GaInNAs材料生长研究，对VCSEL进行了理论研究与模拟计算。本论文的研究内容归纳如下：⑴对垂直腔面发射激光器结构进行理论计算与分析。分析了膜层的厚度、入射波长和入射的角度对DBR反射镜反射率的影响；分析了价带和导带的态密度、电子能级的占有率对量子阱增益的影响；分析了谐振腔的长度、腔面系数、光场限制因子等对器件阈值电流的影响。通过理论分析表明态密度增大和能级的电子占有率之差越大与增益成正比关系；谐振腔的长度增加，腔面反射系数减小都会使阈值电流增大，阈值电流增大会给VCSEL器件带特征温度升高，减小了器件的工作寿命。⑵通过PICS3D软件对850nm和980nmVCSEL结构进行模拟。分析了组成DBR的反射镜的不同对数和不同半导体材料对DBR反射率影响；分析了不同量子阱个数对反射率影响；模拟了850nm AlInGaAs/AlGaAs VCSEL和980nmGaInAs/GaAs VCSEL的阈值电流电压、输出功率、增益随载流子浓度的变化、不同量子阱个数的发射频谱和波强度变化。模拟结果表明DBR对数越多其反射率越高;达到相同反射率使用不同材料所需的DBR对数却不相同。Al0.9Ga0.1As/Al0.1Ga0.9As到达99.5%所需的对数是24对，但是GaAs/AlAs材料所需要的对数仅为22对；850nm VCSEL的阈值电流为0.3mA、斜率效率为0.75W/A，当电流为5mA时，输出的功率为4.2mW；980nm VCSEL的阈值电流为0.45mA，斜率效率为0.2W/A，当电流为5mA时，输出的功率为1.2mW。⑶研究了GaInNAs/GaAs应变量子阱的MOCVD生长。研究了不同的生长温度、不同的N/（N+As）流速比、不同N/As比对晶体薄膜质量的影响；采用退火对GaInNAs量子阱处理，研究了退火对GaInNAs薄膜性能的影响，并优化了退火时间和温度。采用Philips公司的PLM100PL光谱仪测试对生长样品进行了性能测试。
毛明明[7]（2014）在《反波导面发射激光器及其二维耦合阵列研究》文中认为垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL）以其低阈值，低功耗，单纵模，调制带宽，易形成二维阵列和集成等特点，在光通信，短距离光互连，数据传输中得到广泛的应用。但在很多高端应用场合如：空间光通信，激光雷达，高密度光存储，医疗检测，激光打印等方面，需要激光器具有稳定的单横模高功率，圆形光斑并且很小的光束发散角的输出，接近衍射极限。反波导（antiguide）结构VCSEL可在较大出光孔径下保证器件的单模输出，光束质量较好。更重要的是反波导VCSEL阵列单元之间是泄漏波的强耦合，有利于高功率下的模式选择性和稳定性，其中同相耦合模式具备近衍射极限的光束质量，是高性能锁相VCSEL阵列的发展趋势之一。本论文在国家自然科学基金的资助下，系统研究了反波导面发射激光器以及二维同相耦合阵列。研究了腔诱导反波导VCSEL和质子注入反波导阵列的理论模型，模拟，结构设计，制备和测试技术。主要进行了以下的工作：1)在VCSEL基本模型基础上，借鉴Hadley的有效折射率模型和光纤模式分析方法，建立反波导VCSEL器件的理论模型，确定spacer层厚度并分析由此导致的谐振腔共振波长偏移量，计算侧向腔诱导折射率台阶数值。利用更准确的圆环传输矩阵法，分析反波导结构的辐射模式损耗，优化结构，设计反波导VCSEL横向尺寸。研究了利用MOCVD的二次外延技术和介质膜DBR技术制备反波导器件。创造性地利用介质膜内腔反波导结构实现了器件的激射，获得了0.28mW的激光输出。2)系统论述了质子注入形成绝缘层的原理,对质子注入型垂直腔面发射激光器的关键注入参数进行了论证和推算,并通过SIMS测试进行检测。综合研究了注入能量对器件功率，阈值特性的影响。探究了电流限制的实际注入孔径，针对实际的结构进行注入能量的优化。在注入能量为315kev，剂量为1E15/cm2的注入条件下,制备出注入孔径为10μm的质子注入型垂直腔面发射激光器，阈值为4.3mA，输出功率1.7mW（Acta Physica Sinica, Vol61, No.21pp2142071-5）。3)采用质子注入电隔离光耦合技术制备VCSEL耦合阵列。分析阵列的热效应和载流子注入对阵列耦合特性的影响，建立起弱反波导结构模型对阵列性能进行分析。研究了单元间隔对耦合性能的影响。解决小孔径时注入掩膜的困难。设计制备出具有高光束质量的同相耦合2×2VCSEL阵列，远场发散角仅为3.6度，达1.18×D.L.（diffraction-limited），连续输出功率0.45mW。（IEEE PhotonicsTechnology Letters, Vol26, No4,pp395-397）相比质子注入VCSEL单管的近10度的发散角，光束质量和亮度得到大的提升。4)当阵列规模较大时，针对环形电极电流注入非均匀问题和网格电极抑制同相模式的问题，在器件表面引入ITO电流扩展层。研究了不同厚度的ITO层对电流表面扩展的影响。实现了3×3同相耦合阵列的输出，远场发散角降低至2.4度，脉冲输出功率达4.3mW（IEEE Photonics Journal Vol.5, No.6, pp15026061-6）。而目前国际上规模为3×3的同相耦合质子注入阵列，由于电流扩展的问题，必须利用复杂的倒装技术才能实现。5)为探究阵列最邻近单元数目的多少对器件的耦合输出所产生的影响，制备了以堆密积方式排布的1×7的六角阵列，并对其同反相的输出特性进行了理论上的分析，初步得到了近场的测试结果，显示出了其排列方式所特有的特征。
赵建宜[8]（2014）在《WDM-PON用单片集成光源芯片的理论与实验研究》文中研究说明波分复用无源光网络（WDM-PON）系统以其高容量、大带宽等特点使其成为下一代光接入网中最具前景的方案之一。而低成本、高性能的光电子器件则是WDM-PON系统在未来能否取得成功的关键。单片集成光源器件相比传统的分立器件封装成本低、器件性能强,因此是未来WDM-PON系统用光电子器件发展的必然方向。本文从光电子器件理论建模出发结合器件制作工艺,针对WDM-PON中的低成本光源器件进行了深入的理论与实验研究,开展了以下几个方面的研究工作：运用k·p理论模型,对半导体量子阱材料增益谱进行了理论计算,分析了量子阱应变量及阱宽等参量对半导体材料能带结构及增益谱的影响。讨论了不同应用下,量子阱结构设计的原则与要求。基于时域传输矩阵模型及材料增益计算模型,开发了半导体激光器器件模拟平台。基于本平台,对分布布拉格反馈（DFB）半导体激光器的空间烧孔效应进行了模拟仿真。详细讨论了在光栅结构设计中集中相移、分布相移、多相移、分布反馈系数等参量对DFB半导体激光器空间烧孔效应的影响。分析讨论了光栅归一化耦合系数对DFB激光器调制特性的影响。使用新型动态模型分析半导体激光器,根据器件中有源区波导与无源区波导的不同特点分别采用时域模型及频域模型,而后通过数字滤波器的方法将两者有机地联系起来。并通过数字滤波器法考虑了器件增益谱的非平坦效应。利用该新型动态分析模型,对双微环耦合半导体激光器这一新型低成本、高性能的可调谐激光类型进行了时域静态及动态分析。主要分析讨论了微环耦合系数及损耗对器件P-I特性、小信号调制特性、大信号调制特性以及波长切换特性的影响。使用波束传输（BPM）算法设计并优化了InP基四通道、八通道多模干涉（MMI）器件以及16通道阵列波导光栅（AWG）器件。系统地讨论了MMI器件中,制作工艺误差对器件损耗以及带宽的影响。详细讨论了AWG的性能估算的解析方法,利用该方法研究了AWG器件中阵列波导间距及阵列波导喇叭口（Taper）宽度对器件插损均匀性及中心通道插损的影响。基于研究结论,设计了InP基AWG器件,并利用BPM算法对AWG器件进行了性能模拟,设计指标符合预期。使用纳米压印技术制作DFB激光器掩埋光栅,针对直接使用纳米压印胶后,掩埋生长质量不佳,出现大量位错的问题,提出了多层掩膜去除纳米压印胶残胶的方法。该方法大大提高了光栅掩埋质量,极大地降低了最终器件的阈值,达到商用标准。对金属有机物气相沉淀（MOCVD）对接生长工艺进行了系统地研究。讨论了介质膜刻蚀以及InP刻蚀方法对最终对接生长质量的影响。改进了湿法腐蚀策略,并调整干法刻蚀参数,最终完成了高质量的对接材料生长。结合前述纳米压印工艺,提出了前置光栅制作而后对接生长的新工艺顺序,解决了对接生长工艺后,有源区表面相对无源区表面凹陷,纳米压印工艺难以实施在有源区的问题。采用新工艺,完成了高质量内藏光栅单片集成外延材料的制备。系统地研究了等离子诱导量子阱混杂单片集成工艺,提出了基于灰度掩膜的等离子诱导量子阱混杂方法,实现了同一外延片上多个带隙及连续带隙的横向集成。详细研究讨论了掩膜版占空比及条纹宽度对等离子诱导量子阱混杂程度的影响。研究了单片集成器件中多种波导结构横向单片集成问题。提出了新型自对准光刻工艺。利用光刻胶上生长二氧化硅,并进一步使用lift-off工艺剥离二氧化硅的方式,实现了多种去除方式的多掩膜自对准套刻,完成了多种波导结构横向单片集成的高质量制作。在前述理论设计及相关配套工艺研究的支持下,实际制作了用于集成的各种分立器件包括16通道1550nm波段密集波分复用（DWDM）阵列激光器、4通道1310nm波段粗波分复用（CWDM）阵列激光器、4通道InP基MMI耦合器、16通道InP基AWG器件。对阵列器件热调谐串扰进行了测试与分析。利用X射线衍射（XRD）、光荧光（PL）系统地分析了纳米压印光栅制作工艺对量子阱外延片的影响,研究了纳米压印光栅工艺对DFB半导体激光器寿命的影响。在前述理论设计,相关配套工艺研究及分立器件制作的基础上,完成了4通道DFB阵列激光器单片集成MMI耦合器的单片集成光源器件制作。器件平均阈值小于10mA,边摸抑制比大于50dB。完成了16通道DFB阵列激光器单片集成AWG合并器的单片集成光源制作,器件光谱边摸抑制比大于40dB,通道间隔1.6nnm,均方根误差小于0.1nnm。
胡服全[9]（2013）在《基于微纳结构高性能光探测器的研究》文中进行了进一步梳理随着大容量、高速率、长距离的WDM（波分复用）光纤通信系统的快速发展,对相关的光电子器件也提出了更高的要求,以满足不断升级的通信传输系统的高性能要求。具有微纳结构的光电集成器件,由于其结构紧凑、性能优越、制作工艺简单等优点已成为近年来光通信领域的热点研究课题,将是光通信器件的未来发展方向。本论文对基于微纳结构高性能光探测器进行了研究,主要对基于F-P（Fabry-Perot）腔结构滤波的波导探测器（Waveguide Photodetector, WGPD）、基于SOI（Silicon On Insulator）微环结构滤波的WGPD理论、制作工艺及性能进行了详细、深入的研究和分析。主要创新和研究成果如下：1.建立了倏逝波耦合WGPD模型,研究了其工作原理,理论分析并仿真了InP基长波长WGPD的量子效率、高速响应性能。根据仿真结果设计出了高速性能的InP基长波长WGPD版图,成功制作了不同吸收长度、不同形状电极的InP基长波长WGPD,并对器件性能进行了测试,测得吸收长度为20μm、50μm、100μm的InP基长波长WGPD在1550nm处,其各自量子效率为9.7%、14.2%、24%,由实验结果得到InP基长波长WGPD吸收长度大其量子效率也相对较大。2.制备了两种基于GaAs基F-P腔滤波的WGPD,实现了具有波长选择特性的InP基长波长WGPD。先建立了F-P腔的理论计算模型,以该模型为理论指导,完成了实验验证。然后将F-P腔引入到WGPD器中,设计出了两种具有F-P腔结构的InP基长波长WGPD,完成了器件的理论计算,并实验制备了这两种器件,它们由F-P腔滤波器和WGPD在水平方向上通过BCB键合而成。完成了器件测试,测得它们的光谱响应峰波长均位于1538nm处,光谱响应线宽均为0.3nm左右。3.提出了一种Si基F-P腔滤波波导与WGPD集成的具有波长选择性能的长波长光探测器,它由Si基F-P腔滤波波导和WGPD在水平方向上键合集成。Si基F-P腔由一个Si/Air DBR反射镜、Si腔体和一个Air/SiDBR反射镜构成。首先从理论上对Si基F-P腔滤波波导的性能进行了分析,然后分析了Si基F-P腔滤波波导与WGPD水平集成器件的性能。4.设计并制作了SOI单环、多环串联、多环并联结构的微环滤波器,并完成了测试和分析。先分析了微环谐振腔（Micro Ring Resonator, MRR）滤波器的工作原理,采用耦合模理论计算出了单个MRR,串联MRR和并联MRR滤波器的透射谱公式,并给出了MRR滤波器重要的性能参数方程。最后在理论基础上设计并制作了不同结构的微环滤波器,并完成了微环滤波器的测试。其中单环结构的微环滤波器实验结果与理论设计基本符合。5.成功制作了一种在Si基上集成SOI MRR与WGPD具有波长选择性能的长波长光探测器。首先设计了SOI MRR,对MRR的传输性能进行了理论分析,然后制作出SOI MRR,通过BCB把它与WGPD键合集成,并对制得的器件进行了实验测试,测试结果显示该器件有较好的光谱响应,其FSR（自由光谱范围）约为24nm,与理论计算相符,在波长1556nn处1V偏压下Through端的光探测器响应度为0.538μA/W。6.设计了一种基于SOI跑道谐振腔滤波的具有波长选择性能的长波长集成光探测器。该器件中的跑道型结构用于波长选择,并用COMSOL软件仿真了它的光场分布,理论分析了它的传输特性,其FSR与跑道型结构的长度成反比,随着直波导部分的长度或环半径的增加而减小。理论计算出集成器件的FSR约为17nm,在波长1550nm处的量子效率约为88%。
陈启林[10]（2013）在《GaN/AlGaN半导体异质结的材料生长研究》文中研究表明本论文基于GaN/AlGaN半导体异质结在光电子领域的广泛应用出发，研究半导体异质结的基本原理、基本理论和关键技术。利用AlGaN--Metal-organic Chemical VaporDeposition （MOCVD）系统分别从事了异质结材料生长前期的AlN模板的优化研究、紫外波段多量子阱结构的材料生长研究、AlGaN基分布式布拉格反射器的生长实验研究，得出以下结果：（1）在原子脉冲AlN模板的生长中，适当提高NH3和Al源流量来降低V/III值，能够有效抑制螺型位错的形成，但是不利于刃型位错的抑制。通过优化AlN模板生长工艺中的温度、源流量、生长时间等参数，成功地生长出晶体表面光滑的高质量的AlN模板，如可得到中心处厚度为307nm、均方根粗糙度为0.62nm、（002）面半高峰宽为93.66″的高质量AlN模板。（2）研究AlxGa1-xN/AlyGa1-yN-多量子阱外延层生长中垒层和阱层的Al源流量、垒层和阱层的Ga源流量以及各生长时间，获得用于288nm紫外波段PL强度很大的量子阱结构。结果表明，在量子阱生长中温度的变化、厚度的偏离等都会影响到设计波长的漂移。量子阱垒层生长中Ga源流量、生长温度以及量子阱厚度的设计，存在着最优值区间，若有偏离则不利于获得高质量量子阱结构。另外，具有量子阱吸收效应的异质结表现出很强的PL发光强度。（3）通过合理地设定Al组分、Distributed Bragg Reflection （DBR）层数以及每层厚度，能够生长出晶体质量良好、表面形貌平滑、310nm处具有明显反射率现象的AlxGa1-xN/AlyGa1-yN-分布式布拉格反射器结构。
二、MOCVD生长InP/GaInAsP DBR结构及相关材料特性（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、MOCVD生长InP/GaInAsP DBR结构及相关材料特性（论文提纲范文）
（1）基于InP/ZnS量子点的全彩色Micro-LED陈列显示器件设计及制作研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 平板显示器件概述 |
| 1.1.1 LCD显示器件 |
| 1.1.2 OLED显示器件 |
| 1.1.3 QLED显示器件 |
| 1.1.4 Micro-LED显示器件 |
| 1.2 单色Micro-LED阵列器件研究现状 |
| 1.3 全彩色Micro-LED显示器件研究状况 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 LED基础理论 |
| 2.1 蓝光LED材料基础 |
| 2.1.1 GaN晶体结构及材料特性 |
| 2.1.2 蓝光LED外延片材料 |
| 2.2 LED发光机理 |
| 2.3 LED电学特性 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 全彩色Micro-LED显示器件结构设计 |
| 3.1 全彩色Micro-LED显示器件整体结构设计 |
| 3.2 量子点色转换层结构设计 |
| 3.3 蓝光Micro-LED阵列结构设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 量子点色转换层工艺流程设计及制作分析 |
| 4.1 量子点色转换层制备工艺流程设计 |
| 4.2 色转换层基板制作 |
| 4.2.1 500 nmDBR滤光膜层的制备 |
| 4.2.2 图案化DBR滤光膜层制备 |
| 4.2.3 PDMS膜层制备 |
| 4.3 InP/ZnS量子点色转换层制备 |
| 4.3.1 喷墨打印技术图案化量子点色转换层制备 |
| 4.3.2 基于Lift-off工艺图案化量子点膜层制备方法 |
| 4.4 InP/ZnS量子点膜层蓝光吸收特性分析 |
| 4.5 DBR滤光膜层蓝光抑制特性分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 蓝光Micro-LED阵列的关键制作技术研究 |
| 5.1 蓝光Micro-LED阵列工艺流程设计 |
| 5.2 蓝光Micro-LED阵列器件关键工艺验证 |
| 5.2.1 CMOS驱动背板与外延片的金属键合 |
| 5.2.2 蓝宝石衬底激光剥离 |
| 5.2.3 LED外延层的刻蚀 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（2）氮化物半导体FP谐振腔中激子光子相互作用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 Ⅲ族氮化物半导体材料的结构与性质 |
| 1.1.1 基本结构 |
| 1.1.2 材料特性 |
| 1.1.3 光学特性 |
| 1.2 氮化物半导体FP谐振腔结构研究进展 |
| 1.2.1 FP谐振腔种类 |
| 1.2.2 激子-光子弱耦合作用:VCSEL研究进展 |
| 1.2.3 激子-光子强耦合作用:激子极化激元 |
| 1.3 InGaN量子阱谐振腔中存在的问题 |
| 1.4 本论文的主要工作 |
| 参考文献 |
| 第二章 谐振腔中激子与光子的相互作用原理 |
| 2.1 激子 |
| 2.1.1 半导体中激子 |
| 2.1.2 量子阱中的激子 |
| 2.2 激子-光子相互作用 |
| 2.2.1 弱相互作用 |
| 2.2.2 强相互作用 |
| 2.3 谐振腔长度的影响 |
| 2.4 InGaN量子阱谐振腔结构设计与分析 |
| 2.4.1 分布布拉格反射镜 |
| 2.4.2 光场分布和光限制因子 |
| 2.4.3 谐振模式与纵模间距 |
| 2.4.4 谐振腔的品质因子 |
| 2.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 谐振腔制备工艺和实验测试方法 |
| 3.1 MOCVD生长技术 |
| 3.2 谐振腔制备的关键技术 |
| 3.2.1 键合技术 |
| 3.2.2 激光剥离 |
| 3.2.3 化学机械抛光 |
| 3.3 荧光测试方法 |
| 3.3.1 光致发光 |
| 3.3.2 傅里叶角分辨测试系统 |
| 3.3.3 时间分辨测量 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 低阈值InGaN量子阱VCSEL制备与激射特性研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 谐振腔制备工艺 |
| 4.2.1 谐振腔制备工艺流程 |
| 4.2.2 键合工艺的改进与参数优化 |
| 4.2.3 激光剥离工艺改进与参数优化 |
| 4.2.4 化学机械抛光工艺改进与参数优化 |
| 4.3 低阈值VCSEL激射特性 |
| 4.3.1 VCSEL结构和测试系统 |
| 4.3.2 VCSEL激射特性分析 |
| 4.4 低阈值VCSEL激射分析 |
| 4.4.1 VCSEL激射阈值与谐振腔腔长之间的关系 |
| 4.4.2 VCSEL激射阈值与耦合量子阱以及表面粗糙度的关系 |
| 4.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 激子与光子的强耦合作用 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 激子-光子强相互作用研究方法 |
| 5.2.1 谐振腔制备工艺与测试方法 |
| 5.2.2 耦合量子阱光学特性 |
| 5.3 谐振腔中激子极化激元的光学特性 |
| 5.3.1 激子极化激元的色散 |
| 5.3.2 激子散射对强耦合作用的影响 |
| 5.3.3 楔形谐振腔中的激子极化激元的色散 |
| 5.4 InGaN量子阱谐振腔中激子极化激元激射特性 |
| 5.4.1 激子极化激元激射的物理机制 |
| 5.4.2 激子极化激元激射特性 |
| 5.5 激子极化激元激射与光子激射的性质对比 |
| 5.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 在学期间发表论文 |
| 致谢 |
（3）光通信系统中新型单行载流子光探测器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 主要工作及结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 光通信系统中UTC-PD的研究进展 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 UTC-PD在数字通信系统中的应用 |
| 2.3 UTC-PD在模拟通信系统中的应用 |
| 2.4 UTC-PD研究现状 |
| 2.4.1 高速UTC-PD研究现状 |
| 2.4.2 大功率UTC-PD研究现状 |
| 2.4.3 UTC-PD阵列研究现状 |
| 2.4.4 零偏压和低偏压UTC-PD研究现状 |
| 2.4.5 光探测器与亚波长光栅的集成 |
| 2.5 UTC-PD的性能参数 |
| 2.5.1 量子效率和响应度 |
| 2.5.2 响应时间和3dB带宽 |
| 2.5.3 暗电流和噪声 |
| 2.5.4 介电弛豫时间 |
| 2.5.5 输出饱和电流 |
| 2.6 UTC-PD的小信号模型 |
| 2.7 UTC-PD制备工艺现状 |
| 2.8 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 高速高饱和MUTC-PD的设计与研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 UTC-PD仿真理论基础 |
| 3.2.1 基本方程与求解方法 |
| 3.2.2 仿真常用物理模型 |
| 3.2.3 材料参数计算 |
| 3.3 MUTC-PD的设计思想 |
| 3.4 MUTC-PD性能的优化 |
| 3.4.1 吸收层掺杂分布的优化 |
| 3.4.2 收集层掺杂分布的优化 |
| 3.4.3 输出饱和电流与响应度性能分析 |
| 3.4.4 高光强处理能力分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 高速高响应度HA-UTC-PD的设计与优化 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 HA-UTC-PD本征吸收层优化的理论基础 |
| 4.2.1 HA-UTC-PD的小信号模型 |
| 4.2.2 HA-UTC-PD带宽最大化理论 |
| 4.3 偏压对HA-UTC-PD性能的影响 |
| 4.3.1 高速响应与输出电流性能分析 |
| 4.3.2 能带与电场性能分析 |
| 4.3.3 低频区域带宽性能的优化 |
| 4.4 本征吸收层厚度对HA-UTC-PD性能的影响 |
| 4.4.1 零偏压下器件性能分析 |
| 4.4.2 低偏压下器件的性能分析 |
| 4.4.3 2 V偏压下器件性能分析 |
| 4.5 HA-UTC-PD性能分析 |
| 4.5.1 响应度与输出电流性能分析 |
| 4.5.2 带宽与直流输出饱和电流趋势分布 |
| 4.5.3 响应度带宽积分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 UTC-PD的工艺制备与性能测试 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 器件结构的外延生长 |
| 5.3 外延片的质量测试与分析 |
| 5.3.1 XRD测试与性能分析 |
| 5.3.2 ECV测试与性能分析 |
| 5.4 器件的工艺制备 |
| 5.5 器件的性能测试与分析 |
| 5.5.1 暗电流测试 |
| 5.5.2 响应度和量子效率测试 |
| 5.5.3 高速响应性能测试 |
| 5.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 准单片集成新型UTC-PD的设计与研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 高反射率DBRs的性能分析 |
| 6.2.1 InP/InGaAsP-DBR的性能分析 |
| 6.2.2 GaAs/AlGaAs-DBR的性能分析 |
| 6.3 准单片集成HR-UTC-PD的设计思想 |
| 6.4 准单片集成HR-UTC-PD的工艺制备 |
| 6.5 准单片集成HR-UTC-PD的性能测试 |
| 6.5.1 暗电流测试 |
| 6.5.2 响应度性能测试 |
| 6.5.3 直流饱和性能测试 |
| 6.5.4 交流饱和性能测试 |
| 6.5.5 高速响应性能测试 |
| 6.6 准单片集成NP-CC-SWG与UTC-PD结构 |
| 6.6.1 亚波长光栅的会聚理论 |
| 6.6.2 NP-CC-SWG的会聚性能测试 |
| 6.6.3 准单片集成NP-CC-SWG与UTC-PD性能测试 |
| 6.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 未来工作展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表学术论文及参与项目情况 |
（4）可调谐半导体激光器与光子集成器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1. 光纤接入网 |
| 1.2. 光子集成技术简介 |
| 1.2.1. 铟磷单片集成 |
| 1.2.2. 硅基混合集成 |
| 1.3. 半导体激光器简介 |
| 1.3.1. 半导体激光器基本原理 |
| 1.3.2. 谐振腔类型 |
| 1.3.3. 新型半导体激光器 |
| 1.4. 可调谐激光器实现方案 |
| 1.4.1. 可调谐激光器基本原理 |
| 1.4.2. 铟磷可调谐激光器 |
| 1.4.3. 硅基可调谐激光器 |
| 1.5. 论文的主要工作及创新点 |
| 1.5.1. 课题研究的目的和意义 |
| 1.5.2. 论文的主要工作 |
| 1.5.3. 论文的创新点 |
| 参考文献 |
| 第二章 铟磷串联可调谐激光器 |
| 2.1. 重构-等效啁啾(REC)技术 |
| 2.2. 基于REC技术的可调谐激光器设计 |
| 2.2.1. 基本思路 |
| 2.2.2. 光栅设计 |
| 2.3. 基于REC技术的可调谐激光器制造工艺 |
| 2.3.1. 外延生长 |
| 2.3.2. 光栅制造 |
| 2.3.3. 后续工艺 |
| 2.3.4. 耦合封装 |
| 2.4. 实验结果及应用讨论 |
| 2.4.1. 三段串联可调谐激光器 |
| 2.4.2. 八段串联可调谐激光器 |
| 2.4.3. 啁啾单相移激光器 |
| 2.5. 串联可调谐激光器存在的问题及解决方案 |
| 2.5.1. 模式稳定性 |
| 2.5.2. 成品率 |
| 2.5.3. 其它问题 |
| 2.6. 量子阱偏移(Offset)光子集成方案研究 |
| 2.7. 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 硅基可调谐激光器 |
| 3.1. 芯片键合工艺 |
| 3.2. 耦合结构 |
| 3.2.1. 耦合光栅 |
| 3.2.2. 模式变换器 |
| 3.3. 硅基可调谐激光器设计 |
| 3.3.1. 设计思路 |
| 3.3.2. 波导模式 |
| 3.3.3. 光栅设计 |
| 3.3.4. 模式变换器设计 |
| 3.3.5. 电学特性设计 |
| 3.3.6. 热学特性设计 |
| 3.4. 硅基可调谐激光器制造工艺 |
| 3.4.1. 制造工艺概述 |
| 3.4.2. 铟磷材料生长 |
| 3.4.3. 硅基芯片制作 |
| 3.4.4. 键合工艺 |
| 3.4.5. 波导制作 |
| 3.4.6. 量子阱表面处理 |
| 3.4.7. 调谐层刻蚀及激光器隔离 |
| 3.4.8. 平坦化工艺 |
| 3.4.9. 电极制作 |
| 3.4.10. 接触特性测试 |
| 3.5. 实验结果讨论 |
| 3.5.1. 光泵浦 |
| 3.5.2. 电泵浦 |
| 3.6. 硅基可调谐激光器存在的问题及解决方案 |
| 3.7. 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 结论与展望 |
| 4.1. 结论 |
| 4.2. 展望 |
| 博士期间发表成果 |
| 致谢 |
（5）InGaN异质结构及其太阳能光电化学电池分解水制氢技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 光电化学电池的原理与结构 |
| 1.1.1 太阳能光电化学电池的基本原理 |
| 1.1.2 太阳能光电化学电池的结构 |
| 1.2 光电极材料选择及研究进展 |
| 1.2.1 光电极材料选择规则 |
| 1.2.2 光电化学电池发展简史 |
| 1.3 影响太阳能光电化学电池转化效率的因素 |
| 1.4 提高太阳能光电化学电池转化效率的方法 |
| 1.5 Ⅲ族氮化物概述与发展历史 |
| 1.6 论文结构与研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 C面INGAN/GAN异质结生长与性质研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 INGAN合金薄膜MOCVD生长 |
| 2.2.1 生长温度对InGaN薄膜的影响 |
| 2.3 INGAN合金薄膜缺陷分析 |
| 2.3.1 InGaN合金薄膜中缺陷形貌与形成机制 |
| 2.3.2 InGaN合金薄膜中缺陷对光学性质的影响 |
| 2.4 INGAN/GAN子阱结构MOCVD生长 |
| 2.4.1 InGaN/GaN p-i-n异质结结构 |
| 2.4.2 InGaN/GaN多量子阱(MQW)结构 |
| 2.5 本章总结 |
| 参考文献 |
| 第三章 IN_xGA_(1-x)N薄膜光电化学电池研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 INGAN材料光电化学电池工作原理与实验方法 |
| 3.3 INGAN合金薄膜光电极制备 |
| 3.4 INGAN合金薄膜光电极光电化学性能研究 |
| 3.5 掺杂对光电化学性能影响研究 |
| 3.6 表面处理对光电化学性能影响研究 |
| 3.7 本章总结 |
| 参考文献 |
| 第四章 INGAN/GAN材料P-I-N异质结光电化学电池研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 INGAN/GAN材料P-I-N异质结光电极器件设计与制备 |
| 4.3 INGAN/GAN材料P-I-N异质结光电极器件性能研究 |
| 4.4 INGAN/GAN材料P-I-N纳米光电极器件研究 |
| 4.4.1 InGaN/GaN材料p-i-n纳米光电极器件制备 |
| 4.4.2 InGaN/GaN材料p-i-n纳米光电极器件光电化学性能研究 |
| 4.5 本章总结 |
| 参考文献 |
| 第五章 INGAN/GAN多量子阱(MQW)光电化学电池研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 INGAN/GAN多量子阱(MQW)光电化学电池设计与制备 |
| 5.3 INGAN/GAN多量子阱(MQW)纳米结构光电极研究 |
| 5.3.1 InGaN/GaN多量子阱(MQW)纳米结构光电极制备 |
| 5.3.2 InGaN/GaN多量子阱(MQW)纳米结构光电极性能研究 |
| 5.3.3 极化电场调控对光电极器件的影响 |
| 5.4 纳米结构光电极的辅助光学设计与研究 |
| 5.4.1 DBR结构设计与制备 |
| 5.4.2 DBR结构对纳米光电极器件性能的影响 |
| 5.5 本章总结 |
| 参考文献 |
| 第六章 结论 |
| 致谢 |
| 攻读博士研究生期间发表学术论文，参加学术会议和申请专利情况 |
（6）垂直腔面发射激光器性能及GaInNAs材料外延生长研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 目录 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 垂直腔面发射激光器的历史与发展 |
| 1.1.1 垂直腔面发射激光器的历史 |
| 1.1.2 垂直腔面发射激光器的发展 |
| 1.2 垂直腔面发射激光器的特点与应用 |
| 1.2.1 垂直腔面发射激光器的特点 |
| 1.2.2 垂直腔面发射激光器的应用 |
| 1.3 长波长垂直腔面发射激光器的研究存在问题 |
| 1.4 本论文的研究工作 |
| 第二章 MOCVD 外延技术 |
| 2.1 MOCVD 外延生长原理 |
| 2.1.1 外延技术种类 |
| 2.1.2 MOCVD 外延技术生长原理 |
| 2.2 MOCVD 外延生长系统 |
| 2.2.1 源供给系统 |
| 2.2.2 气体输运和流量控制系统 |
| 2.2.3 反应室与装载室(LoadLock) |
| 2.2.4 温度控制系统 |
| 2.2.5 有毒气体的处理（TGA）系统 |
| 2.2.6 在位监测系统 EPIMETRIC |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 垂直腔面发射激光器(VCSEL) |
| 3.1 垂直腔面发射激光器的工作原理 |
| 3.1.1 VCSEL 原理 |
| 3.1.2 影响 VCSEL 因素 |
| 3.2 垂直腔面发射激光器的结构理论计算 |
| 3.2.1 DBR 反射镜 |
| 3.2.2 量子阱有源区 |
| 3.3 GaInNAs/GaAs 量子阱材料 |
| 3.3.1 GaInNAs 材料特性 |
| 3.5 GaInNAs/GaAs 的应变量子阱增益计算 |
| 3.5.1 应变对量子阱的影响 |
| 3.5.2 GaInNAs/GaAs 的 QW 能带 |
| 3.5.3 GaInNAs/GaAs 的 QW 增益 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 垂直腔面发射激光器的模拟计算 |
| 4.1 模拟软件 PICS3D |
| 4.1.1 PICS3D |
| 4.2 模拟计算分析 |
| 4.2.1 DBR 模拟 |
| 4.2.2 量子阱有源区 |
| 4.2.3 850nm GaAs/ AlGaAs VCSEL 模拟 |
| 4.2.4 980nm GaInAs/GaAs VCSEL 模拟 |
| 4.3 实验测试结果 |
| 4.3.1 850nm VCSEL 测试结果 |
| 4.3.2 980nmVCSEL 测试结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 GaInNAs 材料的生长与测试 |
| 5.1 GaInNAs 材料 |
| 5.2 GaInNAs 材料的 MOCVD 生长 |
| 5.2.1 生长方案的确定 |
| 5.2.2 本实验 GaInNAs 材料的 MOCVD 生长 |
| 5.3 外延材料质量检测 |
| 5.3.1 InGaAs 材料测试 |
| 5.3.2 GaInNAs 材料测试 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
（7）反波导面发射激光器及其二维耦合阵列研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 目录 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 垂直腔面发射激光器的发展历程 |
| 1.2 反波导垂直腔面发射激光器 |
| 1.3 二维耦合垂直腔面发射激光器阵列 |
| 1.4 本文的主要工作 |
| 1.5 内容安排 |
| 第2章 垂直腔面发射激光器的理论基础 |
| 2.1 垂直腔面发射激光器的基本原理 |
| 2.2 垂直腔面发射激光器的模式特性 |
| 2.2.1 垂直腔面发射激光器的纵模特性 |
| 2.2.2 垂直腔面发射激光器的横模特性 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 质子注入关键技术研究 |
| 3.1 注入形成绝缘层的机理 |
| 3.2 注入参数的确定 |
| 3.3 质子注入型垂直腔面发射激光器的制备 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 反波导垂直腔面发射激光器 |
| 4.1 反波导面发射激光器的基本原理 |
| 4.2 ARROW结构的模式及其损耗分析 |
| 4.2.1 模型的建立 |
| 4.2.2 光场的计算和分析 |
| 4.2.3 损耗分析 |
| 4.2.4 FDTD 仿真结果与分析 |
| 4.3 二次外延反波导面发射激光器 |
| 4.3.1 腔诱导结构 |
| 4.3.2 MOCVD 及二次外延 |
| 4.3.3 器件制备与分析 |
| 4.4 基于介质膜反射镜的反波导面发射激光器 |
| 4.4.1 器件的制备 |
| 4.4.2 测试与分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 质子注入型同相耦合阵列 |
| 5.1 质子注入型阵列的弱反波导效应的模型建立 |
| 5.2 具有高光束质量的 2×2 同相耦合阵列 |
| 5.2.1 阵列掩膜的制备 |
| 5.2.2 测试与分析 |
| 5.3 3×3 同相耦合阵列 |
| 5.4 堆密积阵列 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
（8）WDM-PON用单片集成光源芯片的理论与实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 光通信发展概述 |
| 1.2 光子芯片及其集成技术发展 |
| 1.3 WDM-PON技术及其相关光电子集成器件简介 |
| 1.4 DFB激光器阵列及相关光耦合器件 |
| 1.5 本论文的主要内容和意义 |
| 2 半导体激光器的模拟仿真与设计 |
| 2.1 量子阱半导体激光器模拟的理论模型 |
| 2.2 量子阱半导体激光器材料及增益求解 |
| 2.3 量子阱半导体激光器器件模拟 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 光波导器件仿真 |
| 3.1 光波导器件模拟的波束传播法 |
| 3.2 MMI器件设计及模拟 |
| 3.3 AWG器件的设计与模拟 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 集成器件制作工艺研究 |
| 4.1 DFB半导体激光器内藏光栅的纳米压印制作研究 |
| 4.2 InP基光子器件单片集成工艺研究 |
| 4.3 自对准光刻工艺研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 分立器件的制作与测试 |
| 5.1 阵列DFB激光器的制作与测试 |
| 5.2 InP基AWG,MMI的制作与测试 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 集成器件制作与测试 |
| 6.1 四通道阵列激光器集成MMI合波器件的制作与测试 |
| 6.2 16通道阵列激光器与16通道AWG器件单片集成器件 |
| 6.3 本章小结 |
| 7 全文总结 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读博士学位期间发表的论文 |
（9）基于微纳结构高性能光探测器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 目录 |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文的研究背景和意义 |
| 1.2 论文的结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 基于微纳结构集成光探测器的研究进展 |
| 2.1 微纳结构的研究进展及应用 |
| 2.1.1 微环谐振腔的研究进展及应用 |
| 2.1.2 亚波长光栅的研究进展及应用 |
| 2.2 光探测器的研究进展 |
| 2.2.1 垂直入射型光探测器(VPD) |
| 2.2.2 边入射型光探测器(WGPD) |
| 2.3 基于微纳结构集成光探测器的研究进展 |
| 2.3.1 基于微环结构的集成光探测器 |
| 2.3.2 基于光栅结构的集成光探测器 |
| 2.3.3 基于AWG结构的集成光探测器 |
| 2.3.4 基于Fabry-Perot结构的集成光探测器 |
| 2.4 光子集成的发展及其在WDM光纤通信中的应用 |
| 2.4.1 光子集成的简介 |
| 2.4.2 光子集成的发展 |
| 2.4.3 光子集成在WDM光纤通信中的应用 |
| 2.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 InP基长波长波导探测器的研究与制备 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 波导探测器(WGPD)的基本原理 |
| 3.3 WGPD的性能参数 |
| 3.3.1 量子效率和响应度 |
| 3.3.2 响应速度和3dB带宽 |
| 3.3.3 噪声性能和暗电流 |
| 3.4 InP基长波长WGPD性能仿真 |
| 3.5 InP基长波长WGPD的材料生长 |
| 3.6 InP基长波长WGPD外延片的质量测试 |
| 3.6.1 X射线双晶衍射仪(XRD) |
| 3.6.2 荧光光谱(PL)仪 |
| 3.7 InP基长波长WGPD的制备工艺 |
| 3.7.1 WGPD的版图设计 |
| 3.7.2 器件的制作工艺 |
| 3.8 InP基长波长波导探测器的性能测试 |
| 3.8.1 器件暗电流的测试 |
| 3.8.2 器件光谱响应测试 |
| 3.8.3 器件频率响应测试 |
| 3.9 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 基于Fabry-Perot腔滤波的波导探测器研究 |
| 4.1 GaAs基Fabry-Perot腔与InP基波导探测器集成(一) |
| 4.1.1 Fabry-Perot理论计算模型 |
| 4.1.2 Fabry-Perot腔透射谱的实验验证结果 |
| 4.1.3 Fabry-Perot腔与InP基波导探测器集成 |
| 4.1.4 器件的测试 |
| 4.2 GaAs基Fabry-Perot腔与InP基波导探测器集成(二) |
| 4.2.1 前言 |
| 4.2.2 器件的基本结构 |
| 4.2.3 器件的理论分析 |
| 4.2.4 器件的外延生长 |
| 4.2.5 器件的制备工艺 |
| 4.2.6 器件的测试及讨论 |
| 4.3 Si基Fabry-Perot腔滤波的光探测器设计 |
| 4.3.1 前言 |
| 4.3.2 Si基F-P腔结构设计及仿真 |
| 4.3.3 Si基F-P腔与光探测器集成设计 |
| 4.3.4 仿真结果与讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 微环谐振腔滤波器的研究 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 微环谐振腔基本理论 |
| 5.2.1 微环谐振腔结构 |
| 5.2.2 微环谐振腔耦合理论 |
| 5.3 微环谐振腔的耦合系数 |
| 5.4 微环谐振腔性能参数 |
| 5.5 微环滤波器的设计 |
| 5.6 微环滤波器的制作 |
| 5.7 微环滤波器的测试 |
| 5.7.1 微环滤波器测试系统搭建 |
| 5.7.2 微环滤波器性能测试 |
| 5.8 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 基于微环谐振腔滤波的波导探测研究 |
| 6.1 具有微环谐振腔结构的WGPD设计 |
| 6.1.1 前言 |
| 6.1.2 理论计算与特性分析 |
| 6.1.3 材料生长和器件制备 |
| 6.1.4 器件的集成设计 |
| 6.1.5 实验测试和结果分析 |
| 6.1.6 结论 |
| 6.2 具有跑道谐振腔结构的WGPD设计 |
| 6.2.1 前言 |
| 6.2.2 跑道谐振腔理论 |
| 6.2.3 器件的设计 |
| 6.2.4 结果与讨论 |
| 6.2.5 结论 |
| 6.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 总结 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文 |
（10）GaN/AlGaN半导体异质结的材料生长研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 异质结的研究意义 |
| 1.2 异质结的研究现状与课题来源 |
| 1.3 本文的主要内容与组织结构 |
| 2 异质结的原理 |
| 2.1 异质结的基本模型和主要性质 |
| 2.2 超晶格与量子阱 |
| 2.3 异质结的材料技术 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 AlGaN 异质结中 AlN 模板的生长研究 |
| 3.1 材料生长的设备与测试、表征手段 |
| 3.2 AlN 模板的优化实验 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 用于 310nm 紫外波段 AlGaN 多量子阱的生长 |
| 4.1 AlGaN 多量子阱（MQWs）工艺设计与生长 |
| 4.2 多量子阱外延片的表征与分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 分布式布拉格反射器的生长 |
| 5.1 分布式布拉格反射器的性能指标 |
| 5.2 AlGaN 基分布式布拉格反射器（DBR）的生长 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 论文实验工作总结 |
| 6.2 实验工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
四、MOCVD生长InP/GaInAsP DBR结构及相关材料特性（论文参考文献）
- [1]基于InP/ZnS量子点的全彩色Micro-LED陈列显示器件设计及制作研究[D]. 王家先. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2020(08)
- [2]氮化物半导体FP谐振腔中激子光子相互作用研究[D]. 吴瑾照. 厦门大学, 2019(07)
- [3]光通信系统中新型单行载流子光探测器的研究[D]. 陈庆涛. 北京邮电大学, 2018(09)
- [4]可调谐半导体激光器与光子集成器件研究[D]. 李连艳. 南京大学, 2015(05)
- [5]InGaN异质结构及其太阳能光电化学电池分解水制氢技术研究[D]. 陶涛. 南京大学, 2015(01)
- [6]垂直腔面发射激光器性能及GaInNAs材料外延生长研究[D]. 崔明. 北京工业大学, 2014(03)
- [7]反波导面发射激光器及其二维耦合阵列研究[D]. 毛明明. 北京工业大学, 2014(03)
- [8]WDM-PON用单片集成光源芯片的理论与实验研究[D]. 赵建宜. 华中科技大学, 2014(07)
- [9]基于微纳结构高性能光探测器的研究[D]. 胡服全. 北京邮电大学, 2013(01)
- [10]GaN/AlGaN半导体异质结的材料生长研究[D]. 陈启林. 华中科技大学, 2013(06)