氮化镓量子阱波导及波导集成器件的研究-电子与通信工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 南京邮电大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 研究生签名： 日期： 南京邮电大学学位论文使用授权声明 本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档； 允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索；可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质论文 的内容相一致。论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院办理。 涉密学位论文在解密后适用本授权书。 研究生签名： 导师签名： 日期： 摘要 在现代光通信领域，平面集成光子器件凭借其尺寸小、稳定性高和可重复性等优点，具 有广阔的使用价值和应用前景。III-V 族的氮化物半导体材料在可见光范围内具有优良的光电 特性，可利用氮化物材料制备各种光源器件、平面光子器件，从而为制备面向可见光平面通 信的集成光子器件奠定了基础。介质光波导是集成光子器件中基本的光学回路，用于控制光 波的传输。研究氮化物量子阱波导，是研制面向可见光平面通信集成光子器件的重要前提。 本文基于氮化镓(GaN)量子阱材料，对大尺寸悬空氮化物光波导、悬空氮化物集成波导器 件，以及 LED 光源与悬空波导集成器件和基于悬空氮化物光波导的平面集成光子器件进行了 理论模拟，设计优化，工艺制备和测试分析等多方面工作，所做主要工作包括： 利用有效折射率(EIM)方法、有限元(FEM)理论和时域有限差分(FDTD)算法，对可见光波 长的悬空氮化物波导进行了模式和传输特性理论分析，提出了结构优化方案，以及悬空氮化 物集成波导器件的设计、制备方案。利用扫面电镜(SEM)、原子力显微系统(AFM)和拉曼 (Raman)系统对器件进行了结构和光致发光(PL)测试； 提出并设计了悬空氮化物平面多分支波导器件，采用快速原子束刻蚀(FAB)和背后减薄技 术在悬空 GaN 薄膜上制备出多分支器件，实现可见光平面 1 ??N 的多路复用传输功能。利用 拉曼(Raman)系统对器件进行了性能测试，并结合时域有限差分(FDTD)算法对器件结构进行 了理论仿真，为进一步实现电致 LED 器件与悬空波导的集成做好了前期工作； 提出并设计了氮化物 LED 光源与悬空波导集成器件，采用氮化物刻蚀与背后硅刻蚀等技 术，实现可见光波段氮化物 LED 光源沿波导平面耦合与传输。利用本实验室半导体参数仪系 统对器件进行了测试，并对实验结果进行了分析，实验现象与设计初衷相符，同时通过实验 测试了 LED 器件的光电探测功能，为实现单片光子集成器件奠定了基础。 关键词: 波导，光子集成，氮化镓，时域有限差分法，发光二极管（LED）。 I Abstract In the field of modern optical communication, planar integrated photonic devices have the advantages of small size, high stability and repeatability, and have broad application value and prospect. Nitride semiconductor materials in the III-V family have excellent photoelectric properties in the visible range, which can be used to fabricate various light source devices and planar photonic devices, so as to lay a foundation for the fabrication of integrated photonic devices based on the planar optical communication. Dielectric waveguide is the basic optical circuit in integrated photonic device, which is used to control the transmission of light wave. Research