氮化镓量子阱波导及波导集成器件的研究

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3、。一。本人学位论文及，愿涉及相关资料若有不实意承担切相关的法律责任．。ｔ．ｙｋ叫：日：研巧生签名期１南京邮大用权声明电学学位论文使授本人授权南京邮电大学可保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子文档；论查和可Ｗ论文全入有关进可Ｗ允许文被阅借阅；将学位的部或部分内容编数据库行检索；、缩描、汇论文。电档的内容和纸质论采用影印印或扫等复制手段保存编本学位本文子文文一生致。）理。的论的公布（包南京邮电大学研究办内容相文括刊登授权院密位论在后适。涉学文解密用本授权书．生文Ｐ研签：ｆ：日；八究名耐导师签名期！Theresearc

4、hontheGaNquantumwellwaveguideandwaveguideintegrateddevicesThesisSubmittedtoNanjingUniversityofPostsandTelecommunicationsfortheDegreeofMasterofEngineeringByDanBaiSupervisor:Prof.YongjinWangMarch2016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

5、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

6、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

7、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）。IAbstractInthefieldofmodernopticalcommunication,planarintegratedphotonicdeviceshavetheadvantagesofsmallsize,highst

8、abili