面向可见光通信的InGaN多量子阱光电器件的研究

发布时间：2021-04-24 23:59

　　随着无线通信瓶颈的出现,可见光通信进入人们的视野中,而发光二极管以其响应速度快、功耗小、快速反应等优点,普遍应用到可见光通信中。基于GaN材料的光子结构器件具有发射、透射、调制和探测的能力,对于可见光波段的光电器件的集成具有很大的意义。InGaN/GaN多量子阱二极管具有宽带发射。因此,当MQW二极管用作光电二极管时,它可以在发射光谱一半的短波长内有所响应。本文主要对多量子阱二极管空间发光和探测能力进行了研究,成功实现了硅衬底GaN基可见光通信芯片。主要工作成果如下:本文我们在硅衬底GaN晶圆上设计了片上光子集成系统,设计光源和探测器使用相同的InGaN/GaN多量子阱二极管结构和加工过程,利用硅去除和背面晶圆蚀刻技术,将光源、波导和探测器加工制备在悬空薄膜上,形成片上可见光通信系统。硅衬底GaN基可见光通信芯片包括一对悬空的MQWD和连接的波导。当一个MQWD作为光源,另一个作为探测器时,形成平面内单向可见光通信系统,传输速率到100Mbps;当两个MQWD同时作为光源和探测器时,形成平面内同时同频全双工通信系统,传输速率到1MHz;当其中一个MQWD作为光源,外部用商用探测器接收时... 

【文章来源】：南京邮电大学江苏省

【文章页数】：56 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
专用术语注释表
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 III族氮化物半导体材料的发展
        1.1.2 GaN基器件的发展
        1.1.3 可见光通信器件的发展
    1.2 国内外研究现状
    1.3 论文的主要研究内容
    1.4 论文的组织结构
第二章 硅衬底GaN基光电器件的研究基础
    2.1 GaN基发光二极管
        2.1.1 LED发光原理
        2.1.2 LED的伏安特性
        2.1.3 GaN基 LED结构
    2.2 GaN基光电探测器
        2.2.1 光电探测器工作原理
        2.2.2 GaN基光电探测器的分类
    2.3 本章小结
第三章 基于InGaN/GaN多量子阱的可见光通信芯片
    3.1 概述
    3.2 晶圆外延结构
    3.3 芯片的制备
        3.3.1 制备工艺介绍
        3.3.2 芯片制备流程
    3.4 器件性能分析
        3.4.1 基于InGaN多量子阱二极管的伏安特性
        3.4.2 光电和电光的转换性能
        3.4.3 光谱特性测试
    3.5 本章小结
第四章 基于InGaN/GaN多量子阱的可见光通信系统
    4.1 概述
    4.2 平面内单向可见光通信系统
    4.3 平面外单向可见光通信系统
    4.4 平面内全双工通信系统
    4.5 本章小结
第五章 空间同时发光与探测的测试与分析
    5.1 空间发光探测性能测试
        5.1.1 系统的搭建
        5.1.2 商用LED特性分析
    5.2 空间发光探测性能测试结果
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 论文工作总结
    6.2 未来工作展望
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文
附录2 攻读硕士学位期间申请的专利
附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]同质集成光源、光波导和光电探测器的可见光双工通信芯片[J]. 王永进,袁炜,袁佳磊,杨永超,GRNBERG Peter.  南京邮电大学学报(自然科学版). 2017(03)
[2]硅衬底高光效GaN基蓝色发光二极管[J]. 江风益,刘军林,王立,熊传兵,方文卿,莫春兰,汤英文,王光绪,徐龙权,丁杰,王小兰,全知觉,张建立,张萌,潘拴,郑畅达.  中国科学:物理学 力学 天文学. 2015(06)
[3]蓝宝石衬底材料CMP抛光工艺研究[J]. 赵之雯,牛新环,檀柏梅,袁育杰,刘玉岭.  微纳电子技术. 2006(01)

博士论文
[1]可见光通信系统的集成芯片设计及其关键器件研究[D]. 施政.南京邮电大学 2016

硕士论文
[1]GaN基FP-HEMT器件的新结构与解析模型研究[D]. 佘伟波.西安电子科技大学 2015



本文编号：3158306