一、金属平面半导体量子阱微腔自发发射（论文文献综述）
罗娜娜[1]（2021）在《微腔耦合半导体量子点单光子源理论研究》文中提出高品质、高效率的单光子源是实现量子信息通信技术的核心部件。半导体量子点有着“人造原子”的别称,具有高量子效率、高亮度、易于集成等优点从而成为制备单光子源的理想固态系统。受腔量子电动力学的影响,与腔耦合的半导体量子点单光子源的各项性能更是得到大幅度提升。本文以制备高效率的微腔耦合量子点单光子源为目标,计算分析了量子点能级结构,讨论了量子点的跃迁机制并基于腔量子电动力学得到了高效率半导体量子点单光子源的最优结果。本课题的主要研究内容如下:1、采用有效质量近似,基于薛定谔方程对AlxGa1-xAs/GaAs柱形量子点进行能级和跃迁分析。根据波函数在边界条件连续最终得到纵向和径向的电子和空穴本征能量的表达式。结果表明,量子点尺寸越小,周围AlxGa1-xAs材料铝组分越大,量子点能级越分立。本论文还提出可以用不同的钝化材料替换径向上的AlxGa1-xAs,利用钝化材料的良好绝缘性来消除柱形量子点的表面散射,从理论上计算了不同钝化材料对量子点能级的影响,并得到了无限深势阱下GaAs量子点横向尺寸小于7.35 nm。最后讨论了量子点中载流子在分立能级上跃迁发光的机制。这对制备高质量的量子点单光子源提供了理论指导。2、基于腔量子电动力学,考虑纯消相过程和腔内外损耗比,计算了任意失谐单模腔耦合的量子点单光子源的效率。结果表明:在失谐系统中存在一个最佳的内外腔损耗比以使单光子源的效率最大化;在适当的内外腔损耗比范围内,纯消相可以提高器件的效率。进一步研究了效率与温度的关系,发现通过适当的设计,高温下的效率可以高于低温下的效率。这对制备高效单光子源提供了重要的理论依据。
赵文超[2]（2021）在《基于平面薄膜堆栈结构的光学调控与荧光增强研究》文中提出光是一种重要的信息载体,在人类认识和改造世界中扮演着重要的角色,随着科学的发展,人们逐渐认识到光的本质是电磁波。而实现对电磁波的人为操控,一直是人类梦寐以求的理想。人工电磁材料是将人造单元结构以特定方式排列形成的具有特殊电磁特性的人工结构材料。一维平面薄膜堆栈结构,是超构材料领域的一个重要分支,具有结构简单、制备容易、与现代半导体工艺兼容等特点,近年来正日益受到广泛关注。全无机铯铅卤钙钛矿量子点,由于具有光吸收系数高、发射波长灵活可调、量子产率高等优异光电性能,在太阳能电池、发光二极管、光电探测器等领域展现了非常诱人的应用前景。本论文旨在通过理论设计和实验制备平面薄膜堆栈结构实现对电磁参数的人工调控,并研究其耦合增强钙钛矿量子点光致发光的物理过程和作用机制。主要研究内容与创新点如下:一、提出并证明了使用金属薄膜可以显着增强天然高性能荧光团Cs Pb Br3钙钛矿量子点的发光,研究了PL强度随银薄膜和二氧化硅介质层厚度变化的函数关系。研究发现,当银薄膜厚度为60 nm,二氧化硅厚度为10 nm时,获得了相对参考样品最高达11倍的PL增强因子。数值模拟场分布展示了场增强效应和时均能量耗散密度,时间分辨荧光寿命测试揭示了PL强度衰减的微观动力学过程。PL较大增强背后的内在物理机制包括两方面:强烈的光学非对称类F-P薄膜干涉效应导致激发波长处的吸收大大增强;表面等离激元提高了发射波长处的辐射速率和量子效率。该研究为拓展高性能钙钛矿光电器件的实际应用开辟了新的途径,如发光二极管、等离子体激光器和生物传感器等。二、提出并实验制备了一种双层新型的超薄、大面积、共振可调的平面纳米媒质,器件结构由深亚波长厚度、高吸收率特性的氧化铜（Cu O）薄膜和金（Au）薄膜构成。实验结果显示,通过改变Cu O薄膜厚度可以灵活调节Cu O/Au双层堆栈结构的反射光谱,以其为基底旋涂Cs Pb Br3钙钛矿量子点后与裸石英直接旋涂Cs Pb Br3量子点参考样品相比实现了最大7倍的荧光增强,随着氧化铜薄膜厚度的增加PL增强因子逐渐减小。理论分析表明,荧光增强效应与光学非对称法布里-珀罗薄膜干涉引起高效光吸收和场增强导致自发辐射速率加快相关。所提出由金属和高损耗介质构成的光学涂层方案,在金属结构色、光检测、能量收集和辐射制冷等多种应用领域具有良好发展潜力。三、提出并实验证明了利用三层MIM和五层MIMIM等离子体纳米腔可以实现Cs Pb Br3量子点的荧光增强。首先,利用传输矩阵方法优化了结构参数,并在实验上制备了纳米腔样品。PL测试发现,405 nm激发波长与520 nm量子点发射波长处的三层MIM共振腔具有约为6～7倍的荧光增强效果。MIMIM双波长体系中,由于吸收增强和耦合发射效应的共同作用,获得了显着的12倍PL增强。利用数值模拟给出电磁场分布特征和吸收能量耗散情况,阐明了光致发光增强作用的场增强机制。时间分辨荧光技术分析了复合体系发光的衰减动力学过程。所提出的等离子体腔调控光发射的解决方案,为促进光学领域的工程应用建立了通用的平台,具有较高灵活可调度和广泛用途。四、理论设计并实验探索了利用多层Tamm等离激元光学微腔调控Cs Pb Br3量子点的自发辐射。首先,在理论上设计了光学Tamm等离激元的基本结构和材料组分,并利用转移矩阵方法对实验参数进行了扫描优化。接下来,据此优化参数在实验上制备了样品,SEM截面和光学反射谱表明,实验与理论计算结果吻合较好。最后,复合体系的PL测量显示,特征波长在530 nm的微腔体系相对参比样品实现了约5倍的荧光增强。数值模拟结果显示,TPP光学微腔中电场和磁场呈不对称分布特征,吸收的能量主要耗散在微腔顶层金属和量子点中。尽管已取得初步的PL调控效果,但实验上仍存在进一步优化空间,该研究为拓展Tamm等离激元微腔的多种光电应用奠定了基础。
李儒颂[3]（2021）在《1.3μm高速光子晶体面发射激光器与拓扑面发射激光器研究》文中指出随着智慧城市、5G网络、人工智能、云计算和大数据中心等新一代信息技术的快速发展,网络数据流量在近年来呈现出指数增长趋势,促使光互连技术向更高速率、更大容量和更低功耗的方向发展。高速面发射激光器作为该领域关键核心器件,具有重要的研究价值和广阔的应用前景。垂直腔面发射激光器（VCSELs）由于长波长DBR难以外延生长且具有较大的损耗和串联电阻,因而还难以满足应用需求。而光子晶体面发射激光器（PCSELs）具有大面积单模激射、任意光束整形与偏振调控、片上二维光束控制及波长易于拓展等多种突出功能,因此在实现光纤的两个低损耗传输窗口（1.31μm,1.55μm）更具优势。近年来,受凝聚态中拓扑相和拓扑相变概念的启发,基于拓扑能带论的拓扑光子学正在兴起,其中具有鲁棒性的拓扑腔面发射激光器（TCSELs）不仅拥有高光束质量的优点,而且可以产生携带轨道角动量（OAM）的涡旋光束。OAM复用技术可极大提高光通信系统的信道容量,是未来通信技术的重要发展方向。本论文基于光子晶体对光子态的调控,结合光子晶体微腔与光子晶体带边激射原理设计出了具有异质光子晶体腔结构,为实现高速PCSELs提供了可行性方案,同时将具有拓扑性质的光子晶体引入面发射激光器中并通过合理的优化设计,以达到高速、大功率、低阈值、窄线宽和提高边模抑制比的目的,具有潜在替代现有VCSELs的优势。主要研究内容和创新成果如下:1.对PCSELs的带边激射原理和阈值增益进行了理论分析,并结合半导体激光器速率方程推导出了PCSELs的光功率公式,同时分析了二维光子拓扑绝缘体的边界态与拓扑相变机理,为研制高速PCSELs与TCSELs提供了理论基础。2.开展了高速双晶格PCSELs的理论研究。设计了增强面内光反馈的PCSELs,其谐振腔是由两种具有不同光子带隙的光子晶体组成的面内异质结构,除了利用光子晶体带边的光反馈外,还利用了两种光子晶体边界的反射,并通过调控其中双晶格光子晶体的两个空气孔间距来提高反向传播光之间的一维耦合系数,从而实现对激射模式的强面内限制。通过三维时域有限差分法（3D-FDTD）证实了我们所提出的异质PCSELs可以在较小的正方形区域内实现1.3μm单模激射,并可能实现大于30 GHz的3d B调制带宽。3.开展了基于Dirac点高速PCSELs的理论研究。通过调控光子晶体参数得到双Dirac锥形色散,设计了增强Dirac点面内反馈的PCSELs,并且由于在Dirac点态密度可以降为零,而自发辐射耦合系数?与态密度成反比,因此利用Dirac点作为带边激射,可有效提高PCSELs调制速率,通过3D-FDTD证实其是以四极模激射,在基于少模的空分复用系统中可能具有潜在的应用。4.开展了基于能带反转光场限制效应的高速拓扑体态面发射激光器的理论研究。拓扑谐振腔是由拓扑态光子晶体（R2=1.05R0）外围完整拼接与其带隙相当的拓扑平庸态光子晶体（R1=0.94R0）构成,在拼接的边界处会产生光场的反射和限制效应,通过3D-FDTD证实其可在较小的正六边形区域内实现1.3μm低发散角单模激射。此外,该拓扑体态面发射激光器由于能带反转引起的反射只发生在靠近布里渊区中心附近的一个很小的波矢范围,因此限制了能够获得有效反馈的模式数目,这种模式选择机制与带边模式PCSELs完全不同,更有利于实现单模面发射,在高速光通信领域中的应用将更具有优势。5.开展了高速Dirac涡旋腔面发射激光器的理论研究。通过对正常蜂窝光子晶体超胞应用广义的Kekulé调制和收缩操作,然后将它们完整拼接得到异质Dirac涡旋腔（具有鲁棒的中间带隙模）,同时适当调控腔中子晶格的尺寸,使得带间模收敛于Dirac点频率并处于外围光子晶体的禁带中,以达到增强带间模面内光反馈的目的,从而有利于实现高速调制。研究结果表明,以该异质Dirac涡旋腔的带间模作为带边激射,可在较小的区域内实现1.3μm单模矢量光束输出,这为发展具有优异性能的新型高速拓扑PCSELs提供了可能。
张继业[4]（2021）在《近红外面发射激光器高功率输出及其模式控制的研究》文中研究说明外部光学结构可以作为垂直腔面发射激光器（Vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL）的外腔,使VCSEL的输出功率、光束质量得到提高。外部光学结构可以通过外腔镜、光栅、倍频晶体等等实现相应的功能。外腔镜和垂直腔面发射增益芯片构成光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器（Optically-pumped vertical-external-cavity surface-emitting laser,VECSEL）,采用外部光注入的方式使VECSEL产生激光激射。VECSEL综合了面发射半导体激光器和光泵浦固体激光器的优点,在实现高功率输出的同时,还能保证激光具有高的光束质量与良好的光斑形貌。同时,由于这种结构拥有一个灵活的外腔,可以在腔内放置频率转换、波长调谐或锁模功能的各种光学元件,结合半导体材料宽的激光光谱范围,这种外腔式的面发射激光器结构具有极宽的光谱覆盖范围。因此,VECSEL技术一经出现,即获得了人们的广泛关注。VECSEL用的增益芯片内部各外延层无需掺杂,避免了半导体材料掺杂带来的光吸收等问题,但是VECSEL实现高功率输出的关键在于要有高增益的内部发光区结构。本文采用PISC3D商用软件开展了980 nm波段的VECSEL最核心的多量子阱增益区设计,对量子阱增益光谱及其峰值增益与载流子浓度和温度等关系进行系统的理论优化,并对5种不同势垒构型的量子阱增益特性进行对比,采用双侧Ga As P应变补偿的发光区具有更理想的增益特性。通过Sellmeier公式,探讨了作为DBR反射镜的AlxGa1-xAs材料体系,利用传输矩阵分析了VECSEL中的DBR反射镜的反射谱以及微腔中光场强度的分布特性。经过对VECSEL器件的设计和理论仿真,VECSEL器件实现输出功率达到9.82 W,并且没有饱和;通过改变外腔镜的反射率,VECSEL的激射波长随泵浦功率漂移系数由0.216 nm/W降低至0.16 nm/W,说明了外腔镜反射率会影响VECSEL增益芯片内部热效应,进而影响VECSEL的输出功率。所制备VECSEL在两正交方向上的发散角分别为9.2°和9.0°,激射光斑呈现为良好的圆形。通过对比非线性晶体特性,确定采用LBO做倍频晶体,完成了腔内倍频实验,实现了光束质量M2小于2的488 nm蓝光超过3W的激光功率输出。在980nm波段的VECSEL的基础上,开展了1160nm波段的VECSEL器件结构的设计。由于需要采用高In组分的In Ga As材料作为量子阱,导致高应变的产生,容易产生应变积累效应。为解决应变积累效应,提出了二次应变补偿的设计结构,即先用低P组分的Ga As P作为势垒,再采用高P组分的Ga As P作为应变补偿层。在器件完成制备后,在增益芯片控温-20℃时,实现了最大激光功率1.02W的1164nm波长的激射,其在正交方向上的发散角分别为10.5°和11.9°,光斑形貌为圆形对称结构,均匀性较好。在VECSEL谐振微腔中,根据增益谱随泵浦功率的变化特性,通过增益失谐的设计,提出了一种950 nm和1000 nm波长可转换的VECSEL,实现了超过2 W的最大输出功率。随着泵浦功率的增加,光束质量M2的变化趋势在整体上是下降的。这种可切换的波长操作为仅使用线性腔实现高功率双波长发射提供了一种新的可能性。另外,针对传统的VCSEL缺少对偏振特性的控制能力,研究人员采用多种方法来稳定VCSEL的偏振状态,例如使用精细的金属交错光栅、外部光反馈、电光双折射、光子晶体和高对比度光栅等结构。然而,利用这些复杂的工艺实现VCSEL的大规模制造是非常困难的。因此,在本文中,我们通过增强氧化层的各向异性氧化,提出一种带有梭形氧化孔径的VCSEL,能够实现模式和偏振的控制。对于尺寸为2×4.6μm2和3×6μm2的氧化孔径,VCSEL的正交偏振抑制比分别为22 dB和19 dB。对于孔径为2×4.6μm2的VCSEL,在0.5 m W的输出功率下,边模抑制比超过25dB。最后,实现了单横模单偏振的VCSEL的设计和制造。
李佳平[5]（2020）在《面向短波长通信的GaN微腔激光器》文中认为近二十年来,芯片之间的通信以及整个处理器系统与存储系统之间的通信已经成为影响系统性能的限制因素,而集成光子学能够以低功耗大带宽,解决片上通信、片上互联以及片外通信的发展瓶颈。然而要实现光子集成系统首先要解决的就是片上光源。而Ga N基宽禁带半导体激光器,尤其是Ga N回音壁（WGM）激光是利用光学全反射将光有效的束缚在腔体内,光学损耗极其微弱,具有高品质因子和低阈值的激光特性,是实现片上通信理想的片上光源,一直是光电器件研究领域的热点之一。本论文主要从激光的Q值,激光模式,激光辐射方向,激光光场能量分布等方面来研究Ga N WGM紫外激光。为了实现高Q值低阈值的单模Ga N紫外激光,我们利用微纳加工工艺设计并制备直径为4.98)侧壁带周期光栅的Ga N悬浮微盘激光器,侧壁的环形光栅类似于DBR光栅,能够对激光的模式进行选模,在室温下通过光泵浦激光实验,获得了单模高Q值的紫外WGM激光。另外光与物质相互作用过程中,控制微腔能量自发辐射以及微腔内外的光场分布是非常重要的。为了控制激光的辐射方向以及微腔的能量分布,我们通过微纳加工手段设计并制备了圆盘带狭缝的Ga N悬浮微盘激光器。与传统的WGM模式相比,带垂直狭缝的微盘结构能够将微腔的相当一部分能量集中在空气狭缝中,非常有利于提高微腔与物质相互作用效率,这对于实现高灵敏度的传感器是很有帮助的。此外,垂直狭缝结构能够改变微腔中的光路,获得高质量激光的定向发射,而且定向发射激光可以提高收集效率,促进电子器件和光子器件的集成。在此基础上,我们还尝试性进行了电泵浦光电器件的研究。利用微纳加工工艺设计并制备了不同尺寸的微Ga N发光二极管（-LED）。通过测试电致发光光谱发现,小尺寸-LED的单位面积发光强度要比大尺寸-LED的单位强度要强,因此可以在Si基Ga N平台上实现高效表面发射器件。此外,我还进行电泵浦Ga N基激光器的尝试研究,利用微纳加工工艺设计并制备了直径758)“车轮”状悬空Ga N基微腔LED,通过电泵浦驱动的方式获得了蓝光波段的输出。与未悬空器件性能进行了对比分析,发现悬空之后的器件发光半高宽变窄,发光效率提高,虽然湿法悬空刻蚀工艺使器件电极的欧姆接触受到影响,影响了电学性能,但仍然证明了有一定的腔体效应存在。论文首先研究了光泵浦微腔的激光性能,然后进一步从提高微腔增益,降低损耗的角度尝试进行了电泵浦微腔激光器研究,本论文的研究为微腔激光器的设计和制备提供重要的技术支持,对于设计新型的Ga N基WGM激光器有重要意义。
罗惠文[6]（2020）在《GaN基蓝光激光器中极化效应的研究》文中研究说明垂直腔表面发射激光器（VCSEL）相比于传统的边发射激光器（EEL）具有低阈值电流和高速直接调制等优点,然而VCSEL中电子阻挡层（EBL）存在的极化效应增加了最后一层量子势垒（LQB）和EBL界面处的电子累积以及降低了 EBL导带的有效势垒高度,从而加剧了电子的泄漏,降低了光输出功率。本文提出了两种EBL设计方案成功的抑制了电子的泄漏。第一种方案采用p型组分渐变AlxGa1-xN替代传统GaN基VCSEL中LQB和EBL的方法,使光输出功率提高了 8.3%。第二种方案采用p型组分渐变AlxGa1-xN替代传统GaN基VCSEL结构中LQB的方法,使光输出功率提高了 70.6%。
史晓玲[7]（2019）在《InGaN/GaN量子阱微腔中光子和激子的强相互作用研究》文中认为InGaN/GaN量子阱具有较高的量子效率、较大的激子结合能、可调节的发光波长、较高的辐射复合速率等诸多优势,因此被广泛应用于激光二极管、发光二极管、激子极化激元LED、激子极化激元激光器等领域。其中,InGaN/GaN量子阱中较大的极化电场,会对激子带间跃迁能会产生强烈的影响。而InGaN/GaN量子阱中较大的激子结合能保证了其室温下激子及其极化激元的形成。但是,在外延生长InGaN过程中由于InN和GaN互溶性低、容易产生In组分分布的不均匀,再加上InGaN量子阱宽的不均匀,由此产生的非均匀展宽是目前阻碍InGaN/GaN量子阱实现激子-光子强耦合的主要原因。本文围绕极化电场下InGaN/GaN量子阱中电子、激子和激子极化激元展开研究,主要工作内容包括:1.通过研究纤锌矿结构量子阱中的极化效应来确定其极化电场的大小,并建立三角能带模型;分析了该模型下各区域势能函数和波函数的形式,进一步利用行列式法求解量子阱中电子本征能量和波函数,该方法同样适用于无极化电场时的情况;研究了量子阱结构参数、In组分和外加偏压等对单量子阱和双量子阱中电子态、激子态的影响。结果表明:增大In组分,减小势阱层的宽度都能提高量子阱中电子基态能级。增大量子阱的对数、减小中间势垒层宽度会降低双量子阱中电子量子能级。随着阱宽的增大,激子结合能和激子振子强度总存在一个最大值,最大值受到In组分的影响。极化电场会极大的降低激子跃迁能,阱宽增大会导致激子跃迁能的减小。2.利用传输矩阵法计算光正入射时InGaN/GaN量子阱微腔结构的吸收谱,并从吸收谱中读取激子极化激元正交模式分裂特征;研究提高正交模式分裂值的方法以及非均匀展宽和均匀展宽对正交模式分裂值的影响机制。结果表明:增大耦合激子或光子密度（如增大量子阱对数、将量子阱放置在光场波腹处）和减短腔长都能提高正交模式分裂的值。存在一个最大非均匀展宽的值,超过这个值,我们将无法观测到正交模式分裂值。温度越高、激子振子强度越小,上述最大非均匀展宽的值越小。在低温情况下,还存在一个最优非均匀展宽的值,当非均匀展宽处于这个值时,正交模式分裂值最大。最优非均匀展宽的值对温度和激子振子强度有强烈的依赖关系。
吴瑾照[8]（2019）在《氮化物半导体FP谐振腔中激子光子相互作用研究》文中指出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。
林光杨[9]（2018）在《面向Si光集成的Si基Ge高效电致发光器件的研制》文中研究说明Si基高效发光器件是目前Si基光电集成回路最具有挑战的器件之一。Ge由于具有准直接带特性、高载流子迁移率、在1.55μm附近有高的光吸收系数及与Si工艺相兼容等优势,被认为是理想的Si基光源候选材料之一。基于张应变及n型掺杂两种手段,Si基Ge材料的发光效率能大大提高。本文围绕Si基Ge材料制备、器件结构设计及器件制备开展了相关工作,其主要内容及创新如下:1.基于费米-狄拉克载流子分布模型和Van de Walle形变势理论,系统地研究了应变、温度和掺杂对简并态Ge材料自发辐射的影响。计算发现张应变有助于提高载流子的填充水平从而大大增强自发辐射强度及其温度稳定性。r能谷和L能谷间的能量差随温度升高而减小,使得Ge自发发射谱的峰值强度和积分强度都随温度升高而增大。在相同掺杂浓度下,n型掺杂相比P型掺杂更能有效地提高Ge的发光效率。2.采用SiNx应变源,通过调节Ge及绝缘层上Ge（GOI）条纹宽度调制了Ge层中的张应变。发现Ge条纹中Ge层的张应变随条纹的变宽先增加而后趋于饱和;而GOI条纹中Ge层的张应变随条纹宽度的增加逐渐减小。利用P+注入结合低温预退火和准分子激光退火,在Ge中获得了结深为44nm、峰值浓度为～5×1019cm-3的n型掺杂。由于Ge中的》型重掺杂,在制备的n+/p结中同时观测到了 1600nm附近的Ge直接带发光及1660nm附近的缺陷发光。3.利用Si衬底上张应变Si0.13Ge0.87/Ge多量子阱材料制备了垂直结构发光二极管。在室温连续电流注入下观测到了张应变Ge量子阱中的Γ1-HH1复合发光。研究发现,由于注入电流的焦耳加热效应,Ge量子阱的发光峰位对应的光子能量随注入电流密度的增大呈现超二次减小的趋势;在恒定注入电流密度下,张应变Ge量子阱的发光强度随温度的升高而增加。4.提出了 SOI衬底上横向p-Si0.05Ge0.95/i-Ge/n-Si0.05Ge0.95双异质结发光二极管。利用横向p-i-n结构,提高了器件的光抽取效率;利用SiGe/Ge/SiGe双异质结,器件的载流子注入比相比同质结提高了 137倍;利用SOI衬底带来的共振腔增强效应,提高了器件自发辐射强度;材料采用800℃退火,在Ge层中引入了～0.3%张应变。经过上述设计,在相同注入电流密度下,该横向双异质结发光二极管的发光强度相比Ge同质结发光二极管的发光强度提高了 4倍。5.提出了 SOI衬底上张应变n型掺杂Ge外延层及SiGe/Ge“I”叁型多量子阱双有源区垂直谐振腔发光二极管。利用Ge多量子阱直接带复合发光的光子能量略大于Ge外延层的直接带隙这一特性,将上述双有源区与垂直谐振腔相结合,使原本泄露到衬底之外的多量子阱发光被回收来对Ge外延层进行光泵浦,提高材料整体发光效率。经过器件设计,在1625-1700nm波段观测到了 Ge材料在室温连续电注入下的光增益。在该器件的基础上尝试了垂直腔面发射激光器的制备,为后续优化器件结构奠定了基础。6.提出了温度渐变Ge浓缩工艺来制备高质量绝缘层上SiGe（SGOI）材料。使Ge浓缩温度随着SiGe层Ge组分的增加逐渐从115℃降低到900℃。利用该工艺获得了组分均匀分布的SGOI材料,提高了 SGOI（GOI）的晶体质量、降低了 SGOI（GOI）的表面粗糙度（RMS<1nm）并且可以获得高Ge组分（>0.70）、大压应变（-1.23%）的SGOI材料。7.建立了三维Ge浓缩模型。基于该模型,进行了绝缘层上Ge组分可调的SiGe/Ge异质结纳米线的设计和制备。利用制备的绝缘层上Si0.09Ge0.91/Ge异质结纳米线进行MSM光电探测器的制备,发现器件的反向饱和暗电流仅为2.7nA,比传统Ge探测器暗电流低了三个数量级以上。由于纳米线中张应变及金属/Si0.09Ge0.91肖特基势垒的存在,探测器响应截止波长扩展到了～2400nm。
杨威[10]（2012）在《共振腔发光二极管结构优化与频率特性研究》文中指出聚合物光纤在局域网与光纤入户中的应用研究，逐渐进入实用阶段。由于无法得到在聚甲基丙烯酸甲酯PMMA（polymethyl methacrylate）最小吸收的波长470nm附近的低成本光源，在其第二小衰减波长650nm附近的低成本光源成了最佳选择。共振腔发光二极管（RCLED）具有光谱线宽窄，发射方向性良好，发光强度高，无阈值，低成本等特点。RCLEDs在性价比方面介于半导体激光器和半导体发光二极管之间的一个很好的折衷，成为PMMA塑料光纤通信系统的最佳理想光源。随着RCLED研究的不断深入，性能的不断提高，市场对RCLED的各方面性能提出了更高的要求。本文对RCLED进行结构优化，包括电极结构和氧化限制结构，以提高RCLEDs光电性能；并对频率响应进行研究，理论分析RCLEDs的本征调制带宽和寄生参数对带宽的影响，提高RCLEDs调制响应特性。本论文主要从以下几方面展开研究工作：对RCLED的概念、微腔效应、介质层中偶极子的非自发辐射、Purcell效应等方面进行了系统的介绍。阐述了RCLED设计中需要遵循的6个基本准则。采用薄膜光学理论的传输矩阵模型分析DBR的光学性质，用MATLAB模拟计算了影响DBR反射率的主要因素，包括组成DBR的对数和组成DBR材料的折射率差。并对外延片的上下DBR的反射谱进行光学模拟。对RCLED电极结构进行优化，设计了两种电极结构，单环电极结构A和双环电极结构B。对关键工艺选择性湿法氧化进行研究，讨论影响氧化速率的因素，实验并确定了适宜氧化条件。成功制备了两种电极结构的氧化限制型RCLEDs。器件测试与分析，80μm出光孔器件，20mA下最大光功率由单环电极结构A的器件获得，为1.228mW。在小电流下，器件的热效应不显着且电极A有较大的出光面积，电极A器件的光功率比电极B器件高；在大电流下，器件热效应比出光面积的影响要大，电极A器件的光功率比电极B器件小。电极A器件会由于热效应而导致可靠性较差，但是在小电流注入下，其光功率较大。以单环电极为电极结构，对RCLED氧化限制结构进行优化，实验成功制备3种结构器件，90μm，110μm，无氧化结构。对器件进行测试，分析讨论氧化孔径对RCLEDs光电性能影响。最大光功率由无氧化结构获得，为1.909mW。氧化孔径越小，有源区有效电流密度越大；氧化孔径小的器件比氧化孔径大的器件峰值光功率小，因为氧化孔径小，会导致较大的电流密度和较大的串联电阻而产生大的焦耳热，使注入电子以非辐射方式释放其能量；氧化孔径越小，热效应越显着，达到光功率饱和快。研究了RCLEDs的调制响应特性。详细介绍了RCLEDs的本征调制响应理论和提高本征调制的措施，并对RCLEDs本征截止带宽进行模拟，氧化孔径越小，RCLEDs本征截止带宽越高。分析了RCLEDs的寄生参数对调制带宽的影响，主要是氧化孔径对带宽的影响。
二、金属平面半导体量子阱微腔自发发射（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、金属平面半导体量子阱微腔自发发射（论文提纲范文）
（1）微腔耦合半导体量子点单光子源理论研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 半导体量子光源研究背景 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 单光子源实现系统 |
| 1.2.2 半导体量子点单光子源能级结构研究现状 |
| 1.2.3 半导体量子点单光子源效率研究现状 |
| 1.3 论文主要工作及架构 |
| 第二章 半导体量子光源的理论基础 |
| 2.1 量子点简介 |
| 2.1.1 量子点制备方法 |
| 2.1.1.1 自上而下制备的量子点 |
| 2.1.1.2 自上而下制备的量子点 |
| 2.2 单光子源 |
| 2.2.1 不同光源的性质 |
| 2.2.2 理想单光子源的特性 |
| 2.3 光致发射单光子的产生方式 |
| 2.3.1 非共振光致量子点单光子源发光 |
| 2.3.1.1 带上激发 |
| 2.3.1.2 P-壳层激发 |
| 2.3.2 共振光学激发量子点 |
| 2.4 腔量子电动力学简介 |
| 2.4.1 腔量子电动力学基本原理 |
| 2.4.2 Jaynes-Cummings模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 半导体量子点能级结构和跃迁 |
| 3.1 基本模型及原理 |
| 3.2 半导体量子点能级结构分析与讨论 |
| 3.2.1 量子点纵向能级结构分析与讨论 |
| 3.2.2 量子点径向能级结构分析与讨论 |
| 3.2.2.1 Al_xGa_(1-x)As对量子点径向能级的影响 |
| 3.2.2.2 不同钝化材料对量子点径向能级的影响 |
| 3.2.3 半导体量子点载流子跃迁发光讨论 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 半导体量子点单光子源效率计算 |
| 4.1 单量子点-腔耦合模型建立 |
| 4.2 半导体量子点单光子源效率 |
| 4.2.1 腔内外损耗比对效率的影响 |
| 4.2.2 温度对效率的影响 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 后续工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文目录 |
（2）基于平面薄膜堆栈结构的光学调控与荧光增强研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 表面等离激元与电磁超构材料 |
| 1.2.1 表面等离激元基础 |
| 1.2.2 电磁超构材料发展 |
| 1.3 平面薄膜堆栈超构材料 |
| 1.3.1 平面薄膜堆栈超构材料基础 |
| 1.3.2 平面薄膜堆栈超构材料应用 |
| 1.4 钙钛矿量子点与光致发光增强 |
| 1.4.1 钙钛矿量子点简介 |
| 1.4.2 光致发光机制与特征参数 |
| 1.4.3 等离激元和微腔调控光发射 |
| 1.5 本论文的研究内容和章节安排 |
| 第2章 银纳米薄膜辅助增强量子点光致发光 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验材料制备与表征 |
| 2.2.1 CsPbBr_3量子点制备与表征 |
| 2.2.2 银纳米薄膜制备与表征 |
| 2.3 银纳米薄膜辅助增强量子点荧光 |
| 2.3.1 荧光强度变化和增强因子分析 |
| 2.3.2 椭圆偏振分析和光学吸收光谱 |
| 2.3.3 能量跃迁过程和荧光寿命分析 |
| 2.3.4 表面等离激元色散关系 |
| 2.4 荧光角度色散分析 |
| 2.5 其他贵金属纳米薄膜增强荧光 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 基于深亚波长双层纳米媒质的荧光调控 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 理论设计与实验制备 |
| 3.2.1 理论设计分析 |
| 3.2.2 实验制备流程 |
| 3.3 双层纳米体系结构与光学性能 |
| 3.3.1 退火前后双层体系结构表征 |
| 3.3.2 椭圆偏振技术提取光学参数 |
| 3.3.3 退火前后双层结构反射光谱 |
| 3.4 双层纳米结构耦合调控光发射 |
| 3.4.1 荧光光谱和增强因子分析 |
| 3.4.2 时间分辨光谱测试与分析 |
| 3.4.3 电磁场分布与能量耗散 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 MIM型纳米腔的光谱调控与荧光增强 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 MIM型堆栈结构设计与优化 |
| 4.2.1 MIM三层堆栈结构设计与优化 |
| 4.2.2 MIMIM五层堆栈结构设计与优化 |
| 4.3 MIM型纳米腔调控量子点光致发光 |
| 4.3.1 纳米腔调控荧光强度与寿命 |
| 4.3.2 电磁场分布与能量耗散 |
| 4.3.3 幅值和相位等物理量计算 |
| 4.4 荧光角度色散分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 Tamm等离激元微腔设计与荧光增强 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 理论设计与参数优化 |
| 5.2.1 荧光材料与微腔结构设计 |
| 5.2.2 Tamm等离激元结构参数优化 |
| 5.3 微腔结构制备与耦合荧光发射 |
| 5.3.1 DBR结构制备与光学表征 |
| 5.3.2 Tamm等离激元腔耦合光发射 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 未来展望 |
| 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 |
（3）1.3μm高速光子晶体面发射激光器与拓扑面发射激光器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 高速半导体激光器及其研究状况概述 |
| 1.2.1 高速垂直腔面发射激光器(VCSELs)概述 |
| 1.2.2 高速分布反馈(DFB)激光器概述 |
| 1.2.3 高速量子级联激光器(QCLs)概述 |
| 1.2.4 高速光子晶体激光器(PCLs)概述 |
| 1.2.5 高速半导体激光器的瓶颈及发展趋势 |
| 1.3 光子晶体面发射激光器(PCSELs)研究进展 |
| 1.3.1 大面积相干1.3μm PCSELs |
| 1.3.2 PCSELs的光束模式控制 |
| 1.3.3 PCSELs的光束控制 |
| 1.3.4 高亮度PCSELs |
| 1.4 拓扑光子学 |
| 1.4.1 从拓扑电子学到拓扑光子学 |
| 1.4.2 拓扑光子晶体激光器研究进展 |
| 1.5 涡旋光束 |
| 1.5.1 涡旋光束的发展历程 |
| 1.5.2 涡旋光束光通信原理及优势 |
| 1.5.3 OAM模式的复用与解复用 |
| 1.5.4 OAM编码通信技术 |
| 1.5.5 拓扑涡旋激光器研究进展 |
| 1.6 本论文选题依据及主要研究内容 |
| 第二章 高速光子晶体面发射激光器的理论基础 |
| 2.1 半导体激光器速率方程理论 |
| 2.1.1 量子阱激光器速率方程模型 |
| 2.1.2 量子级联激光器速率方程模型 |
| 2.1.3 量子点激光器速率方程模型 |
| 2.2 半导体激光器的直接调制原理 |
| 2.3 光子晶体面发射激光器(PCSELs)的理论基础 |
| 2.3.1 PCSELs带边激射原理 |
| 2.3.2 PCSELs阈值增益 |
| 2.3.3 PCSELs输出光功率 |
| 2.3.4 PCSELs输出光功率的提高方法 |
| 2.3.5 PCSELs三维耦合波理论 |
| 2.4 Purcell因子和自发辐射因子 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 拓扑光子学基础 |
| 3.1 拓扑绝缘体与Dirac方程 |
| 3.1.1 Dirac方程和束缚态的解 |
| 3.1.2 修正的Dirac方程与Z2 拓扑不变量 |
| 3.1.3 拓扑不变量与量子相变 |
| 3.1.4 拓扑保护的边界态解 |
| 3.2 拓扑物理中的经典模型 |
| 3.2.1 Su-Schrieffer-Hegger(SSH)模型 |
| 3.2.2 Haldane模型 |
| 3.2.3 Bernevig-Hughes-Zhang(BHZ)模型 |
| 3.3 光子Dirac锥及其相关物理 |
| 3.3.1 光子晶体中的Dirac锥 |
| 3.3.2 Dirac 光局域模 |
| 3.4 二维光子拓扑绝缘体 |
| 3.4.1 光子拓扑绝缘体中的拓扑不变量 |
| 3.4.2 赝时间反转对称性与赝自旋 |
| 3.4.3 二维拓扑保护边缘态 |
| 3.4.4 拓扑光子晶体的k·P模型 |
| 3.4.5 拓扑光子相变机理 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 1.3μm 高速光子晶体面发射激光器研究 |
| 4.1 双晶格光子晶体谐振腔 |
| 4.1.1 双晶格光子晶体谐振腔的概念 |
| 4.1.2 双晶格光子晶体谐振腔晶格间距的调谐 |
| 4.2 1.3μm高速双晶格光子晶体面发射激光器设计 |
| 4.2.1 异质PCSELs的结构设计 |
| 4.2.2 理论分析 |
| 4.2.3 结论 |
| 4.3 基于Dirac点 1.3μm高速光子晶体面发射激光器的设计 |
| 4.3.1 研究背景 |
| 4.3.2 理论基础 |
| 4.3.3 器件设计 |
| 4.3.4 仿真结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 1.3μm 高速拓扑体态面发射激光器研究 |
| 5.1 高速拓扑体态面发射激光器的设计 |
| 5.1.1 二维拓扑光子晶体谐振腔的设计 |
| 5.1.2 仿真结果 |
| 5.2 理论分析 |
| 5.2.1 蜂窝光子晶体的紧束缚模型 |
| 5.2.2 基于赝自旋能带反转分析 |
| 5.2.3 拓扑谐振腔支持的腔模 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 1.3μm 高速 Dirac 涡旋腔面发射激光器研究 |
| 6.1 矢量光束的理论基础 |
| 6.2 Dirac涡旋腔 |
| 6.2.1 对DFB激光器和VCSELs的拓扑理解 |
| 6.2.2 Jackiw-Rossi零模 |
| 6.2.3 Dirac涡旋腔的参数 |
| 6.2.4 Dirac涡旋腔的性质 |
| 6.3 1.3μm 高速 Dirac 涡旋腔面发射激光器的设计 |
| 6.3.1 异质 Dirac 涡旋腔的设计 |
| 6.3.2 仿真结果 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 本论文主要完成工作 |
| 7.2 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 |
（4）近红外面发射激光器高功率输出及其模式控制的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 光泵浦垂直外腔面发射激光器 |
| 1.2.1 VECSEL的由来 |
| 1.2.2 VECSEL的优势 |
| 1.2.3 高功率输出的研究进展 |
| 1.2.4 VECSEL的应用 |
| 1.2.5 VECSEL的研究意义 |
| 1.3 电泵浦垂直腔面发射激光器 |
| 1.3.1 VCSEL研究进展 |
| 1.3.2 VCSEL发展与应用 |
| 1.3.3 单模单偏振VCSEL的研究意义 |
| 1.3.4 单模单偏振VCSEL的研究现状 |
| 1.4 本论文的研究目的与研究内容 |
| 1.5 本章小结 |
| 第2章 VECSEL外延结构设计 |
| 2.1 激光操作原理 |
| 2.2 VECSEL的工作原理 |
| 2.3 外腔:形状和设计 |
| 2.4 增益区的设计 |
| 2.4.1 应变量子阱结构模拟 |
| 2.4.2 量子阱的应变 |
| 2.4.3 增益区的数值模拟 |
| 2.5 DBR反射镜设计 |
| 2.6 周期性谐振增益结构 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 VECSEL外延生长和制备 |
| 3.1 外延生长技术 |
| 3.1.1 VECSEL的外延生长 |
| 3.1.2 外延生长后特性测试 |
| 3.2 VECSEL封装技术研究 |
| 3.2.1 外延片清洗 |
| 3.2.2 表面金属化 |
| 3.2.3 焊接封装 |
| 3.2.4 外延片衬底刻蚀工艺 |
| 3.3 PL光谱和反射谱 |
| 3.4 VECSEL的热管理研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 980nm VECSEL实验研究 |
| 4.1 980nm高功率VECSEL |
| 4.1.1 VECSEL的泵浦方式 |
| 4.1.2 VECSEL输出特性 |
| 4.2 VECSEL倍频特性的研究 |
| 4.2.1 倍频基本原理 |
| 4.2.2 倍频实验研究 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 1160 nm VECSEL实验研究 |
| 5.1 1160nm VECSEL基本概述 |
| 5.2 应变量子阱结构模拟 |
| 5.3 器件结构设计 |
| 5.4 输出特性分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 波长可转换的高功率VECSEL |
| 6.1 双波长VECSEL基本概述 |
| 6.2 器件的性质 |
| 6.3 输出特性分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 面发射激光器的模式控制 |
| 7.1 VCSEL设计 |
| 7.1.1 器件结构描述 |
| 7.1.2 VCSEL的特性参数 |
| 7.1.3 各向异性侧氧化分析 |
| 7.2 器件制备工艺流程 |
| 7.2.1 光刻技术 |
| 7.2.2 刻蚀工艺 |
| 7.2.3 选择性氧化工艺 |
| 7.2.4 工艺流程 |
| 7.3 测试结果与分析 |
| 7.4 本章小结 |
| 第8章 总结 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 论文工作的创新点 |
| 8.3 论文展望 |
| 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 |
（5）面向短波长通信的GaN微腔激光器（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 专用术语注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 本文的主要内容和章节安排 |
| 第二章 微腔激光器的研究基础 |
| 2.1 半导体材料的发展 |
| 2.1.1 Si、Si C、Ga N材料特性分析 |
| 2.1.2 GaN基外延材料的生长 |
| 2.1.3 GaN基半导体器件的发展 |
| 2.2 微腔激光器 |
| 2.2.1 微谐振腔的基本原理 |
| 2.2.2 半导体内的量子跃迁 |
| 2.2.3 激光产生的基本条件 |
| 2.2.4 微腔激光器的分类 |
| 2.2.5 微腔激光器的应用 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 实验室制备仪器和加工工艺介绍 |
| 3.1 实验室仪器介绍 |
| 3.1.1 微纳加工平台 |
| 3.1.2 光电性能测试平台 |
| 3.2 制备工艺介绍 |
| 3.2.1 光刻工艺 |
| 3.2.2 刻蚀工艺 |
| 3.2.3 光学镀膜 |
| 3.2.4 退火工艺 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 光泵浦Si基GaN微腔激光器 |
| 4.1 晶圆外延结构 |
| 4.2 光泵浦悬浮GaN微盘激光器 |
| 4.2.1 器件制备流程 |
| 4.2.2 器件性能分析 |
| 4.3 带垂直狭缝悬浮GaN微盘激光器 |
| 4.3.1 器件制备流程 |
| 4.3.2 器件性能分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 关于电泵浦Si基GaN微腔激光器尝试性研究 |
| 5.1 Si基GaN微二极管 |
| 5.1.1 晶圆外延结构 |
| 5.1.2 器件制备流程 |
| 5.1.3 Ga N基 μ-LED的性能分析 |
| 5.2 电泵浦“车轮”状Ga N基微腔LED |
| 5.2.1 晶圆外延结构 |
| 5.2.2 器件制备流程 |
| 5.2.3 器件悬空前后性能分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 论文工作展望 |
| 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 |
（6）GaN基蓝光激光器中极化效应的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 GaN基垂直腔表面发射激光器(VCSEL)的研究意义 |
| 1.2 GaN基VCSEL的应用 |
| 1.3 GaN基蓝光VCSEL的国内外研究现状 |
| 1.4 GaN基蓝光VCSEL面临的挑战 |
| 1.5 本论文的主要工作 |
| 第二章 GaN基VCSEL的基本原理、极化效应和载流子的泄漏 |
| 2.1 GaN基VCSEL的基本原理 |
| 2.1.1 GaN基VCSEL的工作原理 |
| 2.1.2 GaN基VCSEL的内部机制 |
| 2.2 极化效应 |
| 2.2.1 晶体结构和特征 |
| 2.2.2 内建极化电场的起源 |
| 2.3 GaN基VCSEL载流子的泄漏 |
| 2.4 极化效应在GaN基光电子器件中的研究 |
| 第三章 GaN基蓝光VCSEL中极化效应的仿真研究 |
| 3.1 GaN基VCSEL的模拟方法 |
| 3.1.1 模拟方程 |
| 3.1.2 模拟参数 |
| 3.2 GaN基蓝光VCSEL仿真模型的建立 |
| 第四章 提升GaN基蓝光VCSEL功率的新结构设计 |
| 4.1 基于组分渐变EBL结构的GaN基VCSEL方案设计1 |
| 4.2 基于组分渐变EBL结构的GaN基VCSEL方案设计2 |
| 第五章 本文总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 硕士研究生期间发表学术论文情况 |
（7）InGaN/GaN量子阱微腔中光子和激子的强相互作用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 Ⅲ族氮化物及其合金的基本结构和性质 |
| 1.2.1 基本结构 |
| 1.2.2 基本性质 |
| 1.2.3 InGaN/GaN基量子阱特点 |
| 1.3 激子极化激元的概念和发展现状 |
| 1.3.1 激子 |
| 1.3.2 激子极化激元 |
| 1.3.3 激子极化激元的发展及应用 |
| 1.3.4 GaN基激子极化激元的发展现状 |
| 1.3.5 GaN基激子极化激元的特点 |
| 1.4 本文的研究意义和主要内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 理论计算方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 量子阱中极化电场的计算 |
| 2.2.1 量子阱材料的应变 |
| 2.2.2 量子阱中的极化效应 |
| 2.2.3 量子阱中的极化电场 |
| 2.3 基于薛定谔方程的量子阱中能级和波函数的计算方法 |
| 2.3.1 薛定谔方程 |
| 2.3.2 平带模型下的量子能级 |
| 2.3.3 三角模型下的量子能级 |
| 2.4 量子阱中激子振子强度的计算 |
| 2.5 激子极化激元上下支能量的计算方法 |
| 2.5.1 传输矩阵法 |
| 2.5.2 激子极化激元上下支能量的计算 |
| 2.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 InGaN/GaN量子阱中电子和激子态的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 单量子阱中电子能级和波函数分布 |
| 3.2.1 量子阱宽度的影响 |
| 3.2.2 势阱中In组分的影响 |
| 3.2.3 外加偏压的影响 |
| 3.3 多量子阱中电子能级和波函数分布 |
| 3.3.1 量子阱对数的影响 |
| 3.3.2 势阱中In组分的影响 |
| 3.3.3 势垒宽度的影响 |
| 3.4 单量子阱中的激子态 |
| 3.4.1 量子阱宽度对激子结合能及振子强度的影响 |
| 3.4.2 In组分对激子结合能及振子强度的影响 |
| 3.5 InGaN/GaN与其他量子阱材料中激子跃迁能量的对比 |
| 3.5.1 GaN/AlGaN量子阱 |
| 3.5.2 GaAs/AlGaAs量子阱 |
| 3.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 InGaN/GaN量子阱中激子极化激元的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 量子阱结构参数对正交分裂模式值的影响 |
| 4.2.1 量子阱对数的影响 |
| 4.2.2 量子阱位置的影响 |
| 4.2.3 量子阱宽度的影响 |
| 4.3 腔长对正交分裂模式值的影响 |
| 4.4 非均匀展宽的影响 |
| 4.5 均匀展宽的影响 |
| 4.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 总结与展望 |
| 在学期间发表论文 |
| 致谢 |
（8）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 |
（9）面向Si光集成的Si基Ge高效电致发光器件的研制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 Si基光电集成回路的诞生与发展 |
| 1.2 Si基Ge材料发光器件研究进展 |
| 1.2.1 Si基高质量Ge材料的生长 |
| 1.2.2 Ge中张应变的引入 |
| 1.2.3 Ge中n型掺杂浓度的提高 |
| 1.2.4 Si基Ge材料发光器件研制 |
| 1.3 本论文的主要工作与结构安排 |
| 参考文献 |
| 第2章 简并态Ge材料自发辐射理论研究及其发光效率的提高 |
| 2.1 简并态Ge材料自发辐射理论研究 |
| 2.1.1 应变及温度对Ge准费米能级的影响 |
| 2.1.2 简并态Ge的自发辐射 |
| 2.1.3 简并Ge的自发辐射性质 |
| 2.2 Ge材料发光效率改进 |
| 2.2.1 Ge及GOI条纹PECVD上氮化硅应变源提高Ge中张应变 |
| 2.2.2 磷离子注入结合脉冲激光退火提高Ge中n型掺杂浓度 |
| 2.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第3章 Si衬底上张应变SiGe/Ge多量子阱垂直结构LED研制 |
| 3.1 Si衬底上张应变SiGe/Ge多量子阱材料生长及表征 |
| 3.2 Si衬底上张应变SiGe/Ge多量子阱垂直结构LED制备 |
| 3.3 Si衬底上张应变SiGe/Ge多量子阱垂直结构LED性能测试 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第4章 SOI衬底上横向p-SiGe/i-Ge/n-SiGe双异质结LED研制 |
| 4.1 SOI衬底上横向SiGe/Ge双异质结设计及材料生长 |
| 4.2 SOI衬底上横向p-SiGe/i-Ge/n-SiGe双异质结LED制备 |
| 4.3 SOI衬底上横向p-SiGe/i-Ge/n-SiGe双异质结LED性能测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第5章 SOI衬底上Ge及SiGe/Ge多量子阱双有源区垂直共振腔发光器件研制 |
| 5.1 SOI衬底上Ge及SiGe/Ge多量子阱双有源区垂直共振腔LED |
| 5.1.1 SOI衬底上Ge及SiGe/Ge多量子阱双有源区材料生长 |
| 5.1.2 SOI衬底上Ge及SiGe/Ge多量子阱双有源区垂直共振腔LED制备 |
| 5.1.3 SOI衬底上Ge及SiGe/Ge多量子阱双有源区垂直共振腔LED性能测试及分析 |
| 5.2 SOI衬底上Ge及SiGe/Ge多量子阱双有源区垂直腔面发射激光器 |
| 5.2.1 SOI衬底上Ge及SiGe/Ge多量子阱双有源区垂直腔面发射激光器制备 |
| 5.2.2 SOI衬底上Ge及SiGe/Ge多量子阱双有源区垂直共振腔面发射激光器性能测试 |
| 5.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第6章 Ge浓缩法制备绝缘层上Ge材料 |
| 6.1 温度渐变Ge浓缩法制备高质量GOI材料 |
| 6.1.1 Ge浓缩法制备高质量GOI的影响因素 |
| 6.1.2 温度渐变锗浓缩的实验设计 |
| 6.1.3 实验结果分析 |
| 6.2 三维Ge浓缩技术制备绝缘层上Ge组分可调的SiGe/Ge异质结纳米线 |
| 6.2.1 三维Ge浓缩模型 |
| 6.2.2 绝缘层上组分可调的SiGe/Ge异质结纳米线设计 |
| 6.2.3 绝缘层上SiGe/Ge异质结纳米线制备 |
| 6.2.4 绝缘层上SiGe/Ge异质结纳米线结构表征 |
| 6.2.5 绝缘层上SiGe/Ge异质结纳米线MSM光电探测器 |
| 6.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第7章 总结与展望 |
| 附录Ⅰ Van de Walle形变势理论 |
| 附录Ⅱ Si、Ge样品清洗 |
| 附录Ⅲ 有限深势阱求解 |
| 附录Ⅳ 紫外光刻 |
| 附录Ⅴ SiGe的Raman光谱分析 |
| 附录Ⅵ 电子束曝光 |
| 附录Ⅶ 硕博连读期间科研成果及获奖 |
| 致谢 |
（10）共振腔发光二极管结构优化与频率特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 目录 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 RCLED 概述 |
| 1.2 RCLED 的主要应用 |
| 1.2.1 POF 光纤通信的理想光源—650nm RCLED |
| 1.2.2 850-880nm RCLED |
| 1.2.3 980nm RCLED |
| 1.2.4 1300-1500nm RCLED |
| 1.3 RCLED 国内外研究现状 |
| 1.3.1 效率提高 |
| 1.3.2 调制速率提高 |
| 1.3.3 温度特性改善 |
| 1.4 本论文主要研究内容 |
| 第2章 谐振腔发光二极管的理论基础 |
| 2.1 RCLED 简介 |
| 2.1.1 RCLED 基本结构 |
| 2.1.2 RCLED 的特点 |
| 2.2 F-P 微腔理论 |
| 2.2.1 微腔效应概述 |
| 2.2.2 介质层中偶极子的非自发辐射 |
| 2.2.3 Purcell 效应 |
| 2.3 RCLED 的 DBR 数值模拟 |
| 2.3.1 薄膜光学理论 |
| 2.3.2 相关模拟计算 |
| 2.3.3 RCLED 设计原则 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 氧化限制型RCLED的制备工艺 |
| 3.1 常规制备工艺简介 |
| 3.1.1 清洗 |
| 3.1.2 光刻 |
| 3.1.3 等离子体增强化学气相沉积 |
| 3.1.4 溅射 |
| 3.2 关键工艺—选择性湿法氧化 |
| 3.2.1 选择性湿法氧化基本原理 |
| 3.2.2 湿法氧化装置 |
| 3.2.3 湿法氧化速率的影响因素 |
| 3.3 器件制作工艺流程 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 RCLED的结构优化 |
| 4.1 RCLED 电极优化 |
| 4.1.1 电极设计 |
| 4.1.2 电极制作工艺优化 |
| 4.1.3 两种电极结构的器件测试与分析 |
| 4.2 RCLED 氧化限制结构优化 |
| 4.2.1 氧化结构设计 |
| 4.2.2 不同氧化结构的器件测试与分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 RCLED 频率特性研究 |
| 5.1 RCLED 本征频率调制响应 |
| 5.1.1 RCLED 本征调制响应理论基础 |
| 5.1.2 提高 RCLED 本征频率调制带宽的方法 |
| 5.1.3 RCLED 本征频率调制带宽模拟 |
| 5.2 氧化限制型 RCLED 寄生频率响应 |
| 5.2.1 氧化限制型 RCLED 寄生调制响应理论基础 |
| 5.2.2 氧化限制型 RCLED 串联电阻分析 |
| 5.2.3 氧化限制型 RCLED 寄生电容分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间所发表的学术论文 |
| 致谢 |
四、金属平面半导体量子阱微腔自发发射（论文参考文献）
- [1]微腔耦合半导体量子点单光子源理论研究[D]. 罗娜娜. 北京邮电大学, 2021(01)
- [2]基于平面薄膜堆栈结构的光学调控与荧光增强研究[D]. 赵文超. 中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所), 2021(01)
- [3]1.3μm高速光子晶体面发射激光器与拓扑面发射激光器研究[D]. 李儒颂. 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), 2021(08)
- [4]近红外面发射激光器高功率输出及其模式控制的研究[D]. 张继业. 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), 2021(03)
- [5]面向短波长通信的GaN微腔激光器[D]. 李佳平. 南京邮电大学, 2020(03)
- [6]GaN基蓝光激光器中极化效应的研究[D]. 罗惠文. 中国工程物理研究院, 2020(01)
- [7]InGaN/GaN量子阱微腔中光子和激子的强相互作用研究[D]. 史晓玲. 厦门大学, 2019(08)
- [8]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)
- [9]面向Si光集成的Si基Ge高效电致发光器件的研制[D]. 林光杨. 厦门大学, 2018(07)
- [10]共振腔发光二极管结构优化与频率特性研究[D]. 杨威. 北京工业大学, 2012(01)