光通信纳米光电子器件的进展与展望

光通信纳米光电子器件的进展与展望

作者：常瑞华

作者单位：美国加州伯克利大学电子工程与计算机科学系Whinnery讲座教授光电子纳米结构半导体技术中心主任

1.会议论文罗毅半导体光电子器件及其集成技术2004

本文从以下两方面介绍作者的研究成果：1)发明了吸收光栅与增益光栅结构，从而实现了前人曾经在理论上预见具有单模工作特性、在城域光纤通信网等领域极有应用价值的增益耦合分布反馈(DFB)半导体激光器。在此基础上，将增益耦合DFB激光器与电吸收调制器单片集成并提出了激光器与调制器共用一个外延层的集成结构，成功研制了2.5 Gb/s DFB激光器/电吸收调制器集成器件的模块。整体水平与国际同类产品水平相当，集成光源的管芯水平已经可以满足10 Gb/s高速传输的需要。上述工作为光纤通信提供了新一代优秀光源。2)GaN高亮度蓝色发光二极管在信息显示以及半导体照明中有着巨大应用价值。基于干法刻蚀技术刻蚀后的GaN材料表面平整度为国际文献报道最好水平。研制的GaN蓝光LED的发光波长，发光光谱半宽在O-120 mA注入电流范围内基本不变，优于国际文献报道水平。在国内率先报道并展示了自主研制的功率型倒装芯片LED及其灯具。

2.期刊论文王圩半导体微结构物理效应及其应用讲座第1讲布拉格衍射效应在半导体光电子器件中的应用与发展

-物理2004,33(8)

文章对布拉格衍射效应在半导体光电子材料和光电子器件,特别是在光纤通信中的光电子器件的应用和发展进行了详细的介绍.文中以布拉格光栅衍射效应的光反馈和选模功能为主线,逐一介绍了X射线双晶布拉格衍射技术在半导体材料、特别是在量子阱和应变量子阱超薄层晶体生长和质量控制方面的作用,介绍了内建布拉格光栅对光通信用光信号源的发展所起的重要作用,波导光栅在复用和解复用过程中的作用,以及光纤布拉格光栅在全光纤通信系统中的应用及发展等.

3.学位论文张靖侧入射垂直腔RCE光探测器及InP基外延层楔型结构制备工艺的研究2006

本论文工作是围绕国家“973”计划项目“新一代通信光电子集成器件及光纤的重要结构工艺创新与基础研究”(项目编号：2003CB314900)、国家“863"项目“自主创新WDM集成解复用光探测器和关键工艺研究”(项目编号：2003AA312020)、国家863研究项目“高性能InP、GaAs基谐振腔增强型长波长光探测器”(项目编号：2003AA31g050)、国家自然科学基金重点项目“GaAs、InP基功能楔型结构材料工艺研究及在新型光电子器件中的应用”(项目批准号：02028)展开的。 近几年，光通信技术飞速发展，新一代光纤通信的发展必然强烈地依赖于半导体光电子器件方面的突破。超高速的波分复用技术已经应用到光纤通信系统中。对于WDM系统，低成本、高速率光模块扮演重要的角色。降低光模块成本，简化光纤安装对准，减少光模块集成中组成器件的数量是系统考虑的关键因素。混合集成有利于利用成熟的Si工艺技术来降低成本。侧入射探测器一个非常重要的应用是在光器件和Si基平面器件(比如：Si基平面光波回路PLC)的表面混合集成上。对用于表面混合集成的光电探测器要求能够探测平行于安装平面的光，这是因为这样的光电探测器可以方便地应用nip-chip技术安装在PLC上。 本文研究具有侧入射方式的光探测器，并在PIN的器件结构上引入谐振腔，使之具有波长选择特性，适用于波分复用通信系统。论文的主要工作如下： 1．分析研究了目前广泛存在的高性能侧入射探测器结构和性能，着重设计研究了一种新型侧入射反射镜型探测器结构，将传统的垂直腔RCE探测器引入到结构中，通过在衬底上设计特殊的V型槽结构，使整个器件具备了侧入射探测器和RCE探测器的双重特性。文中对整个器件进行了结构设计、性能分析、工艺实现研究。 2．在InP衬底上，利用各向异性腐蚀，通过选择不同的腐蚀溶液，调整试验条件，多次试验，最终在30~C下用HBr和H3P04体积比为1：1的溶液在InP(100)面腐蚀，得到了理论设计角度、表面相对平滑、纹路少、边缘清晰的V型槽，该工艺是侧入射垂直腔RCE光探测器制备的关键工艺。 3．采用新型的HCl／HF／Cr03腐蚀溶液，通过改变溶液的组分、溶液对两种材料的腐蚀选择比和刻蚀机理，在与InP晶格匹配的Ino．72Gao．28Aso．6Po．4外延层上任意区域内形成了特定倾角、表面平坦的楔形结构。该楔形结构的倾角可变范围为’0．46到35．9。，表面粗糙度小于1．6nm。这为研制新型InP基集成光电子器件提供了新的结构自由度和工艺手段，特别为研制InP基一镜斜置三镜腔型(OMITMiC)光探测器奠定了基础。

4.会议论文常利民加快我国半导体光电子器件标准化建设1995

该文分析了国内目前用于光通信领域内半导体光电子器件的标准状况，提出建立相关标准体系的建议。

5.学位论文王苹光探测器与光接收机的OEIC电路级模拟2005

在光电子领域中，半导体光电子技术占有及其重要的地位。半导体光电器件(激光器、探测器)广泛应用于光纤通信、激光打印、激光测距、激光仪器、以及光盘的“读”、“写”与探测等等。光电子集成是光电子技术发展的必然结果。光电集成电路是一类将半导体光电子器件和电子器件集成在同一芯片或衬底上的新型光电子器件，在过去的十年中，光电集成电路(OEIC)的研究集中在光接收机。 　　光接收机由半导体光电探测器、放大电路等部分组成。光电探测器是光纤通信的重要组成部分，它将入射光转换成电信号。放大电路将光电探测器输出的微弱电信号放大以便进行处理。 　　随着光电集成电路的发展，对OEIC进行计算机辅助分析设计必将成为设计高性能器件的重要手段。本文着眼于用电子电路的模拟方法对OEIC进行电路级模拟，目前最具代表性、应用最广泛的电路模拟软件是PSPICE，它基于美国加州大学伯克利分校开发的SPICE程序。文中介绍了一个可为计算机辅助分析软件采用的完整的金属-半导体-金属光探测器(MSM-PD)的电路模型，给出了该模型的PSPICE子电路描述，并用电路模拟软件PSPICE对其进行了模拟验证。该模型是以E.Sano模型为基础，结合过剩电子、空穴速率方程得到的，可用于直流分析、交流分析和瞬态分析，其直流光电特性模拟分析结果与已报道的实验结果符合得很好。此外，本文对一个由MSM-PD组成的GaAs光电接收机IC进行了电路级模拟，并将模拟结果与已报道的有关实验结果进行了比较与分析。

6.会议论文易河清光纤通信技术对光电子器件的要求及发展趋势1996

光纤通信技术发展现状对化合物半导体光电子器件的要求和光纤通信用光电子器件今后的发展趁势－－磷化铟上的光电子集成予以概括论述。

7.学位论文管爱红触点式光纤液位传感器的研究及强度调制型光纤压力传感器的稳定性考查2002

随着光纤通信、计算机技术、光纤制造工艺和半导体光电子器件的发展,光纤传感器以其他常规传感器不可比拟的优越性而成为三十年来国际光纤领域研究和应用的热点和重点.该论文的研究工作旨在对强度调制型光纤压力传感器的稳定性问题和基于对周围介质折射率敏感的光纤液位传感器的传感头进行优化研究和探索.论文的第一部分对基于折射率敏感的光纤熔接型液位传感器的传感原理进行了定性分析;首次使用了扫描电子显微镜(SEM)技术对传感头的几何形状和光学反射特性进行比较研究,得出了传感头的结构与其反射特性的之间的关系,并观察到了具有微小折射率差(约1﹪)的光纤芯径和包层在熔融过程中的微观结构变化.实验表明光纤熔接型液位传感器传感头结构的最佳角度在50°左右.论文的第二部分对非功能型强度调制式光纤压力传感器的研究背景进行了回顾;对该光纤传感器系统的主要元器件进行了理论分析和选择;对光纤压力传感器系统的静态整体特性进行了实验考核.

8.会议论文黄德修全光信息网络中的某些关键半导体光电子学器件1999

随着对信息容量需求的争剧增加，全光网络是信息网络发展的必然趋势，该文在阐述全光网络发展的基础上讨论全光网中的某些关键半导体光电子器件。

9.学位论文李操全光纤偏振压力传感器研究2007

近年来，随着光纤通信、计算机技术、光纤制造工艺和半导体光电子器件的发展，光纤传感器以其他常规传感器不可比拟的优越性，如灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、防爆、结构简单、体积小，重量轻等优点，而成为三十年来国际光纤领域研究和应用的热点和重点。 光纤压力传感器根据调制模式可以分为强度、相位、波长、频率和偏振压力传感器等，本文是对全光纤偏振压力传感器进行研究，改进和简化了以往的光纤偏振压力传感器结构，不采用光弹材料作为敏感元件，而是直接利用普通单模光纤感受应力，光纤同时具有传输和感受信息的功能。全光纤偏振压力传感器具有如下特点：结构简单、传动零件少、易于维护；减少了很多光耦合的步骤，降低了制造传感器的难度；降低了采用保偏光纤的高额成本；采用分体式结构，实现长距离传输信息；可以采用一台激光器给多个探头提供光源的方式，降低能耗和成本。从而解决了光纤偏振压力传感器大规模实用化的问题，具有很广阔的应用前景。 本文的主要研究内容有： 1.调研了光纤传感器基本原理、分类、国内外的发展情况及趋势，其中着重分析了多种光纤传感器的调制原理及其优缺点。 2.设计了全光纤偏振压力传感器的结构和工作原理，采用了双光路结构，补偿光源波动的影响；本文传感器结构中的传输光纤偏振无关，所以可以全部采用普通单模光纤；利用米勒矩阵建立了理论数学模型，并分析了小角度偏移误差；利用琼斯矩阵验证理论模型

，分析了光纤内部双折射的一般情况，针对本文传感器结构内部光纤的残余双折射，根据可能产生的三种不同位置，分别讨论其影响。 3.利用实验，验证了理论结构，对实验数据进行数值分析，计算出传感器的性能参数，借助MATLAB软件，利用最小二乘法进行实验数据拟合。 4.对全光纤偏振压力传感器应用于油罐液位探测进行研究，分析了多种光纤压力传感器测量液位的方案，比较它们各自的优、缺点，并研究了相关原理结构和密封设计等情况。

10.期刊论文卜涛.陈慰宗.刘军.冯宇异质结半导体激光器-物理通报2001(11)

异质结半导体激光器是半导体激光发展史上的重要突破,它的出现使光纤通信及网络技术成为现实并迅速发展.异质结构已成为当代高性能半导体光电子器件的典型结构,具有巨大的开发潜力和应用价值.

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_6552010.aspx

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