国之重器出版工程 可见光通信新型发光器件原理与应用

目前国内尚没有全面总结讨论适用于可见光通信的光源器件发展的图书。 本书取材新颖，内容翔实，集成了国际上氮化物发光器件领域全前沿的热点方向与研究成果。 本书重点分析了新型器件的电学与光学特性，并讨论了不同器件对于可见光通信应用中所具有的显著优势。

 

本书介绍了一系列新型氮化物发光器件的结构设计、制备工艺和性能表征。这些新型器件包括表面等离激元增强LED、纳米柱LED、近紫外LED、超辐射氮化镓、半极性和非极性氮化镓激光器、多段式氮化镓激光器、光子集成电路以及垂直腔面发射激光器。本书重点分析了这类新型器件的电学与光学特性，并讨论了不同器件在可见光通信应用中所具有的显著优势。 本书取材新颖，内容翔实，集成了国际上氮化物发光器件领域全前沿的热点方向与研究成果。适用于从事发光器件和可见光通信系统研究的广大工程技术人员阅读，也可作为通信、电子、光学等专业和相关培训班的教学参考书。

欧海燕 丹麦技术大学副教授，中科院半导体所集成光电子学国家重点联合实验室博士。2011年名城大学Isamu Akasaki教授（2014年诺贝尔物理奖获得者）组访问学者。自然出版集团旗下期刊《科学报告》的编辑。负责或参与多项欧洲、北欧及丹麦的研究项目，2013年欧洲材料研究学会的研讨会G、2017年的研讨会O 和PIERS2014的LED研讨会的组织者之一。主要研究方向为光通信、光伏和发光的新型纳米材料和器件，近年来，除了研究传统半导体材料硅和锗，对宽禁带半导体材料如氮化镓和碳化硅在光电领域的应用也做了很多开拓性的工作。在国际杂志和国际会议上共发表论文224余篇，其中一篇发表在顶 尖杂志自然（Nature）上，应邀在国际会议做报告16次。2013年获得丹麦zui大风投公司seed-capital的注资，创建了Light Extraction公司，并在同年获得丹麦zui有创新性研究的战略研究奖。 沈超 博士，KAUST创新中心研究顾问，SaNoor科技公司创始人兼技术主管。曾在KACST-KAUST-UCSB半导体照明联合研究中心从事第三代半导体激光芯片工艺和片上集成研究。曾获得2019年诺基亚创新挑战赛全球TOP 5，发表论文60余篇，引用1 000余次，在高速可见光通信方面的工作被25余家境内外媒体报道，拥有多项美国和国际专利。主要研究领域为第三代半导体材料、光电子器件与系统、氮化镓基光子集成电路、高性能可见光激光芯片、白光激光通信和高速无线水下光通信等。

第1章 绪 论 001

1.1　可见光通信系统的应用　002

1.2　可见光通信系统的发展　003

1.3　可见光通信发射器的基本要求　004

1.4　本书章节安排　005

参考文献　006

第2章　表面等离激元增强LED　007

2.1　表面等离激元增强LED的工作原理　008

2.1.1　表面等离子体模式　008

2.1.2　表面等离激元增强LED的光学特性　010

2.1.3　表面等离激元增强LED的调制特性　012

2.2　表面等离激元增强LED的设计与制备　013

2.2.1　实现等离子体耦合的LED外延结构　013

2.2.2　使用Ag NPs的LSP耦合　017

2.2.3　电驱动表面等离激元增强LED的设计与制备　024

2.3　表面等离激元增强绿光LED的电学表征及其在可见光通信中的应用　025

2.3.1　表面等离激元增强LED的电学特性　025

2.3.2　表面等离激元增强LED在可见光通信中的应用　034

2.4　本章小结　038

参考文献　039

第3章　纳米柱LED　045

3.1　纳米柱LED的发展及应用　046

3.2　纳米柱LED的设计与工艺　047

3.2.1　纳米球掩膜及刻蚀　047

3.2.2　纳米金薄膜退火及刻蚀　048

3.2.3　电子束曝光及刻蚀　050

3.3　纳米柱LED的主要光学表征　051

3.3.1　周期性绿光纳米柱LED的光学表征　051

3.3.2　非周期性绿光纳米柱LED的光学表征　054

3.3.3　周期性黄光纳米柱量子阱的光学表征　056

3.4　纳米柱LED器件在可见光通信中的应用　059

3.5　本章小结　062

参考文献　062

第4章　近紫外LED　065

4.1　近紫外LED的发展历史与现状　066

4.1.1　LED的历史与发展　066

4.1.2　MOCVD 外延生长现状　068

4.1.3　LED发展现状　069

4.2　近紫外LED的设计及制备　070

4.2.1　LED台面制造　070

4.2.2　LED电流扩展层和电极的制造　073

4.3　近紫外LED的电学表征　075

4.3.1　NUV LED器件的EL　075

4.3.2　NUV LED器件的I-U曲线　076

4.3.3　传统Ni/Au电流扩展层的TLM测试　077

4.3.4　传统Ni/Au电流扩展层的透射率测试　079

4.4　近紫外LED在可见光通信中的应用　079

4.5　本章小结　082

参考文献　083

第5章　氮化镓SLD　089

5.1　SLD的原理与应用　090

5.2　高性能蓝紫光SLD的设计与工艺　092

5.3　基于蓝光SLD的白光光源　099

5.4　可见光SLD的高频调制及其在可见光通信中的应用　101

5.5　本章小结　104

参考文献　105

第6章　非极性和半极性面氮化镓激光器　109

6.1　氮化镓激光器的发展　110

6.2　非极性和半极性氮化镓激光器的生长与工艺　111

6.2.1　非极性m面GaN基激光器　111

6.2.2　半极性面和GaN基激光器　113

6.3　氮化镓激光二极管的测试与表征　115

6.3.1　半极性InGaN/GaN量子阱结构的蓝光激光二极管　115

6.3.2　波长410 nm的近紫外半极性InGaN/GaN量子阱结构的激光二极管　118

6.4　氮化镓激光二极管的高频调制及其在可见光通信中的应用　120

6.4.1　氮化镓激光器的调制特性　120

6.4.2　氮化镓基自注入锁定激光器及其调制特性　121

6.4.3　基于氮化镓激光二极管的可见光通信系统　123

6.5　本章小结　123

参考文献　124

第7章　多段式氮化镓激光器和光子集成电路　127

7.1　氮化镓基光子集成芯片概述　128

7.2　氮化镓激光二极管和集成波导调制器　128

7.2.1　蓝光波段集成波导调制器的激光二极管　129

7.2.2　紫光波段集成波导调制器的激光二极管　134

7.3　氮化镓激光二极管和集成光放大器　137

7.4　氮化镓激光二极管和集成波导光接收器　141

7.5　本章小结　145

参考文献　146

第8章　氮化镓垂直腔面发射激光器　151

8.1　氮化镓垂直腔面发射激光器介绍　152

8.2　非极性氮化镓垂直腔面发射激光器　154

8.3　氮化镓垂直腔面发射激光器的高频调制　157

8.4　本章小结　158

参考文献　159

第9章　总结与展望　161

9.1　回顾　162

9.2　挑战与未来　164

名词索引　167