光电器件论文

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1、随着当今信息技术(InformationTechnology,IT)跨入Tera-(IO)时代，即每秒Tbit的传输速度、每秒Tbit的交换容量和每平方厘米Tbit的存储密度，光电子器件也正在演绎着一场新的革命，将大量的光电子器件连同相关的电路制作在同一基底的芯片上，实现光电集成电路(OptoElectronicIC,OEIC)意义上的SoC(SystemonChip)成为科技发展的必然趋势。OEIC的发展可以追溯到20世纪70年代，1978年第一个单片集成光发射机芯片研制成功。然而，从大规模、多功能集成的角度而言，可以与

2、1971年发明的微处理器相对应的OEIC还没有出现；从广泛商业应用的角度而言，可以与20世纪80年代IC普及相对应的OEIC也还没有形成，图1-1比较了光电子与微电子发展史上的重要成果，起点分别为1962年半导体激光器诞生与1947年品体管诞生oOEIC发展较为缓慢的原因是多方面的,其中主耍原因Z_是由于受到材料、结构、工艺等方面的种种制约和束缚，远不能像微电子集成那样随心所欲。因此OEIC的全面突破还面临着--系列困难，有待深入的探索和攻坚。光电子微电子196219691970197219781990半导体激光器光】C提

3、岀LD室温连续工作OE1C捉出简单OEIC实现PIC实现LIXMOD集成器件混合集成器件图1-1權电子与光电于的发展历程的比较OEIC从类型上说可分为：混合集成、单片集成和准单片集成。所谓的混合集成就是指将高性能、属于不同功能模块的芯片通过光电连接器以分立器件的方式耦合在一起。混合集成的缺点是不易实现小型化以及有较高的寄生效应。单片集成是指在同一衬底上生长冇源光器件、无源光器件及电子电路。单片集成可以减小器件的寄生效应和尺寸、提高器件的速率和成品率、降低器件成木。准单片集成是指采用晶片键合(waferbonding)工艺或

4、者倒装焊(flip-chip)I艺将事先在两种或多种衬底材料上成长完成的器件或结构“贴”在一起，目前这种技术也方兴未艾。单片光电集成(MOEIC,MonOlithicopto一electronicintegratedcircuit)是将分立的光电元件芯片和电路芯片(光、电元件)集成在同一衬底上，通过空气桥实现互联，可最大程度地减小互联寄生参数对器件整体性能的影响。无论是体积、性能、成本还是可靠性，MOEIC都具有很大优势，因而在通信、计算机、微小型光电传感以及光信息处理等民用和军事光电系统中都占冇十分重要的地位。第一次MO

5、EIC的实验研究是美国加州理工学院的Yariv实验室在1978年至1979年报道的[I。2],该单片OEIC将一个AlGaAs/GaAs激光器和一个Gunn二极管和GaAsMESFET电路集成在GnAs衬底上。此后，MOEIC得到了迅猛的发展，研究内容主要集中于光接收机和光发射机。趋势：MOEIC经过三I•年的发展，结构组成多样化，性能水平不断提高，在外延生＜、器件设计和工艺等方面己经积累了丰富的经验。为满足现代科技在体积、可靠性、成本等方而更高的需求，MOEIC未来发展的趋势是光电系统或子系统的全单片集成和高速Si基MO

6、EIC,这也是MOEIC研究的两大而沿热点。曲于现代科技的不断发展，仅有放大电路、探测器或激光器的简单MOEIC模块已难于满足需求，微小型光电传感、高速度大容量光电系统屮的光电转换、光互联等现代科技在体积、可靠性等方面都有更苛刻的需求，进而希望MOEIC能集成更多的元件、具有更高的集成密度和更强的功能，最终将光电子器件、跨阻放大器、主放大器、调制/解调器、光波导、光开关、光合/分路器或其它光、屯元件全集成在同一芯片，实现光屯系统或子系统的单片集成，因而光电系统或子系统的单片集成已成为MOEIC发展的重要方向。材料外延牛长和

7、器件工艺制作都有较高的成本，这就限制了它的应用范围。而硅基光了学能够利用现已大规模应用的微电了工艺线，使其具有很好的成木优势和广阔的应用前景，尤其是近年來国外各人研究机构在此领域取得了显著的进展。但早期Si基MOEIC有两大劣势，就光接收机而言，存在与较低的电子迁移率相关的较低的工作速率问题；就光发射机而言，则存在与间接带隙相关的发光效率问题。克服上述Si基MOEIC的两大劣势，以获得价廉的高速Si基MOEIC器件，是MOEIC发展的又一方向，也是MOEIC前沿研究的又一热点。SOI是Si的重要替代材料之一。用SOI材料替

8、代Si材料制作CMOS屯路的优点主要包括：1）减小器件隔离区面积；2）减少工艺步骤；3）抑制衬底电流；4）避免闩锁效应；5）具有低的寄生电容，从而可以降低功耗，实现更高速的电路。正是它在制做高速电路上的优势，人们试图将其用丁•高速SiMOEIC光接收机的研制。上面提到了Si的吸收系数很小限制了高速探测器