光电集成材料

名词解释

光电集成材料

optoelectronic integrated material

用于制造光电子集成器件的材料。光子元件一般包括光源、光调制器、光探测器、光波导、光双稳等，电子元件包括三极管、二极管、电阻、电容等。如果各种光子、电子元件都制在同一衬底上，则这种衬底材料称为单片光电集成材料，如果各种光子、电子元件分别制在不同衬底上，然后拼接在一起，则衬底材料称为混合光电集成材料。

常见材料

常用的光电集成材料是砷化镓、磷化铟和复合衬底材料。砷化镓属立方晶系，有直接跃迁型能带结构，呈现负阻效应，其电子迁移率比硅高约8倍，本征电阻率比硅大3个数量级，不仅可制作光子元件，也可制作电子元件。在同一砷化镓衬底上，已能集成激光器、光探测 器和光波导；6个分布反馈激光器；激光器与耿氏振荡器或金属半导体场效应晶体管；4×4砷化镓开关阵列等。磷化铟也是直接带隙半导体材料，300K时，其带隙宽度为 1.35电子伏特(eV)。适于制做光纤通信用的光电集成器件。在同一磷化铟衬底上，已能集成5个DFB激光列阵；10个 DFB激光器波分复用系统；各种激光器与驱动器、光探测器与前置放大器等光电子器件。

把各种光子和电子元件集成在同一衬底上，除了要解决元件结构和工艺技术的兼容性外，还要选择满足两种元件性能要求的材料。为了使不同材料互补，按要求进行优化组合，又发展出一种复合衬底材料，即利用异质外延技术，在一种衬底材料上外延另一种衬底材料薄膜，如在硅片上异质外延砷化镓单晶薄膜，在衬底的硅面制作电子元件，在砷化镓薄膜上制作光子元件。其优点是可以把硅的大规模集成电路技术与砷化镓的光子元件技术结合，改善导热性能，降低成本，提高集成度。除在硅面上异质外延砷化镓外，还可在砷化镓晶片上异质外延磷化铟单晶薄膜。利用复合衬底材料，已制出一批光、电子元件，以及光电集成的光发射机和光接收机。