InP基光子集成器件的二次外延生长

摘要

光器件是光通信系统的基础和核心，是推动光纤通信技术发展的关键器件。光子集成回路（Photonic Integrated Circuits,PIC）是指将若干光器件集成在同一衬底上，构成一个整体，器件之间以半导体光波导连接，使其具有某些功能的光路。与传统的分立光电光处理相比，光子集成芯片具有小型化、小功耗、高功能、高可靠性的优点，降低了成本和复杂性，提高了系统可靠性，是未来光器件的主要发展方向。
　　可调谐波长转换器是光交叉连接网络中的关键器件之一，具有动态波长路由的功能。可调谐波长转换器由有源器件和无源器件组成。有源器件包括可调谐半导体激光器、半导体光放大器；无源器件有耦合器、移相器、延迟线。因此，可调谐波长转换器涉及到有源与无源器件的集成，这就需要通过二次外延生长实现它们的单片集成。其中，半导体激光器和半导体光放大器是可调谐波长转换器的主要组成器件，其外延层包含有InGaAsP层、InP层、P-InP、P+-InP、P+-InGaAs欧姆接触层。
　　本论文采用金属有机化学气相沉积（Metalorganic Chemical Vapor Deposition,MOCVD）分别对InGaAsP层、InP层、P-InP、P+-InP、P+-InGaAs欧姆接触层进行了单独生长，并通过电化学-电容电压剖析测试技术（ECV）、X射线双晶衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、二次离子质谱仪（SIMS）、光致发光技术（PL）等测试技术对各外延层进行了测试，为二次外延生长做好了准备。然后，采用刻蚀技术和表面清洗措施对一次外延片做了相关处理。最后，采用MOCVD技术二次外延生长了InP层、InGaAsP层、InP层、P-InP、P+-InP、P+-InGaAs欧姆接触层。在二次外延生长结束后，使用SEM、ECV对二次外延芯片进行了测试分析。测试结果表明，二次外延生长质量达到了预期要求，为实现有源器件与无源器件集成奠定了基础。

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1绪论

1.1光电集成概念

1.2有源器件与无源器件的集成

1.3本文主要研究内容

2 MOCVD外延生长与测试技术

2.1 MOCVD外延技术

2.2 MOCVD设备的组成

2.3外延材料测试技术

2.4本章小结

3光子集成器件各外延层生长

3.1 可调谐波长转换器的组成

3.2 P-InP外延生长

3.3 InGaAsP层外延生长

3.4 P+-InGaAs外延生长

3.5全结构生长

3.6本章小结

4二次外延生长

4.1二次外延生长前的样品刻蚀和表面处理

4.2芯片清洗

4.3二次外延生长

4.4本章小结

5总结与展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表论文