光電集成材料

光電集成材料（optoelectronic integrated material），光子元件一般包括光源、光調製器、光探測器、光波導、光雙穩等，電子元件包括三極管、二極管、電阻、電容等。如果各種光子、電子元件都制在同一襯底上，則這種襯底材料稱為單片光電集成材料，如果各種光子、電子元件分別制在不同襯底上，然後拼接在一起，則襯底材料稱為混合光電集成材料。

常用的光電集成材料是砷化鎵、磷化銦和複合襯底材料。砷化鎵屬立方晶系，有直接躍遷型能帶結構，呈現負阻效應，其電子遷移率比硅高約8倍，本徵電阻率比硅大3個數量級，不僅可製作光子元件，也可製作電子元件。在同一砷化鎵襯底上，已能集成激光器、光探測 器和光波導；6個分佈反饋激光器；激光器與耿氏振盪器或金屬半導體場效應晶體管；4×4砷化鎵開關陣列等。磷化銦也是直接帶隙半導體材料，300K時，其帶隙寬度為 1.35電子伏特(eV)。適於製做光纖通信用的光電集成器件。在同一磷化銦襯底上，已能集成5個DFB激光列陣；10個 DFB激光器波分複用系統；各種激光器與驅動器、光探測器與前置放大器等光電子器件。

把各種光子和電子元件集成在同一襯底上，除了要解決元件結構和工藝技術的兼容性外，還要選擇滿足兩種元件性能要求的材料。為了使不同材料互補，按要求進行優化組合，又發展出一種複合襯底材料，即利用異質外延技術，在一種襯底材料上外延另一種襯底材料薄膜，如在硅片上異質外延砷化鎵單晶薄膜，在襯底的硅面製作電子元件，在砷化鎵薄膜上製作光子元件。其優點是可以把硅的大規模集成電路技術與砷化鎵的光子元件技術結合，改善導熱性能，降低成本，提高集成度。除在硅面上異質外延砷化鎵外，還可在砷化鎵晶片上異質外延磷化銦單晶薄膜。利用複合襯底材料，已製出一批光、電子元件，以及光電集成的光發射機和光接收機。