集成光学器件的材料.ppt

第七章四节集成光学器件的材料集成光学是以光的形式发射、调制、控制、和接收信号，集光信号的处理功能为一身的新一代集成光学器件。其最终目的是代替目前的电子通信手段，实现全光通讯。光子集成用材料的共同要求半导体材料间接带隙半导体材料直接带隙半导体材料间接带隙半导体材料---SiSOI光波导(Silicon-on-Insulator,绝缘体上硅)SOI光波导特点直接带隙半导体材料表7.1InGaAsP材料体系主要参数表7.2纤锌矿型GaN、AlN材料体系主要特性相的GaN为直接带隙半导体，Eg=3.39eVInxGa1-xN的Eg=1.95~3.39eV；AlxGa1-xN的Eg=3.39~7.28eV；均为直接带隙半导体材料。是紫外LED、LD的主要材料。主要问题：衬底材料为Al203（蓝宝石）和SiC，异质外延生长高的缺陷密度缺乏解理面（国家“863”计划—VCSEL）InGaN/GaN量子阱的发光机理不清，热电、压电等理论和实验均有许多问题有待解决表7.3闪锌矿型GaN、AlN材料体系主要特性7.3介质材料（dielectricmaterial）LiNbO3和LiTaO3晶体6.1典型材料与制作技术材料与制作方法的选择需遵循下述原则：波导层厚度和折射率的误差要小且均匀；传输损耗小，即光学透明度好，表面凹凸小，光学散射少；在晶体情况下，纯度和光轴符合要求；强度大，与衬底附着性好；工艺重复性好。各种制作方法特点加热蒸发淀积法：在高真空状态下，将蒸发材料加热使之蒸发，蒸汽分子到达衬底表面淀积下来，形成薄膜，所以该方法也称为真空蒸发镀膜法。随着蒸发的材料不同，加热的方法也不同。通常，低熔点的材料采用电阻加热蒸发法，高熔点的材料采用电子束加热蒸发法。溅射法：使溅射气体（一般为惰性气体）通过放电而等离子化，位于等离子体中的靶材由于正离子的轰击，靶材的原子被打出，这些原子淀积在衬底上而形成薄膜。溅射法特别适用于难于用加热蒸发淀积法制作薄膜的高熔点材料。上述溅射法中采用的是不与靶材发生反应的惰性气体作为溅射气体，如果改用能够与靶材发生反应的气体作为溅射气体，就会得到二者的化合物薄膜，称为反应溅射法。化学气相沉积法（CVD）：以某种气体为原料，通过化学反应，在衬底上淀积薄膜。聚合法：将单体在真空中加热使之蒸发，同时通过加热、电子束照射、紫外线照射或者等离子体照射的方法，使单体蒸汽在衬底表面淀积下来并且聚合形成薄膜。热扩散法：先将需要进行热扩散的材料淀积在衬底的表面，然后放入高温炉中，使淀积材料扩散进衬底中，在衬底表面形成一层折射率略高的扩散层。扩散材料随纵向深度的浓度分布是从大到小的平滑分布，又称为内扩散。与内扩散法相对应的是外扩散法。外扩散法是将衬底加热，使衬底内部的物质往外部扩散出去，以制作高折射率层。离子交换法：将衬底浸入某种溶液中，通过衬底中的离子与溶液中的离子之间的交换，在衬底的表面附近制作高折射率的方法。离子注入法：将离子加速注入衬底引起晶格缺陷，从而得到高折射率层。外延生长法：将晶格结构与衬底相同、晶格常数与衬底相近的材料，以液态（液相外延法）或者气态（气相外延法）与衬底晶体接触，就会在形成结晶状薄膜。