平面集成的结构中，所有光电子器件处于同一平 面上，可以通过腐蚀和集成电路的各种平面工艺 技术来实现光电子集成。
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Si-based OEIC
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半导体光子技术
— 高科技竞争的焦点
半导体光子技术的研究已形成大学、研究所、公 司完整的研究体系，半导体光电子产品已形成非 常巨大的光产业市场，半导体光子技术应用已经 成为全世界高技术竞争的焦点。 未来的社会是信息社会，半导体光子技术是信息 社会的重要支柱；未来的世界是高科技竞争的世 界，半导体光电子技术是高科技竞争的焦点。 中华民族是一个自强不息的民族，将会抓住时机、 选准方向、有所创新、有所突破，一定能把我国 的半导体光子技术推向国际先进水平，为建设高 信息化的强大中国作出重大贡献，为发展国际的 半导体光子技术作出重大贡献。
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激光器-合波器-光放大器-调制器单片集成结构示意图
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多波长InGaAsP分布反馈（DFB）激光器阵列集成芯片
（a）多波长DFB激光器阵列+MMI合波器+光放大器集成芯
片制造工艺示意图
（b）DFB激光器阵列截面照片和结构图
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28VCSEL阵列
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可寻址VCSEL面阵列
(a) 面阵列结构示意图 (b) 8×8可寻址VCSEL面阵列照片
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12.4光激电光子器器同件电的子集器成件、
主要功能 （1）获得足够的驱动电流或放大信号，使发光特性
更好、更强；
（2）同波导器件的集成实现分光、合波等功能，充 分发挥多波长的特性；
（3）同半导体光放大器的集成，对激光信号进行光 放大，获得更高的功率；
（4）同电吸收调制器的集成，实现动态单模。
总之，这些激光器同其它电子器件或光电子元器件 的集成既使器件结构紧凑、体积减小，又获得更 好的光电性能，因而是一举多得、事半功倍。
纵向集成结构、横向集成结构、平面集成结构
纵向集成结构中，不同结构的光电子器件连续生 长在同一半绝缘衬底上，再在器件之间腐蚀出隔 离槽，最后在表面上蒸Al膜形成桥式引线来实现 互联。
横向集成结构中，光电子器件并列生长在半绝缘 衬底上，由于不同器件的层厚等互不相同，因此 需要进行二次甚至三次，四次外延生长，工艺比 较复杂。
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12.3 光电探测器阵列
光电探测器阵列不但用于光盘读出等应用项目，还 可以探测二维图像甚至三维立体图像。以一维线 阵列加上机械扫描，就能实现二维图像的探测。
利用不同波长响应的探测器，依一定间隔集成在线 阵列上，进而利用波长响应的特点可以探测不同 层次的信息，实现三维图像的探测。
进而应用探测器面阵列。作卫星、航天飞机的光测 空间定位，准确测定它们的方位坐标。在计算机 中，也需要光电探测器面阵列，以便实现对应节 点信息的转换和处理。
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LD-HBT单片集成结构示意图
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LD-PD-FET电路集成组件结构图
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示 意 图
构
结
成集的 成集的
与与成
集
片
单
LD-FET
(a)AlGaAs/GaAs LD MESFET (b)InGaAsP/InP LD MISFET
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24
12.5 光电子集成的发展与未来
OEIC通常有三种基本结构
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信息化的未来在中国！
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第十二章
半导体光子集成
Chapter 11
Semiconductor Photonic Integration
1
光子集成
核心是“集成”
✓如何集成地产生光、传输光、探测光、控 制光、应用光。
✓如何在同一芯片上将电能、电信号转换为 光能、光信号，如何用电来控制光，以及 它们的逆过程。
✓这是一个互动的过程，相互依存、相互促 进。
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光电子集成分类
有源光电子集成 无源光电子集成 有源同无源的光电子器件集成 光电子器件和电子器件的集成
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OEIC
单片光电子集成
混合光电子集成
有源光电子器件集成
无源光电子器件集成
光电子器件+电子器件集成
激光器 阵列
探测器 阵列
发光管 阵列
光开关 阵列
耦合器 阵列
波导光 栅阵列
激光器+ 电子器件
探测器+ 电子器件
2
12.1 OEIC
• 突出了光，强调了光电，落脚在集成上， 因而赋予了它真实的科学含义。
• 光电子集成回路是一类将半导体光电子器 件和电子器件集成在同一芯片或衬底上的 新型光电子器件，它具有比单个器件更多 的、更齐全的光电或电光转换功能，在体 积上非常浓缩紧凑，性能更加完善高级， 能直接安装进系统使用。集成者，在此是 集器件之大成，集功能之大成，也集应用 之大成。
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7
光波导耦合器结构图
（a）脊形波导耦合器 （b）光栅耦合器
（c）Y分支分束器图
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各种耦合的半导体激光器阵列的结构图
(a)衍射耦合阵列 (b) 、(c)“断条”阵列 (d) Y形结阵列 (e) X形结阵列。 9
增 益 导 引 激 光 器 阵 列 的 基 本 结 构
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折 射 率 导 引 激 光 器 阵 列 的 基 本 结 构
11Biblioteka 近距反波导组成的半导体激光器阵列
（a）截面图，（b）等效折射率侧向分布图，（c）横向光限制因子的侧向分布图1。2
12.2.2 多波长激光器阵列
多波长激光器阵列是许多单个的激光二极管 集成在同一半导体基片上。
它们各自独立，互不干扰，每支激光器发射 出一种波长，并且可以分别驱动与调制。
它们一起构成了多波长激光器阵列，为密集 型波分复用光纤通信系统提供了可靠的光源。
增
折
线
面
N
X
Y
断
益
射
阵
阵
形
形
条
导
率
探
探
引 阵 列
导 引 阵 列
测 器 阵 列
测 器 阵 列
N 光 开 关 阵 列
耦 合
器 阵
列
耦 合
器 阵
列
波 导 阵 列
半导体光电子集成回路分类图
PIN+HBT
LD+FET FET AWG
12.2 半导体激光器阵列
12.2.1 锁相激光器阵列
在同一半导体基片上，同时制备出n个结构 相同的激光二极管，它们彼此之间的间距很 小，以至每个半导体激光二极管单元的光场 相互交叠，产生耦合作用，使其整体的光场 模式锁定，相位相关，频率确定，我们将这 种光电子器件称之为半导体锁相激光器阵列， 简称PLLA（Phase Locking Laser Array）。