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第1章　概述 1

1.1　微电子技术简介 1

1.1.1　双极型微电子技术简介 1

1.1.2　MOS微电子技术简介 4

1.1.3　Bi-CMOS微电子技术简介 7

1.1.4　SOI微电子技术简介 8

1.2　光电子技术简介 9

1.2.1　光发射器件简介 10

1.2.2　光接收器件简介 11

1.2.3　光波导器件简介 12

1.2.4　太阳能电池 13

1.2.5　电子图像显示器件 14

1.3　工艺与制备 15

1.3.1　MBE工艺 15

1.3.2　MOCVD工艺 17

1.3.3　氧化 19

1.3.4　化学气相沉积（CVD） 20

1.3.5　刻蚀 20

1.3.6　光学光刻 23

1.3.7　离子注入 27

1.3.8　金属化 29

1.4　微电子与光电子集成技术简介 30

参考文献 31

第2章　光发射器件及集成技术 32

2.1　光发射器件理论基础 32

2.1.1 晶体结构 32

2.1.2　能带结构 34

2.1.3　杂质能级 36

2.1.4　半导体发光基础理论 39

2.2　光发射二极管 41

2.2.1　概述 41

2.2.2　半导体光发射二极管的基本结构 42

2.2.3　发光二极管性质 44

2.2.4　硅基光发射二极管 46

2.3　半导体激光器 59

2.3.1 半导体激光器分类 60

2.3.2　异质结激光器 61

2.3.3　分布反馈激光器（DFB-LD） 62

2.3.4　量子阱激光器 63

2.3.5　硅基半导体激光器 64

2.4　垂直腔面发射激光器（VCSEL） 65

2.4.1　VCSEL的理论分析 66

2.4.2　VCSEL的总体结构设计 71

2.4.3　VCSEL中反射镜的设计 72

2.4.4　VCSEL光腔的设计 76

2.4.5　几种典型的VCSEL结构及其制作工艺 77

参考文献 82

第3章　光接收器件及集成技术 84

3.1　光电探测器理论基础 84

3.1.1　半导体中的光吸收 84

3.1.2　光生载流子 86

3.2　光电探测器性能参数 90

3.2.1　量子效率和响应度 91

3.2.2　频率响应 92

3.2.3　噪声和探测度 92

3.3　基于Ⅲ-Ⅴ族半导体材料的光电探测器 94

3.3.1　PIN型光电探测器 95

3.3.2　APD光电探测器 103

3.3.3　MSM光电探测器 107

3.3.4　GaN基紫外光电探测器 107

3.4　基于硅基双极型工艺的光电探测器 112

3.4.1 与标准双极工艺兼容的集成光电探测器 112

3.4.2　修改双极工艺条件下的集成光电探测器 114

3.5　基于硅基CMOS工艺的集成光电探测器 118

3.5.1 基于标准CMOS工艺的集成光电探测器 119

3.5.2　定制CMOS工艺下的PIN光电探测器 126

3.5.3　BiCMOS工艺下集成光电探测器 131

3.6　锗硅光电探测器 133

3.7　光电探测器阵列 136

参考文献 139

第4章　光波导器件及集成技术 144

4.1　光传输的理论概述 144

4.1.1　线光学理论 144

4.1.2　电磁场理论基础 151

4.2　光波导基本结构 157

4.3　SOI光波导 160

4.3.1　SOI光波导结构 160

4.3.2　光波导的折射率及损耗系数 163

4.3.3　硅光波导中损耗的分类 164

4.3.4　硅中的光调制机制 166

4.4　光波导器件制作技术 167

4.4.1　SOI基片的制备 167

4.4.2　SOI波导工艺特点简介 169

4.5　硅基电光调制器件简介 171

4.5.1　硅基电光调制器分类 171

4.5.2　光相位调制器 173

参考文献 184

第5章　光电子专用集成电路 186

5.1　光电子专用集成电路设计 186

5.2　光发射器驱动电路 187

5.2.1　光纤通信系统中光发射器的驱动电路 187

5.2.2　照明系统中光发射器的驱动电路 192

5.3　光接收器前置放大电路 194

5.3.1　跨阻前置放大器的频率响应 198

5.3.2　跨阻前置放大器的相位和群延时 199

5.3.3　跨阻前置放大器的噪声和灵敏度 201

参考文献 205

第6章　硅基光电子集成回路 206

6.1　硅基光电子集成回路（OEIC）概述 206

6.2　集成硅基光发射器 208

6.2.1　光发射机参数 208

6.2.2　LED发射器 209

6.2.3　LD光发射机 211

6.3　集成硅基光波导 216

6.3.1　场氧化结构做光波导 216

6.3.2　金属间光波导 218

6.3.3　磷硅酸玻璃光波导 219

6.4　集成硅基光电接收器 221

6.4.1　SiGe工艺单片集成光电接收器 222

6.4.2　CMOS工艺单片集成光电接收器 222

6.4.3　BiCMOS工艺单片集成光电接收器 225

参考文献 226

第7章　甚短距离光传输模块及相关技术 228

7.1　甚短距离光传输技术（VSR）简介 228

7.1.1　VSR的定义和标准 229

7.1.2　VSR在网络体系中的位置 230

7.1.3　VSR技术的基本工作形式 231

7.1.4　VSR技术的主要特点 231

7.1.5　VSR技术发展历史、研究现状和发展趋势 232

7.2　并行光传输模块及关键技术 233

7.2.1　并行光发射模块 233

7.2.2　并行光接收模块 239

7.2.3　光纤传输技术 241

7.2.4　粗波分复用（CWDM）技术 250

参考文献 256

第8章　微电子与光电子混合集成技术 257

8.1　微光电子集成智能像素概述 257

8.1.1 智能像素中的光子集成器件及集成技术 258

8.1.2　智能像素的应用 261

8.2　SEED智能像素 264

8.2.1　SEED器件 264

8.2.2　SEED智能像素总体设计 266

8.2.3　SEED智能像素制备工艺 269

8.3　SEED列阵研制 271

8.3.1　适合于倒装焊结构的量子阱外延材料 271

8.3.2　含DBR反射结构的量子阱外延材料 273

8.3.3　SEED列阵设计与制备 276

8.3.4　SEED器件特性测量 278

8.3.5　SEED器件模式调整技术 280

8.4　智能像素电路设计与模拟 283

8.4.1　智能像素电路特点 283

8.4.2　智能像素接收电路 284

8.4.3　智能像素驱动电路 285

8.5　智能像素集成技术基础工艺 287

8.5.1　硅V形槽制备技术 287

8.5.2　SEED列阵光纤耦合 287

8.5.3　倒装焊铟柱电镀制备技术 288

8.6　微光电子集成智能像素发展前景 288

8.6.1　智能像素性能评估 288

8.6.2　SEED智能像素与VCSEL智能像素比较 290

8.6.3　微光电子集成智能像素的实用化 290

8.7 小结 291

参考文献 293

第9章　微电子与光电子集成技术展望 296

9.1　混合光电子集成技术 297

9.2　单片光电子集成技术 297

9.3　应用展望 298

附录A　缩略语 300