半导体光电子学课件下集3.3矩形介质波导.ppt

3.3 矩形介质波导v矩形介质波导在二维上都存在折射率波导效应有效折射率法变为一维有效折射率波导EnkE)(22202令令,22EkxEx)(2220220yknknkxeff得EnkyEeff)(222022由于有效n的引入，使二维介质波导具有和平板介质波导形式上相同的波动方程)()(effeffXXnnKK 中心区的 两侧区的 侧向波导效应的形成effneffn122)2(2txeffddKn并且1t场渗透深度半导体材料的外延生长v外延生长：指生长材料与衬底具有相同或接近的结晶学取向的薄层单晶的生长过程。1.液相外延(LPE)v原理：（1963年内尔逊提出）液相外延是指在某种饱和或过饱和溶液中在单晶衬底上定向生长单晶薄膜的方法v装置：滑动舟法的生长系统装置v过程：高温溶剂溶解低温过饱和 衬底上生长出单晶层（组分由相图决定）优点：装置简单可靠 易于生长纯度很高的单晶层 外延层晶体结构的完整性较好，位错及微 缺陷密度都低 掺杂剂的选择范围大 生长速度较快 外延层的组分和厚度可精确控制 v缺点：晶格常数与衬底失配 10%以上的生长困难 层厚 0.06m，生长难以控制min21.0m 2.金属有机化学气相沉积(MOCVD)1968年提出，80年代迅速发展，生长量子阱和超晶格、制备薄层材料有优越性。v原理：采用、族元素的有机化合物和、族元素的氢化物为原材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长半导体单晶v装置：、族金属有机化合物 TMGa:三甲基镓 TEIn :三乙基锢 、族元素的氢化物 金属有机化合物以氢作载体与V、PI族元素氢化物混合，流经加热衬底表面时，发生分解反应，外延生成化合物薄膜33)(CHGa352)(HCIn33HA3PH)(3)()()()(43333气固气气CHGaAsHACHGav优点：通过精确控制气流量来控制外延层组分、厚度、导电类型 可以生长几 ，十几 的薄层，满足结构需要 工艺简单，可获大面积、厚度、组分均匀的外延片 可生长在固相互不溶的亚稳态合金 3.分子束外延 70年代真空蒸发基础上发展的技术v原理：热分子束或原子束喷射到衬底表面形成单晶。v优点：主体原子和掺杂物质扩散效应小，获得十分陡的掺杂分布，原子内平整的外延层面 生长速率低 ，厚度控制到单原子层 控制快门开、关来改变组分掺杂。)3.01.0(hmhmv装置：材料衬底制备外延生长外延 材料测试 积淀 光刻、腐蚀vLD的制造工艺缺陷小磨抛清洗监制2SiO与材料晶格匹配，适当掺杂平整、光亮核心工艺有LPE、MOCVD用此膜在扩散时起掩蔽作用腐蚀分湿法(化学)和干法腐蚀(等离子、反应离子刻蚀)清洗二次外延生长P型电极制备衬底机械化学减薄n型电极制备切割解理成管芯2SiO光刻蒸金属层合金，电极制作又称欧姆接触。影响功率、热状态、器件可靠性、寿命用金刚石刀在解理面方向切压成F-P腔单管芯测试焊接压焊封装耦合老化超声键合电、气、热、力结合测试