本论文围绕任晓敏教授任首席科学家的973计划项目(No：2003CB314900)以及课题组所承担的国家863重大基金项目(No：2003AA31g050、2003AA312020)、国家自然科学基金重大项目(No：90201035)和国家自然科学基金资助项目(No：60576018)展开的。随着信息技术的迅速发展，大容量、高速率的信息传输处理能力已成为信息网络的迫切需求。用光子载体替代电子载体实现高速互连，以光子技术或光电子技术替代微电子技术，发展光集成技术或光电子集成技术，将把信息技术推向一个全新的阶段。本论文针对光电集成中的关键技术—低温晶片键合技术、基于特殊功能微结构的新型WDM集成解复用接收器件的研制等开展了大量研究工作，并已取得以下主要研究成果：1．由能量最小原理导出的键合条件出发，结合线性薄板理论分析了宏观上晶片的弯曲度及微观上晶片表面起伏对晶片键合的影响。得出：对于有一定的弯曲度的晶片对，键合界面的平整度取决于较厚晶片表面的平整度，而弹性应变能主要累积在较薄的晶片中；对于一定厚度的晶片，晶片边缘的区域要比接近中心的区域容易键合，但当晶片较薄时，这种差异不大，则键合的面积也就随着增大。当键合晶片对的厚度总和一定时，两晶片的厚度差越大，晶片越容易键合，晶片厚度相等时最不易键合。对于表面有微观起伏的晶片，晶片厚度越薄，对晶片表面的平整度的要求越低，晶片更容易键合。2．利用双金属带的热应力分布理论分析了键合晶片的热应力分布。建立了键合应力分布的物理模型，分析了GaAs／InP、Si／InP键合晶片界面热应力的分布情况，给出了键合晶片界面的剪切应力、正应力以及剥离应力的分布特性，结果表明：剪切应力和剥离应力在紧邻晶片边缘区域处值最大，随着远离边缘区域，迅速减小直至为零，正应力在晶片中心处有最大值，在晶片边缘附近，正应力迅速下降直至为零。通过分析对晶片键合影响较为直接的正应力和横向弹性应变能的大小，得出：降低退火温度(即低温键合)是减少热应力对键合影响的最有效的方法，另外可通过减薄其中一个晶片或者两者都减薄来减小热应力对键合的影响。3．基于半导体突变同型异质结的相关理论，分析了计入表面态影响和不计表面态影响(或表面态影响很小)的突变同型异质结的电学特性，并结合实验样品，对简并和非简并半导体的情况均进行了分析，模拟出了n-GaAs／n-InP、n-Si／n-InP在两种表面能级密度状态下的电流-电压特性。4．发明了一种基于硼化物表面处理的GaAs／InP、Si／InP、Si／Si低温晶片键合技术，并成功实现了GaAs／InP、Si／InP、Si／Si基晶片间简单、无毒性的低温键合(退火温度分别为290℃、270℃、180℃)。键合界面具有很好的形貌特征，解理后分界面不明显，键合强度达到了MPa级，超过晶片体材料的断裂强度。通过测试Ⅰ-Ⅴ曲线、X射线衍射(XRD)及光致发光(PL)谱，说明键合界面具有很好的电学和光学特性，键合晶片质量未受太大影响。利用SIMS测得键合晶片的中间层厚度分别约为21.56nm(Si／InP)、17nm(GaAs／InP)，结合XPS和Raman spectroscopy测试，证实了硼酸溶液处理后的晶片表面形成了B-O-P、P-O-As、As-O-B、Si-O-B、P-O-Si，键合界面这几种键之间会重新组合最终形成稳定的体系结构，从而保证了在低温下实现高键合强度。该研究成果已申请了一项发明专利。5．介绍了三种实现长波长“一镜斜置三镜腔”型光探测器的方案。一种是利用低温晶片键合技术，将GaAs基的法布里—泊罗(F-P)滤波腔部分与InP基的p-i-n吸收部分键合到一起；一种是基于InP／空气隙DBR结构的InP基微机械可调谐“一镜斜置三镜腔”结构的探测器；另一种是基于InGaNAs／GaAs多量子阱结构的GaAs基“一镜斜置三镜腔”光探测器。介绍了这三种长波长“一镜斜置三镜腔”型光探测器的设计，并详细介绍了其中两种探测器的制备与测试结果。一种是基于GaAs基滤波腔的InP基长波长“一镜斜置三镜腔”光探测器，研制出的器件最终获得了78.4％的峰值量子效率、10.5nm的波长调谐范围、0.6nm的光谱响应半高全宽以及12GHz的3dB响应带宽。一种是基于InGaNAs／GaAs多量子阱结构的GaAs基“一镜斜置三镜腔”光探测器，研制出的器件在1558nm处获得了半高全宽为3nm的光谱响应。本项目组的一项成果“高速窄线宽可调谐的解复用光接收集成器件及其关键制备工艺”(包含本论文工作)，入选了2006年度中国高等学校十大科技进展，并获得了北京市科学技术奖二等奖(初评通过)，现已上报国家技术发明二等奖，目前正在评审中。这项成果还得到了诺贝尔奖得者阿尔费罗夫院士、美国工程院院士历鼎毅博士、美国工程院院士Joe C．Campbell教授、中国工程院院士邬贺铨教授的一致认可与高度评价，项目负责人任晓敏教授还受阿尔费罗夫院士邀请，参加了第14届“纳米结构：物理与技术”国际会议，并作大会特邀报告。