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本论文是围绕任晓敏教授任首席科学家的973计划项目(No:2003CB314902)以及课题组所承担的国家863重大基金项目(No:2006AA03Z416、2007AA03Z418)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、基于键合技术的硅基长波长雪崩光电探测器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.利用Suhir的多层薄膜的应力分析方法,分析了GaAs/InP、Si/InP键合晶片界面热应力的分布,给出了键合晶片界面的正应力、剪切应力以及剥离应力的分布特性：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,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。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。2.发明了一种基于硼化物表面处理的低温晶片键合技术,实现了Si/InP、GaAs/InP、Si/Si基材料间简单无毒性的高质量的晶片键合,退火温度分别为270℃、290℃、180℃。键合样品的扫描电子显微镜图(SEM)和透射电镜测试图(TEM)表明键合的强度高；拉断测试显示晶片键合强度达到了MPa级。键合晶片的伏安特性、X射线衍射(XRD)及光致发光(PL)测试说明键合晶片有很好的光学和电学特性。3.X射线光电子能谱(XPS)和拉曼(Raman)测试可知硼化物溶液处理后的Si、InP和GaAs晶片表面的成键主要以Si-O-B、P-O-B和As-O-B的形式存在,Si/InP键合界面形成了厚度为21nm的B2O3-P2Ox-SiO2薄层,GaAs/InP键合界面形成了厚度为17nm的B2O3-P2Ox-As2O3薄层,这两个稳定的微观结构,保证了键合的质量。该研究成果已获得了一项发明专利。4.从载流子浓度连续性方程出发,利用矩阵代数的分析方法,通过分析器件每层结构的响应特性,推导得出吸收倍增分离结构APD的频率响应解析表达式。在此基础上,模拟了Si/InGaAs吸收区与倍增区分离(SAM)结构APD的频率响应特性,并着重分析了增益、倍增层厚度和吸收层厚度的变化对频率响应特性的影响。5.利用上述的Si/InP低温晶片键合技术,设计制造了Si基长波长雪崩光电探测器。该探测器为吸收倍增分离结构(SAM-APD),吸收层为InGaAs,增益层为Si,光敏面大小50×70μm2；测试结果表明器件有正常的光响应特性,击穿电压Vb为41V,0.9Vb时暗电流是0.1μA,光电流为0.7mA,倍增因子为19。器件的暗电流偏大的可能原因：键合界面的10nm的Si02层的隧道效应；N+型Si衬底过厚未减薄,可以通过减薄Si02层和N+型Si衬底来降低暗电流。