1.1 前言
科技發達的現代，各種材料的應用顯得相當重要，半導體材料便是其 中一項重要的應用，在光電半導體元件(Optoelectronic semiconductor device)的應用上，單一材料的特性已無法滿足設計者的需求，異質材料的 穿透性差排[1[2][3] (Threading dislocation)，大大降低了材料的特性。除 了晶格常數的問題，磊晶層的晶面方向受限於基板方向，要長出不同晶面
1.2 研究動機
光電半導體元件的整合，近年來受到廣泛的注目；將主動元件部分，
例如：放大器、轉換器、光激發元件、光感測元件等，與被動元件，例如：
波導(waveguide)，進行整合所製作出的光電整合機體電路(optical electron integrate circuits , OEICs)將會是未來半導體產業的一項重 要發展。這項整合不同元件間的技術有幾個重要的問題是必須考慮的： 銦砷化鎵光偵測器(InGaAs photodetector)與絕緣層上矽的波導(SOI waveguide)電路進行整合是未來光纖通訊方面主要的努力目標，文獻中比 較了數種整合方式，包括異質磊晶(heteroepitaxy)、覆晶封裝(Flip chip)
首先提到的是異質磊晶技術，磊晶上的三五族材料可經由微影方式進 行準確的對位，進行後續元件的製成，也相當符合量產的原則，但是異質 磊晶存在著晶格常數不匹配(Lattice mismatch)以及熱膨脹係數差異的問 題，在介面處產生的大量穿透性差排將成為載子捕捉中心(trap center)，
導致原件特性下降，雖然可以藉由先長上適當的緩衝層(buffer layer)的 方式解決，但製成的不一致性與交互擴散的問題，使得異質磊晶技術不是 主要的整合方式之一。
接著提到的是覆晶封裝(Flip chip)技術，在 SOI waveguide 上以微影 蝕刻的方式製作出柵欄狀的圖形，使光可以垂直透過介面到達光偵測器，
基本的覆晶封裝方式如下圖：
圖 1.1 (左)覆晶封裝示意圖 (右)打線封裝示意圖 (Http://dictionary.zdnet.com/definition/flip+chip.html)
此種封裝技術也是相當成熟，兩端元件光的耦合上也不會造成問題，
但由於需要精確的對位，在大尺寸晶片的整合上製做困難且費時，限制了 此種技術方式的應用。
最後提到的是晶圓接合方式，由於介面必須使光可以穿過，因此共晶 接合(eutectic bonding)以及利用金屬接合(metal bonding)這兩種方式並 不適用，因此可行的接合方式則有以下兩種:黏結接合法(adhesive bonding) 以及直接接合法(direct bonding)。Di Liang[8] 與A.Georgakilas[9] 的研究 中，提出以SiO2 和SOG(spin-on-glass)做為中間介質層接合絕緣層上矽的 波導(SOI waveguide)和三五族元件，但是砷化鎵基板價格較昂貴，整片的 晶片進行接合在耗材使用量上較大，在Roel Baets[7]的研究中，提出利用 die-to-wafer的接合方式，將未處理的三五族基板與已製做完成的SOI波導 進行接合，流程圖如圖1.2所示。由於接合上的是未處理的三五族基板，對 於對位的精準度要求較小，可以靠著後續微影製程將兩元件完美對準，亦 符合商業量產的考量。
圖 1.2三五族材料與絕緣層上矽波導元件接合示意圖[7]
異質直接接合技術不僅是項技術，若運用在學術上也有重要的研究價 值，從最基本面的動力學、熱力學討論介面的特性，利用穿透式電子顯微 鏡觀察介面的微觀結構，了解介面的物理、化學性質，量測機台進行電性 量測，都將有助於了解投入應用後可能遇到的問題，對未來應用建立了良 好的基礎。而本實驗室對砷化鎵互相接合已有一系列的研究，期望舊有的 理論延伸進入異質晶圓接合的領域，最後將量測的電性與介面結構做連結。
二、晶圓接合技術簡介