[00105589]新型低功耗单片集成高速、大功率、高线性光探测器阵列芯片研究

该项目为国家自然科学基金资助面上项目（项目批准号：61574019）。

该项目通过器件结构改进和制备工艺的创新，设计并制备了高线性、高速、大功率、低噪声的光探测器阵列芯片及与光栅分束器集成的阵列芯片。主要研究成果如下：

1. 成功设计并制备了零偏置和低偏置高速运行的 UTC-PD，具有 20μm 和 14μm 台面直径的 UTC-PD，在零偏置下，3dB 带宽分别为 20.8GHz 和 40GHz，而反向偏压为 1V 时，3dB 带宽分别为 36.6GHz 和大于 40GHz。

2. 成功研制高速、大功率、高线性光探测器阵列芯片，在1550nm 波段高速响应带宽为22GHz， 交流饱和电流 86.8mA，器件饱和输出功率 21dBm，三阶交调点为 28.28dBm；-1V 偏压下暗电 流为 2nA。

3. 提出并制备了SOI 基偏振不敏感的二维亚波长光栅功率 1×2、1×3 和 1×4 分束耦合器。

4. 提出并制备了与亚波长光栅分束耦合器集成的对称排布二元 UTC 光探测器阵列以及多元光探测器阵列，其中具有 40μm 直径管芯的二元结构阵列 3dB 带宽为 23.8GHz，饱和电流 87.7mA，在 12GHz 下射频输出功率大于 16dBm。具有 30μm 直径管芯的三元结构阵列和四元结构阵列带宽分别为 19.1GHz 和 17.2GHz，在 15GHz 下射频输出功率分别为 11.5dBm 和 13.1dBm。

5. 提出一个包含陷阱辅助隧穿机制的完整的暗电流模型。

6. 对光探测器偏压调制技术进行了理论和实验研究。

7. 提出了光探测器微分电容模型。

8. 提出并制备了与 DBR、高反射率会聚光栅集成的反射增强型 UTC。

9. 提出一种屋脊型和锥顶型光学微腔，与平行结构的 F-P 腔相比，品质因子大幅提升， 有效模式体积减小，并可以应用于光探测器中以提升器件性能。