2_5Gb_sGaAsPIN_PHEMT单片集成光接收机前端_焦世龙

#光电子信息技术#

2.5Gb/s GaAs PIN/PHEMT单片集成光接收机前端**

焦世龙1,2**,叶玉堂1,陈堂胜2,杨先明1,李拂晓3,邵凯3,吴云峰1

(1.电子科技大学光电信息学院,四川成都610054; 2.单片集成电路与模块国家级重点实验室,江苏南京

210016;3.南京电子器件研究所,江苏南京210016)

摘要:采用0.5L m GaAs PHEMT工艺,研制了一种PIN光探测器和分布放大器单片集成850nm光接收机前

端。探测器光敏面直径为30L m,电容为0.25pF,10V反向偏压下的暗电流小于20nA。分布放大器-3dB带

宽接近20GHz,跨阻增益约46dB8;在50MHz~16GH z范围内,输入、输出电压驻波比均小于2;噪声系数在

3.03~6.50dB之间。单片集成光接收机前端在1.0和2.5Gb/s非归零(NRZ)伪随机二进制序列(PRBS)调制

的光信号下得到较为清晰的输出眼图。

关键词:PIN光探测器;分布放大器;光接收机;眼图

中图分类号:TN929.11文献标识码:A文章编号:1005-0086(2008)02-0191-05

2.5G b/s G aAs PIN/PHE MT m on olithic integ rated optical receiver front end

JIAO Sh-i long1,2**,YE Yu-tang1,CHEN Tang-sheng2,YANG Xian-ming1,LI Fu-xiao3,

SHAO Kai3,WU Yun-feng1

(1.School of Optoelectronic Information,U niversity of Electronic Science and Technology of China,Cheng du

610054,China; 2.N ational Key Laboratory of Monolithic Integrated Circuits and Modules,Nanjing210016,China;

3.Nanjing Electronic Devices Institute,Nanjing210016,China)

A bs tra ct:T he front end of an850nm monolithic integrated opti cal receiver has been d evelop ed with0.5L m GaAs PHEMT

process,whi ch comprises a PIN photodetector and a distri buted amplifi er.T he photodetector has a diameter and capacitance

of30L m and0.25pF,respectively,as well as a dark current of less than20nA under the reverse bias of10V.T he distrib-

uted amplifi er has a-3d B bandwi dth close to20GHz,with a transimpedance gain of46dB8;In the range of50MHz~

16GHz,both the i nput and output voltage standi ng wave ratios are less than2;The noise figure varies from3.03to6.5d B

wi thin the bandwidth.T he monolithic integrated optical receiver front end output eye di agrams for1Gb/s and2.5Gb/s

NRZ pseudorandom binary seq uence(PRBS)are clear and satisfying.

Key words:PIN photodetector;distri buted amplifier;opti cal receiver;eye diagram

1引言

放大器组成的光接收机前端在很大程度上决定了整个光接收机的性能。其中,光探测器主要有APD、PI N和MSM3种形式,前置放大器则包括基于MESFET、CMOS、PHEMT、MH EM T和HBT等器件的低阻抗、高阻抗、跨阻抗和分布参数放大器。针对光纤通信的3个窗口,光接收机前端又有Si、GaAs和InP系材料的区别[1~7]。如何将光探测器和前置放大器进行有效组合一直是研究的重点,并形成了以金丝互连和/倒扣焊0(flip-c hip)为代表的混合集成[2,7](hybrid integration)以及以空气桥或介质桥互连为代表的单片集成[3,4](monolithic integra tion)2种组合方式。

一般认为,光探测器和前置放大器2个分立芯片的混合集成有利于各自性能的最优化,工艺实现相对简单;单片集成将二者制作在同一衬底上,最大程度地减小了互连寄生参数的影响,使接收机前端超高速应用(几10甚至上102Gb/s)成为可能,并且互连一致性得到有效保证,有利于提高可靠性、减小体积和降低成本,尤其在强调品质因子的面阵列应用中显示出独特的优势。

单片集成对材料生长、结构设计和工艺实现等提出了较高要求,国内仅有少数单位开展这方面的研究[8,9]。基于南京电子器件研究所0.5L m GaAs PH EMT工艺,本文成功研制出集PIN光探测器与分布式前置放大器于一体的850nm单片集成

光电子#激光

第19卷第2期2008年2月Journal of Optoelectronics#Laser V o l.19N o.2F eb.2008

*收稿日期:2007-01-25修订日期:2007-07-01

*基金项目:国家自然科学基金资助项目(60277008);单片集成电路与模块国家重点实验室基金资助项目(51491050105DZ0201)

**E-m ail:j-shi long@