单阱CMOS工艺PN型光电二极管

  简单的制作CMOS OEIC的方法，就是利用CMOS工艺中能够很容易实现的pn结来作光电二极管，这其中包括源/漏-衬底pn结、源/漏-阱pn结，以及阱-衬底pn结。然而，这些pn结光电二极管通常位于没有电场分布的区域，在这些区域里，光生载流子的缓慢扩散运动限制了这些光电二极管的频率特性。已经报道的这种简单结构的CMOS OEIC的3 dB带宽都要小于15MHzH［49~51］。

  CMOS工艺中源/漏-衬底和源/漏-阱pn结形成的光电二极管比较适合探测波长凡＜600 nm的入射光，而阱-衬底pn结形成的光电二极管则更适合探测长波长光，比如780 nm或850 nm。图1 中给出了一个N+注入与P型衬底形成PN型光电二极管的结构实例^［49］。

图1  单阱CMOS工艺PN型光电二极管

  除了载流子扩散之外，由芯片表面横向阳极接触产生的光电二极管串联电阻，以及相对较大的N＋-P结电容，也都会限制PN型光电二极管的频率性能。在N阱CMOS工艺中，PN型光电二极管的阳极将会由于电路工作的限制而接在电路的低电位，从而很难通过调节探测器的反向偏压来改善其性能。实际上这个结构可以看成一个横向N+-P-P+结构的光电二极管网，光信号是通过一个集成的光波导被耦合到探测器上的^［49］。这个集成光电探测器是用0.8 gmN阱CMOS工艺实现的。同一工艺中还集成了灵敏电流1pA的CMOS跨阻抗放大器（TIA），在入射光波长λ＝675 nm时可获得带宽10 MHz。如前所述，光电探测器的工作速度主要受到耗尽区之外区域产生的光生载流子缓慢扩散运动的限制^［50］。

  另一例类似结构的光电二极管采用2μm N阱CMOS工艺中的N阱-P衬底pn结来作光电二极管^［51］。系统未加优化时，780 nm波长下3 dB带宽大于1.5 MHz，5V偏压下漏电流密度为0.5 pA/mm2，响应度R=0.5 A/W（η＝70%）。

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