硅基光子技术可以在同一块芯片上集成光学器件以及电学器件。由硅波导、调制器、光开关、探测器等硅光子器件组成的光子链路可以实现高速、大容量的片上光通信，能够满足日益增长的对光通信系统低功耗、廉价、高速等的要求。

探测器作为片上光——电信号转换的重要器件，一直受到众多科研人员的关注。探测器在硅基链路中的作用如下图1所示。经由硅波导入射的光波在高频硅基调制器的作用下，形成光的强度信号，被调制之后的光信号经过一定功能的硅基器件之后（示意图中只表示了最简单的调制器——探测器链路）被探测器接收，再转换成为高频的电信号。

图1：调制器——探测器信号传递示意图

片上高频光信号的探测目前可以通过混合集成Ⅲ-Ⅴ族高性能探测器以及CMOS线集成锗硅探测器的方式解决。两种解决方案如下图2所示：

图2：两种探测器集成方案

在混合集成的方案中，光信号通过硅波导后经由光栅耦合器(Grating Coupler)入射到Ⅲ-Ⅴ族探测器的接收面上，完成光信号的探测。探测器通过反向键合的方式至于光栅耦合器的上方。这种解决方案可以利用Ⅲ-Ⅴ族探测器的优良性能实现高灵敏度的探测。

CMOS集成锗硅探测器使用锗(Ge)材料在1550nm波段的吸收特性实现对光信号的探测。光信号经由硅波导后在倏逝波耦合的作用下进入锗层(Ge-Layer)。在锗层中，光子被吸收并产生电子-空穴对。在外加电场的作用下，电子、空穴漂移运动形成电流。CMOS集成锗硅探测器有两种典型的结构，如图3(a)(b)所示：

图3：两种不同的CMOS集成锗硅探测器

PIN型锗硅探测器在工艺上要求硅层以及锗层的顶端有不同性质的参杂，以形成一个垂直的P-I-N结。由光子产生的电子空穴对在外加电场的作用下向两极移动，形成电流信号。MSM(metal-semiconductor-metal)型探测器利用金属和锗材料表面接触产生的接触电势差形成势垒结构，且在外加偏压的条件下形成两极势垒的高低变化。使得光子产生的电子空穴向两极移动，输出电信号。

我组对CMOS集成锗硅探测器也做了相应的研究。图3(c)(d)即为我组在CMOS工艺线上流片制作的两种不同类型的探测器显微照片。器件在测试中也表现出了良好的性能。

我组在硅基片上探测器实现上具有全面的CMOS集成实践经验。目前有两种成熟的解决方案：其一，利用高耦合效率的光栅耦合器配合高性能的Ⅲ-Ⅴ族探测器实现高速、高灵敏度的探测；其二，在CMOS线上集成锗硅探测器，虽然在性能上略逊于Ⅲ-Ⅴ族探测器，但是可以实现大规模、高集成度的阵列探测。