铌酸锂薄膜（TFLN）因其强大的电光系数、较大的光学非线性和较宽的透明窗口，显示出作为集成光子学平台的巨大潜力。

TFLN可用于开发各种光电元件，但由于铌酸锂 (LN) 本身不能提供光源和光电检测，因此大多数TFLN器件必须依赖外部激光器和光电检测器。片上集成的高性能光电探测器对于挖掘 TFLN作为光子集成电路 (PIC)平台的潜力至关重要。

(a) 带有预定义波导和无源元件的TFLN晶圆。(b)裸InP/InGaAs晶圆。(c) InP/InGaAs晶圆和 TFLN 晶圆键合。(d) InP/InGaAs晶圆衬底去除。(e) N mesa干蚀刻。(f) P mesa干蚀刻。(g) CPW 焊盘的SU-8基底。(h) 金属电镀和脱模。

《激光制造网》获悉，最近发表在《Light: Advanced Manufacturing》上的一篇来自西南交通大学的论文表明，为了满足这一需求，该院校的研究人员将改进型单向载流子（MUTC）光电二极管晶圆异构集成到带有预定义波导和无源元件的TFLN晶片上。MUTC光电二极管同时提高了 TFLN平台的带宽和响应度。

研究人员通过干蚀刻LN波导和无源器件来启动制造过程。他们采用混合蚀刻方法来形成器件台面。在完成金属电镀和脱模后，对芯片进行切割和抛光。研究小组对外延层结构、LN波导几何形状和共面波导垫几何形状等进行了优化，以实现大带宽和高响应率。

为了评估TFLN器件的性能，该团队将该器件应用于数据传输系统。它能高质量地检测到32 Gbaud的四级脉冲幅度调制 (PAM4) 信号。这些结果证明了TFLN平台上的光电二极管在支持下一代高速传输系统方面的潜力。

该器件的3-dB带宽达到了创纪录的110 GHz，可与最先进的 TFLN 调制器相媲美。基于晶圆级TFLN磷化铟（InP）异质集成技术的波导耦合光电二极管在1550纳米波长下的暗电流约为 1 nA（纳安培），响应率为 0.4 A/W（安培/瓦）。

(a) 不同长度器件的测量（蓝色圆圈）和模拟（黑色虚线）响应率。(b) 不同有效面积器件的传输时间限制带宽（蓝色实线）、RC限制带宽（红色实线）、总带宽（黑色虚线）和测量带宽（黑色圆圈）。(c) 32-Gbaud PAM4信号的测量误码率(BER)与接收光功率的关系。(d) 10、20和32 Gbaud PAM4信号的眼图和测量波形。

TFLN技术实现了严格的模式约束和高非线性效率，因此在光通信领域得到了广泛应用。它已被用于构建各种紧凑型集成光子器件，包括高性能调制器、偏振管理器件和宽带梳频源。

然而，LN在实现光源和光检测器方面的固有困难阻碍了基于TFLN的集成光子学平台的发展。该团队在TFLN平台上实现了超宽带光电二极管的晶圆级集成，朝着解决这一问题迈出了重要一步。

研究人员证明，在TFLN平台上异构集成光电二极管具有应用于下一代高速传输系统的潜力。

这项工作为实现大规模、多功能、高性能TFLN光子集成电路铺平了道路。此外，它还为超高速光通信、高性能集成微波光子学和多功能集成量子光子学带来了希望。