本文围绕信息技术的热点领域:CMOS硅基光电集成进行讨论,对其中的关键问题进行研究。标准CMOS工艺兼容的硅基光电子回路(OEIC)能够有效地解决电互连的串绕、带宽和功耗问题,并能最充分的利用现有的CMOS数字集成电路工艺,最大程度的适应大规模生产。OEIC光电集成回路设计的最难点在于硅基光源的设计,光互连要想取得比电互连更大的优势,光源部分必须提供非常大的带宽,和比较强的光增益。在这个方面作者提出光电转换的互逆原理,按照这一原理很多过去用于提高探测器带宽和灵敏度的措施也能用于硅基光源的设计,并在此基础上,设计了基于pin结构的光电互连系统,进一步验证了这一原理。在硅基发光的理论方面,作者创新的将光子速率方程应用在解释位错环的发光特性上,进一步得到提取模型参数的方法,由于这种方法可以由计算机自动完成,可以方便的将实验得到的数据和理论数据进行比较,根据作者的实验结果,很多实验拟合得到的参数和理论符合得非常好,这进一步证实了在位错环发光中激子所起到的重要的作用。在单片硅基光电互连方面,作者做了很多有益的探索:1深入研究了硅基CMOS发光器件的原理,设计了基于标准CMOS工艺的不同结构的硅基发光器件及其阵列。2设计了高效的硅基接收机,尤其是其中高增益低噪声的CMOS跨阻放大器的设计。由于硅基CMOS光源固有的非常的光增益和光波导部分非常高的损耗使得跨导放大器的设计变得异常困难,作者采取了新型的开环结构打破了常规带宽增益积的限制,实现了280dB的带宽增益积,同时由于采取很多面向低噪声的设计考虑,可以达到非常低的噪声水平。设计并研制了硅基CMOS发光器件和驱动电路的单片集成电路芯片,并利用0.35um CMOS工艺设计了包括驱动电路、发光器件、光波导、探测器和接收放大电路的硅基CMOS光电子单片集成电路系统芯片。