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太赫兹波是位于电磁波频谱上0.1THz到10THz范围内的电磁波。太赫兹波具有诸多独特特性，使其在安全检查、医学成像和无线通信等应用研究领域都具有广泛的应用前景。太赫兹源是THz科学技术发展的关键，也是其能够得到广泛应用的基础。近年来，国内外多家研究机构对多种太赫兹辐射源开展了研究，包括量子级联激光器、光电导天线，太赫兹晶体管等。基于光电探测器的太赫兹天线是另一种重要的THz辐射源，在这种THz源中，两束不同频率的光在单行载流子探测器中混频，产生频率等于两束入射光频率之差的THz信号，由与探测器集成的THz天线辐射出去。这种THz源由于具有室温连续工作、宽频带调谐和高的光谱纯净度等优势而被广泛研究。相对于PIN PD，UTC-PD（单行载流子探测器）中仅有光生电子输运，因此具有更高的响应速度和更高饱和输出电流，所以更适合于与THz天线集成制作THz辐射源。本论文工作围绕倏逝波耦合型单行载流子光电探测器以及其与天线集成器件的研制开展，主要包括以下几个方面的工作: 1.倏逝波耦合波导型光电探测器的仿真与优化。利用Rsoft软件对探测器的波导结构进行了仿真设计，利用Crosslight PICS 3D软件对探测器内部电场分布进行了仿真设计，根据探测器带宽与器件结构的关系对器件的高频响应指标进行了仿真。在此基础上设计了集成单模波导的倏逝波耦合UTC-PD，吸收区厚度为80nm及吸收区面积为4×15 μm2时在TE模式下外量子效率为70％，理论带宽为74GHz。设计了集成稀释波导的倏逝波耦合UTC-PD，吸收区厚度为50nm及吸收区面积为4×15 m2时在TE模式下探测器的外量子效率为22％，理论带宽为72GHz。 2.研制出了集成单模波导的行波型倏逝波耦合InGaAs/InP UTC-PD。通过在器件吸收层内引入渐变掺杂，载流子输运得以加速，有源区面积为4×15 μm2的UTC-PD在零偏压下的响应带宽可达21.5GHz，这在已报道的同类型器件中是最好结果。利用吸收区面积分别为4×15 μm2与4×30 μm2的UTC-PD开展了数据传输实验，零偏置电压下在10 Gbit/s、15 Gbit/s、20 Gbit/s、25 Gbit/s及32 Gbit/s数据调制下均可获得清晰张开的眼图。据作者所知，这是首次实验验证能够采用倏逝波耦合波导型InGaAs/InP UTC-PDs在零偏压下传输32 Gbit/s数据。 3.研制出了集成稀释波导的行波型倏逝波耦合InGaAs/InP UTC-PD。研究了在GSG电极下制作聚酰亚胺对器件高频响应性能的改善作用。研制的吸收区面积为4×15 μm2的无聚酰亚胺UTC-PD在-1V偏压下3dB带宽为22.3GHz，远小于其72GHz的设计带宽。通过在探测器GSG电极下涂覆聚酰亚胺，器件的响应带宽可被提升至41.4GHz。研制的制作有聚酰亚胺层的3× 10 μm2 UTC-PD在-2V偏压下响应带宽超过50GHz。 4.在国内首先研制出基于UTC-PD的THz天线辐射源。集成的蝶形天线的吸收区面积为4×15 μm2的UTC-PD输出的太赫兹频率最高可达800GHz，其在125GHz及400 GHz频率下的THz辐射功率分别为23μW和2.7μW。有源区面积4×50μm2的UTC-PD在光生电流为5.5mA时可工作在25-700GHz，其在100GHz下太赫兹功率达85.4μW。集成的谐振天线的有源区面积4×10 μm2的UTC-PD在75GHz处最大功率为7.5μW。