单片光电集成电路(OEIC:Opoelectronic Integrated Circuits)是指利用微电子和光电子的集成技术,将光电器件(如激光器和光探测器)和电学器件(如场效应晶体管和异质结双极晶体管)集成在同一芯片上的新型器件。通过减小器件间的互联线最大限度地消除了寄生参量的影响,使光电器件的性能和可靠性得到了显著的提高。具有体积小、成本低、可靠性高等优点,在大容量光纤通信系统、光接入网、微小型光电传感器、光电传感器阵列、光计算机、光存储、光开关、光神经网络等领域有着广泛的应用。随着OEIC技术的发展和应用市场的需求,其未来的发展方向与大规模集成电路一样,实现从简单到复杂、从少数元件到更多元件的集成,最终集光电子器件、前置放大器、主放大器以及时钟与数据恢复电路等在一起的高度集成组件。论文即是以此为目标,围绕单片OEIC光接收机及限幅放大器的研究工作展开的,主要的研究内容和创新之处如下：(1)完全基于国内的材料外延技术和PHEMT (赝配高电子迁移率晶体管)工艺技术,研制出10 Gb/s单片OEIC光接收机,组成形式为金属-半导体-金属(MSM)光探测器和电流模跨阻放大器；(2)深入研究了MSM光探测器,从国外研究结果中发现,单独的探测器和电路性能都能达到很高,但是集成器件的性能却相差甚远,其中一个非常重要的原因就是探测器的电容这一关键参数,制约了单片OEIC器件的整体性能；论文针对电容这一重要参数做了进一步的详细分析,借助于器件仿真软件ATLAS对MSM探测器进行了优化设计并实际应用于器件的制作；(3)研究并解决了单片OEIC器件制作的关键工艺,包括台面自停止工艺、电子束曝光工艺以及光探测器的制作工艺等,其中台面自停止工艺国内未见报道；实现了常规GaAs PHEMT单片微波集成电路(MMIC)工艺与MSM探测器工艺的兼容,为今后实现单片OEIC的标准化工艺积累了经验；(4)研制出应用于单片OEIC光接收机的前置放大器,首先深入研究了PHEMT管的特性,包括I-V特性、小信号S参数特性以及噪声特性等,并给出了EEHEMT模型,这些是电路设计的基础；设计并实现了大带宽、低噪声的前置放大器；其中要特别注意的是考虑了光探测器的影响,光探测器电容是制约前置放大器及整个集成芯片频率特性的瓶颈；电流模跨阻放大器可以较好地解决这一问题；(5)首次采用耗尽型PHEMT设计并研制了限幅放大器,由于耗尽型HEMT自身工作特性的局限而不适合应用于限幅放大器设计中,国外对限幅放大器的研究基于增强型和耗尽型HEMT的混合工艺；限幅放大器采用差分对形式,结构要求高度对称,对工艺提出了较高的要求,论文在电路设计中充分考虑了工艺容差；限幅放大器的成功研制,为今后实现全单片OEIC光接收机打下了良好的基础；(6)完成了无源器件的设计和验证,无源器件所起的作用不仅仅是连接有源元件,电路的偏置工作点、输入输出阻抗的匹配以及其自身与有源元件的匹配等都要依靠无源器件来完成,它决定了电路的带宽和中心频率等电学特性；其中最为关键、设计难度也最大的是电感元件；论文利用三维电磁仿真软件HFSS对电感进行了设计、仿真,并得到了实际测试数据的验证,这也是论文工作的重要组成部分。