[發(fā)明專利]一種波導(dǎo)耦合型吸收倍增分離雪崩二極管

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510031301.5
• 申請(qǐng)日: 2015-01-22
• 公開（公告）號(hào): CN104681634B
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李沖;郭霞;劉巧莉;董建;劉白;馬云飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/861
• 分類號(hào): H01L29/861
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種波導(dǎo)耦合型吸收倍增分離雪崩二極管涉及半導(dǎo)體光電器件領(lǐng)域以及光互聯(lián)領(lǐng)域。本發(fā)明包括有p⁺型歐姆接觸電極，p⁺歐姆接觸層，吸收層，p型電荷區(qū)，倍增區(qū)，n⁺型歐姆接觸電極，n⁺歐姆接觸區(qū)，絕緣掩埋層，襯底，單模波導(dǎo)。其特征在于，p型電荷區(qū)位于單模波導(dǎo)末端，吸收層位于p型電荷區(qū)頂部，倍增區(qū)以及n⁺歐姆接觸區(qū)與單模波導(dǎo)共平面，緊挨p型電荷區(qū)依次排布，p型電荷區(qū)、倍增區(qū)及n⁺歐姆接觸區(qū)的延伸方向垂直于單模波導(dǎo)光傳輸方向，并與單模波導(dǎo)厚度相同。器件在實(shí)現(xiàn)吸收倍增分離的同時(shí)，利用單模波導(dǎo)耦合提高光耦合效率，避免了傳統(tǒng)雙倍增區(qū)的電信號(hào)的擾動(dòng)現(xiàn)象，器件尺寸可減小到納米尺度，降低渡越時(shí)間和暗電流，提高靈敏度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電器件領(lǐng)域以及光互聯(lián)領(lǐng)域，具體涉及一種能夠?qū)ξ⑷跬ㄐ殴庑盘?hào)進(jìn)行探測(cè)的波導(dǎo)吸收倍增分離型雪崩二極管。

背景技術(shù)

雪崩光電探測(cè)器(APD)是利用雪崩倍增效應(yīng)在器件內(nèi)部實(shí)現(xiàn)光電流倍增的一種重要的光電探測(cè)器研究分支，器件具有更高的靈敏度和光響應(yīng)，主要用于微弱光信號(hào)的檢測(cè)，特別是波分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用等高損耗大數(shù)據(jù)的傳輸技術(shù)的應(yīng)用，使得對(duì)光接收端的靈敏度要求越來越高。因此雪崩光電探測(cè)器是光通訊和光交換領(lǐng)域重要的研究方向。

表征雪崩探測(cè)器(APD)性能的一個(gè)重要參數(shù)為誤碼率，其受到器件過剩噪聲的限制。較低的過剩噪聲可以實(shí)現(xiàn)低誤碼率。決定APD過剩噪聲的重要因素為器件倍增區(qū)的電子和空穴的離化率比值，離化率比值越低，過剩噪聲越小，因此出現(xiàn)了吸收倍增分離型APD，此器件的吸收層材料與探測(cè)光信號(hào)波長(zhǎng)匹配，倍增區(qū)材料則選用離化率比值小的材料。

雪崩探測(cè)器(APD)的光耦合結(jié)構(gòu)包括：垂直入射，倏逝波耦合以及端面耦合，其中，倏逝波耦合在吸收效率、增益帶寬積以及片上光互聯(lián)系統(tǒng)集成方面有著突出的優(yōu)勢(shì)，因此波導(dǎo)吸收倍增分離型雪崩探測(cè)器是未來光通訊領(lǐng)域發(fā)展的重要方向。但是現(xiàn)在研究的波導(dǎo)吸收倍增分離型雪崩探測(cè)器仍無法實(shí)現(xiàn)高靈敏度、大帶寬的產(chǎn)業(yè)化集成。

本發(fā)明就是針對(duì)光通訊領(lǐng)域中產(chǎn)業(yè)集成的雪崩光電探測(cè)器的高吸收、高信噪比、高增益帶寬積的需求，設(shè)計(jì)的一種波導(dǎo)耦合型吸收倍增分離雪崩光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于提供一種波導(dǎo)耦合型雪崩二極管結(jié)構(gòu)，相比于報(bào)道的其他結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)工藝簡(jiǎn)單，具有高耦合效率、高靈敏度以及大帶寬等性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的雪崩光電二極管結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括有p⁺型歐姆接觸電極101，p⁺歐姆接觸層102，吸收層103，p型電荷區(qū)104，倍增區(qū)105，n⁺型歐姆接觸電極106，n⁺歐姆接觸區(qū)107，絕緣掩埋層108，襯底109，單模波導(dǎo)110。其特征在于，p型電荷區(qū)104位于單模波導(dǎo)110末端，吸收層103位于p型電荷區(qū)104頂部，倍增區(qū)105以及n⁺歐姆接觸區(qū)107與單模波導(dǎo)110共平面，緊挨p型電荷區(qū)104依次排布，p型電荷區(qū)104、倍增區(qū)105及n⁺歐姆接觸區(qū)107的延伸方向垂直于單模波導(dǎo)110光傳輸方向，并與單模波導(dǎo)110厚度相同。

器件在實(shí)現(xiàn)吸收倍增分離的同時(shí)，利用單模波導(dǎo)耦合提高光耦合效率，避免了傳統(tǒng)雙倍增區(qū)的電信號(hào)的擾動(dòng)現(xiàn)象，器件尺寸可減小到納米尺度，可以降低渡越時(shí)間和暗電流，提高靈敏度。