[發明專利]高飽和集成波導探測器

在審

• 申請號: 201710140195.3
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN106972070A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 夏金松;宋金汶
• 申請（專利權）人: 武漢拓晶光電科技有限公司
• 主分類號: H01L31/0232
• 分類號: H01L31/0232
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所43205
• 代理人: 許伯嚴

技術領域

本發明涉及半導體探測器領域，尤其涉及一種高飽和集成波導探測器。

背景技術

硅光子學以硅為主體材料，在其之上設計研究各類光學器件，實現光的發射，傳輸，接收等功能，并最終實現全硅的光電集成。硅基光互聯中一個重要的組成部分就是高性能的硅基探測器。作為高速光通訊的基本組件，通訊波段光電探測器在過去幾十年里已經取得了很大的突破，3dB帶寬已經突破了100GHz，可以滿足現今光通訊網絡的各個層次的需求。隨著光通訊網絡的逐步健全和光通訊性能的穩步提高，高頻已經不僅是唯一的指標，高線性、高飽和功率、大飽和輸出光電流、大動態范圍成為光互連系統的主要性能指標。

限制光電探測器飽和輸出光電流的最重要物理因素為空間電荷屏蔽效應、串聯電阻分壓作用和熱效應。光電探測器在大電流情況下，空間電荷區內電場強度重新分布，當輸入光功率達到一定值后，空間電荷屏蔽效應會非常強烈，極大地削弱外加電壓的作用，從而使得輸出光電流會出現飽和。

定向耦合器在耦合光時，光是慢慢耦合到另一波導上的。利用定向耦合器可以將大功率的光慢慢耦合到波導探測器上，可以避免光功率過大而引起空間電荷屏蔽效應，從而提高光電流的飽和度。同時可以將定向耦合器前段的gap設計大些，后端的gap設計小些，從而避免前端的峰值吸收。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種集成波導探測器，其能有效提高波導探測器的飽和光電流。

本發明的技術方案是這樣實現的：本發明提供了一種高飽和集成波導探測器，其包括上波導層和下波導層，所述上波導層包括層疊設置的N型摻雜層和Si晶體層，下波導層包括P型摻雜層和硅襯底，所述Si晶體層和P型摻雜層表面相互接觸，N型摻雜層和P型摻雜層表面分別設置有金屬電極，還包括一導光波導，所述導光波導與上波導層相互耦合。

在以上技術方案的基礎上，優選的，所述導光波導與上波導層呈條狀，相互處于同一水平面內。更進一步優選的，定義靠近導光波導光輸入部位的一端為前端，遠離導光波導光輸入部位的一端為后端，前端與上波導層之間的間距大于后端。再優選的，所述上波導層與導光波導之耦合面上各點所接收到的功率相等。

在以上技術方案的基礎上，優選的，所述導光波導采用的導波材料包括鍺、硅、氧化硅或Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料。

在以上技術方案的基礎上，優選的，所述金屬電極材料包括Al、Au、Ni或Ti。

本發明的高飽和集成波導探測器相對于現有技術具有以下有益效果：

(1)本發明在傳統集成波導探測器的基礎上，加入導光波導，從導光波導一端入光，通過耦合方式進入探測器中，由于導光波導中的光是慢慢耦合過去的，這便可以抑制探測器吸收區空間電荷屏蔽現象，從而避免功率過大的信號光導致探測器光電流飽和；

(2)導光波導與上波導層之間的首尾兩端的間距可調，從而優化耦合的效率，同時可以使導光波導前端間距較大，后端間距較小，來抑制前端峰值，更加有效提高探測器的光電流飽和度。

附圖說明

圖1為本發明的高飽和集成波導探測器之導光波導與上波導層部分的結構示意圖；

圖2為本發明的高飽和集成波導探測器之上波導層和下波導層部分的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施方式，對本發明技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施方式僅僅是本發明一部分實施方式，而不是全部的實施方式。基于本發明中的實施方式，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬于本發明保護的范圍。

本發明的高飽和集成波導探測器，其包括傳統集成波導探測器和導光波導4兩部分，其中導光波導4輸入光，并與傳統集成波導探測器耦合。

其中，如圖2所示，傳統集成波導探測器上波導層1和下波導層2，所述上波導層1包括層疊設置的N型摻雜層11和Si晶體層12，下波導層2包括P型摻雜層21和硅襯底22，所述Si晶體層12和P型摻雜層21表面相互接觸，N型摻雜層11和P型摻雜層21表面分別設置有金屬電極3。其中，所述傳統集成波導探測器可采用Ⅲ-Ⅴ族探測器、鍺硅探測器等硅基波導型探測器。具體的，所述金屬電極3采用勢壘低、粘附性好、導電率高的金屬材料，具體可采用Al、Au、Ni或Ti。