[發(fā)明專利]一種倏逝波耦合的波導(dǎo)型探測(cè)器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011002337.8
• 申請(qǐng)日: 2020-09-22
• 公開（公告）號(hào): CN112103351A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王方莉;張博健;王亮;郭松坡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/0216
• 分類號(hào): H01L31/0216;H01L31/0304;H01L31/101
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 李偉

本發(fā)明提供了一種倏逝波耦合的波導(dǎo)型光電探測(cè)器，其吸收層的材料選自InAs材料、GaSb材料等五種材料，過渡層的材料選自與吸收層的材料晶格相匹配的多種三元材料和/或四元材料。本申請(qǐng)采用多種過渡層材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)波導(dǎo)中單一材料的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)稀釋波導(dǎo)層、光學(xué)匹配層以及整個(gè)器件折射率更為精細(xì)的調(diào)控，獲得具更高耦合效率的器件結(jié)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用在光纖通信1310nm或1550nm窗口下具有更高量子效率的高速波導(dǎo)型探測(cè)器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及探測(cè)器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種倏逝波耦合的波導(dǎo)型探測(cè)器。

背景技術(shù)

近些年來光電探測(cè)器朝著高速、大容量的方向發(fā)展；其中具有低暗電流、高量子效率的PIN型光電探測(cè)器得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，從垂直光照明到側(cè)面入射照明，再到側(cè)面照明的倏逝波耦合的波導(dǎo)型光電探測(cè)器，逐步解決了量子效率與響應(yīng)速度相矛盾以及光吸收不均勻?qū)е聼o法大功率工作的問題。III-V族半導(dǎo)體材料中基于InP/InGaAs材料體系的PIN光電探測(cè)器能夠覆蓋光纖通信的1310nm和1550nm兩個(gè)的窗口，這些年來InP/InGaAs基的光電探測(cè)器得到了最廣泛的研究和應(yīng)用。

針對(duì)未來對(duì)光電探測(cè)器更高速的需求，倏逝波耦合的波導(dǎo)型探測(cè)器是解決這一需求的關(guān)鍵技術(shù)。目前，應(yīng)用在光纖通信中1310nm和1550nm窗口的倏逝波耦合的波導(dǎo)探測(cè)器基本是采用InP/InGaAs基的材料體系，其采用與InP晶格匹配的四元InGaAsP材料作為過渡層，InP材料作為襯底，InGaAsP與InP(1.35eV)周期性交替排列構(gòu)成稀釋波導(dǎo)層，稀釋波導(dǎo)的作用是增大波導(dǎo)的光場(chǎng)分布，減少光纖與稀釋波導(dǎo)的模式失配損耗，再采用一層或兩層InGaAsP材料作為光學(xué)匹配層。

對(duì)于波導(dǎo)型光電探測(cè)器，光從光纖進(jìn)入到稀釋波導(dǎo)后經(jīng)過光學(xué)匹配層逐漸耦合到光吸收層，與垂直入射的探測(cè)器相比，量子效率比較低。因?yàn)椴▽?dǎo)型光電探測(cè)器的光是需要從倏逝波導(dǎo)耦合到吸收層的，光耦合的效率直接制約了探測(cè)器的量子效率。對(duì)于光在兩個(gè)波導(dǎo)之間的耦合，當(dāng)兩個(gè)波導(dǎo)對(duì)應(yīng)的模式的傳播常數(shù)相等時(shí)有最大的耦合效率，波導(dǎo)之間折射率差值越小耦合效率越高。

傳統(tǒng)倏逝波耦合的波導(dǎo)探測(cè)器中吸收層材料為In_0.53Ga_0.47As，稀釋波導(dǎo)由一種固定組分的InGaAsP和InP(1.35eV)材料交替排列組成，在1310nm波段，InP材料的折射率為3.202，吸收層In_0.53Ga_0.47As的折射率為3.601，在1550nm波段，InP材料的折射率為3.167，吸收層In_0.53Ga_0.47As的折射率為3.560，InP與In_0.53Ga_0.47As的折射率相差很大，光在兩種材料之間耦合效率很低，雖然采用InGaAsP與InP交替排列構(gòu)成稀釋波導(dǎo)使得稀釋波導(dǎo)的等效折射率提高，但與吸收層折射率差別依舊很大，這極大地限制了光波導(dǎo)的耦合效率，進(jìn)而影響了器件的關(guān)鍵指標(biāo)-量子效率。因此選取新的材料體系，降低稀釋波導(dǎo)層和吸收層的折射率差，通過對(duì)稀釋波導(dǎo)以及整個(gè)器件的折射率更精細(xì)的調(diào)控，提高波導(dǎo)耦合效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)器件關(guān)鍵性能量子效率的提升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種耦合效率和量子效率顯著提高的倏逝波耦合波導(dǎo)探測(cè)器。