一种光电转换器及其制作方法技术

本申请实施例涉及一种光电转换器，包括：高折射率层，低折射率层，光电转换层和布拉格反射镜层；其中，高折射率层用于接收光信号，低折射率层接收光信号，且光信号穿过低折射率层到达光电转换层；光电转换层用于从低折射率层接收光信号，将光信号的至少部分转换为电信号，其中，光信号的一部分穿过光电转换层到达布拉格反射镜层；布拉格反射镜层用于从光电转换层接收光信号的一部分，并将光信号的一部分反射回光电转换层。该光电转换器，可以以较薄的吸收区达到高的量子效率和高响应速度。

A Photoelectric Converter and Its Fabrication Method

【技术实现步骤摘要】
一种光电转换器及其制作方法
本专利技术涉及光纤通信领域，尤其涉及一种光电转换器及其制作方法。
技术介绍
传统的光探测器，光电器件的频率响应带宽与量子效率相互制约。一般情况下通过增加器件的吸收层可以增大器件的量子效率，但载流子的渡越时间变长，响应速率会降低。在雪崩光电二极管(Avalanchephotodiode，APD)中，光子的吸收发生在吸收区中，对于1310nm或1550nm的通信波长，一般采用Ge或者三元化合物InGaAs作为吸收层的材料。为了达到较高的光吸收效率，吸收层的厚度需要达到1μm～3μm，但是厚的吸收层会导致较长的载流子渡越时间，因而会影响APD的高速工作。量子效率是在某一特定波长下单位时间内产生的平均光电子数与入射光子数之比，是描述光电器件光电转换能力的一个重要参数。共振腔增强型的光探测器在一定程度上可以解决光电器件的量子效率和响应速率之间的限制。共振腔增强(Resonantcavityenhanced，RCE)光探测器是将吸收层插入到共振腔中，由于共振腔的增强效应，使得器件在较薄吸收层下获得较高的量子效率，并且减少了光生载流子在吸收层的渡越时间，因此同时获得高的量子效率和较高的响应速度。光在DBR的吸收区吸收后变为电子和空穴，在偏压下跑到两个电极形成信号，如果DBR越薄，电子和空穴穿越分布式布拉格反射镜(distributedBraggreflection，DBR)R到达电极的时间越短，因此，DBR越薄，响应速度越快。然而，不管是外延材料作为上DBR还是采用介质膜作为上DBR，上DBR的厚度依然比较大。如何构建较薄的吸收区以同时获得高量子效率和高响应速度就成为一个问题。
技术实现思路
本申请实施例提供了一种光电转换器及其制造方法，可以以较薄的吸收区达到较高的量子效率和高响应速度。第一方面，本申请实施例提供了一种光电转换器，该光电转换器包含高折射率层，低折射率层，光电转换层和布拉格反射镜层；高折射率层包括形成光栅结构的多个缝隙，用于接收光信号；低折射率层位于高折射率层和光电转换层之间，低折射率层的折射率低于高折射率层的折射率和光电转换层的折射率，低折射率层接收光信号，且光信号穿过低折射率层到达光电转换层；光电转换层用于从低折射率层接收光信号，将光信号的至少部分转换为电信号，其中，光信号的一部分穿过光电转换层到达布拉格反射镜层；布拉格反射镜层，与光电转换层紧邻，用于从光电转换层接收光信号的一部分，并将该光信号的一部分反射回光电转换层。高折射率层、低折射率层和光电转换层共同构成一个高对比度光栅，该高对比度光栅可替代上DBR与布拉格反射镜共同构成光谐振腔，且该高对比度光栅较现有技术的上DBR以更薄的厚度达到高量子效率和高响应速度。在一种可能的实施方式中，多个缝隙满足如下至少一项：多个缝隙为条状，多个缝隙宽度相等，多个缝隙间距相等或多个缝隙平行。在一种可能的实施方式中，光电转换层的折射率范围为2.5～4，低折射率层的折射率范围为1.3～1.8，高折射率层的折射率范围为2.5～4。在一种可能的实施方式中，高折射率层的光栅周期的范围为0.7微米～1.2微米，光栅周期为缝隙的宽度与缝隙的间距之和，缝隙的宽度与光栅周期的比值范围为0.45～0.9。在一种可能的实施方式中，光电转换层为光电二极管PD层。在一种可能的实施方式中，光电转换层为雪崩光电二极管APD层。在一种可能的实施方式中，低折射率层的材料为二氧化硅，高折射率层的材料为硅；或者低折射率层的材料为二氧化钛，高折射率层的材料为二氧化锆。在一种可能的实施方式中，低折射率层的厚度为0.05微米～0.2微米，高折射率层的厚度为0.1微米～0.29微米。通过该实施方式，以较薄的厚度实现对光信号的高效吸收。在一种可能的实施方式中，光电转换器还包括用于施加反偏电压的上金属电极和下金属电极，其特征在于，上金属电极与光电转换层电连接。通过该实施方式，使上金属电极与光电转换层连接，可以使光电转换器形成回路。第二方面，本申请实施例提供了一种制作光电转换器的方法，该方法包括：在衬底第一表面沉积布拉格反射镜层；在布拉格反射镜层的上表面沉积光电转换层；在光电转换层上表面依次沉积低折射率层以及高折射率层，其中，低折射率层的折射率低于高折射率层的折射率和光电转换层的折射率；将高折射率层刻蚀成用于形成光栅结构的多个缝隙；其中，高折射率层用于接收光信号，低折射率层接收光信号，且光信号穿过低折射率层到达光电转换层；光电转换层用于从低折射率层接收光信号，将光信号的至少部分转换为电信号，其中，光信号的一部分穿过光电转换层到达布拉格反射镜层；布拉格反射镜层用于从光电转换层接收该光信号的一部分，并将该光信号的一部分反射回光电转换层。与RCE型器件相比，本方案制作的的上DBR更为简单，以更薄的厚度就可以达到与上DBR相同或者更优的效果。最总能以较薄的吸收区达到较高的量子效率和高响应速度。在一种可能的实施方式中，在将高折射率层刻蚀成用于形成光栅结构的多个缝隙之后，该方法还包括：用光刻胶掩蔽具有预定形状的区域，刻蚀具有预定形状的区域之外的高折射率层、低折射率层、光电转换层和布拉格反射镜层，其中，具有预定形状的区域包围用于形成光栅结构的多个缝隙。通过该实施方式，可以制作出具有满足设计需要的形状的器件。在一种可能的实施方式中，该方法还包括：在具有预定形状的区域的边缘区域刻蚀低折射率层，边缘区域位于具有预定形状的区域之内，且边缘区域包围用于形成光栅结构的多个缝隙；在边缘区域制作上金属电极，上金属电极与光电转换层电连接；在衬底的第二表面制作下金属电极。通过该实施方式，可以制作出上金属电极以及下金属电极，使上金属电极与光电转换层连接，可以使光电转换器形成回路。在一种可能的实施方式中，高折射率层的光栅周期的范围为0.7微米～1.2微米，光栅周期为缝隙的宽度与缝隙的间距之和，缝隙的宽度与光栅周期的比值范围为0.45～0.9。在一种可能的实施方式中，上金属电极通过蒸镀金属的方式制备，下金属电极通过蒸镀金属的方式制备。在一种可能的实施方式中，光电转换层为光电二极管PD层。在一种可能的实施方式中，光电转换层为雪崩光电二极管APD层。在一种可能的实施方式中，低折射率层的材料为二氧化硅，高折射率层的材料为硅；或者低折射率层的材料为二氧化钛，高折射率层的材料为二氧化锆。在一种可能的实施方式中，低折射率层的厚度为0.05微米～0.2微米，高折射率层的厚度范围为0.1微米～0.29微米。在一种可能的实施方式中，缝隙满足如下至少一项：多个缝隙为条状，多个缝隙宽度相等，多个缝隙间距相等或多个缝隙平行。在一种可能的实施方式中，光电二极管PD层的折射率范围为2.5～4，低折射率层的折射率范围为1.3～1.8，高折射率层的折射率范围为2.5～4。附图说明图1为本申请实施例提供的一种光电转换器的剖视图示意图；图2为本申请实施例提供的一种光电转换器的结构俯视图；图3为本申请实施例提供的一种光栅结构示意图；图4为本申请实施例提供的一种优化后高对比度光栅反射谱示意图；图5为本申请实施例提供的一种器件泄露光能量比例和波长关系示意图；图6为本申请实施例提供的一种制作光电转换器的方法流程示意图；图7A、图7B、图7C、图7D、图7E、图7本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光电转换器，其特征在于，包括：高折射率层，低折射率层，光电转换层和布拉格反射镜层；所述高折射率层包括形成光栅结构的多个缝隙，用于接收光信号；所述低折射率层位于所述高折射率层和所述光电转换层之间，所述低折射率层的折射率低于所述高折射率层的折射率和所述光电转换层的折射率，所述低折射率层接收所述光信号，且所述光信号穿过所述低折射率层到达所述光电转换层；所述光电转换层，用于从所述低折射率层接收所述光信号，将所述光信号的至少部分转换为电信号，其中，所述光信号的一部分穿过所述光电转换层到达所述布拉格反射镜层；所述布拉格反射镜层，与所述光电转换层紧邻，用于从所述光电转换层接收所述光信号的一部分，并将所述光信号的一部分反射回所述光电转换层。

【技术特征摘要】
1.一种光电转换器，其特征在于，包括：高折射率层，低折射率层，光电转换层和布拉格反射镜层；所述高折射率层包括形成光栅结构的多个缝隙，用于接收光信号；所述低折射率层位于所述高折射率层和所述光电转换层之间，所述低折射率层的折射率低于所述高折射率层的折射率和所述光电转换层的折射率，所述低折射率层接收所述光信号，且所述光信号穿过所述低折射率层到达所述光电转换层；所述光电转换层，用于从所述低折射率层接收所述光信号，将所述光信号的至少部分转换为电信号，其中，所述光信号的一部分穿过所述光电转换层到达所述布拉格反射镜层；所述布拉格反射镜层，与所述光电转换层紧邻，用于从所述光电转换层接收所述光信号的一部分，并将所述光信号的一部分反射回所述光电转换层。2.如权利要求1所述的光电转换器，其特征在于，所述多个缝隙满足如下至少一项：所述多个缝隙为条状，所述多个缝隙宽度相等，所述多个缝隙间距相等或所述多个缝隙平行。3.如权利要求1或2所述的光电转换器，其特征在于，所述光电转换层的折射率范围为2.5～4，所述低折射率层的折射率范围为1.3～1.8，所述高折射率层的折射率范围为2.5～4。4.如权利要求1-3任意一项所述的光电转换器，其特征在于，所述高折射率层的光栅周期的范围为0.7微米～1.2微米，所述光栅周期为所述缝隙的宽度与所述缝隙的间距之和，所述缝隙的宽度与所述光栅周期的比值范围为0.45～0.9。5.如权利要求1-4任意一项所述的光电转换器，其特征在于，所述光电转换层为光电二极管PD层。6.如权利要求1-5任意一项所述的光电转换器，其特征在于，所述光电转换层为雪崩光电二极管APD层。7.如权利要求1-6任意一项所述的光电转换器，其特征在于，所述低折射率层的材料为二氧化硅，所述高折射率层的材料为硅；或者所述低折射率层的材料为二氧化钛，所述高折射率层的材料为二氧化锆。8.如权利要求1-7任意一项所述的光电转换器，其特征在于，所述低折射率层的厚度为0.05微米～0.2微米，所述高折射率层的厚度为0.1微米～0.29微米。9.如权利要求1-8任意一项所述的光电转换器，其特征在于，所述光电转换器还包括用于施加反偏电压的上金属电极和下金属电极，所述上金属电极与所述光电转换层电连接。10.一种制作光电转换器的方法，其特征在于，所述制作方法包括：在衬底第一表面沉积布拉格反射镜层；在所述布拉格反射镜层的上表面沉积光电转换层；在所述光电转换层上表面依次沉积低折射率层以及高折射率层，其中，所述低折射率层的折射率低于所述高折射率层的折射率和所述光电转换层的折射率；将所述高折射率层刻蚀成用于形成光栅结构的多个缝隙；其中，所述高...

【专利技术属性】
技术研发人员：向伟，吴志维，赵彦立，曹均凯，魏巍，缪笛，
申请(专利权)人：海思光电子有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42