一种高增益带宽积的光探测器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高增益带宽积的光探测器，涉及光探测器技术领域，包括以下步骤：衬底、波半导体光放大器TWSOA和波导雪崩光电二极管WGAPD。所述TWSOA和WGAPD沿入射光方向间隔设置在所述衬底上。所述WGAPD与TWSOA一一对齐的设有下列层：缓冲层、第一渐变层、有源层、第二渐变层、第一功能层、第二功能层、扩散控制层和顶层。本实用新型专利技术的光探测器的增益带宽积能够达到1000GHz。

A high gain bandwidth product photodetector

【技术实现步骤摘要】
一种高增益带宽积的光探测器
本技术涉及光探测器
，具体涉及一种高增益带宽积的光探测器。
技术介绍
随着物联网、5G的快速发展，光纤通信系统的带宽要求不断提高。目前用于高速光信号接收模块的光探测器采用平面型雪崩光电二极管(APD,AvalanchePhotoDiode)，具有内部增益，可放大电流信号，速率10Gbps的APD已得到广泛应用。然而，25Gbps以上速率的APD设计和制造难度较大，成为光通信系统传输速率的限制因素。APD的带宽主要受光生载流子渡越时间和雪崩建立时间的限制。目前10Gbps的APD采用垂直光入射方式，只能通过减小光吸收层厚度来减小渡越时间，但与此同时会减小量子效率和响应度，导致灵敏度下降。雪崩建立时间与APD增益大小有关，增益越大则雪崩建立时间越长，导致带宽下降，因此要求APD具有一定的增益带宽积。25Gbps以上高速率APD的研究方向，主要包括p型倒置APD、波导雪崩光电二极管(WGAPD)和隐逝波耦合雪崩光电二极管(ECAPD)。其中p型倒置APD采用三级台阶结构和部分p型掺杂的光吸收层，通过减小光生载流子渡越时间来提高带宽，增益带宽积达到270GHz。WGAPD和ECAPD采用波导结构，使光从器件侧面入射，能够在不降低量子效率的情况下采用较薄的有源层，提高带宽，此类APD的带宽可达35GHz，但增益较低，增益带宽积约140GHz。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本技术的目的在于提供一种高增益带宽积的光探测器，其增益带宽积能够达到1000GHz。r>为达到以上目的，本技术采取的技术方案是：一种高增益带宽积的光探测器，包括：衬底；沿入射光方向间隔设置在所述衬底上的行波半导体光放大器TWSOA和波导雪崩光电二极管WGAPD；所述WGAPD与TWSOA一一对齐的设有下列层：缓冲层、第一渐变层、有源层、第二渐变层、第一功能层、第二功能层、扩散控制层和顶层；其中：所述缓冲层为n型掺杂InP；所述第一渐变层为本征或弱n型掺杂InGaAsP；所述有源层为本征或弱n型掺杂InGaAs；所述扩散控制层为p型掺杂InGaAsP；所述顶层均为p型掺杂InP；所述WGAPD的第二渐变层、第一功能层和第二功能层分别为本征或弱n型掺杂InGaAsP、n型掺杂InP和本征或弱n型掺杂InGaAsP；所述TWSOA的第二渐变层、第一功能层和第二功能层分别为p型掺杂InGaAsP、p型掺杂InP和p型掺杂InGaAsP。在上述技术方案的基础上，所述TWSOA和WGAPD上均设有电极。在上述技术方案的基础上，所述TWSOA的入射光侧面设有增透膜。在上述技术方案的基础上，所述WGAPD的第一功能层的厚度为50-200nm，所述第一功能层的掺杂浓度为2-7×1017cm-3，掺杂面密度为2.8-3.6×1012cm-2。在上述技术方案的基础上，所述WGAPD的第二功能层的厚度50-300nm。在上述技术方案的基础上，所述TWSOA的长度L1为150-300μm，宽度W1为1-2.5μm。在上述技术方案的基础上，所述WGAPD长度L2为10-30μm，宽度W2为1.5-3μm。在上述技术方案的基础上，所述TWSOA和WGAPD之间间隔的距离为1-3μm。在上述技术方案的基础上，所述扩散控制层的厚度为100-200nm。在上述技术方案的基础上，所述顶层的厚度1.5-3μm。与现有技术相比，本技术的优点在于：本技术的高增益带宽积的光探测器，将行波半导体光放大器TWSOA与波导雪崩光电二极管WGAPD集成，TWSOA将入射光放大后再由WGAPD转化为电信号，整个光探测器的增益带宽积能够达到1000GHz以上。附图说明图1为本技术实施例中的光探测器的制造方法的流程图；图2为本技术实施例中的外延结构的结构示意图；图3为本技术实施例中的外延结构两次锌扩散工艺后的结构示意图；图4为本技术实施例中的外延结构两次锌扩散工艺后的俯视图；图5为本技术实施例中的制作多通道光探测器的结构示意图。具体实施方式以下结合附图及实施例对本技术作进一步详细说明。参见图1所示，本技术实施例提供一种高增益带宽积的光探测器的制造方法，包括以下步骤：步骤S1，在衬底上，依次生长缓冲层、第一渐变层、有源层、第二渐变层、第一功能层、第二功能层、扩散控制层和顶层形成外延结构。具体地，参见图2所示，在半绝缘(S.I.，semi-insulating)磷化铟InP衬底上，通过分子束外延MBE(MolecularBeamEpitaxy)或金属有机化合物化学气相沉淀MOCVD(Metal-organicChemicalVaporDeposition)等外延生长技术，依次生长缓冲层，第一渐变层，有源层，第二渐变层，第一功能层，第二功能层，扩散控制层和顶层。其中：缓冲层为n型掺杂InP，掺杂浓度为1-2×1018cm-3，缓冲层的厚度为0.5-1μm；第一渐变层为本征(i，intrinsic)或弱n型掺杂In1-xGaxAsyP1-y(0＜x＜1，0＜y＜1且y/x＝2.13，下文称InGaAsP)，掺杂浓度小于2×1015cm-3，下文所谓弱n型掺杂InGaAsP即此浓度范围，第一渐变层的厚度50-100nm，采用多层成分不同或一层成分线性渐变的InGaAsP，由缓冲层过渡至有源层；有源层为本征或弱n型掺杂InGaAs，有源层的厚度100-300nm。优选地，有源层可采用In0.511Ga0.489As或五组量子阱，可有效消除入射光偏振的影响；第二渐变层为本征或弱n型掺杂InGaAsP，第二渐变层的厚度50-100nm，采用多层成分不同或一层成分线性渐变的InGaAsP，由有源层过渡至第一功能层。第一功能层为n型掺杂InP，掺杂浓度为2-7×1017cm-3，第一功能层的厚度为50-200nm，同时掺杂面密度为2.8-3.6×1012cm-2；第二功能层为本征或弱n型掺杂InP，第二功能层的厚度50-300nm；扩散控制层为本征或弱n型掺杂InGaAsP，扩散控制层的厚度为100-200nm；顶层为本征或弱n型掺杂InP，顶层的厚度1.5-3μm。步骤S2，对整个外延结构进行第一次锌扩散工艺，使锌扩散至扩散控制层。具体地，参见图3所示，整个外延结构的顶层和扩散控制层分别变为p型掺杂InP和p型掺杂InGaAsP。步骤S3，遮蔽部分外延结构，对未遮蔽部分外延结构进行第二次锌扩散工艺，使锌扩散至第二渐变层以形成TWSOA，被遮蔽部分外延结构形成WGAPD。具体地，参见图3所示，在外延结构上采用等离子体增强化学PECVD(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition)工艺镀钝化膜，配合光刻、反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高增益带宽积的光探测器，其特征在于，包括：/n衬底；/n沿入射光方向间隔设置在所述衬底上的行波半导体光放大器TWSOA和波导雪崩光电二极管WGAPD；/n所述WGAPD与TWSOA一一对齐的设有下列层：缓冲层、第一渐变层、有源层、第二渐变层、第一功能层、第二功能层、扩散控制层和顶层；/n其中：所述缓冲层为n型掺杂InP；所述第一渐变层为本征或弱n型掺杂InGaAsP；所述有源层为本征或弱n型掺杂InGaAs；所述扩散控制层为p型掺杂InGaAsP；所述顶层均为p型掺杂InP；所述WGAPD的第二渐变层、第一功能层和第二功能层分别为本征或弱n型掺杂InGaAsP、n型掺杂InP和本征或弱n型掺杂InGaAsP；所述TWSOA的第二渐变层、第一功能层和第二功能层分别为p型掺杂InGaAsP、p型掺杂InP和p型掺杂InGaAsP。/n

【技术特征摘要】
1.一种高增益带宽积的光探测器，其特征在于，包括：
衬底；
沿入射光方向间隔设置在所述衬底上的行波半导体光放大器TWSOA和波导雪崩光电二极管WGAPD；
所述WGAPD与TWSOA一一对齐的设有下列层：缓冲层、第一渐变层、有源层、第二渐变层、第一功能层、第二功能层、扩散控制层和顶层；
其中：所述缓冲层为n型掺杂InP；所述第一渐变层为本征或弱n型掺杂InGaAsP；所述有源层为本征或弱n型掺杂InGaAs；所述扩散控制层为p型掺杂InGaAsP；所述顶层均为p型掺杂InP；所述WGAPD的第二渐变层、第一功能层和第二功能层分别为本征或弱n型掺杂InGaAsP、n型掺杂InP和本征或弱n型掺杂InGaAsP；所述TWSOA的第二渐变层、第一功能层和第二功能层分别为p型掺杂InGaAsP、p型掺杂InP和p型掺杂InGaAsP。


2.如权利要求1所述的光探测器，其特征在于：所述TWSOA和WGAPD上均设有电极。


3.如权利要求1所述的光探测器，其特征在于：所述TWSOA的入射光...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾磊，王肇中，
申请(专利权)人：武汉光谷量子技术有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42