一种增益峰可调的锗硅光电探测器制造技术

本申请涉及一种增益峰可调的锗硅光电探测器，所述锗硅光电探测器自下而上包括：硅衬底层，埋氧层，硅波导层，锗有源层和绝缘覆盖层，所述锗硅光电探测器还包括布置在所述锗有源层上的可调的带宽增益组件。本发明专利技术提供的具有可调的带宽增益组件的锗硅光电探测器，通过可调的带宽增益组件能够弥补由于锗硅光电探测器不同个体间的差异性引起的带宽增益的差异性问题，实现了针对每一个锗硅光电探测器的最佳带宽增益。

A germanium silicon photodetector with adjustable gain peak

【技术实现步骤摘要】
一种增益峰可调的锗硅光电探测器
本专利技术涉及光通信领域，更具体地涉及一种增益峰可调的锗硅光电探测器。
技术介绍
在半导体光电探测器中，光电探测器暴露于光源时经由探测材料吸收光能并转换成电子信号而输出电流，可通过该原理用于光通讯及光探测领域。硅基光子技术是近年来得到业界广泛认可的产业方向，基于硅光子工艺的锗硅光电探测器也获得了快速的发展。锗硅光电探测器的带宽极大地受限于锗硅光电探测器的寄生电容。从设计上来说，寄生电容是不期望的，它是光电探测器的固有性质。为消除寄生电容的影响并提升锗硅光电探测器的带宽，近期新出现的技术方法是在硅光芯片上集成电感，即利用金属导线形成电感，和寄生电容相互配合，以形成带宽增益峰，从而提高锗硅光电探测器的3dB带宽。然而，目前在该技术方法中，集成至光电探测器中的金属导线在制作完成后，其电感值就固定下来不再变化。由于制做工艺问题，光电探测器的本征特性在不同个体间存在着一定的差异，从而使得每个光电探测器所需要的带宽增益峰值也存在差异。
技术实现思路
为此，本专利技术提出了一种新的结构的硅锗光电探测器，该硅锗光电探测器中集成了可调的带宽增益组件，从而通过该组件可对增益峰值进行调节，使得锗硅光电探测器具有最佳的带宽增益。具体而言，本专利技术的技术方案如下：本专利技术提供一种增益峰可调的锗硅光电探测器，所述锗硅光电探测器自下而上包括：硅衬底层，埋氧层，硅波导层，锗有源层和绝缘覆盖层，其特征在于，所述锗硅光电探测器还包括布置在所述锗有源层上的可调的带宽增益组件。进一步地，所述可调的带宽增益组件包括间隔预定距离的石墨烯信号导线和控制电极，并且所述控制电极配置为对所述石墨烯信号导线施加电压，以实现可调的匹配电感。根据一个实施方式，所述石墨烯信号导线与所述锗有源层直接接触。根据一个实施方式，所述石墨烯信号导线具有折返的U形形状或回形形状。根据一个实施方式，所述墨烯信号导线可以使用转移的方法与锗硅光电探测器集成。根据一个实施方式，所述控制电极位于所述石墨烯信号导线正上方，并且与所述石墨烯信号导线具有相同的走向。根据一个实施方式，所述硅波导层具有模斑转换结构。根据一个实施方式，所述锗硅光电探测器还包括位于最外层的保护层。本专利技术提供的具有可调的带宽增益组件的锗硅光电探测器，通过可调的带宽增益组件能够弥补由于锗硅光电探测器不同个体间的差异性带来的带宽增益参数的差异性问题，实现了针对每一个锗硅光电探测器的最佳带宽增益。附图说明图1是本专利技术实施例中增益峰可调的带宽增强型锗硅光电探测器的轴测图；和图2是本专利技术实施例中增益峰可调的带宽增强型锗硅光电探测器的侧视图。附图标记：硅衬底层：100，110：埋氧层，120：硅波导层，130：锗有源层，140a，140b：绝缘覆盖层，150：可调的带宽增益组件，1501：石墨烯信号导线，1502：控制电极。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域人员所理解的通常意义。本公开中“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。需要说明的是，附图中各层结构厚度、大小和形状均不反映光电探测器的真实比例，仅仅是示意说明本公开的内容。本专利技术实施例提供了一种硅锗光电探测器，参考图1至图2，图1是本专利技术实施例中增益峰可调的带宽增强型锗硅光电探测器的轴测图，图2是本专利技术实施例中增益峰可调的带宽增强型锗硅光电探测器的侧视图。在一个实施例中，硅锗光电探测器自下而上依次层叠有硅衬底层100、硅埋氧层110、硅波导层120、锗有源层130、绝缘覆盖层140a和可调的带宽增益组件150。在一个具体的实施例中，可调的带宽增益组件150包括信号导线1501、控制电极1502。以下将结合附图详细描述本专利技术的增益峰可调的锗硅光电探测器的结构及其制作方法。本实施例中的硅锗光电探测器基于成熟的绝缘体上硅(SiliconOnInsulator，SOI)工艺制备。SOI包含背衬底100，埋氧化层110，以及硅波导层120。利用SOI工艺，在硅波导层120上制作所需硅波导，其用于接收光信号并对光信号的传播方向进行引导。硅波导层120的几何形状是任意的，可以根据光电探测器的实际应用选择对应的几何形状，比如片形、条形或脊形波导结构。在一个实施例中，选择如图1所示楔形波导结构进行模斑转换。通常，为将光信号耦合至波导层，并提高硅光器件与内部和外部的耦合效率，通常在硅波导中设计有模斑转换结构(SpotSizeConverter，SSC)或模斑转换器。目前，通常采用的模斑转换器有正向锥形模斑转换器、反向锥形模斑转换器、多级锥形模斑转化器、多波导模斑转换器和三维锥形模斑转换器等，但不限于此。接下来，在硅波导层120上生长锗有源层130，，其接收来自硅波导层120的光信号，并将该光信号转换为电信号，并且从锗有源层130的上表面输出。进一步地，首先使用绝缘覆盖层140a将硅波导层120与锗有源层130完全覆盖，再通过适当地减薄绝缘覆盖层140a的厚度，直到露出锗有源层130的顶部部分。该绝缘覆盖层140a通常为本领域常用的SiO2材料，但不限于此。在现有技术中，在硅衬底层、硅埋氧层、硅波导层、锗有源层、绝缘覆盖层形成的堆叠结构的基础上进一步制作与锗有源层相连接的金属导线电感以形成锗硅光电探测器。然而，本专利技术人发现，由于锗硅光电探测器在不同个体间存在性能差异的问题。尽管减轻或消除锗硅光电探测器的不同个体的差异性可以部分地通过优化制备工艺制程或提高制备精度方式等来解决，但这对于相关设备及制程要求很高。即便如此，这种方式仍然不能完全消除锗硅光电探测器产品间存在的带宽性能差异的问题。对此，本专利技术提出了具有可调的带宽增益组件的锗硅光电探测器可以在现有的设备及常规的制成要求下，通过对每个锗硅光电探测器个体进行优化配置，使每个锗硅光电探测器的带宽特性达到最优化。具体而言，本专利技术提出的具有可调的带宽增益组件包括石墨烯信号导线和控制电路，锗硅光电探测器输出的电信号在石墨烯信号导线内传输，通过控制电路对石墨烯信号导线施加不同的电压，改变石墨烯信号导线的电感值，从而能够对本专利技术的锗硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增益峰可调的锗硅光电探测器，所述锗硅光电探测器自下而上包括硅衬底层，埋氧层，硅波导层和锗有源层和绝缘覆盖层，其特征在于，所述锗硅光电探测器还包括布置在所述锗有源层上的可调的带宽增益组件。/n

【技术特征摘要】
1.一种增益峰可调的锗硅光电探测器，所述锗硅光电探测器自下而上包括硅衬底层，埋氧层，硅波导层和锗有源层和绝缘覆盖层，其特征在于，所述锗硅光电探测器还包括布置在所述锗有源层上的可调的带宽增益组件。


2.根据权利要求1所述的锗硅光电探测器，其中，所述可调的带宽增益组件包括间隔预定距离的石墨烯信号导线和控制电极，并且所述控制电极配置为对所述石墨烯信号导线施加可变电压，以实现增益峰值的调节。


3.根据权利要求2所述的锗硅光电探测器，其中，所述石墨烯信号导线与所述锗有源层直接接触。


4.根据权利要求2所述的锗...

【专利技术属性】
技术研发人员：张红广，肖希，王磊，胡晓，陈代高，李维忠，
申请(专利权)人：武汉光谷信息光电子创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42