一种光电探测器制造技术

本申请实施例公开一种光电探测器，包括：硅层，所述硅层包括第一掺杂类型的掺杂区；与所述硅层接触的锗层，所述锗层包括第二掺杂类型的掺杂区；第一层波导，所述第一层波导包括设置在所述锗层上方的第一探测耦合区；第二层波导，所述第二层波导包括设置在所述锗层侧面的第二探测耦合区；其中，所述第一层波导和所述第二层波导用于传输光信号，所述第一层波导和所述第二层波导分别通过所述第一探测耦合区和所述第二探测耦合区将所述光信号耦合至所述锗层；所述锗层用于探测所述光信号，并将所述光信号转换为电信号。

A photoelectric detector

【技术实现步骤摘要】
一种光电探测器
本申请实施例涉及光电探测器
，特别涉及一种光电探测器。
技术介绍
硅光子技术是基于硅和硅基衬底材料(如SiGe/Si、绝缘体上硅等)，利用现有互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，CMOS)工艺进行光器件开发和集成的新一代技术。硅光子技术结合了集成电路技术的超大规模、超高精度制造的特性和光子技术超高速率、超低功耗的优势，是应对摩尔定律失效的颠覆性技术。这种结合得力于半导体晶圆制造的可扩展性，因而能够降低成本。光电探测器作为硅光子架构的核心器件之一，具有实现光信号到电信号转换的功能。但晶体硅材料的能带结构决定其在光通信波段探测效率很低，虽然III-V族半导体材料更适合用于光电探测器，但是III-V族半导体材料与硅工艺不兼容，无法与硅进行有效的单片集成；考虑到锗材料与CMOS工艺的兼容性，本领域提出了采用锗材料作为光吸收层材料而形成锗硅光电探测器的技术。然而，目前的锗硅光电探测器具有饱和吸收效应明显、响应度低等缺点，因此有待进一步的改进。
技术实现思路
有鉴于此，本申请实施例为解决现有技术中存在的至少一个问题而提供一种光电探测器。为达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：第一方面，本申请实施例提供一种光电探测器，包括：硅层，所述硅层包括第一掺杂类型的掺杂区；与所述硅层接触的锗层，所述锗层包括第二掺杂类型的掺杂区；第一层波导，所述第一层波导包括设置在所述锗层上方的第一探测耦合区；第二层波导，所述第二层波导包括设置在所述锗层侧面的第二探测耦合区；其中，所述第一层波导和所述第二层波导用于传输光信号，所述第一层波导和所述第二层波导分别通过所述第一探测耦合区和所述第二探测耦合区将所述光信号耦合至所述锗层；所述锗层用于探测所述光信号，并将所述光信号转换为电信号。在一种可选的实施方式中，所述第一层波导还包括与所述第一探测耦合区连接的第一层间耦合区；所述第二层波导还包括与所述第二探测耦合区连接的第二层间耦合区；所述第一层波导和所述第二层波导之间通过所述第一层间耦合区和所述第二层间耦合区的层间耦合实现光信号传递；所述第一层间耦合区和所述第二层间耦合区的光信号分别传输至所述第一探测耦合区和所述第二探测耦合区。在一种可选的实施方式中，所述第一层波导用于接收光信号，并在所述第一层间耦合区将接收的光信号通过层间耦合传递至所述第二层波导的所述第二层间耦合区。在一种可选的实施方式中，所述第一层间耦合区和所述第二层间耦合区之间的距离为50nm-1500nm。在一种可选的实施方式中，沿光信号的传输方向上，所述第一层间耦合区的横截面积变小，所述第二层间耦合区的横截面积变大。在一种可选的实施方式中，所述第一层间耦合区和所述第二层间耦合区在所述硅层上的正投影至少部分重合。在一种可选的实施方式中，所述第二探测耦合区包括第一子探测耦合区和第二子探测耦合区，所述第一子探测耦合区和所述第二子探测耦合区分别设置在所述锗层相对的两侧；所述第二层波导还包括位于所述第二层间耦合区和第二探测耦合区之间的分光波导区，所述分光波导区用于将从所述第二层间耦合区传输过来的光信号分为至少两路，并将其中两路光信号分别输出至所述第一子探测耦合区和所述第二子探测耦合区。在一种可选的实施方式中，所述第一层波导还包括位于所述第一层间耦合区和所述第一探测耦合区之间的隔离波导区；所述隔离波导区和所述分光波导区在所述硅层上的正投影彼此错开，以使所述第一层波导上的光信号在传输至与所述分光波导区对应的位置处不发生与所述第二层波导之间的层间耦合。在一种可选的实施方式中，所述第一层波导的所述第一探测耦合区的延伸方向平行于所述硅层与所述锗层的接触平面，所述第一探测耦合区与所述锗层上表面之间的距离为60nm-1000nm。在一种可选的实施方式中，所述第二层波导的所述第二探测耦合区与所述锗层侧壁之间的距离为50nm-1000nm。在一种可选的实施方式中，所述第一层波导和/或所述第二层波导的材料包括氮化硅。本申请实施例提供了一种光电探测器，包括：硅层，所述硅层包括第一掺杂类型的掺杂区；与所述硅层接触的锗层，所述锗层包括第二掺杂类型的掺杂区；第一层波导，所述第一层波导包括设置在所述锗层上方的第一探测耦合区；第二层波导，所述第二层波导包括设置在所述锗层侧面的第二探测耦合区；其中，所述第一层波导和所述第二层波导用于传输光信号，所述第一层波导和所述第二层波导分别通过所述第一探测耦合区和所述第二探测耦合区将所述光信号耦合至所述锗层；所述锗层用于探测所述光信号，并将所述光信号转换为电信号。本申请实施例中设置双层波导，一层位于锗层上方，一层位于锗层侧面，从而光信号可以与锗层的多个面进行耦合，被探测的光信号通过多条耦合路径传递至探测区，降低了每条耦合路径内的光功率密度，避免了饱和吸收效应的出现，同时，无需增加探测器的探测区长度(即锗层长度)即可提高探测器的响应度。附图说明图1为本申请实施例提供的光电探测器的侧面剖视图；图2为本申请实施例提供的光电探测器的一种实施方式的俯视图；图3为本申请实施例提供的光电探测器的另一种实施方式的俯视图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本申请公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本申请的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。在附图中，为了清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。应当明白，当元件或层被称为“在……上”、“与……相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在……上”、“与……直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本申请教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。而当讨论的第二元件、部件、区、层或部分时，并不表明本申请必然存在第一元件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光电探测器，其特征在于，包括：/n硅层，所述硅层包括第一掺杂类型的掺杂区；/n与所述硅层接触的锗层，所述锗层包括第二掺杂类型的掺杂区；/n第一层波导，所述第一层波导包括设置在所述锗层上方的第一探测耦合区；/n第二层波导，所述第二层波导包括设置在所述锗层侧面的第二探测耦合区；/n其中，所述第一层波导和所述第二层波导用于传输光信号，所述第一层波导和所述第二层波导分别通过所述第一探测耦合区和所述第二探测耦合区将所述光信号耦合至所述锗层；所述锗层用于探测所述光信号，并将所述光信号转换为电信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种光电探测器，其特征在于，包括：
硅层，所述硅层包括第一掺杂类型的掺杂区；
与所述硅层接触的锗层，所述锗层包括第二掺杂类型的掺杂区；
第一层波导，所述第一层波导包括设置在所述锗层上方的第一探测耦合区；
第二层波导，所述第二层波导包括设置在所述锗层侧面的第二探测耦合区；
其中，所述第一层波导和所述第二层波导用于传输光信号，所述第一层波导和所述第二层波导分别通过所述第一探测耦合区和所述第二探测耦合区将所述光信号耦合至所述锗层；所述锗层用于探测所述光信号，并将所述光信号转换为电信号。


2.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，
所述第一层波导还包括与所述第一探测耦合区连接的第一层间耦合区；
所述第二层波导还包括与所述第二探测耦合区连接的第二层间耦合区；
所述第一层波导和所述第二层波导之间通过所述第一层间耦合区和所述第二层间耦合区的层间耦合实现光信号传递；所述第一层间耦合区和所述第二层间耦合区的光信号分别传输至所述第一探测耦合区和所述第二探测耦合区。


3.根据权利要求2所述的光电探测器，其特征在于，
所述第一层波导用于接收光信号，并在所述第一层间耦合区将接收的光信号通过层间耦合传递至所述第二层波导的所述第二层间耦合区。


4.根据权利要求2所述的光电探测器，其特征在于，
所述第一层间耦合区和所述第二层间耦合区之间的距离为50nm-1500nm。


5.根据权利要求2所述的光电探测器，其特征在于，
沿光信号的传输方向上，所述第一层间耦合区的横截面积变小，所述第二层间耦合区的横截面积变大...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡晓，肖希，王磊，陈代高，张宇光，李淼峰，
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