用于聚焦场雪崩光电二极管的方法和系统技术方案

用于聚焦场雪崩光电二极管(APD)的系统和方法可以包括吸收层、阳极、阴极、N掺杂层、P掺杂层、以及位于N掺杂层和P掺杂层之间的倍增区域。氧化物界面位于阳极、阴极、N掺杂层、P掺杂层、以及倍增区域的顶表面和底表面处。APD可以在吸收层中吸收光学信号以生成载流子，并使用N掺杂层和P掺杂层中的掺杂分布将载流子引导至阴极的中心，该掺杂分布在垂直于顶表面和底表面的方向上变化。N掺杂层和P掺杂层中的掺杂分布可以在氧化物界面之间的中途具有峰值浓度，或者N掺杂层可以在氧化物界面之间的中途具有峰值浓度，而P掺杂层在该处可以具有最小浓度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于聚焦场雪崩光电二极管的方法和系统相关申请的交叉引用/通过引用合并本申请要求于2017年11月28日递交的美国临时申请No.62/591,303、以及于2018年11月8日递交的美国专利申请No.16/184,169的优先权和权益，这些申请通过引用以其整体合并于此。
本公开的各方面涉及电子组件。更具体地，本公开的某些实施方式涉及用于聚焦场雪崩光电二极管的方法和系统。
技术介绍
用于雪崩光电探测器的常规方法可能是昂贵的、麻烦的、和/或低效的，例如，它们可能是复杂和/或耗时的，和/或可能导致器件不可靠。通过将这样的系统与如在本申请的其余部分中参照附图所阐述的本公开的一些方面进行比较，对于本领域技术人员而言，常规和传统方法的进一步的限制和缺点将变得明显。
技术实现思路
提供了用于聚焦场雪崩光电二极管的系统和方法，基本上如结合至少一个附图所示和/或所描述的，如在权利要求中更完整地阐述的。根据以下描述和附图，将更充分地理解本公开的这些和其他优点、方面和新颖特征，及其所示出的实施例的细节。附图说明图1A是根据本公开的示例实施例的具有聚焦场雪崩光电二极管的光子使能集成电路的框图。图1B是示出根据本公开的示例实施例的示例光子使能集成电路的图。图1C是示出根据本公开的示例实施例的耦合到光纤线缆的光子使能集成电路的图。图2示出了根据本公开的示例实施例的图示聚焦场雪崩光电二极管概念的器件截面。图3示出了根据本公开的示例实施例的聚焦场雪崩光电二极管概念的替代实施方式。图4示出了根据本公开的示例实施例的波导雪崩光电二极管以及在聚焦场雪崩光电二极管模拟中使用的掺杂结构的三维视图。图5示出了根据本公开的示例实施例的聚焦场雪崩光电二极管中的模拟电势分布。图6示出了根据本公开的示例实施例的聚焦场雪崩光电二极管中的电场。图7示出了根据本公开的示例实施例的聚焦场雪崩光电二极管的碰撞电离分布。具体实施方式如本文所使用的，术语“电路”和“电路系统”是指物理电子组件(即硬件)，以及可以配置硬件、由硬件执行、和/或以其他方式与硬件相关联的任何软件和/或固件(“代码”)。如本文所使用的，例如，特定处理器和存储器在执行第一一行或多行代码时可以包括第一“电路”，并且在执行第二一行或多行代码时可以包括第二“电路”。如本文所使用的，“和/或”表示列表中由“和/或”连接的任何一个或多个项。例如，“x和/或y”表示三元素集{(x)，(y)，(x，y)}中的任何元素。换句话说，“x和/或y”表示“x和y之一或两者”。作为另一示例，“x、y和/或z”表示七元素集{(x)，(y)，(z)，(x，y)，(x，z)，(y，z)，(x，y，z)}中的任何元素。换句话说，“x、y和/或z”表示“x、y和z中的一个或多个”。如本文所使用的，术语“示例性”表示用作非限制性示例、实例或说明。如本文所使用的，术语“如”和“例如”引起一个或多个非限制性示例、实例或说明的列表。如本文所使用的，只要电路或器件包括用于执行功能的必要的硬件和代码(如果需要的话)，则该电路或器件“可操作”以执行该功能，而不管该功能的执行被禁用还是未启用(例如，通过用户可配置设置、出厂调整等)。图1A是根据本公开的示例实施例的具有聚焦场雪崩光电二极管的光子使能集成电路的框图。参考图1A，示出了光子使能集成电路130上的光电器件，包括光学调制器105A-105D、光电二极管111A-111D、监测器光电二极管113A-113H、以及包括耦合器103A-103K、光学端子115A-115D和光栅耦合器117A-117H的光学器件。还示出了包括放大器107A-107D、模拟和数字控制电路109、以及控制部分112A-112D的电气器件和电路。放大器107A-107D可以包括例如跨阻放大器(TIA)、限幅放大器(LA)、模数转换器(ADC)、和/或数字信号处理器(DSP)。在示例场景中，光子使能集成电路130包括CMOS光子管芯，其具有耦合至IC130的顶表面的激光器组件101。激光器组件101可以包括一个或多个半导体激光器，其内部具有隔离器、透镜和/或旋转器，以用于将一个或多个CW光学信号引导至耦合器103A。光子使能集成电路130可以包括单个芯片，或者可以被集成在多个管芯上，例如，与一个或多个电子管芯以及一个或多个光子管芯相集成。经由在光子使能集成电路130中制造的光学波导110在光学器件和光电器件之间传送光学信号。可以在光子集成电路中使用单模或多模波导。单模操作实现到光学信号处理和联网元件的直接连接。术语“单模”可以用于为两种极化(横向电(TE)极化和横向磁(TM)极化)中的每一个支持单一模式的波导，或用于真正为单一模式并且仅支持一种模式的波导，该模式的极化是TE(包括平行于支撑波导的衬底的电场)。所使用的两个典型的波导截面包括条形波导和肋形(rib)波导。条形波导通常包括矩形截面，而肋形波导包括位于波导板的顶部上的肋形部分。当然，其他波导截面类型也可以考虑，并且在本公开的范围内。在示例场景中，耦合器103A-103C可以包括低损耗Y接头功率分裂器，其中，耦合器103A从激光器组件101接收光学信号并将该信号分裂到两个分支，该两个分支将光学信号引导至耦合器103B和103C，耦合器103B和103C再次分裂光学信号，产生四个功率大致相等的光学信号。光学功率分裂器可以包括至少一个输入波导和至少两个输出波导。图1A所示的耦合器103A-103C示出了1乘2(1-by-2)分裂器，其将一个波导中的光学功率均匀地分裂为两个其他波导。这些Y接头分裂器可以在光电系统的多个位置中使用，例如，在马赫曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪(MZI)调制器中，如光学调制器105A-105D，其中，由于功率组合器可以是反向使用的分裂器，因此需要分裂器和组合器。在另一示例场景中，可以在并行多通道发射器中使用Y接头，其中，可以采用1乘2分裂器的级联来使单个光源馈送多个通道。基于交织器的复用器和解复用器构成第三示例，其中，1乘2分裂器为构造块。光学调制器105A-105D包括例如马赫曾德尔调制器或环形调制器，并且实现对连续波(CW)激光输入信号的调制。光学调制器105A-105D可以包括高速和低速相位调制部分，并且由控制部分112A-112D控制。光学调制器105A-105D的高速相位调制部分可以用数据信号来调制CW光源信号。光学调制器105A-105D的低速相位调制部分可以补偿缓慢变化的相位因数，例如，由波导之间的失配、波导温度、或波导应力引起的那些相位因数，并且被称为MZI的无源相位或无源偏置。在示例场景中，高速光学相位调制器可以基于自由载流子色散效应来操作，并且可以证明自由载流子调制区域和光学模式之间的高度重叠。在波导中传播的光学模式的高速相位调制是用于高数据速率光学通信的几种类型的信号编码的构造块。可能需要若干Gb/s的速度来维持现代光学链路中所使用的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于通信的方法，所述方法包括：/n在雪崩光电二极管中执行以下操作，所述雪崩光电二极管包括吸收层、阳极、阴极、N掺杂层、P掺杂层、以及位于所述N掺杂层和所述P掺杂层之间的倍增区域，其中，氧化物界面位于所述阳极、所述阴极、所述N掺杂层、所述P掺杂层、以及所述倍增区域的顶表面和底表面处：/n在所述吸收层中吸收接收到的光学信号以生成载流子；以及/n使用所述N掺杂层和所述P掺杂层中的掺杂分布将所述载流子引导至所述阴极的中心，所述掺杂分布在垂直于所述N掺杂层和所述P掺杂层的顶表面和底表面的方向上变化。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171128 US 62/591,303;20181108 US 16/184,1691.一种用于通信的方法，所述方法包括：
在雪崩光电二极管中执行以下操作，所述雪崩光电二极管包括吸收层、阳极、阴极、N掺杂层、P掺杂层、以及位于所述N掺杂层和所述P掺杂层之间的倍增区域，其中，氧化物界面位于所述阳极、所述阴极、所述N掺杂层、所述P掺杂层、以及所述倍增区域的顶表面和底表面处：
在所述吸收层中吸收接收到的光学信号以生成载流子；以及
使用所述N掺杂层和所述P掺杂层中的掺杂分布将所述载流子引导至所述阴极的中心，所述掺杂分布在垂直于所述N掺杂层和所述P掺杂层的顶表面和底表面的方向上变化。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述N掺杂层和所述P掺杂层中的掺杂分布在所述氧化物界面之间的中途具有峰值浓度。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述N掺杂层中的掺杂分布在所述氧化物界面之间的中途具有峰值浓度，而所述P掺杂层中的掺杂分布在所述氧化物界面之间的中途具有最小浓度。


4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述雪崩光电二极管包括波导光电二极管。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述吸收层包括锗，并且所述N掺杂层和所述P掺杂层包括硅。


6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述P掺杂层在所述倍增区域和所述吸收层之间，并且还在所述吸收层下方。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，本征或轻微掺杂层也在所述吸收层下方。


8.根据权利要求1所述的方法，包括：通过碰撞电离来倍增所述载流子，所述碰撞电离的中心在所述N掺杂层的顶表面和底表面之间。


9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述雪崩光电二极管位于互补金属氧化物半导体(CMOS)管芯中。


10.一种用于通信的系统，所述系统包括：
雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管包括吸收层、阳极、阴极、N掺杂层、P掺杂层、以及位于所述N掺杂层和所述P掺杂层之间的倍增区域，其中，氧化物界面位于所述阳极、所述阴极、所述N掺杂层、所述P掺杂层、以及所述倍增区域的顶表面和底表面处，所述雪崩光电二...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉安洛伦佐·马西尼，卡姆扬·霍恩，苏巴尔·萨尼，阿蒂拉·梅基什，
申请(专利权)人：卢克斯特拉有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US