一种倏逝波耦合的波导型探测器制造技术

本发明专利技术提供了一种倏逝波耦合的波导型光电探测器，其吸收层的材料选自InAs材料、GaSb材料等五种材料，过渡层的材料选自与吸收层的材料晶格相匹配的多种三元材料和/或四元材料。本申请采用多种过渡层材料代替传统波导中单一材料的方式实现对稀释波导层、光学匹配层以及整个器件折射率更为精细的调控，获得具更高耦合效率的器件结构，最终实现了应用在光纤通信1310nm或1550nm窗口下具有更高量子效率的高速波导型探测器。

【技术实现步骤摘要】
一种倏逝波耦合的波导型探测器
本专利技术涉及探测器
，尤其涉及一种倏逝波耦合的波导型探测器。
技术介绍
近些年来光电探测器朝着高速、大容量的方向发展；其中具有低暗电流、高量子效率的PIN型光电探测器得到了长足的发展，从垂直光照明到侧面入射照明，再到侧面照明的倏逝波耦合的波导型光电探测器，逐步解决了量子效率与响应速度相矛盾以及光吸收不均匀导致无法大功率工作的问题。III-V族半导体材料中基于InP/InGaAs材料体系的PIN光电探测器能够覆盖光纤通信的1310nm和1550nm两个的窗口，这些年来InP/InGaAs基的光电探测器得到了最广泛的研究和应用。针对未来对光电探测器更高速的需求，倏逝波耦合的波导型探测器是解决这一需求的关键技术。目前，应用在光纤通信中1310nm和1550nm窗口的倏逝波耦合的波导探测器基本是采用InP/InGaAs基的材料体系，其采用与InP晶格匹配的四元InGaAsP材料作为过渡层，InP材料作为衬底，InGaAsP与InP(1.35eV)周期性交替排列构成稀释波导层，稀释波导的作用是增大波导的光场分布，减少光纤与稀释波导的模式失配损耗，再采用一层或两层InGaAsP材料作为光学匹配层。对于波导型光电探测器，光从光纤进入到稀释波导后经过光学匹配层逐渐耦合到光吸收层，与垂直入射的探测器相比，量子效率比较低。因为波导型光电探测器的光是需要从倏逝波导耦合到吸收层的，光耦合的效率直接制约了探测器的量子效率。对于光在两个波导之间的耦合，当两个波导对应的模式的传播常数相等时有最大的耦合效率，波导之间折射率差值越小耦合效率越高。传统倏逝波耦合的波导探测器中吸收层材料为In0.53Ga0.47As，稀释波导由一种固定组分的InGaAsP和InP(1.35eV)材料交替排列组成，在1310nm波段，InP材料的折射率为3.202，吸收层In0.53Ga0.47As的折射率为3.601，在1550nm波段，InP材料的折射率为3.167，吸收层In0.53Ga0.47As的折射率为3.560，InP与In0.53Ga0.47As的折射率相差很大，光在两种材料之间耦合效率很低，虽然采用InGaAsP与InP交替排列构成稀释波导使得稀释波导的等效折射率提高，但与吸收层折射率差别依旧很大，这极大地限制了光波导的耦合效率，进而影响了器件的关键指标-量子效率。因此选取新的材料体系，降低稀释波导层和吸收层的折射率差，通过对稀释波导以及整个器件的折射率更精细的调控，提高波导耦合效率，实现对器件关键性能量子效率的提升。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种耦合效率和量子效率显著提高的倏逝波耦合波导探测器。有鉴于此，本申请提供了一种倏逝波耦合的波导型探测器，包括依次叠加设置的衬底、过渡层、吸收层、包层和P型层，所述衬底的材料为GaAs材料或InP材料；其特征在于，所述吸收层的材料选自InAs材料、GaSb材料、In0.53Ga0.47As材料、In1-x-yGayAlxAs,材料、AlaGa1-aAsbSb1-b材料或AlcIn1-cAsdSb1-d材料，所述过渡层的材料选自与所述吸收层的材料晶格相匹配的多种三元材料和/或四元材料；其中，0<x<1，0<y<1且0<x+y<1；0<a<1，0<b<1；0<c<1，0<d<1。优选的，所述吸收层的材料选自InAs材料，所述过渡层选自AleGa1-eAsfSb1-f非组分渐变材料、In1-gAlgAshSb1-h非组分渐变材料、AliGa1-iPjSb1-j非组分渐变材料、AlkIn1-kPlSb1-l非组分渐变材料、AleGa1-eAsfSb1-f组分渐变材料、In1-gAlgAshSb1-h组分渐变材料、AliGa1-iPjSb1-j组分渐变材料和AleGa1-eAsfSb1-f组分渐变材料中的一种或多种；在所述非组分渐变材料和组分渐变材料同时选择时，所述非组分渐变材料的元素组成与组分渐变材料的元素组成不同；其中0＜e＜1，0＜f＜1；0＜g＜1，0＜h＜1；0＜i＜1，0＜j＜1；0＜k＜1，0＜l＜1。优选的，所述吸收层为GaSb材料，所述过渡层选自AleGa1-eAsfSb1-f非组分渐变材料、AliGa1-iPjSb1-j非组分渐变材料、In1-gAlgAshSb1-h非组分渐变材料、AlkIn1-kPlSb1-l非组分渐变材料、AleGa1-eAsfSb1-f组分渐变材料、AliGa1-iPjSb1-j组分渐变材料、In1-gAlgAshSb1-h组分渐变材料或AlkIn1-kPlSb1-l组分渐变材料；在所述非组分渐变材料和组分渐变材料同时选择时，所述非组分渐变材料的元素组成与组分渐变材料的元素组成不同；其中0＜e＜1，0＜f＜1；0＜g＜1，0＜h＜1；0＜i＜1，0＜j＜1；0＜k＜1，0＜l＜1。优选的，所述吸收层为In0.53Ga0.47As材料，所述过渡层选自In0.52Al0.48As非组分渐变材料、In1-e-fGafAleAs非组分渐变材料、In1-iGaiAs1-jPj非组分渐变材料、In1-gAlgAshSb1-h非组分渐变材料、In1-e-fGafAleAs组分渐变材料、In1-iGaiAs1-jPj组分渐变材料或In1-gAlgAshSb1-h组分渐变材料；在所述非组分渐变材料和组分渐变材料同时选择时，所述非组分渐变材料的元素组成与组分渐变材料的元素组成不同；其中0＜e＜1，0＜f＜1，0＜e+f＜1；0＜g＜1，0＜h＜1；0＜i＜1，0＜j＜1。优选的，所述吸收层为In1-x-yGayAlxAs材料，所述过渡层选自In1-x-yGayAlxAs组分渐变材料；其中0<x<1，0<y<1且0<x+y<1。优选的，所述吸收层为AlaGa1-aAsbSb1-b材料，所述过渡层选自AlaGa1-aAsbSb1-b组分渐变材料；其中0<a<1，0<b<1。优选的，所述吸收层为AlcIn1-cAsdSb1-d材料，所述过渡层选自AlcIn1-cAsdSb1-d组分渐变材料，其中0<c<1，0<d<1。优选的，所述组分渐变材料的渐变方式采用组分渐变、能带或折射率线性渐变、二次型渐变或不连续的阶跃渐变的方式。优选的，所述过渡层包括近衬底端的稀释波导层和近吸收层端的光学匹配层。本申请提供了一种倏逝波耦合的波导型光电探测器，其吸收层的材料选自InAs材料、GaSb材料、In0.53Ga0.47As材料、In1-x-yGayAlxAs,材料、AlaGa1-aAsbSb1-b材料或AlcIn1-cAsdSb1-d材料，过渡层的材料选自与吸收层的材料晶格相匹配的多种三元材料和/或四元材料；本专利技术采用新的材料体系，过渡层采用了多种材料代替传统中单一过渡本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种倏逝波耦合的波导型探测器，包括依次叠加设置的衬底、过渡层、吸收层、包层和P型层，所述衬底的材料为GaAs材料或InP材料；其特征在于，所述吸收层的材料选自InAs材料、GaSb材料、In

【技术特征摘要】
1.一种倏逝波耦合的波导型探测器，包括依次叠加设置的衬底、过渡层、吸收层、包层和P型层，所述衬底的材料为GaAs材料或InP材料；其特征在于，所述吸收层的材料选自InAs材料、GaSb材料、In0.53Ga0.47As材料、In1-x-yGayAlxAs,材料、AlaGa1-aAsbSb1-b材料或AlcIn1-cAsdSb1-d材料，所述过渡层的材料选自与所述吸收层的材料晶格相匹配的多种三元材料和/或四元材料；
其中，0<x<1，0<y<1且0<x+y<1；
0<a<1，0<b<1；
0<c<1，0<d<1。


2.根据权利要求1所述的波导型探测器，其特征在于，所述吸收层的材料选自InAs材料，所述过渡层选自AleGa1-eAsfSb1-f非组分渐变材料、In1-gAlgAshSb1-h非组分渐变材料、AliGa1-iPjSb1-j非组分渐变材料、AlkIn1-kPlSb1-l非组分渐变材料、AleGa1-eAsfSb1-f组分渐变材料、In1-gAlgAshSb1-h组分渐变材料、AliGa1-iPjSb1-j组分渐变材料和AleGa1-eAsfSb1-f组分渐变材料中的一种或多种；在所述非组分渐变材料和组分渐变材料同时选择时，所述非组分渐变材料的元素组成与组分渐变材料的元素组成不同；
其中0＜e＜1，0＜f＜1；0＜g＜1，0＜h＜1；0＜i＜1，0＜j＜1；0＜k＜1，0＜l＜1。


3.根据权利要求1所述的波导型探测器，其特征在于，所述吸收层为GaSb材料，所述过渡层选自AleGa1-eAsfSb1-f非组分渐变材料、AliGa1-iPjSb1-j非组分渐变材料、In1-gAlgAshSb1-h非组分渐变材料、AlkIn1-kPlSb1-l非组分渐变材料、AleGa1-eAsfSb1-f组分渐变材料、AliGa1-iPjSb1-j组分渐变材料、In1-gAlgAshSb1-h组分渐变材料或AlkIn1-kPlSb1-l组分渐变材料；在所述非组分渐变材料和组分渐变材料同时选择时，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王方莉，张博健，王亮，郭松坡，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34