用于直列功率监测的硅波导光电检测器制造技术

本发明专利技术涉及用于直列功率监测的硅波导光电检测器。在一个实施例中，装置包括：由PN结形成的波导，波导用于传播光功率，PN结具有与N区相邻的P区；以及硅监视光电检测器，硅监视光电检测器由PN结形成并与波导成直列，用于测量光功率。硅监视光电检测器可以进一步由与P区相邻的P掺杂区和与N区相邻的N掺杂区形成。描述并要求保护其他实施例。并要求保护其他实施例。并要求保护其他实施例。

【技术实现步骤摘要】
用于直列功率监测的硅波导光电检测器

技术介绍

[0001]对于复杂硅光子(silicon photonic,SiP)集成电路(integrated circuit,IC)，可以存在许多功率监测器用于控制和优化IC的各种功能。例如，在简单的四信道发射器中，最少使用八个功率监视光电检测器(monitor photodetector,MPD)来设置和控制光调制器的偏置点。在一些SiP
‑
IC中，MPD由III
‑
V化合物半导体器件制成，诸如磷化铟(Indium Phosphide,InP)光电检测器或基于锗(Germanium,Ge)的光电检测器。然而，由于需要III
‑
V或Ge材料，这些MPD增加了面积、制造复杂性和成本。
[0002]此外，附加结构(诸如抽头)用于从波导中抽头光功率并将光功率提供给这些MPD，这可能会对性能产生不利影响，因为抽头比率的变化限制了功率测量的准确度。基于InP和Ge的检测器需要在硅上进行异质集成，导致更高的材料和工艺成本，消耗额外的芯片面积的波导布线会加剧这种情况。基于双光子吸收(two photon absorption,TPA)的p
‑
i
‑
n波导功率监测器可用作直列功率监测器，并克服了基于InP或Ge的MPD的一些问题，但基于双光子吸收的p
‑
i
‑
n波导功率监测器响应度低且非线性，这限制了动态范围和可用性。
附图说明
[0003]图1是根据实施例的装置的截面图。
[0004]图2是根据另一实施例的装置的截面图。
[0005]图3是根据实施例的光子IC的一部分的高层级框图。
[0006]图4A是所测量的响应度和光暗电流比相对于反向偏置的图形图示。
[0007]图4B是根据实施例的所测量的响应度和插入损耗相对于硅监视光电检测器长度的图形图示。
[0008]图4C是硅监视光电检测器在不同光功率水平下的响应的图形图示。
[0009]图5是根据实施例的系统的框图。
[0010]图6是根据另一实施例的系统的框图。
具体实施方式
[0011]在各种实施例中，可提供基于硅PN结波导的光电检测器(silicon PN junction waveguide
‑
based photodetector，SiPD)，用于高速光互连应用。这种SiPD可用作基于III
‑
V或Ge的光电检测器的低成本替代品，并可适用于集成硅光子IC，用作直列MPD。通过优化SiPD的PN结中的掺杂并形成具有优化长度的SiPD，可以使这些器件有部分吸收性，从而能够用作直列MPD。换言之，PN结形成与波导本身成直列的MPD。该直列SiPD用于将传播通过波导的光子的相对小部分(例如，5％)转换成电子，可以从电子测量光功率。以这种方式，实施例可以消除与III
‑
V或Ge MPD相关联的功率抽头，因为这些检测器吸收几乎100％的光，从而防止直列使用。此外，与基于TPA的硅光电检测器相比，实施例可以实现更高且线性的响应度/响应。因此，与更昂贵、更不准确的基于功率抽头的机制相比，提供了更小、更可靠的功率监测机制。这是如此，因为可以通过波导的PN结的适当尺寸(例如，长度和宽度)和掺杂
来实现直列功率监测器。
[0012]在将SiPD制造为不具有III
‑
V或Ge材料的硅器件的实施例中，可以实现更紧凑的器件，并且制造成本更低。在不同的实施方式中，SiPD可以针对具体的应用/需求进行定制，从而降低制造成本并提高器件性能，特别是对于更复杂的硅光子IC。
[0013]现在参考图1，所示是根据实施例的装置的截面图。在图1中所示的高层级视图中，装置100可以是任何类型的光子集成电路(photonic integrated circuit,PIC)，该光子集成电路具有使用根据实施例的集成光电检测器测量光功率的能力。
[0014]如图所示，波导110被实现为所谓的肋结构，并由具有P区112和N区114的PN结形成。波导110可被配置成用于传播光功率，例如，由给定光源(诸如激光器、发光二极管(light emitting diode,LED)等)产生的光功率。波导110可以在光子IC中的各种位置中实现。例如，波导可以用于耦合光子IC的不同组件，诸如光源和功能电路。尽管实施例在这方面不受限制，但在特定示例中，功能电路可以是接收和调制光功率的调制器。波导还可以在功能电路(诸如调制器)的输出处和/或在其他组件之间的路径上适配。
[0015]在任何情况下，为了实现直列光功率监测，而不需要抽头或其他耦合器来提取或抽出一定量的光功率，实施例提供了集成光电检测器。在图1的实施例中，该基于硅PN结波导的光电检测器(SiPD)可以使用与波导结构110相邻的高掺杂区并向高掺杂区提供电气接触来实现。如图1中所示，更具体地，可以用与P区112相邻的高掺杂P区122和与N区114相邻的高掺杂N区124来实现SiPD。注意，波导110不包括本征区，而是替代地严格由相邻的P区和N区形成，它们可以是轻掺杂区。如进一步所示的，为了实现光电流的电气通信，欧姆接触132、134可以分别形成在掺杂区122、124上方。
[0016]应理解，虽然SiPD可以具有给定长度，该长度可以基于特定设计特性而变化，但在一些实施例中，SiPD的长度可以在大约50微米与1000微米之间。
[0017]此外，虽然实施方式可能有所不同，但图1中截面图的整体结构具有轻掺杂P区112和轻掺杂N区114，这两个区进而向外延伸到高掺杂N区122和高掺杂P区124。在实施例中，轻掺杂区的掺杂浓度可以在约1x10
17
至1x10
18
每立方厘米(cm3)之间。类似地，高掺杂区可以具有约1x10
19
至1x10
20
每cm3的掺杂浓度。
[0018]在操作中，SiPD可由给定控制器(诸如光子IC的控制电路)控制，以反向偏置。在一些实施方式中，可以施加大约
‑
5.0至
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6.0伏的反向偏置电压。
[0019]应理解，虽然图1中示出用于与波导结构联用的该特定配置，但实施例可以与其他波导结构或光功率通过其传播的其他组件结合使用。
[0020]现在参考图2，所示是根据另一实施例的装置的截面图。在图2中所示的高层级视图中，装置200可以是根据实施例的具有集成光电检测器的另一PIC。在图2中，示出了不同的波导结构。波导210被布置有部分与P区域212重叠的N区域214(并且实际上与形成波导210的基于肋的部分的N区212的部分完全重叠)。由于图2中的其他组件通常可以与图1的装置100类似地配置，因此附图标记通常指相同组件，尽管是“200”系列而不是图1的“100”系列，这里不再进一步描述。
[0021]对于给定的光子IC本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于测量光功率的装置，包括：由PN结形成的波导，所述波导用于传播光功率，所述PN结具有与N区相邻的P区；以及由所述PN结形成并与所述波导成直列的硅监视光电检测器，用于测量所述光功率，所述硅监视光电检测器进一步由与所述P区相邻的P掺杂区和与所述N区相邻的N掺杂区形成。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述硅监视光电检测器进一步包括耦合到所述P掺杂区的第一欧姆接触和耦合到所述N掺杂区的第二欧姆接触。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述硅监视光电检测器的长度小于约1000微米。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述波导耦合在激光器和调制器之间，所述硅监视光电检测器包括直列功率监测器，用于测量所述调制器输入处的所述光功率。5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述硅监视光电检测器用于提供对所述光功率的线性响应，所述硅监视光检测器直接与所述波导相邻，而无需插入抽头。6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述激光器、所述调制器、所述波导和所述硅监视光电检测器形成在半导体管芯上。7.如权利要求6所述的装置，进一步包括用于将所述第一欧姆接触耦合到所述半导体管芯的第一焊盘的第一导电迹线和用于将所述第二欧姆接触耦合至所述半导体管芯的第二焊盘的第二导电迹线。8.如权利要求1
‑
7中的任一项所述的装置，其特征在于，所述N掺杂区和所述P掺杂区中的至少一个的掺杂浓度约为每立方厘米1x10
19
至1x10
20
之间，所述N掺杂区和所述P掺杂区包括高掺杂区，并且所述N区和所述P区包括轻掺杂区。9.如权利要求1
‑
8中的任一项所述的装置，其特征在于，所述波导包括由所述PN结形成的肋结构。10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，在所述肋结构中，所述N区至少部分地覆盖所述P区。11.如权利要求1所述的装置，进一步包括控制电路，用于向所述硅监视光电检测器提供反向偏置电压。12.一种方法，包括：通过由PN结形成的波导传播光功率，所述PN结具有与N区相邻的P区，所述波导形成在光子集成电路PIC上；以及使用由所述PN结形成并与所述波导成直列的硅监视光电检测器测量所述光功率，所述硅监视光电检测器进一步包括与所述P区相邻的P掺杂区和与所述N区相邻的N掺杂区。13.如权利要求12所述的方法，进一步包括经由耦合到所述P掺杂区的第一欧姆接触和耦合到所述N掺杂区的第二欧姆接触将由所述硅监视光电检测器检测到的光电流发送到电路。14.如权利要求12所述的方法，进一步包括：在激光器中产生所述光功率；使用同在所述激光器与功能电路之间的路径上适配的所述波导成直列的所述硅监视光电检测器测量所述光功率；以及使用与所述第二波导成直列的第二硅监视光电检测器测量第二光功率，所述第二硅监
视光电检测器由第二PN区域形成，所述第二波...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：