一种半导体光电探测器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种半导体光电探测器，涉及光通信与光传感技术领域，解决了在光电探测器材料吸收系数比较低的情况下，未被吸收的光会出射出去而被浪费的问题。包括衬底，衬底上设有波导下包层，波导下包层上设有光波导层，光波导层上沿信号光进入方向依次设有入射光耦合器、光吸收层、出射光耦合器和DBR反射镜，光吸收层吸收信号光，产生光生载流子，并在电场作用下输运到电极，输出电信号。在光电探测器材料吸收系数比较低的情况下，达到了实现高灵敏光探测的效果。高灵敏光探测的效果。高灵敏光探测的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体光电探测器


[0001]本技术涉及光通信与光传感
，特别涉及一种半导体光电探测器。

技术介绍

[0002]光电探测器是一种将光信号转化为电信号的器件，如果探测器的有源材料对于所要探测波长的光的吸收系数低，则需要增加光吸收的长度，可以采用波导结构，如果波导没有足够长，则在光电探测器的末端，未被吸收的光会出射出去，而被浪费。
[0003]如果要使出射的光再反射进探测器中，被探测器吸收，一个重要的关键是出射的光必须要耦合到波导中，而且从反射波导光栅反射的光必须能够耦合回到探测器中，则在出射端需要精确设计一个光耦合器；但一般来说，从波导耦合到吸收区比较容易实现，而从吸收区出射的光要耦合到出射波导中则比较困难。

技术实现思路

[0004]本技术的目的是提供一种半导体光电探测器，在探测器的尾端制备出射光耦合器，解决未被吸收的出射光耦合到波导中的难题，同时在波导中制备DBR反射镜，将光反射回探测器中被探测器再次吸收，从而提高光电探测器的响应度，在光电探测器材料吸收系数比较低的情况下，实现高灵敏的光探测。
[0005]本技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0006]一种半导体光电探测器，包括衬底，衬底上设有波导下包层，波导下包层上设有光波导层，光波导层上沿信号光进入方向依次设有入射光耦合器、光吸收层、出射光耦合器和DBR反射镜，光吸收层吸收信号光，产生光生载流子，并在电场作用下输运到电极，输出电信号。
[0007]更进一步地，所述衬底为硅层，波导下包层为二氧化硅层。
[0008]更进一步地，光电探测器外表面有钝化层覆盖。
[0009]更进一步地，所述光波导层为硅层。
[0010]更进一步地，所述DBR反射镜包括光波导层上刻蚀出的光栅。
[0011]更进一步地，所述波导下包层厚度为2微米，光波导层厚度220nm。
[0012]更进一步地，所述光吸收层是锗、锗硅、锗量子点、锗锡、锗铅、锗锡铅中的一种异质结构材料层。
[0013]更进一步地，所述入射光耦合器和出射光耦合器皆包括锗层和锗层下方的硅层。
[0014]更进一步地，所述锗层为三维锥状，且外端小内端大。
[0015]综上所述，本技术具有以下有益效果：
[0016]利用出射光耦合器将没有吸收的光耦合进入波导中，被DBR反射镜反射后再经出射耦合器进入探测器的光吸收层，被吸收层吸收；在吸收层的吸收系数低的情况下实现光的充分吸收，获得高的响应度。
[0017]本技术的半导体光电探测器适合于在吸收系数低的情况实现高速高响应探
测，解决了现有技术在吸收系数低的情况下难于同时实现高速和高响应探测的问题。
附图说明
[0018]图1是本技术的一种半导体光电探测器的示意图；
[0019]图2是本技术的一种半导体光电探测器的俯视结构示意图；
[0020]图3是本技术实施例中制备步骤S1的示意图；
[0021]图4是本技术实施例中制备步骤S2的示意图；
[0022]图5是本技术实施例中制备步骤S3的示意图；
[0023]图6是本技术实施例中制备步骤S4的示意图；
[0024]图7是本技术实施例中制备步骤S5的示意图；
[0025]图8是本技术实施例中制备步骤S6的示意图。
[0026]图中，1、衬底；2、波导下包层；3、光波导层；4、入射光耦合器；5、光吸收层；6、出射光耦合器；7、DBR反射镜；8、电极。
实施方式
[0027]下面结合附图对本技术的具体实施方式作进一步说明，本实施例不构成对本技术的限制。
[0028]如图1和图2所示，一种半导体光电探测器，包括衬底1，衬底1上设有波导下包层2，波导下包层2上设有光波导层3，光波导层3上沿信号光进入方向依次设有入射光耦合器4、光吸收层5、出射光耦合器6和DBR反射镜7，光吸收层5吸收信号光，产生光生载流子，并在电场作用下输运到电极8，输出电信号（光电探测器的电极8制备在光吸收层5两边的光波导层3上）。
[0029]其中，衬底1为硅层，波导下包层2为二氧化硅层；光波导层3为硅层，制备在波导下包层2上，而DBR反射镜7包括光波导层3上刻蚀出的光栅，通过在硅波导上刻蚀光栅形成；波导下包层2厚度为2微米，光波导层3厚度220nm。
[0030]如图1和图2所示，光电探测器外表面有钝化层覆盖，光吸收层5是锗、锗硅、锗量子点、锗锡、锗铅、锗锡铅中的一种异质结构材料层；本技术中，光吸收层5是生长在光波导层3上的锗，
[0031]入射光耦合器4和出射光耦合器6皆包括锗层和锗层下方的硅层，由锗和硅复合锥形结构组成；锗层为三维锥状，且外端小内端大，其亦可选用其他材质或形状。
[0032]信号光进入光波导中，经过入射光耦合器4，光被耦合到光吸收层5，被光吸收层5吸收，产生光生载流子（电子和空穴），在电场作用下电子和空穴被输运到电极8，输出电信号。但是如果吸收系数比较低，而探测器的吸收层不是足够长，一部分光没有被吸收而从探测器尾端射出，被浪费了；
[0033]为此，本实施例提出了一种半导体光电探测器，探测器的尾端制备了出射耦合器，将未被吸收的光耦合入波导中，并在光波导层3中制备了DBR反射镜7，将光发射回来，经出射光耦合器6重新进入光吸收层5，被光吸收层5再次吸收，就可以实现高的响应，同时吸收层的长度可以比较短，从而在吸收系数比较低的情况下也可以同时实现高速和高响应的光探测；
[0034]光电探测器依次分为入射光波导区、入射光耦合区、光吸收响应区、出射光耦合区和出射端，信号光进入入射光波导区的光波导层3，通过入射光耦合区的入射光耦合器4，被光吸收响应区内的光吸收层5吸收，未被吸收的光通过出射端的DBR反射镜7反射回来，通过出射光耦合区出射光耦合器6重新进入光吸收层5，被光吸收层5再次吸收。
[0035]下面对本技术光电探测器的实现工艺步骤进行描述：
[0036]S1、取一SOI晶片，如图3所示，其氧化层厚度2微米，表面硅层厚度220nm；
[0037]S2、如图4所示，光刻并刻蚀SOI片表面的硅层，直到二氧化硅层（波导下包层2）为止，刻蚀出光波导层3的形状；
[0038]S3、如图5所示，在出射端的硅波导（光波导层3）上刻蚀DBR反射镜7；
[0039]S4、如图6所示，在硅层（光波导层3）上离子注入并退火，形成P型和N型导电区；
[0040]S5、如图7所示，由于本实施例中，光吸收层5与两耦合器上层中皆为锗，所以其可先沉积二氧化硅层，并通过光刻和刻蚀，将锗外延区沉积的二氧化硅刻蚀掉（锗外延区为光吸收层5、两耦合器中的锗层区域），露出硅（光波导层3中的锗外延区），用选区外延方法在露出硅（光波导层3）的区域外延生长锗；
[0041]S6、如图8所示，沉积二氧化硅钝化保护本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体光电探测器，其特征在于：包括衬底，衬底上设有波导下包层，波导下包层上设有光波导层，光波导层上沿信号光进入方向依次设有入射光耦合器、光吸收层、出射光耦合器和DBR反射镜，光吸收层吸收信号光，产生光生载流子，并在电场作用下输运到电极，输出电信号。2.根据权利要求1所述的一种半导体光电探测器，其特征在于：所述衬底为硅层，波导下包层为二氧化硅层。3.根据权利要求1或2所述的一种半导体光电探测器，其特征在于：光电探测器外表面有钝化层覆盖。4.根据权利要求1或2所述的一种半导体光电探测器，其特征在于：所述光波导层为硅层。5.根据权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑志明，林智聪，
申请(专利权)人：江苏联格科技有限公司，
类型：新型
国别省市：