一种光电探测器、光电探测器芯片以及硅基光子芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种光电探测器、光电探测器芯片以及硅基光子芯片，该光电探测器包括：间隔预设距离的第一波导和第二波导；第二波导的形状为环形；衬底层，用于进行掺杂；第一掺杂区，在衬底层的设定区域通过掺杂形成；环形光吸收层，位于第一掺杂区的表面同时位于第二波导的内壁远离第二波导的外壁的一侧，部分环形光吸收层与第二波导的内壁存在间隙且其他部分环形光吸收层与第二波导的内壁共用至少一个切面；环形光吸收层的折射率大于第二波导的折射率以及空气的折射率；环形光吸收层用于接收第二波导传输的光信号。本发明专利技术可以提高光电探测器的线性度，也可以降低光电探测器的寄生参数，提高了光电探测器的带宽。提高了光电探测器的带宽。提高了光电探测器的带宽。

【技术实现步骤摘要】
一种光电探测器、光电探测器芯片以及硅基光子芯片


[0001]本专利技术涉及光电探测
，尤其涉及一种光电探测器、光电探测器芯片以及硅基光子芯片。

技术介绍

[0002]硅基光子芯片与标准半导体工艺兼容，具备成本低，集成度高的优点，在业界得到广泛使用。在光通信领域，硅基光子芯片的接收端通常使用波导型锗硅光电探测器。
[0003]目前的波导型锗硅光电探测器主要采用方形结构，光从一端入射，经过锗吸收层，再从另一端出射，这样的结构会导致入射端的光强较强，出射端的光强较弱，锗吸收层内产生的光生载流子在空间上分布不均匀，进而降低光电探测器的线性度。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种光电探测器、光电探测器芯片及硅基光子芯片，有效解决了现有方案中的波导型锗硅光电探测器的锗吸收层内产生的光生载流子在空间上分布不均匀进而降低光电探测器的线性度的技术问题，本专利技术提供的光电探测器可以提高光电探测器的线性度，也可以降低光电探测器的寄生参数，提高了光电探测器的带宽。
[0005]根据本专利技术的一方面，提供了一种光电探测器，该光电探测器包括：
[0006]间隔预设距离的第一波导和第二波导；所述第一波导用于接收入射光并将接收的入射光耦合至所述第二波导中；所述第二波导的形状为环形；
[0007]衬底层，用于进行掺杂；
[0008]第一掺杂区，在所述衬底层的设定区域通过掺杂形成；
[0009]环形光吸收层，位于所述第一掺杂区的表面同时位于所述第二波导的内壁远离所述第二波导的外壁的一侧，部分所述环形光吸收层与所述第二波导的内壁存在间隙且其他部分所述环形光吸收层与所述第二波导的内壁共用至少一个切面；所述环形光吸收层的折射率大于所述第二波导的折射率以及空气的折射率；所述环形光吸收层用于接收所述第二波导传输的光信号，并使接收的光信号在环形光吸收层中发生全反射；
[0010]第二掺杂区，由所述环形光吸收层的表面掺杂扩散至所述环形光吸收层的内部。
[0011]可选的，所述第二波导的环形结构包括圆环形；
[0012]所述环形光吸收层在所述衬底层上的垂直投影的形状包括椭圆环形、卵环形、莱洛三角环形、凸三角环形、凹三角环形、凸四角环形或凹四角环形。
[0013]可选的，本实施例提供的光电探测器还包括：第一电极和第二电极；
[0014]所述第一电极在所述衬底层上的投影位于所述环形光吸收层在所述衬底层上的投影图形的内壁以内；
[0015]所述第二电极在所述衬底层上的垂直投影的形状与所述第二掺杂区在所述衬底层上的垂直投影的形状匹配。
[0016]可选的，所述第二电极距离所述环形光吸收层与所述第二波导共用的切面对应的
切点的最小距离大于或等于0.3μm。
[0017]可选的，所述第二电极的形状包括条型或锯齿型。
[0018]可选的，所述第二电极的数量为一个或多个，所述第一电极的数量为一个。
[0019]可选的，所述环形光吸收层的环宽与所述第二波导的环宽的比值为0.1～10。
[0020]可选的，所述衬底层的材料包括硅、二氧化硅、氮化硅或铌酸锂；
[0021]所述第一波导的材料包括硅、二氧化硅、氮化硅或铌酸锂；
[0022]所述第二波导的材料包括硅、二氧化硅、氮化硅或铌酸锂；
[0023]所述环形光吸收层的材料包括锗、砷化锗或砷化镓；
[0024]所述第一掺杂区的材料包括硼离子或镓离子；
[0025]所述第二掺杂区的材料包括磷离子或砷离子。
[0026]根据本专利技术的另一方面，提供了一种光电探测器芯片，光电探测器芯片包括若干个本专利技术任意实施例提供的所述光电探测器。
[0027]根据本专利技术的另一方面，提供了一种硅基光子芯片，所述硅基光子芯片的接收端为若干个本专利技术任意实施例提供的所述光电探测器。
[0028]本实施例提供了一种光电探测器，该光电探测器中的第一波导可以将其接收的入射光耦合到第二波导中，第二波导的形状为环形，环形光吸收层位于第二波导的内壁远离第二波导的外壁的一侧，部分环形光吸收层与第二波导接触，其他部分环形光吸收层与第二波导之间存在间隙。环形光吸收层可以接收第二波导内的光信号，并可以将其内的光信号转化为电子和空穴。将光吸收层设置为环形同时设置环形光吸收层的折射率大于第二波导的折射率以及空气的折射率，可使耦合进环形光吸收层内的光信号在环形光吸收层中传播时形成谐振模式，从而使光比较均匀的分布在环形光吸收层中，提高了光电探测器的线性度。此外，将环形光吸收层设置为环形，同时设置环形光吸收层的折射率大于第二波导的折射率以及空气的折射率，可以使光信号在环形光吸收层中往复循环传播，直到环形光吸收层内的光信号完全转换为电子和空穴，无需通过增加环形光吸收层的尺寸来提高光的传播路径以提高光电转换效率，因此，本实施例可以将环形光吸收层的尺寸做小，较小尺寸的环形光吸收层可以减小光电探测器的尺寸，从而减小光电探测器的寄生参数，提高了光电探测器的带宽。综上，本实施例提供的光电探测器，可以提高光电探测器的线性度，也可以减小光电探测器的寄生参数，提高了光电探测器的带宽，有效解决了现有方案中的波导型锗硅光电探测器的锗吸收层内产生的光生载流子在空间上分布不均匀进而降低光电探测器的线性度的技术问题。
[0029]应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本专利技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本专利技术的范围。本专利技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1是根据本专利技术实施例提供的一种光电探测器的俯视结构示意图；
[0032]图2是沿图1中的剖面线A1A2剖开得到的光电探测器的结构示意图；
[0033]图3是沿图1中的剖面线B1B2剖开得到的光电探测器的结构示意图；
[0034]图4为图1所示的光电探测器的光场分布的仿真图；
[0035]图5是根据本专利技术实施例提供的又一种光电探测器的俯视结构示意图；
[0036]图6是根据本专利技术实施例提供的又一种光电探测器的俯视结构示意图；
[0037]图7为图5所示的光电探测器的光场分布的仿真图；
[0038]图8为图6所示的光电探测器的光场分布的仿真图；
[0039]图9是根据本专利技术实施例提供的又一种光电探测器的俯视结构示意图；
[0040]图10为图9所示的光电探测器的光场分布的仿真图；
[0041]图11是根据本专利技术实施例提供的又一种光电探测器的俯视结构示意图；
[0042]图12为图11所示的光电探测器的光场分布的仿真图；
[0043]图13是根据本专利技术实施例提供的又一种光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电探测器，其特征在于，包括：间隔预设距离的第一波导和第二波导；所述第一波导用于接收入射光并将接收的入射光耦合至所述第二波导中；所述第二波导的形状为环形；衬底层，用于进行掺杂；第一掺杂区，在所述衬底层的设定区域通过掺杂形成；环形光吸收层，位于所述第一掺杂区的表面同时位于所述第二波导的内壁远离所述第二波导的外壁的一侧，部分所述环形光吸收层与所述第二波导的内壁存在间隙且其他部分所述环形光吸收层与所述第二波导的内壁共用至少一个切面；所述环形光吸收层的折射率大于所述第二波导的折射率以及空气的折射率；所述环形光吸收层用于接收所述第二波导传输的光信号，并使接收的光信号在环形光吸收层中发生全反射；第二掺杂区，由所述环形光吸收层的表面掺杂扩散至所述环形光吸收层的内部。2.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述第二波导的环形结构包括圆环形；所述环形光吸收层在所述衬底层上的垂直投影的形状包括椭圆环形、卵环形、莱洛三角环形、凸三角环形、凹三角环形、凸四角环形或凹四角环形。3.根据权利要求1
‑
2任一项所述的光电探测器，其特征在于，还包括：第一电极和第二电极；所述第一电极在所述衬底层上的投影位于所述环形光吸收层在所述衬底层上的投影图形的内壁以内；所述第二电极在所述衬底层...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋泽国，郝沁汾，
申请(专利权)人：无锡芯光互连技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：