带有模式选择结构的光电探测器及光子芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种带有模式选择结构的光电探测器及光子芯片，涉及集成光学技术领域，其技术方案要点是：包括依次连接的入射波导、模斑转换器、探测部分；模斑转换器，用于保持多种模式的光耦合进入探测部分；探测部分，自下而上依次包括衬底层、模式选择结构、吸收层和电极层；模式选择结构，位于衬底层的表面，用于使多种模式的光依次耦合到吸收层，模式选择结构的折射率小于衬底层的折射率及吸收层的折射率，模式选择结构靠近入射波导一侧的端面的宽度大于模式选择结构远离入射波导一侧的端面的宽度，模式选择结构的宽度逐渐减小。其特点是将不同模式的光依次耦合进吸收层，提高吸收层光场均匀性和器件的线性度，同时保证器件具有较高的带宽。具有较高的带宽。具有较高的带宽。

【技术实现步骤摘要】
带有模式选择结构的光电探测器及光子芯片


[0001]本专利技术涉及集成光学
，特别涉及一种带有模式选择结构的光电探测器及光子芯片。

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。目前的波导型光电探测器主要采用矩形结构，光从波导一端入射，耦合进入吸收层，在有限长度内进行吸收，这样的结构在吸收区靠前部分光场较强，中后段的光场较弱，吸收层内产生的光生载流子在空间上分布不均匀，存在空间电荷效应，降低探测器的响应和带宽，因此，需要能够均匀光场的探测器结构。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的第一个目的在于提供一种带有模式选择结构的光电探测器，其特点是将不同模式的光依次耦合进吸收层，提高吸收层光场均匀性和器件的线性度，同时保证器件具有较高的带宽。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种带有模式选择结构的光电探测器，其特征在于，包括：依次连接的入射波导、模斑转换器、探测部分；其中，入射波导，用于传输入射光；模斑转换器，用于保持多种模式的光耦合进入探测部分；探测部分，自下而上依次包括衬底层、模式选择结构、吸收层和电极层；其中，衬底层，用于进行掺杂；模式选择结构，位于衬底层的表面，用于使多种模式的光依次耦合到吸收层，模式选择结构的折射率小于衬底层的折射率及吸收层的折射率，模式选择结构靠近入射波导一侧的端面的宽度大于模式选择结构远离入射波导一侧的端面的宽度，模式选择结构的宽度逐渐减小；吸收层，覆盖模式选择结构，用于产生光生载流子；电极层，用于收集光生载流子。
[0005]优选地，模式选择结构的材料包括二氧化硅或氮化硅。
[0006]优选地，模式选择结构的形状包括锥形或梯形或多边形。
[0007]优选地，模式选择结构在宽度方向上的中垂面与模斑转换器在宽度方向上的中垂面对应设置。
[0008]优选地，吸收层在宽度方向上的中垂面与模式选择结构在宽度方向上的中垂面对应设置。
[0009]优选地，衬底层上设置有第一掺杂区，第一掺杂区由衬底层的顶面掺杂扩散至衬底层的内部形成；吸收层上设置有第二掺杂区，第一掺杂区由衬底层的顶面掺杂扩散至衬底层的内部形成。
[0010]优选地，电极层包括第一电极层和第二电极层；第一电极层包括第一子电极层和第二子电极层，第一子电极层和第二子电极层设置于第一掺杂区的表面，并且分别位于吸收层的两侧；第二电极层设置于第二掺杂区的表面。
[0011]优选地，衬底上间隔设置有第一掺杂区和第二掺杂区，第一掺杂区和第二掺杂区分别设置于吸收层的两侧，第一掺杂区及第二掺杂区均由衬底层的顶面掺杂扩散至衬底层的内部形成。
[0012]优选地，电极层包括第一电极层和第二电极层，第一电极层设置于第一掺杂区的表面，第二电极层设置于第二掺杂区的表面。
[0013]本专利技术的另一目的在于提供一种光子芯片，其特点是将不同模式的光依次耦合进吸收层，提高吸收层光场均匀性和器件的线性度，同时保证器件具有较高的带宽。
[0014]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种光子芯片，其特征在于，包括上述的一种光电探测器。
[0015]本专利技术的另一目的在于提供一种光模块，其特点是将不同模式的光依次耦合进吸收层，提高吸收层光场均匀性和器件的线性度，同时保证器件具有较高的带宽。
[0016]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种光模块，其特征在于，包括上述的一种光子芯片。
[0017]本专利技术的有益效果在于:本专利技术提供的一种带有模式选择结构的光电探测器，相比传统光电探测器而言，具有明显优势。本专利技术的光电探测器通过在吸收层中增设模式选择结构，使多种模式的光能够依次耦合进入模式选择结构两侧或尾端附近的吸收层中，避免了吸收层中光场集中在前部的问题，使吸收层中的光场更均匀，从而提高光电探测器的线性度。同时，本专利技术的光电探测器的器件的面积较小，使得器件的寄生参数减小，从而提高了器件的带宽。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的光电探测器的俯视结构示意图；图2为本专利技术的光电探测器的探测部分结构示意图；图3为本专利技术的用于显示锥形模式转换结构的结构示意图；图4为本专利技术的用于显示多边形模式转换结构的结构示意图；图5为本专利技术的光电探测器的工作原理示意图；图6为本专利技术的具体实施例1的俯视结构示意图；图7为本专利技术的具体实施例1的探测部分结构示意图；图8为本专利技术的具体实施例1的沿模斑转换器在宽度方向上的中垂面的剖视图；图9为常规矩形光电探测器的光场仿真图；图10为本专利技术的具体实施例1的光电探测器的光场仿真图；图11为本专利技术的具体实施例2的俯视结构示意图；图12为本专利技术的具体实施例2的探测部分结构示意图；图13为本专利技术的具体实施例2的沿模斑转换器在宽度方向上的中垂面的剖视图。
[0019]附图标记：1、入射波导；2、模斑转换器；3、探测部分；31、衬底层；32、模式选择结构；33、吸收层；34、电极层；341、第一电极层；3411、第一子电极层；3412、第二子电极层；
342、第二电极层；35、第一掺杂区；36、第二掺杂区。
实施方式
[0020]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0021]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
[0023]现有的波导型锗硅光电探测器主要采用以下方案实现：目前的光电探测器大多都是采用方形直波导结构，光从一端入射，经过方形直波导单次吸收后，耦合进入锗吸收层33，进行光电转换，锗吸收层33内产生的光生载流子在空间上分布不均匀。
[0024]针对现有技术中存在的问题，本专利技术实施例提供一种带有模式选择结构的光电探测器，如图1
‑
2所示，该光电探测器包括依次连接的入射波导1、模斑转换器2、探测部分3，即入射波导1和探测部分3通过模斑转换器2连接。
[0025]其中，入射波导1用于传输入射光，模斑转换器2用于保持多种模式的光耦合进入探测部分3。入射波导1接收到的入射光的特征波长包括但不限于1310nm、1550nm等。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有模式选择结构的光电探测器，其特征在于，包括：依次连接的入射波导、模斑转换器、探测部分；其中，入射波导，用于传输入射光；模斑转换器，用于保持多种模式的光耦合进入探测部分；探测部分，自下而上依次包括衬底层、模式选择结构、吸收层和电极层；其中，衬底层，用于进行掺杂；模式选择结构，位于所述衬底层的表面，用于使所述多种模式的光依次耦合到吸收层，所述模式选择结构的折射率小于所述衬底层的折射率及所述吸收层的折射率，所述模式选择结构靠近入射波导一侧的端面的宽度大于模式选择结构远离入射波导一侧的端面的宽度，所述模式选择结构的宽度逐渐减小；吸收层，覆盖所述模式选择结构，用于产生光生载流子；电极层，用于收集光生载流子。2.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于：所述模式选择结构的材料包括二氧化硅或氮化硅。3.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于：所述模式选择结构的形状包括锥形或梯形或多边形。4.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于：所述模式选择结构在宽度方向上的中垂面与所述模斑转换器在宽度方向上的中垂面对应设置。5.根据权利要求4所述的光电探测器，其特征在于：所述吸收层在宽度方向上的中垂面与所述模式选择结...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦世宏，丁奕心，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：