一种片上集成的微波光子探测器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种片上集成的微波光子探测器，所述微波光子探测器包括至少两个金属电极

【技术实现步骤摘要】
一种片上集成的微波光子探测器


[0001]本技术涉及光电探测器领域，具体涉及一种片上集成的微波光子探测器
。

技术介绍

[0002]高速大功率光电探测器是光载无线通信
(ROF)
，低相位噪声微波信号产生，天线远程处理，以及任意波形生成等微波光子应用中的关键器件
。
这些应用需要高功率和高线性度的光电探测器
(PD)
以保持高射频
(RF)
增益和大无杂散动态范围
(SFDR)。
实现微波频段的大功率
RF
输出，多种
PD
结构已被报道
。
相关的研究主要从以下几个方面进行
。
[0003]一是，采用单一渡越载流子光电二极管结构
(UTC)PD。
在
UTC PD
中，光子激发未耗尽吸收层中的电子
‑
空穴对
。
由于只有电子被注入透明漂移层，相比传统的
p
‑
i
‑
n PD
，渡越时间短，空间电荷效应被削弱，因而可探测更高的光功率
。
二是，增大
p
‑
i
‑
n
光电探测器尺寸，在总光电流不变的情况下降低光生载流子密度，避免了器件的输出饱和
。
三是，采用分段加载型行波
PD(TWPD)
结构
。
该方案利用功分器将入射光均分至多个常规
Ge/Si
波导型
PIN PD
进行探测，再利用行波电极收集各
PD
所探测到的光电流信号
。
由于采用多个
PD
并行，因此能探测的光功率水平大幅提升
。
文献
《X Luo,J Song,X Tu,Q Fang,L Jia,Y Huang,T Y Liow,M Yu,and G Q Lo.Silicon
‑
based traveling
‑
wave photodetector array(Si
‑
TWPDA)with parallel optical feeding[J],Optics express,2014,22(17):20020
‑
20026.》
对该器件的直流光电响应特性进行了测试
。
当采用4个
PIN PD
时，直流最大线性输出光电流为
65mA。
四是，采用
Ⅲ‑Ⅴ
族
UTC PD
键合到硅波导的结构有着最大的饱和输出功率，但
Ⅲ‑Ⅴ
族材料与键合工艺与
CMOS
工艺并不兼容
。
靠增大
PD
尺寸来增大饱和电流，会增大器件
RC
时间常数，带宽较低
。
[0004]基于上述多种
PD
结构的快速发展，波导耦合锗
(Ge)p
‑
i
‑
n
光电探测器
(PDs)
由于其高性能和可实现片上集成而备受关注和研究
。
传统的波导耦合
PD
需要在
Ge
上进行金属接触和掺杂以形成
p
‑
i
‑
n
结
。
然而在标准
CMOS
工艺中，
Ge
金属接触电极的技术还不成熟，从而导致对应的
PDs
的设计过程复杂
。

技术实现思路

[0005]本技术所要解决的技术问题在于现有技术光电探测器需要在
Ge
上进行金属接触，导致光电探测器设计过程复杂的问题
。
[0006]本技术通过以下技术手段解决上述技术问题的：一种片上集成的微波光子探测器，包括至少两个金属电极
、
锗吸收层和硅掺杂层，所述金属电极通过金属过孔与硅掺杂层连接，每两个金属电极与硅掺杂层连接以后形成的硅掺杂层中间间隙上设置锗吸收层，硅掺杂层的边缘设置硅波导，锗吸收层的端部与硅波导连接
。
[0007]进一步地，所述硅波导接收光信号，锗吸收层对光信号吸收，所有的掺杂
(N
型掺杂和
P
型掺杂
)
都位于硅掺杂层
。
[0008]进一步地，所述金属电极有两个，两个所述金属电极分别通过金属过孔与硅掺杂
层连接，两个金属电极与硅掺杂层连接以后形成的硅掺杂层中间间隙上设置一个锗吸收层，该锗吸收层的一端所在位置的硅掺杂层向外延伸形成一个硅波导，锗吸收层的一端与该硅波导连接，锗吸收层的另一端悬空，整体形成单个探测器单端入射结构
。
[0009]进一步地，所述金属电极有三个，三个所述金属电极分别通过金属过孔与硅掺杂层连接，相邻的两个金属电极与硅掺杂层连接以后形成的硅掺杂层中间间隙上均设置一个锗吸收层，两个锗吸收层平行，锗吸收层的一端所在位置的硅掺杂层向外延伸形成两个平行的硅波导，两个锗吸收层的一端分别与对应的硅波导连接，两个锗吸收层的另一端悬空，整体形成双探测器单端入射结构
。
两吸收层中间间隙采用
P
型高掺杂，在此
P
型掺杂上方通过过孔连接的电极为信号电极
(S
电极
)
，该电极为两侧探测器的共有电极，只需要单层金属工艺就能实现双探测器的并行连接
。
所述与锗吸收层相连的两根硅波导从光入射处到锗吸收层端长度相同
。
[0010]进一步地，所述金属电极有三个，三个所述金属电极分别通过金属过孔与硅掺杂层连接，相邻的两个金属电极与硅掺杂层连接以后形成的硅掺杂层中间间隙上均设置一个锗吸收层，两个锗吸收层平行，锗吸收层的一端所在位置的硅掺杂层向外延伸形成两个平行的硅波导，锗吸收层的另一端所在位置的硅掺杂层也向外延伸形成两个平行的硅波导，两个锗吸收层的一端以及两个锗吸收层的另一端分别与对应位置的硅波导连接，整体形成双探测器双端入射结构
。
两吸收层中间间隙采用
P
型高掺杂，在此
P
型掺杂上方通过过孔连接的电极为信号电极
(S
电极
)
，该电极为两侧探测器的共有电极，只需要单层金属工艺就能实现双探测器的并行连接
。
所述与锗吸收层相连的四根硅波导从光入射处到锗吸收层端长度相同
。
[0011]进一步地，所述微波光子探测器还包括硅氧化上包层，所述硅掺杂层
、
金属过孔以及锗吸收层之间通过硅氧化上包层填充
。
[0012]更进一步地，所述微波光子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种片上集成的微波光子探测器，其特征在于，包括至少两个金属电极
、
锗吸收层和硅掺杂层，所述金属电极通过金属过孔与硅掺杂层连接，每两个金属电极与硅掺杂层连接以后形成的硅掺杂层中间间隙上设置锗吸收层，硅掺杂层的边缘设置硅波导，锗吸收层的端部与硅波导连接
。2.
根据权利要求1所述的一种片上集成的微波光子探测器，其特征在于，所述硅波导接收光信号，所述硅掺杂层上设置
N
型掺杂和
P
型掺杂
。3.
根据权利要求1所述的一种片上集成的微波光子探测器，其特征在于，所述金属电极有两个，两个所述金属电极分别通过金属过孔与硅掺杂层连接，两个金属电极与硅掺杂层连接以后形成的硅掺杂层中间间隙上设置一个锗吸收层，该锗吸收层的一端所在位置的硅掺杂层向外延伸形成一个硅波导，锗吸收层的一端与该硅波导连接，锗吸收层的另一端悬空，整体形成单探测器光信号单端入射结构
。4.
根据权利要求1所述的一种片上集成的微波光子探测器，其特征在于，所述金属电极有三个，三个所述金属电极分别通过金属过孔与硅掺杂层连接，相邻的两个金属电极与硅掺杂层连接以后形成的硅掺杂层中间间隙上均设置一个锗吸收层，两个锗吸收层平行，锗吸收层的一端所在位置的硅掺杂层向外延伸形成两个平行的硅波导，两个锗吸收层的一端分别与对应的硅波导连接，两个锗吸收层的另一端悬空，整体形成双探测器单端入射结构，两个锗吸收层中间间隙设置
P
型高掺杂，与锗吸收层相连的两根硅波导从光入射处到锗吸收层端长度相同

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊，许伊曼，刘瀚宇，李文浩，李翰林，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：新型
国别省市：