【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电探测器，具体涉及一种反射型锗硅雪崩光电探测器。
技术介绍
1、随着微纳制造技术的进步，硅基光电子集成器件由于其成本低，能耗低，尺寸小，兼容cmos工艺等优点逐渐成为未来光电系统的主流发展趋势之一。作为光电系统接收端的关键元器件，硅基的光电探测器也随之得到了研究者的广泛关注。然而，硅的禁带宽度决定了它在以上波长的波段不存在吸收，因而无法应用于c波段的光电探测器作为吸收层材料。相比之下，锗在c波段具有良好的吸收特性，并且与硅的晶格失配非常小。近年来，随着硅基锗外延工艺的不断发展，锗硅探测器优秀的工艺兼容性和成熟度，以及低噪声等优点，使其获得了日益广泛的关注。
2、常用的垂直结构光电探测器，由于需要多次薄膜生长，制备工艺复杂且不兼容大规模生产工艺。水平结构的锗硅探测器的锗吸收层位于硅的上方，与光场的重叠小，吸收弱，单位增益响应度低。虽然这个缺陷可以依靠高倍数的雪崩倍增来弥补，但这会引起噪声的大幅增加，因此要求探测器拥有足够高的单位增益响应度。对此，常见的解决方案是通过增大锗层的面积来提高吸收效率，这虽然可以有效增大响应度，但同时会导致暗电流增加，并引起结电容的增加而减小带宽。此外也有研究者通过引入谐振结构或布拉格光栅结构，在不增大结面积的前提下增长吸收长度，但这些结构的特征尺寸大都非常小，制备难度高，工艺容差小且工作波段非常窄，不具备宽带探测能力。综上，锗硅探测器响应度的进一步提高正面临技术瓶颈。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提出一种反射
2、本专利技术的目的通过如下的技术方案实现：
3、一种反射型锗硅雪崩光电探测器，包括入射光波导、有源区和反射器；
4、所述入射光波导为脊形硅波导，由平板区和脊形区组成；
5、所述有源区的硅波导为脊形硅波导，其脊形硅波导由与入射光波导相同的平板区和脊形区组成，所述脊形硅波导分为依次排列的p型重掺杂区、p型掺杂区、本征区、n型掺杂区和n型重掺杂区；所述有源区包含锗吸收层、p电极和n电极，其中锗吸收层设于有源区硅波导中间脊形区的上方，并分别与p型掺杂区和本征区接触；所述p电极设于p型重掺杂区上方并与之接触；所述n电极设于n型重掺杂区上方并与之接触；
6、所述反射器结构为高度与脊形区相同的矩形硅波导，所述矩形硅波导包括锥形波导、多模干涉器和环形波导；所述锥形波导包含第一锥形波导、第二锥形波导和第三锥形波导，三根锥形波导分别位于所述多模干涉器的输入端和输出端；所述锗吸收层未能完全吸收的入射光，通过多模干涉器输入端的第一锥形波导进入多模干涉器，并实现50:50的分光输出，经多模干涉器输出端的第二锥形波导和第三锥形波导进入环形波导，通过环形波导使多模干涉器的两路输出光环形传输回多模干涉器，最终将这些光反射回有源区，在不增大结电容的情况下等效增长锗吸收层的长度。
7、进一步地，所述有源区的硅波导表面进行离子注入，注入杂质离子形成掺杂区，其中p型重掺杂区的掺杂浓度大于，p型掺杂区的掺杂浓度为，n型掺杂区的掺杂浓度为，n型重掺杂区的掺杂浓度大于。
8、进一步地，所述锗吸收层为本征硅，并分别与p型掺杂区和本征区接触；所述锗吸收层顶部为梯形结构，底部为矩形或倒梯形结构；锗吸收层长度为，厚度为，其底边宽度为，其下沉深度大于30nm以增大锗吸收层与入射光场的重叠。
9、进一步地，所述本征区为雪崩倍增区，其宽度大于以获取高增益，且其宽度大于锗吸收层的宽度。
10、进一步地，所述p型重掺杂区、p型掺杂区、本征区、n型掺杂区和n型重掺杂区的长度相同，且长度大于锗吸收层的长度。
11、进一步地，所述p电极和n电极的材料为al、au或cu。
12、进一步地，所述反射器的反射光与入射光振幅之比r满足以下关系：
13、其中，分别为入射光和反射光的振幅，为多模干涉器的分光比，为损耗因子，为波导的传播常数，为波导长度；由反射率可得，当多模干涉器的分光比时，反射率达到最大值。
14、进一步地，所述锥形波导在多模干涉器的模式和输入输出波导模式之间实现无显著损耗的模式转换。
15、进一步地，所述多模干涉器为多模矩形波导，通过多模干涉形成自映像，周期性地复现入射光场的像，其在输出波导的位置形成二重映像，对入射光实现50:50的分光输出。
16、进一步地，所述环形波导在不产生显著弯曲损耗的同时，使多模干涉器两个输出波导的输出光环行传输，并返回多模干涉器。
17、本专利技术的有益效果如下：
18、1、本专利技术通过在有源区末端引入反射器，在不增大结区面积的情况下增长了吸收区长度，单位增益响应度大且暗电流小。该反射器基于多模干涉器，相比于现有技术中使用的布拉格光栅或谐振结构，制备工艺简单且容差大，兼容cmos工艺，并具有宽波段反射能力。
19、2、本专利技术为采用水平结构的锗硅雪崩光电探测器，相比于垂直结构工艺更为简单，兼容性好，并且适用于大规模片上器件集成。
20、3、本专利技术使用脊形硅波导和锗下沉结构，且无需在吸收层上直接加电极，增大了锗吸收层和入射光场的重叠，提高吸收效率，克服了常规水平结构锗硅光电探测器吸收效率偏低的问题，单位增益响应度高，可以实现高灵敏度探测。
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1.一种反射型锗硅雪崩光电探测器，其特征在于，包括入射光波导、有源区和反射器；
2.根据权利要求1所述的反射型锗硅雪崩光电探测器，其特征在于，所述有源区的硅波导表面进行离子注入，注入杂质离子形成掺杂区，其中P型重掺杂区（4）的掺杂浓度大于，P型掺杂区（5）的掺杂浓度为，N型掺杂区（8）的掺杂浓度为，N型重掺杂区（9）的掺杂浓度大于。
3.根据权利要求1所述的反射型锗硅雪崩光电探测器，其特征在于，所述锗吸收层（6）为本征硅，并分别与P型掺杂区（5）和本征区（7）接触；所述锗吸收层（6）顶部为梯形结构，底部为矩形或倒梯形结构；锗吸收层（6）长度为，厚度为，其底边宽度为，其下沉深度大于30nm以增大锗吸收层（6）与入射光场的重叠。
4.根据权利要求1所述的反射型锗硅雪崩光电探测器，其特征在于，所述本征区（7）为雪崩倍增区，其宽度大于以获取高增益，且其宽度大于锗吸收层（6）的宽度。
5.根据权利要求1所述的反射型锗硅雪崩光电探测器，其特征在于，所述P型重掺杂区（4）、P型掺杂区（5）、本征区（7）、N型掺杂区（8）和N型重掺杂区（9）的长度
6.根据权利要求1所述的反射型锗硅雪崩光电探测器，其特征在于，所述P电极（3）和N电极（10）的材料为Al、Au或Cu。
7.根据权利要求1所述的反射型锗硅雪崩光电探测器，其特征在于，所述反射器的反射光与入射光振幅之比r满足以下关系：；其中，分别为入射光和反射光的振幅，为多模干涉器（12）的分光比，为损耗因子，为波导的传播常数，为波导长度；由反射率可得，当多模干涉器（12）的分光比时，反射率达到最大值。
8.根据权利要求1所述的反射型锗硅雪崩光电探测器，其特征在于，所述锥形波导（11）在多模干涉器（12）的模式和输入输出波导模式之间实现无显著损耗的模式转换。
9.根据权利要求1所述的反射型锗硅雪崩光电探测器，其特征在于，所述多模干涉器（12）为多模矩形波导，通过多模干涉形成自映像，周期性地复现入射光场的像，其在输出波导的位置形成二重映像，对入射光实现50:50的分光输出。
10.根据权利要求1所述的反射型锗硅雪崩光电探测器，其特征在于，所述环形波导（13）在不产生显著弯曲损耗的同时，使多模干涉器（12）两个输出波导的输出光环行传输，并返回多模干涉器（12）。
...【技术特征摘要】
1.一种反射型锗硅雪崩光电探测器，其特征在于，包括入射光波导、有源区和反射器；
2.根据权利要求1所述的反射型锗硅雪崩光电探测器，其特征在于，所述有源区的硅波导表面进行离子注入，注入杂质离子形成掺杂区，其中p型重掺杂区（4）的掺杂浓度大于，p型掺杂区（5）的掺杂浓度为，n型掺杂区（8）的掺杂浓度为，n型重掺杂区（9）的掺杂浓度大于。
3.根据权利要求1所述的反射型锗硅雪崩光电探测器，其特征在于，所述锗吸收层（6）为本征硅，并分别与p型掺杂区（5）和本征区（7）接触；所述锗吸收层（6）顶部为梯形结构，底部为矩形或倒梯形结构；锗吸收层（6）长度为，厚度为，其底边宽度为，其下沉深度大于30nm以增大锗吸收层（6）与入射光场的重叠。
4.根据权利要求1所述的反射型锗硅雪崩光电探测器，其特征在于，所述本征区（7）为雪崩倍增区，其宽度大于以获取高增益，且其宽度大于锗吸收层（6）的宽度。
5.根据权利要求1所述的反射型锗硅雪崩光电探测器，其特征在于，所述p型重掺杂区（4）、p型掺杂区（5）、本征区（7）、n型掺杂区（8）和n型重掺杂区（9）的长度相同，且长度大于锗吸收层（6）的长度。<...
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