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【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体器件领域,尤其涉及一种多次共振结构的光电探测器及其制作方法。
技术介绍
1、光电探测器是实现光电转换的重要器件,高速高响应低成本的光电探测器将助推微波光子、光通信等领域更快发展。相比于波导型光电探测器,面入射型光电探测器的光耦合容差较大,其封装成本相对较低。但是,面入射型光电探测器存在带宽和响应度之间的相互制约。为了达到较高的响应度,需要增加吸收区的材料厚度,但这反过来增大了载流子渡越时间,从而降低了器件速度。
2、背面入射型光电探测器缓解了上述带宽和响应度相互制约的矛盾。相比于正入射型光电探测器,背入射型光电探测器由于p型电极接触面积更大、接触电阻更小,因此带宽往往更大;同时p电极能对入射光进行反射,使得ingaas吸收层对入射光进行“二次吸收”,从而提升器件响应度。但是,背入射型光电探测器又增加了器件测试和封装的复杂度。需要额外进行倒装焊工艺,将探测器焊接在另一基板上;另外由于剩余inp衬底的存在,为了实现更高的光耦合效率,需要将硅透镜集成在inp衬底表面,从而进一步增大了对准和封装难度。
技术实现思路
1、专利技术目的:针对以上问题,本专利技术提出一种多次共振结构的光电探测器及其制作方法,使得光电探测器同时具有大带宽、高响应以及易于耦合封装的优点。
2、技术方案:为实现本专利技术的目的,本专利技术所采用的技术方案是:一种多次共振结构的光电探测器,包括设有折射面和反射镜结构的衬底、置于所述衬底上的探测器有源区和金属电极;
4、所述反射镜设置在毗邻所述探测器有源区的另一侧,通过在所述衬底上表面刻蚀形成第二斜面槽,并令第二斜面槽临近所述探测器有源区的一面作为反射面;
5、通过背面减薄以及光刻刻蚀在所述反射面上形成通孔,利用所述通孔在所述反射面上沉积金属形成反射镜,从所述探测器有源区反射出的光线经过该反射镜后重新反射回所述探测器有源区中。
6、进一步的,所述第一斜面槽和第二斜面槽都是采用fib刻蚀形成的衬底表面结构。
7、进一步的,所述折射面与衬底上表面之间的夹角在满足折射光斜入射至所述探测器有源区的前提下自由设置,角度范围是0~90°。
8、进一步的,所述反射镜与衬底上表面之间的夹角在满足探测器有源区出射光反射回所述探测器有源区的前提下自由设置,角度范围是0~90°。
9、优选的,所述探测器有源区直径范围是2-50μm。
10、本专利技术还提供一种多次共振结构的光电探测器的制作方法,步骤包括:
11、s1、在衬底上生长探测器外延材料结构;
12、s2、腐蚀制备探测器台面结构;
13、s3、在探测器有源区上表面制备p型电极,在衬底上表面制备n型电极;
14、s4、采用fib刻蚀衬底,制作第一斜面槽;
15、s5、采用fib刻蚀衬底,制作第二斜面槽;
16、s6、对衬底进行减薄和抛光;
17、s7、通过背面光刻和干法刻蚀在反射面结构对应位置处制备通孔;
18、s8、在反射面上沉积金属制备反射镜;
19、s9、对探测器进行划片分割。
20、进一步的,s4中,第一斜面槽由fib刻蚀形成,刻蚀角度在满足折射光斜入射至所述探测器有源区的前提下自由设置,通过调整fib发射枪与探测器晶圆的夹角改变刻蚀角度。
21、进一步的,s5中,第二斜面槽由fib刻蚀形成,刻蚀角度在满足从探测器有源区出射光反射回所述探测器有源区的前提下自由设置,通过调整fib发射枪与探测器晶圆的夹角改变刻蚀角度。
22、进一步的,s7中,当通孔刻蚀深度到达第二斜面槽位置时,停止刻蚀。
23、进一步的,s8中,利用s7中形成的通孔向反射面沉积au或ag金属制备反射镜。
24、有益效果:与现有技术相比,本专利技术的技术方案具有以下有益的技术效果:
25、本专利技术提供的一种多次共振结构的光电探测器,通过折射面和反射镜结构提高了器件的量子效率,入射光经过折射面后产生折射,斜入射至探测器有源区中,并经过表面电极反射,从有源区中出射的光经过反射镜反射后,又重新斜入射回有源区中,该结构使得探测器能够对光信号进行多次吸收,光在吸收层的总传播长度大大加长了,这极大地提高了器件的响应度。与此同时,由于光束在衬底中的行进路程较短,光斑发散较小,加上通过巧妙组合折射面和反射镜的角度,从有源区中出射的光经过反射镜反射后,可以原路返回重新进入有源区中,因此即使探测器有源区直径很小,器件也可以多次吸收入射光;而当探测器有源区直径很小时,器件电容降低,带宽增大,从而在一个器件中同时实现了大带宽和高响应度,缓解了带宽与响应度之间相互制约的矛盾。此外,入射光可以通过水平耦合进入到探测器有源区中,避免了传统背入射型探测器在耦合封装过程中所需进行的倒装焊及硅透镜聚光工艺。
26、在制作方法中,制作斜面槽的传统方法是利用干法刻蚀或湿法腐蚀技术。干法刻蚀一般只能制备出向外倾斜的斜面,而难以制备出向内倾斜较多的斜面;湿法腐蚀方法在腐蚀inp衬底时,在特定的晶向上只能腐蚀出特定角度的斜面,无法灵活改变斜面角度。无法灵活改变斜面角度的弊端是:从有源区中出射的光经过反射镜反射后,难以再次进入有源区中,特别是在探测器有源区直径较小的情况下。本专利技术采用fib制备第一斜面槽和第二斜面槽,通过简单调整fib发射枪与探测器晶圆的夹角,即可以灵活改变折射面和反射镜与衬底上表面之间的夹角,从而确保入射光线能够多次穿过探测器有源区,无论有源区的直径是大还是小。
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1.一种多次共振结构的光电探测器,其特征在于,包括设有折射面和反射镜结构的衬底、置于所述衬底上的探测器有源区和金属电极;
2.根据权利要求1所述的一种多次共振结构的光电探测器,其特征在于,所述第一斜面槽和第二斜面槽都是采用FIB刻蚀形成的衬底表面结构。
3.根据权利要求1或2所述的一种多次共振结构的光电探测器,其特征在于,所述折射面与衬底上表面之间的夹角在满足折射光斜入射至所述探测器有源区的前提下自由设置,角度范围是0~90°。
4.根据权利要求1或2所述的一种多次共振结构的光电探测器,其特征在于,所述反射镜与衬底上表面之间的夹角在满足探测器有源区出射光反射回所述探测器有源区的前提下自由设置,角度范围是0~90°。
5.根据权利要求1或2所述的一种多次共振结构的光电探测器,其特征在于,所述探测器有源区直径范围是2-50μm。
6.根据权利要求1所述的一种多次共振结构的光电探测器的制作方法,其特征在于,步骤包括:
7.根据权利要求6所述的制作方法,其特征在于,S4中,第一斜面槽由FIB刻蚀形成,刻蚀角度在满足折
8.根据权利要求6所述的制作方法,其特征在于,S5中,第二斜面槽由FIB刻蚀形成,刻蚀角度在满足从探测器有源区出射光反射回所述探测器有源区的前提下自由设置,通过调整FIB发射枪与探测器晶圆的夹角改变刻蚀角度。
9.根据权利要求6-8任一所述的制作方法,其特征在于,S7中,当通孔刻蚀深度到达第二斜面槽位置时,停止刻蚀。
10.根据权利要求6-8任一所述的制作方法,其特征在于,S8中,利用S7中形成的通孔向反射面沉积Au或Ag金属制备反射镜。
...【技术特征摘要】
1.一种多次共振结构的光电探测器,其特征在于,包括设有折射面和反射镜结构的衬底、置于所述衬底上的探测器有源区和金属电极;
2.根据权利要求1所述的一种多次共振结构的光电探测器,其特征在于,所述第一斜面槽和第二斜面槽都是采用fib刻蚀形成的衬底表面结构。
3.根据权利要求1或2所述的一种多次共振结构的光电探测器,其特征在于,所述折射面与衬底上表面之间的夹角在满足折射光斜入射至所述探测器有源区的前提下自由设置,角度范围是0~90°。
4.根据权利要求1或2所述的一种多次共振结构的光电探测器,其特征在于,所述反射镜与衬底上表面之间的夹角在满足探测器有源区出射光反射回所述探测器有源区的前提下自由设置,角度范围是0~90°。
5.根据权利要求1或2所述的一种多次共振结构的光电探测器,其特征在于,所述探测器有源区直径范围是2-50μm。
【专利技术属性】
技术研发人员:李冠宇,宗家伟,王宇轩,钱广,孔月婵,陈堂胜,
申请(专利权)人:中国电子科技集团公司第五十五研究所,
类型:发明
国别省市:
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