[发明专利]侧壁光电检测器

说明书

技术领域

本发明的实施例处于集成光学元件(IOC)的领域，并且更具体地涉及光电检测器。

背景技术

光学(光子(photonic))元件中的进步正在实现电气和光学器件互连的会聚。第一代会聚I/O模块将很可能基于10Gb/s 850nm垂直腔表面发射激光器(VCSEL)和III-V光电检测器，但是后续几代预计会转到1310nm载波波分复用(CWDM)配置以便以较低的成本实现较高的数据速率，例如40Gb/s和100Gb/s。

为了提供跨代的兼容性，会聚I/O接收机理想地应该能够高效地检测850nm和1310nm频带这二者。因为预计将经由多模光纤来提供光以用于降低封装成本，所以850nm和1310nm这二者的光将在相同点被引入。一般地，硅基的光解决方案相对于III-V技术更可取，这是因为硅提供了显著的成本节约。然而，由于硅吸收850nm光，所以硅基的解决方案可能会排除一些会聚I/O应用。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种光子器件。所述光子器件包括：衬底半导体膜，其具有形成于其中的基本上垂直的沟槽(trench)侧壁；布置在所述沟槽侧壁之上的第一p-i-n膜堆叠；以及一对电极，其被耦合到所述p-i-n膜堆叠的p型和n型层以在所述沟槽侧壁上形成第一光电检测器。

根据本发明的第二方面，提供一种系统。所述系统包括：上述的光子器件；以及光解复用器，其被光学耦合到第一侧壁光电检测器的下游。

根据本发明的第三方面，提供一种形成光子器件的方法。所述方法包括：将具有基本上垂直的侧壁的第一沟槽蚀刻到衬底半导体膜中；在所述第一沟槽侧壁之上形成第一p-i-n膜堆叠；以及形成第一对电极，所述电极被耦合到所述第一p-i-n膜堆叠的p型和n型层以在第一沟槽侧壁上形成具有大部分检测器面积的第一光电检测器。

附图说明

本发明的实施例在说明书的结束部分被特别指出并且明确地要求保护。然而，本发明的实施例，就组织和操作方法连同其目的、特征和优点而言，通过参考利用附图阅读时的下列详细描述会被最好地理解，在附图中：

图1示出根据一个实施例的侧壁光电检测器的等距视图；

图2示出根据一个实施例的一对光学耦合的侧壁光电检测器的横截面视图；

图3示出根据一个实施例的经由光解复用器而光学耦合的侧壁光电检测器的平面视图；

图4A示出根据一个实施例的在制造一对光学耦合的侧壁光电检测器期间所形成的结构的横截面视图；

图4B示出根据一个实施例的在制造一对光学耦合的侧壁光电检测器期间所形成的结构的横截面视图；

图4C示出根据一个实施例的在制造一对光学耦合的侧壁光电检测器期间所形成的结构的横截面视图；以及

图4D示出根据一个实施例的在制造一对光学耦合的侧壁光电检测器期间所形成的结构的横截面视图。

具体实施方式

在此参考附图来描述侧壁光电检测器的实施例、它们的制造和在集成光学元件中的应用。一般地，侧壁光电检测器包括p型和n型膜(film)层，其间存在本征膜层，该组合在此被称为p-i-n膜堆叠(film stack)，其被布置在衬底中的地形特征的侧壁之上。在一个实施例中，硅上锗p-i-n侧壁光电检测器被形成在硅深沟槽的侧壁上。侧壁光电检测器的有源(active)面积取决于有源侧壁的表面面积，并且能够检测入射到与衬底的顶面不垂直的有源侧壁的光。在另一个实施例中，p-i-n膜堆叠被形成在多个侧壁表面上以形成多个侧壁光电检测器。在一个这样的实施例中，第一p-i-n膜堆叠包括本征层或者说“i层”组成(composition)，其被调节成向第一侧壁光电检测器提供对入射辐射的第一波长(例如850nm)的高响应度，而第二p-i-n膜堆叠包括i层组成，其被调节成向第二侧壁光电检测器提供对入射辐射的第二波长(例如1310nm)的高响应度。在一个特定实施例中，第一和第二光电检测器经由光波导被耦合在一起，使得第一光电检测器所传递的一个波长的光(例如1310nm)被引导到第二光电检测器以供检测，从而允许对来自入射到第一侧壁的斑点大小的光的多个波长的单独检测。