[发明专利]一种波导集成型光电探测器及其制作方法

说明书

本发明提供一种波导集成型光电探测器及其制作方法，该探测器包括光电探测器及光循环结构，光循环结构包括n个模式转换反向器，模式转换反向器包括TE_i‑TE_j非对称定向耦合器、反向器及TE_j‑TE_i+1非对称定向耦合器，用于实现TE_i‑TE_i+1模式光之间的转换及光的反向，通过引入n个模式转换反向器，可以实现光的n+1次循环利用。在光经过n+1次循环后，通过引入TE_n‑TE_k非对称定向耦合器及环形反向器实现TE_n模式光的反向，TE_n光再次进入探测器，进而再次通过n个模式转换反向器，再次实现光的n次循环。本发明能够实现更高效的光吸收效率，有效减小探测器长度，减小器件尺寸，更容易实现低暗电流、低电容和高响应度光电探测器的制备，且光学带宽大，对波导尺寸、温度不敏感，工艺容差大。

技术领域

本发明属于光电子技术领域，涉及一种波导集成型光电探测器及其制作方法。

背景技术

硅基光电探测器因其与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺兼容，且便于集成，在光通信、光互联和光传感等领域有着广泛的引用。根据光进入的方向，探测器可以分为垂直入射型探测器和水平入射(波导型)探测器。相较于垂直入射型探测器，波导型探测器能避免光探测器速率和量子效率间相互制约的问题，且可以与波导光路集成，更容易实现高速高响应度，是实现高速光通信和光互联芯片的核心器件之一。

目前通信波段的硅基波导型探测器多采用锗(Ge)作为吸收材料。Si波导中的光通过消逝波耦合方式进入Ge吸收区。受限于Ge的吸收系数和消逝波耦合效率，为了实现高的响应度，探测器长度需要大于10微米，这使得探测器的电容和暗电流难以进一步优化。为了提高光吸收效率，基于微环等谐振腔结构的光循环利用探测器被提出。然而，谐振腔结构光学带宽小，谐振波长对波导尺寸及温度极其敏感，这限制了其实际应用。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种波导集成型光电探测器及其制作方法，用于解决现有技术中探测器光吸收效率低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种波导集成型光电探测器，包括：

光电探测器，具有第一端口及第二端口；

光循环结构，包括n个模式转换反向器，其中，n≥2，且至少有一个所述模式转换反向器连接于所述第一端口，至少有一个所述模式转换反向器连接于所述第二端口，所述模式转换反向器用于实现TE_i-TE_i+1模式光之间的转换及光的反向，使光再次通过所述光电探测器，其中，0≤i＜n，且i为整数。

可选地，当i＝0时，所述模式转换反向器构成TE₀-TE₁模式转换反向器，所述TE₀-TE₁模式转换反向器包括反向器及与所述反向器相连的TE₀-TE₁非对称定向耦合器，所述反向器用于将来自所述第二端口的TE₀模式光反向，并输入所述TE₀-TE₁非对称定向耦合器，所述TE₀-TE₁非对称定向耦合器用于将反向后的TE₀模式光转换为TE₁模式光，并经所述第二端口再次输入所述光电探测器。