[发明专利]波导集成雪崩光电二极管

说明书

本发明公开了单片雪崩光电二极管(APD)的各种实施例，其可以被制造在绝缘体上硅衬底上。单片APD包括将入射光引导到APD的有源区域的光波导。光耦合器与光波导一体形成以捕获入射光。单片APD还包括光反射器，以将不容易被光耦合器捕获的入射光的一部分反射到光耦合器以进一步捕获。有源区域包括用于将入射光转换成电子‑空穴对的吸收层、用于通过雪崩倍增将电子‑空穴对放大成光电流的外延结构、以及用于传导光电流的一对电导体。

相关专利申请的交叉引用

本公开要求于2018年12月6日提交的美国专利申请号62/917,395的优先权。上述申请的全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开涉及光电二极管的技术领域。更具体地，本公开涉及一种在其上集成有光波导的单片雪崩光电二极管。

背景技术

诸如雪崩光电二极管(APD)的光电二极管是各种现代数字通信系统中的关键组件。APD是一种半导体光电器件，可将光转换为电流，称为“光电流”。通常将APD单片制造在衬底上。衬底通常是半导体衬底，例如硅(Si)或绝缘体上硅(SOI)衬底，其上的单片APD使用类似于制造半导体集成电路(IC)的制造技术制造。单片APD适合与各种其他小型化光学组件集成在一起，例如波导、光耦合器、分光器和/或相移器，以形成单片光子系统。

APD的关键性能指标(KPI)是其响应性，即，所产生的光电流与入射光的功率之比。高响应性是优选的，因为具有高响应性的APD能够从入射光中的一定量的光功率产生更多的光电流。APD的响应性受到两个因素的影响：耦合损耗和内部泄漏电流。内部泄漏电流也称为APD的“暗电流”。较高的耦合损耗意味着较小百分比的入射光功率实际上到达APD的有效区域，因此是不希望的。较高的暗电流也是不希望的，因为暗电流表示“信号”(即，光电流)的噪声源，从系统的角度考虑，通常希望较高的信噪比(SNR)。因此，低耦合损耗和低泄漏电流是获得具有高响应性的APD的关键。

附图说明

包括附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了本公开的实施例，并且与描述一起用于解释本公开的原理。附图不一定按比例绘制，以便更好地呈现所示出的主题的某些特征。附图标记的最左边的数字标识该附图标记首次出现的图。在不同附图中使用相同的附图标记表示相似或相同的项目。

图1示出了根据本公开实施例的单片雪崩光电二极管(APD)的剖视图。

图2示出了图1的单片APD的示例俯视图。

图3示出了根据本公开的实施例的单片APD的一半的剖视图。

图4示出了根据本公开的另一实施例的单片APD的一半的剖视图。

图5示出了根据本公开的又一个实施例的单片APD的一半的剖视图。

图6示出了根据本公开实施例的单片APD的二极管掺杂分布。

图7示出了根据本公开的又一个实施例的单片APD的剖视图和俯视图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，通过示例的方式阐述了许多具体细节，以提供对相关教导的透彻理解。基于本文描述的教导的任何变化，派生和/或扩展都在本公开的保护范围内。在一些情况下，与本文公开的一个或多个示例实现有关的公知的方法、过程、组件和/或电路可以在没有详细描述的情况下以相对较高的水平进行描述，以避免不必要地混淆本公开的教导的各个方面。

如上所述，单片雪崩光电二极管(APD)要求低耦合损耗和低泄漏电流。本文所述的单片APD的各种实施例能够减少入射光的耦合损耗，以及减少装置内部的暗电流。