[发明专利]一种光电探测装置及其制造方法

说明书

本发明公开了一种光电探测装置及其制造方法，该光电探测装置包括：衬底，在所述衬底的顶部设置有波导层，所述波导层包括沿水平X轴方向设置的输入段波导和探测段波导；所述探测段波导层的末端为波导后端面；雪崩倍增探测区，其设置在所述探测段波导层之上，包括沿竖直Z轴方向依次设置的倍增层、吸收层和顶接触层；反射体，其沿水平X轴方向连接到所述波导后端面；其中，所述反射体由一维光子晶体、二维光子晶体或体块材料中的一种构成。本发明简化了光电探测装置中的反射体的设计结构，降低了制造成本；增强了光电探测装置的响应度，允许光电探测装置同时获得较高的响应度和较快的响应速度。

技术领域

本发明涉及一种光电探测装置及其制造方法，具体地，涉及一种集成有反射体的波导雪崩倍增光电探测装置及其制造方法。

背景技术

光电探测装置广泛用于高速光通信及光互联。一方面，针对通信波段的常用吸收材料，如锗的吸收系数会在波长大于1550nm时或温度降低时快速下降；另一方面，光电探测装置的设计需在高响应度和高带宽两个目标之间的折中。高响应度要求波导长度(即腔长)增加，而高带宽要求腔长减小。即使采用波导耦合的设计，这种限制只是被减弱，而没有完全消除。因为在腔长增加时电容会快速上升，从而使RC时间成为限制带宽的主要因素。

为了减小腔长而不影响响应度，面入射光电探测装置可以在底部或顶部做反射镜，波导光电探测装置可以在波导末端做反射镜。对于面入射结构，反射镜的工艺较为简单。而对于波导结构，已有设计的反射镜的制造工艺复杂。例如美国专利US9761746和US9164231中所提到的倾斜反射镜结构，需要做背部刻蚀或者做侧向刻蚀。

发明内容

本发明所要解决的问题是简化波导光电探测装置中的反射体的设计结构。

根据本发明的第一方面，提供了一种光电探测装置，包括：

衬底，在所述衬底的顶部设置有波导层，所述波导层包括沿水平X轴方向设置的输入段波导层和探测段波导层；所述探测段波导层的末端为波导后端面；

雪崩倍增探测区，其设置在所述探测段波导层之上，包括沿竖直Z轴方向依次设置的倍增层、吸收层和顶接触层；

反射体，其沿水平X轴方向连接到所述波导后端面；

其中，所述反射体由一维光子晶体、二维光子晶体或体块材料中的一种构成。

可选地，所述反射体在Z轴方向与所述波导层大致齐平。

可选地，所述反射体在Z轴方向与所述波导层和所述倍增层大致齐平。

可选地，所述反射体的上端沿Z轴方向向上突出超过所述倍增层，所述反射体的下端沿Z轴方向延伸入所述衬底中。

可选地，所述一维光子晶体通过在所述波导层刻蚀一维周期性排列的狭槽构成。

可选地，所述二维光子晶体通过在所述波导层刻蚀二维周期性排列的孔构成，或者通过在所述波导层与倍增层刻蚀二维周期性排列的孔构成。

可选地，所述二维光子晶体通过在所述波导层刻蚀二维周期性排列的柱子构成，或者通过在所述波导层与倍增层刻蚀二维周期性排列的柱子构成。

可选地，所述反射体的反射面为平面或聚焦反射曲面。

可选地，对于由体块材料构成的所述反射体，且反射面为聚焦反射面时，所述体块材料的折射率大于或等于硅的折射率时，在所述体块材料的后端面为聚焦反射曲面；所述体块材料的折射率小于硅的折射率时，在所述体块材料的前端面为聚焦反射曲面。

根据本发明的第二方面，提供了一种光电探测装置的制造方法，包括：

提供衬底，在所述衬底的顶部设置有波导层，所述波导层包括沿水平X轴方向设置的输入段波导层和探测段波导层；所述探测段波导层的末端为波导后端面；