[发明专利]一种倏逝波耦合的波导型探测器

说明书

本发明提供了一种倏逝波耦合的波导型光电探测器，其吸收层的材料选自InAs材料、GaSb材料等五种材料，过渡层的材料选自与吸收层的材料晶格相匹配的多种三元材料和/或四元材料。本申请采用多种过渡层材料代替传统波导中单一材料的方式实现对稀释波导层、光学匹配层以及整个器件折射率更为精细的调控，获得具更高耦合效率的器件结构，最终实现了应用在光纤通信1310nm或1550nm窗口下具有更高量子效率的高速波导型探测器。

技术领域

本发明涉及探测器技术领域，尤其涉及一种倏逝波耦合的波导型探测器。

背景技术

近些年来光电探测器朝着高速、大容量的方向发展；其中具有低暗电流、高量子效率的PIN型光电探测器得到了长足的发展，从垂直光照明到侧面入射照明，再到侧面照明的倏逝波耦合的波导型光电探测器，逐步解决了量子效率与响应速度相矛盾以及光吸收不均匀导致无法大功率工作的问题。III-V族半导体材料中基于InP/InGaAs材料体系的PIN光电探测器能够覆盖光纤通信的1310nm和1550nm两个的窗口，这些年来InP/InGaAs基的光电探测器得到了最广泛的研究和应用。

针对未来对光电探测器更高速的需求，倏逝波耦合的波导型探测器是解决这一需求的关键技术。目前，应用在光纤通信中1310nm和1550nm窗口的倏逝波耦合的波导探测器基本是采用InP/InGaAs基的材料体系，其采用与InP晶格匹配的四元InGaAsP材料作为过渡层，InP材料作为衬底，InGaAsP与InP(1.35eV)周期性交替排列构成稀释波导层，稀释波导的作用是增大波导的光场分布，减少光纤与稀释波导的模式失配损耗，再采用一层或两层InGaAsP材料作为光学匹配层。

对于波导型光电探测器，光从光纤进入到稀释波导后经过光学匹配层逐渐耦合到光吸收层，与垂直入射的探测器相比，量子效率比较低。因为波导型光电探测器的光是需要从倏逝波导耦合到吸收层的，光耦合的效率直接制约了探测器的量子效率。对于光在两个波导之间的耦合，当两个波导对应的模式的传播常数相等时有最大的耦合效率，波导之间折射率差值越小耦合效率越高。

传统倏逝波耦合的波导探测器中吸收层材料为In_0.53Ga_0.47As，稀释波导由一种固定组分的InGaAsP和InP(1.35eV)材料交替排列组成，在1310nm波段，InP材料的折射率为3.202，吸收层In_0.53Ga_0.47As的折射率为3.601，在1550nm波段，InP材料的折射率为3.167，吸收层In_0.53Ga_0.47As的折射率为3.560，InP与In_0.53Ga_0.47As的折射率相差很大，光在两种材料之间耦合效率很低，虽然采用InGaAsP与InP交替排列构成稀释波导使得稀释波导的等效折射率提高，但与吸收层折射率差别依旧很大，这极大地限制了光波导的耦合效率，进而影响了器件的关键指标-量子效率。因此选取新的材料体系，降低稀释波导层和吸收层的折射率差，通过对稀释波导以及整个器件的折射率更精细的调控，提高波导耦合效率，实现对器件关键性能量子效率的提升。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种耦合效率和量子效率显著提高的倏逝波耦合波导探测器。