[发明专利]波导耦合型单载流子探测器

权利要求书

1.一种波导耦合型单载流子探测器，包括：

衬底；

波导区，包括：

波导下包层，形成于所述衬底之上；以及

耦合波导层，形成于所述波导下包层之上，用于与外部光源进行低损耗耦合；以及

探测器区，包括：

光学匹配层，形成于所述耦合波导层之上，用于对光场模式进行转换与耦合；

光吸收层，形成于所述光学匹配层之上，用于吸收光场能量并产生载流子以及形成P型金属接触表面；

载流子收集层，形成于所述光吸收层上方，作为电子的快速渡越区域；

带隙过渡层，形成于所述光吸收层与载流子收集层之间，用于降低光吸收层和载流子收集层两者的能带高度差；以及

顶部N型层，形成于载流子收集层之上，作为收集光电流的N型金属接触层。

2.根据权利要求1所述的波导耦合型单载流子探测器，其结构的掺杂分布构成自顶向下的N-I-P型及其衍生类型结区。

3.根据权利要求1所述的波导耦合型单载流子探测器，所述衬底的材料为掺Fe的半绝缘InP；所述载流子收集层的材料为InP；光吸收层材料为InGaAs，其禁带宽度小于入射光子能量；除衬底、载流子收集层、光吸收层外剩余所有结构层的外延材料的禁带宽度均大于入射光子能量，上述外延材料包括InP、InGaAsP任意一种或是InP、InGaAsP的多组分、多层组合。

4.根据权利要求1所述的波导耦合型单载流子探测器，所述带隙过渡层至少包含一层组分介于光吸收层与载流子收集层组分之间的材料层。

5.根据权利要求1所述的波导耦合型单载流子探测器，所述耦合波导层类型包括：单组分材料的平板波导、多组分超晶格结构或两者的组合结构。

6.根据权利要求1所述的波导耦合型单载流子探测器，所述光吸收层、载流子收集层、带隙过渡层及顶部N型层的掺杂分布构成倒序的单载流子或衍生掺杂形貌，包括倒序的单载流子P-I-N掺杂、倒序的改进型P-I-N及P-I-N^--I-N掺杂、倒序的近弹道输运型P-I-P^--I-N掺杂或倒序的电荷补偿型P-I(N^-)-N掺杂。

7.根据权利要求1所述的波导耦合型单载流子探测器，所述光学匹配层为P型掺杂，同时作为探测器结构中的电子阻挡层。

8.根据权利要求1所述的波导耦合型单载流子探测器，所述耦合波导层等效折射率大于波导下包层等效折射率，所述耦合波导层等效折射率小于光学匹配层等效折射率。

9.根据权利要求1所述的波导耦合型单载流子探测器，所述耦合波导层及光学匹配层作为光吸收层下方的弱光学限制结构；载流子收集层及顶部N型层作为光吸收层上方的强光学限制结构，整体形成非对称光学限制波导结构。

10.根据权利要求1所述的波导耦合型单载流子探测器，其采用双台面共面电极形貌，包括上台面以及下台面；下台面宽度大于上台面，均为条形状；所述光吸收层包括第一光吸收层区以及第二光吸收层区，所述第一光吸收层区、带隙过渡层、载流子收集层及顶部N型层共同构成上台面，所述光学匹配层与第二光吸收层区构成下台面；所述第二光吸收层区材料为重度掺杂的，厚度不大于第一光吸收层区厚度，且不与第一光吸收层区相连。