[发明专利]波导耦合型单载流子探测器

说明书

本公开提供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。

技术领域

本公开涉及半导体技术领域，尤其涉及一种适于单片集成的波导耦合型单载流子探测器。

背景技术

太赫兹光电信号探测技术一直是光通信与光探测领域的研究热点，其丰富的频段资源与较低的占用率使其具备巨大的开发潜力与广阔的应用前景。随着6G移动网络关键技术研究的展开，具备THz高频光电转换能力的光电探测器性能已成为重点研究对象。另一方面，6G技术的推进也将大力推动物联网的发展，更大的数据传输容量、更致密的网络联结将大大提高小型基站的密度，并要求互联结点具有更小型、集成化的模块构架。因此，光电器件与芯片的集成化、模块化将成为面向未来高速光通信网络的必然发展方向。单载流子探测器则是实现高性能THz信号转换的最佳探测器结构。在国际上已有国家对该探测器结构进行了广泛研究，并针对THz探测性能进行了深入的优化，其芯片已逐渐进入模块化与商用化阶段。而国内对于单载流子探测器的研究仍处于起步阶段，芯片性能尚未达到THz频段的探测需求。目前，单载流子探测器，尤其是台面型器件，仍然面临难以兼顾高光电转换效率与超高频探测性能的问题。

因此，如何实现兼顾光电转换效率与超高频探测性能是一个亟待解决的课题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种波导耦合型单载流子探测器，以缓解现有技术中高频单载流子探测器光电转换效率低的技术问题。

(二)技术方案

本公开提供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。

本公开实施例中，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。

本公开实施例中，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。

本公开实施例中，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。

本公开实施例中，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。