[发明专利]一种侧向耦合光电探测器

说明书

本发明公开一种侧向耦合光电探测器，包括衬底层、波导层、吸收层和电极层。波导层设置在衬底层之上，波导层的上表面设置多条平行且等距的方形沟槽，每两条沟槽之间形成方形凸起的波导柱，沟槽的宽度等于波导柱的宽度，波导柱的宽度匹配一个或多个耦合周期。重复的沟槽和波导柱形成楔形结构。吸收层设置在波导层之上，临近于楔形结构的一侧。吸收层和波导层之间形成异质结。吸收层构造成在光入射时产生载流子。本发明的硅基锗探测器，光入射方向垂直于波导柱方向，光在波导柱侧面耦合，侧向耦合避免了光场在传输方向上锗吸收层周期性分布的问题，有效减弱了载流子浓度强弱的交替分布，进而减弱了载流子屏蔽效应，提升了器件的带宽和响应度。

技术领域

本发明涉及光电探测器技术领域，具体涉及一种侧向耦合光电探测器。

背景技术

近年来，随着物联网的迅猛发展，光纤通信系统作为物联网的重要依托，其发展受到更多的重视。在长途骨干网领域，随着光传输技术的成熟和发展，世界范围内出现了干线传输网络的建设热潮，传输带宽、传输容量技术快速发展。

随着光纤通信系统的发展，光器件的发展也同样面临着机遇和挑战。如何开发出性能优良、价格低廉的光器件已经成为人类所面临的首要问题。硅基光电子器件具有易于集成、工艺成本低等优点，近些年来引起研究人员的广泛关注。硅(Si)材料作为微电子领域的传统材料，在加工工艺和制作成本上有着其他材料无可比拟的优势，硅基光电子集成技术应运而生。作为硅基光电集成技术中的重要的代表元件之一的光电探测器，它的作用就是把入射的光信号转化为电信号，以便后续的信号处理电路进行分析。硅基锗光电探测器经过十几年的发展，在结构上不断优化，性能进一步提高，各种高性能指标的波导集成的硅基锗光电探测器不断被提出，部分指标已经达到了商用三五族探测器的水平。

在硅基锗探测器中，主要有空间入射、端面耦合、倏逝波耦合三种方式。对于集成的光电系统来讲，光信号主要在集成芯片内通过波导进行传播，因此无需进行空间入射。端面耦合由于工艺的限制，对于入射光的反射较大。因此，目前硅基锗探测器中硅波导中的信号光主要通过倏逝波耦合到锗吸收层中。根据倏逝波在传输的过程中呈现出在硅/锗材料中来回周期性耦合的特性，这会引起锗吸收层中光功率的分布严重的不均匀，呈现出较大的梯度，这会引起载流子屏蔽效应。载流子屏蔽效应会降低探测器的带宽。此外，传统入射结构的探测器光功率的分布不均匀会降低器件的饱和特性。

发明内容

为了解决目前硅基锗探测器存在的，倏逝波在传输的过程中呈现出在硅/锗材料中来回周期性耦合的特性，这会引起锗吸收层中光功率的分布严重的不均匀，会降低探测器的带宽以及降低器件的饱和特性的问题，本发明提出了一种侧向耦合的硅基锗探测器。

本发明采用了以下技术方案，一种侧向耦合光电探测器，包括

衬底层；

波导层，设置在所述衬底层之上，波导层的上表面设置多条平行且等距的方形沟槽，每两条沟槽之间形成方形凸起的波导柱，沟槽的宽度等于波导柱的宽度，所述波导柱的宽度匹配一个或多个耦合周期；重复的沟槽和波导柱形成楔形结构；

吸收层，设置在所述波导层之上，临近于所述楔形结构的一侧；所述吸收层和所述波导层之间形成异质结；所述吸收层构造成在光入射时产生载流子；

电极层，包括第一电极和第二电极；所述第一电极设置在所述吸收层之上；所述第二电极设置在所述波导层之上，临近于所述楔形结构的另一侧。

优选的，所述衬底层的材质为二氧化硅。

优选的，所述波导层的材质为硅。

优选的，所述吸收层的材质为锗。

优选的，所述第一电极和第二电极的材质均为Al、Ni或Au。

优选的，每条所述沟槽均横向贯穿所述波导层的上表面。

优选的，所述吸收层为条形，平行于所述沟槽。