CN101661137A - 制作用于1.55微米通信波段硅波导光电转换器的方法 - Google Patents
制作用于1.55微米通信波段硅波导光电转换器的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101661137A CN101661137A CN200810118966A CN200810118966A CN101661137A CN 101661137 A CN101661137 A CN 101661137A CN 200810118966 A CN200810118966 A CN 200810118966A CN 200810118966 A CN200810118966 A CN 200810118966A CN 101661137 A CN101661137 A CN 101661137A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- waveguide
- ion
- silicon
- doped region
- type doped
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
本发明公开了一种制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法，包括：在SOI的顶层硅上刻蚀出直波导和环形波导，使二者相切或保持一定的耦合关系；在环形波导两侧分别注入或扩散V族和III族离子并退火，形成波导侧壁连续的n型和p型掺杂区，在环形波导表层构造横向p－i－n结构，并控制本征区i的宽度；向环形波导表面的本征区i内注入硅离子、银离子或氢离子，并退火，形成深能级缺陷；在n型和p型掺杂区表面、以及SOI材料背面分别蒸发金属电极，形成非带隙吸收、深能级电荷遂穿、波长可调的硅波导光电转换器。利用本发明，使硅波导p－i－n横向结构对1.55微米波段能够进行探测，并利用热效应来调节转换波长。
Description
技术领域
本发明涉及硅集成光电子中光电转换器技术领域，尤其涉及一种制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法。
背景技术
基于光传感和光通信接收模块的市场，目前大多数光电探测器主要是平面台式结构[1-2]，即在衬底上生长p型掺杂区、i型非掺杂区(本征区)、和n型掺杂区(p-i-n)薄膜材料，通过后续工艺在p区和n区蒸发金属电极，在反偏电压作用下器件将光生载流子导出。
近来，在这方面做的比较好的是意大利Trento大学非线性光学和光电子实验室和德国Stuttgart大学半导体技术研究所，他们采用低温缓冲层方法在Si衬底上直接生长了Ge薄膜，以此制备的p-i-n光电二极管在1.3μm和1.55μm波长的响应率分别为400mA/W和200mA/W，速率达10GHz/s。然而，这些平台式结构器件都是用来探测垂直于器件表面光信号的，无法与平面光波导集成；其次，在平面台式器件中光吸收要求本征层厚与载流子漂移要求本征层薄相矛盾。而横向波导探测器则可以与波导无损连接，其光吸收区与载流子漂移方向垂直，正好能避开以上两个不足，因此，波导式光电探测器是光电子集成的最佳选择。
在Si衬底上如何制备1.55微米波段用的波导式探测器，目前一般采用以下三种方法：第一，在Si衬底上外延生长GeSi材料，形成上下叠放的p-i-n型结构[3-5]，其优势是可以照搬立式器件中各种材料生长来满足横向器件需要，不足之处是生长温度多在500℃以上，这对微电子器件不利，故与CMOS工艺不兼容，且顶部金属电极对光信号吸收强烈而产生损耗。第二，将AlGaInAs基器件结构材料键合到带有Si谐振腔的波导上[6]，利用AlGaInP有源区和Si波导的消逝场将两者有机的结合起来，其不足之处是工艺较为复杂，成功率不高。第三，是近来发展起来的横向p-i-n结构[7-10]，它是利用离子注入的方式在Si中形成双空位复合物(divacancycomplex)缺陷，价带电子在吸收了光子后跃迁至深能级(缺陷光吸收)[11]，以及将深能级上电荷导出，其最大优势是与CMOS兼容、与光电子集成，尽管缺陷光吸收的效率低下，但可以通过延长吸收波导来补偿。
深能级光电转换：自2005年加拿大McMaster大学工程物理系的研究小组[7-8]采用横向p-i-n直波导结构制备出了光电探测器，其波长在1.55μm的响应度为9mA/W；美国MIT研究所Lincoln实验室[9，10]对前者波导进行窄化，使光生载流子的渡越时间缩短，得到了很好的结果，其器件工作波长在1.27至1.74μm，1.55μm处的响应度为800mA/W，3dB带宽为10至20GHz。然而他们对深能级载流子输运机理不清、器件都为较长的直波导(约1mm)，本课题正是在他们研究的基础上展开的。
参考文献：
[1]L.Colace，et.al.，“Ge on Si p-i-n photodetector operating at 10 Gbit/s”，Applied Physics Letters，88(10)：101111，2006.
[2]M.Oehme，et.al.，“High bandwidth Ge p-i-n photodetector integratedon Si”，Applied Physics Letters，89：071117，2006.
[3]H.Temkin，et.al.，“GexSi1-x strained-layer superlattice waveguidephotodetectors operating near 1.3μm”，Applied Physics Letters，48：963-65，1986.
[4]A.Splett，et.al.，“Integration of waveguides and photodetectors in SiGefor 1.3μm operation”，IEEE Photonics Technology Letters，6(1)：59-61，1994.
[5]P.G.Kik，et.al.，“Design and performance of an erbium-doped siliconwaveguide detector operating at 1.5μm”，J.Lightwave Technol.，20(5)：862-867，2002.
[6]Alexander W.Feng，et.al.，“Integrated AlGaInAs-silicon evanescentracetrack laser and photodetector”，Optics Express，15(5)，2315-2322，2007.
[7]J.D.B.Bradley，et.al.，“Silicon waveguide-integrated optical powermonitor with enhanced sensitivity at 1550nm”，Applied Physics Letters，86：241103，2005.
[8]A.P.Knights，et.al.，“Silicon-on-insulator waveguide photo-detectorwith selt-ion-implantation-engineered-enhanced infra-red response”，J.Vac.Sci.Technol.A，24(3)：783-86，2006.
[9]M.W.Gleis，et al.，“CMOS-compatible all-Si high-speed waveguidephotodiodes with high responsivity in near-infrared communication band”，IEEE Photonics Technology Letters，19(3)：152-54，2007.
[10]M.W.Gleis，et al.，“All silicon infrared photodiodes：photo responseand effects of processing temperature”，Optics Express，15(25)：16886，2007.
[11]E.V.Monakhov，et.al.，“Divacancy annealing in Si：Influence ofhydrogen”，Physical Review B，69：153202，2006.
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法，以解决以下两个问题：
(1)在1.55微米波段Si光电子集成中，解决Si材料对1.55微米波段光信号的吸收及其电荷输运问题；(而通常Si带隙只能吸收1.06微米以下较短波长的光信号)；
(2)在1.55微米波段Si光电子集成中，解决所用工艺与CMOS不兼容的问题(如任何外延材料生长温度都在500度以上，而高于300度都会影响到微电子电路)。
由于上述两个问题都是Si光电子集成中最为关键的问题，对这些问题的解决将具有原理性的突破。因为微电子在降低传输线宽度提高速率的技术道路上即将走到工艺的极限，采用光子计算和光电子集成无疑是最好的出路。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法，该方法包括：
采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方式在绝缘体上硅SOI的顶层硅11上刻蚀出直波导13和环形波导1，并使直波导13与环形波导1相切或保持一定的耦合关系；
采用离子注入或扩散的方法，在环形波导1一侧注入或扩散V族离子并退火，形成波导侧壁连续的n型掺杂区；在环形波导1另一侧注入或扩散III族离子并退火，形成波导侧壁连续的p型掺杂区，从而在环形波导1表层上构造横向p-i-n结构，并控制本征区i的宽度；
采用离子注入方式向环形波导1表面的本征区i内注入硅离子Si+、银离子Ag+或氢离子H+，并退火，制备深能级缺陷；
在n型掺杂区4和p型掺杂区5表面、以及SOI材料8背面分别蒸发金属电极，形成非带隙吸收、深能级电荷遂穿、波长可调的硅波导光电转换器。
上述方案中，所述波导侧壁连续的n型或p型掺杂区，是通过控制退火温度和时间，使n型掺杂区2和4中的离子相互扩散，形成相互连接，使p型掺杂区3和5中的离子相互扩散，形成相互连接，从而使在n型掺杂区4与p型掺杂区5上制备的电极可控制波导上的p-i-n结构；或者
所述波导侧壁连续的n型或p型掺杂区，是通过梯形波导环的制备，从而在离子垂直注入中，使n型掺杂区从2到4保持连续，使p型掺杂区从3到5保持连续，进而在4和5上制备的电极可控制波导上的p-i-n结构。
上述方案中，所述控制本征区i的宽度，是指在一定的缺陷光吸收前题下，尽量减小本征区宽度，使其小于2微米。
上述方案中，所述本征区i宽度，并非波导的宽度，而是通过p型掺杂区、n型掺杂区“爬”上波导，从而可在各种横截面尺寸的波导上设计窄本征区的p-i-n结构及其器件。
上述方案中，所述各种横截面尺寸的波导，其横截面积在5×5至0.1×0.1平方微米之间。
上述方案中，所述采用离子注入方式向环形波导1表面的本征区i内注入硅离子Si+、银离子Ag+或氢离子H+的步骤中，离子注入电压小于300千伏，注入基体为Si波导表面，注入深度小于2微米，且退火使其激活。
上述方案中，所述深能级缺陷，是指缺陷在半导体带隙中处于深能级位置，就硅而言，深能级应在高于价带0.3eV以上、低于导带0.3eV以下的范围内。
上述方案中，所述直波导13与环形波导1保持一定的耦合关系，是指直波导13中心与环形波导1中心的间距小于4微米，满足环形波导1从直波导13中耦合下载1.55微米波段特定波长的光信号，从而避开深能级缺陷对其它信号波长的吸收。
上述方案中，所述环形波导，其周长是1.55微米通信波长的整数倍，从而对该波长形成很高的谐振特性，加强环形腔表层深能级缺陷对光信号的吸收，并大大减少器件尺寸，使器件长度由1毫米降低到0.1毫米。
上述方案中，所述金属电极为Al电极、Al/Ti电极或Al基合金电极。
上述方案中，所述非带隙吸收，是指采用深能级缺陷对Si波导中传输的1.55微米波段光信号进行吸收；或者是指价带中电子光吸收后跃迁到深能级，替代传统的带隙吸收；或者是指价带电子吸收光子后跃迁至导带，其波长小于1.06微米。
上述方案中，所述深能级电荷遂穿，是在常规的反向偏压下，p-i-n结构中的本征区由于窄化而获得高于106伏/米的电场强度，使得因缺陷光吸收而产生的深能级电荷发生遂穿，电子到达n型掺杂区、空穴到达p型掺杂区，达到电荷输运的目的。
上述方案中，所述波长可调，是通过正面的p型电极(7)和SOI材料背面的N型电极(12)，将电压施加到SiO2层上，利用其高阻所产生的热量来影响Si波导温度，改变其折射率，进而改变耦合波长和谐振波长，使整个器件的波长可调。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、利用本发明，可以在不影响Si无源光子器件对1.55微米波段透明的前题下，使Si能够吸收1.55微米波段的光信号，并将其产生的电子空穴通过遂穿效应输运到电极上；
2、利用本发明，可以将p-i-n结构中的本征区从波导整体缩小为波导局部，即p区和n区从波导两侧扩展到波导表面，从而减少了对波导尺度的要求；
3、利用本发明，可以通过控制退火温度和时间，将不同高度的同型掺杂区连接起来；或通过梯形波导，使波导侧面n型区形成连续注入，波导另一侧面p区形成连续注入；
4、利用本发明，可以用环形腔与直波导的耦合，针对性地下载特定波长的光信号，从而不影响直波导中其它波长光的传输；
5、利用本发明，可以用环形腔对下载光信号进行共振，以加强深能级缺陷对该光波信号的吸收，同时，环形腔结构可大大降低器件尺度(如，从1mm降低到0.1mm)；
6、利用本发明，可以用电对SiO2加热，改变Si波导温度，从而改变Si折射率，控制耦合波长和谐振波长，对波长形成调节；
7、利用本发明，可以将通常的波分复用器件+探测器、或可调谐光开关+探测器的组合，简化为一个微环探测器件，提高了器件的综合功能；
8、利用本发明，可以将将光吸收路径(沿波导方向)与载流子漂移路径(垂直波导方向)分开，在提高量子效率的同时也能加快响应时间；
9、利用本发明，可以直接探测波导中的光信号，从而与平面光波回路形成无损连接，形成平面集成回路；
10、利用本发明，可以与CMOS工艺兼容，可与微电子集成。
附图说明
图1是本发明提供的制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法流程图。
图2是依照本发明第一个实施例提供的用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的结构示意图，(a)为器件俯视图，其中13为直波导，1为环形波导，2为n型掺杂区，3为p型掺杂区；(b)为器件沿虚线所示侧面的剖视图，是对整个器件的部分进行剖分的示意图，1为环形波导，10为光斑模场；2、4为n型掺杂区，覆盖着波导一侧，其上6为N型电极；3、5为p掺型杂区，覆盖着波导的另一侧，其上7为P型电极；8为Si衬底，9为SiO2下包层，11为顶层硅，12为电极。
图3是依照本发明第二个实施例提供的用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的结构示意图，(a)为器件俯视图，其中直波导19与环形波导18相切，14和16为n型掺杂区，15和17为p型掺杂区；(b)为器件沿虚线侧面的剖视图，是对整个器件的部分进行剖分的示意图，18为环形波导，其中24为光斑模场；14、16为n掺杂区，覆盖着波导一侧，其上20为N型电极；15、17为p掺杂区，覆盖着波导的另一侧，其上21为P型电极；22为Si衬底，23为SiO2下包层，25为顶层硅，26为电极。
图4(a)是反向偏压VD下p-i-n结构能带图，实心圆为电子，向n型区(左)遂穿；空心圆为空穴，向p型区(右)遂穿，ΔV为ENC和EPC能量差，WI为本征区宽度，WH为耗尽区宽度；图4(b)是图4(a)的局部放大图，O为深能级上电荷位置，CD为禁带宽度，OA为电子遂穿宽度，OB为空穴遂穿宽度，如果深能级在禁带正中，则AO＝OB；在固定的反向电压VD下，本征区(WI)越窄，势垒区AB越薄，电荷遂穿概率就越大。
具体实施方式
首先，对本发明涉及的一些技术术语和原理进行详细介绍。
1、光吸收
用Si+离子注入Si后形成双空位络合物(divacancy complex)缺陷，价带中电子在光子激发下跃迁到缺陷深能级，形成缺陷光吸收；
2、电荷输运
通过p型掺杂区和n型掺杂区沿波导侧壁上爬，使波导p-i-n横向结构中的本征区窄化，在反向偏压作用下，本征区i内可获得高的电场强度，进而使缺陷光吸收后的深能级电荷发生遂穿，实现电荷输运；
3、横向p-i-n结构
器件构建在Si基SOI基片上，以注入了Si离子的直波导为本征区i，左右各为n型和p型掺杂区，构成横向p-i-n结构，这种结构可以将光吸收路径(沿波导方向)与载流子漂移路径(垂直波导方向)分开，在提高量子效率的同时也能加快响应时间；
4、环形波导与直波导耦合
随着两个平行波导彼此接近，其中信号将发生耦合，因此，恰当地选择环形腔与直波导之间的距离和耦合长度，即可针对性地从直波导中下载特定波长的光信号；
5、环形波导谐振腔
通过耦合距离和耦合长度，将(主)直波导中特定波长的光信号耦合进入环形波导，并在其中共振，以增强缺陷光吸收、并缩短器件尺寸。
6、波长调节
通过正面的p型电极7和SOI材料背面的N型电极12，将电压施加到SiO2层上，利用其高阻所产生的热量来影响Si波导温度，改变其折射率，进而改变耦合波长和谐振波长，使整个器件的波长可调。
如图1所示，图1是本发明提供的制作新型硅波导型光电转换器的方法流程图，该方法包括：
步骤101：采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方式在绝缘体上硅SOI的顶层硅11上刻蚀出直波导13和环形波导1，并使直波导13与环形波导1相切或保持一定的耦合关系；
步骤102：采用离子注入或扩散的方法，在环形波导1一侧注入或扩散V族离子并退火，形成波导侧壁连续的n型掺杂区；在环形波导1另一侧注入或扩散III族离子并退火，形成波导侧壁连续的p型掺杂区，从而在环形波导1表层上构造横向p-i-n结构，并控制本征区i的宽度；
步骤103：采用离子注入方式向环形波导1表面的本征区i内注入硅离子Si+、银离子Ag+或氢离子H+，并退火，制备具有深能级的络合物缺陷，形成深能级缺陷；
步骤104：在n型掺杂区4和p型掺杂区5表面、以及SOI材料8背面分别蒸发金属电极，形成非带隙吸收、深能级电荷遂穿、波长可调的硅波导光电转换器。
上述步骤101中所述直波导13与环形波导1保持一定的耦合关系，是指直波导13与环形波导1的间距小于4微米，满足环形波导1从直波导13中耦合下载1.55微米波段特定波长的光信号，从而避开深能级缺陷对其它信号波长的吸收。
上述步骤101中所述环形波导，其周长是1.55微米波段通信波长的整数倍，从而对该波长形成很高的谐振特性，加强环形腔表层深能级缺陷对光信号的吸收，并大大减少器件尺寸，使器件长度由1毫米降低到0.1毫米。
上述步骤102中所述波导侧壁连续的n型或p型掺杂区，是通过控制退火温度和时间，使n型掺杂区2和4中的离子相互扩散，形成相互连接，使p型掺杂区3和5中的离子相互扩散，形成相互连接，从而使在n型掺杂区4与p型掺杂区5上制备的电极可控制波导上的p-i-n结构；或者
所述波导侧壁连续的n型或p型掺杂区，是通过梯形波导环的制备，从而在离子垂直注入中，使n型掺杂区从2到4保持连续，使p型掺杂区从3到5保持连续，进而在4和5上制备的电极可控制波导上的p-i-n结构。
上述步骤102中所述控制本征区(i)的宽度，是指在一定的缺陷光吸收前题下，尽量减小本征区宽度，使其小于2微米。此处，本征区i宽度，并非波导的宽度，而是通过p型掺杂区、n型掺杂区“爬”上波导，使本征区i细化至小于2微米，从而可在各种横截面尺寸的波导上设计窄本征区的p-i-n结构及其器件。此处，各种横截面尺寸的波导，其横截面积在5×5至0.5×0.2平方微米之间。
上述步骤103中所述采用离子注入方式向环形波导1表面的本征区i内注入硅离子Si+、银离子Ag+或氢离子H+，离子注入电压小于300千伏，注入基体为Si波导表面，注入深度小于2微米，且退火使其激活。
上述步骤103中所述深能级缺陷，是指缺陷在半导体带隙中处于深能级位置，就硅而言，深能级应在高于价带0.3eV以上、低于导带0.3eV以下的范围内。
上述步骤104中所述金属电极为Al电极、Al/Ti电极或Al基合金电极。
上述步骤104中所述非带隙吸收，是指采用深能级缺陷对Si波导中传输的1.55微米波段光信号进行吸收；或者是指价带中电子光吸收后跃迁到深能级，替代传统的带隙吸收；或者是指价带电子吸收光子后跃迁至导带，其波长小于1.06微米。
上述步骤104中所述深能级遂穿，就是在常规的反向偏压下，p-i-n结构中的本征区由于窄化而获得高于106伏/米的电场强度，使得因缺陷光吸收而产生的深能级电荷发生遂穿，电子到达n型掺杂区、空穴到达p型掺杂区，达到电荷输运的目的。
上述步骤104中所述波长可调，就是通过正面的p型电极7和SOI材料背面的N型电极12，将电压施加到SiO2层上，利用其高阻所产生的热量来影响Si波导温度，改变Si折射率，进而改变耦合波长和谐振波长，使整个器件的波长可调。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图2和图3所示，图2和图3是本发明提供的用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的结构示意图。整个器件制备在Si基SOI衬底上，外形为直波导和具备p-i-n横向结构的环形波导，直波导中的光信号被耦合到波导环中，并在环形腔中共振，以加强对特定波长的光吸收。其光电转换原理是利用Si深能级缺陷进行光吸收，利用高电场下电荷遂穿来实现电荷输运。该器件的特点是制备工艺与CMOS(互补式金属-氧化层-半导体)兼容、用Si对1.55波段进行探测、且波长可调。
本发明提供的用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的具体实现工艺如下：
a、设计微环尺寸，计算共振频率，设计微环与直波导耦合，使耦合波长与共振波长相等；
b、为各个工艺步骤制备光学模版一套；
c、通过光学曝光掩膜工艺，在Si基SOI材料上用等离子体刻蚀出脊形直波导和环形波导(横截面积小于5×5平方微米)；
d、通过光学曝光掩膜工艺，在波导中心两侧分别注入硼离子(B+)和磷离子(P+)，经高温快速退火，在波导表层及其两肩表层形成p型和n型掺杂区，中间留出宽度小于2微米的本征区(i)，形成横向p-i-n结构；
e、采用对退火温度和时间的控制，使注入掺杂离子相互扩散，从而使波导上表层和波导肩部上表层的掺杂区相互连接；
f、在Si直波导(3)上注入Si+离子，退火后形成双空位络合物(divacancycomplex)缺陷、价带电子吸收1.55微米后跃迁到缺陷深能级上，形成缺陷光吸收；
g、在p和n型掺杂区蒸发金属钛(Ti)和铝(Al)，形成金属电极。
图4示出了反向偏压VD下p-i-n结构能带图，其中，图4(a)是反向偏压VD下p-i-n结构能带图，实心圆为电子，向n型区(左)遂穿；空心圆为空穴，向p型区(右)遂穿，ΔV为ENC和EPC能量差，WI为本征区宽度，WH为耗尽区宽度；图4(b)是图4(a)的局部放大图，O为深能级上电荷位置，CD为禁带宽度，OA为电子遂穿宽度，OB为空穴遂穿宽度，如果深能级在禁带正中，则AO＝OB；在固定的反向电压VD下，本征区(WI)越窄，势垒区AB越薄，电荷遂穿概率就越大。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1、一种制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法，其特征在于，该方法包括：
采用干法刻蚀或湿法腐蚀的方式在绝缘体上硅SOI的顶层硅(11)上刻蚀出直波导(13)和环形波导(1)，并使直波导(13)与环形波导(1)相切或保持一定的耦合关系；
采用离子注入或扩散的方法，在环形波导(1)一侧注入或扩散V族离子并退火，形成波导侧壁连续的n型掺杂区；在环形波导(1)另一侧注入或扩散III族离子并退火，形成波导侧壁连续的p型掺杂区，从而在环形波导(1)表层上构造横向p-i-n结构，并控制本征区(i)的宽度；
采用离子注入方式向环形波导(1)表面的本征区(i)内注入硅离子Si+、银离子Ag+或氢离子H+，并退火，制备深能级缺陷；
在n型掺杂区(4)和p型掺杂区(5)表面、以及SOI材料(8)背面分别蒸发金属电极，形成非带隙吸收、深能级电荷遂穿、波长可调的硅波导光电转换器。
2、根据权利要求1所述的制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法，其特征在于，所述波导侧壁连续的n型和p型掺杂区，是通过控制退火温度和时间，使n型掺杂区(2)和(4)中的离子相互扩散，形成相互连接，使p型掺杂区(3)和(5)中的离子相互扩散，形成相互连接，从而使在n型掺杂区(4)与p型掺杂区(5)上制备的电极可控制波导上的p-i-n结构，其中i为本征区；或者
所述波导侧壁连续的n型或p型掺杂区，是通过梯形波导环的制备，从而在离子垂直注入中，使n型掺杂区从(2)到(4)保持连续，使p型掺杂区从(3)到(5)保持连续，进而在(4)和(5)上制备的电极可控制波导上的p-i-n结构，其中i为本征区。
3、根据权利要求1所述的制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法，其特征在于，所述控制本征区(i)的宽度，是指在一定的缺陷光吸收前题下，尽量减小本征区宽度，使其小于2微米。
4、根据权利要求3所述的制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法，其特征在于，所述本征区(i)宽度，并非波导的宽度，而是通过p型掺杂区、n型掺杂区“爬”上波导，从而可在各种横截面尺寸的波导上设计窄本征区的p-i-n结构及其器件。
5、根据权利要求4所述的制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法，其特征在于，所述各种横截面尺寸的波导，其横截面积在5×5至0.1×0.1平方微米之间。
6、根据权利要求1所述的制作用于155微米通信波段的硅波导光电转换器的方法，其特征在于，所述采用离子注入方式向环形波导(1)表面的本征区(i)内注入硅离子Si+、银离子Ag+或氢离子H+的步骤中，离子注入电压小于300千伏，注入基体为Si波导表面，注入深度小于2微米，且退火使其激活。
7、根据权利要求1所述的制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法，其特征在于，所述深能级缺陷，是指缺陷在半导体带隙中处于深能级位置，就硅而言，深能级应在高于价带0.3eV以上、低于导带0.3eV以下的范围内。
8、根据权利要求1所述的制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法，其特征在于，所述直波导(13)与环形波导(1)保持一定的耦合关系，是指直波导(13)中心与环形波导(1)中心的间距小于4微米，满足环形波导(1)从直波导(13)中耦合下载1.55微米波段特定波长的光信号，从而避开深能级缺陷对其它信号波长的吸收。
9、根据权利要求1所述的制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法，其特征在于，所述环形波导，其周长是1.55微米通信波长的整数倍，从而对该波长形成很高的谐振特性，加强环形腔表层深能级缺陷对光信号的吸收，并大大减少器件尺寸，使器件长度由1毫米降低到0.1毫米。
10、根据权利要求1所述的制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法，其特征在于，所述金属电极为Al电极、Al/Ti电极或Al基合金电极。
11、根据权利要求1所述的制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法，其特征在于，所述非带隙吸收，是指采用深能级缺陷对Si波导中传输的1.55微米波段光信号进行吸收；或者是指价带中电子光吸收后跃迁到深能级，替代传统的带隙吸收；或者是指价带电子吸收光子后跃迁至导带，其波长小于1.06微米。
12、根据权利要求1所述的制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法，其特征在于，所述深能级电荷遂穿，是在常规的反向偏压下，p-i-n结构中的本征区由于窄化而获得高于106伏/米的电场强度，使得因缺陷光吸收而产生的深能级电荷发生遂穿，电子到达n型掺杂区、空穴到达p型掺杂区，达到电荷输运的目的。
13、根据权利要求1所述的制作用于1.55微米通信波段的硅波导光电转换器的方法，其特征在于，所述波长可调，是通过正面的p型电极(7)和SOI材料背面的N型电极(12)，将电压施加到SiO2层上，利用其高阻所产生的热量来影响Si波导温度，改变其折射率，进而改变耦合波长和谐振波长，使整个器件的波长可调。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200810118966XA CN101661137B (zh) | 2008-08-27 | 2008-08-27 | 制作用于1.55微米通信波段硅波导光电转换器的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200810118966XA CN101661137B (zh) | 2008-08-27 | 2008-08-27 | 制作用于1.55微米通信波段硅波导光电转换器的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101661137A true CN101661137A (zh) | 2010-03-03 |
| CN101661137B CN101661137B (zh) | 2010-12-22 |
Family
ID=41789266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200810118966XA Expired - Fee Related CN101661137B (zh) | 2008-08-27 | 2008-08-27 | 制作用于1.55微米通信波段硅波导光电转换器的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101661137B (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105431766A (zh) * | 2013-07-30 | 2016-03-23 | 圣安德鲁斯大学董事会 | 具有基于等离子体激元的耦合装置的光调制器 |
| CN109686658A (zh) * | 2018-12-13 | 2019-04-26 | 中国科学院微电子研究所 | 半导体器件与其制作方法 |
| CN109860330A (zh) * | 2019-01-11 | 2019-06-07 | 惠科股份有限公司 | 感光元件、x射线探测器及显示装置 |
| CN110361604A (zh) * | 2019-07-23 | 2019-10-22 | 北京无线电计量测试研究所 | 电场探测量子组件和制备方法以及量子场强传感器 |
| CN114068736A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-02-18 | 武汉光谷信息光电子创新中心有限公司 | 光电探测器 |
| CN114089598A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-02-25 | 浙江光特科技有限公司 | 半导体器件的制造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1293643C (zh) * | 2002-12-30 | 2007-01-03 | 中国科学院半导体研究所 | Cmos结构的硅基发光器件 |
| US6845198B2 (en) * | 2003-03-25 | 2005-01-18 | Sioptical, Inc. | High-speed silicon-based electro-optic modulator |
-
2008
- 2008-08-27 CN CN200810118966XA patent/CN101661137B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105431766A (zh) * | 2013-07-30 | 2016-03-23 | 圣安德鲁斯大学董事会 | 具有基于等离子体激元的耦合装置的光调制器 |
| CN105431766B (zh) * | 2013-07-30 | 2019-04-19 | 圣安德鲁斯大学董事会 | 具有基于等离子体激元的耦合装置的光调制器 |
| CN109686658A (zh) * | 2018-12-13 | 2019-04-26 | 中国科学院微电子研究所 | 半导体器件与其制作方法 |
| CN109860330A (zh) * | 2019-01-11 | 2019-06-07 | 惠科股份有限公司 | 感光元件、x射线探测器及显示装置 |
| CN109860330B (zh) * | 2019-01-11 | 2021-07-02 | 惠科股份有限公司 | 感光元件、x射线探测器及显示装置 |
| US11705533B2 (en) | 2019-01-11 | 2023-07-18 | HKC Corporation Limited | Photosensitive component, x-ray detector and display device |
| CN110361604A (zh) * | 2019-07-23 | 2019-10-22 | 北京无线电计量测试研究所 | 电场探测量子组件和制备方法以及量子场强传感器 |
| CN110361604B (zh) * | 2019-07-23 | 2021-08-13 | 北京无线电计量测试研究所 | 电场探测量子组件和制备方法以及量子场强传感器 |
| CN114068736A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-02-18 | 武汉光谷信息光电子创新中心有限公司 | 光电探测器 |
| CN114089598A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-02-25 | 浙江光特科技有限公司 | 半导体器件的制造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101661137B (zh) | 2010-12-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Benedikovic et al. | Silicon–germanium receivers for short-wave-infrared optoelectronics and communications: High-speed silicon–germanium receivers (invited review) | |
| US8269303B2 (en) | SiGe photodiode | |
| CN105679875B (zh) | 一种波导集成的硅基单光子探测器 | |
| US10446707B2 (en) | Optical waveguide detector and optical module | |
| Ye et al. | Review of silicon photonics: history and recent advances | |
| Demiguel et al. | Very high-responsivity evanescently coupled photodiodes integrating a short planar multimode waveguide for high-speed applications | |
| CN101661137B (zh) | 制作用于1.55微米通信波段硅波导光电转换器的方法 | |
| Benedikovic et al. | 40 Gbps heterostructure germanium avalanche photo receiver on a silicon chip | |
| US20090184383A1 (en) | Photodetector | |
| CN100552984C (zh) | 锗/硅混合集成的波导型光电转换器及其制造方法 | |
| Benedikovic et al. | Silicon-germanium avalanche receivers with fj/bit energy consumption | |
| CN105789366A (zh) | 一种硅基混合集成雪崩光电探测器 | |
| Ghosh et al. | Design and modeling of high-performance DBR-based resonant-cavity-enhanced GeSn photodetector for fiber-optic telecommunication networks | |
| CN111129168A (zh) | 一种光电探测器 | |
| CN112786717A (zh) | 一种微环耦合多通道集成光电探测器 | |
| CN102569485B (zh) | 近红外波段全硅基纳米光电探测器 | |
| CN101393945A (zh) | 全硅波导型光电转换器及其制造方法 | |
| Cui et al. | High-Performance microring resonator Ge-on-Si photodetectors by optimizing absorption layer length | |
| Niu et al. | High bandwidth-efficiency product MPIN photodiode with parallel-connected microstructure | |
| JP6726248B2 (ja) | 半導体受光素子、及び光電融合モジュール | |
| Beling et al. | Heterogeneously integrated photodiodes on silicon | |
| CN105932077A (zh) | 硅红外检光器的结构及其制作方法 | |
| CN108987530B (zh) | 光电探测器的制作方法 | |
| Zhu et al. | Integrated near-infrared photodetector based on colloidal HgTe quantum dot loaded plasmonic waveguide | |
| Benedikovic et al. | High-performance waveguide photodetectors based on lateral Si/Ge/Si heterojunction |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20101222 Termination date: 20110827 |