CN105659134B - 检测器装置 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的示范性方面的设备尤其包含衬底、所述衬底上的至少一个半导体光检测器以及所述衬底上的光学波导。所述光学波导经配置以将光引导到所述至少一个光检测器、所述衬底的表面中的一个或多个通孔或所述衬底的所述表面上的一个或多个脊部。所述一个或多个通孔或脊部经配置以至少部分中断从所述光学波导外部沿着所述表面朝向所述至少一个半导体光检测器传播的光。
Description
背景技术
本部分介绍了可有助于促进更好地理解本发明的多个方面。相应地，本部分的陈述将在此基础上进行阅读并且不应被理解为是对什么是现有技术或什么不是现有技术的认可。
功率监测器或光检测器可用于各种情况。例如，许多光学组件包含监测输入光功率的芯片上功率监测器。一个这样的组件包含相干接收器。相干接收器通常需要两个光学信号来进行操作。这两个光学信号中的一个可被称为数据载体信号，且另一个可被称为本机振荡器信号。本机振荡器信号的功率通常可显著大于数据载体信号的功率。
发明内容
根据本发明的示范性方面的设备尤其包含衬底、所述衬底上的至少一个半导体光检测器以及所述衬底上的光学波导。所述光学波导经配置以将光引导到所述至少一个光检测器，所述衬底的表面中的一个或多个通孔或所述衬底的表面上的一个或多个脊部经配置以至少部分中断从所述光学波导外部沿着所述表面朝向所述至少一个半导体光检测器传播的光。
在先前段落的设备的进一步非限制性实施例中，在检测器附近的位于衬底表面上的光吸收性材料或光反射性材料经配置以进行以下项中的一者：吸收从光学波导外部沿着表面朝向至少一个半导体光检测器传播的至少一些光，或反射所述至少一些光。
在前述段落中的任一段落的设备的进一步非限制性实施例中，衬底表面中的一个或多个通孔或衬底表面上的一个或多个脊部包含多个通孔或多个脊部，并且所述一个或多个通孔或脊部针对光学电信S、C和/或L波段中的一者或多者中的光形成布拉格反射器(Bragg reflector)。
在先前段落中的任一段落的设备的进一步非限制性实施例中，衬底表面中的一个或多个通孔或一个或多个脊部包含针对光学电信S、C及L波段中的一者或多者中的光形成布拉格反射器的多个通孔。
在前述段落中的任一段落的设备的进一步非限制性实施例中，定位为邻近于光学波导的一个或多个通孔或脊部的节段经定向成横向于光学波导的邻近节段。
在前述段落中的任一段落的设备的进一步非限制性实施例中，所述一个或多个通孔或脊部包含针对光学电信S、C及L波段中的一者或多者中的光形成布拉格反射器的多个脊部。
在前述段落中的任一段落的设备的进一步非限制性实施例中，所述一个或多个通孔或脊部的节段经定向成相对于光学波导的邻近节段倾斜。
在前述段落中的任一段落的设备的进一步非限制性实施例中，光检测器至少部分定位于衬底表面上。
在前述段落中的任一段落的设备的进一步非限制性实施例中，所述一个或多个通孔或脊部基本上包围光检测器。
在前述段落中的任一段落的设备的进一步非限制性实施例中，所述一个或多个通孔或脊部包含多个通孔或多个脊部。
一种操作根据本发明的另一示范性方面的设备的方法尤其包含衬底、衬底上的至少一个半导体光检测器、衬底上的光学波导以及衬底表面中的一个或多个通孔或衬底表面上的一个或多个脊部。使用光学波导将光引导到至少一个检测器。使用用于进行中断的一个或多个通孔或脊部，至少部分中断从光学波导外部沿着表面朝向至少一个半导体光检测器传播的光。
在先前段落的方法的进一步非限制性实施例中，所述设备包含在至少一个半导体光检测器附近的位于衬底表面上的光吸收性材料或光反射性材料，并且所述方法包括使用所述光吸收性材料来进行以下项中的一者：吸收从光学波导外部沿着所述表面朝向至少一个半导体光检测器传播的至少一些光或反射所述至少一些光。
在前述段落中的任一段落的方法的进一步非限制性实施例中，衬底表面中的一个或多个通孔或衬底表面上的一个或多个脊部包含多个通孔或多个脊部，且所述一个或多个通孔或脊部针对光学电信S、C和/或L波段中的一者或多者中的光形成布拉格反射器。
在前述段落中的任一段落的方法的进一步非限制性实施例中，衬底表面中的一个或多个通孔或一个或多个脊部包括针对光学电信S、C及L波段中的一者或多者中的光形成布拉格反射器的多个通孔。
在先前段落中的任一段落的方法的进一步非限制性实施例中，定位为邻近于光学波导的一个或多个通孔或脊部的节段经定向成横向于光学波导的邻近节段。
在先前段落中的任一段落的方法的进一步非限制性实施例中，一个或多个通孔或脊部包含针对光学电信S、C及L波段中的一者或多者中的光形成布拉格反射器的多个脊部。
在先前段落中的任一段落的方法的进一步非限制性实施例中，所述一个或多个通孔或脊部的节段经定向成相对于光学波导的邻近节段倾斜。
在先前段落中的任一段落的方法的进一步非限制性实施例中，光检测器至少部分定位于衬底表面上。
在先前段落中的任一段落的方法的进一步非限制性实施例中，一个或多个通孔或脊部基本上包围光检测器。
在先前段落中的任一段落的方法的进一步非限制性实施例中，一个或多个通孔或脊部包含多个通孔或多个脊部。
本领域所属技术人员将从以下详细描述明白至少一个所公开的示例性实施例的各种特征和优点。随附详细描述的图式可简要描述为如下。
附图说明
图1示意性地图示了光检测器的示例性实施例。
图2是沿着图1中的线2-2截取的横截面图，其示出了实例通孔轮廓。
图3是另一实例通孔轮廓的横截面图。
图4是另一实例通孔轮廓的横截面图。
图5示意性地图示了另一实例光检测器配置。
图6示意性地图示了另一实例光检测器配置。
具体实施方式
图1示意性地图示了光检测器20的所选部分。在一些实施例中，光检测器装置20为例如光子集成电路等光学组件的一部分。在这类实施例中，光检测器20例如可用于监测输入信号的功率。
在本描述中使用术语“光”来指代可见或红外波长下的电磁辐射。例如，光可具有在光学电信C、L和/或S波段中的波长。
光检测器20包含衬底22，衬底22在所示实例中包括硅。其它实施例包含不同衬底材料。至少一个光检测器24被支撑于衬底22上。光检测器24可为能够感测可见光、紫外光和/或红外光的各种已知光检测器中之一者(例如，二极管或晶体管)。光检测器24提供对入射在光检测器24上的光的指示。例如，光检测器24可提供对入射在检测器24上的光的功率的指示。
衬底22上的通道26为经配置以朝向光检测器24进行折射率导光的光学波导。通道26包含至通道26的入口30以及光检测器24附近的出口34。通道26引导光沿着其纵轴36传播。
尽管通道26可引导光朝向光检测器24传播，但是例如散射光等其它光可沿着至少一个其它轨迹靠近光检测器24，所述其它轨迹可平行于或横向于通道26的引导方向。例如，在包含较高功率的本机振荡器输入信号的光子集成电路实施例中，本机振荡器可产生大量散射光。尽管通道26将沿着通道26引导光信号以供光检测器24检测，但是例如来自本机振荡器的散射光等其它光可能存在于光检测器24附近。
如从图1和2可了解，装置20包含沿着光可沿其靠近检测器24的至少一个平面的至少一个表面变动。在本实例中，表面变动包括衬底中的至少一个通孔40。所示实例包含多个通孔40。一个或多个通孔40侧向包围衬底22上包含光检测器24的区域。一个或多个通孔40经定位以减少到达光检测器24的散射光或杂散光的量或强度。通孔40经定位以至少部分中断从通道26外部沿着衬底22的表面靠近光检测器24的光线。一个或多个通孔40偏转或反射沿着通孔40与衬底22之间的界面传播的光。此光的偏转或反射因衬底材料(例如，硅)与一个或多个通孔40中的空气、真空或任何其它光学透明光学材料之间的折射率差而发生。
在邻近于通道26处，通孔40中的一者或多者经对准成至少部分横向于通道26的方向。即，在邻近于通道26处，通孔40的方向具有至少部分横向于通道26的轴36的长度l。例如，通孔的邻近部分可垂直于通道26。所示实例中每个通孔的深度d大体上垂直于通道26的轴36。通常，一个或多个通孔40定位于衬底22上以基本上不干涉通道26中的光。例如，一个或多个通孔40通常不跨越通道26并且可通过间隙与通道26分离。这个间隙可例如足够大使得由通道26引导的光未被一个或多个通孔40显著地反射或散射。
图2所示的一个或多个通孔40具有例如近似矩形的横截面轮廓。在这类实施例中，每个通孔包括侧壁42和端壁44。在本实例中，从通孔40的外边缘(即，衬底22的表面)到端壁44的距离对应于深度d。在其它实施例中，一个或多个通孔40的横截面形状可为例如弯曲的、半圆形的、梯形的等等。
图3示出了通孔40的非简单连接横截面轮廓的实例。对于此轮廓，侧壁42具有相对于通道26中的传播方向以倾斜角度对准的一个或多个节段42a和42b。这类倾斜定向的侧壁42可偏转或反射通孔40内的光或以其它方式使光远离光检测器24。
图4示出了至少部分经修圆的通孔40的横截面轮廓的示例性实施例。
如果一个或多个通孔40的至少一者或其某个组合近似侧向包围衬底上的光检测器24，那么一个或多个通孔40会将从大致任何方向靠近光检测器24的杂散光或散射光的一部分反射远离检测器24。在所示实施例中，至少一个通孔节段定位在光检测器24的每一侧上。
沿着光检测器24的一侧或多侧包含一系列通孔40(如所示)可增加最初朝向光检测器24传播的杂散光或散射光的衰减。如果这一系列中的通孔40的反射表面被隔开该处光的有效波长的四分之一的奇数倍，那么通孔40中的不同者对光的反射可相长地相加以进一步衰减在光检测器24处这类杂散光或散射光的强度。对于例如光学接收器等电信设备中的使用，有效波长可为光学电信C波段和/或L波段中的波长。
尽管所示通孔40包含侧向地围绕光检测器24形成矩形或多边形图案的线性节段，但是在其它实施例中也可使用其它几何图形或形状。
一些实施例可包含通孔40的组合。在这类组合中，不同通孔40中的一些可具有不同的横截面轮廓。在这类组合中，通孔40中的不同者可围绕光检测器24形成不同侧向图案，例如圆形和正方形。
一个或多个通孔40可使用常规技术而形成在衬底22中，例如掩模控制的湿式和/或干式蚀刻。基于这个描述，相关领域的技术人员将能够制作合适通孔，而不进行过度实验。
一个或多个通孔40减少入射在光检测器24上的散射或杂散光量，这可增强光检测器24提供沿着光学波导26有意引导的光的精确指示的能力。减少或消除检测到的杂散光可减少光检测器24的输出测量信号中的系统性和/或随机噪音的量。因此，与不具有类似于一个或多个通孔40的任何通孔的布置相比，装置20可对所关注的光更灵敏。
所示装置20可包含在光检测器24附近的位于衬底22的至少一个区域上的光吸收性和/或光反射性材料50。在所示实例中，吸收性材料50以大体上包围光检测器24的方式定位于通孔40的两侧上。在一些实例中，吸收性材料50被设置在通孔40内部。吸收性材料50可经配置以吸收正沿着光检测器24所在的平面移动的光。例如，光反射性材料50可具有带隙，所述带隙小至足以或经配置以实现在散射光和/或杂散光的波长下的光对电荷载子的激发并且将此光的能量部分地转换成其它激发，例如声子。示例性光吸收性和/或光反射性材料可包含掺杂硅、锗、金属或这些实例中的两个或更多个的组合。金属的一个特征在于其可经定位以反射杂散光或散射光使其远离光检测器24及具有经定向以反射杂散光或散射光使其远离光检测器24的表面，因此用作光反射材料。
通孔40与光吸收性材料和/或光反射性材料50的组合可提高来自光检测器24的电测量信号的信噪比。因此，在光子集成电路实施例中，光检测器24可对所测量的光信号的功率具有实际上更高的灵敏度，这是因为一个或多个通孔40和/或光吸收性材料和/或光反射性材料50减少入射在光检测器24上的杂散光或散射光的量，例如原本将从相干光学接收器中的较高功率的本机光振荡器入射在光检测器上的光。
图1示意性示出了在60处、从光学波导26外部靠近光检测器24的杂散光。表示杂散光60的虚线的粗度示意性地指示杂散光的强度。在图示的左侧，示出了在62处示出的沿着朝向光检测器24的轨迹引导的杂散光的第一强度。在光60通过光吸收性材料和/或光反射性材料50的第一部分之后，此光的强度如在64处所示较小，这是因为光吸收性材料和/或光反射性材料50吸收或反射了所述光中的一些。
光检测器24的左侧上的一个或多个通孔40(根据图示)也可导致这类杂散光60中的至少一些被部分偏转或反射，这可导致继续靠近光检测器24的此光60的强度的进一步减小。例如，一个或多个通孔40可沿着衬底表面相对间隔开以针对这类杂散光或散射光的波长附近的光波长形成布拉格反射器。举一个实例，通孔40中的邻近者之间的间距可为近似(N+1/2)λ，其中λ是当杂散光沿着衬底表面或沿着衬底表面和上方传播时杂散光的有效波长(例如，等于这类光的波长加/减10％或加/减20％)。此处，有效波长可为C、L或S光学电信波段中的光波长和/或可为由相干光学接收器的本机光学振荡器发射的光的有效波长，其中所述相干光学接收器包含光检测器24。在66处光的较细虚线指示一个或多个通孔40对仍然遵循朝向光检测器24的轨迹的光的强度可能发生的影响。
在本实例中，光吸收性材料和/或光反射性材料50的另一区域可定位在通孔40与光检测器24之间。接着，在66处的杂散光或散射光的强度可随着其被材料50吸收或反射而进一步减小。在本实例中，基本上可防止所有的光60到达光检测器24。光吸收性材料和/或光反射性材料50与一个或多个通孔40(例如，布置为光学布拉格反射器)的组合效应可消除或大为减少在光检测器24上的光噪音源，从而增强光检测器24提供对从光学波导26入射在光检测器24上的光的强度的精确指示的能力。
图5图示了另一示例性实施例，其中光学波导26定向成相对于一个或多个通孔40的位于衬底22上为光学波导26所横跨的区域中的区段的长度成倾斜角度。在本实例中，一个或多个通孔40的深度对于通孔40的横截面轮廓的一些配置而言可为大致垂直于光学波导的轴36并且对于其它配置不垂直于所述轴36。光学波导26相对于一个或多个通孔40成倾斜角度的这个示例性定向可通过在杂散光或散射光从对应于沿着光学波导26的方向的方向(例如来自图1的底部)靠近时进一步减小到达光检测器24的杂散光或散射光的强度，而进一步增加光检测器的灵敏度。光学波导26的其它布置是可行的，其包含通道长度的至少一些经定位以建立杂散光或散射光在朝向光检测器24的途中必须跨越的屏障或障碍物。光学波导26的长度的至少一些可经定位成横向于来自通道26外部的此杂散光或散射光的大部分朝向光检测器24所沿的方向。例如，光学波导24可具有经定位成横向于光检测器24与定位在相干光学接收器的光学芯片上的本机光学振荡器之间的线的节段(即，用于截断和衰减来自其的散射或杂散光)。
尽管所示光学波导26中的每个可为笔直，但是其它实施例也可包含沿着通道26的长度包含一个或多个弯曲部或角度的光学波导26。例如，光学波导26可具有弯曲、蜿蜒或之字形配置。
尽管图1和5的装置20包含在衬底22的表面中的一个或多个通孔40的阵列，但是其它实施例也可包含在衬底22表面上的例如脊部70等表面变动，如图6中示意性所示。在一些实例中，脊部70包含脊部的至少一部分上的吸收性材料50。脊部70可布置成多种图案以减少或消除到达检测器24的散射光。
例如，一些实施例可包含具有大致与图1和图5的通孔40相同的相对布置(例如，相对于光检测器24和光学波导26)的这类脊部70的图案。举一个实例，这类脊部70可经布置以沿着衬底22的表面近似形成布拉格反射器。这类基于脊部的布拉格反射器可经配置以基本上反射在光学电信波长(例如，光学电信C、S和/或L波段的波长)下法向入射在其上的光。例如，这类脊部70的相邻者之间的间距可等于(N+1/2)λ，其中λ是当光沿着衬底表面或邻近于衬底表面传播时C、L和/或S电信波段中的光的有效波长且N为任何整数。例如，脊部的间距可为本机光学振荡器或相干光学接收器(例如，衬底22上的本机光学振荡器)的光的有效波长的近似1/2、3/2、5/2或7/2倍(例如，加/减10％或20％)。
尽管上文结合一个或多个特定实施例描述了各种特征和方面，但是那些特征和方面不一定为相应实施例所独有。所公开的特征和方面可以除上文所具体提及的方式以外的方式组合。换句话说，一个实施例的任何特征可为另一实施例所包含或以另一实施例的特征替代。
先前描述本质上是说明性的而非限制性的。本领域所属技术人员可明白对至少一个所公开实例的变动和修改，所述变动和修改不一定脱离由所公开实例提供的对本领域的贡献的本质。合法保护范围仅可通过研读所附权利要求书而确定。
Claims (8)
1.一种设备，其包括：
衬底；
所述衬底上的至少一个半导体光检测器；
所述衬底上的光学波导，所述光学波导经配置以将光引导到所述至少一个光检测器；以及
所述衬底的表面中的一个或多个通孔或所述衬底的所述表面上的一个或多个脊部，所述一个或多个通孔或一个或多个脊部侧向包围所述至少一个半导体光检测器，所述一个或多个通孔或脊部经配置以至少部分中断从所述光学波导外部沿着所述表面朝向所述至少一个半导体光检测器传播的光；以及
所述检测器附近的位于衬底的所述表面上的光吸收性材料或光反射性材料，所述光吸收性材料或所述光反射性材料经配置以吸收从所述光学波导外部沿着所述表面朝向所述至少一个半导体光检测器传播的至少一些光或反射所述至少一些光。
2.根据权利要求1所述的设备，其中
所述衬底的表面中的所述一个或多个通孔或所述衬底的所述表面上的一个或多个脊部包含多个通孔或多个脊部，并且
所述多个通孔或脊部针对光学电信S、C和/或L波段中的一者或多者中的光形成布拉格反射器。
3.根据权利要求1所述的设备，
定位为邻近于所述光学波导的所述一个或多个通孔或脊部的节段经定向成横向于所述光学波导的邻近节段。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述一个或多个通孔或脊部的所述节段经定向成相对于所述光学波导的邻近节段倾斜。
5.一种操作设备的方法，所述设备包含：
衬底；
所述衬底上的至少一个半导体光检测器；
所述衬底上的光学波导；以及
所述衬底的表面中的一个或多个通孔或所述衬底的所述表面上的一个或多个脊部，所述一个或多个通孔或一个或多个脊部侧向包围所述至少一个半导体光检测器，所述方法包括以下步骤：
使用所述光学波导将光引导到所述至少一个检测器；以及
使用用于进行中断的所述一个或多个通孔或脊部，至少部分中断从所述光学波导外部沿着所述表面朝向所述至少一个半导体光检测器传播的光；
其中所述设备包含所述至少一个半导体光检测器附近的位于衬底的所述表面上的光吸收性材料或光反射性材料，并且所述方法包括使用所述光吸收性材料或所述光反射性材料来吸收从所述光学波导外部沿着所述表面朝向所述至少一个半导体光检测器传播的至少一些光或反射所述至少一些光。
6.根据权利要求5所述的方法，其中
所述衬底的表面中的所述一个或多个通孔或所述衬底的所述表面上的所述一个或多个脊部包含多个通孔或多个脊部，并且
所述多个通孔或脊部针对光学电信S、C和/或L波段中的一者或多者中的光形成布拉格反射器。
7.根据权利要求5所述的方法，其中
定位为邻近于所述光学波导的所述一个或多个通孔或脊部的节段经定向成横向于所述光学波导的邻近节段。
8.根据权利要求5所述的方法，其中所述一个或多个通孔或脊部的节段经定向成相对于所述光学波导的邻近节段倾斜。
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