CN106876418B - 一种光电探测器阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光电探测器阵列，包括半绝缘的衬底层；覆盖在所述衬底层表面的绝缘钝化层；设置在所述衬底层上且位于所述钝化层内的至少2个光电探测器；在每个所述光电探测器的N接触层上蒸镀的N接触电极；在每个所述光电探测器的P接触层上蒸镀的P接触电极；在所述N接触电极上开孔设置并在所述钝化层上蒸镀的接地大电极；以及在所述P接触电极上开孔设置并在所述钝化层上蒸镀的信号大电极。本发明将多个光电探测器按照以信号大电极为中心的对称结构设计，克服了单个光电探测器无法处理过大功率的光信号的弊端，以及传统光电探测器阵列的各光电探测器电信号容易在输出端产生相位失配而引起信号畸变的缺点；工艺简单、饱和功率大且响应度高。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，更具体地，涉及一种光电探测器阵列。
背景技术
目前，随着大容量光纤通信系统和光载无线链路及相控阵雷达等微波光子应用的迅猛发展，模拟光纤链路对于能够同时满足高速，大功率的光电探测器的需求也与日俱增。此外，高饱和光电探测器也可以简化光通信链路中接收机的设计复杂度，降低或去除接收机对阻抗匹配的低噪声电放大器的需求。
为了应对这些需求，近几年几种高速、大功率的光电探测器被提出并得到了大量的关注。但单个光电探测器在处理较大的光信号时仍然存在吸收层厚度的制约问题，较宽的吸收层厚度可以提高光电探测器的响应度和饱和特性，但会降低其3dB带宽；较窄的吸收层厚度可以使光电探测器响应更快，但将降低光电探测器的输出功率。
为了解决以上问题，几种不同结构的分布式光电探测器阵列被提出。分布式光电探测器阵列将入射信号光分散在数个独立光电探测器上进行吸收并将其输出电信号进行叠加，这样可以减小每个器件的吸收层厚度，克服了单个光电探测器的吸收层厚度制约问题。目前已公布的分布式光电探测器阵列包括垂直耦合和波导耦合两种耦合方式，但波导耦合方式耦合效率较低，会直接导致整个阵列的响应度较低。另外，基于波导型探测器的串联型光探测器阵列在大功率环境下前部光探测器会先达到饱和状态，而后部的光探测器接收到的光强较小，光功率分配不均也容易引入额外的信号畸变。
发明内容
本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种光电探测器阵列。
根据本发明的一个方面，提供一种光电探测器阵列，包括：
半绝缘的衬底层；
覆盖在所述衬底层表面的绝缘钝化层；
设置在所述衬底层上且位于所述钝化层内的至少2个光电探测器；
在每个所述光电探测器的N接触层上蒸镀的N接触电极；
在每个所述光电探测器的P接触层上蒸镀的P接触电极；
在所述N接触电极上开孔设置并在所述钝化层上蒸镀的接地大电极；以及
在所述P接触电极上开孔设置并在所述钝化层上蒸镀的信号大电极。
进一步，各个光电探测器的N接触电极通过所述接地大电极互相连通，各个光电探测器的P接触电极通过所述信号大电极互相连通；
所述信号大电极，用于将各个光电探测器产生的电信号进行叠加形成信号线；
所述接地大电极，用于将电信号接地形成地线。
进一步，各个光电探测器以所述信号大电极为中心呈中心对称分布，各个光电探测器的P接触电极到所述信号大电极的距离相等。
进一步，所述接地大电极为一环形结构，所述环形结构的中心与所述信号大电极的中心重合。
本发明提出一种光电探测器阵列，将多个光电探测器按照以信号大电极为中心的对称结构设计，各个光电探测器的N接触电极通过接地大电极相互连通，P接触电极通过信号大电极互相连通；可以将入射光均匀分配到几个独立的光电探测器，进行光电转换，各光电探测器产生的电信号经过相同的传输距离在信号大电极处叠加从而还原原注入信号。本发明克服了单个光电探测器无法处理过大功率的光信号的弊端，克服了传统波导型探测器的串联型光探测器阵列容易引起信号畸变的问题，也克服了传统光电探测器阵列中每个光电探测器单元距离信号输出端长度不同，各光电探测器单元的电信号容易在输出端产生相位失配而引起信号畸变的缺点；且相较于光电探测器阵列实现了工艺简单、易于制备、饱和功率大和响应度高的特点。
附图说明
图1为本发明实施例光电探测器阵列基本结构示意图；
图2为本发明实施例光电探测器阵列俯视示意图；
图3为本发明实施例光电探测器阵列包含两个光电探测器的俯视示意图；
图4为本发明实施例光电探测器阵列包含三个光电探测器的俯视示意图；
图5为本发明实施例光电探测器阵列包含四个光电探测器的俯视示意图；
图6为本发明实施例光电探测器阵列包含八个光电探测器的俯视示意图。
其中，1、衬底层，2、N接触电极，3、钝化层，4、接地大电极，5、信号大电极，6、P接触电极，7、光电探测器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，一种光电探测器阵列，包括：
半绝缘的衬底层1；
覆盖在所述衬底层表面的绝缘钝化层3；
设置在所述衬底层上且位于所述钝化层内的至少2个光电探测器7；
在每个所述光电探测器的N接触层上蒸镀的N接触电极2；
在每个所述光电探测器的P接触层上蒸镀的P接触电极6；
在所述N接触电极上开孔设置并在所述钝化层上蒸镀的接地大电极4；以及
在所述P接触电极上开孔设置并在所述钝化层上蒸镀的信号大电极5。
本实施例通过在半绝缘的衬底层1上设置多个光电探测器7，并通过信号大电极5将各个光电探测器7的电信号进行叠加从而还原原注入信号，克服了单个光电探测器无法处理过大功率的光信号的弊端，也克服了传统波导型探测器的串联型光探测器阵列容易引起信号畸变的问题。
本实施例中所述钝化层3为在整个衬底层1上覆盖的聚酰亚胺或二氧化硅。具体的，所述衬底层1经过减薄抛光处理。
作为一个可选的实施例，各个光电探测器7的N接触电极2通过所述接地大电极4互相连通，各个光电探测器7的P接触电极6通过所述信号大电极5互相连通；
所述信号大电极5，用于将各个光电探测器7产生的电信号进行叠加形成信号线；
所述接地大电极4，用于将电信号接地形成地线。
本实施例中各个光电探测器的N接触电极连接到所述接地大电极上而使所有光电探测器的N接触电极互通，各个光电探测器的P接触电极连接到所述信号大电极而使所有光电探测器的P接触电极互相连通，从而本实施例所述光电探测器阵列对外有一个接地大电极和一个信号大电极，这样所有的光电探测器在物理上为单个独立的器件，但在实际工作中是作为一个整体工作，通过所述接地大电极同时将所有光电探测器的电信号接地形成地线，通过所述信号大电极将所有光电探测器的电信号进行叠加还原，从而获得较大功率的电信号，克服了单个光电探测器无法处理过大功率的光信号的弊端；并且本实施例中所述光电探测器阵列中各光电探测器的连通方式为并联，整体上为并联工作，克服了传统波导型探测器的串联型光探测器阵列容易引起信号畸变的问题。
作为一个可选的实施例，各个光电探测器7以所述信号大电极5为中心呈中心对称分布，各个光电探测器7的P接触电6极到所述信号大电极5的距离相等。
现有技术光电探测器阵列中，由于各个光电探测器距离外部电路的距离不同，从而电信号从每个光电探测器单元传至外部电路的时间均有不同，容易在输出端产生相位失配而引起信号畸变，因此在设计阵列结构时还需要考虑各单元信号的相位匹配问题。
本实施例通过以所述信号大电极为中心，将所有光电探测器围绕所述信号大电极对称分布，并且使各个光电探测器的P接触电极到所述信号大电极的距离相等，以保证各光电探测器单元距离信号输出端长度相同，所有光电探测器的信号都通过所述信号大电极统一输出，从而克服了现有技术中因为各个光电探测器距离外部电路的距离不同而使得电信号到达外部电路时间不同而引起信号畸变的问题。
作为一个可选的实施例，所述接地大电极4为一环形结构，所述环形结构的中心与所述信号大电极5的中心重合。
本实施例中所述光电探测器阵列通过信号大电极为中心和接地大电极环形这样的结构，使得整体上具有对称的结构，实现了工艺简单、易于制备、饱和功率大和响应度高的特点。
图2为本发明实施例光电探测器阵列俯视示意图，图1的基本结构示意图可以看作图2黑色虚线处的剖面图。本实施例中光电探测器阵列中光电探测器的数量可根据实际应用需求而确定，图3为本发明实施例光电探测器阵列包含两个光电探测器的俯视示意图，图4为本发明实施例光电探测器阵列包含三个光电探测器的俯视示意图，图5为本发明实施例光电探测器阵列包含四个光电探测器的俯视示意图，图6为本发明实施例光电探测器阵列包含八个光电探测器的俯视示意图，各实施例中不论光电探测器阵列中包含几个光电探测器，各光电探测器的N接触电极通过环形接地大电极互相连通，各光电探测器的P接触电极通过信号大电极互相连通，并且各光电探测器的P接触电极距离信号大电极的距离相等，具有中心对称结构。由此类推，包含更多光电探测器的具有中心对称结构的光电探测器阵列均属于本发明的实施范围，在此不累述。
具体的，所述光电探测器7利用标准半导体工艺制作而成，为PIN光电探测器、单行载流子光电探测器和雪崩光电探测器中的任一种。
本发明对光电探测器阵列中的单个光电探测器7的类型不做限制，其类型可以是PIN光电探测器、单行载流子光电探测器或雪崩光电探测器，且每个光电探测器7均可以通过标准半导体工艺制作，使得光电探测器阵列制备工艺简单。
具体的，所述光电探测器7为垂直耦合的光耦合方式，入射光通过所述衬底层入射。
具体的，各个光电探测器7之间通过化学刻蚀至所述衬底层并且相互隔离。
如图1所示，本实施例中，单个光电探测器7的结构为垂直耦合型光电探测器，其P接触层上铺满P接触电极6，入光方向为衬底入光，入射光电探测器的光束将被P接触电极6反射再次经过光电探测器的吸收层实现二次吸收，使得本实施例中所述光电探测器阵列中的光电探测器相比普通垂直耦合型光电探测器拥有较高的响应度与量子效率。
在处理大功率、高速的入射光信号时，本实施例中的光电探测器阵列可以将均匀分配到几个独立的光电探测器的入射光信号进行光电转换，各光电探测器产生的电信号经过相同的传输距离在信号大电极处叠加从而还原原注入信号，克服了单个光电探测器无法处理过大功率的光信号的弊端，也克服了传统光电探测器阵列中每个光电探测器单元距离信号输出端长度不同，各光电探测器单元的电信号容易在输出端产生相位失配而引起信号畸变的缺点，相较于传统光电探测器阵列的制作工艺更加简单，饱和功率更大，且响应度更高。
最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种光电探测器阵列，其特征在于，包括：
半绝缘的衬底层；
覆盖在所述衬底层表面的绝缘钝化层；
设置在所述衬底层上且位于所述钝化层内的至少2个光电探测器；
在每个所述光电探测器的N接触层上蒸镀的N接触电极；
在每个所述光电探测器的P接触层上蒸镀的P接触电极；
在所述N接触电极上开孔设置并在所述钝化层上蒸镀的接地大电极；以及
在所述P接触电极上开孔设置并在所述钝化层上蒸镀的信号大电极；
其中，所述接地大电极为一环形结构，所述环形结构的中心与所述信号大电极的中心重合。
2.如权利要求1所述的光电探测器阵列，其特征在于，各个光电探测器的N接触电极通过所述接地大电极互相连通，各个光电探测器的P接触电极通过所述信号大电极互相连通；
所述信号大电极，用于将各个光电探测器产生的电信号进行叠加形成信号线；
所述接地大电极，用于将电信号接地形成地线。
3.如权利要求2所述的光电探测器阵列，其特征在于，各个光电探测器以所述信号大电极为中心呈中心对称分布，各个光电探测器的P接触电极到所述信号大电极的距离相等。
4.如权利要求1所述的光电探测器阵列，其特征在于，所述光电探测器利用标准半导体工艺制作而成，为PIN光电探测器、单行载流子光电探测器和雪崩光电探测器中的任一种。
5.如权利要求4所述的光电探测器阵列，其特征在于，所述光电探测器为垂直耦合的光耦合方式，入射光通过所述衬底层入射。
6.如权利要求1所述的光电探测器阵列，其特征在于，各个光电探测器之间通过化学刻蚀至所述衬底层并且相互隔离。
7.如权利要求1所述的光电探测器阵列，其特征在于，所述衬底层经过减薄抛光处理。
8.如权利要求1所述的光电探测器阵列，其特征在于，所述钝化层为在整个衬底层上覆盖的聚酰亚胺或二氧化硅。
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