CN109817730A - 一种光探测器和光探测器的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光探测器和光探测器的制作方法。该光探测器,包括:衬底,以及沿入射光传播方向依次同层设置在所述衬底上的无源波导区、吸收区和反射光栅区;无源波导区用于将光耦合至所述吸收区,反射光栅区用于将未被所述吸收区吸收的光反射回所述吸收区,通过本发明的光探测器,利用反射光栅区将未被吸收区吸收的光信号反射到吸收区,进行二次吸收,提高光探测器对光信号的吸收能力,从而能够实现光探测器对光信号的高响应度。
Description
技术领域
本发明涉及光电集成技术领域,具体涉及一种光探测器和光探测器的制作方法。
背景技术
在硅光系统中,锗探测器的研制一直以来是一个技术难点。目前在SOI衬底上外延锗的技术已被广泛研究,研究者们提出不同的工艺技术和器件结构,以期实现高带宽高响应度的PD。但锗是间接带隙材料,对1550nm波长的光吸收系数较小,而InGaAs材料吸收系数约为8000cm-1,通过在锗材料生长时引入拉应力可将吸收系数增加到4000cm-1,但仍显著低于InGaAs材料的吸收系数。因此锗探测器对1550nm波长的光响应度就比较低。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供了一种光探测器和光探测器的制作方法,以解决锗探测器对1550nm波长的光响应度低的问题。
根据第一方面,本发明实施例提供了一种光探测器,包括:衬底,以及沿光传播方向依次同层设置在所述衬底上的无源波导区、吸收区和反射光栅区;所述无源波导区用于将所述入射光耦合至所述吸收区;所述反射光栅区用于将未被所述吸收区吸收的光反射回所述吸收区。
结合第一方面,在第一方面第一实施方式中,所述反射光栅区包括:周期性排布的硅层和氧化硅层。
结合第一方面,在第一方面第二实施方式中,所述反射光栅结构的光栅占空比为50%。
结合第一方面第一实施方式,在第一方面第三实施方式中,所述反射光栅结构的排布周期为0.3-0.4μm。
结合第一方面第一实施方式,在第一方面第四实施方式中,所述无源波导区接收所述入射光的一端的端面面积小于与所述吸收区耦合的一端的端面面积。
结合第一方面第四实施方式,在第一方面第五实施方式中,所述无源波导区与所述吸收区耦合的一端的端面与所述吸收区被所述无源波导区耦合的一端的端面重合,所述吸收区与所述反射光栅区耦合的一端与所述反射光栅区被所述吸收区耦合的一端的端面重合。
结合第一方面,在第一方面第六实施方式中,所述吸收区的材料包括锗,所述吸收区沿所述入射光传播方向的长度为10-15μm,所述吸收区在水平垂直于所述入射光传播方向的长度为1-4μm,所述吸收区在竖直垂直于所述入射光传播方向的长度为0.1-0.3μm。
根据第二方面,本发明实施例提供了一种光探测器的制作方法,包括:提供一SOI衬底;在所述SOI衬底的中间区域光刻形成窗口;在所述窗口内生长锗材料形成吸收区;在所述吸收区一侧形成反射光栅区;在所述吸收区另一侧形成无源波导区。
结合第二方面,在第二方面第一实施方式中,所述在所述吸收区一侧形成反射光栅区包括:在所述吸收区的一侧形成等间距排布的硅层;在所述硅层之间填充氧化硅,形成所述反射光栅区。
结合第二方面,在第二方面第二实施方式中,在所述吸收区另一侧形成无源波导区之后还包括:在所述SOI衬底形成钝化层,所述钝化层包覆所述吸收区、所述无源导波区和所述反射光栅区;在所述吸收区上方的所述钝化层中形成通孔,形成电极。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:利用反射光栅将吸收区未被吸收的光反射回去,进行二次吸收。从而提高锗探测器对光信号的响应度,并且该光探测器的工艺难度小,尺寸小,易于大规模集成。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点,附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制,在附图中:
图1示出了本发明实施例中的光探测器的结构示意图;
图2示出了本发明实施例中的光探测器制作方法的流程框图;
图3示出了本发明实施例中的光探测器制作方法的SOI衬底结构图;
图4示出了本发明实施例中的光探测器制作方法的光探测器的部分结构正视图;
图5示出了本发明实施例中的光探测器制作方法的光探测器的部分结构正视图;
图6示出了本发明实施例中的光探测器制作方法的光探测器的部分结构正视图;
图7示出了本发明实施例中的光探测器制作方法的光探测器的部分结构正视图;
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明实施例提供了一种光探测器,如图1所示,该光探测器的结构包括:衬底4,以及沿光传播方向依次同层设置在所述衬底上的无源波导区1、吸收区2和反射光栅区3,光纤中的光耦合入无源波导1内传输,当光传输至无源波导1和吸收区2的界面时耦合入吸收区2内被吸收,未被吸收的光会耦合入反射光栅区3,被反射光栅反射回吸收区2进行二次吸收。在实际应用中,该光探测器的无源波导区1、吸收区2和反射光栅区3周围和上方包裹钝化层7,吸收区2与贯穿钝化层7的电极5连接,通过电极5传输信号。
通过本发明实施例的光探测器,通过反射光栅3将吸收区2未被吸收的光反射回去,进行二次吸收,从而能够实现光探测器对光的极大吸收,提高光探测器对光信号的响应度。
可选地,在本发明一些实施例中,反射光栅区包括:硅层和氧化硅层周期性排布构成光栅结构,光栅结构的空占比为50%,光栅结构的周期为0.3-0.4μm,在实际应用中,可以将光栅结构的长度周期设置为0.31μm。
可选地,在本发明一些实施例中,无源波导区1接收光的一端的端面面积小于与所吸收区耦合的一端的端面面积,无源波导区1的形状为凸台形结构,本发明实施例只是举例说明,不限定无源波导区的形状。
可选地,在本发明一些实施例中,无源波导区1与吸收区2耦合的一端的端面与吸收区2被无源波导区1耦合的一端的端面重合,吸收区2与反射光栅区3耦合的一端与反射光栅区3被所述吸收区耦合的一端的端面重合,在实际应用中,无源波导区1、吸收区2、反射光栅区3等高相接。
可选地,在本发明一些实施例中,吸收区2的材料包括锗材料,吸收区沿所述入射光传播方向的长度,即吸收区2的长度为10-15μm,吸收区2在水平垂直于所述入射光传播方向的长度,即吸收区2的宽度为1-4μm,吸收区1在竖直垂直于所述入射光传播方向的长度,即吸收区2的高度为0.1-0.3μm,在实际应用中,可将吸收区2的高度设置为0.2μm。
本发明的实施例还提供一种光探测器的制作方法,如图2所示,该方法包括以下步骤:
步骤S101:提供一SOI衬底,如图3所示,SOI衬底包括:顶层硅8和埋氧层9,并将SOI衬底清洗干净用于后序加工。
步骤S102:采用等离子体增强化学气相沉积法(以下简称PECVD技术)在SOI衬底的顶层硅8上沉积氧化硅,作为掩蔽层10,采用光刻技术在顶层硅8的中开出预设尺寸的凹槽,并用湿法腐蚀或干法刻蚀的方式将凹槽内硅材料去除,如图4所示,
步骤S103:采用选区外延的方式在凹槽区域进行锗材料的生长,随后按照预设的高度进行抛光研磨,形成吸收区2,如图5所示。
步骤S104:采用PECVD技术在吸收区2一侧部分沉积氧化硅,掩蔽刻蚀出预设尺寸的等间距排列的硅层,如图6所示,再向硅层之间的空隙填充氧化硅形成反射光栅区3;
步骤S105:采用PECVD技术在吸收区2一侧部分沉积氧化硅,掩蔽刻蚀出预设尺寸的无源波导区1,如图7所示。
可选地,在本发明的一些实施例中,对上述实施例中步骤S104的SOI衬底进行后续处理,处理步骤包括:
步骤S106:对完成步骤S101到步骤S104的SOI衬底,采用PECVD技术在无源波导区1、反射光栅区3和吸收区2上方和周围沉淀氧化硅,形成钝化层7,钝化层7包裹无源波导区1、反射光栅区3和吸收区2。
步骤S107:在吸收区2上方的钝化层7开设通孔,溅射铝化钛材料,形成电极5,形成如图1所示的光探测器。
此外,下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
虽然结合附图描述了本发明的实施例,但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型,这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种光探测器,其特征在于,包括:
衬底,以及沿入射光传播方向依次同层设置在所述衬底上的无源波导区、吸收区和反射光栅区;
所述无源波导区用于将所述入射光耦合至所述吸收区;
所述反射光栅区用于将未被所述吸收区吸收的所述入射光反射回所述吸收区。
2.根据权利要求1所述的光探测器,其特征在于,所述反射光栅区包括:周期性排布的硅层和氧化硅层。
3.根据权利要求2所述的光探测器,其特征在于,所述反射光栅结构的光栅占空比为50%。
4.根据权利要求2所述的光探测器,其特征在于,所述反射光栅结构的排布周期为0.3-0.4μm。
5.根据权利要求1所述的光探测器,其特征在于,所述无源波导区接收所述入射光的一端的端面面积小于与所述吸收区耦合的一端的端面面积。
6.根据权利要求5所述的光探测器,其特征在于,所述无源波导区与所述吸收区耦合的一端的端面与所述吸收区被所述无源波导区耦合的一端的端面重合,所述吸收区与所述反射光栅区耦合的一端与所述反射光栅区被所述吸收区耦合的一端的端面重合。
7.根据权利要求1所述的光探测器,其特征在于,所述吸收区的材料包括锗,所述吸收区沿所述入射光传播方向的长度为10-15μm,所述吸收区在水平垂直于所述入射光传播方向的长度为1-4μm,所述吸收区在竖直垂直于所述入射光传播方向的长度为0.1-0.3μm。
8.一种光探测器的制作方法,其特征在于,包括:
提供一SOI衬底;
在所述SOI衬底的中间区域光刻形成凹槽;
在所述凹槽内形成吸收区;
在所述吸收区一侧形成反射光栅区;
在所述吸收区另一侧形成无源波导区。
9.根据权利要求8所述的光探测器的制作方法,其特征在于,所述在所述吸收区一侧形成反射光栅区包括:
在所述吸收区的一侧形成等间距排布的硅层;
在所述硅层之间填充氧化硅,形成所述反射光栅区。
10.根据权利要求8所述的光探测器的制作方法,其特征在于,在所述吸收区另一侧形成无源波导区之后,还包括:
在所述SOI衬底形成钝化层,所述钝化层包覆所述吸收区、所述无源导波区和所述反射光栅区;
在所述吸收区上方的所述钝化层中形成通孔,并形成电极。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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