CN111816717A - 一种谐振增强型光探测器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种谐振增强型光探测器及其制备方法，谐振增强型光探测器包括：由下至上依次形成的第一亚波长光栅层、衬底、第一接触层、吸收层、第二接触层、光栅间隔层以及第二亚波长光栅层，所述第一接触层和所述第二接触层上分别形成有n型接触电极和p型接触电极。该光探测器具有高量子效率、高响应带宽、偏振敏感、可实现角度偏转、制作工艺简单的优点。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种谐振增强型光探测器及其制备方法。
背景技术
随着光电探测器在光通信系统、成像系统和军事领域中的广泛使用，光电探测器朝着高性能和高集成度的方向发展。传统的谐振腔增强型光电探测器(RCE-PD，ResonantCavity Enhanced-Photo Detector)都是通过一定对数的上下分布式布拉格反射镜(DBR，Distributed Bragg Reflector)来实现光束在器件中的谐振，以此来增强RCE-PD的光吸收率进而增强器件的响应度。然而，由于DBR两种材料之间折射率差较小的问题，导致DBR的对数较多，造成了RCE-PD功能单一和制备较难的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种谐振增强型光探测器及其制备方法，用以解决传统的谐振腔增强型光电探测器功能单一和制备较难的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种谐振增强型光探测器，包括：
由下至上依次形成的第一亚波长光栅层、衬底、第一接触层、吸收层、第二接触层、光栅间隔层以及第二亚波长光栅层，所述第一接触层和所述第二接触层上分别形成有n型接触电极和p型接触电极。
可选地，所述第一亚波长光栅层和所述第二亚波长光栅层的光栅图案均为一维非周期高折射率差亚波长光栅。
可选地，所述第一亚波长光栅层和所述第二亚波长光栅层的光栅图案均为非周期光栅，所述光栅图案由AlGaAs与Al2O3交替排列组成，反射率大于90％，光谱宽度为300～700nm。
可选地，所述第一接触层、吸收层和第二接触层分别为N-GaAs、I-GaAs以及P-AlGaAs。
可选地，所述N-GaAs的厚度为500nm，载流子浓度为4×1018cm-3；所述I-GaAs为弱n型吸收层，所述I-GaAs的厚度为310nm，载流子浓度为1×1014cm-3；所述P-AlGaAs的厚度为300nm，载流子浓度为5×1019cm-3。
可选地，所述光栅间隔层为GaInp光栅间隔层。
第二方面，本发明实施例提供一种谐振增强型光探测器的制备方法，包括：
在衬底背面生长第一亚波长光栅层；
在衬底正面由下至上依次生长第一接触层、吸收层、第二接触层、光栅间隔层以及第二亚波长光栅层，所述第一接触层和所述第二接触层上分别形成有n型接触电极和p型接触电极。
可选地，所述方法还包括：
采用湿法氧化方式分别对所述第一亚波长光栅层和所述第二亚波长光栅层进行局部氧化，以形成非周期的亚波长光栅层。
可选地，所述第一亚波长光栅层和所述第二亚波长光栅层为生长厚度均为250nm的Al0.98Ga0.02As，其中，Al与Ga的比例为0.98:0.02。
可选地，所述衬底、第一接触层、吸收层和第二接触层、光栅间隔层分别为GaAs、N-GaAs、I-GaAs、P-AlGaAs以及GaInp，其中，所述GaAs的厚度为250μm，所述N-GaAs的厚度为500nm，所述I-GaAs的厚度为310nm，所述P-AlGaAs的厚度为300nm，所述GaInp的厚度为300nm。
本发明实施例提供的谐振增强型光探测器及其制备方法，采用亚波长光栅来取代上下分布式布拉格反射镜，借助亚波长光自身功能特点，可以实现宽光谱范围内的高反射率、偏振选择与光束角度偏转的功能。基于该亚波长光栅的光探测器具有高量子效率、高响应带宽、偏振敏感、可实现角度偏转、制作工艺简单的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种谐振增强型光探测器结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种谐振增强型光探测器的制备方法流程图。
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，本领域普通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。
请参阅图1，本发明实施例公开了一种谐振增强型光探测器，包括：
由下至上依次形成的第一亚波长光栅层101、衬底102、第一接触层103、吸收层104、第二接触层105、光栅间隔层106以及第二亚波长光栅层107，所述第一接触层103和所述第二接触层105上分别形成有n型接触电极和p型接触电极。
其中，第一亚波长光栅层101和第二亚波长光栅层107中的光栅图案可以为具有特定形状的亚波长光栅。
在一些可能的实施例中，所述第一亚波长光栅层101和所述第二亚波长光栅层107的光栅图案均为一维非周期高折射率差亚波长光栅。从而可以同时实现宽光谱范围内的高反射率、偏振选择与光束角度偏转的功能。
在一些可能的实施例中，所述第一亚波长光栅层101和所述第二亚波长光栅层107的光栅图案均为非周期光栅，所述光栅图案由AlGaAs与Al2O3交替排列组成，反射率大于90％，光谱宽度为300～700nm。
在一些可能的实施例中，所述第一接触层103、吸收层104和第二接触层105分别为N-GaAs、I-GaAs以及P-AlGaAs。进一步的，所述N-GaAs的厚度为500nm，载流子浓度为4×1018cm-3；所述I-GaAs为弱n型吸收层，所述I-GaAs的厚度为310nm，载流子浓度为1×1014cm-3；所述P-AlGaAs的厚度为300nm，载流子浓度为5×1019cm-3。
其中，光探测器的吸收腔采用P-I-N型光探测器结构，分别为N-GaAs、I-GaAs以及P-AlGaAs。
在一些可能的实施例中，所述光栅间隔层106为GaInp光栅间隔层。
在一些可能的实施例中，所述衬底102为GaAs衬底。
可见，本发明实施例提供的谐振增强型光探测器，采用亚波长光栅来取代上下分布式布拉格反射镜，亚波长光栅首先可以由高Al组分的AlGaAs构成，通过湿法氧化形成Al2O3与AlGaAs交替排布的亚波长光栅层。该方法极大地简化了实验的工艺，降低了实验制备的难度，提高了器件的可靠性，可以同时实现宽光谱范围内的高反射率、偏振选择与光束角度偏转的功能。基于该亚波长光栅的光探测器具有高量子效率、高响应带宽、偏振敏感、可实现角度偏转、制作工艺简单的优点。
基于上述实施例的内容，本发明实施例提供了一种谐振增强型光探测器的制备方法，参见图2，该方法包括：
201、在衬底背面生长第一亚波长光栅层；
202、在衬底正面由下至上依次生长第一接触层、吸收层、第二接触层、光栅间隔层以及第二亚波长光栅层，所述第一接触层和所述第二接触层上分别形成有n型接触电极和p型接触电极。
其中，可以利用金属氧化物化学气相沉积(MOCVD，Metal-Organic ChemicalVapor Deposition)生长(形成)衬底对应的外延层，生长温度可以为1000～1300℃。
其中，可以采用光刻、电感耦合等离子体(ICP，Inductively Coupled Plasma)刻蚀和磁控溅射技术，在第一接触层(如N-GaAs)制作n型接触电极，在第二接触层(如P-AlGaAs)制作p型接触电极。
在一些可能的实施例中，所述方法还包括：
采用湿法氧化方式分别对所述第一亚波长光栅层和所述第二亚波长光栅层进行局部氧化，以形成非周期的亚波长光栅层。
具体地，可以利用湿法氧化生成AlGaAs与Al2O3交替排布的非周期亚波长光栅层。
在一些可能的实施例中，所述第一亚波长光栅层和所述第二亚波长光栅层为生长厚度均为250nm的Al0.98Ga0.02As，其中，Al与Ga的比例为0.98:0.02。
在一些可能的实施例中，所述衬底、第一接触层、吸收层和第二接触层、光栅间隔层分别为GaAs、N-GaAs、I-GaAs、P-AlGaAs以及GaInp，其中，所述GaAs的厚度为250μm，所述N-GaAs的厚度为500nm，所述I-GaAs的厚度为310nm，所述P-AlGaAs的厚度为300nm，所述GaInp的厚度为300nm。
可见，本发明实施例提供的谐振增强型光探测器的制备方法，采用亚波长光栅来取代上下分布式布拉格反射镜，亚波长光栅首先可以由高Al组分的AlGaAs构成，通过湿法氧化形成Al2O3与AlGaAs交替排布的亚波长光栅层。该方法极大地简化了实验的工艺，降低了实验制备的难度，提高了器件的可靠性，可以同时实现宽光谱范围内的高反射率、偏振选择与光束角度偏转的功能。基于该亚波长光栅的光探测器具有高量子效率、高响应带宽、偏振敏感、可实现角度偏转、制作工艺简单的优点。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种谐振增强型光探测器，其特征在于，包括：
由下至上依次形成的第一亚波长光栅层、衬底、第一接触层、吸收层、第二接触层、光栅间隔层以及第二亚波长光栅层，所述第一接触层和所述第二接触层上分别形成有n型接触电极和p型接触电极。
2.根据权利要求1所述的谐振增强型光探测器，其特征在于，所述第一亚波长光栅层和所述第二亚波长光栅层的光栅图案均为一维非周期高折射率差亚波长光栅。
3.根据权利要求1所述的谐振增强型光探测器，其特征在于，所述第一亚波长光栅层和所述第二亚波长光栅层的光栅图案均为非周期光栅，所述光栅图案由AlGaAs与Al2O3交替排列组成，反射率大于90％，光谱宽度为300～700nm。
4.根据权利要求1所述的谐振增强型光探测器，其特征在于，所述第一接触层、吸收层和第二接触层分别为N-GaAs、I-GaAs以及P-AlGaAs。
5.根据权利要求4所述的谐振增强型光探测器，其特征在于，所述N-GaAs的厚度为500nm，载流子浓度为4×1018cm-3；所述I-GaAs为弱n型吸收层，所述I-GaAs的厚度为310nm，载流子浓度为1×1014cm-3；所述P-AlGaAs的厚度为300nm，载流子浓度为5×1019cm-3。
6.根据权利要求1所述的谐振增强型光探测器，其特征在于，所述光栅间隔层为GaInp光栅间隔层。
7.一种谐振增强型光探测器的制备方法，其特征在于，包括:
在衬底背面生长第一亚波长光栅层；
在衬底正面由下至上依次生长第一接触层、吸收层、第二接触层、光栅间隔层以及第二亚波长光栅层，所述第一接触层和所述第二接触层上分别形成有n型接触电极和p型接触电极。
8.根据权利要求7所述的谐振增强型光探测器的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：
采用湿法氧化方式分别对所述第一亚波长光栅层和所述第二亚波长光栅层进行局部氧化，以形成非周期的亚波长光栅层。
9.根据权利要求7所述的谐振增强型光探测器的制备方法，其特征在于，所述第一亚波长光栅层和所述第二亚波长光栅层为生长厚度均为250nm的Al0.98Ga0.02As，其中，Al与Ga的比例为0.98:0.02。
10.根据权利要求7所述的谐振增强型光探测器的制备方法，其特征在于，所述衬底、第一接触层、吸收层和第二接触层、光栅间隔层分别为GaAs、N-GaAs、I-GaAs、P-AlGaAs以及GaInp，其中，所述GaAs的厚度为250μm，所述N-GaAs的厚度为500nm，所述I-GaAs的厚度为310nm，所述P-AlGaAs的厚度为300nm，所述GaInp的厚度为300nm。
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