CN111863984A - 光电探测器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光电探测器及其制作方法，所述光电探测器包括：衬底；设置在所述衬底上的缓冲层；设置在所述缓冲层远离所述衬底一侧的波导层；设置在所述波导层远离所述缓冲层一侧的渐变光学匹配层；设置在所述渐变光学匹配层远离所述波导层一侧的吸收层和阴极；设置在所述吸收层远离所述渐变光学匹配层一侧的包层；设置在所述包层远离所述吸收层一侧的接触层；设置在所述接触层一侧的阳极；其中，所述渐变光学匹配层为单层薄膜，在第一方向上，所述渐变光学匹配层的折射率逐渐增大；所述第一方向由所述波导层指向所述吸收层。应用本发明提供的技术方案，可以实现提前聚焦，提高耦合效率，降低器件工艺难度，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测技术领域，更具体的说，涉及一种光电探测器及其制作方法。
背景技术
光电探测器是半导体光电子器件领域的关键器件之一，近年来被广泛应用于光通信、光学传感、光学成像、自动驾驶等领域。尤其在光学传感、远距离成像等应用领域中，不仅要求光电探测器具有高的响应度、高的速率，而且要求器件具有宽的光谱范围。
对于PIN型光电探测器，为了使光从波导耦合到吸收层，倏逝波耦合的波导型PIN光电探测器通常采用折射率介于InP和In0.53Ga0.47As折射率的四元InGaAsP材料作为光学匹配层，现有技术中有采用一层光学匹配层和两种光学匹配层的，聚焦效果差，器件工艺复杂，且成本较高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种光电探测器及其制作方法，可以实现提前聚焦，提高耦合效率，降低器件工艺难度，降低成本。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种光电探测器，所述光电探测器包括：
衬底；
设置在所述衬底上的缓冲层；
设置在所述缓冲层远离所述衬底一侧的波导层；
设置在所述波导层远离所述缓冲层一侧的渐变光学匹配层；
设置在所述渐变光学匹配层远离所述波导层一侧的吸收层和阴极；
设置在所述吸收层远离所述渐变光学匹配层一侧的包层；
设置在所述包层远离所述吸收层一侧的接触层；
设置在所述接触层一侧的阳极；
其中，所述渐变光学匹配层为单层薄膜，在第一方向上，所述渐变光学匹配层的折射率逐渐增大；所述第一方向由所述波导层指向所述吸收层。
优选的，在上述的光电探测器中，所述渐变光学匹配层的折射率变化满足平方律分布，在所述第一方向上，所述渐变光学匹配层的折射率n(Y)满足：
或，所述渐变光学匹配层的折射率变化满足高斯渐变分布，在所述第一方向上，所述渐变光学匹配层的折射率n(Y)满足：
其中，A为平方律分布中的常数，σ为高斯渐变分布中的常数；Y为所述第一方向上的位置参数，n0为所述渐变光学匹配层与所述吸收层的交界面位置的折射率，为其最大折射率。
优选的，在上述的光电探测器中，所述渐变光学匹配层满足平方律分布，且属于离散型渐变，折射率范围是n1至n2，n1为所述渐变光学匹配层与所述波导层的交界面的折射率，为其最小折射率；n2＝n0；
在所述第一方向上，满足平方律分布的依次排布的N个不同位置中，任意一个位置的折射率ni满足：
其中，i＝0，1，2，…，N-1；N为大于1的正整数。
优选的，在上述的光电探测器中，所述渐变光学匹配层满足平方律分布，且属于连续型渐变，折射率范围是n1至n2，n1为所述渐变光学匹配层与所述波导层的交界面的折射率，为其最小折射率；n2＝n0；
在所述第一方向上，不同位置Y，任意一个位置的折射率n(Y)满足：
其中，i＝0，1，2，…，N-1；N为大于1的正整数；t为所述渐变光学匹配层的厚度。
优选的，在上述的光电探测器中，所述渐变光学匹配层在所述第一方向上具有五个等厚度的厚度位置，在所述第一方向上，该五个厚度位置的折射率分别为3.310、3.360、3.396、3.417、3.424；同一所述厚度位置的折射率在所述第一方向上不变。
优选的，在上述的光电探测器中，所述厚度位置的厚度均为150nm；所述吸收层的沿光侧入射的传播方向的长度为20μm。
优选的，在上述的光电探测器中，所述波导层与所述渐变光学匹配层齐平。
优选的，在上述的光电探测器中，所述渐变光学匹配层的材料为InxGaAsyP，通过调节所述渐变光学匹配层中In的比例参数x和As的比例参数y，调节其不同位置的折射率。
本发明还提供一种光电探测器的制作方法，所述制作方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上形成缓冲层；
在所述缓冲层远离所述衬底的一侧形成波导层；
在所述波导层远离所述缓冲层的一侧形成渐变光学匹配层；
在所述渐变光学匹配层远离所述波导层的一侧形成吸收层；
在所述吸收层远离所述渐变光学匹配层的一侧形成包层；
在所述包层远离所述吸收层的一侧形成接触层；
图形化所述吸收层、所述包层和所述接触层，露出部分所述渐变光学匹配层；
形成电极，包括：在露出的所述渐变光学匹配层远离所述波导层一侧的表面形成阴极，在所述接触层远离所述包层的一侧形成阳极；
其中，所述渐变光学匹配层为单层薄膜，在第一方向上，所述渐变光学匹配层的折射率逐渐增大；所述第一方向由所述波导层指向所述吸收层。
优选的，在上述的制作方法中，所述渐变光学匹配层的折射率变化满足平方律分布，在所述第一方向上，所述渐变光学匹配层的折射率n(Y)满足：
或，所述渐变光学匹配层的折射率变化满足高斯渐变分布，在所述第一方向上，所述渐变光学匹配层的折射率n(Y)满足：
其中，A为平方律分布中的常数，σ为高斯渐变分布中的常数；Y为所述第一方向上的位置参数，n0为所述渐变光学匹配层与所述吸收层的交界面位置的折射率，为其最大折射率。
通过上述描述可知，本发明技术方案提供的光电探测器及其制作方法中，通过对渐变光学匹配层的外延结构进行调整，并采用具有渐变折射率的单层薄膜作为渐变光学匹配层，在波导层指向吸收层的第一方向上，渐变光学匹配层的折射率逐渐增大，在光传播的过程中，使得渐变光学匹配层具有自聚焦的功能，能够实现提前聚焦，提高光信号的聚焦效果并使光场均匀入射至吸收层，可有效提高耦合效率，降低器件工艺难度，降低成本。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为传统倏逝波耦合波导探测器的正视图；
图2为传统倏逝波耦合波导探测器的侧视图；
图3为本发明实施例提供的一种光电探测器的侧视图；
图4为本发明实施例提供的一种光电探测器的正视图；
图5为本发明实施例提供的光电探测器和不同光学匹配层探测器的吸收曲线对比仿真图；
图6-图14为本发明实施例提供的一种光电探测器的制作方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
光通信技术向着高速率，大容量的方向发展，在接收端光电转换器将光信号转化成高频的电信号，具有高量子效率和高功率处理能力的高速光电探测器是其中的关键组件。针对光纤通信窗口1310nm和1550nm波段，III-V族直接带隙半导体材料InP，以及与其晶格匹配的半导体InGaAs、四元InGaAsP等材料通过调整合金的组分能够覆盖光通讯波段。其中与InP晶格匹配的In0.53Ga0.47As作为吸收层材料具很高的吸收系数(0.68×104/cm(1550nm)和1.15×104/cm(1310nm))和很高的载流子漂移速率。此外，InP材料体系能够很好地进行单片集成，有利于实现器件的紧凑和小型化。基于InP/InGaAs的材料是制造高性能光电探测器的最适合的材料体系。
对于PIN型光电探测，照明方式有传统的垂直入射方式和侧面入射的方式。传统的垂直照明方式量子效率和响应速率相互矛盾。侧面入射光照明的波导型PIN探测器，光从侧面入射，光的吸收效率跟光传播的距离相关，与吸收层的厚度无关，克服了量子效率和响应带宽的内在矛盾，因此这种照明方式有利于获得高速的光电探测器。之后提出的侧面照明的具有多层周期性排列结构的倏逝波耦合波导的PIN探测器，光在传播的过程中被逐渐吸收，光生载流子在沿探测器方向具有更加均匀的分布，减弱了空间电荷效应。倏逝波耦合的波导型PIN探测器同时具有高速率、大功率等优点。为了使光从波导耦合到吸收层，倏逝波耦合的波导型PIN探测器通常采用折射率介于InP和In0.53Ga0.47As折射率的四元InGaAsP材料作为光学匹配层(Optical matching layer，OM)。
目前有采用一层光学匹配层和两种光学匹配层的方式。采用一层光学匹配层时光聚焦效果差，光从倏逝波导耦合到吸收层需要更大的器件长度，相同长度的条件下器件的响应度较低。而采用两层光学匹配层，是在一层光学匹配层的基础上再增加一层不同组分的InGaAsP光学匹配层，同时延长第一层光学匹配层的长度，使光得以提前聚焦，提高光信号的聚焦效果并使光场均匀入射吸收层，这样在相同的器件长度的条件下能提高器件的响应度，但是增加的这层延长的光学匹配层会使得器件整体结构多出一个台面这会增加器件流片工艺的流程步骤以及工艺的复杂程度和生产成本。
参考图1和图2，图1为传统倏逝波耦合波导探测器的正视图，图2为传统倏逝波耦合波导探测器的侧视图。如图1和图2所示，在衬底11上依次设置有InP层12、倏逝波导层13、光学匹配层14、接收层15、包层16以及P型接触层17，其中，所述倏逝波导层13包括多层交替堆叠排布的InP层19和InGaAsP层18交替层叠构成，所述rib波导层(脊型波导层)01和所述N型接触层02构成光学匹配层14。另外，在N型接触层02上还设置有阴极03，在P型接触层17上还设置有阳极04。
该方式中，采用的光学匹配层14包括N型接触层02和rib波导层01，需要两层薄膜结构，是在一层光学匹配层的基础上再增加一层不同组分的InGaAsP光学匹配层，相对于接收层15需要延长第一层光学匹配层的长度，但是增加的这层延长的光学匹配层会使得器件整体结构多出一个台面这会增加器件流片工艺的流程步骤以及工艺的复杂程度和生产成本。
因此，为了解决上述问题，本发明提供了一种光电探测器及其制作方法，所述光电探测器包括：
衬底；
设置在所述衬底上的缓冲层；
设置在所述缓冲层远离所述衬底一侧的波导层；
设置在所述波导层远离所述缓冲层一侧的渐变光学匹配层；
设置在所述渐变光学匹配层远离所述波导层一侧的吸收层和阴极；
设置在所述吸收层远离所述渐变光学匹配层一侧的包层；
设置在所述包层远离所述吸收层一侧的接触层；
设置在所述接触层一侧的阳极；
其中，所述渐变光学匹配层为单层薄膜，在第一方向上，所述渐变光学匹配层的折射率逐渐增大；所述第一方向由所述波导层指向所述吸收层。
本发明实现了一种具有渐变折射率光学匹配层的倏逝波耦合的高速PIN探测器外延结构的设计，在基于III-V族InP/InGaAs材料的倏逝波耦合的光电探测器的外延结构基础上对光学匹配层的外延结构进行调整，将以往常用的一层或两层具有固定组分的四元InxGaAsyP光学匹配层改为折射率渐变的InxGaAsyP光学匹配层，利用波导的自聚焦效应，光学匹配层沿从波导层到吸收层的方向折射率逐渐增大，光传播过程中在渐变光学匹配层中聚焦，可有效提高耦合效率，降低器件工艺难度，降低成本。
通过上述描述可知，本发明技术方案提供的光电探测器及其制作方法中，通过对渐变光学匹配层的外延结构进行调整，并采用具有渐变折射率的单层薄膜作为渐变光学匹配层，在波导层指向吸收层的第一方向上，渐变光学匹配层的折射率逐渐增大，在光传播的过程中，使得渐变光学匹配层具有自聚焦的功能，能够实现提前聚焦，提高光信号的聚焦效果并使光场均匀入射至吸收层，可有效提高耦合效率，降低器件工艺难度，降低成本。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图3和图4，图3为本发明实施例提供的一种光电探测器的侧视图，图4为本发明实施例提供的一种光电探测器的正视图。本发明实施例中，所述光电探测器是一种波导型高速探测器。
如图3和图4所示，所述光电探测器包括：
衬底21；所述衬底21的材料可以为InP；
设置在所述衬底21上的缓冲层22；所述缓冲层22的材料可以为InP；
设置在所述缓冲层22远离所述衬底21一侧的波导层23；其中，所述波导层23为倏逝波导，可以为InGaAs材料；
设置在所述波导层23远离所述缓冲层22一侧的渐变光学匹配层24；其中，所述渐变光学匹配层24为单层薄膜，可以采用具有渐变折射率的InxGaAsyP材料构成，具有自聚焦功能；
设置在所述渐变光学匹配层24远离所述波导层23一侧的吸收层25和阴极26；其中，所述吸收层25为N型掺杂的半导体材料，如可以为掺杂的半导体InGaAs材料；
设置在所述吸收层25远离所述渐变光学匹配层24一侧的包层27；所述包层27的材料可以为InGaAs；
设置在所述包层27远离所述吸收层25一侧的接触层28；其中，所述接触层28为P型掺杂的半导体材料，如可以为掺杂的半导体InGaAs材料，所述渐变光学匹配层24为N型接触层，从而构成PIN结构；
设置在所述接触层28一侧的阳极29；其中，所述渐变光学匹配层24为单层薄膜，在第一方向上，所述渐变光学匹配层24的折射率逐渐增大；所述第一方向由所述波导层23指向所述吸收层25。需要说明的是，所述渐变光学匹配层24是可以透过短波近红外光线的。
需要说明的是，所述渐变光学匹配层24为单层薄膜，具体的，在第一方向上，渐变光学匹配层24不同折射率的位置是通过设置单层匹配层中不同元素(如InGaAsP四种)外延生长的比例，使得厚度方向上各个位置折射率不同，为单层薄膜，不同位置为一体结构，不存在层间分界面。
相比于现有的倏逝波耦合波导探测器，本发明的优点在于：通过对渐变光学匹配层24的外延结构进行调整，并采用具有渐变折射率的单层薄膜作为渐变光学匹配层，使得渐变光学匹配层24具有自聚焦的功能，其中采用平方律型和高斯渐变型的折射率分布，可以实现短距离聚焦，同时聚焦后的模场分布小，聚焦效果更好。无需延长渐变光学匹配层24而构建多台面器件结构，可有效降低器件结构的复杂度，减少器件流片的工艺步骤，降低器件的流片成本。此外，短距离聚焦能使器件更加小型化，有利于集成。
本发明实施例中，所述渐变光学匹配层24的折射率变化满足平方律分布，在所述第一方向上，所述渐变光学匹配层24的折射率n(Y)满足：
或，所述渐变光学匹配层24的折射率变化满足高斯渐变分布，在所述第一方向上，所述渐变光学匹配层24的折射率n(Y)满足：
其中，A为平方律分布中的常数，σ为高斯渐变分布中的常数；Y为所述第一方向上的位置参数，n0为所述渐变光学匹配层24与所述吸收层25的交界面位置的折射率，为其最大折射率。
本发明实施例中，所述渐变光学匹配层24可以为离散型渐变或者连续渐变分布，对于渐变式的分布，首先根据光电探测器的应用波段选定InxGaAsyP材料PL谱的范围，对应材料折射率范围为n1至n2。在光学匹配层中InxGaAsyP材料的折射率从下表面至上表面是按照平方律分布从n1逐渐增加到n2，图1中渐变光学匹配层24与波导层23交界面折射率为n1，渐变光学匹配层24与吸收层25交界面折射率为n2。
一种方式中，所述渐变光学匹配层24满足平方律分布，且属于离散型渐变，折射率范围是n1至n2，n1为所述渐变光学匹配层24与所述波导层23的交界面的折射率，为其最小折射率；n2＝n0。
在所述第一方向上，满足平方律分布的依次排布的N个不同位置中，任意一个位置的折射率ni满足：
其中，i＝0，1，2，…，N-1；N为大于1的正整数。N是表示在厚度方向上任意N个位置对应的折射率满足平方律分布的离散分布。
另一种方式中，所述渐变光学匹配层24满足平方律分布，且属于连续型渐变，折射率范围是n1至n2，n1为所述渐变光学匹配层24与所述波导层23的交界面的折射率，为其最小折射率；n2＝n0。
在所述第一方向上，不同位置Y，任意一个位置的折射率n(Y)满足：
其中，i＝0，1，2，…，N-1；N为大于1的正整数；t为所述渐变光学匹配层24的厚度。n1位置的厚度为0，n2位置的厚度为t。
需要说明的是，不管是离散型渐变还是连续渐变，其折射率由上至下逐渐减小。
参考图5，图5为本发明实施例提供的光电探测器和不同光学匹配层探测器的吸收曲线对比仿真图。
如图5所示，所述渐变光学匹配层24在所述第一方向上具有五个等厚度的厚度位置，在所述第一方向上，该五个厚度位置的折射率分别为3.310、3.360、3.396、3.417、3.424；同一所述厚度位置的折射率在所述第一方向上不变。
进一步的，所述厚度位置的厚度均为150nm；所述吸收层25的沿光侧入射的传播方向的长度为20μm，其厚度可以为50nm-1μm。其中，所述吸收层25为有源区。本申请中是侧入式探测器，光在波导层23中传播，传播方向为图4中由左至右，光在渐变光学匹配层24和缓冲层22之间传播。
进一步的，所述波导层23与所述渐变光学匹配层24齐平。
本发明实施例中，采用了五层平方律分布的渐变光学匹配层24的光电探测器用于对比说明。在1310nm波长下，将原有的单层或两层光学匹配层InxGaAsyP材料调整为具有平方律渐变分布的离散式渐变或连续渐变光学匹配层，并进行光吸收的数值仿真。原有的两层光学匹配层InxGaAsyP材料分别为OM1：Q1.06，折射率n＝3.310，厚度为650nm；OM2：Q1.20，折射率n＝3.424，厚度为100nm。总厚度为750nm。现调整为具有平方律分布的五层厚度均为150nm的InxGaAsyP渐变光学匹配层24，从下到上五层的折射率分别为3.310、3.360、3.396、3.417、3.424。OM1是图1中的rib波导层，Q1.06是表示图1中的N型接触层02。
图5所示方式中，三种器件有源区的长度均为20μm，其中两层光学匹配层的器件包含两种：一种是第一层光学匹配层延长40μm，记为A；第二种是光学匹配层无延长，记为B；平方律渐变光学匹配层24器件记为C。在有源区20μm处，入射光的吸收率分别为A：79.8％，B：80.3％，C：76.8％。采用了渐变光学匹配层24的器件C吸收率比A和B两种器件的吸收率都要高。因此，采用渐变光学匹配层24兼顾了高吸收率和结构简单的优点，这对简化工艺，降低成本具有很大的意义。
本发明实施例中，所述渐变光学匹配层24的材料为InxGaAsyP，可以通过调节所述渐变光学匹配层24中In的比例参数x和As的比例参数y，调节其不同位置的折射率。
通过上述描述可知，本发明技术方案提供的光电探测器中，通过对渐变光学匹配层的外延结构进行调整，并采用具有渐变折射率的单层薄膜作为渐变光学匹配层，在波导层指向吸收层的第一方向上，渐变光学匹配层的折射率逐渐增大，在光传播的过程中，使得渐变光学匹配层具有自聚焦的功能，能够实现提前聚焦，提高光信号的聚焦效果并使光场均匀入射至吸收层，可有效提高耦合效率，降低器件工艺难度，降低成本。
基于上述实施例，本发明另一实施例还提供了一种光电探测器的制作方法，所述制作方法如图6-图14所示，图6-图14为本发明实施例提供的一种光电探测器的制作方法的工艺流程图。
如图6-图14所示，所述光电探测器的制作方法包括：
步骤S11：如图6所示，提供一衬底21。
本发明实施例中，所述衬底21可以为InP材料。
步骤S12：如图7所示，在所述衬底21上形成缓冲层22。
本发明实施例中，所述缓冲层22可以为InP材料。
步骤S13：如图8所示，在所述缓冲层22远离所述衬底21的一侧形成波导层23。
本发明实施例中，所述波导层23为倏逝波导，可以为InGaAs材料。
步骤S14：如图9所示，在所述波导层23远离所述缓冲层22的一侧形成渐变光学匹配层24。
本发明实施例中，所述渐变光学匹配层24为单层薄膜，可以采用具有渐变折射率的InxGaAsyP材料构成，具有自聚焦功能。
步骤S15：如图10所示，在所述渐变光学匹配层24远离所述波导层23的一侧形成吸收层25。
本发明实施例中，所述吸收层25为N型材料，可以为InGaAs材料。
步骤S16：如图11所示，在所述吸收层25远离所述渐变光学匹配层24的一侧形成包层27。
本发明实施例中，所述包层27可以为InGaAs材料。
步骤S17：如图12所示，在所述包层27远离所述吸收层25的一侧形成接触层28。
本发明实施例中，所述接触层28为P型材料，可以为InGaAs材料，所述渐变光学匹配层24为N型接触层，从而构成PIN结构。
步骤S18：如图13所示，图形化所述吸收层25、所述包层27和所述接触层28，露出部分所述渐变光学匹配层24。
本发明实施例中，吸收层25、包层27和接触层28三层结构周边齐平，可以通过一次性刻蚀完成图形化处理，而图1中N型接触层02有台阶的结构，图1需要两次刻蚀，本案减少了一次刻蚀，工艺简单。
步骤S19：如图14所示，形成电极，包括：在露出的所述渐变光学匹配层24远离所述波导层23一侧的表面形成阴极26，在所述接触层28远离所述包层27的一侧形成阳极29；其中，所述渐变光学匹配层24为单层薄膜，在第一方向上，所述渐变光学匹配层24的折射率逐渐增大；所述第一方向由所述波导层23指向所述吸收层25。
本发明实施例中，可以通过光刻技术、电极蒸镀技术和剥离技术形成阴极26和阳极29。
需要说明的是，所述渐变光学匹配层24为单层薄膜，具体的，在第一方向上，渐变光学匹配层24不同折射率的位置是通过设置单层匹配层中不同元素(如InGaAsP四种)外延生长的比例，使得各个位置折射率不同，为单层薄膜，不同位置为一体结构，不存在层间分界面。
本发明实施例中，所述渐变光学匹配层24的折射率变化满足平方律分布，在所述第一方向上，所述渐变光学匹配层24的折射率n(Y)满足：
或，所述渐变光学匹配层24的折射率变化满足高斯渐变分布，在所述第一方向上，所述渐变光学匹配层24的折射率n(Y)满足：
其中，A为平方律分布中的常数，σ为高斯渐变分布中的常数；Y为所述第一方向上的位置参数，n0为所述渐变光学匹配层24与所述吸收层25的交界面位置的折射率，为其最大折射率。
本发明实现了一种具有渐变折射率光学匹配层的倏逝波耦合的高速PIN探测器外延结构的设计。这种外延结构对倏逝波耦合波导探测器中的光学匹配层外延结构进行优化，采用具有渐变折射率的InGaAsP材料构成渐变光学匹配层，光传播过程中在渐变光学匹配层中聚焦，可有效提高耦合效率，降低器件工艺难度，降低成本。
通过上述描述可知，本发明技术方案提供的光电探测器的制作方法中，通过对渐变光学匹配层的外延结构进行调整，并采用具有渐变折射率的单层薄膜作为渐变光学匹配层，在波导层指向吸收层的第一方向上，渐变光学匹配层的折射率逐渐增大，在光传播的过程中，使得渐变光学匹配层具有自聚焦的功能，能够实现提前聚焦，提高光信号的聚焦效果并使光场均匀入射至吸收层，可有效提高耦合效率，降低器件工艺难度，降低成本。
本说明书中各个实施例采用递进、或并列、或递进和并列结合的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的光电探测器的制作方法而言，由于其与实施例公开的光电探测器相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见光电探测器部分说明即可。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种光电探测器，其特征在于，所述光电探测器包括：
衬底；
设置在所述衬底上的缓冲层；
设置在所述缓冲层远离所述衬底一侧的波导层；
设置在所述波导层远离所述缓冲层一侧的渐变光学匹配层；
设置在所述渐变光学匹配层远离所述波导层一侧的吸收层和阴极；
设置在所述吸收层远离所述渐变光学匹配层一侧的包层；
设置在所述包层远离所述吸收层一侧的接触层；
设置在所述接触层一侧的阳极；
其中，所述渐变光学匹配层为单层薄膜，在第一方向上，所述渐变光学匹配层的折射率逐渐增大；所述第一方向由所述波导层指向所述吸收层。
2.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述渐变光学匹配层的折射率变化满足平方律分布，在所述第一方向上，所述渐变光学匹配层的折射率n(Y)满足：
或，所述渐变光学匹配层的折射率变化满足高斯渐变分布，在所述第一方向上，所述渐变光学匹配层的折射率n(Y)满足：
其中，A为平方律分布中的常数，σ为高斯渐变分布中的常数；Y为所述第一方向上的位置参数，n0为所述渐变光学匹配层与所述吸收层的交界面位置的折射率，为其最大折射率。
3.根据权利要求2所述的光电探测器，其特征在于，所述渐变光学匹配层满足平方律分布，且属于离散型渐变，折射率范围是n1至n2，n1为所述渐变光学匹配层与所述波导层的交界面的折射率，为其最小折射率；n2＝n0；
在所述第一方向上，满足平方律分布的依次排布的N个不同位置中，任意一个位置的折射率ni满足：
其中，i＝0，1，2，…，N-1；N为大于1的正整数。
4.根据权利要求2所述的光电探测器，其特征在于，所述渐变光学匹配层满足平方律分布，且属于连续型渐变，折射率范围是n1至n2，n1为所述渐变光学匹配层与所述波导层的交界面的折射率，为其最小折射率；n2＝n0；
在所述第一方向上，不同位置Y，任意一个位置的折射率n(Y)满足：
其中，i＝0，1，2，…，N-1；N为大于1的正整数；t为所述渐变光学匹配层的厚度。
5.根据权利要求3所述的光电探测器，其特征在于，所述渐变光学匹配层在所述第一方向上具有五个等厚度的厚度位置，在所述第一方向上，该五个厚度位置的折射率分别为3.310、3.360、3.396、3.417、3.424；同一所述厚度位置的折射率在所述第一方向上不变。
6.根据权利要求5所述的光电探测器，其特征在于，所述厚度位置的厚度均为150nm；所述吸收层的沿光侧入射的传播方向的长度为20μm。
7.根据权利要求5所述的光电探测器，其特征在于，所述波导层与所述渐变光学匹配层齐平。
8.根据权利要求1-7任一项所述的光电探测器，其特征在于，所述渐变光学匹配层的材料为InxGaAsyP，通过调节所述渐变光学匹配层中In的比例参数x和As的比例参数y，调节其不同位置的折射率。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的光电探测器的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上形成缓冲层；
在所述缓冲层远离所述衬底的一侧形成波导层；
在所述波导层远离所述缓冲层的一侧形成渐变光学匹配层；
在所述渐变光学匹配层远离所述波导层的一侧形成吸收层；
在所述吸收层远离所述渐变光学匹配层的一侧形成包层；
在所述包层远离所述吸收层的一侧形成接触层；
图形化所述吸收层、所述包层和所述接触层，露出部分所述渐变光学匹配层；
形成电极，包括：在露出的所述渐变光学匹配层远离所述波导层一侧的表面形成阴极，在所述接触层远离所述包层的一侧形成阳极；
其中，所述渐变光学匹配层为单层薄膜，在第一方向上，所述渐变光学匹配层的折射率逐渐增大；所述第一方向由所述波导层指向所述吸收层。
10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述渐变光学匹配层的折射率变化满足平方律分布，在所述第一方向上，所述渐变光学匹配层的折射率n(Y)满足：
或，所述渐变光学匹配层的折射率变化满足高斯渐变分布，在所述第一方向上，所述渐变光学匹配层的折射率n(Y)满足：
其中，A为平方律分布中的常数，σ为高斯渐变分布中的常数；Y为所述第一方向上的位置参数，n0为所述渐变光学匹配层与所述吸收层的交界面位置的折射率，为其最大折射率。
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