CN114220881A - 光电探测器 - Google Patents
光电探测器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114220881A CN114220881A CN202111530137.4A CN202111530137A CN114220881A CN 114220881 A CN114220881 A CN 114220881A CN 202111530137 A CN202111530137 A CN 202111530137A CN 114220881 A CN114220881 A CN 114220881A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light
- region
- electrode
- limiting structure
- doped region
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 78
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 35
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 13
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 13
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 13
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 11
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 5
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 3
- 239000012792 core layer Substances 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 2
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KXNLCSXBJCPWGL-UHFFFAOYSA-N [Ga].[As].[In] Chemical compound [Ga].[As].[In] KXNLCSXBJCPWGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FTWRSWRBSVXQPI-UHFFFAOYSA-N alumanylidynearsane;gallanylidynearsane Chemical compound [As]#[Al].[As]#[Ga] FTWRSWRBSVXQPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/105—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PIN type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
本发明实施例提供的光电探测器，包括：平板结构、波导结构、限光结构、吸收结构、第一电极结构及第二电极结构；其中，所述波导结构延伸至所述限光结构中，且所述波导结构的第一侧壁所在的第一边与所述限光结构的外侧壁中第二侧壁所在的第二边相切；所述波导结构用于将入射光以与所述第二边相切的方向导入所述限光结构中；通过所述限光结构侧壁的全反射将导入的光限制在限光结构内进行环形传输，并通过限光结构将导入的光耦合到吸收结构中；所述第一电极结构位于所述限光结构内；所述第一电极结构、第二电极结构用于收集沿所述吸收结构及所述限光结构传输的电子或空穴；所述第一电极结构与第二电极结构收集的载流子的类型不同。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体地，涉及一种光电探测器。
背景技术
借鉴于大规模集成电路的发展路线，国内外正在开展研究将有源器件(例如调制器、光电探测器等)和光波导器件(例如分光器/耦合器等)集成到一个衬底上，以实现具有类似大规模集成电路的优点的光子芯片。光子芯片具有低成本、小尺寸、低功耗、灵活扩展和高可靠性等特点。目前硅基光子芯片被业界认为是最有前景的光子芯片。硅基光子芯片可以将微电子和光电子结合起来，充分发挥硅基微电子先进成熟的工艺技术、高度集成化、低成本等优势，具有广泛的市场前景。
硅基光子芯片通常采用绝缘体上硅(Si1icon On Insulator，SOI)材料形成光波导，光波导由Si芯层和SiO2包层形成，芯层和包层间较大的折射率差异对光场有很强的限制作用，可实现小到微米量级的波导弯曲半径，从而为硅基光子芯片小型化和高密度集成化提供了实现的基础。
在光通信领域，硅基光子芯片的接收端常使用的器件为光电探测器，如锗硅波导型光电探测器。锗硅波导型光电探测器是一种将高速光信号转化为电流信号的器件，是硅基光子芯片的关键器件。锗硅波导型光电探测器主要依靠锗材料对光的吸收产生光电流。相关技术中，需要兼顾光电探测器带宽的同时进一步提高光电探测器的响应度。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例期望提供一种光电探测器。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
所述光电探测器包括：平板结构、波导结构、限光结构、吸收结构、第一电极结构及第二电极结构；其中，
所述波导结构延伸至所述限光结构中，且所述波导结构的第一侧壁所在的第一边与所述限光结构的外侧壁中的第二侧壁所在的第二边相切；所述波导结构用于将入射光以与所述第一边相切的方向导入所述限光结构中；
通过所述限光结构侧壁的全反射将导入的光限制在限光结构内进行环形传输，并通过限光结构将导入的光耦合到吸收结构中；
所述吸收结构至少部分位于所述限光结构上；通过所述吸收结构侧壁的全反射将耦合的光限制在吸收结构内进行环形传输，并将耦合的光转化为电子和空穴；
所述平板结构包围所述波导结构和限光结构；
所述第一电极结构位于所述限光结构内；所述第二电极结构位于所述限光结构外侧且与所述限光结构接触；所述第一电极结构、第二电极结构用于收集沿所述吸收结构及所述限光结构传输的电子或空穴；所述第一电极结构与第二电极结构收集的载流子的类型不同。
上述方案中，所述限光结构包括第一掺杂区及包围所述第一掺杂区的第二掺杂区；其中，所述第一掺杂区与所述第二掺杂区掺杂类型相反；
所述第一电极结构位于所述第一掺杂区内侧且与所述第一掺杂区接触，所述第一电极结构用于收集沿所述吸收结构及所述第一掺杂区传输的电子或空穴；
所述第二电极结构用于收集沿所述吸收结构及所述第二掺杂区传输的电子或空穴。
上述方案中，所述光电探测器还包括位于所述第一掺杂区与所述第二掺杂区之间的本征区，其中，
所述本征区的材料与所述限光结构的材料相同；
或者，
所述本征区的材料与所述吸收结构的材料相同。
上述方案中，所述光电探测器还包括位于所述第一掺杂区与所述第二掺杂区之间沿所述限光结构厚度的方向依次层叠设置的第一本征区、第二本征区，其中，
所述第一本征区的材料与所述限光结构的材料相同；所述第二本征区的材料与所述吸收结构的材料相同。
上述方案中，所述第一掺杂区、所述本征区及所述第二掺杂区在预设平面的投影之和覆盖所述吸收结构在所述预设平面的投影；所述吸收结构在所述预设平面的投影覆盖所述本征区在所述预设平面的投影；
其中，所述预设平面垂直于所述限光结构厚度的方向。
上述方案中，所述第一电极结构包括第一电极、第一电极接触区以及第三掺杂区；其中，所述第三掺杂区位于所述第一掺杂区内侧且与所述第一掺杂区接触；所述第一电极接触区位于所述第三掺杂区表面及向下一定深度的区域，所述第一电极位于所述第一电极接触区之上；所述第一电极用于收集依次沿所述吸收结构、第一掺杂区、所述第三掺杂区以及所述第一电极接触区传输的电子或空穴；
所述第二电极结构包括第二电极、第二电极接触区以及第四掺杂区；其中，所述第四掺杂区包围所述限光结构，所述第二电极接触区位于所述第四掺杂区表面及向下一定深度的区域，所述第二电极位于所述第二电极接触区之上；所述第二电极用于收集依次沿所述吸收结构、所述第二掺杂区及所述第四掺杂区传输的电子或空穴。
上述方案中，所述第二掺杂区的掺杂浓度小于等于所述第四掺杂区的掺杂浓度，所述第四掺杂区的掺杂浓度小于所述第二电极接触区的掺杂浓度；所述第一掺杂区的掺杂浓度小于等于所述第三掺杂区的掺杂浓度，所述第三掺杂区的浓度小于所述第一电极接触区的掺杂浓度。
上述方案中，所述第一电极接触区远离所述吸收结构，且所述第三掺杂区的厚度小于等于所述限光结构的厚度；所述波导结构的厚度与所述限光结构的厚度相同。
上述方案中，所述波导结构在预设平面的投影的形状包括长条状；
所述限光结构的外侧壁在所述预设平面的投影的形状包括由至少一段直线和/或至少一段曲线形成的封闭图形，且所述限光结构的外侧壁中的第二侧壁所在的第二边和外侧壁中第三侧壁所在的第三边形成的角度为钝角；
其中，所述第三侧壁为所述入射光进入所述限光结构后第一次发生反射处的侧壁。
上述方案中，所述限光结构的外侧壁在所述预设平面的投影的形状包括以下之一：
圆形；
多段曲线连接形成的封闭形状；
多段直线和多段曲线连接形成的封闭形状；
多边形。
本发明实施例提供的光电探测器，通过波导结构将入射光沿与所述限光结构的第二侧壁所在的第二边相切地进入限光结构并通过限光结构将入射光耦合到吸收结构而被吸收。同时，限光结构和吸收结构的外侧壁所在的边采用例如圆形、优化变形的类圆形或多边形结构，这种结构能够将光限制在封闭结构内稳定传输，同时减少所述入射光在限光结构和吸收结构传播过程中向高阶模激发，如此，能够减少光的泄露，从而提高光电探测器的响应度。同时，所述入射光在限光结构中由于侧壁的全反射作用在第一方向无法逃离限光结构，最后全部耦合到吸收结构中，而在吸收结构中也将由于侧壁的全反射作用入射光将被限制在吸收结构中，也就是说，入射光在限光结构和吸收结构中呈环形传播直至被完全吸收，环形传播可以减少限光结构和吸收结构的尺寸需求，即可以减小光电探测器尺寸需求，而较小的光电探测器尺寸可以带来较小的光电探测器的寄生参数，从而使得所述光电探测器具有较高带宽。此外，本发明实施例中通过将第一电极结构设置在限光结构内，可以避免吸收结构与第一电极结构的接触，从而减少由于吸收结构与第一电极结构接触而产生的光损失，进一步提高光电探测器的响应度。因此，本发明实施例提供的光电探测器可以兼顾高带宽和高响应度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种光电探测器的俯视示意；
图2为本发明实施例提供的另一种光电探测器的俯视示意；
图3a及图3b为图1、图2中沿A1-A1方向的截面图；
图4为图1、图2中沿B1-B1方向的截面图。
具体实施方式
以下结合说明书附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细阐述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“深度”、“上”、“下”、“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。
在本发明实施例中，术语“衬底”是指在其上添加后续材料层的材料。衬底本身可以被图案化。被添加在衬底顶部的材料可以被图案化或者可以保持未被图案化。此外，衬底可以包括多种半导体材料，例如硅、锗、砷化嫁、磷化铟等。替代地，衬底可以由非导电材料制成，例如玻璃、塑料或蓝宝石晶圆。
在本发明实施例中，术语“层”是指包括具有厚度的区域的材料部分。层可以在下方或上方结构的整体之上延伸，或者可以具有小于下方或上方结构范围的范围。此外，层可以是厚度小于连续结构厚度的均质或非均质连续结构的区域。例如，层可位于连续结构的顶表面和底表面之间，或者层可在连续结构顶表面和底表面处的任何水平面对之间。层可以水平、垂直和/或沿倾斜表面延伸。层可以包括多个子层。例如，互连层可包括一个或多个导体和接触子层(其中形成互连线和/或过孔触点)、以及一个或多个电介质子层。
在本发明实施例中，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
需要说明的是，本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
锗硅波导型光电探测器一般采用方形结构，光从限光结构一端入射，从对应的另一端出射，经历单程吸收。一方面，为提高光电探测器的响应度，需要尽可能多的吸收光，从而需要增加光电探测器的尺寸，以获得较大的响应度；另一方面，当光电探测器尺寸增加时，会增加光电探测器的寄生参数，从而使光电探测器的光电带宽下降。也就是说，目前光电探测器的响应度和光电带宽之间存在相互制约的关系。此外，在实际应用中，锗硅波导型光电探测器需要金属电极与锗接触并掺杂锗形成P-I-N结。然而，金属接触会影响锗的光吸收，使得锗吸收区产生光损失，从而导致锗硅波导型光电探测器响应度下降。
基于此，本发明实施例中旨在提供一种兼顾高响应度和高带宽的光电探测器。在本发明的各实施例中，通过波导结构将入射光沿与所述限光结构的第二侧壁所在的第二边相切地进入限光结构并通过限光结构将入射光耦合到吸收结构而被吸收。同时，限光结构和吸收结构的外侧壁所在的边采用例如圆形、优化变形的类圆形或多边形结构，这种结构能够将光限制在封闭结构内稳定传输，同时减少所述入射光在限光结构和吸收结构传播过程中向高阶模激发，如此，能够减少光的泄露，从而提高光电探测器的响应度。同时，所述入射光在限光结构中由于侧壁的全反射作用在第一方向无法逃离限光结构，最后全部耦合到吸收结构中，而在吸收结构中也将由于侧壁的全反射作用入射光将被限制在吸收结构中，也就是说，入射光在限光结构和吸收结构中呈环形传播直至被完全吸收，环形传播可以减少限光结构和吸收结构的尺寸需求，即可以减小光电探测器尺寸需求，而较小的光电探测器尺寸可以带来较小的光电探测器的寄生参数，从而使得所述光电探测器具有较高带宽。此外，本发明实施例中通过将第一电极结构设置在限光结构内侧且与所述限光结构接触，可以避免吸收结构与第一电极结构的接触，从而减少由于吸收结构与第一电极结构接触而产生的光损失，进一步提高光电探测器的响应度。因此，本发明实施例提供的光电探测器可以兼顾高带宽和高响应度。
本发明实施例提供了一种光电探测器，包括：平板结构、波导结构、限光结构、吸收结构、第一电极结构及第二电极结构；其中，
所述波导结构延伸至所述限光结构中，且所述波导结构的第一侧壁所在的第一边与所述限光结构的外侧壁中的第二侧壁所在的第二边相切；所述波导结构用于将入射光以与所述第二边相切的方向导入所述限光结构中；
通过所述限光结构侧壁的全反射将导入的光限制在限光结构内进行环形传输，并通过限光结构将导入的光耦合到吸收结构中；
所述吸收结构至少部分位于所述限光结构上；通过所述吸收结构侧壁的全反射将耦合的光限制在吸收结构内进行环形传输，并将耦合的光转化为电子和空穴；
所述平板结构包围所述波导结构和限光结构；
所述第一电极结构位于所述限光结构内；所述第二电极结构位于所述限光结构外侧且与所述限光结构接触；所述第一电极结构、第二电极结构用于收集沿所述吸收结构及所述限光结构传输的电子或空穴；所述第一电极结构与第二电极结构收集的载流子的类型不同。
图1为本发明实施例提供的一种光电探测器的俯视示意，图2为本发明实施例提供的另一种光电探测器的俯视示意。需要说明的是，图1和图2中展示的光电探测器的结构类似，不同主要体现在二者在限光结构2及吸收结构3在预设平面上投影的形状。下文将根据图1对所述光电探测器进行示例性描述。
如图1所示，所述光电探测器包括平板结构1、波导结构6、限光结构2、吸收结构3、第一电极结构4及第二电极结构5；其中，所述波导结构6延伸至所述限光结构2中，且所述波导结构6的第一侧壁所在的第一边与所述限光结构2的外侧壁中的第二侧壁所在的第二边相切；所述波导结构6用于将入射光以与所述第二边相切的方向导入所述限光结构2中；通过所述限光结构2侧壁的全反射将导入的光限制在限光结构内2进行环形传输，并通过限光结构2将导入的光耦合到吸收结构中；所述吸收结构3位于所述限光结构2上；通过所述吸收结构3侧壁的全反射将耦合的光限制在吸收结构内3进行环形传输，并将耦合的光转化为电子和空穴；所述平板结构1包围所述波导结构6和限光结构2；所述第一电极结构4位于所述限光结构2内；所述第二电极结构5位于与所述限光结构2外侧且与所述限光结构2接触；所述第一电极结构4、第二电极结构5用于收集沿所述吸收结构3及所述限光结构2传输的电子或空穴；所述第一电极结构4与第二电极结构5收集的载流子的类型不同。
实际应用中，所述波导结构6用于传播入射光，所述入射光通过波导结构6进入限光结构。所述波导结构6可以为硅波导，所述硅波导包括硅(Si)芯层和二氧化硅(SiO2)包层。这里，所述波导结构6延伸至所述限光结构2中，且所述波导结构6的第一侧壁所在的第一边与所述限光结构2的第二侧壁所在的第二边相切；所述波导结构6用于将入射光以与所述第二边相切的方向导入所述限光结构2中。可以理解的是，通过所述波导结构6可以将入射光以与所述限光结构2的外侧壁相切的方向导入所述限光结构2中，降低所述入射光在波导结构6和限光结构2中传播过程中的突变影响，从而减少光在传播过程中激发的高阶模，提高入射光在传播过程中的稳定性，减少光的泄露，进而提高光电探测器的响应度。
实际应用中，如图4所示，所述平板结构1的厚度小于所述波导结构6的厚度；所述平板结构1和波导结构6构成脊形入射波导，所述入射波导为硅波导，用于传播入射光，所述入射光通过入射波导进入限光结构2并耦合进入吸收结构3。需要说明的是，在本发明各实施例中，不对入射波导的具体结构进行限制。具体来说，本发明实施例中的光电探测器可以包括脊形入射波导以及其它形状的波导。这里仅以具有脊形入射波导的锗硅波导型光电探测器对本发明实施例提供的方案进行示例性描述。
实际应用中，所述限光结构2用于接收所述入射波导传播的入射光并通过侧壁的全反射将导入的光在第一方向上限制在耦合结构内进行环形传输，同时将导入的光通过限光结构耦合到吸收结构3中。这里，所述限光结构2的材料可以包括轻掺杂硅。
可以理解的是，所述入射光通过所述限光结构2侧壁的全反射作用在第一方向上限制在耦合结构内进行环形传输，同时全部通过限光结构2耦合到吸收结构3中，然后被所述吸收结构3全部吸收。在本发明实施例中，所述限光结构2将导入的光全部耦合到吸收结构3中可以理解为，从理论设计上进入限光结构2的光可以100％地耦合进入吸收结构3中，但实际应用中，由于工艺等因素，如反射面不可避免的存在极少量的散射、掺杂区的吸收，从而不能完全到达100％地进入到吸收结构3中，以上造成的光损失未包括在上述的“全部”的含义中。
需要说明的是，当所述限光结构2与所述吸收结构3堆叠设置时，所述第一方向垂直于所述堆叠方向。可以理解的是，当所述限光结构2与所述吸收结构3竖直堆叠设置时，所述第一方向为水平方向。
实际应用中，所述吸收结构3位于所述限光结构2上，用于通过侧壁的全反射将耦合的光在第一方向上限制在吸收结构3内进行环形传输并将耦合的光转化为电子和空穴。这里，所述吸收结构3可以包括锗吸收区。
实际应用中，所述平板结构1包围所述波导结构6和限光结构2；所述平板结构1的厚度小于所述限光结构2的厚度。可以理解的是，所述平板结构1和所述限光结构2构成脊波导结构。
实际应用中，所述第一电极结构4位于所述限光结构2内侧且与所述限光结构2接触；所述第二电极结构5位于所述平板结构1中且所述第二电极结构5包围所述限光结构2；所述第一电极结构4、第二电极结构5用于收集沿所述吸收结构3及所述限光结构2传输的电子或空穴；所述第一电极结构4与第二电极结构5收集的载流子的类型不同。举例来说，光子产生的电子空穴对在外加电场的作用下向两极移动，当所述第一电极结构4收集的载流子为电子时，所述第二电极结构5收集的载流子为空穴；或者当所述第一电极结构4收集的载流子为空穴时，所述第二电极结构5收集的载流子为电子。
这里，所述第一电极结构4与第二电极结构5包括金属电极。所述第一电极结构4位于所述限光结构2内侧且与所述限光结构2接触，从而避免了锗吸收区与金属电极的接触，减少了金属电极的光学吸收，进一步提高了响应度。此外，不需要锗与金属进行欧姆接触，工艺简单、成本较低。
图3为图1、图2中沿A1-A1方向的截面图。在一实施例中，如图3所示，所述限光结构2包括第一掺杂区2-1及包围所述第一掺杂区2-1的第二掺杂区2-3；其中，所述第一掺杂区2-1与所述第二掺杂区2-3掺杂类型相反；所述第一电极结构4位于所述第一掺杂区2-1内侧且与所述第一掺杂区2-1接触，所述第一电极结构4用于收集沿所述吸收结构3及所述第一掺杂区2-1传输的电子或空穴；所述第二电极结构5用于收集沿所述吸收结构3及所述第二掺杂区2-3传输的电子或空穴。
实际应用中，如图1所示，所述第一掺杂区2-1与所述第二掺杂区2-3均包括环形波导结构。所述第一掺杂区2-1环形波导结构和所述第二掺杂区2-3环形波导结构掺杂类型相反。
这里，所述第一掺杂区2-1环形波导结构和所述第二掺杂区2-3环形波导结构在预设平面的投影均包括圆环形。实际应用中，所述第一掺杂区2-1环形波导结构和所述第二掺杂区2-3环形波导结构在预设平面的投影包括如图2所示的变形圆环形或正多边环形等封闭图形。需要说明的是，由于所述第一掺杂区2-1环形波导结构包围部分第一电极结构4，所述第一掺杂区2-1环形波导结构的内侧边与部分第一电极结构4的外侧边重合，因此，所述第一掺杂区2-1环形波导结构在所述预设平面的投影根据第一电极结构4的形状而变化。
在一实施例中，如图3a所示，所述光电探测器还包括位于所述第一掺杂区2-1与所述第二掺杂区2-3之间的本征区2-2，其中，所述本征区2-2的材料与所述限光结构2的材料相同；或者，所述本征区2-2的材料与所述吸收结构3的材料相同。
实际应用中，所述本征区2-2包括环形波导结构。当所述本征区2-2的材料与所述限光结构2的材料相同时，所述限光结构2包括所述第一掺杂区2-1环形波导结构、本征区2-2环形波导结构和第二掺杂区2-3环形波导结构；当所述本征区2-2的材料与所述吸收结构3的材料相同时，所述吸收结构3还包括本征区2-2环形波导结构。这里，所述第二掺杂区2-3环形波导结构的内侧边和本征区2-2环形波导结构的外侧边重合，本征区2-2环形波导结构的内侧边和所述第一掺杂区2-1环形波导结构的外侧边重合。可以理解的是，所述第一掺杂区2-1与所述第二掺杂区2-3之间的本征区2-2增加了吸收结构3中的电场强度从而增加了载流子的流动速度，从而增加探测器带宽；此外，在光电探测器的设计过程中，通过调整本征区2-2的宽度可以为光电探测器的尺寸设计提供更大的自由度。
在一实施例中，如图3b所示，所述光电探测器还包括位于所述第一掺杂区2-1与所述第二掺杂区2-3之间沿所述限光结构2厚度的方向依次层叠设置的第一本征区2-2A、第二本征区2-2B，其中，所述第一本征区2-2A的材料与所述限光结构2的材料相同；所述第二本征区2-2B的材料与所述吸收结构3的材料相同。也就是说，所述限光结构2还包括所述第一本征区2-2A；所述吸收结构3还包括所述第二本征区2-2B。
在一实施例中，所述第一掺杂区2-1、所述本征区2-2及所述第二掺杂区2-3在预设平面的投影之和覆盖所述吸收结构3在所述预设平面的投影；所述吸收结构3在所述预设平面的投影覆盖所述本征区2-2在所述预设平面的投影；其中，所述预设平面垂直于所述限光结构2厚度的方向。可以理解的是，所述第一掺杂区2-1、所述本征区2-2及所述第二掺杂区2-3在预设平面的投影之和的面积大于所述吸收结构3在预设平面的投影的面积，可以更好地为所述吸收结构3提供生长平台；所述吸收结构3在所述预设平面的投影覆盖所述本征区2-2在所述预设平面的投影。需要说明的是，所述第一掺杂区2-1、所述本征区2-2及所述第二掺杂区2-3在预设平面的投影之和分别包括所述第一掺杂区2-1在预设平面的投影、所述本征区2-2在预设平面的投影以及所述第二掺杂区2-3在预设平面的投影叠加之后得到的投影。
在一实施例中，如图1及图3所示，所述第一电极结构4包括第一电极4-1、第一电极接触区4-2以及第三掺杂区4-3；其中，所述第三掺杂区4-3位于所述第一掺杂区2-1环形波导结构内侧，所述第一掺杂区2-1环形波导结构的内侧边与所述第三掺杂区4-3的外侧边重合，所述第一电极接触区4-2位于所述第三掺杂区4-3表面及向下一定深度的区域，所述第一电极4-1位于所述第一电极接触区4-2之上；所述第一电极4-1用于收集依次沿所述吸收结构3、第一掺杂区2-1、所述第三掺杂区4-3以及所述第一电极接触区4-2传输的电子或空穴；所述第二电极结构5包括第二电极5-1、第二电极接触区5-2以及第四掺杂区5-3；其中，所述第四掺杂区5-3包围所述限光结构2，所述第二电极接触区5-2位于所述第四掺杂区5-3表面及向下一定深度的区域，所述第二电极5-1位于所述第二电极接触区5-2之上；所述第二电极5-1用于收集依次沿所述吸收结构3、所述第二掺杂区2-3及所述第四掺杂区5-3传输的电子或空穴。这里，所述第二电极5-1在所述预设平面的投影为环形且远离所述限光结构2。需要说明的是，所述第一电极4-1及所述第二电极5-1的具体形状根据电极接触区的形状而变化，并不限于本发明具体实施例。
实际应用中，所述第一电极接触区4-2的掺杂浓度可以高于第三掺杂区4-3的掺杂浓度，第二电极接触区5-2的掺杂浓度可以高于第四掺杂区5-3的掺杂浓度，以减小第一电极接触区4-2和第二电极接触区5-2的电阻，使电极与电极接触区形成良好的欧姆接触，进一步提高光电探测器的带宽。
在一实施例中，所述第二掺杂区2-3的掺杂浓度小于等于所述第四掺杂区5-3的掺杂浓度；所述第一掺杂区2-1的掺杂浓度小于等于所述第三掺杂区4-3的掺杂浓度。
需要说明的是，为了降低光在限光结构2内的吸收损耗，位于限光结构2中的第二掺杂区2-3的掺杂浓度小于等于所述第四掺杂区5-3的掺杂浓度；同时，位于限光结构2中的第一掺杂区2-1的掺杂浓度小于等于所述第三掺杂区4-3的掺杂浓度。
在一实施例中，所述第三掺杂区的厚度小于等于所述限光结构2的厚度，如此，可以进一步降低光向高阶模激发，降低光的泄露，从而进一步提高光电探测器的响应度。
在一实施例中，所述波导结构6的厚度与所述限光结构2的厚度相同。实际应用中，所述波导结构6的厚度与所述限光结构2的厚度相同，所述波导结构6的厚度大于所述平板结构1的厚度。如此，可以减少光从波导结构6进入限光结构2入口处光的反射及折射，从而减少光的泄露。
在一实施例中，所述波导结构6在预设平面的投影的形状包括长条状；所述限光结构2的外侧壁在所述预设平面的投影的形状包括由至少一段直线和/或至少一段曲线形成的封闭图形，且所述限光结构2的外侧壁中的第二侧壁所在的第二边和外侧壁中第三侧壁所在的第三边形成的角度为钝角；其中，所述第三侧壁为所述入射光进入所述限光结构2后第一次发生反射处的侧壁。
实际应用中，所述限光结构2的外侧壁的在所述预设平面上的投影包括直线时，所述波导结构6的第一侧壁所在的第一边与所述直线相切；所述限光结构2的一个侧壁在所述预设平面上的投影只为曲线时，所述波导结构6的第一侧壁所在的第一边与所述曲线相切。
这里，所述限光结构2的外侧壁所在的边包括多段直线时，所述限光结构的外侧壁中的第二侧壁所在的第二边和第三侧壁所在的第三边形成的角度为钝角；所述限光结构2外侧壁所在的边包括至少一条曲线时，所述限光结构2的外侧壁中的第二侧壁所在的第二边和第三侧壁所在的第三边均可以看作是曲线所在的边。需要说明的是，曲线可以看作是无数段直线组成的图形。可以理解的是，入射光进入所述限光结构后第一次发生反射处的反射角不等于0度。也就是说，入射光进入所述限光结构后并不会从所述入射光入口处直接反射回去，从而避免了光从入射光入口处泄露。
在一实施例中，所述限光结构2的外侧壁在所述预设平面的投影的形状包括以下之一：
圆形；
多段曲线连接形成的封闭形状；
多段直线和多段曲线连接形成的封闭形状；
多边形。
需要说明的是，在一些实施例中，所述限光结构2还包括内侧壁。所述限光结构2的内侧壁在所述预设平面的投影的形状可以与所述限光结构2的外侧壁在所述预设平面的投影的形状相同，也可以不同。具体地，当所述限光结构2的外侧壁在所述预设平面的投影的形状包括圆形时，所述限光结构2的内侧壁在所述预设平面的投影的形状可以为圆形，也可以为多边形或其它形状；当所述限光结构2的内侧壁在所述预设平面的投影的形状可以为圆形时，所述限光结构2在所述预设平面的投影为圆环形。实际应用中，所述限光结构2在所述预设平面的投影可以包括一个圆环形或多个同心圆环形。
实际应用中，所述限光结构2的外侧壁和内侧壁在所述预设平面的投影包括多种不同的形状，下面各实施例中将以限光结构2的外侧壁在所述预设平面的投影的形状为例阐述所述限光结构2在所述预设平面的投影的不同形状。需要说明的是，以下各实施例中，所述限光结构2的内侧壁在所述预设平面的投影的形状与外侧壁相同，在此不再赘述。
在一实施例中，如图1所示，所述限光结构2的外侧壁在所述预设平面的投影的形状为圆形。所述波导结构6延伸至所述限光结构2中，且所述波导结构6的第一侧壁所在的第一边与所述限光结构2的圆边相切。可以理解的是，当所述限光结构2的外侧壁和内侧壁在所述预设平面的投影的形状均为圆形时，所述限光结构2在所述预设平面的投影的形状为圆环形。如此，入射光在所述圆环形限光结构2中环形传播，因而可以减小光电探测器尺寸，从而减小光电探测器的寄生参数，使得所述光电探测器具有较高带宽。这里，所述预设平面垂直于所述限光结构厚度的方向，所述平板结构1所在的平面与预设平面平行。
实际应用中，所述限光结构2的外侧壁在所述预设平面的投影包括多段曲线连接形成的封闭形状。下文将详细阐述所述多段曲线连接形成的封闭形状的不同情形。
在一实施例中，所述限光结构2的外侧壁在所述预设平面的投影的形状为多段曲线连接形成的封闭形状。所述波导结构6延伸至所述限光结构2中，且所述波导结构6的第一侧壁所在的第一边与所述多段曲线中的其中一条曲线相切，所述其中一条曲线在切点处的曲率半径趋近于无穷大。其中，所述多段曲线中的每一段曲线均包括相同的第一子曲线和第二子曲线；所述第一子曲线的曲率半径在第一端点处趋近于无穷大且所述第一子曲线的曲率半径从第一端点处至与所述第二子曲线相连的第二端点处逐渐减小。
在一实施例中，所述限光结构2的外侧壁在所述预设平面的投影的形状为四段相同曲线连接形成的封闭形状。所述曲线弯曲角度为90度，每一段所述曲线被45度等分线分为相同的两段子曲线。其中，任一段子曲线从远离所述45度等分线的子曲线端点向所述45度等分线靠近时曲率半径逐渐减小，到达所述45度等分线时曲率半径减小到一定值。所述限光结构2在所述预设平面的投影的形状的曲率半径逐渐变化，从而避免了光在限光结构2中传播时产生较多的高阶模，有利于减少光泄露。
在一实施例中，所述限光结构2的外侧壁在所述预设平面的投影的形状为四段相同曲线连接形成的封闭形状。所述曲线弯曲角度为90度，所述曲线具有45度等分线。其中，每一段所述曲线从第一端点至第二端点顺次分为第三子曲线、第四子曲线及第五子曲线，所述第三子曲线、第五子曲线分别从所述第一端点、第二端点向所述45度等分线靠近时曲率半径逐渐减小，未到达所述45度等分线时由所述第四子曲线连接。所述第四子曲线两个端点处的曲率半径分别与第三子曲线靠近45度等分线的端点处的曲率半径、第五子曲线靠近45度等分线的端点处的曲率半径相等。所述限光结构2在所述预设平面的投影的形状的曲率半径均匀变化，从而避免了光在限光结构2中传播时产生较多的高阶模，有利于减少光泄露。
实际应用中，所述限光结构2的外侧壁在所述预设平面的投影包括多段直线和多段曲线连接形成的封闭形状。下文将详细阐述所述多段直线和多段曲线连接形成的封闭形状的不同情形。
在一实施例中，所述限光结构2的外侧壁在所述预设平面的投影的形状为多段直线和多段曲线连接形成的封闭形状。所述波导结构6延伸至所述限光结构2中，且所述波导结构6的第一侧壁所在的第一边与所述封闭形状的其中一条直线重合。
在一实施例中，所述限光结构2的外侧壁在所述预设平面的投影的形状为多段直线和多段曲线交替连接形成的封闭形状。所述多段曲线中的每一段曲线均包括相同的第六子曲线和第七子曲线；其中，所述第六子曲线的曲率半径从与直线相切的第一端点处至与所述第七子曲线相连的第二端点处逐渐减小。
在一实施例中，如图2所示，所述限光结构2的外侧壁在所述预设平面的投影的形状为四段相同直线和四段相同曲线交替连接形成的封闭形状。所述波导结构6延伸至所述限光结构2中，且所述波导结构6的第一侧壁所在的第一边与所述封闭形状的其中一条直线重合。可以理解的是，入射光进入所述限光结构2时至少沿其中一条直边直线传播，随后在所述封闭形状构成的限光结构2中环形传播，因此，一方面可以减少光在传播过程中激发的高阶模，减少光的泄露，提高光电探测器的响应度，另一方面可以减小光电探测器尺寸，从而减小光电探测器的寄生参数，使得所述光电探测器具有较高带宽。
在一实施例中，所述限光结构2的外侧壁在所述预设平面的投影的形状为四段相同直线和四段相同曲线交替连接形成的封闭形状。所述曲线弯曲角度为90度，每一段所述曲线被45度等分线分为相同的两段子曲线。其中，任一段子曲线从远离所述45度等分线的子曲线端点向所述45度等分线靠近时曲率半径逐渐减小，到达所述45度等分线时曲率半径减小到一定值。所述限光结构2在所述预设平面的投影的形状的曲率半径逐渐变化，从而避免了光在限光结构2中传播时产生较多的高阶模，有利于减少光泄露。
在一实施例中，所述限光结构2的外侧壁在所述预设平面的投影的形状为四段相同直线和四段相同曲线交替连接形成的封闭形状。所述曲线弯曲角度为90度，所述曲线具有45度等分线。其中，每一段所述曲线从第一端点至第二端点顺次分为第八子曲线、第九子曲线及第十子曲线，所述第八子曲线、第十子曲线分别从所述第一端点、第二端点向所述45度等分线靠近时曲率半径逐渐减小，未到达所述45度等分线时由所述第九子曲线连接。所述第九子曲线两个端点处的曲率半径分别与第八子曲线靠近45度等分线的端点处的曲率半径、第十子曲线靠近45度等分线的端点处的曲率半径相等。所述限光结构2在所述预设平面的投影的形状的曲率半径均匀变化，从而避免了光在限光结构2中传播时产生较多的高阶模，有利于减少光泄露。
实际应用中，所述限光结构2的外侧壁在所述预设平面的投影包括多边形。下文将详细阐述所述投影包括多边形的不同情形。
在一实施例中，所述限光结构2的外侧壁在所述预设平面的投影的形状为多边形。所述波导结构6延伸至所述限光结构2中，且所述波导结构6的第一侧壁所在的第一边与所述多边形的其中一边重合。所述限光结构2的外侧壁中的第二侧壁所在的第二边和第三侧壁所在的第三边形成的角度为钝角；所述第三侧壁为所述入射光进入所述限光结构2后第一次发生反射处的侧壁。可以理解的是，入射光进入所述限光结构2后第一次发生反射处的反射角不等于0度。也就是说，入射光进入所述限光结构2后并不会从所述入射光入口处反射回去，从而避免了光从入射光入口处泄露。
在一实施例中，所述多边形包括正多边形且边数大于等于6。
在一实施例中，所述限光结构2的外侧壁在所述预设平面的投影的形状为正八边形。所述波导结构6延伸至所述限光结构2中，且所述波导结构6的第一侧壁所在的第一边与所述正八边形的其中一边相切。入射光从所述波导结构6进入所述限光结构2后沿所述正八边形环形传播。
上文阐述了所述限光结构2的外侧壁在所述预设平面的投影的形状的不同情形，实际应用中，所述吸收结构3在所述预设平面投影的形状也包括多种情形。
在一实施例中，如图1至图2所示，所述限光结构2的外侧壁在所述预设平面投影的形状与所述吸收结构3在所述预设平面投影的形状相同。入射光在限光结构2和锗吸收区3环形传播，由于限光结构2和锗吸收区3的尺寸可以很小且依然满足传播的需求，基于此，光电探测器尺寸也可以很小，光电探测器寄生参数就会很小，从而使得所述锗硅波导型光电探测器具有较高带宽，因此，使得所述锗硅波导型光电探测器可以同时兼顾高带宽和高响应度，具有明显优势。
实际应用中，所述限光结构2的外侧壁在所述预设平面投影的形状与所述吸收结构3在所述预设平面投影的形状可以不同。
在上述多个实施例中，限光结构和吸收结构的外侧壁所在的边采用例如圆形、优化变形的类圆形或多边形结构，这种结构能够将光限制在封闭结构内稳定传输，同时减少所述入射光在限光结构和吸收结构传播过程中向高阶模激发，如此，能够减少光的泄露，从而提高光电探测器的响应度。
需要说明的是，本发明实施例提供的方案适用于锗硅波导型光电探测器，同时铟镓砷/铟磷(InGaAs/InP)系材料、铝镓砷/镓铝(AlGaAs/GaAl)系材料、氮化镓(GaN)系材料、碳化硅(SiC)等半导体材料体系的光电探测器亦可适用。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种光电探测器，其特征在于，包括：平板结构、波导结构、限光结构、吸收结构、第一电极结构及第二电极结构；其中，
所述波导结构延伸至所述限光结构中，且所述波导结构的第一侧壁所在的第一边与所述限光结构的外侧壁中的第二侧壁所在的第二边相切；所述波导结构用于将入射光以与所述第二边相切的方向导入所述限光结构中；
通过所述限光结构侧壁的全反射将导入的光限制在限光结构内进行环形传输，并通过限光结构将导入的光耦合到吸收结构中；
所述吸收结构至少部分位于所述限光结构上；通过所述吸收结构侧壁的全反射将耦合的光限制在吸收结构内进行环形传输，并将耦合的光转化为电子和空穴；
所述平板结构包围所述波导结构和限光结构；
所述第一电极结构位于所述限光结构内；所述第二电极结构位于所述限光结构外侧且与所述限光结构接触；所述第一电极结构、第二电极结构用于收集沿所述吸收结构及所述限光结构传输的电子或空穴；所述第一电极结构与第二电极结构收集的载流子的类型不同。
2.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述限光结构包括第一掺杂区及包围所述第一掺杂区的第二掺杂区；其中，所述第一掺杂区与所述第二掺杂区掺杂类型相反；
所述第一电极结构位于所述第一掺杂区内侧且与所述第一掺杂区接触，所述第一电极结构用于收集沿所述吸收结构及所述第一掺杂区传输的电子或空穴；
所述第二电极结构用于收集沿所述吸收结构及所述第二掺杂区传输的电子或空穴。
3.根据权利要求2所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器还包括位于所述第一掺杂区与所述第二掺杂区之间的本征区，其中，
所述本征区的材料与所述限光结构的材料相同；
或者，
所述本征区的材料与所述吸收结构的材料相同。
4.根据权利要求2所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器还包括位于所述第一掺杂区与所述第二掺杂区之间沿所述限光结构厚度的方向依次层叠设置的第一本征区、第二本征区，其中，
所述第一本征区的材料与所述限光结构的材料相同；所述第二本征区的材料与所述吸收结构的材料相同。
5.根据权利要求3或4所述的光电探测器，其特征在于，所述第一掺杂区、所述本征区及所述第二掺杂区在预设平面的投影之和覆盖所述吸收结构在所述预设平面的投影；所述吸收结构在所述预设平面的投影覆盖所述本征区在所述预设平面的投影；
其中，所述预设平面垂直于所述限光结构厚度的方向。
6.根据权利要求2所述的光电探测器，其特征在于，
所述第一电极结构包括第一电极、第一电极接触区以及第三掺杂区；其中，所述第三掺杂区位于所述第一掺杂区内侧且与所述第一掺杂区接触；所述第一电极接触区位于所述第三掺杂区表面及向下一定深度的区域，所述第一电极位于所述第一电极接触区之上；所述第一电极用于收集依次沿所述吸收结构、第一掺杂区、所述第三掺杂区以及所述第一电极接触区传输的电子或空穴；
所述第二电极结构包括第二电极、第二电极接触区以及第四掺杂区；其中，所述第四掺杂区包围所述限光结构，所述第二电极接触区位于所述第四掺杂区表面及向下一定深度的区域，所述第二电极位于所述第二电极接触区之上；所述第二电极用于收集依次沿所述吸收结构、所述第二掺杂区及所述第四掺杂区传输的电子或空穴。
7.根据权利要求6所述的光电探测器，其特征在于，所述第二掺杂区的掺杂浓度小于等于所述第四掺杂区的掺杂浓度，所述第四掺杂区的掺杂浓度小于所述第二电极接触区的掺杂浓度；所述第一掺杂区的掺杂浓度小于等于所述第三掺杂区的掺杂浓度，所述第三掺杂区的浓度小于所述第一电极接触区的掺杂浓度。
8.根据权利要求6所述的光电探测器，其特征在于，所述第一电极接触区远离所述吸收结构，且所述第三掺杂区的厚度小于等于所述限光结构的厚度；所述波导结构的厚度与所述限光结构的厚度相同。
9.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，
所述波导结构在预设平面的投影的形状包括长条状；
所述限光结构的外侧壁在所述预设平面的投影的形状包括由至少一段直线和/或至少一段曲线形成的封闭图形，且所述限光结构的外侧壁中的第二侧壁所在的第二边和外侧壁中第三侧壁所在的第三边形成的角度为钝角；
其中，所述第三侧壁为所述入射光进入所述限光结构后第一次发生反射处的侧壁。
10.根据权利要求9所述的光电探测器，其特征在于，所述限光结构的外侧壁在所述预设平面的投影的形状包括以下之一：
圆形；
多段曲线连接形成的封闭形状；
多段直线和多段曲线连接形成的封闭形状；
多边形。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111530137.4A CN114220881B (zh) | 2021-12-14 | 2021-12-14 | 光电探测器 |
| PCT/CN2022/072641 WO2023108857A1 (zh) | 2021-12-14 | 2022-01-19 | 光电探测器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111530137.4A CN114220881B (zh) | 2021-12-14 | 2021-12-14 | 光电探测器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114220881A true CN114220881A (zh) | 2022-03-22 |
| CN114220881B CN114220881B (zh) | 2023-06-02 |
Family
ID=80702015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111530137.4A Active CN114220881B (zh) | 2021-12-14 | 2021-12-14 | 光电探测器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114220881B (zh) |
| WO (1) | WO2023108857A1 (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1443312A (zh) * | 2000-05-20 | 2003-09-17 | 秦内蒂克有限公司 | 水平入口半导体光检测器 |
| CN105655417A (zh) * | 2016-02-29 | 2016-06-08 | 华为技术有限公司 | 光波导探测器与光模块 |
| US20170271544A1 (en) * | 2016-03-18 | 2017-09-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor photo-receiving device |
| CN110676330A (zh) * | 2019-10-14 | 2020-01-10 | 重庆邮电大学 | 光敏台面与n接触台面之间光隔离的低功耗波导光探测器 |
| CN112310237A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-02-02 | 中国科学院半导体研究所 | 波导耦合型单载流子探测器 |
| CN112582496A (zh) * | 2019-09-12 | 2021-03-30 | 苏州旭创科技有限公司 | 一种光探测器 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2387269A (en) * | 2002-04-03 | 2003-10-08 | Bookham Technology Plc | Monlithic photodetector |
| WO2017058319A2 (en) * | 2015-06-30 | 2017-04-06 | Massachusetts Institute Of Technology | Waveguide-coupled silicon-germanium photodetectors and fabrication methods for same |
| JP7339561B2 (ja) * | 2019-08-28 | 2023-09-06 | 日本電信電話株式会社 | 光検出器 |
| CN111048606B (zh) * | 2019-12-25 | 2021-06-29 | 武汉邮电科学研究院有限公司 | 一种高带宽高响应度的锗硅光电探测器 |
| CN111129168B (zh) * | 2019-12-27 | 2021-07-06 | 武汉光谷信息光电子创新中心有限公司 | 一种光电探测器 |
| CN113035982B (zh) * | 2021-03-03 | 2022-09-02 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 全硅掺杂多结电场增强型锗光波导探测器 |
-
2021
- 2021-12-14 CN CN202111530137.4A patent/CN114220881B/zh active Active
-
2022
- 2022-01-19 WO PCT/CN2022/072641 patent/WO2023108857A1/zh unknown
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1443312A (zh) * | 2000-05-20 | 2003-09-17 | 秦内蒂克有限公司 | 水平入口半导体光检测器 |
| US20040013367A1 (en) * | 2000-05-20 | 2004-01-22 | Herbert David C W | Horizontal access semiconductor photo detector |
| CN105655417A (zh) * | 2016-02-29 | 2016-06-08 | 华为技术有限公司 | 光波导探测器与光模块 |
| US20170271544A1 (en) * | 2016-03-18 | 2017-09-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor photo-receiving device |
| CN112582496A (zh) * | 2019-09-12 | 2021-03-30 | 苏州旭创科技有限公司 | 一种光探测器 |
| CN110676330A (zh) * | 2019-10-14 | 2020-01-10 | 重庆邮电大学 | 光敏台面与n接触台面之间光隔离的低功耗波导光探测器 |
| CN112310237A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-02-02 | 中国科学院半导体研究所 | 波导耦合型单载流子探测器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 陈冠宇: "《硅基光电探测器及其应用》", 《中国博士学位论文全文数据库》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114220881B (zh) | 2023-06-02 |
| WO2023108857A1 (zh) | 2023-06-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105679875B (zh) | 一种波导集成的硅基单光子探测器 | |
| US7453132B1 (en) | Waveguide photodetector with integrated electronics | |
| US10446707B2 (en) | Optical waveguide detector and optical module | |
| US11322638B2 (en) | Waveguide-integrated avalanche photodiode | |
| CN111211181B (zh) | 一种波导型光电探测器及其制造方法 | |
| CN105789366B (zh) | 一种硅基混合集成雪崩光电探测器 | |
| JP2748914B2 (ja) | 光検出用半導体装置 | |
| EP1478962B1 (en) | Integrated photodevice and waveguide | |
| CN114068736B (zh) | 光电探测器 | |
| CN109786497B (zh) | 单行载流子光电探测器 | |
| WO2022041550A1 (zh) | 一种雪崩光电探测器及其制备方法 | |
| US20150214387A1 (en) | Photodetector | |
| US7599596B1 (en) | Optical receiver for use with range of signal strengths | |
| US7233718B2 (en) | Optical device and method of manufacturing the same | |
| CN114220881B (zh) | 光电探测器 | |
| US11609377B2 (en) | Photodetectors and terminators having a curved shape | |
| CN116913993B (zh) | 带有模式选择结构的光电探测器及光子芯片 | |
| CN116759471B (zh) | 一种光电探测器、光电探测器芯片以及硅基光子芯片 | |
| CN116936646B (zh) | 基于面接触的光电探测器及芯片、硅基光子芯片 | |
| JP2005129628A (ja) | 受光素子及びその製造方法 | |
| CN117968840B (zh) | 一种光探测器及芯片 | |
| CN112201707B (zh) | 一种光栅结构的硅基全硅表面吸收探测器及其制备方法 | |
| JP2004158763A (ja) | 半導体受光素子 | |
| WO2023168987A1 (zh) | 光电探测结构及光电集成芯片 | |
| CN116053340A (zh) | 一种分段吸收式光电探测器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |