CN114664959B - 一种基于光子晶体的多通道探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光子晶体的多通道探测器，包括：衬底；在衬底的顶部本征层内制作有周期性空气孔排列形成的光子晶体，顶部本征层上选择生长两种不同的吸收材料；在顶部本征层和吸收材料一上溅射形成N电极和P电极，在吸收材料二的两侧分别注入离子形成p型掺杂区和n型掺杂区，在p型掺杂区上形成P+欧姆接触电极，在n型掺杂区上形成N+欧姆接触电极；两组P电极与N电极之间形成电势差，实现光电转换。本发明多通道探测器的结构设计灵活，通过光子晶体的陷光效应提高对光的捕获率，便于与现有光通信器件集成，可实现光缓存；同时，通过多通道探测不同波长的光，实现波分复用的光传输系统，提高了探测器吸收效率。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测技术领域，具体涉及一种基于光子晶体的多通道探测器。
背景技术
随着社会经济的快速发展，光通信技术作为一种全新的信息传输技术，已成为现代通信的主要通信方式，几乎取代了传统铜缆通信技术，在现代信息网中起着非常重要的作用，目前已在诸多领域和行业中应用，成为提升通信质量和效率的重要手段，推动了人类科学技术的革命。光通信技术的主要优点就是通过以光作为信息载体以光纤作为传输数据介质，因为光波频率要远远高出电波的频率，所以光波的传输效率要远远高出电波的传输效率而且具有通信容量大、损耗低、传输距离长、抗电磁干扰能力强等优点。
由于单通道传导容易受到器件尺寸、载流子渡越时间、误码率等性能限制，单通道数据流量不能无限制提高，多通道并行传输可成倍增加通信系统的数据容量。为了达到更高的传输速率，波分复用技术应运而生，将一束光信号分解成不同波长的光进行传播，将数据送到特定的用户手上。这种技术已经被证明是满足数据中心对带宽日益增长需求的关键使能技术，可以灵活地增加或减少通道使其更加有效地降低成本且易于实现。
光电探测器是一种利用光电效应将辐射能转换成电信号的器件，是光电系统的重要组成部分。对于光电信息接收端的高速光电探测器，AWG(Arrayed Waveguide Grating)是波分复用系统中的首选方法，指的是一组具有相等长度差的阵列波导形成的光栅，使用具有分波的能力，阵列波导光栅可测量波导的可测量的波数比较少，且此器件比较大，包含五个部分，对光线的损失比较大。在顶部本征层表面通过电子束曝光和刻蚀技术制作空气孔，即在高折射率的介质中周期性的出现低折射率介质，高低折射率的介质交替按一定几何结构排列就会形成带隙，从而控制光的运动，形成光子晶体。光子晶体的导光机制与基于全内反射原理的传统的光介质完全不同，其主要是利用缺陷态的影响，所以不存在类似于传统光波导的一些缺点，例如对光的束缚力很弱，在光波导弯曲的情况下，光场有很大的损耗。除此之外，光子晶体有自身特有的优势，如速度快、稳定性高等，该优点可满足日益增长的信息传输要求。利用光子晶体结构可显著提升输出光子对的亮度，进一步提高光电探测器的带宽和响应度，实现多通道波分解复用功能。
发明内容
针对多个光平行传输时的光探测，特别是满足光电探测器的集成化、小型化、强抗辐射能力、低光能损耗、高转换效率、能和光通信器件大面积单片集成的需求，本发明提供一种基于光子晶体的多通道探测器。
本发明公开了一种基于光子晶体的多通道探测器，包括：衬底；
所述衬底从下至上依次包括底部本征层、埋氧层和顶部本征层；
所述顶部本征层的表面制作周期性空气孔形成光子晶体，所述顶部本征层上选择生长两种不同的吸收材料；
在所述顶部本征层和p型掺杂的吸收材料一上溅射形成N电极和P电极，在吸收材料二的两侧分别注入离子形成p型掺杂区和n型掺杂区，在所述p型掺杂区上形成P+欧姆接触电极，在所述n型掺杂区上形成N+欧姆接触电极；两组P电极与N电极之间形成电势差，实现光电转换。
作为本发明的进一步改进，所述形成光子晶体的顶部本征层材料包括但不限于Si、InP、SiC、SiGe、GaSb、InAsSb、GaP、InGaP中的一种。
作为本发明的进一步改进，所述吸收材料一或吸收材料二包括但不限于石墨烯、Ge、GeSn、GePb、InGaAs、AlGaAs、GaAs、GaN、InSb中的一种。
作为本发明的进一步改进，光通过直接耦合或倏逝波耦合方式进入吸收区。
作为本发明的进一步改进，通过所述光子晶体改变色散曲线斜率实现慢光效应，从而增加了光吸收。
作为本发明的进一步改进，所述顶部本征层的厚度由光子晶体的陷光效率决定。
作为本发明的进一步改进，所述多通道探测器采用禁带宽度不同的半导体材料进行光吸收，使得不同的所述光吸收材料可探测不同波长的光。
作为本发明的进一步改进，所述光子晶体形成的光波导通道和不同吸收材料构成波分复用的光传输系统，多通道同时探测，提高系统传输的数据量。
作为本发明的进一步改进，所述多通道探测器适用波长范围为紫外、可见光、近红外波段。
作为本发明的进一步改进，所述多通道探测器与光通信器件通过CMOS工艺集成。
本发明还公开了一种基于光子晶体的多通道探测器的制备方法，包括：
在衬底的顶部本征层上电子束曝光形成光子晶体图形，进行ICP刻蚀，形成光子晶体，清洗并干燥；
在衬底的顶部本征层上选择外延吸收材料一，并进行离子注入形成p型电极层，便于后期与金属电极形成良好的欧姆接触；
在衬底的顶部本征层上刻蚀出生长吸收材料二所需的沟槽，并在沟槽内外延吸收材料二；
在吸收材料二的两端分别进行离子注入，形成p型掺杂区和n型掺杂区；
分别在吸收材料一的p型电极层和顶部本征层上刻蚀开孔，溅射电极金属，形成P正电极和N负电极；
在p型掺杂区和n型掺杂区上刻蚀开孔，蒸镀金属并剥离形成电极P+欧姆接触电极和N+欧姆接触电极，并退火合金；
芯片倒装焊封装。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明多通道探测器的结构设计灵活，通过光子晶体的陷光效应提高对光的捕获率，便于与现有光通信器件集成，可实现光缓存；同时，通过多通道探测不同波长的光，实现波分复用的光传输系统，提高了探测器吸收效率。
附图说明
图1为本发明中一种实施例公开的基于光子晶体的多通道探测器的结构示意图；
图2为图1中x-z轴剖视结构示意图；
图3为图1中单个光子晶体的结构示意图；
图4为本发明中一种实施例公开的基于光子晶体的多通道探测器的制作流程图；
图5为本发明一种实施例公开的光子晶体多通道示意图；
图6为本发明一种实施例公开的光子晶体仿真结构及对应光场仿真图。
图中：
101、光子晶体；102、衬底；1021、顶部本征层；1022、埋氧层；1023、底部本征层；103、吸收材料一；104、P电极；105、N电极；106、吸收材料二；107、p型掺杂区；108、n型掺杂区；109、P+欧姆接触电极；110、N+欧姆接触电极。
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的一部分实施例，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的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。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
如图1-3所示，本发明提供一种基于光子晶体的多通道探测器，包括：光子晶体101、衬底102、吸收材料一103、P电极104、N电极105、吸收材料二106、p型掺杂区107、n型掺杂区108、P+欧姆接触电极109、N+欧姆接触电极110；其中，
本发明的衬底102从上至下依次包括顶部本征层1021、埋氧层1022以及底部本征层1023；具体地，顶部本征层1021的厚度由光子晶体101的陷光效率决定，光子晶体101的陷光效率与入射光的中心波长相关，入射光中心波长越长所需要的吸收深度就越深，顶部本征层厚度就越厚，可以更好的满足高响应速度的需要。
本发明在顶部本征层1021上通过光刻形成光子晶体101图形，通过刻蚀制作周期性空气孔形成光子晶体101，且光子晶体101在顶部本征层1021内呈周期性排列，形成光波导通道。具体地，光子晶体101具体的周期和刻蚀深度，根据需要、入射光波长和理论计算得出；通过光子晶体101改变色散曲线斜率实现慢光效应，从而增加了光吸收，单个光子晶体101的结构如图3所示。
在具体的实施例中，本发明在周期排列的光子晶体形成的光波导通道中传输两种不同波长的光，在顶部本征层1021上选择生长两种禁带宽度不同的吸收材料进行光吸收，即吸收材料一103和吸收材料二106，光通过直接耦合或倏逝波耦合方式进入吸收区；吸收材料一103、吸收材料二106和衬底的折射率、禁带宽度各不相同；其中，形成光子晶体的顶部本征层1021材料包括但不限于Si、InP、SiC、SiGe、GaSb、InAsSb、GaP、InGaP中的一种；其中，吸收材料一103、吸收材料二106包括但不限于石墨烯、Ge、GeSn、GePb、InGaAs、AlGaAs、GaAs、GaN、InSb中的一种，作为一种可选的实施例，衬底102为SOI衬底，吸收材料一103为Ge单晶，吸收材料二106为GeSn材料；由于Si、Ge、GeSn三种半导体材料的禁带宽度不同，故对应的折射率也不同。本发明正是利用了半导体材料的这一特性，在Si上选择外延Ge单晶和GeSn合金，从而通过探测器实现了硅、锗、锗锡三种不同半导体材料吸收不同波长的光，并且提高了光的吸收效率。
本发明在顶部本征层1021和p型掺杂的吸收材料一103上溅射形成N电极105和P电极104，在吸收材料二106的两侧分别注入离子形成p型掺杂区107和n型掺杂区108，在p型掺杂区107上形成P+欧姆接触电极109，在n型掺杂区108上形成N+欧姆接触电极110；两组P电极与N电极之间形成电势差，实现光电转换。
将本申请光电探测器构成波分复用的光传输系统，不仅可以提高系统传输的数据量，而且还能实现多通道同时探测。AWG(Arrayed Waveguide Grating)是密集波分复用系统(DWDM)中的首选方法，指的是一组具有相等长度差的阵列波导形成的光栅，使用具有分波的能力，阵列波导光栅可测量波导的可测量的波数比较少，且此器件比较大，包含五个部分，对光线的损失比较大；而利用光子晶体结构101可以增加光的吸收效率，可以显著提升输出光子对的亮度，进一步提高光的吸收和响应度。本发明与现在常用的分束器AWG相比，简化了工艺流程，而且可与有源器件集成，组成光电集成电路(OEIC)等，是未来光通信发展的主流技术。
本发明提供一种基于光子晶体的多通道探测器的制备方法，包括：
在衬底的顶部本征层上电子束曝光形成光子晶体图形，进行ICP刻蚀，形成光子晶体，清洗并干燥；
在衬底的顶部本征层上选择外延吸收材料一，并进行离子注入形成p型电极层，便于后期与金属电极形成良好的欧姆接触；
在衬底的顶部本征层上刻蚀出生长吸收材料二所需的沟槽，并在沟槽内外延吸收材料二；
在吸收材料二的两端分别进行离子注入，形成p型掺杂区和n型掺杂区；
分别在吸收材料一的p型电极层和顶部本征层上刻蚀开孔，溅射电极金属，形成P正电极和N负电极；
在p型掺杂区和n型掺杂区上刻蚀开孔，蒸镀金属并剥离形成电极P+欧姆接触电极和N+欧姆接触电极，并退火合金；
芯片倒装焊封装。
如图4所示，以吸收材料一103为Ge单晶，吸收材料二106为GeSn材料为例，其具体制备方法包括：
初始结构为衬底，衬底102从上至下依次包括顶部本征层1021、埋氧层1022以及底部本征层1023；
步骤1、PECVD沉积SiO2薄膜做刻蚀掩膜；
步骤2、在绝缘体上硅(SOI)衬底的顶层Si上，电子束曝光形成光子晶体图形，进行ICP刻蚀，形成光子晶体，清洗并干燥，如图4第一幅图所示；
步骤3、使用氢氟酸去除表面的SiO2掩膜；
步骤4、利用UHV-CVD在顶层Si上选择外延Ge单晶103，Ge在Si材料上沉积，如图4第二幅图所示；
步骤5、在顶层Si上ICP刻蚀出生长GeSn所需的沟槽，深度约为0.4μm，并利用MBE技术在沟槽内外延GeSn材料106，如图4第三幅图所示；
步骤6、在Ge和GeSn材料的一端进行硼离子注入，掺杂浓度为1×1019cm-3，形成p+Ge103和p型掺杂区107，如图4第四幅图所示；
步骤7、在GeSn材料的另一端进行磷离子注入，掺杂浓度为1×1019cm-3，形成n型掺杂区108，如图4第五幅图所示；
步骤8、PECVD沉积SiO2形成抗反射薄膜；
步骤9、在SiO2薄膜涂抹光刻胶并进行深紫外光刻，分别在p+Ge和顶层硅上刻蚀开孔，溅射电极金属，形成P正电极104和N负电极105，如图4第六幅图所示；
步骤10、在GeSn材料的p型掺杂区107和n型掺杂区108刻蚀开孔，蒸镀金属并剥离形成电极109和110，并退火合金，如图4第七幅图所示；
步骤11、芯片倒装焊封装。
参照图5，为本发明中光子晶体形成的光波导多通道示意图，光可以通过不同通道进入被吸收；参照图6，为光子晶体仿真结构以及对应光场仿真图。
本发明的优点为：
本发明多通道探测器的结构设计灵活，通过光子晶体的陷光效应提高对光的捕获率，便于与现有光通信器件集成，可实现光缓存；同时，通过多通道探测不同波长的光，实现波分复用的光传输系统，提高了探测器吸收效率。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)
1.一种基于光子晶体的多通道探测器，其特征在于，包括：衬底；
所述衬底从下至上依次包括底部本征层、埋氧层和顶部本征层；
所述顶部本征层的表面制作周期性空气孔形成光子晶体，所述顶部本征层上选择生长两种不同的吸收材料；
在所述顶部本征层和p型掺杂的吸收材料一上溅射形成N电极和P电极，在吸收材料二的两侧分别注入离子形成p型掺杂区和n型掺杂区，在所述p型掺杂区上形成P+欧姆接触电极，在所述n型掺杂区上形成N+欧姆接触电极；两组P电极与N电极之间形成电势差，实现光电转换。
2.如权利要求1所述的基于光子晶体的多通道探测器，其特征在于，所述形成光子晶体的顶部本征层材料包括但不限于Si、InP、SiC、SiGe、GaSb、InAsSb、GaP、InGaP中的一种。
3.如权利要求1所述的基于光子晶体的多通道探测器，其特征在于，所述吸收材料一或吸收材料二包括但不限于石墨烯、Ge、GeSn、GePb、InGaAs、AlGaAs、GaAs、GaN、InSb中的一种。
4.如权利要求1所述的基于光子晶体的多通道探测器，其特征在于，光通过直接耦合或倏逝波耦合方式进入吸收区。
5.如权利要求1所述的基于光子晶体的多通道探测器，其特征在于，通过所述光子晶体改变色散曲线斜率实现慢光效应，从而增加了光吸收。
6.如权利要求1所述的基于光子晶体的多通道探测器，其特征在于，所述顶部本征层的厚度由光子晶体的陷光效率决定。
7.如权利要求1所述的基于光子晶体的多通道探测器，其特征在于，所述多通道探测器采用禁带宽度不同的半导体材料进行光吸收，使得不同的所述光吸收材料可探测不同波长的光。
8.如权利要求1所述的基于光子晶体的多通道探测器，其特征在于，所述光子晶体形成的光波导通道和不同吸收材料构成波分复用的光传输系统，多通道同时探测，提高系统传输的数据量。
9.如权利要求1所述的基于光子晶体的多通道探测器，其特征在于，所述多通道探测器适用波长范围为紫外、可见光、近红外波段。
10.如权利要求1所述的基于光子晶体的多通道探测器，其特征在于，所述多通道探测器与光通信器件通过CMOS工艺集成。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06132548A (ja) * | 1992-10-16 | 1994-05-13 | Fujitsu Ltd | 半導体受光装置 |
| US5689122A (en) * | 1995-08-14 | 1997-11-18 | Lucent Technologies Inc. | InP/InGaAs monolithic integrated demultiplexer, photodetector, and heterojunction bipolar transistor |
| KR20010004403A (ko) * | 1999-06-28 | 2001-01-15 | 정선종 | 집적 광학형 광파장 감시기구 |
| KR20040052272A (ko) * | 2002-12-16 | 2004-06-23 | 한국전자통신연구원 | 광모드 크기 변환기, 그 제조방법 및 광모드 크기 변환기집적 광검출소자 |
| WO2020103395A1 (zh) * | 2018-11-19 | 2020-05-28 | 上海新微技术研发中心有限公司 | 一种波导型光电探测器及其制造方法 |
| CN111640813A (zh) * | 2020-06-10 | 2020-09-08 | 北京工业大学 | 一种宽光谱高吸收太阳能电池 |
| CN112786717A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-05-11 | 北京工业大学 | 一种微环耦合多通道集成光电探测器 |
| CN113299775A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-08-24 | 北京工业大学 | 一种高速短波通信探测器 |
-
2022
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06132548A (ja) * | 1992-10-16 | 1994-05-13 | Fujitsu Ltd | 半導体受光装置 |
| US5689122A (en) * | 1995-08-14 | 1997-11-18 | Lucent Technologies Inc. | InP/InGaAs monolithic integrated demultiplexer, photodetector, and heterojunction bipolar transistor |
| KR20010004403A (ko) * | 1999-06-28 | 2001-01-15 | 정선종 | 집적 광학형 광파장 감시기구 |
| KR20040052272A (ko) * | 2002-12-16 | 2004-06-23 | 한국전자통신연구원 | 광모드 크기 변환기, 그 제조방법 및 광모드 크기 변환기집적 광검출소자 |
| WO2020103395A1 (zh) * | 2018-11-19 | 2020-05-28 | 上海新微技术研发中心有限公司 | 一种波导型光电探测器及其制造方法 |
| CN111640813A (zh) * | 2020-06-10 | 2020-09-08 | 北京工业大学 | 一种宽光谱高吸收太阳能电池 |
| CN112786717A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-05-11 | 北京工业大学 | 一种微环耦合多通道集成光电探测器 |
| CN113299775A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-08-24 | 北京工业大学 | 一种高速短波通信探测器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| jie You et.al..BER evaluation in a multi-channel graphene-silicon photonic crystal hybrid interconnect:a study of fast- and slow-light effects.《Optics Express》.2020,全文. * |
Also Published As
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