CN115173956B

CN115173956B - 光电探测接收机

Info

Publication number: CN115173956B
Application number: CN202210885285.6A
Authority: CN
Inventors: 余长亮; 冯峻峰; 柴焦
Original assignee: Fiberhome Telecommunication Technologies Co Ltd; Wuhan Fisilink Microelectronics Technology Co Ltd
Current assignee: Fiberhome Telecommunication Technologies Co Ltd; Wuhan Fisilink Microelectronics Technology Co Ltd
Priority date: 2022-07-26
Filing date: 2022-07-26
Publication date: 2023-07-18
Anticipated expiration: 2042-07-26
Also published as: CN115173956A

Abstract

一种光电探测接收机，包括光电探测器和跨阻放大器，该光电探测器包括光数据探测部和光功率探测部；该光数据探测部配置为将入射光转换为光数据信号并输入该跨阻放大器的输入端，该光功率探测部配置为将该入射光转换为光功率信号，该跨阻放大器配置为根据该光功率信号改变跨阻增益以对该光数据信号进行调节。该光电探测接收机可以有效提高数据传输的准确性和传输效率。

Description

光电探测接收机

技术领域

本公开实施例涉及一种光电探测接收机。

背景技术

经过数十年的发展，家庭宽带网络已从铜线时代完全进入到了光纤时代，用户带宽速率也从早期的Kbps量级进入到了百Mbps量级。但随着虚拟现实(Virtual Reality，VR)、人工智能(Artificial Intelligence，AI)、云计算、4K/8K视频、物联网、无人驾驶等高宽带业务的兴起，光接入网(Optcial Access Network)将需从当前的10G G/EPON升级为下一代50G PON，以满足新兴业务应用所需要的高带宽传输速率要求。

在光接入网(如G/E PON、10G/E PON、下一代50G-PON)网络中，为降低系统应用成本，光分配网络(ODN，Optical Distribution Newtork)的分光比通常达到1:32、1:64甚至1：128，以使得单光线路终端(OLT)下可支持连接32或64甚至128个光网络单元(ONU)用户，将系统成本平摊到更多的光网络终端(ONT)用户。同时，ODN光网络还需支持例如20km传输距离。光接入网的高分光比和远距离传输距离导致OLT/ONU光模块需支持非常大的功率预算，进而要求光接收机需支持很宽的输入光功率范围，这对光接收侧跨阻放大器的设计提出了较高的要求，例如要求具备低噪声、高灵敏度、高过载点等优良性能。

发明内容

本公开至少一实施例提供一种光电探测接收机，包括光电探测器和跨阻放大器。所述光电探测器包括光数据探测部和光功率探测部，所述光数据探测部和所述光功率探测部分别与所述跨阻放大器连接；所述光数据探测部配置为将入射光转换为光数据信号并输入所述跨阻放大器的输入端，所述光功率探测部配置为将所述入射光转换为光功率信号，所述跨阻放大器配置为根据所述光功率信号改变跨阻增益以对所述光数据信号进行调节。

在一些示例中，所述光数据探测部包括第一PN结，所述光功率探测部包括第二PN结，所述第二PN结相较于所述第一PN结具有更大的结面积。

在一些示例中，所述光数据探测部包括第一PN结，所述光功率探测部包括第二PN结，所述第二PN结的结深较所述第一PN结的结深更深。

在一些示例中，所述第一PN结与所述第二PN结共用N型区，所述第一PN结的P型区和所述第二PN结的P型区分别嵌套于所述N型区的内侧和外侧。

在一些示例中，所述第一PN结的P型区的平面形状为圆形，所述N型区的平面形状为环绕所述圆形的环形。

在一些示例中，所述光电探测接收机还包括第一电极、第二电极和第三电极，所述第一电极与所述第一PN结的N型区接触，所述第二电极与所述第一PN结的P型区接触，并配置为输出所述光数据信号；所述第三电极与所述第二PN结的P型区接触，并配置为输出所述光功率信号。

在一些示例中，所述第二电极为封闭环状电极，所述第一电极为环绕所述第二电极的开口环状电极，所述第三电极为开口环状电极，并位于所述第一电极远离所述第二电极的一侧，所述第一电极包括未被所述第三电极环绕的部分；所述第二电极包括未被所述第一电极和所述第三电极环绕的部分。

在一些示例中，所述光电探测器还包括第四电极，所述光功率探测部还包括第三PN结；所述第三PN结和所述第二PN结共用P型区，所述第二PN结的P型区嵌套于所述第三PN结的N型区内，所述第四电极与所述第三PN结的N型区接触，且通过引出电极与所述第一电极电连接。

在一些示例中，所述光电探测器还包括第四PN结，所述第四PN结与所述第三PN结共用N型区，所述第三PN结的N型区嵌套于所述第PN结的P型区内，所述第四PN结的P型区接地。

在一些示例中，光电探测接收机还包括镜像电路，所述跨阻放大器包括连接在其输入端和输出端之间的反馈电阻，所述镜像电路与所述光功率探测部和所述反馈电阻连接，并配置为将所述光功率信号镜像为跨阻控制信号施加在所述反馈电阻上，所述反馈电阻配置为根据所述跨阻控制信号改变阻值，从而改变所述跨阻放大器的跨阻增益。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例或相关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涉及本公开的一些实施例，并非对本公开的限制。

图1为本公开至少一实施提供的光电探测接收机的示意图；

图2为本公开至少一实施例提供的光电探测接收机的具体示例；

图3A-3C为本公开至少一实施例提供的光电探测器的结构示意图；

图4A-4C为本公开另一些实施例提供的光电探测器的结构示意图；

图5A-5D为本公开又一些实施例提供的光电探测器的结构示意图；以及

图6为本公开至少一实施例提供的光电探测器的制作方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述参考在附图中示出并在以下描述中详述的非限制性示例实施例，更加全面地说明本公开的示例实施例和它们的多种特征及有利细节。应注意的是，图中示出的特征不是必须按照比例绘制。本公开省略了已知材料、组件和工艺技术的描述，从而不使本公开的示例实施例模糊。所给出的示例仅旨在有利于理解本公开示例实施例的实施，以及进一步使本领域技术人员能够实施示例实施例。因而，这些示例不应被理解为对本公开的实施例的范围的限制。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合得到新的实施例。

在光接入网中，ODN网络通常采用高分光比(1：64甚至1：128)的分光器，使得单个OLT可以支持64甚至128个ONU用户，进而将系统成本分摊至64或128个用户，达到降低每个用户分摊成本的目的。同时，为了使单个ODN网络尽可能覆盖更多的用户区域，标准规定单个ODN网络需满足例如20km的传输距离要求。高分光比的分光器和较远的传输距离导致光接收机需设计很大的动态范围(约30多dB)，以保障能正常接收处于远距离位置上的用户所发送的弱光信号和处于近距离位置上的用户所发送的强光信号。这对于光接收机中的跨阻放大器芯片设计造成了很大的技术挑战，需要设计宽动态范围且自动调整的跨阻增益结构：对于弱光信号，自动调整至高跨阻增益状态；对于强光信号，自动调整至低跨阻增益状态。

入射光的光功率信号可以反映入射光的光强。例如，光电探测器输出的光功率光生电流信号大小与接收到的光功率的大小是线性变化的。因此，可以利用光功率信号来控制跨阻放大器的跨阻增益，使得跨阻放大器响应于光强自动调节增益，从而使得光接收机具有较宽的动态范围。

在相关技术中，光电探测器通常只有一个输出端口，只能对探测到的光信号输出光生电流数据信号，无法直接提供探测的光信号功率信息。

一种解决方案是跨阻放大器在跨阻放大器的内部设计信号强度(幅度或功率等)检测电路模块来判断并输出代表输入光信号强度的反馈信号，并以此反馈控制信号来调整跨阻增益的大小，避免跨阻放大器进入饱和状态而不能正常工作。这种方式容易产生的问题是：高动态范围跨阻放大器内部信号强度检测电路所输出的光信号强度反馈信号与输入光信号强度的关系不是线性变化的，存在光信号强度反馈信号和跨阻增益值跳变的节点，且在这些跳变节点上容易出现输出信号瞬时快速变化和质量劣化并引起瞬时误码的问题。

另一种解决方案是将光探测器输出的光数据信号(如光生电流数据信号)进行处理得到光功率信号(如光生电流功率信号)，这种方案需要在光探测器的输出端连接较多的负载器件，例如电阻电容等器件，这些器件本身的带宽特性和寄生电容可能会限制光接收机的带宽和信号传输速率，降低电路的性能。

本公开至少一实施例提供一种光电探测接收机，包括光电探测器和跨阻放大器，所述光数据探测部配置为将入射光转换为光数据信号并输入所述跨阻放大器的输入端，所述光功率探测部配置为将所述入射光转换为光功率信号；所述跨阻放大器配置为根据所述光功率信号改变跨阻增益以对所述光数据信号进行调节。

在本公开至少一实施例提供的光电探测接收机中的光电探测器集成了光功率探测功能，可以分别输出光数据信号和光功率信号，一方面，跨阻放大器可直接基于该光功率信号设计跨阻增益控制信号，可以设计该跨阻增益控制信号的大小随着该光功率信号的大小呈线性变化，从而可避免上述跨阻增益跳变而引起的瞬间误码问题；另一方面，光数据探测部的输出节点避免了加太多负载而导致光数据信号失真及信号传输速率的降低。

图1为本公开至少一实施例提供的光电探测接收机的结构示意图。如图1所示，该光电探测接收机10包括光电探测器20和跨阻放大器13，该光电探测器20包括光数据探测部11和光功率探测部12，该光数据探测部11和该光功率探测部12分别与该跨阻放大器13连接，该光数据探测部10配置为将入射光转换为光数据信号并输入到该跨阻放大器13的输入端IN，该光功率探测部12配置为将入射光转换为光功率信号，该光功率信号被传输至该跨阻放大器13并作为该跨阻放大器13的反馈电阻Rf的控制信号；该跨阻放大器13配置为根据该光功率信号改变跨阻增益以对该光数据信号进行调节并将调节后的光数据信号从输出端OUT输出。例如，该跨阻放大器13配置为根据该跨阻控制信号改变跨阻增益以对该跨阻放大器13的输出电压信号幅度进行调节并从输出端OUT输出。

例如，该光电探测接收机10还可以包括镜像电路14，该镜像电路14分别与该光功率探测部12和跨阻放大器13连接，配置为从该光功率探测部12接收将该光功率信号并将该光功率信号按比例镜像为跨阻控制信号并输出至该跨阻放大器13。

该跨阻放大器13包括反馈电阻Rf，该反馈电阻Rf连接在该跨阻放大器13的输入端IN与输出端OUT之间。

例如，该光数据信号为电流信号，该跨阻放大器13将该电流信号转换成为电压信号，跨阻增益即为该反馈电阻的阻值Rf。

该反馈电阻Rf为可变电阻。该镜像电路14与该反馈电阻Rf连接以将该跨阻控制信号施加至反馈电阻Rf上，该反馈电阻Rf配置为根据该跨阻控制信号改变阻值，从而改变跨阻放大器13的增益。

例如，该反馈电阻Rf为压控可变电阻。该镜像电路14将接收到的光功率信号按比例线性放大为跨阻控制电压施加在该反馈电阻Rf上。当该跨阻控制电压增加时，该反馈电阻Rf的阻值降低，该跨阻放大器13的跨阻增益也随之降低，从而该跨阻放大器13的增益响应于光功率信号得到自动反向调节，例如，对于弱光信号，自动调整至高跨阻增益状态；对于强光信号，自动调整至低跨阻增益状态，以保障能正常接收处于远距离位置上的用户所发送的弱光信号和处于近距离位置上的用户所发送的强光信号，使得光接收机具有较大的动态范围。

例如，该反馈电阻Rf为连续可变电阻，在跨阻控制信号作用下电阻值呈连续变化。这种设置可以避免跨阻放大器的跨阻增益突变而导致跨阻放大器的输出信号也随之突变而引起瞬时误码。

例如，该反馈电阻Rf为线性可变电阻，在跨阻控制信号作用下电阻值呈线性变化。

例如，该反馈电阻Rf包括MOS晶体管，该MOS晶体管配置为工作在线性区，相当于一个可变电阻，当该MOS管的栅极电压增大时，电阻值连续减小。该MOS晶体管的栅极配置为接收该跨阻控制电压，从而该MOS晶体管的电阻值随着该跨阻控制电压反向变化。

例如，该光数据探测部11和光功率探测部12可以分别实现为光电二极管，例如为雪崩光电二极管或者PN型或PIN型光电二极管。该光数据探测部11配置为将入射光转换为光数据电流信号。该光功率探测部12配置为将入射光转换为光功率电流信号。然而，本公开实施例对于该光数据探测部11和光功率探测部12的具体实现形式不作限制。

例如，该光数据探测部11包括第一PN结，该光功率探测部12包括第二PN结，该第二PN结相较于第一PN结具有更大的结面积。

通过这种设置，可以使得第一PN结具有较小的寄生电容，而第二PN结具有较大的寄生电容，从而使得第一PN结具有更快的响应速度，适合检测光信号中的高频信号部分，生成光数据电流信号；而第二PN结具有较慢的响应速度，适合检测光信号中的低频和直流信号部分，也即光功率信号。例如，第二PN结具有比第一PN结更深的结深，又例如，第二PN结具有比第一PN结更深的结深，从而便于设计出寄生电容较大的第二PN结。

例如，在制作过程中，可以在衬底中依次交替形成不同类型的掺杂区，从而形成较深的第二PN结和较浅的第一PN结。例如，第一PN结与第二PN结共用第一型区，第一型区和第二型区其中之一为N型区，另一者为P型区。

例如，第一PN结的第二型区(也即不与第二PN结共用的半导体区)相较于第二型PN结的掺杂浓度要高，例如高出至少两个数量级。这样可以使得第一PN结形成较窄的PN结宽度(也即耗尽区)，而第二PN结形成较宽的PN结宽度，从而使得光生载流子渡越第一PN结区域所需的时间比较短，适合探测高速光信号；光生载流子渡越第二PN结区域所需的时间比较长，适合探测低速光信号，也即高速光信号中的低频和直流信号成分。

例如，该第一型区的掺杂浓度介于第一PN结的第二型区的掺杂浓度和第二PN结的第二型区的掺杂浓度之间，也即，从上至下，各半导体区域的掺杂浓度依次降低。

由于PN结的感光区主要为耗尽区，该第一型区的掺杂浓度太高，会导致第一PN结的宽度过窄而降低PN结的光吸收效率；该第一型区的掺杂浓度太低，又导致该第一PN结的宽度过宽，光生载流子渡越第一PN结区域所需的时间过长，从而导致器件响应速度慢，带宽较宽。

例如，该第二PN结包括第一型阱区和第二型阱区，该第一型阱区，也即共用的第一型区，位于该第二型阱区内；第一PN结的第二型区位于该第一型阱区内并与该第一型阱区构成该第一PN结。

例如，该共用的第一型区为N型区。在进行电路设计时，该N型区连接正的电源电压从而将该第一PN结和第二PN结反偏以工作在光电感测模式。以下以此对本公开实施例进行示例性说明，然而这并不作为对本公开的限制，在另一些示例中，该共用的第一型区也可以是P型区，在这种情形，该光数据探测部和光功率探测部与其它电路的连接关系也相应地进行调整。

例如，可以在P型衬底中形成N阱区，并在该N阱区中形成P阱区，得到第一PN结和第二PN结，该第一PN结和第二PN结共用该N阱区。例如，可以在N型衬底中形成P阱区，并在该P阱区中形成N阱区，得到第一PN结和第二PN结，该第一PN结和第二PN结共用该P阱区。例如，还可以在上述基础上接着进行交替掺杂，总共得到3个或多个PN结，将最浅的一个PN结作为第一PN结形成该光数据探测部11，其它PN结并联连接形成光功率探测部12。

入射光经由光数据探测部11的第一PN结到达光功率探测部12的各个PN结，该第一PN结寄生电容小、结深浅、耗尽区宽度(结宽)小，形成高速光数据信号探测器，将高速光数据信号转换成光生电流数据信号；其它PN结形成低速的光功率探测部，将光功率信号转换成光生电流功率信号，即光功率电流信号。

例如，入射光强度随着入射深度的增加而减小，在硅基材料中的入射深度一般为30um～50um左右。该第一PN结位于最表层、掺杂浓度较高、PN结宽度小、其中的光生载流子渡越第一PN结区域所需的时间比较短、寄生电容小，形成高速光信号探测器，将高速光数据信号转换成光生电流数据信号；其它PN结的深度较深、掺杂浓度较低、PN结宽度大、其中的光生载流子渡越PN结区域所需的时间比较长、寄生电容大，形成低速的光功率探测部，将光功率信号转换成光生电流功率信号，即光功率电流信号。

该光电探测器20还包括第一电极和第二电极，该第一电极与该第一PN结的N型区接触，该第二电极与第一PN结的P型区接触，并配置为输出该光数据信号。该第一电极为阴极，第二电极为阳极。

该光电探测器20还包括第三电极，该第三电极与该第二PN结的P型区接触，并配置为输出该光功率信号。该第三电极为阳极，该第一电极同时充当该第二PN结的阴极。

图2为本公开至少一实施例提供的光电探测接收机的具体示例。以下将结合图2对本公开至少一实施例提供的光电探测接收机进行具体说明，然而本公开实施例并不限于此。

如图2所示，该光数据探测部11具体实现为一个光电二极管，光电二极管的阴极连接到电压源VCC，阳极O1与跨阻放大器13的输入端IN连接以将生成的光数据电流信号输入跨阻放大器13。

例如，该光功率探测部12包括并联的多个光电二极管，由于光功率信号对应的是光信号中的低频部分，这种设置可以提高光感测面积以尽可能多吸收光信号，提高光吸收效率，从而提高光功率信号强度。

图2中示出了该光功率探测部12包括并联的两个光电二极管，然而，本公开实施例对于并联的光电二极管的数目不进行限制。两个光电二极管的阴极彼此连接，并连接到电压源VCC。

该镜像电路14可以包括多级镜像放大电路以对光功率信号进行放大。如图2所示，该镜像电路14可以包括两级镜像放大电路以及电阻R61，一对NMOS晶体管MN61、MN61对光功率信号电流进行一级放大然后输出至下一级放大电路，一对PMOS晶体管MP61、MP62对光数据电流信号进行二级放大，电阻R61将两次放大后的光功率电流信号转换为电压信号，也即跨阻控制电压，并将该跨阻控制电压施加至跨阻放大器的反馈电阻Rf。例如，每对MOS晶体管中的两个晶体管的尺寸是呈线性比例的，例如完全一致。

例如，该光电探测接收机10还可以包括单端转差分电路15，该单端转差分电路15与跨阻放大器13的输出端连接，配置为将跨阻放大器13的输出信号转化为一对差分信号OUTP和OUTN，以便于后续电路进行处理。

例如，如图2所示，该光电探测器20还可以包括二极管16，该二极管16的一端接地，另一端与光数据探测部11或者光功率探测部12连接。例如，如图2所示，该光电二极管的阴极连接到电压源VCC，阳极接地。该二极管16在实际电路中对于电路的物理性能基本不产生影响，设置该二极管是为了制作出一个接地的衬底，从而方便将光数据探测部11/光功率探测部12与跨阻放大器13集成在同一衬底上。具体说明参见下文。

图3A为本公开至少一实施例提供的光电探测器的平面结构示意图，图3B为图3A沿剖面线I-I’的示意图。图3C示出了图3B中结构的等效电路图。

如图3A-3C所示，在P型衬底中形成N型阱区，然后在该N型阱区中形成P型阱区，该P型衬底与N型阱区构成较深的第二PN结，该N型阱区与该P型阱区构成较浅的第一PN结。该第一PN结的P型区和该第二PN结的P型区分别嵌套于该共用的N型区的内侧和外侧。例如，该P型阱区的平面形状为圆形，N型阱区的平面形状为环绕该圆形的环形。这种形状有利于接收均匀的光照。

第一PN结的结面积较小，寄生电容较小，响应速度较快，适合检测光信号中的高频信号部分，因此作为光数据探测部11；第二PN结的截面积较大，寄生电容较大，响应速度较慢，适合检测光信号中的低频和直流信号部分。

例如，第一PN结位于最表层、掺杂浓度较高、PN结宽度小、其中的光生载流子渡越第一PN结区域所需的时间比较短、PN结面积较小，寄生电容较小，响应速度较快，适合检测光信号中的数据信号部分，因此作为光数据探测部11；第二PN结的深度较深、掺杂浓度较低、PN结宽度大、其中的光生载流子渡越PN结区域所需的时间比较长、截面积较大，寄生电容较大，响应速度较慢，适合检测光信号中的低频和直流信号部分，即光功率成分。

此外，通过交替形成不同类型的阱区形成第一PN结和第二PN结，使得相邻的PN结共用一个阱区，节省了工艺；并且，该第一PN结和第二PN结基本上在同一区域接收入射光，如图3B所示，经光纤入射的光从受光窗口依次到达第一PN结和第二PN结，降低了接收光纤的设计要求，并提高了检测的准确性。

例如，该光电探测器20还包括第一电极110和第二电极120，该第一电极110与该第一PN结的第一型区(也即N型阱区)接触，该第二电极120与第一PN结的第二型区(也即P型阱区)接触，并配置为输出该光数据信号。该第一电极110为阴极，第二电极120为阳极(O1)。

该光电探测器20包括第三电极130，该第三电极130与该第二PN结的第二型区(也即P型衬底)接触，并配置为输出该光功率信号。该第三电极为阳极(O2)，该第一电极110同时充当该第二PN结的阴极。

例如，参考图3A，该光电探测器20还包括第一引出电极111、第二引出电极121和第三引出电极131，该第一引出电极111与第一电极110电连接以将该第一电极110引出，该第二引出电极121与第二电极120电连接以将该第二电极120引出，该第三引出电极131与第三电极130电连接以将该第三电极130引出，各引出电极将对应的电极引出以便于与其它电路进行连接，例如，如图3A所示，各引出电极将对应的电极引至对应的焊盘区，以与对应的焊盘电极(未示出)连接。例如，该第一引出电极111配置为接收正的电源电压从而将各PN结反偏。

例如，如图3A所示，第二电极120为封闭环状电极，第一电极110为环绕第二电极120的开口环状电极；第三电极130为开口环状电极，并位于第一电极110远离第二电极120的一侧，环绕该第一电极110。

该第一电极110包括未被该第三电极130环绕的部分，以留出该第一引出电极111的布线空间。该第二电极120包括未被该第一电极110和第三电极130环绕的部分，以留出该第二引出电极121的布线空间。

例如，各引出电极和各接触电极为一体的结构，例如由同一导电层经同一构图工艺形成。

例如，该光电探测器20还包括绝缘层100，该绝缘层位于晶圆表面，用于隔离相邻的电极。

图4A为本公开另一些实施例提供的光电探测器的平面结构示意图，图4B为图4A沿剖面线II-II’的示意图。

图4A所示实施例与图3A所示实施例的主要区别在于，衬底上集成了相邻的3个PN结。例如，该光功率探测部包括并联的两个PN结。

如图4A-4C所示，在N型衬底中形成P型深阱区，然后在该P型深阱区中形成N型阱区，再在该N型阱区中形成P型阱区，由此从下至上依次形成相邻的三个PN结，相邻的两个PN结共用一个阱区。最上方(最浅)的PN结具有最小的寄生电容，用于形成该光数据探测部，也即为第一PN结。下方的两个PN结彼此并联，用于形成该光功率探测部。在另一些示例中，该N型衬底也可以接地。

相应地，该光电探测器20包括第一电极110、第二电极120、第三电极130和第四电极140，该第一电极110与该第一PN结的N型阱区接触，该第二电极120与第一PN结的P型区接触，并配置为输出该光数据信号。该第一电极110为阴极，第二电极120为阳极(O1)。

该第三电极130与该深P阱接触，并配置为输出该光功率信号，该第四电极140与N型衬底接触，并通过第一引出电极111引出。例如，该第四电极140与第一电极110在径向上至少部分重叠，该第一引出电极111引出时分别与该第四电极140和第一电极110电连接。该第三电极为阳极(O2)，该第一电极110同时充当该光功率探测部的两个PN结的阴极。例如，该第一引出电极111配置为接收正的电源电压从而将各PN结反偏。

图5A示出了本公开又一些实施例提供的光电探测器的平面结构示意图，图5B为图5A沿剖面线III-III’的示意图。图5C和5D分别示出了图5A中结构的等效电路图的两种示例。

图5A与图3A所示实施例的主要区别在于衬底上集成了4个相邻的PN结。

如图5A-5B所示，在P型衬底中形成N型深阱区，然后在该N型深阱区中形成P型阱区，再在该P型阱区中形成N型阱区，再在该N型阱区中进行P型掺杂形成P型阱区，由此从下至上依次形成相邻的四个PN结，相邻的两个PN结共用一个阱区。最上方(最浅)的PN结具有最小的寄生电容，用于形成该光数据探测部，也即为第一PN结。如图5C所示，下方的三个PN结彼此并联，用于形成该光功率探测部。

在另一种示例中，如图5D所示，该光功率探测部包括并联的两个PN结，最下方的PN结的下方半导体区接地，从而方便将光数据探测部11/光功率探测部12与跨阻放大器13集成在同一衬底上。

例如，该光电探测器20包括第一电极110、第二电极120、第三电极130、第四电极140和第五电极150，该第一电极110与该第一PN结的N型阱区接触，该第二电极120与第一PN结的P型区接触，并配置为输出该光数据信号。该第一电极110为阴极，第二电极120为阳极(O1)。

该第一电极110与第一引出电极111电连接，该第二电极120与该第二引出电极121电连接。

该第三电极130与该深P阱接触，并配置为输出该光功率信号，该第四电极140与深N阱区接触，并与第一引出电极111电连接。该第三电极130为阳极(O1)，与第三引出电极131电连接。该第五电极150与P型衬底接触。

在图5C所示的实施例中，该第五电极150与第三引出电极131电连接，从而该光功率探测部包括三个并联的PN结。

在图5D所示的实施例中，P型衬底接地，也即最下方的PN结的下方半导体区接地。在这种情形，第五电极150接地。这样可以方便将光数据探测部11/光功率探测部12与跨阻放大器13集成在同一衬底上。

本公开至少一实施例还提供上述光电探测接收机的制作方法，包括：在同一晶圆衬底上形成该光电探测器以及该跨阻放大器。

以下结合图6对本公开至少一实施例提供的光电探测器的制作方法进行示例性说明，该制作方法用于形成图5A-5B所示实施例提供的光电探测器。

如图6所示，该制作方法包括步骤S61-S65。

步骤S61：在本征半导体晶圆上进行P型掺杂制作成P型衬底。

例如，对本征半导体晶圆(尺寸一般为6英寸或8英寸，厚度一般在700um左右)材料进行P型掺杂，P型掺杂浓度为5×10¹⁴～2×10¹⁵/cm³，形成该P型衬底。

步骤S62：在该P型衬底上进行N型掺杂制作出N型深阱区。

例如，N型掺杂区域的尺寸为：直径为22～57um的圆形，深度为20～30um，低浓度N型掺杂浓度为1×10¹⁶～5×10¹⁶/cm³。

步骤S63：在该N阱区中进行P型掺杂制作P型深阱区。

例如，该P型掺杂区域的尺寸为：直径为20～55um的圆形，深度为15～25um，P型掺杂浓度为5×10¹⁶～1×10¹⁷/cm³。

步骤S64：在该P型深阱区中进行N型掺杂形成N型阱区。

例如，N型掺杂区域的尺寸为：直径为18～53um的圆形，深度为3～10um；N型掺杂浓度为1×10¹⁷～5×10¹⁷/cm³。

步骤S65：在该N型阱区中进行P型掺杂形成P型掺杂区。

例如，该P型掺杂区域的尺寸为：直径为15～50um的圆形，深度为1～3um；P型掺杂浓度为5×10¹⁷～5×10¹⁸/cm³。

步骤S66：在P型衬底、深P阱和P型掺杂区域内进行重掺杂形成P+欧姆接触区。

例如，如图5B所示，该P+欧姆接触区重掺杂区域的形状与各自对应的电极120、130、150的形状一致，深度为0.05～0.2um，P+欧姆接触区重掺杂浓度为1×10²⁰～3×10²⁰/cm³。

步骤S67：在深N阱和N阱区域内进行N+欧姆接触区重掺杂形成N+欧姆接触区。

例如，如图5B所示，N+欧姆接触区重掺杂区域的形状与各自对应的电极110、140一致，深度为0.05～0.2um；N+欧姆接触区重掺杂约为1×10²⁰～3×10²⁰/cm³。

步骤S68：制作接触电极和引出电极。

例如，参考图5A，该步骤具体包括：在晶圆表面生长一层氧化层(如SiO₂)；采用第一掩模版对该氧化层进行构图工艺(例如包括光刻工艺)，暴露出各掺杂区域的接触区，以与后续形成的接触电极进行接触；在该氧化层上形成导电层，例如，通过真空蒸发、溅射、化学气相淀积等技术在晶圆表面淀积导电金属层，金属层材料可以是铝(Al)、铜(Cu)钨(W)、钴(Co)、钛(Ti)、金锡等导电金属或合金材料；然后采用上述第一掩模版对该导电层进行构图工艺得到各接触电极110、120、130、140、150以及各引出电极111、121、131。

例如，该制作方法还可以包括在图5A所示的电极区域以外淀积一层钝化保护层。

下表给出了上述制作工艺中的相关参数的一个示例。

以上所述仅是本公开的示范性实施方式，而非用于限制本公开的保护范围，本公开的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims

1.一种光电探测接收机，包括光电探测器和跨阻放大器，

其中，所述光电探测器包括光数据探测部和光功率探测部，所述光数据探测部配置为将入射光转换为光数据信号并输入所述跨阻放大器的输入端，所述光功率探测部配置为将所述入射光转换为光功率信号，所述跨阻放大器配置为根据所述光功率信号改变跨阻增益以对所述光数据信号进行调节；

所述光数据探测部包括第一PN结；所述光功率探测部包括第二PN结和第三PN结；

所述光电探测器还包括第四PN结、第一电极、第二电极、第三电极和第四电极；

所述第一电极与所述第一PN结的N型区接触；

所述第二电极与所述第一PN结的P型区接触，并配置为输出所述光数据信号；

所述第三电极与所述第二PN结的P型区接触，并配置为输出所述光功率信号；

所述第三PN结和所述第二PN结共用P型区，所述第二PN结的P型区嵌套于所述第三PN结的N型区内，所述第四电极与所述第三PN结的N型区接触，且通过引出电极与所述第一电极电连接；

所述第四PN结与所述第三PN结共用N型区，所述第三PN结的N型区嵌套于所述第四PN结的P型区内，所述第四PN结的P型区接地。

2.如权利要求1所述的光电探测接收机，其中，所述第二PN结相较于所述第一PN结具有更大的结面积。

3.如权利要求1所述的光电探测接收机，其中，所述第二PN结的结深较所述第一PN结的结深更深。

4.如权利要求2或3所述的光电探测接收机，其中，所述第一PN结与所述第二PN结共用N型区，所述第一PN结的P型区嵌套于所述N型区的内侧，所述第二PN结的P型区嵌套于所述N型区的外侧。

5.如权利要求4所述的光电探测接收机，其中，所述第一PN结的P型区的平面形状为圆形，所述N型区的平面形状为环绕所述圆形的环形。

6.如权利要求1所述的光电探测接收机，其中，所述第二电极为封闭环状电极，所述第一电极为环绕所述第二电极的开口环状电极，所述第三电极为开口环状电极，并位于所述第一电极远离所述第二电极的一侧，

所述第一电极包括未被所述第三电极环绕的部分；

所述第二电极包括未被所述第一电极和所述第三电极环绕的部分。

7.如权利要求1所述的光电探测接收机，其中，所述第一PN结中P型区掺杂浓度为5×10¹⁷～5×10¹⁸/cm³、直径为15～50um、厚度/深度为1～3um；所述第一PN结中N型区N阱掺杂浓度为1×10¹⁷～5×10¹⁷/cm³、直径为18～53um、厚度/深度为3～10um；所述第二PN结中P型区深P阱掺杂浓度为5×10¹⁶～1×10¹⁷/cm³、直径为20～55um、厚度/深度为15～25um；所述第三PN结中N型区深N阱掺杂浓度为1×10¹⁶～5×10¹⁶/cm³、直径为22～57um、厚度/深度为20～30um；所述第四PN结中P型区P型衬底掺杂浓度为5×10¹⁴～2×10¹⁵/cm³、厚度/深度为500～1000um。

8.如权利要求1所述的光电探测接收机，还包括镜像电路，

其中，所述跨阻放大器包括连接在其输入端和输出端之间的反馈电阻，

所述镜像电路与所述光功率探测部和所述反馈电阻连接，并配置为将所述光功率信号镜像为跨阻控制信号施加在所述反馈电阻上，所述反馈电阻配置为根据所述跨阻控制信号改变阻值，从而改变所述跨阻放大器的跨阻增益。