CN2510997Y - 高速、高灵敏度的谐振腔增强型光电探测器 - Google Patents
高速、高灵敏度的谐振腔增强型光电探测器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN2510997Y CN2510997Y CN 01275368 CN01275368U CN2510997Y CN 2510997 Y CN2510997 Y CN 2510997Y CN 01275368 CN01275368 CN 01275368 CN 01275368 U CN01275368 U CN 01275368U CN 2510997 Y CN2510997 Y CN 2510997Y
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- photoelectric detector
- resonant cavity
- highly sensitive
- utility
- high speed
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
本实用新型涉及一种高速、高灵敏度的谐振腔增强型(RCE)光电探测器的结构。本实用新型其特征在于:它通过离子注入造成器件部分电极绝缘,使得导电区域呈现梳状或网孔状的微结构,降低了探测器的固有电容。本实用新型涉及的器件结构解除了RCE光电探测器的光耦合效率与响应速率之间互相制约的矛盾,势将对今后光波与光电子器件的发展产生重要而深远的影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光波与光电子器件，特别涉及一种长波长、高速、高灵敏度谐振腔增强型(RCE)光电探测器的结构。
背景技术
随着高速、长距离光纤通信技术的飞速发展，要求相应的光接收器件具有高灵敏度、高速响应(＞40Gbit/s)的能力。对传统的pin光电探测器(其中p和n型材料作为电极层对光波无吸收效应，而i型材料作为光波吸收层)来说，其量子效率和响应速度之间存在着一种此长彼消的制约关系，二者都与吸收层厚度有关，不可兼得。谐振腔增强型(Resonant CavityEnhanced，简称RCE)光电探测器从器件结构上解决了这一问题，它的基本结构是在法布里-帕罗谐振腔(F-P腔)中插入薄的吸收层，由于光波在谐振腔中的谐振增强效应，此类器件在较薄的吸收层情况下即可以获得较高的量子效率。因而器件的响应速度不受光生载流子的耗尽区的渡越时间限制，具有高速响应的潜力。并且与波导型光电探测器的边耦合方式相比，具有光耦合效率高，耦合封装简单的优点。这些特点使得它成为未来宽带光纤通信系统的高速接收器件的首选。
RCE光电探测器由于吸收层厚度很薄，具有高速响应的潜力。但是在实际应用中，为了保证光波的耦合效率，RCE探测器的台面(即入光面)面积不能小于一定值，而器件的固有电容与台面面积大致成正比关系，因此器件固有电容的充放电时间成为了制约器件高速响应的主要因素。因而器件的响应速率与光耦合效率之间，存在着互相制约的关系。
此外，与目前光纤通信的低损耗、低色散的1.55μm波长窗口相对应，波长1.55μm的InP(磷化铟)基RCE光电探测器的制备仍存在困难。RCE结构中的谐振腔是由一对相互平行的介质膜DBR(分布布拉格反射镜)构成；要获得高的量子效率，通常要求构成谐振腔的底镜的反射率接近100％。对于1.55μm光波具有吸收效应的In0.53Ga0.47As(铟镓砷)材料是在InP衬底上外延生长而成的，InGaAsP/InP(铟镓砷磷/磷化铟)材料的折射率差很小；为了获得高反射率InGaAsP/InP介质膜DBR反射镜，要求组成的介质膜对数较多(大于35对)，因此器件的外延生长比较困难。目前所采用的解决方法有：将In0.53Ga0.47As吸收层与高反射率的Si/SiO2(硅/二氧化硅)介质膜DBR键合(wafer-bonding)，获得了约48％的量子效率；类似的还有将In0.53Ga0.47As吸收层与高反射率的GaAs/AlGaAs(砷化镓/铝镓砷)介质膜DBR键合，获得约80％的量子效率。但是，键合需要经过贴紧、加压、加热以及衬底去除等工艺过程，使得器件制备成本增加。
有鉴于此，如何解除RCE光电探测器中响应速率与光耦合效率之间互相制约的矛盾，解决InP/InGaAsP介质膜DBR反射率低的问题，从而获得高速、高灵敏度的1.55μm波长的RCE光电探测器；同时具有低廉的成本，以满足光电子技术应用领域发展的要求，这是本实用新型研创动机所在。
本实用新型设计人凭借多年从事半导体研究生产加工等领域的实际经验，在反复研究论证的基础上，终得本实用新型的产生。
本实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种实现长波长、高速、高灵敏度谐振腔增强型(RCE)光电探测器的结构。
本实用新型的目的可按下述方式实现，为了获得高响应速率，利用质子注入使器件的部分电极绝缘，使得器件的电极呈现梳状分布，从而减小了器件的固有电容。同时对于InP基RCE光电探测器，衬底外侧设入光台面，采用衬底入光的方式，衬底采用InP基材、GaAs基或Si基半导体材料，电极层外侧设有底镜，底镜由蒸镀的高反射率Si/SiO2介质膜材料DBR构成，解决了InGaAsP/InP介质膜DBR反射率低的问题。
本实用新型中器件的部分电极区经过质子注入后，其电极区呈现梳状微结构。只要选择梳状电极的宽度与间隙的比例，就可以控制电极区的面积大小(即器件固有电容的大小)。对于目前的微细加工工艺，梳状电极的宽度与间隙可以做的极小，此时梳状电极的结构不会增加光生载流子在耗尽区的渡越时间。并且质子注入后的绝缘区域经过一定温度的退火工艺，可以消除绝缘区域对光波的吸收损耗。因此在不影响光波通过的条件下，实现了高的耦合效率和响应速率。
电极区并不限于梳状，也可以为网孔状的微结构等，只要导电区域间隙较窄就不会影响光生载流子的渡越时间。并且电极的绝缘方法不限于质子(氢离子)注入，也可以采用氦离子注入等方法。所采用的材料不局限于InP基的半导体材料，对于GaAs基或Si(硅)基的RCE光电探测器同样适用。
下面结合附图进一步阐明本实用新型实施例。
附图说明
图1为本实用新型器件质子注入时的结构图。
图2为本实用新型器件的整体结构图。
1...高能质子束流 2...掩膜层 3...绝缘区域 4...InGaAsP 隔离层
5...InGaAs吸收层 6...InGaAsP隔离层 7...InP衬底
8...InP/InGaAsP DBR顶镜 9...p型电极层 10...n型电极层
11...Si/SO2 DBR底镜 12...入射光波 13...n型梳状电极
本实用新型实现方式
本实用新型实施例器件是在InP衬底7上，依次外延生长InP/InGaAsP介质膜DBR顶镜8、p型惨杂电极层9、InGaAsP本征隔离层6、InGaAs本征吸收层5、InGaAsP本征隔离层4以及n型惨杂电极层10，其中电极层9和10都为InGaAsP材料。在本实用新型实施例中，采用厚光刻胶作为掩膜层2，掩膜层可以覆盖或悬浮在电极层表面，掩膜层的材料为有机聚合物、半导体或金属；经过涂胶、预烘、光刻、坚膜后，进行质子注入，具体结构如图1所示。其中没有光刻胶2保护的区域由于质子注入而变为绝缘区域3，于是在n型电极层10上形成了梳状电极13。接着用丙酮除去表面的光刻胶，清洗、烘干，然后蒸镀Si/SO2介质膜DBR底镜11，具体结构如图2所示。光波12由衬底7背入射。
对于Si/SO2介质膜DBR，其反射率容易达到接近100％的水平，满足了RCE光电探测器结构中高反射率底镜的要求；同时器件顶镜的反射率并不要求很高，因此InP/InGaAsP介质膜DBR顶镜8能够满足要求，该器件结构能够获得高的量子效率。
当光波入射时，吸收层5吸收光子所产生的光生载流子将通过吸收层5和隔离层(对于电子是隔离层4，对于空穴则是隔离层6)，从而到达两侧的电极区。由于p型电极层9与梳状电极13之间存在内建电场，在电场力的作用下光生载流子(空穴和电子)将分别被p型电极层9和n型梳状电极13收集。只要n型梳状电极13的叉指间距足够小，几乎所有的电子都将被梳状电极13收集。
采用目前的微加工工艺，可以实现极小的绝缘区域3的宽度(＜0.2μm)，不会影响光生载流子在耗尽区的渡越时间。绝缘区域3经过大约1小时300℃的退火工艺，可以消除质子注入所造成的对光波的吸收损耗。因此离子注入的方法在不影响光波吸收(即器件的量子效率)的条件下，降低了器件的固有电容，提高了器件的响应速率。
本实用新型彻底解除了RCE光电探测器的光耦合效率与响应速率相互制约的矛盾，实现了波长1.55μm的高速、高灵敏度的InP基谐振腔增强型(RCE)光电探测器，势将对今后光波与光电子器件的发展产生重要而深远的影响。以上所述乃本实用新型的具体实例及所运用的技术原理，依本实用新型的构想所做的等效变换，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本实用新型的范围内，特此说明。
Claims (7)
1、一种高速、高灵敏度的谐振腔增强型光电探测器，包括有衬底，其特征在于：电极层呈现梳状或网孔状的微结构。
2、根据权利要求1所述的高速、高灵敏度的谐振腔增强型光电探测器，其特征在于衬底外侧设入光台面。
3、根据权利要求2所述的高速、高灵敏度的谐振腔增强型光电探测器，其特征在于衬底采用InP基、GaAs基或Si基半导体材料。
4、根据权利要求1、2或3所述的高速、高灵敏度的谐振腔增强型光电探测器，其特征在于电极层外侧设有底镜。
5、根据权利要求3所述的高速、高灵敏度的谐振腔增强型光电探测器，其特征在于底镜由蒸镀的高反射率介质膜材料的DBR构成。
6、根据权利要求1、2或3所述的高速、高灵敏度的谐振腔增强型光电探测器，其特征在于制备微结构电极时电极层表面覆盖或悬浮一掩膜层。
7、根据权利要求5所述的高速、高灵敏度的谐振腔增强型光电探测器，其特征在于掩膜层的材料为有机聚合物、半导体或金属。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 01275368 CN2510997Y (zh) | 2001-11-27 | 2001-11-27 | 高速、高灵敏度的谐振腔增强型光电探测器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 01275368 CN2510997Y (zh) | 2001-11-27 | 2001-11-27 | 高速、高灵敏度的谐振腔增强型光电探测器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN2510997Y true CN2510997Y (zh) | 2002-09-11 |
Family
ID=33679815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 01275368 Expired - Fee Related CN2510997Y (zh) | 2001-11-27 | 2001-11-27 | 高速、高灵敏度的谐振腔增强型光电探测器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN2510997Y (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101958321A (zh) * | 2009-07-13 | 2011-01-26 | 三菱电机株式会社 | 半导体装置 |
| CN104332510A (zh) * | 2014-10-16 | 2015-02-04 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 提升光电探测器光响应的亚波长等离激元微腔光耦合结构 |
-
2001
- 2001-11-27 CN CN 01275368 patent/CN2510997Y/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101958321A (zh) * | 2009-07-13 | 2011-01-26 | 三菱电机株式会社 | 半导体装置 |
| US8232609B2 (en) | 2009-07-13 | 2012-07-31 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device including field effect transistor with reduced electric field concentration |
| CN101958321B (zh) * | 2009-07-13 | 2013-03-06 | 三菱电机株式会社 | 半导体装置 |
| CN104332510A (zh) * | 2014-10-16 | 2015-02-04 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 提升光电探测器光响应的亚波长等离激元微腔光耦合结构 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI228320B (en) | An avalanche photo-detector(APD) with high saturation power, high gain-bandwidth product | |
| CN106449855A (zh) | 单行载流子光电探测器及其制作方法 | |
| CN106784123A (zh) | 单行载流子光电探测器及其制作方法 | |
| JPH04252079A (ja) | 集積光ガイド／検出器構造の形成方法 | |
| US11437531B2 (en) | Photodetector | |
| CN102023455B (zh) | 基于n-InP的单片集成的光逻辑门及其制作方法 | |
| CN103367370B (zh) | 亚波长光栅反射增强型硅基宽光谱集成光探测器及其制备方法 | |
| CN111628036B (zh) | 一种具有谐振波导结构的光电探测器 | |
| CN111668324A (zh) | 一种集成光栅反射结构的光探测器 | |
| CN101614843B (zh) | 倏逝波耦合型单一载流子行波光电探测器的制作方法 | |
| CN101393945A (zh) | 全硅波导型光电转换器及其制造方法 | |
| CN2510997Y (zh) | 高速、高灵敏度的谐振腔增强型光电探测器 | |
| CN1170381C (zh) | 高速、高灵敏度的谐振腔增强型光电探测器的实现方法 | |
| CN115810680B (zh) | 一种局域场增强的光电导型高速光电探测器 | |
| CN108447940A (zh) | 背靠背双吸收硅基光电探测器及制备方法 | |
| CN114335207B (zh) | 一种基于双层亚波长光栅的锗硅光电探测器 | |
| CN115101609B (zh) | 一种基于定向耦合器的锗硅光电探测器 | |
| Dental et al. | InGaAs PIN photodiodes grown on GaAs substrates by metal organic vapour phase epitaxy | |
| Lin | High efficiency ultra-thin normal-incidence Ge-on-Si photodetector based on optical metasurface | |
| Mao et al. | Fabrication of 1.55-μm Si-based resonant cavity enhanced photodetectors using sol-gel bonding | |
| Yang et al. | Design optimization of silicon-based 1.55 μm InAs/InGaAs quantum dot square microcavity lasers with output waveguides | |
| CN113629159B (zh) | 硅红外增强倏逝波耦合雪崩光电探测器及其制作方法 | |
| CN114068762B (zh) | 具有分光结构的光电探测器的制备方法 | |
| Zuo et al. | InP-based evanescently coupled high-responsivity photodiodes with extremely low dark current density integrated diluted waveguide at 1550 nm | |
| Liu et al. | Design of uni-traveling-carrier photodiode With Nanoscale Optical Microstructures |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |