TWI464864B - 高效率頻寬乘積鍺光偵測器 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種光偵測器，尤指涉及一種高效率頻寬乘積鍺光偵測器，特別係指經由上下反射鏡可將所有入射光完全閉鎖於其間之腔體構造內而達成臨界耦合，可具有百分之百吸收效率而不漏光，進而可在臨界耦合之基礎上突破頻寬與效率之間之取捨而達到高響應度與高頻寬之目的，俾以增加光轉電吸收之效率者。
光偵測器之技術目前市場上已成熟發展，且運用於多樣光通訊產品。在半導體光偵測器中，光偵測器係暴露於光源時經由感測體吸收光能並轉換成電子訊號而輸出電流之元件，可藉此用於光通訊及光偵測。
在光學期刊《OPTICS EXPRESS》16479,2010中標題為「高靈敏度之10 Gbps矽上鍺光接收器操作在λ～1.55微米」（Jiho Joo, “High-sensitivity 10 Gbps Ge-on-Si photoreceiver operating at λ～1.55 μm”, OPTICS EXPRESS 16479,2010）一文中提出了一種以垂直面照射式100%矽上鍺光偵測器為基礎之高靈敏度光接收器。製作具有90μm直徑台面之PIN光偵測器之-3dB頻寬為7.7GHz，以及在λ～1.55μm，對應於72%之外部量子效率為0.9 A/W之響應度。一TO-can封裝鍺光接收器在 10 Gbps之資料率為10-12 之BER展現-18.5 dBm之靈敏度。該結果證明符合成本效益100%之矽上鍺光接收器，及可以隨時替換III-V相對物而用於光通信之能力。然而，此習用技術雖有較高之響應度，但頻寬較低。
且在應用物理通信《APPLIED PHYSICS LETTERS》95,151116,2009中標題為「40 Gb/s之面照射式矽上鍺光偵測器」（Johann Osmond, 40 Gb/s surface-illuminated Ge-on-Si photodetectors, APPLIED PHYSICS LETTERS 95, 151116, 2009）一文中提出了一種描述單晶片整合在矽基板上並在C與L波段操作之面照射式鍺光偵測器。無偏壓鍺台式直徑範圍從10～25μm，分別在波長為1.5μm之範圍從0.08～0.21 A/W之響應。在波長為1.5μm之一5V之反偏壓下測得之-3 dB截止頻率係高達49 GHz。另展示一個開放高達40 Gbit/s之眼圖。此習用製作具有15μm直徑台面之PIN光偵測器之-3dB頻寬為40GHz，以及在λ～1.5μm，對應於10%之外部量子效率為0.12 A/W之響應度，雖然可藉此提高頻寬，但在頻寬被改善而提高時，響應度卻下降。
另外，於高速光纖網路之市場中，垂直共振腔面射型雷射（Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL）之結構中雖有提出於發光層上下使用多層膜反射層（Distributed Bragg Reflector, DBR），惟VCSEL係一種發光元件之結構，而光偵測器則係一種吸光元件之結構，兩者不同之原理有不同之作用，VCSEL中之DBR雖是被當作共振腔兩面之反射鏡使用，惟其材料係非金屬材料，因此無論在材料之選擇與結構之設計皆不相同，非相似技術。
再者，如第４圖所示，其係一種習用光偵測器可整合之光耦合裝置，係在基板３００下方蝕刻一斜面，並鍍上一第一全反射表面３５３，而另一斜面鍍上一第二全反射表面３５４，當入射光進入抗反射膜３５２之後碰到第二全反射表面３５３，光被反射入光偵測器３６０，部分光被光偵測器３６０吸收，部分光則反射至第二全反射表面３５４，再反射至第三全反射表面３５１，並從第三全反射表面３５１經反射至第二全反射表面３５４最後反射至光偵測器３６０，則所有入射之光將被鎖住在此區域。然而，該技術之光偵測器３６０並無提及厚度範圍，因此其可能做得很薄也可能很厚，當很薄時可能光反射路徑僅兩次就沒了，若很厚時則吸收不了全部之光線，將致使光線從原路徑折回而發生漏光之問題。並且，此技術於基板３００下方之反射表面不僅無法施作為平面結構，設計明顯受限之外，其基板３００下方斜度亦需要在某一個角度才能有效反射，若角度沒計算好，亦或製作過程中稍微偏差，則將導致光反射時出現路徑差，進而影響吸光效率。故，ㄧ般習用者係無法符合使用者於實際使用時達到完全不漏光之所需。
在光學期刊《OPTICS EXPRESS》16479,2010中標題為「高靈敏度之10 Gbps矽上鍺光接收器操作在λ～1.55微米」（Jiho Joo, “High-sensitivity 10 Gbps Ge-on-Si photoreceiver operating at λ～1.55 μm”, OPTICS EXPRESS 16479,2010）一文中提出了一種以垂直面照射式100%矽上鍺光偵測器為基礎之高靈敏度光接收器。製作具有90μm直徑台面之PIN光偵測器之-3dB頻寬為7.7GHz，以及在λ～1.55μm，對應於72%之外部量子效率為0.9 A/W之響應度。一TO-can封裝鍺光接收器在 10 Gbps之資料率為10-12 之BER展現-18.5 dBm之靈敏度。該結果證明符合成本效益100%之矽上鍺光接收器，及可以隨時替換III-V相對物而用於光通信之能力。然而，此習用技術雖有較高之響應度，但頻寬較低。
且在應用物理通信《APPLIED PHYSICS LETTERS》95,151116,2009中標題為「40 Gb/s之面照射式矽上鍺光偵測器」（Johann Osmond, 40 Gb/s surface-illuminated Ge-on-Si photodetectors, APPLIED PHYSICS LETTERS 95, 151116, 2009）一文中提出了一種描述單晶片整合在矽基板上並在C與L波段操作之面照射式鍺光偵測器。無偏壓鍺台式直徑範圍從10～25μm，分別在波長為1.5μm之範圍從0.08～0.21 A/W之響應。在波長為1.5μm之一5V之反偏壓下測得之-3 dB截止頻率係高達49 GHz。另展示一個開放高達40 Gbit/s之眼圖。此習用製作具有15μm直徑台面之PIN光偵測器之-3dB頻寬為40GHz，以及在λ～1.5μm，對應於10%之外部量子效率為0.12 A/W之響應度，雖然可藉此提高頻寬，但在頻寬被改善而提高時，響應度卻下降。
另外，於高速光纖網路之市場中，垂直共振腔面射型雷射（Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL）之結構中雖有提出於發光層上下使用多層膜反射層（Distributed Bragg Reflector, DBR），惟VCSEL係一種發光元件之結構，而光偵測器則係一種吸光元件之結構，兩者不同之原理有不同之作用，VCSEL中之DBR雖是被當作共振腔兩面之反射鏡使用，惟其材料係非金屬材料，因此無論在材料之選擇與結構之設計皆不相同，非相似技術。
再者，如第４圖所示，其係一種習用光偵測器可整合之光耦合裝置，係在基板３００下方蝕刻一斜面，並鍍上一第一全反射表面３５３，而另一斜面鍍上一第二全反射表面３５４，當入射光進入抗反射膜３５２之後碰到第二全反射表面３５３，光被反射入光偵測器３６０，部分光被光偵測器３６０吸收，部分光則反射至第二全反射表面３５４，再反射至第三全反射表面３５１，並從第三全反射表面３５１經反射至第二全反射表面３５４最後反射至光偵測器３６０，則所有入射之光將被鎖住在此區域。然而，該技術之光偵測器３６０並無提及厚度範圍，因此其可能做得很薄也可能很厚，當很薄時可能光反射路徑僅兩次就沒了，若很厚時則吸收不了全部之光線，將致使光線從原路徑折回而發生漏光之問題。並且，此技術於基板３００下方之反射表面不僅無法施作為平面結構，設計明顯受限之外，其基板３００下方斜度亦需要在某一個角度才能有效反射，若角度沒計算好，亦或製作過程中稍微偏差，則將導致光反射時出現路徑差，進而影響吸光效率。故，ㄧ般習用者係無法符合使用者於實際使用時達到完全不漏光之所需。
本發明之主要目的係在於，克服習知技藝所遭遇之上述問題並提供一種經由上下反射鏡可將所有入射光完全閉鎖於其間之腔體構造內而達成臨界耦合，可具有百分之百吸收效率而不漏光，進而可在臨界耦合之基礎上突破頻寬與效率之間之取捨而達到高響應度與高頻寬之目的，俾以增加光轉電吸收之效率之高效率頻寬乘積鍺光偵測器。
為達以上之目的，本發明係一種高效率頻寬乘積鍺光偵測器，係至少包括：
一矽基板，係具有一開口向下之ㄇ字型凹槽；
一金屬反射鏡面層（Metal Mirror），係沿著該矽基板之ㄇ字型凹槽內部周緣設置而具有開口向下之ㄇ字型結構；
一吸收層，係設置於該金屬反射層之上，該吸收層具有一pin結構，該pin結構具有一p型非晶矽層（a-Si）、一i型鍺層以及一n型磊晶矽層（Epi-Si）；以及
一介電質反射鏡面層（Dielectric Mirror），係設置於該吸收層之上，搭配該金屬反射鏡面層形成一使光線產生多次反射之共振腔結構。
其中，該金屬反射鏡面層與該介電質反射鏡面層之反射率係等於共振腔內之吸收率，藉由共振腔之臨界耦合（Resonance-Critical Coupling），俾令所有入射光閉鎖於該金屬反射鏡面層與該介電質反射鏡面層之間之腔體構造內，達到百分之百吸收效率。
於一較佳實施例中，上述所提之吸收層與該金屬反射鏡面層之間係設置有一埋入氧化層（Buried Oxide, BOX）。
於一較佳實施例中，上述所提之金屬反射鏡面層亦可以平表面形式設置於該吸收層與該矽基板之間。
於一較佳實施例中，上述所提之介電質反射鏡面層係為分佈式布拉格反射鏡（Distributed Bragg reflector, DBR）。
於一較佳實施例中，上述所提之金屬反射鏡面層之直徑係大於該介電質反射鏡面層。
於一較佳實施例中，上述所提之吸收層中n型磊晶矽層之厚度係介於200～300 nm範圍。
於一較佳實施例中，上述所提之共振腔之臨界耦合係經由下列公式使該金屬反射鏡面層與該介電質反射鏡面層之反射率等於共振腔內之吸收率，令其於此條件下達到百分之百吸收效率：
，且
其中，該為金屬反射鏡面層之反射率；以及該為介電質反射鏡面層之反射率。
於一較佳實施例中，上述所提之高效率頻寬乘積鍺光偵測器，係可進一步於該p型非晶矽層之部份區域設置一p型歐姆接觸層，且該p型歐姆接觸層上更進一步包含一p型金屬導電層。
於一較佳實施例中，上述所提之高效率頻寬乘積鍺光偵測器，係可進一步於該n型磊晶矽層之部份區域設置一n型歐姆接觸層，且該n型歐姆接觸層上更進一步包含一n型金屬導電層。
為達以上之目的，本發明係一種高效率頻寬乘積鍺光偵測器，係至少包括：
一矽基板，係具有一開口向下之ㄇ字型凹槽；
一金屬反射鏡面層（Metal Mirror），係沿著該矽基板之ㄇ字型凹槽內部周緣設置而具有開口向下之ㄇ字型結構；
一吸收層，係設置於該金屬反射層之上，該吸收層具有一pin結構，該pin結構具有一p型非晶矽層（a-Si）、一i型鍺層以及一n型磊晶矽層（Epi-Si）；以及
一介電質反射鏡面層（Dielectric Mirror），係設置於該吸收層之上，搭配該金屬反射鏡面層形成一使光線產生多次反射之共振腔結構。
其中，該金屬反射鏡面層與該介電質反射鏡面層之反射率係等於共振腔內之吸收率，藉由共振腔之臨界耦合（Resonance-Critical Coupling），俾令所有入射光閉鎖於該金屬反射鏡面層與該介電質反射鏡面層之間之腔體構造內，達到百分之百吸收效率。
於一較佳實施例中，上述所提之吸收層與該金屬反射鏡面層之間係設置有一埋入氧化層（Buried Oxide, BOX）。
於一較佳實施例中，上述所提之金屬反射鏡面層亦可以平表面形式設置於該吸收層與該矽基板之間。
於一較佳實施例中，上述所提之介電質反射鏡面層係為分佈式布拉格反射鏡（Distributed Bragg reflector, DBR）。
於一較佳實施例中，上述所提之金屬反射鏡面層之直徑係大於該介電質反射鏡面層。
於一較佳實施例中，上述所提之吸收層中n型磊晶矽層之厚度係介於200～300 nm範圍。
於一較佳實施例中，上述所提之共振腔之臨界耦合係經由下列公式使該金屬反射鏡面層與該介電質反射鏡面層之反射率等於共振腔內之吸收率，令其於此條件下達到百分之百吸收效率：
，且
其中，該為金屬反射鏡面層之反射率；以及該為介電質反射鏡面層之反射率。
於一較佳實施例中，上述所提之高效率頻寬乘積鍺光偵測器，係可進一步於該p型非晶矽層之部份區域設置一p型歐姆接觸層，且該p型歐姆接觸層上更進一步包含一p型金屬導電層。
於一較佳實施例中，上述所提之高效率頻寬乘積鍺光偵測器，係可進一步於該n型磊晶矽層之部份區域設置一n型歐姆接觸層，且該n型歐姆接觸層上更進一步包含一n型金屬導電層。
請參閱『第１圖及第２圖』所示，係分別為本發明之結構示意圖、以及本發明運用時之光閉鎖態樣示意圖。如圖所示：本發明係一種高效率頻寬乘積鍺光偵測器，至少包括一矽基板１１、一金屬反射鏡面層（Metal Mirror）１２、一埋入氧化層（Buried Oxide, BOX）１３、一吸收層１４以及一介電質反射鏡面層（Dielectric Mirror）１５所組成。
該矽基板１１係具有一開口向下之ㄇ字型凹槽１１１。
該金屬反射鏡面層１２係沿著該矽基板１１之ㄇ字型凹槽１１１內部周緣設置而具有開口向下之ㄇ字型結構。
該埋入氧化層１３係設置於該金屬反射鏡面層１２之上。
該吸收層１４係設置於該埋入氧化層１３之上，該吸收層１４具有一pin結構，該pin結構包含有一p型非晶矽層（a-Si）１４１、一i型鍺層１４２以及一n型磊晶矽層（Epi-Si）１４３。
該介電質反射鏡面層１５係設置於該吸收層１４之上，配合該金屬反射鏡面層１２形成一使光線產生多次反射之共振腔結構。
上述所提之金屬反射鏡面層１２之直徑係大於該介電質反射鏡面層１５，且該金屬反射鏡面層１２之形狀結構亦可以平表面形式設置，如第２圖所示之金屬反射鏡面層１２a。
本發明係藉由下列公式達成共振腔之臨界耦合（Resonance-Critical Coupling），使該金屬反射鏡面層１２與該介電質反射鏡面層１５之反射率等於共振腔內之吸收率，俾令所有入射光閉鎖於該金屬反射鏡面層１２與該介電質反射鏡面層１５之間之腔體構造內，達到百分之百吸收效率，如第２圖所示之光閉鎖態樣。該公式為：且
其中，該為金屬反射鏡面層之反射率；以及該為介電質反射鏡面層之反射率。
如是，藉由上述之結構構成一全新之高效率頻寬乘積鍺光偵測器。
請參閱『第３圖』所示，係本發明一具體實施例之結構示意圖。如圖所示：本發明之高效率頻寬乘積鍺光偵測器，於一具體實施例中，係包括一矽基板２１、一金屬反射鏡面層２２、一埋入氧化層２３、一吸收層２４、一介電質反射鏡面層２５、一p型歐姆接觸層２６以及一n型歐姆接觸層２７所組成。其中，本發明光偵測器係可選擇性地更包含一p型金屬導電層２６１及一n型金屬導電層２７１，藉以連接並導通該吸收層２４。
該矽基板２１係具有一開口向下之ㄇ字型凹槽２１１。
該金屬反射鏡面層２２係沿著該矽基板２１之ㄇ字型凹槽２１１內部周緣設置而具有開口向下之ㄇ字型結構。
該埋入氧化層２３係設置於該金屬反射鏡面層２２之上，其厚度約2～3μm。
該吸收層２４係設置於該埋入氧化層２３之上，該吸收層２４具有一pin結構，該pin結構包含有一p型非晶矽層２４１、一i型鍺層２４２以及一厚度約200～300nm之n型磊晶矽層２４３。
該介電質反射鏡面層２５為分佈式布拉格反射鏡（Distributed Bragg reflector, DBR），係設置於該吸收層２４之上，配合該金屬反射鏡面層２２形成一使光線產生多次反射之共振腔結構。
該p型歐姆接觸層２６係為p型摻雜之矽化鎳（NiSi），用以作為p型電極。該p型歐姆接觸層２６係設置於該p型非晶矽層２４１之部份區域，且在該p型歐姆接觸層２６上係可進一步包含該p型金屬導電層２６１，其中，該p型金屬導電層２６１係可為鋁金屬。
該n型歐姆接觸層２７係為n型摻雜之矽化鎳，用以作為n型電極。該n型歐姆接觸層２７係設置於該n型非晶矽層２４３之部份區域，且在該n型歐姆接觸層２７上係可進一步包含該n型金屬導電層２７１，其中，該n型金屬導電層２７１係可為鋁金屬。
藉此，上述結構配上經由前述公式調整，使該金屬反射鏡面層與該介電質反射鏡面層之反射率等於共振腔內之吸收率，可將所有入射光完全閉鎖於該金屬反射鏡面層與該介電質反射鏡面層之間之腔體構造內而達成臨界耦合，可具有百分之百吸收效率而不漏光，進而可在臨界耦合之基礎上突破頻寬與效率之間之取捨而達到50 GHz之高響應度與高頻寬之目的，以增加光轉電吸收之效率。
綜上所述，本發明係一種高效率頻寬乘積鍺光偵測器，可有效改善習用之種種缺點，透過在矽基板上蝕刻一開口向下之ㄇ字型凹槽，並於ㄇ字型凹槽內部周緣鍍製一為ㄇ字型結構之金屬反射鏡面層（Metal Mirror），再於光偵測器上加一介電質反射鏡面層（Dielectric Mirror），且於金屬反射鏡面層與介電質反射鏡面層間夾置一p-i-n結構或其它類型結構；此一結構配上共振腔之臨界耦合（Resonance-Critical Coupling）公式調整，可將所有入射光完全閉鎖於金屬反射鏡面層與介電質反射鏡面層之間之腔體構造內而達成臨界耦合，可具有百分之百吸收效率而不漏光，進而可在臨界耦合之基礎上突破頻寬與效率之間之取捨而達到50 GHz之高響應度與高頻寬之目的，以增加光轉電吸收之效率，進而使本發明之産生能更進步、更實用、更符合使用者之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
該矽基板１１係具有一開口向下之ㄇ字型凹槽１１１。
該金屬反射鏡面層１２係沿著該矽基板１１之ㄇ字型凹槽１１１內部周緣設置而具有開口向下之ㄇ字型結構。
該埋入氧化層１３係設置於該金屬反射鏡面層１２之上。
該吸收層１４係設置於該埋入氧化層１３之上，該吸收層１４具有一pin結構，該pin結構包含有一p型非晶矽層（a-Si）１４１、一i型鍺層１４２以及一n型磊晶矽層（Epi-Si）１４３。
該介電質反射鏡面層１５係設置於該吸收層１４之上，配合該金屬反射鏡面層１２形成一使光線產生多次反射之共振腔結構。
上述所提之金屬反射鏡面層１２之直徑係大於該介電質反射鏡面層１５，且該金屬反射鏡面層１２之形狀結構亦可以平表面形式設置，如第２圖所示之金屬反射鏡面層１２a。
本發明係藉由下列公式達成共振腔之臨界耦合（Resonance-Critical Coupling），使該金屬反射鏡面層１２與該介電質反射鏡面層１５之反射率等於共振腔內之吸收率，俾令所有入射光閉鎖於該金屬反射鏡面層１２與該介電質反射鏡面層１５之間之腔體構造內，達到百分之百吸收效率，如第２圖所示之光閉鎖態樣。該公式為：且
其中，該為金屬反射鏡面層之反射率；以及該為介電質反射鏡面層之反射率。
如是，藉由上述之結構構成一全新之高效率頻寬乘積鍺光偵測器。
請參閱『第３圖』所示，係本發明一具體實施例之結構示意圖。如圖所示：本發明之高效率頻寬乘積鍺光偵測器，於一具體實施例中，係包括一矽基板２１、一金屬反射鏡面層２２、一埋入氧化層２３、一吸收層２４、一介電質反射鏡面層２５、一p型歐姆接觸層２６以及一n型歐姆接觸層２７所組成。其中，本發明光偵測器係可選擇性地更包含一p型金屬導電層２６１及一n型金屬導電層２７１，藉以連接並導通該吸收層２４。
該矽基板２１係具有一開口向下之ㄇ字型凹槽２１１。
該金屬反射鏡面層２２係沿著該矽基板２１之ㄇ字型凹槽２１１內部周緣設置而具有開口向下之ㄇ字型結構。
該埋入氧化層２３係設置於該金屬反射鏡面層２２之上，其厚度約2～3μm。
該吸收層２４係設置於該埋入氧化層２３之上，該吸收層２４具有一pin結構，該pin結構包含有一p型非晶矽層２４１、一i型鍺層２４２以及一厚度約200～300nm之n型磊晶矽層２４３。
該介電質反射鏡面層２５為分佈式布拉格反射鏡（Distributed Bragg reflector, DBR），係設置於該吸收層２４之上，配合該金屬反射鏡面層２２形成一使光線產生多次反射之共振腔結構。
該p型歐姆接觸層２６係為p型摻雜之矽化鎳（NiSi），用以作為p型電極。該p型歐姆接觸層２６係設置於該p型非晶矽層２４１之部份區域，且在該p型歐姆接觸層２６上係可進一步包含該p型金屬導電層２６１，其中，該p型金屬導電層２６１係可為鋁金屬。
該n型歐姆接觸層２７係為n型摻雜之矽化鎳，用以作為n型電極。該n型歐姆接觸層２７係設置於該n型非晶矽層２４３之部份區域，且在該n型歐姆接觸層２７上係可進一步包含該n型金屬導電層２７１，其中，該n型金屬導電層２７１係可為鋁金屬。
藉此，上述結構配上經由前述公式調整，使該金屬反射鏡面層與該介電質反射鏡面層之反射率等於共振腔內之吸收率，可將所有入射光完全閉鎖於該金屬反射鏡面層與該介電質反射鏡面層之間之腔體構造內而達成臨界耦合，可具有百分之百吸收效率而不漏光，進而可在臨界耦合之基礎上突破頻寬與效率之間之取捨而達到50 GHz之高響應度與高頻寬之目的，以增加光轉電吸收之效率。
綜上所述，本發明係一種高效率頻寬乘積鍺光偵測器，可有效改善習用之種種缺點，透過在矽基板上蝕刻一開口向下之ㄇ字型凹槽，並於ㄇ字型凹槽內部周緣鍍製一為ㄇ字型結構之金屬反射鏡面層（Metal Mirror），再於光偵測器上加一介電質反射鏡面層（Dielectric Mirror），且於金屬反射鏡面層與介電質反射鏡面層間夾置一p-i-n結構或其它類型結構；此一結構配上共振腔之臨界耦合（Resonance-Critical Coupling）公式調整，可將所有入射光完全閉鎖於金屬反射鏡面層與介電質反射鏡面層之間之腔體構造內而達成臨界耦合，可具有百分之百吸收效率而不漏光，進而可在臨界耦合之基礎上突破頻寬與效率之間之取捨而達到50 GHz之高響應度與高頻寬之目的，以增加光轉電吸收之效率，進而使本發明之産生能更進步、更實用、更符合使用者之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
11、21．．．矽基板
111、211．．．ㄇ字型凹槽
12、12a、22．．．金屬反射鏡面層
13、23．．．埋入氧化層
14、24．．．吸收層
141、241．．．p型非晶矽層
142、242．．．i型鍺層
143、243．．．n型磊晶矽層
15、25．．．介電質反射鏡面層
26．．．p型歐姆接觸層
261．．．p型金屬導電層
27．．．n型歐姆接觸層
271．．．n型金屬導電層
300．．．基板
351．．．第三全反射表面
352．．．抗反射膜
353．．．第一全反射表面
354．．．第二全反射表面
360．．．光偵測器
第１圖，係本發明之結構示意圖
第２圖，係本發明運用時之光閉鎖態樣示意圖。
第３圖，係本發明一具體實施例之結構示意圖。
第４圖，係一種習用光偵測器可整合之光耦合裝置示意圖。
第２圖，係本發明運用時之光閉鎖態樣示意圖。
第３圖，係本發明一具體實施例之結構示意圖。
第４圖，係一種習用光偵測器可整合之光耦合裝置示意圖。
11．．．矽基板
111．．．ㄇ字型凹槽
12．．．金屬反射鏡面層
13．．．埋入氧化層
14．．．吸收層
141．．．p型非晶矽層
142．．．i型鍺層
143．．．n型磊晶矽層
15．．．介電質反射鏡面層
Claims (10)
- 一種高效率頻寬乘積鍺光偵測器，係包括：
一矽基板，係具有一開口向下之ㄇ字型凹槽；
一金屬反射鏡面層（Metal Mirror），係沿著該矽基板之ㄇ字型凹槽內部周緣設置而具有開口向下之ㄇ字型結構；
一吸收層，係設置於該金屬反射層之上，該吸收層具有一pin結構，該pin結構具有一p型非晶矽層（a-Si）、一i型鍺層以及一n型磊晶矽層（Epi-Si）；以及
一介電質反射鏡面層（Dielectric Mirror），係設置於該吸收層之上，搭配該金屬反射鏡面層形成一使光線產生多次反射之共振腔結構；
其中，該金屬反射鏡面層與該介電質反射鏡面層之反射率係等於共振腔內之吸收率，藉由共振腔之臨界耦合（Resonance-Critical Coupling），俾令所有入射光閉鎖於該金屬反射鏡面層與該介電質反射鏡面層之間之腔體構造內，達到百分之百吸收效率。 - 依申請專利範圍第１項所述之高效率頻寬乘積鍺光偵測器，其中，該吸收層與該金屬反射鏡面層之間係設置有一埋入氧化層（Buried Oxide, BOX）。
- 依申請專利範圍第１項所述之高效率頻寬乘積鍺光偵測器，其中，該金屬反射鏡面層亦可以平表面形式設置於該吸收層與該矽基板之間。
- 依申請專利範圍第１項所述之高效率頻寬乘積鍺光偵測器，其中，該介電質反射鏡面層係為分佈式布拉格反射鏡（Distributed Bragg reflector, DBR）。
- 依申請專利範圍第１項所述之高效率頻寬乘積鍺光偵測器，其中，該金屬反射鏡面層之直徑係大於該介電質反射鏡面層。
- 依申請專利範圍第１項所述之高效率頻寬乘積鍺光偵測器，其中，該吸收層中n型磊晶矽層之厚度係介於200～300 nm範圍。
- 依申請專利範圍第１項所述之高效率頻寬乘積鍺光偵測器，其中，該共振腔之臨界耦合係經由下列公式使該金屬反射鏡面層與該介電質反射鏡面層之反射率等於共振腔內之吸收率，令其於此條件下達到百分之百吸收效率：，且，其中，該為金屬反射鏡面層之反射率；以及該為介電質反射鏡面層之反射率。
- 依申請專利範圍第１項所述之高效率頻寬乘積鍺光偵測器，其中，係可進一步於該p型非晶矽層之部份區域設置一p型歐姆接觸層。
- 依申請專利範圍第８項所述之高效率頻寬乘積鍺光偵測器，其中，該p型歐姆接觸層上更進一步包含一p型金屬導電層。
- 依申請專利範圍第１項所述之高效率頻寬乘積鍺光偵測器，其中，係可進一步於該n型磊晶矽層之部份區域設置一n型歐姆接觸層。
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