一种集成光栅反射结构的光探测器制造技术

本申请公开了一种集成光栅反射结构的光探测器，包括：衬底和设于所述衬底上的主动层，所述衬底与所述主动层之间设有光栅结构；所述衬底临近所述光栅结构的位置形成有第一掺杂区；所述主动层远离所述光栅结构的表层形成有第二掺杂区；所述第二掺杂区与所述第一掺杂区的掺杂类型不同。本申请在衬底与主动层之间集成了光栅反射结构，具有近全反射的效果和较宽的吸收光谱范围，以及更大的光接收角度，在提升了带宽的同时也提高了光响应度。

【技术实现步骤摘要】
一种集成光栅反射结构的光探测器
本申请涉及光通信
，尤其涉及一种集成光栅反射结构的光探测器。
技术介绍
高性能的光探测器(photodetector)是高速光通讯的核心器件之一，面射型光接收器件对于空间光或者低功率接收有很大的优势，其光响应度(responsivity)和灵敏度(sensitivity)是很重要的指标。但是随着带宽的需求越来越高，需要降低RC延迟时间或者加速光产生载子(photo-generatedcarrier)的渡越时间(transittime)，在有限优化RC延迟时间下，减少光学吸收层来提升渡越时间(transittime)的方式，反而牺牲了光学响应度。在硅光技术的光模块与光收发器上，为了解决光模块封装的空间光学与降低偏振相关损耗(Polarizationdependentloss,PDL)的问题，光接收端的部分以面射型(normalincident)的锗光探测器(Germaniumphotodetector)为主，透过光纤的空间光照射在大面积的面射型接收器上，可以减少大量光纤耦合的损耗，增加接收端的灵敏度和光电响应度。现在的器件操作带宽以25G为主，如果想要提升面射型光探测器的速度，必须缩短光产生载子(photo-generatedcarrier)的渡越时间(transittime)，光吸收层的厚度则要小于1微米。但是光吸收层变薄会另外造成光学吸收效率不足的光电响应度问题。近期，许多团队采用光学谐振腔(opticalresonator)来提升光学吸收率，主要是在光接收器中增加高反射镜。如图1所示，是在吸收层20’底面重复多层SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘体上硅)形成DBR(distributedBraggreflectors，分布布拉格反射器)结构，即衬底10’的硅基板11’上重复了多层掩埋绝缘层12’和顶层硅13’的层叠。图示采用了两层SOI形成反射镜，大概有70～80％的反射效果，如需要更高的反射效果，则需要更多层的SOI，至少三至四层，其工艺成本极高，而且也无法把入射光完全束缚在吸收层内，吸收率也达不到100％。如图2所示，则是在传统SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘体上硅)衬底10’上的掩埋绝缘层12’下面挖洞再镀金属反射镜30’，其光学谐振腔的腔长延伸到金属反射镜30’的反射面，包含了SOI的厚度，由于工艺限制，在SOI的BOX(掩埋绝缘层12’)上挖洞时无法保证高精度的平整度，使得BOX的厚度误差在10％左右，即不同位置的谐振腔长度不一致，导致吸收光谱不稳定。而且也同样无法把入射光完全束缚在吸收层20’内，吸收率无法达到最佳。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种集成光栅反射结构的光探测器，同时具备了高带宽和高响应度的优点。为了实现上述目的之一，本申请提供了一种集成光栅反射结构的光探测器，包括：衬底和设于所述衬底上的主动层，所述衬底与所述主动层之间设有光栅结构；所述衬底临近所述光栅结构的位置形成有第一掺杂区；所述主动层远离所述光栅结构的表层形成有第二掺杂区；所述第二掺杂区与所述第一掺杂区的掺杂类型不同。作为实施方式的进一步改进，所述光栅结构为一光栅介电质层。作为实施方式的进一步改进，所述光栅介电质层的材料为折射率低于所述主动层折射率的介电质材料。作为实施方式的进一步改进，所述光栅结构与所述衬底之间还设有缓冲层。作为实施方式的进一步改进，所述缓冲层为具有结晶或单晶的介电质层；所述第一掺杂区临近所述光栅结构，设于所述缓冲层上，或者设于所述缓冲层和所述衬底上。作为实施方式的进一步改进，所述缓冲层为外延硅层；所述第一掺杂区设于所述衬底临近所述缓冲层的上表层；所述外延硅层临近所述光栅结构的上表层形成第三掺杂区；所述第三掺杂区与所述第二掺杂区的掺杂类型相同，所述第二掺杂区、第三掺杂区和第一掺杂区形成PIPIN结构或NINIP结构。作为实施方式的进一步改进，所述衬底至少包括一硅层，所述硅层临近所述主动层的表面形成所述光栅结构。作为实施方式的进一步改进，所述主动层由所述光栅结构的光栅间隙底部延伸至所述光栅结构上方。作为实施方式的进一步改进，所述光栅结构的光栅间隙内设有折射率低于所述硅层折射率的介电质。作为实施方式的进一步改进，所述主动层高出所述光栅结构的部分的厚度在0.1λ～1λ范围内，所述λ为所述光探测器吸收光谱的中心波长。作为实施方式的进一步改进，所述主动层高出所述光栅介电质层的部分的厚度在50nm～1000nm范围内。作为实施方式的进一步改进，所述主动层包括硅层、锗硅层、锗层或锗锡层其中的一种或多种的组合。作为实施方式的进一步改进，所述锗硅层为SixGe1-x，其中x≤10％；所述锗锡层为SnxGe1-x，其中x≤10％。作为实施方式的进一步改进，所述光栅结构的光栅高度在0.1λ～1λ范围内，光栅周期在0.1λ～1λ范围内，占空比在0.1～0.9范围内，所述λ为所述光探测器吸收光谱的中心波长。作为实施方式的进一步改进，所述光栅结构为一维光栅或者二维光栅。本申请还提供了一种集成光栅反射结构的光探测器制作方法，包括如下步骤：提供一衬底；对所述衬底进行掺杂形成第一掺杂区，在所述第一掺杂区上方制作光栅结构；或者在所述衬底上制作光栅结构，对所述光栅结构下方的衬底进行掺杂形成第一掺杂区；在所述光栅结构上外延生长主动层；对所述主动层的上表层进行掺杂形成第二掺杂区；所述第一掺杂区和第二掺杂区的掺杂类型不同，与所述主动层形成PIN结构。本申请的有益效果：在衬底与主动层之间集成了光栅反射结构，具有近全反射的效果和较宽的吸收光谱范围，以及更大的光接收角度，在提升了带宽的同时也提高了光响应度。附图说明图1为常用技术带DBR结构的光探测器示意图；图2为常用技术带金属反射镜的光探测器示意图；图3为本申请的光探测器实施例1芯片结构示意图；图4为本申请集成光栅反射结构的光探测器的反射率曲线；图5为本申请集成光栅反射结构的光探测器的吸收光谱；图6为本申请集成光栅反射结构的光探测器的光接收角度范围；图7为图3中截面A-A结构1示意图；图8为图3中截面A-A结构2示意图；图9为图3中截面A-A结构3示意图；图10为图3中截面A-A结构4示意图；图11为本申请的光探测器实施例1结构示意图；图12为本申请的光探测器实施例2芯片结构示意图；图13为本申请的光探测器实施例3芯片结构示意图；图14为本申请的光探测器实施例4芯片结构示意图；图15为本申请的光探测器实施例5芯片结构示意图；图16为本申请的光探测器实施例6芯片结构示意图。具体实施方式以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述。但本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成光栅反射结构的光探测器，其特征在于，包括：/n衬底和设于所述衬底上的主动层，所述衬底与所述主动层之间设有光栅结构；/n所述衬底临近所述光栅结构的位置形成有第一掺杂区；/n所述主动层远离所述光栅结构的表层形成有第二掺杂区；/n所述第二掺杂区与所述第一掺杂区的掺杂类型不同。/n

【技术特征摘要】
1.一种集成光栅反射结构的光探测器，其特征在于，包括：
衬底和设于所述衬底上的主动层，所述衬底与所述主动层之间设有光栅结构；
所述衬底临近所述光栅结构的位置形成有第一掺杂区；
所述主动层远离所述光栅结构的表层形成有第二掺杂区；
所述第二掺杂区与所述第一掺杂区的掺杂类型不同。


2.根据权利要求1所述的光探测器，其特征在于：所述光栅结构为一光栅介电质层。


3.根据权利要求2所述的光探测器，其特征在于：所述光栅介电质层的材料为折射率低于所述主动层折射率的介电质材料。


4.根据权利要求2所述的光探测器，其特征在于：所述光栅结构与所述衬底之间还设有缓冲层。


5.根据权利要求4所述的光探测器，其特征在于：所述缓冲层为具有结晶或单晶的介电质层；所述第一掺杂区临近所述光栅结构，设于所述缓冲层上，或者设于所述缓冲层和所述衬底上。


6.根据权利要求4所述的光探测器，其特征在于：所述缓冲层为外延硅层；所述第一掺杂区设于所述衬底临近所述缓冲层的上表层；所述外延硅层临近所述光栅结构的上表层形成第三掺杂区；所述第三掺杂区与所述第二掺杂区的掺杂类型相同，所述第二掺杂区、第三掺杂区和第一掺杂区形成PIPIN结构或NINIP结构。


7.根据权利要求1所述的光探测器，其特征在于：所述衬底至少包括一硅层，所述硅层临近所述主动层的表面形成所述光栅结构。


8.根据权利要求7所述的光探测器，其特征在于：所述主动层由所述光栅结构的光栅间隙底部延伸至所述光栅结构上方。


9.根据权利要求7所述的光探测器，其特征在于：所述光...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾治国，陈国良，李显尧，孙雨舟，萧越，
申请(专利权)人：苏州旭创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32