公开了基于半导体波导的光接收机，尤其公开了具有分开的吸收和倍增区域的锗/硅雪崩光电检测器。根据本发明专利技术方案的装置包括包含紧邻第二类型半导体区的第一类型半导体区的吸收区。第一类型半导体吸收在第一波长范围中的光，第二类型半导体吸收在第二波长范围中的光。限定倍增区以紧邻吸收区并与吸收区分开。倍增区包括存在电场的本征半导体区，以倍增在吸收区中产生的电子。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术的实施例总体来说涉及光学装置，更具体地说，涉及光电检测器，但不仅限于此。
技术介绍
因为因特网数据传输增长率超过话音传输而推动对光纤光通信的需要，所以对快速和有效的基于光的技术的需要不断增加。在密集波分复用(DWDM)系统中的同一光纤之上的多光信道的传输提供了使用由光纤提供的空前容量(信号带宽)的简单方法。在系统中通常使用的光学元件包括波分复用(WDM)的发射机和接收机、滤光器，例如，衍射光栅、 薄膜滤光器、光纤Bragg光栅、阵列波导光栅、光学添加/下降(add/drop)多路器、激光、光交换机和光电检测器。光电二极管可以用作光电检测器，通过将入射光转换为电信号来检测光。电路可以与光电检测器连接在一起，以接收表示入射光的电信号。然后电路可以根据所要求的应用处理电信号。附图说明参考以下附图介绍本专利技术的非限定和非穷举的实施例，其中相同的标号指的是全部图中相同的部分，除非另作说明。图IA是说明在用于本专利技术实施例的系统中具有分开的吸收和倍增区域的多个锗 /硅雪崩光电检测器的剖面图的图。图IB是说明布置在用于本专利技术实施例的二维阵列中的具有分开的吸收和倍增区域的多个锗/硅雪崩光电检测器的俯视图的图。图2是说明相对于用于本专利技术实施例的雪崩光电检测器的吸收区域的硅和锗层的响应率对波长的关系的图。图3是说明在用于本专利技术实施例的具有分开的吸收和倍增区域的锗/硅雪崩光电检测器的倍增区域中使用硅对灵敏度的改善的图。图4A是说明用于本专利技术实施例的具有谐振腔的锗/硅雪崩光电检测器的剖面图的图。图4B是说明用于本专利技术实施例的具有显示出产生的电子空穴对的谐振腔的锗/ 硅雪崩光电检测器的剖面图的另一个图。具体实施例方式公开了具有分开的吸收和倍增(SAM)区域的锗/硅雪崩光电检测器(APDs)的方法和装置。在下面的介绍中，阐述了大量的特定的细节，以便提供对本专利技术的彻底的了解。然而，对于本领域的普通技术人员来说，显然不必采用特定的细节来实践本专利技术。在其它情况中，没有详细介绍众所周知的材料或方法，以免模糊本专利技术。贯穿本说明书，对“一个实施例”的引用是指在本专利技术的至少一个实施例中包括结合实施例进行描述的特定的特征、结构或特性。因此，在贯穿本说明书的不同地方出现的短语“在一个实施例中”不一定全部涉及同一个实施例。此外，在一个或多个实施例中，特定的特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合。另外，可以理解，随同提供的附图对于本领域的普通技术人员是用于说明目的，并且附图不一定是按比例绘制的。图IA是说明用于本专利技术实施例的系统100的剖面图的图，包括以具有一维或多维的栅格或阵列101方式排列的多个雪崩光电检测器103AU03B、…、103N。光照 (illumination) 117入射到阵列101的多个雪崩光电检测器103A、103B、…、103N的一个或多个上。在所示的例子中，具有光照117的对象116的图像可以通过光学元件130聚焦到阵列101上。因此，阵列101可以起检测图像的作用，类似于，例如，互补金属氧化物半导体 (CMOS)传感器阵列等。图IB示出了用于本专利技术实施例的具有以二维栅格方式排列的多个雪崩光电检测器103A、103B、...、103N的阵列101的俯视图，由此多个雪崩光电检测器103AU03B、…、 103N中的每一个起像素等的作用。在图IB中所示的例子示出了在光照117内使用阵列101 的像素的对象116的图像118。注意，虽然图IA和IB为了说明的目的说明了在成像系统中采用的雪崩光电检测器的例子应用，但是在其它类型的应用中也可以采用雪崩光电检测器，例如，根据本专利技术的启示实现了包括可见到红外波长的具有各种波长的光的检测。重新参考图1A，光学元件131可以是透镜或其它类型的折射或衍射光学元件，由此将具有光照117的图像聚焦在阵列101上。对于本专利技术的实施例，光照117可以包括可见光、红外光和/或跨过可见到红外光谱的波长的组合。在图IA所示的例子中，多个雪崩光电检测器103A、103B、...、103N中的每一个包括半导体材料层105、107、109、111、113和115。触点131与层105连接在一起，触点133与层 115连接在一起。对于一个实施例，层105是具有例如5el9Cnr3的掺杂浓度和例如100纳米的厚度的硅的P+掺杂层。对于一个实施例，层105具有提供改善触点131与层105之间的电连接的掺杂浓度。对于一个实施例，层107和109是形成雪崩光电检测器103A的吸收区域135的本征半导体材料区。对于一个实施例，层107是本征硅层，层109是本征锗层。紧邻吸收区域135的是分开的倍增区137，包括例如硅的本征半导体材料层113。如说明的例子所不，层113布置在p-掺杂娃层111与η+掺杂娃层115之间。对于一个实施例，层111 具有例如100纳米的厚度和例如l-2el7Cnr3的掺杂浓度。对于一个实施例，层115具有例如5el9cm_3的掺杂浓度。在所示的例子中，多个雪崩光电检测器103A、103B、…、103N中的每一个连接在地与电压Vp V2、…、Vn之间，由此偏置每个雪崩光电检测器在层105与115 之间如图所示产生电场。当然，应当理解，在本公开中描述的特定例子的掺杂浓度、厚度和材料等是为了说明的目的，并且根据本专利技术的启示也可以利用其它掺杂浓度、厚度和材料等。操作中，光照117入射到多个雪崩光电检测器103A、103B、...、103N中的每一个的一个或多个层105上。层105较薄，由此基本上所有的光照117穿过层105传播到吸收区135的层107。对于一个实施例，本征硅层107吸收波长在大约420纳米到大约 1100纳米范围内的光。波长大于大约 1100纳米的大部分光穿过本征硅层107传播到吸收区135 的本征锗层109中。本征锗层109吸收穿过层107的波长达到大约1600纳米的剩余的光。为了说明，图2是示出了用于本专利技术实施例的硅和锗的响应率对波长关系的例子的图201。特别地，图201示出了硅的响应率相对于波长的曲线207，以及锗的响应率相对于波长的曲线209。对于一个实施例，曲线207可以对应于图IA的本征硅层107的响应率， 而曲线209可以对应于图IA的本征锗的响应率。如曲线207所示，硅吸收具有如大约420 纳米一样短的波长。随着波长加长，由于硅在红外波长的较低的吸收，硅的响应率开始下降。的确，随着光的波长在这一点上增加，硅随着光变得更加靠近红外区而变得更加透明。 因此，相对于图1A，更长波长的光照117不在层107中吸收而是传播到层109。然而，对于本专利技术的实施例，曲线209显示出在层109中锗吸收穿过层107的波长达到大约1600纳米的更长波长的光。根据本专利技术的启示，在层107中，硅吸收小于大约 1000纳米的较短波长的光，同时锗在同一波长范围下具有更大的吸收系数，否则由于表面复合将不会产生显著的光电流。因此，重新参考图1A，根据本专利技术的启示，利用在吸收区135中本征硅层107和本征锗层109的组合，在雪崩光电检测器的吸收区135中吸收从波长大约420纳米的可见光直到波长达到大约1600纳米的较长的红外波长的光照117。在半导体层107和109中光照 117的光吸收导本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·摩斯，O·多森姆，M·潘尼卡，A·刘，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：
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