本發(fā)明涉及光通信集成器件領(lǐng)域，具體是涉及一種倒錐型大功率硅鍺光電探測器及提高入射光功率的方法。

背景技術(shù)：

硅鍺光電探測器制作在SOI(Silicon-On-Insulator，絕緣襯底上的硅)晶圓上，具有與硅基光電子工藝兼容、集成度高的優(yōu)點。目前，傳統(tǒng)硅鍺光電探測器主要用于探測功率低于5dBm的光，當(dāng)光功率高于5dBm時，器件出現(xiàn)飽和甚至燒毀的現(xiàn)象。對于微波光子學(xué)應(yīng)用，需要探測的光功率大于5dBm，從而提高光-微波轉(zhuǎn)換效率，減少對微波放大器的需求，降低成本，因此有必要研究一種高功率的硅鍺光電探測器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種倒錐型大功率硅鍺光電探測器及提高入射光功率的方法，能夠有效提高硅鍺光電探測器的入射光功率。

本發(fā)明提供一種倒錐型大功率硅鍺光電探測器，制作在SOI晶圓上，該探測器包括入射波導(dǎo)、第一重摻雜區(qū)、第二重摻雜區(qū)、第一輕摻雜區(qū)、第二輕摻雜區(qū)、鍺波導(dǎo)、本征區(qū)，光從入射波導(dǎo)入射，所述第一重摻雜區(qū)、第二重摻雜區(qū)、第一輕摻雜區(qū)、第二輕摻雜區(qū)、本征區(qū)組成有兩層臺階的單脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，第一輕摻雜區(qū)、第二輕摻雜區(qū)、本征區(qū)的橫截面圍成梯形，在梯形與入射波導(dǎo)連接處，梯形寬度與入射波導(dǎo)寬度相等，梯形沿著光傳播方向?qū)挾扔蓪捵冋?；鍺波導(dǎo)的橫截面為梯形，寬度沿著光傳播方向由窄變寬；本征區(qū)的橫截面為梯形，寬度沿著光傳播方向由寬變窄。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第一輕摻雜區(qū)和第二輕摻雜區(qū)之間有本征區(qū)，第一輕摻雜區(qū)、第二輕摻雜區(qū)、本征區(qū)均在鍺波導(dǎo)下方，且均與鍺波導(dǎo)接觸，第一重摻雜區(qū)與第一輕摻雜區(qū)接觸，第二重摻雜區(qū)與第二輕摻雜區(qū)接觸。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述入射波導(dǎo)的縱截面為有兩層臺階的單脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中，下層臺階的高度為h₁，上層臺階的高度為h₂。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第一重摻雜區(qū)、第二重摻雜區(qū)的高度為h₁。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第一輕摻雜區(qū)、第二輕摻雜區(qū)、本征區(qū)的高度為h₁+h₂。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述入射波導(dǎo)、第一重摻雜區(qū)、第二重摻雜區(qū)、第一輕摻雜區(qū)、第二輕摻雜區(qū)、本征區(qū)的材料均為硅。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第一重摻雜區(qū)的摻雜類型與第二重摻雜區(qū)的摻雜類型相反；第一輕摻雜區(qū)的摻雜類型與第一重摻雜區(qū)摻雜類型相同；第二輕摻雜區(qū)的摻雜類型與第二重摻雜區(qū)的摻雜類型相同。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第一輕摻雜區(qū)的摻雜濃度d₅比第一重摻雜區(qū)的摻雜濃度d₃低，10＜d₃/d₅＜10³。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第二輕摻雜區(qū)的摻雜濃度d₆比第二重摻雜區(qū)的摻雜濃度d₄低，10＜d₄/d₆＜10³。

本發(fā)明還提供一種應(yīng)用于上述倒錐型大功率硅鍺光電探測器的提高入射光功率的方法，包括以下步驟：

光從入射波導(dǎo)入射后，進入第一重摻雜區(qū)、第二重摻雜區(qū)、第一輕摻雜區(qū)、第二輕摻雜區(qū)、本征區(qū)組成的單脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，光功率主要集中在第一輕摻雜區(qū)、第二輕摻雜區(qū)和本征區(qū)形成的范圍內(nèi)，由于第一輕摻雜區(qū)、第二輕摻雜區(qū)、本征區(qū)在光傳播方向上是由寬變窄的梯形結(jié)構(gòu)，而鍺波導(dǎo)在光傳播方向上是由窄變寬的梯形結(jié)構(gòu)，在光功率的傳播的途中，緩慢而逐漸從第一輕摻雜區(qū)、第二輕摻雜區(qū)和本征區(qū)形成的范圍耦合進入鍺波導(dǎo)，因此，在光傳播的途中，光功率逐漸的被鍺波導(dǎo)吸收，提高硅鍺光電探測器的入射光功率。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下：

(1)本發(fā)明中的硅鍺光電探測器包括入射波導(dǎo)、第一重摻雜區(qū)、第二重摻雜區(qū)、第一輕摻雜區(qū)、第二輕摻雜區(qū)、鍺波導(dǎo)、本征區(qū)，第一輕摻雜區(qū)、第二輕摻雜區(qū)、本征區(qū)在光傳播方向上組成由寬變窄的梯形結(jié)構(gòu)，而鍺波導(dǎo)在光傳播方向上是由窄變寬的梯形結(jié)構(gòu)。由于采用了寬度漸變的硅光波導(dǎo)和鍺波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，使得在光傳播的途中，逐漸的被鍺波導(dǎo)吸收，從而降低了單位時間內(nèi)鍺波導(dǎo)內(nèi)吸收的光功率，而不是瞬間的吸收高的光功率，能夠有效提高硅鍺光電探測器的入射光功率。

(2)器件全部制作在SOI晶圓上，能夠兼容硅基光子工藝。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例中倒錐型大功率硅鍺光電探測器的俯視圖。

圖2是圖1除去鍺波導(dǎo)部分的俯視圖。

圖3是圖1中截面I的側(cè)視圖。

圖4是圖1中截面II的側(cè)視圖。

圖5是圖1中截面III的側(cè)視圖。

附圖標(biāo)記：1-SOI晶圓，2-入射波導(dǎo)，3-第一重摻雜區(qū)，4-第二重摻雜區(qū)，5-第一輕摻雜區(qū)，6-第二輕摻雜區(qū)，7-鍺波導(dǎo)，8-本征區(qū)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。

參見圖1、圖2所示，本發(fā)明實施例提供一種倒錐型大功率硅鍺光電探測器，制作在SOI晶圓1上，該探測器包括入射波導(dǎo)2、第一重摻雜區(qū)3、第二重摻雜區(qū)4、第一輕摻雜區(qū)5、第二輕摻雜區(qū)6、鍺波導(dǎo)7、本征區(qū)8，光從入射波導(dǎo)2入射，第一輕摻雜區(qū)5、第二輕摻雜區(qū)6、本征區(qū)8的橫截面圍成梯形，在梯形與入射波導(dǎo)2連接處，梯形寬度與入射波導(dǎo)2寬度w₁相等，梯形沿著光傳播方向?qū)挾扔蓪捵冋?，圖1、圖2中的光傳播方向為從左至右。鍺波導(dǎo)7的橫截面為梯形，寬度沿著光傳播方向由窄變寬。本征區(qū)8的橫截面為梯形，寬度沿著光傳播方向由寬變窄。

參見圖3所示，入射波導(dǎo)2的縱截面，即圖1中的截面I，為有兩層臺階的單脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中，下層臺階的高度為h₁，上層臺階的高度為h₂。

參見圖4、圖5所示，第一輕摻雜區(qū)5和第二輕摻雜區(qū)6之間有本征區(qū)8，第一輕摻雜區(qū)5、第二輕摻雜區(qū)6、本征區(qū)8均在鍺波導(dǎo)7下方，且均與鍺波導(dǎo)7接觸，第一重摻雜區(qū)3與第一輕摻雜區(qū)5接觸，第二重摻雜區(qū)4與第二輕摻雜區(qū)6接觸。第一重摻雜區(qū)3、第二重摻雜區(qū)4、第一輕摻雜區(qū)5、第二輕摻雜區(qū)6、本征區(qū)8組成有兩層臺階的單脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。第一重摻雜區(qū)3、第二重摻雜區(qū)4的高度為h₁，第一輕摻雜區(qū)5、第二輕摻雜區(qū)6、本征區(qū)8的高度為h₁+h₂。

入射波導(dǎo)2、第一重摻雜區(qū)3、第二重摻雜區(qū)4、第一輕摻雜區(qū)5、第二輕摻雜區(qū)6、本征區(qū)8的材料均為硅。

第一重摻雜區(qū)3的摻雜類型與第二重摻雜區(qū)4的摻雜類型相反。

第一輕摻雜區(qū)5的摻雜類型與第一重摻雜區(qū)3摻雜類型相同。

第一輕摻雜區(qū)5的摻雜濃度d₅比第一重摻雜區(qū)3的摻雜濃度d₃低，10＜d₃/d₅＜10³。

第二輕摻雜區(qū)6的摻雜類型與第二重摻雜區(qū)4的摻雜類型相同。第二輕摻雜區(qū)6的摻雜濃度d₆比第二重摻雜區(qū)4的摻雜濃度d₄低，10＜d₄/d₆＜10³。

本發(fā)明實施例還提供一種應(yīng)用于上述倒錐型大功率硅鍺光電探測器的提高入射光功率的方法，包括以下步驟：

光從入射波導(dǎo)2入射后，幾乎無損耗的進入第一重摻雜區(qū)3、第二重摻雜區(qū)4、第一輕摻雜區(qū)5、第二輕摻雜區(qū)6、本征區(qū)8組成的單脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，光功率主要集中在第一輕摻雜區(qū)5、第二輕摻雜區(qū)6和本征區(qū)8形成的范圍內(nèi)，輕摻雜引起的損耗非常小。由于第一輕摻雜區(qū)5、第二輕摻雜區(qū)6、本征區(qū)8在光傳播方向上是由寬變窄的梯形結(jié)構(gòu)，而鍺波導(dǎo)7在光傳播方向上是由窄變寬的梯形結(jié)構(gòu)，在光功率的傳播的途中，緩慢而逐漸從第一輕摻雜區(qū)5、第二輕摻雜區(qū)6和本征區(qū)8形成的范圍耦合進入鍺波導(dǎo)7，因此，在光傳播的途中，光功率逐漸的被鍺波導(dǎo)7吸收，從而降低了單位時間內(nèi)鍺波導(dǎo)7吸收的光功率，而不是瞬間的吸收高的光功率，從而提高了硅鍺光電探測器的入射光功率。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明實施例進行各種修改和變型，倘若這些修改和變型在本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則這些修改和變型也在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

說明書中未詳細描述的內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。