[发明专利]集成束缚模式频谱/角度传感器

权利要求书

1.一种2D传感器阵列，包括：

半导体衬底，

布置在半导体衬底上的多个像素，其中所述多个像素中的每一个包括：

至少一个耦合区和至少一个结区；

平板波导结构，布置在半导体衬底上并且从所述至少一个耦合区延伸到所述至少一个结区，并且包括布置在第一包覆层与第二包覆层之间的限制层，其中第一包覆和第二包覆每一个具有比限制层的折射率低的折射率；以及

布置在耦合区中和平板波导内的至少一个耦合结构，所述耦合结构包括具有不同折射率并且布置为由光栅周期限定的光栅的至少两种材料，

其中结区包括与电接触件连通的p-n结以用于偏置和收集由入射辐射的吸收引起的载流子。

2.权利要求1的2D传感器阵列，其中p-n结包括掺杂有第一载流子类型的第一半导体层和掺杂有第二载流子类型的第二半导体层。

3.权利要求2的2D传感器阵列，其中衬底包括第一半导体层或第二半导体层。

4.权利要求1的2D传感器阵列，还包括与p-n结电连通的电子器件，并且其中p-n结被偏置以收集光生载流子。

5.权利要求1的2D传感器阵列，其中平板波导的模折射率在约1.5到约2.2之间。

6.权利要求1的2D传感器阵列，其中所述至少一个耦合结构包括：定位在耦合区中的用于将入射光耦合到平板波导中的第一电介质光栅和定位在结区之上的平板波导区中的用于将光从波导耦合到结区中的第二电介质光栅。

7.权利要求6的2D传感器阵列，其中第二电介质光栅包括比第一电介质光栅的耦合常数更高的耦合常数，使得第二电介质光栅在比耦合区的空间范围更小的空间范围内将光外耦合到p-n结中。

8.权利要求6的2D传感器阵列，其中第一和第二电介质光栅中的每一个包括多个光栅齿部并且第二电介质光栅的齿部比第一电介质光栅的齿部更厚。

9.权利要求6的2D传感器阵列，其中所述多个像素中的至少两个具有不同的光栅周期。

10.权利要求6的2D传感器阵列，其中第一电介质光栅包括耦合区中的啁啾光栅并且第二光栅包括结区中的固定和啁啾光栅。

11.权利要求6的2D传感器阵列，其中第一电介质光栅包括耦合区中的弯曲光栅。

12.权利要求6的2D传感器阵列，其中第一电介质光栅包括耦合区中的啁啾和弯曲光栅。

13.权利要求6的2D传感器阵列，其中第一电介质光栅包括多个叠加的弯曲光栅，其中所述多个叠加的弯曲光栅中的至少两个具有不同的间距，并且其中第二光栅包括对应于所述多个叠加的弯曲光栅中的每一个的多个光栅。

14.权利要求13的2D传感器阵列，其中所述结区包括多个结区。

15.权利要求14的2D传感器阵列，其中所述多个结区中的每一个包括相应间距，其中至少一个结区的间距不同于其他结区的间距。

16.权利要求6的2D传感器阵列，其中第一电介质光栅包括耦合区域中的交叉光栅，所述交叉光栅包括具有第一间距的第一斜光栅和具有第二间距的第二斜光栅，所述第二斜光栅布置成与第一斜光栅正交，

其中至少一个结区包括第一结区和第二结区，并且

其中第二电介质光栅包括第一结区中的第一外耦合光栅以接受由第一斜光栅耦合的波导光，以及第二结区中的第二外耦合光栅以接受由第二斜光栅耦合的波导光。

17.权利要求6的2D传感器阵列，其中第一电介质光栅包括耦合区中的多个重叠的啁啾和弯曲光栅，

其中所述至少一个结区包括多个结区，并且

其中第二电介质区包括多个结光栅，每一个结光栅布置在所示多个结区中的相应一个中并且具有角度/频谱响应中的相应一个。

18.权利要求1的2D传感器阵列，还包括布置在平板波导上方的金属块以将p-n结屏蔽免受直接光照。

19.权利要求18的2D传感器阵列，还包括布置在金属块与平板波导之间的电介质间隔物。