[发明专利]一种亚波长分束光栅混合集成光电探测器阵列

说明书

本发明提供一种光电探测器阵列，包括具有光束分束功能的亚波长光栅，以及位于亚波长光栅上方的光电探测器组；所述亚波长光栅与光电探测器组间设有键合介质层。在处理大功率、高速、高动态范围的入射光信号时，其包含的高性能亚波长分束光栅将该光信号分为多束功率较小、动态范围较小的光信号并分别由光电探测器阵列中的各分布式光电探测器进行光电转换，各光电探测器产生的电信号在大电极处叠加从而还原原注入信号。本方案克服了单个光电探测器无法处理过大功率及过大动态范围的光信号的弊端，也克服了传统光电探测器阵列耦合方式及制备工艺复杂的缺点，相较于前两者具有工艺简单易于制备、饱和功率大、动态范围大、响应度高的特点。

技术领域

本发明涉及光载无线通信技术领域，更具体地，涉及一种亚波长分束光栅混合集成光电探测器阵列。

背景技术

在致力于解决光接入网瓶颈的模拟光纤链路中，光电探测器的线性度是外强度调制光电探测系统中至关重要的因素，这就使得链路对高带宽、高饱和电流及高动态范围的光电探测器产生了极大的需求。此外，高饱和光电探测器也可以简化光通信链路中接收机的设计复杂度，降低或去除接收机对阻抗匹配的低噪声电放大器的需求。

为了应对这些需求，几种高速、大功率的光电探测器及阵列被提出并在近年内得到了大量的关注。高速高饱和的单行载流子光电探测器由于其仅采用电子作为载流子的特性，使得其相对于PIN光电探测器拥有更大的饱和电流和更高的响应速度。但单个光电探测器在处理较大的光信号时仍然存在吸收层厚度的制约问题，较宽的吸收层厚度可以提高光电探测器的响应度和饱和特性，但会降低其3dB带宽；较窄的吸收层厚度可以使光电探测器响应更快，但将降低光电探测器的输出功率。

为了解决以上问题，几种不同结构的分布式光电探测器阵列被提出。分布式光电探测器阵列将入射信号光分散在数个独立光电探测器上进行吸收并将其输出电信号进行叠加，克服了单个光电探测器的吸收层厚度制约问题。已公布的分布式光电探测器阵列包括垂直耦合和波导耦合两种耦合方式。垂直耦合型光电探测器阵列的光耦合方式为光纤阵列式耦合，这种耦合方式相较于单个光电探测器的光纤耦合方式成本更高且更加复杂；而波导耦合型光电探测器阵列的光耦合方式相较垂直耦合效率较低，耦合损耗太大。本发明提供一种与亚波长分束光栅混合集成的光电探测器阵列，旨在克服单一光电探测器及传统光电探测器阵列的缺点，实现高速、高效率、高饱和等特性。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的光电探测器阵列，克服了单个光电探测器无法处理过大功率及过大动态范围的光信号的弊端，也克服了传统光电探测器阵列耦合方式及制备工艺复杂的缺点。

根据本发明的一个方面，提供一种光电探测器阵列，包括具有光束分束功能的亚波长光栅，以及位于亚波长光栅上方的光电探测器组；所述亚波长光栅与光电探测器组间设有键合介质层。

作为优选的，所述亚波长光栅包括依次层叠的硅衬底层、氧化硅层和光栅层。

作为优选的，所述亚波长光栅层为SOI结构的顶层硅晶体材料，所述SOI结构表层上刻蚀有光栅图案，所述光栅图案包括若干一维条形非周期光栅或二维块状非周期光栅。

作为优选的，所述每个一维条形非周期光栅或二维块状非周期光栅用于接收入射光并将入射光分成两束或多束出射光。

作为优选的，所述出射光的总分束数量与光电探测器组中的光电探测器数量相同，所述光出射光与光栅平面法线之间角度的余切值等于光栅平面与光电探测器P型接触电极平面间的垂直距离除以光栅平面与光电探测器中心之间的水平距离。

作为优选的，所述光电探测器组与键合介质层间设有半绝缘衬底层，所述半绝缘衬底层上设有若干光电探测器；所述光电探测器N型接触层上蒸镀有N型接触电极，P型接触层上蒸镀有P型接触电极。