[发明专利]波导复合式耦合型单行载流子探测器

说明书

波导复合式耦合型单行载流子探测器涉及半导体光电器件领域以及光互联领域。波导耦合将器件光吸收和电输运方向相互垂直，光从波导通过端面对接或者倏逝波效应耦合到吸收材料中，吸收效率由器件长度决定；单行载流子结构是利用多子迟豫时间短，仅高速少子输运，缩短渡越时间的同时抑制空间电荷效应，提高探测器的饱和度和线性度。本发明就是将端面对接及倏逝波耦合结合以减少单纯倏逝波耦合的光损耗，来针对光互连领域中特别天线系统以及平衡探测系统中的光电探测器的高线性度、高速率、高信噪比以及高密度集成的需求，设计并制作了一种波导耦合型单行载流子光电探测器结构。

技术领域

本发明涉及半导体光电器件领域以及光互联领域，具体涉及一种能够对高强度通信光信号进行探测且具有良好线性度的波导单行载流子二极管。

背景技术

单行载流子(UTC)光电二极管最早于1997年日本Ishibashi T等人提出，该器件仅利用具有高迁移率的电子作为信号载体，将光载信号转换为电信号，不仅避免了传统p-i-n结构二极管在大功率接收时的空间电荷效应，而且器件的渡越频率也大于传统结构二极管，因此，此结构器件具有高线性度和高带宽特性，在天线系统以及平衡探测系统中成为核心器件并被广泛应用。

理论分析得知，只有当探测器的尺寸足够小(如，台面直径15μm时)，RC常数远小于渡越时间，UTC器件的3dB带宽才会大于传统p-i-n结构器件，其高响应速率特性优势才会凸显。但是，器件尺寸的缩小，对于垂直入射型器件就意味着通光孔径的减小，这不利于光耦合效率和器件响应度的提高，因此采用波导耦合入射就完全避免了以上情况，不仅可以最大程度的缩小器件尺寸和器件RC常数，而且还可以通过减薄吸收层厚度进一步降低渡越时间提高器件带宽。因此，波导耦合型UTC器件，能够实现大功率高线性度接收的同时，单位时间接收的信息量以及信噪比也远大于传统器件。

探测器的波导耦合结构主要分倏逝波耦合(evanescent coupling)型和对接耦合(butt coupling)两种，倏逝波利用了两个材料界面处的倏逝波效应使得传输波导上方的吸收材料能够吸收传输光，这种效应造成光在材料界面处吸收，对于不同半导体晶体材料界面处存在大量缺陷和位错，不利于载流子的收集和输运；而对接耦合是吸收材料与传输波导对接，光从波导直接传输到吸收材料中，增大了器件单位长度下的吸收效率，同时，入射光分布在整个吸收层，便于载流子的输运，防止光生载流子的聚集。

本发明就是针对光互连领域中特别天线系统以及平衡探测系统中的光电探测器的高线性度、高速率、高信噪比以及高密度集成的需求，设计并制作了一种波导复合式耦合型单行载流子光电探测器结构。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种波导复合式耦合型单行载流子探测器结构，相比于报道的其他结构，该结构工艺简单，具有高速，高饱和度，高信噪比和高集成度等优点。