[发明专利]与DBR包层及反射镜单片集成的波导光探测器

说明书

本发明请求保护一种与DBR包层及反射镜单片集成的波导光探测器，该结构将光电二极管、光波导、光波导侧向DBR包层、DBR反射镜单片集成在半绝缘衬底上。所请求保护的结构中，在光波导的左右两侧存在由半导体和有机物绝缘体构成的DBR包层以提高其对光的限制，在光波导的末端存在由半导体和有机物绝缘体构成的DBR反射镜以提高器件的有效光吸收长度，从而提高光探测器的量子效率，缓解光探测器带宽和量子效率相互制约的矛盾。

技术领域

本发明属于光通信及光电子技术领域，特别涉及一种与DBR包层及反射镜单片集成的波导光探测器结构。

背景技术

高量子效率、宽带和高输出功率的光探测器是光通信系统中的关键部件。通常，光探测器的带宽和量子效率之间存在相互制约的关系。光探测器的量子效率与光吸收层厚度及PN结面积成正比。光探测器的带宽主要受制于载流子渡越时间和RC时间，即与光吸收层厚度及PN结面积成反比。在不明显影响载流子渡越时间的情况下，通过增加非光吸收的低掺杂N型耗尽层厚度，可以减小RC延迟时间。然而，耗尽层厚度的增加将导致所需的外加反向偏压增加以保持其耗尽状态；增加的反向偏压将增加自热效应，因为器件中产生的大部分焦耳热等于反向偏压和输出光电流的乘积。因此，对于光探测器，为了实现覆盖从直流到亚太赫兹的3dB带宽，通常需要微型化的光敏台面。然而，微小的光敏台面尺寸将导致光耦合困难，表现出小的外量子效率。对于波导光探测器，目前尚没有决解带宽和量子效率相互制约的矛盾的方法。

为满足高速光通信对宽带和高量子效率的需求，急切需要提出一种缓解带宽和量子效率相互制约关系，实现高效率带宽积的技术方案。本发明通过在波导光探测器的光波导左右两侧及末端分别与DBR包层及DBR反射镜单片集成，提高光波导对光能量的束缚及器件的有效吸收长度。所以，在一定程度上，可以通过减小光吸收层厚度和PN结面积提高光探测器带宽，同时器件的量子效率依然能保持较高值，进而缓解带宽和量子效率相互制约的关系，实现高效率带宽积。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题，并提出了一种方法。

本发明的技术方案如下：

一种与DBR包层及反射镜单片集成的波导光探测器，其特征在于，包括：一半绝缘衬底及缓冲层(1)，所述半绝缘衬底及缓冲层(1)从下至上依次外延生长有光波导下包层(2)、光波导芯层(3)、光匹配层(4)、电子漂移层(7)、过渡层(8)、光吸收层(9)、电子阻挡层(10)、P型接触层(11)，所述光波导下包层(2)也是第一N接触层，光波导芯层(3)也是第二N接触层，N接触层上有N金属电极(5a、5b)，P接触层(11)上有P金属电极(6)；光波导下包层和光波导芯层构成光波导，在光波导的左右两侧存在由半导体和有机物绝缘体构成的分布布拉格反射镜(DBR)包层，在光波导的末端存在由半导体和有机物绝缘体构成的DBR。

所述半绝缘衬底及缓冲层(1)用于器件的基底和提升外延材料质量，光波导下包层(2)用于防止光能量向衬底泄露及金属与半导体的欧姆接触制备，光波导芯层(3)作为光信号的导向层及金属与半导体的欧姆接触制备，光匹配层(4)用于引导光向光吸收层方向消逝，电子漂移层(7)用于电子输运和调控器件电容，过渡层(8)用于降低导带带阶和势垒，光吸收层(9)用于完成光到电的转换，电子阻挡层(10)用于阻挡电子向P接触层扩散，P型接触层(11)用于金属与半导体的欧姆接触制备，DBR包层用于将光能量限制在光波导中，DBR反射镜用于将从光波导出射的光信号反射回光探测器中。

进一步的，所述半绝缘衬底及缓冲层(1)的缓冲层厚度为200nm，缓冲层至光吸收层(9)所用材料的折射率实部呈递增的趋势，以便使光从光波导消逝到吸收层中，所有半导体材料的晶格都与衬底匹配。