Awg输出波导与探测器有缝对接的集成器件及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电子器件及其集成领域，尤其涉及一种AWG输出波导与波导探测器有缝对接的集成器件及其制备方法。
【背景技术】
[0002]各种覆盖全球的信息网络的出现，标志着人类进入了信息社会。随着社会发展人们对信息服务的需求量与日俱增，相对的要求通信系统的带宽不断增长。为了满足全球日益增长的传输流量，以全光信息处理为特征的智能光网络和以光纤到户为代表的信息服务宽带化的进程正在加速，光通信正向着超高速、超大容量、智能化、集成化、低成本和高可靠性的新一代光纤通信演进。而波分复用(WDM)技术可以在单个光纤或波导中实现多通道的数据传输，为光通信系统的扩容提供了很好的技术方案，可以充分利用光纤的巨大带宽，满足人们不断增长的通信需求。
[0003]光子集成回路(PIC)是把数十个甚至数百个光器件集成到一个单一的芯片上，将各种功能的光器件在同一芯片上实现互连。PIC代替分立的光学器件消除了很多耦合能耗，大大提高了光链路中的能量效率；另外它可以借助于单片波分复用技术(WDM)达到更高的带宽要求；此外还能减少封装，降低成本。因此研制集成化光电子器件已经成为光通信领域的研宄热点之一，具有重大的实际意义。光波导探测器解除了传统探测器的高带宽与高响应度之间的制约关系，并适用于多波长复用/解复用器件(AWG)进行平面集成。单片集成多波长并行高速探测芯片在不增加单个探测器的响应速率下，实现了整体接收速率的成倍增加，为实现高度集成的高速光传输网络系统提供了一种很好的探测解决方案，具有广泛的应用需求。
[0004]在实现本发明的过程，申请人发现现有技术中AWG输出波导与波导探测器分立设置，系统的稳定性较差，耦合能耗较高，影响了两者在光通信领域的应用。
【发明内容】
[0005](一 )要解决的技术问题
[0006]鉴于上述技术问题，本发明提供了一种AWG输出波导与波导探测器有缝对接的集成器件及其制备方法，以实现AWG与波导探测器的集成，解决分立的光学器件过多的耦合能耗并提高系统的稳定性。
[0007]( 二)技术方案
[0008]根据本发明的一个方面，提供了一种AWG输出波导与波导探测器有缝对接的集成器件。该集成器件包括:1、一种AWG输出波导与波导探测器的集成器件，其特征在于，包括:衬底10、AWG输出波导20和波导探测器30。其中，衬底10，其左、右两区域分别作为AWG区域和H)区域。AWG输出波导20，呈条状，位于衬底上的AWG区域，自下而上包括:AWG下包层21、AffG芯层22和AWG上包层23，其中，AffG下包层21和AWG芯层22延伸至PD区域。波导探测器30，呈条状，形成于衬底上ro区域的AWG芯层22的上方，其自下而上包括:ro下接触层31、ro吸收层32和ro上接触层33，其中，ro下接触层31和ro上接触层33为掺杂类型不同的接触层。其中，波导探测器的ro下接触层31延伸至AWG输出波导的AWG上包层23内，AffG芯层22的上方；波导探测器的ro吸收层32和H)上接触层与AWG输出波导的AWG上包层23隔开一窄缝，该窄缝的宽度小于波导探测器的H)下接触层31延伸至AWG输出波导的AWG上包层23内的延伸部分的宽度。
[0009]根据本发明的另一个方面，还提供了一种制备方法，用于制备上述的AWG输出波导与波导探测器有缝对接的集成器件。该制备方法包括:步骤A:在衬底10的上表面自下而上依次外延AWG下包层11、AWG芯层22、Η)下接触层31和H)吸收层32 ;其中，外延各层后的外延片的左、右区域分别作为AWG区域和H)区域；步骤B:对外延各层后的器件的AWG区域进行刻蚀，在AWG区域靠近H)区域的宽度为L的部分，仅去除H)吸收层31 ;在AWG区域远离ro区域的部分去除ro吸收层32和ro下接触层31;步骤c:在器件上进行二次外延，其中，AffG区域的二次外延材料作为AWG上包层23，PD区域的二次外延材料作为H)上接触层33 ;步骤D:对二次外延后的外延片的H)区域进行刻蚀，形成波导探测器的N接触台面34和P接触台面35，以及波导探测器与AWG输出波导之间的窄缝，进而形成波导探测器
30；以及步骤E:对二次外延后的外延片的AWG区域进行刻蚀，形成AWG输出波导，AWG输出波导与探测器有缝对接的集成器件制备完毕。
[0010](三)有益效果
[0011]从上述技术方案可以看出，本发明AWG输出波导与波导探测器有缝对接的集成器件及其制备方法具有以下有益效果:
[0012](I)通过单片集成AWG输出波导与波导探测器，避免了分立器件互连时过多的耦合损耗，而AWG输出波导上包层与波导探测器的P接触层之间的缝隙的位置的优化可以减少缝隙所引入的端面损耗，器件整体的耦合效率可以达到较高的值；
[0013](2)由于AWG的上包层与H)的上接触层都是P型的高掺层，而AWG的各路输出波导是相连与平板波导，所以各路ro的P型掺杂的材料是通过波导结构相连的，AWG输出波导上包层与波导探测器的P接触层之间的缝隙可以保证各路探测器之间的P接触保持独立；
[0014](3) AWG输出波导上包层与波导探测器的P接触层之间的缝隙使得ro下接触层31埋入AWG上包层23部分L所引入的电容与ro电容隔离开，同时ro下接触层31侧壁部分弓丨入的电容也同样与ro电容隔离开，这样就减小了 ro器件的电容，可以提高器件的3dB带宽；
[0015](4)由光刻来决定波导与探测器的对准，提高了横向对准精度，简化了器件封装，提高了器件的稳定性；
[0016](5) AWG输出波导上包层与波导探测器的P接触层之间的缝隙可以增加AWG输出波导与ro台面纵向的对准容差。而且缝隙的存在可以在钝化的时候保护好ro与Awg波导对接处的侧壁，AWG波导刻蚀端面与ro台面可以相隔几个微米，从而降低AWG刻蚀对ro器件性能的影响，提尚器件成品率；
[0017](6)通过单片集成多波长并行高速探测芯片，在不增加单个探测器的响应速率下，实现了整体接收速率的成倍增加，为实现高度集成的高速光传输网络系统提供了一种很好的探测解决方案。
【附图说明】
[0018]图1A为根据本发明实施例AWG输出波导与波导探测器有缝对接的集成器件的立体图；
[0019]图1B为图1A所示集成器件沿A-A面的剖视图；
[0020]图2为图1A和图1B所示集成器件在实际应用下的示意图；
[0021]图3为根据本发明实施例AWG输出波导与探测器的集成器件的制备方法的流程图；
[0022]图4为图3所示制备方法中首次外延步骤后器件的剖面图；
[0023]图5为图3所示制备方法中执行步骤C后器件的剖面图；
[0024]图6为图3所示制备方法中执行步骤D后器件的剖面图；
[0025]图7为图3所示制备方法中执行步骤E后器件的剖面图。
[0026]【主要元件】
[0027]10-衬底；
[0028]20-AWG 输出波导；
[0029]21-AWG 下包层； 22-AWG 芯层； 23-AWG 上包层；
[0030]30-波导探测器；
[0031]31-PD下接触层；32-PD吸收层； 33-PD上接触层；
[0032]34-N接触台面； 35-P接触台面。
【具体实施方式】
[0033]本发明中，以半导体工艺构建出器件的主体结构，通过二次外延技术实现AWG与波导探测器外延结构的兼容，两者的有缝对接可以有效减小器件电容，提高ro的带宽，同时缝隙的存在可以提高器件的成品率。
[0034]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0035]在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种AWG输出波导与波导探测器有缝对接的集成器件。图1A为根据本发明实施例AWG输出波导与波导探测器有缝对接的集成器件的立体图。图1B为图1A所示集成器件沿A-A面的剖视图。如图1A和图1B所示，本实施例AWG输出波导与探测器的集成器件包括:
[0036]衬底10，其左、右两区域分别作为AWG区域和H)区域；
[0037]AWG输出波导20，呈条状，其主体部分位于衬底上的AWG区域，自下而上包括:AWG下包层21、AWG芯层22和AWG上包层23，其中，AWG下包层21和AWG芯层22延伸至PD区域；
[0038]波导探测器30，形成于H)区域的AWG芯层22的上方，与AWG输出波导20有缝对接，其自下而上包括下接触层31、ro吸收层32和ro上接触层33 ；
[0039]其中，波导探测器的H)下接触层(31)延伸至AWG输出波导的AWG上包层(23)内，AffG芯层(22)的上方；波导探测器的H)吸收层(32)和H)上接触层与AWG输出波导的AWG上包层(23)隔开一窄缝，该窄缝的宽度小于波导探测器的H)下接触层(31)延伸至AWG输出波导的AWG上包层(23)内的延伸部分的宽度。
[0040]本实施例中，在AWG输出波导中传输的光自下而上由AWG芯层22通过消逝场耦合的方式逐层耦合到ro吸收层32。可见，本实施例集成器件通过单片集成AWG输出波导与波导探测器，避免了分立器件的端面损耗和互连时过多的耦合损耗，利用消逝场耦合减小了缝隙对耦合损耗的影响，提高了光链路中的能量效率。
[0041]以下分别对本实施例AWG输出波导与探测器的集成器件的各个组成部分进行详细说明。
[0042]本实施例中，衬底为InP衬底。衬底上的各层，包括:AWG下包层21、AWG芯层22、PD下接触层31和H)吸