一种对接耦合型探测器和对接耦合型探测器的制作方法与流程

本发明涉及光电集成技术领域，具体涉及一种对接耦合型探测器和对接耦合型探测器的制作方法。

背景技术：

在集成波导的硅光电子系统中，解决光的探测是首要的任务。近年来，围绕着探测器研发了多种技术，例如将iii-v族探测器bonding到si衬底上。但随着si基外延ge技术的愈加成熟，si基ge探测器的工艺因与cmos工艺兼容而在近红外探测领域中表现出很强的优势，进而被广泛研究。对于ge探测器来说，光从soi波导耦合到ge探测器的方式主要有两种：倏逝耦合和对接耦合。倏逝耦合型探测器的特点是光吸收较均匀，但耦合效率较低，且需较长的探测器进行光的吸收，因此rc时间常数较大；相比之下，对接耦合型探测器的特点是光的高效耦合，仅需较短的探测器即可吸收大部分光强，因此rc时间常数较小，探测器小信号带宽较高，但对接耦合型探测器最主要的弊端在于探测器中吸收区与无源波导区的对接界面附近光吸收太强，从而导致探测器过早进入饱和状态，使得对接耦合型探测器饱和输出功率过小。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种对接耦合型探测器和对接耦合型探测器的制作方法，以解决现有技术中的对接耦合型探测器饱和电流过小的问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种对接耦合型探测器，包括：衬底，以及沿入射光传播方向在所述衬底上依次同层设置有无源波导区，对接耦合区和吸收区；所述对接耦合区嵌入所述吸收区，与所述吸收区耦合；所述对接耦合区所述沿入射光传播方向上的截面积逐渐变小。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述对接耦合区与所述无源波导区为一体结构。

结合第一方面，在第一方面第二实施方式中，沿所述入射光方向所述对接耦合区嵌入所述吸收区的长度为所述吸收区总长度的10％-30％。

结合第一方面，在第一方面第三实施方式中，在平行于所述衬底的平面内沿垂直于所述入射光方向所述对接耦合区与所述吸收区耦合的一端的宽度为所述吸收区宽度的5％-30％。

结合第一方面，在第一方面第四实施方式中，所述无源波导区，对接耦合区和吸收区在垂直于所述衬底方向的高度相等。

结合第一方面，在第一方面第五实施方式中，所述对接耦合区在所述衬底上的投影为梯形或半圆形。

结合第一方面或第一方面任一个实施方式，在第一方面第六实施方式中，所述吸收区沿所述入射光传播方向的长度为10-15μm；所述吸收区在所述在平行于所述衬底的平面内沿垂直于所述入射光方向的宽度为0.5-2μm；

结合第一方面第六实施方式，在第一方面第七实施方式中，所述无源波导区与所述入射光耦合的一端设置一个光栅。

结合第一方面第六实施方式，在第一方面第八实施方式中，吸收区和所述衬底之间设置有硅层。

根据第二方面，本发明实施例提供了一种对接耦合型探测器的制作方法，包括：提供一soi衬底；对soi衬底的一部分进行光刻，形成无源波导区；对soi衬底的另一部分进行光刻，形成对接耦合区、凹槽和台面区；在所述凹槽形成吸收区，所述对接耦合区所述沿入射光传播方向上的截面积逐渐变小；在所述soi衬底形成钝化层，所述钝化层包覆所述无源波导区、对接耦合区、吸收区和台面区；在所述台面区上方的所述钝化层中形成通孔，再形成电极。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：利用对接耦合区将无源波导区中传播的光均匀耦合入吸收区，使吸收区吸收到的光信号更加均匀，极大提高对接耦合型探测器的饱和输出功率；对接耦合区是嵌入吸收区中，使吸收区的面积减少，因此减少pn结电容，减少rc时间常数，增加对接耦合型探测器的响应宽带。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了本发明实施例中的对接耦合型探测器的结构示意图；

图2示出了本发明实施例中的对接耦合型探测器的对接耦合区在衬底上的投影图；

图3示出了本发明实施例中的对接耦合型探测器的对接耦合区在衬底上的投影图；

图4示出了本发明实施例中的对接耦合型探测器的对接耦合区在衬底上的投影图；

图5示出了本发明实施例中的对接耦合型探测器的制作方法流程框图；

图6和图7示出了本发明实施例中的对接耦合型探测器的制作过程示意图；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的实施例提供一种对接耦合型探测器，如图1所示，该对接耦合型探测器包括：衬底4，以及沿入射光传播方向在衬底4上依次同层设置有无源波导区1，对接耦合区2和吸收区3；对接耦合区2嵌入吸收区3，与吸收区3耦合，对接耦合区2沿入射光传播方向上的截面积逐渐变小。在实际应用中，吸收区3的材料为锗，无源波导区1和吸收区3的材料为硅，光纤中光耦合入无源波导区1中传输，经过对接耦合区2均匀从分散到对接耦合区2的两侧，并耦合入吸收区3中，使光均匀被吸收区3吸收。从而能够提高对接耦合型锗探测器的饱和输出功率和耦合效率。

具体地，对接耦合区2和无源波导区1为一体结构。

可选地，在本发明一些实施例中，沿入射光方向对接耦合区2嵌入吸收区3的长度为吸收区3总长度的10％-30％，在实际应用中，对接耦合区在入射光方向的长度设置为吸收区3总长度的20％。

可选地，在本发明一些实施例中，在平行于衬底4的平面内沿垂直于入射光方向对接耦合区2与吸收区耦合3的一端的宽度为吸收区宽度的5％-30％，在实际应用中，平行于衬底4的平面内沿垂直于入射光方向对接耦合区2与吸收区耦合3的一端的宽度可以设置为100nm。

可选地，在本发明一些实施例中，无源波导区1、对接耦合区2和吸收区3依次设置在衬底4上时，无源波导区1、对接耦合区2和吸收区3在垂直与衬底4方向的高度相等。

可选地，在本发明一些实施例中，对接耦合区2沿入射光传播方向上的截面积逐渐变小，截面积的变化可以是线性变小，也可以是非线性变小，因此，对接耦合区2在衬底4上的投影可以是梯形，如图2所示；对接耦合区2在衬底4上的投影也可以是半圆形，如图3所示；对接耦合区2在衬底4上的投影也可以是如图5所示的图形，但本发明实施例并不局限于三种变化方式。

可选地，在本发明一些实施例中，上述实施例中的吸收区3沿入射光传播方向的长度为10-15μm；吸收区3在平行于衬底4的平面内沿垂直于所述入射光方向的宽度为0.5-2μm；吸收区3在垂直于衬底4方向的高度为0.1-0.3μm。

可选地，在本发明一些实施例中，在无源波导区1与入射光耦合的一端前设置一个光栅，光栅用于提高入射光到无源波导区1的耦合效率。

可选地，在本发明一些实施例中，吸收区3和衬底4之间设置有一层硅层，用于锗材料通过选区生长在吸收区3内生长质量良好的吸收材料。

本发明实施例还提供一种对接耦合探测器的制作方法，如图5所示，包括以下步骤：

步骤s101：提供一个soi衬底，将衬底清洗干净，用于下一步制作；

步骤s102：采用等离子体增强化学气相沉积法(以下简称pecvd技术)在soi衬底的顶层硅5上形成遮掩层10，遮掩层10的材料为氧化硅，将顶层硅5的一部分按照预设的尺寸光刻形成无源波导区1，如图6所示。

步骤s103：采用pecvd技术在上述soi衬底的顶层硅5上形成遮掩层10，按照预设的尺寸和预设高度的预留硅层光刻出对接耦合区2、外延槽11和台面区6，如图7所示。

步骤s104：采用选区外延的方式在外延槽11内进行锗材料的生长，形成吸收区2，并按照预设的高度进行抛光研磨。

步骤s105：采用pecvd技术在上述soi衬底上形成钝化层7，钝化层7的材料为氧化硅，钝化层7包裹无源波导区1，对接耦合区2、吸收区3和台面区6。

步骤s106：在台面区6上方的钝化层7开设通孔，溅射金属材料形成p电极8和n电极9，金属材料可以是铝化钛，得到如图1所示的对接耦合型探测器。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。