本发明属于光电探测器领域，更具体地，涉及一种四角入射的锗硅光电探测器。
背景技术：
1、微波光子学将微波信号利用光学集成技术来生成并传输，将射频信号上转换到光频段，具有带宽大、损耗低、电磁干扰小等特点。这些特点使得微波光子学具备独特的优势，并引起学术界广泛关注。微波光子链路的最重要指标之一就是尽可能大的无杂散动态范围，其中光电探测器起到至关重要的作用，需要光电探测器具有尽可能大的饱和功率。
2、光电探测器的吸收光材料有锗、三五族材料、石墨烯等。相较于三五族材料与其他材料，锗可以直接在硅上外延生长，与现有的cmos工艺相兼容。同时硅基上的其他光电器件发展也较为成熟，硅基锗光电探测器可以与其他光电器件在硅基上集成，可以具备很高的集成度。此外，锗的导热性好，相较于三五族元素，更不容易热击穿，这对光电探测器的高饱和功率性能至关重要。因此锗硅光电探测器在诸多种类的光电探测器中具有独特优势。
3、目前锗硅光电探测器的饱和功率的主要制约因素就是锗吸收光的不均匀。目前传统的锗硅光电探测器的入射方式是单个入射波导直接连接锗的前端，由于入射光传播方向与锗区底部直接重叠，光从入射波导输出后在锗的内部的吸收会以指数形式衰减，大量的光堆积在锗的前端，然而锗的尾部却缺乏足够的光吸收。锗层吸收光后，激发出大量的电子空穴对，称为光生载流子。在外加电场作用下这些电子空穴对将会迅速漂移向对应的电极定向移动，形成电流。但由于锗前端吸收了过量的光，大量的电子空穴对堆积将会生成一个与外加电场相反的反向电场，削弱外加电场作用，使得电子空穴对漂移运动减弱，锗层的生成电流在前端趋于饱和。光电探测器的输出功率与输出电流正相关。这时，即使再增加光信号的输入功率，由于前端已经饱和，达到尾部的光又是经过指数衰减后得到的，占比非常微小，响应的光电流也很微弱，造成锗硅光电探测的总体输出光电流过早的达到饱和状态。
4、综上所述，微波光子学、模拟光子链路等领域对于无杂散动态范围需求的进一步提升，但现有技术方案存在锗吸收光分布不均匀、制约饱和功率的问题，因此有待进一步改进。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种四角入射的锗硅光电探测器，以克服目前光信号难以在锗层中被均匀吸收从而限制光电探测器饱和功率的难题。
2、一种四角入射的锗硅光电探测器，包括：
3、硅平板波导；
4、设置在所述硅平板波导上的硅脊波导；
5、与所述硅脊波导连接的条波导；
6、设置在所述硅脊波导上的锗层；
7、设置在所述锗层上的掺杂锗层；
8、设置在所述硅平板波导上的一对接触电极；
9、设置在掺杂锗层上的锗上电极；
10、所述条波导有四个波导区，包括第一条波导区、第二条波导区、第三条波导区和第四条波导区，四个波导区分别与所述硅脊波导的四个顶角相连接；光信号经过四等分之后分别入射到所述的四个波导区，进而耦合到锗层上，被锗层吸收。
11、所述锗层的底面面积要小于所述硅脊波导的顶面面积，所述锗层的底面边缘与所述硅脊波导的顶面边缘留有间距，所述的间距大于四个波导区中的每个波导区的宽度。
12、所述的间距用于避免四个波导区出射的光信号直接与锗区重叠，从而避免锗区直接吸收光信号导致的不均匀分布。光信号在锗区的侧面沿传播方向传输的过程中会激发出多种高阶模式状态，由于锗层材料的吸收系数较高，这些干涉后的多模信号会逐渐均匀地被锗层吸收。
13、所述第一条波导区、第三条波导区以垂直于所述锗层底面的中心轴为对称，所述第二条波导区、第四条波导区以垂直于所述锗层底面的中心轴为对称。所述的对称的形状有助于锗层保持前后区域和左右区域吸收光的对等，从而保证锗层的光信号被均匀地吸收。
14、所述的硅脊波导的两个侧边上有2个刻蚀的三角形凹口并关于所述锗层中心轴对称，或者，所述的硅脊波导的四个侧边有四个刻蚀的三角形凹口并关于所述锗层中心轴对称。刻蚀的凹口用以约束光信号的传播方向，使得光信号向位于硅脊波导中心上的锗层传输，有助于提高光电转化效率，提高光电探测器的响应度。
15、所述锗层的底面为长方形，所述的第一条波导区、第二条波导区、第三条波导区和第四条波导区均为条状；
16、所述的第一条波导区沿光信号传输的中心轴线与所述锗层的底面的长边的夹角为1-45°，为第一夹角；
17、所述的第二条波导区沿光信号传输的中心轴线与所述锗层的底面的长边的夹角为1-45°，为第二夹角；
18、所述的第三条波导区沿光信号传输的中心轴线与所述锗层的底面的长边的夹角为1-45°，为第三夹角；
19、所述的第四条波导区沿光信号传输的中心轴线与所述锗层的底面的长边的夹角为1-45°，为第四夹角。
20、所述的第一夹角、第二夹角、第三夹角和第四夹角的角度相等。所述四个波导区同时偏转较小的角度可以在保证锗区前后区域与作用区域对称地吸收光信号的同时，使得光信号的传输方向偏向锗区。并且设置合适的夹角也可以使得波导形状与刻蚀的凹口相对应而不是往其他方向耗散，避免波导区与硅脊波导衔接带来的额外光信号的损耗。
21、所述的硅平板波导和硅脊波导的掺杂类型相同，为第一掺杂类型；
22、所述的掺杂锗层为第二掺杂类型；
23、所述的第一掺杂类型和第二掺杂类型相反。
24、可选地，所述的第一掺杂类型为p型，所述的第二掺杂类型为n型，构成pin型结构的光电探测器。所述的n型掺杂锗层和p型掺杂区域会在锗层内部形成一个内置电场，锗层吸收光信号后会在内置电场作用下生成大量的光生载流子，锗区底部p型掺杂的硅脊波导和硅平板波导由于掺杂而可以导电。空穴向硅平板波导上的一对接触电极定向运动，被硅平板波导上的接触电极收集，电子向锗上电极定向运动，被锗上电极收集，电子和空穴形成的电流之和为锗层生成的光电流总和，锗硅光电探测完成光信号向电信号的转化。
25、可选地，所述的第一掺杂类型为n型，所述的第二掺杂类型为p型，构成nip型结构的光电探测器。
26、本发明所提出的设计，与现有的技术相比，具有以下优势：
27、本发明设计针对这一问题，采用了新的耦合方式，光信号会被均匀的四等分，从四个条波导入射到硅脊波导。由于四个条波导直接与硅脊波导的四个角连接，而硅脊波导与锗层边缘间隔一定距离，四路光信号会一边沿着这个间距传输，一边通过倏逝波从前后逐渐耦合到锗的两个侧边，再逐渐均匀地耦合到锗中心，直到被锗吸收完全。因此从锗区前端到锗区尾部都具有非常均匀的光场分布。避免了传统结构中采用单一波导输入，波导出射的光传输方向直接与锗区底部重叠，导致的锗区吸收光不均匀的问题。可以大大提升光电探测器的饱和功率。此外，本发明提出的设计完全兼容现有的工艺，没有引入其他复杂的工艺流程，制作简单。
1.一种四角入射的锗硅光电探测器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的四角入射的锗硅光电探测器，其特征在于，所述第一条波导区、第三条波导区以垂直于所述锗层底面的中心轴为对称，所述第二条波导区、第四条波导区以垂直于所述锗层底面的中心轴为对称。
3.根据权利要求1所述的四角入射的锗硅光电探测器，其特征在于，所述的硅脊波导的两个侧边上有2个刻蚀的三角形凹口并关于所述锗层中心轴对称，或者，所述的硅脊波导的四个侧边有四个刻蚀的三角形凹口并关于所述锗层中心轴对称。
4.根据权利要求1所述的四角入射的锗硅光电探测器，其特征在于，所述锗层的底面为长方形，所述的第一条波导区、第二条波导区、第三条波导区和第四条波导区均为条状；
5.根据权利要求4所述的四角入射的锗硅光电探测器，其特征在于，所述的第一夹角、第二夹角、第三夹角和第四夹角的角度相等。
6.根据权利要求1所述的四角入射的锗硅光电探测器，其特征在于，所述的硅平板波导和硅脊波导的掺杂类型相同，为第一掺杂类型；
7.根据权利要求6所述的四角入射的锗硅光电探测器，其特征在于，所述的第一掺杂类型为p型或n型，所述的第二掺杂类型为p型或n型。