專利名稱：具有平頂和陡邊響應(yīng)的半導(dǎo)體光電探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種具有平頂和陡邊響應(yīng)的半導(dǎo)體光電探測器。
背景技術(shù)：
在光纖通信領(lǐng)域，波分復(fù)用技術(shù)具有從光纖巨大的潛在帶寬中獲取豐富的信道資源的能力。波長選擇探測是光波分復(fù)用技術(shù)的一個關(guān)鍵技術(shù)，傳統(tǒng)的方法是采用″濾波器+探測器″的組合方式，但這種方法成本高，而且濾波器的引入還帶來了額外的插入損耗，降低了系統(tǒng)解復(fù)用接收的整體響應(yīng)度。
為了使解復(fù)用接收器件的整體性能更好、成本更低，人們實用新型了諧振腔增強型(RCE)光探測器，其基本結(jié)構(gòu)是將吸收層引入到F-P諧振腔當(dāng)中，這樣探測器本身就具有了波長選擇特性，而無須外加濾波器。此外，由于諧振腔的增強效應(yīng)，此類器件在較薄的吸收層情況下即可以獲得較高的量子效率，減少了光生載流子的吸收層渡越時間，也就解決了器件響應(yīng)速度的問題。
但是，普通的RCE器件仍然存在著一定的缺陷。傳統(tǒng)RCE探測器的響應(yīng)峰都是尖頂?shù)?，如果信號光波長僅有微小漂移，探測器的響應(yīng)電流將有大幅變化，這種不穩(wěn)定性有可能對波分解復(fù)用接收帶來不便。傳統(tǒng)RCE探測器的響應(yīng)峰還有另外一個缺點，就是邊緣下降比較緩慢，這樣多個波長之間會有串?dāng)_。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種具有平頂和陡邊響應(yīng)的半導(dǎo)體光電探測器。
具有平頂和陡邊響應(yīng)的探測器的特征在于具有平行多腔結(jié)構(gòu)，各個腔的光學(xué)長度都為或者近似為工作中心波長的一半的整數(shù)倍。
本實用新型的進一步特征在于平行腔是由兩個高反射鏡平行相鄰構(gòu)成；由多個高反射鏡構(gòu)成的多個腔中的一個腔中有薄吸收層；高反射鏡是由半導(dǎo)體化合物的分布反饋布拉格鏡，或是高反射率的多層介質(zhì)膜或者金屬膜反射鏡。
本實用新型與傳統(tǒng)RCE探測器結(jié)構(gòu)相比的優(yōu)點是采用本實用新型的結(jié)構(gòu)的探測器可以獲得平頂徒邊的響應(yīng)曲線，這使波分復(fù)用系統(tǒng)將可以在一定程度上放松對光發(fā)射端激光器波長的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性的要求，對于降低系統(tǒng)成本非常有利。另外，采用本實用新型的結(jié)構(gòu)的探測器的響應(yīng)峰的邊緣比傳統(tǒng)RCE探測器的響應(yīng)峰的邊緣下降得更陡，使得波分復(fù)用的多個波長間的串?dāng)_將會大大降低，本實用新型探測器將不失傳統(tǒng)RCE探測器的可以同時獲得高的響應(yīng)度和高的響應(yīng)速度的優(yōu)點。
經(jīng)過下面參考附圖對本實用新型作為實施例的描述，本實用新型的上述和其它優(yōu)點和特點將會更加清楚。


圖1表示本實用新型的一個實施例的半導(dǎo)體光電探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
1……高反射鏡2……高反射鏡3……高反射鏡4……腔5……腔 6……薄吸收層具體實施方式
該半導(dǎo)體光電探測器具有三個高反射鏡1、2、3，高反射鏡1、2、3可以是半導(dǎo)體化合物的分布反饋布拉格鏡(DBR)，也可以根據(jù)工藝情況的不同是高反射率的多層介質(zhì)膜或者金屬膜。將相鄰的兩個高反射鏡之間所夾的空間稱為腔，該半導(dǎo)體光電探測器具有兩個腔4、5，腔4、腔5的腔體材料是某種介質(zhì)，即可以是半導(dǎo)體介質(zhì)，也可以是空氣，還可以由其他材料所填充，如液晶等。腔4、腔5的光學(xué)長度都為或者近似為工作中心波長的一半的整數(shù)倍。腔的光學(xué)長度是腔長與腔體介質(zhì)材料折射率的乘積。相鄰的兩個高反射鏡彼此平行，高反射鏡1、2與其間所夾的腔4構(gòu)成一個F-P腔。高反射鏡2、3與其間所夾的腔5構(gòu)成另一個F-P腔。對于薄吸收層6位于腔5內(nèi)，薄吸收層6與腔5內(nèi)其它非吸收層共同組成腔5，腔5的光學(xué)長度應(yīng)該包含薄吸收層6的光學(xué)長度。薄吸收層6可以是半導(dǎo)體的體材料，也可以是半導(dǎo)體的單量子阱或多量子阱材料，用來進行光電轉(zhuǎn)換，即將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。垂直于器件上表面入射的入射光經(jīng)過腔4進行波長選擇后再經(jīng)過腔5進行第二次波長選擇，由于腔4和腔5的光學(xué)長度相等或者近似相等，腔4和腔5的諧振波長也就相等或者近似相等。這樣，在腔4和腔5的諧振波長一定范圍附近的光波會在腔4、腔5內(nèi)及高反射鏡1、3之間反復(fù)諧振，這就是所謂的腔4和腔5之間的耦合。腔4和腔5之間耦合的結(jié)果根據(jù)腔4、腔5各自的諧振波長(由腔4、腔5各自的光學(xué)長度決定)和三個高反射鏡1、2、3的各自反射率的不同可能使在腔4和腔5內(nèi)及高反射鏡1、3之間反復(fù)諧振的各個波長的諧振強度發(fā)生變化。多個高反射鏡構(gòu)成的多個腔的光學(xué)長度都為或者近似為工作中心波長的一半的整數(shù)倍。因此多個腔的諧振波長也就相等或者近似相等，這樣多個腔之間才發(fā)生耦合，在多個腔內(nèi)諧振的各個波長的諧振強度隨波長和多個高反射鏡各自的反射率變化。在腔4和腔5的諧振波長相等或者近似相等即腔4和腔5的光學(xué)長度相等或者近似相等的前提下，當(dāng)適當(dāng)?shù)剡x取三個高反射鏡1、2、3各自的反射率時，諧振強度隨波長的變化關(guān)系就會具有平頂陡邊的線形。由于薄吸收層6在腔5內(nèi)，薄吸收層6會根據(jù)各個波長的諧振強度不同而進行選擇吸收，當(dāng)適當(dāng)?shù)剡x取三個高反射鏡1、2、3各自的反射率時，就可以使探測器得到平頂陡邊的響應(yīng)曲線。由于諧振波長范圍內(nèi)的光波在腔5內(nèi)多次被薄吸收層吸收，只要反射的次數(shù)足夠多，器件就可以獲得高的響應(yīng)度。同時由于器件的吸收層較薄，光生載流子可以很快的逸出，轉(zhuǎn)化成光電流。從而可以使器件的響應(yīng)時間減少，獲得高的響應(yīng)速度。因此這一新型器件可以更好地滿足當(dāng)前光波分復(fù)用通信技術(shù)對半導(dǎo)體光探測器件的要求。
綜上所述，本實用新型通過簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得本實用新型能提供一種具有平頂和陡邊響應(yīng)的探測器，從而克服傳統(tǒng)RCE探測器的尖頂緩降響應(yīng)峰在波分復(fù)用系統(tǒng)中應(yīng)用時的不足。雖然此器件針對在波分復(fù)用系統(tǒng)中應(yīng)用設(shè)計，實際上它還可以光通信以外的方面，如光學(xué)測量等其它領(lǐng)域。以上所述乃本實用新型的具體實例及所運用的技術(shù)原理，依本實用新型的構(gòu)想所做的等效變換，其所產(chǎn)生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，如將實施例中的三鏡兩腔結(jié)構(gòu)擴展為四鏡三腔或五鏡四腔等平行多鏡腔結(jié)構(gòu)，又如將本實施例中的薄吸收層6放置于腔4中或者薄吸收層放置于四鏡三腔或五鏡四腔等平行多鏡腔結(jié)構(gòu)中任意一個腔中，均應(yīng)在本實用新型的范圍內(nèi)。本實用新型所提出器件結(jié)構(gòu)不僅能夠應(yīng)用于PIN光電探測器，還可以應(yīng)用于金屬-半導(dǎo)體-金屬(MSM)光電探測器和雪崩光電二極管(APD)，這些應(yīng)用也均應(yīng)在本實用新型的范圍內(nèi)，特此說明。
權(quán)利要求1.一種具有平頂和陡邊響應(yīng)的半導(dǎo)體光電探測器，其特征在于具有平行多腔結(jié)構(gòu)，各個腔的光學(xué)長度都為或者近似為工作中心波長的一半的整數(shù)倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有平頂和陡邊響應(yīng)的半導(dǎo)體光電探測器，其特征在于平行腔是由兩個高反射鏡平行相鄰構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述具有平頂和陡邊響應(yīng)的半導(dǎo)體光電探測器，其特征在于由多個高反射鏡構(gòu)成的多個腔中的一個腔中有薄吸收層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述具有平頂和陡邊響應(yīng)的半導(dǎo)體光電探測器，其特征在于高反射鏡是由半導(dǎo)體化合物的分布反饋布拉格鏡，或是高反射率的多層介質(zhì)膜或者金屬膜反射鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述具有平頂和陡邊響應(yīng)的半導(dǎo)體光電探測器，其特征在于高反射鏡是由半導(dǎo)體化合物的分布反饋布拉格鏡，或是高反射率的多層介質(zhì)膜或者金屬膜反射鏡。
專利摘要本實用新型涉及一種特殊的具有平頂和陡邊響應(yīng)的半導(dǎo)體光電探測器。本實用新型半導(dǎo)體光電探測器具有多個高反射鏡和由多個高反射鏡構(gòu)成的多個腔,由多個高反射鏡構(gòu)成的多個腔的光學(xué)長度都為或者近似為工作中心波長的一半的整數(shù)倍。由多個高反射鏡構(gòu)成的多個腔中的某一個腔中有薄吸收層,用來進行光電轉(zhuǎn)換,即把光信號轉(zhuǎn)換為電信號。本實用新型的結(jié)構(gòu)的探測器可以獲得平頂徒邊的響應(yīng)曲線,同時獲得高的響應(yīng)度和高的響應(yīng)速度。
文檔編號H01L31/00GK2492945SQ0122946
公開日2002年5月22日 申請日期2001年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月11日
發(fā)明者鐘源, 任曉敏, 黃永清, 潘鐘 申請人:北京郵電大學(xué), 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所