一種消除寄生電容的光波導探測器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于光電領域，特別是一種可以消除寄生電容的光波導探測器。
【背景技術】
[0002] 大功率高速光電探測器是一種基于光與物質相互作用的探測器件，其作用是將入 射光信號轉換成大功率高頻信號。大功率高速光探測器在光控相控陣雷達、超高速測試系 統(tǒng)和光纖局域網通信中，是一個不可缺少的器件，其性能對整個系統(tǒng)起著決定性作用。
[0003] 傳統(tǒng)的垂直入射型光電探測器無法同時滿足高速和大功率要求。主要原因如下： 一是飽和效應，限制了光電流；二是渡越時間長，限制了響應頻率；三是本征層的光吸收是 指數(shù)衰減的，吸收區(qū)體積薄，總的光電流較小。
[0004] 為了克服大功率和高速之間的矛盾，大功率高速光探測器采用波導結構以消除電 子在耗盡層渡越時間對響應速影響，從而克服了傳統(tǒng)光電探測器中高速響應性能和量子效 率的矛盾。
[0005] 波導探測器結構如圖2所示，光從波導端面入射后，在波導傳播的同時，耦合到吸 收層被吸收，轉化為電子空穴對，保證了在器件長度方向吸收更加均勻，光生載流子的渡越 時間由吸收層的厚度決定，量子效率由探測器的長度決定，解決了響應效率和量子效率的 矛盾。但是，探測器帶寬仍然沒有達到足夠理想的地步，進一步提高光波導探測器的帶寬仍 然是目前研究的熱點。
[0006] 光波導探測器的帶寬受多個因素的影響：載流子的渡越時間τ，器件本身的分布 參數(shù)等。器件參數(shù)中的寄生電容的大小影響著光波導探測器的帶寬。
[0007] 現(xiàn)在的光波導探測器如圖3所示，η電極位于襯底之上，同時與波導層接觸，但是 由于波導層厚度很小，導致接觸面積非常小，為了增大接觸面積，使更大的電流流過，所以 需要對襯底進行重摻雜，使其具有良好的導電性；從而探測器的P電極和襯底之間產生寄 生電容，寄生電容與結電容處于并聯(lián)關系，與結電容相比，寄生電容的橫截面積和距離都比 較大，電容效應不能被忽略，導致總電容較大，從而限制了光波導探測器的響應帶寬。
【發(fā)明內容】
[0008] 為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種后端建立平臺，將η電極位置轉移到平臺 上的消除寄生電容的光波導探測器。
[0009] 本發(fā)明的消除寄生電容的光波導探測器，包括襯底、絕緣層一、ρ電極、覆蓋層、吸 收層和波導層一，絕緣層一放置在襯底上，波導層一的一邊與絕緣層一的一邊接觸，同時放 置在襯底上，吸收層放置在波導層一上，吸收層的一邊與絕緣層一的一邊接觸，覆蓋層放置 在吸收層上，覆蓋層一邊與絕緣層一一邊接觸，同時覆蓋層與絕緣層一的頂部高度一致，P 電極放置在覆蓋層和絕緣層一的頂上；還包括波導層二、絕緣層二和η電極，波導層二為中 間鏤空的矩形體，波導層二的一邊與波導層一和絕緣層一接觸，絕緣層二為中間鏤空的矩 形體，絕緣層二的底部與波導層二接觸，絕緣層二的四壁與波導層二的內壁接觸，η電極放 置在絕緣層二的中心，底部與波導層二接觸。
[0010] 優(yōu)選地，所述波導層二的鏤空區(qū)域深度為1. 5~2um。
[0011] 優(yōu)選地，所述p電極長寬同為500um。
[0012] 優(yōu)選地，所述覆蓋層的厚度為0. 8um。
[0013] 優(yōu)選地，所述波導層一和波導層二的厚度均為3um。
[0014] 優(yōu)選地，所述吸收層的厚度為〇· lum〇
[0015] 優(yōu)選地，所述襯底的厚度為150um〇
[0016] 優(yōu)選地，所述波導層一的長度為500um〇
[0017] 優(yōu)選地，所述波導層一和波導層二的波導脊寬為3um。
[0018] 優(yōu)選地，所述η電極為矩形體結構。
[0019] 本發(fā)明的有益效果：將η電極移動到后部平臺后，η電極與襯底之間不再接觸，同 時襯底也不需要重摻雜來提高導電性能，從而P電極與襯底之間不再產生寄生電容，使得 總電容降低，從而提高光波導探測器的響應帶寬。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的結構圖
[0021] 圖2為光波導探測器的原理圖
[0022] 圖3為原有的光波導探測器結構圖。
[0023] 其中1、襯底；2、絕緣層一；3、ρ電極；4、覆蓋層；5、吸收層；6、波導層一；7、波導層 二；8、絕緣層二；9、η電極。
【具體實施方式】
[0024] 下面結合附圖和具體的實施例對本發(fā)明作進一步的闡述。
[0025] 如圖1所示，本發(fā)明的消除寄生電容的光波導探測器，包括襯底1、絕緣層一2、ρ電 極3、覆蓋層4、吸收層5和波導層一 6,絕緣層一 2放置在襯底1上，波導層一 6的一邊與 絕緣層一 2的一邊接觸，同時放置在襯底1上，吸收層5放置在波導層一 6上，吸收層5的 一邊與絕緣層一 2的一邊接觸，覆蓋層4放置在吸收層5上，覆蓋層4 一邊與絕緣層一 2 - 邊接觸，同時覆蓋層4與絕緣層一 2的頂部高度一致，ρ電極3放置在覆蓋層4和絕緣層一 2的頂上；其特征在于：還包括波導層二7、絕緣層二8和η電極9,波導層二7為中間鏤空 的矩形體，波導層二7的一邊與波導層一 6和絕緣層一 2接觸，絕緣層二8為中間鏤空的矩 形體，絕緣層二8的底部與波導層二7接觸，絕緣層二8的四壁與波導層二7的內壁接觸，η 電極9放置在絕緣層二8的中心，底部與波導層二7接觸。所述波導層二7的鏤空區(qū)域深 度為1. 5~2um。所述ρ電極3長寬同為500um。所述覆蓋層4的厚度為0· 8um。所述波導 層一 6和波導層二7的厚度均為3um。所述吸收層5的厚度為0· lum。所述襯底1的厚度 為150um。所述波導層一 6的長度為500um。所述波導層一 6和波導層二7的波導脊寬為 3um。所述η電極9為矩形體結構。
[0026] 輸入光入射到波導層一 6的前端面，由于吸收層5置于波導層一 6頂部倏逝場的 位置，光在沿波導層一 6傳輸?shù)倪^程中耦合進吸收層5,入射光子將高摻雜光吸收層5的價 帶中的電子激發(fā)到導帶，形成電子-空穴對。由于濃度差，電子空穴向吸收層5兩端擴散。 覆蓋層4中的銦砷化鎵采用p型重摻雜，空穴是多數(shù)載流子，吸引電子向上運動，同時，波導 層一 6中的部分區(qū)域采用η型重摻雜，電子是多數(shù)載流子，吸引空穴向下運動。在頂層設置 P電極3來收集電子，通過與波導層二7接觸的η電極9來收集空穴，這樣就形成了光電流 輸出。
[0027] 絕緣材料二氧化硅的相對介電常數(shù)為3. 9,耗盡區(qū)材料的相對介電常數(shù)為13,真 空介電常數(shù)ε為8. 854187817X 10 12F/m。根據電容的計算公式：
[0029] 其中S為極板面積，d為極板距離，可以計算得到寄生電容C1= 2. 2lpF，結電容C2 =2. 47pF。
[0030] 所以原有的光波導探測器的總電容為C = CfC2= 4. 68pF，本發(fā)明的消除寄生電 容的光波導探測器的總電容為C = C2= 2. 47pF。根據由RC時間常數(shù)來決定的3dB帶寬 計算公式：
[0032] 其中R為固定常數(shù)，C為電容數(shù)值，可以計算得到本發(fā)明的消除寄生電容的光電探 測器的3dB帶寬提高了 89%。
[0033] 本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā) 明的原理，應被理解為本發(fā)明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領域的 普通技術人員可以根據本發(fā)明公開的這些技術啟示做出各種不脫離本發(fā)明實質的其它各 種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種消除寄生電容的光波導探測器，包括襯底（I)、絕緣層一（2)、p電極（3)、覆蓋 層（4)、吸收層（5)和波導層一（6)，絕緣層一（2)放置在襯底（1)上，波導層一（6)的一邊 與絕緣層一（2)的一邊接觸，同時放置在襯底（1)上，吸收層（5)放置在波導層一（6)上， 吸收層（5)的一邊與絕緣層一（2)的一邊接觸，覆蓋層（4)放置在吸收層（5)上，覆蓋層 (4) 一邊與絕緣層一（2) -邊接觸，同時覆蓋層（4)與絕緣層一（2)的頂部高度一致，p電 極（3)放置在覆蓋層（4)和絕緣層一（2)的頂上；其特征在于：還包括波導層二（7)、絕緣 層二⑶和n電極（9)，波導層二（7)為中間鏤空的矩形體，波導層二（7)的一邊與波導層 一（6)和絕緣層一（2)接觸，絕緣層二（8)為中間鏤空的矩形體，絕緣層二（8)的底部與波 導層二（7)接觸，絕緣層二（8)的四壁與波導層二（7)的內壁接觸，n電極（9)放置在絕緣 層二（8)的中心，底部與波導層二（7)接觸。2. 如權利要求1所述的消除寄生電容的光波導探測器，其特征在于：所述波導層二（7) 的鏤空區(qū)域深度為1. 5~2um〇3. 如權利要求2所述的消除寄生電容的光波導探測器，其特征在于：所述p電極（3)長 寬同為500um。4. 如權利要求3所述的消除寄生電容的光波導探測器，其特征在于：所述覆蓋層（4) 的厚度為〇? 8um〇5. 如權利要求4所述的消除寄生電容的光波導探測器，其特征在于：所述波導層一（6) 和波導層二（7)的厚度均為3um〇6. 如權利要求5所述的消除寄生電容的光波導探測器，其特征在于：所述吸收層（5) 的厚度為〇?Ium07. 如權利要求6所述的消除寄生電容的光波導探測器，其特征在于：所述襯底（1)的 厚度為150um〇8. 如權利要求7所述的消除寄生電容的光波導探測器，其特征在于：所述波導層一（6) 的長度為500um〇9. 如權利要求8所述的消除寄生電容的光波導探測器，其特征在于：所述波導層一（6) 和波導層二（7)的波導脊寬為3um〇10. 如權利要求9所述的消除寄生電容的光波導探測器，其特征在于：所述n電極（9) 為矩形體結構。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種消除寄生電容的光波導探測器，還包括波導層二、絕緣層二和n電極，波導層二為中間鏤空的矩形體，波導層二的一邊與波導層一和絕緣層一接觸，絕緣層二為中間鏤空的矩形體，絕緣層二的底部與波導層二接觸，絕緣層二的四壁與波導層二的內壁接觸，n電極放置在絕緣層二的中心，底部與波導層二接觸。本發(fā)明的有益效果：將n電極移動到后部平臺后，n電極與襯底之間不再接觸，同時襯底也不需要重摻雜來提高導電性能，從而p電極與襯底之間不再產生寄生電容，使得總電容降低，從而提高光波導探測器的響應帶寬。
【IPC分類】H01L31/0232, H01L31/0224
【公開號】CN105206686
【申請?zhí)枴緾N201510543910
【發(fā)明人】余學才, 馬朝陽, 李林松
【申請人】電子科技大學
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年8月31日