具有汇聚增强功能的蘑菇型高速光探测器及其制备方法

摘要

本发明公开了一种具有汇聚增强功能的蘑菇型高速光探测器及其制备方法，涉及光电子技术领域。所述蘑菇型高速光探测器包括由下至上依次形成的硅衬底层、氧化硅衬底层、非周期亚波长光栅层、树脂层、n型外延层、本征层、p型外延层，以及n型接触电极和p型接触电极。所述制备方法包括刻蚀形成非周期亚波长光栅；外延生长Ⅲ‑Ⅴ族PIN光探测器外延片；采用键合工艺混合集成光探测器外延片和非周期亚波长光栅；最后通过选择性刻蚀工艺实现蘑菇型台面结构。本发明能够广泛用于光通信及光信号处理等领域，具有易于集成、高量子效率、高频率响应带宽等特点；同时相关工艺具有低成本、工艺简单、易于实现等优点。

主权项

具有汇聚增强功能的蘑菇型高速光探测器，其特征在于：包括由下至上依次形成的硅衬底层、氧化硅衬底层、非周期亚波长光栅层、树脂层、n型外延层、本征层、p型外延层，以及形成在n型外延层上的n型接触电极和形成在p型外延层上的p型接触电极；其中，所述n型外延层、本征层、p型外延层共同组成蘑菇型台面结构，所述的本征层的面积小于p型外延层的面积，同时小于n型外延层的面积；所述p型外延层的面积小于n型外延层的面积；所述非周期亚波长光栅层包括由高折射率材料制成的具有特定图案的光栅，所述特定图案为一维非周期图案、二维非周期图案或三维非周期图案；所述一维非周期性图案的光栅为周期和占空比随位置改变的条状光栅；所述二维非周期性图案的光栅为周期和占空比随位置改变的同心环光栅或图形阵列光栅；所述三维非周期性图案的光栅为周期、占空比和光栅高度都随位置改变的光栅；所述同心环形光栅所占区域直径为300μm，光栅的相位差分布满足：其中λ是入射光波长,f是光栅焦距,是r＝0处的相位值，r为一个变量，表示同心圆环光栅平面上任意点到圆心的距离；当光栅的相位差分布满足上式时，光栅实现光的汇聚；所述非周期亚波长光栅层中的光栅周期在100nm～1.6μm之间，占空比为15％～85％；光栅厚度为100～800nm，光栅反射率大于30％。