CN110311001A - 一种长波长吸收的硅基硅稀光电探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种长波长吸收的硅基硅稀光电探测器，包括：衬底层；二氧化硅层，形成于所述衬底层上；硅波导层，形成于所述二氧化硅层上，并具有波导部；第一电极以及第二电极，其中，所述第一电极以及第二电极设置在所述硅波导层上，并位于所述波导部的两侧；硅稀层，所述硅稀层设置在所述硅波导层上，并从第一电极延伸至第二电极。本发明能覆盖到整个红外波段的信号光的探测，此外，由于硅稀有带隙存在，因此光电探测器整体具有更好的吸收系数，探测灵敏度更高。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测领域，具体而言，涉及一种长波长吸收的硅基硅稀光电探测器。
背景技术
近年来，随着物联网的迅猛发展，光纤通信***作为物联网的重要依托，其发展受到更多的重视。在长途骨干网领域，随着光传输技术的成熟和发展，世界范围内出现了干线传输网络的建设热潮，传输带宽、传输容量快速发展。
随着光纤通信***的发展，光器件的发展也同样面临着机遇和挑战，如何开发出性能优良、价格低廉的光器件已经成为人们所面临的首要问题。硅基光电子器件具有易于集成、工艺成本低等优点，近些年来引起研究人员的广泛关注。硅(Si)材料作为微电子领域的传统材料，在加工工艺和制作成本上有着其他材料无可比拟的优势，硅基光电子集成技术应运而生。作为硅基光电集成技术中的重要的代表元件之一的光电探测器，它的作用就是把入射的光信号转化为电信号，以便后续的信号处理电路进行分析。硅基锗光电探测器经过十几年的发展，在结构上不断优化，性能进一步提高。
近年来，在学术界和工业界的持续创新努力下，各种高性能指标的波导集成的硅基锗光电探测器不断被提出，部分指标已经达到了商用三五族探测器的水平。然而实现C波段波长(波长范围1530nm-1565nm)的探测，仍然需要锗作为吸收材料。这是由于硅的禁带宽度约为1.3eV，对应的吸收截止波长为1100nm，无法应用于中红外波段的探测。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种长波长吸收的硅基硅稀光电探测器，能实现红外波段的光信号探测。
本发明实施例提供了一种长波长吸收的硅基硅稀光电探测器，包括：
衬底层；
二氧化硅层，形成于所述衬底层上；
硅波导层，形成于所述二氧化硅层上，并具有波导部；
第一电极以及第二电极，其中，所述第一电极以及第二电极设置在所述硅波导层上，并位于所述波导部的两侧；
硅稀层，所述硅稀层设置在所述硅波导层上，并从第一电极延伸至第二电极。
优选地，所述衬底层为硅衬底。
优选地，所述第一电极以及所述第二电极为铝电极。
优选地，所述硅稀层的带隙为1.55meV，其对应的吸收截止波长为800μm。
优选地，当信号光在波导部内传输时，覆盖在硅波导层表面的硅稀对光进行吸收形成光生载流子，并在第一电极以及第二电极之间产生电流，形成电流信号。
本实施例中，在硅波导层上设置所述硅稀层，由于所述硅稀层的带隙为1.55meV，其对应的吸收截止波长为800μm，因此能覆盖到整个红外波段的信号光的探测，此外，由于硅稀有带隙存在，因此光电探测器整体具有更好的吸收系数，探测灵敏度更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例提供的长波长吸收的硅基硅稀光电探测器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参阅图1，本发明实施例提供了一种长波长吸收的硅基硅稀光电探测器，包括：
衬底层10。
在本实施例中，所述衬底层10通常采用硅材料形成，其主要起到支撑整个探测器的作用。
二氧化硅层20，形成于所述衬底层10上。
在本实施例中，所述二氧化硅层20主要其绝缘作用。
硅波导层30，形成于所述二氧化硅层20上，并具有波导部31。
在本实施例中，所述硅波导层30主要起到导波的作用，其中，所述硅波导层30上形成有突起的波导部31，信号光被限制所述波导部31内根据预定的规则(如麦克斯韦方程组)进行传输。
第一电极40以及第二电极50，其中，所述第一电极40以及第二电极50设置在所述硅波导层30上，并位于所述波导部31的两侧。
在本实施例中，所述第一电极40以及第二电极50优选为铝电极，其具有导电性能良好，材料便宜的优点，当然，需要说明的是，在本发明的其他实施例中，也可以采用其他金属电极，本发明不做具体限定。
硅稀层60，所述硅稀层60设置在所述硅波导层30上，并从第一电极40延伸至第二电极50。
在本实施例中，所述硅稀层60的带隙为1.55meV，其对应的吸收截止波长为800μm，而红外波段的的波长在1000μm-760nm之间，因此硅稀层60完成能吸收整个红外波段的信号光。
以下描述本实施例的硅基硅稀光电探测器的工作原理：
当处于红外波段的信号光耦合入所述波导部31内时，将在所述波导部31内传输。当所述信号光传输到覆盖在波导部31表面的硅稀层60时，硅稀层60对光信号进行吸收形成光生载流子，并在第一电极40以及第二电极50之间产生电流，形成电流信号，电流信号的大小取决于信号光的强度，信号光越大，电流信号越大，从而实现了对红外波段的信号光进行探测。
综上，本实施例中，通过在硅波导层30上设置所述硅稀层60，由于所述硅稀层60的带隙为1.55meV，其对应的吸收截止波长为800μm，因此能覆盖到整个红外波段的信号光的探测，此外，由于硅稀有带隙存在，相比于石墨烯，具有更好的吸收系数，探测灵敏度更高。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种长波长吸收的硅基硅稀光电探测器，其特征在于，包括：
衬底层；
二氧化硅层，形成于所述衬底层上；
硅波导层，形成于所述二氧化硅层上，并具有波导部；
第一电极以及第二电极，其中，所述第一电极以及第二电极设置在所述硅波导层上，并位于所述波导部的两侧；
硅稀层，所述硅稀层设置在所述硅波导层上，并从第一电极延伸至第二电极。
2.根据权利要求1所述的长波长吸收的硅基硅稀光电探测器，其特征在于，所述衬底层为硅衬底。
3.根据权利要求1所述的长波长吸收的硅基硅稀光电探测器，其特征在于，所述第一电极以及所述第二电极为铝电极。
4.根据权利要求1所述的长波长吸收的硅基硅稀光电探测器，其特征在于，所述硅稀层的带隙为1.55meV，其对应的吸收截止波长为800μm。
5.根据权利要求1所述的长波长吸收的硅基硅稀光电探测器，其特征在于，当信号光在波导部内传输时，覆盖在硅波导层表面的硅稀对光进行吸收形成光生载流子，并在第一电极以及第二电极之间产生电流，形成电流信号。
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