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(shí)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(gè)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(shí)用新型了諧振腔增強(qiáng)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(qiáng)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(shí)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)模绻盘柟獠ㄩL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(gè)缺點(diǎn)，就是邊緣下降比較緩慢，這樣多個(gè)波長之間會有串?dāng)_。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)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(gè)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(shí)用新型的進(jìn)一步特征在于平行腔是由兩個(gè)高反射鏡平行相鄰構(gòu)成；由多個(gè)高反射鏡構(gòu)成的多個(gè)腔中的一個(gè)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(shí)用新型與傳統(tǒng)RCE探測器結(jié)構(gòu)相比的優(yōu)點(diǎn)是采用本實(shí)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(shí)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(gè)波長間的串?dāng)_將會大大降低，本實(shí)用新型探測器將不失傳統(tǒng)RCE探測器的可以同時(shí)獲得高的響應(yīng)度和高的響應(yīng)速度的優(yōu)點(diǎn)。
經(jīng)過下面參考附圖對本實(shí)用新型作為實(shí)施例的描述，本實(shí)用新型的上述和其它優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)將會更加清楚。


圖1表示本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)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(shí)施方式
該半導(dǎo)體光電探測器具有三個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)F-P腔。高反射鏡2、3與其間所夾的腔5構(gòu)成另一個(gè)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(jìn)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(jìn)行波長選擇后再經(jīng)過腔5進(jìn)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(gè)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(gè)波長的諧振強(qiáng)度發(fā)生變化。多個(gè)高反射鏡構(gòu)成的多個(gè)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(gè)腔的諧振波長也就相等或者近似相等，這樣多個(gè)腔之間才發(fā)生耦合，在多個(gè)腔內(nèi)諧振的各個(gè)波長的諧振強(qiáng)度隨波長和多個(gè)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(gè)高反射鏡1、2、3各自的反射率時(shí)，諧振強(qiáng)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(gè)波長的諧振強(qiáng)度不同而進(jìn)行選擇吸收，當(dāng)適當(dāng)?shù)剡x取三個(gè)高反射鏡1、2、3各自的反射率時(shí)，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(shí)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(shí)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(shí)用新型通過簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得本實(shí)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(shí)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(jì)，實(shí)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(shí)用新型的具體實(shí)例及所運(yùn)用的技術(shù)原理，依本實(shí)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(shí)，如將實(shí)施例中的三鏡兩腔結(jié)構(gòu)擴(kuò)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(shí)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(gè)腔中，均應(yīng)在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。本實(shí)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(shí)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(gè)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(gè)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(gè)高反射鏡構(gòu)成的多個(gè)腔中的一個(gè)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(shí)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(shí)用新型半導(dǎo)體光電探測器具有多個(gè)高反射鏡和由多個(gè)高反射鏡構(gòu)成的多個(gè)腔,由多個(gè)高反射鏡構(gòu)成的多個(gè)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(gè)高反射鏡構(gòu)成的多個(gè)腔中的某一個(gè)腔中有薄吸收層,用來進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換,即把光信號轉(zhuǎn)換為電信號。本實(shí)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(shí)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