[发明专利]高效率频宽乘积锗光探测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光探测器，尤其涉及一种高效率频宽乘积锗光探测器，特别指经由上、下反射镜可将所有入射光完全闭锁于其间的腔体构造内而达成临界耦合，可具有接近百分之百吸收效率而不漏光，进而可在临界耦合的基础上突破频宽与效率之间的取舍而达到高响应度与高频宽的目的，以增加光转电吸收的效率。

背景技术

目前，光探测器技术已发展成熟，且运用于多种光通讯产品。在半导体光探测器中，光探测器暴露于光源时经由感测体吸收光能并转换成电子信号而输出电流，可通过此用于光通讯及光探测。

在光学期刊《OPTICS EXPRESS》18,16474,2010中标题为“高灵敏度的10Gbps硅上锗光接收器操作在”（Jiho Joo,“High-sensitivity10Gbps Ge-on-Si photoreceiver operating at”，OPTICS EXPRESS16479,2010）一文中提出了一种以垂直面照式硅上锗光探测器为基础的高灵敏度光接收器。制作具有90μm直径台面的PIN光探测器的-3dB频宽为7.7GHz，以及在对应于72%的外部量子效率为0.9A/W的响应度。一TO-can封装锗光接收器在10Gbps的数据率为10-12的BER展现-18.5dBm的灵敏度。该结果证明符合成本效益的硅上锗光接收器，及可以随时替换III-V相对物而用于光通信的能力。然而，此已用技术虽有较高的响应度，但频宽较低。

且在应用物理通信《APPLIED PHYSICS LETTERS》95,151116,2009中标题为“40Gb/s的面照射式硅上锗光探测器”（Johann Osmond,40Gb/ssurface-illuminated Ge-on-Si photodetectors,APPLIED PHYSICS LETTERS95,151116,2009）一文中提出了一种描述单芯片整合在硅基板上并在C与L波段操作的面照式锗光探测器。无偏压锗台式直径范围从分别在波长为1.5μm的范围从A/W的响应。在波长为1.5μm的一5V的反偏压下测得的-3dB截止频率高达49GHz。另展示一个开放高达40Gb/s的眼图。此已用制作具有15μm直径台面的PIN光探测器的-3dB频宽为40GHz，以及在对应于10%的外部量子效率为0.12A/W的响应度，虽然可通过此提高频宽，但在频宽被改善而提高时，响应度却下降。

另外，在高速光纤网络的市场中，垂直共振腔面射型激光（Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL）的结构中虽有提出于发光层上下使用多层膜反射层（Distributed Bragg Reflector,DBR），但VCSEL为一种发光组件结构，而光探测器则是一种吸光组件的结构，两者不同的原理有不同的作用，VCSEL中的DBR虽是被当作共振腔两面的反射镜使用，但其材料为非金属材料，因此无论在材料的选择与结构的设计上均不相同，非相似技术。

再者，如图4所示，其为一种已用光探测器可整合的光耦合装置，其在基板300下方蚀刻一斜面，并镀上一第一全反射表面353，而另一斜面镀上一第二全反射表面354，当入射光进入抗反射膜352之后碰到第一全反射表面353，光被反射入光探测器360，部分光被光探测器360吸收，部分光则反射至第二全反射表面354，再反射至第三全反射表面351，并从第三全反射表面351经反射至第二全反射表面354最后反射至光探测器360吸收。然而，该技术的光探测器360并无提及厚度范围，因此其可能很薄也可能很厚。当很厚时该光探测器具有低频宽，若很薄时该光探测器则吸收不了全部的光线将致使光线从原路径折回而发生漏光的问题。因此图4所示的光探测器无法达到高效率频宽乘积。并且，此技术于基板300下方的反射表面无法做成平面结构，设计明显受限，其基板300下方斜度也需要在某一个角度才能有效反射，若角度没计算好，或制作过程中稍微偏差，则将导致光反射时出现路径差，进而影响吸光效率。故，一般已用产品无法符合使用者在实际使用时达到完全不漏光需要。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种高效率频宽乘积锗光探测器，可在临界耦合的基础上突破频宽与效率之间的取舍而提高响应度与频宽。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：