[实用新型]一种VCSOA‑PIN集成光探测器

说明书

技术领域

本实用新型属于光电器件领域，更具体地，涉及一种新型的应用于10Gbits/s及其以上速率光通信系统的光探测器。

背景技术

随着因特网的快速普及和发展，人们对光通信系统的要求也越来越高。传统的由PIN光探测器与电学互阻放大器(TIA)组成的光探测器受限于前端放大器中引入的噪声，只适用于低速的通信系统中。在更高比特速率的通信系统中，噪声带宽的增大造成了探测器灵敏度的下降。为了得到更高的灵敏度，雪崩二极管(APD)被用于2.5Gbits/s以及10Gbits/s的高速光探测器中。但在更高速的通信系统中，如25Gbits/s和40Gbits/s，APD受限于它内在的增益带宽积，无法得到很高的灵敏度。

为了同时得到较大的增益和带宽，有人提出了用SOA作为前置光放大器，与PIN组合起来的方案。其基本原理是：前端的SOA对到达光接收端的微弱光信号有增益，被放大的光信号输入PIN中，得到光电流输出。与传统的PIN-TIA光探测器相比，上述方案具有更大的增益、更高的灵敏度和更大的动态范围。而该方案与APD相比，光探测器的增益和带宽分别取决于不同的部分，解决了APD的增益和带宽之间相互制约的关系，最终得到具有更大的增益带宽积的光探测器。

到目前为止，报道的SOA+PIN光探测器都是将SOA作为PIN的前置光放大器，两者只是被简单的组合在一起，或者是将两者在与入射光方向垂直的侧面上耦合。在这两种方案下，该光探测器本质上还是两个分立的器件，并没有实现器件的一次生长。因此该光探测器的体积较大、制作成本较高，无法做到大规模推广。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种新型的VCSOA-PIN光探测器，其目的在于将垂直腔半导体光放大器(VCSOA)与PIN光电二极管在垂直方向上单片集成，从而得到一种具有更低制作成本并且在性能上达到甚至超过现有APD的光探测器的设计方案，本实用新型的新型光探测器可以替代APD用于10Gbits/s及其以上速率的光通信系统中，由此解决现有技术缺乏一次生长的SOA-PIN光探测器的技术问题。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种光探测器，所述光探测器为垂直腔半导体光放大器与PIN光电二极管在垂直方向上单片集成的光探测器，其自下而上包括底部电极、PIN部分、台下电极区、VCSOA部分和台上电极区，所述底部电极、台上电极区和台下电极区为所述VCSOA部分和所述PIN部分提供偏置；

所述PIN部分自下而上包括：N型InP衬底、N型InP材料的缓冲层、不掺杂的InGaAs吸收层、P型掺杂InP层以及P型掺杂InGaAsP层，所述PIN部分各层横截面积相等；

所述VCSOA部分自下而上包括：VCSOA部分与PIN部分之间的过渡层、底部DBR反射镜、有源区、AlAs氧化层、顶部DBR反射镜以及N型掺杂InGaAs层；所述VCSOA部分各层横截面积相等。

优选地，所述台上电极区包括台上电极和与之相连接的台上电极打线台，所述台上电极为环形，其内环为与光纤耦合的透光孔，所述台上电极的内环直径与单模光纤纤芯直径相同。

优选地，所述台下电极区包括台下电极和与之相连接的台下电极打线台。

优选地，所述底部DBR反射镜和有源区之间设置有不掺杂的InP层，所述有源区和AlAs氧化层之间设置有N型掺杂InP层。

优选地，所述VCSOA部分的外侧边缘与台上电极外侧边缘形成第一圆环区，组成该圆环的两个圆形的半径之差为2～3微米。

优选地，所述VCSOA部分的外侧边缘与台下电极内侧边缘形成第二圆环区，组成该圆环的两个圆形的半径之差为3～5微米。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果。

(1)本实用新型基于半导体生长与光刻蚀技术，提供了一种垂直腔半导体光放大器与PIN光电二极管在垂直方向上单片集成的光探测器，具有体积小、工艺简单、成本较低、适合大规模生产的优点。