CN115188776A - 基于偏振分束器与光电探测器的8通道结构及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于偏振分束器与光电探测器的8通道结构及制作方法，本发明将光电探测器与偏振分束器进行有效的结合形成8通道结构，降低了系统的偏振灵敏度，同时保持较低的损耗。8通道的设计，有效地提高了系统的带宽，满足大量数据传输的需求。本发明还对光电探测器的结构做出改进，将光电探测器的光敏层设计为圆台形，圆台形的光敏层均衡了电流传输与电流扩展这两方面的影响因素，保证光生载流子在极短的时间内扩散以使电路迅速导通。此外本发明还提供了一种通过该8通道结构测试其自身偏振隔离度的方法，通过光电探测器的光电流值得出系统的偏振隔离度，简化测试过程，同时避免测试光功率时造成的损耗等误差。
Description
技术领域
本发明涉及半导体硅光子技术领域，具体涉及一种基于偏振分束器与光电探测器的8通道结构及制作方法。
背景技术
在过去的几十年中，绝缘体上硅(SOI)平台上的硅光子技术因其紧凑的占地面积，高集成度，低功耗以及与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的兼容性而得到了长足的发展。硅光子技术是一种基于硅光子学的低成本、高速的光通信技术。基于硅基衬底材料，利用CMOS工艺，结合微电子为代表的集成电路及光子技术，用激光束代替电子信息传输数据，通过硅光集成，用光代替电进行信息传输，将大大降低集成电路的成本。在光子器件的光路接收端，光电探测器是常见器件，光电探测器能够将光信号转换为电信号，从而实现光路接收端的光电转换。
在光电探测器的实际应用中，偏振灵敏度是一个严重的问题。在SOI波导中，Si和SiO2的折射率相差较大，使得TE和TM模式这两种偏振模式下的有效折射率差别很大，造成光电探测器等器件对偏振态极其敏感。虽然光的偏振状态本身也是很有用的信息，但在多数情况下是一种干扰信息，不必要的偏振会导致错误，降低测量精度，对光电探测器的结果造成影响。同时，还需设法降低光电探测器的响应时间从而减少弛豫，保证探测器中的光生载流子有极短的扩散时间以使电路迅速导通。此外，现有器件的带宽无法满足大规模集成芯片数据传输的需求。
基于以上现有技术中的缺陷，提出一种基于偏振分束器与光电探测器的8通道结构及制作方法，实属必要。
发明内容
为实现上述技术需求，本发明的目的在于提供一种基于偏振分束器与光电探测器的8通道结构及制作方法，用于降低系统的偏振灵敏度并降低光电探测器的响应时间，同时提高带宽满足大量数据传输的需求。
本发明提供一种基于偏振分束器与光电探测器的8通道结构，所述8通道结构至少包括：
SOI衬底，所述SOI衬底包括依次叠置的硅衬底、电介质层及顶层硅，且所述SOI衬底包括偏振分束器区及光电探测器区；
所述偏振分束器区包括图形化所述顶层硅获得的8个间隔排布的波导，所述波导包括依次连接的单模输入波导、双刻蚀波导及Y分支波导，所述Y分支波导包括第一分支波导及第二分支波导；
所述光电探测器区包括16个光电管，16个所述光电管包括与所述第一分支波导对应设置的8个第一光电管及与所述第二分支波导对应设置的8个第二光电管；
二氧化硅包层，所述二氧化硅包层覆盖所述偏振分束器区及光电探测器区，以构成所述8通道结构。
可选地，所述光电管包括硅层、光敏层、N+型掺杂区及金属插塞；
所述硅层包括P-型掺杂区、2个P+型掺杂区及未掺杂硅层，2个所述P+型掺杂区与所述电介质层接触并位于所述P-型掺杂区的两侧，所述光敏层位于所述P-型掺杂区上，所述未掺杂硅层位于所述P-型掺杂区的上部且位于所述光敏层的两侧，所述N+型掺杂区形成于所述光敏层的顶部，且所述P-型掺杂区与所述Y分支波导相连接；
所述金属插塞包括第一金属插塞、第二金属插塞及第三金属插塞，且所述金属插塞显露于所述二氧化硅包层，所述第一金属插塞与所述N+型掺杂区电连接，所述第二金属插塞及第三金属插塞分别与2个所述P+型掺杂区电连接。
可选地，所述光敏层包括金属Ge层，所述光敏层的形状为柱形或圆台形。
可选地，所述P+型掺杂区的离子掺杂浓度为1e18-1e20/cm3，所述P-型掺杂区的离子掺杂浓度为1e14-1e18/cm3，所述N+型掺杂区的离子掺杂浓度为1e18-1e20/cm3。
可选地，所述8通道结构的宽度为300μm～400μm，8个间隔排布的所述波导中的所述单模输入波导之间的间隔距离为180μm～200μm。
本发明还提供一种基于偏振分束器与光电探测器的8通道结构的制作方法，所述制作方法包括如下步骤：
提供SOI衬底，所述SOI衬底包括依次叠置的硅衬底、电介质层、顶层硅，且所述SOI衬底包括偏振分束器区及光电探测器区；
图形化所述顶层硅，在所述偏振分束器区形成8个间隔排布的波导，所述波导包括依次连接的单模输入波导、双刻蚀波导及Y分支波导，所述Y分支波导包括第一分支波导及第二分支波导；
在所述光电探测器区形成16个光电管，16个所述光电管包括与所述第一分支波导对应设置的8个第一光电管及与所述第二分支波导对应设置的8个第二光电管；
形成二氧化硅包层，所述二氧化硅包层覆盖所述偏振分束器区及光电探测器区。
可选地，所述光电管的制作方法包括如下步骤：
在所述光电探测器区图形化所述顶层硅并通过离子注入工艺形成硅层，所述硅层包括：P-型掺杂区、2个P+型掺杂区及未掺杂硅层，其中2个所述P+型掺杂区与所述电介质层接触并位于所述P-型掺杂区的两侧，所述未掺杂硅层位于所述P-型掺杂区上表面，且所述P-型掺杂区与所述Y分支波导相连接；
图形化所述未掺杂硅层并沉积光敏层，所述光敏层与所述P-型掺杂区相连接；
通过离子注入在且所述光敏层的顶部形成N+型掺杂区；
于所述光电探测器区形成金属插塞，所述金属插塞显露于所述二氧化硅包层，且所述金属插塞包括与所述光敏层电连接的第一金属插塞及与2个所述P+型掺杂区分别电连接的第二金属插塞及第三金属插塞。
可选地，所述光敏层包括金属Ge层，所述光敏层的形状为柱形或圆台形。
可选地，所述P+型掺杂区的离子掺杂浓度为1e18-1e20/cm3，所述P-型掺杂区的离子掺杂浓度为1e14-1e18/cm3，所述N+型掺杂区的离子掺杂浓度为1e18-1e20/cm3。
可选地，所述8通道结构的宽度为300μm～400μm，8个间隔排布的所述波导中的所述单模输入波导之间的间隔距离为180μm～200μm。
如上所述，本发明的基于偏振分束器与光电探测器的8通道结构具有如下有益效果：本发明将光电探测器与偏振分束器进行有效的结合形成8通道结构，降低了系统的偏振灵敏度，同时保持较低的损耗。8通道的设计，有效地提高了系统的带宽，满足大量数据传输的需求。本发明还对光电探测器的结构做出改进，将光电探测器的光敏层设计为圆台形，圆台形的光敏层均衡了电流传输与电流扩展这两方面的影响因素，保证光生载流子在极短的时间内扩散以使电路迅速导通。此外本发明还提供了一种通过该8通道结构测试其自身偏振隔离度的方法，通过光电探测器的光电流值得出系统的偏振隔离度，简化测试过程，同时避免测试光功率时造成的损耗等误差。
附图说明
图1显示为本发明中8通道结构的俯视结构示意图。
图2显示为图1中H区域的放大结构示意图。
图3显示为本发明中8通道结构在图2中AB位置的截面结构示意图。
图4-9显示为本发明中8通道结构制作方法的各步骤在图2中CD位置的截面结构示意图。
图10显示为本发明中8通道结构的器件连接结构示意图。
图11显示为本发明中8通道结构的带宽测试结果。
图12显示为本发明中8通道结构的I-V测试曲线。
元件标号说明
1 光电探测器区
2 偏振分束器区
11 第一光电管
12 第二光电管
21 波导
10 硅衬底
20 电介质层
30 顶层硅
100 未掺杂硅层
101 P+型掺杂区
102 P-型掺杂区
103 光敏层
104 N+型掺杂区
105 二氧化硅包层
106 金属插塞
201 单模输入波导
202 双刻蚀波导
203 Y分支波导
2000 偏振分束器
1001 第一光电探测器
1002 第二光电探测器
2031 第一分支波导
2032 第二分支波导
1061 第一金属插塞
1062 第二金属插塞
1063 第三金属插塞
L1 宽度
L2 间距
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量、位置关系及比例可在实现本方技术方案的前提下随意改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。因此，可以预见到例如因为制造技术和/或公差而导致示意图中的形状有所变化。因此，示例性实施例不应该被认为限于图中所示区域的具体形状，而是还可以包括由例如制造工艺造成的形状偏差。
实施例一
本实施例提供一种基于偏振分束器与光电探测器的8通道结构，如图1-3及图9所示，所述8通道结构包括：
SOI衬底，所述SOI衬底包括依次叠置的硅衬底10、电介质层20及顶层硅30，且所述SOI衬底包括偏振分束器区2及光电探测器区1；
偏振分束器区2包括图形化所述顶层硅30获得的8个间隔排布的波导21，所述波导21包括依次连接的单模输入波导201、双刻蚀波导202及Y分支波导203，所述Y分支波导203包括第一分支波导2031及第二分支波导2032；
光电探测器区1包括16个光电管，16个所述光电管包括8个与所述第一分支波导2031对应设置的第一光电管11及8个与所述第二分支波导2032对应设置的第二光电管12；
二氧化硅包层105，所述二氧化硅包层105覆盖所述偏振分束器区2及光电探测器区1，以构成所述8通道结构。
作为示例，所述光电管包括图形化所述顶层硅30获得的硅层，以及光敏层103、N+型掺杂区104及金属插塞106；其中，
所述硅层包括P-型掺杂区102、2个P+型掺杂区101及未掺杂硅层100，2个所述P+型掺杂区101与所述电介质层20接触并位于所述P-型掺杂区102的两侧，所述光敏层103位于所述P-型掺杂区102上，所述未掺杂硅层100位于所述P-型掺杂区102的上部且位于所述光敏层103的两侧，所述N+型掺杂区104形成于所述光敏层103的顶部，所述光电管的P-型掺杂区102与所述Y分支波导203相连接；
所述金属插塞106包括第一金属插塞1061、第二金属插塞1062及第三金属插塞1063，且所述金属插塞106显露于所述二氧化硅包层105，所述第一金属插塞1061与所述N+型掺杂区104电连接，所述第二金属插塞1062及第三金属插塞1063分别与2个所述P+型掺杂区101电连接。
作为示例，所述8通道结构的宽度L1为300μm～400μm，优选为345μm；8个所述间隔排布的所述波导21中的所述单模输入波导201之间的间隔距离L2为180μm～200μm，优选为190μm。在8个所述波导21之间设置间隔能够有效地避免串扰。
作为示例，所述光敏层103包括金属Ge层，所述光敏层103的形状也可以是柱形，其中，综合考虑到电流传输与电流扩展这两方面的影响因素，本实施例中优选所述光敏层103采用圆台形。
具体地，所述光敏层103在接收到光照后产生载流子并放出光电流，为了使光电流传输的速度尽量大从而降低响应时间，需要使所述光敏层103在垂直于光电流传输方向上的横截面积尽量小以减少电流扩展；然而对于CMOS电路，需要实现源极和漏极的快速导通，就需要在本发明中的所述P-型掺杂区102使所述光敏层103产生的载流子尽可能地扩展开，以使源极和漏极快速导通。因此考虑到电流传输与电流扩展这两方面的因素，圆台形的所述光敏层103为最优选择。其中，圆台形或柱形的所述光敏层103可以通过硬掩模刻蚀出倒圆台形孔洞或柱形孔洞而后沉积光敏材料得到。
作为示例，所述未掺杂硅层100和所述P-型掺杂区102的叠加厚度与所述P+型掺杂区101的厚度相同，包括100-400nm，如100nm、200nm、400nm等。进一步的，所述P+型掺杂区101为重掺杂区，属于故意掺杂，其离子掺杂浓度为1e18-1e20/cm3，本实施例中优选掺杂浓度为1e19/cm3；所述P-型掺杂区102为轻掺杂区，属于故意掺杂，其离子掺杂浓度为1e14-1e18/cm3，本实施例中优选掺杂浓度为1e16/cm3；所述未掺杂硅层100未做掺杂处理。
具体地，对于所述P-型掺杂区102设计为轻掺杂区，其主要原因是为了在所述P-型掺杂区102与所述光敏层103的界面处形成肖特基接触，过高的掺杂浓度会在界面处形成欧姆接触，界面如果没有势垒就会出现双向导电，就不具有pn结的单向导电特性了。因此为了保证所述P-型掺杂区102与所述光敏层103界面处形成肖特基接触，所述P-型掺杂区102不能有过高的掺杂浓度，本实施例中所述P-型掺杂区102的优选掺杂浓度为1e16/cm3。
作为示例，所述N+型掺杂区104的离子掺杂浓度为1e18-1e20/cm3，本实施例中优选掺杂浓度为1e19/cm3。
具体地，所述硅衬底10、电介质层20、波导21及二氧化硅包层105构成偏振分束器2000，所述硅衬底10、电介质层20、光电管及二氧化硅包层105构成光电探测器，光电探测器包括第一光电探测器1001与第二光电探测器1002。需要说明的是，图3中仅示出偏振分束器2000的第二分支波导2032，且第一光电探测器1001与图3中示出的第二光电探测器1002结构相雷同，此处不作赘述。
具体地，该8通道结构的工作过程为：光由所述偏振分束器2000的所述单模输入波导201的左侧入射，经过所述双刻蚀波导202的模式转换后，最后经由所述Y分支波导203的所述第一分支波导2031及第二分支波导2032并分别到达所述第一光电探测器1001和所述第二光电探测器1002中。其中进入所述单模输入波导201的单模光可为TM0模式(偏振方向与传播方向垂直)和TE0模式(偏振方向与传播方向平行)。利用所述偏振分束器2000的模式转换作用，当TE0模式入射到所述单模输入波导201后，经过所述偏振分束器2000的模式转换，TE0模式保持不变从所述Y分支波导203的所述第一分支波导2031输出而后到达所述第一光电探测器1001；当TM0模式入射到所述单模输入波导201后，经过所述偏振分束器2000的模式转换，TM0模式转换为TE0模式从所述Y分支波导203的所述第二分支波导2032输出而后到达所述第二光电探测器1002。由此将TE模和TM模两种不同偏振状态的光按照不同的传播方向分开。在这个过程中，光从所述Y分支波导203入射到所述P-型掺杂区102，然后到达所述光敏层103的底面，得益于所述光敏层103的圆台形结构，使得所述光敏层103的底面能够与所述P-型掺杂区102有更多的接触面积，从而增大光的接收面积以进一步降低响应时间。
如图11所示为本发明中8通道结构的带宽测试结果，从测试结果来看在损耗为-3dB时，该8通道结构的带宽为20GB，能够满足大量数据传输的需求。
如图12所示为本发明中8通道结构的I-V测试曲线，从测试结果来看，该8通道结构的I-V曲线符合半导体器件的特性，且表现出较小的反向漏电流，说明该8通道结构具有较好的电学性能。
本实施例还提供一种基于偏振分束器与光电探测器的8通道结构的制作方法，所述制作方法包括如下步骤：
提供SOI衬底，所述SOI衬底包括依次叠置的硅衬底10、电介质层20、顶层硅30，且所述SOI衬底包括偏振分束器区2及光电探测器区1，如图1及图4所示。
图形化所述顶层硅30，在所述偏振分束器区形成8个间隔排布的波导21，所述波导21包括依次连接的单模输入波导201、双刻蚀波导202及Y分支波导203，所述Y分支波导203包括第一分支波导2031及第二分支波导2032，如图1所示；
在所述光电探测器区1形成16个光电管，16个所述光电管包括8个与所述第一分支波导2031对应设置的第一光电管11及8个与所述第二分支波导2032对应设置的第二光电管12；
形成二氧化硅包层105，所述二氧化硅包层105覆盖所述偏振分束器区2及光电探测器区1，如图3所示。
作为示例，所述光电管的制作方法包括如下步骤：
在所述光电探测器区1图形化所述顶层硅30并通过离子注入工艺形成硅层，所述硅层包括：P-型掺杂区102、2个P+型掺杂区101及未掺杂硅层100，其中2个所述P+型掺杂区101与所述电介质层20接触并位于所述P-型掺杂区102的两侧，所述未掺杂硅层100位于所述P-型掺杂区102上表面，其中所述P-型掺杂区102与所述Y分支波导203相连接，如图3及图5所示；
图形化所述未掺杂硅层100并沉积光敏层103，所述光敏层103与所述P-型掺杂区102相连接，如图6及图7所示；
通过离子注入在所述光敏层103的顶部形成N+型掺杂区104，如图8所示；
于所述光电探测器区1形成金属插塞106，所述金属插塞106显露于所述二氧化硅包层105，且所述金属插塞106包括与所述光敏层103电连接的第一金属插塞1061及与2个所述P+型掺杂区101分别电连接的第二金属插塞1062及第三金属插塞1063，如图9所示。
具体地，所述8通道结构的宽度L1为300μm～400μm，优选为345μm；8个间隔排布的所述波导21的单模输入波导201之间的间隔距离L2为180μm～200μm，优选为190μm。在8个所述波导21之间设置间隔能够有效地避免串扰。
作为示例，所述光敏层103可包括金属Ge层，但并非局限于此，所述光敏层103的形状也可以是柱形，优选为本实施例中所示的圆台形，其中圆台形的所述光敏层103为综合考虑到电流传输与电流扩展这两方面的影响因素所做的选择。
具体地，所述光敏层103在接收到光照后产生载流子并放出光电流，为了使光电流传输的速度尽量大从而降低响应时间，需要使所述光敏层103在垂直于光电流传输方向上的横截面积尽量小以减少电流扩展；然而对于CMOS电路，需要实现源极和漏极的快速导通，就需要在本发明中的所述P-型掺杂区102使所述光敏层103产生的载流子尽可能地扩展开，以使源极和漏极快速导通。因此考虑到电流传输与电流扩展这两方面的因素，圆台形的所述光敏层103为最优选择。其中，圆台形或柱形的所述光敏层103可以通过硬掩模刻蚀出倒圆台形孔洞或柱形孔洞而后沉积光敏材料得到，此处不作过分限制。
作为示例，所述未掺杂硅层100和所述P-型掺杂区102的叠加厚度与所述P+型掺杂区101的厚度相同，为100-400nm。所述P+型掺杂区101为重掺杂区，属于故意掺杂，其离子掺杂浓度为1e18-1e20/cm3，本实施例中优选掺杂浓度为1e19/cm3；所述P-型掺杂区102为轻掺杂区，属于故意掺杂，其离子掺杂浓度为1e14-1e18/cm3，本实施例中优选掺杂浓度为1e16/cm3；所述未掺杂硅层100未做掺杂处理。
具体地，对于所述P-型掺杂区102设计为轻掺杂区，其主要原因是为了在所述P-型掺杂区102与所述光敏层103的界面处形成肖特基接触，过高的掺杂浓度会在界面处形成欧姆接触，界面如果没有势垒就会出现双向导电，就不具有pn结的单向导电特性了。因此为了保证所述P-型掺杂区102与所述光敏层103界面处形成肖特基接触，所述P-型掺杂区102不能有过高的掺杂浓度，本实施例中所述P-型掺杂区102的优选掺杂浓度为1e16/cm3。
作为示例，N+型掺杂区104的离子掺杂浓度为1e18-1e20/cm3，本实施例中优选掺杂浓度为1e19/cm3。
实施例二
本实施例在实施例一的基础上，提供一种利用上述8通道结构测试偏振分束器2000的片上损耗的方法。如图10所示，具体包括如下步骤：
T1:测得光在不经过所述偏振分束器2000，直接由光栅耦合进入所述光电探测器时，所述光电探测器的光电流I1、输入光功率E1、光栅的耦合损耗C1，进而利用公式(a)得到光电探测器的响应度R；
其中，响应度R即光电探测器输出光电流与输入光功率之比，表征光电探测器的光电转换效率，具体地，本实施例中测得光电探测器的响应度R为0.75A/W。
T2:测得光在经过所述偏振分束器2000及光栅耦合进入所述光电探测器时，光电探测器的光电流I2、输入光功率E2、光栅的耦合损耗C2，进而利用公式(a)得到所述偏振分束器2000的片上损耗W；
上述公式(a)的计算原理为：通过响应度R将两次测试(即加入偏振分束器与否)的结果建立数值关系，计算得到所述偏振分束器2000的片上损耗W。
具体地，本实施例中利用上述测试片上损耗的方法测得所述偏振分束器2000的片上损耗W为1.19dB，表明该8通道结构具有较低的损耗。
本实施例还提供一种利用上述8通道结构测试其偏振隔离度的方法。其中，偏振隔离度指不同偏振光之间的隔离程度，隔离度越大，TM0模式转化为TE0模式的效果就越好，说明TE0和TM0就区分的越开，通俗的讲，大的隔离度能够有效防止信号之间相互串扰导致传输信号失真。如图10所示，上述测试偏振隔离度的方法具体包括如下步骤：
D1:测出所述光电探测器的响应度R；
具体地，响应度R即所述光电探测器输出光电流与输入光功率之比，表征光电探测器的光电转换效率，具体地，本实施例中测得所述光电探测器的响应度R为0.75A/W。
D2:测得TE模式下的偏振隔离度。具体地，将TE0模式的光入射到所述单模输入波导201，分别测出所述第一光电探测器1001和所述第二光电探测器1002的光电流A1和A2，将步骤D1测得的响应度R及本步骤测得的光电流A1和A2代入如下公式(b)，计算得到P1、P2，其中，P1、P2的值为分别输入至第一光电探测器1001和第二光电探测器1002的光功率，最终计算得到TE模式下的偏振隔离度＝P1-P2；
D3:采用类似D2中的步骤测得TM模式下的偏振隔离度。具体地，将TM0模式的光入射到所述单模输入波导201，分别测出所述第一光电探测器1001和所述第二光电探测器1002的光电流A1和A2，将步骤D1测得的响应度R及本步骤测得的光电流A1和A2代入上述公式(b)，计算得到P1、P2，其中，P1、P2的值为分别输入至所述第一光电探测器1001和第二光电探测器1002的光功率，最终计算得到TM模式下的偏振隔离度＝P2-P1；
上述公式(b)的计算原理为：通过响应度R将光电流与光功率建立数值关系，利用光电流得到光功率，然后求出偏振隔离度。
需要说明的是，如上所述，当TE0模式的光入射到所述单模输入波导201后，经过所述偏振分束器2000的模式转换，TE0模式保持不变从所述Y分支波导203的一个分支输出而后到达所述第一光电探测器1001；当TM0模式入射到所述单模输入波导201后，经过所述偏振分束器2000的模式转换，TM0模式转换为TE0模式从所述Y分支波导203的另一个分支输出而后到达所述第二光电探测器1002。因此，在TE模式下，测试得到的P1大于P2；而在TM模式下，测试得到的P1小于P2；
具体地，本实施例中利用上述测试偏振隔离度的方法测试计算得出该8通道结构在TE模式和TM模式下的偏振隔离度分别为14.59dB和5.141dB。由此可见该8通道结构具有较好的偏振隔离度，从而提高了光电探测器的测量精度。
本实施例提供的通过该8通道结构测试其自身偏振隔离度的方法，通过光电探测器的光电流得出系统的偏振隔离度。原本需要通过测试第一光电探测器和第二光电探测器接收到光功率得出偏振隔离度，采用上述方法后，可以直接通过测试第一光电探测器和第二光电探测器的光电流得出偏振隔离度，简化了测试过程及所用仪器，同时避免测试光功率时造成的损耗等误差，使偏振隔离度的测试结果更加准确。
综上所述，本发明将光电探测器与偏振分束器进行有效的结合形成8通道结构，降低了系统的偏振灵敏度，同时保持较低的损耗。8通道的设计，有效地提高了系统的带宽，满足大量数据传输的需求。本发明还对光电探测器的结构做出改进，将光电探测器的光敏层设计为圆台形，圆台形的光敏层均衡了电流传输与电流扩展这两方面的影响因素，保证光生载流子在极短的时间内扩散以使电路迅速导通。此外本发明还提供了一种通过该8通道结构测试其自身偏振隔离度的方法，通过光电探测器的光电流值得出系统的偏振隔离度，简化测试过程，同时避免测试光功率时造成的损耗等误差。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种基于偏振分束器与光电探测器的8通道结构，其特征在于，所述8通道结构至少包括：
SOI衬底，所述SOI衬底包括依次叠置的硅衬底、电介质层及顶层硅，且所述SOI衬底包括偏振分束器区及光电探测器区；
所述偏振分束器区包括图形化所述顶层硅获得的8个间隔排布的波导，所述波导包括依次连接的单模输入波导、双刻蚀波导及Y分支波导，所述Y分支波导包括第一分支波导及第二分支波导；
所述光电探测器区包括16个光电管，16个所述光电管中包括与所述第一分支波导对应设置的8个第一光电管及与所述第二分支波导对应设置的8个第二光电管；
二氧化硅包层，所述二氧化硅包层覆盖所述偏振分束器区及光电探测器区，以构成所述8通道结构。
2.根据权利要求1所述的8通道结构，其特征在于，所述光电管包括硅层、光敏层、N+型掺杂区与金属插塞；其中，
所述硅层包括P-型掺杂区、2个P+型掺杂区及未掺杂硅层，2个所述P+型掺杂区与所述电介质层接触并位于所述P-型掺杂区的两侧，所述光敏层位于所述P-型掺杂区上，所述未掺杂硅层位于所述P-型掺杂区的上部且位于所述光敏层的两侧，所述N+型掺杂区形成于所述光敏层的顶部，且所述P-型掺杂区与所述Y分支波导相连接；
所述金属插塞包括第一金属插塞、第二金属插塞及第三金属插塞，且所述金属插塞显露于所述二氧化硅包层，所述第一金属插塞与所述N+型掺杂区电连接，所述第二金属插塞及第三金属插塞分别与2个所述P+型掺杂区电连接。
3.根据权利要求2所述的8通道结构，其特征在于，所述光敏层包括金属Ge层，所述光敏层的形状为柱形或圆台形。
4.根据权利要求2所述的8通道结构，其特征在于，所述P+型掺杂区的离子掺杂浓度为1e18-1e20/cm3，所述P-型掺杂区的离子掺杂浓度为1e14-1e18/cm3，所述N+型掺杂区的离子掺杂浓度为1e18-1e20/cm3。
5.根据权利要求1所述的8通道结构，其特征在于，所述8通道结构的宽度为300μm～400μm，8个所述单模输入波导之间的间隔距离为180μm～200μm。
6.一种基于偏振分束器与光电探测器的8通道结构的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括如下步骤：
提供SOI衬底，所述SOI衬底包括依次叠置的硅衬底、电介质层、顶层硅，且所述SOI衬底包括偏振分束器区及光电探测器区；
图形化所述顶层硅，在所述偏振分束器区形成8个间隔排布的波导，所述波导包括依次连接的单模输入波导、双刻蚀波导及Y分支波导，所述Y分支波导包括第一分支波导及第二分支波导；
在所述光电探测器区形成16个光电管，16个所述光电管包括与所述第一分支波导对应设置的8个第一光电管及与所述第二分支波导对应设置的8个第二光电管；
形成二氧化硅包层，所述二氧化硅包层覆盖所述偏振分束器区及光电探测器区。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述光电管的制作方法包括如下步骤：
在所述光电探测器区图形化所述顶层硅并通过离子注入工艺形成硅层，所述硅层包括：P-型掺杂区、2个P+型掺杂区及未掺杂硅层，其中2个所述P+型掺杂区与所述电介质层接触并位于所述P-型掺杂区的两侧，所述未掺杂硅层位于所述P-型掺杂区上表面，且所述P-型掺杂区与所述Y分支波导相连接；
图形化所述未掺杂硅层并沉积光敏层，所述光敏层与所述P-型掺杂区相连接；
通过离子注入在所述光敏层的顶部形成N+型掺杂区；
于所述光电探测器区形成金属插塞，所述金属插塞显露于所述二氧化硅包层，且所述金属插塞包括与所述光敏层电连接的第一金属插塞及与2个所述P+型掺杂区分别电连接的第二金属插塞及第三金属插塞。
8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述光敏层包括金属Ge层，所述光敏层的形状为柱形或圆台形。
9.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述P+型掺杂区的离子掺杂浓度为1e18-1e20/cm3，所述P-型掺杂区的离子掺杂浓度为1e14-1e18/cm3，所述N+型掺杂区的离子掺杂浓度为1e18-1e20/cm3。
10.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述8通道结构的宽度为300μm～400μm，8个间隔排布的所述波导中的所述单模输入波导之间的间隔距离为180μm～200μm。
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