周期性波导结构半导体光电探测器及制作方法 【技术领域】
本发明涉及半导体光电探测器，更具体地说，本发明涉及到具有周期性波导结构的半导体光电探测器及制作方法。背景技术
人们已经研究了多种结构的半导体光电探测器以实现对光的探测，如MSM结构光电探测器、垂直入射的共振腔增强型光电探测器、波导型半导体光电探测器等等。周期性光波导是人们早已熟悉的波导结构，并对它有了较为深刻的理解，将这一结构应用于半导体光电子器件的最典型的事例就是分布反馈半导体激光器(Distributed FeedbackSemiconductor Laser)和分布布拉格反射器半导体激光器(DistributedBragg Reflector Semiconductor Laser)。
在工作波长处吸收系数比较小的半导体材料，用它作为光探测吸收响应介质制作光电探测器时，为了获得高的量子效率，必须有较长的有效吸收长度，波导型结构则是好的选择。现研究表明，如果制作成具有周期性波导结构的半导体光电探测器，即将这种半导体光吸收响应介质置于周期性光波导中来制作光电探测器，选择好适当的波导结构和周期，使其与所要探测的光的波长相匹配，则至少有以下多方面的优点：(1)可以获得高的量子效率；(2)可以减小器件尺寸，获得高的响应速率；(3)具有波长选择性和窄的光谱响应。发明内容
本发明的目的是提供一种具有周期性波导结构的半导体光电探测器及制作方法，周期性波导结构的导波层为半导体光吸收响应介质或包含有半导体光吸收响应介质，以实现对光的探测。
本发明的目地是由以下方案实现的：
本发明一种具有周期性波导结构的光电探测器，其特征在于，它包括有：导波区，该导波区可对入射光进行吸收和传播，在导波区上制作周期光栅结构；上限制层，该上限制层生长在导波区之上，该上限制层的折射率小于导波区的折射率；下限制层，该下限制层制作在导波区下，该下限制层的折射率小于导波区的折射率；一衬底，上述结构均制作在该衬底上；在衬底及上限制层上分别制作下电极及上电极。
其光波导区的周期光栅结构具有几段周期不同的周期性波导结构。
其光波导区的周期光栅结构具有一段或几段周期相同的周期性波导结构。
该下电极还可以直接制作在下限制层上。
本发明一种具有周期性波导结构的光电探测器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)：在衬底上用分子束外延或化学汽相淀积等方法生长下限制层和导波区；
步骤(2)：用电子束光刻或其它光刻手段及干法刻蚀或湿法化学腐蚀等方法在导波区制作出周期光栅结构；
步骤(3)：生长上限制层；
步骤(4)：刻蚀，以形成波导结构；
步骤(5)：制作上下电极。
其中步骤2所述的周期光栅结构，可以是矩形皱阶、锯齿形皱阶、对称三角形皱阶或正弦波形皱阶等各种周期性结构。
其中步骤4所述的刻蚀，可以刻蚀到上限制层或下限制层或刻蚀到导波层中。附图说明
下面结合附图和实施例对本发明的结构和特征作进一步的详细描述，其中：
图1是本发明具有一段周期性波导结构的半导体光电探测器的侧视结构示意图；
图2是为制作图1所示的具有周期性波导结构的半导体光电探测器的工艺流程示意图；
图3是本发明具有两段周期不同的周期性波导结构的光电探测器的沿波导方向的侧面结构示意图；
图4是本发明另一具有两段周期相同的周期性波导结构的光电探测器的沿波导方向的侧面结构示意图。具体实施方式
请参阅图1所示，本发明周期性波导结构半导体光电探测器包括有上限制层13、下限制层11和导波区12，还有电极14和15，10为衬底。其中导波区为光响应吸收介质或有一部分为光响应吸收介质，导波区具有周期光栅结构16。导波区12，该导波区12可对入射光进行吸收和传播，在导波区12上制作周期光栅结构16；其中上限制层13，该上限制层13生长在导波区12之上，该上限制层13的折射率小于导波区12的折射率；下限制层11，该下限制层11制作在导波区12下，该下限制层11的折射率小于导波区12的折射率；一衬底10，上述结构均制作在该衬底10上；在衬底10或下限制层11上及上限制层13上分别制作下电极15及上电极14。
请参阅图2所示，本发明周期性波导结构半导体光电探测器的制作方法，包括如下步骤：
步骤(1)：在衬底10上用分子束外延或化学汽相淀积等方法生长下限制层11和导波区12(图2a为其侧视图)；
步骤(2)：用电子束光刻或其它光刻手段及干法刻蚀或湿法化学腐蚀等方法在导波区制作出周期光栅结构16；其形状可以是矩形皱阶、锯齿形皱阶、对称三角形皱阶或正弦波形皱阶等各种周期性结构，本实例给出的是矩形皱阶周期结构(图2b为步骤(2)沿波导方向的侧视图)；
步骤(3)：生长上限制层13(图2c为步骤(3)的侧视图)；
步骤(4)：刻蚀，以形成波导结构；按照设计要求，可以刻蚀到下限制层或刻蚀到导波层中，也可以只刻蚀到上限制层中间(图2d为步骤(4)的器件端面图)；
步骤(5)：制作上电极14和下电极15；具有周期性波导结构的光电探测器就制作完成了。
图3是一例具有两段周期不同的周期性波导结构的光电探测器的沿波导方向的侧面结构示意图。本实施例与前一实施例的结构基本相同，它有上限制层13、上限制层18、下限制层11、导波区12，还有电极14、15和19，10为衬底。其不同之处在于，其导波区12的周期光栅结构16具有几段周期不同的周期性光栅结构16、17。其中导波区12为光响应吸收介质或有一部分为光响应吸收介质，导波区12具有周期光栅结构16和17，其中周期光栅16的周期为P1，周期光栅17的周期为P2，且P1≠P2。两波长不同的光可以分别由两段周期不同的周期性波导进行探测。
图4是一例具有两段周期相同的周期性波导结构的光电探测器的沿波导方向的侧面结构示意图。本实施例与前两实施例的结构基本相同，具有衬底10，下限制层11，上限制层13，电极14和15，上限制层18，导波区12和光吸收区19，其中光响应介质置于光吸收区19内，光可以由导波区12耦合进光吸收区19，从而实现对光的探测。
其光导波区12的周期光栅结构16具有几段周期相同的周期性波导结构16、17。
当然，本专利涉及到所有具有周期性波导结构的光电探测器，它们可以有很多种结构，例如周期光栅也可以做在靠近下限制层处等等。在此我们只列出了三种典型的结构来阐述本发明的结构和特征。
本发明的核心思想是利用周期性波导对在波导中传播的光的反射等作用，实现对光的窄带增强吸收，制作出量子效率高、响应速度快、具有波长选择响应的半导体光电探测器。如果制作的这种器件具有几段不同周期的波导，则同时可以对几个不同波长的光进行选择探测。由于它是波导型结构，容易与光波导、光开关、光调制器等波导器件集成，可以在半导体光子集成和半导体光电子集成技术中发挥作用。