本发明涉及光电探测器领域，具体涉及一种基于slot波导的锗探测器及其制作方法。
背景技术：
硅(si)材料作为微电子领域的传统材料，在加工工艺和制作成本上有着其他材料无可比拟的优势，硅基光电子集成技术应运而生。作为硅基光电集成技术中的重要的代表元件之一的光电探测器，它的作用就是把入射的光信号转化为电信号，以便后续的信号处理电路进行分析。硅基锗光电探测器经过十几年的发展，在结构上不断优化，性能进一步提高。
近年来，在学术界和工业界的持续创新努力下，各种高性能指标的波导集成的硅基锗光电探测器不断被提出，部分指标已经达到了商用三五族探测器的水平。
然而，锗材料在c波段吸收系数的限制了探测器的响应度。为了达到良好的响应度，需要保证吸收区的长度，而长的吸收长度会增加器件的电容，降低带宽。因此，从器件的长度来看，响应度与带宽相互制约。
技术实现要素：
针对现有技术中的问题，本发明提供一种基于slot波导的锗探测器及其制作方法，能够在保证锗探测器响应度的情况下，大大的减小锗探测器的吸收长度，从而提高锗探测器的带宽，降低暗电流。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种基于slot波导的锗探测器，所述锗探测器包括：
设置在背衬底上的二氧化硅层，以及，均设置在所述二氧化硅层内的slot波导层和锗吸收层，且所述锗吸收层设置在所述slot波导层上；
所述锗吸收层的两侧均设有分布式布拉格反射镜dbr，且所述dbr由硅和二氧化硅交替组成；
且所述slot波导层和所述锗吸收层均与电极连接。
进一步地，所述slot波导包括设置在slot区域两侧的平板型硅波导和脊形硅波导；
所述锗吸收层设置在所述平板型硅波导上的靠近所述脊形硅波导的一端；
相对应的，所述平板型硅波导上的远离所述脊形硅波导的一端和所述锗吸收层上均与各电极连接。
进一步地，所述脊形硅波导为楔形耦合波导，且所述楔形耦合波导末端设置有所述dbr。
进一步地，所述平板型硅波导经浅刻蚀获得。
进一步地，所述二氧化硅层包括：连接设置的二氧化硅下层和二氧化硅上层，且所述二氧化硅下层为soi衬底中的二氧化硅区域；
相对应的，所述slot波导层为经刻蚀后的所述soi衬底中的顶层硅区域；
所述二氧化硅上层与所述二氧化硅下层的分界处为所述slot波导层的底部所在平面。
第二方面，本发明提供一种基于slot波导的锗探测器的制作方法，所述锗探测器的制作方法包括：
对soi衬底上的顶层硅区域进行刻蚀，得到slot波导层，其中，所述slot波导层包括设置在slot区域两侧的平板型硅波导和脊形硅波导；
在所述平板型硅波导层上设置锗吸收层，并在位于所述锗吸收层的两侧的所述顶层硅区域上刻蚀由硅和二氧化硅交替组成的分布式布拉格反射镜dbr；
以及，在所述锗吸收层和所述slot波导层上分别设置电极；
在所述锗吸收层、slot波导层和dbr的表面均覆盖二氧化硅、并与所述soi衬底中的二氧化硅区域组成二氧化硅层。
进一步地，所述对soi衬底上的顶层硅区域进行刻蚀，得到slot波导层，其中，所述slot波导层包括设置在slot区域两侧的平板型硅波导和脊形硅波导，包括：
对所述soi衬底上的顶层硅区域中的一部分进行浅刻蚀，得到所述平板型硅波导；
以及，对所述soi衬底上的顶层硅区域中的另一部分进行深刻蚀，得到脊形硅波导。
进一步地，所述在对所述soi衬底上的顶层硅区域中的另一部分进行深刻蚀时，所述锗探测器的制作方法还包括：
对所述顶层硅区域中的所述脊形硅波导末端的位置处进行深刻蚀，得到设置在所述脊形硅波导末端的dbr；
其中，所述脊形硅波导为楔形耦合波导。
进一步地，所述在所述平板型硅波导层上设置锗吸收层，并在位于所述锗吸收层的两侧的所述顶层硅区域上刻蚀由硅和二氧化硅交替组成的分布式布拉格反射镜dbr，包括：
在所述平板型硅波导层上以选择生长的方式设置锗吸收层；
以及，在位于所述锗吸收层的两侧的所述顶层硅区域上以中心反射波长的四分之一为光学厚度刻蚀所述dbr。
进一步地，所述在所述锗吸收层和所述slot波导层上分别设置电极，包括：
在所述锗吸收层和所述slot波导层上以选择生长的方式分别设置电极。
由上述技术方案可知，本发明提供的一种基于slot波导的锗探测器及其制作方法，该锗探测器包括：设置在背衬底上的二氧化硅层，以及，均设置在所述二氧化硅层内的slot波导层和锗吸收层，且所述锗吸收层设置在所述slot波导层上；所述锗吸收层的两侧均设有分布式布拉格反射镜dbr，且所述dbr由硅和二氧化硅交替组成；且所述slot波导层和所述锗吸收层均与电极连接。本发明能够在保证锗探测器响应度的情况下，大大的减小锗探测器的吸收长度，从而提高锗探测器的带宽，降低暗电流。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一的一种基于slot波导的锗探测器的结构示意图；
图2是本发明实施例二中的一种基于slot波导的锗探测器的制作方法的流程示意图；
其中，1-二氧化硅层；2-slot波导层；3-锗吸收层；4-电极；21-平板型硅波导；22-脊形硅波导。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的实施例一提供一种基于slot波导的锗探测器的具体实施方式，参见图1，所述基于slot波导的锗探测器具体包括如下内容：
设置在背衬底上的二氧化硅层1，以及，均设置在所述二氧化硅层1内的slot波导层2和锗吸收层3，且所述锗吸收层3设置在所述slot波导层2上；所述锗吸收层3的两侧均设有分布式布拉格反射镜dbr(distributedbraggreflection)，且所述dbr由硅和二氧化硅交替组成；且所述slot波导层2和所述锗吸收层3均与电极4连接。
可以理解的是，所述分布式布拉格反射镜dbr(distributedbraggreflection)是由两种不同折射率的材料(硅和二氧化硅)以abab的方式交替排列组成的周期结构，每层材料的光学厚度为中心反射波长的1/4。
可以理解的是，所述slot波导由2条波导构成，且中间存在一个低折射率区域-slot区域，由于电场移矢量在slot边界处是连续的，而电场强度不连续，两波导的倏逝场在slot区域内发生叠加，使得低折射率区中的电场强度远远高于波导之内。
在上述描述中，所述slot波导包括设置在slot区域两侧的平板型硅波导21和脊形硅波导22；所述锗吸收层3设置在所述平板型硅波导21上的靠近所述脊形硅波导22的一端；相对应的，所述平板型硅波导21上的远离所述脊形硅波导22的一端和所述锗吸收层3上均与各电极4连接，且所述脊形硅波导22为楔形耦合波导，且所述楔形耦合波导末端设置有所述dbr，以及，所述平板型硅波导21经浅刻蚀获得。
在上述描述中，所述二氧化硅层1包括：连接设置的二氧化硅下层和二氧化硅上层，且所述二氧化硅下层为soi衬底中的二氧化硅区域；
相对应的，所述slot波导层2为经刻蚀后的所述soi衬底中的顶层硅区域；所述二氧化硅上层与所述二氧化硅下层的分界处为所述slot波导层2的底部所在平面。
从上述描述可知，本发明的实施例提供的基于slot波导的锗探测器，能够在保证锗探测器响应度的情况下，大大的减小锗探测器的吸收长度，从而提高锗探测器的带宽，降低暗电流。
本发明的实施例二提供一种上述基于slot波导的锗探测器的制作方法的具体实施方式，参见图2，所述基于slot波导的锗探测器的制作方法具体包括如下内容：
步骤100：对soi衬底上的顶层硅区域进行刻蚀，得到slot波导层，其中，所述slot波导层包括设置在slot区域两侧的平板型硅波导和脊形硅波导。
在步骤100中，对所述soi衬底上的顶层硅区域中的一部分进行浅刻蚀，得到所述平板型硅波导21；以及，对所述soi衬底上的顶层硅区域中的另一部分进行深刻蚀，得到脊形硅波导22，且在对所述soi衬底上的顶层硅区域中的另一部分进行深刻蚀时，还对所述顶层硅区域中的所述脊形硅波导22末端的位置处进行深刻蚀，得到设置在所述脊形硅波导22末端的dbr；其中，所述脊形硅波导22为楔形耦合波导。
步骤200：在所述平板型硅波导层上设置锗吸收层，并在位于所述锗吸收层的两侧的所述顶层硅区域上刻蚀由硅和二氧化硅交替组成的分布式布拉格反射镜dbr。
在步骤200中，在所述平板型硅波导21层上以选择生长的方式设置锗吸收层3；以及，在位于所述锗吸收层3的两侧的所述顶层硅区域上以中心反射波长的四分之一为光学厚度刻蚀所述dbr。
步骤300：在所述锗吸收层和所述slot波导层上分别设置电极。
在步骤300中，在所述锗吸收层3和所述slot波导层2上以选择生长的方式分别设置电极4。
步骤400：在所述锗吸收层、slot波导层和dbr的表面均覆盖二氧化硅、并与所述soi衬底中的二氧化硅区域组成二氧化硅层。
从上述描述可知，本发明的实施例提供的基于slot波导的锗探测器的制作方法，能够在保证锗探测器响应度的情况下，大大的减小锗探测器的吸收长度，从而提高锗探测器的带宽，降低暗电流。
为进一步的说明本方案，本发明还提供一种应用上述制作方法制作得到所述基于slot波导的锗探测器的应用实例，所述应用实例具体包括如下内容：
s1.准备soi基底；
s2.对硅层进行浅刻蚀制备出作为平板型硅波导21的si-slab区；
s3.对硅层进行深刻蚀，制备出脊形硅波导22si-waveguide和dbr的si反射层；
s4.在平板型硅波导21上选择生长ge锗吸收区；
s5.在ge锗吸收层3和平板型硅波导21上分别选择生长金属电极4；
s6.对整个锗探测器结构上覆盖生长一层二氧化硅层1，实现二氧化硅/硅交替的dbr结构以及形成保护层。
通过在锗吸收层3两端添加反射分布式布拉格反射镜(distributionbraggreflection,dbr)来将未吸收的光反射回锗吸收层3，从而使吸收层中未被吸收的光被多次吸收，相当倍增了锗吸收层3的长度，从而提高了响应度。其dbr结构为二氧化硅和硅交替形成。每层材料的光学厚度为中心反射波长的四分之一。使穿过该结构的光相干相消，从而实现对光的反射，对光具有非常高的反射效率(接近100％)。
通过slot波导耦合的方式使信号光耦合进入硅波导，相对于传统的锗吸收层3直接生长在入射光硅波导上的探测器结构来说，可以实现在锗吸收层3两端添加dbr的工艺。通过上述两种技术方案，可以使光能够有效的耦合到锗波导当中，并且使未吸收的信号光被锗吸收层3两端的dbr反射，从而使锗吸收层3对光进行多次吸收。
具体结构为，在浅刻蚀的硅波导上生长一层锗吸收层3；在浅刻蚀硅波导两端以中心反射波长的四分之一为光学厚度进行交替的深刻蚀/未刻蚀硅波导以形成dbr反射镜；在浅刻蚀波导的一侧制备楔形耦合波导，作为将信号光耦合进锗吸收层3的结构；在楔形波导末端添加dbr，对未完全耦合残存在楔形波导中光进行反射重吸收。
在上述描述中，通过采用了倏逝波侧面耦合结构，使得本发明具有如下有益效果：
1.该结构减小了异质结和因为刻蚀、选择性生长产生的粗糙的器件表面对耦合效率的影响，保证了器件良好的耦合效率；
2.利用选择性生长制备锗吸收层3，并在锗吸收层3的两端制备出dbr，解决了传统锗吸收层3直接生长在硅波导结构的探测器不能在锗吸收层3两端加工制备dbr的问题；
3.通过在锗吸收层3两端添加dbr结构，来实现对锗吸收层3未吸收的光进行再吸收；
4.通过在耦合楔形波导末端添加dbr，对未耦合进锗吸收层3的光进行发射再吸收。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。