阅读说明：本技术 具有用于带宽提升的配置发射和自适应结分布的选择性照明的集成光电探测器的方法和系统 (Method and system for integrated photodetector with configured emission for bandwidth boosting and selective illumination of adaptive junction distribution ) 是由 卡姆-扬·霍恩 苏巴尔·萨尼 詹洛伦佐·马西尼 阿蒂拉·米基斯 于 2018-06-07 设计创作，主要内容包括：具有用于带宽提升的配置有发射和自适应结分布的选择性照明的集成光电探测器的方法和系统可以包括光子芯片,该光子芯片包括输入波导和光电二极管。光电二极管包括吸收区域,在吸收区域的第一侧具有p掺杂区域,并且在吸收区域的第二侧具有n掺杂区域。经由输入波导在吸收区域中接收光信号,该输入波导偏移到吸收区域的中心轴的一侧；基于接收的光信号生成电信号。吸收区域的第一侧可以是p掺杂的。p掺杂区域和n掺杂区域可以沿着光电二极管的长度在吸收区域的第一侧和第二侧交替。吸收区域可以包括锗、硅、硅/锗或吸收期望波长的光的类似材料。(Methods and systems of an integrated photodetector with selective illumination configured with emission and adaptive junction distribution for bandwidth boosting may include a photonic chip including an input waveguide and a photodiode. The photodiode includes an absorption region having a p-doped region on a first side of the absorption region and an n-doped region on a second side of the absorption region. Receiving an optical signal in an absorption region via an input waveguide, the input waveguide being offset to one side of a central axis of the absorption region; an electrical signal is generated based on the received optical signal. The first side of the absorption region may be p-doped. The p-doped and n-doped regions may alternate on the first and second sides of the absorption region along the length of the photodiode. The absorption region may comprise germanium, silicon/germanium or similar materials that absorb light of the desired wavelength.)

具有用于带宽提升的配置发射和自适应结分布的选择性照明 的集成光电探测器的方法和系统

交叉引用相关申请/通过引用结合相关申请

本申请要求2017年6月8日提交的美国临时申请62/516,949和2018年6月6日提交的美国专利申请第16/001,135号的优先权和权益，这两个申请通过引用整体结合于此。

技术领域

本公开的方面涉及电子组件。更具体地，本公开的某些实现涉及具有用于带宽提升的配置发射和自适应结分布的选择性照明的集成光电探测器的方法和系统。

背景技术

用于集成光电探测器的传统方法可能是昂贵的、笨重的和/或低效的，例如，可能是复杂的和/或耗时的，和/或可能由于损耗而具有有限的响应度。

对于本领域技术人员来说，通过将这种系统与本公开的一些方面进行比较，常规和传统方法的进一步限制和缺点将变得显而易见，如在本申请的剩余部分中参考附图所阐述的。

发明内容

提供了具有用于带宽提升的配置发射和自适应结分布的选择性照明的集成光电探测器的系统和方法，大致如权利要求中更完整阐述的至少一个附图所示和/或结合至少一个附图描述的。

通过以下描述和附图，将更全面地理解本公开的这些和其他优点、方面和新颖特征及其所示的实施方式的细节。

附图说明

图1A是根据本公开的示例实施方式的具有选择性照明的集成光电探测器的光子使能集成电路的框图；

图1B是示出根据本公开的示例实施方式的示例性光子使能集成电路的示图；

图1C是示出根据本公开的示例实施方式的耦接到光纤电缆的光子使能集成电路的示图；

图2A和图2B示出了根据本公开的示例实施方式的集成光电探测器的两个示例；

图3A和图3B示出了根据本公开的示例实施方式的锗光电二极管的各个部分的计算带宽；

图4示出了根据本公开的示例实施方式的具有不对称发射的光电二极管的俯视图和剖视图；

图5示出了根据本公开的示例实施方式的具有不对称发射的光电二极管的俯视图功率分布；

图6示出了根据本公开的示例实施方式的具有倏逝耦合的光电二极管；

图7示出了根据本公开的示例实施方式的具有交替的n型掺杂和p型掺杂的光电二极管；

图8示出了根据本公开的示例实施方式的沿着可变结位置锗光电二极管的带宽分布。

具体实施方式

如本文所使用的，术语“电路”和“电路系统”是指物理电子组件(即硬件)和任何软件和/或固件(“代码”)，其可以配置硬件、由硬件执行或者以其他方式与硬件相关联。如本文所使用的，例如，特定的处理器和存储器在执行第一行或多行代码时可以包括第一“电路”，并且在执行第二行或多行代码时可以包括第二“电路”。如本文所使用的，“和/或”是指由“和/或”连接的列表中的任何一个或多个项。例如，“x和/或y”是指三元组{(x)、(y)、(x，y)}中的任何元件。换言之，“x和/或y”是指“x和y中的一个或两个”。作为另一示例，“x、y和/或z”是指七元组{(x)、(y)、(z)、(x，y)、(x，z)、(y，z)、(x，y，z)}中的任何元件。换言之，“x、y和/或z”是指“x、y和z中的一个或多个”。如本文所使用的，术语“示例性”意味着用作非限制性示例、实例或说明。如本文所使用的，术语“例如”和“比如”列出了一个或多个非限制性示例、实例或说明的列表。如本文所使用的，无论禁用还是启用功能的性能(例如，通过用户可配置的设置、工厂修整等)，只要电路或装置包括执行功能所必需的硬件和代码(如果需要的话)，电路或装置就“可操作”，用于执行功能。

图1A是根据本公开的示例实施方式的具有选择性照明的集成光电探测器的光子使能集成电路的框图。参考图1A，示出了光子使能集成电路130上的光电装置，包括光调制器105A-105D、光电二极管111A-111D、监视光电二极管113A-113H，以及包括耦合器103A-103K、光学终端115A-115D、光栅耦合器117A-117H和模式转换器121的光学装置。还示出了包括放大器107A-107D、模拟和数字控制电路109以及控制部分112A-112D的电气装置和电路。放大器107A-107D可以包括例如跨阻和限幅放大器(TIA/LA)。

在一个示例场景中，光子使能集成电路130包括互补金属氧化物半导体(CMOS)光子管芯，其中，激光组件101耦接到IC 130的顶面。激光组件101可以包括一个或多个半导体激光器，其具有隔离器、透镜和/或旋转器，用于将一个或多个CW光信号引导到耦合器103A。光子使能集成电路130可以包括单个芯片，或者可以集成在多个管芯上，例如，一个或多个电子管芯和一个或多个光子管芯。

经由在光子使能集成电路130中制造的光波导管110在光学装置和光电装置之间传递光信号。单模或多模波导可以用在光子集成电路中。单模操作能够直接连接到光信号处理和网络元件。术语“单模”可以用于支持两种偏振(横向电(TE)偏振和横向磁(TM)偏振)中的每一种的单模的波导，或者用于真正单模并且只支持其偏振为TE的一种模式的波导，其包括平行于支持波导的衬底的电场。使用的两种典型波导截面包括条形波导和肋形波导。条形波导通常包括矩形截面，而肋形波导包括波导板顶部的肋形截面。当然，其他波导截面类型也是可以预期的，并且在本公开的范围内。

在一个示例场景中，耦合器103A-103C可以包括低损耗的Y结功率分配器，其中，耦合器103A接收来自激光组件101的光信号，并将该信号分成两个分支，这两个分支将光信号引导到耦合器103B和103C，耦合器103B和103C再次分离光信号，产生四个功率大致相等的光信号。

光调制器105A-105D包括例如马赫-曾德尔调制器或环形调制器，并且能够调制连续波(CW)激光输入信号。光调制器105A-105D可以包括高速和低速相位调制部分，并且由控制部分112A-112D控制。光调制器105A-105D的高速相位调制部分可以用数据信号调制CW光源信号。光调制器105A-105D的低速相位调制部分可以补偿缓慢变化的相位因子，例如，由波导之间的失配、波导温度或波导应力引起的相位因子。补偿这些缓慢变化的相位因子，称为无源相位或者马赫-曾德尔调制器(MZM)的无源偏置。

光调制器105A-105D的输出可以经由波导110光学耦合到光栅耦合器117E-117H。耦合器103D-103K可以包括例如四端口光耦合器，并且可以用于对光调制器105A-105D生成的光信号进行采样或分离，其中，由监视光电二极管113A-113H测量采样信号。定向耦合器103D-103K的未使用分支可以由光学终端115A-115D终止，以避免不需要的信号反向反射。

光栅耦合器117A-117H包括能够将光耦合进和耦合出光子使能集成电路130的光栅。光栅耦合器117A-117D可用于将从光纤接收的光耦合到光子使能集成电路130中，并且光栅耦合器117E-117H可用于将来自光子使能集成电路130的光耦合到光纤中。光栅耦合器117A-117H可以包括单偏振光栅耦合器(SPGC)和/或偏振分离光栅耦合器(PSGC)。在使用PSGC的情况下，可以使用两个输入波导或输出波导。

光栅耦合器是集成光电路中的装置，用于在电信光纤和光电路之间连接光。包括将引导光衍射出电路平面的表面发射元件，其中，可以用标准光纤收集引导光。与诸如端面耦合的其他耦合方法相比，光栅耦合器适合于平面制造方法，并且允许在芯片表面上自由放置光学接口。

在图1B所示的另一示例实施方式中，通过将光源引导到芯片中的光耦合装置(例如，光源接口135和/或光纤接口139)上，光信号可以在没有光纤的情况下直接传送到光子使能集成电路130的表面。这可以利用定向激光源和/或键合到光子使能集成电路130的另一倒装芯片上的光源来实现。

光电二极管111A-111D可以将从光栅耦合器117A-117D接收的光信号转换成电信号，这些电信号传送到放大器107A-107D，用于处理。在本公开的另一实施方式中，光电二极管111A-111D可以包括例如高速异质结光电晶体管，并且可以在吸收区域中包括锗(Ge)，用于在1.3-1.6μm光波长范围内吸收，并且可以集成在例如CMOS绝缘体上硅(SOI)晶片上。

随着光电发射器速度的提高，光电探测器的速度必须提高，以提高整个系统的性能。在本公开的一个示例实施方式中，描述了具有用于带宽提升的发射和自适应结分布的选择性照明的集成光电探测器，用于从多个波导接收光信号，如图2至图8进一步所示。

在本公开的示例实施方式中，可以通过选择性地仅照明吸收活性芯的高速部分来提高集成光电二极管带宽。这可以使用不对称光发射条件来实现。此外，可以使用自适应掺杂/结分布进一步提高带宽，以确保发射的光仅沿着传播方向与探测器的高速部分重叠。

在另一示例实施方式中，与所示的单个芯片相反，图1A中所示的四个收发器可以包含在两个或更多个芯片中。例如，可以在电子CMOS管芯中制造电子装置，例如，控制电路109和放大器/TIA 107A-107D，而光学装置和光电装置(例如，光探测器111A-111D、光栅耦合器117A-117H和光调制器105A-105D)可以包含在光子管芯(例如，硅光子***器)上。

模拟和数字控制电路109可以控制放大器107A-107D的操作中的增益水平或其他参数，放大器107A-107D然后可以从光子使能集成电路130传送电信号。控制部分112A-112D包括能够调制从分离器103A-103C接收的CW激光信号的电子电路。例如，光调制器105A-105D可能需要高速电信号来调制MZM的相应分支中的折射率。

在操作中，光子使能集成电路130可以操作，用于传输和/或接收和处理光信号。光信号可由光栅耦合器117A-117D从光纤接收，并由光探测器111A-111D转换成电信号。电信号可由例如放大器107A-107D中的跨阻抗放大器放大，并随后传送到光子使能集成电路130中的其他电子电路(未示出)。

集成光子学平台允许光收发器的全部功能集成在单个芯片上。光收发器芯片包含在发射器(Tx)和接收器(Rx)侧产生和处理光/电信号的光电电路以及将光信号耦合到光纤和从光纤耦合光信号的光接口。信号处理功能可以包括调制光载流子、检测光信号、分离或组合数据流以及在具有不同波长的载流子上多路复用或解复用数据。

通常，波导光电二极管的p-i-n结在横向上定向，并且固有宽度(通常是吸收区域的宽度)通过光刻来定义。由于制造简单，这种类型的设计广泛使用。尽管光电二极管的长度较短，并且因此导致电容较低，但由于光刻问题，吸收区域的固有宽度限于约500nm，这意味着这种类型的结型光电二极管受传输时间限制。另一方面，垂直p-i-n光电二极管受到吸收层厚度的限制，吸收层厚度由沉积工艺决定，并且可以容易地下降到500nm以下。带宽可以更高，并且不受传输时间限制。然而，垂直结采用更复杂的接触方案，这(1)增加制造复杂性或者(2)接触电阻。其他设计选项是改变掺杂分布，以减小有效Ge固有宽度，例如，使p-i-n结更类似垂直。在示例场景中，吸收区域包括锗，但是可以包括其他材料，例如，硅、硅-锗或吸收期望波长的光的其他半导体。

在本公开的示例实施方式中，描述了一种替代方法，即光学方法，以增加带宽，而不增加现有工艺技术的工艺复杂性。图2至图8示出了应用于实际制造的装置的所提出的方法的示例。

图1B是示出根据本公开的示例实施方式的示例性光子使能集成电路的示图。参考图1B，示出了光子使能集成电路130，包括电子装置/电路131、光学和光电装置133、光源接口135、芯片前表面137、光纤接口139、CMOS保护环141和表面照明的监视光电二极管143。

光源接口135和光纤接口139包括光栅耦合器，例如，光栅耦合器能够经由CMOS芯片表面137耦合光信号。经由芯片表面137耦合光信号，使得能够使用机械保护芯片并防止污染物经由芯片边缘进入的CMOS保护环141。

电子装置/电路131包括例如参考图1A描述的电路，例如，放大器107A-107D以及模拟和数字控制电路109。光学和光电装置133包括诸如耦合器103A-103K、光学终端115A-115D、光栅耦合器117A-117H、光调制器105A-105D、高速异质结光电二极管111A-111D和监视光电二极管113A-113I的装置。

图1C是示出根据本公开的示例实施方式的耦合到光纤电缆的光子使能集成电路的示图。参考图1C，示出了包括芯片表面137和CMOS保护环141的光子使能集成电路130。还示出了光纤到芯片耦合器145、光纤电缆149和光源组件147。

例如，光子使能集成电路130包括电子装置/电路131、光学和光电装置133、光源接口135、芯片表面137和CMOS保护环141，可以如参考

图1B所述。

在一个示例实施方式中，光纤电缆可以经由例如环氧树脂附着到CMOS芯片表面137。光纤芯片耦合器145使得光纤电缆149能够物理耦合到光子使能集成电路130。在另一示例场景中，IC 130可以包括一个管芯上的光子装置(例如，光子***器)以及电子管芯上的电子装置，这两者都可以包括CMOS管芯。

图2A和图2B示出了根据本公开的示例实施方式的集成光电探测器的两个示例。一个示例性标准波导光电探测器基于在硅波导上生长的吸收锗(Ge)层，尽管其他材料也是可能的。参考图2A，示出了包括氧化物层201、p+区域203、本征区域205、n+区域207、吸收区域209和沟槽211的集成光电二极管200，氧化物层201位于典型SOI晶片中的硅层(未示出)上。

在这种情况下，光电二极管200的固有宽度是吸收区域209的宽度。典型的p-i-n集成光电二极管是对称的，如图2A所示，除了掺杂类型在右侧(n+区域207)和左侧(p+区域203)不同。对于传输时间受限的装置，带宽受限于从吸收区域209中的吸收区域到高掺杂p+和n+区域的接触较慢的电子或空穴的传输时间。在Ge用于吸收区域209的情况下，电子的迁移率远高于体Ge中的空穴。类似地，对于硅上锗(Ge-on-Si)，带宽受到空穴的限制，因此在二极管的n-掺杂侧(右侧)附近生成的空穴需要最长的时间从右向左扫出，而更高迁移率的电子更快地扫出到n+区域207。这表明在吸收芯的不同部分生成的载流子可以以非常不同的方式扫出。同样的概念也适用于空穴和电子具有不同迁移率的其他材料。

图2B示出了包括氧化物层201、p+区域203、n+区域207、吸收区域209、沟槽211和p+区域213的垂直型光电二极管250。在该结构中，除了在p+区域213中的左上角和左边缘之外，吸收区域209也是未掺杂的，这意味着光生载流子可以在基本垂直的方向上扫出，其中，吸收区域209的厚度可以非常薄，这由沉积技术确定。以这种方式，在吸收区域209中生成的载流子只需要向下扫过吸收区域209的厚度。

在示例场景中，图2A和图2B所示的二极管可以包括双异质结构，其中，p+和n+区域是硅，并且吸收区域209包括锗，尽管本公开不受此限制，只要其他结是可能的，例如，同质结、单异质结或多个结。因此，例如，n掺杂、p掺杂区域和吸收区域209都可以包括用于同质结的Ge或Si(或其他合适的材料)或者用于异质结的Ge和Si。此外，虽然在该示例中锗或硅被示出用于吸收区域209，但是可以使用硅-锗或吸收期望波长的光信号的其他材料。

图3A和图3B示出了根据本公开的示例实施方式的锗光电二极管的各个部分的计算带宽。假设仅在该部分上吸收光，则每个部分中指示的带宽是探测器的带宽。图3A示出了对于图2A的横向p-i-n光电探测器200被横向分成四个部分的未掺杂吸收区域。中间的两个部分具有高得多的带宽，但是当均匀照明时，由于较慢的空穴，整个装置速度受到扫出n掺杂侧附近的载流子所需时间的限制，导致装置的总带宽仅为32GHz。在如图2B所示的垂直型p-i-n集成光电二极管和图3B所示的带宽中，由于电场的准垂直取向，情况不同。

图3B示出了如图2B中光电探测器250所示的垂直型光电二极管的吸收区域的每个部分的带宽。在这个示例中，吸收区域是锗，并且接触层是硅，尽管对于这个结构，其它材料也是可以的。装置左侧的两个部分分别具有高得多的76GHz和95GHz带宽，而如果完全照明，则装置的总带宽仅为23GHz。因此，通过控制光信号发射和吸收到光电二极管中，与光照射在整个吸收结构上的装置相比，速度可以大大提高。虽然Ge-Si异质结构用于该示例，但是也可以使用其他材料和结构。

用于带宽更大的不对称发射包括仅将光照射到高速部分上。为了实现这一点，与对准二极管中心的传统波导相比，可以利用波导偏移将光直接引导到速度最高的选定吸收区域。例如，由于光被Ge强烈吸收，波导偏移不会对响应度产生很大影响。根据光传播和吸收长度，带宽可以在不增加任何过程复杂性的情况下提高。例如，通过照射图3B所示的垂直型p-i-n光电二极管的Ge的左边两个部分可获得的带宽非常高，分别为76GHz和95GHz。因此，输入波导可以偏离中心并直接耦合到二极管的左侧(p掺杂侧)，以获得速度。

图4示出了根据本公开的示例实施方式的具有不对称发射的光电二极管的俯视图和剖视图。参考图4，示出了包括氧化物层401、p+区域403、n+区域407、吸收区域409、沟槽411、p+区域413和波导415的光电探测器400。波导415包括例如沟槽411之间的Si层405的部分，尽管其他材料也是可以的。此外，在该示例中，吸收区域409可以包括Ge，尽管其他材料当然也是可以的。沟槽411提供了Si层405的折射率变化，使得光信号可以限制在波导415中。沟槽411包括已经去除Si层405并且填充有氧化物或其他电介质或者由于空气/硅折射率差而未被填充的区域。

虚线表示在上部图中下面的剖视图对应的位置。因此，左下图显示波导415的剖视图，并且右下图显示光电探测器400的剖视图。图4的左下部分示出了输入波导的横截面，与左侧相比，在右侧具有更宽的沟槽411，导致输入波导415偏移到Ge吸收层的中心左侧(或俯视图中的中心上方)，如波导偏移所示。

从Si单模波导415入射到吸收区域409上的光预期在短距离内扩散，如吸收区域409中的扩展光学模式所示。然而，在Ge用作吸收区域409的示例场景中，大部分光(约95％)在传播距离的前5μm内被Ge吸收。

图4的右下图显示了例如如图2B所示的具有垂直状p-i-n结构的光电二极管的横截面。由于对于这种结构，带宽在吸收层409的左边两个象限中最高，如图3B所示，所以输入波导415偏移，以对准该较高带宽部分，增加了光电二极管的总带宽。

以这种方式，光电二极管400的带宽可以由波导偏移来配置，其中，不同的掺杂配置可以导致吸收区域409中最大带宽的不同位置。虽然图4中示出了双异质结构二极管，但是本公开不这样受到限制，因为其他结是可以的，例如，同质结、单异质结或多个结。此外，尽管在该示例中锗或硅被示出用于吸收区域409，但是可以使用硅-锗或吸收期望波长的光信号的其他材料。

图5示出了根据本公开的示例实施方式的具有不对称发射的光电二极管的俯视图光功率分布。参考图5，示出了输入波导515、更宽的波导部分515A和吸收区域509。还示出了吸收区域509中的光功率分布517，其中，该分布示出了入射到吸收区域509上的光，其波导偏移在吸收区域509的中心上方定向，在该示例中，吸收区域509包括Ge。这个发射条件表明光实际上在吸收区域509中来回反射，并且光功率在每个周期中一半周期停留在吸收区域509的一侧，并且然后，一半周期停留在另一侧。在p-i-n光电二极管包括Si-Ge双异质结构的示例场景中，该周期性模式是由不对称发射条件在Ge/Si波导中激发的不同模式的击打结果。击打模式的实际相位可以通过适当的发射条件来控制。

如果光在传播过程中尽可能长时间地停留在装置的快速一侧，就可以实现带宽的最大好处。事实上，在Ge用于吸收区域509的情况下，因为Ge的吸收非常高，所以在前半个击打周期之后，大部分光可能已经被吸收。因此，控制击打模式的相位是最大化带宽增强效益的关键。如图5所示，可以通过改变波导发射角或者通过增加更宽的波导，即，输入波导515和吸收区域509之间的更宽的波导部分515A，来调节击打模式的相位。在这种情况下，在前半部分吸收的大部分光停留在具有较高带宽的吸收部分，即，较宽波导部分515A的上两个象限，这提高了总带宽。

图6示出了根据本公开的示例实施方式的具有倏逝耦合的光电二极管。参考图6，示出了包括p+区域603、n+区域607、吸收区域609和输入波导615的光电探测器600。还示出了到达光电探测器600后波导615中的光学模式617，其中倏逝部分619延伸到吸收区域609中。在示例场景中，吸收区域包括Ge，并且p+和n+区域包括硅，尽管其他材料也是可以的。

倏逝耦合是实现不对称发射条件的另一种技术，其中，输入光波在非常接近的平行波导615中传播，如图6所示。光学模式并不完全局限于它们在其中传播的波导，信号的一部分包括延伸超过波导边缘的倏逝波。在这种情况下，波导615可以高掺杂，以保持良好的接触电阻，但是传播长度短，因为光可以被具有强倏逝耦合结构的Ge强烈吸收。此外，虽然在该示例中锗或硅被示出用于吸收区域509，但是可以使用硅-锗或吸收期望波长的光信号的其他材料。

图7示出了根据本公开的示例实施方式的具有交替的n型和p型掺杂的集成光电二极管。参考图7，示出了包括氧化物层701、交替的p+区域703A和703B、交替的n+区域707A和707B、吸收区域709以及交替的吸收p+区域713A和713B的光电探测器700的俯视图和剖视图。俯视图示出了在每个周期中，当一半周期光功率分布717在一侧通过吸收区域709，并且然后一半周期在另一侧通过吸收区域709时的光功率分布。在示例场景中，吸收区域709包括Ge。在这种情况下，在吸收区域709中耦合的光示出击打模式，其中，功率被限制在比吸收区域709宽度窄得多的宽度内。掺杂分布可以沿着传播距离变化和/或交替，使得在这个示例中，高速锗部分总是与高光功率所在的区域重叠。这种自适应结分布可以通过a)每半个击打周期翻转n和p侧，和/或b)随着击打模式改变掺杂分布来实现。

由来自不同方框区域的箭头指示的下剖视图显示了每半个击打周期翻转n和p侧，使得光功率总是在吸收区域709的高速部分(例如，p掺杂侧)。这种配置可能具有更高的寄生电容，但是由于吸收区域709的强吸收，例如，当使用Ge或类似材料时，可能只需要一个或两个周期，从而最小化了这一缺点。虽然图7中示出了双异质结构二极管，但是本公开不这样受到限制，因为其他结是可以的，例如，同质结、单异质结或多个结。因此，例如，锗吸收层旁边的n掺杂和p掺杂区域可以包括用于同质结的Ge或者用于异质结的Si。

图8示出了根据本公开的示例实施方式的沿着可变结位置光电二极管的带宽分布。参考图8的顶部，示出了光电二极管的俯视图，其中，p型和n型硅层的宽度以锯齿形图案线性变化，以放置结，使得高速部分对应于不对称发射的光电二极管中的光学模式。

图8的下部示出了光电二极管沿着PN结位置改变的长度在三个位置a、b和c的带宽，这三个位置由上部图中的虚线表示。在示例场景中，Ge可以用于吸收区域，尽管其他材料也是可以的。结果表明，PN结附近的两个吸收部分比另外两个吸收部分具有更高的带宽。因此，通过改变结位置或掺杂分布，使其遵循光学模式的反弹路径，在沿着传播距离的高速部分中生成大多数载流子。这种自适应方法可以通过装置布局容易地实现。虽然在图8中示出了具有Ge吸收区域和Si接触层的双异质结构二极管，但是本公开不这样受到限制，因为其他结是可以的，例如，同质结、单异质结或多个结。因此，例如，锗吸收层旁边的n掺杂和p掺杂区域可以包括用于同质结的Ge或者用于异质结的Si。

在本公开的示例实施方式中，描述了一种具有用于带宽提升的发射和自适应结分布的选择性照明的集成光电探测器的方法和系统。该方法可以包括：在包括输入波导和光电二极管的光子芯片中，其中，光电二极管包括吸收区域，在吸收区域的第一侧具有p掺杂区域，并且在吸收区域的第二侧具有n掺杂区域：经由输入波导在吸收区域中接收光信号，输入波导偏移到吸收区域的中心轴的一侧；并且基于接收的光信号生成电信号。

吸收区域的第一侧可以是p掺杂的。沿着光电二极管的长度，在吸收区域的第一侧上的p掺杂区域之后可以是第一侧上的n掺杂区域，并且沿着光电二极管的长度，在吸收区域的第二侧上的n掺杂区域之后可以是p掺杂区域。交替的p掺杂和n掺杂区域可以沿着光电二极管的长度重复。在p掺杂区域和n掺杂区域之间的界面处的结沿着光电二极管的长度可以形成锯齿形图案。第二波导可以在吸收区域和输入波导之间，并且具有比输入波导更大的宽度。吸收区域可以包括锗、硅、硅-锗或吸收期望波长光的其他半导体。

所接收的光信号的光功率可以在由n掺杂区域和p掺杂区域形成的结附近的吸收区域的横截面中最大。光电二极管的横截面中的最大光功率的位置可以沿着光电二极管的长度变化。当输入波导偏移超过吸收区域的外边缘时，可以从输入波导接收所述光信号，作为倏逝波。光子芯片可以包括互补金属氧化物半导体(CMOS)芯片。p掺杂区域和n掺杂区域可以包括硅、锗或其他合适的半导体。

在本公开的另一示例实施方式中，描述了一种具有用于带宽提升的配置发射和自适应结分布的选择性照明的集成光电探测器的方法和系统。该系统可以包括包含输入波导和半导体光电二极管的光子芯片，其中，半导体光电二极管包括吸收区域，在吸收区域的第一侧具有p掺杂区域，并且在吸收区域的第二侧具有n掺杂区域。半导体吸收区域可以包括硅、锗、硅-锗或吸收期望波长光信号的其他材料。光子芯片可操作，以：经由输入波导在半导体吸收区域中接收光信号，输入波导偏移到吸收区域的中心轴的一侧；并且基于接收的光信号生成电信号。

虽然已经参考某些实施方式描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以等同替换。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多修改，以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明不限于所公开的特定实施方式，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施方式。