本技術涉及光通信，具體而言，涉及一種光電二極管、二極管組件及光濾波器。

背景技術：

1、量子計算機是一種利用量子力學原理進行信息處理的計算機。與傳統(tǒng)的經(jīng)典計算機不同，量子計算機使用的是量子比特（qubit）作為信息的基本單位，能夠提高處理大量數(shù)據(jù)和復雜計算時的效率。在常溫下，光通信正在成為高性能系統(tǒng)中首選的i/o解決方案，以光纖作為通信介質的通信接口不會增加低溫腔的制冷負擔，并且光通信的帶寬高、信號衰減小、抗電磁干擾、可以實現(xiàn)波分復用從而減少通信接口數(shù)量提高低溫測控系統(tǒng)集成度。

2、由于低溫會影響載流子的運動效率，為了提高低溫情況下通信接口的通信速度，通常會使用集成串行器、采用無源后向散射的通信方案等方式，但是，這些方式會使現(xiàn)有的通信接口存在能耗高、串擾嚴重、穩(wěn)定性較差、光電檢測響應度較差等情況，從而導致光通信效果較差，無法滿足目前的光通信需求。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本技術實施例的目的在于提供一種光電二極管、二極管組件及光濾波器，以改善現(xiàn)有技術中存在的光通信效果較差的問題。

2、為了解決上述問題，第一方面，本技術實施例提供了一種光電二極管，所述光電二極管包括：襯底、第一深阱、第二阱和摻雜區(qū)域；

3、其中，所述第一深阱設置在所述襯底上，所述第二阱設置在所述第一深阱上，所述摻雜區(qū)域設置在所述第二阱上；

4、所述摻雜區(qū)域包括第一類寬摻雜區(qū)和第二類窄摻雜區(qū)，所述第一類寬摻雜區(qū)與所述第二類窄摻雜區(qū)交替分布在所述第二阱上，所述第一類寬摻雜區(qū)或所述第二類窄摻雜區(qū)與所述第二阱形成電極結構；

5、其中，所述電極結構包括pn結構、pp結構或nn結構。

6、在上述實現(xiàn)過程中，由于入射到光電二極管上的入射光效率與光電二極管的輸出電流的大小正相關，因此，可以在襯底上先設置相應的第一深阱，然后在第一深阱上設置相應的第二阱，再在第二阱上設置相應的摻雜區(qū)域，摻雜區(qū)域中包括交替分布的第一類寬摻雜區(qū)和第二類窄摻雜區(qū)，第一類寬摻雜區(qū)和第二類窄摻雜區(qū)與底部的第二阱形成pn、pp、nn等電極結構，并且，襯底和第一深阱、第二阱和第一深阱、第二阱和表面的摻雜區(qū)域中的第一類寬摻雜區(qū)或第二類窄摻雜區(qū)都可以形成pn結，能夠充分利用了各個深度的pn結，增大了光電二極管中整體耗盡區(qū)的面積，實現(xiàn)了更多光生載流子的收集，從而提高了光電信號轉換效率。

7、可選地，其中，相鄰的所述第一類寬摻雜區(qū)與所述第二類窄摻雜區(qū)之間設置有隔離區(qū)域。

8、在上述實現(xiàn)過程中，為了減少相鄰的兩個第一類寬摻雜區(qū)、第二類窄摻雜區(qū)與阱或襯底之間形成的pn結過早擊穿，可以在相鄰的第一類寬摻雜區(qū)和第二類窄摻雜區(qū)之間設置相應的隔離區(qū)域，以減少過早擊穿對光電二極管的雪崩電壓造成的不利影響，進一步提高了光電二極管工作時的穩(wěn)定性。

9、可選地，其中，在所述第一類寬摻雜區(qū)與所述第二類窄摻雜區(qū)分布的光通信面上，所述摻雜區(qū)域的邊緣為所述第二類窄摻雜區(qū)；

10、所述第二類窄摻雜區(qū)用于接收擴散的載流子。

11、在上述實現(xiàn)過程中，為了實現(xiàn)光信號的接收和轉換，在光電二極管的光通信面上，摻雜區(qū)域的邊緣可以設置為第二類窄摻雜區(qū)，將第一類寬摻雜區(qū)設置在光通信面的中心區(qū)域處，以由第二類窄摻雜區(qū)對擴散的載流子進行接收，由第一類寬摻雜區(qū)對光信號進行接收，有效地提高了光信號的接收效率以及載流子的遷移效率，從而提高了光電信號轉換效率。

12、可選地，其中，在所述光通信面上，邊緣的所述第二類窄摻雜區(qū)與所述第一深阱的深阱摻雜區(qū)域之間設置有所述隔離區(qū)域；

13、所述深阱摻雜區(qū)域與所述襯底的襯底摻雜區(qū)域之間設置有所述隔離區(qū)域。

14、在上述實現(xiàn)過程中，為了對襯底和深阱進行供電，在光通信面上，第一深阱還設置有相應的深阱摻雜區(qū)域，從而形成相應的深阱電極結構，由深阱電極結構為第一深阱進行供電，襯底還設置有相應的襯底摻雜區(qū)域，從而形成相應的襯底電極結構，由襯底電極結構為襯底進行供電。相應地，為了減少處于摻雜區(qū)域的邊緣的第二類窄摻雜區(qū)與第一深阱的深阱摻雜區(qū)域之間的pn結過早擊穿的不利情況，并減少深阱摻雜區(qū)域與襯底摻雜區(qū)域之間的n結過早擊穿的不利情況，可以在第二類窄摻雜區(qū)與深阱摻雜區(qū)域之間設置隔離區(qū)域，在深阱摻雜區(qū)域與襯底摻雜區(qū)域之間設置隔離區(qū)域，在實現(xiàn)供電的同時，進一步減少pn結過早擊穿對光電二極管的雪崩電壓造成的不利影響。

15、可選地，其中，若具有多個所述第一類寬摻雜區(qū)，每個所述第二類窄摻雜區(qū)相鄰的兩個所述第一類寬摻雜區(qū)上所述電極結構的偏壓不同。

16、在上述實現(xiàn)過程中，由于部分工藝下的光電二極管擴散時間大于耗盡區(qū)的漂移時間和器件rc的時間常數(shù)，光檢測帶寬會受到電荷中性區(qū)擴散過程的限制，因此，在具有多個第一類寬摻雜區(qū)的情況下，每個第二類窄摻雜區(qū)相鄰的兩個第一類寬摻雜區(qū)上電極結構施加的偏壓不同，以通過不同的偏壓生成相應的電場，加速光產(chǎn)生的載流子的遷移速度，減少載流子的傳輸時間，從而提升管檢測帶寬的效率。

17、可選地，其中，所述第一類寬摻雜區(qū)上的所述電極結構不同的偏壓包括v1和v2，v1為所述摻雜區(qū)域中處于中心區(qū)域的所述第一類寬摻雜區(qū)上的所述電極結構的偏壓，v2為所述第一類寬摻雜區(qū)上的所述電極結構的與v1不同的另一偏壓，所述第二類窄摻雜區(qū)上的所述電極結構的偏壓為v3，v2＞v1＞v3。

18、在上述實現(xiàn)過程中，多個第一類寬摻雜區(qū)上設置的不同的偏壓可以包括v1和v2，v1為摻雜區(qū)域中處于中心區(qū)域的第一類寬摻雜區(qū)上的電極結構的偏壓，v2為與v1不同的另一種偏壓，第二類窄摻雜區(qū)上的電極結構的偏壓為v3，為了進一步提高光生載流子的遷移速率，加速對電荷的收集速度，可以將三種不同的偏壓大小設置為v2＞v1＞v3，以使第二類窄摻雜區(qū)兩側的第一類寬摻雜區(qū)兩側上的電極結構產(chǎn)生的光生載流子主要被電場加速掃入中間的第二類窄摻雜區(qū)上的電極結構中，進一步提高光電二極管的光電信號轉換效率。

19、可選地，其中，所述第一類寬摻雜區(qū)與所述第二類窄摻雜區(qū)的數(shù)量和尺寸參數(shù)基于所述光電二極管的光通信面的面積參數(shù)確定；

20、所述第一類寬摻雜區(qū)包括所述電極結構形成的遮擋區(qū)域和非遮擋區(qū)域，所述非遮擋區(qū)域為有效受光區(qū)域。

21、在上述實現(xiàn)過程中，摻雜區(qū)域的大小基于光電二極管的光通信面的面積參數(shù)確定，因此，摻雜區(qū)域中第一類寬摻雜區(qū)與第二類窄摻雜區(qū)的數(shù)量和尺寸參數(shù)也基于光通信面的面積參數(shù)確定，第一類寬摻雜區(qū)上包括由電極結構形成的遮擋區(qū)域，以及并沒有被電極結構形成的非遮擋區(qū)域，由非遮擋區(qū)域作為第一類寬摻雜區(qū)的有效受光區(qū)域，從而根據(jù)電極結構和第一類寬摻雜區(qū)之間的面積差異實現(xiàn)對光信號的接收。能夠根據(jù)光電二極管實際的大小對摻雜區(qū)的數(shù)量和尺寸等進行設置，以適應于多種不同的帶寬需求。

22、第二方面，本技術實施例提供了一種二極管組件，所述二極管組件包括上述任一項所述的光電二極管；

23、其中，多個所述光電二極管組成全差分陣列。

24、在上述實現(xiàn)過程中，為了減小片上共模信號造成的干擾，減少光對準的要求，可以將多個光電二極管設置為全差分陣列，以減小光斑不在光探測器中心造成的失調電壓的干擾，有效減少共模噪聲，提高了二極管組件對光信號進行處理時的準確性和穩(wěn)定性。

25、可選地，其中，所述二極管組件包括第一面和第二面；

26、所述第一面上設置有差分的多個第一組光電二極管；

27、所述第二面上設置有差分的多個第二組光電二極管；

28、所述第一組光電二極管和所述第二組光電二極管呈中心對稱結構；

29、所述第一組光電二極管和所述第二組光電二極管上分別設置有第一偏置電壓和第二偏置電壓。

30、在上述實現(xiàn)過程中，為了減少偽差分結構造成的光能量的損失情況，可以在二極管組件的第一面和第二面上分別設置差分的兩組光電二極管，并施加兩個不同的偏置電壓，以實現(xiàn)真差分的光電接收機結構，有效地提高了光電信號的轉換效率，并減少偽差分結構中虛擬部分造成的噪聲和面積的浪費。并且，為了避免片上共模信號干擾，減少光對準的要求，還可以將兩組光電二極管設置為中心對稱結構，以減小光斑不在光探測器中心造成的失調電壓的干擾，有效減少共模噪聲，進一步提高了二極管組件對光信號進行處理時的準確性和穩(wěn)定性。

31、第三方面，本技術實施例提供了一種光濾波器，所述光濾波器包括時間讀取電路、時鐘電路，以及上述任一項所述的二極管組件；

32、所述時間讀取電路連接所述二極管組件和所述時鐘電路；

33、所述二極管組件用于對接收的光信號進行光電轉換，得到電流信號；

34、所述時間讀取電路用于基于所述電流信號進行模數(shù)轉換，得到傳輸信號；

35、所述時鐘電路用于對時鐘相位進行校準。

36、在上述實現(xiàn)過程中，由光濾波器中的設置的二極管組件對光信號進行光電轉換，得到相應的電流信號，由時間讀取電流對電流信號進行模數(shù)轉換，得到進行傳輸?shù)膫鬏斝盘?，并且，考慮到突發(fā)通訊等情況對傳輸過程的影響，還可以設置時鐘電路對傳輸時的時鐘相位進行校準，在降低光濾波器功耗的同時，能夠提高對光信號進行處理時的準確性和穩(wěn)定性，從而優(yōu)化了光通信接口的光通信效果，滿足多種不同的光通信需求。

37、綜上所述，本技術實施例提供了一種光電二極管、二極管組件及光濾波器，通過在光電二極管中設置多個深度的pn結，以增大光生載流子的遷移效率，還能夠通過全差分陣列的二極管組件進一步提高光信號的準確性和穩(wěn)定性，以提高了光濾波器的對光信號進行處理時的準確性、穩(wěn)定性和效率，從而優(yōu)化了光通信接口的光通信效果，滿足多種不同的光通信需求。