[發明專利]太赫茲量子阱光電探測器的同心圓環光耦合器及制作方法

有效

• 申請號: 201410143655.4
• 申請日: 2014-04-11
• 公開（公告）號: CN103928557B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 張戎;曹俊誠;郭旭光
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L31/08
• 分類號: H01L31/08;H01L31/02;H01L31/18
• 代理公司: 上海光華專利事務所31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明屬于半導體光電器件技術領域，特別是涉及一種太赫茲量子阱光電探測器的同心圓環光耦合器及制作方法。

背景技術

太赫茲（THz）探測器是各項THz研究和各種THz應用系統的關鍵器件。THz量子阱光電探測器（QWP）因其具有體積小、易集成、響應速度快等優點，被廣泛認為是最具發展潛力的THz探測器之一。從目前應用需求角度看，提高器件的靈敏度及工作溫度是未來THzQWP的主要發展方向。

由于量子力學的限制，太赫茲量子阱光電探測器（THz?QWP）對垂直照射在其表面的入射光幾乎沒有響應，因此需要特殊的方法來實現器件的光耦合。常用的光耦合方式可分為直接耦合和光耦合器耦合兩大類。直接耦合包括了45度角端面入射和布魯斯特角方向入射兩種，這兩種方式非常簡單有效，適合在實驗室中對器件的性能進行快速表征，但是缺點在于耦合效率偏低，而且這種方式不利于構建器件的焦平面陣列，從而限制了成像方面的應用。光耦合器耦合方式則很好的克服了這些缺點，不僅能有效提升耦合效率，還能夠實現器件在正入射條件下的工作，對器件的應用沒有任何限制。因此，開發一款高性能的光耦合器對實現高靈敏度的THz?QWP具有非常重要的意義。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種太赫茲量子阱光電探測器的同心圓環光耦合器及制作方法，已實現一種具有會聚功能，并可有效提升器件有源區單位體積內的光強，從而實現器件性能的大幅度提升的太赫茲量子阱光電探測器。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種太赫茲量子阱光電探測器的同心圓環光耦合器，所述同心圓環光耦合器包括形成于器件材料表面的多級同心圓環以及覆蓋于各所述同心圓環表面的反射金屬層，所述多級同心圓環呈凹凸相間排列，各所述同心圓環的半徑r_k=(2k-1)λ₀/(4n)，其中，k為同心圓環對應的級數，λ₀為太赫茲量子阱光電探測器的峰值響應波長，n為太赫茲量子阱光電探測器的器件材料的折射率。

作為本發明的太赫茲量子阱光電探測器的同心圓環光耦合器的一種優選方案，所述同心圓環光耦合器至少包括7級同心圓環。

作為本發明的太赫茲量子阱光電探測器的同心圓環光耦合器的一種優選方案，所述多級同心圓環中，凸同心圓環與凹同心圓環的高度差為0.5～2μm。

作為本發明的太赫茲量子阱光電探測器的同心圓環光耦合器的一種優選方案，所述反射金屬層為Ti/Pt/Au金屬疊層。

本發明還提供一種太赫茲量子阱光電探測器的制作方法，包括步驟：

1）提供器件材料，于所述器件材料表面刻蝕出多級同心圓環，所述多級同心圓環呈凹凸相間排列，各所述同心圓環的半徑r_k=(2k-1)λ₀/(4n)，其中，k為同心圓環對應的級數，λ₀為太赫茲量子阱光電探測器的峰值響應波長，n為太赫茲量子阱光電探測器的器件材料的折射率；

2）于圓心附近區域形成遮擋層，采用質子注入的方法將阻擋層以外的器件材料區域中和，保留圓心附近區域為器件的有效區域；

3）于所述多級同心圓環表面形成反射金屬層。

作為本發明的太赫茲量子阱光電探測器的制作方法的一種優選方案，所述多級同心圓環的級數不少于7。

作為本發明的太赫茲量子阱光電探測器的制作方法的一種優選方案，所述多級同心圓環中，凸同心圓環與凹同心圓環的高度差為0.5～2μm。

作為本發明的太赫茲量子阱光電探測器的制作方法的一種優選方案，步驟2中，所述遮擋層的形狀為半徑等于第二級同心圓環的圓形。

作為本發明的太赫茲量子阱光電探測器的制作方法的一種優選方案，步驟3）采用蒸鍍的方法于所述多級同心圓環表面形成Ti/Pt/Au金屬疊層，作為反射金屬層。

作為本發明的太赫茲量子阱光電探測器的制作方法的一種優選方案，所述器件材料采用分子束外延的方法形成于半絕緣GaAs襯底表面。