[發明專利]一種介質填充的金屬光柵-半導體SPP源及其制作方法

有效

• 申請號: 201710717626.8
• 申請日: 2017-08-21
• 公開（公告）號: CN107508023B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 劉文杰;金崇君
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01P3/08
• 分類號: H01P3/08
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司 44100
• 代理人: 張玲春

1.一種介質填充的金屬光柵-半導體復合結構的SPP源，其特征在于：包括第一金屬層、襯底、半導體外延層、第二金屬層及介質層；第一金屬層設置于襯底下表面，半導體外延層設置于襯底上表面，第二金屬層設置于半導體外延層的上表面；所述第一金屬層與襯底形成歐姆接觸；所述半導體外延層包括有源區；所述第二金屬層包括金屬光柵結構，所述介質層填充該金屬光柵；所述金屬光柵傾斜，其傾斜角度為20-60°；SPP傳播方向由介質層的光學厚度決定。

2.如權利要求1所述的介質填充的金屬光柵-半導體復合結構的SPP源，其特征在于：所述有源區包括量子阱、量子點或PN結；所述第二金屬層厚度在100-200nm之間。

3.如權利要求2所述的介質填充的金屬光柵-半導體復合結構的SPP源，其特征在于：所述金屬光柵傾斜角度為50°。

4.如權利要求2所述的介質填充的金屬光柵-半導體復合結構的SPP源，其特征在于：所述介質層在金屬光柵之中填充，且所述介質上表面高出所述第二金屬層的上表面；所述金屬光柵下表面至介質層上表面的高度在150nm至300nm之間。

5.權利要求1-4中任一項所述的介質填充的傾斜金屬光柵-半導體復合結構的SPP源的制作方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：在襯底上形成半導體外延層，其中，所述半導體外延層包括有源區；

步驟二：在襯底背面形成第一金屬層；

步驟三：在半導體外延層上表面形成第二金屬層；

步驟四：采用聚焦離子束刻蝕在第二金屬層表面形成金屬光柵結構；并且，所述金屬光柵結構傾斜，其傾斜角度20-60°；

步驟五：介質層在填充金屬光柵結構內部及覆蓋表面；所述介質層用于調控SPP傳播方向；

步驟六：在半導體外延層上刻蝕出器件單元。

6.如權利要求5所述的制作方法，其特征在于：步驟三中，所述第二金屬層材料為金、銀、鋁、銅、鉑、鈀、鎂中的一種，在所述第二金屬層材料與半導體材料之間還包括第三金屬層。

7.如權利要求5所述的制作方法，其特征在于：步驟四中，形成傾斜金屬光柵的方法為：采用傾斜的聚焦離子束刻蝕系統制作；其中，聚焦離子束刻蝕電壓不高于30kV，束流不高于50pA。

8.如權利要求5所述的制作方法，其特征在于：還包括步驟，在第二金屬層表面通過旋涂方法形成介質層，采用電子束曝光，保留金屬光柵結構內部及周圍的介質層。

9.如權利要求8所述的制作方法，其特征在于：旋涂采用多次旋涂方法，獲得平整的介質層上表面；轉速為4000-10000轉/分鐘，分3-5次旋涂。