[實用新型]一種雙諧振腔結構的石墨烯光電探測器

有效

• 申請號: 201720171791.3
• 申請日: 2017-02-24
• 公開（公告）號: CN206595273U
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發明（設計）人: 杜鳴笛;何淑珍
• 申請（專利權）人: 湖南工學院
• 主分類號: H01L31/08
• 分類號: H01L31/08;H01L31/0232;H01L31/028
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所(普通合伙)43205
• 代理人: 龍騰,黃麗

技術領域

本實用新型涉及集成光學器件技術領域，尤其指一種雙諧振腔結構的石墨烯光電探測器。

背景技術

石墨烯是目前已知最薄的一種材料(只有單個碳原子層厚)，并且具備極高的載流子遷移率、非常好的低維穩定性以及電子濃度的電場可調制性，其被認為是極具潛力的電子/光電子材料，因而在多個領域都被廣泛應用。

當前超高速光纖通信發展迅猛，故同時也需要超高速和高靈敏度的光電探測器才能夠滿足其對發展的需求。石墨烯光電探測器具有極高的載流子遷移率，它在高速光通信領域中具有巨大的發展潛力。然而，相比于傳統的三五族探測器而言，石墨烯器件的探測率較低，主要原因有：（1）光吸收效率低，單層石墨烯對光只有2.3%的吸收率；（2）光生載流子復合速度過快，不能有效地分離，只有很小的一個區域會對光生載流子的分離做出貢獻，使得光生載流子的提取比較困難，這樣會導致輸出的電信號很微弱，微弱的電信號可能會埋沒在噪聲中而無法被探測到。

實用新型內容

本實用新型的目的是為了解決上述現有技術存在的問題，提供一種雙諧振腔結構的石墨烯光電探測器，其具備高量子效率、高響應速度以及超窄響應線寬的特性。

為了解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案：一種雙諧振腔結構的石墨烯光電探測器，包括頂部諧振腔以及底部諧振腔，所述頂部諧振腔位于底部諧振腔的上部，所述頂部諧振腔包括由上往下依次設置的第一分布布拉格反射鏡、二氧化硅腔、第二分布布拉格反射鏡，所述底部諧振腔包括由上往下依次設置的頂部諧振腔、空氣腔、第三分布布拉格反射鏡以及襯底，所述空氣腔內設有一吸收層，所述吸收層為單層石墨烯，所述頂部諧振腔可對光信號進行濾波并為底部諧振腔提供頂部反射鏡功能，入射光通過所述第一分布布拉格反射鏡進入頂部諧振腔，經過濾波以及數次反射后進入所述底部諧振腔內并被吸收層吸收。

優選地，所述二氧化硅腔以及空氣腔的光學厚度均為一個物理波長。

更優選地，所述吸收層的光學厚度小于一個駐波周期，所述吸收層設于駐波的波腹處。

更優選地，所述第一分布布拉格反射鏡、第二分布布拉格反射鏡以及第三分布布拉格反射鏡均由高折射率的硅與低折射率的二氧化硅逐層交錯堆疊而成，并且單層的硅與二氧化硅的厚度分別為0.113μm和0.255μm 。

更優選地，所述第一分布布拉格反射鏡及第二分布布拉格反射鏡的光學厚度均為四個駐波周期，所述第三分布布拉格反射鏡的光學厚度為七個駐波周期。

本實用新型的有益效果在于：入射光進入該探測器后，通過頂部諧振腔的濾波作用將光信號中的特定波段頻率濾除掉，可防止其對探測造成干擾，并且，頂部諧振腔由兩個分布布拉格反射鏡和一個二氧化硅腔組成，它能提供窄的入射光和合適的反射率，使得該探測器具備探測超窄帶線寬的功能；入射光在頂部諧振腔中能發生多次反射從而反復來回地傳輸信號，為底部諧振腔提供了頂部反射鏡的功能，相當于增加了吸收層的長度從而提高了光信號的響應速度；最后光信號在進入吸收層后被石墨烯吸收，石墨烯所具備的極高載流子遷移率進一步提高了光信號的響應速度，進而使整個探測器具備較高的量子效率。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例中的整體結構示意圖。

附圖標記為：

1a——頂部諧振腔1b——底部諧振腔

2——第一分布布拉格反射鏡 3——二氧化硅腔

4——第二分布布拉格反射鏡 5——空氣腔

6——第三分布布拉格反射鏡 7——襯底

8——吸收層。

具體實施方式

為了便于本領域技術人員的理解，下面結合實施例與附圖對本實用新型作進一步的說明，實施方式提及的內容并非對本實用新型的限定。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解所述術語的具體含義。