[發明專利]一種鈮酸鋰平面波導上的光電探測器及制備方法

有效

• 申請號: 201910363000.0
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN111864003B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 王羿文;胡卉;張洪湖;朱厚彬;李青云
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01L31/102
• 分類號: H01L31/102;H01L31/0224;H01L31/0232;H01L31/20
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本公開提供了一種鈮酸鋰平面波導上的光電探測器及制備方法，自下而上分別包括鈮酸鋰平面波導本體、硅薄膜和叉指電極，所述鈮酸鋰平面波導本體自下而上依次包括鈮酸鋰襯底、二氧化硅層和鈮酸鋰薄膜，通過異質集成非晶硅薄膜的方式在LNOI上制備光電探測器，通過端面耦合的方法將光耦合到鈮酸鋰單晶薄膜中，利用光電探測器實現了對波導中傳播光的探測，其暗電流低，制備簡單，為LNOI上集成光芯片的實現探索了道路。

技術領域

本公開涉及光電探測器技術領域，特別涉及一種鈮酸鋰平面波導上的光電探測器及制備方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術，并不必然構成現有技術。

鈮酸鋰晶體是一種人工合成的多功能材料，它具有優良的電光、聲光和非線性光學特性，在可見光和近紅外波段都具有較高的透過率，被廣泛應用于集成光學領域。近年來，通過離子注入和直接鍵合方式制備的絕緣體上的鈮酸鋰單晶薄膜(lithium niobateon insulator,LNOI)引起了人們極大的興趣。由于鈮酸鋰和二氧化硅之間的高折射率差，基于LNOI材料制備的光子器件在集成度和器件性能上都得到了很大的提升。以LNOI為平臺實現多器件集成已成為可能。目前已經報道了一系列光學器件，例如光波導，電光調制器，微環/微盤諧振器，波長轉換器件等。

光電探測器是LNOI集成光學平臺的一個重要組成部分。它可以將LNOI中的光信號轉換為電信號，實現光信號的電學探測。鈮酸鋰是一種寬禁帶絕緣材料，本身很難形成光電探測器，可以通過異質集成的方式來實現LNOI上的光電探測器。基于鈮酸鋰體材料上光電探測器的研究已有報道，1990年，A.Y.Yan和W.K.Chan等人在鈮酸鋰體材料上制備了砷化鎵光電探測器并在633nm的波長下實現了光電探測；2018年，帕特波恩大學的等人在鈮酸鋰體材料上通過異質集成的方法制備了超導轉變邊緣傳感器，并在1550nm的波長下實現了探測。但是發明人在研究中發現，目前還沒有關于LNOI上光電探測器的相關報道。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本公開提供了一種鈮酸鋰平面波導上的光電探測器及制備方法，通過異質集成非晶硅薄膜的方式在LNOI上制備了光電探測器，通過端面耦合的方法將光耦合到鈮酸鋰單晶薄膜中，利用光電探測器實現了對波導中傳播光的探測。

為了實現上述目的，本公開采用如下技術方案：

第一方面，本公開提供了一種鈮酸鋰平面波導上的光電探測器；

一種鈮酸鋰平面波導上的光電探測器，自下而上依次包括鈮酸鋰平面波導本體、硅薄膜和叉指電極，所述鈮酸鋰平面波導本體自下而上依次包括鈮酸鋰襯底、二氧化硅層和鈮酸鋰薄膜。

作為可能的一些實現方式，所述叉指電極為Ni/Au叉指電極或Au叉指電極。

作為可能的一些實現方式，所述二氧化硅層的厚度為2±0.5μm，優選的為2μm；所述鈮酸鋰薄膜的厚度為0.5±0.1μm，優選的為0.5μm。

作為可能的一些實現方式，所述二氧化硅層為非晶硅二氧化硅層。

作為可能的一些實現方式，所述硅薄膜為非晶硅薄膜。

作為可能的一些實現方式，所述非晶硅薄膜的厚度為50nm～200nm，優選的為70nm、100nm或150nm。

第二方面，本公開提供了一種鈮酸鋰平面波導上的光電探測器的制備方法；

一種鈮酸鋰平面波導上的光電探測器的制備方法，步驟如下：

制備鈮酸鋰平面波導本體，自下而上依次包括鈮酸鋰襯底、二氧化硅層和鈮酸鋰薄膜；

利用PECVD在鈮酸鋰薄膜表面沉積一層非晶硅薄膜；

利用掩模方法通過電子束蒸發工藝在硅薄膜表面沉積Ni+Au叉指電極。