[發明專利]一種局域場增強的光電導型高速光電探測器

有效

• 申請號: 202211149831.6
• 申請日: 2022-09-21
• 公開（公告）號: CN115810680B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 劉文杰;傅開祥;郎鈺文;秦玉文;王云才
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H01L31/0232
• 分類號: H01L31/0232;H01L31/0224;H01L31/115;H01L31/18;G02B5/00
• 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

1.一種基于表面等離激元增強的光電導型高速探測器的制備方法，其特征在于，所述光電導型高速探測器包括：

襯底、下半導體層、增透層，下金屬電極，雙層金屬光柵電極，上半導體光柵；

所述下半導體層，下金屬電極，雙層金屬光柵電極，增透層，上半導體光柵均設置在所述襯底之上，且下半導體層位于下金屬電極與雙層金屬光柵電極之間；

所述上半導體光柵設置在所述下半導體層與雙層金屬光柵電極之間；

所述雙層金屬光柵電極與所述下金屬電極構成F-P型諧振腔，與所述雙層金屬光柵電極產生的表面等離激元效應相耦合，將場分布局域在半導體內部；

所述基于表面等離激元增強的光電導型高速探測器的制備方法，包括以下工藝步驟：

步驟一：采用金屬有機化學氣相沉積或分子束外延方法在臨時襯底上生長外延層；在所述外延層上形成第一金屬層，用于和外延層形成歐姆接觸；

步驟二：對步驟一形成的結構進行光刻及刻蝕，形成分立結構，得到臨時襯底上圖形化的半導體外延層，所述圖形化的半導體外延層上表面為圖形化的第一金屬層；

步驟三：在最終襯底上形成圖形化的第二金屬層，所述圖形化的第二金屬層面積大于第一金屬層面積；所述圖形化的第二金屬層的形態為圓形；

步驟四：通過對準鍵合將圖形化的第一金屬層和圖形化的第二金屬層鍵合在一起；并刻蝕去除臨時襯底，圖形化的半導體外延層結構轉移至最終襯底上；

其中，鍵合在一起的圖形化的第一金屬和第二金屬層用于高速探測器的下金屬電極，同時作為FP腔的下反射鏡；

步驟五：在圖形化的半導體外延層表面形成納米結構；其中，利用聚焦離子束刻蝕形成半導體納米結構；或利用電子束曝光結合刻蝕形成半導體納米結構；所述半導體納米結構為一維半導體光柵或為二維半導體光柵；

步驟六：在步驟五形成的半導體納米結構表面垂直蒸鍍金屬；

步驟七：光刻及蒸鍍金屬形成圓環電極與雙層金屬光柵電極接觸，形成電連接；同時形成共面波導電極，用于后續封裝焊線。

2.根據權利要求1所述的基于表面等離激元增強的光電導型高速探測器的制備方法，其特征在于：

所述雙層金屬光柵電極與所述下半導體層和上半導體光柵形成歐姆接觸，當入射電磁波與雙層金屬光柵電極相互作用時，金屬產生的表面等離激元局域場效應，在上半導體光柵內部產生增強的局域電場，增加半導體對入射光的吸收效率。

3.根據權利要求1所述的基于表面等離激元增強的光電導型高速探測器的制備方法，其特征在于：

所述雙層金屬光柵電極通過外側環形電極進行電連接，并且雙層金屬光柵電極與所述下金屬電極分別構成探測器的正極和負極，用于為探測器加外置偏壓。

4.根據權利要求1所述的基于表面等離激元增強的光電導型高速探測器的制備方法，其特征在于：

所述下半導體層與上半導體光柵的材質為GaAs、AlAs、InAs、InGaAs、AlGaAs、InGaAsP其中之一或多個的合金。

5.根據權利要求1所述的基于表面等離激元增強的光電導型高速探測器的制備方法，其特征在于：還具有增透層，所述增透層置于雙層金屬光柵電極之上。