CN111952838B - 一种基于半导体衬底的高效spp耦合器及制作方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器及制作方法，其耦合器通过电流可以直接激发耦合器结构正负极加电压，使有源区发光，发光激发结构表面的非对称金属光栅结构，从而产生单向传输的SPP，SPP经由结构传输后由发射槽散射出光，使得该耦合器具有较高的单向传输比，同时，结构简单，集成性高，便于批量生产。另外，其制作方法简便易行，工艺简单，工艺兼容性较高，适用于大规模批量加工。

Description

一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器及制作方法

技术领域

本申请涉及耦合器技术领域，尤其涉及一种基于半导体衬底的SPP耦合器及制作方法。

背景技术

高容量和高速度的信息处理技术对集成芯片的微型化和高速化提出了更高需求。传统的集成电路芯片随着器件特征尺寸的缩小逐渐逼近物理极限，进而研究者提出借助光子载体高速传输的优势，将光传输集成到电子器件中以实现芯片内的信号高速传输功能。表面等离激元(Surface Plasmon Polariton，SPP)是由外部电磁场诱导金属结构表面自由电子或束缚电子的集体振荡现象。表面等离激元能够利用光子和金属电子在纳米尺度上的相互作用，把入射光局域在金属表面亚波长的区域，实现对光的调制以及增强光与物质的相互作用，对于实现兼具极小特征尺寸和超高传输速度的集成光路具有至关重要的意义。

目前的研究中主要通过外部光源激发产生SPP，因而难以实现微小化的集成器件。近几年，研究者提出利用半导体发光芯片作为SPP的激发光源，从而实现基于具有超小体积的电注入的表面等离激元器件器件。经过研究者的努力，目前已经有了一些相关的报道，然而电注入表面等离激元器件的研究仍处于起步阶段，其面临的一个重要问题是如何降低获得适用于半导体基底的高效的SPP耦合器结构。另外，现有SPP耦合器结构通常制备工艺复杂，对设备条件要求高，成为制约其大规模应用的一个主要因素。因此，降低制作难度也是需要考虑的另一个重要问题。

发明内容

本申请提供了一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器及制作方法，用于解决现有的SPP耦合器单向传输效率差以及制作方法难度较大的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器，由下至上依次包括：衬底、半导体外延层、介质光栅层、非对称金属光栅结构、介质填充层与金属薄膜层；

所述半导体外延层包括有源区，所述半导体外延层的上表面或内部设有钝化结构，所述钝化结构用于限定可注入电流区域；

所述介质光栅层包括若干个等距排列的介质光栅，所述介质光栅设置在相对所述钝化结构限定的可注入电流区域之外；

所述非对称金属光栅结构部分覆盖所述介质光栅的表面；

所述金属薄膜层表面开有发射槽。

优选地，所述半导体外延层由下至上还依次包括n型导电层与p型导电层，所述半导体外延层还包括n型导电层与p型导电层，所述有源区设于所述n型导电层与所述p型导电层之间，所述有源区与所述p型导电层之间还设有AlAs/AlGaAs外延层，所述AlAs/AlGaAs外延层内设置所述钝化结构。

优选地，所述介质光栅的介质材料采用光刻胶、SiO2、SiNx、ITO或AlN。

优选地，所述介质光栅的介质材料的折射率为1.4～1.7，相邻的所述介质光栅之间距离为300-800nm。

优选地，所述金属薄膜层采用金、银、铝、铜、铂、钯、镁中的一种或合金材料，所述金属薄膜层厚度为10～200nm。

另一方面，本申请实施例提供了一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器的制作方法，包括以下步骤：

S101：在衬底上形成半导体外延层，其中，所述半导体外延层包括有源区；

S102：在所述衬底的背面形成第一电极；

S103：在所述半导体外延层上表面或内部形成钝化结构，从而限定可注入电流区域；

S104：在所述半导体外延层上形成具有若干个等距排列的介质光栅的介质光栅层，所述介质光栅设置在相对所述钝化结构限定的可注入电流区域之外；

S105：在所述介质光栅层上形成非对称金属光栅结构，所述非对称金属光栅结构部分覆盖所述介质光栅的表面；

S106：在所述非对称金属光栅结构的所在空间填充介质并形成介质填充层，所述介质填充层覆盖所述非对称金属光栅结构与所述介质光栅；

S107：在所述介质填充层上形成金属薄膜层；

S108：在所述金属薄膜层上形成发射槽；

S109：对所述步骤S108获得的样品通过刻蚀工艺刻蚀出耦合器的独立单元。

优选地，所述步骤S103中的钝化结构采用氧化工艺、离子注入工艺或沉积绝缘层工艺形成。

优选地，所述步骤S104形成所述介质光栅层的制作方法采用下列三种方法的任意一种：

1)首先，在所述半导体外延层的上表面通过旋涂方法形成光刻胶，然后，采用曝光与显影工艺形成具有所述光刻胶制成的所述介质光栅的介质光栅层；

2)首先，在所述半导体外延层的上表面形成介质层，所述介质层采用SiO2、SiNx、ITO或AlN材料制成，然后，在所述介质层上通过旋涂方法形成光刻胶，并通过曝光、显影形成所述光刻胶制成的所述介质光栅，最后，通过干法刻蚀工艺形成所述介质光栅层；

3)首先，在所述半导体外延层的上表面形成介质层，所述介质层采用SiO2、SiNx、ITO或AlN材料制成，然后，在所述介质层上通过旋涂方法形成光刻胶，并通过纳米压印工艺形成所述光刻胶制成的所述介质光栅，最后，通过干法刻蚀工艺形成所述介质光栅层。

优选地，所述步骤S105采用倾斜蒸镀方法形成非对称金属光栅结构，具体包括：通过电子束坩埚发出电子束，并将经过所述步骤S104获得的样品以预设的倾斜角度相对所述电子束的出射方向倾斜设置，所述预设的倾斜角度可调，经过蒸镀后，所述介质光栅的表面上形成倒“L”或“Z”字型结构的非对称金属光栅结构，同时，所述非对称金属光栅结构在所述介质光栅上形成第二电极。

优选地，所述步骤S106中在所述非对称金属光栅结构上形成所述介质填充层的具体步骤包括：通过旋涂方法在所述非对称金属光栅结构与所述介质光栅上形成表面平整的所述介质填充层，其中，旋涂的转速为4000～10000转/分钟，旋涂的次数为3～5次，所述介质填充层的介质为氢倍半硅氧烷。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请实施例提供了一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器，其通过电流可以直接激发耦合器结构正负极加电压，使有源区发光，发光激发结构表面的非对称金属光栅结构，从而产生单向传输的SPP，SPP经由结构传输后由发射槽散射出光，使得该耦合器具有较高的单向传输比，同时，结构简单，集成性高，便于批量生产。另外，本申请另一实施例提供的一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器的制作方法简便易行，工艺简单，工艺兼容性较高，适用于大规模批量加工。另外，制备得到的SPP耦合器具有较高的单向传输比，同时，结构简单，集成性高，便于批量生产。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器的制作方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器的制作方法的示例一中步骤S301获得样品的截面图；

图3为本申请实施例提供的一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器的制作方法的示例一中步骤S302获得样品的截面图；

图4为本申请实施例提供的一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器的制作方法的示例一中步骤S303获得样品的截面图；

图5为本申请实施例提供的一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器的制作方法的示例一中步骤S304获得样品的截面图；

图6为本申请实施例提供的一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器的制作方法的示例一中步骤S305获得样品的截面图；

图7为本申请实施例提供的一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器的制作方法的示例一中步骤S305进行蒸镀的示意图；

图8为本申请实施例提供的一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器的制作方法的示例一中步骤S306获得样品的截面图；

图9为本申请实施例提供的一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器的制作方法的示例一中步骤S307获得样品的截面图；

图10为本申请实施例提供的一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器的结构示意图；

图11为本申请实施例提供的一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器的制作方法的示例二获得样品的截面图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本实施例提供的一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器，由下至上依次包括：衬底、半导体外延层、介质光栅层、非对称金属光栅结构、介质填充层与金属薄膜层；

需要说明的是，介质填充层将金属薄膜层和非对称金属光栅结构隔离开，以防止SPP淬灭从而提高了SPP耦合效率。

半导体外延层包括有源区，半导体外延层的上表面或内部设有钝化结构，钝化结构用于限定可注入电流区域；

需要说明的是，钝化结构可以采用氧化方法进行钝化，也可以采用SiO2、SiNx，AlN等常规绝缘介质材料制成。

介质光栅层包括若干个等距排列的介质光栅，介质光栅设置在相对钝化结构限定的可注入电流区域之外；

非对称金属光栅结构部分覆盖介质光栅的表面；

需要说明的是，非对称金属光栅结构部分覆盖介质光栅的表面，其非对称金属光栅结构可为倒“L”结构或“Z”形结构，优选，非对称金属光栅结构的金属度大于50nm，非对称金属光栅结构的金属厚度为70～150nm。

金属薄膜层表面开有发射槽。

在本实施例中，耦合器由芯片电流驱动工作，而芯片中的电流可以直接激发耦合器结构正负极加电压，使有源区发光，发光激发结构表面的非对称金属光栅结构，从而产生单向传输的SPP，SPP经由结构传输后由发射槽散射出光，使得该耦合器具有较高的单向传输比，同时，结构简单，集成性高，便于批量生产。

以上为本申请提供的一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器的一个实施例，以下为本申请提供的一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器的另一个实施例。

本实施例提供了一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器，由下至上依次包括：衬底、半导体外延层、介质光栅层、非对称金属光栅结构、介质填充层与金属薄膜层；

需要说明的是，介质填充层将金属薄膜层和非对称金属光栅结构隔离开，以防止SPP淬灭从而提高了SPP耦合效率。

半导体外延层包括有源区，半导体外延层的上表面或内部设有钝化结构，钝化结构用于限定可注入电流区域；

需要说明的是，钝化结构可以采用氧化方法进行钝化，也可以采用SiO2、SiNx，AlN等常规绝缘介质材料制成。

介质光栅层包括若干个等距排列的介质光栅，介质光栅设置在相对钝化结构限定的可注入电流区域之外；

非对称金属光栅结构部分覆盖介质光栅的表面；

需要说明的是，非对称金属光栅结构部分覆盖介质光栅的表面，其非对称金属光栅结构可为倒“L”结构或“Z”形结构，优选，非对称金属光栅结构的金属度大于50nm，非对称金属光栅结构的金属厚度为70～150nm。

金属薄膜层表面开有发射槽。

进一步地，所述半导体外延层还包括n型导电层与p型导电层，有源区设于n型导电层与p型导电层之间，有源区与p型导电层之间还设有AlAs/AlGaAs外延层，AlAs/AlGaAs外延层内设置钝化结构。

进一步地，介质光栅的介质材料采用光刻胶、SiO2、SiNx、ITO或AlN。

进一步地，介质光栅的介质材料的折射率为1.4～1.7，相邻的介质光栅之间距离为300-800nm。

需要说明的是，优选，相邻的介质光栅之间距离为400-600nm。

进一步地，金属薄膜层采用金、银、铝、铜、铂、钯、镁中的一种或合金材料，金属薄膜层厚度为10～200nm。

以上为本申请提供的一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器的另一个实施例，以下为本申请提供的一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器的制作方法的一个实施例。

为了方便理解，请参阅图1，本实施例提供的一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器的制作方法，包括以下步骤：

S101：在衬底上形成半导体外延层，其中，半导体外延层包括有源区；

S102：在衬底的背面形成第一电极；

S103：在半导体外延层上表面或内部形成钝化结构，从而限定可注入电流区域；

S104：在半导体外延层上形成具有若干个等距排列的介质光栅的介质光栅层，介质光栅设置在相对钝化结构限定的可注入电流区域之外；

S105：在介质光栅层上形成非对称金属光栅结构，非对称金属光栅结构部分覆盖介质光栅的表面；

S106：在非对称金属光栅结构的所在空间填充介质并形成介质填充层，介质填充层覆盖非对称金属光栅结构与介质光栅；

S107：在介质填充层上形成金属薄膜层；

S108：在金属薄膜层上形成发射槽；

S109：对步骤S108获得的样品通过刻蚀工艺刻蚀出耦合器的独立单元。

需要说明的是，步骤S109可以在步骤S103之后进行。

在本实施例中，其制备方法简便易行，工艺简单，工艺兼容性较高，适用于大规模批量加工。另外，制备得到的SPP耦合器具有较高的单向传输比，同时，结构简单，集成性高，便于批量生产。

以上为本申请提供的一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器的制作方法的一个实施例，以下为本申请提供的一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器的制作方法的另一个实施例。

为了方便理解，请参阅图1，本实施例提供的一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器的制作方法，包括以下步骤：

S201：在衬底上形成半导体外延层，其中，半导体外延层包括有源区；

S202：在衬底的背面形成第一电极；

S203：在半导体外延层上表面或内部形成钝化结构，从而限定可注入电流区域；

S204：在半导体外延层上形成具有若干个等距排列的介质光栅的介质光栅层，介质光栅设置在相对钝化结构限定的可注入电流区域之外；

S205：在介质光栅层上形成非对称金属光栅结构，非对称金属光栅结构部分覆盖介质光栅的表面；

S206：在非对称金属光栅结构的所在空间填充介质并形成介质填充层，介质填充层覆盖非对称金属光栅结构与介质光栅；

S207：在介质填充层上形成金属薄膜层；

S208：在金属薄膜层上形成发射槽；

S209：对步骤S208获得的样品通过刻蚀工艺刻蚀出耦合器的独立单元。

需要说明的是，步骤S209可以在步骤S203之后进行。

进一步地，步骤S203中的钝化结构采用氧化工艺、离子注入工艺或沉积绝缘层工艺形成。

进一步地，步骤S204形成介质光栅层的制作方法采用下列三种方法的任意一种：

1)首先，在半导体外延层的上表面通过旋涂方法形成光刻胶，然后，采用曝光与显影工艺形成具有光刻胶制成的介质光栅的介质光栅层；

2)首先，在半导体外延层的上表面形成介质层，介质层采用SiO2、SiNx、ITO或AlN材料制成，然后，在介质层上通过旋涂方法形成光刻胶，并通过曝光、显影形成光刻胶制成的介质光栅，最后，通过干法刻蚀工艺形成介质光栅层；

3)首先，在半导体外延层的上表面形成介质层，介质层采用SiO2、SiNx、ITO或AlN材料制成，然后，在介质层上通过旋涂方法形成光刻胶，并通过纳米压印工艺形成光刻胶制成的介质光栅，最后，通过干法刻蚀工艺形成介质光栅层。

进一步地，步骤S205采用倾斜蒸镀方法形成非对称金属光栅结构，具体包括：通过电子束坩埚发出电子束，并将经过步骤S204获得的样品以预设的倾斜角度相对电子束的出射方向倾斜设置，预设的倾斜角度可调，经过蒸镀后，介质光栅的表面上形成倒“L”或“Z”字型结构的非对称金属光栅结构，同时，非对称金属光栅结构在介质光栅上形成第二电极。

需要说明的是，预设的倾斜角度可调，蒸镀时，可根据蒸镀时，可根据厚度变化，进行调整倾斜角度，一般而言，预设的倾斜角度为30°至60°之间。

进一步地，步骤S206中在非对称金属光栅结构上形成介质填充层的具体步骤包括：通过旋涂方法在非对称金属光栅结构与介质光栅上形成表面平整的介质填充层，其中，旋涂的转速为4000～10000转/分钟，旋涂的次数为3～5次，介质填充层的介质为氢倍半硅氧烷。

以下为结合本申请提供的一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器的制作方法而作出的部分实施示例。

示例一

本示例提供的一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器的制作方法，包括以下步骤：

S301：请参考图2，在GaAs衬底11上形成GaAs基半导体外延层，其中，其中，半导体外延层包括n型导电层12，有源区13，p型导电层14，有源区与p型导电层之间设有AlAs/AlGaAs外延层15；

S302：请参考图3，在GaAs衬底11的背面形成通过电子束蒸发形成Ti/Au电极21，作为第一电极；

S303：请参考图2与图4，通过局部氧化工艺将AlAs/AlGaAs外延层15的部分结构形成钝化结构31，作为电流限制层，从而限定可注入电流区域，优选钝化结构31设置于AlAs/AlGaAs外延层15的外端部；

S304：请参考图5，在半导体外延层上形成具有若干个等距排列的介质光栅41的介质光栅层，介质光栅41设置在相对钝化结构限定的可注入电流区域之外，介质光栅41的材料可以是光刻胶、SiO2、SiNx、ITO或AlN；

S305：请参考图6，在介质光栅层上形成非对称金属光栅结构61，非对称金属光栅结构61部分覆盖介质光栅41的表面；

具体为，并采用电子束坩埚发出电子束进行蒸镀，如图7所示，箭头方向为电子束方向，将样品与电子束的出射方向以一定倾斜角度相对设置，优选可将样品固定于倾斜固定装置51上，并且，介质光栅层朝电子束的出射方向设置，同时，倾斜固定装置51的角度连续可调，蒸镀时，可根据非对称金属光栅结构61的厚度变化，通过外置遥控装置随时调整倾斜固定装置51的角度。通过采用倾斜蒸镀方法，请参考图6，在介质光栅层上形成倒“L”结构的非对称金属光栅结构61，覆盖介质光栅41的一部分，同时，在介质光栅41上可形成第二电极。其中，倾斜蒸镀时，倾斜角为45°，第二电极的金属厚度为100nm。

S306：请参考图8，在非对称金属光栅结构61上形成介质填充层71，介质填充层71覆盖非对称金属光栅结构61与介质光栅41；

具体为，通过旋涂方法形成介质填充层71，可采用多次旋涂，以获得表面平整的介质填充层71。优选地，旋涂转速为4000～10000转/分钟，旋涂次数为3～5次。介质填充层71的介质填充材料为氢倍半硅氧烷。

S307：请参考图9，在介质填充层71上形成金属薄膜层81，金属薄膜层81厚度为100nm；

S308：请参考图10，在金属薄膜层81上形成发射槽91；

具体地，利用聚焦离子束刻蚀技术形成发射槽91，优选聚焦离子束刻蚀电压不高于30kV，束流不高于50pA。

S309：对步骤S308获得的样品通过刻蚀工艺刻蚀出耦合器的独立单元。

示例二

请参考图11，本示例提供的一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器的制作方法，包括以下步骤：

S401：在蓝宝石衬底111上形成GaN基半导体外延层，其中，半导体外延层包括n型导电层112，有源区114，p型导电层113，并通过光刻和干法刻蚀使得n型导电层112两侧端形成阶梯结构；

S402：通过光刻和磁控溅射在有源区114上方形成SiO2电流限制层115，从而限定可注入电流区域；

S403：相对于在SiO2电流限制层115之外，在p型导电层113的表面制备ITO层116，然后利用聚焦离子束刻蚀在ITO层116形成光栅结构，其中，光栅结构的光栅周期为400nm，再通过退火处理，使ITO层116与GaN基半导体外延层形成欧姆接触，ITO层116的厚度为120nm；

S404：采用倾斜蒸镀方法，在上述光栅结构上形成“Z”字型非对称金属光栅结构119，并覆盖光栅结构的一部分，并在光栅结构上形成金属电极，同时，可形成n型电极117和p型电极118，其中，倾斜蒸镀时，倾斜角为45°，金属电极厚度为100nm。

S405：在非对称金属光栅结构表面旋涂氢倍半硅氧烷形成介质填充层1110，使氢倍半硅氧烷填充“Z”字型非对称金属光栅结构并覆盖其表面，并可通过曝光显影去除不需要的氢倍半硅氧烷，优选旋涂的转速为8000转/分钟，旋涂次数为3次。

S406：在介质填充层1110上形成金属薄膜层1111，金属薄膜层1111的厚度为100nm；

S407：在金属薄膜层1111上表面利用聚焦离子束刻蚀工艺形成发射槽1112，其中，聚焦离子束刻蚀工艺的聚焦离子束刻蚀电压为15kV，束流为20pA；

S408：对步骤S407获得的样品通过刻蚀工艺刻蚀出耦合器的独立单元。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器，其特征在于，由下至上依次包括：衬底、半导体外延层、介质光栅层、非对称金属光栅结构、介质填充层与金属薄膜层；

所述半导体外延层包括有源区，所述半导体外延层的上表面或内部设有钝化结构，所述钝化结构用于限定可注入电流区域；

所述介质光栅层包括若干个等距排列的介质光栅，所述介质光栅设置在相对所述钝化结构限定的可注入电流区域之外；

所述非对称金属光栅结构部分覆盖所述介质光栅的表面，非对称金属光栅结构为倒“L”结构或“Z”形结构；

所述金属薄膜层表面开有发射槽；

所述半导体外延层还包括n型导电层与p型导电层，所述有源区设于所述n型导电层与所述p型导电层之间，所述有源区与所述p型导电层之间还设有AlAs/AlGaAs外延层，所述AlAs/AlGaAs外延层内设置所述钝化结构。

2.根据权利要求1所述的基于半导体衬底的高效SPP耦合器，其特征在于，所述介质光栅的介质材料采用光刻胶、SiO2、SiNx、ITO或AlN。

3.根据权利要求1或2所述的基于半导体衬底的高效SPP耦合器，其特征在于，所述介质光栅的介质材料的折射率为1.4～1.7，相邻的所述介质光栅之间距离为300-800nm。

4.根据权利要求1所述的基于半导体衬底的高效SPP耦合器，其特征在于，所述金属薄膜层采用金、银、铝、铜、铂、钯、镁中的一种或合金材料，所述金属薄膜层厚度为10～200nm。

5.一种基于半导体衬底的高效SPP耦合器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101：在衬底上形成半导体外延层，其中，所述半导体外延层包括有源区，所述半导体外延层还包括n型导电层与p型导电层，所述有源区设于所述n型导电层与所述p型导电层之间，所述有源区与所述p型导电层之间还设有AlAs/AlGaAs外延层；

S102：在所述衬底的背面形成第一电极；

S103：在所述半导体外延层上表面或内部形成钝化结构，从而限定可注入电流区域，所述AlAs/AlGaAs外延层内设置所述钝化结构；

S104：在所述半导体外延层上形成具有若干个等距排列的介质光栅的介质光栅层，所述介质光栅设置在相对所述钝化结构限定的可注入电流区域之外；

S105：在所述介质光栅层上形成非对称金属光栅结构，所述非对称金属光栅结构部分覆盖所述介质光栅的表面；

S106：在所述非对称金属光栅结构的所在空间填充介质并形成介质填充层，所述介质填充层覆盖所述非对称金属光栅结构与所述介质光栅；

S107：在所述介质填充层上形成金属薄膜层；

S108：在所述金属薄膜层上形成发射槽；

S109：对所述步骤S108获得的样品通过刻蚀工艺刻蚀出耦合器的独立单元。

6.根据权利要求5所述的基于半导体衬底的高效SPP耦合器的制作方法，其特征在于，所述步骤S103中的钝化结构采用氧化工艺、离子注入工艺或沉积绝缘层工艺形成。

7.根据权利要求5所述的基于半导体衬底的高效SPP耦合器的制作方法，其特征在于，所述步骤S104形成所述介质光栅层的制作方法采用下列三种方法的任意一种：

1)首先，在所述半导体外延层的上表面通过旋涂方法形成光刻胶，然后，采用曝光与显影工艺形成具有所述光刻胶制成的所述介质光栅的介质光栅层；

2)首先，在所述半导体外延层的上表面形成介质层，所述介质层采用SiO2、SiNx、ITO或AlN材料制成，然后，在所述介质层上通过旋涂方法形成光刻胶，并通过曝光、显影形成所述光刻胶制成的所述介质光栅，最后，通过干法刻蚀工艺形成所述介质光栅层；

3)首先，在所述半导体外延层的上表面形成介质层，所述介质层采用SiO2、SiNx、ITO或AlN材料制成，然后，在所述介质层上通过旋涂方法形成光刻胶，并通过纳米压印工艺形成所述光刻胶制成的所述介质光栅，最后，通过干法刻蚀工艺形成所述介质光栅层。

8.根据权利要求5所述的基于半导体衬底的高效SPP耦合器的制作方法，其特征在于，所述步骤S105采用倾斜蒸镀方法形成非对称金属光栅结构，具体包括：通过电子束坩埚发出电子束，并将经过所述步骤S104获得的样品以预设的倾斜角度相对所述电子束的出射方向倾斜设置，所述预设的倾斜角度可调，经过蒸镀后，所述介质光栅的表面上形成倒“L”或“Z”字型结构的非对称金属光栅结构，同时，所述非对称金属光栅结构在所述介质光栅上形成第二电极。

9.根据权利要求5所述的基于半导体衬底的高效SPP耦合器的制作方法，其特征在于，所述步骤S106中在所述非对称金属光栅结构上形成所述介质填充层的具体步骤包括：通过旋涂方法在所述非对称金属光栅结构与所述介质光栅上形成表面平整的所述介质填充层，其中，旋涂的转速为4000～10000转/分钟，旋涂的次数为3～5次，所述介质填充层的介质为氢倍半硅氧烷。

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