CN113299775B - 一种高速短波通信探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速短波通信探测器，属于光电检测技术领域，包括衬底层、短波吸收层位于衬底层上、在短波吸收层内设有周期光子晶体、透明电极层覆盖在短波吸收层上，使得透明电极层和短波吸收层形成肖特基结；在透明电极层上生长有第一金属电极；在衬底层的背面上生长有第二金属电极。本发明结构的工艺简单、光捕获率高、响应速度快。
Description
技术领域
本发明涉及光电检测技术领域，尤其涉及一种高速短波通信探测器。
背景技术
随着光电技术的发展，光电探测器成为人类生活中必不可缺的一部分。
光探测器件是利用半导体材料的光电导效应制成的。所谓光电导效应，是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象。光电导探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。
蓝绿光通信是激光通信的一种，采用光波波长为450－570nm的蓝绿光束，介于蓝光和绿光之间。由于海水对蓝绿波段的可见光吸收损耗极小，因此蓝绿光通过海水时，不仅穿透能力强，而且方向性极好，是在深海中传输信息的通信重要方式之一，另外还应用于探雷、测深等领域。
紫外光通信既可以补足传统光通信不能进行非视距通信，受气候影响严重的缺陷，也可以弥补传统无线及有线通信需要部署线路和基站等灵活性差的不足，是一种极具发展潜力的通信军事手段。
光子晶体是由周期性排列的不同折射率的介质制造的规则光学结构。这种材料因为具有光子带隙而能够阻断特定频率的光子，从而影响光子运动的。这种影响类似于半导体晶体对于电子行为的影响。由半导体在电子方面的应用，人们推想可以通过光子晶体制造的器件来控制光子运动。
在可见光中蓝-绿光对海水的吸收最小，使之在海洋通讯中占有非常重要的地位，此外蓝绿光在医学上的应用也普遍得到人们的关注。紫外光通信可以实现非视距、短距离的抗干扰、抗截获能力强的特点，特别适合于军事应用中，是满足战术通信要求的理想手段。故制造一种高速短波通信探测器具有实际意义。
发明内容
针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种高速短波通信探测器。
为实现上述目的，本发明提供一种高速短波通信探测器，包括：
衬底层；
短波吸收层，所述短波吸收层位于所述衬底层上，在所述短波吸收层内周期性形成光子晶体；
透明电极层，所述透明电极层覆盖在所述短波吸收层上，使得所述透明电极层和所述短波吸收层形成肖特基结；
其中，在所述透明电极层上生长有第一金属电极；在所述衬底层的背面上生长有第二金属电极。
优选的是，所述短波吸收层厚度由所述光子晶体的陷光效率决定，所述光子晶体的陷光效率和入射光的中心波长相关。
优选的是，所述短波吸收层的材料为Si、GeSn、InP、InGaAs、GaN、ZnSe或CdSe，且所述短波吸收层为n-吸收层。
优选的是，所述光子晶体在所述短波吸收层上呈周期性排列。
优选的是，通过所述光子晶体改变色散曲线斜率实现慢光效应，从而增加了光吸收。
优选的是，所述透明电极层的材料为石墨烯、Al:ZnO、氧化铟锡、纳米银线或碳纳米管。
优选的是，所述第一金属电极为叉指电极，所述第二金属电极为平面电极。
优选的是，所述衬底层为n+衬底层。
优选的是，应用在为蓝绿光波段和紫外波段。
优选的是，与微电子集成电路通过CMOS工艺集成。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过光子晶体的陷光效应提高对光的捕获率，且透明电极层和短波吸收层形成肖特基结，该结构的工艺简单、光捕获率高、响应速度快等优点。
附图说明
图1：本发明中短波高速探测器的结构示意图；
图2：本发明中短波高速探测器一个角度的剖视图；
图3：本发明中短波高速探测器的俯视图；
图4：本发明中单个光子晶体结构示意图；
图5：本发明中短波高速探测器的制作流程过程图；
图6：本发明中光子晶体局部仿真结构及对应光场仿真图。
附图标记：
101、光子晶体；102、短波吸收层；103、衬底层；104、透明电极层；105、第一金属电极；106、第二金属电极。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图1-6对本发明做进一步的详细描述：
如图1-3所示，本发明提供一种高速短波通信探测器，包括：
衬底层103，衬底层103的材料为Si，且该衬底层103通过n型掺杂形成n+Si衬底；
短波吸收层102，短波吸收层102位于衬底层103上，在短波吸收层102内内周期性形成光子晶体101；
具体地，在衬底层103外延形成短波吸收层102，短波吸收层102的材料为Si、GeSn、InP、InGaAs、GaN、ZnSe或CdSe，短波吸收层102为n-吸收层，且短波吸收层102厚度由光子晶体101的陷光效率决定，光子晶体101的陷光效率和入射光的中心波长相关，入射光中心波长越短所需要的吸收深度就越浅，短波吸收层102厚度就越薄，可以更好的满足高响应速度的需要。另外，在本发明中短波吸收层102厚度略大于入射光中心波长越长所需要的吸收深度，尽可能的覆盖更大波长范围。在短波吸收层102通过光刻形成光子晶体101图形，通过刻蚀形成光子晶体101，且光子晶体101在短波吸收层102上呈周期性排列，如图3所示，光子晶体101具体的周期和刻蚀深度，根据需要、入射光波长和理论计算得出；通过光子晶体101改变色散曲线斜率实现慢光效应，从而增加了光吸收，单个光子晶体101的结构如图4所示。
透明电极层104，透明电极层104覆盖在短波吸收层102上，使得透明电极层104和短波吸收层102形成肖特基结；
具体地，透明电极层104的材料为石墨烯、Al:ZnO、氧化铟锡、纳米银线或碳纳米管。
其中，在透明电极层104上生长有第一金属电极105；在衬底层103的背面上生长有第二金属电极106。
具体地，第一金属电极105为叉指电极，第二金属电极106为平面电极，透明电极层104保证了该探测器光的吸收，具有导电作用，且第一金属电极105和第二金属电极106提高了探测器的导电能力。第一金属电极105和第二金属电极106的材料均可选用Al、Au、Ag、Cu或Ni。
本申请的探测器应用在为蓝绿光波段和紫外光波段。
本申请的探测器与微电子集成电路通过CMOS工艺集成。
参照图5，本发明高绿短波通信探测器的制备方法，包括：
步骤1、在衬底层103进行n型掺杂，形成n+Si衬底层103，并在该衬底层103上生长n-吸收层；
步骤2、在n-吸收层上涂上光刻胶，进行深紫外光刻，形成光子晶体101图形。
步骤3、在n-吸收层上进行ICP刻蚀，形成光子晶体101，清洗并干燥。
步骤4、PECVD在光子晶体101中沉积SiO2。
步骤5、对外n-吸收层表面做CMP处理，如图5第一幅图所示。
步骤6、在n-吸收层上表面生长ITO，如图5第二幅所示。
步骤7、生长背面电极和正面叉指电极，如图5第三幅图所示。
参照图6，为光子晶体局部仿真结构以及对应光场仿真图。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种高速短波通信探测器，其特征在于，应用在蓝绿光波段和紫外光波段，包括：
衬底层，所述衬底层为n+衬底层；
短波吸收层，所述短波吸收层位于所述衬底层上，在所述短波吸收层内周期性形成光子晶体，所述短波吸收层厚度由所述光子晶体的陷光效率决定，所述光子晶体的陷光效率和入射光的中心波长相关，所述短波吸收层的材料为Si、GeSn、InP、InGaAs、GaN、ZnSe或CdSe，且所述短波吸收层为n-吸收层，所述光子晶体在所述短波吸收层上呈周期性排列；
透明电极层，所述透明电极层覆盖在所述短波吸收层上，使得所述透明电极层和所述短波吸收层形成肖特基结，所述透明电极层的材料为石墨烯、Al:ZnO、氧化铟锡、纳米银线或碳纳米管；
其中，在所述透明电极层上生长有第一金属电极；在所述衬底层的背面上生长有第二金属电极。
2.如权利要求1所述的一种高速短波通信探测器，其特征在于，通过所述光子晶体改变色散曲线斜率实现慢光效应，从而增加了光吸收。
3.如权利要求1所述的一种高速短波通信探测器，其特征在于，所述第一金属电极为叉指电极，所述第二金属电极为平面电极。
4.如权利要求1所述的一种高速短波通信探测器，其特征在于，与微电子集成电路通过CMOS工艺集成。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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