CN115207150A - 一种全通信波段覆盖的高速光电探测器 - Google Patents
一种全通信波段覆盖的高速光电探测器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115207150A CN115207150A CN202210869708.5A CN202210869708A CN115207150A CN 115207150 A CN115207150 A CN 115207150A CN 202210869708 A CN202210869708 A CN 202210869708A CN 115207150 A CN115207150 A CN 115207150A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- intrinsic
- transparent electrode
- photoelectric detector
- high speed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 42
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 39
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000011799 hole material Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 15
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 9
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 3
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 3
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 claims description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000004298 light response Effects 0.000 claims description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 5
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 6
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000000276 deep-ultraviolet lithography Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 2
- 239000002120 nanofilm Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910005898 GeSn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000001795 light effect Effects 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 1
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/105—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PIN type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022466—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0236—Special surface textures
- H01L31/02363—Special surface textures of the semiconductor body itself, e.g. textured active layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
本发明公开了一种全通信波段覆盖的高速光电探测器，高速光电探测器是半导体光电探测器件；半导体光电探测器件为台面结构，包括自下向上依次设置的衬底层、本征吸收层、等离激元纳米金属颗粒层和透明电极层；衬底层通过刻蚀暴露在台面结构的下台面，本征吸收层位于台面结构的上台面；衬底层上设有第一金属电极，透明电极层上设有第二金属电极；本征吸收层的表面纵向制作周期性锥形空气孔洞形成光子晶体；周期性锥形空气孔洞内填充有禁带宽度不同于本征吸收层材料的其他半导体材料以形成锥形孔洞材料填充区。本发明适用探测波长范围为紫外、可见光、近红外波段，同时具有高吸收效率、高集成度等优点。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测技术领域，具体涉及一种全通信波段覆盖的高速光电探测器。
背景技术
全通信波段覆盖的高速光电探测器具有较宽的光谱探测范围，近年来，宽光谱探测在环境监测、大气遥感、军事通信、公共生活等领域有着广泛的应用背景，其日益成为光电子应用领域所研究的热点问题。在当今大数据时代，随着信息数据的爆炸式增长，人们对于现有的通信系统的要求逐步提高。同时，急剧增长的数据处理量也给光电通信系统的制造带来了不小的调整。一方面光电模块的微型化、集成化已成趋势，另一方面低延时、宽波段探测也体现出其重要价值。
对于现有常规光电探测器来说，由于其吸收层材料单一，探测波长范围较窄，且对于入射光缺乏能捕获光子的有效结构，通常只能针对某一特定波长的光信号进行响应，故其在多频段的光电通信探测领域探测效率较低，难以实现全通信波段范围内的不同波长光信号的探测。因此，为实现对全通信波长的高效响应，制备一种全通信波段内的宽光谱光电探测器显得格外重要，其中，高速、高效、探测波段范围广等优点也符合当今急速发展的通信需求，为提高通信效率提供了新的思路。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种全通信波段覆盖的高速光电探测器，适用探测波长范围为紫外、可见光、近红外波段，同时具有高吸收效率、高集成度等优点。
本发明公开了一种全通信波段覆盖的高速光电探测器，所述高速光电探测器是半导体光电探测器件；
所述半导体光电探测器件为台面结构，包括自下向上依次设置的衬底层、本征吸收层、等离激元纳米金属颗粒层和透明电极层；
所述衬底层通过刻蚀暴露在所述台面结构的下台面，所述本征吸收层位于所述台面结构的上台面；
所述衬底层上设有第一金属电极，所述透明电极层上设有第二金属电极；
所述本征吸收层的表面纵向制作周期性锥形空气孔洞形成光子晶体；
所述周期性锥形空气孔洞内填充有禁带宽度不同于本征吸收层材料的其他半导体材料以形成锥形孔洞材料填充区。
作为本发明的进一步改进，所述衬底层经过p型掺杂形成p+型衬底；
所述衬底层材料为Si、lnP、lnSb、GaN、GaSb或GaAs。
作为本发明的进一步改进，所述衬底层周围生长有所述第一金属电极，且第一金属电极与衬底层形成欧姆接触；
所述第一金属电极为环形金属电极。
作为本发明的进一步改进，所述本征吸收层的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与入射光的中心波长相关。
作为本发明的进一步改进，所述探测器采用两种禁带宽度不同的材料同时进行光吸收，所述光吸收发生在所述本征吸收层和所述锥形孔洞材料填充区内。
作为本发明的进一步改进，所述本征吸收层的材料为Si、SiGe、lnGaAs、lnSb、lnAs、SiC或GaN；
所述周期性锥形空气孔洞的具体周期、深度，根据需要由入射光波长和理论计算得出；
所述周期性锥形空气孔洞内的填充材料为Ge、GeSn、SiC、lnGaAsP、lnGaAs或lnSb。
作为本发明的进一步改进，所述等离激元纳米金属颗粒层由高密度的纳米金属颗粒构成，所述纳米金属颗粒的形状、几何尺寸，根据需要由入射光频率分析得出；
所述纳米金属颗粒的材料为Au、Ag、Pt、Cu、Al、Ti或Zn；
所述等离激元纳米金属颗粒作为亚波长散射源和纳米天线，在表面等离激元发生共振处，增强光响应和光学探测。
作为本发明的进一步改进，所述透明电极层覆盖在所述等离激元纳米金属颗粒层和所述本征吸收层上，使得所述透明电极层与所述本征吸收层形成肖特基结；
所述透明电极层上生长有所述第二金属电极，所述第二金属电极为环形金属电极。
作为本发明的进一步改进，所述透明电极层材料为石墨烯、ITO、ZnO：Al、碳纳米管或Ag\Au纳米线。
作为本发明的进一步改进，所述半导体光电探测器件应用在通信领域中的紫外、可见光及近红外光波段。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过以等离激元纳米金属颗粒为亚波长散射源和纳米天线，在本征吸收层表面等离激元发生共振处来增强光响应和光学探测，同时利用光子晶体的陷光效应提高对光子的捕获率。为拓宽探测光谱范围，利用两种禁带宽度不同半导体材料进行光吸收。而透明电极层的引入对减小光反射，增加光吸收有着显著作用。宽吸收光谱、高吸收效率及高集成度等特点使本发明具有较高应用价值。
本发明适用探测波长范围为紫外、可见光、近红外波段，同时具有高吸收效率、高集成度等优点。
附图说明
图1为本发明一种实施例公开的全通信波段覆盖的高速光电探测器的三维结构图；
图2为本发明一种实施例公开的全通信波段覆盖的高速光电探测器的剖视结构图；
图3为本发明一种实施例公开的探测器制备时p型重掺杂的衬底层外延形成本征吸收层的结构示意图；
图4为本发明一种实施例公开的探测器制备时刻蚀形成上台面的结构示意图；
图5为本发明一种实施例公开的探测器制备时刻蚀形成光子晶体的结构示意图；
图6为本发明一种实施例公开的探测器制备时周期性锥形空气孔洞填充Ge的结构示意图；
图7为本发明一种实施例公开的探测器制备时表面光刻，溅射金属并剥离形成第一金属电极的结构示意图；
图8为本发明一种实施例公开的探测器制备时上台面溅射金属纳米薄膜形成等离激元纳米金属颗粒层的结构示意图；
图9为本发明一种实施例公开的探测器制备时本征吸收层和等离激元纳米金属颗粒层上方生长透明电极层的结构示意图；
图10为本发明一种实施例公开的探测器制备时透明电极层上溅射形成第二金属电极的结构示意图。
图中：
101、光子晶体；102、锥形孔洞材料填充区；103、等离激元纳米金属颗粒层；104、第二金属电极；105、透明电极层；106、本征吸收层；107、第一金属电极；108、衬底层。
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。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
如图1-2所示，本发明公开了一种全通信波段覆盖的高速光电探测器，高速光电探测器是半导体光电探测器件，半导体光电探测器件为台面结构，包括自下向上依次设置的衬底层108、本征吸收层106、等离激元纳米金属颗粒层103和透明电极层105；其中，
衬底层108通过刻蚀暴露在台面结构的下台面，本征吸收层106位于台面结构的上台面；衬底层108上设有第一金属电极107，透明电极层105上设有第二金属电极104；本征吸收层106的表面纵向制作周期性锥形空气孔洞形成光子晶体101；周期性锥形空气孔洞内填充有禁带宽度不同于本征吸收层材料的其他半导体材料以形成锥形孔洞材料填充区102。
具体的：
首先对衬底层108材料进行p型掺杂，形成p+型衬底层，清洗干燥之后做RTA快速退火，激活离子。衬底层108的材料为Si、lnP、lnSb、GaN、GaSb或GaAs。并在衬底层108上外延生长一定厚度的吸收层材料，以光刻胶作为刻蚀掩膜，采用正胶进行深紫外光刻，刻蚀出上台面本征吸收层106。衬底层108周围生长有第一金属电极107，且第一金属电极107与衬底层108形成欧姆接触；第一金属电极107为环形金属电极。
进一步的，使用电子束曝光在上台面形成光子晶体图形，通过ICP刻蚀形成光子晶体101。光子晶体101具体的周期和刻蚀深度，根据需要由入射光波长和理论计算得出。同时光子晶体101的结构设计改变了色散曲线斜率，实现了慢光效应从而也可增大光吸收，且由于光子晶体101的引入使得当入射光由顶部垂直入射时，能够有足够的光被探测器充分吸收。并利用UHV-CVD在形成的周期性锥形空气孔洞内选择外延禁带宽度不同于本征吸收层106的半导体材料，形成锥形孔洞材料填充区102。由于光子晶体中高低折射率的介质交替排列，故形成带隙中光波无法传播的陷光结构，从而可以有效捕获光子。
进一步的，本发明中的周期性锥形空气孔洞内材料可填充为：Ge、GeSn、SiC、lnGaAsP、lnGaAs、lnSb。
进一步的，本征吸收层106的厚度由光子晶体101的陷光效率决定，陷光效率与入射光的中心波长相关，因此可根据入射光中心波长来确定所需本征吸收层厚度。同时，本发明正是利用两种禁带宽度不同的半导体材料同时进行光吸收，因其各自拥有不同的吸收波长，使得本发明实现了全通信波段内更宽的吸收光谱覆盖。
进一步的，本发明中的本征吸收层106的材料为：Si、SiGe、lnGaAs、lnSb、lnAs、SiC或GaN。
进一步的，通过将上台面溅射金属纳米薄膜，然后在合成气体氛围下进行热退火工艺，得到高密度的等离激元纳米金属颗粒层103。本发明中的等离激元纳米金属颗粒层103由高密度的纳米金属颗粒构成，纳米金属颗粒的形状、几何尺寸，根据需要由入射光频率分析得出，纳米金属颗粒的材料为Au、Ag、Pt、Cu、Al、Ti或Zn；等离激元纳米金属颗粒作为亚波长散射源和纳米天线，在表面等离激元发生共振处，增强光响应和光学探测，有效提高光电探测器在对应波长处的光子吸收效率。使得当入射光照射到等离激元纳米金属颗粒层103表面时，金属表面的自由电子会发生定向移动，从而形成电偶极子。在电偶极子的作用下，等离激元纳米金属颗粒层103表面的自由电子会产生谐振现象。每一种金属纳米结构都存在固有的等离激元振荡频率，该振荡频率依赖于金属纳米结构的形状、几何尺寸。当入射光的频率与金属纳米结构的固有频率相匹配时，就会在金属表面形成电子的集体振动，产生局域表面等离激元共振，从而将对应波长的光限制在表面，提高器件对于此波长下的光吸收。
进一步的，利用分子束外延工艺在本征吸收层106和等离激元纳米金属颗粒层103上生长透明电极层105。使得透明电极层105与本征吸收层106形成肖特基结；透明电极层105的引入对于入射光具有减小光学反射，增大光吸收作用。同时，透明电极层105上生长有第二金属电极104，第二金属电极104为环形金属电极。
进一步的，本发明中的透明电极层105的材料为石墨烯、ITO、ZnO：Al、碳纳米管或Ag\Au纳米线。
进一步的，本发明中的半导体光电探测器件应用在通信领域中的紫外、可见光及近红外光波段。
如图3-10，以Si/Ge材料为例，本发明的全通信波段覆盖的高速光电探测器的制备方法，包括：
步骤1、在p型重掺杂的Si衬底层108上外延一定厚度的本征Si，形成本征吸收层106，如图3所示；
步骤2、以光刻胶作为刻蚀掩膜，采用正胶进行深紫外光刻，刻蚀出上台面，如图4所示；
步骤3、通过PECVD沉积SiO2薄膜做刻蚀掩膜，使用电子束曝光形成光子晶体图形，ICP刻蚀SiO2和Si，形成光子晶体101，如图5所示；
步骤4、利用UHV-CVD在Si上选择外延Ge单晶，Ge只在Si材料上沉积，因此Ge单晶被填充到锥形空气孔洞中，形成锥形孔洞材料填充区102，后对器件表面做CMP处理，平滑表面并去除残余SiO2，剖视图如图6所示；
步骤5、表面光刻，溅射金属并剥离形成第一金属电极107，后进行RTA快速退火合金，如图7所示；
步骤6、上台面溅射金属纳米薄膜，然后在合成气体氛围下进行热退火工艺，得到高密度的等离激元纳米金属颗粒层103，如图8所示；
步骤7、利用分子束外延工艺在本征吸收层106和等离激元纳米金属颗粒层103上生长透明电极层105，如图9所示；
步骤8、在透明电极层105上方溅射形成第二金属电极104，后进行RTA快速退火合金，如图10所示。
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 (10)
1.一种全通信波段覆盖的高速光电探测器，其特征在于，所述高速光电探测器是半导体光电探测器件；
所述半导体光电探测器件为台面结构，包括自下向上依次设置的衬底层、本征吸收层、等离激元纳米金属颗粒层和透明电极层；
所述衬底层通过刻蚀暴露在所述台面结构的下台面，所述本征吸收层位于所述台面结构的上台面；
所述衬底层上设有第一金属电极，所述透明电极层上设有第二金属电极；
所述本征吸收层的表面纵向制作周期性锥形空气孔洞形成光子晶体；
所述周期性锥形空气孔洞内填充有禁带宽度不同于本征吸收层材料的其他半导体材料以形成锥形孔洞材料填充区。
2.根据权利要求1所述的全通信波段覆盖的高速光电探测器，其特征在于，所述衬底层经过p型掺杂形成p+型衬底；
所述衬底层材料为Si、lnP、lnSb、GaN、GaSb或GaAs。
3.根据权利要求2所述的全通信波段覆盖的高速光电探测器，其特征在于，所述衬底层周围生长有所述第一金属电极，且第一金属电极与衬底层形成欧姆接触；
所述第一金属电极为环形金属电极。
4.根据权利要求1所述的全通信波段覆盖的高速光电探测器，其特征在于，所述本征吸收层的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与入射光的中心波长相关。
5.根据权利要求4所述的全通信波段覆盖的高速光电探测器，其特征在于，所述探测器采用两种禁带宽度不同的材料同时进行光吸收，所述光吸收发生在所述本征吸收层和所述锥形孔洞材料填充区内。
6.根据权利要求5所述的全通信波段覆盖的高速光电探测器，其特征在于，所述本征吸收层的材料为Si、SiGe、lnGaAs、lnSb、lnAs、SiC或GaN；
所述周期性锥形空气孔洞的具体周期、深度，根据需要由入射光波长和理论计算得出；
所述周期性锥形空气孔洞内的填充材料为Ge、GeSn、SiC、lnGaAsP、lnGaAs或lnSb。
7.根据权利要求1所述的全通信波段覆盖的高速光电探测器，其特征在于，所述等离激元纳米金属颗粒层由高密度的纳米金属颗粒构成，所述纳米金属颗粒的形状、几何尺寸，根据需要由入射光频率分析得出；
所述纳米金属颗粒的材料为Au、Ag、Pt、Cu、Al、Ti或Zn；
所述等离激元纳米金属颗粒作为亚波长散射源和纳米天线，在表面等离激元发生共振处，增强光响应和光学探测。
8.根据权利要求1所述的全通信波段覆盖的高速光电探测器，其特征在于，所述透明电极层覆盖在所述等离激元纳米金属颗粒层和所述本征吸收层上，使得所述透明电极层与所述本征吸收层形成肖特基结；
所述透明电极层上生长有所述第二金属电极，所述第二金属电极为环形金属电极。
9.根据权利要求8所述的全通信波段覆盖的高速光电探测器，其特征在于，所述透明电极层材料为石墨烯、ITO、ZnO：Al、碳纳米管或Ag\Au纳米线。
10.根据权利要求1所述的全通信波段覆盖的高速光电探测器，其特征在于，所述半导体光电探测器件应用在通信领域中的紫外、可见光及近红外光波段。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210869708.5A CN115207150B (zh) | 2022-07-21 | 2022-07-21 | 一种全通信波段覆盖的高速光电探测器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210869708.5A CN115207150B (zh) | 2022-07-21 | 2022-07-21 | 一种全通信波段覆盖的高速光电探测器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115207150A true CN115207150A (zh) | 2022-10-18 |
| CN115207150B CN115207150B (zh) | 2023-10-10 |
Family
ID=83584439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210869708.5A Active CN115207150B (zh) | 2022-07-21 | 2022-07-21 | 一种全通信波段覆盖的高速光电探测器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115207150B (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102097520A (zh) * | 2010-11-29 | 2011-06-15 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 光子晶体耦合型多色量子阱红外探测器 |
| CN103022214A (zh) * | 2012-12-26 | 2013-04-03 | 中国科学院微电子研究所 | 一种硅基锗外延结构及其应用 |
| JP5513659B1 (ja) * | 2013-04-26 | 2014-06-04 | 日本電信電話株式会社 | フォトニック結晶光検出器 |
| CN105070779A (zh) * | 2015-07-07 | 2015-11-18 | 中国科学院半导体研究所 | 具有亚波长光栅结构的面入射硅基锗光电探测器及其制备方法 |
| CN106024931A (zh) * | 2016-06-12 | 2016-10-12 | 中国科学院半导体研究所 | InAs/GaSb超晶格光子晶体红外探测器及其制备方法 |
| CN109755331A (zh) * | 2018-12-04 | 2019-05-14 | 东南大学 | 一种基于等离激元-光子模式耦合的窄带光电探测器 |
| CN111223955A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-06-02 | 北京邮电大学 | 一种具有微孔的波导耦合结构的光探测器 |
| US20200373346A1 (en) * | 2019-04-17 | 2020-11-26 | ActLight SA | Photodetector sensor arrays |
| CN112736158A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-30 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种高性能硅基锗探测器及其制备方法 |
-
2022
- 2022-07-21 CN CN202210869708.5A patent/CN115207150B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102097520A (zh) * | 2010-11-29 | 2011-06-15 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 光子晶体耦合型多色量子阱红外探测器 |
| CN103022214A (zh) * | 2012-12-26 | 2013-04-03 | 中国科学院微电子研究所 | 一种硅基锗外延结构及其应用 |
| JP5513659B1 (ja) * | 2013-04-26 | 2014-06-04 | 日本電信電話株式会社 | フォトニック結晶光検出器 |
| CN105070779A (zh) * | 2015-07-07 | 2015-11-18 | 中国科学院半导体研究所 | 具有亚波长光栅结构的面入射硅基锗光电探测器及其制备方法 |
| CN106024931A (zh) * | 2016-06-12 | 2016-10-12 | 中国科学院半导体研究所 | InAs/GaSb超晶格光子晶体红外探测器及其制备方法 |
| CN109755331A (zh) * | 2018-12-04 | 2019-05-14 | 东南大学 | 一种基于等离激元-光子模式耦合的窄带光电探测器 |
| US20200373346A1 (en) * | 2019-04-17 | 2020-11-26 | ActLight SA | Photodetector sensor arrays |
| CN111223955A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-06-02 | 北京邮电大学 | 一种具有微孔的波导耦合结构的光探测器 |
| CN112736158A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-30 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种高性能硅基锗探测器及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| DONGYU LI ET.AL.: "plasmonic phtotnic crystals induced two-order fluorescence enhancement of blue perovskite nanocrystals and its application for high-performance flexible ultraviolet photosetectors", 《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115207150B (zh) | 2023-10-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tan et al. | Emerging technologies for high performance infrared detectors | |
| US10622498B2 (en) | Microstructure enhanced absorption photosensitive devices | |
| US9330910B2 (en) | Method of forming an array of nanostructures | |
| KR20140095553A (ko) | 전자기 에너지 수집 장치, 시스템 및 방법 | |
| EP3769343B1 (en) | Photodetector | |
| JP2006261666A (ja) | 高効率無機ナノロッド強化光起電素子 | |
| Spies et al. | Nanowire photodetectors based on wurtzite semiconductor heterostructures | |
| JP6024755B2 (ja) | 半導体受光素子及びその製造方法 | |
| US20110220171A1 (en) | Photovoltaic Structure and Solar Cell and Method of Fabrication Employing Hidden Electrode | |
| JP6060462B2 (ja) | Ｉｒを透過させてｒｆを反射するオプトロニクス窓 | |
| US11309444B1 (en) | Microstructure enhanced absorption photosensitive devices | |
| US11688820B2 (en) | Photodetectors | |
| CN115207150B (zh) | 一种全通信波段覆盖的高速光电探测器 | |
| CN111640768B (zh) | 一种垂直双异质结光探测器面阵及其制作方法 | |
| JP2000091622A (ja) | 量子島を用いる光感知素子及びその製造方法 | |
| CN109494277B (zh) | 一种长波红外探测器及其制作方法 | |
| JP2013115417A (ja) | 光電変換素子及びその製造方法 | |
| US20130092222A1 (en) | Nanostructured Solar Cells Utilizing Charge Plasma | |
| LU100953B1 (en) | Photodetector | |
| JP2013106025A (ja) | 光電変換素子 | |
| US20220246775A1 (en) | Microstructure enhanced absorption photosensitive devices | |
| CN116190469A (zh) | 一种纳米柱阵列的探测器及制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |