DE102010045195B4 - Mit einem Wellenleiter gekoppelter Oberflächenplasmon-Polariton-Photodetektor und Verfahren zum Erkennen eines Lichtsignals - Google Patents

Mit einem Wellenleiter gekoppelter Oberflächenplasmon-Polariton-Photodetektor und Verfahren zum Erkennen eines Lichtsignals Download PDF

Info

Publication number
DE102010045195B4
DE102010045195B4 DE102010045195.9A DE102010045195A DE102010045195B4 DE 102010045195 B4 DE102010045195 B4 DE 102010045195B4 DE 102010045195 A DE102010045195 A DE 102010045195A DE 102010045195 B4 DE102010045195 B4 DE 102010045195B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
waveguide
electrode
photodetector
light signal
msm
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.)
Active
Application number
DE102010045195.9A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102010045195A1 (de
Inventor
Bruce A. Block
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Intel Corp
Original Assignee
Intel Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Intel Corp filed Critical Intel Corp
Publication of DE102010045195A1 publication Critical patent/DE102010045195A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102010045195B4 publication Critical patent/DE102010045195B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12004—Combinations of two or more optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1226—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths involving surface plasmon interaction
    • 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
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
    • 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
    • H01L31/08—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
    • H01L31/108—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the Schottky type
    • H01L31/1085—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the Schottky type the devices being of the Metal-Semiconductor-Metal [MSM] Schottky barrier type

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

Vorrichtung, umfassend: einen Metall-Halbleiter-Metall-(metal-semiconductor-metal, MSM)-Photodetektor, umfassend: eine erste Elektrode; eine zweite Elektrode; ein zwischen die erste Elektrode und die zweite Elektrode geschichtetes Halbleitermaterial, und einen Wellenleiter, um ein Lichtsignal im Wellenleitermodus zu tragen, der durch ein Mantelmaterial von dem MSM-Photodetektor physisch getrennt ist, wobei der Wellenleiter relativ zur ersten Elektrode und zur zweiten Elektrode so platziert ist, dass sich die erste Elektrode zwischen dem Wellenleiter und dem Halbleitermaterial befindet; wobei der MSM-Photodetektor mit dem Wellenleiter nicht-parallel ausgerichtet ist; und wobei die ersten und zweiten Elektroden und das Halbeitermaterial des MSM-Photodetektors konfiguriert sind, um das Lichtsignal von Wellenleitermodus in Oberflächenplasmon-Polariton-(surface plasmon polariton, SPP)-Modus umzuwandeln.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Erfindungsgemäße Ausführungsformen richten sich an Photodetektoren, und spezieller, an ein Erkennen von Licht in einem Wellenleiter, indem es von Wellenleitermodus in Oberflächenplasmon-Polariton-Modus (surface plasmon polariton, SPP) umgewandelt wird.
  • INFORMATION ZUM STAND DER TECHNIK
  • Viele Anwendungen stützen sich auf die Fähigkeit, Lichtsignale zu erkennen, die sich in einem Wellenleiter fortsetzen. Licht breitet sich in geradlinigen Pfaden, als Strahlen bekannt, aus. Strahlen können an Materialschnittstellen gebrochen, reflektiert und gestreut werden. Bei einem dielektrischen Wellenleiter kann ein Kernbereich mit hohem Index von einer Mantelschicht mit einem niedrigeren Index umgeben sein. Strahlen können in dem Kernbereich mit hohem Index durch interne Reflexion an der Kern-/Mantelschnittstelle begrenzt sein. Die reflektierten Strahlen können sich gegenseitig stören, indem elektromagnetische Feldmuster innerhalb des Wellenleiters gebildet werden.
  • Bei einem Wellenleiter kann Licht lediglich bestimmte erlaubte Zustände, „Modi” genannt, aufweisen. „Modi” eines Wellenleiters beziehen sich auf Feldmuster, die sich im Kernbereich ohne Streuung, d. h. Formänderung, ausbreiten. Der Wellenleiter könnte „Einzelmodus” sein, wenn er lediglich einen Modus unterstützt. „Multimodus”-Wellenleiter unterstützen viele Modi. Einen Vergleich eines Modus kann man sich als eine Wahrscheinlichkeitsfunktion vorstellen, bei der der Modus Elektronenschalen bei Atomen ähnelt. Ein Elektron ist auf eine Schale begrenzt, ebenso wie ein Photon in seinem Modus gefunden wird. Indem die Form des Wellenleiters geändert wird, kann der Wellenleitermodus nicht mehr unterstützt werden, und Licht kann aus dem Wellenleiter und in den Detektor mit höherem Index ausgestoßen, gerichtet, gesteuert oder „gezwungen” werden.
  • Ein Wellenleiter kann Licht zu einem Photodetektor leiten. Um Licht elektrisch in einem Wellenleiter zu erkennen, kann der Photodetektor Strahlung absorbieren, photogenerierte Ladung sammeln und einen elektrischen Strom erzeugen. Derzeit werden evaneszent gekoppelte Wellenleiter-Photodetektoren oder teilweise evaneszent gekoppelte/muffengekoppelte Photodetektoren verwendet, um Licht in einem Wellenleiter zu erkennen. Typisch bei evaneszent gekoppelten Photodetektoren ist, dass die Kopplung relativ schwach ist und 20–100 Mikrometer lange Bauteile benötigt werden, um das Licht effizient einzufangen. Dies führt zu erhöhtem Dunkelstrom und erhöhter Detektorkapazität, was die Geschwindigkeit des Bauteils beschränken könnte.
  • In WO 2008/136479 A1 ist eine Photodiode offenbart, bei der eine Halbleiterlichtabsorptionsschicht in einem Grenzabschnitt zwischen einem Wellenleiter und einer unteren Mantelschicht ausgebildet ist.
  • In US 2009/0134486 A1 ist Einkoppeln von senkrecht eingestrahltem Licht in Photodioden offenbart.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Photodetektor bereitzustellen, der eine vorbestimmte Polarisationsempfindlichkeit für einfallendes Licht aufweist. Diese Aufgabe wird gemäß den nebengeordneten Patentansprüchen gelöst.
  • Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterentwicklungen derselben.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Vorstehendes und ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von Anordnungen und beispielhaften Ausführungsformen und den Ansprüchen, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, die alle einen Teil der erfindungsgemäßen Offenbarung bilden, offensichtlich. Obwohl sich Vorstehendes und die folgende schriftliche und veranschaulichte Offenbarung darauf konzentrieren, Anordnungen und beispielhafte erfindungsgemäße Ausführungsformen zu offenbaren, sollte es eindeutig selbstverständlich sein, dass dies lediglich veranschaulichend und beispielhaft erfolgt und die Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
  • 1 ist eine Querschnittsansicht eines mit einem Wellenleiter gekoppelten Plasmondetektors gemäß dem Stand der Technik;
  • 2 ist eine Draufsicht des in 1 gezeigten, mit einem Wellenleiter gekoppelten Plasmondetektors;
  • 3A und 3B sind der mit einem Wellenleiter gekoppelte Plasmondetektor, der ein in TE-Modus polarisiertes Lichtsignal bzw. die Antwort des Detektors erkennt;
  • 4A und 4B sind der mit einem Wellenleiter gekoppelte Plasmondetektor, der ein im TM-Modus polarisiertes Lichtsignal bzw. die Antwort des Detektors erkennt;
  • 5A bzw. 5B sind eine Draufsicht und Querschnittsansicht eines weiteren mit einem Wellenleiter gekoppelten Plasmon-Photodetektors gemäß dem Stand der Technik.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Ausführungsformen beschreiben eine Vorrichtung und Verfahren zum Wahrnehmen oder Erkennen von Lichtintensität bei einem optischen Wellenleiter und zur Umwandlung der optischen Intensität (Photonen) in einen Strom (Elektronen/Defektstellen).
  • Verweise in dieser Beschreibung auf „eine Ausführungsform” bedeuten, dass ein bestimmtes Merkmal, eine Struktur oder Charakteristik, die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, mindestens in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Die Verwendungen des Ausdrucks „bei einer Ausführungsform” an verschiedenen Stellen in dieser Beschreibung beziehen sich nicht unbedingt immer auf die gleiche Ausführungsform. Des Weiteren können die bestimmten Merkmale, Strukturen oder Charakteristika auf jegliche geeignete Weise bei einer oder mehr Ausführungsformen kombiniert werden.
  • Ausführungsformen richten sich an einen mit einem Wellenleiter gekoppelten Photodetektor. Der Wellenleiter kann jegliches herkömmliche Wellenleitermaterial sein, solange sein Brechungsindex größer ist als derjenige des umgebenden Mantels und sowohl Wellenleiter als auch der Mantel optisch transparent sind.
  • Bei einer Ausführungsform basiert der Detektor auf einem Metall-Halbleiter-Metall-(metal semiconductor metal, MSM)-Photodetektor. Im Falle des Metall-Halbleiter-Metall-Photodetektors dienen Metallelektroden sowohl als ein Kontakt, um eine Spannung zum Entfernen photogenerierter Träger anzulegen, als auch als eine Oberfläche, wobei ein Oberflächenplasmon-Polariton-(surface plasmon polariton, SPP)-Modus angeregt ist und das Licht in einen Halbleiterbereich des Detektors bringt, um eine effiziente Erzeugung von Elektronendefektstellenpaaren und einen photogenerierten Strom zu ermöglichen.
  • Oberflächenplasmon-Polaritonen sind Schwankungen in der Elektronendichte an der Grenze zweier Materialien. Plasmonen sind die gesammelten Schwingungen eines Elektronengases (oder Plasmas), das die Stellen eines Atomgitters eines Metalls umgibt.
  • Wenn Plasmonen mit einem Photon koppeln, kann das so erhaltene Teilchen Polariton genannt werden. Dieses Polariton breitet sich entlang der Oberfläche des Metalls bis zum Zerfall aus, entweder durch Absorption, woraufhin die Energie in Photonen umgewandelt wird, oder durch einen Strahlungsübergang in ein Photon, oder es wird ein Elektronendefektstellenpaar erzeugt, wenn die Energie einen Bandabstand eines Halbleiters überschreitet.
  • Bezug nehmend nun auf 1 und 2, wird eine Querschnittsansicht bzw. eine Draufsicht eines mit einem Wellenleiter gekoppelten Plasmondetektors gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Ein Wellenleiter 100, wie z. B. ein Siliciumnitrid-Wellenleiter, umfasst ein Siliciumoxid-Mantelmaterial 102. Ein Detektor umfasst einen Metall-Halbleiter-Metall-(metal-semiconductor-metal, MSM)-Detektor auf Germanium-(Ge)-Basis und kann erste und zweite Metallelektroden 104 und 106, die durch einen Abstand getrennt sind, umfassen. Eine Germanium-(Ge)-Schicht 108 kann zwischen die erste Elektrode 104 und die zweite Elektrode 106 in der Nähe des unteren Teils der Elektroden 104 und 106 geschichtet sein. Wie gezeigt können die Elektroden 104 und 106 ein Metall, wie z. B. Kupfer (Cu), umfassen.
  • Wie in 2 gezeigt, werden beispielhafte Größen vorgeschlagen. Beispielsweise kann der Siliciumnitrid-Wellenleiter 100 einen im Allgemeinen rechteckigen Querschnitt aufweisen, und kann 0,5 μm breit sein. Der Wellenleiter 100 kann parallel zu der ersten Elektrode 104 und in sehr großer Nähe, durch einen Abstand von 0,4 μm von der ersten Elektrode getrennt, und durch einen Abstand von 1 μm von dem Ge-Halbleitermaterial getrennt, verlaufen. Die erste Elektrode 104 und die zweite Elektrode 106 können durch einen Abstand von 0,9 μm voneinander getrennt sein. Das Ge-Halbleitermaterial 108 kann 15 μm breit sein und kann 0,55 μm in die erste Elektrode 104 und die zweite Elektrode 106 überlappen. Alle diese Größen sind Näherungen und sind nicht notwendigerweise optimiert. Alle diese Größen werden als ein mögliches Szenario vorgeschlagen und können für eine bestimmte Situation zur optimalen Leistung optimiert oder eingestellt werden.
  • Bei Betrieb kann Licht 200, das sich in einem Modus, der „Wellenleitermodus” genannt werden kann, durch den Wellenleiter 100 ausbreitet, in einen „Oberflächenplasmon-Polariton-Modus” umgewandelt werden, wenn es den Detektor passiert. In dem Wellenleiter 100 begrenztes Licht kann stark mit den Metallelektroden 104 interagieren, die in großer Nähe zu dem Wellenleiterkern 100 platziert sind, was wahrscheinlich an dem Modusausläufer in dem dielektrischen Mantel liegt. Diese starke Kopplung zwischen dem Modus und der Metalloberfläche kann Oberflächenplasmonen auf der Metalloberfläche resonant anregen, wenn die Moduspolarisation eine Komponente aufweist, die normal zu der Metallschnittstelle ist.
  • Somit wird ein sehr effizienter Prozess verwendet, um das Licht von einem optischen Modus in dem Wellenleiter 100 an einen SPP-Modus auf der Elektrodenoberfläche 104 zu koppeln. Sobald er sich in einem SPP-Modus befindet, kann die Absorption von Licht in dem Halbleiter 108 in einem sehr kleinen Bereich stattfinden. Dies kann ein Schrumpfen des aktiven Detektorbereichs ermöglichen und geringe Kapazität, sehr kurzen Transitabstand für die elektrischen Träger ermöglichen und Bauteile sehr geringer Spannung und/oder sehr hoher Frequenz ermöglichen.
  • Das Licht wird zuerst aus dem Wellenleitermodus in einen SPP-Modus gekoppelt. Da der SPP-Modus auf der Oberfläche des Metalls/Halbleiters stark begrenzt ist, (<< λ, die Lichtwellenlänge) sind sehr kleine Detektorbereiche möglich. Ebenfalls können Elektroden 104 und 106 sehr eng beabstandet sein (kleiner als die Beugungsgrenze), ohne die Effizienz der Sammlung von Photonen (im Vergleich zu herkömmlichen Detektoren) zu verlieren, so dass die Spannung sehr gering, aber dennoch in einem Hochfeld sein kann.
  • Dies kann für niedrigeren Dunkelstrom des Bauteils und Geschwindigkeit vorteilhaft sein, da die Träger keine lange Strecke zurücklegen müssen, um an der Elektrode gesammelt zu werden. Ein weiteres Merkmal ist, dass die Einführung eines SPP-Modus von der einfallenden Polarisation des Lichtes abhängt. Dies schafft die Möglichkeit für einen Detektor, der Polarisation wahrnimmt, der für optische Logik (basierend auf Polarisation) oder Polarisationssensoren nützlich sein könnte. Ist diese Polarisationsempfindlichkeit unerwünscht, kann erfindungsgemäß ein Detektor gestaltet werden, der beide Polarisationen erkennen kann, wie z. B. indem die Ausrichtung des Detektors beispielsweise hinsichtlich des Wellenleiters geändert wird. Der Plasmon gekoppelte Wellenleiter-Photodetektor weist den Vorteil auf, dass er als ein sehr kleines Photodetektorventil verwendet werden kann, das ein klein wenig Licht kanalisiert und es erkennt. Dies kann bei Überwachungsbauteilen bei optischen Systemen und Daten zur Rückkopplungssteuerung verwendet werden.
  • 3A und 4A zeigen ein Bauteil und seine Fähigkeit auf, polarisiertes Licht zu erkennen. 3A und 4A zeigen einen Wellenleiter 100, wie z. B. einen Siliciumnitrid-Wellenleiter, und ein Siliciumoxid-Mantelmaterial 102. Jeder Wellenleiter weist ebenfalls einen Metall-Halbleiter-Metall-(metal-semiconductor-metal, MSM)-Detektor auf, umfassend erste und zweite Metallelektroden 104 und 106, die durch einen Abstand und eine Germanium-(Ge)-Schicht 108, die dazwischen geschichtet ist, getrennt sind.
  • 3B und 4B zeigen die Antworten des Bauteils und das optische Taktsignal von 1 MHz und einer Vorspannung von 1 V für beide Polarisationen. D. h., dass bei 3A und 3B das optische Taktsignal 300 polarisierter TE-Modus ist transversal elektrisch, ohne elektrisches Feld in der Ausbreitungsrichtung), und bei 4A und 4B ist das optische Taktsignal 400 polarisierter TM-Modus transversal magnetisch, ohne Magnetfeld in der Ausbreitungsrichtung). Wie von den in 3B und 4B gezeigten Antworten aufgezeigt, beträgt die TE-Antwort im Vergleich zu TM beinahe 10:1. D. h., der Detektor sprach stark auf die TE-Polarisation an, und sprach wesentlich weniger stark auf das Signal an, das TM-polarisiert war.
  • 5A und 5B zeigen einen mit einem Wellenleiter gekoppelten Plasmon-Photodetektor gemäß dem Stand der Technik. 5A zeigt eine Draufsicht, umfassend einen Wellenleiter 500 mit einem Detektor 502, der sich über dem Wellenleiter 500 befindet. 5B ist eine Querschnittsansicht des in 5A gezeigten Wellenleiter-Plasmon-Photodetektors. Wie gezeigt, umfasst das Bauteil den Wellenleiter 500 mit einem Oxidmantel. Der wie vorstehend beschriebene Metall-Halbleiter-Metall-(metal-semiconductor-metal, MSM)-Detektor kann untere und obere Metallelektroden 504 bzw. 506, die durch einen Abstand getrennt sind, und eine Germanium-(Ge)-Schicht 508, die dazwischen geschichtet ist, umfassen. Solch ein Bauteil kann nützlich sein, um höhere Datenraten zu erreichen als diejenigen, die mit herkömmlichen mit einem Wellenleiter gekoppelten Photodetektoren möglich wären, und können sehr effiziente Leistungssensoren oder Polarisationssensoren ermöglichen, die weiter bei der Integration optischer Bauteile helfen könnten.

Claims (15)

  1. Vorrichtung, umfassend: einen Metall-Halbleiter-Metall-(metal-semiconductor-metal, MSM)-Photodetektor, umfassend: eine erste Elektrode; eine zweite Elektrode; ein zwischen die erste Elektrode und die zweite Elektrode geschichtetes Halbleitermaterial, und einen Wellenleiter, um ein Lichtsignal im Wellenleitermodus zu tragen, der durch ein Mantelmaterial von dem MSM-Photodetektor physisch getrennt ist, wobei der Wellenleiter relativ zur ersten Elektrode und zur zweiten Elektrode so platziert ist, dass sich die erste Elektrode zwischen dem Wellenleiter und dem Halbleitermaterial befindet; wobei der MSM-Photodetektor mit dem Wellenleiter nicht-parallel ausgerichtet ist; und wobei die ersten und zweiten Elektroden und das Halbeitermaterial des MSM-Photodetektors konfiguriert sind, um das Lichtsignal von Wellenleitermodus in Oberflächenplasmon-Polariton-(surface plasmon polariton, SPP)-Modus umzuwandeln.
  2. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Halbleitermaterial Germanium (Ge) umfasst.
  3. Die Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode Kupfer (Cu) umfassen.
  4. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Wellenleiter Siliciumnitrid umfasst.
  5. Die Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Mantelmaterial einen größeren Brechungsindex als der Wellenleiter bietet.
  6. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Photodetektor polarisationsempfindlich ist.
  7. Die Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Photodetektor optische Logiksignale basierend auf Polarisation des Lichtsignals erkennt.
  8. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Mantelmaterial Siliciumoxid umfasst.
  9. Verfahren zum Erkennen eines Lichtsignals, umfassend: einen Metall-Halbleiter-Metall-(metal-semiconductor-metal, MSM)-Photodetektor aus einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode mit einer Halbleiterschicht dazwischen und einem Wellenleiter zu bilden, wobei das Bilden physisches Trennen des Wellenleiters von dem MSM-Photodetektor durch ein Mantelmaterial enthält, und den Wellenleiter relativ zur ersten Elektrode und zur zweiten Elektrode so zu platzieren, dass sich die erste Elektrode zwischen dem Wellenleiter und dem Halbleitermaterial befindet; ein Lichtsignal in den Wellenleiter einzuführen, wobei das Lichtsignal in einem Wellenleitermodus ist; den Wellenleiter in der Nähe des Metall-Halbleiter-Metall-(metal-semiconductor-metal, MSM)-Photodetektors zu platzieren, wobei der MSM-Photodetektor mit dem Wellenleiter nicht-parallel ausgerichtet ist; und das Lichtsignal mit dem MSM-Photodetektor von Wellenleitermodus in Oberflächenplasmon-Polariton-(surface plasmon polariton, SPP)-Modus umzuwandeln, um das Lichtsignal zu erkennen.
  10. Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Halbleiterschicht Germanium (Ge) umfasst.
  11. Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode Kupfer (Cu) umfassen.
  12. Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei der MSM-Photodetektor polarisationsempfindlich ist.
  13. Das Verfahren nach Anspruch 12, weiter umfassend, den Wellenleiter aus Siliciumnitrid zu bilden.
  14. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Mantelmaterial einen größeren Brechungsindex als das Siliciumnitrid bietet.
  15. Das Verfahren nach Anspruch 12, weiter umfassend, optische Logiksignale basierend auf Polarisation des Lichtsignals mit dem MSM-Photodetektor zu erkennen.
DE102010045195.9A 2009-09-30 2010-09-13 Mit einem Wellenleiter gekoppelter Oberflächenplasmon-Polariton-Photodetektor und Verfahren zum Erkennen eines Lichtsignals Active DE102010045195B4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/571,128 2009-09-30
US12/571,128 US8417070B2 (en) 2009-09-30 2009-09-30 Waveguide coupled surface plasmon polarition photo detector

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102010045195A1 DE102010045195A1 (de) 2011-04-28
DE102010045195B4 true DE102010045195B4 (de) 2016-10-27

Family

ID=43780488

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102010045195.9A Active DE102010045195B4 (de) 2009-09-30 2010-09-13 Mit einem Wellenleiter gekoppelter Oberflächenplasmon-Polariton-Photodetektor und Verfahren zum Erkennen eines Lichtsignals

Country Status (4)

Country Link
US (2) US8417070B2 (de)
JP (2) JP2011076086A (de)
CN (1) CN102032945A (de)
DE (1) DE102010045195B4 (de)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8417070B2 (en) * 2009-09-30 2013-04-09 Intel Corporation Waveguide coupled surface plasmon polarition photo detector
FR2953607B1 (fr) * 2009-12-09 2012-05-18 Commissariat Energie Atomique Dispositif de couplage d'une onde electromagnetique entre un guide d'onde et un guide metallique a fente, procede de fabrication dudit dispositif
US8829633B2 (en) 2012-05-03 2014-09-09 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Self-aligned semiconductor ridges in metallic slits as a platform for planar tunable nanoscale resonant photodetectors
KR102058605B1 (ko) 2012-12-11 2019-12-23 삼성전자주식회사 광 검출기 및 이를 포함하는 이미지 센서
JP6470122B2 (ja) * 2015-06-17 2019-02-13 日本電信電話株式会社 光検出器
JP6641765B2 (ja) * 2015-08-05 2020-02-05 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 光通信装置、及び、光モジュール
US9749044B1 (en) * 2016-04-05 2017-08-29 Facebook, Inc. Luminescent detector for free-space optical communication
CN106653930B (zh) * 2016-09-13 2018-09-25 北京大学 基于半导体纳米材料的等离激元增强光电探测器及其制备方法
CN106784121B (zh) * 2016-11-30 2018-09-14 天津大学 表面等离子激元光电探测器及其制备方法
KR102246017B1 (ko) * 2017-04-11 2021-04-30 한국전자통신연구원 편광 조절기
CN109742183B (zh) * 2018-11-29 2022-04-26 中国科学院微电子研究所 一种光电探测器及其制作方法
US11009658B2 (en) * 2019-03-01 2021-05-18 California Institute Of Technology Waveguide integrated plasmon assisted field emission detector
US11245044B2 (en) * 2020-01-14 2022-02-08 Hoon Kim Plasmonic field-enhanced photodetector and image sensor
CN117289407A (zh) * 2022-06-17 2023-12-26 苏州旭创科技有限公司 光芯片以及光模块

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7423254B2 (en) * 2004-03-22 2008-09-09 Research Foundation Of The City University Of New York High responsivity high bandwidth metal-semiconductor-metal optoelectronic device
WO2008136479A1 (ja) * 2007-05-01 2008-11-13 Nec Corporation 導波路結合型フォトダイオード
US20090134486A1 (en) * 2006-03-13 2009-05-28 Nec Corporation Photodiode, method for manufacturing such photodiode, optical communication device and optical interconnection module

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3804489A (en) * 1972-12-06 1974-04-16 Bell Telephone Labor Inc Electro-optic thin-film diffraction loss modulator
JP3721586B2 (ja) * 1994-08-05 2005-11-30 ソニー株式会社 光検出器
US5625729A (en) * 1994-08-12 1997-04-29 Brown; Thomas G. Optoelectronic device for coupling between an external optical wave and a local optical wave for optical modulators and detectors
JP2001272559A (ja) 2000-03-27 2001-10-05 Fuji Photo Film Co Ltd 光導波路素子および半導体レーザ装置
US7203387B2 (en) * 2003-09-10 2007-04-10 Agency For Science, Technology And Research VLSI-photonic heterogeneous integration by wafer bonding
KR100853067B1 (ko) * 2004-04-05 2008-08-19 닛본 덴끼 가부시끼가이샤 포토 다이오드와 그 제조 방법
US7701025B2 (en) * 2006-06-06 2010-04-20 Research Foundation Of The City University Of New York Method and device for concentrating light in optoelectronic devices using resonant cavity modes
JP4912086B2 (ja) 2006-08-24 2012-04-04 コスモ工機株式会社 管接続部材の脱着方法
US8183656B2 (en) * 2006-12-14 2012-05-22 Nec Corporation Photodiode
JP2008175615A (ja) * 2007-01-17 2008-07-31 Fdk Corp 表面プラズモン共鳴センサ
JP2008176209A (ja) * 2007-01-22 2008-07-31 Fdk Corp 表面プラズモンによる光結合デバイス
US8290325B2 (en) * 2008-06-30 2012-10-16 Intel Corporation Waveguide photodetector device and manufacturing method thereof
JPWO2010021073A1 (ja) * 2008-08-18 2012-01-26 日本電気株式会社 半導体受光素子、光通信デバイス、光インターコネクトモジュール、光電変換方法
US8417070B2 (en) * 2009-09-30 2013-04-09 Intel Corporation Waveguide coupled surface plasmon polarition photo detector

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7423254B2 (en) * 2004-03-22 2008-09-09 Research Foundation Of The City University Of New York High responsivity high bandwidth metal-semiconductor-metal optoelectronic device
US20090134486A1 (en) * 2006-03-13 2009-05-28 Nec Corporation Photodiode, method for manufacturing such photodiode, optical communication device and optical interconnection module
WO2008136479A1 (ja) * 2007-05-01 2008-11-13 Nec Corporation 導波路結合型フォトダイオード
US20100119192A1 (en) * 2007-05-01 2010-05-13 Nec Corporation Waveguide path coupling-type photodiode

Also Published As

Publication number Publication date
US20130287333A1 (en) 2013-10-31
US8417070B2 (en) 2013-04-09
JP2011076086A (ja) 2011-04-14
US20110075962A1 (en) 2011-03-31
US9063254B2 (en) 2015-06-23
CN102032945A (zh) 2011-04-27
JP2014160881A (ja) 2014-09-04
DE102010045195A1 (de) 2011-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010045195B4 (de) Mit einem Wellenleiter gekoppelter Oberflächenplasmon-Polariton-Photodetektor und Verfahren zum Erkennen eines Lichtsignals
DE69532638T2 (de) Optoelektronischer Koppler
Mitrofanov et al. Perfectly absorbing dielectric metasurfaces for photodetection
Smith et al. Design and measurement of anisotropic metamaterials that exhibit negative refraction
EP2140298A2 (de) Konzept zur erfassung von bildern mit subwellenlängenauflösung
US20120006981A1 (en) Waveguide integrated photodetector
EP2633286A1 (de) Effizienz-verbessertes fasergekoppeltes terahertzsystem
DE102016206824A1 (de) Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung, Strukturen zur photonischen Wellenlängentrennung, Microlab-Systeme, optische Empfänger, Verfahren zur Herstellung einer Struktur zur plasmonischen Wellenlängentrennung, Verfahren zur Herstellung einer Struktur zur photonischen Wellenlängentrennung
EP3183607A1 (de) Optische diode
WO2012048359A1 (de) Optischer evaneszenzfeldsensor
Hong et al. Plasmonic metasurface cavity for simultaneous enhancement of optical electric and magnetic fields in deep subwavelength volume
DE102017209466A1 (de) Filterelement für einen spektralen Sensor und Verfahren zum Herstellen eines Filterelements für einen spektralen Sensor
Nguyen et al. Control of femtosecond laser written waveguides in silica glass
DE10335533A1 (de) Berührungsloser Dehnungssensor
DE102020111150B4 (de) Vorrichtung zur Ankopplung von optischen Wellenleitern an ein Detektorarray und Verwendung der Vorrichtung in einer breitbandigen Kamera
DE102011089245B3 (de) Optischer Diffusor und Verfahren zur Herstellung eines optischen Diffusors
CN104852116B (zh) 一种不依赖偏振的表面等离激元定向耦合器及其控制方法
CN110376767B (zh) 一种集成光纤的全光纤波长选择调制器与探测器
DE112008000727T5 (de) Verfahren zur Herstellung eines optischen Wellenleitersubstrats für die Oberflächenbestückung
DE102012109243B4 (de) Strahlungsdetektierendes Halbleiterbauelement
CN113865702B (zh) 一种具有起偏功能的光纤集成光电探测器
DE102020210245B3 (de) Gradiometer zur Erfassung eines Gradientenfeldes einer physikalischen Größe
Hale Photoconductive Metasurfaces for Terahertz Applications
DE102021200533A1 (de) Optische Schnittstelle und Verfahren zur spektroskopischen Erfassung
DE112022001270T5 (de) Schwebstoffdetektor und verfahren zum nachweis von schwebstoffen

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final