一种1550nm光通信波段垂直堆垛波导光探测器

【技术领域】

本发明涉及光探测器领域，尤其涉及一种主要适用于大力发展超大传输容量、超长距离、超高速率光纤通信系统的1550nm光通信波段垂直堆垛波导光探测器。

【背景技术】

光电探测器通常是光纤通信系统接收端中的第一部分，也是核心部分；随着光纤通信系统的飞速发展，对光电探测器的性能也提出了同时实现“高响应度(≥100A/W)、高带宽(3dB带宽≥10GHz)和高通量(≥100Gbit/s)”的要求，而已有技术不能同时实现高响应度(≥100A/W)、高带宽(3dB带宽≥10GHz)和高通量(≥100Gbit/s)性；现有的垂直入射型光探测器的高速性能和高响应度之间存在不可调和的矛盾，而边耦合型中的波导光探测器允许带宽与量子效率分别优化，从而具有重要的应用前景。

【发明内容】

本发明目的在于解决目前的光探测器所存在的上述问题，而提供一种1550nm光通信波段垂直堆垛波导光探测器。

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种1550nm光通信波段垂直堆垛波导光探测器，采取一种垂直堆垛表面等离激元SPP整合机制，辅助LSPR,并引入波导光探测器中，具体包括：

S1、采用CMOS工艺，用SOI制作硅波导，依次完成切片、洗片、匀胶、电子束曝光、显影定影、电感耦合等离子体刻蚀和氧离子去胶的过程；

S2、采取遮掩定位及离子溅射技术在硅波导位置溅射一层Au纳米颗粒，然后通过机械剥离工艺将二维黑磷覆盖硅波导位置及其左侧区域；

S3、通过遮掩定位及脉冲激光沉积方式将SnSe制备在S1中的二维黑磷上面，以覆盖硅波导位置，再采取机械剥离工艺将一层新的二维黑磷覆盖在SnSe及其右侧区域；

S4、通过电子束曝光及电子束蒸发工艺制备两个Ti/Au电极，分别位于硅波导两侧，覆盖相应的二维黑磷，然后通过ALD沉积一层SiO2薄膜覆盖下面的所有二维黑磷直到电极位置；

S5、采用机械剥离工艺在沉积好的SiO2薄膜上面放置石墨烯，在石墨烯上通过电子束曝光及电子束蒸发工艺再制备一个Ti/Au电极作为栅极，以完成1550nm光通信波段垂直堆垛波导光探测器的制备。

进一步地，所述S1中的硅波导宽度为520nm。

进一步地，所述S4中的SiO2薄膜厚度为20nm，所述SiO2薄膜为防止二维黑磷氧化变性的膜层。

进一步地，所述S4中为了防止二维材料在波导边缘断裂，采用厚SiO2层回填的方法进行平面化处理，然后进行化学机械抛光以达到顶层硅层，并确保与上面的二维黑磷电隔离。

本发明的有益效果在于：

(1)把量子限域垂直堆垛表面等离激元SPP整合机制引入1550nm波导光探测器中，可以在提升带宽与光通量的同时，更大程度增强光吸收并进一步提升内、外量子效率；

(2)黑磷/SnSe/黑磷异质结构由于具有大规模活性面积、原子级的超短电荷提取沟道及量子遂穿机制，因而可以兼具高探测性及高速响应性，再结合栅控作用，可大大降低背底噪音和暗电流，增大光通量；

(3)以Au纳米颗粒/黑磷为主体的局域表面等离子体共振LSPR结构可以构建光陷阱并增大亚波长光子散射效应及热电子遂穿机制，从而提升光吸收和转换效率，加强器件的光响应性。

【附图说明】

图1为本发明的结构原理示意图；

图2为本发明的制备流程图。

【具体实施方式】

下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步描述：

如图1、图2所示，一种1550nm光通信波段垂直堆垛波导光探测器，采取一种垂直堆垛表面等离激元SPP整合机制，辅助LSPR,并引入波导光探测器中，具体包括：

S1、采用CMOS工艺，用SOI制作硅波导，依次完成切片、洗片、匀胶、电子束曝光、显影定影、电感耦合等离子体刻蚀和氧离子去胶的过程；

S2、采取遮掩定位及离子溅射技术在硅波导位置溅射一层Au纳米颗粒，然后通过机械剥离工艺将二维黑磷覆盖硅波导位置及其左侧区域；

S3、通过遮掩定位及脉冲激光沉积方式将SnSe制备在S1中的二维黑磷上面，以覆盖硅波导位置，再采取机械剥离工艺将一层新的二维黑磷覆盖在SnSe及其右侧区域；

S4、通过电子束曝光及电子束蒸发工艺制备两个Ti/Au电极，分别位于硅波导两侧，覆盖相应的二维黑磷，然后通过ALD沉积一层SiO2薄膜覆盖下面的所有二维黑磷直到电极位置；

S5、采用机械剥离工艺在沉积好的SiO2薄膜上面放置石墨烯，在石墨烯上通过电子束曝光及电子束蒸发工艺再制备一个Ti/Au电极作为栅极，以完成1550nm光通信波段垂直堆垛波导光探测器的制备。

优选地，所述S1中的硅波导宽度为520nm。

优选地，所述S4中的SiO2薄膜厚度为20nm，所述SiO2薄膜为防止二维黑磷氧化变性的膜层。

优选地，所述S4中为了防止二维材料在波导边缘断裂，采用厚SiO2层回填的方法进行平面化处理，然后进行化学机械抛光以达到顶层硅层，并确保与上面的二维黑磷电隔离。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改，因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。