[发明专利]一种表面等离激元电致激发和电学调制集成器件及其制作方法

权利要求书

1.一种表面等离激元电致激发和电学调制集成器件，其特征在于：包括半导体衬底(101)、形成在半导体衬底(101)上的半导体有源结构(102)、形成在半导体有源结构(102)周围的第一介质层(103)、形成在半导体有源结构(102)和第一介质层(103)上的金属电极和波导结构(104)，其中形成有定向耦合输出结构(105)、形成在金属电极和波导结构(104)上的第二介质层(106)、形成在第二介质层(106)上的石墨烯结构(107)、形成在石墨烯结构(107)上的石墨烯的金属电极和波导结构(108)和形成在半导体衬底(101)背面的背电极(110)。

2.根据权利要求1所述的一种表面等离激元电致激发和电学调制集成器件，其特征在于：所述集成器件还包括形成在石墨烯结构(107)上包括槽的条形金属结构（109）。

3.根据权利要求1所述的一种表面等离激元电致激发和电学调制集成器件，其特征在于：所述半导体有源结构(102)为半导体量子阱材料；所述半导体有源结构(102)包括第一垒层、量子阱层、第二垒层和P型欧姆接触层；所述量子阱层位于两垒层之间；所述半导体有源结构(102)为形成在半导体衬底(101)上的凸起长方形结构，与第一介质层(103)紧密接触，外边缘不超过半导体衬底(101)的外边缘；所述第一介质层(103)的外边缘不超过半导体衬底(101)的外边缘。

4.根据权利要求1所述的一种表面等离激元电致激发和电学调制集成器件，其特征在于：所述金属电极和波导结构(104)覆盖半导体有源结构(102)；所述金属电极和波导结构(104)的外边缘不超过第一介质层(103)的外边缘。

5.根据权利要求1所述的一种表面等离激元电致激发和电学调制集成器件，其特征在于：所述定向耦合输出结构(105)为非对称的沟槽或者槽-槽结构；所述定向耦合输出结构(105)中槽的厚度不超过金属电极和波导结构(104)的厚度。

6.根据权利要求1所述的一种表面等离激元电致激发和电学调制集成器件，其特征在于：所述第二介质层(106)不遮挡定向耦合输出结构(105)，且其一侧边缘与定向耦合输出结构(105)中槽的边缘处于同一垂直平面；所述第二介质层(106)的外边缘不超过金属电极和波导结构(104)的外边缘。

7.根据权利要求1所述的一种表面等离激元电致激发和电学调制集成器件，其特征在于：所述石墨烯结构(107)的外边缘不超过第二介质层(106)的外边缘；所述石墨烯的金属电极和波导结构(108)压在石墨烯结构(107)的两侧，垂直但不遮挡定向耦合输出结构(105)；所述石墨烯的金属电极和波导结构(108)的外边缘不超过石墨烯结构(107)的外边缘。

8.根据权利要求2所述的一种表面等离激元电致激发和电学调制集成器件，其特征在于：所述包括槽的条形金属结构（109）位于石墨烯的金属电极和波导结构(108)之间，其外边缘不超过石墨烯结构(107)的外边缘。

9.根据权利要求1所述的一种表面等离激元电致激发和电学调制集成器件，其特征在于：所述背电极(110)为金属Ti/Au或者金属Cr/Au。

10.根据权利要求1-8所述的一种表面等离激元电致激发和电学调制集成器件的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：

在长有缓冲层的衬底(101)表面生长半导体有源结构(102)；

在所生长的半导体有源结构(102)周围沉积第一介质层(103)；

在半导体有源结构(102)和第一介质层(103)表面沉积金属电极和波导结构(104)；

在所沉积的金属电极和波导结构(104)上刻蚀出定向耦合输出结构(105)；

在定向耦合输出结构(105)一侧沉积第二介质层(106)；

在第二介质层(106)表面制备石墨烯结构(107)；

在石墨烯结构(107)表面沉积石墨烯的金属电极和波导结构(108)；

在衬底(101)底面沉积背电极(110)；

所述半导体有源结构(102)的生长方法为金属有机化学气相沉积技术；所述第一介质层(103)的沉积方法为等离子体增强化学气相沉积法；所述定向耦合输出结构(105)的制备方法为聚焦离子束刻蚀法；所述第二介质层(106)的制备方法是利用光刻或电子束曝光以及等离子体增强化学气相沉积SiO₂介质并带胶剥离的方法；所述石墨烯结构(107)的制备方法为微机械剥离法或者化学气相沉积法；所述石墨烯的金属电极和波导结构(108)的制备方法为利用电子束曝光方法得到电极图案，然后沉积金属层并带胶剥离的方法。