[发明专利]一种铌酸锂平面波导上的光电探测器及制备方法

说明书

本公开提供了一种铌酸锂平面波导上的光电探测器及制备方法，自下而上分别包括铌酸锂平面波导本体、硅薄膜和叉指电极，所述铌酸锂平面波导本体自下而上依次包括铌酸锂衬底、二氧化硅层和铌酸锂薄膜，通过异质集成非晶硅薄膜的方式在LNOI上制备光电探测器，通过端面耦合的方法将光耦合到铌酸锂单晶薄膜中，利用光电探测器实现了对波导中传播光的探测，其暗电流低，制备简单，为LNOI上集成光芯片的实现探索了道路。

技术领域

本公开涉及光电探测器技术领域，特别涉及一种铌酸锂平面波导上的光电探测器及制备方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

铌酸锂晶体是一种人工合成的多功能材料，它具有优良的电光、声光和非线性光学特性，在可见光和近红外波段都具有较高的透过率，被广泛应用于集成光学领域。近年来，通过离子注入和直接键合方式制备的绝缘体上的铌酸锂单晶薄膜(lithium niobateon insulator,LNOI)引起了人们极大的兴趣。由于铌酸锂和二氧化硅之间的高折射率差，基于LNOI材料制备的光子器件在集成度和器件性能上都得到了很大的提升。以LNOI为平台实现多器件集成已成为可能。目前已经报道了一系列光学器件，例如光波导，电光调制器，微环/微盘谐振器，波长转换器件等。

光电探测器是LNOI集成光学平台的一个重要组成部分。它可以将LNOI中的光信号转换为电信号，实现光信号的电学探测。铌酸锂是一种宽禁带绝缘材料，本身很难形成光电探测器，可以通过异质集成的方式来实现LNOI上的光电探测器。基于铌酸锂体材料上光电探测器的研究已有报道，1990年，A.Y.Yan和W.K.Chan等人在铌酸锂体材料上制备了砷化镓光电探测器并在633nm的波长下实现了光电探测；2018年，帕特波恩大学的等人在铌酸锂体材料上通过异质集成的方法制备了超导转变边缘传感器，并在1550nm的波长下实现了探测。但是发明人在研究中发现，目前还没有关于LNOI上光电探测器的相关报道。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种铌酸锂平面波导上的光电探测器及制备方法，通过异质集成非晶硅薄膜的方式在LNOI上制备了光电探测器，通过端面耦合的方法将光耦合到铌酸锂单晶薄膜中，利用光电探测器实现了对波导中传播光的探测。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

第一方面，本公开提供了一种铌酸锂平面波导上的光电探测器；

一种铌酸锂平面波导上的光电探测器，自下而上依次包括铌酸锂平面波导本体、硅薄膜和叉指电极，所述铌酸锂平面波导本体自下而上依次包括铌酸锂衬底、二氧化硅层和铌酸锂薄膜。

作为可能的一些实现方式，所述叉指电极为Ni/Au叉指电极或Au叉指电极。

作为可能的一些实现方式，所述二氧化硅层的厚度为2±0.5μm，优选的为2μm；所述铌酸锂薄膜的厚度为0.5±0.1μm，优选的为0.5μm。

作为可能的一些实现方式，所述二氧化硅层为非晶硅二氧化硅层。

作为可能的一些实现方式，所述硅薄膜为非晶硅薄膜。

作为可能的一些实现方式，所述非晶硅薄膜的厚度为50nm～200nm，优选的为70nm、100nm或150nm。

第二方面，本公开提供了一种铌酸锂平面波导上的光电探测器的制备方法；

一种铌酸锂平面波导上的光电探测器的制备方法，步骤如下：

制备铌酸锂平面波导本体，自下而上依次包括铌酸锂衬底、二氧化硅层和铌酸锂薄膜；

利用PECVD在铌酸锂薄膜表面沉积一层非晶硅薄膜；

利用掩模方法通过电子束蒸发工艺在硅薄膜表面沉积Ni+Au叉指电极。