[发明专利]一种单行载流子光电探测器及其制作方法

说明书

本申请提供一种单行载流子光电探测器及其制作方法，在吸收层附近引入表面等离激元结构，利用局域的场增强以及传输中的近场增强与散射等特性增加吸收层的吸收，提高吸收层的光电转化效率，使得厚度较薄的吸收层具有较高的吸收性能，从而使得单行载流子光电探测器在较薄厚度的吸收层也能具有较高的响应度特性，进而在高速单行载流子探测器设计过程中，能够在不牺牲器件响应度特性指标的前提下，降低吸收层厚度，进而降低器件的载流子渡越时间，提升器件的高频带宽特性，也即实现了同时具有高响应度和高频带宽特性的器件。

技术领域

本发明设计光电探测技术领域，尤其设计一种单行载流子光电探测器及其制作方法。

背景技术

随着高速光通信光检测器的迅速发展，在其中发挥重要作用的光检测器正在朝着更高的效率和更高的带宽进行设计。半导体光电二极管作为一种基于内部光电效应的光电检测器，由于其体积小，噪声低，检测速度快和检测效率高等优点，已成为光通信系统中使用的光电检测器的主要类型。

基于InGaAs材料的能带为0.73eV的光电二极管是目前在光通信波导1550nm使用最广泛的商用光通信光电探测器。作为光电探测器中最典型且使用最广泛的p-i-n型检测器，与其他类型的内部光电效应检测器(例如：光电导，肖特基和热载流子)相比，暗电流更低，量子效率更高。

但是，它也引入了结电容器，以使p-i-n光电探测器具有较低的带宽特性。为了改善p-i-n型光电探测器的带宽，提出了单行进载流子光电探测器，该方案将吸收区(对应吸收层)与耗尽区(对应收集层)完全分开，并保持作为耗尽区的收集层具有一定的厚度(＞＞吸收层厚度)，以保持结电容较小。通过能带的设计，仅将更快的电子作为载流子，这进一步缩短了载流子的传播时间。

但单行载流子光电探测器的高频带宽与器件响应度之间具有矛盾，无法得到高响应度和高频带宽的器件。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种单行载流子光电探测器及其制作方法，以解决现有技术中高频带宽与器件响应度之间具有矛盾，无法得到高响应度和高频带宽器件的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种单行载流子光电探测器，包括：

衬底，所述衬底包括相对设置的第一表面和第二表面；且所述第一表面包括第一区域、第二区域和第三区域，

位于所述衬底第一区域，且沿背离所述衬底的方向依次设置的第一接触层、收集层、过渡层、吸收层、阻隔层和第二接触层；

位于所述衬底第二区域，且沿背离所述衬底的方向依次设置的第一接触层、收集层、过渡层、吸收层，以及位于所述吸收层背离所述衬底一侧的表面等离激元结构。

优选地，所述表面等离激元结构位于所述吸收层表面。

优选地，所述表面等离激元结构和所述吸收层之间还包括介质膜。

优选地，所述介质膜的厚度为0-20nm，包括端点值20nm，不包括0。

优选地，所述介质膜材质为氧化铝，氧化硅、氮化硅或氧化钛。

优选地，所述表面等离激元结构为表面等离激元亚波长金属结构，所述表面等离激元亚波长金属结构为光学纳米天线、纳米天线二聚体或纳米天线多聚体；所述光学纳米天线包括纳米球、纳米环、纳米圆盘、纳米棒、纳米三角形、纳米C型天线或纳米V型天线。

优选地，所述吸收层为30nm厚的InGaAs材料，所述表面等离子激元结构为直径为160nm，材料为金的金属圆盘阵列，阵列周期为200nm-800nm，包括端点值，圆盘的高度为20nm-150nm，包括端点值。

优选地，所述表面等离激元结构的材质为金、银、铝、铜或钨。

优选地，所述收集层和所述过渡层之间还包括崖层。