[发明专利]提升光电探测器光响应的亚波长等离激元微腔光耦合结构

摘要

本发明公开了一种提升光电探测器响应率的亚波长等离激元微腔耦合结构，通过等离激元微腔对入射光的传播方向和光场分布进行调制，使入射光被限制在微腔中传播，减小了光的逃逸，提高了光子的利用率。入射光场被集聚在微腔中使得强度得到极大的增强，通过在微腔中夹持光电转换材料能够形成高响应率的光电探测器。该耦合结构由上层周期性金属条块形成的金属光栅层、光电转换激活层和下层金属反射层组成。本发明的优点是：利用上层金属光栅与下层金属反射层之间等离激元共振所形成的电磁波近场耦合微腔的模式选择效应，使得进入到微腔的光子沿横向传播并形成驻波，既集聚了光场能量又增加了等效光吸收的长度，使得探测器响应率得到极大地提升。

主权项

一种提升光电探测器光响应的亚波长等离激元微腔光耦合结构，结构为以入射光经过先后为序依次是上层金属条块形成的金属光栅层(1)，光电转换激活层(2)和下层金属反射层(3)，其特征在于：所述的上层金属条块形成的金属光栅层(1)，在一维周期性重复的情况下，为周期为p、线宽为s、厚度为h1的一维周期排列的金属线条光栅；在二维周期性重复的情况下，为两个方向上周期均为p、线宽均为s、厚度为h1的二维周期排列的金属方块形光栅，该层材质包括但不限于高导电性的金或者银；上层金属条块形成的金属光栅层(1)的周期p的数值为探测波长的十分之一到十分之三十，线宽s的数值为探测波长的十分之一到十分之十之间，厚度h1的值不小于以微米为单位的探测波长的平方根的0.0096倍；所述的光电转换激活层(2)为利用外延生长的方法生长在衬底材料上并且通过衬底剥离工艺形成的单层或多层半导体光电转换功能材料，成分材料包括但不限于GaAs和AlGaAs、Si、Ge、HgCdTe、GaN、InGaAs、InAlAs和InP或InGaAs和GaAs，其厚度h2的数值不大于探测波长的三分之一；所述的下层金属反射层(3)是指厚度为h3的一层完整的金属层，h3的值不小于以微米为单位的探测波长的平方根的0.0048倍，其材质包括但不限于高导电性的金或者银。