集成有波导的石墨烯光电探测器制造技术

本发明专利技术提供一种集成有波导的石墨烯光电探测器，其包括：波导，位于基板上；以及光电探测部分，连接到波导并且来自波导的光经过光电探测部分。光电探测部分包括：第一脊部，从波导的下部延伸；石墨烯，至少形成在第一脊部的上表面上；第二脊部，形成在石墨烯上，以面对第一脊部；以及第一电极和第二电极，与第一脊部分离，并且电连接到石墨烯。第二脊部接触波导的上部。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及ー种集成有波导的石墨烯光电探測器，其包括直接连接到波导的光电探测器以及形成在该光电探測器的中心部分的石墨烯。
技术介绍
光电探测器是通过探測光强而产生电信号的装置。随着数据处理速度的増加，用于传输数据的互连的带宽也逐渐增加。因此，对于可采用比电互连更低的功率传输更大量数据的光互连的需求增加。当采用光互连时，数据通过调制激光束而被高速传输。因此，需要支持将数据转换回电信号的光电探测器的高速操作。在由Ge或者II1-V族化合物半导体制造的光电探测器中，由于通过接收光产生的载流子移向电极的速度是受限的，因此传输速度被限制为约40-50Gbps。石墨烯具有非常高的载流子迁移率，并且石墨烯在理论上能够以1.5THz工作。
技术实现思路
通过形成接触波导的光电探测器并且通过在光电探测器中形成石墨烯以利用石墨烯来移动电子，集成有波导的石墨烯光电探測器提供能够进行高速操作的光互连。附加的方面将在以下描述中被部分地阐述以及根据以下描述将部分地清楚，或者可以通过实施所给出的实施例而知悉。根据本专利技术的一方面，集成有波导的石墨烯光电探測器包括:波导，位于基板上；以及光电探测部分，连接到波导，并且来自波导的光经过光电探测部分，其中光电探测部分包括:第一脊部，从波导的下部延伸；石墨烯，至少形成在第一脊部的上表面上；第ニ脊部，形成在石墨烯上，以面对第一脊部；以及第一电极和第二电极，与第一脊部分离并且电连接到石墨烯，而第二脊部接触波导的上部。第一脊部和第二脊部可以由选自由硅(Si)、锗(Ge)、硅-锗、II1-V族半导体和I1-VI族半导体组成的组的任ー种形成。集成有波导的石墨烯光电探測器还可以包括提供在第一脊部和石墨烯之间的第ー绝缘层。第一绝缘层可以由选自由硅氧化物、铝氧化物、硅氮化物、硼氮化物和六方晶系硼氮化物组成的组的任ー种形成。集成有波导的石墨烯光电探測器还可以包括提供在石墨烯和第二脊部之间的第ニ绝缘层。第二绝缘层可以由选自由硅氧化物、铝氧化物、硅氮化物、硼氮化物和六方晶系硼氮化物组成的组的任ー种形成。第一绝缘层和第二绝缘层可以由六方晶系硼氮化物形成。第一绝缘层和第二绝缘层的每个形成为单层或者形成为具有约50nm的厚度。石墨烯可以形成在光电探测部分的垂直表面的大致中心处。石墨烯可以是单层到六层的石墨烯层。第一脊部可以是外延生长的硅层，并且第二脊部可以是多晶硅层。第一电极和第二电极可以分别连接有从第一电极和第二电极在彼此相反的方向上延伸的多个第一指电极和多个第二指电极，并且多个第一指电极和多个第二指电极可以交替地布置在石墨烯上。波导和光电探测部分可以具有相同的矩形垂直截面。氧化物层可以布置在第一脊部下方，石墨烯可以从第一脊部的上表面延伸，以覆盖第一脊部的侧表面和氧化物层，并且第二绝缘层可以提供在第一电极和第二电极之间的石墨烯上。第二脊部可以形成在第二绝缘层上，以覆盖第一脊部的侧表面。波导和光电探测部分可以具有包括底表面和从该底表面突出的突出脊的截面。石墨烯可以从第一脊部的上表面延伸，以覆盖第一脊部的侧表面和底表面，并且第二绝缘层可以提供在第一电极和第二电极之间的石墨烯上。第二脊部可以形成在第二绝缘层上，以覆盖第一脊部的侧表面。根据本专利技术的另一方面，集成有波导的石墨烯光电探測器包括:波导，位于基板上；以及光电探测部分，连接到波导，并且来自波导的光经过光电探测部分，其中光电探测部分包括:第一脊部，从波导延伸；第二脊部，形成为面对第一脊部；石墨烯，提供在第一脊部和第二脊部之间；以及第一电极和第二电极，与第一脊部分离，并且电连接到石墨烯。附图说明通过结合附图对实施例的以下描述，这些和/或其它方面将变得清楚且更容易理解，附图中:图1是示意性地示出根据本专利技术的一实施例的光电探测器的透视图；图2是沿着图1的线11-11’剖取的截面图；图3是图1的光电探测器的一修改示例的平面图；图4是图1的光电探测器的另ー修改示例的截面图；图5是示意性地示出根据本专利技术的另ー实施例的光电探测器的透视图；图6是沿着图5的线V1-VI’剖取的截面图；图7是示出在将电压施加到图5的光电探测器时光电探測部分处的光强的图示；图8是示意性地示出根据本专利技术的另ー实施例的光电探测器的透视图；图9是沿着图8的线IX-1X’剖取的截面图；以及图10是示出在将电压施加到图8的光电探测器时光电探測部分处的光强的图示。具体实施例方式现在将详细描述实施例，实施例的示例被示出在附图中，其中同样的附图标记通篇指示同样的元件。在这点上，本实施例可以具有不同的形式，并且不应被解释为限于这里给出的描述。因此，下面仅通过參考附图描述实施例来解释本专利技术的各个方面。图1是示意性地示出根据本专利技术的一实施例的光电探测器100的透视图。图2是沿着图1的线11-11’剖取的截面图。參考图1和图2，氧化物层112形成在基板110上。波导120形成在氧化物层112上，并且光电探测部分130直接连接到波导120。波导120可以具有从波导120的下部124突出的突出脊122，并且光电探测部分130的形状可以相应于突出脊122的形状。光电探测部分130包括从波导120的下部124延伸的第一脊部131以及顺序地堆叠在第一脊部131上和上方的第一绝缘层132、石墨烯133、第二绝缘层134和第二脊部135。波导120、第一脊部131、第二脊部135和基板110可以由选自由娃(Si)、锗(Ge)、硅-锗、II1-V族半导体和I1-VI族半导体组成的组的任ー种形成。基板110上的氧化物层112可以是埋入氧化物层。当基板110、波导120和第一脊部131由硅形成并且氧化物层112是由硅氧化物形成的埋入氧化物层时，基板110、氧化物层112、波导120和第一脊部131可以形成包括形成在绝缘体上硅(SOI)基板上的脊部的结构。光电探测部分130通过从波导120连续地延伸而接触波导120。第一脊部131从波导120延伸以与波导120 —体地形成。光电探测部分130的在第一脊部上的上部可以在光电探测部分130的第一脊部之上的相应部分被去除之后形成。光电探测部分130的第二脊部135可以由具有与波导120的折射率大致相等的折射率的材料形成，以便防止经过波导120的光从光电探測部分130的边界表面反射回去或者防止所述光反射到外部。例如，当第一脊部131由硅形成时，第二脊部135可以具有与第一脊部131的折射率相差约0.5或更小的折射率。第一绝缘层132可以由硅氧化物、铝氧化物、硅氮化物、硼氮化物、六方晶系硼氮化物等形成为单层或者形成为具有约50nm的厚度。第一绝缘层132可以从第一脊部131的上表面131a延伸以覆盖第一脊部131的侧表面131b和底表面131c。石墨烯133可以通过将利用化学气相沉积(CVD)エ艺制造的石墨烯转移到第一绝缘层132上而形成。石墨烯133形成在第一脊部131的上表面131a、侧表面131b和底表面131c上。石墨烯133可以是ー层到六层的石墨烯层。第一电极141和第二电极142形成在第一脊部131的底表面131c上方的石墨烯133上，以与第一脊部131分离。第一电极141和第二电极142可以由典型电极材料，例如，金(Au)、铜(Cu)、钼(Pt)、钥(Mo)、钮(Pd)等形成。电流表144本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成有波导的石墨烯光电探测器，包括：波导，位于基板上；以及光电探测部分，连接到所述波导，并且来自所述波导的光经过所述光电探测部分，其中所述光电探测部分包括：第一脊部，从所述波导的下部延伸；石墨烯，至少形成在所述第一脊部的上表面上；第二脊部，形成在所述石墨烯上，以面对所述第一脊部；以及第一电极和第二电极，与所述第一脊部分离，并且电连接到所述石墨烯，其中所述第二脊部接触所述波导的上部。

【技术特征摘要】
2011.11.02 KR 10-2011-01135841.一种集成有波导的石墨烯光电探測器，包括: 波导，位于基板上；以及 光电探测部分，连接到所述波导，并且来自所述波导的光经过所述光电探測部分， 其中所述光电探測部分包括: 第一脊部，从所述波导的下部延伸； 石墨烯，至少形成在所述第一脊部的上表面上； 第二脊部，形成在所述石墨烯上，以面对所述第一脊部；以及 第一电极和第二电极，与所述第一脊部分离，并且电连接到所述石墨烯， 其中所述第二脊部接触所述波导的上部。2.按权利要求1所述的集成有波导的石墨烯光电探測器，其中所述第一脊部和所述第ニ脊部由选自由硅(Si)、锗(Ge)、硅-锗、II1-V族半导体和I1-VI族半导体组成的组的任ー种形成。3.按权利要求1所述的集成有波导的石墨烯光电探測器，还包括提供在所述第一脊部和所述石墨烯之间的第一绝缘层。4.按权利要求3所述的集成有波导的石墨烯光电探測器，其中所述第一绝缘层由选自由硅氧化物、铝氧化物、硅氮化物、硼氮化物和六方晶系硼氮化物组成的组的任ー种形成。5.按权利要求3所述的集成有波导的 石墨烯光电探測器，还包括提供在所述石墨烯和所述第二脊部之间的第二绝缘层。6.按权利要求5所述的集成有波导的石墨烯光电探測器，其中所述第二绝缘层由选自由硅氧化物、铝氧化物、硅氮化物、硼氮化物和六方晶系硼氮化物组成的组的任ー种形成。7.按权利要求6所述的集成有波导的石墨烯光电探測器，其中所述第一绝缘层和所述第二绝缘层由六方晶系硼氮化物形成。8.按权利要求6所述的集成有波导的石墨烯光电探測器，其中所述第一绝缘层和所述第二绝缘层的每个形成为单层或者形成为具有约50nm的厚度。9.按权利要求1所述的集成有波导的石墨烯光电探測器，其中所述石墨烯形成在所述光电探测部分的垂直表面的大致中心处。10.按权利要求1所述的集成有波导的石墨烯光电探測器，其中所述石墨烯是单层到六层的石墨烯层。11.按权利要求1所述的集成有波导的石墨烯光电探測器，其中所述第一脊部是外延生长的硅层，并且所述第二脊部是多晶硅层。12.按权利要求1所述的集成有波导的石墨烯光电探測器，其中所述第一电极和所述第二电极分别连接有从所述第一电极和所述第二电极在彼此相反的方向上延伸的多个第一指电极和多个第二指电极，并且所述多个第一指电极和所述多个第二指电极交替地布置在所述石墨烯上。13.按权利要求1所述的集成有波导的石墨烯光电探測器，其中所述波导和所述光电探測部分具有相同的矩形垂直截面。14.按权利要求13所述的集成有波导的石墨烯光电探測器，其中氧化物层布置在所述第一脊部下方，所述石墨烯从所述第一脊部的上表面延伸，以覆盖所述第一脊部的侧表面和所述氧化物层，并且第二绝缘层被提供在所述第一电极和所述第二电极之间的所述石墨烯上。15.按权利要求14所述的集成有波导的石墨烯光电探測器，其中所述第二脊部形成在所述第二绝缘层上，以覆盖所述第一脊部的所述侧表面。16.按权利要求1所述的集成有波导的石墨烯光电探測器，其中所述波导和所述光电探測部分具有包括底表面和从所述底表面突出的突出脊的截面。17.按权利要求16所述的集成有波导的石墨烯光电探測器，其中所述石墨烯从所述第一脊部的上表面延伸，以覆盖所述第一脊部的侧表面和所述底表面，并且第二绝缘层被提供在所述第一电极和所述第二电极之间的所述石墨烯上。18.按权利要求17所述的集成有波导的石墨烯光电探測器，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：金泽，闵垘基，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：