光电探测器和形成光电探测器的方法技术

提供了一种光电探测器，该光电探测器包括：基板，其中嵌入有波导材料的第一通道，基板和波导材料一起提供基本平坦的上表面；在上表面上并跨上表面的第一绝缘层；在第一绝缘层上并在波导材料的第一通道上方布置的石墨烯层；以及至少两个欧姆接触件，其各自被设置成与石墨烯层接触并布置在波导材料的第一通道的两侧；其中，第一绝缘层包括硅氮化物和

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光电探测器和形成光电探测器的方法
[0001]本专利技术提供了光电探测器和形成光电探测器的方法
。
特别地，光电探测器包括布置在第一绝缘层上的石墨烯层，该第一绝缘层包括硅氮化物和
/
或铝
、
铪和镁中的一种或更多种的氧化物
。
本专利技术还提供了用于形成包括这样的石墨烯层的光电探测器的方法，特别是包括通过低压化学气相沉积形成硅氮化物层的方法
。
本专利技术还涉及包括光电探测器和电光调制器的系统，特别是其中，光电探测器和电光调制器一体地形成在基板上
。
[0002]当前，二维材料
(
石墨烯是其中最突出的材料之一
)
是密集研究的焦点
。
特别是石墨烯，无论是理论上还是近年来实践上都已经显示出非凡的特性
。
石墨烯的电子特性是特别显著的，并且已经使得能够生产与基于非石墨烯的器件相比数量级改进的电子器件
。
石墨烯还表现出独特的光学特性，使得石墨烯已经被用于电光器件，例如电光调制器
。
电光调制器
(EOM)
是可以用于利用电控制信号控制光的功率或振幅
、
相位
、
频率或偏振的器件
。
工作原理是基于电光效应，电光效应是由电场引起的对介质的折射率的改变
。
[0003]IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 23(1),94
‑
100(2017)
，“Graphene Modulators and Switches Integrated on Silicon and Silicon Nitride Waveguide”公开了包括单层石墨烯
(SLG)
和双层石墨烯
(DLG)
配置的电光调制器
。Nanoscale Research Letters(2015)10:199
，“Graphene
‑
based optical modulators”提供了对基于石墨烯的电光调制器及其功能机制的纳米研究
。J.Phys.D:Appl.Phys.53:233002(2020)
，“Review of graphene modulators from the low to the high figure of merits”提供了对本领域已知的石墨烯调制器的最新综述和全面概述
。
石墨烯已经用于电光调制器中，由此通过主动地调整单层石墨烯片的费米级以及因此其透明度来实现调制
。
[0004]Nature 474(7349),64
‑
67(2011)
，“Agraphene
‑
based broadband optical modulator”公开了这样的千兆赫石墨烯调制器，其具有
0.1dB
μ
m
‑1的电吸收调制，在环境条件下在
1.35
μ
m
至
1.6
μ
m
的波长上操作
。
强的电吸收效应源于二维材料的独特的电子结构
。
石墨烯通过机械转移到
Si
波导上被引入到器件中
。US2014/056551 A1
涉及相同的主题，其专利技术者和作者相同
。
[0005]类似地，
Nat.Photon.9(8),511
‑
514(2015)“30GHz Zeno
‑
based Graphene Electro
‑
optic Modulator”和
Nanophotonics 10(1),99
‑
104(2021)“High
‑
performance integrated graphene electro
‑
optic modulator at cryogenic temperature”公开了石墨烯
EOM
，其包括与硅氮化物波导集成的双层石墨烯电容器，石墨烯片由铝氧化物层分开
。
石墨烯是
CVD
生长在铜基板上并通过电化学分层转移的
。WO 2016/073995 A1
涉及相同的主题，其专利技术者和作者相同
。
[0006]ACS Nano 15,3171
‑
3187(2021)
，“Wafer
‑
Scale Integration of Graphene
‑
Based Photonic Devices”公开了晶片级的基于
SLG
的光子学的完整工艺流程
。
[0007]作为与
CMOS
过程兼容的材料，石墨烯具有另外的优点
。
因此，石墨烯与基于硅的光子器件相比具有减少器件占用空间的潜力，并且可以与现有的基于硅的电子制造过程集成
。
然而，仍然需要诸如电光调制器和光电探测器的光子器件，其可以展现石墨烯的潜力以
提供商业光子器件
。
同样，仍然需要可以制造具有足够一致性和可靠性的这样的器件的合适方法，以用于商业器件生产
。
石墨烯转移过程不满足这种严格要求，并且仍然不适合大规模制造基于石墨烯的器件
。
[0008]EP 2 584 397A1
公开了包括形成在半导体层的上表面上的脊状光波导和两个石墨烯片的光电吸收调制器
。
石墨烯转移过程允许石墨烯被施加在脊状光波导上，从而覆盖波导上表面和侧表面
。
[0009]US10,775,651B2
公开了双层石墨烯光调制器及其制造方法
。
器件包括基板
、
设置在基板上的第一电绝缘材料
、
设置在第一电绝缘材料中并且由第一电绝缘材料分开的第一石墨烯层和第二石墨烯层
。
在第一电绝缘材料上设置波导，其中，波导覆盖第一石墨烯层和第二石墨烯层两者
。
[0010]ACS Nano 6(5),3677
‑
3694(2012)“Graphene Photonics,Plasmonics,and Broadband Optoelectronic Devices”提供了石墨烯光子学的综述
。
[0011]Nature Review Materials 3,392
‑
414(2018)“Graphene
‑
based integrated photonics for next
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种光电探测器，包括：基板，其中嵌入有波导材料的第一通道，所述基板和所述波导材料一起提供基本平坦的上表面；在所述上表面上并跨所述上表面的第一绝缘层；在所述第一绝缘层上并在所述波导材料的第一通道上方布置的石墨烯层；以及至少两个欧姆接触件，其各自被设置成与所述石墨烯层接触并布置在所述波导材料的第一通道的两侧；其中，所述第一绝缘层包括硅氮化物和
/
或铝
、
铪和镁中的一种或更多种的氧化物
。2.
根据权利要求1所述的光电探测器，其中，所述至少两个接触件是不对称的
。3.
根据权利要求2所述的光电探测器，其中，所述至少两个接触件由不同金属形成
。4.
根据权利要求2所述的光电探测器，其中，所述至少两个欧姆接触件中的第一欧姆接触件和第二欧姆接触件在所述基板的平面中与所述波导材料的第一通道的间距不同
。5.
根据任一前述权利要求所述的光电探测器，其中，所述基板包括在硅的下层上的硅氧化物的上层，并且所述波导材料的第一通道嵌入所述硅氧化物的上层
。6.
根据任一前述权利要求所述的光电探测器，其中，所述波导材料为
SiN
x
或非故意掺杂硅
。7.
根据任一前述权利要求所述的光电探测器，其中，所述石墨烯是可选地掺杂的单层石墨烯片
。8.
根据任一前述权利要求所述的光电探测器，其中，所述第一绝缘层包括所述上表面上的硅氮化物层
。9.
根据任一前述权利要求所述的光电探测器，还包括在所述石墨烯层上并跨所述石墨烯层的第二绝缘层
。10.
根据任一前述权利要求所述的光电探测器，其中，所述第一绝缘层和
/
或所述第二绝缘层包括铝
、
铪和镁中的一种或更多种的氧化物，优选地铝氧化物或铪氧化物
。11.
根据任一前述权利要求所述的光电探测器，其中，所述第一绝缘层包括直接在所述上表面上的硅氮化物层，以及在所述硅氮化物层上的铝
、
铪和镁中的一种或更多种的氧化物，优选地铝氧化物或铪氧化物
。12.
根据任一前述权利要求所述的光电探测器，还包括平行于所述波导材料的第一通道并在所述波导材料的第一通道上方对准的波导材料的第二通道，并且所述波导材料的第二通道被设置在：
(i)
所述石墨烯层上；或
(ii)
所述第二绝缘层上
。13.
一种形成光电探测器的方法，所述方法包括：设置其中蚀刻有第一通道的基板；用
SiN
x
或非故意掺杂硅填充所述第一通道；通过低压
CVD
跨所述基板和所述第一通道形成
SiN
x
层；至少部分地蚀刻所述
SiN
x
层以形成基本平坦的生长表面；在所述生长表面上沉积铝
、
铪和镁中的一种或更多种的氧化物以形成第一绝缘层；通过
CVD
跨所述第一绝缘层形成石墨烯单层；
对所述石墨烯单层进行图案化；以及形成至少两个欧姆接触件，其各自与图案化的石墨烯单层接触并且被布置在所述第一通道的两侧
。14.
根据权利要求
13
所述的方法，其中，所述方法还包括：在所述石墨烯单层上并跨所述石墨烯单层沉积铝
、
铪和镁中的一种或更多种的氧化物以形成第二绝缘层
。15.
根据权利要求
13
或
14
所述的方法，其中，沉积铝
、
铪和镁中的一种或更多种的氧化物以形成所述第一绝缘层和
/
...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯，
申请(专利权)人：帕拉格拉夫有限公司，
类型：发明
国别省市：