一种波导光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种波导光电探测器及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种波导光电探测器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种波导光电探测器及其制备方法
。

技术介绍

[0002]波导光电探测器可将传入的光信号转换为电信号，是硅光电路的重要组成部分，在环境传感
、
中红外通信
、
超快数据编码等领域有重要应用
。
随着硅光技术的发展，具有宽谱探测能力
、
高量子效率
、
低噪声
、
响应速度快
、
低成本
、
可集成化和小型化的波导光电探测器越来越重要
。
目前主流的波导光电探测器有
III
‑
V
族化合物材料波导光电探测器
、Si/Ge
波导光电探测器
、
低维材料波导光电探测器等三种
。III
‑
V
族化合物材料波导光电探测器
、Si/Ge
波导光电探测器与氮化硅的集成需要利用键合技术
。
低维材料波导光电探测器制备的传统方案是先在
SOI
层上制备出波导，然后再利用生长工艺
、
膜转移或沉积工艺来在波导顶部制备半导体层
。
[0003]虽然氮化硅材料在非线性光学领域表现优异，但氮化硅是绝缘体，无法直接用氮化硅制备波导光电探测器，键合技术工艺难度和成本较高，同时晶格失配问题限制了器件性能，难以提高灵敏度，降低暗电流，而且用来制备低维材料
(
维数比三小的材料
)
的膜转移是一种随机的
、
劳动密集型的手工过程，难以实现大规模生产
。
沉积工艺制备的低维材料几乎为非晶结构，性能较差，生长工艺能提供质量最好的低维半导体，但低维半导体生长工艺需要相对平整的基底，光学波导等结构上难以生长低维半导体
。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种波导光电探测器及其制备方法，用以解决现有技术对波导光电探测器难以实现大规模生产，对波导光电探测器的制备效率低的问题
。
[0005]本专利技术提供一种波导光电探测器的制备方法，包括：
[0006]在基底上生长低维材料，得到低维材料薄膜；
[0007]在所述低维材料薄膜上覆盖第一光刻胶，保留与需制备波导光电探测器的设计版图对应区域的第一光刻胶；
[0008]刻蚀掉未覆盖第一光刻胶的低维材料薄膜，得到所述低维材料薄膜的图形结构；
[0009]在所述基底和所述低维材料薄膜的图形结构上沉积氧化铝，以生成氧化铝薄膜；
[0010]在所述氧化铝薄膜的表面生长波导材料，得到波导材料层；
[0011]在所述波导材料层上写出波导结构后，刻蚀出所述波导结构；
[0012]在所述波导结构上覆盖第二光刻胶后，去除所述氧化铝薄膜上用于放置电极的位置处的第二光刻胶；
[0013]湿法刻蚀所述氧化铝薄膜，得到用于制备电极的位置；
[0014]沉积金属电极材料，得到电极层；
[0015]去除所述波导结构和氧化铝薄膜上的第二光刻胶，以剥离第二光刻胶上的电极层，保留所述用于制备电极的位置的电极层，得到波导光电探测器
。
[0016]根据本专利技术提供的一种波导光电探测器的制备方法，所述在基底上生长低维材料，得到低维材料薄膜，包括：
[0017]利用异质外延法
、
化学气相沉积
、
原子层沉积法
、
脉冲激光沉积法
、
溅射法和溶液法中的任一方法，在基底上生长低维材料，得到低维材料薄膜，其中，所述低维材料包括零维材料
、
一维材料和二维材料
。
[0018]根据本专利技术提供的一种波导光电探测器的制备方法，在所述低维材料薄膜上覆盖第一光刻胶，保留与需制备波导光电探测器的设计版图对应区域的第一光刻胶，包括：
[0019]将第一光刻胶覆盖在所述低维材料薄膜上，写出与需制备的波导光电探测器的设计版图对应区域的第一光刻胶后，保留与需制备的波导光电探测器的设计版图的大小相同的第一光刻胶
。
[0020]根据本专利技术提供的一种波导光电探测器的制备方法，在所述基底和所述低维材料薄膜的图形结构上沉积氧化铝，以生成氧化铝薄膜，包括：
[0021]利用原子层沉积方法，在所述基底和低维材料薄膜的图形结构上沉积氧化铝，以生成厚度为
50
纳米以内的氧化铝薄膜
。
[0022]根据本专利技术提供的一种波导光电探测器的制备方法，所述在基底上生长低维材料，得到低维材料薄膜的步骤之前，还包括：
[0023]在基底上预先刻蚀出用于激光直写仪进行对准的标记
。
[0024]根据本专利技术提供的一种波导光电探测器的制备方法，沉积金属电极材料，得到电极层，包括：
[0025]沉积金属电极材料，得到厚度为
200nm
纳米以内的电极层
。
[0026]根据本专利技术提供的一种波导光电探测器的制备方法，所述二维材料包括：碲化钼
、
石墨烯
、
黑磷以及除碲化钼外的半导体相的过渡金属硫化物
。
[0027]根据本专利技术提供的一种波导光电探测器的制备方法，所述波导材料包括：氮化硅
、
二氧化硅
、
硅基和铌酸锂
。
[0028]根据本专利技术提供的一种波导光电探测器的制备方法，所述金属电极材料包括：金
、
钛
、
钯以及金属相的过渡金属硫化物
。
[0029]本专利技术还提供一种基于以上所述的波导光电探测器的制备方法制备的波导光电探测器，包括：基底
、
低维材料薄膜
、
氧化铝薄膜
、
第一电极层
、
第二电极层和波导结构；
[0030]所述基底
、
低维材料薄膜
、
氧化铝薄膜和波导结构从下至上依次设置；
[0031]所述第一电极层和第二电极层均位于所述基底上
、
且分别安装于所述低维材料薄膜的两侧
、
并于分别所述波导结构存在间隙
。
[0032]本专利技术提供的一种波导光电探测器及其制备方法，通过在基底上生长低维材料后，保留与需制备波导光电探测器的设计版图的大小相同的第一光刻胶，刻蚀掉未覆盖第一光刻胶的低维材料薄膜，得到低维材料薄膜的图形结构；再沉积氧化铝，以生成氧化铝薄膜后，在氧化铝薄膜的表面生长波导材料，得到波导材料层，以便于刻蚀出波导结构；再湿法刻蚀所述氧化铝薄膜后，沉积金属电极材料，得到电极层；再去除第二光刻胶，得到波导光电探测器
。
本专利技术通过在基底上生长低维材料后，低维材料薄膜的图形结构上沉积氧化铝，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种波导光电探测器的制备方法，其特征在于，包括：在基底上生长低维材料，得到低维材料薄膜；在所述低维材料薄膜上覆盖第一光刻胶，保留与需制备波导光电探测器的设计版图对应区域的第一光刻胶；刻蚀掉未覆盖第一光刻胶的低维材料薄膜，得到所述低维材料薄膜的图形结构；在所述基底和所述低维材料薄膜的图形结构上沉积氧化铝，以生成氧化铝薄膜；在所述氧化铝薄膜的表面生长波导材料，得到波导材料层；在所述波导材料层上写出波导结构后，刻蚀出所述波导结构；在所述波导结构上覆盖第二光刻胶后，去除所述氧化铝薄膜上用于放置电极的位置处的第二光刻胶；湿法刻蚀所述氧化铝薄膜，得到用于制备电极的位置；沉积金属电极材料，得到电极层；去除所述波导结构和氧化铝薄膜上的第二光刻胶，以剥离第二光刻胶上的电极层，保留所述用于制备电极的位置的电极层，得到波导光电探测器
。2.
根据权利要求1所述的波导光电探测器的制备方法，其特征在于，所述在基底上生长低维材料，得到低维材料薄膜，包括：利用异质外延法
、
化学气相沉积
、
原子层沉积法
、
脉冲激光沉积法
、
溅射法和溶液法中的任一方法，在基底上生长低维材料，得到低维材料薄膜，其中，所述低维材料包括零维材料
、
一维材料和二维材料
。3.
根据权利要求1所述的波导光电探测器的制备方法，其特征在于，在所述低维材料薄膜上覆盖第一光刻胶，保留与需制备波导光电探测器的设计版图对应区域的第一光刻胶，包括：将第一光刻胶覆盖在所述低维材料薄膜上，写出与需制备的波导光电探测器的设计版图对应区域的第一光刻胶后，保留与需制备的波导光电探测器的设计版图的大小相同的第一光刻胶
。4.
根据权利要求1所述的波导光电探测器的制备方法，其特征在于，在所述基底和所述低维材料薄膜的图形结构上沉积氧化铝，以生成氧化铝薄膜，包括：利用原子层沉积方法，在所述基底和低维材料薄膜的图形...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨起帆，程寅恪，潘宇，龚旗煌，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：