[发明专利]集成有波导的石墨烯光电探测器

说明书

技术领域

本公开涉及一种集成有波导的石墨烯光电探测器，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测器的中心部分的石墨烯。

背景技术

光电探测器是通过探测光强而产生电信号的装置。随着数据处理速度的增加，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III-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。

发明内容

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测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。

根据本发明的一方面，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，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、III-V族半导体和II-VI族半导体组成的组的任一种形成。

集成有波导的石墨烯光电探测器还可以包括提供在第一脊部和石墨烯之间的第一绝缘层。

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一种形成。

集成有波导的石墨烯光电探测器还可以包括提供在石墨烯和第二脊部之间的第二绝缘层。

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一种形成。

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。

根据本发明的另一方面，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发明的一实施例的光电探测器的透视图；

图2是沿着图1的线II-II’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的光电探测器的另一修改示例的截面图；

图5是示意性地示出根据本发明的另一实施例的光电探测器的透视图；

图6是沿着图5的线VI-VI’剖取的截面图；