[发明专利]一种基于全介质超透镜的高速高效光电探测器

说明书

本发明公开了一种基于全介质超透镜的高速高效光电探测器，涉及光电探测器技术领域。本发明的基于全介质超透镜的高速高效光电探测器，包括探测器和形成于所述探测器的上方的超表面透镜；所述探测器包括自下而上依次设置的p型层、本征层和n型层；所述超表面透镜为具有梯度相位分布的超表面结构，所述超表面透镜具有消色差的特性，所述超表面透镜构造为将垂直入射光聚焦到所述本征层。相对于现有技术，本发明协调了光电探测器的响应度和带宽之间的矛盾，具有高速高效的优点，同时解决了波长敏感性的问题；而且，本发明的光电探测器的超表面透镜是在全介质材料上实现的，具有损耗小、效率高的优点。

技术领域

本发明涉及光电探测器技术领域，尤其涉及一种基于全介质超透镜的高速高效光电探测器。

背景技术

在高度信息化的时代，信息量十分庞大，信息传输和处理的速度十分迅速，同时利用光子和电子作为能量和信息的载体，可以实现高速、大容量、低串扰和低热耗散的信息传输，这促使了光电集成技术的发展。光电探测器是光电集成电路中不可或缺的器件之一，它可以利用半导体的光电效应将光信号转换为电信号，建立了光信号与电信号之间的联系，在军事、生活、科研等方面都起着至关重要的作用，因此对光电探测器的研究越来越受到人们的重视。

响应度和带宽是衡量光电探测器性能好坏的两个非常重要的物理量。对于垂直入射pin型光电探测器，本征层的厚度直接影响了载流子的渡越时间。本征层越厚，载流子的渡越时间越长，从而限制了光电探测器的响应速度。从响应速度的角度考虑，为了获得高速光电探测器，本征层应尽可能薄一些。但是，另一方面，pin型光电探测器的本征层越厚，吸收的光子越多，光电探测器的量子效率或响应度越高。从响应度的角度来讲，pin型光电探测器的本征层应尽可能厚一些。所以，响应速度(或带宽)和响应度是光电探测器中两个相互制约的物理量。为了协调光电探测器的带宽和响应度之间的矛盾，大量的共振腔增强型光电探测器被相继提出。然而，共振腔增强型光电探测器与生俱来的一个缺点就是具有极强的波长敏感性，这极大地限制了其应用。

有鉴于此，提供一种新的光电探测器，以协调响应度和带宽之间的矛盾，同时解决波长敏感性的问题，将具有巨大的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于全介质超透镜的高速高效光电探测器，用以克服背景技术中的光电探测器存在的上述技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种基于全介质超透镜的高速高效光电探测器，包括探测器和形成于所述探测器的上方的超表面透镜；

所述探测器包括自下而上依次设置的p型层、本征层和n型层；

所述超表面透镜为具有梯度相位分布的超表面结构，所述超表面透镜构造为将垂直入射光聚焦到所述本征层。

进一步地，所述超表面透镜由非周期性的矩形介质共振腔阵列组成。

进一步地，所述超表面透镜的相位分布与波长的关系满足如下公式：

式中，表示相位，λ表示入射光的波长，x表示相对所述元胞几何中心的位置坐标，f表示所述超表面透镜的焦距。

进一步地，所述超表面透镜具有消色差的特性。

进一步地，所述超表面透镜采用介质材料制成。

进一步地，所述超表面透镜通过刻蚀方式形成。

进一步地，所述探测器是由元素周期表中的III-V族化合物或IV族元素构成的光电二极管。

进一步地，所述探测器为硅光电探测器或锗光电探测器。

进一步地，所述探测器还包括电极，所述电极包括第一电极和第二电极，所述第一电极形成于所述p型层上，所述第二电极形成于所述n型层上。