集成有亚波长光栅的台面型InGaAs基短波红外偏振探测器

图1. 集成有亚波长Al光栅的台面型InGaAs PIN基偏振探测器的工艺流程示意图。

图2. 两种台面尺寸原型器件的光学显微镜图片 (a) 403μm×683μm (P1), (b) 500μm×780μm (P0)。

图3. 四种角度 (a) 0°, (b) 45°, (c) 90°, (d) 135°Al光栅形貌。

图4是不同台面尺寸的P1和P0器件（无光栅）在不同条件下的J-V特性曲线和响应光谱。在1550nm光激发，-0.1V偏压下，P1和P0器件的外量子效率分别为63.2%和64.8%，比探测率D*分别达到6.28×10¹¹cm·Hz^1/2/W和6.88×10¹¹cm·Hz^1/2/W，表明了原型器件的高性能。

图4. InGaAs PIN原型探测器(无光栅)的J-V特性曲线和响应光谱。(a) 无光照下，P1和P0的暗电流密度Jd-V特性曲线；不同入射光功率下，(b) P1和(c) P0的光电流密度Jph-V特性曲线，插图是-0.1V下光电流密度与入射光功率之间的关系曲线；(d) P1和P0的响应光谱曲线。

图5表明器件的偏振特性。从图5可以看出，透射率随偏振角度周期性变化，相邻方向间的相位差在π/4附近，服从马吕斯定律。此外， 0°, 45°, 90°和135°亚波长光栅器件的消光比分别为18:1、18:1、18:1和20:1，TM波透过率均超过90%，表明该偏振红外探测器件具有良好的偏振性能。

图5. (a) 1550 nm下，无光栅器件和0°, 45°, 90°和135°亚波长光栅器件的电学信号随入射光极化角度的变化关系；(b) 光栅器件透射谱。

综上所述，研究团队制备的台面结构InGaAs PIN探测器，其响应范围为900nm-1700nm，在1550nm和-0.1V (300K) 下的探测率为6.28×10¹¹cm·Hz^1/2/W。此外，0°，45°，90°和135°光栅的器件均表现出明显的偏振特性，消光比可达18:1，TM波的透射率超过90%。上述的原型器件作为一种具有良好偏振特性的台面结构短波红外偏振探测器，有望在偏振红外探测领域具有潜在的广泛应用前景。

近日，相关研究成果以题“Opto-electrical and polarization performance of mesa-structured InGaAs PIN detector integrated with subwavelength aluminum gratings”发表在Optics Letters【47，6173（2022）】上，上述研究工作得到了基金委重大、基金委青年基金、中国科学院青年创新促进会、中国科学院战略性先导科技专项、怀柔研究部的资助。另外，感谢微加工实验室杨海方老师在电子束曝光等方面的细心指导和帮助。物理所E03组博士研究生张珺玚为第一作者。

https://doi.org/10.1364/OL.474555

《新兴图像传感器技术、应用及市场-2021版》