具有超薄本征层的高效率谐振超表面锗光电探测器

随着大数据、5G、物联网、云计算、人工智能及相关应用的蓬勃发展，具有高效率和高速度的电信波段光电探测器正变得日益重要。由于能够与信号处理电子器件单片集成，硅基锗光电探测器在降低成本和功耗方面展现出巨大潜力。为解决自由空间探测器在量子效率、带宽和波长覆盖范围之间的折衷问题，我们首次演示了正入射谐振超表面锗光电探测器。对于直径为 30 $\mu$m 的器件，在 350 nm 的超薄本征层厚度下，实现了超过 60% 的高外量子效率，并在 20 Gbps 速率下具有清晰张开的眼图。该光电探测器采用多重陷模谐振来增强局域电磁场，这不仅使 1550 nm 处的外量子效率提升了 300% 以上，还将增强效应扩展至整个 C 波段。进一步的模拟和小光斑尺寸入射测量表明，仅需减小台面尺寸即可在极小牺牲增强吸收的情况下实现大于 50 GHz 的 3 dB 带宽。这项工作为未来开发工作速率达 50 Gbps 或更高的低成本、高效率正入射锗光电探测器铺平了道路。