[发明专利]一种基于低维电子等离子体波的太赫兹调制器及其制造方法

权利要求书

1.一种基于低维电子等离子体波的太赫兹调制器，包括等离激元和谐振腔；其特征在于，

所述等离激元包括：

GaN/AlGaN之高电子迁移率晶体管，其包括：源极、漏极和光栅栅极；

位于所述晶体管的半导体异质界面处窄带隙半导体一侧形成的准二维电子层，用于激发等离子体波；

所述谐振腔，包括光栅与样品接触的表面到经减薄蓝宝石衬底的下表面形成的介质谐振腔。

2.根据权利要求1所述的太赫兹调制器，其中所述光栅栅极为一维光栅或者插指型光栅。

3.根据权利要求1所述的太赫兹调制器，其中所述谐振腔为减薄样品本身界面形成的Fabry-Pérot谐振腔或者由相同介质层组成的对称谐振腔结构。

4.根据权利要求1所述的太赫兹调制器，其中所述光栅栅极还包括平面二维网格光栅、同心圆形光栅、太赫兹超材料光栅。

5.根据权利要求1所述的太赫兹调制器，其中所述谐振腔为二维电子气共面的谐振腔。

6.根据权利要求1所述的太赫兹调制器，所述准二维电子层为半导体二维电子沟道中的电子，利用所述电子的集体振荡来实现对太赫兹波的共振吸收，通过与谐振腔模式强耦合进一步增强吸收。

7.一种基于高电子迁移率晶体管的高速太赫兹波调制方法，其特征在于，包括：

将所述晶体管的源极和漏极接地，向所述晶体管的栅极提供一负直流栅压V_G和交流调制信号，该信号幅值为

所述晶体管具有光栅栅极，光栅栅极将二维电子气中二维等离子体波和太赫兹谐振腔模式进行强耦合形成等离极化激元；

调节光栅栅压，使其达到等离激元和谐振腔模的共振条件；

将栅压在共振和非共振点之间进行切换，实现对谐振腔模式的有效调制。

8.根据权利要求7所述的高速太赫兹波调制方法，其中，所述等离激元的共振频率依赖于电子浓度n_s、波矢q以及有效介电常数即其中W为栅长，m＝1,2,3...。

9.根据权利要求7或8所述的高速太赫兹波调制方法，其中，所述谐振腔为Fabry-Pérot谐振腔，所述Fabry-Pérot谐振腔模式与谐振腔介质的折射率和厚度D有关，其共振频率为ωc=kπcn‾D,k=1,2,3,....]]>

10.根据权利要求7或8所述的高速调制方法，其中，当等离激元与谐振腔模式共振强耦合时，出现等离极化激元的两分支。

11.一种太赫兹调制器的制造方法，其特征在于，包括步骤如下：

步骤一、在GaN/AlGaN二维电子气材料小片上形成器件有源区的二维电子气台面；

步骤二、形成源、漏欧姆接触；

步骤三、形成光栅栅极；

步骤四、形成光栅栅极和欧姆接触的引线电极以及用于晶片键合的图形转移；

步骤五、对蓝宝石衬底的背面进行减薄并抛光，以形成谐振腔结构。

12.根据权利要求11所述的太赫兹调制器的制造方法，其中步骤一中，所述GaN/AlGaN二维电子气材料小片，是通过激光划片机将2寸GaN/AlGaN二维电子气原片切成长宽都为1.5厘米的方型小片；所述二维电子气台面则采用紫外曝光技术实现二维电子气台面的图形转移，然后，采用感应耦合等离子体刻蚀二维电子气材料，以形成器件有源区台面。

13.根据权利要求11所述的太赫兹调制器的制造方法，其中步骤二中，进一步包括：光刻，采用电子束蒸发工艺，在二维电子气台面上蒸镀欧姆接触的多层金属结构，经过剥离后，形成欧姆接触金属图形，放置在快速退火炉里进行退火，形成源漏欧姆接触。