[发明专利]具有分光结构的光电探测器

说明书

本发明提供一种具有分光结构的光电探测器，包括：芯片、第一环形电极、第二环形电极、电极引线、分光棱镜和反射结构；芯片为凸形结构；芯片的凸起部上方为分光棱镜和第一环形电极，分光棱镜位于第一环形电极的中央；芯片的外凹部放置第二环形电极和反射结构；可见光经过分光棱镜后从芯片的上面竖直进入，近红外光经过分光棱镜被全反射到反射结构上，再经过反射结构的两次反射后，从芯片凸起部的侧面水平进入。通过利用分光结构将可见光和近红外光分开的方式，让各谱段的光都进入各自完全吸收的深度，均衡了可见光与近红外光的响应速度和量子效率对于吸收层厚度的需求相互矛盾的问题。实现了宽谱段的光高效率快速响应的效果。

技术领域

本发明涉及光电技术领域，特别涉及具有分光结构的光电探测器。

背景技术

PIN光电探测器是一种光敏元件，它是为了提高PN结光电探测器的性能，在P区和N区之间插入一个本征(或轻掺杂)I区，构成PIN光电探测器。PIN光电探测器中间的I层为轻掺杂，在加上反偏电压的情况下该层处于完全耗尽的状态，相比于传统PN结通过增大了耗尽区宽度，增强了大多数载流子的漂移运动同时减少载流子的扩散运动，进而提高响应速度。耗尽层的加宽也明显地减小了结电容C，从而使电路的时间常数减小；由于在光谱响应的长波区硅材料的吸收系数明显减小，因此耗尽层的加宽也有利于对长波区光辐射的吸收，有利于量子效率的改善。PIN光电探测器的上述优点使它在光通信、光雷达及其他快速光电自动控制领域得到了非常广泛的应用。

硅基PIN光电探测器具有响应速度、灵敏度高的特点，而且其原材料Si资源丰富，有着材料成本低、易于大规模集、相关技术成熟等优点，因此硅基PIN光电探测器被广泛应用。但是由于硅材料自身的特性，其禁带宽度较大(1.12eV)，硅材料对大于1.1μm的光无法吸收，并且硅材料在光谱响应的长波区吸收系数明显减小，所以硅基PIN光电探测器对于近红外谱段(750-1100nm)的光吸收率降低，这使得红外谱段的光照射器件时会穿过器件的吸收区却不能引起明显的光响应。耗尽层的加宽有利于对长波谱段光辐射的吸收和量子效率的提高，但是对于垂直入射的器件结构，为了提高器件的响应速度必须使耗尽区很薄以缩短渡越时间；较薄的耗尽区大大减少了长波谱段光子的吸收率，降低了长波谱段光的量子效率。因此，可见光和近红外光响应速度和量子效率对于吸收层厚度的需求相互矛盾的问题，限制了器件的宽谱段光高效率响应。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提出一种具有分光结构的光电探测器，通过利用分光结构将可见光和近红外光分开的方式，使得近红外光能够从芯片侧面水平入射到探测器吸收区，可见光从芯片顶层竖直向下入射到探测器吸收区，从而让各谱段的光都进入各自完全吸收的深度，均衡了可见光与近红外光的响应速度和量子效率对于吸收层厚度的需求相互矛盾的问题。实现了宽谱段的光高效率快速响应的效果。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供的具有分光结构的光电探测器，包括：芯片、第一环形电极、第二环形电极、电极引线、分光棱镜和反射结构；芯片为凸形结构；分光棱镜和第一环形电极设置在芯片凸起部的上方，分光棱镜位于第一环形电极的中央；第二环形电极设置在芯片的外凹部，第二环形电极的上方为反射结构；第一环形电极和第二环形电极上分别设置有电极引线；

待测光进入光电探测器后，通过分光棱镜将待测光中的可见光和近红外光分开，可见光透过分光棱镜后垂直进入芯片，近红外光经过分光棱镜后被全反射到反射结构上，再经过反射结构的两次反射后，从芯片凸起部的侧面水平进入芯片。

优选地，在分光棱镜的侧面镀有二向色分光膜，在分光棱镜的底面镀有可见光增透膜。

优选地，二向色分光膜和可见光增透膜由折射率不同的薄膜交替叠加组成，通过调整薄膜的厚度实现二向色分光和可见光增透。

优选地，反射结构由金属块切割加工而成，反射结构的内表面通过抛光形成直角反射镜面。