光电探测器、光电探测器阵列和光电探测终端制造技术

本实用新型专利技术涉及光子探测技术领域，特别是涉及一种光电探测器、光电探测器阵列和光电探测终端。本申请实施例中提供了一种光电探测器，包括衬底和形成于该衬底之上的光学谐振腔：所述光学谐振腔可包括：光吸收层，具有相对的光线入射外表面和底部外部表面，以及位于所述光线入射表面与所述底部表面之间的外侧壁；陷光结构层，覆盖于所述光线入射表面；以及光反射结构层，覆盖于所述光吸收层的所述底部外表面和/或所述外侧壁上；其中，所述光反射结构层用于反射透过所述陷光结构层射入所述光学谐振腔中的外部光线，以增加该外部光线在所述光吸收层中的传播光程，进而有效提升光电探测器的光子吸收效率。

【技术实现步骤摘要】
光电探测器、光电探测器阵列和光电探测终端
本技术涉及光子探测
，特别是涉及一种光电探测器、光电探测器阵列和光电探测终端。
技术介绍
随着科技的进步和社会的发展，光电探测器应用的领域越来广泛，相应的对光电探测器的要求也就越高；尤其针对诸如深度探测(如激光雷达)、医疗感应及量子通信等高精端行业中，基于单个光子探测的光电探测器的要求更加严苛。但是，技术人发现，目前光电探测器的光吸收效率较低，会直接影响产品的性能。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述技术问题提供了一种光电探测器、光电探测器阵列和光电探测终端，以有效提升光吸收效率，进而来改善光电探测器件的性能。在一个可选的实施例中，本申请提供了一种光电探测器，包括衬底和形成于该衬底之上的光学谐振腔：所述光学谐振腔包括：光吸收层，具有相对的光线入射外表面和底部外部表面，以及位于所述光线入射表面与所述底部表面之间的外侧壁；陷光结构(lighttrap)层，覆盖于所述光线入射表面；以及光反射结构层，覆盖于所述光吸收层的所述底部外表面和/或所述外侧壁上；其中，所述光反射结构层用于反射透过所述陷光结构层射入所述光学谐振腔中的外部光线，以增加该外部光线在所述光吸收层中的传播光程，进而有效提升光电探测器的光子吸收效率。在一个可选的实施例中，所述衬底为具有光反射功能的衬底，以进一步提升光学谐振腔底部的光反射能力。在一个可选的实施例中，所述衬底为金属衬底、具有分布式布拉格反射镜结构的衬底、具有SOI结构的衬底或者具有HCG(highcontrastgrating，高对比度光栅)结构的衬底。其中，SOI可用于表示绝缘体上的硅(silicononinsulator)或者绝缘体上的半导体(semiconductoroninsulator)，在本申请的部分实施例中是以SOI表示绝缘体上的硅进行举例说明的，但在不冲突的前提下，本领域人员应该能够理解，可将绝缘体上的硅的衬底结构替换为绝缘体上的半导体的衬底结构。在一个可选的实施例中，所述衬底为SOI结构衬底时，该衬底包括至少两层叠置的SOI复合层。在一个可选的实施例中，所述陷光结构层具有凹凸结构，用于改变透过该陷光结构层射入所述光学谐振腔内的所述外部光线的传播方向。在一个可选的实施例中，所述凹凸结构为纳米级的结构；其中，所述凹凸结构呈阵列式分布于所述陷光结构层的表面。在一个可选的实施例中，所述凹凸结构的纵截面为锯齿形或方波形。在一个可选的实施例中，所述凹凸结构的纵截面为锯齿形时，该凹凸结构为四棱锥体。在一个可选的实施例中，所述凹凸结构包括凸起和凹槽；其中，所述凹凸结构的纵截面为方波形时，所述凸起和/或所述凹槽的横截面形状为正多边形和圆形中的至少一种。在一个可选的实施例中，所述凹凸结构以四方密排或六方密排的方式分布于所述陷光结构层的表面。在一个可选的实施例中，所述光反射结构层覆盖于所述光吸收层的所述底部外表面上时，该光反射结构层包括：底部反射层，覆盖在所述光吸收层的所述底部外表面，用于对射向所述底部外表面的光线进行反射，以与所述陷光结构层形成第一光学谐振结构。在一个可选的实施例中，所述底部反射层的材质为金属或介电材料。在一个可选的实施例中，所述底部反射层为所述介电材料时，该介电材料可为氧化硅、氮化硅和/或其他材质。在一个可选的实施例中，所述光反射结构层覆盖于所述光吸收层的所述外侧壁时，该光反射结构层包括：侧壁反射墙，环绕所述光吸收层设置于所述衬底上，用于形成第二光学谐振结构；其中，所述第二光线谐振结构用于对经所述陷光结构层改变方向，且射向所述侧壁反射墙进行来回反射。在一个可选的实施例中，所述侧壁反射墙为填充深沟槽(deeptrenchisolation，简称DTI)所形成的光反射隔离结构。在一个可选的实施例中，所述侧壁反射墙包括：绝缘层，覆盖于所述深沟槽的底部及侧壁；以及反射层，填充于所述深沟槽中；其中，所述深沟槽延伸至所述衬底的上表面或内部。在一个可选的实施例中，所述绝缘层的材质包括氧化硅，以及所述反射层的材质包括氧化硅、无定形硅、多晶硅或金属中的至少一种。在一个可选的实施例中，上述的光电探测器还可包括：电路层，临近所述陷光结构层设置于所述衬底之上，用于将所述光吸收层所吸收的光信号转换为电信号；以及微透镜，用于将接收的外部光线汇聚至该陷光结构层的光入射外表面。在一个可选的实施例中，所述光电探测器为单光子探测器(singlephotonavalanchediode，简称SPAD)、雪崩二极管(avalanchephotodiode，简称APD)或硅光倍增管(siliconphotomultiplier，简称SiPM)。在一个可选的实施例中，本申请还提供了另一种光电探测器，可包括衬底、底部反射层、光吸收层、陷光结构层和侧壁反射墙：其中，所述底部反射层、所述光吸收层和所述陷光结构层，沿远离所述衬底的方向，依次设置于所述衬底之上；在所述光吸收层的厚度方向，所述侧壁反射墙贯穿该光吸收层至所述底部反射层或所述衬底；以及所述侧壁反射墙与所述陷光结构和所述底部反射层形成环绕所述光吸收层的密封式光学谐振腔，用于对经所述陷光结构射入所述光吸收层的外部光线进行反射，进而增加该外部光线在光吸收层中的光程，以有效的提升光电探测器的光吸收效率。在一个可选的实施例中，所述陷光结构层具有纳米级的凹凸结构；其中，所述凹凸结构呈阵列式分布于所述陷光结构层的表面。在一个可选的实施例中，所述凹凸结构的纵截面为锯齿形或方波形。在一个可选的实施例中，所述凹凸结构包括凸起和凹槽；其中，所述凹凸结构的纵截面为方波形时，所述凸起和/或所述凹槽的横截面形状为正多边形和圆形中的至少一种。在一个可选的实施例中，所述凹凸结构以四方密排或六方密排的方式分布于所述陷光结构层的表面。在一个可选的实施例中，所述底部反射层的材质为金属或氧化硅。在一个可选的实施例中，所述侧壁反射墙为填充深沟槽所形成的光反射隔离结构。在一个可选的实施例中，所述侧壁反射墙包括：绝缘层，覆盖于所述深沟槽内表面；以及反射层，填充于内表面覆盖有所述绝缘层的所述深沟槽中；其中，所述深沟槽延伸至所述衬底的上表面或内部。在一个可选的实施例中，所述绝缘层的材质包括氧化硅，以及所述反射层的材质包括氧化硅、无定形硅、多晶硅或金属中的至少一种。在一个可选的实施例中，上述的光电探测器还可包括：电路层，临近所述陷光结构层设置于所述衬底之上，用于将所述光吸收层所吸收的光信号转换为电信号；以及微透镜，用于将接收的外部光线汇聚至该陷光结构层的光入射表面。在一个可选的实施例中，所述光电探测器为单光子探测器、雪崩二极管或硅光倍增管。在一个可选的实施例中，本申请还提供了一种光电探测器，可包括：衬底；底部反射层，覆盖所述衬底的上表面；光吸收层，形成于所述底部反射层的上表面；侧壁反射墙，沿厚度方向贯穿所述光吸收层至所述底部反射层；以及陷光结构层，设置于所述光吸收层的上表面；其中，所述光吸收层中形成有第一掺杂区、第二掺杂区、第三掺杂区、第四掺杂区和第五掺杂区；所述第一掺杂区、第二掺杂区和所述第三掺杂区中掺杂离子为第一类型离子，所述第四掺杂区和第五掺杂区中的掺杂离子为第二类型离子；所述第三掺杂区中的离子浓度大于所述第二掺杂区中的离子浓度，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光电探测器，其特征在于，包括衬底和形成于该衬底之上的光学谐振腔：所述光学谐振腔包括：光吸收层，具有相对的光线入射外表面和底部外部表面，以及位于所述光线入射表面与所述底部表面之间的外侧壁；陷光结构层，覆盖于所述光线入射表面；以及光反射结构层，覆盖于所述光吸收层的所述底部外表面和/或所述外侧壁上；其中，所述光反射结构层用于反射透过所述陷光结构层射入所述光学谐振腔中的外部光线，以增加该外部光线在所述光吸收层中的传播光程。

【技术特征摘要】
1.一种光电探测器，其特征在于，包括衬底和形成于该衬底之上的光学谐振腔：所述光学谐振腔包括：光吸收层，具有相对的光线入射外表面和底部外部表面，以及位于所述光线入射表面与所述底部表面之间的外侧壁；陷光结构层，覆盖于所述光线入射表面；以及光反射结构层，覆盖于所述光吸收层的所述底部外表面和/或所述外侧壁上；其中，所述光反射结构层用于反射透过所述陷光结构层射入所述光学谐振腔中的外部光线，以增加该外部光线在所述光吸收层中的传播光程。2.如权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述衬底为具有光反射功能的衬底；和/或所述陷光结构层具有凹凸结构，用于改变透过该陷光结构层射入所述光学谐振腔内的所述外部光线的传播方向。3.如权利要求2所述的光电探测器，其特征在于，所述衬底为具有光反射功能的衬底时，所述衬底为金属衬底、具有分布式布拉格反射镜结构的衬底、具有SOI结构的衬底或HCG结构的衬底；和/或所述陷光结构层具有凹凸结构时，所述凹凸结构为纳米级的结构，且所述凹凸结构呈阵列式分布于所述陷光结构层的表面。4.如权利要求3所述的光电探测器，其特征在于，所述陷光结构层具有凹凸结构时，所述凹凸结构的纵截面为锯齿形或方波形。5.如权利要求4所述的光电探测器，其特征在于，所述凹凸结构的纵截面为锯齿形时，该凹凸结构为四棱锥体；和/或所述凹凸结构以四方密排或六方密排的方式分布于所述陷光结构层的表面。6.如权利要求4所述的光电探测器，其特征在于，所述凹凸结构包括凸起和凹槽；其中，所述凹凸结构的纵截面为方波形时，所述凸起和/或所述凹槽的横截面形状为正多边形和圆形中的至少一种。7.如权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述光反射结构层覆盖于所述光吸收层的所述底部外表面上时，该光反射结构层包括：底部反射层，覆盖在所述光吸收层的所述底部外表面，用于对射向所述底部外表面的光线进行反射，以与所述陷光结构层形成第一光学谐振结构；和/或所述光反射结构层覆盖于所述光吸收层的外侧壁时，该光反射结构层包括：侧壁反射墙，环绕所述光吸收层设置于所述衬底上，用于形成第二光学谐振结构；其中，所述第二光线谐振结构用于对经所述陷光结构层改变方向，且射向所述侧壁反射墙进行来回反射。8.如权利要求7所述的光电探测器，其特征在于，所述光反射结构层包括所述底部反射层时，所述底部反射层的材质为金属或介电材料；和/或所述光反射结构层包括所述侧壁反射墙时，所述侧壁反射墙为填充深沟槽所形成的光反射隔离结构。9.如权利要求8所述的光电探测器，其特征在于，所述底部反射层为所述介电材料时，该介电材料包括氧化硅和氮化硅；和/或所述光反射结构层包括所述侧壁反射墙时，所述侧壁反射墙包括：绝缘层，覆盖于所述深沟槽的底部及侧壁；以及反射层，填充于所述深沟槽中；其中，所述深沟槽延伸至所述衬底的上表面或内部。10.如权利要求9所述的光电探测器，其特征在于，所述侧壁反射墙包括所述绝缘层和所述反射层时，所述绝缘层的材质包括氧化硅，以及所述反射层的材质包括氧化硅、无定形硅、多晶硅或金属中的至少一种。11.如权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，还包括：电路层，临近所述陷光结构层设置于所述衬底之上，用于将所述光吸收层所吸收的光信号转换为电信号；以及微透镜，用于将接收的外部光线汇聚至该陷光结构层的光入射外表面。12.如权利要求1-11中任意一项所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器为单光子探测器、雪崩二极管或硅光倍增管。13.一种光电探测器，其特征在于，包括衬底、底部反射层、光吸收层、陷光结构层和侧壁反射墙：其中，所述底部反射层、所述光吸收层和所述陷光结构层，沿远离所述衬底的方向，依次设置于所述衬底之上；在所述光吸收层的厚度方向，所述侧壁反射墙贯穿该光吸收层至所述底部反射层或所述衬底；以及所述侧壁反射墙与所述陷光结构和所述底部反射层形成环绕所述光吸收层的密封式光学谐振腔，用于对经所述陷光结构射入所述光吸收层的外部光线进行反射。14.如权利要求13所述的光电探测器，其特征在于，所述陷光结构层具有纳米级的凹凸结构；其中，所述凹凸结构呈阵列式分布于所述陷光结构层的表面；和/或所述侧壁反射墙为填充深沟槽所形成的光反射隔离结构。15.如权利要求14所述的光电探测器，其特征在于，所述凹凸结构呈阵列式分布于所述陷光结构层的表面时，所述凹凸结构的纵截面为锯齿形或方波形；和/或所述侧壁反射墙为填充深沟槽所形成的光反射隔离结构时，所述侧壁反射墙包括：绝缘层，覆盖于所述深沟槽内表面；以及反射层，填充于内表面覆盖有所述绝缘层...

【专利技术属性】
技术研发人员：臧凯，李爽，贾捷阳，
申请(专利权)人：深圳市灵明光子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44