[发明专利]一种可见-红外双波段光电探测器

说明书

本发明实施例中提供的可见‑红外双波段光电探测器，利用PIN光电探测结构和金属‑半导体接触界面势垒结构，在实现提高中远红外波段量子效率的同时实现光电探测器的可见‑红外双波段探测的功能。优点为当光垂直入射时，可见光通过PIN结构时被其充分吸收探测，由于硅对红外波段的光具有良好的透过性能，红外波段光线穿过衬底层，通过金属薄膜反射层进行反射，将红外波段光线反射到微结构层，利用微结构层特性增强对红外波段光的吸收，使载流子获得能量跃迁至费米能级，越过势垒进入半导体衬底，使电子和空穴分别被两侧金属电极收集，对红外波段光线进行高量子转换效率的吸收探测，实现可见‑红外双波段探测，本发明可大幅提高探测光谱范围，拓宽应用领域。

技术领域

本发明涉及光电技术领域，特别涉及一种可见-红外双波段光电探测器。

背景技术

硅基光电探测器作为可见光和近红外波段探测器件的主力军,具有效率高、功耗低、体积小、抗震动、价格低廉和易于和电路集成等优点,在各领域中被广泛应用。由于硅的带隙宽度约为1.1eV，硅在可见光和近红外波段存在响应，但对于能量小于1.1eV的光子，由于硅材料的禁带宽度相对较大，导致硅光电探测器在中远红外波段的光吸收几乎为零，在一定程度上制约了硅基光电探测器在波长大于1.1μm的近红外及中远红外光波段的发展，且目前现有的硅基光电探测器主要进行单波段光谱探测，探测光谱范围受到限制，在宽波段探测中具有局限性，限制了其在一些领域的应用。

发明内容

本发明实施例中提供一种可见-红外双波段光电探测器，对红外波段光线进行高量子转换效率的吸收探测的同时实现可见-红外双波段探测。本发明与传统探测器相比可大幅提高探测光谱范围，扩展应用领域。

本发明实施例中提供一种可见-红外双波段光电探测器，包括：

半导体衬底层；

位于所述半导体衬底层一面的金属反射层，所述金属反射层贴合所述半导体衬底层的一侧设有反射面结构；

位于所述半导体衬底层相对的另一面上的第一型半导体层；

间隔设置在所述第一型半导体层上的微结构层和第二型半导体层；

位于所述微结构层上的第一阳极；

位于所述第二型半导体层上的第三型半导体层；

位于所述第三型半导体层上的第一阴极，所述第一阴极具有用于光通过的镂空结构；

位于所述第一型半导体层上且与所述第一阴极、所述第一阳极分别间隔设置的第二阴极和第二阳极，所述第一阳极和所述第二阴极构成一组电极，所述第二阳极和所述第一阴极构成另一组电极。

作为一种可选的方案，所述半导体衬底层的材料为硅、锗、SOI中的一种，所述第一型半导体层为P型半导体层或N型半导体层，所述第二型半导体层为I型本征，所述第三型半导体层为N型半导体层或P型半导体层。

作为一种可选的方案，所述的绝缘层的材料为聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂或SiO₂中的任一种。

作为一种可选的方案，所述第一阳极、第一阴极、第二阳极和第二阴极的材料为金、银、铜、铝、铬、镍、钛中的一种或几种的合金。

作为一种可选的方案，所述P型半导体层掺杂离子为B³⁺，所述N型半导体层掺杂离子为P⁵⁺或As⁵⁺。

作为一种可选的方案，所述微结构层为直接在硅上镀相应金属形成合金薄膜、多孔硅上镀相应金属形成合金薄膜、光栅结构的硅上镀相应金属形成合金薄膜、或黑磷和石墨烯构成的二维材料上镀相应金属中的一种或几种，所述合金薄膜为PtSi或Pt₂Si，所述相应金属为Pt。