[发明专利]光电探测器元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种光电探测器。本发明更具体地涉及一种包括厚度小于被测光的波长的半导体层的光电探测器。

背景技术

当前的光电探测器一般包括与电荷转移器件有关的半导体层。当光束照射半导体层时，入射光子会在那里形成电子空穴对。然后载流子通过电荷转移器件被转移到能够使它们量化的电子电路。

在半导体层中形成电子空穴对的平均深度取决于入射光束的波长和使用的半导体材料：波长越长，电子空穴对形成在半导体层中很可能就越深。例如，为了吸收大约99％的红光，必须具有厚度约为10μm的硅层。对于蓝光，厚度为3μm级的硅层足够达到这样的吸收率。这种厚度大大大于想要检测的光波的波长，并且这种厚度在远红外波或太赫波的情况下会受抑制。

在图像探测器的情况下，通常希望减小基本光电探测器的像素尺寸。半导体层上的每个像素占据的表面面积的减小主要引起了使感光区域相互隔离的问题。甚至，为了避免邻近像素之间的干扰，通常提供以在它们中的每个像素的周围形成隔离沟槽。如果半导体层比较厚，则隔离沟槽会占据半导体层的不可忽略的表面面积，这与一般像素尺寸的减小相矛盾。因此，不得不减小半导体层的厚度。然而，如前所述，形成极薄的有源层通常不能够吸收并且检测所有的入射光。

因此通过具有越过该层两倍或几倍的光子提供以增加半导体光电探测器层的等效厚度。因此，可以将反射镜提供在半导体层的一个面上以在那里提供双重传播。还可以将反射元件提供在半导体层的任一面上以形成法布里-珀罗(Fabry-Pérot)型结构。实际上，反射元件是布拉格反射镜，通常很厚，例如由从10至30的四分之一波长层的叠层形成。因而将失去减小有源半导体层的厚度的优势。

为了减小半导体光电探测器层的厚度，已提供利用集体电子电荷振动(等离子体振子共振)的物理现象。然而，使用等离子体振子共振通常意味着提供使探测器在波长和入射角方面有充分选择性的周期性结构。此外，使用等离子体振子共振的结构必须以高精确方式按规定尺寸制作，这使得制造困难。

发明内容

此外，希望能够形成光电探测器，其中半导体材料能够从宽范围的半导体化合物中选择，能够将它们中的一些仅沉积在极薄的层中。

本发明的目的在于提供一种包括极薄半导体层并且具有下列特征中的至少之一的光电探测器：

几乎不根据频率选择；

在响应间隔中不必或仅轻微反射；

必须对入射光束的入射角完全不敏感；

必须对入射光束的偏置完全不敏感；

必须能够选择两个基本极性中的一个极性；以及

必须有小于被测光束的波长的尺寸。

因此，本发明的实施例提供了一种在真空中波长接近于值λ₀的辐射的光电探测元件，包括指数为ns且厚度在λ₀/4ns与λ₀/20ns之间的半导体层；在该半导体层的一个面上的、指数n1小于ns的、透得过所述波长的第一介质；以及，在该半导体层的另一面上的、指数n2小于ns的、宽度L基本等于λ₀/ns的第二介质的区域，和在所述区域的任一面上的、指数n3大于指数n2的、由第二介质形成反射界面的第三介质。

根据本发明的实施例，该半导体层具有在λ₀/4ns与λ₀/10ns之间的厚度。

根据本发明的实施例，第二介质与第一介质相同。

根据本发明的实施例，第二介质的指数大于第一介质的指数。

根据本发明的实施例，第三介质是金属。

根据本发明的实施例，第三介质具有大于λ₀/10的厚度。

根据本发明的实施例，HgCdTe半导体层形成在CdTe衬底上，第二介质也是CdTe，并且第三介质是金。

本发明还提供了诸如上述的平行连接的以形成大尺寸光电探测器的光电探测器元件的组件。

根据本发明的实施例，该组件包括诸如上述的分离连接的以形成像素阵列的光电探测器元件。

根据本发明的实施例，该组件包括诸如上述的能够在相同或不同波长下操作的光电探测器元件。

在结合附图对特定实施例的下列非限制性描述中，将详细地论述本发明的前述目的、特征和优势。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例的光电探测器的原理的极简化截面图；

图2是根据本发明实施例的光电探测器的实施例的截面图；以及

图3、4和5是沿根据本发明的不同实施例的光电探测器的图2的截面平面A-A的顶视图。

具体实施方式