[发明专利]光电探测器制备方法及制备的广角光电探测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光电探测器制备方法及制备的广角光电探测器，属于半导体光电子技术领域。

背景技术

光电探测器在生物医学、数据存储媒介、火焰监测、紫外线剂量测量、高能射线探测、医疗、安检、工业探伤等领域得到广泛应用。当入射光能量大于光电探测器材料禁带宽度时，就会使得电子从价带跃迁至导带，产生电子空穴对，产生的电子空穴对被电极收集，就形成了光电流输出。量子效率是衡量光电探测器的一个最重要的性能指标之一，主要由光子入射效率、内量子效率和载流子收集效率决定。由于半导体和空气的折射率差大，相当的光被界面反射，无法进入到器件中被收集，导致器件效率降低。通常根据入射光和反射光的干涉相消原理，设计并制备增透膜，使得单一波长的垂直入射光入射效率达到95%以上。然而这种设计带来的一个问题是，当入射波长偏移设计波长，或者入射角偏离垂直方向，探测效率急剧下降。

根据电磁场理论，以对于电场垂直于入射面的TE波为例，根据界面处的连续性可以推导出TE波的菲涅尔反射系数为：

其中，θ₀为入射角，θ₁为出射角，θ₀与θ₁满足：

其中n₀为入射介质的折射率，n₁为出射介质的折射率。以650nm的入射光（TE波）从空气入射至硅材料表面为例，如图1所示，可以得出TE波反射率随入射角的增加而增加，说明光子入射效率与角度有关，垂直正入射方向的光子入射效率最高。通常人们采用的增透膜，根据增透膜厚度为λ/4时对波长为λ的光透射率最高，在硅材料表面生长一层100nm的二氧化硅用于增透600nm的入射光，将100nm的二氧化硅和硅材料等效成一个界面，其导纳为Y，定义其特征矩阵为：

其中，n₁和n₂分别为二氧化硅和硅的折射率，

为二氧化硅的相位厚度，d₁为二氧化硅的实际厚度，Y=C/B，因此加入增透膜后的反射系数为：

其中，n₀为空气的折射率。

计算结果如图2所示，可以看出，随着入射角从0°增加到60°，对600nm波长，透射率从91%降低到75%，透射率峰值波长也随着角度的增加偏离设计的中心波长，从600nm降低至470nm，透射率不断下降。

目前，在空间光通信、弱光探测、激光回波探测等方面均对广角光电探测有着强烈的需求，例如空间光通信中的漫反射探测、激光回波探测中由于激光发散角导致的回波散射等，其特征在于入射光的入射角范围大，强度微弱，因此这些应用均要求光电探测器在能接收较宽角度范围的入射光的同时，具有高的灵敏度及量子效率。

正是由于目前增透膜设计要求入射光垂直入射，在实际探测系统中，需要额外的探测器旋转控制系统，由于受到旋转控制系统速度的限制，扫描效率太低，因此进一步提出了与光电探测器配合的聚焦光学系统及通过增加探测器组成焦平面阵列，实现对各个方向信号的探测，但是额外的系统不仅提高了整个光电探测器模块的体积，更加大了实现难度。

发明内容

本发明目的在于解决上述技术问题，提供一种广角的光电探测器结构及制备方法。

本发明采用的技术方案是：

一种光电探测器的制备方法，包括如下步骤：

光刻步骤，在光电探测结构的上表面光刻出再构光敏面的图形，

去除表面损伤层步骤，将所述光电探测结构置于60-100℃，20wt%的KOH溶液中，去除位于再构光敏面内的大约10μm的表面损伤层；

再构步骤，将所述光电探测结构置于60-100℃，3wt%的KOH及8vol%的异丙醇混合溶液中，在再构光敏面内形成广角结构。

优选的，所述光刻步骤中还包括使用光刻胶保护光敏面外的区域的步骤；所述再构步骤之后还包括去除保护用的光刻胶的步骤。

优选的，所述去除光刻胶步骤之后还包括如下步骤，在800-1200℃的湿氧环境下正面生长50nm的SiO₂，光刻并腐蚀掉再构光敏面外的区域，形成钝化层。

优选的，所述广角结构为所述再构光敏面的不平整表面，用以使斜入射光接触所述再构光敏面后产生的反射光的部分再次作为斜入射光进入至所述光电探测结构内。

优选的，所述再构光敏面的不平整表面为规则的连续截面。