[发明专利]窄光谱响应的光电探测器及其制作方法和设计方法

说明书

本申请涉及一种窄光谱响应的光电探测器及其制作方法和设计方法，所述光电探测器自上而下依次包括第一反射镜、功能区和第二反射镜；所述第一反射镜为通过气相沉积法形成的分布式布拉格DBR反射镜；所述第二反射镜为高折射率对比度的悬空反射镜，且所述第二反射镜的折射率对比度大于2。本申请提供的窄光谱响应的光电探测器，具有厚度小、制造成本低、工艺难度小的优点。

技术领域

本申请涉及光电探测器技术领域，特别涉及一种窄光谱响应的光电探测器及其制作方法和设计方法。

背景技术

光电探测器利用半导体材料的光电转换作用，将光信号的光能量吸收，并转化为电流或电压信号输出。常见的基于III-V族半导体材料的光电探测器有PIN和APD等结构。各类III-V族光电探测器的共同特点是采用带隙较宽的二元衬底材料，如GaAs，InP等，通过外延生长的方式在衬底上沉积带隙较窄的三元或四元半导体材料作为光吸收层，如InGaAs，InGaAsP等，并制成异质结结构。

根据材料的选择，光电探测器具有一定的响应光谱范围，主要由吸收层材料的吸收光谱决定，响应光谱宽度通常为数百纳米到数微米。例如，InGaAs/InP基光电探测器的响应光谱范围为920nm至1650nm，响应光谱宽度为0.7μm。在采用激光光源的传感和测量系统中，如激光雷达、激光测距仪等，光源激光器发射的波长较窄，通常小于10nm，远小于探测器响应光谱宽度。此类系统的光电探测器只需要对所采用的激光光源响应，而环境中的其他波长的光属于干扰源，一般需要采用窄光谱带通滤光片将其他波长的光过滤掉，只保留激光光源所在波长。对于此类应用场景，具有窄光谱响应的光电探测器可从探测器芯片上直接过滤其他波段干扰信号，避免使用滤光片，简化系统设计和装配，同时避免滤光片对接收信号的损耗。

现有的窄光谱响应的光电探测器通常采用谐振腔结构，将吸收层置于由两个DBR反射镜组成的谐振腔中，利用谐振腔驻波效应增强对谐振波长的吸收效率，同时降低其他波长的吸收效率，从而实现高量子效率的窄光谱响应光电探测器。其中，位于底部的DBR反射镜由两种折射率不同的材料构成，一般通过外延生长制造，对于InP衬底，需采用与衬底晶格匹配的InGaAsP、InAlGaAs等材料。

然而，由于这些材料的折射率系数与InP差异较小，即折射率对比度低，在制造DBR反射镜时通常需要采用数十组以上周期性四分之一波长薄膜通过高反射率与低反射率交替才能获得高反射率，导致制造成本较高。以In_0.624Ga_0.376As_0.8P_0.2/InP组成的DBR为例，由于折射率对比度低，达到90％反射率需要30组In_0.624Ga_0.376As_0.8P_0.2/InP薄膜组，总厚度约7μm，制造成本较高，难度大，这也是1550nm波段InP基VCSEL激光器的主要瓶颈之一。

发明内容

本申请实施例提供一种窄光谱响应的光电探测器及其制作方法和设计方法，以解决相关技术中探测器厚度大、制造成本高、工艺难度大的技术问题。

第一方面，提供了一种窄光谱响应的光电探测器，其自上而下依次包括第一反射镜、功能区和第二反射镜；所述第一反射镜为通过气相沉积法形成的分布式布拉格DBR反射镜；所述第二反射镜为高折射率对比度的悬空反射镜，且所述第二反射镜的折射率对比度大于2。

一些实施例中，所述第二反射镜为InP与空气隙形成的悬空反射镜。

一些实施例中，所述功能区自下而上依次包括谐振控制层、吸收层、过渡层、电荷层、倍增层、顶层，所述谐振控制层为N型InP，所述吸收层为本征InGaAs，所述过渡层为本征InGaAsP，所述电荷层为N型InP，所述倍增层为N型InP，所述顶层具有一扩散区。

第二方面，提供了一种窄光谱响应的光电探测器的制作方法，包括步骤：

采用外延生长工艺制作功能区；