CN114068762B - 具有分光结构的光电探测器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有分光结构的光电探测器的制备方法，包括如下步骤：S1、同时制备芯片、分光棱镜和反射结构；S2、在芯片的凸起部上表面生长第一环形电极；在芯片的外凹部上表面生长第二环形电极。S3、将分光棱镜安装在芯片凸起部的上方，将反射结构安装在芯片外凹部的上方，在第一环形电极与第二环形电极上分别焊接电极引线后，对制备完成的光电探测器进行封装。通过利用分光结构将可见光和近红外光分开的方式，让各谱段的光都进入各自完全吸收的深度，均衡了可见光与近红外光的响应速度和量子效率对于吸收层厚度的需求相互矛盾的问题。实现了宽谱段的光高效率快速响应的效果。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，特别涉及具有分光结构的光电探测器的制备方法。
背景技术
PIN光电探测器是一种光敏元件，它是为了提高PN结光电探测器的性能，在P区和N区之间插入一个本征(或轻掺杂)I区，构成PIN光电探测器。PIN光电探测器中间的I层为轻掺杂，在加上反偏电压的情况下该层处于完全耗尽的状态，相比于传统PN结通过增大了耗尽区宽度，增强了大多数载流子的漂移运动同时减少载流子的扩散运动，进而提高响应速度。耗尽层的加宽也明显地减小了结电容C，从而使电路的时间常数减小；由于在光谱响应的长波区硅材料的吸收系数明显减小，因此耗尽层的加宽也有利于对长波区光辐射的吸收，有利于量子效率的改善。PIN光电探测器的上述优点使它在光通信、光雷达及其他快速光电自动控制领域得到了非常广泛的应用。
硅基PIN光电探测器具有响应速度、灵敏度高的特点，而且其原材料Si资源丰富，有着材料成本低、易于大规模集、相关技术成熟等优点，因此硅基PIN光电探测器被广泛应用。但是由于硅材料自身的特性，其禁带宽度较大(1.12eV)，硅材料对大于1.1μm的光无法吸收，并且硅材料在光谱响应的长波区吸收系数明显减小，所以硅基PIN光电探测器对于近红外谱段(750-1100nm)的光吸收率降低，这使得红外谱段的光照射器件时会穿过器件的吸收区却不能引起明显的光响应。耗尽层的加宽有利于对长波谱段光辐射的吸收和量子效率的提高，但是对于垂直入射的器件结构，为了提高器件的响应速度必须使耗尽区很薄以缩短渡越时间；较薄的耗尽区大大减少了长波谱段光子的吸收率，降低了长波谱段光的量子效率。因此，可见光和近红外光响应速度和量子效率对于吸收层厚度的需求相互矛盾的问题，限制了器件的宽谱段光高效率响应。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提出一种具有分光结构的光电探测器的制备方法，通过本方法制备的光电探测器，利用分光结构将可见光和近红外光分开的方式，使得近红外光能够从芯片侧面水平入射到探测器吸收区，可见光从芯片顶层竖直向下入射到探测器吸收区，从而让各谱段的光都进入各自完全吸收的深度，均衡了可见光与近红外光的响应速度和量子效率对于吸收层厚度的需求相互矛盾的问题。实现了宽谱段的光高效率快速响应的效果。
为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
本发明提供的具有分光结构的光电探测器的制备方法，包括如下步骤：
S1、同时制备芯片、分光棱镜和反射结构；
S2、在芯片的凸起部的上表面生长第一环形电极；在芯片的外凹部的上表面生长第二环形电极；
S3、将分光棱镜安装在芯片的凸起部的上方，将反射结构安装在芯片的外凹部的上方，在第一环形电极与第二环形电极上分别焊接电极引线后，对制备完成的光电探测器进行封装。
优选地，分光棱镜的制备过程具体包括如下步骤：
S110、在分光棱镜的侧面镀二向色分光膜；
S120、在分光棱镜的底面镀近可见光增透膜。
优选地，二向色分光膜和可见光增透膜由折射率不同的薄膜交替叠加组成，通过调整薄膜的厚度实现二向色分光和可见光增透。
优选地，反射结构的制备过程为：通过对金属块进行切割形成反射结构，再对金属块的内表面进行抛光来形成直角反射镜面。
优选地，反射结构的制备过程为：将反射镜面安装在反射镜体的内表面形成直角反射镜面。
优选地，将两个反射镜面通过上下、左右或前后的方式进行拼接，反射结构拼接后形成首尾相连的闭合环形结构。
优选地，反射镜体的材料为金属、半导体材料、玻璃或塑料；反射镜面为金属反射镜、金属薄膜反射镜、介质膜反射镜或环状折反射棱镜。
优选地，分光棱镜的侧面与底面夹角的范围为45°±3°，反射结构的反射镜面与水平面夹角的范围为45°±3°。
优选地，在步骤S1前还有预处理步骤S0，步骤S0具体为：S0、选取N型层或P型层作为衬底材料，对衬底材料进行清洁处理；
优选地，芯片的制备过程具体包括如下步骤：
S101、在N型层的上表面外延生长I型层；
S102、在I型层的上表面外延生长P型层；
S103、对芯片的边缘进行刻蚀形成外凹部，刻蚀的厚度为从P型层到N型层；芯片进行刻蚀后N型层为凸形结构，N型层的凸起部与I型层和P型层直径相同；
S104、在P型层的上表面镀可见光增透膜；
S105、在P型层和I型层的侧面镀近红外光增透膜。
优选地，可见光增透膜和近红外光增透膜由折射率不同的薄膜交替叠加组成，通过调整薄膜的厚度实现可见光增透和近红外光增透。
优选地，芯片包括：从下往上依次层叠的N型层、I型层、P型层；或从下往上依次层叠的P型层、I型层、N型层。
优选地，芯片的横截面为圆形、正方形或长方形。
优选地，当芯片的横截面为圆形时：分光棱镜为圆锥，反射结构为圆环形，反射镜面的横截面为圆环形；
当芯片的横截面为正方形时：分光棱镜为四棱锥，反射结构为正方环形，反射镜面的横截面为梯形；
当芯片的横截面为长方形时：分光棱镜为三棱柱，反射结构为长方环形，反射镜面的横截面为梯形。
优选地，P型层和I型层的材料为硅；N型层的材料为硅、锗或SOI；
N型层的材料为高掺杂P、As、Sb中的任意一种；
I型层的材料为轻掺杂N型层的材料或轻掺杂P型层的材料；
P型层的材料为高掺杂B、Al、Ga中的任意一种。
优选地，外凹部的制备过程具体包括如下步骤：
S1031、在P型层表面制备环形掩模图型；
S1032、将芯片边缘进行刻蚀形成沟槽；
S1033、去除掩膜图型，形成外凹部。
优选地，第一环形电极的制备过程具体包括如下步骤：
S201、在P型层的上表面制备电极的第一掩模图型；
S202、在第一掩模图型表面生长电极；
S203、去除第一掩膜图型，形成第一环形电极。
优选地，第二环形电极的制备过程具体包括如下步骤：
S210、在N型层的外凹部制备电极的第二掩模图型；
S211、在第二掩模图型表面生长电极；
S212、去除第二掩膜图型，形成第二环形电极；
优选地，第一环形电极和第二环形电极的形状与芯片横截面的形状相匹配，第一环形电极和第二环形电极的材料为Au、Ag、Cu、Al、Cr、Ni、Ti、Pt中的任意一种或几种的合金。
优选地，步骤S3具体包括如下步骤：
S301、对芯片进行划片；
S302、将分光棱镜的底面和芯片顶部的可见光增透膜贴合；
S303、将反射结构装配在外凹部的上方；
S304、焊接电极引线，将制备完成的光电探测器进行封装。
与现有技术中通过加宽I型层厚度、构建谐振器、构建布拉格光栅反射镜结构的方式相比，本发明通过利用分光结构将可见光和近红外光分开的方式，使得近红外光能够从芯片侧面水平入射到探测器吸收区，可见光从芯片顶层竖直向下入射到探测器吸收区，从而让各谱段的光都进入各自完全吸收的深度，均衡了可见光与近红外光的响应速度和量子效率对于吸收层厚度的需求相互矛盾的问题。实现了宽谱段的光高效率快速响应的效果。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的具有分光结构的光电探测器结构示意图；
图2是根据本发明实施例提供的光电探测器工作时的光路示意图。
图3是根据本发明实施例提供的探测器芯片横截面分别为圆形、正方形和长方形时的结构示意图；
图3(a)是探测器芯片横截面为圆形时的结构示意图；
图3(b)是探测器芯片横截面为正方形时的结构示意图；
图3(c)是探测器芯片横截面为长方形时的结构示意图。
图4是根据本发明实施例提供的分光棱镜分别为圆锥、四棱锥和三棱柱时的结构示意图；
图4(a)是分光棱镜为圆锥时的结构示意图；
图4(b)是分光棱镜为四棱锥时的结构示意图；
图4(c)是分光棱镜为三棱柱时的结构示意图；
图5是根据本发明实施例提供的反射镜面横截面分别为圆环形和梯形时的结构示意图；
图5(a)是反射镜面横截面为圆环形时上下拼接的结构示意图；
图5(b)是反射镜面横截面为圆环形时左右拼接或前后拼接的结构示意图；
图5(c)是反射镜面横截面为梯形时上下拼接的结构示意图；
图5(d)是反射镜面横截面为梯形时左右拼接或前后拼接的结构示意图；
图6是根据本发明方法提供的制备流程图。
图7是根据本发明方法提供的N型层示意图。
图8是根据本发明方法提供的在N型层上外延生长I型层的外延片示意图。
图9是根据本发明方法提供的在I型层上外延生长P型层的外延片示意图。
图10是根据本发明方法提供的P型层表面镀可见光增透膜后的外延片示意图。
图11是根据本发明方法提供的P型层表面蒸镀电极后的外延片示意图。
图12是根据本发明方法提供的刻蚀完成后的外延片示意图。
图13是根据本发明方法提供的I型层侧面镀增透膜后的外延片示意图。
图14是根据本发明方法提供的N型层的外凹部蒸镀电极后的外延片示意图。
其中的附图标记包括：
分光棱镜1、第一可见光增透膜1-1、二向色分光膜1-2；圆锥顶点1a-1、圆锥侧面1a-2、圆锥底面1a-3；四棱锥顶点1b-1、四棱锥侧面1b-2、四棱锥底面1b-3；三棱柱棱线1c-1、三棱柱侧面1c-2、三棱柱底面1c-3；反射镜面2-1、反射镜体2-2；P型层3、第二可见光增透膜3-1；I型层4、近红外增透膜4-1；N型层5、第一环形电极6、第一电极引线6-1、第二环形电极7和第二环形电极引线7-1。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
图1示出了根据本发明实施例提供的具有分光结构的光电探测器；
如图1所示，本发明实施例提供的具有分光结构的光电探测器包括：分光棱镜1、第一可见光增透膜1-1、二向色分光膜1-2；反射镜面2-1、反射镜体2-2；P型层3、第二可见光增透膜3-1；I型层4、近红外增透膜4-1；N型层5、第一环形电极6、第一电极引线6-1、第二环形电极7和第二环形电极引线7-1。
N型层5为凸形结构；
N型层5的凸起部上方依次为I型层4和P型层3，P型层3的上表面镀有第二可见光增透膜3-1，P型层3和I型层4的侧面镀有近红外光增透膜4-1；在本发明提供的具有分光结构的光电探测器结构不改变的情况下，N型层5和P型层3的材料可以进行调换。P型层3的上方放置分光棱镜1和第一环形电极6，分光棱镜1位于第一环形电极6的中央，分光棱镜1的底面镀有第一可见光增透膜1-1，分光棱镜1的侧面镀有二向色分光膜1-2。
N型层5的外凹部放置第二环形电极7；第一环形电极6和第二环形电极7上分别设置有第一电极引线6-1和第二环形电极引线7-1。
反射结构位于第二环形电极7的上方，反射结构包括：反射镜面2-1和反射镜体2-2，反射镜面2-1和反射镜体2-2均为首尾相连的闭合环形结构，反射镜面2-1在任一竖直面内都互相垂直，反射镜面2-1位于反射镜体2-2的内表面；反射结构的拼装方式有上下拼装、左右拼装和前后拼装等。
图2示出了根据本发明实施例提供的光电探测器工作时的工作原理。
如图2所示，待测光进入本发明提供的具有分光结构的光电探测器后，可见光谱段(400-750nm)的光和近红外谱段(750-1100nm)的光能够被分光棱镜1分开，可见光竖直向下透射，透过分光棱镜1、第一可见光增透膜1-1、第二可见光增透膜3-1和P型层3后进入I型层4，可见光分别被P型层3和I型层4吸收；近红外光在分光棱镜1的表面全反射到反射镜面2-1上，经过反射镜面2-1的两次反射后经过近红外增透膜4-1，从I型层4的侧面水平透射进入I型层4后被I型层4吸收，P型层3和I型层4中的光线以光注入的方式，激发产生电子-空穴对，电子和空穴在电场的作用下迅速向P型层3和N型层5定向移动，形成光电流。电子和空穴最后被第一环形电极6和第二环形电极7收集，实现宽谱段高效率的光响应过程。利用分光结构将可见光和近红外光分开的方式，在不影响可见光的响应速度的前提下，提升了近红外光的响应速度，同时也提高了长波谱段光的量子效率。
图3示出了本发明实施例提供的探测器芯片横截面分别为圆形、正方形和长方形时的结构；
图3(a)示出了探测器芯片横截面为圆形时的结构；
图3(b)示出了探测器芯片横截面为正方形时的结构；
图3(c)示出了探测器芯片横截面为长方形时的结构。
图4示出了根据本发明实施例提供的分光棱镜分别为圆锥、四棱锥和三棱柱时的结构；
图4(a)示出了分光棱镜为圆锥时的结构；
如图4(a)所示，分光棱镜包括：圆锥顶点1a-1、圆锥侧面1a-2、圆锥底面1a-3；
图4(b)示出了分光棱镜为四棱锥时的结构；
如图4(b)所示，分光棱镜包括：四棱锥顶点1b-1、四棱锥侧面1b-2、四棱锥底面1a-3；
图4(c)示出了分光棱镜为三棱柱时的结构；
如图4(c)所示，分光棱镜包括：三棱柱棱线1c-1、三棱柱侧面1c-2、三棱柱底面1c-3。
图5示出了根据本发明实施例提供的反射镜面横截面分别为圆环形和梯形时的结构；
图5(a)示出了反射镜面横截面为圆环形时上下拼接的结构示意图；
图5(b)示出了反射镜面横截面为圆环形时左右拼接或前后拼接的结构；
图5(c)示出了反射镜面横截面为梯形时上下拼接的结构；
图5(d)示出了反射镜面横截面为梯形时左右拼接或前后拼接的结构；
如图5(a)-5(d)所示，反射结构包括：反射镜面2-1、反射镜体2-2。
芯片的横截面可以为圆形、正方形和长方形。
当芯片的横截面为圆形时：分光棱镜为圆锥，反射结构为圆环形，反射镜面的横截面为圆环形；
当芯片的横截面为正方形时：分光棱镜为四棱锥，反射结构为正方环形，反射镜面的横截面为梯形；
当芯片的横截面为长方形时：分光棱镜为三棱柱，反射结构为长方环形，反射镜面的横截面为梯形；
上述内容详细说明了本发明提供的具有分光结构的光电探测器的结构及其工作原理。与上述光电探测器相对应，本发明还提供一种制备具有分光结构的光电探测器的方法。
图6示出了根据本发明提供的光电探测器的制备方法的流程图。
图7-图14示出了根据本发明一个实施例的具有分光结构的光电探测器的制备方法的部分过程。
如图7-图14所示，本发明实施例提供的具有分光结构的光电探测器的制备方法，包括如下步骤：
S0、选取衬底材料，对衬底材料进行清洁处理。
对衬底进行化学清洗，以保证衬底的洁净度不影响后续工艺。
衬底材料为N型层或P型层中的一种。
S1、制备芯片、分光棱镜和反射结构。
芯片的制备过程具体包括如下步骤：
S101、把N型层作为衬底材料，在N型层的上表面外延生长I型层。
S102、在I型层的上表面外延生长P型层。
在S101、S102中，可以通过化学气相沉积(如MOCVD或PECVD)、物理气相沉积(如磁控溅射)、液相沉积、原子层沉积(ALD)、真空蒸镀或者分子束外延(MBE)技术依次生长外延结构；也可以通过重扩散或离子注入的掺杂方式生长表面P型层。
P型层和I型层的材料为硅；N型层的材料为硅、锗或SOI；
N型层为高掺杂P、As、Sb中的一种，掺杂浓度范围：1015-1019ion/cm3，厚度范围：1-30μm，底面直径范围：1-10mm。制备时根据其中的需要选择相应范围中的一个参数值。
I型层为轻掺杂层，I型层可以选择轻掺杂N型层的材料或轻掺杂P型层的材料，掺杂浓度范围：1011-1015ion/cm3，厚度范围：2-100μm，底面直径为范围：1-10mm。制备时根据其中的需要选择相应范围中的一个参数值。
P型层为高掺杂B、Al、Ga中的一种，掺杂浓度范围：1015-1019ion/cm3，厚度范围：0.01-30μm，底面直径范围：1-10mm。制备时根据需要选择相应范围中的一个参数值。
S103、对芯片进行刻蚀形成外凹部；芯片刻蚀后N型层为凸形结构，N型层的凸起部与I型层和P型层直径相同。
外凹部的制备过程具体包括如下步骤：
S1031、在P型层表面制备环形掩模图型。
S1032、进行刻蚀形成沟槽。
S1033、去除掩膜图型，形成外凹部。
外凹部底面为正方形，正方形边长比P型层光敏面的直径大。
S104、在P型层的上表面镀可见光增透膜。
可见光增透膜实现可见光(400-750nm)增透的效果；
可见光增透膜是通过交替叠加折射率高低不同的薄膜形成。其中，高折射率薄膜材料为CeO2、ZrO2、TiO2、Ta2O5、ZnS、ThO2中的一种或几种的组合；中折射率薄膜材料为MgO、ThO2H2、InO2、MgO-Al2O3中的一种或几种的组合；低折射率薄膜材料为MgF2、SiO2、ThF4、LaF2、NdF3、BeO、Na3(AlF4)、Al2O3、CeF3、LaF3、LiF中的一种或几种的结合。
S105、在P型层和I型层的侧面镀近红外光增透膜。
近红外光增透膜实现近红外光(750-1100nm)增透的效果。
近红外光增透膜是通过交替叠加折射率高低不同的薄膜形成。其中，高折射率薄膜材料为CeO2、ZrO2、TiO2、Ta2O5、ZnS、ThO2中的一种或几种的组合；中折射率薄膜材料为MgO、ThO2H2、InO2、MgO-Al2O3中的一种或几种的组合；低折射率薄膜材料为MgF2、SiO2、ThF4、LaF2、NdF3、BeO、Na3(AlF4)、Al2O3、CeF3、LaF3、LiF中的一种或几种的结合。
分光棱镜的制备过程具体包括如下步骤：
S110、在分光棱镜的侧面镀二向色分光膜。
S120、在分光棱镜的底面镀近可见光增透膜。
分光棱镜侧面的二向色分光膜可以把入射光分开，使波长范围400-750nm的可见光以高透射率进入分光棱镜，波长范围750-1100nm的近红外光以高反射率反射到侧面的反射结构上。
分光棱镜的形状为圆锥时，圆锥的底面要和P型层上的可见光增透膜重合，且分光棱镜侧面和底面的夹角为45°±3°。
分光棱镜的材料可以为玻璃，例如K9玻璃；也可以为塑料等对可见光吸收率低的材料，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚碳酸酯、硅酮，聚硅酮或者聚硅酸盐，环氧化物，硅酸盐或硅酸酯。
表面分光膜和底面可见光增透膜是通过交替叠加折射率高低不同的薄膜形成。其中，高折射率薄膜材料为CeO2、ZrO2、TiO2、Ta2O5、ZnS、ThO2中的一种或几种的组合；中折射率薄膜材料为MgO、ThO2H2、InO2、MgO-Al2O3中的一种或几种的组合；低折射率薄膜材料为MgF2、SiO2、ThF4、LaF2、NdF3、BeO、Na3(AlF4)、Al2O3、CeF3、LaF3、LiF中的一种或几种的结合。
反射结构的制备过程为：将两块反射镜面通过上下、左右或前后的方式进行拼接。
反射镜面与水平方向的夹角为45°±3°；
反射结构包括反射镜面和反射镜体，反射镜面位于反射镜体的内表面；反射镜体为绝缘衬底，反射镜体的材料可以为金属、半导体材料、玻璃、塑料等；
反射镜面也可以替换为金属薄膜反射镜或者介质膜反射镜。首先通过抛光使反射镜体的表面变得光滑，然后将金属薄膜或者介质膜镀在反射镜体内部。金属薄膜的材料可以为Au、Ag、Al、Cu中的一种，介质膜反射镜是通过交替叠加折射率高低不同的薄膜形成。
反射镜面也可以替换为环状折反射棱镜，折反射棱镜固定在反射镜体的内部，折反射棱镜的斜面镀有近红外光增透膜，两个直角面镀有近红外光反射膜形成反射镜面。
反射结构也可以通过对金属块依次进行切割、抛光来形成近红外光的直角反射镜面，确保让近红外光经反射后都能从侧面水平进入I型层内。
当反射镜体为金属或其他具有导电性的材料时，需要在反射镜体的底面镀电绝缘层，以避免金属镜体与第二环形电极直接接触。
S2、在芯片的凸起部上表面生长第一环形电极；在芯片的外凹部上表面生长第二环形电极。
第一环形电极的制备过程具体包括如下步骤：
S201、在P型层的上表面制备电极的第一掩模图型。
S202、在第一掩模图型表面生长电极。
S203、去除第一掩膜图型，形成第一环形电极。
通过电子束蒸发或者热蒸发的方式，在掩模图型表面生长金属薄膜，形成第一环形电极，使电极能够分别与P型层和N型层形成欧姆接触。
第一环形电极为环形结构，第一环形电极的材料为Au、Ag、Cu、Al、Cr、Ni、Ti、Pt中的一种或几种的合金。
第二环形电极的制备过程具体包括如下步骤：
S210、在N型层的外凹部制备电极的第二掩模图型。
S211、在第二掩模图型表面生长电极。
S212、去除第二掩膜图型，形成第二环形电极。
通过电子束蒸发或者热蒸发的方式，在掩模图型表面生长金属薄膜，形成第二环形电极，使电极能够分别与P型层和N型层形成欧姆接触。
第二环形电极为环形结构，第二环形电极的材料为Au、Ag、Cu、Al、Cr、Ni、Ti、Pt中的一种或几种的合金。
S3、将分光棱镜安装在芯片凸起部的上方，将反射结构安装在芯片外凹部的上方，将第一环形电极与第二环形电极之间的电极引线进行焊接后，对制备完成的光电探测器进行封装。
步骤S3具体包括如下步骤：
S301、将芯片进行划片。
S302、将分光棱镜的底面和芯片顶部的可见光增透膜贴合。
S303、将反射结构装配在外凹部的上方。
S304、焊接电极引线，将制备完成的光电探测器进行封装。
在本发明实施例提供的具有分光结构的光电探测器中，分光棱镜的侧面与底面的夹角、反射结构的反射镜面与水平面的夹角都不局限于45°，允许有3°以内的误差；但须保证近红外光经过反射结构反射后，能够水平入射进入探测器I型层。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (20)
1.一种具有分光结构的光电探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、同时制备芯片、分光棱镜和反射结构；所述芯片包括
N型层、I型层和P型层，N型层为凸形结构，N型层的凸起部上方依次为I型层和P型层；
S2、在所述芯片的凸起部的上表面生长第一环形电极；在所述芯片的外凹部的上表面生长第二环形电极；
S3、将所述分光棱镜安装在所述芯片的凸起部的上方，将所述反射结构安装在所述芯片的外凹部的上方，在所述第一环形电极与所述第二环形电极上分别焊接电极引线后，对制备完成的光电探测器进行封装。
2.根据权利要求1所述的具有分光结构的光电探测器的制备方法，其特征在于，所述分光棱镜的制备过程具体包括如下步骤：
S110、在所述分光棱镜的侧面镀二向色分光膜；
S120、在所述分光棱镜的底面镀近可见光增透膜。
3.根据权利要求2所述的具有分光结构的光电探测器的制备方法，其特征在于，所述二向色分光膜和所述可见光增透膜由折射率不同的薄膜交替叠加组成，通过调整所述薄膜的厚度实现二向色分光和可见光增透。
4.根据权利要求3所述的具有分光结构的光电探测器的制备方法，其特征在于，所述反射结构的制备过程为：通过对金属块进行切割形成所述反射结构，再对所述金属块的内表面进行抛光形成直角反射镜面。
5.根据权利要求3所述的具有分光结构的光电探测器的制备方法，其特征在于，所述反射结构的制备过程为：将所述反射镜面安装在所述反射镜体的内表面形成直角反射镜面。
6.根据权利要求5所述的具有分光结构的光电探测器的制备方法，其特征在于，将两个反射镜面通过上下、左右或前后的方式进行拼接，所述反射结构拼接后形成首尾相连的闭合环形结构。
7.根据权利要求6所述的具有分光结构的光电探测器的制备方法，其特征在于，所述反射镜体的材料为金属、半导体材料、玻璃或塑料；所述反射镜面为金属反射镜、金属薄膜反射镜、介质膜反射镜或环状折反射棱镜。
8.根据权利要求4或7所述的具有分光结构的光电探测器的制备方法，其特征在于，所述分光棱镜的侧面与底面夹角的范围为45°±3°，所述反射结构的反射镜面与水平面夹角的范围为45°±3°。
9.根据权利要求8所述的具有分光结构的光电探测器的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1前还有预处理步骤S0，所述步骤S0具体为：S0、选取N型层或P型层作为衬底材料，对所述衬底材料进行清洁处理。
10.根据权利要求9所述的具有分光结构的光电探测器的制备方法，其特征在于，所述芯片的制备过程具体包括如下步骤：
S101、在所述N型层的上表面外延生长所述I型层；
S102、在所述I型层的上表面外延生长所述P型层；
S103、对所述芯片的边缘进行刻蚀形成外凹部，所述刻蚀的厚度为从所述P型层到所述N型层；所述芯片进行刻蚀后所述N型层为凸形结构，所述N型层的凸起部与所述I型层和所述P型层直径相同；
S104、在所述P型层的上表面镀可见光增透膜；
S105、在所述P型层和所述I型层的侧面镀近红外光增透膜。
11.根据权利要求10所述的具有分光结构的光电探测器的制备方法，其特征在于，所述可见光增透膜和所述近红外光增透膜由折射率不同的薄膜交替叠加组成，通过调整所述薄膜的厚度实现可见光增透和近红外光增透。
12.根据权利要求11所述的具有分光结构的光电探测器的制备方法，其特征在于，所述芯片的P型层为凸形结构，并且在其凸起部上方依次为I型层和N型层。
13.根据权利要求12所述的具有分光结构的光电探测器的制备方法，其特征在于，所述芯片的横截面为圆形、正方形或长方形。
14.根据权利要求13所述的具有分光结构的光电探测器的制备方法，其特征在于，
当所述芯片的横截面为圆形时：所述分光棱镜为圆锥，所述反射结构为圆环形，所述反射镜面的横截面为圆环形；
当所述芯片的横截面为正方形时：所述分光棱镜为四棱锥，所述反射结构为正方环形，所述反射镜面的横截面为梯形；
当所述芯片的横截面为长方形时：所述分光棱镜为三棱柱，所述反射结构为长方环形，所述反射镜面的横截面为梯形。
15.根据权利要求14所述的具有分光结构的光电探测器的制备方法，其特征在于，所述P型层和所述I型层的材料为硅；所述N型层的材料为硅、锗或SOI；
所述N型层的材料为高掺杂P、As、Sb中的任意一种；
所述I型层的材料为轻掺杂所述N型层的材料或轻掺杂所述P型层的材料；
所述P型层的材料为高掺杂B、Al、Ga中的任意一种。
16.根据权利要求15所述的具有分光结构的光电探测器的制备方法，其特征在于，所述外凹部的制备过程具体包括如下步骤：
S1031、在所述P型层表面制备环形掩模图型；
S1032、将所述芯片边缘进行刻蚀形成沟槽；
S1033、去除所述掩膜图型，形成所述外凹部。
17.根据权利要求16所述的具有分光结构的光电探测器的制备方法，其特征在于，所述第一环形电极的制备过程具体包括如下步骤：
S201、在所述P型层的上表面制备电极的第一掩模图型；
S202、在所述第一掩模图型表面生长电极；
S203、去除所述第一掩膜图型，形成所述第一环形电极。
18.根据权利要求16所述的具有分光结构的光电探测器的制备方法，其特征在于，所述第二环形电极的制备过程具体包括如下步骤：
S210、在所述N型层的外凹部制备电极的第二掩模图型；
S211、在所述第二掩模图型表面生长电极；
S212、去除所述第二掩膜图型，形成所述第二环形电极。
19.根据权利要求17或18所述的具有分光结构的光电探测器的制备方法，其特征在于，所述第一环形电极和所述第二环形电极的形状与所述芯片横截面的形状相匹配，所述第一环形电极和所述第二环形电极的材料为Au、Ag、Cu、Al、Cr、Ni、Ti、Pt中的任意一种或几种的合金。
20.根据权利要求19所述的具有分光结构的光电探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括如下步骤：
S301、对所述芯片进行划片；
S302、将所述分光棱镜的底面和所述芯片顶部的可见光增透膜贴合；
S303、将所述反射结构装配在所述外凹部的上方；
S304、焊接所述电极引线，将制备完成的光电探测器进行封装。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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