CN207781619U - 一种光电探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光电探测器，与现有的光电探测器相比，增加了位于光吸收层入光侧的第一光学滤光层和光谱转化层，以及位于光吸收层背面的第二光学滤光层。其实现的具体原理如下：光入射第一光学滤光层后，只允许第二波长范围内的光透光，这部分光经过光谱转化层后转化为第一波长范围内的光，经过转化的第一波长范围内的光在第一光学滤光层和第二光学滤光层之间被反复反射，无法出去，不断的被光吸收层吸收，从而可明显增大吸收层的光吸收率。并且具有带宽大的优点，因此可以在不需要增加光吸收层的厚度的基础上，明显提高光电探测器的响应度。

Description

一种光电探测器

技术领域

本实用新型涉及计算机光电技术领域，尤指一种光电探测器。

背景技术

光电探测器是一种将光信号转换为电信号的器件，它有着极为广泛的应用，比如显示、半导体、通信等领域。图1是现有技术提供的一种光电探测器，包括P电极1、P型半导体层2、光吸收层3、N型半导体层4和N电极5，工作原理是光从P电极1之间进入光吸收层3，在光吸收层3中产生光生电子-空穴对。电子-空穴对在P电极1和N电极5产生的电场下作定向移动,形成光生电流,电流再经P电极1导出。

但是上述光电探测器存在量子效率与高速响应带宽之间存在着相互制约问题，为了提高光探测器的响应度，可以通过增加光吸收层的厚度实现，但这样导致载流子在光吸收层区域输运的时间增加，降低了光电探测器的响应速度。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种光电探测器，用以实现在保证响应速度的基础上提高响应度。

本实用新型实施例提供的一种光电探测器，包括：光吸收层和电极，还包括：位于所述光吸收层入光侧的第一光学滤光层，位于所述光吸收层与所述第一光学滤光层之间的光谱转化层，以及位于所述光吸收层背离所述光谱转化层一侧的第二光学滤波层；

所述第一光学滤光层、所述光谱转化层以及所述第二光学滤光层三者在所述光吸收层上的正投影具有重叠部分；

所述光谱转化层用于将透过所述第一光学滤光层的光转化为第一波长范围内的光；

所述第一光学滤光层用于使入射光中的第二波长范围内的光透光，且用于阻止所述第一波长范围内的光通过；所述第二波长范围与所述第一波长范围不重叠；

所述第二光学滤光层用于阻止所述第一波长范围内的光通过。

可选地，在本实用新型实施例提供的光电探测器中，所述电极包括第一电极和第二电极；所述光电探测器还包括：

位于所述光谱转化层与所述光吸收层之间的第一半导体层；

位于所述光吸收层与所述第二光学滤波层之间的第二半导体层；

所述第一电极与所述第一半导体层电连接，所述第二电极与所述第二半导体层电连接。

可选地，在本实用新型实施例提供的光电探测器中，所述第二电极为面电极，所述第二电极位于所述第二半导体层和所述第二光学滤光层之间。

可选地，在本实用新型实施例提供的光电探测器中，所述第二电极为块状电极；

且所述第二电极与所述光吸收层位于所述第二半导体层的同一侧，或所述第二电极与所述第二光学滤光层位于所述第二半导体层的同一侧。

可选地，在本实用新型实施例提供的光电探测器中，第二光学滤波层为金属反射层，且所述第二光学滤波层复用为所述第二电极。

可选地，在本实用新型实施例提供的光电探测器中，所述电极包括源电极、漏电极和栅电极；所述光电探测器还包括：栅极绝缘层；

所述源电极和所述漏电极均位于所述光吸收层与所述光谱转化层之间；

所述栅极绝缘层位于所述光吸收层与所述第二光学滤波层之间；

所述栅电极位于所述栅极绝缘层背离所述光吸收层的一侧。

可选地，在本实用新型实施例提供的光电探测器中，所述第二光学滤波层为金属反射层，且所述第二光学滤波层复用为所述栅电极。

可选地，在本实用新型实施例提供的光电探测器中，所述第一光学滤光层包括交替层叠设置的高折射率膜层和低折射率膜层；或者

所述第一光学滤光层包括具有周期安排列的线光栅结构；或者，

所述第一光学滤光层包括用于阻止所述第一波长范围内的光通过的金属膜层。

可选地，在本实用新型实施例提供的光电探测器中，所述光谱转化层包括量子点层。

可选地，在本实用新型实施例提供的光电探测器中，所述第二光学滤光层包括交替层叠设置的高折射率膜层和低折射率膜层；或者，

所述第二光学滤光层包括具有周期安排列的线光栅结构；或者，

所述第二光学滤光层包括用于阻止所述第一波长范围内的光通过的金属膜层。

本实用新型有益效果如下：

本实用新型实施例提供的上述光电探测器，与现有的光电探测器相比，增加了位于光吸收层入光侧的第一光学滤光层和光谱转化层，以及位于光吸收层背面的第二光学滤光层。其实现的具体原理如下：光入射第一光学滤光层后，只允许第二波长范围内的光透光，这部分光经过光谱转化层后转化为第一波长范围内的光，经过转化的第一波长范围内的光在第一光学滤光层和第二光学滤光层之间被反复反射，无法出去，不断的被光吸收层吸收，从而可明显增大吸收层的光吸收率。并且具有带宽大的优点，因此可以在不需要增加光吸收层的厚度的基础上，明显提高光电探测器的响应度。

附图说明

图1为现有的光电探测器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的光电探测器的结构示意图之一；

图3为本实用新型实施例提供的光电探测器的结构示意图之二；

图4为本实用新型实施例提供的光电探测器的结构示意图之三；

图5为本实用新型实施例提供的光电探测器的结构示意图之四；

图6为本实用新型实施例提供的光电探测器的结构示意图之五；

图7为本实用新型实施例提供的光电探测器的结构示意图之六；

图8为本实用新型实施例提供的光电探测器的结构示意图之七；

图9为本实用新型实施例提供的光学滤光层的结构示意图之一；

图10为本实用新型实施例提供的光学滤光层的结构示意图之二。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

附图中各部件的形状和大小不反映真实比例，目的只是示意说明本实用新型内容。

本实用新型实施例提供的一种光电探测器，如图1至图8所示，包括：光吸收层01和电极(051～055)，还包括：位于光吸收层01入光侧的第一光学滤光层02，位于光吸收层01与第一光学滤光层02之间的光谱转化层03，以及位于光吸收层01背离光谱转化层03一侧的第二光学滤波层04；

第一光学滤光层02、光谱转化层03以及第二光学滤光层04三者在光吸收层01上的正投影具有重叠部分；

光谱转化层03用于将透过第一光学滤光层02的光转化为第一波长范围内的光；

第一光学滤光层02用于使入射光中第二波长范围内的光透光，且用于阻止第一波长范围内的光通过；第二波长范围与第一波长范围不重叠；

第二光学滤光层04用于阻止第一波长范围内的光通过。

本实用新型实施例提供的光电探测器，与现有的光电探测器相比，增加了位于光吸收层入光侧的第一光学滤光层和光谱转化层，以及位于光吸收层背面的第二光学滤光层。其实现的具体原理如下：光入射第一光学滤光层后，只允许第二波长范围内的光透光，这部分光经过光谱转化层后转化为第一波长范围内的光，经过转化的第一波长范围内的光在第一光学滤光层和第二光学滤光层之间被反复反射，无法出去，不断的被光吸收层吸收，从而可明显增大吸收层的光吸收率。并且具有带宽大的优点，因此可以在不需要增加光吸收层的厚度的基础上，明显提高光电探测器的响应度。

在具体实施时，在本实用新型实施例提供的光电探测器中，第一波长范围的光可以为短波光，第二波长范围的光可以为长波光；或者，第一波长范围的光可以为长波光，第二波长范围的光可以为短波光；或者，第一波长范围的光可以为可见波光，第二波长范围的光可以为紫外光，在此不作限定。只要保证第二波长范围与第一波长范围不重叠，就可以保证将第一波长范围的光均限定在第一光学滤光层和第二光学滤光层之间，从而被光吸收层吸收。

下面以第一波长范围的光可以为长波光，第二波长范围的光可以为短波光为例，当入射光照射第一光学滤光层后，只允许短波光透过，这部分光经过光谱转化层后转化为长波光，经过转化的长波光在第一光学滤光层和第二光学滤光层之间被反复反射，无法出去，不断的被光吸收层吸收，从而可明显增大吸收层的光吸收率。

可选地，在本实用新型实施例提供的光电探测器中，光谱转化层包括量子点层。利用量子点将第二波长范围内的光转化为第一波长范围内的光。

可选地，在本实用新型实施例提供的光电探测器中，如图2至图5所示，电极包括第一电极051和第二电极052；光电探测器还包括：

位于光谱转化层03与光吸收层01之间的第一半导体层06；

位于光吸收层01与第二光学滤波层04之间的第二半导体层07；

第一电极051与第一半导体层06电连接，第二电极052与第二半导体层07电连接。即光电探测器为PN结结构。

具体地，第一电极可以为P电极，第二电极可以为N电极，此时第一半导体层为P型半导体层，第二半导体层为N型半导体层。或者，第一电极可以为N电极，第二电极可以为P电极，此时第一半导体层为N型半导体层，第二半导体层为P型半导体层。

需要说明的是，在本实用新型实施例提供的光电探测器中，在满足普通光电探测器的电连接关系的基础上，只要保证第一光学滤光层和光谱转化层位于光吸收层入光侧，第二光学滤光层位于光吸收层背面即可。

可选地，如图2所示，在本实用新型实施例提供的光电探测器中，第二电极052为面电极，第二电极052位于第二半导体层07和第二光学滤光层04之间。

可选地，如图4和图5所示，在本实用新型实施例提供的光电探测器中，第二电极052为块状电极；

如图4所示，第二电极052与光吸收层01位于第二半导体层07的同一侧，或如图5所示，第二电极052与第二光学滤光层04位于第二半导体层07的同一侧。

可选地，在本实用新型实施例提供的光电探测器中，当第二电极为面电极时，如图3所示，第二光学滤波层04为金属反射层，且第二光学滤波层04复用为第二电极052。从而可以减小光电探测器的整体厚度，以及降低成本。

可选地，在本实用新型实施例提供的光电探测器中，如图6所示，电极包括源电极053、漏电极054和栅电极055；光电探测器还包括：栅极绝缘层08；

源电极053和漏电极055均位于光吸收层01与光谱转化层03之间；

栅极绝缘层08位于光吸收层01与第二光学滤波层04之间；

栅电极055位于栅极绝缘层08背离光吸收层01的一侧。即光电探测器为薄膜晶体管结构。

可选地，在本实用新型实施例提供的光电探测器中，如图7所示，第二光学滤波层04为金属反射层，且第二光学滤波层04复用为栅电极055。从而可以减小光电探测器的整体厚度，以及降低成本。

可选地，在本实用新型实施例提供的光电探测器中，有量子点层的表面一般不太平整，为了增加量子点层与其两侧膜层的粘着性，一般在量子点层的两侧形成介质层，如图8所示，在第一光学滤光层02与光谱转化层(即量子点层)03之间具有第一介质层09，在光谱转化层(即量子点层)03与光吸收层01之间具有第二介质层10。

可选地，在本实用新型实施例提供的光电探测器中，光吸收层的材料可以是具有低带隙的本征型半导体材料，也可以是石墨烯等二维材料，在此不作限定。

可选地，在本实用新型实施例提供的光电探测器中，如图9所示，第一光学滤光层02包括交替层叠设置的高折射率膜层021和低折射率膜层022，具体高折射率膜层021和低折射率膜层022的层数在此不作限定。

或者，可选地，在本实用新型实施例提供的光电探测器中，如图10所示，第一光学滤光层02包括具有周期安排列的线光栅结构。

或者，可选地，在本实用新型实施例提供的光电探测器中，第一光学滤光层包括用于阻止第一波长范围内的光通过的金属膜层。

可选地，在本实用新型实施例提供的光电探测器中，第二光学滤光层包括交替层叠设置的高折射率膜层和低折射率膜层；或者，

第二光学滤光层包括具有周期安排列的线光栅结构；或者，

第二光学滤光层包括用于阻止第一波长范围内的光通过的金属膜层。

当然，在具体实施时，第二光学滤光层优选是金属反射层，既可以起到反射光的作用，又可以复用为电极。

本实用新型实施例提供的上述光电探测器，与现有的光电探测器相比，增加了位于光吸收层入光侧的第一光学滤光层和光谱转化层，以及位于光吸收层背面的第二光学滤光层。其实现的具体原理如下：光入射第一光学滤光层后，只允许第二波长范围内的光透光，这部分光经过光谱转化层后转化为第一波长范围内的光，经过转化的第一波长范围内的光在第一光学滤光层和第二光学滤光层之间被反复反射，无法出去，不断的被光吸收层吸收，从而可明显增大吸收层的光吸收率。并且具有带宽大的优点，因此可以在不需要增加光吸收层的厚度的基础上，明显提高光电探测器的响应度。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种光电探测器，包括：光吸收层和电极，其特征在于，还包括：位于所述光吸收层入光侧的第一光学滤光层，位于所述光吸收层与所述第一光学滤光层之间的光谱转化层，以及位于所述光吸收层背离所述光谱转化层一侧的第二光学滤波层；

所述第一光学滤光层、所述光谱转化层以及所述第二光学滤光层三者在所述光吸收层上的正投影具有重叠部分；

所述光谱转化层用于将透过所述第一光学滤光层的光转化为第一波长范围内的光；

所述第一光学滤光层用于使入射光中的第二波长范围内的光透光，且用于阻止所述第一波长范围内的光通过；所述第二波长范围与所述第一波长范围不重叠；

所述第二光学滤光层用于阻止所述第一波长范围内的光通过。

2.如权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述电极包括第一电极和第二电极；所述光电探测器还包括：

位于所述光谱转化层与所述光吸收层之间的第一半导体层；

位于所述光吸收层与所述第二光学滤波层之间的第二半导体层；

所述第一电极与所述第一半导体层电连接，所述第二电极与所述第二半导体层电连接。

3.如权利要求2所述的光电探测器，其特征在于，所述第二电极为面电极，所述第二电极位于所述第二半导体层和所述第二光学滤光层之间。

4.如权利要求2所述的光电探测器，其特征在于，所述第二电极为块状电极；

且所述第二电极与所述光吸收层位于所述第二半导体层的同一侧，或所述第二电极与所述第二光学滤光层位于所述第二半导体层的同一侧。

5.如权利要求2所述的光电探测器，其特征在于，第二光学滤波层为金属反射层，且所述第二光学滤波层复用为所述第二电极。

6.如权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述电极包括源电极、漏电极和栅电极；所述光电探测器还包括：栅极绝缘层；

所述源电极和所述漏电极均位于所述光吸收层与所述光谱转化层之间；

所述栅极绝缘层位于所述光吸收层与所述第二光学滤波层之间；

所述栅电极位于所述栅极绝缘层背离所述光吸收层的一侧。

7.如权利要求6所述的光电探测器，其特征在于，所述第二光学滤波层为金属反射层，且所述第二光学滤波层复用为所述栅电极。

8.如权利要求1-7任一项所述的光电探测器，其特征在于，所述第一光学滤光层包括交替层叠设置的高折射率膜层和低折射率膜层；或者

所述第一光学滤光层包括具有周期安排列的线光栅结构；或者，

所述第一光学滤光层包括用于阻止所述第一波长范围内的光通过的金属膜层。

9.如权利要求1-7任一项所述的光电探测器，其特征在于，所述光谱转化层包括量子点层。

10.如权利要求1-4、6任一项所述的光电探测器，其特征在于，所述第二光学滤光层包括交替层叠设置的高折射率膜层和低折射率膜层；或者，

所述第二光学滤光层包括具有周期安排列的线光栅结构；或者，

所述第二光学滤光层包括用于阻止所述第一波长范围内的光通过的金属膜层。