光电探测元件、图像传感器及电子设备的制作方法

本技术涉及光电，尤其涉及到一种光电探测元件、图像传感器及电子设备。

背景技术：

1、为了提高光电探测元件量子的效率，现有技术对光电探测元件进行多种形式的改进，例如：在单光子雪崩二极管的表面做抗反射涂层，减少反射；或增加光电探测元件的厚度，使得入射光能够传输更长的距离，让更多的入射光被吸收；但是，增加抗反射涂层以及增加光 电探测元件的厚度已经使光电探测元件的光子的探测效率达到了瓶颈，因此，亟待于一种新型的光电探测元件，以提高光子的探测效率。

技术实现思路

1、

2、本技术提供了一种光电探测元件、图像传感器及电子设备，以提高入射光在光电探测元 件内的有效光程，进而提高光电探测元件的探测效率。

3、第一方面，本技术提供了一种光电探测元件，光电探测元件可以包括主体和陷光结构， 其中，陷光结构用于提高进入到主体中入射光的光程，以提高光电探测元件的探测效率。具 体而言，陷光结构可以包括第一结构和第二结构，第一结构可以设置在主体内，且第一结构 位于主体的入光侧，第二结构位于主体外，第二结构与主体可以叠层设置，第二结构可以设 置在靠近主体的入光侧；另外，主体还包括设置在远离第一结构一侧的底部反射镜，以及设 置在底部反射镜和第二结构之间的侧壁反射墙。光电探测元件进行探测时，由于光电探测元 件具有第一结构、第二结构、侧壁反射墙和底部反射镜，入射光经过陷光结构(第一结构和 第二结构)的反射、散射和折射后被分散到各个角度，加上侧壁反射墙以及底部反射的反射 作用，可以延长入射光在光电探测元件中的有效光程，从而提高光电探测元件的探测效率。

4、需要说明的是，第一结构可以为倒金字塔结构。

5、另外，为了进一步提高光电探测元件的探测效率，主体中还可以包括底部介质膜层，底 部介质膜层设置在底部反射镜朝向第一结构的一侧，其中，当入射光线的入射角度比较大的 时候，底部介质膜层可以将入射光线全部反射，进而可以延长入射光在光电探测元件中的有 效光程。

6、在一种可能的实施例中，为了便于第二结构的设置，光电探测元件还可以包括顶部介质 膜层，顶部介质膜层可以设置在主体的入光侧，第二结构可以设置在顶部介质膜层中，且第 二结构具体设置在顶部介质膜层的位置可以根据具体的情况进行调整，此处不进行具体的限 定。

7、具体而言，顶部介质膜层可以包括多个子膜层，多个子膜层可以叠层的设置，且子膜层 的数量和厚度可以不进行具体的限定。

8、在一种可能的实施例中，第二结构可以为金属反光板，金属反光板可以设置在多个叠层 设置的子膜层中的任意一层中，其中，金属反光板上可以设置有开口，入射光通过开口进入 到第一结构，通过第一结构的散射，使得入射光在主体内传输，通过侧壁反射墙、底部介质 膜层和底部反射镜反射回来的光，若反射回的光没有被吸收，则反射的光会被金属反光板反 射，被反射的光再次回到主体中，进而可以延长入射光在光电探测元件中的有效光程，从而 提高光电探测元件的探测效率。

9、其中，金属反光板上设置的开口的形状可以为多种，如：矩形、圆形、椭圆形以及菱形 等等。另外，金属反光板的上表面和下表面也可以为不光滑的平面，或者沿开口向其周向的 延伸方向，金属反光板的上表面或者下表面的厚度可以逐渐增加。其中，金属反光板的上表 面可以是金属反光板背离主体的入光侧的一面，金属反光板的下表面可以是金属反光板远离 主体的入光侧的一面。

10、在一种可能的实施例中，为了使入射光尽可能多的从金属反光板的开口进入到主体中， 光电探测元件还可以包括透镜组件，透镜组件可以设置在金属反光板背离主体的一侧，透镜 组件的设置可以将光斑汇聚的比较小，且使能量集中，以提高进入到主体内入射光线的量， 提高检测的效果。

11、其中，透镜组件可以的结构形式可以为多种，例如：透镜组件包括超透镜、凸透镜以及 凹透镜的一个或几个的组合。

12、具体而言，透镜组件可以包括一个超透镜，超透镜可以设置在金属反光板背离主体的一 侧，即超透镜设置在顶部介质膜层远离主体的一侧。超透镜的尺寸和排布可以结合材料、焦 距和光斑的大小进行设置。另外，超透镜的材料可以包括硅、氧化硅以及氮化硅等，且设置 于超透镜与金属反光板之间的顶部介质膜层的厚度需要根据焦距进行调节，使得超透镜的焦 平面位于金属反光板的开口处，以保证入射光能够进入到主体中。

13、透镜组件还可以包括两个凸透镜，两个凸透镜可以均设置在金属反光板背离主体的一侧， 即两个凸透镜设置在顶部介质膜层远离主体的一侧，两个凸透镜可以叠层设置，或者，两个 凸透镜中的一个凸透镜可以将另一个凸透镜包裹。

14、透镜组件还可以包括两个凸透镜和凹透镜，凹透镜可以设置在两个凸透镜之间，且凸透 镜、凹透镜和凸透镜叠层设置于第二结构(金属反光板)背离所述主体的一侧，即两个凸透 镜和凹透镜设置在顶部介质膜层远离主体的一侧。

15、透镜组件还可以包括凸透镜和超透镜，凸透镜和超透镜叠层设置于第二结构(金属反光 板)背离主体的一侧，此时，超透镜可以设置在顶部介质层中，凸透镜设置在顶部介质层远 离主体的一侧，且凸透镜和超透镜的焦距也需要配合设计，使得组合后的凸透镜和超透镜的 焦平面位于金属反光板的开口处的位置。

16、需要说明的是，当透镜组件中包括两个凸透镜时，两个凸透镜的折射率可以不相同，两 个凸透镜的高度决定了焦距和光斑大小，需要配合使得焦平面位于金属反光板的开口处的位 置。

17、在一种可能的实施例中，第二结构还可以为光栅，光栅可以设置在顶部介质膜层中，具 体来说，光栅可以设置在靠近主体的子膜层中，光栅也可以设置在远离主体的子膜层中，光 栅也可以设置在中间的子膜层中，或者，光栅也可以设置在任意两个子膜层中，再者，多个 子膜层中也可以均设置有光栅。其中，光栅的设置可以使入射光首先通过光栅散射，然后进 入到下方的倒金字塔结构(第一结构)中再次被散射，这样相当于增加了倒金字塔结构散射 光的极限，减小反射，增加光的吸收；另一方面，增加光栅会减小光被主体的反射率，且主 体内还包括侧壁反射墙、底部介质膜层和底部反射镜，进而可以延长入射光在光电探测元件 中的有效光程，从而提高光电探测元件的探测效率。

18、需要说明的是，光栅的高度可以和顶部介质膜层的厚度不一致，且光栅可以是由氮化硅、 硅等材料制备，只要光栅和顶部介质膜层有折射率差即可。其中，光栅从形状上分类，可以 是矩形光栅，圆形光栅或者其他形状；从排列方式上看，光栅可以是均匀光栅或者非均匀光 栅；从面积上来说，光栅也可以排布成方形、圆形、或者其他形貌，此处不进行具体的限定。

19、另外，在实际使用中，当第二结构为光栅时，光电探测元件也可以包括透镜结构，透镜 结构可以包括超透镜、凸透镜以及凹透镜的一个或几个的组合，且透镜结构具体的设置形式 与第二结构为金属反光板时设置的形式相同，产生的效果也相同，此处不再进行赘述。

20、在一种可能的实施例中，第二结构还可以为布拉格反射镜，布拉格反射镜可以设置在顶 部介质膜层的任意一个或几个子膜层中。其中，布拉格反射镜可以由两种折射率的介质膜层 周期性排列组成，具有角度选择性，在一定角度范围内的光才可以通过布拉格光栅进出器件 内部，其他角度的光入射会被反射。首先将入射光的角度设置在一定范围内，通过布拉格反 射镜进入，然后倒金字塔结构(第一结构)的散射成各个方向，在器件内部被吸收，如果没 有被吸收则会被底部介质膜层底部反射镜反射以及侧壁反射墙反射回来，且反射回的光也只 有特定角度范围内的光可以出去，其他角度的光会被再次反射到主体中被吸收，进而可以延 长入射光在光电探测元件中的有效光程，从而提高光电探测元件的探测效率。

21、需要说明的是，布拉格反射镜的角度范围可以和透镜组件的会聚角度配合使用。透镜结 构可以包括超透镜、凸透镜以及凹透镜的一个或几个的组合，且透镜结构具体的设置形式与 第二结构为金属反光板时设置的形式相同。另外，布拉格反射镜的角度范围可以通过调整顶 部介质膜的材料、厚度、周期来控制。

22、第二方面，本技术中还提供了一种光电探测器，光电探测器可以包括光电探测元件，并 将光电探测元件作为光电探测单元，一般而言，光电探测器中可以设置多个光电探测元件， 多个光电探测元件呈阵列分布，具有上述的光电探测元件的光电探测器的探测效率更高。

23、其中，光电探测器可以为激光雷达。

24、第三方面，本技术还提供了一种电子设备，该电子设备可以包括壳体和设置于壳体中的 光电探测元件，本技术中对电子设备中的其他结构不进行详细的介绍以及具体的限定，其中， 电子设备可以为汽车、医疗成像设备、手机以及数码相机等。