[發明專利]一種光譜傳感器及其集成制造方法

在審

• 申請號: 201310416108.4
• 申請日: 2013-09-12
• 公開（公告）號: CN104457993A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 劉紅超
• 申請（專利權）人: 劉紅超
• 主分類號: G01J3/457
• 分類號: G01J3/457
• 代理公司: 北京神州華茂知識產權有限公司 11358
• 代理人: 吳照幸

技術領域

本發明涉及半導體制造、光學器件及光電傳感技術，具體涉及一種光譜傳感器，還涉及一種光譜傳感器制造方法，特別是探測光譜中特定光譜波長范圍的強度的器件及其集成制造方法。該器件用于測定目標波段范圍光譜強度，具有較高的選擇性和靈敏度，可用于光源特征光譜快速測定和物質性質分析，制造該光電器件的制造方法具有成本低、集成度高、可靠性好等特點。

背景技術

以LED為代表的新一代半導體發光作為光源的照明技術日益受到各國政府和民間的關注。相比較傳統的光源，半導體光源既能大幅降低能耗，又能減少傳統節能燈中汞等有害物質帶來的環境污染。隨著各國政府綠色照明政策的落實和半導體照明產業鏈的完善所帶來的成本降低，半導體作為新一代光源必將在各種需要光源的場合得到更多的應用和關注。在人們關注半導體光源節能環保優點以取代傳統光源的同時，卻對半導體光源的另一個特性卻比較少地研究與應用：半導體光源具有非常窄的光譜分布，是人類歷史上除了激光之外顏色特性最為純凈的光源，通常其半高峰寬（Full-Width?Half-Maxium,簡稱FWHM，即光譜波長強度分布圖中，光譜強度相當于最大值一半處所對應的光譜波長全部寬度）小于20nm，具有極強的單色性。這種單色性為開發半導體光源新的應用提供了可能。然而，目前的光電探測器其頻譜響應范圍都比較寬，不能充分體現這種新型光源所具有的單色性。而實驗室里進行光譜分析雖然能精確可靠地得到光源的色譜特性，但是需要經過實驗室專業設備和專業技術人員才能完成，成本高，不能及時在線地得到所需數據。因此開發一種能簡單方便地用于這種單色性比較強的光源的光譜探測器，應用于快速及時低成本地測定半導體發光所具有較窄光譜曲線，得到光源特征信息，能為研究開發半導體發光器件新應用提供基礎。為區別傳統寬頻譜相應范圍光電傳感器，將這種具有窄帶響應的新型光電傳感器稱之為光譜傳感器簡稱，以便加以區別。

本發明在研究半導體光電器件及光學器件的基礎上，結合光學和半導體光電傳感器集成制造技術，發明了具有窄頻譜響應的光譜傳感器件及其制造方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種探測目標波段強度的光譜傳感器及其制造方法，用于低成本、高可靠性、高集成度、小空間的探測光線光譜中目標波段強度。

為了達到上述目的，本發明有如下技術方案：

本發明的一種探測目標波段強度的光譜傳感器，包括波段選擇模塊、光電傳感模塊、電連接模塊、電隔離模塊；

波段選擇模塊用于將要測量的目標波段范圍從寬波段入射光中選擇出來；

光電傳感模塊用于將光信號轉換為電信號，以測定光譜強度；

電連接模塊用于將由光電傳感模塊檢出的電信號傳送給后續器件使用；

電隔離模塊用于將不同區域、不同功能的電信號分隔開，以便后續器件識別和使用；

所述波段選擇模塊位于入射光的一側，光電傳感模塊位于波段選擇模塊出射光的一側，電連接模塊與光電傳感模塊電連接，電隔離模塊位于波段選擇模塊和光電傳感模塊之間。

其中，所述波段選擇模塊包括光子晶體、光學帶通濾波器。

其中，所述光子晶體為一維或者二維結構，光子晶體允許通過的光波長處于所述的目標波段內。

其中，所述光學帶通濾波器為折射系數不同的兩種材料構成的若干層薄膜結構，通過調節薄膜厚度使若干層薄膜結構允許通過的光波長范圍處于所述的目標波段范圍內，所述薄膜結構為透明電介質材料所組成，如SiO₂和TiO₂；所述透明電介質材料構成彼此相間的薄膜或者立體結構，薄膜或者立體結構間的距離隨著所述目標波段的改變而調整。

其中，所述光學帶通濾波器允許通過的光譜半高峰寬波長范圍小于所述目標波段的波長范圍。

其中，所述光電傳感模塊是通過半導體器件制造工藝過程制造的一個或多個光電二極管、光電三極管、光敏電阻、光電倍增器、光電池、CMOS、CCD或者電荷注入傳感器等具有以上結構特征的光電器件。

其中，所述光電傳感模塊包括單質基半導體光電傳感器或化合物基光電傳感器，單質基半導體如Si，Ge光電傳感器，化合物基半導體如GaAs，CdS，GaN光電傳感器。

其中，所述光電傳感模塊為集成電路工藝生產的硅基半導體光電器件，該半導體光電器件中光電轉換活性層厚度隨目標波段的波長而調整。