具有改进的探测结果的光电探测器
阅读说明：本技术 具有改进的探测结果的光电探测器 (Photodetector with improved detection result ) 是由 R·梅尔海姆 R·布鲁克纳 M·雅内尔 K·莱奥 于 2020-05-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于光谱选择性地探测电磁辐射的光电探测器(1-8)的不同方面,光电探测器具有用于探测电磁辐射的第一波长的第一光电结构元件(100-106、108)。在此,第一光电结构元件(100-106、108)具有第一光腔和至少一个设置在第一光腔中的探测单元(21、21a、22、22a、23)。第一光腔通过两个彼此间隔开距离的平行的反射镜层(11、11a、11’、12、12a)形成,第一光腔的长度设计为,使得对于第一波长而言在第一光腔中形成与第一波长相配设的i阶的谐振波(13、13a)。每个探测单元(21、21a、22、22a、23)都具有一个光活性层(210、220、230),光活性层分别这样设置在第一光腔内,使得谐振波(13、13a)的恰好一个振荡最大值位于光活性层内(210、220、230)。根据本发明的第一方面,第一光电结构元件(100-106、108)的谐振波(13、13a)的阶数大于1,并且在第一光腔中设置有至少一个光学吸收性的中间层(30、31)和/或至少一个光学透明的触点层(50)。根据第二方面,第一光电结构元件(110、110’)除探测单元(21、21’)外还具有至少一个光学透明的间距保持层(40)和至少一个外部触点(60、60’),所述间距保持层在第一光腔中设置在反射镜层(11、12)之一与探测单元(21、21’)之间,所述外部触点邻接于探测单元(21、21’)的外表面并且由能导电的材料制成。(The invention relates to different aspects of a photodetector (1-8) for spectrally selective detection of electromagnetic radiation, the photodetector having a first photo-electric structure element (100) for detection of a first wavelength of electromagnetic radiation (106, 108). The first optoelectronic component (100) has a first optical cavity and at least one detection unit (21, 21a, 22a, 23) arranged in the first optical cavity. The first optical cavity is formed by two parallel mirror layers (11, 11a, 11', 12a) spaced apart from one another, the length of the first optical cavity being designed such that for a first wavelength, a resonant wave (13, 13a) of the order i associated with the first wavelength is formed in the first optical cavity. Each detection unit (21, 21a, 22a, 23) has an optically active layer (210, 220, 230) which is arranged in each case in the first optical cavity in such a way that exactly one oscillation maximum of the resonant wave (13, 13a) is located in the optically active layer (210, 220, 230). According to a first aspect of the invention, the order of the resonant wave (13, 13a) of the first opto-electronic structural element (100-106, 108) is larger than 1, and at least one optically absorptive intermediate layer (30, 31) and/or at least one optically transparent contact layer (50) is/are arranged in the first optical cavity. According to a second aspect, the first optoelectronic component (110, 110 ') has, in addition to the detection unit (21, 21 '), at least one optically transparent distance-maintaining layer (40) which is arranged in the first optical cavity between one of the mirror layers (11, 12) and the detection unit (21, 21 '), and at least one external contact (60, 60 ') which adjoins an outer surface of the detection unit (21, 21 ') and is made of an electrically conductive material.)
技术领域
本发明涉及一种用于光谱选择性地探测电磁辐射的光电探测器，所述光电探测器具有光电结构元件，所述光电结构元件具有光腔和至少一个设置在所述光腔中的探测单元，并且所述光电结构元件能够实现改善的探测结果。
背景技术
用于光谱选择性地探测电磁辐射的光电探测器用于定性地和定量地证明在入射辐射中的特定波长的电磁辐射，在下文中也称为光。在此，所述入射辐射是宽带辐射，其包含多个不同波长的光。这种光电探测器通常具有滤波器或光腔，其能够实现仅特定波长的入射辐射在腔内谐振。在此，所述光腔通过反射镜制成，各反射镜中的至少一个反射镜是半透明的并且各反射镜设置为彼此间隔开距离L。在光腔内，谐振波长的辐射(电磁波)在反射镜之间被多次反射并且增强并且在此穿过光活性层，该光活性层将电磁辐射转换成电功率。这种光电探测器例如在WO2017/029223A1中描述。每个谐振波在光腔内都具有自然数的振荡最大值并且被称为i阶的谐振波，其中，i对应于振荡最大值的数量。所有形成的1阶至n阶的谐振波对光电探测器的电信号做贡献。因此，对谐振波的特定波长的探测仅在对于要探测的波长的有限范围内是可行的或者通过大的外部花费、例如通过连接于上游的滤波器或者对所测量的电信号进行耗费的评估是可行的。
对于在光腔中的特定波长的探测精度的另一个重要因素是由光腔增强的波长范围的宽度。因为虽然已经上面提到了单个谐振波长，其中，理想地仅这些单个谐振波长形成驻波，故在实际中在光腔中分别增强在单个谐振波长周围的一定的波长范围并且形成驻波。光腔的确定对于给定波长的外量子效率(EQE)的增强近似为一系列超高斯分布或洛伦兹分布，其中，最大值分别位于谐振波长处。谐振波长以光谱的形式绘制，也就是说所述谐振波长可以在光电探测器的增强的程度关于波长的示图中作为峰看出。峰所在的波长范围的宽度被称为峰宽，并且在所述波长范围的范围界限处增强已经达到最大值的一半。由于不再能够将在增强的波长范围内的波长彼此区分，因此峰宽越大，探测越不精确。这通过腔质量Q来描述，所述腔质量近似地计算为峰值波长与峰宽的商。
发明内容
本申请的任务是提供一种用于光谱选择性地探测电磁辐射的具有光腔的光电探测器，所述光电探测器能够实现改善的探测。此外，应提供一种用于探测多个不同波长的电磁辐射的光电探测器的节省空间的结构，该结构允许探测器或光谱仪的微型化。
所述任务通过一种根据各独立权利要求中任一项所述的光电探测器来解决。有利的进一步改进方案和实施方式包含在各从属权利要求中。
根据本发明的第一方面的用于光谱选择性地探测电磁辐射的光电探测器包含用于探测电磁辐射的第一波长的第一光电结构元件。在此，可以探测在入射到光电探测器上的电磁辐射中的第一波长的单纯的存在或不存在(定性结论)和/或探测在入射的电磁辐射中的第一波长的辐射的强度(定量结论)。所述第一光电结构元件具有第一光腔和至少一个设置在所述第一光腔中的探测单元。所述第一光腔通过彼此间隔开距离的平行的两个反射镜层形成。对于本申请的所有光腔而言，所述两个反射镜层彼此的间距称为光腔的物理长度、在下文中也简称光腔的长度。第一光腔的长度设计为，使得对于第一波长而言在第一光腔中形成与所述第一波长相配设的i阶的谐振波。在此，对于入射辐射的满足谐振标准的波长与光腔的物理长度的比例一般适用以下关系式：
其中，L是光腔的物理长度，λi是入射波长，α是入射辐射关于光电结构元件的表面的法线的入射角，入射辐射照射到所述表面上，n是在整个光腔上的和必要时其他位于其间的各层的有效折射率，而i是由入射的波长引起的谐振波的阶数。在此，i是自然数。按照属于第一波长的谐振波的阶数i，光电结构元件也称作i阶的结构元件。
如果没有另外明确说明的话，在下面的描述中提及“谐振波”时，则分别指的是属于在相应的光电结构元件中要探测的波长的谐振波。
每个设置在第一光腔中的探测单元都包括一个光活性层。所述光活性层优选在第一光腔的整个横截面上延伸，其中，所述横截面垂直于第一光腔的长度延伸。在此，探测单元的光活性层分别这样设置在第一光腔内，使得谐振波的恰好一个振荡最大值位于所述光活性层内。换句话说：光活性层根据通过要探测的第一波长产生的谐振波所具有的阶数而设置在光腔内。优选地，振荡最大值的位置、即谐振波的电磁场的强度最大值的位置在此关于光活性层的厚度尽可能居中地位于光活性层中，在第一光腔的长度的方向上测量所述厚度。在此，光活性层的层厚度优选设计为，使得谐振波的与位于光活性层中的振荡最大值相邻的波节点不再位于光活性层中。
根据本发明，第一光电结构元件的谐振波的阶数大于1。换句话说：在第一光电结构元件中探测到如下第一波长，该第一波长在第一光腔中形成2阶、3阶、4阶或者更高阶的谐振波，因为光活性层设置在所述谐振波的恰好一个振荡最大值中。
由于与在现有技术中探测到的一阶的谐振波相比，更高阶的谐振波具有明显更小的峰宽，因此可以实现对不同波长的更精细的区分、即实现光电探测器的更好的光谱分辨率。
优选地，各探测单元中的至少一个探测单元具有第一电荷传输层和第二电荷传输层，其中，光活性层设置在所述第一电荷传输层与所述第二电荷传输层之间。各个层沿着第一光腔的长度彼此相叠地设置。第一电荷传输层和第二电荷传输层也优选在第一光腔的整个横截面上延伸，其中，第一电荷传输层邻接于光活性层的第一表面，而第二电荷传输层邻接于光活性层的第二表面，并且第二表面与第一表面对置。所述电荷传输层用于改善从光活性层的电荷提取及其向电触点(也称为电极)的输送，所述电触点将在探测单元中产生的电信号进一步输送给适合于对所述电信号进行评估的评估单元。这些电荷传输层特别是在厚度小于10nm的非常薄的光活性层中是有利的并且因此构造为具有大于或等于10nm的厚度。在光活性层较厚时，电荷传输层也可以构造为仅非常薄、例如具有在1nm至5nm的范围内的厚度，由此所述电荷传输层也可以称作注入层或提取层。在两种情况下，电荷传输层不必总是强制性地是掺杂的层。
所述反射镜层可以构造为例如由银(Ag)或金(Au)制成的高反射的金属层、构造为例如由Ag:Ca制成的半透明的金属混合层或构造为电介质镜(DBR-distributed Braggreflector：分布式布拉格反射器)。在此，反射镜层中的至少一个反射镜层是半透明的，以便允许入射光进入到光腔中，而其他的反射镜层可以是不透明的。这种特性可以例如经由反射镜层的厚度和/或反射镜层的组成部分的材料和混合比例来调节，这对于本领域技术人员是已知的。如果反射镜层由能良好地导电的材料、例如由能导电的氧化物、能导电的有机化合物或金属组成，则反射镜层可以用作电极，以用于将在探测单元中产生的电信号进一步输送给评估单元，所述评估单元适合于对所述电信号进行评估。所述评估单元不是必须为光电探测器的组成部分，但所述评估单元可以与所述光电探测器刚性连接并且构造在同一个基板上或中，在所述基板上构造有所述光电探测器。在电介质镜的情况下，由良好地导电的材料构成的薄层、例如薄的金属层可以设置在反射镜层的朝向探测单元的最后的电介质层上，从而在这种情况下反射镜层也可以用作电极。之后将阐述探测单元的电接触导通的其他可行方案。
作为光活性层，特别是为了探测在800nm≤λi≤10μm的近红外范围(NIR)中的波长考虑下述材料：富勒烯(例如C60或C70)混合有施主、如下列物质组的材料：酞菁(如酞菁锌或酞菁铁)；吡喃、例如双吡喃亚基(简称TPDP)；富瓦烯、例如四硫代富瓦烯(简称OMTTF)以及芳香胺、例如N,N,N’,N’-四(4-甲氧基苯基)-联苯胺(简称MeO-TPD)、2,7-双[N,N-双(4-甲氧基苯基)氨基]9,9-螺二芴(简称Spiro-MeO-TPD)或4,4’,4”-三(3-甲氧基苯基-苯基氨基)三苯胺(简称m-MTDATA)、双硫代吡喃亚基(Bisthiopyraniliden)、联吡啶亚基(Bipyridinyliden)或吡咯并吡咯二酮(Diketopyrrolopyrrole)。也可以使用材料如HatCN:BFDPB、HATCN:4P-TPD、HATCN:a-NPB。当然也可以使用任何其他光活性材料、例如借助液体加工而产生的聚合物、例如来自聚噻吩(例如聚(2,5-双(3-烷基噻吩-2-基)噻吩并[3,2-b])噻吩(简称pBTTT))的物质组。
在此，光活性层分别优选具有在0.1nm至1μm的范围内的厚度，其中，光活性层的厚度不仅与光活性层的材料而且与光电结构元件的整个结构有关。特别优选地，对于利用直接的生色团间的电荷转移态的电荷转移光电二极管(CTPD)、例如C60:TPDP，光活性层的厚度在10nm至1000nm的范围内，而对于利用直接的材料吸收并且在体异质结或平面异质结(BHJ、FHJ)中分离载流子的光电二极管、例如C60:ZnPc，所述厚度在0.1nm至100nm的范围内。
例如可以使用芳香胺、如N,N,N’,N’-四(4-甲氧基苯基)-联苯胺(简称MeO-TPD)、2,7-双[N,N-双(4-甲氧基苯基)氨基]9,9-螺二芴(简称Spiro-MeO-TPD)或N4,N4’-双(9,9-二甲基-9H-芴-2-基)-N4,N4’-二苯基联苯-4,4’-二胺(简称BF-DPB)或9,9-双[4-(N,N-双-联苯-4-基-氨基)苯基]-9H-芴(简称BPAPF)或聚合物如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(简称PEDOT:PSS)、SpiroTTB、NDP9、F6-TCNNQ、C60F48、BPhen、C60、HatnaCl6、MH250、W2(hpp)4、Cr2(hpp)4、NDN26作为电荷传输层。当然也可以使用其他合适的材料或使用由已命名的材料中的至少两种材料组成的组合。在此，探测单元的第一电荷传输层的材料与第二电荷传输层的材料的区别在于，一种材料是电子传导的材料而另一种材料是空穴传导的材料。电荷传输层的材料可以是掺杂的材料，但不是必须是掺杂的材料。
电荷传输层的电导率优选在大于10-5S/cm的范围内。电荷传输层的厚度优选在1nm至100nm的范围内，其中，所述厚度通常随着在第一光腔中的探测单元的数量的增加而减小。此外，探测单元的第一电荷传输层的厚度可以不同于该探测单元的第二电荷传输层的厚度。
如果在第一光腔中存在不同的探测单元，则不同的探测单元的光活性层和(如果存在的话)第一电荷传输层和第二电荷传输层在材料和厚度方面可以彼此不同。
当然，在任何情况下，所有在第一光腔中存在的层(即一个或多个光活性层、可能的电荷传输层和/或其他层)的厚度之和都等于第一光腔的长度。
在一个实施例中，设置在第一光腔中的探测单元的数量对应于谐振波的阶数。也就是说，如果应探测到属于2阶的谐振波的第一波长，则第一光电结构元件包含恰好两个探测单元，所述两个探测单元的光活性层分别设置在所述谐振波的恰好一个并且与其他的振荡最大值不同的振荡最大值中；如果应探测到属于3阶的谐振波的第一波长，则所述第一光电结构元件包含恰好三个探测单元。在此，各所述探测单元分别沿着第一光腔的长度彼此相叠地设置，但各所述探测单元不是必须彼此邻接。
备选地，也可以在第一光腔中设置有比谐振波的阶数更少数量的探测单元。因此，一个探测单元原则上也是足够用于例如探测二阶、三阶或更高阶的谐振波，所述探测单元的光活性层这样设置在光腔内，使得谐振波的恰好一个振荡最大值位于所述光活性层中。这通过使用更简单的并且更成本有利的材料来代替未构造的探测单元而简化光电探测器的制造并且降低制造成本。
优选地，在第一光腔中分别这样设置有至少一个光学吸收性的中间层，使得所述谐振波的恰好一个振荡波节位于所述光学吸收性的中间层中。对于构造为用于探测比2阶更高阶的谐振波的光电结构元件，优选这样设置有多个光学吸收性的中间层，使得谐振波的每个振荡波节都位于恰好一个光学吸收性的中间层中。所述至少一个光学吸收性的中间层用于吸收与属于第一波长的谐振波的阶数不同阶数的谐振波。特别是，在波节点中消除与属于第一波长的谐振波相邻的谐振波，而几乎不影响属于第一波长的谐振波。因此，可以对于第一波长的较大范围确保探测到的电信号与第一波长的配设并且增加这种光电探测器的应用可能性。
在实施方式中，所述光学吸收性的中间层中的至少一个中间层直接邻接于探测单元、即邻接于所述探测单元的光活性层或电荷传输层中的一个电荷传输层(如果存在的话)并且由能导电的材料制成。此外，所述中间层适合于与评估单元导电地连接，所述评估单元适合于评估由第一光电结构元件的所述至少一个探测单元产生的电信号。因此，即使当所涉及的探测单元的光活性层或相应的电荷传输层(如果存在的话)不直接邻接于能导电的反射镜层时，这样的中间层作为电触点用于从探测单元获取电信号。
在另外的实施方式中，在第一光腔中设置有至少一个光学透明的触点层，所述触点层直接邻接于探测单元(即光活性层)或邻接于这些探测单元的电荷传输层中的一个电荷传输层(如果存在的话)，并且所述触点层由能导电的材料制成。所述触点层适合于与评估单元导电地连接，所述评估单元适合于评估由第一光电结构元件的至少一个探测单元产生的电信号。因此，即使当所涉及的探测单元的光活性层或相应的电荷传输层(如果存在的话)不直接邻接于能导电的反射镜层或能导电的中间层时，所述触点层作为电触点用于从探测单元获取电信号。在此，所述触点层特别是对于属于第一波长的谐振波长是光学透明的。
作为用于光学吸收性的中间层的材料，可以使用由有机小分子、有机混合层或聚合物、例如高度掺杂的空穴传导材料、如具有量子点(QD)的MeO-TPD:F6TCNNQ或PEDOT:PSS构成的层。如果光学吸收性的中间层应当是能导电的，则也可以使用金属、如Ag或金属混合物、如Ag:Ca或能导电的氧化物、如氧化铟锡(ITO)或氧化锌(ZnO)或铝掺杂的氧化锌(AZO)。光学透明的触点层也可以由相同的材料构成。这种中间层或触点层的光学特性和电学特性在此可以经由材料的厚度和材料的混合来调节。对于金属而言，层的厚度优选在0.1nm至40nm的范围内、进一步优选在5nm至10nm的范围内，而对于聚合物或氧化物而言，层的厚度在20nm至100nm的范围内、进一步优选在30nm至60nm的范围内，其中，小的厚度分别与较高的光学透明度相关联。
在本申请的意义上，作为光学吸收性的中间层使用的光学吸收性的层在此理解为如下层，所述层适合于吸收特定电磁波的这样多的能量，使得所述特定电磁波被消除。这样的特定电磁波的波长不同于与第一波长相配设的谐振波长。为此，光学吸收性的层的材料可以仅对于如下波长是吸收性的，所述波长不同于与第一波长相配设的谐振波长，而所述材料对于与第一波长相配设的谐振波长是非吸收性的。然而，吸收系数的这种特定的波长相关性对于大多数材料而言无法在足够的范围内对于相邻的谐振波长给出，由此，对所吸收的波长的选择也经由吸收性的层在光腔内的空间布置结构来实现，如之前已经描述的那样。因为一般而言适用的是，对于电磁波的吸收率取决于材料在电磁波的特定波长下的吸收系数k与层的厚度d以及在层的区域中电磁波的能量E的乘积，故根据本发明，所述乘积对于如下波长而言具有大于或等于1·E的值(k·d·E≥1·E)，所述波长不对应于与第一波长相配设的谐振波长。因此，由具有非常高的吸收系数k的材料构成的层能够实施为非常薄，而由具有相对低的吸收系数k的材料构成的层必须实施为相应地更厚，以便实现对特定电磁波的消除。与此相对地，在本申请的意义上，光学透明的层(所述光学透明的层例如被用作间距保持层或用作光学透明的触点层)理解为如下层，所述层尽可能少地吸收特定电磁波的能量并且因此几乎不影响或至少比光活性层少地影响所述特定电磁波。在这里，特定电磁波是具有与第一波长相配设的谐振波长的电磁波。为此，材料在特定电磁波的波长下的吸收系数k和层的厚度d以及特定电磁波在层的区域中的能量E的乘积具有小于1的值(k·d·E＜1·E)。因此，由具有非常小的吸收系数k的材料构成的层可以实施为相对厚，而由具有相对高的吸收系数k的材料构成的层必须实施为相应地更薄，以便将对特定电磁波的影响保持得小。对于金属的典型的吸收系数例如在大于0.5的范围内，而用于光活性层的典型的材料具有小于0.01的吸收系数。用于电荷传输层的典型的材料具有小于0.1的吸收系数。
如果探测单元与评估单元的电触点经由这样的中间层或触点层来建立，则不再是电接触所必需的反射镜层可以在其光学特性、即反射特性或半透明特性方面进行优化。通过光电结构元件的光学元件和电元件的解耦，能够经由反射镜层的光学特性的改善来实现探测结果的改善。
在其他实施方式中，第一光电结构元件具有至少一个外部触点，所述外部触点邻接于探测单元的外表面、即邻接于光活性层的外表面或电荷传输层中的一个电荷传输层(如果存在的话)的外表面，并且所述外部触点由能导电的材料制成。所述外部触点适合于与评估单元导电地连接，所述评估单元适合于评估由第一光电结构元件的所述至少一个探测单元产生的电信号。因此，当所述探测单元的光活性层或电荷传输层(如果存在的话)不直接邻接于能导电的反射镜层或能导电的中间层或触点层时，这样的外部触点也作为电触点以用于从所涉及的探测单元获取电信号。作为用于这种外部触点的材料特别是使用金属，如Ag或Au。
优选地，第一光电结构元件具有至少两个这样的外部触点，所述外部触点设置在探测单元的相对置的侧上。所述相对置的侧是探测单元的沿着光腔的长度彼此间隔开距离的对应的侧、即例如是光活性层的朝向第一反射镜层的第一侧和光活性层的朝向第二反射镜层的第二侧、或者是第一电荷传输层和第二电荷传输层。当然，在任何情况下都必须给出这两个外部触点彼此的电分离。因此，直接邻接于光活性层的外部触点更适用于厚的光活性层而不适用于非常薄的光活性层。因为在具有在一个探测单元中的两个外部触点的实施方式中，在探测单元中不存在附加的导电的层，所述导电的层可能光学地影响谐振波，并且同时探测单元的电接触导通与反射镜层解耦，故在光腔中存在的层能够在其光学特性方面得到优化。由此，能够经由改善腔质量进一步改善探测结果。
在光电结构元件中，也能够将上述用于电接触导通的各可行方案中的不同可行方案在一个探测单元中使用或者用于不同的探测单元。
在光电探测器的实施方式中，在第一光腔中设置有至少一个光学透明的间距保持层，所述间距保持层设置在所述反射镜层中的一个反射镜层与相邻于所述反射镜层的探测单元之间。如上面已经描述的，光学透明的间距保持层是如下层，所述层至少几乎不影响具有与第一波长相配设的谐振波长的驻波。按照上述条件选择间距保持层的材料和厚度，其中，所述厚度也与在光腔中存在的其他层的厚度和光腔的长度有关。
如果在第一光腔中设置有两个或更多个探测单元，则在根据本发明的光电探测器的实施方式中，上述类型的光学透明的间距保持层设置在两个在第一光腔中沿着第一光腔的长度彼此相叠地设置的探测单元之间。
在此，所述光学透明的间距保持层优选是不导电的、即电绝缘的并且优选由透明的氧化物(例如Al2O3、SiO2、TiO2)或有机化合物组成，如所述有机化合物例如也用于电荷传输层那样。在此，这些层优选具有小于10-6cm2/Vs的载流子迁移率并且因此仅具有非常低的电导率。在这种情况下，经由如上面已经描述的导电的中间层或触点层或外部触点来建立与间距保持层邻接的探测单元的电荷传输层与评估单元的电触点。因此，不再是电触点所必需的反射镜层以及在光腔内的其余的层能够在其光学特性或电学特性方面彼此独立地得到优化。通过将光电探测器的光学元件和电元件解耦，能够改善探测结果。
在实施方式中，光电探测器包含用于探测电磁辐射的第二波长的第二光电结构元件。与第一光电结构元件类似地，第二光电结构元件具有第二光腔和至少一个设置在第二光腔中的探测单元。第二光腔也通过两个彼此间隔开距离的平行的反射镜层形成，其中，第二光腔的长度设计为，使得对于第二波长而言在第二光腔中形成与所述第二波长相配设的j阶的谐振波。第二光电结构元件的每个探测单元都包含一个光活性层。在此，所述光活性层分别这样设置在第二光腔内，使得谐振波的振荡最大值位于所述光活性层内。在这种光电探测器中，第一光腔的长度不同于第二光腔的长度，和/或与第二波长相配设的谐振波的阶数不同于与第一波长相配设的谐振波的阶数。在此，第二光电结构元件的谐振波的阶数也可以是1阶。优选地，第二光电结构元件的至少一个探测单元也包含第一电荷传输层和第二电荷传输层，光活性层设置在所述第一电荷传输层与所述第二电荷传输层之间。也就是说，各所述层彼此相叠地、即彼此邻接地沿着第二光腔的长度设置。
在这种光电探测器中，所述第一光电结构元件和所述第二光电结构元件沿着垂直于所述第一光腔和所述第二光腔的长度的方向并排地设置。这种布置结构也被称为侧向布置结构。在此，所述光电结构元件可以彼此间隔开距离并且在物理上互相分开，从而每个光电结构元件都能够单独地(分别地)与评估单元连接。所述第一光电结构元件和所述第二光电结构元件也可以彼此邻接地设置，然而其中必须将光电结构元件的电荷传输层(如果存在的话)和/或将电信号向外部输送的层(例如反射镜层、中间层或触点层)电分离，即，对这些层进行像素化(Pixelung)。不同的光电结构元件的预先给定的侧向布置结构也能够一次或多次反复地沿着垂直于光腔的长度的方向彼此并排地、即侧向彼此并排地设置。由此能够实现一种产生图像的系统、即所谓的成像器系统。
在具有两个光电结构元件的光电探测器的其他实施方式中，第一光电结构元件和第二光电结构元件彼此相叠地设置，从而第一光腔和第二光腔的长度沿着一条共同的线延伸。这种布置结构也称为竖直布置结构。在此，第一光腔和第二光腔通过半透明的反射镜层相互连接，也就是说，第一光腔和第二光腔共享这个半透明的反射镜层，所述半透明的反射镜层在所述两个光电结构元件中的每个光电结构元件中分别用作反射镜。利用这种与光电结构元件的堆叠相同的构造，一方面可以减小光电探测器的作用面积。另一方面，这种构造能够实现选择性地对入射的电磁辐射的确定的入射角做出反应的光电探测器，在所述光电探测器中，当两个光电结构元件是相同阶数的结构元件时，具有大的光腔长度的光电结构元件在大的入射角下探测在入射辐射中的限定的波长或限定的波长范围，而具有较小的光腔长度的光电结构元件在小的入射角下探测在入射辐射中的相同的限定的波长或相同的限定的波长范围。当然，所述两个光电结构元件的与角度相关的不同的响应特性可以不经由或不仅经由光腔的长度来实现，而是也经由或附加地经由光电结构元件的不同的阶数来实现。
根据本发明的第二方面的用于光谱选择性地探测电磁辐射的光电探测器包含用于探测电磁辐射的第一波长的第一光电结构元件。在此，可以探测在入射到光电探测器上的电磁辐射中的第一波长的单纯的存在或不存在(定性结论)和/或探测在入射的电磁辐射中的第一波长的辐射的强度(定量结论)。所述第一光电结构元件具有第一光腔、设置在该第一光腔中的探测单元和至少一个光学透明的间距保持层。所述第一光腔通过两个彼此间隔开距离的平行的反射镜层构成，其中，第一光腔的长度设计为，使得对于第一波长而言在第一光腔中形成与所述第一波长相配设的i阶的谐振波。上面已经给出的关系式(1)适用，其中，i可以大于或等于1。
设置在第一光腔中的探测单元包含光活性层，所述光活性层优选在第一光腔的整个横截面上延伸，其中，所述横截面垂直于第一光腔的长度延伸。在此，探测单元的光活性层这样设置在第一光腔内，使得谐振波的振荡最大值位于所述光活性层内。因此，光活性层优选关于第一光腔的长度居中地设置在第一光腔中。
优选地，所述探测单元还具有第一电荷传输层和第二电荷传输层，其中，光活性层设置在所述第一电荷传输层与所述第二电荷传输层之间。各个层沿着第一光腔的长度彼此相叠地设置。第一电荷传输层和第二电荷传输层也优选在第一光腔的整个横截面上延伸，其中，第一电荷传输层邻接于光活性层的第一表面，而第二电荷传输层邻接于光活性层的第二表面，并且所述第二表面与所述第一表面相对置。所述电荷传输层用于改善从光活性层的电荷提取及其向电触点(也称为电极)的输送，所述电触点将在探测单元中产生的电信号进一步输送给适合于对所述电信号进行评估的评估单元。这些电荷传输层可以构造为非常薄，由此所述电荷传输层也可以称为注入层或提取层。电荷传输层不必总是强制性地是掺杂的层。
所述至少一个光学透明的间距保持层设置在各反射镜层中的一个反射镜层与探测单元之间、即设置在所涉及的反射镜层与光活性层之间或设置在所述涉及的反射镜层与探测单元的与该反射镜层相邻的电荷传输层之间。所述光学透明的间距保持层在其光学特性方面如上所述地构造并且此外是电绝缘的。因此，来自光活性层或相应的电荷传输层的电信号不能经由相应的相邻的反射镜层读取、即输送给评估单元。
因此，根据本发明，根据第二方面的光电探测器的第一光电结构元件具有至少一个外部触点，所述外部触点邻接于探测单元的外表面、即光活性层或电荷传输层(如果存在的话)，所述光活性层或电荷传输层通过所述至少一个间距保持层与相邻的反射镜层分隔开。所述外部触点由能导电的材料制成，如关于根据第一方面的光电探测器已经描述的那样，并且所述外部触点适合于与评估单元导电地连接，其中，评估单元适合于评估由第一光电结构元件的探测单元产生的电信号。
因为省去在第一光腔的横截面的大的区域上延伸的导电的触点层并且代替于此将电触点布设到探测单元的外表面上，故谐振波在光腔中的光学传播较少受干扰，由此改进第一光腔的腔质量。此外，设置在谐振波的光路中的层可以关于其材料在其光学特性方面得到优化。所有这些都有助于改善探测结果。
在根据第二方面的光电探测器的一种优选的实施方式中，光学透明的间距保持层(如已经描述的那样)设置在每个反射镜层与探测单元之间、即设置在所涉及的反射镜层与探测单元的光活性层或与该反射镜层相邻的电荷传输层之间，并且第一光电结构元件具有至少两个外部触点，其中，各一个外部触点在第一侧上邻接于探测单元的外表面和在第二侧上邻接于探测单元的外表面。在此，探测单元的第一侧和第二侧沿着第一光腔的长度相对置。因此，每个外部触点在探测单元的第一侧或第二侧上邻接于光活性层的外表面或邻接于第一电荷传输层或第二电荷传输层的外表面(如果存在的话)。
根据本发明的第三方面的用于光谱选择性地探测电磁辐射的光电探测器包含用于探测电磁辐射的第一波长的第一光电结构元件和用于探测电磁辐射的第二波长的第二光电结构元件。在这里，也可以探测在入射到光电探测器上的电磁辐射中的第一波长或第二波长的单纯的存在或不存在(定性结论)和/或探测在入射的电磁辐射中的第一或第二波长的辐射的强度(定量结论)。
所述第一光电结构元件具有第一光腔和至少一个设置在所述第一光腔中的探测单元。所述第一光腔通过两个彼此间隔开距离的平行的反射镜层形成，其中，第一光腔的长度设计为，使得对于第一波长而言在第一光腔中形成与所述第一波长相配设的i阶的谐振波。上面已经给出的关系式(1)适用。
每个设置在第一光腔中的探测单元都包含一个光活性层，如这已经参考根据第一方面的光电探测器所阐述的那样。在此，探测单元的光活性层分别这样设置在第一光腔内，使得i阶的谐振波的恰好一个振荡最大值位于所述光活性层内。这也对应于根据第一方面的第一光电结构元件。然而，区别于根据第一方面的光电探测器，所述谐振波也可以是1阶的谐振波1，即i≥1。
所述第二光电结构元件具有第二光腔和至少一个设置在所述第二光腔中的探测单元。所述第二光腔通过两个彼此间隔开距离的平行的反射镜层形成，其中，第二光腔的长度设计为，使得对于第一波长而言在第一光腔中形成与所述第一波长相配设的j阶的谐振波。已经在上面给出的关系式(1)适用，其中，用j代替i。
每个设置在第二光腔中的探测单元都包含一个光活性层，如这已经参考第一光电结构元件所阐述的那样。在此，探测单元的光活性层分别这样设置在第二光腔内，使得j阶的谐振波的恰好一个振荡最大值位于光活性层内。这也对应于第一光电结构元件的构造。在这里，所述谐振波也可以是1阶的谐振波或更高阶的谐振波。
优选地，第一光腔和/或第二光腔的至少一个探测单元还具有第一电荷传输层和第二电荷传输层，如这已经参考根据第一方面的光电探测器所阐述的那样。
根据本发明，第二光腔的长度不同于第一光腔的长度，和/或与第二波长相配设的谐振波的阶数不同于与第一波长相配设的谐振波的阶数。在此，两个光电结构元件的谐振波也可以是1阶的谐振波。此外，所述第一光电结构元件和所述第二光电结构元件彼此相叠地设置，使得第一光腔和第二光腔的长度沿着一条共同的线延伸，其中，第一光腔和第二光腔通过半透明的反射镜层相互连接，所述反射镜层分别是第一光腔和第二光腔的反射镜层中的一个反射镜层。
利用这种与光电结构元件的堆叠相同的构造，一方面可以减小光电探测器的作用面积。另一方面，这种构造能够实现选择性地对入射的电磁辐射的确定的入射角做出反应的光电探测器，在所述光电探测器中，当两个光电结构元件是相同阶数的结构元件时，具有大的光腔长度的光电结构元件在大的入射角下探测在入射辐射中的限定的波长，而具有较小的光腔长度的光电结构元件在小的入射角下探测在入射辐射中的相同的限定的波长。当然，所述两个光电结构元件的与角度相关的不同的响应特性可以不经由或不仅经由光腔的长度来实现，而是也经由或附加地经由光电结构元件的不同的阶数来实现。
属于两个光电结构元件的半透明的反射镜层由结合根据第一方面的光电探测器已经提到的各材料中的一种或多种材料制成，其中，材料厚度在对于第一波长或第二波长的反射和对于所述第一波长或所述第二波长中的相应另一者的透明度方面被调节。如果半透明的反射镜层用作用于读取在所述两个光电结构元件中的至少一个光电结构元件中产生的电信号的电触点，则所述半透明的反射镜层是能导电的。
在实施方式中，设置在第一光腔和/或第二光腔中的探测单元的数量对应于相应的谐振波的阶数。
如参考根据第一方面的光电探测器的第一光电结构元件所描述的那样，在一个或两个光电结构元件中，光学透明的并且导电的触点层或间距保持层可以设置在各反射镜层中的一个反射镜层与相邻于该反射镜层的探测单元之间。如果光电结构元件中的一个光电结构元件是具有大于1的阶数的结构元件，那么也可以分别构造有在两个在该光电结构元件的光腔中沿着该光腔的长度彼此相叠地设置的探测单元之间的光学透明的间距保持层或一个或多个光学吸收性的中间层。
此外，第一光电结构元件或第二光电结构元件的探测单元中的至少一个探测单元可以具有至少一个外部触点，所述外部触点邻接于光活性层的外表面或电荷传输层中的一个电荷传输层的外表面、由能导电的材料构成并且适合于与评估单元导电地连接，其中，所述评估单元适合于评估由探测单元产生的电信号。在此，在相应的光电结构元件中的谐振波的阶数在这里也是不重要的。
当然，可以也还将一个或多个另外的光电结构元件堆叠到所述第一光电结构元件和所述第二光电结构元件上，其中，在相邻的光电结构元件之间分别设置有一个半透明的反射镜层并且所述半透明的反射镜层属于这两个相邻的结构元件。
根据本发明的第二方面或第三方面的光电探测器的光电结构元件的各个层的材料与关于根据本发明的第一方面的光电探测器的光电结构元件的各层所提到的材料相同。
根据本发明的每个方面的光电探测器都可以构造在基板上并且被外壳或封装件包围作为保护以防环境影响。然而在此，至少所述基底或所述外壳必须对于入射的电磁辐射而言是透明的，以便所述电磁辐射能够照射到光电探测器上。
在本发明的意义中，用于设计光电结构元件和光电探测器的各实施方式或各个特征也可以相互组合，只要它们不相互排斥。
附图说明
下面应借助实施例和附图阐明本发明。在此，各个元件的尺寸以及所述各个元件彼此间的关系并非按比例尺给出、而是仅示意性地给出。相同的附图标记表示相应的同类的构件。
如果没有另外说明，则以纵剖视图示出：
图1A示出根据本发明的第一方面的根据本发明的光电探测器的第一实施方式，其中，光电结构元件是2阶的结构元件并且具有两个探测单元，
图1B示出根据本发明的第一方面的根据本发明的光电探测器的第二实施方式，其中，光电结构元件是2阶的结构元件并且具有一个探测单元，
图1C示出根据本发明的第一方面的根据本发明的光电探测器的第三实施方式，其中，光电结构元件是3阶的结构元件并且具有三个探测单元，
图2示出根据本发明的第一方面的根据本发明的光电探测器的第四实施方式，其中，光电结构元件是2阶的结构元件并且具有光学吸收性的中间层，
图3示出根据本发明的第一方面的根据本发明的光电探测器的第五实施方式，其中，光电结构元件是2阶的结构元件并且具有间距保持层以及光学透明的并且导电的触点层，
图4A示出根据本发明的第一方面的根据本发明的光电探测器的第六实施方式，其中，光电结构元件是2阶的结构元件并且具有间距保持层以及电外部触点，
图4B示出图4A的光电结构元件的沿线A-A’的横截面的俯视图，
图5A示出根据本发明的第一方面的根据本发明的光电探测器的第七实施方式，其中，所述光电探测器具有两个并排设置的光电结构元件，
图5B示出根据本发明的第一方面的根据本发明的光电探测器的第八实施方式，其中，所述光电探测器具有两个彼此相叠地设置的光电结构元件，
图6A示出根据本发明的第二方面的根据本发明的光电探测器的第一实施方式，其中，光电结构元件是1阶的结构元件并且具有电外部触点以及光学透明的间距保持层，
图6B示出根据本发明的第二方面的根据本发明的光电探测器的第二实施方式，其中，探测单元包括电荷传输层，以及
图7示出根据本发明的第三方面的根据本发明的光电探测器的一种实施方式，其中，该光电探测器具有两个彼此相叠地设置的1阶的光电结构元件。
具体实施方式
图1A至图5B示出根据本发明第一方面的光电探测器的不同实施方式。对于根据本发明的第一方面的所有实施方式而言特征在于，至少一个光电结构元件是二阶或更高阶的结构元件。
图1A示出根据本发明第一方面的根据本发明的光电探测器的第一实施方式。光电探测器1具有光电结构元件100，所述光电结构元件设置在透明的第一基板201与第二基板202之间，所述第一基板例如由玻璃或透明塑料制成。第二基板202也可以是透明的，但第二基板也可以构成为不透明的、半透明的或反射性的并且可以例如是由玻璃、金属或塑料制成的封装件。在此，第一基板和第二基板201、202的光学特性与具有要在光电探测器1中探测的第一波长的辐射有关。入射辐射301从辐射源300照射到光电探测器1上，所述入射辐射可以例如包含从UV光直至红外辐射的、即在100nm至50μm的范围内的波长的宽的光谱，或者所述入射辐射也可以仅包含光谱范围、例如780nm至50μm的红外范围的不同波长，或者所述入射辐射也可以仅包含在这些范围中的一个范围内的单个波长。入射辐射301例如可以是穿透介质(例如液体)的辐射或者是已经被介质(例如固体)反射的辐射，或者所述入射辐射可以是由辐射源300直接生成的辐射。如在图1A中所示的，入射辐射301可以穿过第一基板201进入到光电结构元件100中，但是所述入射辐射也可以穿过第二基板202进入到光电结构元件100中，如果第二基板202相应地构造的话。
光电结构元件100具有第一反射镜层11和第二反射镜层12，半透明的所述第一反射镜层与第一基板201邻接地设置，所述第二反射镜层设置为完全反射的并且邻接于第二基板202。两个反射镜层11、12例如由银(Ag)构成，其中，第一反射镜层11具有比第二反射镜层12的厚度小的厚度、例如27nm，所述第二反射镜层具有例如100nm的厚度。第一反射镜层11和第二反射镜层12彼此平行地彼此以间距L设置并且因此在所述第一反射镜层与所述第二反射镜层之间构成光腔。所述光腔的长度、即间距L以及光电结构元件100的各个层的厚度分别垂直于反射镜层11和12的平行的平面来测量。根据已经提到的公式(1)，对于入射辐射301的特定的第一波长，在光腔中形成不同阶数的并且具有相应的谐振波长的驻波。示例性地在图1A中示出2阶的谐振波13，所述谐振波的波长经由光腔的和在辐射路径中存在的层(例如第一基板201和第一反射镜层11)的有效折射率与要在光电探测器1中探测的第一波长相联系。在光腔中、即在反射镜层11与12之间设置有两个用于探测谐振波的探测单元21和22。在此，每个探测单元21、22分别包含一个光活性层210或220，第一电荷传输层211或221分别在关于光腔的长度的一侧上邻接于所述光活性层并且第二电荷传输层212或222在关于光腔的长度的另一侧上邻接于所述光活性层。第一电荷传输层211或221例如是空穴传导的材料，而第二电荷传输层212或222是电子传导的材料。光活性层210、220例如由TPDP:C60制成并且具有100nm的厚度。在此，光活性层210、220分别这样设置在光腔内，使得谐振波13的各恰好一个强度最大值(也称为振荡波腹)分别位于光活性层210、220中的一个光活性层内。因为由光电结构元件100探测到的谐振波13是2阶的波，所以光电结构元件100称作2阶的结构元件。
第一探测单元21的第一电荷传输层211邻接到第二反射镜层12上，并且第二探测单元22的第二电荷传输层222邻接于第一反射镜层11。此外，第一探测单元21的第二电荷传输层212与第二探测单元22的第一电荷传输层221彼此邻接。在探测单元21和22中生成的电信号通过反射镜层11和12继续传输，所述反射镜层是可导电的并且与评估单元导电地连接，其中，评估单元适合于从电信号生成关于在入射辐射301中包含的第一波长的辐射的定性和/或定量的结论。
参照图1B和图1C，应当进一步阐述关于光电结构元件的术语“阶数”。在以下附图中的大多附图中省去对基板以及辐射源的表示。
图1B示出根据本发明的第一方面的光电探测器的第二实施方式2的光电结构元件101。与图1A的光电结构元件100不同，在光电结构元件101的光腔中设置有仅一个探测单元21，该探测单元如参考图1A所描述的那样构造。代替于图1A的光电结构元件100的第二探测单元22，现在在探测单元21与第一反射镜层11之间设置有光学吸收性的并且导电的中间层30和光学透明的间距保持层40。在此，探测单元21的光活性层210又设置在谐振波13的恰好一个强度最大值中，该谐振波又是2阶的谐振波，而中间层30设置在谐振波13的中间的波节点中。因为中间层30设计成光学吸收性的，所以消除原则上会在反射镜层11与12之间的光腔中形成的并且其振荡波节不位于中间层30中的所有的其他谐振波。因此，特别是消除相邻阶的谐振波、即1阶和3阶的谐振波。
在图1B中所示的情况下，间距保持层40由不能导电或仅能差地导电的材料制成、例如由Al2O3制成。因此，中间层30也用作用于将在探测单元21中生成的电信号进一步输送给评估单元的触点层并且为此构造为由能导电的材料、例如Ag:Ca制成并且具有例如6nm的厚度，其中，中间层30与评估单元导电地连接。为此，中间层30这样构造，使得该中间层突出超过在光腔中的其他层的侧部边缘并且例如能够经由夹子或其他连接元件、例如键合线来与通向评估单元的电导线连接。如果间距保持层的材料是能导电的，则中间层也可以设计成吸收性的并且仅低地能导电的。此外，如果不期望消除其他谐振波的效果，则也可以完全省去中间层。同样地，在其他实施方式中也可能的是，中间层设计成非吸收性的但是能导电的，使得能够经由中间层将探测单元21电连接到评估单元，然而不消除谐振波。
尽管光电结构元件101仅具有一个探测单元21，但是光电结构元件101也是2阶的结构元件，因为所述光电结构元件探测并且评估2阶的谐振波。
在图1C中示出根据本发明的第一方面的光电探测器的第三实施方式3的光电结构元件102。在这里探测3阶的谐振波14，从而光电结构元件102是3阶的结构元件。光电结构元件102具有三个探测单元21至23，所述三个探测单元分别包含光活性层210、220或230和两个电荷传输层211和212或221和222或231和232，并且所述三个探测单元相叠地设置在光腔中。在此，光活性层210、220和230分别这样设置在光腔中，使得在每个光活性层210、220或230中都存在谐振波14的恰好一个振荡最大值。当然，光电结构元件102也可以具有仅一个探测单元或两个探测单元，其中，所述光电结构元件还是3阶的结构元件，只要各探测单元的相应的光活性层分别位于谐振波14的恰好一个振荡最大值的位置上。
参考图2至图4B将描述根据本发明的第一方面的光电探测器的光电结构元件的另外的实施方式，其中，分别示例性地示出2阶的结构元件。因此，图2示出光电探测器的第四实施方式4的光电结构元件103，其中，光电结构元件103具有两个探测单元21和22。在探测单元21与22之间设置有光学吸收性的中间层31，然而该中间层是不能导电的。然而，中间层31不允许阻碍电荷传输，如果各个探测单元21和22不是单独地向外部电接触导通的话，如这在图2中所示的那样。在这种情况下，中间层31对于至少一种载流子类型、即电子或空穴或对于电子和空穴两者都是能传导的。这可以通过中间层31的非常薄的构造来实现。因此，中间层31可以例如由具有在1nm至5nm的范围内的厚度的金属层(例如Ag)或金属混合层(例如Ag:Ca)构成。中间层31也可以由非常薄的、高度掺杂的并且在谐振波的相应波长范围内吸收性的有机层、例如具有1nm厚度的BFDPB:NDP9构成。备选地，中间层31也可以作为结构化的层存在并且具有空穴，所述空穴能够实现从一个相邻的层到另一个相邻的层中的电荷传输，而中间层31所存在的区域使得消除相邻阶的谐振波。中间层31用于消除相邻阶(与谐振波13的阶数相邻)的谐振波。为了避免消除谐振波13，中间层31在光腔之内设置在谐振波13的中间的振荡波节的位置处并且仅构造为薄的、例如具有在1nm至5nm的范围内的厚度。与评估单元的连接如在图1A的光电结构元件100中那样经由能导电的反射镜层11和12建立，但是也可以在其他实施方式中不同地实现。
对于构造为用于探测比2阶更高的阶数的谐振波的光电结构元件而言，优选地构造有多个光学吸收性的中间层。这些中间层分别这样设置，使得谐振波的每个振荡波节都位于恰好一个光学吸收性的中间层中。
图3示出光电探测器的第五实施方式5的光电结构元件104，其中，在光电结构元件104的光腔中附加于探测单元21和22还设置有间距保持层40和能导电的、光学透明的触点层50。探测单元21和22分别通过间距保持层40彼此间隔开距离并且与相邻的反射镜层11或12间隔开距离。因为间距保持层40在本情况下不能导电或者仅能差地导电并且因此不能经由反射镜层11或12来与探测单元21和22电接触，所以由探测单元21和22生成的电信号经由触点层50进一步输送给评估单元。为此，触点层50分别邻接于第一和第二电荷传输层211和212或221和222并且设置在所述第一和第二电荷传输层与间距保持层40之间并且可以分别与评估单元导电地连接。在此，触点层50面状地构造，即所述触点层分别在电荷传输层211、212、221和222的整个侧向延伸上构造。因为触点层50设置在光腔的如下区域中，在所述区域中谐振波13的强度不具有波节点，而是具有不等于0(零)的强度，所以触点层50必须由光学透明的材料制成，以便避免消除谐振波13。触点层50例如可以由PEDOT:PSS、ITO、ZnO或其他能导电的氧化物制成并且分别具有例如10nm至40nm的厚度。在此，触点层50也侧向地稍微凸出超过在光腔中的其他层，以便能够实现与评估单元的电连接，如这已经参考图1B中的中间层30阐述的那样。
在图4A和图4B中参照光电探测器的第六实施方式6的光电结构元件105示出与评估单元电接触导通的另一种可行方案。在此，光电结构元件105与图3中的光电结构元件104的区别在于，不存在面状地构造的触点层，而是在电荷传输层211、212、221与222之间的电连接分别经由电外部触点60实现。外部触点60由能导电的材料(例如Ag)制成并且至少邻接于电荷传输层211、212、221和222的外表面的至少一部分。在此，电荷传输层211、212、221和222的外表面沿着光腔的长度延伸并且除了外部触点60之外不邻接于光电结构元件104的其他层。外部触点60也可以与电荷传输层211、212、221和222的一部分重叠、即邻接于电荷传输层211、212、221和222的表面，所述表面平行于反射镜层11、12延伸，或者所述外部触点也可以伸入到电荷传输层211、212、221和222中。然而，外部触点60不在电荷传输层211、212、221和222的整个侧向延伸上延伸。通过将外部触点这样引入到光腔中，侧向地、即在垂直于光腔的长度的平面内限界光电结构元件的作用区域、即能够在其中产生驻波的区域。此外，外部的触点也可以用作光学的孔掩模。由此，外部触点60几乎不影响谐振波13的光学产生或传播。优选地，外部触点60在光电结构元件的横截面中沿着外表面的整个周边包围电荷传输层211、212、221和222，如这在图4B中所示出的那样。图4B示出图4A的光电结构元件105的沿着线A-A’的横截面。电外部触点60在这里形成围绕第一电荷传输层211的框架。电连接元件或通向评估单元的连接导线又可以作用到电外部触点60上，如这已经参考图1B所描述的那样。
当然，光电结构元件的在图1A至图4B中所描述的构造和层的其他组合也是可行的，其中，能够对不同的层在其光学特性和/或电学特性方面进行优化和对光电结构元件在其探测特性和/或其制造方面进行优化。
参考图5A和图5B描述根据本发明的第一方面的光电探测器的实施方式，其中，光电探测器分别具有两个光电结构元件，所述两个光电结构元件适合于探测在入射辐射中的不同波长。当然，光电结构元件的数量能够任意扩展并且两种实施方式也能够相互组合。
图5A示出具有两个光电结构元件106和107的光电探测器的第七实施方式7，其中，所述光电结构元件侧向并排地设置。也就是说，光电结构元件106和107沿着如下方向并排地设置，所述方向与所述两个结构元件106和107的光腔的长度垂直地延伸。在所示的情况下，所述两个结构元件106和107并排地设置在透明的第一基板201上并且被第二基板202以封装件的形式相对于环境隔开。第一光电结构元件106具有第一反射镜层11a、第二反射镜层12a以及两个探测单元21a和22a，其中，构造在反射镜层11a与12a之间的第一光腔具有长度La。第二光电结构元件107具有第一反射镜层11b、第二反射镜层12b以及两个探测单元21b和22b，其中，构造在反射镜层11b与12b之间的第二光腔具有长度Lb。在此，在所示的情况下Lb＜La。两个光电结构元件106和107都是2阶的结构元件，其中，在对于结构元件106和107的各个层的材料相同的情况下，第一光电结构元件106可以探测与所形成的第一谐振波13a对应的第一波长，而第二光电结构元件107可以探测与所形成的第二谐振波13b对应的第二波长，其中，第一波长大于第二波长。然而，在其他实施方式中的光电结构元件也能够在光腔的相同长度的情况下在相应的谐振波的阶数方面不同或者在相应的谐振波的阶数和光腔的长度方面不同。第一反射镜层11a和11b以及第二反射镜层12a和12b在所示情况下用于读取在光电结构元件106和107中生成的电信号并且为此与评估单元(未示出)导电地连接。在其他实施方式中，电信号也可以经由参考图1B和图3至图4B所示的中间层或触点层或外部触点传输给评估单元，其中，探测单元可以与相应的结构元件的一个或两个反射镜层电绝缘。在这种情况下，不同的光电结构元件的与相邻的探测单元电绝缘的反射镜层也能够共同地并且相互连接地构造。
图5B示出具有两个光电结构元件108和109的光电探测器的第八实施方式8，其中，所述光电结构元件彼此相叠地设置。也就是说，光电结构元件108和109的第一光腔和第二光腔的长度沿着一条共同的线延伸，其中，第一光腔和第二光腔通过半透明的反射镜层相互连接。换句话说：光电结构元件108和109彼此相叠地堆叠，从而当入射辐射已经穿过所述两个光电结构元件中的一个光电结构元件时，所述入射辐射才到达另一个光电结构元件。在所示的情况下，入射辐射301在穿过光电结构元件108之后才进入到光电结构元件109中。
第一光电结构元件108具有半透明的反射镜层11、半透明的反射镜层11’以及两个探测单元21a和22a，其中，构造在反射镜层11与11’之间的第一光腔具有长度La。第二光电结构元件109具有半透明的反射镜层11、第二反射镜层12以及两个探测单元21b和22b，其中，构造在反射镜层11’与12之间的第二光腔具有长度Lb。在此，在所示的情况下Lb＜La。但Lb＞La也是可行的。两个光电结构元件108和109是2阶的结构元件，其中，在对于结构元件108和109的各个层的材料相同的情况下，第一光电结构元件108可以探测与所形成的第一谐振波13a对应的第一波长，而第二光电结构元件109可以探测与所形成的第二谐振波13b对应的第二波长，其中，第一波长大于第二波长。然而，在其他的实施方式中，光电结构元件也能够在光腔的长度相同的情况下在相应的谐振波的阶数方面不同或者在相应的谐振波的阶数和光腔的长度方面不同。
因此，以光电探测器的第八实施方式8能够节省空间地探测在入射辐射301中的两个不同的波长。也还可以将一个或多个其他的光电结构元件彼此相叠地堆叠，使得也能够以一个光电探测器(所述光电探测器仅需要一个光电结构元件的侧向空间)探测多于两个的不同的波长。
此外，以所述实施方式来说能够构造如下光电探测器，所述光电探测器选择性地对入射辐射301的入射角α作出反应。在此例如光电结构元件108会在大的入射角α的情况下探测在入射辐射301中属于第一谐振波13a的波长的第一波长的存在，而光电结构元件109对于小的入射角α经由探测所属的第二谐振波13b来探测第一波长在入射辐射301中的存在。此时，第一和第二谐振波13a、13b的波长与在入射辐射301中的第一波长和入射角α相对应。
反射镜层11、11’和12在所示的情况下用于读取在光电结构元件108和109中生成的电信号并且为此与评估单元(未示出)导电地连接。在其他的实施方式中，电信号也可以经由参考图1B和图3至图4B所示的中间层或触点层或外部触点传输给评估单元，其中，探测单元可以与相应的结构元件的一个或两个反射镜层电绝缘。
当然，也可以在一个光电探测器中同时构造有参照图5A和图5B阐述的两种实施方式，即，不同的光电结构元件可以不仅彼此相叠地而且并排地设置。此外，光电结构元件也能够分别根据参照图1B和图2至图4B所描述的实施方式中的一种实施方式构造，即，所述光电结构元件能够具有间距保持层、光学吸收性的中间层、光学吸收性的并且导电的中间层、光学透明的并且导电的触点层和/或电外部触点，其中，不同的光电结构元件可以实施为不同的。
图6A示出根据本发明第二方面的根据本发明的光电探测器的第一实施方式9。根据本发明的第二方面，光电探测器也可以仅包括一个1阶的光电结构元件。所述光电结构元件在图6A中是光电结构元件110，该光电结构元件具有半透明的第一反射镜层11和第二反射镜层12以及在存在于这些反射镜层11、12之间的光腔中具有探测单元21’。探测单元21’具有光活性层210但没有电荷传输层。在此，光活性层210这样设置在光腔中，使得谐振波15(所述谐振波为1阶的谐振波)的振荡最大值位于光活性层210内。光活性层210分别通过光学透明的并且电绝缘的间距保持层40来与反射镜层11或12间隔开距离。光活性层210可以经由至少两个电外部触点60’(类似于已经参考图4A和图4B阐述的外部触点60)与评估单元连接，从而可以读取在探测单元21中产生的电信号。外部触点60’由能导电的材料(例如Ag)制成并且至少邻接于光活性层210的外表面的一部分。在此，光活性层210的外表面沿着光腔的长度延伸并且除了外部触点60’之外不邻接于光电结构元件110的其他层。外部触点60’也可以与光活性层210的一部分重叠、即邻接于光活性层210的平行于反射镜层11、12延伸的表面，或者所述外部触点也可以伸入到光活性层210中。然而，外部触点60’不在光活性层210的整个侧向延伸上延伸，而是最多在整个侧向延伸的一小部分、最多10％上延伸。优选地，外部触点60’在光电结构元件的横截面中沿着外表面的整个周边包围光活性层，类似于这在图4B中对于外部触点60所示的那样。无论如何，各外部触点60’中的一个外部触点设置在光活性层210的第一侧上，而各外部触点60’中的另一个外部触点设置在光活性层210的第二侧上，其中，第一侧和第二侧沿着光腔的长度彼此间隔开距离并且彼此对置。在此，第一侧更靠近第一反射镜层11，而第二侧更靠近第二反射镜层12。在此，光活性层210构造为至少这样厚，使得在光活性层210的第一侧上的外部触点60’与在光活性层210的第二侧上的外部触点60’电分隔开、即绝缘。通过将各个层的光学功能和电学功能彼此分开、例如将反射镜层11、12的反射功能与向外部的导电性分开，光电结构元件110的所有组成部分在其光学特性或其电学特性方面能够得到优化。通过使用外部触点60’进一步降低在光腔内的光学损耗并且因此进一步改善光电探测器的探测的质量和效率。
图6B示出根据本发明的第二方面的根据本发明的光电探测器的第二实施方式9’。第二实施方式9’与第一实施方式9类似地构造。然而，与迄今为止所描述的根据第一方面的光电探测器的探测单元类似地，光电器件110’的探测单元21除光活性层210之外还具有第一电荷传输层211和第二电荷传输层212。电荷传输层211和212分别通过间距保持层40来同与其相邻的反射镜层11或12间隔开距离，所述间距保持层是光学透明的并且是电绝缘的。电荷传输层211和212能够分别经由电外部触点60(如所述电外部触点已经参考图4A和图4B阐述的那样)与评估单元连接，从而能够读取在探测单元21中产生的电信号。在该实施方式中的光活性层210可以构造成比在第一实施方式9中的光活性层薄。在这里，光电结构元件110’的所有组成部分也能够在其光学特性方面或者在其电学特性方面得到优化。通过使用外部触点60进一步降低在光腔内的光学损耗并且因此进一步改善光电探测器的探测的质量和效率。
图7示出根据本发明第三方面的根据本发明的光电探测器的一种实施方式10。根据本发明的第三方面，类似于根据本发明的第一方面的光电探测器的第八实施方式8，光电探测器具有两个彼此相叠地设置的光电结构元件，然而其中，两个光电结构元件可以是一阶的结构元件。相应地，光电探测器10在所示出的实施方式中具有两个彼此相叠地设置的光电结构元件111和112，从而两个结构元件111和112的光腔的长度沿着一条共同的线延伸。第一光电结构元件111具有半透明的反射镜层11和半透明的反射镜层11’以及设置在它们之间的探测单元21a，其中，探测单元21a的相应的光活性层处于谐振波15a的振荡最大值中，所述谐振波是1阶的谐振波。在此，光电结构元件111的光腔具有长度La，该长度对应于在入射辐射中的要探测的第一波长。第二光电结构元件112具有半透明的反射镜层11’和反射镜层12以及设置在它们之间的探测单元21b，其中，探测单元21b的相应的光活性层处于谐振波15b的振荡最大值中，所述谐振波也是1阶的谐振波。在此，光电结构元件112的光腔具有长度Lb，该长度对应于在入射辐射中要探测的第二波长并且在所示出的示例中小于长度La。但在其他实施例中，Lb也可以大于La。
如参考图5B所描述的，谐振波15a、15B的波长与入射辐射的入射角的相关性也可被用于角度选择性地探测在入射辐射中的确定的波长。
所述两个光电结构元件111和112共用半透明的反射镜层11’。在所示的实施方式中，反射镜层11、11’和12用于读取在探测单元21a和21b中生成的电信号并且为此可以与评估单元导电地连接。自然，在其他实施方式中也可以实现用于建立与探测单元的电荷传输层的电触点的其他可行方案、例如光透明的并且能导电的触点层或电外部触点，如在上面已经描述的那样，和/或探测单元可以通过间距保持层与相邻的反射镜层间隔开距离。
在本发明的意义中，不同方面的各实施方式或各个特征或用于设计光电探测器的不同实施方式也可以相互组合，只要它们不相互排斥。
下面描述与上文所描述的和所示出的内容有关的不同示例。
示例1是用于光谱选择性地探测电磁辐射的光电探测器，所述光电探测器具有用于探测电磁辐射的第一波长的第一光电结构元件，所述第一光电结构元件具有：
-第一光腔，所述第一光腔通过两个彼此间隔开距离的平行的反射镜层形成，其中，第一光腔的长度设计为，使得对于第一波长而言在第一光腔中形成与所述第一波长相配设的i阶的谐振波，和
-至少一个设置在所述第一光腔中的探测单元，其中，每个探测单元都包含一个光活性层，其中，所述光活性层分别这样设置在第一光腔内，使得所述谐振波的恰好一个振荡最大值位于所述光活性层内，
其中，第一光电结构元件的谐振波的阶数大于1。
示例2是根据示例1的光电探测器，其中，至少一个设置在第一光腔中的探测单元还包括第一电荷传输层和第二电荷传输层，所述光活性层设置在所述第一电荷传输层与第二电荷传输层之间，其中，第一电荷传输层、光活性层和第二电荷传输层沿着第一光腔的长度彼此相叠地设置。
在示例3中，根据示例1或2的光电探测器可以具有如下数量的设置在第一光腔中的探测单元，所述数量对应于谐振波的阶数。
在示例4中，在根据示例1至5之一的光电探测器中，在第一光腔中分别这样设置有至少一个光学吸收性的中间层，使得谐振波的振荡波节位于吸收性的中间层中。
在示例5中，在根据示例4的光电探测器中，所述至少一个光学吸收性的中间层中的至少一个光学吸收性的中间层直接邻接于所述至少一个探测单元中的一个探测单元、由能导电的材料制成并且适合于与评估单元导电地连接，所述评估单元适用于评估由第一光电结构元件的所述至少一个探测单元产生的电信号。
在示例6中，在根据示例1至4之一的光电探测器中，在第一光腔中设置有至少一个光学透明的触点层，所述触点层直接邻接于所述至少一个探测单元中的一个探测单元、由能导电的材料制成并且适合于与评估单元导电地连接，所述评估单元适用于评估由第一光电结构元件的所述至少一个探测单元产生的电信号。
在示例7中，根据示例1至4之一的光电探测器的第一光电结构元件具有至少一个外部触点，所述外部触点邻接于所述至少一个探测单元中的一个探测单元的外表面、由能导电的材料制成并且适合于与评估单元导电地连接，所述评估单元适用于评估由第一光电结构元件的所述至少一个探测单元产生的电信号。
在示例8中，在根据示例1至7之一的光电探测器中，在第一光腔中设置有至少一个光学透明的间距保持层，所述间距保持层设置在各反射镜层中的一个反射镜层与相邻于该反射镜层的探测单元之间。
在示例9中，在根据示例1至8之一的光电探测器中，至少两个探测单元设置在第一光腔中，并且光学透明的间距保持层设置在两个沿着第一光腔的长度彼此相叠地设置的探测单元之间。
在示例10中，根据示例1至9之一的光电探测器包含用于探测电磁辐射的第二波长的第二光电结构元件，其中，所述第二光电结构元件具有：
·第二光腔，所述第二光腔通过两个彼此间隔开距离的平行的反射镜层形成，其中，第二光腔的长度设计为，使得对于第二波长而言在第二光腔中形成与所述第二波长相配设的i阶的谐振波，和
·至少一个设置在所述第二光腔中的探测单元，其中，每个探测单元都包含一个光活性层，其中，所述光活性层分别这样设置在第二光腔内，使得所述谐振波的恰好一个振荡最大值位于所述光活性层内。
在此，第一光腔的长度不同于第二光腔的长度，和/或与第二波长相配设的谐振波的阶数不同于与第一波长相配设的谐振波的阶数。
在示例11中，在根据示例10的光电探测器中，第一和第二光电结构元件沿着垂直于第一和第二光腔的长度的方向并排地设置。
在示例12中，在根据示例10的光电探测器中，第一和第二光电结构元件(108、109)彼此相叠地设置，从而第一光腔的长度和第二光腔的长度沿着一条共同的线延伸，其中，第一和第二光腔通过半透明的反射镜层相互连接。
示例13是用于光谱选择性地探测电磁辐射的光电探测器，所述光电探测器具有用于探测电磁辐射的第一波长的第一光电结构元件，所述第一光电结构元件具有：
-第一光腔，所述第一光腔通过两个彼此间隔开距离的平行的反射镜层形成，其中，第一光腔的长度设计为，使得对于第一波长而言在第一光腔中形成与所述第一波长相配设的1阶的谐振波，
-设置在所述第一光腔中的探测单元，所述探测单元包含光活性层，其中，所述光活性层这样设置在第一光腔内，使得所述谐振波的振荡最大值位于所述光活性层内，和
-至少一个光学透明的间距保持层，所述间距保持层在第一光腔中设置在所述反射镜层中的一个反射镜层与探测单元之间，
其中，所述第一光电结构元件具有至少一个外部触点，所述外部触点邻接于所述探测单元的外表面、由能导电的材料制成并且适合于与评估单元导电地连接，所述评估单元适用于评估由第一光电结构元件的探测单元产生的电信号。
在示例14中，在根据示例13的光电探测器的设置在第一光腔中探测单元还包含第一电荷传输层和第二电荷传输层，所述光活性层设置在所述第一电荷传输层与所述第二电荷传输层之间，其中，第一电荷传输层、光活性层和第二电荷传输层沿着第一光腔的长度彼此相叠地设置。
在示例15中，在根据示例13或14之一所述的光电探测器中，在第一光腔中设置有光学透明的两个间距保持层，所述两个间距保持层中的第一间距保持层设置在各反射镜层中的第一反射镜层与探测单元之间，而所述两个间距保持层中的第二间距保持层设置在各反射镜层中的第二反射镜层与探测单元之间。此外，根据示例15的光电探测器的第一光电结构元件具有至少两个外部触点，其中，各有一个外部触点在第一侧上邻接于探测单元的外表面和在第二侧上邻接于探测单元的外表面，其中，所述探测单元的第一侧和第二侧沿着第一光腔的长度对置。
示例16是用于光谱选择性地探测电磁辐射的光电探测器，所述光电探测器具有用于探测电磁辐射的第一波长的第一光电结构元件，所述第一光电结构元件具有：
·第一光腔，所述第一光腔通过两个彼此间隔开距离的平行的反射镜层形成，其中，第一光腔的长度设计为，使得对于第一波长而言在第一光腔中形成与所述第一波长相配设的i阶的谐振波，和
·至少一个设置在所述第一光腔中的探测单元，其中，每个探测单元都包含一个光活性层，其中，所述光活性层分别这样设置在第一光腔内，使得谐振波的恰好一个振荡最大值位于所述光活性层内，
以及用于探测电磁辐射的第二波长的第二光电结构元件，所述第二光电结构元件具有：
·第二光腔，所述第二光腔由两个彼此间隔开距离的平行的反射镜层形成，其中，第二光腔的长度设计为，使得对于第二波长而言在第二光腔中形成与所述第二波长相配设的i阶的谐振波，以及
·至少一个设置在所述第二光腔中的探测单元，其中，每个探测单元都包含一个光活性层，其中，所述光活性层分别这样设置在第二光腔内，使得谐振波的恰好一个振荡最大值位于所述光活性层内，
其中，第二光腔的长度不同于第一光腔的长度，和/或与第二波长相配设的谐振波的阶数不同于与第一波长相配设的谐振波的阶数，并且第一和第二光电结构元件彼此相叠地设置，从而第一光腔的长度和第二光腔的长度沿一条共同的线延伸，其中，第一和第二光腔通过半透明的反射镜层相互连接，所述反射镜层分别是第一光腔和第二光腔的反射镜层中的一个反射镜层。
在示例17中，根据示例16的光电探测器的至少一个设置在第一光腔中或设置在第二光腔中的探测单元还包含第一电荷传输层和第二电荷传输层，光活性层设置在所述第一电荷传输层与所述第二电荷传输层之间，其中，第一电荷传输层、光活性层和第二电荷传输层沿着第一光腔或第二光腔的长度彼此相叠地设置。
在示例18中，根据示例16或17的光电探测器的设置在第一光腔中和/或设置在第二光腔中的探测单元的数量对应于相应的谐振波的阶数。
附图标记列表
108 根据本发明的第一方面的光电探测器
9、9’ 根据本发明的第二方面的光电探测器
10 根据本发明的第三方面的光电探测器
100-112、110’ 光电结构元件
11、11a、11b 第一反射镜层
11’ 半透明的反射镜层
12、12a、12b 第二反射镜层
13、13a、13b 2阶的谐振波
14 3阶的谐振波
15、15a、15b 1阶的谐振波
21、21a、21b、21’、22、22a、22b、23 探测单元
210、220、230 光活性层
211、221、231 第一电荷传输层
212、222、232 第二电荷传输层
30 光学吸收性的导电的中间层
31 光学吸收性的中间层
40 间距保持层
50 光学透明的导电的中间层
60、60’ 电外部触点
201 第一基板
202 第二基板
300 辐射源
301 入射辐射
L 光腔的长度
La 第一光腔的长度
Lb 第二光腔的长度
α 入射辐射的入射角
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