CN115047571A - 光探测器芯片镀膜结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光探测器芯片镀膜结构，包括：光探测器芯片，折射率梯度区和增透膜；光探测器芯片包括光敏面；折射率梯度区形成于光敏面上，折射率梯度区包括沿预设方向折射率依次增大的多层膜，预设方向为自折射率梯度区至光探测器芯片的延伸方向；增透膜设置于折射率梯度区上。本发明实施例提供的光探测器芯片镀膜结构，通过设置折射率梯度区，即沿预设方向折射率依次增大的多层膜结构，能够将外部光束耦合至光探测器中，同时使得耦合至光探测器芯片光敏面的光束近似平行，耦合效率较高。

Description

光探测器芯片镀膜结构
技术领域
本发明涉及光电通信和光电传感领域，具体涉及一种光探测器芯片镀膜结构。
背景技术
光探测器是一种探测、接收光的光电子器件，广泛应用于光通信和光电传感领域。光探测器的基本原理是光生伏特效应，它可以将接收到的光信号转换为电信号，而激光器可以将电信号转换为光信号。光探测器和激光器一起构成了光电通信中的核心器件。
光在传输过程中会有损耗，为了保证信息能远距离传输，需要较低的传输损耗。光在单一介质光纤中的损耗已经可以做到每公里0.2dB。但是除了在单一介质中传输的损耗之外，光在不同介质之间传输时，由于光场的失配造成的损耗同样非常大，通常利用透镜来实现光场的变换。将光束从空气耦合至光探测器芯片的方法是：通过透镜，将入射光束汇聚后进入光探测器光敏面，光敏面上镀有增透膜，光束被光探测器接收转换为电信号。目前将光束耦合至光探测器芯片的方式较为单一，因此需要设计其他的结构以实现光场的变换。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的实施例提出一种光探测器芯片镀膜结构，通过设置沿预设方向折射率依次减小的多层膜结构，提高耦合效率。
根据本发明的一种实施例，提供一种光探测器芯片镀膜结构，包括：光探测器芯片，上述光探测器芯片包括光敏面；折射率梯度区，形成于光敏面上，折射率梯度区包括沿预设方向折射率依次增大的多层膜，预设方向为自折射率梯度区至光探测器芯片的延伸方向；增透膜，设置于折射率梯度区上；其中，外部的光束在空气中依次经增透膜、折射率梯度区耦合至光探测器芯片，以使光探测器芯片对光束进行探测。
根据本发明的实施例，沿着预设方向，折射率梯度区的每相邻的两层膜的折射率的差依次减小。
根据本发明的实施例，折射率梯度区的每相邻的两层膜的折射率的差依次减小包括：折射率梯度区的每相邻的两层膜的折射率的差按第一递减分布函数依次减小。
根据本发明的实施例，折射率梯度区中多层膜的层数大于等于3层。
根据本发明的实施例，沿着预设方向，折射率梯度区的多层膜的厚度的依次减小。
根据本发明的实施例，沿着预设方向，折射率梯度区的多层膜的厚度的依次减小包括：沿着预设方向，折射率梯度区的多层膜的厚度按第二递减函数依次减小。
根据本发明的实施例，折射率梯度区中与增透膜相邻的膜的折射率大于增透膜的折射率。
根据本发明的实施例，折射率梯度区中与增透膜相邻的膜的折射率为增透膜的折射率的平方。
根据本发明实施例，通过设置折射率梯度区，即沿预设方向折射率依次减小的多层膜结构，能够将外部光束耦合至光探测器中，与传统的方案即利用镀增透膜的探测器芯片和透镜进行光束耦合的方式相比，无需复杂的透镜耦合工艺就实现光束和光探测器之间的高效耦合作用，且工艺简单，对光的收集能力强，成本更低。
附图说明
图1是本发明实施例的光探测器芯片镀膜结构的剖面示意图。
附图标记说明
1：光探测器芯片；
2：折射率梯度区；
3：增透膜。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”表明了特征、步骤、操作的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
图1是本发明实施例的光探测器芯片镀膜结构的剖面示意图。
根据本发明的一种示例性实施例提供的光探测器芯片镀膜结构，如图1所示，包括：光探测器芯片1、折射率梯度区2、增透膜3。光探测器芯片1包括光敏面。折射率梯度区2形成于光敏面上，折射率梯度区包括沿预设方向折射率依次增大的多层膜，预设方向为自折射率梯度区至光探测器芯片的延伸方向。增透膜3设置于折射率梯度区上。其中，外部的光束在空气中依次经增透膜、折射率梯度区耦合至光探测器芯片，以使光探测器芯片对光束进行探测。
根据本发明的实施例，沿着预设方向，折射率梯度区2的每相邻的两层膜的折射率的差依次减小，可以外部光束传播至接近光探测器芯片时，光束偏折的程度越来越平缓，进而使得耦合至光探测器芯片光敏面的光束近似平行(即光束垂直耦合至光探测器芯片)，实现光探测器芯片对外光束的高效率耦合。
根据本发明的实施例，折射率梯度区2的每相邻的两层膜的折射率的差依次减小包括：折射率梯度区2的每相邻的两层膜的折射率的差按第一递减分布函数依次减小。第一递减函数可以包括：线性减小函数或指数减小函数、三角递减函数，幂递减函数，对数递减函数，以及各种特殊递减函数和特殊递减分布。
根据本发明的实施例，折射率梯度区2中多层膜的层数大于等于3层。
根据本发明的实施例，沿着预设方向，折射率梯度区2的多层膜的厚度的依次减小。
根据本发明的实施例，沿着预设方向，折射率梯度区2的多层膜的厚度的依次减小包括：沿着预设方向，折射率梯度区2的多层膜的厚度按第二递减函数依次减小。光束从增透膜耦合至光探测器芯片，在折射率梯度区2，沿着预设方向，前几层膜厚度较大，可以实现对光束的汇聚，之后几层的厚度的依次减小，可以使光束的偏折程度越来越平缓，即耦合至光探测器芯片光敏面的光束近似平行，实现光探测器芯片的高效率耦合。根据本发明的实施例，第二递减函数可以包括：线性减小函数或指数减小函数、三角递减函数，幂递减函数，对数递减函数，以及各种特殊递减函数和特殊递减分布。
根据本发明的实施例，折射率梯度区2中与增透膜3相邻的膜的折射率大于增透膜3的折射率。
根据本发明的实施例，折射率梯度区2中与增透膜3相邻的膜的折射率为增透膜3的折射率的平方。
根据本发明的实施例，增透膜的厚度和探测器芯片的工作波长满足如下关系：
Figure BDA0003715280920000041
Figure BDA0003715280920000042
Figure BDA0003715280920000043
Figure BDA0003715280920000051
上述公式(1)-(4)中表示：n0为空气的折射率，n1为增透膜的折射率，n2为与增透膜相邻的折射率梯度区的膜的折射率，λ为光束的波长，d为增透膜的厚度时，R1为在空气－增透膜界面的反射率、R2为在增透膜－与增透膜相邻的折射率梯度区的膜的界面的反射率、
Figure BDA0003715280920000052
为增透膜－与增透膜相邻的折射率梯度区的膜的界面反射前后的相位差、以及R表示总反射率。
以下列举具体实施例来对本发明的技术方案作详细说明。该光探测器芯片镀膜结构沿着预设方向依次包括光探测器芯片、折射率梯度区和增透膜。其中，光探测器芯片镀膜结构中的增透膜的折射率为1.7，折射率梯度区包括3层膜，沿预设方向，折射率梯度区的各层射率依次为3.5、3.2、2.8，光探测器芯片的折射率为3.6，空气的折射率为1，入射光束在空气中依次在增透膜3和折射率梯度区2经过多次折射后，以近乎平行(即近乎垂直于光探测器芯片)的角度进去光探测器芯片，本发明的光探测器芯片镀膜结构简单、制备工艺简单，实现了超过透镜聚焦这种方式的高效耦合，具有较高的性能。
根据本发明的实施例提供的光探测器芯片镀膜结构，无需复杂的透镜耦合工艺就实现光束和光探测器之间的高效耦合作用，工艺简单，对光的收集能力强，成本更低。
根据本发明的实施例提供的光探测器芯片镀膜结构与传统的光探测器芯片镀增透膜加透镜耦合方式相比，具有较大的优势。传统的通过透镜耦合的方式是使光束聚焦成一点，这样不利于光探测器芯片对光的吸收。本发明实施例提供的光探测器芯片耦合至光探测器芯片光敏面的光近似平行，拥有更好的耦合效果，数值孔径更大。本发明的实施例提供的光探测器芯片镀膜结构由于不需要进行复杂的透镜耦合的工艺，一定程度上提高了器件封装的产能，降低了成本，提升了光探测器的性能。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光探测器芯片镀膜结构，包括：
光探测器芯片，所述光探测器芯片包括光敏面；
折射率梯度区，形成于所述光敏面上，所述折射率梯度区包括沿预设方向折射率依次增大的多层膜，所述预设方向为自所述折射率梯度区至所述光探测器芯片的延伸方向；
增透膜，设置于所述折射率梯度区上；
其中，外部的光束在空气中依次经所述增透膜、所述折射率梯度区耦合至所述光探测器芯片，以使所述光探测器芯片对所述光束进行探测。
2.根据权利要求1所述的光探测器芯片镀膜结构，其中，沿着所述预设方向，所述折射率梯度区的每相邻的两层膜的折射率的差依次减小。
3.根据权利要求2所述的光探测器芯片镀膜结构，其中，所述折射率梯度区的每相邻的两层膜的折射率的差依次减小包括：
所述折射率梯度区的每相邻的两层膜的折射率的差按第一递减分布函数依次减小。
4.根据权利要求1所述的光探测器芯片镀膜结构，其中，所述折射率梯度区中多层膜的层数大于等于3层。
5.根据权利要求1所述的光探测器芯片镀膜结构，其中，沿着所述预设方向，所述折射率梯度区的多层膜的厚度的依次减小。
6.根据权利要求5所述的光探测器芯片镀膜结构，其中，沿着所述预设方向，所述折射率梯度区的多层膜的厚度的依次减小包括：
沿着所述预设方向，所述折射率梯度区的多层膜的厚度按第二递减函数依次减小。
7.根据权利要求1所述的光探测器芯片镀膜结构，其中，所述折射率梯度区中与所述增透膜相邻的膜的折射率大于所述增透膜的折射率。
8.根据权利要求7所述的光探测器芯片镀膜结构，其中，所述折射率梯度区中与所述增透膜相邻的膜的折射率为所述增透膜的折射率的平方。
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