CN209401634U - 背入射式共面电极光电芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种背入射式共面电极光电芯片，包括衬底、缓冲层、吸收层和顶层；芯片上开设分光孔，分光孔向芯片正面的方向开口并贯穿吸收层和顶层；顶层内设有光敏区，光敏区的内端与吸收层相连接；芯片的正面上设有相互绝缘设置的第一电极和第二电极，第一电极与光敏区的外端相连接，第二电极与缓冲层相连接；芯片的背面为入光侧，分光孔用于将入射光的一部分透射分出，入射光的另一部分进入到吸收层进行光电转换；故本实用新型提供的背入射式共面电极光电芯片既能够实现分光的功能，又能够进行光功率的监控；故使用本实用新型提供的芯片的光路系统，就无需使用光分路器，减少了系统体积、降低了成本。

Description

背入射式共面电极光电芯片

技术领域

本实用新型涉及光通信传输技术领域，具体涉及一种背入射式共面电极光电芯片。

背景技术

激光器发射的光信号经光纤传输进入无源光波导(PLC)之前，通常需要光分路器分出部分(例如5％)光信号到光接收芯片上，对光功率进行监控。剩余(例如95％)的光信号通过光纤耦合到光波导，进行传输。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种背入射式共面电极光电芯片，该芯片既能够实现分光，又能够实现光功率的监控。

为了实现上述技术问题，本实用新型提供了一种背入射式共面电极光电芯片，包括衬底、缓冲层、吸收层和顶层；所述芯片上开设分光孔，所述分光孔向所述芯片正面的方向开口并贯穿所述吸收层和所述顶层；所述顶层内设有光敏区，所述光敏区的内端与所述吸收层相连接；

所述芯片的正面上设有相互绝缘设置的第一电极和第二电极，所述第一电极与所述光敏区的外端相连接，所述第二电极与所述缓冲层相连接；

所述芯片的背面为入光侧，所述分光孔用于将入射光的一部分透射分出，入射光的另一部分进入到所述吸收层进行光电转换。

本实用新型提供的背入射式共面电极光电芯片上开设了分光孔，分光孔贯穿吸收层。入射光从芯片的背面射入，一部分光通过分光孔未经过吸收层，从而无损穿过芯片，可继续进行光信号的传输。而另一部分光就会进入到吸收层内进行光电转换，产生光生电流，从而对光功率进行监控。故本实用新型提供的背入射式共面电极光电芯片既能够实现分光的功能，又能够进行光功率的监控。故使用本实用新型提供的芯片的光路系统，就无需使用光分路器，减少了系统体积、降低了成本。

进一步地，所述芯片上还开设有电极安装槽，所述电极安装槽向所述芯片正面的方向开口；所述电极安装槽贯穿所述吸收层和所述顶层，并且内端位于所述缓冲层；所述第二电极设于所述电极安装槽的内端。

进一步地，所述分光孔的内端位于所述缓冲层。

进一步地，所述芯片的正面上设有钝化膜，所述钝化膜上开设有用于设置所述第一电极的第一电极通孔和用于设置所述第二电极的第二电极通孔。

进一步地，所述芯片正面的上还设有电极焊盘，所述第一电极通过电极连接线电连接至所述电极焊盘。

进一步地，所述芯片的背面设有入光增透膜，所述入光增透膜的面积大于所述分光孔沿平行于所述芯片表面方向的横截面积。

进一步地，所述分光孔的内端设有分光增透膜。

进一步地，所述第一电极和所述光敏区在沿平行于所述芯片表面的方向上的横截面均为环形，所述第一电极和所述光敏区均围绕所述分光孔设置。

进一步地，所述芯片的背面还设有反光层，所述反光层上开设有用于设置所述入光增透膜的增透膜孔，所述反光层由反光材料制成。

附图说明

本实用新型上述和/或附加方面的优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型实施例提供的背入射式共面电极光电芯片的主视图；

图2是图1沿A－A’方向的剖视图；

图3是本实用新型另一实施例的背入射式共面电极光电芯片的剖视图；

图4是本实用新型实施例提供的背入射式共面电极光电芯片的后视图；

图5是本实用新型另一实施例提供的背入射式共面电极光电芯片的后视图。

其中图1至图5中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1、衬底，2、缓冲层，3、吸收层，4、顶层，5、分光孔，6、光敏区，7、第一电极，8、电极焊盘，9、电极连接线，10、第二电极，11、入光增透膜，12、分光增透膜，13、钝化膜，14入射光，141、入射光的一部分，142、入射光的另一部分,15、电极安装槽，16、反光层。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参考图1和图2，本实用新型提供一种背入射式共面电极光电芯片的实施例，包括依次层叠设置的衬底1、缓冲层2、吸收层3和顶层4，衬底1相对顶层4更靠近芯片的背面。在本实施例中，衬底1由掺铁(Fe)的磷化铟(InP)材料制成,缓冲层2由磷化铟(InP)材料制成，吸收层3由铟镓砷(InGaAs)材料制成，顶层4由磷化铟(InP)材料制成。

本实用新型提供的一种背入射式共面电极光电芯片的实施例上还开设分光孔5，分光孔5贯穿吸收层3，分光孔5贯穿芯片的部分或全部。在本实施例中，分光孔5向芯片正面的方向开口，分光孔5还贯穿顶层4并内端位于缓冲层2，由于顶层4和吸收层3都比较薄，故开设分光孔5的工艺简单，易于制备和生产。

在另一个实施例中，分光孔5也可以向芯片背面的方向开口，例如贯穿衬底1、缓冲层2和吸收层3。

在又一个实施例中，请参考图3，分光孔5贯穿整个芯片变为通孔。

顶层4内设有光敏区6，光敏区6的内端与吸收层3相连接。吸收层3内对应光敏区6的区域为光电转换区，入射光射入到芯片内是在光电转换区进行光电转换的，从而产生光生电流，进而对光功率监控。

芯片的正面上设有相互绝缘设置的第一电极7和第二电极10，第一电极7与光敏区6的外端相连接。芯片正面的上还设有电极焊盘8，第一电极7通过电极连接线9电连接至电极焊盘8。在本实施例中，每个电极焊盘8均为圆形。

电极焊盘8用于通过焊线与其他元器件(例如电路板)电连接，从而给芯片加电，电极焊盘8分布于芯片的边缘，打焊线方便。

第二电极10与缓冲层2相连接，第二电极10与电极连接线9和电极焊盘8均相互绝缘设置。具体地，芯片的正面上还开设有电极安装槽15，电极安装槽15向芯片正面的方向开口并贯穿顶层4和吸收层3，第二电极10设于电极安装槽15内。

在本实施例中，芯片为矩形，第二电极10位于芯片的一个角上，第二电极10呈扇形。

第一电极7和第二电极10用于与电源的两极相连接，以给芯片加电。

本实用新型提供的芯片的实施例的第一电极7和第二电极10均设于芯片的正面，给芯片加电时，电极焊盘8通过焊线与一个电路板相电连接，第二电极10也与该电路板电连接，再通过该电路板电连接至电源的两极，安装方便。

以芯片的背面为入光侧。在本实施例中，请参考图4，芯片的背面设有入光增透膜11，减少光的反射，以增加入光率。入光增透膜11的面积大于分光孔5沿平行于芯片表面方向的横截面积，也大于光敏区6沿平行于芯片表面方向的横截面积，以使得入射光从入光增透膜11射入芯片内后，都能够被分光孔5分光和进入光电转换区进行光电转换。

芯片的背面还设有反光层16，反光层16上开设有用于设置入光增透膜11的增透膜孔，反光层16由反光材料制成。在本实施例中，反光层16由金属材料制成。

在另一个实施例中，请参考图5，芯片的背面设有一整块入光增透膜11，入光增透膜11的面积大于分光孔5和光敏区6分别沿平行于芯片表面方向的横截面积的总和。

分光孔5的内端设有分光增透膜12，减少光的反射，以增加出光率。

第一电极7和光敏区6在沿平行于芯片表面的方向上的横截面均为环形，第一电极7和光敏区6均围绕分光孔5设置。

在本实施例中，第一电极7和光敏区6沿平行于芯片表面的方向上的横截面均呈圆环形，分光孔5和入光增透膜11均呈圆形。分光孔5、第一电极7、光敏区6和入光增透膜11均为同心圆，并且圆心对准误差小于20um。分光孔5的直径为50um～250um，第一电极7的内径不小于分光孔5的直径，第一电极7的外径大于分光孔5的直径并为60um～1000um。第一电极7的外径不大于入光增透膜11的直径，光敏区6的内径不大于第一电极7的内径，光敏区6的外径不大于第一电极7的外径。光敏区6的内径不小于分光孔5的直径，光敏区6的外径不大于入光增透膜11的直径。

请参考图1和图2，本实用新型提供的背入射式阵列光电芯片的正面上还设有钝化膜13，钝化膜13上开设有用于设置第一电极7的第一电极通孔和用于设置第二电极10的第二电极通孔。

本实用新型提供的背入射式阵列光电芯片的工作原理为：通过第二电极10和第一电极7给芯片加反向偏压，从而使得芯片工作。入射光从芯片背面的入光增透膜11射入芯片内，入射光14的一部分141经过衬底1和缓冲层2后从分光孔5透射分出，这部分光可在保持高透过率的情况下穿过芯片，可继续进行光信号传输。入射光14的另一部分142经过衬底1和缓冲层2后进入到光电转换区内进行光电转换，从而产生光生电流，再经过其他一系列的外部电路和装置计算出相应的光功率并进行显示，从而实现对入射光光功率的监控。

入射光的光强一般呈高斯分布，即光强中间强、两侧弱，进而入射光的大部分光可通过分光孔5的内端射出，大部分的光可继续进行光信号的传输。入射光的小部分光才会进入到吸收层3进行光电转换。

入射光需要分出的光的比例根据具体实际需要确定，比如在本实施例中，入射光需要分出的光的比例为5％。在光链路安装时，可以利用检测元件检测通过分光孔5分出去的光的光功率，由于入射光的总的光功率是已知的(光源输出的总光功率已知，或者对总光功率单独进行测定)，从而确定分出去的光的比例是否满足需求。

如果满足需求，便可对光链路上的相关元器件进行固定。

如果不满足需求，可通过调整入射光的光源与芯片的距离，从而调整入射光分出去的光的比例。

入射光分出去的光的比例确定后，便可以利用剩余的光射入到芯片吸收层3内进行光电转换，产生光电流，根据产生的光电流计算出剩余光的光功率，从而对入射光的光功率进行监控。可以认为，安装后的分光比已经确定，入射光进入到芯片内产生光电流的部分光的光功率可以直接表征出入射光的光功率的变化率，若后续需要入射光的总光功率实时变化值，可以选择根据实施例中的光电流计算出的入射光的光功率按分光比例换算得出。

本实用新型提供的背入射式共面电极光电芯片上开设了分光孔5，分光孔5贯穿吸收层3。入射光从芯片的背面射入，一部分光通过分光孔5未经过吸收层3，从而无损穿过芯片，可继续进行光信号的传输。而另一部分光就会进入到吸收层3内进行光电转换，产生光生电流，从而对光功率进行监控。故本实用新型提供的背入射式共面电极光电芯片既能够实现分光的功能，又能够进行光功率的监控。故使用本实用新型提供的芯片的光路系统，就无需使用光分路器，减少了系统体积、降低了成本。

本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种背入射式共面电极光电芯片，其特征在于：包括衬底、缓冲层、吸收层和顶层；所述芯片上开设分光孔，所述分光孔向所述芯片正面的方向开口并贯穿所述吸收层和所述顶层；所述顶层内设有光敏区，所述光敏区的内端与所述吸收层相连接；

所述芯片的正面上设有相互绝缘设置的第一电极和第二电极，所述第一电极与所述光敏区的外端相连接，所述第二电极与所述缓冲层相连接；

所述芯片的背面为入光侧，所述分光孔用于将入射光的一部分透射分出，入射光的另一部分进入到所述吸收层进行光电转换。

2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于：所述芯片上还开设有电极安装槽，所述电极安装槽向所述芯片正面的方向开口；所述电极安装槽贯穿所述吸收层和所述顶层，并且内端位于所述缓冲层；所述第二电极设于所述电极安装槽的内端。

3.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于：所述分光孔的内端位于所述缓冲层。

4.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于：所述芯片的正面上设有钝化膜，所述钝化膜上开设有用于设置所述第一电极的第一电极通孔和用于设置所述第二电极的第二电极通孔。

5.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于：所述芯片正面的上还设有电极焊盘，所述第一电极通过电极连接线电连接至所述电极焊盘。

6.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于：所述芯片的背面设有入光增透膜，所述入光增透膜的面积大于所述分光孔沿平行于所述芯片表面方向的横截面积。

7.根据权利要求3所述的芯片，其特征在于：所述分光孔的内端设有分光增透膜。

8.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于：所述第一电极和所述光敏区在沿平行于所述芯片表面的方向上的横截面均为环形，所述第一电极和所述光敏区均围绕所述分光孔设置。

9.根据权利要求6所述的芯片，其特征在于：所述芯片的背面还设有反光层，所述反光层上开设有用于设置所述入光增透膜的增透膜孔，所述反光层由反光材料制成。