[发明专利]高功率光电二极管芯片

说明书

技术领域

本发明涉及光电检测领域，具体涉及到一种测量高功率激光的PN结光电二极管芯片。

背景技术

激光的用途越来越广，在激光工业加工、医疗、科研、军事等领域，激光输出功率可以从几瓦到几万瓦。现有两种技术测量大功率激光功率。第一种是热电技术，激光被吸收后加热芯片，芯片两个表面温度不一样，存在电势差，测量电势差解读为激光功率。热电技术响应慢，一般大于8秒，最快也要超过1秒；而且热电技术测试结果容易受温度、气流影响。第二种是积分球技术，实际上是一种强衰减光电测量技术。激光入射到积分球内腔经多次漫反射后均匀分布，开一小洞测量这一小部分的功率然后反算全部激光功率。积分球的缺点体积大，成本高昂，对入射光的位置和发散角敏感。

PN结光电二级管测量光功率具有准确、快速的特点，广泛用于通信、传感中，但是现在的PN结光电二级管的测量功率都不高，最高饱和功率能达到10W/cm²数量级，很多大功率的激光还是测试不了。

也有公司采用外加衰减片的方式来提高光电二极管的测量功率，如以色列的Ophir公司。但是这种方案有个致命缺陷导，那就是衰减片的热很难传导出去，只能测量几瓦的激光。

发明内容

为克服以上缺点，本发明提供一种结构简单、能够测量大功率激光的光电二极管芯片。

为实现以上发明目的，本发明提供一种高饱和光密度的PN结光电二级管芯片，包括一层衰减膜和一半导体PN结。上述两层物质从上到下依次为衰减膜和PN结，二者紧密的结合在一起。

所述光电二极管芯片的衰减膜间和PN结之间还有一层隔离膜。

所述光电二极管芯片的衰减膜上镀有一层增透膜。

与现有技术相比，采用本发明的芯片使得激光功率计结构简单，结构紧凑成本更低。更重要的是衰减膜的热量可以沿着芯片、衬底、散热装置这条通道快速散发出去，从而可以测量更大的激光功率。

附图说明

图1 表示现有技术的衰减片+PN结二极管测试大功率激光方案。

图2表示本发明的衰减膜+PN结二极管芯片结构。

图3表示本发明的衰减膜+隔离层+PN结二极管芯片结构。

图4 表示本发明的增透膜+衰减膜+ PN结二极管芯片结构。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明最佳实施例。

图1是现有的衰减片加PN结光电二级管芯片测试大功率计激光功率的结构图，1是PN结光电芯片，前面设有一衰减片2。激光在进入芯片1之前先通过衰减片2，衰减片吸收大部分的激光，少量激光透射到芯片1上。以色列Ophir公司PD300系列探头就采用了这个结构。这个结构有个明显缺陷，衰减片悬空，衰减片吸收的热靠空气的对流散发，能够处理的激光功率很小；另外添加一个衰减片结构复杂，成本高。

图2是本发明大功率PN结光电芯片的第一个实施例，包括一层光衰减膜12和一半导体PN结11。半导体PN结11可以是同一基底材料上掺不同杂质而成，或者两种不同基底材料掺杂后紧紧结合在一起。在PN结的界面附近掺入的杂质互相扩散，存在一内建电场。光子入射到芯片后激发出电子空穴对，在内建场的作用下漂移形成电流。电流大小正比于光功率，通过计算电流可以算出激光功率。衰减膜12可以是生长上去，也可以是蒸镀上去。衰减膜12可以是诸如铬之类的金属，或者是氧化物。激光入射到芯片先经过衰减膜，然后再进入PN结。激光经过衰减膜的时候大部分被吸收转化为热能。在PN结的下方也可以有一层热膨胀率接近的衬底，用来加强机械强度。

图3是本发明大功率PN结光电芯片的第二个实施例，包含一衰减膜12、一隔离层13和一半导体PN结11。对比第一实施例，在PN结11和衰减膜12之间增加了一层隔离层13。隔离层13用以防止衰减层的物质渗透进PN结，其材料可以是较为稳定的氧化硅等氧化物，隔离层对激光透明。

图4是本发明大功率PN结光电芯片的第三个实施例，包含一增透膜14、一衰减膜12和一半导体PN结11。对比第一实施例，在衰减膜上镀了一层增透膜，减小激光反射伤人。

本发明也并不局限于上述的具体实施特例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出一些变化和润饰，这些变化和润饰都属于本发明的保护范围。比如衰减膜可以是PN结材料组成，即在PN结上生长一层与PN结上层相同的材料，这样芯片外表看起来就是一个PN结，但是PN结的上层厚度远超实际需要厚度，本质是加了一层相同材料构成的衰减膜。本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。