光学元件制造技术

本发明专利技术公开一种光学元件，其适于耦接于光纤。光学元件包括基板及边射型激光。基板包括容纳凹槽、多个开口、波导、光耦合器及多个接垫。波导与光耦合器分布于容纳凹槽外。开口分布于容纳凹槽的底面且接垫位于开口底部。光耦合器与波导的一端耦接并且具有入光面。边射型激光嵌于容纳凹槽中，边射型激光包括一发光层以及多个位于开口中并且与接垫电性连接的凸块。发光层与光耦合器的水平高度落差与该光耦合器的厚度比介于0至0.5之间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体元件，且特别是涉及一种光学元件。
技术介绍
随着网际网络的快速发展，网际网络上各种多媒体应用所衍生出的频宽需求也随之日益增加，因此，以往被应用于长距离通讯的光纤通讯技术已逐渐被应用于短距离通讯。换言之，光纤通讯的应用面已被应用于使用端，以满足使用者的需求。在光通讯的领域中，光收发器(opticaltransceiver)的发展与制造扮演着十分关键的角色。一般的光收发器都采用激光二极管作为其光源，而所使用的激光二极管可区分为许多类型，如应用于短距离、低速传输的Fabry-Perot激光二极管或应用于长距离、高速传输的分布回馈型激光二极管(DFBlaserdiode)等。在一般的光收发器中，由于光收发芯片的材质与激光二极管的材质不同，因此，激光二极管的制作工艺无法整合于光收发芯片的制作工艺中，激光二极管通常需要另行制作之后再与光收发芯片接合。在激光二极管与光收发芯片接合的过程中，若激光二极管与波导之间的对准出现误差，则会影响到激光二极管与波导之间的光耦合效率，进而影响到光收发器的效能与信赖性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光耦合效率良好的光学元件。为达上述目的，本专利技术的一种光学元件，其适于耦接于光纤。光学元件包括基板、光感测器及边射型激光。基板包括容纳凹槽、多个开口、波导、光耦合器及多个接垫。波导与光耦合器分布于容纳凹槽外。开口分布于容纳凹槽的底面且接垫位于开口底部。光耦合器与波导的一端耦接并且具有入光面。光感测器配置于基板上，且光感测器耦接至波导以接收来自于光纤的光线。边射型激光嵌于容纳凹槽中，边射型激光包括一发光层以及多个位于开口中并且与接垫电性连接的凸块。发光层与光耦合器的水平高度落差与该光耦合器的厚度比介于0至0.5之间，以使发光层所发出的光线经由入光面进入光耦合器并且通过波导而传输至光纤。基于上述，由于边射型激光嵌于基板的容纳凹槽中，边射型激光与光耦合器的相对位置可通过容纳凹槽来精准地控制(即被动式对位)，因此边射型激光中发光层与光耦合器的水平高度落差(即ΔH)可被控制在可容忍的范围内，进而改善边射型激光与光耦合器之间的光耦合效率。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。附图说明图1为本专利技术的一实施例的光学元件的示意图；图2为光耦合器与边射型激光的剖面示意图；图3为光耦合器与发光层的上视示意图；图4A与图4B为光耦合器、波导以及边射型激光的俯视示意图。符号说明100：光学元件110：基板111：容纳凹槽111a：底面112：开口113、113A～113E：波导114、116：光耦合器114a、116a：入光面115：接垫117：多工器/解多工器118：转阻放大器119：调变器120：光感测器130：边射型激光131：第一型掺杂半导体层132：发光层133：第二型掺杂半导体层134：凸块BOX：氧化层d：间距E：电极E1、E3、E5：输入端E2、E4、E6：输出端F：光纤H：深度h、b、T：厚度H1：第一水平高度H2：第二水平高度ΔH：水平高度落差M：监控元件SUB：基板S：侧表面θ：夹角具体实施方式图1是依照本专利技术的一实施例的光学元件的示意图，而图2是光耦合器与边射型激光的剖面示意图。请同时参照图1与图2，本实施例的光学元件100适于耦接于光纤F，且本实施例的光学元件100包括基板110以及局部嵌入于基板110中的边射型激光130(详示于图2中)。基板110包括容纳凹槽111、多个开口112、波导113、光耦合器114及多个接垫115。波导113与光耦合器114分布于容纳凹槽111之外。开口112分布于容纳凹槽111的底面111a，且接垫115位于开口112的底部。换言之，开口112可将接垫115暴露。光耦合器114与波导113的一端耦接，且光耦合器114具有入光面114a。边射型激光130嵌于基板110的容纳凹槽111中，且边射型激光130包括一发光层132以及多个位于开口112中并且与接垫115电性连接的凸块134。边射型激光130中的发光层132与光耦合器114的水平高度落差ΔH小于或等于1.5微米，以使发光层132所发出的光线能够经由光耦合器114的入光面114a进入光耦合器114之中并且通过波导113传输至光纤F。。请参照图2，波导113与光耦合器114例如是形成于基板110的氧化层BOX上，氧化物层BOX的厚度为b，而厚度为h的光耦合器114邻近于边射型激光130配置，且光耦合器114与厚度较薄的波导113的一端耦接。为了确保光耦合器114与边射型激光130之间的光耦合效率(例如将耦合损失抑制至低于3dB，或者光耦合效率高于60％)，光耦合器114的厚度h应大于发光层132的厚度。在一些实施例中，光耦合器114的厚度h例如介于1微米至5微米之间，而波导113的厚度h例如介于0.2微米至0.5微米之间。此处，二分之一厚度的发光层132所在的位置为第一水平高度H1，二分之一厚度的光耦合器114所在的位置为第二水平高度H2，而前述的第一水平高度H1与第二水平高度H2之间的落差则为水平高度落差ΔH。值得注意的是，前述的发光层132的第一水平高度H1例如是高于或是低于光耦合器114的第二水平高度H2，而不论发光层132的第一水平高度H1例如是高于或是低于光耦合器114的第二水平高度H2，水平高度落差ΔH都为正值。在一些实施例中，前述的光学元件100例如为能够执行光信号接收与发送的一光收发器。当光学元件100为光收发器时，光学元件100可进一步包括一光感测器120，其中光感测器120配置于基板110上，且光感测器120耦接至波导113以接收来自于光纤F的光线。换言之，光学元件100中的光感测器120为选择性的构件。值得注意的是，图1与图2中所述的基板110以及边射型激光130的搭配架构可被应用于光收发器或是其他用于接收光线的光学元件之中。在本实施例中，基板110例如为绝缘体上硅晶(SOI)芯片，凹槽111与开口112例如是制作于基板110的硅层中，而波导113例如是制作于基板110的绝缘层上。一般而言，波导113的折射率大于光耦合器114的折射率，且光耦合器114的折射率大于基板110与外界(例如空气)的折射率。上述折射率的搭配设计可使边射型激光130发出的光通过光耦合器114逐渐耦合至波导113中，有助于光线的传输。在一可行的实施例中，波导113的折射率为n1，而光耦合器114的折射率为n2，且(n1-n2)/n1例如介于0.42至0.58之间。举例而言，前述的绝缘层例如为氧化硅层(折射率约为1.45)，波导113的材质例如为硅(折射率约为3.45)，而光耦合器114的材质例如为氮氧化硅(折射率约为1.56)。如图1所示，在本实施例中，波导113可区分为多个部分(例如波导113A、波导113B、波导113C、波导113D以及波导113E等)。本实施例不限定波导113的数量与型态，本领域具有通知识者可根据实际的设计需求而作出适当的更动。在本实施例中，光学元件100例如是通过一光耦合器116与光纤F耦接，光耦合器116与波导113A耦接，而光耦合器116具有一入光面116a以接收来自于光纤F的光线，且自于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学元件，适于耦接于一光纤，该光学元件包括：基板，该基板包括容纳凹槽、多个开口、波导、光耦合器以及多个接垫，其中该波导与该光耦合器分布于该容纳凹槽外，该些开口分布于该容纳凹槽的底面且该些接垫位于该些开口底部，该光耦合器与该波导的一端耦接并且具有一入光面；以及边射型激光，嵌于该容纳凹槽中，该边射型激光包括一发光层以及多个位于该些开口中并且与该些接垫电性连接的凸块，其中该发光层与该光耦合器的水平高度落差与该光耦合器的厚度比介于0至0.5之间，以使该发光层所发出的光线经由该入光面进入该光耦合器并且通过该波导传输至该光纤。

【技术特征摘要】
2015.07.29 US 62/198,6451.一种光学元件，适于耦接于一光纤，该光学元件包括：基板，该基板包括容纳凹槽、多个开口、波导、光耦合器以及多个接垫，其中该波导与该光耦合器分布于该容纳凹槽外，该些开口分布于该容纳凹槽的底面且该些接垫位于该些开口底部，该光耦合器与该波导的一端耦接并且具有一入光面；以及边射型激光，嵌于该容纳凹槽中，该边射型激光包括一发光层以及多个位于该些开口中并且与该些接垫电性连接的凸块，其中该发光层与该光耦合器的水平高度落差与该光耦合器的厚度比介于0至0.5之间，以使该发光层所发出的光线经由该入光面进入该光耦合器并且通过该波导传输至该光纤。2.如权利要求1所述的光学元件，其中该波导的折射率为n1，而该光耦合器的折射率为n2，且(n1-n2)/n1介于0.42至0.58之间。3.如权利要求1所述的光学元件，其中该边射型激光包括一分布回馈型激光二极管。4.如权利要求1所述的光学元件，其中该边射型激光以倒装方式嵌于该容纳凹槽中，且该边射型激光还包括：基板；第一型掺杂半导体层；第二型掺杂半导体层，该第一型掺杂半导体层、该发光层以及该第二型掺杂半导体层依序堆叠于该基板上；以及二电...

【专利技术属性】
技术研发人员：古凯宁，王志麟，陈尚骏，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71