亚微米级波导耦合结构制造技术

本发明专利技术提供一种亚微米级波导耦合结构，其包括：硅光芯片、激光器芯片以及硅波导；激光器芯片倒装于硅光芯片一面的安装槽中；激光器芯片包括激光器，激光器包括：磷化铟衬底以及形成于磷化铟衬底中的多量子阱结构；磷化铟衬底的上表面具有凹槽，硅光芯片的安装槽中对应设置有与凹槽相配合的定位柱；磷化铟衬底的端面形成出光端面和划片端面，出光端面通过刻蚀方式形成，并与划片端面形成台阶结构；硅波导位于硅光芯片一面上，其端面与激光器芯片的出光端面相耦合。本发明专利技术能够实现硅光芯片、激光器芯片的高效率耦合，通过对硅光芯片、激光器芯片的设计以及精确倒装，能够解决光源与硅基芯片的混合集成问题，工艺简单，适合应用于大批量生产中。量生产中。量生产中。

【技术实现步骤摘要】
亚微米级波导耦合结构


[0001]本专利技术涉及光器件封装
，尤其涉及一种亚微米级波导耦合结构。

技术介绍

[0002]光通信行业硅光技术因其高集成度、规模化、低成本等优势，近年来发展快速。但是最大的难题是硅材料本身不能发光，因此面临如何将光源放置于硅基芯片中的问题。
[0003]目前，最高效可行的实现方案是III
‑
V族器件与硅光芯片的混合集成技术，即首先制备完整的激光器，然后通过绑定的方式将激光器的焊盘与硅光芯片的焊盘共晶焊接到一起，并实现激光器出光端面与硅光芯片波导的光学对准。
[0004]具体而言，目前实现激光器与硅光芯片混合集成方案主要有：倏逝波耦合、光栅耦合、端面耦合等实现方式，但是都存在耦合效率低、绑定工艺复杂等问题。
[0005]其中，倏逝波耦合方案，其工作原理是当波导边界条件不满足光场的束缚态条件时，光场会在波导表面的散射，并进入相邻的波导。优点是耦合工艺容差较大，耦合的波长范围较大；缺点是倏逝波波导结构制作工艺难度较大，目前工艺不成熟。
[0006]光栅耦合方案，其工作原理是基于光栅衍射效应，优点是耦合工艺容差较大；缺点是耦合的波长范围较小，一般仅为40nm左右，无法满足CWDM波长应用。
[0007]传统端面耦合方案，其工作原理是基于光场传输模式匹配，优点是激光器芯片和硅光芯片可独立制备，工艺成熟、良率较高，耦合的波长范围较大，可覆盖O波段至C波段；缺点是耦合精度要求很高。此外，激光器出光端面是采用划片磨抛的方式来加工，所以激光器端面加工精度不高，造成额外的耦合损耗。
[0008]因此，针对上述问题，有必要提出进一步地解决方案。

技术实现思路

[0009]本专利技术旨在提供一种亚微米级波导耦合结构，以克服现有技术中存在的不足。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：
[0011]一种亚微米级波导耦合结构，其包括：硅光芯片、激光器芯片以及硅波导；
[0012]所述激光器芯片倒装于所述硅光芯片一面的安装槽中；
[0013]所述激光器芯片包括激光器，所述激光器包括：磷化铟衬底以及形成于所述磷化铟衬底中的多量子阱结构；
[0014]所述磷化铟衬底的上表面具有凹槽，所述硅光芯片的安装槽中对应设置有与所述凹槽相配合的定位柱；
[0015]所述磷化铟衬底的端面形成出光端面和划片端面，所述出光端面通过刻蚀方式形成，并与所述划片端面形成台阶结构；
[0016]所述硅波导位于所述硅光芯片一面上，其端面与所述激光器芯片的出光端面相耦合。
[0017]作为本专利技术亚微米级波导耦合结构的改进，所述安装槽的底部还沉积有一层氮化
硅薄膜。
[0018]作为本专利技术亚微米级波导耦合结构的改进，所述安装槽中还设置有焊盘，所述焊盘上溅射有金锡焊料，所述硅光芯片通过其上表面的金属焊盘与所述安装槽中焊盘共晶焊接。
[0019]作为本专利技术亚微米级波导耦合结构的改进，所述定位柱分前后行设置，任一行设置有间隔设置的两个定位柱。
[0020]作为本专利技术亚微米级波导耦合结构的改进，所述激光器的出光端面及硅波导与其相耦合的端面均为斜面，所述斜面的倾斜角度为5
‑
15
°
。
[0021]作为本专利技术亚微米级波导耦合结构的改进，所述激光器的出光端面及硅波导与其相耦合的端面均沉积有氮化硅薄膜。
[0022]作为本专利技术亚微米级波导耦合结构的改进，通过3D有限时域差分算法建立激光器与硅波导的耦合模型，将激光器的出光端面、硅波导的耦合端面上氮化硅薄膜的膜厚设置为扫描参数，通过扫描参数计算耦合效率与膜厚对应关系，根据所述对应关系确定氮化硅薄膜厚度的最优值。
[0023]作为本专利技术亚微米级波导耦合结构的改进，所述硅波导的一侧设置有位于所述硅光芯片上的第一对位标记，所述磷化铟衬底的下表面设置有第二对位标记。
[0024]作为本专利技术亚微米级波导耦合结构的改进，所述激光器芯片包括四个并排设置的磷化铟激光器，所述硅光芯片的安装槽内的定位柱按照两行八列的阵列进行排布。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供一种基于倒装键合的阵列激光器与硅波导直接耦合结构，其能够实现硅光芯片、激光器芯片的高效率耦合，通过对硅光芯片、激光器芯片的设计以及精确倒装，能够解决光源与硅基芯片的混合集成问题，工艺简单，适合应用于大批量生产中。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1为本专利技术亚微米级波导耦合结构一实施例的平面示意图；
[0028]图2为本专利技术亚微米级波导耦合结构一实施例中硅光芯片的俯视图；
[0029]图3为图1中激光器芯片的放大示意图；
[0030]图4至图7为耦合插损及回损的仿真分析结果示意图。
具体实施方式
[0031]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0032]如图1所示，本专利技术一实施例提供一种亚微米级波导耦合结构，其包括：硅光芯片
10、激光器芯片20以及硅波导30。
[0033]如图2所示，硅光芯片10的一面通过刻蚀工艺形成有安装槽11，激光器芯片20倒装于该安装槽11中。一个实施方式中，该安装槽11为一长方形的槽，长度约为1200um，宽度约为600um，深度约10um。
[0034]安装槽11的底部还沉积有一层氮化硅薄膜12。该氮化硅薄膜12通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺形成于安装槽11的底部。如此，通过上述工艺可精确控制并优化氮化硅膜厚，且氮化硅薄膜12使得硅光芯片10与激光器芯片20的耦合效率最高。
[0035]为了与倒装的激光器芯片20进行共晶焊接，安装槽11的底部还设置有焊盘13。该焊盘13通过金属沉积以及干法刻蚀工艺，形成于安装槽11底部的相应位置。一个实施方式中，上述焊盘13为TiW/Au焊盘。进一步地，焊盘13上还溅射有2μm左右厚度的金锡焊料130。该金锡焊料130可以是合金焊料，也可以单属性金属叠镀。通过预置金锡焊料130，有利于实现硅光芯片10、激光器芯片20之间电极的共晶焊接。
[0036]如图3所示，激光器芯片20倒装于硅光芯片10一面的安装槽11中，其包括激光器21。
[0037]该激光器21的数量可以为一个，也可以为多个。当激光器21为多个时，该激光器芯片20为1
×...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种亚微米级波导耦合结构，其特征在于，所述亚微米级波导耦合结构包括：硅光芯片、激光器芯片以及硅波导；所述激光器芯片倒装于所述硅光芯片一面的安装槽中；所述激光器芯片包括激光器，所述激光器包括：磷化铟衬底以及形成于所述磷化铟衬底中的多量子阱结构；所述磷化铟衬底的上表面具有凹槽，所述硅光芯片的安装槽中对应设置有与所述凹槽相配合的定位柱；所述磷化铟衬底的端面形成出光端面和划片端面，所述出光端面通过刻蚀方式形成，并与所述划片端面形成台阶结构；所述硅波导位于所述硅光芯片一面上，其端面与所述激光器芯片的出光端面相耦合。2.根据权利要求1所述的亚微米级波导耦合结构，其特征在于，所述安装槽的底部还沉积有一层氮化硅薄膜。3.根据权利要求1所述的亚微米级波导耦合结构，其特征在于，所述安装槽中还设置有焊盘，所述焊盘上溅射有金锡焊料，所述硅光芯片通过其上表面的金属焊盘与所述安装槽中焊盘共晶焊接。4.根据权利要求1所述的亚微米级波导耦合结构，其特征在于，所述定位柱分前后行设置，任一行设置有间隔设置的两个定位柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：李量，沈笑寒，甘飞，陈奔，朱宇，
申请(专利权)人：亨通洛克利科技有限公司，
类型：发明
国别省市：