光电器件阵列与光纤阵列的无源耦合方法及其组件制备技术

本发明专利技术涉及光通信技术中光电器件阵列的光耦合封装技术领域，公开了一种光电器件阵列与光纤阵列的无源耦合方法，包括：对基片一面进行深刻蚀形成穿透整个基片的微通孔阵列；将光电器件阵列倒扣安装在基片另一面，且光电器件阵列中的每个管芯的有源区与微通孔阵列中对应的每个微通孔中心轴线垂直对准；将光纤阵列插入微通孔阵列并固定。本发明专利技术同时公开了一种制备光纤阵列的装置及方法。本发明专利技术提供的无源耦合方法具有定位精确、耦合效率高、实现工艺简单的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光通信技术中光电器件阵列的光耦合封装
，尤其 涉及一种光电器件阵列与光纤阵列的无源耦合方法及其组件制备。具体而 言，本专利技术涉及面发射或面接收的光电器件阵列，例如垂直腔面发射激光器(VCSEL)和面接收的光探测器(PIN)阵列，与多模光纤阵列间的无 源耦合方法，以及用于光电器件阵列输入或输出光耦合的多模光纤阵列定 位组件的制备装置方法。
技术介绍
随着光通信网络，特别是光纤接入网和光纤到户的发展，以及大容量 交换设备和传输设备间数据传输量的与日俱增，使得VCSEL/PIN阵列组 成的光收发结构成为实现高速短距离光通信和并行光互联的合适光通信 模式。垂直腔面发射激光器(VCSEL)与侧向端面出光的边发射激光器在器 件结构上有很大差别，顾名思义其发射光束垂直于芯片表面，这使得 VCSEL易于制成一维或二维阵列，有利于大量低成本生产。同时VCSEL 还具有低阀值、低功耗、圆形光束分布、易实现单纵模等优点。目前，短波长的VCSEL(如0.85 0.95pm波段)制备技术较为成熟， 己经有高速(2.5 10GHz) lxl2VCSEL阵列产品。在光电器件阵列中的 每一个发射或接收单元与光纤阵列中的每一根光纤之间，实现一对一的高 效率、高可靠、低成本的光耦合，是光电器件阵列实用化的关键技术之一， 要求耦合方案简单、紧凑、稳定。对于VCSEL阵列与多模光纤阵列的耦合方法，较普遍的是利用45° 角镜面反射将光的传输方向改变90。，如将裸光纤端头加工成45。表面(见 中国专利03128028.5)，也有在(100)晶向的硅衬底上利用各向异性的湿 法腐蚀和干法刻蚀相结合的方法制作光纤插入的导通孔(见美国专利6,626,585)。上述美国专利中两步法制光纤插入通孔的方法需要在硅片一 面(记为A面)先进行各向异性的湿法腐蚀，最后从硅片另一面(记为B 面)再干法刻蚀完成通孔。从工艺实现方面来看，这种方法的适用场合受 到限制。例如当进行干法刻蚀前B面上已存在有一定结构，而且在这些结构的 全部或者一部分表面上无法制作干法刻蚀所需掩膜时的情况。号外上述美 国专利中所述的在(100)硅衬底上各向异性的湿法腐蚀出的孔是倒金字 塔形的方孔，倾角为54.7度，这样A面上形成的方形孔尺寸较大。专利 中提到的典型值为870微米，而目前光电器件阵列和光纤带产品的典型周 期为250微米，大尺寸的通孔不满足光电器件阵列和光纤带对间距的要求。另外上述美国专利中也没有涉及到关于光纤插入深度的精确控制方 法，而缺少对光纤插入深度的控制可能导致两种后果(1) 光纤插入过浅，使得光纤端面离VCSEL发光面的距离较远，影 响VCSEL与光纤间的光耦合效率；(2) 光纤插入过深，使得光纤端面戳到VCSEL发光面，会导致VCSEL 激光器损坏。
技术实现思路
(一) 要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的一个目的在于提供一种光电器件阵列与光纤阵列 的无源耦合方法，以提高定位的精确度和耦合的效率，降低实现工艺的复 杂度。本专利技术的另一个目的在于提供一种制备光纤阵列的装置，以实现对光 纤插入深度的精确控制。本专利技术的另一个目的在于提供一种制备光纤阵列的方法，以实现对光 纤插入深度的精确控制。(二) 技术方案为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的 一种光电器件阵列与光纤阵列的无源耦合方法，该方法包括对基片一面进行深刻蚀形成穿透整个基片的微通孔阵列； 将光电器件阵列倒扣安装在基片另一面，且光电器件阵列中的每个管芯的有源区与微通孔阵列中对应的每个微通孔中心轴线垂直对准；将光纤阵列插入微通孔阵列并固定。上述方案中，所述对基片一面进行深刻蚀形成微通孔阵列的步骤之前进一步包括在基片另一面上利用半导体工艺做金属布线，包括倒扣安装 光电器件阵列的电极以及用于光电器件阵列倒扣安装对准的标记。上述方案中，所述对基片一面进行深刻蚀形成微通孔阵列的步骤包 括在基片一面上制备深刻蚀的掩膜，利用双面曝光技术使掩膜层上开出 的圆形刻蚀窗口圆心位置与另一面上设计的光电器件阵列的有源区中心 位置对准，然后利用干法刻蚀技术刻蚀出微通孔阵列，将形成的微通孔阵 列作为光纤阵列导入和定位孔。上述方案中，所述掩膜材料选用金属铝、二氧化硅、氮化硅、光刻胶 或有机物，掩膜层为上述材料中的一种形成的单层，或为上述材料中的多 种形成的叠层；所述干法刻蚀技术为感应耦合等离子体ICP技术；所述形 成的微通孔阵列中微通孔间距等于光电器件阵列中的管芯间距。上述方案中，所述将光纤阵列插入微通孔阵列并固定的步骤包括将 光纤阵列插入已安装了光电器件阵列的基片的微通孔阵列中，完全插入后 用紫外固化胶固定，实现光电器件阵列和光纤阵列无源耦合。上述方案中，所述基片两侧面进一歩包括介质层、多层金属布线或MEMS结构；所述微通孔阵列中微通孔的横截面为圆形、方形或多边形； 所述光纤阵列中光纤端面为解理面或8。角斜面，所述光纤的前端面相互平行，且前端面伸出上下基板前端面的距离等于带有微通孔阵列基片的厚度；所述微通孔阵列间距、光纤阵列间距以及光电器件阵列单元间距相等。 上述方案中，所述基片为双面抛光的基片，基片材料选用硅、氧化铝、氮化铝、氧化铍或碳化硅。一种制备光纤阵列的装置，该装置包括 一L型基座；一紧贴在所述L型基座侧壁内表面且远离侧壁的表面为光滑镜面的 长方体；紧贴所述长方体光滑镜面内表面上的两个相互平行的小长方体。 上述方案中，所述L型基座底部的上表面和侧壁的内表面平整光洁， L型基座的材料选用金属铜或铝，或选用合金材料，或选用有机材料；所 述长方体和两个小长方体的材料选用精抛光的半导体晶片硅片或锗片；所 述两个小长方体垂直于L型基座底部的上表面，间距离大于光纤阵列的宽 度，且小于上下基板的宽度，在垂直于基座侧壁方向上的厚度等于带有微 通孔的基片的厚度。一种制备光纤阵列的方法，应用于由L型基座、紧贴在L型基座侧壁 内表面且远离侧壁的表面为光滑镜面的长方体，和紧贴所述长方体光滑镜 面内表面上的两个相互平行的小长方体构成的制备光纤阵列的装置，该方 法包括预固定表面带有平行等间距排列V型槽的上基板和下基板，V型槽间 距等于光电器件阵列的间距，将上基板、下基板和夹在上下基板V型槽之 间的光纤一起平放在L型基座的上表面上，向后抽回夹在上基板和下基板 之间的光纤，使得每根光纤伸出上基板和下基板前端面的长度都小于两个 小长方体的厚度，同时保证任何一根光纤都不能从上基板和下基板中完全 抽出；然后将上基板和下基板前端面紧抵住两个小长方体的表面，将光纤 向前推出直至每根光纤的前端面都抵住长方体的光滑镜面，增大下基板上 基板之间的压力，固定光纤的位置，随后用紫外固化胶将上基板、下基板 和上下基板之间的光纤固定，完成光纤阵列组件的制作。(三)有益效果 从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果-1、 利用本专利技术，通过对基片一面进行深刻蚀形成穿透整个基片的微 通孔阵列，然后将光电器件阵列倒扣安装在基片另一面，且光电器件阵列 中的每个管芯的有源区与微通孔阵列中对应的每个微通孔中心轴线垂直对准，最后将光纤阵列插入微通孔阵列并固定，实现了光电器件阵列与光 纤阵列的无源耦合，提高了定位的精确度和耦合的效率，降低了实现工艺 的复杂度。2、 利用本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电器件阵列与光纤阵列的无源耦合方法，其特征在于，该方法包括：　对基片一面进行深刻蚀形成穿透整个基片的微通孔阵列；　将光电器件阵列倒扣安装在基片另一面，且光电器件阵列中的每个管芯的有源区与微通孔阵列中对应的每个微通孔中心轴线垂直对准；将光纤阵列插入微通孔阵列并固定。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李宝霞，万里兮，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]