半导体激光器和光学放大器光子封装制造技术

一种光检测和测距(LIDAR)装置，包括激光器组装级和光子集成电路(PIC)级。激光器组装级包括被配置为发射激光的激光器。PIC级包括半导体光学放大器(SOA)和PIC晶圆，PIC晶圆被配置为将激光内耦合到PIC晶圆中并将激光引导到SOA。到SOA。到SOA。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体激光器和光学放大器光子封装
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请要求于2021年6月29日提交的美国非临时申请17/362,080的优先权，其要求于2020年7月1日提交的美国临时申请63/046,906的优先权。申请17/362,080和63/046,906通过引用合并于此。


[0003]本公开一般涉及激光器，尤其涉及光子封装。

技术介绍

[0004]过去二十年来，硅光子装置在包括通信和感测在内的广泛应用(诸如光学互连和光检测与测距(LIDAR))中取得巨大进展。由于硅的独特材料特性，硅光子学与其他光子技术平台相比提供很多优势。尽管具有所有这些益处，但是由于单模硅波导的光学模场很小，因此将硅光子装置与必要的光源(诸如激光器和光学放大器)以及玻璃纤维封装在一起具有很大的挑战性。此外，为了紧凑性和功耗限制，所涉及的光源通常是由化合物半导体材料制成的半导体激光二极管和半导体光学放大器(SOA)，优选将它们封装在密封的外壳中。
[0005]人们普遍认为，硅光子产品的封装成本远远超过生产硅光子集成电路(PIC)、激光二极管(LD)和SOA芯片的晶圆制造成本。硅光子装置封装技术需要创新和发展。

技术实现思路

[0006]本公开的实施方式包括用于自动驾驶车辆的光检测和测距(LIDAR)装置。LIDAR装置包括激光器组装级和光子集成电路(PIC)级。激光器组装级包括被配置为发射激光的激光器。PIC级包括半导体光学放大器(SOA)和PIC晶圆，PIC晶圆被配置为将激光内耦合(incouple)到PIC晶圆中并将激光引导到SOA。
[0007]在实施方式中，LIDAR装置还包括设置在激光器组装级与PIC晶圆之间的晶圆层。激光是红外激光，并且晶圆层对于红外激光透明。
[0008]在实施方式中，晶圆层包括透镜，透镜被配置为接收来自激光器组装级的红外激光，并且透镜集成到晶圆层中并且被配置为将红外激光聚焦到PIC晶圆的输入光栅。
[0009]在实施方式中，晶圆层包括激光器载体晶圆和SOA封盖晶圆。激光器耦合到激光器载体晶圆。SOA封盖晶圆将SOA相对于LIDAR装置的环境密封，并且SOA封盖晶圆设置在PIC晶圆与激光器载体晶圆之间。
[0010]在实施方式中，晶圆层和PIC晶圆由单晶硅形成。
[0011]在实施方式中，晶圆层将SOA相对于LIDAR装置的环境密封，并且激光器耦合到晶圆层。
[0012]在实施方式中，PIC晶圆包括透镜，透镜被配置为接收来自激光器组装级的激光，并且透镜集成到PIC晶圆中并且被配置为将激光聚焦到PIC晶圆的输入光栅。
[0013]在实施方式中，PIC晶圆包括集成到PIC晶圆中的出射部件。出射部件被配置为接
收由SOA生成的放大激光，并将放大激光从PIC晶圆外耦合(outcouple)。
[0014]在实施方式中，激光器组装级包括设置在激光器与PIC级的反射镜之间的激光透镜。激光透镜被配置为准直从激光器发射的激光。
[0015]在实施方式中，将SOA倒装绑定在PIC晶圆上。
[0016]在实施方式中，PIC晶圆包括沟槽和基座，沟槽被设置尺寸为容纳用于SOA的焊料，基座由PIC晶圆形成以机械地支撑SOA并提供垂直对准基准。
[0017]在实施方式中，PIC晶圆包括一个或多个边缘耦合器，以接收来自PIC晶圆的输入光栅的激光。一个或多个边缘耦合器被配置为将激光内耦合到SOA中。
[0018]在实施方式中，PIC晶圆的输出光栅被设置为与输入光栅相比在PIC晶圆中更深。
[0019]在实施方式中，激光器组装级还包括将激光器相对于LIDAR装置的环境密封的封盖层，以及设置在封盖层的倾斜壁上的反射镜。PIC晶圆包括输入光栅和输出光栅。输入光栅被配置为将从反射镜反射的激光内耦合并将激光引导至SOA。输出光栅被配置为接收来自SOA的放大激光并将放大激光外耦合到PIC晶圆之外。
[0020]本公开的实施方式包括自动车辆控制系统，自动车辆控制系统包括LIDAR装置、光电探测器和一个或多个处理器。LIDAR装置包括激光器组装级和PIC级。激光器组装级包括被配置为发射红外激光的红外激光器。PIC级包括SOA和PIC晶圆，PIC晶圆被配置为将红外激光内耦合到PIC晶圆中并将红外激光引导到SOA。光电检测器被配置为接收来自自动车辆控制系统环境中的目标的反射红外激光，该目标反射由SOA生成的放大激光。一个或多个处理器响应于光电检测器生成的信号而控制自动车辆控制系统。
[0021]在实施方式中，晶圆层设置在激光器组装级与PIC晶圆之间。晶圆层对于红外激光透明。
[0022]在实施方式中，晶圆层包括透镜，透镜被配置为接收来自激光器组装级的红外激光。透镜集成到晶圆层中并且被配置为将红外激光聚焦到PIC晶圆的输入光栅。
[0023]在实施方式中，晶圆层包括激光器载体晶圆和SOA封盖晶圆。激光器耦合到激光器载体晶圆。SOA封盖晶圆将SOA相对于LIDAR装置的环境密封，并且SOA封盖晶圆设置在PIC晶圆与激光器载体晶圆之间。
[0024]本公开的实施方式包括自动驾驶车辆，自动驾驶车辆包括LIDAR装置、光电探测器和一个或多个处理器。LIDAR装置包括激光器组装级和光子集成电路(PIC)级。激光器组装级包括被配置为发射近红外激光的近红外激光器。PIC级包括半导体光学放大器(SOA)和PIC晶圆，PIC晶圆被配置为将近红外激光内耦合到PIC晶圆中并将近红外激光引导到SOA。光电探测器被配置为接收来自自动驾驶车辆环境中的目标的反射近红外激光，目标反射由SOA生成的放大激光。一个或多个处理器响应于光电检测器生成的信号而控制自动车辆。
[0025]在实施方式中，晶圆层设置在激光器组装级与PIC晶圆之间。晶圆层对于近红外激光透明。
附图说明
[0026]参考以下附图描述本专利技术的非限制性和非穷举性实施方式，其中在所有不同的视图中，相似的附图标记表示相似的组件，除非另有指定。
[0027]图1A和图1B示出根据本公开实施方式的包括激光器组装级和PIC级的装置。
[0028]图2示出根据本公开实施方式的包括激光器组装级和PIC级的装置，PIC级包括作为PIC晶圆的出射部件的出射透镜。
[0029]图3示出根据本公开实施方式的包括激光器组装级和晶圆层的装置，晶圆层包括包含在晶圆层的激光器载体晶圆中的聚焦透镜。
[0030]图4示出根据本公开实施方式的包括激光器组装级和包含在PIC级的PIC晶圆中的聚焦透镜的装置。
[0031]图5示出根据本公开实施方式的包括激光器组装级和包含在晶圆层的集成晶圆中的聚焦透镜的装置。
[0032]图6至图9示出根据本公开实施方式的用于制造激光器和光子装置的光学结构的侧视图和俯视图。
[0033]图10至图13示出根据本公开实施方式的包括PIC晶圆的光学结构的侧视图和俯视图。
[0034本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于自动驾驶车辆的光检测和测距(LIDAR)装置，所述LIDAR装置包括：激光器组装级，其包括激光器，所述激光器被配置为发射激光；以及光子集成电路(PIC)级，其包括：半导体光学放大器(SOA)；以及PIC晶圆，所述PIC晶圆被配置为将所述激光内耦合到所述PIC晶圆中并且将所述激光引导到所述SOA。2.根据权利要求1所述的LIDAR装置，进一步包括：晶圆层，所述晶圆层被设置在所述激光器组装级与所述PIC晶圆之间，其中，所述激光是红外激光，并且其中，所述晶圆层对于所述红外激光透明。3.根据权利要求2所述的LIDAR装置，其中，所述晶圆层包括透镜，所述透镜被配置为接收来自所述激光器组装级的所述红外激光，并且其中，所述透镜被集成到所述晶圆层中，并且被配置为将所述红外激光聚焦到所述PIC晶圆的输入光栅。4.根据权利要求2所述的LIDAR装置，其中，所述晶圆层包括：激光器载体晶圆，其中，所述激光器被耦合到所述激光器载体晶圆；以及SOA封盖晶圆，所述SOA封盖晶圆将所述SOA相对于所述LIDAR装置的环境进行密封，其中，所述SOA封盖晶圆被设置在所述PIC晶圆与所述激光器载体晶圆之间。5.根据权利要求2所述的LIDAR装置，其中，所述晶圆层和所述PIC晶圆由单晶硅形成。6.根据权利要求2所述的LIDAR装置，其中，所述晶圆层将所述SOA相对于所述LIDAR装置的环境进行密封，并且其中，所述激光器被耦合到所述晶圆层。7.根据权利要求1所述的LIDAR装置，其中，所述PIC晶圆包括透镜，所述透镜被配置为接收来自所述激光器组装级的所述激光，并且其中，所述透镜被集成到所述PIC晶圆中，并且被配置为将所述激光聚焦到所述PIC晶圆的输入光栅。8.根据权利要求1所述的LIDAR装置，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雷，林森，安德鲁，
申请(专利权)人：我们科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：