[發明專利]半導體激光器芯片與硅光芯片的耦合結構及耦合方法

在審

• 申請號: 201910687036.4
• 申請日: 2019-07-26
• 公開（公告）號: CN110401101A
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發明（設計）人: 李金野;劉建國;戴雙興
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01S5/026
• 分類號: H01S5/026;G02B6/12
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳夢圓

1.一種半導體激光器芯片與硅光芯片的耦合結構，包括：

激光器單元，其包含有激光器芯片；

硅光芯片，其上設有波導；以及

刻蝕槽，其設置在硅光芯片的耦合端，用于連接激光器單元和硅光芯片。

2.根據權利要求1所述的耦合結構，其特征在于，

所述激光器單元還包括：

襯底；

熱沉，其設置在襯底上，所述激光器芯片設置在熱沉上；以及

熱敏電阻，其設置在熱沉上；

作為優選，所述襯底為用于為激光器單元散熱的制冷器；

作為優選，所述熱沉采用的材料包括氮化鋁或氧化鋁。

3.根據權利要求1所述的耦合結構，其特征在于，

所述半導體激光器芯片與硅光芯片的耦合結構還包括用于補償激光器芯片與硅光芯片之間高度差的墊塊，所述墊塊設置硅光芯片下方；

作為優選，所述硅光芯片和墊塊之間通過固化膠固定；

作為優選，所述固化膠包括紫外固化膠。

4.根據權利要求1所述的耦合結構，其特征在于，

所述硅光芯片上設有用于匹配激光器芯片出光光模場到硅光芯片光模場的模斑變換組件，模斑變換組件設在所述硅光芯片靠近耦合端的一側；

作為優選，所述模斑變換組件呈楔形，所述楔形的尖端指向硅光芯片的耦合端；

作為優選，所述模斑變換組件包括模斑變換結構；

作為優選，所述激光器芯片出光光模場為3-5平方微米；

作為優選，所述硅光芯片光模場為0.1-0.5平方微米。

5.根據權利要求1所述的耦合結構，其特征在于，

所述刻蝕槽內耦合端面上設有用于降低耦合損耗和/或降低反射波對激光器干擾的增透膜。

6.根據權利要求1所述的耦合結構，其特征在于，

所述耦合結構在光場轉換中的仿真總損耗小于1dB；

作為優選，所述仿真總損耗包括傳輸損耗和耦合損耗；

作為優選，所述耦合結構中的激光器單元的RIN噪聲小于-150dBc/Hz。

7.一種如權利要求1-5任一項所述耦合結構的制備方法，包括如下步驟：

(1)在硅光芯片的耦合端面設置用于和激光器單元中的激光器芯片耦合的刻蝕槽，得到硅光芯片一；

(2)在激光器單元的襯底上需要連接硅光芯片的位置上設置墊塊；

(3)將激光器芯片的有源區與硅光芯片一的波導對準后，在硅光芯片的刻蝕槽內與激光器芯片之間設置折射率匹配膠，在墊塊與硅光芯片之間設置固定膠固定，即得到所述的耦合結構。

8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，

步驟(1)中所述刻蝕槽是通過深刻蝕工藝形成的；

作為優選，步驟(2)中所述的激光器單元包括襯底、設置在襯底上的熱沉、均設置在熱沉上的激光器芯片和熱敏電阻；

作為進一步優選，所述的激光器單元是將激光器芯片與熱敏電阻、熱沉、襯底通過共晶焊和/或金絲鍵合的方法形成的；

作為優選，步驟(2)中所述墊塊的長度和寬度均大于硅光芯片的長度和寬度；

作為優選，步驟(2)中所述墊塊的高度小于激光器芯片有源區與硅光芯片的波導的高度差。

9.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，

步驟(3)中將激光器芯片的有源區與硅光芯片一的波導對準步驟中所述的對準方法包括：通過六維調節架和夾具調節硅光芯片的位置，波導的輸出端用探測器監測功率輸出，當功率達到最大值時，激光器芯片與硅光芯片一所處的位置即為激光器芯片的有源區與硅光芯片一的波導對準的位置；

作為優選，所述探測器的光敏面的直徑為5-10mm；

作為優選，步驟(1)結束后、步驟(2)開始前在步驟(1)所述刻蝕槽內的耦合端面設置增透膜；

作為優選，在步驟(1)開始前先在硅光芯片靠近耦合端的一側設置模斑變換組件。

10.一種光電集成系統，其特征在于，內含有如權利要求1-6任一項所述耦合結構或如權利要求7-9任一項所述制備方法得到的耦合結構。