[發明專利]一種半導體有源與無源集成耦合方法

有效

• 申請號: 202110169785.5
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN112952550B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 陳伯莊
• 申請（專利權）人: 桂林雷光科技有限公司
• 主分類號: H01S5/02326
• 分類號: H01S5/02326;H01S5/02375
• 代理公司: 北京錦信誠泰知識產權代理有限公司 11813
• 代理人: 倪青華

本發明提供一種半導體有源與無源集成耦合方法，將激光二極管（1）與硅襯底（4）上的無源波導（7）進行高精度對齊耦合，包括：在激光二極管（1）的表面上形成多個導電材料柱（2）；將硅襯底（4）與激光二極管（1）的表面匹配的一側形成多個匹配支柱（3）或蝕刻硅釘；導電材料柱（2）及匹配支柱（3）沿相反方向移動動態組裝，將導電材料柱（2）壓到匹配支柱（3）或蝕刻硅釘上；對硅襯底（4）上的匹配支柱（3）形成的P觸點和N觸點施加電流，為激光二極管（1）通電；激光二極管的P觸點（6）和N觸點（5）一旦達到所需位置，激光二極管（1）將固定停留在該位置上，從而完成激光二極管（1）與無源波導（7）的有源集成耦合。

技術領域

本發明涉及半導體零部件以及芯片制造領域，特別是涉及一種半導體有源與無源集成耦合方法。

背景技術

如圖1所示，硅光子學一直致力于研究如何將半導體III-V材料制成的分立激光二極管與硅上的電路整合起來。激光二極管發出的光必須與硅襯底上的光學波導元件精確對準才能精確發揮其技術功效。其中激光二極管可以用InP或GaAs襯底或其它半導體材料制成。激光的波長可在1.1～1.7um或其它波長范圍內。

如圖2所示，現有技術的一些無源對準技術使用在激光二極管和硅襯底上蝕刻形成的臺階來精確定位激光二極管芯片的結構示意圖。其他現有技術需要對薄激光材料進行粘合，以便通過模式泄漏將光學模式從激光波導緩慢地被轉移到硅波導。所有這些技術都需要非常精細的尺寸控制和亞微米級精度的定位技術，技術難度非常大。此外，一旦定位，就不可能重新定位激光二極管芯片，硅片的成品率低，制造成本極高。

發明內容

本發明為了克服現有技術的缺陷，提供一種激光二極管與無源波導的有源集成耦合方法，允許初始對準精度高達幾微米，然后以亞微米精度重新定位激光二極管，以達到所需的位置。這是在激光二極管通電以主動監測耦合過程的情況下完成的。定位后，可以重新定位激光二極管芯片。

本發明的目的在于提供一種半導體有源與無源集成耦合方法，用于將激光二極管（1）與硅襯底（4）上的無源波導高精度進行對齊并耦合，包括如下步驟：

步驟1，在激光二極管（1）的表面上形成多個導電材料柱（2）；

步驟2，將所述硅襯底（4）與所述激光二極管（1）的表面匹配的一側形成多個匹配支柱（3）；

步驟3，所述導電材料柱（2）以及所述匹配支柱（3）沿著相反方向移動進行動態組裝，從而完成所述激光二極管（1）與無源波導的有源集成耦合。

優選的，所述導電材料柱（2）為多個頭發狀，細薄并且采用延展性導電材料制成，所述導電材料柱（2）底部具有P觸點（6）和N觸點（5），所述P觸點（6）和N觸點（5）處于同一激光二極管（1）表面上，并且所述導電材料柱（2）構建在所述P觸點（6）和N觸點（5）的頂部，所述延展性導電材料為純金或金合金。

優選的，所述匹配支柱（3）由多個毛發狀的柱制備，匹配支柱（3）表面覆蓋導電金屬。

優選的，所述導電材料柱（2）、匹配支柱（3）為等間距分布。

優選的，所述導電材料柱（2）高度為4-20微米，所述導電材料柱（2）的寬高比W/L為1/3或者更小，所述導電材料柱（2）之間的間距為W-5W。

優選的，所述步驟3包括：

步驟31，將激光二極管（1）上的所述導電材料柱（2）壓到所述硅襯底（4）上的匹配支柱（3）上；

步驟32，對硅襯底（4）上的所述匹配支柱（3）形成的與所述P觸點（6）和N觸點（5）匹配的相應P觸點和N觸點施加電流，為激光二極管（1）通電；激光二極管（1）的所述P觸點（6）和N觸點（5）的位置可以沿各個方向定位到幾微米，一旦達到所需的位置，激光二極管（1）將固定停留在所述位置上。