[發明專利]邊發射激光芯片與硅光芯片中光波導的耦合結構及方法

在審

• 申請號: 202211370471.2
• 申請日: 2022-11-03
• 公開（公告）號: CN115755290A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 冒芯蕊;李艷平;冉廣照
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G02B6/42
• 分類號: G02B6/42;H01S5/026;H01S5/10;H01S5/14
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 賈瑞華

1.一種邊發射激光芯片與硅光芯片中光波導的耦合結構，其特征在于，包括：邊發射激光芯片、硅光芯片以及金屬焊料；所述硅光芯片包括層疊設置的頂層硅、氧化硅層以及硅襯底；所述頂層硅的一端刻蝕有矩形的無源硅光波導區和楔形的硅光波導入射光柵，所述頂層硅的另一端為激光芯片裝焊預留區；所述硅光波導入射光柵的窄端連接所述無源硅光波導區，所述硅光波導入射光柵的寬端連接所述激光芯片裝焊預留區；所述硅光波導入射光柵的刻蝕深度小于所述頂層硅的厚度；

所述激光芯片裝焊預留區中間設置有對準標記；所述對準標記的連線與所述無源硅光波導區的中心線重合；所述激光芯片裝焊預留區內設置有金屬焊料；所述激光芯片裝焊預留區內靠近所述硅光波導入射光柵一端設置的金屬焊料高度低于所述激光芯片裝焊預留區內遠離所述硅光波導入射光柵一端設置的金屬焊料高度；所述邊發射激光芯片通過所述金屬焊料傾斜倒裝焊到所述硅光芯片上；所述邊發射激光芯片的中心線與所述對準標記的連線對準；所述邊發射激光芯片的出光口延長線與所述無源硅光波導區的中心線對準。

2.根據權利要求1所述的耦合結構，其特征在于，所述邊發射激光芯片的傾斜角度為8°至14°。

3.根據權利要求1所述的耦合結構，其特征在于，所述硅光波導入射光柵的光柵周期長度范圍為540納米至560納米，占空比為0.2，光柵刻蝕深度為200納米。

4.根據權利要求1所述的耦合結構，其特征在于，所述無源硅光波導區的寬度范圍為400納米至5000納米，厚度范圍為220納米至3000納米。

5.根據權利要求1所述的耦合結構，其特征在于，所述金屬焊料為焊珠或焊條；所述金屬焊料的高度范圍為10微米至100微米。

6.根據權利要求1所述的耦合結構，其特征在于，所述邊發射激光芯片與所述硅光波導入射光柵之間還填充有介質填充物；所述介質填充物與所述邊發射激光芯片接觸的一端覆蓋所述邊發射激光芯片的出光口；所述介質填充物底端覆蓋所述硅光波導入射光柵。

7.根據權利要求6所述的耦合結構，其特征在于，所述介質填充物包括SU-8光刻膠、聚二甲基硅氧烷、玻璃膠、聚甲基丙烯酸甲酯。

8.一種邊發射激光芯片與硅光芯片中光波導的耦合方法，其特征在于，包括：

在硅光芯片的頂層硅上利用光刻和等離子體刻蝕，制備出矩形的無源硅光波導區和楔形的硅光波導入射光柵；矩形的無源硅光波導區和楔形的硅光波導入射光柵位于所述頂層硅的一端，所述頂層硅的另一端為激光芯片裝焊預留區；所述硅光波導入射光柵的窄端連接所述無源硅光波導區，所述硅光波導入射光柵的寬端連接所述激光芯片裝焊預留區；所述硅光波導入射光柵的刻蝕深度小于所述頂層硅的厚度；

在所述激光芯片裝焊預留區中間設置對準標記，令所述對準標記的連線與所述無源硅光波導區的中心線重合；

在所述激光芯片裝焊預留區內預置金屬焊料；所述激光芯片裝焊預留區內靠近所述硅光波導入射光柵一端預置的金屬焊料高度低于所述激光芯片裝焊預留區內遠離所述硅光波導入射光柵一端預置的金屬焊料高度；

將所述邊發射激光芯片通過所述金屬焊料傾斜倒裝焊到所述硅光芯片上，令所述邊發射激光芯片的中心線與所述對準標記的連線對準，令所述邊發射激光芯片的出光口延長線與所述無源硅光波導區的中心線對準。

9.根據權利要求8所述的耦合方法，其特征在于，所述硅光波導入射光柵包括均勻光柵、啁啾光柵、聚焦光柵和變折射率光柵。

10.根據權利要求8所述的耦合方法，其特征在于，還包括：

在所述邊發射激光芯片與所述硅光波導入射光柵之間填充介質填充物，令所述介質填充物與所述邊發射激光芯片接觸的一端覆蓋所述邊發射激光芯片的出光口，令所述介質填充物底端覆蓋所述硅光波導入射光柵。