[发明专利]一种激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准方法及装置

说明书

本发明公开了一种激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准方法及装置，该方法包括：根据波导的位置信息，并利用激光器芯片和硅基光电子芯片工艺过程中的停止层精确确定待形成的凹槽的深度，在激光器芯片上刻蚀出第一凹槽、在硅基光电子芯片上刻蚀出第二凹槽；在转接板上刻蚀出第一凸起和第二凸起，将激光器芯片装配到转接板上，再将上述转接板装配到硅基光电子芯片上；该装置包括转接板，转接板包括本体、第一凸起及第二凸起；第一凸起与激光器芯片连接、第二凸起与硅基光电子芯片连接；本发明基于精密的微纳加工工艺保证了激光器芯片与硅基光电子芯片的精确对准，无需考虑后续的加电和散热等问题，极大降低了封装工艺难度。

技术领域

本发明涉及硅基光电子器件封装技术领域，更为具体来说，本发明为一种激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准方法及装置。

背景技术

硅是间接带隙半导体，其发光效率不高，所以，硅一直以来被认为不适合制作光源材料；因而对于硅基光电子技术来说，光源的引入便成为了一项非常重要的工作。

目前，硅基光电子技术的光源引入方式一般为：在硅基光电子芯片上直接贴装光源，一般通过倒装芯片(Flip chip)等方式将激光器芯片直接贴装于硅基光电子芯片上，然后通过端面耦合或者光栅耦合方式将激光器芯片的波导与硅基光电子芯片的波导进行耦合对准，比如，具体采用气密封装方案将光源光栅耦合进硅波导，或通过机械反复定位方案实现对准；显然地，现有技术必须要同时考虑固定、加电、散热、对准等问题，因而直接贴装激光器芯片的过程难以保证耦合精度，反复进行对准的过程导致了耦合工作效率过低的问题，高精密的设备带来了封装成本过高问题，据历史统计数据显示，集成光子芯片的耦合封装成本占据最终器件总成本的80％左右，而且，硅基光电子芯片的耦合相关损耗占据了整个器件总消耗的50％左右。

因此，如何显著地提高激光器芯片和硅基光电子芯片的耦合对准效率以及精度，并在保证耦合对准的可靠性的前提下有效降低耦合对准成本，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题和始终研究的重点。

发明内容

为了解决现有技术存在的激光器芯片和硅基光电子芯片的耦合对准效率低、精度低、成本高等问题，本发明创新地提供了一种激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准方法及装置，基于对转接板结构的设计和连接结构的改进，本发明能够高效、高精度且低成本地完成激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准工作，而且本发明显著降低了加工工艺难度，从而较好地解决了现有技术存在的诸多问题。

为实现上述的技术目的，本发明公开了一种激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准方法，该方法包括如下步骤；

步骤1，根据激光器芯片的第一停止层确定激光器芯片上的第一凹槽的深度，根据硅基光电子芯片的第二停止层确定硅基光电子芯片的第二凹槽的深度，并根据第一凹槽的深度和激光器芯片的第一波导层的高度确定待形成于转接板上的第一凸起的高度，以及根据第二凹槽的深度和硅基光电子芯片的第二波导层的高度确定待形成于转接板上的第二凸起的高度；

步骤2，在激光器芯片上刻蚀出用于耦合对准的多个第一凹槽，精确停止在第一停止层的上表面；在硅基光电子芯片上刻蚀出用于耦合对准的多个第二凹槽，精确停止在第二停止层的上表面；

步骤3，在转接板上刻蚀出在水平方向上与多个第一凹槽一一对应的多个第一凸起和在水平方向上与多个第二凹槽一一对应的多个第二凸起；其中，第一凸起数量与第一凹槽数量相同，第二凸起数量与第二凹槽数量相同，第一凸起的高度大于第一凹槽的深度，第二凸起的高度大于第二凹槽的深度；

步骤4，通过所述多个第一凹槽与所述多个第一凸起一一对应固定的方式将所述激光器芯片装配到所述转接板上；

步骤5，通过所述多个第二凸起与所述多个第二凹槽一一对应固定的方式将带有所述激光器芯片的转接板装配到所述硅基光电子芯片上，从而完成激光器芯片的第一波导层光场与硅基光电子芯片的第二波导层光场耦合对准。