[发明专利]一种半导体有源与无源集成耦合方法

说明书

本发明提供一种半导体有源与无源集成耦合方法，将激光二极管（1）与硅衬底（4）上的无源波导（7）进行高精度对齐耦合，包括：在激光二极管（1）的表面上形成多个导电材料柱（2）；将硅衬底（4）与激光二极管（1）的表面匹配的一侧形成多个匹配支柱（3）或蚀刻硅钉；导电材料柱（2）及匹配支柱（3）沿相反方向移动动态组装，将导电材料柱（2）压到匹配支柱（3）或蚀刻硅钉上；对硅衬底（4）上的匹配支柱（3）形成的P触点和N触点施加电流，为激光二极管（1）通电；激光二极管的P触点（6）和N触点（5）一旦达到所需位置，激光二极管（1）将固定停留在该位置上，从而完成激光二极管（1）与无源波导（7）的有源集成耦合。

技术领域

本发明涉及半导体零部件以及芯片制造领域，特别是涉及一种半导体有源与无源集成耦合方法。

背景技术

如图1所示，硅光子学一直致力于研究如何将半导体III-V材料制成的分立激光二极管与硅上的电路整合起来。激光二极管发出的光必须与硅衬底上的光学波导元件精确对准才能精确发挥其技术功效。其中激光二极管可以用InP或GaAs衬底或其它半导体材料制成。激光的波长可在1.1～1.7um或其它波长范围内。

如图2所示，现有技术的一些无源对准技术使用在激光二极管和硅衬底上蚀刻形成的台阶来精确定位激光二极管芯片的结构示意图。其他现有技术需要对薄激光材料进行粘合，以便通过模式泄漏将光学模式从激光波导缓慢地被转移到硅波导。所有这些技术都需要非常精细的尺寸控制和亚微米级精度的定位技术，技术难度非常大。此外，一旦定位，就不可能重新定位激光二极管芯片，硅片的成品率低，制造成本极高。

发明内容

本发明为了克服现有技术的缺陷，提供一种激光二极管与无源波导的有源集成耦合方法，允许初始对准精度高达几微米，然后以亚微米精度重新定位激光二极管，以达到所需的位置。这是在激光二极管通电以主动监测耦合过程的情况下完成的。定位后，可以重新定位激光二极管芯片。

本发明的目的在于提供一种半导体有源与无源集成耦合方法，用于将激光二极管（1）与硅衬底（4）上的无源波导高精度进行对齐并耦合，包括如下步骤：

步骤1，在激光二极管（1）的表面上形成多个导电材料柱（2）；

步骤2，将所述硅衬底（4）与所述激光二极管（1）的表面匹配的一侧形成多个匹配支柱（3）；

步骤3，所述导电材料柱（2）以及所述匹配支柱（3）沿着相反方向移动进行动态组装，从而完成所述激光二极管（1）与无源波导的有源集成耦合。

优选的，所述导电材料柱（2）为多个头发状，细薄并且采用延展性导电材料制成，所述导电材料柱（2）底部具有P触点（6）和N触点（5），所述P触点（6）和N触点（5）处于同一激光二极管（1）表面上，并且所述导电材料柱（2）构建在所述P触点（6）和N触点（5）的顶部，所述延展性导电材料为纯金或金合金。

优选的，所述匹配支柱（3）由多个毛发状的柱制备，匹配支柱（3）表面覆盖导电金属。

优选的，所述导电材料柱（2）、匹配支柱（3）为等间距分布。

优选的，所述导电材料柱（2）高度为4-20微米，所述导电材料柱（2）的宽高比W/L为1/3或者更小，所述导电材料柱（2）之间的间距为W-5W。

优选的，所述步骤3包括：

步骤31，将激光二极管（1）上的所述导电材料柱（2）压到所述硅衬底（4）上的匹配支柱（3）上；

步骤32，对硅衬底（4）上的所述匹配支柱（3）形成的与所述P触点（6）和N触点（5）匹配的相应P触点和N触点施加电流，为激光二极管（1）通电；激光二极管（1）的所述P触点（6）和N触点（5）的位置可以沿各个方向定位到几微米，一旦达到所需的位置，激光二极管（1）将固定停留在所述位置上。