[发明专利]光电探测器PD芯片与光波导芯片的集成装置

说明书

本发明提供了一种光电探测器PD芯片与光波导芯片的集成装置，包括：光波导芯片，其中，光波导芯片上设有波导，波导的端面上设有光路转换结构，光路转换结构用于将在波导的端面上传输的光转换成垂直于光波导芯片的反射光路；PD芯片，其中，PD芯片的光敏面通过胶水倒装固定在光波导芯片上，且光敏面与反射光路对准。通过本发明，解决了PD芯片与波导混合集成结构复杂、封装工艺难度大的问题，进而达到了降低光波导芯片成本，使得光路更可靠的效果。

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种光电探测器PD芯片与光波导芯片的集成装置。

背景技术

近年来，数据通信市场呈现爆发式增长，其对光模块的需求也日益苛刻。低成本、低功耗、高速率、高封装密度成为数据通信光器件的基本要求。目前主流的封装方案都是基于棱镜、透镜、滤光片等分立元件，通过复杂的光路设计和繁琐的耦合对准工艺实现光路整合输出。但是随着400G时代的到来，以透镜，滤光片为代表的空间光学封装方案几乎走到了头。400G封装尺寸并没有增加多少，但是光路集成度增加1倍，唯有集成化的封装方法才能胜任这种挑战。

集成技术可以将空间光学中的复用、解复用、调制、滤波、衰减、开关等功能在单一芯片中完成，极大地减少了光路复杂度。目前集成技术主要有硅光集成和可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称为PLC)混合集成。它们面临的最大挑战之一就是光波导与半导体激光器(Laser Diode，简称为LD)/光电二极管(Photo Diode，简称为PD)之间的耦合。其中光波导与PD的耦合稍微容易，但仍存在一些问题。目前主要光路结构有直接耦合、光路转角耦合以及倒装贴片三种方法。

直接耦合一般将PD安装在陶瓷载体上，竖起来，使其光敏面正对光波导输出光路，既可以通过视觉无源对准，也可以实时监控PD光电流，做有源对准。专利(授权公告号：CN205176331 U)《一种光波分复用/解复用封装组件》中，就是采用的这种方法。

光路转角耦合是将光波导输出光路转换90°，使水平光路变成垂直光路，PD安装在陶瓷基底上水平放置，PD的光敏面与光波导芯片波导转角光路对准。如专利(授权公告号：CN 102981223 B)《一种光波导芯片与PD阵列的耦合封装结构》中，将波导前端面加工成近45°全反射面，实现波导到PD的光路耦合。

倒装贴片耦合工艺是在光波导前端面刻反射镜，并在光波导表面镀金属电极和焊料。如专利(授权公告号：CN 102540365 B)《一种光学集成结构及其制作方法》中，将PD倒装在无源器件衬底上，并需要在衬底上制作金属焊盘。由于PD光敏面尺寸数倍于波导尺寸，且远大于贴片机贴装精度，利用贴片机机器视即可将PD光敏面朝下，倒装放置在波导的反射光路上，实现无源对准，对准完成后用焊料将PD固定。

倒装贴片耦合克服了直接耦合和光路转角耦合封装效率低，封装结构复杂的缺点，但是仍存在不足：第一：此工艺要求波导上刻蚀反射镜、镀电极和焊料，也要求PD背面有相应的对准标记和金属电极，光波导芯片成本将提高2～3倍。第二：刻蚀形成的反射镜反射光路很难达到理想状态，比如刻蚀面不平整或波导崩边，会使得光路散射增大，恶化耦合效率；第三：PD光敏面和波导之间有未填充的空隙，金属电极碎屑或者灰尘容易进入这个区域，影响可靠性。

针对上述技术问题，相关技术中尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种光电探测器PD芯片与光波导芯片的集成装置，以至少解决相关技术中PD芯片与波导混合集成结构复杂、封装工艺难度大的问题。

根据本发明的一个实施例，提供了一种光电探测器PD芯片与光波导芯片的集成装置，包括：光波导芯片，其中，所述光波导芯片上设有波导，所述波导的端面上设有光路转换结构，所述光路转换结构用于将在所述波导的端面上传输的光转换成垂直于所述光波导芯片的反射光路；PD芯片，其中，所述PD芯片的光敏面通过胶水倒装固定在所述光波导芯片上，且所述光敏面与所述反射光路对准。