[发明专利]一种激光芯片与硅光芯片的光耦合结构及其制备方法

说明书

本发明涉及一种激光芯片与硅光芯片的光耦合结构，包括激光芯片、全内反射转接结构和硅光芯片，所述激光芯片和所述全内反射转接结构均设置在所述硅光芯片上，所述全内反射转接结构为尖劈形，所述全内反射转接结构的第一侧面覆盖所述激光芯片的出光端口，所述全内反射转接结构的第二侧面覆盖所述硅光芯片的耦合端面，所述耦合端面上设置有入射光栅和无源波导区，所述全内反射转接结构的第三侧面为全反射面；所述全内反射转接结构用于将所述激光芯片的出射光经全内反射后输入到所述硅光芯片的耦合端面。本发明采用激光芯片与硅光芯片的入射光栅进行水平耦合封装，降低了封装成本。

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，特别是涉及一种激光芯片与硅光芯片的光耦合结构及其制备方法。

背景技术

基于硅CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺的硅光芯片在数据传输、光通信、激光雷达、健康医疗等诸多领域有重要的和潜在的应用价值。硅光芯片的信息载体是光。采用芯片外光源，可以避免硅光芯片与激光芯片制作工艺的交叉和芯片热管理等重大难题，但是，实现外光源与硅光芯片输入光波导间的高效光耦合具有非常大的挑战性。

目前，外光源与硅光芯片光波导间的耦合主要采用端面耦合、隐逝波耦合和垂直-光栅耦合方案。在端面和隐逝波耦合方案中，光束从光源侧端出射并沿此方向传播、耦合入波导。这两种方案虽然具有耦合高效、高带宽和偏振不敏感的优点，但外光源与硅光芯片光波导间的对准要求苛刻、工艺特殊且自动化水平低，对测试和封装精度有高要求，在大规模生产中会带来额外的制造成本。而在垂直入射-光栅耦合方案中，外光源出射的光束从硅光波导的上方入射，并利用光栅结构改变入射水平方向的动量大小实现光束耦合入波导。这种方案具有对准容差大的优点，有利于增加回路设计灵活性、降低封装加工成本，但目前垂直入射-光栅耦合所用的光源仅限于面发射光源(Vertical Cavity Surface EmittingLaser，VCSEL)。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光芯片与硅光芯片的光耦合结构及其制备方法，降低了封装成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种激光芯片与硅光芯片的光耦合结构，包括激光芯片、全内反射转接结构和硅光芯片，所述激光芯片安装在所述硅光芯片上，所述全内反射转接结构为尖劈形，所述全内反射转接结构的第一侧面覆盖所述激光芯片的出光端口，所述全内反射转接结构的第二侧面覆盖所述硅光芯片的耦合端面，所述耦合端面上设置有入射光栅和无源波导区，所述全内反射转接结构的第三侧面为全反射面；

所述全内反射转接结构用于将所述激光芯片的出射光经全内反射后输入到所述硅光芯片的耦合端面。

可选地，所述全内反射转接结构的全反射面上设置有金属膜或者介质反射膜。

可选地，所述金属膜的厚度为100nm，所述金属膜的材料为金。

可选地，所述全内反射转接结构的材料为聚合物、玻璃、硅、氮化硅或氮氧化硅。

可选地，所述全内反射转接结构的所述反射面与所述硅光芯片的耦合端面的夹角为38o至41o。

可选地，所述光耦合结构还包括边发射激光器，所述边发射激光器包括所述激光芯片。

可选地，所述激光芯片与所述硅光芯片之间通过设定高度的焊珠固定。

可选地，所述入射光栅为啁啾光栅。

可选地，所述入射光栅为楔形，所述入射光栅的楔形尖端朝向所述无源波导区并与所述无源波导区贴合。

本发明还公开了一种激光芯片与硅光芯片的光耦合结构制备方法，所述激光芯片与硅光芯片的光耦合结构制备方法用于制备所述的激光芯片与硅光芯片的光耦合结构，其特征在于，所述激光芯片与硅光芯片的光耦合结构制备方法包括：