一種激光器與光柵耦合器的封裝結(jié)構(gòu)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種硅光子集成器件，尤其是指提供一種激光器與光柵耦合器的封裝結(jié)構(gòu)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]基于硅基之單片集成的光電芯片，是目前國(guó)際上研究的熱點(diǎn)，硅基光電子集成技術(shù)是將光波導(dǎo)/調(diào)制器、光電探測(cè)器及驅(qū)動(dòng)電路和接收器電路進(jìn)行單片集成，即將光學(xué)元件和電學(xué)元件集成在一個(gè)芯片上，所有器件均采用標(biāo)準(zhǔn)集成電路工藝制備，其優(yōu)點(diǎn)在于制作工藝成熟、成本低、體積小，適合于數(shù)據(jù)中心等中短距離光通信的應(yīng)用。
[0003]雖然硅基材料可以制作光纖通信中的大部分光器件和電器件，但由于硅是間接半導(dǎo)體材料，其導(dǎo)帶和價(jià)帶的極值對(duì)應(yīng)于不同的波矢，輻射復(fù)合幾率很低，而且存在兩個(gè)強(qiáng)非輻射躍迀過(guò)程:俄歇復(fù)合和自由載流子吸收。因此，目前無(wú)法制作成激光器元件?，F(xiàn)在很多研究旨在克服硅的這種限制，例如，雜質(zhì)摻雜、量子限制、硅-鍺合金等。但還未出現(xiàn)完全滿足性能要求的設(shè)計(jì)，故在硅基的單片集成光電芯片中，目前比較簡(jiǎn)單可行的方式，是采用外部混合集成三五族激光器的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)光源的功能。因此，如何提高耦合效率，簡(jiǎn)化耦合工藝是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種激光器與光柵耦合器的封裝結(jié)構(gòu)。
[0005]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明應(yīng)用的技術(shù)方案是:提供一種激光器與光柵耦合器的封裝結(jié)構(gòu)，包括設(shè)在硅光芯片上的激光器單元、準(zhǔn)直透鏡、隔離器及反射棱鏡，其中:硅光芯片包括表平面及其依序在表平面上設(shè)有的第一電極、第一標(biāo)記、第二標(biāo)記、光柵耦合器以及波導(dǎo)層；激光器單元包括過(guò)渡基板和激光器，還包括暴露在過(guò)渡基板頂表面上的第二電極；準(zhǔn)直透鏡包括第一、第二透鏡，其中:第一透鏡以光路對(duì)準(zhǔn)激光器形式垂立于表平面，第二透鏡對(duì)位第二標(biāo)記設(shè)于表平面，使得光柵耦合器位于第二透鏡光路主軸的中心區(qū)域，以及隔離器安裝在介于第一、第二透鏡之間表平面，使得激光器輸出的發(fā)散光經(jīng)過(guò)第一透鏡準(zhǔn)直后，透過(guò)隔離器入射到反射棱鏡上，經(jīng)過(guò)反射棱鏡的角度偏轉(zhuǎn)后由第二透鏡匯聚，匯聚點(diǎn)位于光柵親合器表面。
[0006]在本實(shí)施例中優(yōu)選，頂表面還設(shè)有焊料部，焊料部靠近頂表面右側(cè)邊設(shè)置，且與第二電極電性相連，靠近焊料部的頂表面還設(shè)有第三標(biāo)記。
[0007]在本實(shí)施例中優(yōu)選，過(guò)渡基板對(duì)位第一標(biāo)記安裝在表平面上，激光器在對(duì)位第三標(biāo)記時(shí)通過(guò)焊料部固定在頂表面上。
[0008]在本實(shí)施例中優(yōu)選，過(guò)渡基板采用硅、氮化鋁和/或氧化鋁材料成型。
[0009]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種激光器與光柵耦合器的封裝方法。
[0010]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明應(yīng)用的技術(shù)方案是:提供一種激光器與光柵耦合器的封裝方法，包括:
[0011]先在過(guò)渡基板上制作有第二電極、焊料部以及第三標(biāo)記，激光器與第三標(biāo)記精確對(duì)位后，通過(guò)焊料部貼裝在過(guò)渡基板上，激光器頂層具有頂層電極，頂層電極通過(guò)金絲線連接第二電極；
[0012]再在硅光芯片的表平面制作用于與過(guò)渡基板進(jìn)行對(duì)位的第一標(biāo)記以及用于貼裝第二透鏡時(shí)做到精確對(duì)位的第二標(biāo)記，第二透鏡直接貼裝在硅光芯片上，使之焦平面與硅光芯片接觸，以及
[0013]在第二標(biāo)記的輔位作用下，使得第二透鏡對(duì)位貼裝時(shí)，光柵耦合器位于第二透鏡的光路主軸的中心區(qū)域。
[0014]在本實(shí)施例中優(yōu)選，第一透鏡在硅光芯片上為可作移位調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，并以此能將激光器輸出光變換為平行光，第一透鏡和硅光芯片之間填充有紫外膠或熱固膠固化。
[0015]在本實(shí)施例中優(yōu)選，光隔離器設(shè)在第一透鏡和反射棱鏡之間，反射棱鏡固定于表平面，其傾斜反射端面位于第二透鏡正上方，反射棱鏡將平行光束通過(guò)第二透鏡耦合進(jìn)光柵耦合器，通過(guò)微調(diào)位置來(lái)找到耦合效率最大點(diǎn)，然后，采用紫外膠或熱固膠進(jìn)行固化。
[0016]在本實(shí)施例中優(yōu)選，通過(guò)調(diào)解第二透鏡以及對(duì)反射棱鏡的角度設(shè)置變化，使光柵親合器得到最佳的親合效率，其中:反射棱鏡入射到光柵親合器的光束角度在30°至60°之間。
[0017]在本實(shí)施例中優(yōu)選，過(guò)渡基板通過(guò)第一標(biāo)記對(duì)位后貼裝并填充紫外膠或熱固膠進(jìn)行固化，同時(shí)第二電極與第一電極通過(guò)金絲建立電性連接，并以此使得激光器與硅光芯片建立電性連接。
[0018]在本實(shí)施例中優(yōu)選，紫外膠或熱固膠均為透光膠，固化于激光器與光柵耦合器的封裝結(jié)構(gòu)上的透光膠對(duì)波長(zhǎng)為1.2um至1.6um的光透?jìng)鳌?br>[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益的效果是:
[0020]采用光刻對(duì)準(zhǔn)、倒裝焊等工藝，來(lái)保證貼裝精度，實(shí)現(xiàn)高效率耦合，具體表面為:
[0021]1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)混合集成芯片的量產(chǎn)；
[0022]2.對(duì)回波信號(hào)有隔離作用，避免反射光引起激光器性能不穩(wěn)定；
[0023]3.通過(guò)雙透鏡進(jìn)行光束變換，實(shí)現(xiàn)輸入光柵耦合器的光束模場(chǎng)匹配，從而減小耦合損耗。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本實(shí)施例之組立結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2是圖1中硅光芯片表平面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖3是圖1中過(guò)渡基板頂表面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖4是本實(shí)施例簡(jiǎn)要的工作原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合具體實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明的技術(shù)方案，而不應(yīng)當(dāng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0029]在本發(fā)明的描述中，術(shù)語(yǔ)“內(nèi)”、“外”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“頂”、“底”或
“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明而不是要求本發(fā)明必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不應(yīng)當(dāng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0030]請(qǐng)參閱圖1并結(jié)合參閱圖2、圖3所示，是本發(fā)明提供的一種激光器與光柵耦合器的封裝結(jié)構(gòu)，圖1中包括設(shè)在硅基光電芯片(以下簡(jiǎn)稱“硅光芯片”)10上的激光器單元20、準(zhǔn)直透鏡30、隔離器40及反射棱鏡50，其中:
[0031]硅光芯片10呈矩形板塊，并包括表平面11及其依序(從左至右)在表平面11上的第一電極12、第一標(biāo)記13、第二標(biāo)記14、光柵親合器15以及波導(dǎo)層16 (如圖2)；
[0032]激光器單元20包括過(guò)渡基板21和激光器22，還包括暴露在過(guò)渡基板21頂表面(未標(biāo)注)上的第二電極23。請(qǐng)結(jié)合參閱圖3所示，在過(guò)渡基板21頂表面(靠近右側(cè)邊)還設(shè)有與第二電極23相連的焊料部24，在靠近焊料部24處設(shè)有第三標(biāo)記25。在本實(shí)施例中，過(guò)渡基板21對(duì)位第一標(biāo)記13安裝在表平面11上，而激光器22在對(duì)位第三標(biāo)記25時(shí)通過(guò)焊料部24固定在頂表面上。其中，第二電極23包括第三子電極231和第四子電極232，用于連接焊料部24的為第三子電極231，所述焊料部24用于焊接激光器單元20的負(fù)極；所述第四子電極232利用金絲線與激光器單元20的正極連接。
[0033]準(zhǔn)直透鏡30(如圖1)包括第一、第二準(zhǔn)直透鏡(以下簡(jiǎn)稱“第一、第二透鏡”)31、32，其中:第一透鏡31以其光路對(duì)準(zhǔn)激光器22并以直立形式設(shè)于表平面11，