[发明专利]光电器件阵列与光纤阵列的无源耦合方法及其组件制备

说明书

技术领域

本发明涉及光通信技术中光电器件阵列的光耦合封装技术领域，尤其涉及一种光电器件阵列与光纤阵列的无源耦合方法及其组件制备。具体而言，本发明涉及面发射或面接收的光电器件阵列，例如垂直腔面发射激光器(VCSEL)和面接收的光探测器(PIN)阵列，与多模光纤阵列间的无源耦合方法，以及用于光电器件阵列输入或输出光耦合的多模光纤阵列定位组件的制备装置方法。

背景技术

随着光通信网络，特别是光纤接入网和光纤到户的发展，以及大容量交换设备和传输设备间数据传输量的与日俱增，使得VCSEL/PIN阵列组成的光收发结构成为实现高速短距离光通信和并行光互联的合适光通信模式。

垂直腔面发射激光器(VCSEL)与侧向端面出光的边发射激光器在器件结构上有很大差别，顾名思义其发射光束垂直于芯片表面，这使得VCSEL易于制成一维或二维阵列，有利于大量低成本生产。同时VCSEL还具有低阀值、低功耗、圆形光束分布、易实现单纵模等优点。

目前，短波长的VCSEL(如0.85～0.95μm波段)制备技术较为成熟，已经有高速(2.5～10GHz)1×12VCSEL阵列产品。在光电器件阵列中的每一个发射或接收单元与光纤阵列中的每一根光纤之间，实现一对一的高效率、高可靠、低成本的光耦合，是光电器件阵列实用化的关键技术之一，要求耦合方案简单、紧凑、稳定。

对于VCSEL阵列与多模光纤阵列的耦合方法，较普遍的是利用45°角镜面反射将光的传输方向改变90°，如将裸光纤端头加工成45°表面(见中国专利03128028.5)，也有在(100)晶向的硅衬底上利用各向异性的湿法腐蚀和干法刻蚀相结合的方法制作光纤插入的导通孔(见美国专利6,626,585)。上述美国专利中两步法制光纤插入通孔的方法需要在硅片一面(记为A面)先进行各向异性的湿法腐蚀，最后从硅片另一面(记为B面)再干法刻蚀完成通孔。从工艺实现方面来看，这种方法的适用场合受到限制。

例如当进行干法刻蚀前B面上已存在有一定结构，而且在这些结构的全部或者一部分表面上无法制作干法刻蚀所需掩膜时的情况。另外上述美国专利中所述的在(100)硅衬底上各向异性的湿法腐蚀出的孔是倒金字塔形的方孔，倾角为54.7度，这样A面上形成的方形孔尺寸较大。专利中提到的典型值为870微米，而目前光电器件阵列和光纤带产品的典型周期为250微米，大尺寸的通孔不满足光电器件阵列和光纤带对间距的要求。

另外上述美国专利中也没有涉及到关于光纤插入深度的精确控制方法，而缺少对光纤插入深度的控制可能导致两种后果：

(1)光纤插入过浅，使得光纤端面离VCSEL发光面的距离较远，影响VCSEL与光纤间的光耦合效率；

(2)光纤插入过深，使得光纤端面戳到VCSEL发光面，会导致VCSEL激光器损坏。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种光电器件阵列与光纤阵列的无源耦合方法，以提高定位的精确度和耦合的效率，降低实现工艺的复杂度。

本发明的另一个目的在于提供一种制备光纤阵列的装置，以实现对光纤插入深度的精确控制。

本发明的另一个目的在于提供一种制备光纤阵列的方法，以实现对光纤插入深度的精确控制。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种光电器件阵列与光纤阵列的无源耦合方法，该方法包括：

对基片一面进行深刻蚀形成穿透整个基片的微通孔阵列；

将光电器件阵列倒扣安装在基片另一面，且光电器件阵列中的每个管芯的有源区与微通孔阵列中对应的每个微通孔中心轴线垂直对准；

将光纤阵列插入微通孔阵列并固定；

其中，在将光纤阵列插入微通孔阵列并固定的步骤中，光纤间的精确定位依靠一对单晶硅片上平行等间距的V型槽阵列来实现，在单晶硅片上生长二氧化硅或氮化硅或二氧化硅和氮化硅叠层，作为硅腐蚀的阻挡层，利用半导体光刻工艺在上述阻挡层上开出平行等间距的条形窗口阵列，窗口间距等于光电器件阵列中的管芯间距，通过各向异性湿法腐蚀出V型槽阵列，完成上基板和下基板，将下基板V型槽开口向上水平放置，将N根光纤平行排列在V型槽内，将上基板V型槽开口向下扣在下基板上，将N根光纤嵌在上基板的V型槽中；