[发明专利]一种背向散射光栅耦合封装结构的光子芯片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电集成和光互连技术领域，尤其涉及一种背向散射光栅耦合封装结构的光子芯片及其制造方法。

背景技术

光子芯片在片内和片外都需要高效率、大带宽、易集成的光耦合结构。光子芯片常用耦合方式有两种，一是采用端面水平耦合结构，二是片上垂直耦合结构。光栅耦合器属于垂直耦合结构，是利用片上光波导的垂直衍射光场实现光信号输入或输出芯片,具有易于在线片上测试、不需要晶圆或芯片预处理、也没有严格的空间限制等优点。

如何提高光栅和光纤的耦合效率一直是光电封装的研究热门领域。现有技术中有很多增强耦合效率的方法，如增加多层介质反射镜、金属反射镜、覆盖层以及利用slot效应的大占空比光栅结构等，一是改善光栅耦合场与光纤模式场的重叠积分，改善耦合效率，二是提高光栅的带宽，同时使耦合对偏振不敏感。

除了光栅器件本身性能的改进，考虑光栅应用的形式和场景和重要。光栅一般和光子器件集成形成光器件，光栅和光子器件采用CMOS等工艺加工而成，基于SOI衬底的硅基光子学得到了快速的发展，光子器件和光栅都加工在顶层硅上，光栅的出射方向为正面散射(不穿过埋氧层)，器件互连的焊盘也是在顶层。随着互连速率的增加，光器件顶层焊盘和外界使用金丝连接，一方面金丝限制了互连的速度，二是集成的密度很难提升。

为了提高光子芯片的集成度和互连的速度，现有技术中提出了一种光子芯片采用倒装的形式。如图1所示，光子芯片采用倒装时，光栅在沿着波导方向X定位精度、垂直波导方向Y定位以及Z方向定位精度极大的影响了耦合功率，而对垂直波导方向Y的定位更加的敏感。

但是，现有技术中的光子芯片采用倒装的形式的结构很难寻找到耦合功率最大的位置。

发明内容

本申请提供一种背向散射光栅耦合封装结构的光子芯片及其制造方法，解决了现有技术中的光子芯片采用倒装时很难寻找到耦合功率最大的位置的技术问题。

本申请提供一种背向散射光栅耦合封装结构的光子芯片，所述光子芯片包括：光纤；光电子器件，带有背向散射光栅，所述光电子器件包括：顶层硅，所述背向散射光栅设置于所述顶层硅上；体硅，被部分刻蚀掉形成相连通的夹具安装槽和光纤导向槽；埋氧层，设置于所述顶层硅和所述体硅之间；下夹具，安装在所述夹具安装槽内；上夹具，将所述光纤压于所述下夹具之上，所述光纤的端部位于所述光纤导向槽内，使得所述光纤与垂直于所述体硅表面的方向的夹角与所述背向散射光栅的散射角一致；其中，所述下夹具可在所述夹具安装槽内移动，以带动所述光纤的端部在所述光纤导向槽内移动，以调整所述光纤在光纤传输方向上的耦合位置。

优选地，所述光纤导向槽在垂直于所述光纤传输方向上的宽度比单模裸光纤的直径大2-6微米。

优选地，所述光纤的端部的端面为垂直端面或斜面端面。

本申请还提供一种背向散射光栅耦合封装结构的光子芯片的制造方法，用于制造所述的光子芯片，所述制造方法包括：

获得所述光电子器件；

将所述体硅部分刻蚀掉，形成所述夹具安装槽和所述光纤导向槽；

将所述下夹具安装在所述夹具安装槽内，通过所述上夹具将所述光纤压于所述下夹具之上，且将所述光纤的端部置于所述光纤导向槽内，使得所述光纤与垂直于所述体硅表面的方向的夹角与所述背向散射光栅的散射角一致；

控制所述下夹具在所述夹具安装槽内移动，带动所述光纤的端部在所述光纤导向槽内移动，以调整所述光纤在光纤传输方向的耦合位置，获得所述光子芯片。

优选地，所述夹具安装槽和所述光纤导向槽的蚀刻深度均为体硅的厚度。

优选地，所述夹具安装槽和所述光纤导向槽采用一次蚀刻成型。

本申请有益效果如下：

上述光子芯片通过将体硅部分刻蚀掉，形成相连通的夹具安装槽和光纤导向槽，并在夹具安装槽内安装下夹具，再通过上夹具将所述光纤压于所述下夹具之上，所述光纤的端部位于所述光纤导向槽内，使得所述光纤与垂直于所述体硅表面的方向的夹角与光栅散射角一致，最后通过下夹具可在所述夹具安装槽内移动，以带动所述光纤的端部在所述光纤导向槽内移动，以调整所述光纤在光纤传输方向上的耦合位置，从而保证光纤能够达到最大的耦合点，解决了现有技术中的光子芯片采用倒装时很难寻找到耦合功率最大的位置的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。