[发明专利]半导体激光器芯片与硅光芯片的耦合结构及耦合方法

权利要求书

1.一种半导体激光器芯片与硅光芯片的耦合结构，包括：

激光器单元，其包含有激光器芯片；

硅光芯片，其上设有波导；以及

刻蚀槽，其设置在硅光芯片的耦合端，用于连接激光器单元和硅光芯片。

2.根据权利要求1所述的耦合结构，其特征在于，

所述激光器单元还包括：

衬底；

热沉，其设置在衬底上，所述激光器芯片设置在热沉上；以及

热敏电阻，其设置在热沉上；

作为优选，所述衬底为用于为激光器单元散热的制冷器；

作为优选，所述热沉采用的材料包括氮化铝或氧化铝。

3.根据权利要求1所述的耦合结构，其特征在于，

所述半导体激光器芯片与硅光芯片的耦合结构还包括用于补偿激光器芯片与硅光芯片之间高度差的垫块，所述垫块设置硅光芯片下方；

作为优选，所述硅光芯片和垫块之间通过固化胶固定；

作为优选，所述固化胶包括紫外固化胶。

4.根据权利要求1所述的耦合结构，其特征在于，

所述硅光芯片上设有用于匹配激光器芯片出光光模场到硅光芯片光模场的模斑变换组件，模斑变换组件设在所述硅光芯片靠近耦合端的一侧；

作为优选，所述模斑变换组件呈楔形，所述楔形的尖端指向硅光芯片的耦合端；

作为优选，所述模斑变换组件包括模斑变换结构；

作为优选，所述激光器芯片出光光模场为3-5平方微米；

作为优选，所述硅光芯片光模场为0.1-0.5平方微米。

5.根据权利要求1所述的耦合结构，其特征在于，

所述刻蚀槽内耦合端面上设有用于降低耦合损耗和/或降低反射波对激光器干扰的增透膜。

6.根据权利要求1所述的耦合结构，其特征在于，

所述耦合结构在光场转换中的仿真总损耗小于1dB；

作为优选，所述仿真总损耗包括传输损耗和耦合损耗；

作为优选，所述耦合结构中的激光器单元的RIN噪声小于-150dBc/Hz。

7.一种如权利要求1-5任一项所述耦合结构的制备方法，包括如下步骤：

(1)在硅光芯片的耦合端面设置用于和激光器单元中的激光器芯片耦合的刻蚀槽，得到硅光芯片一；

(2)在激光器单元的衬底上需要连接硅光芯片的位置上设置垫块；

(3)将激光器芯片的有源区与硅光芯片一的波导对准后，在硅光芯片的刻蚀槽内与激光器芯片之间设置折射率匹配胶，在垫块与硅光芯片之间设置固定胶固定，即得到所述的耦合结构。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，

步骤(1)中所述刻蚀槽是通过深刻蚀工艺形成的；

作为优选，步骤(2)中所述的激光器单元包括衬底、设置在衬底上的热沉、均设置在热沉上的激光器芯片和热敏电阻；

作为进一步优选，所述的激光器单元是将激光器芯片与热敏电阻、热沉、衬底通过共晶焊和/或金丝键合的方法形成的；

作为优选，步骤(2)中所述垫块的长度和宽度均大于硅光芯片的长度和宽度；

作为优选，步骤(2)中所述垫块的高度小于激光器芯片有源区与硅光芯片的波导的高度差。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，

步骤(3)中将激光器芯片的有源区与硅光芯片一的波导对准步骤中所述的对准方法包括：通过六维调节架和夹具调节硅光芯片的位置，波导的输出端用探测器监测功率输出，当功率达到最大值时，激光器芯片与硅光芯片一所处的位置即为激光器芯片的有源区与硅光芯片一的波导对准的位置；

作为优选，所述探测器的光敏面的直径为5-10mm；

作为优选，步骤(1)结束后、步骤(2)开始前在步骤(1)所述刻蚀槽内的耦合端面设置增透膜；

作为优选，在步骤(1)开始前先在硅光芯片靠近耦合端的一侧设置模斑变换组件。

10.一种光电集成系统，其特征在于，内含有如权利要求1-6任一项所述耦合结构或如权利要求7-9任一项所述制备方法得到的耦合结构。