[发明专利]基于硅光子的可调谐激光装置和其封装结构

说明书

本发明涉及基于硅光子的可调谐激光装置和其封装结构。一种基于硅光子的可调谐激光装置，包括基板，基板配置有图案化区域，包括：一个或多个垂直限位器、面向第一方向的边缘限位器、沿着第一方向形成在图案化区域中的第一对准特征结构、以及设置在垂直限位器之间的接合垫；此外，可调谐激光器包括：集成耦合器，内置于基板中、位于边缘限位器处；以及激光二极管芯片，包括由P型电极覆盖的增益区域和在P型电极以外形成的第二对准特征结构。激光二极管芯片通过P型电极附接至接合垫并且增益区域耦合至集成耦合器的方式被翻转成抵靠一个或多个垂直限位器。而且，可调谐激光器包括被装配在基板中并且经由线形波导耦合至集成耦合器的调谐滤波器。

技术领域

本发明涉及基于硅光子的可调谐激光装置和其封装结构。

背景技术

在过去几十年，通信网络的使用激增。在早期互联网中，流行的应用程序仅局限于电子邮件、公告牌、且大多是信息性和基于文本的网页浏览，并且传输的数据量通常相对较小。如今，互联网与移动应用程序需要大量带宽来传输照片、视频、音乐、以及其他多媒体文件。例如，类似Facebook的社交网络每天处理超过500TB的数据。由于对数据及数据传输如此高的需求下，需要对已有的数据通信系统进行改善来解决这些需求。

优于现有的单模光纤的40-Gbit/s以及100-Gbit/s数据速率的宽带DWDM(密集波分多路复用)光学传输是新一代光纤通信网络的目标。对于许多应用程序(诸如宽带DWDM通信和波长主导的光探测与测距(LIDAR)感测等)，芯片级的广泛可调谐的激光器引起了人们的兴趣。最近，将光学部件被集成在用于制造与微电子芯片共存的大型光子集成电路的Si(硅)基板上。主要在绝缘体上硅(SOI)平台中论证了各种各样的光子部件，包括滤波器、(解)多路复用器、分束器、调制器、以及光电检测器。由于Si(n＝3.48)及其氧化物SiO₂(n＝1.44)是透明的并且形成完美地适合于中度至高度集成的光子集成电路(PIC)的高指数对比度、高度限制的波导，SOI平台尤其适合于1300nm和1550nm的标准DWDM通信波段。

发明内容

本发明涉及一种光通信技术。更具体地，本发明提供一种基于硅光子的可调谐激光器。尽管其他应用是可能的，但本发明仅通过实施例公开了这样一种可广泛调谐的激光器，即，包括经由翻转芯片通过P侧向下集成与基于InP的增益区域集成的硅光子热调谐部，以获得大于40nm的宽带DWDM光学通信。

在当代的电互连系统中，高速串行链路已经取代了并行的数据总线，并且由于CMOS技术的发展，串行链路速度正在迅速提高。遵循摩尔定律，互联网带宽几乎每两年都要加倍。但是，摩尔定律将在未来十年内终结。标准的CMOS硅晶体管将在5nm左右停止增长。并且互联网带宽增加由于生产规模而将处于平稳状态。但是，互联网与移动应用程序不断地需要超大的带宽来传输照片、视频、音乐、以及其他多媒体文件。本公开描述了除摩尔定律以外改善通信带宽的技术和方法。

在实施方式中，本发明提供一种基于硅光子的可调谐激光装置。可调谐激光装置包括基板，基板配置有图案化区域，包括：一个或多个垂直限位器、面向第一方向的边缘限位器、沿着第一方向形成在图案化区域中的第一对准特征结构、以及设置在垂直限位器之间的接合垫。可调谐激光装置还包括内置于基板中、位于边缘限位器处的集成耦合器。此外，可调谐激光装置包括激光二极管芯片，激光二极管芯片包括由P型电极覆盖的增益区域和在P型电极以外形成的第二对准特征结构，激光二极管芯片通过P型电极附接至接合垫并且增益区域耦合至集成耦合器的方式被翻转成抵靠一个或多个垂直限位器。进一步地，可调谐激光装置包括被装配在基板中并且经由线形波导耦合至集成耦合器的可调谐滤波器。