[实用新型]一种易封装的硅光芯片耦合结构及硅基晶圆

说明书

本实用新型提供一种易封装的硅光芯片耦合结构及硅基晶圆，硅基晶圆上设有多个具有该耦合结构的硅光芯片，硅光芯片包括功能区以及设置在功能区外围的耦合区，功能区上设有硅光波导，耦合区上设有至少一个用于放置功能元件的功能元件刻槽，硅光波导与功能元件刻槽之间的耦合区上设有透镜阵列刻槽或透镜刻槽，透镜阵列刻槽内设有硅透镜阵列，透镜刻槽内设有硅透镜，通过硅透镜或硅透镜阵列实现硅光波导与功能元件的耦合。该耦合结构应用于硅光芯片与单模光纤或者激光光源芯片之间的耦合，将小尺寸硅透镜或者硅透镜阵列自动化贴装至硅光芯片特殊的透镜刻槽中，来实现与单模光纤或者激光器芯片的高效率的自动化对准封装，具有高效率、低成本的特点。

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，特别是涉及一种易封装的硅光芯片耦合结构及硅基晶圆。

背景技术

随着云计算、移动互联网、数据中心等的大力建设，全球市场对带宽和宽带网络具有迫切和直接的需求。目前光通信网络正向着集成化、低功耗、智能化和大容量的方向发展，高速光芯片中硅光技术具有低成本、高集成度、大带宽等优点，能够满足不断增长的数据业务、网络资源等的要求，是全球各大厂商积极布局和研发的主要技术之一。然而由于硅光芯片的模斑尺寸较小，与单模光纤耦合面临着耦合插损大、对准精度要求高等问题，是限制硅光技术产业化发展的主要瓶颈之一。如何找到一种低成本、晶圆级的耦合方式已经成为目前硅光芯片/器件/产品等制造供应商的当务之急。

如图1所示，一种方法是在硅光芯片功能区1内用于放置硅光波导2的端面与单模光纤4之间放置透镜或者透镜阵列3，通过调整透镜或者透镜阵列位置，使硅光波导2的模斑尺寸经透镜进行转换，使之与单模光纤4的模斑尺寸匹配，从而实现较低的耦合损耗。这种方式一般需要先将硅光芯片固定后，通过微调透镜或者光纤的位置，找到耦合最优的位置后，通过胶水固定。寻找耦合最优的位置需要采用有源耦合的方式，即需要给硅光芯片施加电流或者外部光源，之后通过出光功率判断耦合的最佳位置。该方法在单通道的硅光芯片耦合中比较适用，然而对于多通道的耦合，则需要分别对每一个透镜或者光纤进行位置调整，方式较为复杂，耦合效率较低，封装成本较高。

如图2所示，另一种方式是通过外部小模斑光纤或者模斑转换器进行模斑匹配。小模斑光纤是一种特殊光纤，模场直径可以在3~8μm范围内订制；模斑转换器是利用玻璃或者SiN等低折射率材料制作的波导芯片，其后端尺寸与单模光纤基本相同，前端渐进至于硅波导尺寸相同，在硅光芯片外部增加PLC（Planar Lightwave Circuit，简称PLC，平面光波导芯片），通过PLC的SiO2波导模斑转换器13实现单模光纤4与硅光芯片功能区1内的硅光波导2耦合；通过这种方式，可以实现单模光纤4与硅光波导2的模式匹配。但是需要额外的模斑转换芯片，尺寸和成本有一定的代价。同时，由于在与硅光波导耦合处模斑尺寸较小，其耦合精度要求较高，对于批量自动化生产并不友好。

综合上述情况，本实用新型专利的目的是提出一种易封装、低成本的硅光波导耦合的方式。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本实用新型提供一种易封装、低成本的硅光芯片耦合结构及硅基晶圆，应用于硅光芯片与单模光纤或者激光光源芯片之间的耦合，将小尺寸硅透镜或者硅透镜阵列无源贴片至硅光芯片的透镜刻槽中，来实现与单模光纤或者激光器芯片的高效率的自动化对准封装，具有高效率、低成本的特点。

本实用新型解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种具有低耦合插损的硅光芯片耦合结构，包括硅光芯片，所述硅光芯片包括功能区以及设置在功能区外围的耦合区，所述功能区上设有硅光波导，所述耦合区上设有至少一个用于放置功能元件的功能元件刻槽，所述硅光波导与功能元件刻槽之间的耦合区上设有透镜阵列刻槽或透镜刻槽，所述透镜阵列刻槽内设有硅透镜阵列，所述透镜刻槽内设有硅透镜，通过硅透镜或硅透镜阵列实现硅光波导与功能元件的耦合。单个的硅透镜用于单通道耦合的情况，硅透镜阵列是由多个硅透镜组成，用于多通道耦合的情况。