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CN115236807A - 端面耦合对准方法、半导体器件 - Google Patents

端面耦合对准方法、半导体器件 Download PDF

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CN115236807A
CN115236807A CN202110438165.7A CN202110438165A CN115236807A CN 115236807 A CN115236807 A CN 115236807A CN 202110438165 A CN202110438165 A CN 202110438165A CN 115236807 A CN115236807 A CN 115236807A
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China
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waveguide
laser
silicon
optical
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United Microelectronics Center Co Ltd
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Abstract

一种端面耦合对准方法、半导体器件,所述方法包括:提供激光器芯片所述激光器芯片中包含光波导和激光器;提供硅光芯片,所述硅光芯片具有凹槽,且包含第一硅光波导和第二硅光波导,所述第一硅光波导包括第一波导部分和第二波导部分;将所述激光器芯片的至少一部分放置至所述硅光芯片的凹槽内,所述激光器的发射端朝向所述第二硅光波导,所述第一波导部分与第二波导部分之间间隔有所述光波导;向所述第一波导部分输入光信号,所述光信号经由所述光波导和所述第二波导部分输出;检测所述光信号的输出光强,并确定所述输出光强最大时所述激光器芯片相对于所述硅光芯片的位置,作为所述激光器芯片的对准位置。本发明可以实现无源对准。

Description

端面耦合对准方法、半导体器件
技术领域
本发明涉及光电技术领域,尤其涉及一种端面耦合对准方法、半导体器件。
背景技术
在现有的硅光工艺中,采用外置的Ⅲ-Ⅳ族激光器来做光源,通过外延生长或耦合对准的方式实现光源的输入。具体而言,硅材料属于间接半导体材料,材料本身难以制作成激光器元件,因此需要采用外置激光器,配合光学元器件系统,包括各类无源器件、电光调制器和光电探测器等,实现其功能。
在具体应用中,通过激光器芯片与硅光子芯片耦合对准的方式实现激光器光源的耦合,目前用以硅光子器件与光源耦合对准的结构主要为端面耦合结构以及光栅耦合器结构。由于光栅耦合具有带宽太窄,且对偏振敏感的特点,在许多场景下难以满足应用需求,因此,能够克服上述缺点的端面耦合得到了广泛重视及研究。
然而,在现有的端面耦合对准技术中,对准容差较低,对于对准设备的精度要求较高,且需要在封装过程中对激光器进行加电,进行有源对准,导致生产成本较高,封装夹具的设计复杂度较大。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种端面耦合对准方法、半导体器件,可以采用激光器芯片中光波导的对准指示激光器的对准,从而实现无源对准,降低对于对准设备的精度要求,有效降低生产成本以及封装夹具的设计复杂度。
为解决上述技术问题,本发明实施例提供一种端面耦合对准方法,包括:提供激光器芯片所述激光器芯片中包含光波导和激光器;提供硅光芯片,所述硅光芯片具有凹槽,且包含第一硅光波导和第二硅光波导,所述第一硅光波导包括第一波导部分和第二波导部分;将所述激光器芯片的至少一部分放置至所述硅光芯片的凹槽内,所述激光器的发射端朝向所述第二硅光波导,所述第一波导部分与第二波导部分之间间隔有所述光波导,且所述光波导的第一端朝向所述第一波导部分,所述光波导的第二端朝向所述第二波导部分;向所述第一波导部分输入光信号,所述光信号经由所述光波导和所述第二波导部分输出;检测所述光信号的输出光强,并确定所述输出光强最大时所述激光器芯片相对于所述硅光芯片的位置,作为所述激光器芯片的对准位置。
可选的,所述激光器发射激光的方向平行于所述光波导的延伸方向。
可选的,满足以下一项或多项:所述光波导与激光器位于同一水平面;所述第一波导部分与第二波导部分位于同一水平面。
可选的,将所述激光器芯片的至少一部分放置至所述硅光芯片的凹槽内包括:采用无源设备吸取和夹持所述激光器芯片。
可选的,所述激光器芯片固定连接有转接板,所述转接板的表面面积大于凹槽的开口面积,在将所述激光器芯片的至少一部分放置至所述硅光芯片的凹槽内的过程中,所述转接板的一部分悬置在所述硅光芯片的顶部表面;在确定所述输出光强最大时所述激光器芯片相对于所述硅光芯片的位置之后,所述对准方法还包括:向所述转接板与硅光芯片的接触面提供黏性材料,并同时调整所述转接板的高度位置和水平位置,直至所述转接板的高度位置和水平位置满足所述激光器芯片的对准位置;对所述黏性材料进行固化处理。
可选的,所述硅光芯片的凹槽底部表面预置有一个或多个凸块,将所述激光器芯片的至少一部分放置至所述硅光芯片的凹槽内的过程中,所述激光器芯片的表面朝向所凸块且与所述凸块之间具有间隔;在确定所述输出光强最大时所述激光器芯片相对于所述硅光芯片的位置之后,所述对准方法还包括:向所述激光器芯片与所述硅光芯片之间提供黏性材料,直至满足所述激光器芯片的对准位置;对所述黏性材料进行固化处理。
可选的,所述硅光芯片的凹槽底部表面预置有一个或多个凸块和黏性材料,将所述激光器芯片的至少一部分放置至所述硅光芯片的凹槽内的过程中,所述激光器芯片的表面朝向所述凸块且与所述凸块之间具有间隔;在确定所述输出光强最大时所述激光器芯片相对于所述硅光芯片的位置之后,所述对准方法还包括:挤压所述激光器芯片与所述硅光芯片之间的黏性材料,直至满足所述激光器芯片的对准位置;对所述黏性材料进行固化处理。
可选的,在挤压所述激光器芯片与所述硅光芯片之间的黏性材料之前,还包括:向所述激光器芯片与所述硅光芯片之间补充提供所述黏性材料。
可选的,所述凸块是对所述硅光芯片的底部表面进行刻蚀形成的。
可选的,所述黏性材料选自:导热胶以及焊料。
为解决上述技术问题,本发明实施例提供一种半导体器件,包括:激光器芯片,所述激光器芯片中包含光波导和激光器;硅光芯片,所述硅光芯片具有凹槽,且包含第一硅光波导和第二硅光波导,所述第一硅光波导包括第一波导部分和第二波导部分;其中,所述激光器芯片的至少一部分位于所述硅光芯片的凹槽内,所述激光器的发射端朝向所述第二硅光波导,所述第一波导部分与第二波导部分之间间隔有所述光波导,且所述光波导的第一端朝向所述第一波导部分,所述光波导的第二端朝向所述第二波导部分;所述激光器芯片相对于硅光芯片的位置为经由所述第一波导部分、光波导和第二波导部分输出的光信号的输出光强最大时的位置。
可选的,所述激光器发射激光的方向平行于所述光波导的延伸方向。
可选的,满足以下一项或多项:所述光波导与激光器位于同一水平面;所述第一波导部分与第二波导部分位于同一水平面。
与现有技术相比,本发明实施例的技术方案具有以下有益效果:
在本发明实施例中,通过设置激光器芯片中还包含光波导,硅光芯片中还包含第一硅光波导,且在对准时所述第一波导部分与第二波导部分之间间隔有所述光波导,且所述光波导的第一端朝向所述第一波导部分,所述光波导的第二端朝向所述第二波导部分,可以采用第一硅光波导的两部分与光波导的对准情况,指示激光器的发射端与第二硅光波导的对准情况,进而在输出光强最大时,证明第一硅光波导的两部分与光波导已经实现较好的对准,以及指示此时激光器的发射端与第二硅光波导也已实现对准,从而可以在未对激光器进行加电的情况下,实现无源对准,相比于现有技术中,需要对激光器进行加电,进行有源对准,采用本发明实施例的方案,可以采用激光器芯片中光波导的对准指示激光器的对准,从而实现无源对准,降低对于对准设备的精度要求,有效降低生产成本以及封装夹具的设计复杂度。
进一步,所述激光器发射激光的方向平行于所述光波导的延伸方向,可以进一步使得第一硅光波导的两部分与光波导的对准情况能够更加精准地指示激光器的发射端与第二硅光波导的对准情况,从而提高通过光波导的对准性指示激光器的对准的精准性。
进一步,所述光波导与激光器位于同一水平面,所述第一波导部分与第二波导部分位于同一水平面,可以进一步使得第一硅光波导的两部分与光波导的对准情况能够更加精准地指示激光器的发射端与第二硅光波导的对准情况,并且可以在制造激光器芯片以及硅光芯片时,采用同层工艺制造,有效降低工艺复杂度。
进一步,所述激光器芯片固定连接有转接板,向所述转接板与硅光芯片的接触面提供黏性材料,并同时调整所述转接板的高度位置和水平位置,直至所述转接板的高度位置和水平位置满足所述激光器芯片的对准位置,可以基于转接板实现对激光器芯片和硅光芯片的无源封装,且由于转接板的表面尺寸较大,可以进一步降低对封装夹具的需求。
进一步,所述硅光芯片的凹槽底部表面预置有一个或多个凸块,向所述激光器芯片与所述硅光芯片之间提供黏性材料,直至满足所述激光器芯片的对准位置,可以基于凸块实现对激光器芯片和硅光芯片的封装。
附图说明
图1是现有技术中一种端面耦合对准结构的示意图;
图2是本发明实施例中一种端面耦合对准方法的流程图;
图3至图9是本发明实施例中第一种端面耦合对准方法中各步骤对应的器件结构示意图;
图10至图16是本发明实施例中第二种端面耦合对准方法中各步骤对应的器件结构示意图。
具体实施方式
如前所述,在现有的端面耦合对准技术中,对准容差较低,对于对准设备的精度要求较高,且需要在封装过程中对激光器进行加电,进行有源对准,导致生产成本较高,封装夹具的设计复杂度较大。
参照图1,图1是现有技术中一种端面耦合对准结构的示意图。
具体地,所述端面耦合对准结构可以包括硅光芯片101以及激光器102,其中,所述硅光芯片101内可以含有波导111,激光器102发出的光需要进入波导111内,因此需要实现激光器102与波导111之间的精准端面耦合。
本发明的发明人经过研究发现,在现有技术中,优化后的端面耦合容差一般在微米级,对于封装设备要求较高,为满足高精度对准,需要采用有源封装,从而可以实时地根据激光器102发射出的激光的方向调整对准。由于激光器102的芯片尺寸往往较小,在封装过程中对激光器进行加电,提高了封装夹具的设计难度。
在本发明实施例中,通过设置激光器芯片中还包含光波导,硅光芯片中还包含第一硅光波导,且在对准时所述第一波导部分与第二波导部分之间间隔有所述光波导,且所述光波导的第一端朝向所述第一波导部分,所述光波导的第二端朝向所述第二波导部分,可以采用第一硅光波导的两部分与光波导的对准情况,指示激光器的发射端与第二硅光波导的对准情况,进而在输出光强最大时,证明第一硅光波导的两部分与光波导已经实现较好的对准,以及指示此时激光器的发射端与第二硅光波导也已实现对准,从而可以在未对激光器进行加电的情况下,实现无源对准,相比于现有技术中,需要对激光器进行加电,进行有源对准,采用本发明实施例的方案,可以在达到同一对准程度的情况下,通过实现无源对准,降低对于对准设备的精度要求,有效降低生产成本以及封装夹具的设计复杂度。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参照图2,图2是本发明实施例中一种端面耦合对准方法的流程图。所述端面耦合对准方法可以包括步骤S21至步骤S25:
步骤S21:提供激光器芯片,所述激光器芯片中包含光波导和激光器;
步骤S22:提供硅光芯片,所述硅光芯片具有凹槽,且包含第一硅光波导和第二硅光波导,所述第一硅光波导包括第一波导部分和第二波导部分;
步骤S23:将所述激光器芯片的至少一部分放置至所述硅光芯片的凹槽内,所述激光器的发射端朝向所述第二硅光波导,所述第一波导部分与第二波导部分之间间隔有所述光波导,且所述光波导的第一端朝向所述第一波导部分,所述光波导的第二端朝向所述第二波导部分;
步骤S24:向所述第一波导部分输入光信号,所述光信号经由所述光波导和所述第二波导部分输出;
步骤S25:检测所述光信号的输出光强,并确定所述输出光强最大时所述激光器芯片相对于所述硅光芯片的位置,作为所述激光器芯片的对准位置。
需要指出的是,本实施例中各个步骤的序号并不代表对各个步骤的执行顺序的限定,如并不限定步骤S21以及步骤S22中先提供激光器芯片还是先提供硅光芯片。
下面结合图3至图9对上述各个步骤进行说明。
图3至图9是本发明实施例中第一种端面耦合对准方法中各步骤对应的器件结构示意图。
结合参照图3和图4,图3是图4沿切割线A1-A2的剖面图。
具体地,提供硅光芯片201,所述硅光芯片201具有凹槽204,且包含第一硅光波导210和第二硅光波导220,所述第一硅光波导210包括第一波导部分211和第二波导部分212,所述第二硅光波导220与光路器件230连接。
更具体而言,所述硅光芯片201中还可以包括有源功能器件,以及包括耦合光栅等无源器件。可以是在形成有源功能器件以及无源器件之后,采用深刻蚀开孔工艺形成所述凹槽204的。
结合参照图5和图6,图5是图6沿切割线B1-B2的剖面图。
具体地,提供激光器芯片301,所述激光器芯片301中包含光波导320和激光器310。
进一步地,所述激光器310发射激光的方向可以平行于所述光波导320的延伸方向。
在本发明实施例中,通过设置所述激光器310发射激光的方向平行于所述光波导320的延伸方向,可以使得光波导320的方向能够更准确地指示激光器310的方向,进一步使得第一硅光波导210的两部分与光波导320的对准情况能够更加精准地指示激光器310的发射端与第二硅光波导220的对准情况,从而提高通过光波导320的对准性指示激光器的对准的精准性。
进一步地,满足以下一项或多项:所述光波导320与激光器310位于同一水平面;所述第一波导部分211与第二波导部分212位于同一水平面。
在本发明实施例中,通过设置所述光波导320与激光器310位于同一水平面,所述第一波导部分211与第二波导部分212位于同一水平面,可以进一步使得第一硅光波导210的两部分与光波导320的对准情况能够更加精准地指示激光器310的发射端与第二硅光波导210的对准情况,并且可以在制造激光器芯片301以及硅光芯片201时,采用同层工艺制造,有效降低工艺复杂度。
在具体实施中,光波导320与激光器310之间的距离可以和第二波导部分212与第二硅光波导220之间的距离相等,光波导320与激光器310之间的偏移角度可以和第二波导部分212与第二硅光波导220之间的偏移角度相等,从而使得光波导320与激光器310对准时,第二波导部分212与第二硅光波导220也能实现对准。
进一步地,因此光波导320的轴心与激光器310的轴心之间的距离,可以和第二波导部分212的轴心与第二硅光波导220的轴心之间的距离相等,光波导320的轴心与激光器310的轴心之间的偏移角度,可以和第二波导部分212的轴心与第二硅光波导220的轴心之间的偏移角度相等,从而使得在光波导320、激光器310、第二波导部分212以及第二硅光波导220的宽度(或周长)不一致的情况下,光波导320与激光器310对准时,第二波导部分212与第二硅光波导220也能实现对准。
参照图7,所述激光器芯片301固定连接有转接板340,所述转接板的表面面积大于凹槽201(参照图3)的开口面积。
在具体实施中,可以设置激光器芯片301与转接板340封装,通过金属焊接或打线实现激光器310的电极电路连接,然而在本发明实施例中,并不依赖转接板的有源设置,即可在无源的情况下实现对准。
结合参照图8和图9,图8是图9沿切割线A1-A2的剖面图。
具体地,将所述激光器芯片301的至少一部分放置至所述硅光芯片201的凹槽内,所述激光器310的发射端朝向所述第二硅光波导220,所述第一波导部分211与第二波导部分212之间间隔有所述光波导320,且所述光波导320的第一端朝向所述第一波导部分211,所述光波导320的第二端朝向所述第二波导部分212。
在将所述激光器芯片301的至少一部分放置至所述硅光芯片201的凹槽内的过程中,所述转接板340的一部分悬置在所述硅光芯片201的顶部表面。
向所述第一波导部分211输入光信号,如虚线所示,所述光信号经由所述光波导320和所述第二波导部分212输出,检测所述光信号的输出光强,并确定所述输出光强最大时所述激光器芯片301相对于所述硅光芯片201的位置,作为所述激光器芯片301的对准位置。
具体地,可以在输入光信号的过程中,将所述激光器芯片301在所述硅光芯片201的凹槽内进行位置调整(例如上下左右移动),同时检测所述光信号的输出光强,直至所述输出光强最大,记为所述激光器芯片301与硅光芯片201的对准位置。
需要指出的是,所述输出光强用于指示光波导320与第二波导部分212之间的对准情况,所述输出光强最大用于指示光波导320与第二波导部分212之间对得最准的状态,如前所述,光波导320与激光器310之间的距离可以和第二波导部分212与第二硅光波导220之间的距离相等,则在所述输出光强最大时,激光器310与第二硅光波导220也对得最准。
在本发明实施例中,通过设置激光器芯片301中还包含光波导320,硅光芯片201中还包含第一硅光波导210,且在对准时所述第一波导部分211与第二波导部分212之间间隔有所述光波导320,且所述光波导320的第一端朝向所述第一波导部分211,所述光波导320的第二端朝向所述第二波导部分212,可以采用第一硅光波导211的两部分与光波导320的对准情况,指示激光器310的发射端与第二硅光波导212的对准情况,进而在输出光强最大时,证明第一硅光波导211的两部分与光波导320已经实现较好的对准,以及指示此时激光器310的发射端与第二硅光波导212也已实现对准,从而可以在未对激光器310进行加电的情况下,实现无源对准。
需要指出的是,相比于现有技术中,需要对激光器310进行加电,进行有源对准,采用本发明实施例的方案,可以采用激光器芯片301中光波导320的对准指示激光器310的对准,从而实现无源对准,降低对于对准设备的精度要求,有效降低生产成本以及封装夹具的设计复杂度。
进一步地,将所述激光器芯片的至少一部分放置至所述硅光芯片的凹槽内包括:采用无源设备400吸取和夹持所述激光器芯片301。
具体地,所述无源设备400可以选自:吸头、吸盘、抓手、夹子等无源夹具。
在本发明实施例中设计上述无源设备的过程中,无需考虑在移动激光器芯片301的过程中的供电需求,因此可以选自常规的无源夹具,降低设计和应用的复杂度,提高生产效率。
进一步地,在确定所述输出光强最大时所述激光器芯片301相对于所述硅光芯片201的位置之后,可能存在转接板340悬空地位于硅光芯片201的表面的情况,如图9所示,然后可以对转接板340以及激光器芯片301进行固定。
具体地,所述对准方法还包括:向所述转接板340与硅光芯片201的接触面提供黏性材料,并同时调整所述转接板340的高度位置和水平位置,直至所述转接板340的高度位置和水平位置满足所述激光器芯片301的对准位置;对所述黏性材料进行固化处理。
在本发明实施例中,所述激光器芯片301固定连接有转接板340,向所述转接板340与硅光芯片201的接触面提供黏性材料,并同时调整所述转接板340的高度位置和水平位置,直至所述转接板340的高度位置和水平位置满足所述激光器芯片301的对准位置,可以基于转接板340实现对激光器芯片301和硅光芯片201的无源封装,且由于转接板340的表面尺寸较大,可以进一步降低对封装夹具的需求。
进一步地,所述黏性材料可以是黏度系数在预设黏度系数范围内的材料。其中,所述黏度系数也可以称为粘度系数,描述液体黏度(粘度)性质的物理量。
可以理解的是,所述预设黏度系数范围的上限不能过高,否则黏度过大、材料过硬容易导致位置调整的准确性下降;所述预设黏度系数范围的下限不能过低,否则黏度过小、材料过软容易导致难以在位置上进行固定。
具体地,受到所述预设黏度系数范围的限制,所述黏性材料可以选自:导热胶以及焊料。
其中,所述焊料可以是用于填加到焊缝、堆焊层和钎缝中的金属合金材料,可以采用常规焊料的组分,本申请对此不作限制。
具体地,所述导热胶和焊料均具有流动性,且能够通过固化工艺进行固化,尤其适合本申请中的先确定相对位置,再通过黏性材料进行位置固化的情况。
参照图10至图16,图10至图16是本发明实施例中第二种端面耦合对准方法中各步骤对应的器件结构示意图。
结合参照图10和图11,图10和图11沿切割线C1-C2的剖面图。
具体地,提供硅光芯片501,所述硅光芯片501具有凹槽504,且包含第一硅光波导510和第二硅光波导520,所述第一硅光波导510包括第一波导部分511和第二波导部分512,所述第二硅光波导520与光路器件530连接。
所述硅光芯片501的凹槽底部表面预置有一个或多个凸块550。
进一步地,所述凸块550可以是对所述硅光芯片501的底部表面进行刻蚀形成的。
具体而言,可以采用两步刻蚀(Etch)工艺实现在硅光芯片501内形成凹槽504和凸块550。
更具体而言,可以先采用第一步刻蚀工艺,形成第一凹槽,所述第一凹槽的深度小于凹槽504的深度,然后采用第二步刻蚀工艺,对第一凹槽的底部表面进行刻蚀,以形成凹槽504和凸块550。
在本发明实施例中,所述凸块550用于支撑激光器芯片,以使得激光器芯片稳定在所述硅光芯片501的凹槽504内。
可以理解的是,所述凸块550的高度与所述激光器芯片的高度和可以与所述凹槽504的深度一致,从而有利于后续封装打线的步骤,例如可以设置高度和等于所述凹槽504的深度;所述凸块550的高度与所述激光器芯片的高度和还可以略小于所述凹槽504的深度,例如设置高度和小于所述凹槽504的深度,以在后续步骤中添加黏性材料后使得凸块550的高度与所述激光器芯片的高度以及黏性材料的厚度三者之和与所述凹槽504的深度一致。
更具体而言,所述硅光芯片501中还可以包括有源功能器件,以及包括耦合光栅等无源器件。可以是在形成有源功能器件以及无源器件之后,采用深刻蚀开孔工艺形成所述凹槽504的。
结合参照图12和图13,图12是图13沿切割线D1-D2的剖面图。
具体地,提供激光器芯片601,所述激光器芯片601中包含光波导620和激光器610。
进一步地,所述激光器610发射激光的方向可以平行于所述光波导620的延伸方向。
在本发明实施例中,通过设置所述激光器610发射激光的方向平行于所述光波导620的延伸方向,可以使得光波导620的方向能够更准确地指示激光器610的方向,进一步使得第一硅光波导210的两部分与光波导620的对准情况能够更加精准地指示激光器610的发射端与第二硅光波导220的对准情况,从而提高通过光波导620的对准性指示激光器的对准的精准性。
进一步地,满足以下一项或多项:所述光波导620与激光器610位于同一水平面;所述第一波导部分511与第二波导部分512位于同一水平面。
在本发明实施例中,通过设置所述光波导620与激光器610位于同一水平面,所述第一波导部分511与第二波导部分512位于同一水平面,可以进一步使得第一硅光波导510的两部分与光波导620的对准情况能够更加精准地指示激光器610的发射端与第二硅光波导510的对准情况,并且可以在制造激光器芯片601以及硅光芯片501时,采用同层工艺制造,有效降低工艺复杂度。
结合参照图14和图15,图14是图15沿切割线C1-C2的剖面图。
具体地,将所述激光器芯片601的至少一部分放置至所述硅光芯片501的凹槽504(参照图10)内,所述激光器610的发射端朝向所述第二硅光波导520,所述第一波导部分511与第二波导部分512之间间隔有所述光波导620,且所述光波导620的第一端朝向所述第一波导部分511,所述光波导620的第二端朝向所述第二波导部分512。
在放置过程中,所述激光器芯片601的表面朝向所述凸块550且与所述凸块550之间具有间隔。
向所述第一波导部分511输入光信号,如虚线所示,所述光信号经由所述光波导620和所述第二波导部分512输出,检测所述光信号的输出光强,并确定所述输出光强最大时所述激光器芯片601相对于所述硅光芯片501的位置,作为所述激光器芯片601的对准位置。
在本发明实施例中,可以采用第一硅光波导511的两部分与光波导620的对准情况,指示激光器610的发射端与第二硅光波导512的对准情况,进而在输出光强最大时,证明第一硅光波导511的两部分与光波导620已经实现较好的对准,以及指示此时激光器610的发射端与第二硅光波导512也已实现对准,从而可以在未对激光器610进行加电的情况下,实现无源对准。需要指出的是,相比于现有技术中,需要对激光器进行加电,进行有源对准,采用本发明实施例的方案,可以采用激光器芯片601中光波导620的对准指示激光器610的对准,从而实现无源对准,降低对于对准设备的精度要求,有效降低生产成本以及封装夹具的设计复杂度。
进一步地,将所述激光器芯片的至少一部分放置至所述硅光芯片的凹槽内包括:采用无源设备700吸取和夹持所述激光器芯片601。
具体地,所述无源设备700可以选自:吸头、吸盘、抓手、夹子等无源夹具。
在本发明实施例中设计上述无源设备的过程中,无需考虑在移动激光器芯片601的过程中的供电需求,因此可以选自常规的无源夹具,降低设计和应用的复杂度,提高生产效率。
进一步地,在确定所述输出光强最大时所述激光器芯片601相对于所述硅光芯片501的位置之后,可能存在激光器芯片601悬空地位于凹槽内的情况,如图14所示,然后可以基于所述凸块550对激光器芯片601进行固定。
参照图16,所述对准方法还可以包括:向所述激光器芯片601与所述硅光芯片501之间提供黏性材料800,直至满足所述激光器芯片601的对准位置;对所述黏性材料800进行固化处理。
进一步地,所述黏性材料800可以是黏度系数在预设黏度系数范围内的材料。其中,所述黏度系数也可以称为粘度系数,描述液体黏度(粘度)性质的物理量。
可以理解的是,所述预设黏度系数范围的上限不能过高,否则黏度过大、材料过硬容易导致位置调整的准确性下降;所述预设黏度系数范围的下限不能过低,否则黏度过小、材料过软容易导致难以在位置上进行固定。
具体地,受到所述预设黏度系数范围的限制,所述黏性材料800可以选自:导热胶以及焊料。
其中,所述焊料可以是用于填加到焊缝、堆焊层和钎缝中的金属合金材料,可以采用常规焊料的组分,本申请对此不作限制。
具体地,所述导热胶和焊料均具有流动性,且能够通过固化工艺进行固化,尤其适合本申请中的先确定相对位置,再通过黏性材料800进行位置固化的情况。
在本发明实施例中,通过在所述硅光芯片501的凹槽底部表面预置有一个或多个凸块550,向所述激光器芯片601与所述硅光芯片501之间提供黏性材料800,直至满足所述激光器芯片601的对准位置,可以基于凸块550实现对激光器芯片601和硅光芯片501的封装。
在本发明实施例的另一种具体实施方式中,在图14示出的端面耦合对准方法中,在将所述激光器芯片601的至少一部分放置至所述硅光芯片501的凹槽内之前,所述硅光芯片501的凹槽底部表面预置有黏性材料800。
进一步地,所述端面耦合对准方法还可以包括:向所述激光器芯片601与所述硅光芯片501之间补充提供所述黏性材料800。
具体地,可以在提供硅光芯片501时,或者放置所述激光器芯片601之前,先在的凹槽底部表面预置黏性材料800,作为固定激光器芯片601的黏性材料800的第一部分,然后根据需要,还可以进行一次或多次补充,以添加所述黏性材料800的第二部分。
继续参照需要指出的是,经过预置黏性材料800,或者预置并且补充黏性材料800,可以使得黏性材料800的厚度、凸块550的高度以及激光器芯片601中的光波导620至激光器芯片601边缘的距离三者之和(即为图16中的长度D)大于硅光芯片501的第二波导部分512至凹槽底部表面的距离(即为图16中的长度L)。
其中,黏性材料800的厚度、凸块550的高度、激光器芯片601中的光波导620至激光器芯片601边缘的距离、硅光芯片501的第二波导部分512至凹槽底部表面的距离的方向均垂直于所述硅光芯片501的表面。
进一步地,在确定所述输出光强最大时所述激光器芯片601相对于所述硅光芯片501的位置之后,所述对准方法还可以包括:挤压所述激光器芯片601与所述硅光芯片501之间的黏性材料,直至满足所述激光器芯片601的对准位置;对所述黏性材料800进行固化处理。
具体地,由于D>L,因此可以对黏性材料800进行挤压,以满足所述激光器芯片601的对准位置。
继续参照图16,在将激光器芯片601固定在其对准位置之后,可以通过金属焊接或打线等适当的方式对激光器610的电极电路进行连接,例如采用焊线900进行连接,实现激光器芯片601和硅光芯片501的电学功能。
可以理解的是,在图9示出的第一种具体实施方式中,也可以在将激光器芯片301固定在其对准位置之后,通过金属焊接或打线等适当的方式对激光器310的电极电路进行连接,此处对于后续封装工艺不再赘述。
为解决上述技术问题,本发明实施例还提供一种半导体器件(参照图9),包括:激光器芯片301,所述激光器芯片301中包含光波导320和激光器310;硅光芯片201,所述硅光芯片201具有凹槽,且包含第一硅光波导和第二硅光波导220,所述第一硅光波导包括第一波导部分211和第二波导部分212;其中,所述激光器芯片301的至少一部分位于所述硅光芯片201的凹槽内,所述激光器310的发射端朝向所述第二硅光波导212,所述第一波导部分211与第二波导部分212之间间隔有所述光波导220,且所述光波导220的第一端朝向所述第一波导部分211,所述光波导220的第二端朝向所述第二波导部分212;所述激光器芯片301相对于硅光芯片201的位置为经由所述第一波导部分211、光波导220和第二波导部分212输出的光信号的输出光强最大时的位置。
需要指出的是,所述输出光强用于指示光波导320与第二波导部分212之间的对准情况,所述输出光强最大用于指示光波导320与第二波导部分212之间对得最准的状态,如前所述,光波导320与激光器310之间的距离可以和第二波导部分212与第二硅光波导220之间的距离相等,则在所述输出光强最大时,激光器310与第二硅光波导220也对得最准。
具体地,所述激光器芯片301相对于硅光芯片201的位置可以是在输入光信号的过程中,将所述激光器芯片301在所述硅光芯片201的凹槽内进行位置调整(例如进行上下左右移动),同时检测所述光信号的输出光强,直至所述输出光强最大时确定的,记为所述激光器芯片301与硅光芯片201的对准位置。
在具体实施中,后续可以对所述激光器芯片301与硅光芯片201的对准位置进行固定,具体可参照前文以及图16的描述,此处不再赘述。
进一步地,所述激光器发射激光的方向可以平行于所述光波导的延伸方向。
进一步地,可以满足以下一项或多项:所述光波导与激光器位于同一水平面;所述第一波导部分与第二波导部分位于同一水平面。
有关激光器、光波导、第一波导部分、第二波导部分的更多内容,请参照前文所述的端面耦合对准方法的具体描述,此处不再赘述。
虽然本发明披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (13)

1.一种端面耦合对准方法,其特征在于,包括:
提供激光器芯片,所述激光器芯片中包含光波导和激光器;
提供硅光芯片,所述硅光芯片具有凹槽,且包含第一硅光波导和第二硅光波导,所述第一硅光波导包括第一波导部分和第二波导部分;
将所述激光器芯片的至少一部分放置至所述硅光芯片的凹槽内,所述激光器的发射端朝向所述第二硅光波导,所述第一波导部分与第二波导部分之间间隔有所述光波导,且所述光波导的第一端朝向所述第一波导部分,所述光波导的第二端朝向所述第二波导部分;
向所述第一波导部分输入光信号,所述光信号经由所述光波导和所述第二波导部分输出;
检测所述光信号的输出光强,并确定所述输出光强最大时所述激光器芯片相对于所述硅光芯片的位置,作为所述激光器芯片的对准位置。
2.根据权利要求1所述的端面耦合对准方法,其特征在于,所述激光器发射激光的方向平行于所述光波导的延伸方向。
3.根据权利要求1所述的端面耦合对准方法,其特征在于,满足以下一项或多项:
所述光波导与激光器位于同一水平面;
所述第一波导部分与第二波导部分位于同一水平面。
4.根据权利要求1所述的端面耦合对准方法,其特征在于,将所述激光器芯片的至少一部分放置至所述硅光芯片的凹槽内包括:
采用无源设备吸取和夹持所述激光器芯片。
5.根据权利要求1所述的端面耦合对准方法,其特征在于,所述激光器芯片固定连接有转接板,所述转接板的表面面积大于凹槽的开口面积,在将所述激光器芯片的至少一部分放置至所述硅光芯片的凹槽内的过程中,所述转接板的一部分悬置在所述硅光芯片的顶部表面;
在确定所述输出光强最大时所述激光器芯片相对于所述硅光芯片的位置之后,所述对准方法还包括:
向所述转接板与硅光芯片的接触面提供黏性材料,并同时调整所述转接板的高度位置和水平位置,直至所述转接板的高度位置和水平位置满足所述激光器芯片的对准位置;
对所述黏性材料进行固化处理。
6.根据权利要求1所述的端面耦合对准方法,其特征在于,所述硅光芯片的凹槽底部表面预置有一个或多个凸块,将所述激光器芯片的至少一部分放置至所述硅光芯片的凹槽内的过程中,所述激光器芯片的表面朝向所凸块且与所述凸块之间具有间隔;
在确定所述输出光强最大时所述激光器芯片相对于所述硅光芯片的位置之后,所述对准方法还包括:
向所述激光器芯片与所述硅光芯片之间提供黏性材料,直至满足所述激光器芯片的对准位置;
对所述黏性材料进行固化处理。
7.根据权利要求1所述的端面耦合对准方法,其特征在于,所述硅光芯片的凹槽底部表面预置有一个或多个凸块和黏性材料,将所述激光器芯片的至少一部分放置至所述硅光芯片的凹槽内的过程中,所述激光器芯片的表面朝向所述凸块且与所述凸块之间具有间隔;
在确定所述输出光强最大时所述激光器芯片相对于所述硅光芯片的位置之后,所述对准方法还包括:
挤压所述激光器芯片与所述硅光芯片之间的黏性材料,直至满足所述激光器芯片的对准位置;
对所述黏性材料进行固化处理。
8.根据权利要求7所述的端面耦合对准方法,其特征在于,在挤压所述激光器芯片与所述硅光芯片之间的黏性材料之前,还包括:
向所述激光器芯片与所述硅光芯片之间补充提供所述黏性材料。
9.根据权利要求6至8任一项所述的端面耦合对准方法,其特征在于,所述凸块是对所述硅光芯片的底部表面进行刻蚀形成的。
10.根据权利要求5至8任一项所述的端面耦合对准方法,其特征在于,所述黏性材料选自:导热胶以及焊料。
11.一种半导体器件,其特征在于,包括:
激光器芯片,所述激光器芯片中包含光波导和激光器;
硅光芯片,所述硅光芯片具有凹槽,且包含第一硅光波导和第二硅光波导,所述第一硅光波导包括第一波导部分和第二波导部分;
其中,所述激光器芯片的至少一部分位于所述硅光芯片的凹槽内,所述激光器的发射端朝向所述第二硅光波导,所述第一波导部分与第二波导部分之间间隔有所述光波导,且所述光波导的第一端朝向所述第一波导部分,所述光波导的第二端朝向所述第二波导部分;
所述激光器芯片相对于硅光芯片的位置为经由所述第一波导部分、光波导和第二波导部分输出的光信号的输出光强最大时的位置。
12.根据权利要求11所述的半导体器件,其特征在于,
所述激光器发射激光的方向平行于所述光波导的延伸方向。
13.根据权利要求11所述的半导体器件,其特征在于,满足以下一项或多项:所述光波导与激光器位于同一水平面;
所述第一波导部分与第二波导部分位于同一水平面。
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