硅光芯片与平面波导阵列的封装方法及其封装结构.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115774299A(43)申请公布日2023.03.10(21)申请号202111045226.X(22)申请日2021.09.07(71)申请人中国科学院上海微系统与信息技术研究所地址200050上海市长宁区长宁路865号(72)发明人贾连希(74)专利代理机构上海光华专利事务所(普通合伙)31219专利代理师贺妮妮(51)Int.Cl.G02B6/12(2006.01)G02B6/26(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称硅光芯片与平面波导阵列的封装方法及其封装结构(57)摘要本发明提供一种硅光芯片与平面波导阵列的封装结构及其制备方法，该封装结构包括：硅光芯片，包括多条并排设置的第一光波导；平面波导阵列包括多条并排设置的第二光波导，且多条第一光波导与多条第二光波导一一对应对接耦合；对接耦合结构，包括刻蚀硅光芯片一端表面至硅衬底中形成的第一端沟槽及刻蚀平面波导阵列的基底层一端形成的第二端沟槽，第二端沟槽反向套嵌于第一端沟槽的上方；匹配粘合层，粘合硅光芯片、平面波导阵列及对接耦合结构。通过设置对接耦合结构，可使硅光芯片与平面波导阵列通过第一端沟槽及第二端沟槽实现两者端面之间的直接接触耦合，有效降低封装结构的耦合损耗，且通过匹配粘合层固定，结构牢固可靠。CN115774299ACN115774299A权利要求书1/2页1.一种硅光芯片与平面波导阵列的封装结构，其特征在于，所述封装结构包括：硅光芯片，所述硅光芯片由下向上依次包括硅衬底、第一下包层、第一光波导阵列层及第一上包层，其中所述第一光波导阵列层包括多条并排设置的第一光波导；平面波导阵列，所述平面波导阵列由下向上依次包括基底层及第二光波导阵列层，其中所述第二光波导阵列层包括多条并排设置的第二光波导，且多条所述第一光波导与多条所述第二光波导一一对应对接耦合；对接耦合结构，包括刻蚀所述硅光芯片一端表面至所述硅衬底中形成的第一端沟槽，及刻蚀所述平面波导阵列的所述基底层一端形成的第二端沟槽，所述第二端沟槽反向套嵌于所述第一端沟槽的上方，其中所述第一端沟槽的底面与所述第一光波导阵列层的底面之间的距离为第一高度H1，所述第二端沟槽的底面与所述第二光波导的底面之间的距离为第二高度H2，所述第一端沟槽的宽度为L1，所述第二端沟槽的宽度为L2，且H2≤H1，L2≥L1；匹配粘合层，粘合所述硅光芯片、所述平面波导阵列及所述对接耦合结构。2.根据权利要求1所述的硅光芯片与平面波导阵列的封装结构，其特征在于：所述平面波导阵列为光纤阵列或平面波导芯片。3.根据权利要求2所述的硅光芯片与平面波导阵列的封装结构，其特征在于：所述平面波导阵列为光纤阵列，所述第二光波导阵列层包括多条并排设置的光纤，所述光纤包括芯层及包层，且多条所述第一光波导与多条所述光纤的所述芯层一一对应对接耦合，所述第二高度H2为所述第二端沟槽的底面与所述光纤的所述芯层的底面之间的距离。4.根据权利要求3所述的硅光芯片与平面波导阵列的封装结构，其特征在于：所述光纤阵列的所述基底层的厚度介于0.9mm～1.1mm之间。5.根据权利要求2所述的硅光芯片与平面波导阵列的封装结构，其特征在于：所述平面波导阵列为平面波导芯片，所述第二光波导阵列层由下向上依次包括第二下包层、多条并排设置的所述第二光波导及第二上包层。6.根据权利要求1所述的硅光芯片与平面波导阵列的封装结构，其特征在于：所述硅光芯片的所述硅衬底、所述第一下包层及所述第一光波导阵列层为SOI结构。7.一种如权利要求1～6中任意一项所述的硅光芯片与平面波导阵列的封装结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：提供硅光芯片及平面波导阵列，所述硅光芯片由下向上依次包括硅衬底、第一下包层、第一光波导阵列层及第一上包层，其中所述第一光波导阵列层包括多条并排设置的第一光波导；所述平面波导阵列由下向上依次包括基底层及第二光波导阵列层，其中所述第二光波导阵列层包括多条并排设置的第二光波导；形成对接耦合结构，包括：刻蚀所述硅光芯片一端表面至所述硅衬底中形成第一端沟槽；刻蚀所述平面波导阵列的所述基底层一端形成第二端沟槽；其中所述第一端沟槽的底面与所述第一光波导阵列层的底面之间的距离为第一高度H1，所述第二端沟槽的底面与所述第二光波导的底面之间的距离为第二高度H2，所述第一端沟槽的宽度为L1，所述第二端沟槽的宽度为L2，且H2≤H1，L2≥L1；将所述第二端沟槽反向套嵌于所述第一端沟槽的上方，并使多条所述第一光波导与多条所述第二光波导一一对应对接耦合；于所述对接耦合结构所在区域滴加匹配粘合液并固化，实现所述硅光芯片、所述平面2CN115774299A权利要求书2/2页波导阵列及所述对接耦合结构的粘合。8.根