用于光子集成电路中的激光器对准技术制造技术

公开了在光子集成电路(PIC)中有效对准半导体激光器的技术。在一些实施方式中，光子集成电路(PIC)可以包括：半导体激光器，其包括激光器配合表面；以及基板，其包括基板配合表面。激光器配合表面的形状和基板配合表面的形状可以被配置成在三个维度上将半导体激光器与基板对准。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光子集成电路中的激光器对准技术相关申请本专利申请要求于2016年2月19日提交的美国临时专利申请第62/297,735号的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。
本公开内容总体上涉及半导体激光器并且，更具体地涉及用于将半导体激光器对准光子集成电路(PIC)基板的技术。
技术介绍
硅光子芯片需要施加电流和光以便起作用。以与其他类型的硅芯片使用的方式类似的方式提供电流。然而，到目前为止，已经使用各种方法来向PIC基板提供光输入以形成PIC。用于光学耦合的主要方法是基于有源对准。使用有源对准，可以通过为激光器供电来生成光，通常在下游检测到来自激光器的能量。为了峰值光学耦合，在固定几何形状之前相对于检测器精确地移动激光器、光纤、透镜或其他中间对象。该方法需要在组装过程的早期电接触激光器，这可以使可制造性复杂化。以下是与PIC基板的光学耦合的三个示例。第一示例使用将光线带到PIC基板的光纤。该示例使用将光纤与PIC基板有源对准，这可以是耗时并且昂贵的并且可以产生易碎的组件。使用光纤还消耗了不仅用于光纤而且用于可以连接至光纤的另一端的封装半导体激光器的大量空间。第二示例与透镜和其他光学元件使用外部封装的半导体激光器二极管，如美国专利8,168,939中所公开的。虽然该示例与第一示例相比减少了使用的空间量，但是它仍然消耗太多空间，而且增加了与光学元件以及所需的组装和封装关联的成本。该示例通常还需要在对准期间激活激光器。第三示例直接与硅光子芯片使用切割或蚀刻的端面半导体激光器。该示例使整体尺寸最小化，然而，它需要将半导体激光器与硅光子芯片有源或无源对准，这是耗时的并且增加了成本。为了解决上述缺点，已经在使用无源对准以降低成本和组装速度上做出了一些努力。在无源对准中，通常用显微镜成像系统观察部件上的光学基准，并且然后简单地配合和固定这些部件而不测量光学耦合性能。无源对准可以是简单并且快速的，但是受到实现需要的精度所需的成本和时间的严重限制。产生的对准精度低于15微米是非常昂贵的。与光向PIC基板的电流传送关联的上述挑战和缺点阻碍了在诸如数据中心连接的应用中以有益的方式使用PIC的能力。
技术实现思路
在一些实施方式中，光子集成电路(PIC)包括：半导体激光器，其包括前向引导表面；和PIC基板，其包括配合表面，其中，通过将半导体激光器放置在PIC基板中并且将前向引导表面与配合表面配合来将半导体激光器对准在PIC基板中。引导表面可以具有不同的形状，例如三角形或剪切的三角形。配合表面可以匹配引导表面的形状，或者可以包含来自引导表面的顶尖缺口(relief)。配合表面可以包含弯曲边缘。半导体激光器和PIC基板可以包含蚀刻到基板中的标尺以辅助对准。对准可以经由外部推力是主动的，或者经由用焊料或树脂的表面张力是被动的。激光器还可以包含端面，并且PIC基板可以包含波导。端面和波导可以成角度以防止背反射到激光器中。可以在竖直维度、水平维度或两者上控制角度。在一些实施方式中，光子集成电路(PIC)可以包括：半导体激光器，其包括激光器配合表面；和基板，其包括基板配合表面，其中，激光器配合表面的形状和基板配合表面的形状被配置成在三个维度上将半导体激光器与基板对准。在一些实施方式中，激光器配合表面的形状和基板配合表面的形状可以被配置成当向半导体激光器施加外力时将半导体激光器与基板对准。在一些实施方式中，可以在从半导体激光器朝向基板的方向上施加外力。在一些实施方式中，激光器配合表面的边缘可以被配置成当半导体激光器与基板对准时接触基板配合表面。在一些实施方式中，基板的后壁可以被配置成当将半导体激光器与基板对准时接触半导体激光器的后部部分并且基板的侧壁被配置成当将半导体激光器与基板对准时接触半导体激光器的侧表面。在一些实施方式中，半导体激光器的侧表面的一部分可以被配置成当将半导体激光器与基板对准时位于基板的间隙部分上方。在一些实施方式中，激光器配合表面的形状可以是三角形或梯形。在一些实施方式中，基板配合表面的形状可以是三角形、梯形、正方形或矩形。在一些实施方式中，激光器配合表面的第一边缘可以接触基板配合表面，并且激光器配合表面的第二边缘可以不接触基板配合表面。在一些实施方式中，基板配合表面可以包括弯曲边缘。在一些实施方式中，弯曲边缘可以被配置成在将半导体激光器与基板对准期间散布施加到半导体激光器的外力。在一些实施方式中，基板可以包括波导并且半导体激光器可以包括激光器端面，并且波导可以被配置成接收离开激光器端面的激光束。在一些实施方式中，激光器端面可以成角度并且波导的引导边缘可以成角度，并且激光器端面的角度和波导的引导边缘的角度可以被配置成减少激光束从波导背反射到激光器端面中。此外，在一些实施方式中，激光器端面和波导的引导边缘可以在相同方向上成角度，并且激光器端面可以在竖直方向或水平方向上成角度。在一些实施方式中，半导体激光器可以包括被配置成与基板形成电连接的接触表面，并且基板可以包括被配置成容纳半导体激光器的着陆区域。在一些实施方式中，着陆区域可以包括基板配合表面以及被配置成电连接至半导体激光器的接触表面的接触垫。在一些实施方式中，焊料可以位于接触垫与半导体激光器的接触表面之间。在一些实施方式中，着陆区域还可以包括位于接触垫上的焊料层和可以被配置成从位于接触垫上的焊料层接收焊料的溢流区域。在一些实施方式中，溢流区域可以被配置成通过从焊料层拉动焊料远离接触垫来接收焊料，并且溢流区域可以相对于接触垫垂直地成角度。在一些实施方式中，制造光子集成电路(PIC)的方法可以包括将半导体激光器布置在基板上，半导体激光器包括激光器配合表面并且基板包括基板配合表面，以及使用激光器配合表面的形状和基板配合表面的形状在三个维度上将半导体激光器与基板对准。在一些实施方式中，该方法可以包括在从半导体激光器朝向基板的方向上向半导体激光器施加外力，并且使用基板配合表面的弯曲边缘散布外力。在一些实施方式中，该方法可以包括在将半导体激光器布置在基板上之前将焊料沉积在半导体激光器的接触表面上，其中将半导体激光器布置在基板上可以包括将半导体激光器的接触表面附接至基板的接触垫。在一些实施方式中，焊料可以位于接触表面与接触垫之间。在一些实施方式中，焊料的表面张力可以将激光器配合表面拉动成与基板配合表面附接。在一些实施方式中，光子集成电路(PIC)基板可以包括可以被配置成接触半导体器件配合表面的基板配合表面。在一些实施方式中，基板配合表面的形状可以与半导体器件配合表面的形状对应，并且基板配合表面的形状可以被配置成将半导体器件与PIC基板对准。在一些实施方式中，PIC基板可以包括凹陷着陆区域，其中凹陷着陆区域可以包括被配置成与半导体器件形成电连接的接触垫。在一些实施方式中，PIC基板可以包括被配置成接收由半导体器件产生的光学信号的波导，其中波导包括成角度的前边缘。在一些实施方式中，成角度的前边缘可以在竖直方向或水平方向上成角度。在一些实施方式中，基板配合表面的形状可以是三角形、梯形、正方形或矩形。在一些实施方式中，基板配合表面的形状可以被配置成接触半导体器件的第一边缘并且保持基板配合表面与半导体器件的第二边缘之间的空间。在一些实施方式中，基板配合表面可以包括被配置成散布指向基板配本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光子集成电路(PIC)，包括：半导体激光器，其包括激光器配合表面；以及基板，其包括基板配合表面，其中，所述激光器配合表面的形状和所述基板配合表面的形状被配置成在三个维度上将所述半导体激光器与所述基板对准。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.19 US 62/297,7351.一种光子集成电路(PIC)，包括：半导体激光器，其包括激光器配合表面；以及基板，其包括基板配合表面，其中，所述激光器配合表面的形状和所述基板配合表面的形状被配置成在三个维度上将所述半导体激光器与所述基板对准。2.根据权利要求1所述的PIC，其中，所述激光器配合表面的形状和所述基板配合表面的形状被配置成当向所述半导体激光器施加外力时将所述半导体激光器与所述基板对准。3.根据权利要求2所述的PIC，其中，所述激光器配合表面的边缘被配置成当将所述半导体激光器与所述基板对准时接触所述基板配合表面。4.根据权利要求3所述的PIC，其中，所述基板的后壁被配置成当将所述半导体激光器与所述基板对准时接触所述半导体激光器的后部部分，并且所述基板的侧壁被配置成当将所述半导体激光器与所述基板对准时接触所述半导体激光器的侧表面。5.根据权利要求4所述的PIC，其中，所述半导体激光器的侧表面的一部分被配置成当将所述半导体激光器与所述基板对准时位于所述基板的间隙部分上方。6.根据权利要求2所述的PIC，其中，在从所述半导体激光器朝向所述基板的方向上施加所述外力。7.根据权利要求1所述的PIC，其中，所述激光器配合表面的形状是三角形或梯形。8.根据权利要求1所述的PIC，其中，所述基板配合表面的形状是三角形、梯形、正方形或矩形。9.根据权利要求1所述的PIC，其中，所述激光器配合表面的第一边缘接触所述基板配合表面，并且所述激光器配合表面的第二边缘不接触所述基板配合表面。10.根据权利要求1所述的PIC，其中，所述基板配合表面包括弯曲边缘，其中，所述弯曲边缘被配置成在将所述半导体激光器与所述基板对准期间散布施加到所述半导体激光器的外力。11.根据权利要求1所述的PIC，其中，所述基板包括波导并且所述半导体激光器包括激光器端面，并且其中，所述波导被配置成接收离开所述激光器端面的激光束。12.根据权利要求11所述的PIC，其中，所述激光器端面成角度并且所述波导的引导边缘成角度，并且其中，所述激光器端面的角度和所述波导的所述引导边缘的角度被配置成减少所述激光束从所述波导背反射到所述激光器端面中。13.根据权利要求12所述的PIC，其中，所述激光器端面和所述波导的所述引导边缘在相同方向上成角度。14.根据权利要求12所述的PIC，其中，所述激光器端面在竖直方向或水平方向上成角度。15.根据权利要求1所述的PIC，其中，所述半导体激光器包括被配置成与所述基板形成电连接的接触表面，并且所述基板还包括被配置成容纳所述半导体激光器的着陆区域，所述着陆区域包括：所述基板配合表面；以及接触垫，其被配置成电连接至所述半导体激光器的所述接触表面。16.根据权利要求15所述的PIC，其中，焊料位于所述接触垫与所述半导体激光器的所述接触表面之间。17.根据权利要求15所述的PIC，其中，所述着陆区域还包括：焊料层，其位于所述接触垫上；以及溢流区域，其被配置成从位于所述接触垫上的所述焊料层接收焊料。18.根据权利要求17所述的PIC，其中，所述溢流区域被配置成通过从所述焊料层拉动所述焊料远离所述接触垫来接收所述焊料。19.根据权利要求18所述的PIC，其中，所述溢流区域相对于所述接触垫垂直地成角度。20.一种制造光子集成电路(PIC)的方法，所述方法包括：将半导体激光器布置在基板上，所述半导体激光器包括激光器配合表面并且所述基板包括基板配合表面；以及使用所述激光器配合表面的形状和所述基板配合表面的形状在三个维度上将所述半导体激光器与所述基板对准。21.根据权利要求20所述的方法，还包括：在从所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷·海明威，克里斯蒂安·斯塔加雷斯库，丹尼尔·梅罗维奇，马尔科姆·R·格林，沃尔夫冈·帕尔兹，日基·马，理查德·罗伯特·格日博夫斯基，纳森·比克尔，
申请(专利权)人：镁可微波技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US