在光子芯片上集成光电探测芯片的方法与流程

本发明属于光电子，涉及一种光子芯片集成技术，具体涉及一种在光子芯片上集成光电探测芯片的方法。

背景技术：

1、集成光子芯片具有大带宽、低功耗、多功能、小体积尺寸等优势，是高速大容量信息传输和处理的关键技术，广泛应用于5g通信、大数据、云计算、人工智能、微波光子、星网通信和量子信息等新兴技术领域。

2、集成光子芯片是将发光、电光调制、光波导和光电探测等功能单元集成到单个芯片上，使用光子作为媒介来传输和处理信息的技术。虽然集成光子芯片有许多优势，但在与现有技术的集成和兼容性方面仍面临挑战，为了实现光电探测功能单元的片上集成，目前主要采用如下解决方案：

3、方案一：该方案采用切片和磨抛工艺或倾斜干法刻蚀工艺又或者湿法腐蚀工艺将集成光子芯片的波导输出端面制成45°反射镜结构，再在反射镜表面制作高反膜，最后将光电探测芯片贴装于波导输出端。水平输入光信号经波导传输后在波导的输出端反射后垂直入射光电探测芯片的光敏面，光电探测芯片接收光信号并将其转换为电信号输出。采用切片磨抛工艺或倾斜干法刻蚀工艺制备45°反射镜结构需要定制专用夹具，且反射镜倾斜角的精度难控制；采用湿法腐蚀工艺制备45°反射镜结构仅适用单晶硅等易湿法腐蚀的衬底材料，适用范围较小。

4、方案二：该方案先采用干法刻蚀工艺刻蚀集成光子芯片的波导输出端，再采用灰度光刻技术在光波导输出端处形成凹面镜结构，再在凹面镜表面制作高反膜，然后在波导与凹面镜之间填充与波导折射率相匹配的透明树脂，最后将光电探测芯片贴装在透明树脂表面。水平输入光信号经波导传输后进入透明树脂，在凹面镜表面反射、汇聚后垂直入射光电探测芯片的光敏面，光电探测芯片接收光信号并将其转换为电信号输出。该方案需采用灰度光刻技术，该项技术对工艺条件要求苛刻，工艺复杂度高、实现难度大。

5、方案三：该方案中集成光子芯片波导的输出端采用光栅耦合器结构，光电探测芯片贴装在光栅的表面。水平输入光信号经波导传输后，再经过光栅耦合器输出，最后被光电探测芯片接收并转换为电信号输出。该方案采用光栅耦合器结构，光栅耦合由于透射损耗、模式失配、背向反射等因素的影响，耦合效率低，导致光电转换效率低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种在光子芯片上集成光电探测芯片的方法，通过在光子芯片上设置刻蚀槽并在刻蚀槽中固定光电探测芯片，使光电探测芯片直接接收光信号，从而提高光电转换效率。

2、为达到上述目的，本发明提出了在光子芯片上集成光电探测芯片的方法，该方法包括：

3、s1、采用干法刻蚀工艺在光波导输出端面处的光子芯片表面刻蚀一凹槽结构；

4、s2、将光电探测芯片置于所述凹槽结构中，且使光电探测芯片的光敏面与所述光波导的输出端面对准；

5、s3、通过光学胶将所述光电探测芯片固定在所述凹槽结构中；

6、s4、采用光学胶填充光电探测芯片光敏面和光波导输出端面间的间隙；

7、s5、进行所述光电探测芯片的电连接，完成光电探测芯片的片上集成。

8、其中，凹槽结构的尺寸根据光电探测芯片的尺寸进行设置。

9、进一步的，所述光电探测芯片可选用侧入射式光电探测芯片，所述侧入射式光电探测芯片的光敏面与光波导的输出端面对准以直接接收光信号，该光信号经侧入射式光电探测芯片底面的反射结构反射后入射至有源区。

10、进一步的，所述光电探测芯片可选用背入射式光电探测芯片。选用所述背入射式光电探测芯片时，需要在凹槽结构的一侧制作焊盘电极，用于连接所述背入射式光电探测芯片的电极以实现电连接。

11、本发明的有益效果在于：与现有光子芯片上集成光电探测芯片的方法相比，本发明通过制作刻蚀槽结构，基于刻蚀槽结构在光子芯片上集成光电探测芯片，本发明所提出的光电探测器件普遍适用于任何材料的集成光子芯片，具有工艺简单、加工精度高、易实现、光电转换效率高等优点，能够以相对低的成本实现光子芯片上集成光电探测芯片。

12、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种在光子芯片上集成光电探测芯片的方法，其特征在于：该方法包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述凹槽结构的尺寸根据光电探测芯片的尺寸进行设置。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述光电探测芯片为侧入射式光电探测芯片，所述侧入射式光电探测芯片的光敏面与所述光波导的输出端面对准以直接接收光信号，该光信号经所述侧入射式光电探测芯片底面的反射结构反射后入射至有源区。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述光电探测芯片为背入射式光电探测芯片。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：选用所述背入射式光电探测芯片时，需要在凹槽结构的一侧制作焊盘电极，用于连接所述背入射式光电探测芯片的电极以实现电连接。

技术总结本发明涉及一种在光子芯片上集成光电探测芯片的方法，属于光电子技术领域。该方法以光子芯片为基底，在光子芯片上集成光波导和光电探测芯片。具体地，在光波导的输出端面处的光子芯片表面，通过刻蚀形成以凹槽结构，并将光电探测芯片粘接固定于该凹槽结构中，其中，光电探测芯片的光敏面与光波导的输出端面对准，使光电探测芯片直接接收光波导的输出光信号，以提高光电转换效率。本发明仅采用干法刻蚀一种工艺制作刻蚀槽，其工艺简单，易于实现，并且光电探测芯片直接探测波导输出的光信号，光电转换效率高。技术研发人员：田自君,富松,周帅,王立,王立民受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第四十四研究所技术研发日：技术公布日：2024/11/4