CN109270601A - 用于集成激光二极管/光子芯片接口的抗反射结构 - Google Patents

用于集成激光二极管/光子芯片接口的抗反射结构 Download PDF

Info

Publication number
CN109270601A
CN109270601A CN201810765959.2A CN201810765959A CN109270601A CN 109270601 A CN109270601 A CN 109270601A CN 201810765959 A CN201810765959 A CN 201810765959A CN 109270601 A CN109270601 A CN 109270601A
Authority
CN
China
Prior art keywords
coupled structure
chip
pit
coating
tube core
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810765959.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109270601B (zh
Inventor
K·萨亚赫
P·R·帕特森
B·黄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of CN109270601A publication Critical patent/CN109270601A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109270601B publication Critical patent/CN109270601B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/11—Anti-reflection coatings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4811—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
    • G01S7/4813—Housing arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0235—Method for mounting laser chips
    • H01S5/02355—Fixing laser chips on mounts

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

一种制造LIDAR芯片并且将抗反射(AR)涂层应用于LIDAR芯片的耦合结构的方法。耦合结构形成在晶片上。在与耦合结构相邻的晶片中形成凹坑。AR材料沉积在晶片和耦合结构的顶部上。蚀刻AR材料以在耦合结构上形成AR涂层。

Description

用于集成激光二极管/光子芯片接口的抗反射结构
技术领域
本公开涉及用于制造LIDAR(光检测和测距)芯片的方法，并且更具体地，涉及在LIDAR芯片的结构上制造抗反射面。
背景技术
LIDAR芯片包括光子芯片、集成激光器和光学耦合结构以及其它部件。通常在光学耦合结构与激光器之间放置抗反射涂层，以减少光从光学耦合结构到激光器腔体中的光的背反射，这会降低其线宽和光学稳定性。在制造过程期间，在将激光器集成到光子芯片之前尝试将抗反射涂层沉积在耦合结构上可能是缓慢且昂贵的。因此，希望提供一种在LIDAR芯片的光学耦合器上沉积抗反射涂层的有效方法。
发明内容
在一个示例性实施例中，公开了一种制造LIDAR芯片的方法。该方法包括在晶片上形成耦合结构、在晶片中邻近耦合结构形成凹坑、在晶片和耦合结构的顶部上沉积抗反射(AR)材料，以及蚀刻AR材料以在耦合结构上形成AR涂层。
除了本文描述的一个或多个特征以外，凹坑的侧壁与耦合结构的垂直小平面共面，而AR涂层沿着凹坑的侧壁和耦合结构的垂直小平面形成。激光器管芯附接在凹坑中，并且凹坑形成从激光器管芯的输出端口发射的光引导到耦合结构的输入端口的深度。在实施例中，激光器管芯与激光器管芯的光端口附接在距AR涂层约2到3微米的距离处。该方法进一步包括通过执行以下一项来沉积AR涂层：旋涂沉积；和物理气相沉积。在实施例中，AR是含氟聚合物。
在另一个示例性实施例中，公开了一种将抗反射(AR)涂层应用于LIDAR芯片的耦合结构的方法。该方法包括在晶片上形成耦合结构、在晶片中邻近耦合结构形成凹坑、在晶片和耦合结构的顶部上沉积AR材料，以及蚀刻AR材料以在耦合结构的垂直小平面上形成AR涂层。
除了本文描述的一个或多个特征以外，凹坑的侧壁与耦合结构的垂直小平面共面，而AR涂层沿着凹坑的侧壁和耦合结构的垂直小平面形成。激光器管芯附接在凹坑中，其中凹坑形成从激光器管芯的输出端口发射的光引导到耦合结构的输入端口的深度。激光器管芯与激光器管芯的光端口沉积在距AR涂层约2到3微米的距离处。AR涂层通过执行以下一项来沉积AR涂层：旋涂沉积和物理气相沉积。在实施例中，AR材料是含氟聚合物。
从结合附图取得的本公开的最佳模式的以下详细描述，上述特征和优点以及本公开的其它特征和优点容易地显而易见。
附图说明
其它特征、优点和细节仅借助于示例出现在以下详细描述中，该详细描述参考附图，其中：
图1描绘了用于制造多个LIDAR芯片的晶片；
图2示出了图1的晶片的凹坑的一部分的详细视图；
图3示出了根据实施例的用于在晶片上制造LIDAR芯片的第一阶段；
图4示出了制造过程的后续阶段；
图5示出了制造过程的后续阶段；
图6示出了制造过程的后续阶段；
图7示出了制造过程的后续阶段；
图8示出了制造过程的后续阶段；并且
图9示出了说明在LIDAR芯片的光学耦合器上制造抗反射涂层的方法的流程图。
具体实施方式
以下描述仅仅具有示例性本质并且不旨在限制本公开、其应用或用途。应当理解的是，在整个附图中，对应的附图标号指示相同或对应的部分和特征。
根据示例性实施例，图1描绘了用于制造多个LIDAR芯片的晶片100。晶片100包括具有凹坑104的多个管芯区域102，其中激光器管芯非均匀地集成到LIDAR芯片上。一旦激光器管芯被集成，晶片100就可以被分成单独的芯片管芯，每个芯片管芯包括LIDAR芯片。
图2示出了图1的晶片100的凹坑104的一部分的详细视图。凹坑104是形成在晶片100的顶表面106下方的凹槽或凹口。光学耦合结构108在凹坑104的边缘处形成在晶片100的顶表面106上。如本文进一步所述，耦合结构108的垂直小平面与凹坑104的侧壁112的垂直面对准。抗反射涂层110形成在凹坑104的侧壁112处并且向上延伸以覆盖耦合结构106的靠近侧壁112的小平面。
图3到9示出了用于LIDAR芯片100的各个制造阶段。虽然图3到9说明了单个LIDAR芯片的制造，但是应当理解的是，可以同时对晶片100的多个管芯102执行图3到9中所示的阶段。因此，可以使用关于图3到9讨论的方法同时制造多个LIDAR芯片。
图3示出了根据实施例的用于在晶片上制造LIDAR芯片的第一阶段，其中提供了晶片基板100。图4示出了制造过程的后续阶段。耦合结构108形成在晶片100上的选定位置处。耦合结构108包括激光器侧小平面202和芯片侧小平面204。在完成LIDAR芯片时，耦合结构108形成在晶片100上，激光器侧小平面202以选定方向定向。
图5示出了制造过程的后续阶段。在晶片100中形成凹坑104到选定深度。凹坑104可以通过蚀刻或其它合适的方法形成。凹坑104紧邻耦合结构108的激光器侧小平面202形成，使得凹坑104的垂直侧壁112与激光器侧小平面202共面。凹坑104形成选定深度，使得一旦激光器芯片放置在凹坑104中，从激光器芯片的输出端口发射的光被引导到耦合结构108的输入端口。
图6示出了制造过程的后续阶段。晶片100填充有抗反射(AR)材料210。AR材料210可以沉积在晶片100的多种耦合结构上。在各种实施例中，AR材料210可以通过物理气相沉积或其它合适的沉积技术来沉积。AR材料210可以是旋涂聚合物，诸如CytopTM或实现低折射率(约n＝1.3)的其它材料。在耦合结构108包括SiON基材料的实施例中，AR材料210可以是含氟聚合物。
图7示出了制造过程的后续阶段。图案化并蚀刻AR材料210以在耦合结构108的激光器侧小平面202处产生AR涂层110。AR涂层110可以沿着凹坑104的侧壁112并且沿着耦合结构108的激光器侧小平面202垂直延伸。
图8示出了制造过程的后续阶段。激光器管芯214沉积或附接在晶片芯片的凹坑104中。激光器管芯214包括光输出面216。附接激光器管芯214使得其输出面216距AR涂层110的暴露的垂直面220几微米。在各个实施例中，附接激光器管芯214使得其输出面216距AR涂层110的暴露的垂直面220介于2微米到3微米之间。一旦激光器管芯214附接在凹坑104中，其输出端口218就会在耦合结构108的激光器侧小平面202处与输入端口222对准。因此，来自激光器管芯214的输出端口218的输出光束225直接进入耦合结构108的对应输入端口222。
图9示出了说明在LIDAR芯片的光学耦合器上制造AR涂层的方法900的流程图。在框902中，光学耦合器形成在晶片上。在框904中，在靠近光学耦合器的晶片中蚀刻凹坑。在框906中，在晶片上沉积AR材料以便覆盖凹坑、晶片和光学耦合器。在框908中，蚀刻AR材料以便沿着光学耦合器的小平面产生AR涂层。在框910中，激光器管芯附接在晶片的凹坑中，激光器管芯的输出端口与光学耦合器的输入端口进行光学通信。
虽然已经参考示例性实施例描述了以上公开内容，但是本领域技术人员将会理解，在不脱离本公开内容的范围的情况下，可进行各种改变并且可用等同物替换其元件。另外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定的情况或材料适应本公开的教导。因此，希望本公开不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入本申请范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种制造LIDAR芯片的方法，包括：
在晶片上形成耦合结构；
在所述晶片中邻近所述耦合结构形成凹坑；
在所述晶片和耦合结构的顶部上沉积抗反射(AR)材料；以及
蚀刻所述AR材料以在所述耦合结构上形成AR涂层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述凹坑的侧壁与所述耦合结构的垂直小平面共面，而所述AR涂层沿着所述凹坑的所述侧壁和所述耦合结构的所述垂直小平面形成。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将激光器管芯附接在所述凹坑中，其中所述凹坑形成从所述激光器管芯的输出端口发射的光引导到所述耦合结构的输入端口的深度。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括将所述激光器管芯与所述激光器管芯的光端口附接在距所述AR涂层约2到3微米的距离处。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过执行以下一项来沉积所述AR涂层：(i)旋涂沉积；以及(ii)物理气相沉积。
6.一种将抗反射(AR)涂层应用于LIDAR芯片的耦合结构的方法，包括：
在晶片上形成所述耦合结构；
在所述晶片中邻近所述耦合结构形成凹坑；
在所述晶片和耦合结构的顶部上沉积AR材料；以及
蚀刻所述AR材料以在所述耦合结构的垂直小平面上形成所述AR涂层。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述凹坑的侧壁与所述耦合结构的所述垂直小平面共面，而所述AR涂层沿着所述凹坑的所述侧壁和所述耦合结构的所述垂直小平面形成。
8.根据权利要求6所述的方法，进一步包括将激光器管芯附接在所述凹坑中，其中所述凹坑形成从所述激光器管芯的输出端口发射的光引导到所述耦合结构的输入端口的深度。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括将所述激光器管芯与所述激光器管芯的光端口沉积在距所述AR涂层约2到3微米的距离处。
10.根据权利要求6所述的方法，进一步包括通过执行以下一项来沉积所述AR涂层：(i)旋涂沉积；以及(ii)物理气相沉积。
CN201810765959.2A 2017-07-12 2018-07-12 用于集成激光二极管/光子芯片接口的抗反射结构 Active CN109270601B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762531414P 2017-07-12 2017-07-12
US62/531414 2017-07-12
US16/018852 2018-06-26
US16/018,852 US10615568B2 (en) 2017-07-12 2018-06-26 Antireflection structure for integrated laser diode/photonic chip interface

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109270601A true CN109270601A (zh) 2019-01-25
CN109270601B CN109270601B (zh) 2021-02-19

Family

ID=64745202

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810765959.2A Active CN109270601B (zh) 2017-07-12 2018-07-12 用于集成激光二极管/光子芯片接口的抗反射结构

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10615568B2 (zh)
CN (1) CN109270601B (zh)
DE (1) DE102018116960A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114825045A (zh) * 2022-06-24 2022-07-29 度亘激光技术（苏州）有限公司 抗反射激光器及其制备方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11226403B2 (en) * 2017-07-12 2022-01-18 GM Global Technology Operations LLC Chip-scale coherent lidar with integrated high power laser diode

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060002443A1 (en) * 2004-06-30 2006-01-05 Gennady Farber Multimode external cavity semiconductor lasers
CN102365744A (zh) * 2009-02-11 2012-02-29 米辑电子 图像和光传感器芯片封装

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04371911A (ja) 1991-06-21 1992-12-24 Hitachi Ltd 光アイソレータおよび希土類添加ファイバ光増幅装置
US5139879A (en) * 1991-09-20 1992-08-18 Allied-Signal Inc. Fluoropolymer blend anti-reflection coatings and coated articles
US5499132A (en) 1992-05-13 1996-03-12 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical passive components
US6229947B1 (en) 1997-10-06 2001-05-08 Sandia Corporation Tapered rib fiber coupler for semiconductor optical devices
JPH11218721A (ja) 1997-11-07 1999-08-10 Samsung Electronics Co Ltd 多段複合光学装置
DE69937764T2 (de) * 1998-09-22 2008-11-27 Fujifilm Corp. Verfahren zur Herstellung eines Antireflektionsfilms
US6480331B1 (en) 1999-11-10 2002-11-12 Avanex Corporation Reflection-type polarization-independent optical isolator, optical isolator/amplifier/monitor, and optical system
JP2001264694A (ja) 2000-03-15 2001-09-26 Shin Etsu Chem Co Ltd 偏波無依存型光アイソレータ
US6442310B1 (en) 2000-07-14 2002-08-27 Jds Uniphase Inc. Optical coupling device and method
US8116602B2 (en) 2001-04-03 2012-02-14 Infinera Corporation High efficiency optical mode transformer for matching a single mode fiber to a high index contrast planar waveguide
US6962345B2 (en) 2002-02-15 2005-11-08 Dana Corporation MLS gasket with bore edge stopper bead
US7031574B2 (en) 2002-07-10 2006-04-18 Finisar Corporation Plug-in module for providing bi-directional data transmission
US6839170B2 (en) 2002-10-15 2005-01-04 Oplink Communications, Inc. Optical isolator
US7359593B2 (en) 2003-10-09 2008-04-15 Infinera Corporation Integrated optical mode shape transformer and method of fabrication
JP4672273B2 (ja) 2004-03-24 2011-04-20 富士通株式会社 波長多重光伝送システム及びそれにおける送信波長制御方法
US7481588B2 (en) 2006-11-21 2009-01-27 Kvh Industries, Inc. Optical fiber composite, devices, and methods of making same
US8121450B2 (en) 2007-12-12 2012-02-21 Lightwire, Inc. Coupling between free space and optical waveguide using etched coupling surfaces
US8878095B2 (en) 2010-12-17 2014-11-04 Electro Scientific Industries, Inc. Reducing back-reflection in laser micromachining systems
US10288805B2 (en) 2012-02-13 2019-05-14 Mellanox Technologies Silicon Photonics Inc. Coupling between optical devices
US9134498B2 (en) 2013-07-18 2015-09-15 Cisco Technology, Inc. Coupling system for optical fibers and optical waveguides
US9720218B2 (en) 2013-08-06 2017-08-01 Howard Hughes Medical Institute Volume imaging
US9310471B2 (en) 2014-06-27 2016-04-12 Hrl Laboratories, Llc Single chip scanning lidar and method of producing the same
CN111337936A (zh) 2015-01-20 2020-06-26 托里派因斯洛基股份有限责任公司 单孔激光测距仪
CN113156594A (zh) 2015-02-18 2021-07-23 思敏光子控股有限责任公司 用于光子ic表征和封装的多端口光学探头
US9335480B1 (en) 2015-03-17 2016-05-10 Huawei Technologies Co., Ltd. Optical alignment using multimode edge couplers
US10520602B2 (en) 2015-11-30 2019-12-31 Luminar Technologies, Inc. Pulsed laser for lidar system
US9823118B2 (en) 2015-12-26 2017-11-21 Intel Corporation Low power, high resolution solid state LIDAR circuit
US20170336565A1 (en) 2016-05-20 2017-11-23 Judson D. Ryckman Single mode optical coupler

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060002443A1 (en) * 2004-06-30 2006-01-05 Gennady Farber Multimode external cavity semiconductor lasers
CN102365744A (zh) * 2009-02-11 2012-02-29 米辑电子 图像和光传感器芯片封装

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114825045A (zh) * 2022-06-24 2022-07-29 度亘激光技术（苏州）有限公司 抗反射激光器及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
US10615568B2 (en) 2020-04-07
DE102018116960A1 (de) 2019-01-17
US20190052047A1 (en) 2019-02-14
CN109270601B (zh) 2021-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10514500B2 (en) Device integrating suspended LED, optical waveguide and photoelectric detector on same chip, and fabrication method thereof
US11002907B2 (en) Stepped optical bridge for connecting semiconductor waveguides
CN103650176A (zh) 发光元件及其制造方法
CN109270601A (zh) 用于集成激光二极管/光子芯片接口的抗反射结构
CN108960021A (zh) 光学元件的制作方法及光学感应装置
CN104766903A (zh) 集成模块及其形成方法
US20100117108A1 (en) Uses of self-organized needle-type nanostructures
JP6617300B2 (ja) 半導体基板をランダムにテクスチャリングするための方法
CN105353461B (zh) 大容差耦合波导
US20150214439A1 (en) Led device with bragg reflector and method of singulating led wafer substrates into dice with same
CN101877330A (zh) 具有周期结构的蓝宝石基板
CN112117640B (zh) 一种衬底型衍射光学元件vcsel分光结构及制备方法
JP2017518646A5 (zh)
CN105334699B (zh) 通过重复曝光改进光刻胶形貌的方法
JP4166497B2 (ja) 異なる波長に対応する複数の異なる長さの共振空洞を有する光学装置およびその製造方法
CN103713341A (zh) 一种非周期高对比度光栅及其制备方法
CN104977653B (zh) 一种plc波导微耦合镜面的加工方法
CN113948958B (zh) 一种集成光源的制备方法
Cho et al. Enhanced optical coupling performance in an InGaAs photodiode integrated with wet-etched microlens
US11217963B1 (en) Wafer level coatings for photonic die
US20050242056A1 (en) Process for fabricating a micro-optical lens
CN106549302A (zh) 一种边发射激光器与制作方法
CN206412634U (zh) 一种dfb半导体激光器
US20210366977A1 (en) Method for manufacturing a microlens
Schrauwen et al. Polymer wedge for perfectly vertical light coupling to silicon

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant