CN217981913U - 一种混合集成器件 - Google Patents
一种混合集成器件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN217981913U CN217981913U CN202221829868.9U CN202221829868U CN217981913U CN 217981913 U CN217981913 U CN 217981913U CN 202221829868 U CN202221829868 U CN 202221829868U CN 217981913 U CN217981913 U CN 217981913U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- chip
- waveguide
- daughter board
- motherboard
- area
- 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.)
- Active
Links
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 223
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 223
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 223
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 69
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 69
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 97
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 50
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 50
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 50
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 47
- 239000012792 core layer Substances 0.000 claims description 33
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 17
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 46
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 45
- 239000000463 material Substances 0.000 description 22
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 6
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 6
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 3
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000010023 transfer printing Methods 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001010 compromised effect Effects 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000001883 metal evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000005543 nano-size silicon particle Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4219—Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
- G02B6/4228—Passive alignment, i.e. without a detection of the degree of coupling or the position of the elements
- G02B6/423—Passive alignment, i.e. without a detection of the degree of coupling or the position of the elements using guiding surfaces for the alignment
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/12002—Three-dimensional structures
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/1228—Tapered waveguides, e.g. integrated spot-size transformers
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4219—Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
- G02B6/4228—Passive alignment, i.e. without a detection of the degree of coupling or the position of the elements
- G02B6/4232—Passive alignment, i.e. without a detection of the degree of coupling or the position of the elements using the surface tension of fluid solder to align the elements, e.g. solder bump techniques
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/14—Structural association of two or more printed circuits
- H05K1/144—Stacked arrangements of planar printed circuit boards
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/36—Assembling printed circuits with other printed circuits
- H05K3/368—Assembling printed circuits with other printed circuits parallel to each other
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12133—Functions
- G02B2006/12147—Coupler
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12166—Manufacturing methods
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
- G02B6/136—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by etching
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
- H05K2201/04—Assemblies of printed circuits
- H05K2201/041—Stacked PCBs, i.e. having neither an empty space nor mounted components in between
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49002—Electrical device making
- Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing
- Y10T29/49124—On flat or curved insulated base, e.g., printed circuit, etc.
- Y10T29/4913—Assembling to base an electrical component, e.g., capacitor, etc.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
本实用新型公开一种混合集成器件，子板芯片位于母板芯片上方，且子板芯片倒置在母板芯片上，或母板芯片位于子板芯片上方，且母板芯片倒置在子板芯片上，母板芯片和子板芯片贴合或靠近构成垂直波导耦合器；母板芯片的母板芯片本体上设置有母板芯片金属区、母板芯片垂直支撑组件和母板芯片波导区，母板芯片波导区包括母板芯片耦合波导区和母板芯片常规波导区；子板芯片的子板芯片本体上设置有子板芯片金属区、子板芯片垂直支撑组件和子板芯片波导区，子板芯片波导区包括子板芯片常规波导区和子板芯片耦合波导区，子板芯片常规波导区和子板芯片耦合波导区固接；本实用新型公开的混合集成器件增大了光芯片之间的对准容差，降低了光损耗和光反射。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学集成技术领域，特别是涉及一种混合集成器件。
背景技术
近年来集成光路飞速发展，将光纤通信中的激光器，调制器，探测器集成于单个芯片上能够满足小型化、低功耗、低成本的发展趋势。目前，集成光路可以依赖于很多材料体系，例如有源器件主要来源于磷化铟，砷化镓，氮化镓，无源器件主要依赖于硅，氮化硅，氧化硅，氮化铝，铌酸锂等。考虑到晶圆成本和成熟的加工工艺，硅成了集成光路最有前途的材料。但是硅依旧没法满足光通信器件的所有需求。例如硅作为间接带隙半导体材料，它无法成为光源。此外由于存在双光子吸收，硅也无法应用于非线性光学中。但是其他的材料体系却在这些方面避免了硅的缺点。因此，混合集成不同的材料实现最佳的集成光路芯片成为了共识。
光学材料集成有很多种方式，主要分为两大类，包括倒装集成(Flip-chipintegration)(Pedder D J.Flip chip solder bonding for microelectronicapplications[J].Microelectronics International,1988.)，转移沾印(Transferprinting)(Menard E,Lee K J,Khang D Y,Nuzzo,R.G.,&Rogers.A printable form ofsilicon for high performance thin film transistors on plastic substrates[J].Applied Physics Letters,2004,84(26):5398-5400.)为代表的封装混合集成技术，和直接粘合(Die and wafer bonding)(Liang D,Roelkens G,Baets R,&Bowers,J.E.Hybridintegrated platforms for silicon photonics[J].Materials,2010,3(3):1782-1802.),薄层蒸镀(Layer deposition)(Morrison B,Casas-Bedoya A,Ren G,etal.Compact Brillouin devices through hybrid integration on silicon[J].Optica,2017,4(8):847-854.),直接生长(Direct growth)(Han Y,Yan Z,Ng W K,etal.Bufferless 1.5μm III-V lasers grown on Si-photonics 220nm silicon-on-insulator platforms[J].Optica,2020,7(2):148-153.)为代表的异质集成技术。虽然材料异质集成技术适合未来的大规模量产，后期生产成本低，无源有源器件同片制作，有着很高的对准精度，但是它对晶圆质量，加工设备和工艺，超净环境等条件要求非常苛刻，前期的研发成本很高，有一定的技术难度。封装混合集成技术特别是倒装集成，可以独立优化分立的芯片，前期测试选择最佳性能的器件进行混合集成，良品率很高。
但是目前倒装集成最大的问题是不同的材料体系间光的耦合。光栅耦合(Gratingcoupling)无法满足整个C波段的工作要求；反射镜面耦合(Mirror coupling)加工难度较高，而且一般只能制作在芯片末端(Noriki A,Amano T,Shimura D,et al.Broadband andpolarization-independent efficient vertical optical coupling with 45°mirrorfor optical I/O of Si photonics[J].Journal of Lightwave Technology,2016,34(3):978-984.)；直接对接耦合(Butt coupling)的耦合效率受限于端面质量，端面反射和三维对准误差。如今商用的Flip-chip平台通过对准标记可以在水平两个方向上实现500nm以内的对准误差，但是垂直方向的对准依旧是个挑战，对基底厚度和材料刻蚀的均匀性要求较高，而且不同材料热膨胀系数不一样，温度的变化势必会造成该混合集成器件光对接部分垂直方向的失准。另一方面，现在更多地利用模斑转换器让对准光斑放大，一定程度上利于直接对接，但是端面和端面之间总是要留下间隔，影响耦合效率，而且三维对准容差不高，±1μm的对准误差内理论的光耦合损耗是-2.3dB(Theurer M,Moehrle M,Sigmund A,etal.Flip-chip integration of InP and SiN[J].IEEE Photonics Technology Letters,2019,31(3):273-276.)。此外如何降低波导直接对接时的端面光反射也是个难题，无论是刻蚀界面或者是解理面，都会有一定的端面光反射回到有源器件中会严重影响器件性能，片上集成光隔离器也不是一件容易的事情。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种混合集成器件，以解决上述现有技术存在的问题，增大光芯片之间的对准容差，降低光损耗和光反射。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种混合集成器件，包括母板芯片和子板芯片，所述子板芯片位于所述母板芯片上方，且所述子板芯片倒置在所述母板芯片上，或所述母板芯片位于所述子板芯片上方，且所述母板芯片倒置在所述子板芯片上，所述母板芯片和子板芯片贴合或靠近构成垂直波导耦合器；
所述母板芯片包括母板芯片本体，所述母板芯片本体上设置有母板芯片金属区、母板芯片垂直支撑组件和母板芯片波导区，所述母板芯片波导区包括母板芯片耦合波导区和母板芯片常规波导区，所述母板芯片耦合波导区和母板芯片常规波导区固接且位于同一平面上；
所述子板芯片包括子板芯片本体，所述子板芯片本体上设置有子板芯片金属区、子板芯片垂直支撑组件和子板芯片波导区，所述子板芯片波导区包括子板芯片常规波导区和子板芯片耦合波导区，所述子板芯片常规波导区和子板芯片耦合波导区固接；
所述母板芯片垂直支撑组件与所述子板芯片垂直支撑组件贴合，所述母板芯片耦合波导区与所述子板芯片耦合波导区贴合或靠近构成垂直波导耦合器，所述母板芯片金属区与所述子板芯片金属区固接。
优选的，所述母板芯片本体包括母板芯片衬底层，所述母板芯片衬底层上开设有凹槽，所述凹槽内固接有母板芯片垂直支撑组件，且所述母板芯片衬底层上固接有母板芯片波导盖层，所述母板芯片波导盖层位于所述凹槽两侧，所述母板芯片金属区固接在所述凹槽一侧的母板芯片波导盖层上和所述凹槽内，所述母板芯片垂直支撑组件位于所述母板芯片金属区两侧，所述凹槽另一侧的母板芯片波导盖层上固接有母板芯片波导区。
优选的，所述母板芯片垂直支撑组件包括位于所述母板芯片金属区两侧的第一支撑件和第二支撑件，且所述第一支撑件和第二支撑件固接在所述母板芯片衬底层上。
优选的，所述子板芯片本体包括子板芯片衬底层，所述子板芯片衬底层的顶端固接有子板芯片波导芯层，所述子板芯片波导芯层顶端固接有子板芯片波导盖层和子板芯片耦合波导区，且所述子板芯片波导盖层和子板芯片耦合波导区固接，所述子板芯片波导盖层上固接有子板芯片金属区。
优选的，所述子板芯片垂直支撑组件包括固接在所述子板芯片衬底层上的第三支撑件和第四支撑件，所述第三支撑件和第四支撑件分别位于所述子板芯片波导芯层两侧，且所述第三支撑件与所述第二支撑件对应设置，所述第四支撑件和第一支撑件对应设置。
优选的，所述第一支撑件和第二支撑件与所述母板芯片耦合波导区高度相同。
优选的，所述第三支撑件和第四支撑件与所述子板芯片耦合波导区高度相同。
优选的，第二模斑转换结构固接，所述第一模斑转换结构与所述母板芯片耦合波导区固接，所述第二模斑转换结构与所述集成光路波导芯层固接，所述母板芯片耦合波导区与所述集成光路波导芯层间固接有氧化硅盖层。
优选的，所述母板芯片为InP基芯片，所述子板芯片为硅基波导芯片，所述InP基芯片包括母板芯片本体，所述母板芯片本体上分别固接有InP基芯片垂直支撑组件和InP基芯片耦合波导区，所述母板芯片本体包括母板芯片热沉，所述母板芯片热沉上依次固接有InP基芯片衬底、InP基芯片芯层、InP基芯片盖层和InP基芯片金属区，所述InP基芯片垂直支撑组件包括固接在所述InP基芯片衬底上的第五支撑件和第六支撑件，且所述第五支撑件和第六支撑件位于所述InP基芯片芯层两侧，所述第五支撑件和第六支撑件与所述硅基波导芯片贴合，所述硅基波导芯片上固接有硅基波导芯片耦合波导区和硅基波导芯片常规波导区，所述InP基芯片耦合波导区和硅基波导芯片耦合波导区贴合或靠近构成垂直波导耦合器。
优选的，所述硅基波导芯片和所述InP基芯片衬底通过第一焊接区域和第二焊接区域固接。
本实用新型公开了以下技术效果：本实用新型公开的混合集成器件，将子板芯片倒置贴合于母板芯片上，或者母板芯片倒置在子板芯片上，子板芯片耦合波导区与母板芯片耦合波导区紧密贴合或靠近，形成波导垂直耦合状态，使得光能够从子板芯片耦合波导区传输到母板芯片耦合波导区或者从母板芯片耦合波导区中传输到子板芯片耦合波导区，通过母板芯片和子板芯片倒装贴片并结合波导垂直耦合的方式实现混合集成。子板芯片耦合波导区和母板芯片耦合波导区可作为倒装贴片时垂直方向的支撑区域之一，紧密接触，形成垂直耦合器，利用子板芯片耦合波导区和母板芯片耦合波导区完全接触贴合的双波导实现高效的光耦合，且有较大的对准容差。子板芯片和母板芯片上对应的金属区固接，从而将子板芯片和母板芯片固定连接在一起。本实用新型增大了光芯片之间的对准容差，降低了光损耗和光反射。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例一的光学母板芯片结构示意图；
图2为本实用新型实施例一的光学子板芯片结构示意图；
图3为本实用新型实施例一的混合集成后的器件结构示意图；
图4为本实用新型实施例一光学母板芯片耦合波导区横截面结构示意图；
图5为本实用新型实施例一光学子板芯片耦合波导区横截面结构示意图；
图6为本实用新型实施例一混合集成后耦合波导区侧视结构示意图；
图7为本实用新型实施例一混合集成后耦合波导区俯视结构示意图；
图8为本实用新型实施例一中混合集成后耦合波导区参数示意图；
图9为本实用新型实施例一使用束传播方法仿真计算光从子板芯片波导区耦合到母板芯片波导区的传输效率；
图10为本实用新型实施例一中混合集成子板芯片和母板芯片贴合时的水平对准误差示意图；
图11为本实用新型实施例一使用束传播(BPM)方法仿真计算混合集成子板芯片和母板芯片贴合时的水平对准容差；
图12为本实用新型实施例二结构示意图；
图13为本实用新型实施例三混合集成后的器件三维结构示意图；
其中，1、母板芯片衬底层；2、母板芯片波导盖层；3、母板芯片金属区；4、第一支撑件；5、第二支撑件；6、母板芯片耦合波导区；7、母板芯片常规波导区；8、子板芯片衬底层；9、子板芯片波导芯层；10、子板芯片波导盖层；11、子板芯片金属区；12、第三支撑件；13、第四支撑件；14、子板芯片耦合波导区；15、共晶焊金属；16、硅衬底层；17、硅波导芯层；18、氧化硅盖层；22、第一模斑转换结构；23、第二模斑转换结构；24、集成光路波导芯层；25、母板芯片热沉；26、InP基芯片衬底层；27、InP基芯片芯层；28、InP基芯片盖层；29、InP基芯片金属区；30、InP基芯片耦合波导区；31、第五支撑件；32、第六支撑件；33、硅基波导芯片耦合波导区；34、硅基波导芯片常规波导区；35、第一焊接区域；36、第二焊接区域。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
实施例一
参照图1-11，本实用新型提供一种混合集成器件，包括母板芯片和子板芯片，且本实用新型公开的混合集成器件的子板芯片和母板芯片都是功能完整的独立芯片，都能独立完成芯片的工作，子板芯片和母板芯片耦合连接，增加了光芯片之间的对准容差，降低了光损耗和光反射。子板芯片位于母板芯片上方，且子板芯片倒置在母板芯片上，或母板芯片位于子板芯片上方，且母板芯片倒置在子板芯片上，母板芯片和子板芯片贴合或靠近构成垂直波导耦合器，光通过垂直波导耦合器从母板芯片过渡到子板芯片或者从子板芯片过渡到母板芯片；
母板芯片包括母板芯片本体，母板芯片本体上设置有母板芯片金属区3、母板芯片垂直支撑组件和母板芯片波导区，母板芯片波导区包括母板芯片耦合波导区6和母板芯片常规波导区7，母板芯片耦合波导区6和母板芯片常规波导区7固接且位于同一平面上；
子板芯片包括子板芯片本体，子板芯片本体上设置有子板芯片金属区11、子板芯片垂直支撑组件和子板芯片波导区，子板芯片波导区包括子板芯片常规波导区和子板芯片耦合波导区14，子板芯片常规波导区和子板芯片耦合波导区14固接；
母板芯片垂直支撑组件与子板芯片垂直支撑组件贴合，母板芯片耦合波导区6与子板芯片耦合波导区14贴合或靠近构成垂直波导耦合器，倒置的子板芯片的子板芯片耦合波导区14与对应的母板芯片耦合波导区6的水平对准可以依赖于子板芯片和母板芯片上的标记、卡槽或者其他光学主被动对准方式，且母板芯片耦合波导区6和子板芯片耦合波导区14的波导末端宽度收窄，不仅有利于光的高效耦合，且极大降低了光反射，在一定的耦合区域内通过垂直波导耦合的方式光完成了在子板芯片和母板芯片之间的传输，这种垂直耦合方式在水平方向允许较大的对准容差，该对准容差远大于直接对接耦合(Butt coupling)的方式；在垂直方向对准时，子板芯片耦合波导区14和母板芯片耦合波导区6紧密接触并作为垂直支撑结构之一，理论上不存在垂直对准误差，再者，混合集成时子板芯片耦合波导区14即使不在母板芯片耦合波导区6的正上方，通过一定长度和宽度的耦合区域，依旧可以获得较大的光耦合效率；同时，母板芯片耦合波导区6与子板芯片耦合波导区14贴合或靠近之后光耦合的原理包括但不限于定向耦合、倏逝波耦合和绝热耦合。可以根据不同的材料体系和结构，选择合适的波导耦合方式。例如当子板芯片和母板芯片耦合波导区6的有效折射率接近时，可以选择绝热耦合或者定向耦合；当子板芯片和母板芯片耦合波导区6的有效折射率相差较大，可以选择倏逝波耦合，子板芯片和母板芯片的耦合波导区可以选择脊波导区，优化垂直支撑结构，可以让耦合波导区更容易完全贴合；子板芯片和母板芯片的耦合波导区可以选择掩埋式波导，这样耦合波导可以容忍更大的垂直压力，结构更加稳定。子板芯片耦合波导区14和母板芯片耦合波导区6采用包括但不限于掩埋式波导、浅脊波导、深脊波导等波导形式；子板芯片耦合波导区14和母板芯片耦合波导区6的数目、位置可以根据实际需要进行设置，根据实际波导区的具体结构参数可以设计子板芯片耦合波导区14和母板芯片耦合波导区6的宽度和长度，以获得较好的耦合效率和较大的对准容差。耦合区域长度越长，水平方向的对准容差越大，但是太长的耦合区域不利于倒装紧密贴合，所以需要折衷设计耦合波导区的参数；同时，根据实际波导区的具体结构参数优化子板芯片耦合波导区14的波导盖层10和母板芯片耦合波导区6的波导盖层2的厚度，不仅能保护波导区芯层，传输稳定的波导基模，而且保证子板芯片和母板芯片耦合波导之间较好的耦合效率。母板芯片金属区3与子板芯片金属区11固接，母板芯片金属区3与子板芯片金属区11通过共晶焊金属15利用合金共晶焊接或金属键合技术连接。母板芯片金属区3与子板芯片金属区11形成的方式包括但不限于金属蒸发、溅射、电镀；母板芯片金属区3和子板芯片金属区11可以但不必要提供子板芯片的电流或电压注入，其位置、数量和形状等可进行适应性修改；光学子板芯片金属区11通过共晶焊接或金属键合工艺与光学母板芯片金属区3相连。高温贴片完成后的降温，金属会收缩让子板芯片和母板芯片贴合得更加紧密。母板芯片金属区3一般蒸镀在母板芯片衬底层1材料，比如硅材料上，以获得较好的散热，此种混合集成方式如果工作在较大温度变化的环境中时，由于热胀冷缩导致的垂直方向对准误差不大，依旧能获得较好的耦合效率；光学母板芯片的硅波导芯层17可以是硅，非晶硅等高折射率低损耗材料，光学子板芯片耦合波导区14的光极易垂直耦合到这些高折射率的光学母板耦合波导区里。然而如今广泛应用的集成光路波导芯层24的材料不仅有硅，还有折射率相对较低的一些材料，例如氮化硅，铌酸锂等，如果它们直接作为母板芯片耦合波导区6的材料，与子板芯片耦合波导区14对准贴合形成垂直耦合器，那么所需耦合波导长度较长且对准容差会降低。因此，依旧可以采用非晶硅等高折射率材料作为母板芯片耦合波导区6的材料，贴片形成的垂直耦合器完成光从子板芯片耦合到母板芯片之后，然后利用一层或者多层模斑转换器将光从母板芯片的高折射率耦合波导渐渐转移至集成光路波导中。
其中子板芯片和母板芯片上开设对应的用于水平对准的标记或卡槽，用来保证子板芯片和母板芯片在水平方向上的精确对准。母板芯片上具有高度一致的垂直支撑组件，子板芯片上具有对应的高度一致的垂直支撑组件；母板芯片耦合波导区6和子板芯片耦合波导区14分别是母板芯片垂直支撑组件和子板芯片垂直支撑组件的一部分，二者相互贴合，起到支撑母板芯片和子板芯片的作用。
本实用新型将子板芯片倒置贴合于母板芯片之上，子板芯片耦合波导区14与母板芯片耦合波导区6紧密贴合或靠近，形成波导垂直耦合状态，使得光能够从子板芯片耦合波导区14传输到母板芯片耦合波导区6或者从母板芯片耦合波导区6中传输到子板芯片耦合波导区14，通过母板芯片和子板芯片倒装贴片并结合波导垂直耦合的方式实现混合集成。子板芯片耦合波导区14和母板芯片耦合波导区6可作为倒装贴片时垂直方向的支撑区域之一，紧密接触，形成垂直耦合器，利用子板芯片耦合波导区14和母板芯片耦合波导区6完全接触贴合的双波导实现高效的光耦合，且有较大的对准容差。子板芯片和母板芯片上对应的金属区通过共晶焊或金属键合的方式固接起来，从而将子板芯片和母板芯片固定连接在一起。
进一步优化方案，母板芯片本体包括母板芯片衬底层1，母板芯片衬底层1上开设有凹槽，凹槽内固接有母板芯片垂直支撑组件，且母板芯片衬底层1上固接有母板芯片波导盖层2，母板芯片波导盖层2位于凹槽两侧，母板芯片金属区3固接在凹槽一侧的母板芯片波导盖层2上和凹槽内，母板芯片垂直支撑组件位于母板芯片金属区3两侧，凹槽另一侧的母板芯片波导盖层2上固接有母板芯片波导区，其中母板芯片上的凹槽取决于子板芯片的具体结构，该种混合集成方式有着较大的水平对准容差，远远优于波导直接对接耦合(Buttcoupling)的方式。
其中，母板芯片衬底层1选用材料厚度500μm的Si，母板芯片波导区芯层是厚度250nm的Si，通过2μm厚度的SiO2层与母板芯片衬底层1隔开，母板芯片波导芯层上方的母板芯片波导盖层2是150nm的SiO2。母板芯片耦合波导区6的横截面结构从上往下依次是氧化硅盖层18、硅波导芯层17和硅衬底层16。
更进一步说，母板芯片垂直支撑组件包括位于母板芯片金属区3两侧的第一支撑件4和第二支撑件5，且第一支撑件4和第二支撑件5固接在母板芯片衬底层1上；其中可以根据实际需要调整母板芯片上垂直支撑组件的数量、位置、形状。
再进一步说，子板芯片衬底层8的顶端固接有子板芯片波导芯层9，子板芯片波导芯层9顶端固接有子板芯片波导盖层10和子板芯片耦合波导区14，且子板芯片波导盖层10和子板芯片耦合波导区14固接，子板芯片波导盖层10上固接有子板芯片金属区11。其中，子板芯片衬底层8材料是InP，子板芯片波导芯层9的材料为InGaAsP，折射率为3.39，厚度300nm；子板芯片波导盖层10材质是InP，非耦合波导区的子板芯片波导盖层10厚度为1.5μm；子板芯片耦合波导区14的横截面结构从上而下依次是子板芯片波导盖层10，子板芯片波导芯层9和子板芯片衬底层8，在子板芯片耦合波导区14，子板芯片波导盖层10的厚度是150nm；光从子板芯片耦合波导区14进入子板芯片常规波导区；或者光从子板芯片常规波导区进入子板芯片耦合波导。
其中，光从子板芯片耦合波导区146进入子板芯片常规波导区；或者光从子板芯片常规波导区进入子板芯片耦合波导14；子板芯片耦合波导区14的子板芯片波导盖层10和母板芯片耦合波导区6的母板芯片波导盖层2厚度远远低于子板芯片和母板芯片常规波导区7盖层厚度，以获得更高效的耦合；子板芯片和母板芯片常规波导区7和耦合波导区的盖层厚度不同往往会引入光传输损耗，可以采用各种渐变结构来降低光从常规波导区进入耦合波导区或者从耦合波导区进入常规波导区的传输损耗。
当子板芯片是有源器件时，子板芯片金属区11蒸镀在子板芯片波导盖层10上，母板芯片金属区3蒸镀在凹槽嵌套区域中，凹槽嵌套区域一般刻蚀到母板芯片衬底层1中。倒装的子板芯片与母板芯片贴合时，子板芯片金属区11完全嵌套在母板芯片凹槽嵌套区域里，且母板芯片金属区3和子板芯片金属区11完全对应。通过共晶焊金属15，利用合金共晶焊接或金属键合技术连接子板芯片金属区11和母板芯片金属区3。升温时共晶焊金属15会熔化变软，所以子板芯片金属区11与母板芯片金属区3的固接不会妨碍子板芯片垂直支撑结构及耦合波导区与对应母板芯片垂直支撑结构及耦合波导区的贴合，熔化金属的表面张力并且可以帮助子板芯片和母板芯片在水平方向精确对准。降温时，金属冷却收缩会进一步拉紧子板芯片和母板芯片，使子板芯片耦合波导区14和母板芯片耦合波导区6之间的接触更加紧密，波导耦合效率在温度变化大的环境中能够保持稳定。母板芯片金属区3蒸镀在母板芯片衬底层1上，散热较好，温度变化导致的垂直方向位移不大，由此，光能够从子板芯片耦合波导区14传输进母板芯片耦合波导区6或者从母板芯片耦合波导区6传输进子板芯片耦合波导区14。
进一步优化方案，子板芯片垂直支撑组件包括固接在子板芯片衬底层8上的第三支撑件12和第四支撑件13，第三支撑件12和第四支撑件13分别位于子板芯片波导芯层9两侧，且第三支撑件12与第二支撑件5对应设置，第四支撑件13和第一支撑件4对应设置。其中，可以根据实际需要调整子板芯片垂直支撑组件的数量、位置、形状，子板芯片的垂直支撑组件与母板芯片的垂直支撑组件对应设置。
进一步优化方案，第一支撑件4和第二支撑件5与母板芯片耦合波导区6高度相同；第三支撑件12和第四支撑件13与子板芯片耦合波导区14高度相同；母板芯片的第一支撑件4和第二支撑件5以及母板芯片耦合波导区6可以通过同一步骤刻蚀获得，以保证其高度一致；子板芯片的第三支撑件12和第四支撑件13以及子板芯片耦合波导区14同样可以通过同一步骤刻蚀获得，以保证其高度一致。
如图8-9所示，本实施例采用包括但不限于倏逝波耦合，母板芯片耦合波导区6贴合宽度从0.2μm渐变到1.5μm，子板芯片耦合波导区14宽度从4μm渐变到0.2μm，上下波导耦合区域(子板芯片耦合波导区14和母板芯片耦合波导区6的重合区域)总长度为470μm。采用束传播方法，对耦合效率进行仿真，在仿真中波导耦合区域两端的常规波导区长度均设置为10μm，用于监测子板芯片和母板芯片常规波导区7里的功率，InP波导里的基模通过耦合波导区贴合形成的垂直波导耦合器耦合到下方硅波导中，耦合效率大于98％。
如图10-11所示，子板芯片与母板芯片靠近贴合时的对准容差是混合集成的关键；本方法中母板芯片耦合波导区6和子板芯片耦合波导区14作为垂直方向的支撑结构之一，理论上不存在垂直方向的对准误差；即使子板芯片或者母板芯片有不平或者翘曲导致耦合波导区没有完全贴合，可以在子板芯片耦合波导区14上方适度施加压力，并利用共晶焊接或键合金属冷却时的收缩拉紧耦合波导区让其完全贴合，因此不考虑垂直方向的对准容差。水平方向上则会导致两个维度的对准误差，分别是传播方向的z补偿和波导宽度方向的x补偿，用束传播方法分别计算了存在z补偿和x补偿的耦合效率，结果表明，光传输方向的对准容差Z补偿很大，远远优于直接对接耦合(Butt coupling)方案。耦合波导宽度方向的误差±1μm以内，耦合损耗的增加不大于10％(约0.5dB)，也优于直接对接耦合的耦合损耗增加2.3dB。
实施例二
如图12所示，与实施例一的区别在于，母板芯片波导盖层2上固接有第一模斑转换结构22、第二模斑转换结构23和集成光路波导芯层24，且第一模斑转换结构22和第二模斑转换结构23固接，第一模斑转换结构22与母板芯片耦合波导区6固接，第二模斑转换结构23与集成光路波导芯层24固接，母板芯片耦合波导区6与集成光路波导芯层24间固接有氧化硅盖层18。考虑材料生长，母板芯片耦合波导区6和集成光路波导芯层24之间一般有氧化硅盖层18材料隔开。基于图12的母板芯片结构，可以满足目前主流无源光路芯片和有源器件芯片的混合集成。
实施三
参照图13，与实施例一的区别在于，母板芯片为InP基芯片，子板芯片为硅基波导芯片，InP基芯片包括母板芯片本体，母板芯片本体上分别固接有InP基芯片垂直支撑组件和InP基芯片耦合波导区30，母板芯片本体包括母板芯片热沉25，母板芯片热沉25上依次固接有InP基芯片衬底层26、InP基芯片芯层27、InP基芯片盖层28和InP基芯片金属区29，InP基芯片垂直支撑组件包括固接在InP基芯片衬底层26上的第五支撑件31和第六支撑件32，且第五支撑件31和第六支撑件32位于InP基芯片芯层27两侧，第五支撑件31和第六支撑件32与硅基波导芯片贴合，硅基波导芯片上固接有硅基波导芯片耦合波导区33和硅基波导芯片常规波导区34，InP基芯片耦合波导区30和硅基波导芯片耦合波导区33贴合或靠近构成垂直波导耦合器。且硅基波导芯片和InP基芯片衬底层26通过第一焊接区域35和第二焊接区域36固接。
减薄后的InP基芯片正面朝上，通过背面金属焊接在对应母板芯片热沉25上，并作为母板芯片；硅基波导芯片作为子板芯片倒置于作为母板芯片的InP基芯片上。InP基芯片上有高度一致的InP基芯片耦合波导区30和母板芯片垂直支撑组件。硅基波导芯片上，硅基波导芯片耦合波导区33与子板芯片垂直支撑组件。子板芯片和母板芯片上下贴合在一起，InP基芯上高度一致的第五支撑件31和第六支撑件32支持着硅基波导芯片，实现竖直方向对准；第五支撑件31和第六支撑件32的数量、位置、安装区域可已根据实际需要进行适应性调整，只需要满足与硅基波导芯片耦合波导区33等高即可。第一焊接区域35和第二焊接区域36包含互相对应的InP基芯片上和硅基波导芯片上的金属区，每对金属区均用共晶焊接或金属键合技术连接，让结构更加稳定。子板芯片和母板芯片的水平方向对准利用标记实现。光从InP基芯片耦合波导区30耦合到硅基波导芯片中，混合集成器件的耦合波导区域结构与实施例一一致。需要指出的是，硅基波导芯片耦合波导区33区域的波导盖层很薄，利于光的耦合，光在耦合波导区域完成垂直耦合之后，进入到常规波导区域，这里的波导盖层可以更厚一些。可以采用各种渐变结构来降低光从耦合波导区进入常规波导区的传输损耗。
实施例二的耦合波导区与实施例一相同，同样具有较大的耦合效率和对准容差。与实施例一相比，实施例二还有两个方面的优势。第一，InP基芯片衬底层26直接焊在母板芯片热沉25上，有着更加良好的散热能力，芯片工作更加稳定，这种方案更适合需要高速电连接的InP基芯片；第二，子板芯片和母板芯片对准贴合时，母板芯片热沉25上的InP基芯片能够正常工作(例如激光器激射)，如果硅基波导芯片末端已经耦合固定光纤，该光纤另一端连接探测器，此时可以实现主动对准，通过探测器的示数大小判断子板芯片和母板芯片贴合的位置是否准确，从而获得更高的良品率。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
以上的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种混合集成器件，其特征在于：包括母板芯片和子板芯片，所述子板芯片位于所述母板芯片上方，且所述子板芯片倒置在所述母板芯片上，或所述母板芯片位于所述子板芯片上方，且所述母板芯片倒置在所述子板芯片上，所述母板芯片和子板芯片贴合或靠近构成垂直波导耦合器；
所述母板芯片包括母板芯片本体，所述母板芯片本体上设置有母板芯片金属区(3)、母板芯片垂直支撑组件和母板芯片波导区，所述母板芯片波导区包括母板芯片耦合波导区(6)和母板芯片常规波导区(7)，所述母板芯片耦合波导区(6)和母板芯片常规波导区(7)固接且位于同一平面上；
所述子板芯片包括子板芯片本体，所述子板芯片本体上设置有子板芯片金属区(11)、子板芯片垂直支撑组件和子板芯片波导区，所述子板芯片波导区包括子板芯片常规波导区和子板芯片耦合波导区(14)，所述子板芯片常规波导区和子板芯片耦合波导区(14)固接；
所述母板芯片垂直支撑组件与所述子板芯片垂直支撑组件贴合，所述母板芯片耦合波导区(6)与所述子板芯片耦合波导区(14)贴合或靠近构成垂直波导耦合器，所述母板芯片金属区(3)与所述子板芯片金属区(11)固接。
2.根据权利要求1所述的混合集成器件，其特征在于：所述母板芯片本体包括母板芯片衬底层(1)，所述母板芯片衬底层(1)上开设有凹槽，所述凹槽内固接有母板芯片垂直支撑组件，且所述母板芯片衬底层(1)上固接有母板芯片波导盖层(2)，所述母板芯片波导盖层(2)位于所述凹槽两侧，所述母板芯片金属区(3)固接在所述凹槽一侧的母板芯片波导盖层(2)上和所述凹槽内，所述母板芯片垂直支撑组件位于所述母板芯片金属区(3)两侧，所述凹槽另一侧的母板芯片波导盖层(2)上固接有母板芯片波导区。
3.根据权利要求2所述的混合集成器件，其特征在于：所述母板芯片垂直支撑组件包括位于所述母板芯片金属区(3)两侧的第一支撑件(4)和第二支撑件(5)，且所述第一支撑件(4)和第二支撑件(5)固接在所述母板芯片衬底层(1)上。
4.根据权利要求3所述的混合集成器件，其特征在于：所述子板芯片本体包括子板芯片衬底层(8)，所述子板芯片衬底层(8)的顶端固接有子板芯片波导芯层(9)，所述子板芯片波导芯层(9)顶端固接有子板芯片波导盖层(10)和子板芯片耦合波导区(14)，且所述子板芯片波导盖层(10)和子板芯片耦合波导区(14)固接，所述子板芯片波导盖层(10)上固接有子板芯片金属区(11)。
5.根据权利要求4所述的混合集成器件，其特征在于：所述子板芯片垂直支撑组件包括固接在所述子板芯片衬底层(8)上的第三支撑件(12)和第四支撑件(13)，所述第三支撑件(12)和第四支撑件(13)分别位于所述子板芯片波导芯层(9)两侧，且所述第三支撑件(12)与所述第二支撑件(5)对应设置，所述第四支撑件(13)和第一支撑件(4)对应设置。
6.根据权利要求5所述的混合集成器件，其特征在于：所述第一支撑件(4)和第二支撑件(5)与所述母板芯片耦合波导区(6) 高度相同。
7.根据权利要求5所述的混合集成器件，其特征在于：所述第三支撑件(12)和第四支撑件(13)与所述子板芯片耦合波导区(14)高度相同。
8.根据权利要求2所述的混合集成器件，其特征在于：所述母板芯片波导盖层(2)上固接有第一模斑转换结构(22)、第二模斑转换结构(23)和集成光路波导芯层(24)，且所述第一模斑转换结构(22)和第二模斑转换结构(23)固接，所述第一模斑转换结构(22)与所述母板芯片耦合波导区(6)固接，所述第二模斑转换结构(23)与所述集成光路波导芯层(24)固接，所述母板芯片耦合波导区(6)与所述集成光路波导芯层(24)间固接有氧化硅盖层。
9.根据权利要求1所述的混合集成器件，其特征在于：所述母板芯片为InP基芯片，所述子板芯片为硅基波导芯片，所述InP基芯片包括母板芯片本体，所述母板芯片本体上分别固接有InP基芯片垂直支撑组件和InP基芯片耦合波导区(30)，所述母板芯片本体包括母板芯片热沉(25)，所述母板芯片热沉(25)上依次固接有InP基芯片衬底层(26)、InP基芯片芯层(27)、InP基芯片盖层(28)和InP基芯片金属区(29)，所述InP基芯片垂直支撑组件包括固接在所述InP基芯片衬底层(26)上的第五支撑件(31)和第六支撑件(32)，且所述第五支撑件(31)和第六支撑件(32)位于所述InP基芯片芯层(27)两侧，所述第五支撑件(31)和第六支撑件(32)与所述硅基波导芯片贴合，所述硅基波导芯片上固接有硅基波导芯片耦合波导区(33)和硅基波导芯片常规波导区(34)，所述InP基芯片耦合波导区(30)和硅基波导芯片耦合波导区(33)贴合或靠近构成垂直波导耦合器。
10.根据权利要求9所述的混合集成器件，其特征在于：所述硅基波导芯片和所述InP基芯片衬底层(26)通过第一焊接区域(35)和第二焊接区域(36)固接。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2021113131114 | 2021-11-08 | ||
| CN202111313111.4A CN113885129A (zh) | 2021-11-08 | 2021-11-08 | 一种混合集成新方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN217981913U true CN217981913U (zh) | 2022-12-06 |
Family
ID=79017183
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111313111.4A Pending CN113885129A (zh) | 2021-11-08 | 2021-11-08 | 一种混合集成新方法 |
| CN202221829868.9U Active CN217981913U (zh) | 2021-11-08 | 2022-07-15 | 一种混合集成器件 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111313111.4A Pending CN113885129A (zh) | 2021-11-08 | 2021-11-08 | 一种混合集成新方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230141467A1 (zh) |
| CN (2) | CN113885129A (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111323878B (zh) * | 2020-04-01 | 2021-10-15 | 联合微电子中心有限责任公司 | 一种激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准装置及方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130230274A1 (en) * | 2012-03-05 | 2013-09-05 | Gregory Alan Fish | Photonic flexible interconnect |
| EP3091379B1 (en) * | 2015-05-05 | 2020-12-02 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Optical coupling scheme |
-
2021
- 2021-11-08 CN CN202111313111.4A patent/CN113885129A/zh active Pending
-
2022
- 2022-02-24 US US17/680,267 patent/US20230141467A1/en active Pending
- 2022-07-15 CN CN202221829868.9U patent/CN217981913U/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113885129A (zh) | 2022-01-04 |
| US20230141467A1 (en) | 2023-05-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6093939A (en) | Hybrid optical module including an intermediate element | |
| Friedrich et al. | Hybrid integration of semiconductor lasers with Si-based single-mode ridge waveguides | |
| US8380032B2 (en) | Semiconductor optical amplifier module | |
| CN102694050B (zh) | 光接收器 | |
| WO2014093616A1 (en) | Fiber optic coupler array | |
| US20200096715A1 (en) | Optical Module Structure and Fabrication Method for Optical Module Structure | |
| JP5728964B2 (ja) | 光半導体装置及びその製造方法 | |
| CN217981913U (zh) | 一种混合集成器件 | |
| US20130207140A1 (en) | Semiconductor Optical Element Semiconductor Optical Module and Manufacturing Method Thereof | |
| US11934007B2 (en) | Assembly of an active semiconductor component and of a silicon-based passive optical component | |
| JP5834461B2 (ja) | 半導体レーザモジュール及びその製造方法 | |
| Mino et al. | Planar lightwave circuit platform with coplanar waveguide for opto-electronic hybrid integration | |
| CN115453687A (zh) | 光学组件及包含其的光芯片 | |
| CN115047564A (zh) | 具有渐缩表面的波导 | |
| JP3566107B2 (ja) | 光通信用モジュール | |
| CN112558217A (zh) | 一种电光器件及其制造方法 | |
| CN218383383U (zh) | 光学组件及包含其的光芯片 | |
| WO2024100782A1 (ja) | 光集積デバイス及び光集積デバイスの製造方法 | |
| US12038610B2 (en) | Wafer-level optoelectronic packaging | |
| CN114114533B (zh) | 一种三维光波导调制结构及其制备方法 | |
| US11448827B2 (en) | Wafer-level optoelectronic packaging | |
| US11822120B2 (en) | Optical components with enhanced heat dissipation | |
| CN115755290B (zh) | 边发射激光芯片与硅光芯片中光波导的耦合结构及方法 | |
| WO2023084610A1 (ja) | 光モジュールおよびその作製方法 | |
| Dai et al. | Hybrid integration of Lithium niobate on insulator waveguide and AlGaInAs laser |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |