[发明专利]自组装的垂直对准的多芯片组件

说明书

描述了多芯片组件(MCM)。这种MCM包括使用在基板的面对表面上的亲水材料和疏水材料以及作为恢复力的液体表面张力被动地自组装在另一个基板上的两个基板。两个基板上具有亲水材料的区域与另一个基板上具有亲水材料的区域重叠。另一个基板上的这些区域可以被具有疏水材料的区域包围。两个基板中的至少一个基板的表面上的间隔物可以使布置在两个基板上的光波导对准，使得光波导共面。这种制造技术可以允许通过边缘耦合两个基板来制造低损耗混合光源。例如，两个基板中的第一个基板可以是III/V族化合物半导体，并且两个基板中的第二个基板可以是绝缘体上硅光子芯片。

技术领域

本公开一般而言涉及多芯片组件(MCM)和用于制造MCM的技术。更具体而言，本公开涉及包括两个基板的MCM，这两个基板使用间隔物来垂直对准并且使用亲水层和疏水层进行自组装。

背景技术

基于硅光子技术的光互连在带宽、部件密度、能量效率、时延和物理范围(reach)方面具有优于电互连的潜力。因此，光互连是缓解高性能计算系统中的芯片间和芯片内通信瓶颈的有前途的解决方案。

虽然在开发绝缘体上硅(SOI)电路方面取得了巨大的进步，但硅上的光源仍然是重大的技术挑战。特别地，为了在硅上制作高效的激光源，需要高效的光学增益介质。但是，由于硅的间接带隙结构，硅通常是不良的发光材料。虽然目前正在努力增强硅中的发光效率和光学增益，但硅中的电泵浦室温连续波(CW)激光器仍然是难以捉摸的。类似地，虽然使用直接在硅上生长的锗作为光学增益介质已经有了令人兴奋的发展，但是通常需要高拉伸应变和高掺杂来使锗具有直接带隙，这通常导致低激光器效率。此外，由于硅与III/V族化合物半导体之间的大的晶格和热失配，在硅上外延生长III/V族化合物半导体常常是困难的，这也限制了激光器效率和可靠性。因此，由于多种材料、工艺和器件物理问题，这些领域仍然是研究课题。

用于在硅上或使用硅构建激光器的替代近期做法是III/V族化合物半导体与硅的混合晶片集成。例如，通过经由或者氧化物与氧化物熔合键合或者启用聚合物的苯并环丁烯键合将氧化铟活性结构晶片键合到硅，渐逝耦合的混合激光器已经成功地得到证明。但是，由于锥度损耗、载流子注入效率和热阻抗，这些混合激光器通常具有相对低的光波导耦合总效率。此外，晶片键合方法通常仅对将III/V族化合物半导体直接键合在具有无源电路的硅晶片上起作用。此外，III/V族化合物-半导体晶片和SOI晶片常常不具有兼容尺寸。特别地，III/V族化合物半导体晶片尺寸通常被限制到150mm，而典型的SOI光子晶片直径为200mm和300mm。因此，将混合激光源与(可以包括多层金属互连和层间电介质的)其它有源硅器件集成仍然是个挑战。

具有III/V族化合物-半导体光学增益介质与硅光波导的边对边对接耦合是常见的混合集成方法。它允许维持常规III/V族化合物-半导体激光器的高电注入效率和低热阻抗。而且，使用这种方法，III/V族化合物-半导体光学增益介质和SOI电路二者都可以独立地进行性能优化，并且可以独立制造。使用这种混合集成技术的外腔(EC)激光器已经成功地被证明具有高光波导耦合的总体效率。但是，由于III/V族化合物-半导体光波导和硅光波导之间的光学模式不匹配，常常需要在III/V族化合物半导体和硅的任一侧或两侧上的特殊模式尺寸转换器。此外，为了获得高效的光学耦合，通常需要III/V族化合物半导体与硅中的光波导的具有亚微米对准容差的精确对准。解决这些问题会降低产率并增加这些混合激光器的成本。

因此，所需要的是没有上述问题的混合光源和用于制造混合光源的技术。

发明内容

本公开的一个实施例提供了一种多芯片组件(MCM)。这种MCM包括具有第一表面的第一基板，其中第一基板包括在相对于第一表面的第一高度处布置在第一基板上的第一光波导。而且，MCM包括具有第二表面的第二基板。这种第二基板包括：在相对于第二表面的第二高度处布置在第二基板上的第二光波导；以及布置在第二表面上的具有厚度的间隔物。此外，MCM包括具有第三表面的第三基板，该第三基板机械地耦合到第一表面和间隔物，其中间隔物的厚度使第一光波导与第二光波导对准。