[发明专利]一种混合集成新方法

说明书

本发明公开一种混合集成新方法，包括组装母板芯片；组装子板芯片；组装集成芯片；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，母板芯片垂直支撑组件和母板芯片波导区，母板芯片波导区包含有用于垂直耦合的耦合波导区；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，子板芯片垂直支撑组件和子板芯片波导区，子板芯片波导区包含有耦合波导区；子板芯片倒置贴合在母板芯片的顶端，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与子板芯片耦合波导区贴合或靠近，母板芯片金属区与子板芯片金属区固接。本发明的混合集成方法增大了光芯片之间的对准容差，降低了光损耗和光反射。

技术领域

本发明涉及光学集成技术领域，特别是涉及一种混合集成新方法。

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。