[发明专利]一种基于竖直硅光微环的三维光学倒装集成结构及方法

权利要求书

1.一种基于竖直硅光微环的三维光学倒装集成结构，其特征在于，所述集成结构从下到上依次包括：

底层硅光芯片衬底；

底层平整化层以及嵌设于所述底层平整化层内的底层硅波导；

与所述底层硅波导正交设置的氮化硅竖直微管；

顶层平整化层以及嵌设在所述顶层平整化层内的顶层光波导，所述顶层光波导与所述底层硅波导平行且位置正对；以及

顶层光芯片衬底；

所述氮化硅竖直微管内设有竖直微环耦合器，所述竖直微环耦合器与所述顶层光波导以及所述底层硅波导分别耦合连接。

2.根据权利要求1所述的基于竖直硅光微环的三维光学倒装集成结构，其特征在于，所述竖直微环耦合器与所述顶层光波导以及所述底层硅波导之间均具有间隙。

3.根据权利要求1所述的基于竖直硅光微环的三维光学倒装集成结构，其特征在于，所述氮化硅竖直微管的两端分别设有支撑结构，所述支撑结构的上下两端分别与所述顶层平整化层以及所述底层平整化层直接接触连接。

4.根据权利要求1所述的基于竖直硅光微环的三维光学倒装集成结构，其特征在于，所述底层平整化层上设有若干定位槽；

所述顶层平整化层下表面设有若干纵向定位支撑柱；

所述定位支撑柱和所述定位槽一一对应，且所述定位支撑柱底端设于与之对应的所述定位槽内。

5.根据权利要求1所述的基于竖直硅光微环的三维光学倒装集成结构，其特征在于，所述氮化硅竖直微管还包括设于所述竖直微环耦合器两侧的第一竖直微管包裹层和第二竖直微管包裹层；

所述第一竖直微管包裹层、所述竖直微环耦合器以及所述第二竖直微管包裹层形成轴向p-i-n调制结构。

6.根据权利要求1所述的基于竖直硅光微环的三维光学倒装集成结构，其特征在于，所述底层硅波导的宽度与所述顶层光波导的宽度一致，且与所述竖直微环耦合器的轴向长度一致。

7.一种基于竖直硅光微环的三维光学倒装集成方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：

S1、制备底层硅光集成芯片；

S2、在所述底层硅光集成芯片上旋涂底层平整化层；

S3、在所述底层平整化层上依次制备锗薄膜牺牲层、双层氮化硅薄膜层以及用于提供轴向光学限制的硅薄膜层；所述锗薄膜牺牲层、所述双层氮化硅薄膜层以及所述硅薄膜层均依次处于所述底层硅光集成芯片的硅波导正上方；

S4、用化学刻蚀的方式刻蚀掉所述锗薄膜牺牲层，同时所述双层氮化硅薄膜层在所述硅薄膜的限制下通过自组织形成氮化硅竖直微管以及其内的竖直微环耦合器；

S5、将涂覆有顶层平整化层的顶层集成光学芯片非接触式地装配到所述竖直微环耦合器的上方。

8.根据权利要求7所述的基于竖直硅光微环的三维光学倒装集成方法，其特征在于，所述双层氮化硅薄膜层为U形。

9.根据权利要求7所述的基于竖直硅光微环的三维光学倒装集成方法，其特征在于，所述硅波导的宽度与硅薄膜层的宽度相同。

10.根据权利要求7所述的基于竖直硅光微环的三维光学倒装集成方法，其特征在于，步骤S3的内容还包括：在所述双层氮化硅薄膜层上制备p⁺型硅薄膜层和n⁺型硅薄膜层，且所述p⁺型硅薄膜层和所述n⁺型硅薄膜层分别设于所述硅薄膜层的两侧。