[發明專利]具有背向反射隔離器的集成激光器

在審

• 申請號: 201680019330.2
• 申請日: 2016-03-28
• 公開（公告）號: CN107820575A
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 鄭學哲;A·V·克里什納莫西;K·拉杰
• 申請（專利權）人: 甲骨文國際公司
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12;G02B6/124;G02B6/42;H01S5/02;H01S5/022;H01S5/026
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 邊海梅

發明人：Xuezhe Zheng,Ashok V.Krishnamoorthy以及Kannan Raj

背景

技術領域

本公開涉及用于光學地耦合光學信號的技術。更具體地，本公開涉及集成透鏡的垂直激光器，其使用光柵耦合器將光學信號光學地耦合到光波導中，并且包括隔離器以減少或者消除背向反射。

背景技術

CMOS技術的進展正使得能夠在單個芯片上實現具有超大規模集成的數十億計的晶體管的集成電路。然而，由于熱約束和其他物理限制，這種大規模集成電路的性能擴展可能與增加的時鐘速率不相關聯。代替地，聚集大量功能單元的并行體系結構正越來越多地被用來擴展集成電路的能力。隨著越來越多的處理能力被集成到半導體芯片上，集成電路經常需要通信帶寬的相稱的增加以充分地利用增加的處理性能。

具體而言，在過去十年間，先進處理器的片外輸入/輸出(I/O)帶寬已經以大約每兩年乘以2的速率增加。因此，幾Tbps的總I/O帶寬對于當前的芯片來說相當常見。然而，為了維持這個增長速率，可能很快對于單個芯片需要數十Tbps的I/O帶寬。類似的通信帶寬擴展也在服務器級別處以及聯網級別處發生?？紤]到有限的物理資源，因此需要具有較低功率消耗、較大帶寬以及較大帶寬密度的互連方案來滿足高性能電氣系統的通信帶寬擴展需求。

硅光子學是有前途的技術，它可以為未來的計算系統提供高效并且密集的大帶寬系統互連。已經朝向實現低成本的實踐應用做出了顯著的進步，包括諸如以下各項的部件：高帶寬高效硅調制器、低損耗光波導、波分多路復用(WDM)部件以及高速CMOS光波導光檢測器。然而，與硅光子集成在一起的低成本并且可靠的陣列激光源依然是實現大規模集成硅光子鏈路的障礙。

雖然個體的外部III-V激光源是商業上可獲得的，但是外部激光源陣列到硅光子芯片上的低成本集成依然是挑戰。原則上，可以使用光纖陣列將多通道的激光源帶到硅光子芯片上。然而，在實踐中，該方法過分地昂貴。

正在研究各種方法來制造集成的激光源陣列。例如，已經通過III-V材料在硅上的異構集成論證了電氣泵送分布式反饋激光器。然而，該分布式反饋激光器的產量和可靠性依然是低成本光源的障礙。此外，III-V材料和處理通常不是無缺陷的。因此，III-V激光器的產量與硅CMOS電路相比較依然低得多。此外，還是通常需要燒入(burn-in)以排除初期故障(infant failure)。因此，在部件檢驗合格之前將III-V激光器與硅光子電路集成在一起通常不是理想的，特別是對于在其中通常需要大集成規模的諸如大帶寬系統互連之類的應用。

另一種方法使用與由硅平臺支撐的自由空間光系統封裝在一起的單個高功率激光源以用于與硅光子芯片集成在一起。該方法可以允許功率共享，使得可以并行地支持多個光學鏈路。然而，考慮到個體激光器晶片的有限的最大功率，這種光源的擴展經常是受限的。此外，對于大帶寬系統互連(諸如具有數十和數百光學鏈路的應用)，可能需要將許多激光器封裝集成到單個硅光子芯片上，這為封裝和集成帶來顯著挑戰。

因此，所需要的是沒有上述問題的光源。

發明內容

本公開的一個實施例提供集成電路。該集成電路包括：基板；布置在基板上的掩埋氧化物(buried-oxide，BOX)層；以及布置在BOX層上的半導體層，其中半導體層包括光學耦合器和光波導。此外，該集成電路包括：布置在半導體層上的隔離器；以及布置在隔離器上的光源，該光源包括透鏡。在操作期間，光源生成朝向隔離器傳播的光學信號，使得透鏡聚焦該光學信號。此外，在操作期間，隔離器減少光學信號朝向光源的背向反射，并且光學耦合器將光學信號耦合到光波導中。

注意，光學耦合器可以包括光柵耦合器和/或光源可以包括激光器。