[實用新型]硅基集成光收發模塊芯片

有效

• 申請號: 201820729079.5
• 申請日: 2018-05-16
• 公開（公告）號: CN208656776U
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 劉露露;劉柳;陳偉
• 申請（專利權）人: 蘇州易纜微光電技術有限公司
• 主分類號: H04B10/40
• 分類號: H04B10/40
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 滕詣迪

本實用新型公開了一種硅基集成光收發模塊芯片，包括光發射部分、光接收部分、絕緣體上硅基底和光纖。所述光發射部分：垂直腔面發射激光器用于實現信號光的輸出；傾斜光柵耦合器用于實現輸入端信號光的耦合；稀疏波分復用器用于實現信號光的合束；光波導模斑轉換器用于硅光波導與普通單模光纖的耦合。所述光接收部分：稀疏波分解復用器用于實現信號光的分束；平面光柵耦合器用于實現光耦合進入光電探測器。本實用新型采用硅光子技術將微電子和光電子結合起來制作硅基集成光收發模塊芯片，具有高度集成化、低功耗、封裝方式簡單、可低成本大批量生產、綠色環保等優點，可以廣泛應用于光模塊中。

技術領域

本實用新型涉及光子集成和光通信技術領域，具體涉及一種硅基集成光收發模塊芯片，具有廣泛應用于高速光通信行業的前景。

背景技術

近年來隨著物聯網、大數據和云計算等高科技來襲，數據通信需求急劇增長，也直接導致了光傳輸系統朝著高集成化、低能耗、高速大容量的方向發展，而光傳輸系統中最重要的設備之一是光收發模塊，光學引擎又是硅基光模塊的設計核心。

借鑒于大規模集成電路的發展路線，光通信系統發展趨勢是將有源器件(如激光器、探測器、光放大器等)和光波導器件(如光柵、波分復用器、耦合器等)集成到一個襯底上，形成光子單片集成或光子混合集成，從而獲得單片多功能的器件，實現高密度、低成本、低能耗、綠色環保的需求。

目前硅光子技術被業界認為是最有前景的光子集成技術，硅光子技術與微電子標準CMOS工藝兼容，高度集成化的同時，能大批量低成本地生產制造。

以絕緣體上硅材料制成的硅光波導，其芯層和包層間極大的折射率差異能使光更好地限制在波導芯層內，也使硅光波導有著小至微米量級的彎曲半徑，從而為高密度集成化提供了實現的基礎。

flipchip封裝采用直接互連的方式，不僅利于緊湊、小型化集成，而且在高頻高速系統中可以降低RC延遲和電感效應。

而由于硅材料本身的限制，目前硅基光源制作仍然困難。在此背景下本實用新型通過混合集成的方式，利用硅光子技術將多種光波導器件集成到絕緣體上硅材料的同一襯底上，然后在硅芯片上設計制作金屬互連層，再采用flipchip的封裝方式，將有源光電器件與硅基光芯片進行直接裝配。使得本實用新型集成度高、封裝方式簡單、可低成本大批量生產。

實用新型內容

1、實用新型目的。

本實用新型需解決的技術問題是如何構建結構簡單、集成度高、尺寸小的高速光收發模塊芯片。本實用新型采用硅光子集成技術和光機電封裝技術，可極大減小當前光模塊芯片的功耗、尺寸及成本。

2、本實用新型所采用的技術方案。

本實用新型提出的一種硅基集成光收發模塊芯片，包括光發射部分和光接收部分；由下至上依次設置硅襯底、埋氧層、頂層硅、二氧化硅絕緣層、金屬互連層，金屬互連層之上耦合封裝有對應的垂直腔面發射激光器或光電探測器。

所述的光發射部分包括垂直腔面發射激光器以及位于頂層硅上的傾斜光柵耦合器、第一硅光波導、第二硅光波導、第一稀疏波分復用器、第一光波導模斑轉換器；

所述的光接收部分包括光電探測器以及位于頂層硅上的第二光波導模斑轉換器、第三硅光波導、第二稀疏波分復用器、第四硅光波導、平面光柵耦合器。

更進一步，所述的光發射部分，其中傾斜傾斜光柵耦合器一端穿過挖空的埋氧層與硅襯底接觸，另一端位于頂層硅的內部；垂直腔面發射激光器發出偏振光通過下面的傾斜光柵耦合器耦合到與其連接的第一硅光波導中，第一光波導連接第一稀疏波分復用器輸入端，通過第一稀疏波分復用器將偏振信號光合成一束后，通過第二硅光波導傳輸至第一光波導模斑轉換器，第一光波導模斑轉換器與外部光通信網絡通信。