[發明專利]在光子集成電路中的襯底耦合光柵耦合器

有效

• 申請號: 202011617724.2
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112684540B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發明（設計）人: 王黎明;浦田良平;簡·佩蒂凱維奇;吉爾·貝格爾
• 申請（專利權）人: 谷歌有限責任公司
• 主分類號: G02B6/124
• 分類號: G02B6/124;G02B6/122
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 周亞榮;鄧聰惠

本公開涉及在光子集成電路中的襯底耦合光柵耦合器。一種光子集成電路芯片，包括襯底和在所述襯底上的晶片。所述晶片本身包括具有錐形部分和光柵特征的光子光柵耦合器。所述光柵特征從所述錐形部分向所述襯底延伸。

技術領域

本公開涉及在光子集成電路中的襯底耦合光柵耦合器。

背景技術

已知的光子集成電路(PIC)以包括厚襯底層的芯片的形式提供。襯底層是必需的，以向芯片提供足夠的結構完整性以達到預期目的。用于限定PIC的功能的晶片通常沉積在所述襯底的頂部。PIC芯片的晶片側常規地被稱為頂側，因為根據芯片的各層被堆疊的方向，所述晶片在頂部。類似地，參考PIC芯片架構的術語“上”和“下”常規地用于分別描述增加和減少與所述晶片的朝外表面的接近度，而不管芯片的實際取向如何。

光子信號，如光纖線纜承載的信號，通過耦合器傳入或傳出PIC。存在多種類型的耦合器，但是光柵耦合器通常用于以橫向于晶片平面的角度發送或接收光子信號。典型的光柵耦合器包括由波導材料的一部分提供的喇叭部分，該部分在平行于晶片平面的平面上限定了大致三角形的形狀。所述喇叭部分有時被稱為錐形部分，因為它從寬端向下逐漸變細到與PIC的波導相連接的相對窄的連接點。在所述錐形部分的面向芯片包層的一側上的不平坦特征形式的光柵將光子信號導入或導出所述錐形部分的平面。

在帶有光柵耦合器的PIC與印刷電路板(PCB)通信的應用中，PIC被以襯底側向下放置在PCB上。電接觸焊盤在PCB的與襯底相反的功能層上圖案化，并引線鍵合到所述PCB。PIC將光子信號轉換成通過鍵合引線傳送的電信號或者從電信號轉換成光子信號。引線的電感隨著其長度而增加，因此在PIC與PCB之間通信的頻率響應受到鍵合引線長度的限制。因為引線鍵合從PIC的相反側延伸到PCB，所以引線鍵合的長度必須超過整個PIC的厚度，包括襯底層。因此，在以這種方式布置的PIC與PCB之間的通信頻率響應受到PIC最小總厚度的限制。

發明內容

根據本公開的一個方面，包括光柵耦合器的PIC芯片可以安裝到PCB，使得PIC芯片的晶片側面向PCB。光柵耦合器可以包括錐形部分和光柵特征。所述光柵特征可以被配置成將從光纜接收的光信號導向到在晶片內的波導層上，或者將從波導層接收的光信號導向到光纜之外。所述光柵特征可以從錐形部分朝向芯片的襯底延伸。光柵特征可以包括兩個不同的層，并且所述兩個不同的層中的一個可以位于比錐形部分更靠近襯底處。

根據另一方面，光子集成電路(PIC)芯片可以包括襯底、在所述襯底上的晶片和在所述晶片內的光柵耦合器，所述光柵耦合器包括錐形部分和光柵，所述光柵從錐形部分向襯底延伸。

在一些布置中，所述晶片可以包括與襯底相鄰的絕緣體層、與絕緣體層相鄰的波導層、以及在波導層的與絕緣體層相反的一側上的包層。

在一些布置中，錐形部分可以位于包層中。

在一些布置中，耦合器可以被配置成使光路在錐形部分與波導層之間過渡。

在一些布置中，光柵可以不延伸到包層中。

在一些布置中，光柵可以包括在兩個不同層中的光柵特征，所述光柵特征的第一層比錐形部分更靠近襯底。

在一些布置中，光柵可以延伸到絕緣體層中。

在一些布置中，光柵可以從波導層延伸到襯底。

在一些布置中，光柵可以包括延伸穿過絕緣體層的整個厚度的肋。

在另一方面，信號傳送組件可以包括PIC芯片，該PIC芯片包括襯底、在襯底上的晶片和在晶片內的光柵耦合器，該光柵耦合器包括錐形部分和光柵。所述光柵可以從錐形部分向襯底延伸。所述信號傳送組件還可以包括印刷電路板(PCB)，PIC芯片安裝在該印刷電路板上，使得PIC芯片的晶片側面向PCB。