[發明專利]異質異構集成光電微系統及其制作方法

有效

• 申請號: 202211512709.0
• 申請日: 2022-11-30
• 公開（公告）號: CN115542458B
• 公開（公告）日: 2023-02-07
• 發明（設計）人: 王皓巖;劉杰;葉雨農;李苗;汪志強;李嵬;戴揚
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司信息科學研究院
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12;G02B6/42
• 代理公司: 北京中知法苑知識產權代理有限公司 11226
• 代理人: 李明;趙吉陽

1.一種異質異構集成光電微系統，其特征在于，所述光電微系統包括晶圓、半導體激光器、調制器、探測器、無源光子器件、陣列光纖、電驅動電路以及跨阻放大電路，其中：

所述半導體激光器通過鍵合結構鍵合于所述晶圓；

所述調制器、所述探測器、所述無源光子器件、所述陣列光纖分別集成于所述晶圓，其中，所述調制器通過第一波導分別與所述半導體激光器和所述無源光子器件相連接，所述探測器通過第二波導分別與所述無源光子器件和所述陣列光纖相連接；

所述調制器和所述探測器上設置有第一球柵陣列，所述第一球柵陣列分別與所述調制器和所述探測器電連接；

所述第一球柵陣列上設置有硅中介層，所述硅中介層中設置有重布線層和硅通孔，所述重布線層和所述硅通孔分別與所述第一球柵陣列電連接；

所述硅中介層上設置有第二球柵陣列，所述第二球柵陣列分別與所述重布線層和所述硅通孔電連接；

所述第二球柵陣列上設置有所述電驅動電路和所述跨阻放大電路，所述電驅動電路和所述跨阻放大電路分別與所述第二球柵陣列電連接。

2.根據權利要求1所述的光電微系統，其特征在于，所述光電微系統還包括端面耦合器，所述端面耦合器分別與所述第二波導和所述陣列光纖相連接。

3.根據權利要求1或2所述的光電微系統，其特征在于，所述光電微系統還包括至少一個電子電路，所述電子電路選擇性地與所述半導體激光器、所述調制器、所述電驅動電路、所述跨阻放大電路電連接。

4.一種異質異構集成光電微系統的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：

將半導體激光器通過鍵合結構鍵合于晶圓；

分別將調制器、探測器、無源光子器件、陣列光纖集成于所述晶圓，其中，所述調制器通過第一波導分別與所述半導體激光器和所述無源光子器件相連接，所述探測器通過第二波導分別與所述無源光子器件和所述陣列光纖相連接；

在所述調制器和所述探測器上形成第一球柵陣列，所述第一球柵陣列分別與所述調制器和所述探測器電連接；

在所述第一球柵陣列上形成硅中介層，在所述硅中介層中形成重布線層，并采用前道集成工藝在所述硅中介層中形成硅通孔；其中，所述硅通孔和所述重布線層分別與所述第一球柵陣列電連接；

在所述硅中介層上形成第二球柵陣列，所述第二球柵陣列分別與所述重布線層和所述硅通孔電連接；

在所述第二球柵陣列上集成電驅動電路和跨阻放大電路，所述電驅動電路和所述跨阻放大電路分別與所述第二球柵陣列電連接，得到異質異構集成光電微系統。

5.根據權利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述半導體激光器采用三五族材料制作形成，所述晶圓包括絕緣體上硅晶圓；

所述將半導體激光器通過鍵合結構鍵合于晶圓，包括：

采用混合有機/金屬鍵合集成工藝方法形成所述鍵合結構，將所述半導體激光器鍵合于所述晶圓，具體包括：

在所述半導體激光器與所述晶圓的鍵合界面處采用銦金共晶金屬以提供點接觸，實現所述半導體激光器與所述晶圓的初始鍵合；

在所述鍵合界面處的間隙填充環氧樹脂，并加熱，以使所述環氧樹脂固化，完成所述半導體激光器與所述晶圓的鍵合。

6.根據權利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述調制器采用鈮酸鋰材料制作形成，所述晶圓包括絕緣體上硅晶圓；

所述分別將調制器、探測器、無源光子器件、陣列光纖集成于 所述晶圓，包括：

采用混合硅集成工藝方法將所述調制器集成于所述晶圓，具體包括：

選取苯并環丁烯材料作為中間層，將鈮酸鋰薄膜鍵合至所述晶圓上，采用干法刻蝕技術刻蝕所述鈮酸鋰薄膜，并在刻蝕后的所述鈮酸鋰薄膜上沉積金屬電極和二氧化硅上包層材料，以將所述調制器集成在所述晶圓上。