光子半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及光子集成电路领域，其提供了一种光子半导体装置及其制造方法。本发明专利技术将目标光子网络切分成多个子光子网络，所述目标光子网络为对所述光子半导体装置设定的光子网络；所述多个子光子网络形成在多个光子芯片上；所述多个光子芯片上的多个子光子网络通过耦合器连接，得到承载所述目标光子网络的光子半导体装置，其中，所述耦合器能够将光从一个光子芯片耦合到另一个光子芯片。由此，相对于现有的受限于单个芯片的使用面积的光子网络，本发明专利技术的光子半导体装置的光子网络的规模得以成倍的增加，该光子半导体装置的能效、处理速度也得到成倍的提升。

【技术实现步骤摘要】
光子半导体装置及其制造方法
本专利技术涉及光子集成电路领域，更为具体而言，涉及光子半导体装置及其制造方法。
技术介绍
人工神经网络（ArtificialNeuralNetwork，ANN）从信息处理角度对人脑神经元网络进行抽象，建立某种运算模型，按不同的连接方式组成不同的网络。也就是说，神经网络是一种运算模型，由大量的节点（或称神经元）之间相互联接构成。每个节点代表一种特定的输出函数，称为激励函数。每两个节点间的连接都代表一个对于通过该连接信号的加权值，称之为权重，这相当于人工神经网络的记忆。网络的输出则依网络的连接方式，权重值和激励函数的不同而不同。而网络自身通常都是对自然界某种算法或者函数的逼近，也可能是对一种逻辑策略的表达。在寻找一个复杂问题的优化解时，往往需要很大的计算量。数字电子技术的计算能力和速度终将成为人工神经网络发展的瓶颈。近年来，光子神经网络发展迅速，相比于数字电子技术，其能效和速度有望提高数个数量级。数以万计的光子设备可以集成到单颗芯片中，例如，可对应于与深度学习中64×64或128×128矩阵。然而，由于单颗芯片的使用面积（footprint）有限，难以进一步提高光子神经网络的规模。
技术实现思路
鉴于上述现有技术缺陷，本专利技术提供了一种光子半导体装置及其制造方法来进一步提高光子神经网络的规模。一方面，本专利技术的实施方式提供了一种光子半导体装置的制造方法，其包括：将目标光子网络切分成多个子光子网络，所述目标光子网络为对所述光子半导体装置设定的光子网络；所述多个子光子网络形成在多个光子芯片上；所述多个光子芯片上的多个子光子网络通过耦合器连接，得到承载所述目标光子网络的光子半导体装置，其中，所述耦合器能够将光从一个光子芯片耦合到另一个光子芯片。在本专利技术的一些实施方式中，所述多个光子芯片上的多个子光子网络通过耦合器连接，得到所述光子半导体装置，包括：将所述多个光子芯片堆叠起来形成层叠结构，相邻层的光子芯片上的子光子网络之间通过所述耦合器连接。在本专利技术的一些实施方式中，所述多个光子芯片上的多个子光子网络通过耦合器连接，得到所述光子半导体装置，包括：将所述多个光子芯片平铺布置，相邻的光子芯片上的子光子网络之间通过所述耦合器连接。在本专利技术的一些实施方式中，所述耦合器包括光栅耦合器、绝热耦合器、边缘耦合器中的至少一者。在本专利技术的一些实施方式中，所述目标光子网络包括光子神经网络。在本专利技术的一些实施方式中，所述光子神经网络包含马赫-曾德尔干涉器网络。在本专利技术的一些实施方式中，采用多模干涉器阵列和马赫-曾德尔调制器阵列对所述光子神经网络的输入信号进行芯片内调制。另一方面，本专利技术的实施方式提供了一种光子半导体装置，所述光子半导体装置包括多个光子芯片，所述多个光子芯片通过耦合器连接，所述耦合器能够将光从一个光子芯片耦合到另一个光子芯片。在本专利技术的一些实施方式中，所述多个光子芯片构成为层叠结构，相邻层的光子芯片之间通过所述耦合器连接。在本专利技术的一些实施方式中，所述多个光子芯片构成为平铺结构，相邻的光子芯片之间通过所述耦合器连接。在本专利技术的一些实施方式中，所述耦合器包括光栅耦合器、绝热耦合器、边缘耦合器中的至少一者。在本专利技术的一些实施方式中，每个光子芯片上的光子集成电路包括光子神经网络的一部分；所述多个光子芯片上的光子集成电路通过所述耦合器连接以形成完整的光子神经网络。在本专利技术的一些实施方式中，所述光子神经网络包含马赫-曾德尔干涉器网络。在本专利技术的一些实施方式中，所述光子神经网络的输入信号通过多模干涉器阵列和马赫-曾德尔调制器阵列进行芯片内调制。采用本专利技术实施方式，将光子网络分成多个子网络并形成在多个光子芯片上，将多个光子芯片耦合起来，从而将多个子网络相互连接起来形成完整的光子网络。相对于单个光子芯片承载的光子网络，本专利技术实施方式所形成的光子网络的规模得以成倍的增加。相应的，本专利技术实施方式提供的光子半导体装置的能效、处理速度也会得到成倍的提升。本专利技术实施方式的各个方面、特征、优点等将在下文结合附图进行具体描述。根据以下结合附图的具体描述，本专利技术的上述方面、特征、优点等将会变得更加清楚。附图说明图1是根据本专利技术实施方式的光子半导体装置的制造方法的流程图；图2是示出在本专利技术一种实施方式中两个光子芯片重叠并通过耦合器连接的示意图；图3是在本专利技术一种实施方式的光子神经网络中使用的马赫-曾德尔干涉器的结构示意图；图4是示出在本专利技术另一种实施方式中三个光子芯片重叠的光子半导体装置的示意图；图5示出了将图2所示的光子神经网络的输入信号由芯片外调制替换为芯片内调制的示例；图6是示出在本专利技术一种实施方式中将马赫-曾德尔干涉器网络切分为两个子网络并形成光子芯片的示意图；图7a示出了将图6所示的子网络进行进一步切分并形成在两个光子芯片上的示例；图7b示出了将图6所示的子网络进行进一步切分并形成在两个光子芯片上的另一示例；图8示出了将图6所示的光子神经网络的输入信号由芯片外调制替换为芯片内调制的示例；图9是示出在本专利技术的另一实施方式中使用的绝热耦合器的原理和结构的示意图。具体实施方式为了便于理解本专利技术技术方案的各个方面、特征以及优点，下面结合附图对本专利技术进行具体描述。应当理解，下述的各种实施方式只用于举例说明，而非用于限制本专利技术的保护范围。图1示出了根据本专利技术一种实施方式的光子半导体装置的制造方法。所述制造方法包括：S101，将目标光子网络切分成多个子光子网络，所述目标光子网络是对光子半导体装置设定的光子网络；S102，所述多个子光子网络形成在多个光子芯片上；S103，多个光子芯片上的多个子光子网络通过耦合器连接，得到承载所述目标光子网络的光子半导体装置，其中，所述耦合器能够将光从一个光子芯片耦合到另一个光子芯片。根据本专利技术实施方式，目标光子网络的规模相对于单个光子芯片实现的光子网络成倍的增加，因此，相对于现有的受限于单颗芯片的使用面积的光子半导体装置，本专利技术实施方式的光子半导体装置的光子网络的规模得以增加数倍。相应的，本专利技术实施方式的光子半导体装置的计算力和能效也得到了相应的改善。在本专利技术的一种实施方式中，如图2所示，将光子芯片200贴装在光子芯片100上，并且两个光子芯片通过作为所述光学耦合器的光栅耦合器320、330连接。其中，在光子芯片100上形成有作为子光子网络的第一光子集成电路，该第一光子集成电路的输入侧通过光栅耦合器310输入多个光束，例如4个光束，并且其输出侧的光栅耦合器320与光子芯片200的输入侧光栅耦合器330连接。在光子芯片200上形成有作为另一子光子网络的第二光子集成电路，该第二光子集成电路的输入侧光栅耦合器330与光子芯片100的输出侧光栅耦合器320连接，所述光栅耦合器320本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光子半导体装置的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：/n将目标光子网络切分成多个子光子网络，所述目标光子网络为对所述光子半导体装置设定的光子网络；/n所述多个子光子网络形成在多个光子芯片上；/n所述多个光子芯片上的多个子光子网络通过耦合器连接，得到承载所述目标光子网络的光子半导体装置，其中，所述耦合器能够将光从一个光子芯片耦合到另一个光子芯片。/n

【技术特征摘要】
1.一种光子半导体装置的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
将目标光子网络切分成多个子光子网络，所述目标光子网络为对所述光子半导体装置设定的光子网络；
所述多个子光子网络形成在多个光子芯片上；
所述多个光子芯片上的多个子光子网络通过耦合器连接，得到承载所述目标光子网络的光子半导体装置，其中，所述耦合器能够将光从一个光子芯片耦合到另一个光子芯片。


2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述多个光子芯片上的多个子光子网络通过耦合器连接，得到所述光子半导体装置，包括：
将所述多个光子芯片堆叠起来形成层叠结构，
相邻层的光子芯片上的子光子网络之间通过所述耦合器连接。


3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述多个光子芯片上的多个子光子网络通过耦合器连接，得到所述光子半导体装置，包括：
将所述多个光子芯片平铺布置，
相邻的光子芯片上的子光子网络之间通过所述耦合器连接。


4.如权利要求1至3中任意一项所述的制造方法，其特征在于，所述耦合器包括光栅耦合器、绝热耦合器、边缘耦合器中的至少一者。


5.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述目标光子网络包括光子神经网络。


6.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述光子神经网络包含马赫-曾德尔干涉器网络。


7...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏湛，柏艳飞，邹静慧，孟怀宇，沈亦晨，
申请(专利权)人：南京光智元科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32