基于集成硅光子的光源制造技术

一种基于集成硅光子的光源，包括硅衬底的管芯，该管芯具有至少一个芯片位点，该芯片位点配置有表面区、沟槽区和第一截断区，该第一截断区分离地位于表面区和沟槽区之间。该沟槽区被配置为深度低于表面区。该光源包括激光二极管芯片，该二极管芯片具有面向芯片位点的p侧和远离该芯片位点的n侧。该p侧包括键合到沟槽区的增益区、键合到表面区的电极区、以及与截断区接合以将增益区与电极区隔离的隔离区。该光源还包括在管芯中的导体层，该导体层被配置为将增益区连接到阳极电极并将电极区分离地连接到阴极电极。地连接到阴极电极。地连接到阴极电极。

【技术实现步骤摘要】
基于集成硅光子的光源


[0001]本技术涉及光通信技术。更具体地说，本技术提供了一种基于集成硅光子(integrated silicon photonics)的光源，一种能够实现晶片级老化和测试的无引线键合芯片平台，以及一种具有该光源的硅光子系统，用于与硅光子集成电路相关联的应用，尽管其它应用也是可能的。

技术介绍

[0002]在现代电气互连系统中，高速串行链路取代了并行数据总线，并且串行链路速度由于CMOS技术的演进而迅速提高。遵循摩尔定律，互联网带宽几乎每两年增长一倍。但摩尔定律在下一个十年即将结束。标准CMOS硅晶体管将在3纳米左右停止缩放。而由于进程扩展而增加的互联网带宽将保持稳定。但是互联网和移动应用不断地需要大量的带宽来传输照片、视频、音乐和其他多媒体文件。本公开描述了改进超过摩尔定律的通信带宽的技术和方法。

技术实现思路

[0003]在一个实施例中，本技术提供了一种基于集成硅光子的光源。该光源包括硅衬底的管芯，该管芯具有至少一个芯片位点(chip site)，该芯片位点配置有表面区、沟槽区和第一截断区，该第一截断区分离地位于该表面区和该沟槽区之间。该第一截断区基本上与该表面区齐平，该沟槽区被配置为深度低于该表面区。另外，该光源还包括激光二极管芯片，该激光二极管芯片被倒装，其p侧面向管芯中的至少一个芯片位点并且n侧远离该芯片位点。p侧包括键合到沟槽区的增益区、键合到表面区的电极区、以及与截断区接合以使增益区与电极区隔离的隔离区。此外，该光源还包括在硅衬底的管芯中的导体层，该导体层被配置为将该增益区电连接到阳极电极并且将该电极区分离地电连接到阴极电极。
[0004]进一步，激光二极管芯片包括基于任何类型的电泵浦增益介质的激光器，该激光器包括形成在磷化铟衬底中的分布式反馈激光器。
[0005]进一步，沟槽区包括铺设在硅衬底中的凸块下金属化层以及放置在该凸块下金属化层上方的焊料凸块。
[0006]进一步，增益区包括以成形的n型磷化铟层和成形的p型磷化铟层为中心的有源层、覆盖p型磷化铟层的第一接触金属层、以及形成在第一接触金属层上的键合焊盘；成形的n型磷化铟层覆盖磷化铟衬底，成形的p型磷化铟层进一步覆盖成形的n型磷化铟层的两个区段，该两个区段分别位于有源层的两侧，键合焊盘键合到沟槽区中的焊料凸块。
[0007]进一步，表面区包括在硅衬底上的绝缘体层上的硅层、铺设在硅层上的凸块下金属化层、放置在凸块下金属化层上的焊料凸块。
[0008]进一步，电极区包括覆盖磷化铟衬底的第二接触金属层，该第二接触金属层键合到表面区中的焊料凸块。
[0009]进一步，第一截断区包括位于沟槽区中的线状脊形结构上的绝缘体层上的硅层，
隔离区包括覆盖n型磷化铟层的有源层，n型磷化铟层覆盖磷化铟衬底并且经由与硅层接触的有源层而与第一截断区接合，隔离区中的有源层与增益区中的有源层是同一层，但隔离区中的有源层通过第一间隙与增益区中的有源层分离。
[0010]进一步，沟槽区包括在表面区与第一截断区之间的第二间隙，第二间隙为来自表面区中的焊料凸块的额外焊料材料提供空间，第一截断区与隔离区接合，隔离区具有大于10千欧姆的电阻，以使表面区中的焊料凸块与沟槽区中的焊料凸块没有电短路。
[0011]进一步，导体层形成在凸块下金属化层上并从凸块下金属化层延伸，并且导体层的在增益区下与凸块下金属化层连接并被引至阳极电极的部分与在电极区下与凸块下金属化层连接并被引至阴极电极的另一部分之间电隔离。
[0012]进一步，导体层还包括图案化的线性延伸部，该图案化的线性延伸部用作虚拟引线，以针对在硅衬底中的两个探测焊盘之间的一行或多行或者一列或多列管芯将第一管芯的阴极电极连接到下一管芯的阳极电极。
[0013]进一步，虚拟引线被配置成将分别倒装键合在一行或多行或者一列或多列管芯中的芯片位点上的一行或多行或者一列或多列激光二极管芯片电串联地互连，以用于通过由恒定电流串行驱动器经由两个探测焊盘施加的偏置电流调节来进行晶片级老化和测试，其中，虚拟引线在两个相邻管芯之间的切割线之外是一次性的。
[0014]进一步，该光源还包括至少第二截断区，第二截断区形成在沟槽区中，第二截断区具有基本上平行于第一截断区的线状脊形结构，并且被配置成使激光二极管芯片无源地对准以与至少一个芯片位点倒装键合。
[0015]在另一个具体实施例中，本技术提供了一种具有该光源的硅光子系统。与光源相关联的硅衬底的管芯包括分别与两个倒装的激光二极管芯片键合的两个芯片位点。光源电耦合到驱动器模块，以用于产生经由波导传输到在硅衬底中制造的硅光子集成电路的调制光信号。光信号经由输入/输出模块输出到光网络。该输入/输出模块被配置为从光网络接收光信号并将其传输到硅光子集成电路。光信号被检测并被转换为经数字处理模块处理的电信号。驱动器模块和数字处理模块分别是安装在硅衬底上的芯片。
附图说明
[0016]图1是根据本技术实施例的基于硅光子的光源的剖视简化图。
[0017]图2是根据本技术实施例的图1的光源中的激光器芯片的p侧的简化图。
[0018]图3是根据本技术的实施例的被配置为键合到图2的激光器芯片的n侧的触点金属层的简化图。
[0019]图4A和图4B是根据本技术实施例的在将激光器芯片倒装键合到硅光子衬底上之前和之后的硅光子衬底上的芯片位点的简化图。
[0020]图5是根据本技术实施例的多个中间掩模(reticle)的硅光子晶片的示意性顶视图，该硅光子晶片配置有多个芯片位点，以用于将多个激光器芯片与布置在边缘区域处的盲探测焊盘键合而用于晶片级老化和测试。
[0021]图6是根据本技术实施例的多个倒装激光器芯片的顶视图，该多个倒装激光器芯片键合在硅光子晶片中的各个芯片位点上，并且经由虚拟引线串联连接以用于晶片级老化和测试。
[0022]图7是根据本技术另一个实施例的一列多个双激光器单元的示意性顶视图，该多个双激光器单元倒装键合到硅光子晶片中的一列管芯上，并分别经由虚拟引线串联连接到探测焊盘以用于晶片级老化和测试。
[0023]图8是根据本技术实施例的多列双激光器单元的一中间掩模的示意性顶视图，该多列双激光器单元分别经由虚拟引线串联连接到位于每列的一端的探测焊盘。
[0024]图9是根据本技术实施例的以矩阵布置的多个图8的中间掩模的晶片布局的示意性顶视图，其中各个探测焊盘均匀地分布在晶片上。
[0025]图10是根据本技术实施例的硅光子系统的示意性顶视图，其中两个激光器芯片倒装键合在两个共同规划的芯片位点上，并且分别耦合到硅光子器件中的波导。
具体实施方式
[0026]在一个方面，本公开提供了一种用于集成硅光子的光源，该光源具有倒装键合到硅的无引线键合激光器芯片以及在硅处理晶片上的同一平台的多个光源的晶片布局，以便于晶片级老化和测试。随着硅光子集成电路越来越多地采用生长在半绝缘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于集成硅光子的光源，其特征在于，包括：硅衬底的管芯，所述管芯具有至少一个芯片位点，所述芯片位点配置有表面区、沟槽区和第一截断区，所述第一截断区分离地位于所述表面区和所述沟槽区之间，所述第一截断区与所述表面区齐平，所述沟槽区被配置为深度低于所述表面区；激光二极管芯片，所述激光二极管芯片被倒装，其p侧面向所述管芯中的至少一个所述芯片位点并且n侧远离所述芯片位点，所述p侧包括键合到所述沟槽区的增益区、键合到所述表面区的电极区、以及与所述第一截断区接合以使所述增益区与所述电极区隔离的隔离区；以及所述硅衬底的所述管芯中的导体层，所述导体层被配置为将所述增益区电连接到阳极电极并将所述电极区分离地电连接到阴极电极。2.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，所述激光二极管芯片包括基于任何类型的电泵浦增益介质的激光器，所述激光器包括形成在磷化铟衬底中的分布式反馈激光器。3.根据权利要求1所述的光源，其特征在于，所述沟槽区包括铺设在所述硅衬底中的凸块下金属化层以及放置在所述凸块下金属化层上方的焊料凸块。4.根据权利要求3所述的光源，其特征在于，所述增益区包括以成形的n型磷化铟层和成形的p型磷化铟层为中心的有源层、覆盖所述p型磷化铟层的第一接触金属层、以及形成在所述第一接触金属层上的键合焊盘；所述成形的n型磷化铟层覆盖磷化铟衬底，所述成形的p型磷化铟层进一步覆盖所述成形的n型磷化铟层的两个区段，所述两个区段分别位于所述有源层的两侧，所述键合焊盘键合到所述沟槽区中的所述焊料凸块。5.根据权利要求4所述的光源，其特征在于，所述表面区包括在所述硅衬底上的绝缘体层上的硅层、铺设在所述硅层上的凸块下金属化层、放置在所述凸块下金属化层上的焊料凸块。6.根据权利要求5所述的光源，其特征在于，所述电极区包括覆盖所述磷化铟衬底的第二接触金属层，所述第二接触金属层键合到所述表面区中的所述焊料凸块。7.根据权利要求5所述的光源，其特征在于，所述第一截断区包括位于所述沟槽区中的线状脊形结...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晓光，拉德哈克里什南，
申请(专利权)人：颖飞公司，
类型：新型
国别省市：