1.本发明涉及光学集成
技术领域：
：，特别是涉及一种混合集成新方法。
背景技术：
：：2.近年来集成光路飞速发展，将光纤通信中的激光器，调制器，探测器集成于单个芯片上能够满足小型化、低功耗、低成本的发展趋势。目前，集成光路可以依赖于很多材料体系，例如有源器件主要来源于磷化铟，砷化镓，氮化镓，无源器件主要依赖于硅，氮化硅，氧化硅，氮化铝，铌酸锂等。考虑到晶圆成本和成熟的加工工艺，硅成了集成光路最有前途的材料。但是硅依旧没法满足光通信器件的所有需求。例如硅作为间接带隙半导体材料，它无法成为光源。此外由于存在双光子吸收，硅也无法应用于非线性光学中。但是其他的材料体系却在这些方面避免了硅的缺点。因此，混合集成不同的材料实现最佳的集成光路芯片成为了共识。3.光学材料集成有很多种方式，主要分为两大类，包括倒装集成(flip‑chipintegration)(pedderdj.flipchipsolderbondingformicroelectronicapplications[j].microelectronicsinternational,1988.)，转移沾印(transferprinting)(menarde,leekj,khangdy,nuzzo,r.g.,&rogers.aprintableformofsiliconforhighperformancethinfilmtransistorsonplasticsubstrates[j].appliedphysicsletters,2004,84(26):5398‑5400.)为代表的封装混合集成技术，和直接粘合(dieandwaferbonding)(liangd,roelkensg,baetsr,&bowers,j.e.hybridintegratedplatformsforsiliconphotonics[j].materials,2010,3(3):1782‑1802.),薄层蒸镀(layerdeposition)(morrisonb,casas‑bedoyaa,reng,etal.compactbrillouindevicesthroughhybridintegrationonsilicon[j].optica,2017,4(8):847‑854.),直接生长(directgrowth)(hany,yanz,ngwk,etal.bufferless1.5μmiii‑vlasersgrownonsi‑photonics220nmsilicon‑on‑insulatorplatforms[j].optica,2020,7(2):148‑153.)为代表的异质集成技术。虽然材料异质集成技术适合未来的大规模量产，后期生产成本低，无源有源器件同片制作，有着很高的对准精度，但是它对晶圆质量，加工设备和工艺，超净环境等条件要求非常苛刻，前期的研发成本很高，有一定的技术难度。封装混合集成技术特别是倒装集成，可以独立优化分立的芯片，前期测试选择最佳性能的器件进行混合集成，良品率很高。[0004]但是目前倒装集成最大的问题是不同的材料体系间光的耦合。光栅耦合(gratingcoupling)无法满足整个c波段的工作要求；反射镜面耦合(mirrorcoupling)加工难度较高，而且一般只能制作在芯片末端(norikia,amanot,shimurad,etal.broadbandandpolarization‑independentefficientverticalopticalcouplingwith45°mirrorforopticali/oofsiphotonics[j].journaloflightwavetechnology,2016,34(3):978‑984.)；直接对接耦合(buttcoupling)的耦合效率受限于端面质量，端面反射和三维对准误差。如今商用的flip‑chip平台通过对准标记可以在水平两个方向上实现500nm以内的对准误差，但是垂直方向的对准依旧是个挑战，对基底厚度和材料刻蚀的均匀性要求较高，而且不同材料热膨胀系数不一样，温度的变化势必会造成该混合集成器件光对接部分垂直方向的失准。另一方面，现在更多地利用模斑转换器让对准光斑放大，一定程度上利于直接对接，但是端面和端面之间总是要留下间隔，影响耦合效率，而且三维对准容差不高，±1μm的对准误差内理论的光耦合损耗是‑2.3db(theurerm,moehrlem,sigmunda,etal.flip‑chipintegrationofinpandsin[j].ieeephotonicstechnologyletters,2019,31(3):273‑276.)。此外如何降低波导直接对接时的端面光反射也是个难题，无论是刻蚀界面或者是解理面，都会有一定的端面光反射回到有源器件中会严重影响器件性能，片上集成光隔离器也不是一件容易的事情。技术实现要素：[0005]本发明的目的是提供一种混合集成新方法，以解决上述现有技术存在的问题，增大光芯片之间的对准容差，降低光损耗和光反射。[0006]为实现上述目的，本发明提供一种混合集成新方法，括以下步骤：[0007]组装母板芯片；所述母板芯片包括母板芯片本体，所述母板芯片本体上设置有母板芯片金属区，母板芯片垂直支撑组件和母板芯片波导区，母板芯片波导区包含有相互固接的母板芯片常规波导区和用于垂直耦合的母板芯片耦合波导区；[0008]组装子板芯片；所述子板芯片包括子板芯片本体，所述子板芯片本体上设置有子板芯片金属区，子板芯片垂直支撑组件和子板芯片波导区，子板芯片波导区包含有相互固接的子板芯片常规波导区和用于垂直耦合的子板芯片耦合波导区；[0009]组装集成芯片；所述子板芯片倒置贴合在所述母板芯片的顶端，所述母板芯片垂直支撑组件与所述子板芯片垂直支撑组件贴合，所述母板芯片耦合波导区与所述子板芯片耦合波导区贴合或靠近构成垂直波导耦合器，所述母板芯片金属区与所述子板芯片金属区固接。[0010]优选的，所述步骤组装集成芯片中，所述母板芯片耦合波导区与所述子板芯片耦合波导区贴合或靠近后形成垂直波导耦合器，光从所述母板芯片常规波导区进入所述母板芯片耦合波导区，然后通过所述垂直波导耦合器从所述母板芯片耦合波导区过渡到所述子板芯片耦合波导区，然后从子板芯片耦合波导区进入子板芯片常规波导区；或者光从所述子板芯片常规波导区进入所述子板芯片耦合波导区，然后通过所述垂直波导耦合器从所述子板芯片耦合波导区过渡到所述母板芯片耦合波导区，然后从所述母板芯片耦合波导区进入母板芯片常规波导区。[0011]优选的，在所述组装集成芯片步骤组装集成芯片中，所述母板芯片耦合波导区与所述子板芯片耦合波导区贴合或靠近之后光耦合的原理包括但不限于定向耦合、倏逝波耦合和绝热耦合。[0012]优选的，所述组装集成芯片步骤中，所述子板芯片常规波导与所述母板芯片常规波导区分别设置在所述垂直波导耦合器的两侧。[0013]优选的，所述组装集成芯片步骤中，所述母板芯片金属区与所述子板芯片金属区固接的方式包括但不限于共晶焊接或金属键合工艺。[0014]优选的，所述组装集成芯片步骤中，所述母板芯片金属区与所述子板芯片金属区形成的方式包括但不限于金属蒸发、溅射、电镀。[0015]优选的，所述组装集成芯片步骤中，所述母板芯片金属区与所述子板芯片金属区的固接不妨碍所述子板芯片垂直支撑组件与所述母板芯片垂直支撑组件的贴合，同时也不妨碍所述母板芯片耦合波导区与所述子板芯片耦合波导区的贴合或靠近。[0016]本发明公开了以下技术效果：本发明公开了一种混合集成新方法，将子板芯片倒置贴合于母板芯片之上，子板芯片耦合波导区与母板芯片耦合波导区紧密贴合或靠近，形成波导垂直耦合状态，使得光能够从子板芯片耦合波导区传输到母板芯片耦合波导区或者从母板芯片耦合波导区中传输到子板芯片耦合波导区，通过母板芯片和子板芯片倒装贴片并结合波导垂直耦合的方式实现混合集成。子板芯片耦合波导区和母板芯片耦合波导区可作为倒装贴片时垂直方向的支撑区域之一，紧密接触，形成垂直耦合器，利用子板芯片耦合波导区和母板芯片耦合波导区完全接触贴合的双波导实现高效的光耦合，且有较大的对准容差。子板芯片和母板芯片上对应的金属区通过共晶焊或金属键合的方式固接起来，从而将子板芯片和母板芯片固定连接在一起。本发明增大了光芯片之间的对准容差，降低了光损耗和光反射。附图说明[0017]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0018]图1为本发明实施例一的光学母板芯片结构示意图；[0019]图2为本发明实施例一的光学子板芯片结构示意图；[0020]图3为本发明实施例一的混合集成后的器件结构示意图；[0021]图4为本发明实施例一光学母板芯片耦合波导区横截面结构示意图；[0022]图5为本发明实施例一光学子板芯片耦合波导区横截面结构示意图；[0023]图6为本发明实施例一混合集成后耦合波导区侧视结构示意图；[0024]图7为本发明实施例一混合集成后耦合波导区俯视结构示意图；[0025]图8为本发明实施例一中混合集成后耦合波导区参数示意图；[0026]图9为本发明实施例一使用束传播方法仿真计算光从子板芯片波导区耦合到母板芯片波导区的传输效率；[0027]图10为本发明实施例一中混合集成子板芯片和母板芯片贴合时的水平对准误差示意图；[0028]图11为本发明实施例一使用束传播(bpm)方法仿真计算混合集成子板芯片和母板芯片贴合时的水平对准容差；[0029]图12为本发明实施例一母板芯片上光从高折射率垂直耦合波导区芯层传输到集成光路波导区芯层的结构示意图；[0030]图13为本发明实施例二混合集成后的器件三维结构示意图；[0031]其中，1、母板芯片衬底层；2、母板芯片波导盖层；3、母板芯片金属区；4、第一支撑件；5、第二支撑件；6、母板芯片耦合波导区；7、母板芯片常规波导区；8、子板芯片衬底层；9、子板芯片波导芯层；10、子板芯片波导盖层；11、子板芯片金属区；12、第三支撑件；13、第四支撑件；14、子板芯片耦合波导区；15、共晶焊金属；16、硅衬底层；17、硅波导芯层；18、氧化硅盖层；22、第一模斑转换结构；23、第二模斑转换结构；24、集成光路波导芯层；25、母板芯片热沉；26、inp基芯片衬底；27、inp基芯片芯层；28、inp基芯片盖层；29、inp基芯片金属区；30、inp基芯片耦合波导区；31、第五支撑件；32、第六支撑件；33、硅基波导芯片耦合波导区；34、硅基波导芯片常规波导区；35、第一焊接区域；36、第二焊接区域。具体实施方式[0032]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0033]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。[0034]实施例一：[0035]参照图1‑12，本发明提供一种混合集成新方法，包括以下步骤：[0036]组装母板芯片；母板芯片包括母板芯片本体，母板芯片本体上设置有母板芯片金属区3，母板芯片垂直支撑组件和母板芯片波导区，母板芯片波导区包含有用于垂直耦合的母板芯片耦合波导区6；[0037]组装子板芯片；子板芯片包括子板芯片本体，子板芯片本体上设置有子板芯片金属区11，子板芯片垂直支撑组件和子板芯片波导区，子板芯片波导区包含有子板芯片耦合波导区14；[0038]组装集成芯片；子板芯片倒置贴合在母板芯片的顶端，母板芯片垂直支撑组件与子板芯片垂直支撑组件贴合，母板芯片耦合波导区6与子板芯片耦合波导区14贴合或靠近，母板芯片金属区3与子板芯片金属区11固接。[0039]本发明将子板芯片倒置贴合于母板芯片之上，子板芯片耦合波导区与母板芯片耦合波导区紧密贴合或靠近，形成波导垂直耦合状态，使得光能够从子板芯片耦合波导区传输到母板芯片耦合波导区或者从母板芯片耦合波导区中传输到子板芯片耦合波导区，通过母板芯片和子板芯片倒装贴片并结合波导垂直耦合的方式实现混合集成。子板芯片耦合波导区和母板芯片耦合波导区可作为倒装贴片时垂直方向的支撑区域之一，紧密接触，形成垂直耦合器，利用子板芯片耦合波导区和母板芯片耦合波导区完全接触贴合的双波导实现高效的光耦合，且有较大的对准容差。子板芯片和母板芯片上对应的金属区通过共晶焊或金属键合的方式固接起来，从而将子板芯片和母板芯片固定连接在一起。[0040]进一步优化方案，步骤组装集成芯片中，子板芯片常规波导与母板芯片常规波导7分别设置在垂直波导耦合器的两侧。[0041]进一步的，子板芯片和母板芯片都是功能完整的独立芯片，都能独立完成芯片的工作，本发明的子板芯片和母板芯片耦合连接，增加了光芯片之间的对准容差，降低了光损耗和光反射。[0042]进一步的，子板芯片和母板芯片上开设对应的用于水平对准的标记或卡槽，用来保证子板芯片和母板芯片在水平方向上的精确对准。母板芯片上具有高度一致的垂直支撑组件，子板芯片上具有对应的高度一致的垂直支撑组件；母板芯片耦合波导区6和子板芯片耦合波导区14分别是母板芯片垂直支撑组件和子板芯片垂直支撑组件的一部分，二者相互贴合，起到支撑母板芯片和子板芯片的作用。[0043]进一步的，母板芯片上的凹槽嵌套区域取决于子板芯片的具体结构，该种混合集成方式有着较大的水平对准容差，远远优于波导直接对接耦合(buttcoupling)的方式。[0044]进一步的，子板芯片耦合波导区14的子板芯片波导盖层10和母板芯片耦合波导区6的母板芯片波导盖层2厚度远远低于子板芯片和母板芯片常规波导区盖层厚度，以获得更高效的耦合；子板芯片和母板芯片常规波导区和耦合波导区的盖层厚度不同往往会引入光传输损耗，可以采用各种渐变结构来降低光从常规波导区进入耦合波导区或者从耦合波导区进入常规波导区的传输损耗。[0045]进一步的，倒置子板芯片，根据水平对准标记或者卡槽，子板芯片的大部区域嵌套在母板芯片的凹槽嵌套区域里。子板芯片和母板芯片的垂直支撑组件互相接触支撑，母板芯片耦合波导区6和子板芯片耦合波导区14贴合支撑，实现了垂直方向上耦合波导区的精密对准。[0046]进一步的，倒置的子板芯片的子板芯片耦合波导区14与对应的母板芯片耦合波导区6的水平对准可以依赖于子板芯片和母板芯片上的标记、卡槽或者其他光学主被动对准方式。[0047]进一步的，子板芯片和母板芯片的不平或者翘曲会导致子板芯片和母板芯片贴合时，母板芯片耦合波导区6和子板芯片耦合波导区14没法完整紧密接触，在该区域适度施加压力，在不破坏支撑结构的情况下可以使之完全贴合。[0048]进一步的，母板芯片金属区3和子板芯片金属区11可以但不必要提供子板芯片的电流或电压注入，其位置、数量和形状等可进行适应性修改。[0049]进一步的，母板芯片本体包括母板芯片衬底层1，母板芯片衬底层1的顶端固接有两块母板芯片波导盖层2，两块母板芯片波导盖层2之间设置有凹槽嵌套区域；母板芯片垂直支撑组件垂直固接在凹槽嵌套区域；母板芯片金属区3固接在凹槽嵌套区域；母板芯片波导固接在一块母板芯片波导盖层2顶端；母板芯片波导区包括固接在母板芯片波导盖层2顶端的母板芯片耦合波导区6和母板芯片常规波导区7，母板芯片耦合波导区6和母板芯片常规波导区7固接，母板芯片耦合波导区6位于靠近凹槽嵌套区域的一端；母板芯片耦合波导区6与子板芯片耦合波导区14贴合耦合。[0050]进一步的，母板芯片衬底层1选用材料厚度500μm的si，母板芯片波导区芯层是厚度250nm的si，通过2μm厚度的sio2层与母板芯片衬底层1隔开，母板芯片波导芯层上方的母板芯片波导盖层2是150nm的sio2。母板芯片耦合波导区6的横截面结构从上往下依次是氧化硅盖层18，硅波导芯层17，硅衬底层16。[0051]进一步的，子板芯片本体包括子板芯片衬底层8，子板芯片衬底层8的顶端固接有子板芯片波导芯层9，子板芯片波导芯层9顶端固接有子板芯片波导盖层10，子板芯片金属区11固接在子板芯片波导盖层10的顶端；子板芯片垂直支撑组件固接在子板芯片衬底层8的顶端；子板芯片耦合波导区14固接在子板芯片波导盖层10远离子板芯片垂直支撑组件的一端。当子板芯片是有源器件时，子板芯片金属区11蒸镀在子板芯片波导盖层10上，母板芯片金属区3蒸镀在凹槽嵌套区域中，凹槽嵌套区域一般刻蚀到母板芯片衬底层1中。倒装的子板芯片与母板芯片贴合时，子板芯片金属区11完全嵌套在母板芯片凹槽嵌套区域里，且母板芯片金属区3和子板芯片金属区11完全对应。通过共晶焊金属15，利用合金共晶焊接或金属键合技术连接子板芯片金属区11和母板芯片金属区3。升温时共晶焊金属会熔化变软，所以子板芯片金属区11与母板芯片金属区3的固接不会妨碍子板芯片垂直支撑结构及耦合波导区与对应母板芯片垂直支撑结构及耦合波导区的贴合，熔化金属的表面张力并且可以帮助子板芯片和母板芯片在水平方向精确对准。降温时，金属冷却收缩会进一步拉紧子板芯片和母板芯片，使子板芯片耦合波导区14和母板芯片耦合波导区6之间的接触更加紧密，波导耦合效率在温度变化大的环境中能够保持稳定。母板芯片金属区3蒸镀在母板芯片衬底层1上，散热较好，温度变化导致的垂直方向位移不大，由此，光能够从子板芯片耦合波导区14传输进母板芯片耦合波导区6或者从母板芯片耦合波导区6传输进子板芯片耦合波导区14。[0052]进一步的，子板芯片常规波导区由子板芯片芯层9、子板芯片盖层10和子板芯片金属区11组成，光从子板芯片耦合波导区6进入子板芯片常规波导区；或者光从子板芯片常规波导区进入子板芯片耦合波导14。[0053]进一步的，子板芯片衬底层8材料是inp，子板芯片波导芯层9的材料为ingaasp，折射率为3.39，厚度300nm；子板芯片波导盖层10材质是inp，非耦合波导区的子板芯片波导盖层10厚度为1.5μm；子板芯片耦合波导区14的横截面结构从上而下依次是子板芯片波导盖层10，子板芯片波导芯层9和子板芯片衬底层8，在子板芯片耦合波导区，子板芯片波导盖层10的厚度是150nm。[0054]进一步的，母板芯片耦合波导区6和子板芯片耦合波导区14的波导末端宽度收窄，不仅有利于光的高效耦合，且极大降低了光反射。[0055]进一步的，在一定的耦合区域内通过垂直波导耦合的方式光完成了在子板芯片和母板芯片之间的传输，这种垂直耦合方式在水平方向允许较大的对准容差，该对准容差远大于直接对接耦合(buttcoupling)的方式；在垂直方向对准时，子板芯片耦合波导区14和母板芯片耦合波导区6紧密接触并作为垂直支撑结构之一，理论上不存在垂直对准误差。[0056]进一步优化方案，组装集成芯片步骤中，母板芯片耦合波导区6与子板芯片耦合波导区14贴合或靠近后形成垂直波导耦合器，光通过垂直波导耦合器从母板芯片过渡到子板芯片或者从子板芯片过渡到母板芯片。[0057]进一步的，混合集成时子板芯片耦合波导区14即使不在母板芯片耦合波导区6的正上方，通过一定长度和宽度的耦合区域，依旧可以获得较大的光耦合效率。[0058]进一步优化方案，组装集成芯片步骤中，母板芯片耦合波导区6与子板芯片耦合波导区14贴合或靠近之后光耦合的原理包括但不限于定向耦合、倏逝波耦合和绝热耦合。可以根据不同的材料体系和结构，选择合适的波导耦合方式。例如当子板芯片和母板芯片耦合波导区的有效折射率接近时，可以选择绝热耦合或者定向耦合；当子板芯片和母板芯片耦合波导区的有效折射率相差较大，可以选择倏逝波耦合。[0059]进一步的，子板芯片和母板芯片的耦合波导区可以选择脊波导区，优化垂直支撑结构，可以让耦合波导区更容易完全贴合；子板芯片和母板芯片的耦合波导区可以选择掩埋式波导，这样耦合波导可以容忍更大的垂直压力，结构更加稳定。子板芯片和母板芯片的耦合波导也可以根据实际需要分别选择其他波导形式。[0060]进一步的，母板芯片垂直支撑组件包括但不限于第一支撑件4和第二支撑件5，可以根据实际需要调整母板芯片上垂直支撑组件的数量、位置、形状。[0061]进一步的，子板芯片垂直支撑组件包括但不限于第三支撑件12和第四支撑件13，可以根据实际需要调整子板芯片垂直支撑组件的数量、位置、形状，子板芯片的垂直支撑组件与母板芯片的垂直支撑组件对应设置。[0062]进一步的，母板芯片的第一支撑件4和第二支撑件5以及母板芯片耦合波导区6可以通过同一步骤刻蚀获得，以保证其高度一致；子板芯片的第三支撑件12和第四支撑件13以及子板芯片耦合波导区14同样可以通过同一步骤刻蚀获得，以保证其高度一致。[0063]进一步的，子板芯片的光将会沿着z方向从子板芯片波导芯层9耦合到母板芯片硅波导芯层17，inp基材料制成的子板芯片的子板芯片波导盖层10与母板芯片的氧化硅盖层18紧密贴合。[0064]进一步的，本实施例采用包括但不限于倏逝波耦合，母板芯片耦合波导区6贴合宽度从0.2μm渐变到1.5μm，子板芯片耦合波导区14宽度从4μm渐变到0.2μm，上下波导耦合区域(子板芯片耦合波导区14和母板芯片耦合波导区6的重合区域)总长度为470μm。采用束传播方法，对耦合效率进行仿真，在仿真中波导耦合区域两端的常规波导区长度均设置为10μm，用于监测子板芯片和母板芯片常规波导区里的功率，inp波导里的基模通过耦合波导区贴合形成的垂直波导耦合器耦合到下方硅波导中，耦合效率大于98％。[0065]进一步的，子板芯片与母板芯片靠近贴合时的对准容差是混合集成的关键；本方法中母板芯片耦合波导区6和子板芯片耦合波导区14作为垂直方向的支撑结构之一，理论上不存在垂直方向的对准误差；即使子板芯片或者母板芯片有不平或者翘曲导致耦合波导区没有完全贴合，可以在子板芯片耦合波导区14上方适度施加压力，并利用共晶焊接或键合金属冷却时的收缩拉紧耦合波导区让其完全贴合，因此不考虑垂直方向的对准容差。水平方向上则会导致两个维度的对准误差，分别是传播方向的z补偿和波导宽度方向的x补偿，用束传播方法分别计算了存在z补偿和x补偿的耦合效率，结果表明，光传输方向的对准容差z补偿很大，远远优于直接对接耦合(buttcoupling)方案。耦合波导宽度方向的误差±1μm以内，耦合损耗的增加不大于10％(约0.5db)，也优于直接对接耦合的耦合损耗增加2.3db。[0066]进一步的，子板芯片耦合波导区14和母板芯片耦合波导区6采用包括但不限于掩埋式波导、浅脊波导、深脊波导等波导形式。[0067]进一步的，子板芯片耦合波导区14和母板芯片耦合波导区6的数目、位置可以根据实际需要进行设置。[0068]进一步的，根据实际波导区的具体结构参数可以设计子板芯片耦合波导区14和母板芯片耦合波导区6的宽度和长度，以获得较好的耦合效率和较大的对准容差。耦合区域长度越长，水平方向的对准容差越大，但是太长的耦合区域不利于倒装紧密贴合，所以需要折衷设计耦合波导区的参数。[0069]进一步的，根据实际波导区的具体结构参数优化子板芯片耦合波导区的波导盖层10和母板芯片耦合波导区的波导盖层2的厚度，不仅能保护波导区芯层，传输稳定的波导基模，而且保证子板芯片和母板芯片耦合波导之间较好的耦合效率。[0070]进一步优化方案，步骤组装集成芯片中，母板芯片金属区3与子板芯片金属区11形成的方式包括但不限于金属蒸发、溅射、电镀。[0071]进一步的，光学子板芯片金属区11通过共晶焊接或金属键合工艺与光学母板芯片金属区3相连。高温贴片完成后的降温，金属会收缩让子板芯片和母板芯片贴合得更加紧密。母板芯片金属区3一般蒸镀在母板芯片衬底层1材料，比如硅材料上，以获得较好的散热，此种混合集成方式如果工作在较大温度变化的环境中时，由于热胀冷缩导致的垂直方向对准误差不大，依旧能获得较好的耦合效率。[0072]进一步的，光学母板芯片的硅波导芯层17可以是硅，非晶硅等高折射率低损耗材料，光学子板芯片耦合波导区的光极易垂直耦合到这些高折射率的光学母板耦合波导区里。然而如今广泛应用的集成光路波导芯层24的材料不仅有硅，还有折射率相对较低的一些材料，例如氮化硅，铌酸锂等，如果它们直接作为母板芯片耦合波导区6的材料，与子板芯片耦合波导区14对准贴合形成垂直耦合器，那么所需耦合波导长度较长且对准容差会降低。因此，依旧可以采用非晶硅等高折射率材料作为母板芯片耦合波导区6的材料，贴片形成的垂直耦合器完成光从子板芯片耦合到母板芯片之后，然后利用一层或者多层模斑转换器将光从母板芯片的高折射率耦合波导渐渐转移至集成光路波导中；图12包括了图1中的所有母板芯片结构，母板芯片耦合波导区后连接有第一模斑转换结构22和第二模斑转换结构23，集成光路波导芯层24。考虑材料生长，母板芯片耦合波导区6和集成光路波导芯层24之间一般有氧化硅盖层18材料隔开。基于图12的母板芯片结构，可以满足目前主流无源光路芯片和有源器件芯片的混合集成。[0073]实施例二：[0074]根据附图13所示，本实施例二在实施例一的基础上，硅基波导芯片作为子板芯片，inp基芯片作为光学母板芯片，与实施例一的子母芯片设置相反。母板芯片包括母板芯片本体和母板芯片耦合区域，母板芯片本体包括母板芯片热沉25，母板芯片热沉25的顶端依次设置有inp基芯片衬底26，inp基芯片芯层27，inp基芯片盖层28，inp基芯片金属区29；母板芯片耦合区域包括inp基芯片耦合波导区30；母板芯片上设置有母板芯片垂直支撑组件，母板芯片垂直支撑组件包括但不限于第五支撑件31和第六支撑件32。子板芯片包括子板芯片本体和子板芯片耦合区域，子板芯片本体包括子板芯片垂直支撑组件，子板芯片耦合区域包括硅基波导芯片耦合波导区33和硅基波导芯片常规波导区34，子板芯片和母板芯片之间设置有第一焊接区域35和第二焊接区域36。[0075]减薄后的inp基芯片正面朝上，通过背面金属焊接在对应母板芯片热沉25上，并作为母板芯片；硅基波导芯片作为子板芯片倒置于作为母板芯片的inp基芯片上。inp基芯片上有高度一致的inp基芯片耦合波导区30和母板芯片垂直支撑组件。硅基波导芯片上，硅基波导芯片耦合波导区33与子板芯片垂直支撑组件。子板芯片和母板芯片上下贴合在一起，inp基芯上高度一致的第五支撑件31和第六支撑件32支持着硅基波导芯片，实现竖直方向对准；第五支撑件31和第六支撑件32的数量、位置、安装区域可已根据实际需要进行适应性调整，只需要满足与硅基波导芯片耦合波导区33等高即可。第一焊接区域35和第二焊接区域36包含互相对应的inp基芯片上和硅基波导芯片上的金属区，每对金属区均用共晶焊接或金属键合技术连接，让结构更加稳定。子板芯片和母板芯片的水平方向对准利用标记实现。光从inp基芯片耦合波导区30耦合到硅基波导芯片中，混合集成器件的耦合波导区域结构与实施例一一致。需要指出的是，硅基波导芯片耦合波导区33区域的波导盖层很薄，利于光的耦合，光在耦合波导区域完成垂直耦合之后，进入到常规波导区域，这里的波导盖层可以更厚一些。可以采用各种渐变结构来降低光从耦合波导区进入常规波导区的传输损耗。[0076]实施例二的耦合波导区与实施例一相同，同样具有较大的耦合效率和对准容差。与实施例一相比，实施例二还有两个方面的优势。第一，inp基芯片衬底26直接焊在热沉上，有着更加良好的散热能力，芯片工作更加稳定，这种方案更适合需要高速电连接的inp基芯片；第二，子板芯片和母板芯片对准贴合时，热沉上的inp基芯片能够正常工作(例如激光器激射)，如果硅基波导芯片末端已经耦合固定光纤，该光纤另一端连接探测器，此时可以实现主动对准，通过探测器的示数大小判断子板芯片和母板芯片贴合的位置是否准确，从而获得更高的良品率。[0077]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。[0078]以上的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。当前第1页12当前第1页12
技术领域：
：，特别是涉及一种混合集成新方法。
背景技术：
：：2.近年来集成光路飞速发展，将光纤通信中的激光器，调制器，探测器集成于单个芯片上能够满足小型化、低功耗、低成本的发展趋势。目前，集成光路可以依赖于很多材料体系，例如有源器件主要来源于磷化铟，砷化镓，氮化镓，无源器件主要依赖于硅，氮化硅，氧化硅，氮化铝，铌酸锂等。考虑到晶圆成本和成熟的加工工艺，硅成了集成光路最有前途的材料。但是硅依旧没法满足光通信器件的所有需求。例如硅作为间接带隙半导体材料，它无法成为光源。此外由于存在双光子吸收，硅也无法应用于非线性光学中。但是其他的材料体系却在这些方面避免了硅的缺点。因此，混合集成不同的材料实现最佳的集成光路芯片成为了共识。3.光学材料集成有很多种方式，主要分为两大类，包括倒装集成(flip‑chipintegration)(pedderdj.flipchipsolderbondingformicroelectronicapplications[j].microelectronicsinternational,1988.)，转移沾印(transferprinting)(menarde,leekj,khangdy,nuzzo,r.g.,&rogers.aprintableformofsiliconforhighperformancethinfilmtransistorsonplasticsubstrates[j].appliedphysicsletters,2004,84(26):5398‑5400.)为代表的封装混合集成技术，和直接粘合(dieandwaferbonding)(liangd,roelkensg,baetsr,&bowers,j.e.hybridintegratedplatformsforsiliconphotonics[j].materials,2010,3(3):1782‑1802.),薄层蒸镀(layerdeposition)(morrisonb,casas‑bedoyaa,reng,etal.compactbrillouindevicesthroughhybridintegrationonsilicon[j].optica,2017,4(8):847‑854.),直接生长(directgrowth)(hany,yanz,ngwk,etal.bufferless1.5μmiii‑vlasersgrownonsi‑photonics220nmsilicon‑on‑insulatorplatforms[j].optica,2020,7(2):148‑153.)为代表的异质集成技术。虽然材料异质集成技术适合未来的大规模量产，后期生产成本低，无源有源器件同片制作，有着很高的对准精度，但是它对晶圆质量，加工设备和工艺，超净环境等条件要求非常苛刻，前期的研发成本很高，有一定的技术难度。封装混合集成技术特别是倒装集成，可以独立优化分立的芯片，前期测试选择最佳性能的器件进行混合集成，良品率很高。[0004]但是目前倒装集成最大的问题是不同的材料体系间光的耦合。光栅耦合(gratingcoupling)无法满足整个c波段的工作要求；反射镜面耦合(mirrorcoupling)加工难度较高，而且一般只能制作在芯片末端(norikia,amanot,shimurad,etal.broadbandandpolarization‑independentefficientverticalopticalcouplingwith45°mirrorforopticali/oofsiphotonics[j].journaloflightwavetechnology,2016,34(3):978‑984.)；直接对接耦合(buttcoupling)的耦合效率受限于端面质量，端面反射和三维对准误差。如今商用的flip‑chip平台通过对准标记可以在水平两个方向上实现500nm以内的对准误差，但是垂直方向的对准依旧是个挑战，对基底厚度和材料刻蚀的均匀性要求较高，而且不同材料热膨胀系数不一样，温度的变化势必会造成该混合集成器件光对接部分垂直方向的失准。另一方面，现在更多地利用模斑转换器让对准光斑放大，一定程度上利于直接对接，但是端面和端面之间总是要留下间隔，影响耦合效率，而且三维对准容差不高，±1μm的对准误差内理论的光耦合损耗是‑2.3db(theurerm,moehrlem,sigmunda,etal.flip‑chipintegrationofinpandsin[j].ieeephotonicstechnologyletters,2019,31(3):273‑276.)。此外如何降低波导直接对接时的端面光反射也是个难题，无论是刻蚀界面或者是解理面，都会有一定的端面光反射回到有源器件中会严重影响器件性能，片上集成光隔离器也不是一件容易的事情。技术实现要素：[0005]本发明的目的是提供一种混合集成新方法，以解决上述现有技术存在的问题，增大光芯片之间的对准容差，降低光损耗和光反射。[0006]为实现上述目的，本发明提供一种混合集成新方法，括以下步骤：[0007]组装母板芯片；所述母板芯片包括母板芯片本体，所述母板芯片本体上设置有母板芯片金属区，母板芯片垂直支撑组件和母板芯片波导区，母板芯片波导区包含有相互固接的母板芯片常规波导区和用于垂直耦合的母板芯片耦合波导区；[0008]组装子板芯片；所述子板芯片包括子板芯片本体，所述子板芯片本体上设置有子板芯片金属区，子板芯片垂直支撑组件和子板芯片波导区，子板芯片波导区包含有相互固接的子板芯片常规波导区和用于垂直耦合的子板芯片耦合波导区；[0009]组装集成芯片；所述子板芯片倒置贴合在所述母板芯片的顶端，所述母板芯片垂直支撑组件与所述子板芯片垂直支撑组件贴合，所述母板芯片耦合波导区与所述子板芯片耦合波导区贴合或靠近构成垂直波导耦合器，所述母板芯片金属区与所述子板芯片金属区固接。[0010]优选的，所述步骤组装集成芯片中，所述母板芯片耦合波导区与所述子板芯片耦合波导区贴合或靠近后形成垂直波导耦合器，光从所述母板芯片常规波导区进入所述母板芯片耦合波导区，然后通过所述垂直波导耦合器从所述母板芯片耦合波导区过渡到所述子板芯片耦合波导区，然后从子板芯片耦合波导区进入子板芯片常规波导区；或者光从所述子板芯片常规波导区进入所述子板芯片耦合波导区，然后通过所述垂直波导耦合器从所述子板芯片耦合波导区过渡到所述母板芯片耦合波导区，然后从所述母板芯片耦合波导区进入母板芯片常规波导区。[0011]优选的，在所述组装集成芯片步骤组装集成芯片中，所述母板芯片耦合波导区与所述子板芯片耦合波导区贴合或靠近之后光耦合的原理包括但不限于定向耦合、倏逝波耦合和绝热耦合。[0012]优选的，所述组装集成芯片步骤中，所述子板芯片常规波导与所述母板芯片常规波导区分别设置在所述垂直波导耦合器的两侧。[0013]优选的，所述组装集成芯片步骤中，所述母板芯片金属区与所述子板芯片金属区固接的方式包括但不限于共晶焊接或金属键合工艺。[0014]优选的，所述组装集成芯片步骤中，所述母板芯片金属区与所述子板芯片金属区形成的方式包括但不限于金属蒸发、溅射、电镀。[0015]优选的，所述组装集成芯片步骤中，所述母板芯片金属区与所述子板芯片金属区的固接不妨碍所述子板芯片垂直支撑组件与所述母板芯片垂直支撑组件的贴合，同时也不妨碍所述母板芯片耦合波导区与所述子板芯片耦合波导区的贴合或靠近。[0016]本发明公开了以下技术效果：本发明公开了一种混合集成新方法，将子板芯片倒置贴合于母板芯片之上，子板芯片耦合波导区与母板芯片耦合波导区紧密贴合或靠近，形成波导垂直耦合状态，使得光能够从子板芯片耦合波导区传输到母板芯片耦合波导区或者从母板芯片耦合波导区中传输到子板芯片耦合波导区，通过母板芯片和子板芯片倒装贴片并结合波导垂直耦合的方式实现混合集成。子板芯片耦合波导区和母板芯片耦合波导区可作为倒装贴片时垂直方向的支撑区域之一，紧密接触，形成垂直耦合器，利用子板芯片耦合波导区和母板芯片耦合波导区完全接触贴合的双波导实现高效的光耦合，且有较大的对准容差。子板芯片和母板芯片上对应的金属区通过共晶焊或金属键合的方式固接起来，从而将子板芯片和母板芯片固定连接在一起。本发明增大了光芯片之间的对准容差，降低了光损耗和光反射。附图说明[0017]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0018]图1为本发明实施例一的光学母板芯片结构示意图；[0019]图2为本发明实施例一的光学子板芯片结构示意图；[0020]图3为本发明实施例一的混合集成后的器件结构示意图；[0021]图4为本发明实施例一光学母板芯片耦合波导区横截面结构示意图；[0022]图5为本发明实施例一光学子板芯片耦合波导区横截面结构示意图；[0023]图6为本发明实施例一混合集成后耦合波导区侧视结构示意图；[0024]图7为本发明实施例一混合集成后耦合波导区俯视结构示意图；[0025]图8为本发明实施例一中混合集成后耦合波导区参数示意图；[0026]图9为本发明实施例一使用束传播方法仿真计算光从子板芯片波导区耦合到母板芯片波导区的传输效率；[0027]图10为本发明实施例一中混合集成子板芯片和母板芯片贴合时的水平对准误差示意图；[0028]图11为本发明实施例一使用束传播(bpm)方法仿真计算混合集成子板芯片和母板芯片贴合时的水平对准容差；[0029]图12为本发明实施例一母板芯片上光从高折射率垂直耦合波导区芯层传输到集成光路波导区芯层的结构示意图；[0030]图13为本发明实施例二混合集成后的器件三维结构示意图；[0031]其中，1、母板芯片衬底层；2、母板芯片波导盖层；3、母板芯片金属区；4、第一支撑件；5、第二支撑件；6、母板芯片耦合波导区；7、母板芯片常规波导区；8、子板芯片衬底层；9、子板芯片波导芯层；10、子板芯片波导盖层；11、子板芯片金属区；12、第三支撑件；13、第四支撑件；14、子板芯片耦合波导区；15、共晶焊金属；16、硅衬底层；17、硅波导芯层；18、氧化硅盖层；22、第一模斑转换结构；23、第二模斑转换结构；24、集成光路波导芯层；25、母板芯片热沉；26、inp基芯片衬底；27、inp基芯片芯层；28、inp基芯片盖层；29、inp基芯片金属区；30、inp基芯片耦合波导区；31、第五支撑件；32、第六支撑件；33、硅基波导芯片耦合波导区；34、硅基波导芯片常规波导区；35、第一焊接区域；36、第二焊接区域。具体实施方式[0032]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0033]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。[0034]实施例一：[0035]参照图1‑12，本发明提供一种混合集成新方法，包括以下步骤：[0036]组装母板芯片；母板芯片包括母板芯片本体，母板芯片本体上设置有母板芯片金属区3，母板芯片垂直支撑组件和母板芯片波导区，母板芯片波导区包含有用于垂直耦合的母板芯片耦合波导区6；[0037]组装子板芯片；子板芯片包括子板芯片本体，子板芯片本体上设置有子板芯片金属区11，子板芯片垂直支撑组件和子板芯片波导区，子板芯片波导区包含有子板芯片耦合波导区14；[0038]组装集成芯片；子板芯片倒置贴合在母板芯片的顶端，母板芯片垂直支撑组件与子板芯片垂直支撑组件贴合，母板芯片耦合波导区6与子板芯片耦合波导区14贴合或靠近，母板芯片金属区3与子板芯片金属区11固接。[0039]本发明将子板芯片倒置贴合于母板芯片之上，子板芯片耦合波导区与母板芯片耦合波导区紧密贴合或靠近，形成波导垂直耦合状态，使得光能够从子板芯片耦合波导区传输到母板芯片耦合波导区或者从母板芯片耦合波导区中传输到子板芯片耦合波导区，通过母板芯片和子板芯片倒装贴片并结合波导垂直耦合的方式实现混合集成。子板芯片耦合波导区和母板芯片耦合波导区可作为倒装贴片时垂直方向的支撑区域之一，紧密接触，形成垂直耦合器，利用子板芯片耦合波导区和母板芯片耦合波导区完全接触贴合的双波导实现高效的光耦合，且有较大的对准容差。子板芯片和母板芯片上对应的金属区通过共晶焊或金属键合的方式固接起来，从而将子板芯片和母板芯片固定连接在一起。[0040]进一步优化方案，步骤组装集成芯片中，子板芯片常规波导与母板芯片常规波导7分别设置在垂直波导耦合器的两侧。[0041]进一步的，子板芯片和母板芯片都是功能完整的独立芯片，都能独立完成芯片的工作，本发明的子板芯片和母板芯片耦合连接，增加了光芯片之间的对准容差，降低了光损耗和光反射。[0042]进一步的，子板芯片和母板芯片上开设对应的用于水平对准的标记或卡槽，用来保证子板芯片和母板芯片在水平方向上的精确对准。母板芯片上具有高度一致的垂直支撑组件，子板芯片上具有对应的高度一致的垂直支撑组件；母板芯片耦合波导区6和子板芯片耦合波导区14分别是母板芯片垂直支撑组件和子板芯片垂直支撑组件的一部分，二者相互贴合，起到支撑母板芯片和子板芯片的作用。[0043]进一步的，母板芯片上的凹槽嵌套区域取决于子板芯片的具体结构，该种混合集成方式有着较大的水平对准容差，远远优于波导直接对接耦合(buttcoupling)的方式。[0044]进一步的，子板芯片耦合波导区14的子板芯片波导盖层10和母板芯片耦合波导区6的母板芯片波导盖层2厚度远远低于子板芯片和母板芯片常规波导区盖层厚度，以获得更高效的耦合；子板芯片和母板芯片常规波导区和耦合波导区的盖层厚度不同往往会引入光传输损耗，可以采用各种渐变结构来降低光从常规波导区进入耦合波导区或者从耦合波导区进入常规波导区的传输损耗。[0045]进一步的，倒置子板芯片，根据水平对准标记或者卡槽，子板芯片的大部区域嵌套在母板芯片的凹槽嵌套区域里。子板芯片和母板芯片的垂直支撑组件互相接触支撑，母板芯片耦合波导区6和子板芯片耦合波导区14贴合支撑，实现了垂直方向上耦合波导区的精密对准。[0046]进一步的，倒置的子板芯片的子板芯片耦合波导区14与对应的母板芯片耦合波导区6的水平对准可以依赖于子板芯片和母板芯片上的标记、卡槽或者其他光学主被动对准方式。[0047]进一步的，子板芯片和母板芯片的不平或者翘曲会导致子板芯片和母板芯片贴合时，母板芯片耦合波导区6和子板芯片耦合波导区14没法完整紧密接触，在该区域适度施加压力，在不破坏支撑结构的情况下可以使之完全贴合。[0048]进一步的，母板芯片金属区3和子板芯片金属区11可以但不必要提供子板芯片的电流或电压注入，其位置、数量和形状等可进行适应性修改。[0049]进一步的，母板芯片本体包括母板芯片衬底层1，母板芯片衬底层1的顶端固接有两块母板芯片波导盖层2，两块母板芯片波导盖层2之间设置有凹槽嵌套区域；母板芯片垂直支撑组件垂直固接在凹槽嵌套区域；母板芯片金属区3固接在凹槽嵌套区域；母板芯片波导固接在一块母板芯片波导盖层2顶端；母板芯片波导区包括固接在母板芯片波导盖层2顶端的母板芯片耦合波导区6和母板芯片常规波导区7，母板芯片耦合波导区6和母板芯片常规波导区7固接，母板芯片耦合波导区6位于靠近凹槽嵌套区域的一端；母板芯片耦合波导区6与子板芯片耦合波导区14贴合耦合。[0050]进一步的，母板芯片衬底层1选用材料厚度500μm的si，母板芯片波导区芯层是厚度250nm的si，通过2μm厚度的sio2层与母板芯片衬底层1隔开，母板芯片波导芯层上方的母板芯片波导盖层2是150nm的sio2。母板芯片耦合波导区6的横截面结构从上往下依次是氧化硅盖层18，硅波导芯层17，硅衬底层16。[0051]进一步的，子板芯片本体包括子板芯片衬底层8，子板芯片衬底层8的顶端固接有子板芯片波导芯层9，子板芯片波导芯层9顶端固接有子板芯片波导盖层10，子板芯片金属区11固接在子板芯片波导盖层10的顶端；子板芯片垂直支撑组件固接在子板芯片衬底层8的顶端；子板芯片耦合波导区14固接在子板芯片波导盖层10远离子板芯片垂直支撑组件的一端。当子板芯片是有源器件时，子板芯片金属区11蒸镀在子板芯片波导盖层10上，母板芯片金属区3蒸镀在凹槽嵌套区域中，凹槽嵌套区域一般刻蚀到母板芯片衬底层1中。倒装的子板芯片与母板芯片贴合时，子板芯片金属区11完全嵌套在母板芯片凹槽嵌套区域里，且母板芯片金属区3和子板芯片金属区11完全对应。通过共晶焊金属15，利用合金共晶焊接或金属键合技术连接子板芯片金属区11和母板芯片金属区3。升温时共晶焊金属会熔化变软，所以子板芯片金属区11与母板芯片金属区3的固接不会妨碍子板芯片垂直支撑结构及耦合波导区与对应母板芯片垂直支撑结构及耦合波导区的贴合，熔化金属的表面张力并且可以帮助子板芯片和母板芯片在水平方向精确对准。降温时，金属冷却收缩会进一步拉紧子板芯片和母板芯片，使子板芯片耦合波导区14和母板芯片耦合波导区6之间的接触更加紧密，波导耦合效率在温度变化大的环境中能够保持稳定。母板芯片金属区3蒸镀在母板芯片衬底层1上，散热较好，温度变化导致的垂直方向位移不大，由此，光能够从子板芯片耦合波导区14传输进母板芯片耦合波导区6或者从母板芯片耦合波导区6传输进子板芯片耦合波导区14。[0052]进一步的，子板芯片常规波导区由子板芯片芯层9、子板芯片盖层10和子板芯片金属区11组成，光从子板芯片耦合波导区6进入子板芯片常规波导区；或者光从子板芯片常规波导区进入子板芯片耦合波导14。[0053]进一步的，子板芯片衬底层8材料是inp，子板芯片波导芯层9的材料为ingaasp，折射率为3.39，厚度300nm；子板芯片波导盖层10材质是inp，非耦合波导区的子板芯片波导盖层10厚度为1.5μm；子板芯片耦合波导区14的横截面结构从上而下依次是子板芯片波导盖层10，子板芯片波导芯层9和子板芯片衬底层8，在子板芯片耦合波导区，子板芯片波导盖层10的厚度是150nm。[0054]进一步的，母板芯片耦合波导区6和子板芯片耦合波导区14的波导末端宽度收窄，不仅有利于光的高效耦合，且极大降低了光反射。[0055]进一步的，在一定的耦合区域内通过垂直波导耦合的方式光完成了在子板芯片和母板芯片之间的传输，这种垂直耦合方式在水平方向允许较大的对准容差，该对准容差远大于直接对接耦合(buttcoupling)的方式；在垂直方向对准时，子板芯片耦合波导区14和母板芯片耦合波导区6紧密接触并作为垂直支撑结构之一，理论上不存在垂直对准误差。[0056]进一步优化方案，组装集成芯片步骤中，母板芯片耦合波导区6与子板芯片耦合波导区14贴合或靠近后形成垂直波导耦合器，光通过垂直波导耦合器从母板芯片过渡到子板芯片或者从子板芯片过渡到母板芯片。[0057]进一步的，混合集成时子板芯片耦合波导区14即使不在母板芯片耦合波导区6的正上方，通过一定长度和宽度的耦合区域，依旧可以获得较大的光耦合效率。[0058]进一步优化方案，组装集成芯片步骤中，母板芯片耦合波导区6与子板芯片耦合波导区14贴合或靠近之后光耦合的原理包括但不限于定向耦合、倏逝波耦合和绝热耦合。可以根据不同的材料体系和结构，选择合适的波导耦合方式。例如当子板芯片和母板芯片耦合波导区的有效折射率接近时，可以选择绝热耦合或者定向耦合；当子板芯片和母板芯片耦合波导区的有效折射率相差较大，可以选择倏逝波耦合。[0059]进一步的，子板芯片和母板芯片的耦合波导区可以选择脊波导区，优化垂直支撑结构，可以让耦合波导区更容易完全贴合；子板芯片和母板芯片的耦合波导区可以选择掩埋式波导，这样耦合波导可以容忍更大的垂直压力，结构更加稳定。子板芯片和母板芯片的耦合波导也可以根据实际需要分别选择其他波导形式。[0060]进一步的，母板芯片垂直支撑组件包括但不限于第一支撑件4和第二支撑件5，可以根据实际需要调整母板芯片上垂直支撑组件的数量、位置、形状。[0061]进一步的，子板芯片垂直支撑组件包括但不限于第三支撑件12和第四支撑件13，可以根据实际需要调整子板芯片垂直支撑组件的数量、位置、形状，子板芯片的垂直支撑组件与母板芯片的垂直支撑组件对应设置。[0062]进一步的，母板芯片的第一支撑件4和第二支撑件5以及母板芯片耦合波导区6可以通过同一步骤刻蚀获得，以保证其高度一致；子板芯片的第三支撑件12和第四支撑件13以及子板芯片耦合波导区14同样可以通过同一步骤刻蚀获得，以保证其高度一致。[0063]进一步的，子板芯片的光将会沿着z方向从子板芯片波导芯层9耦合到母板芯片硅波导芯层17，inp基材料制成的子板芯片的子板芯片波导盖层10与母板芯片的氧化硅盖层18紧密贴合。[0064]进一步的，本实施例采用包括但不限于倏逝波耦合，母板芯片耦合波导区6贴合宽度从0.2μm渐变到1.5μm，子板芯片耦合波导区14宽度从4μm渐变到0.2μm，上下波导耦合区域(子板芯片耦合波导区14和母板芯片耦合波导区6的重合区域)总长度为470μm。采用束传播方法，对耦合效率进行仿真，在仿真中波导耦合区域两端的常规波导区长度均设置为10μm，用于监测子板芯片和母板芯片常规波导区里的功率，inp波导里的基模通过耦合波导区贴合形成的垂直波导耦合器耦合到下方硅波导中，耦合效率大于98％。[0065]进一步的，子板芯片与母板芯片靠近贴合时的对准容差是混合集成的关键；本方法中母板芯片耦合波导区6和子板芯片耦合波导区14作为垂直方向的支撑结构之一，理论上不存在垂直方向的对准误差；即使子板芯片或者母板芯片有不平或者翘曲导致耦合波导区没有完全贴合，可以在子板芯片耦合波导区14上方适度施加压力，并利用共晶焊接或键合金属冷却时的收缩拉紧耦合波导区让其完全贴合，因此不考虑垂直方向的对准容差。水平方向上则会导致两个维度的对准误差，分别是传播方向的z补偿和波导宽度方向的x补偿，用束传播方法分别计算了存在z补偿和x补偿的耦合效率，结果表明，光传输方向的对准容差z补偿很大，远远优于直接对接耦合(buttcoupling)方案。耦合波导宽度方向的误差±1μm以内，耦合损耗的增加不大于10％(约0.5db)，也优于直接对接耦合的耦合损耗增加2.3db。[0066]进一步的，子板芯片耦合波导区14和母板芯片耦合波导区6采用包括但不限于掩埋式波导、浅脊波导、深脊波导等波导形式。[0067]进一步的，子板芯片耦合波导区14和母板芯片耦合波导区6的数目、位置可以根据实际需要进行设置。[0068]进一步的，根据实际波导区的具体结构参数可以设计子板芯片耦合波导区14和母板芯片耦合波导区6的宽度和长度，以获得较好的耦合效率和较大的对准容差。耦合区域长度越长，水平方向的对准容差越大，但是太长的耦合区域不利于倒装紧密贴合，所以需要折衷设计耦合波导区的参数。[0069]进一步的，根据实际波导区的具体结构参数优化子板芯片耦合波导区的波导盖层10和母板芯片耦合波导区的波导盖层2的厚度，不仅能保护波导区芯层，传输稳定的波导基模，而且保证子板芯片和母板芯片耦合波导之间较好的耦合效率。[0070]进一步优化方案，步骤组装集成芯片中，母板芯片金属区3与子板芯片金属区11形成的方式包括但不限于金属蒸发、溅射、电镀。[0071]进一步的，光学子板芯片金属区11通过共晶焊接或金属键合工艺与光学母板芯片金属区3相连。高温贴片完成后的降温，金属会收缩让子板芯片和母板芯片贴合得更加紧密。母板芯片金属区3一般蒸镀在母板芯片衬底层1材料，比如硅材料上，以获得较好的散热，此种混合集成方式如果工作在较大温度变化的环境中时，由于热胀冷缩导致的垂直方向对准误差不大，依旧能获得较好的耦合效率。[0072]进一步的，光学母板芯片的硅波导芯层17可以是硅，非晶硅等高折射率低损耗材料，光学子板芯片耦合波导区的光极易垂直耦合到这些高折射率的光学母板耦合波导区里。然而如今广泛应用的集成光路波导芯层24的材料不仅有硅，还有折射率相对较低的一些材料，例如氮化硅，铌酸锂等，如果它们直接作为母板芯片耦合波导区6的材料，与子板芯片耦合波导区14对准贴合形成垂直耦合器，那么所需耦合波导长度较长且对准容差会降低。因此，依旧可以采用非晶硅等高折射率材料作为母板芯片耦合波导区6的材料，贴片形成的垂直耦合器完成光从子板芯片耦合到母板芯片之后，然后利用一层或者多层模斑转换器将光从母板芯片的高折射率耦合波导渐渐转移至集成光路波导中；图12包括了图1中的所有母板芯片结构，母板芯片耦合波导区后连接有第一模斑转换结构22和第二模斑转换结构23，集成光路波导芯层24。考虑材料生长，母板芯片耦合波导区6和集成光路波导芯层24之间一般有氧化硅盖层18材料隔开。基于图12的母板芯片结构，可以满足目前主流无源光路芯片和有源器件芯片的混合集成。[0073]实施例二：[0074]根据附图13所示，本实施例二在实施例一的基础上，硅基波导芯片作为子板芯片，inp基芯片作为光学母板芯片，与实施例一的子母芯片设置相反。母板芯片包括母板芯片本体和母板芯片耦合区域，母板芯片本体包括母板芯片热沉25，母板芯片热沉25的顶端依次设置有inp基芯片衬底26，inp基芯片芯层27，inp基芯片盖层28，inp基芯片金属区29；母板芯片耦合区域包括inp基芯片耦合波导区30；母板芯片上设置有母板芯片垂直支撑组件，母板芯片垂直支撑组件包括但不限于第五支撑件31和第六支撑件32。子板芯片包括子板芯片本体和子板芯片耦合区域，子板芯片本体包括子板芯片垂直支撑组件，子板芯片耦合区域包括硅基波导芯片耦合波导区33和硅基波导芯片常规波导区34，子板芯片和母板芯片之间设置有第一焊接区域35和第二焊接区域36。[0075]减薄后的inp基芯片正面朝上，通过背面金属焊接在对应母板芯片热沉25上，并作为母板芯片；硅基波导芯片作为子板芯片倒置于作为母板芯片的inp基芯片上。inp基芯片上有高度一致的inp基芯片耦合波导区30和母板芯片垂直支撑组件。硅基波导芯片上，硅基波导芯片耦合波导区33与子板芯片垂直支撑组件。子板芯片和母板芯片上下贴合在一起，inp基芯上高度一致的第五支撑件31和第六支撑件32支持着硅基波导芯片，实现竖直方向对准；第五支撑件31和第六支撑件32的数量、位置、安装区域可已根据实际需要进行适应性调整，只需要满足与硅基波导芯片耦合波导区33等高即可。第一焊接区域35和第二焊接区域36包含互相对应的inp基芯片上和硅基波导芯片上的金属区，每对金属区均用共晶焊接或金属键合技术连接，让结构更加稳定。子板芯片和母板芯片的水平方向对准利用标记实现。光从inp基芯片耦合波导区30耦合到硅基波导芯片中，混合集成器件的耦合波导区域结构与实施例一一致。需要指出的是，硅基波导芯片耦合波导区33区域的波导盖层很薄，利于光的耦合，光在耦合波导区域完成垂直耦合之后，进入到常规波导区域，这里的波导盖层可以更厚一些。可以采用各种渐变结构来降低光从耦合波导区进入常规波导区的传输损耗。[0076]实施例二的耦合波导区与实施例一相同，同样具有较大的耦合效率和对准容差。与实施例一相比，实施例二还有两个方面的优势。第一，inp基芯片衬底26直接焊在热沉上，有着更加良好的散热能力，芯片工作更加稳定，这种方案更适合需要高速电连接的inp基芯片；第二，子板芯片和母板芯片对准贴合时，热沉上的inp基芯片能够正常工作(例如激光器激射)，如果硅基波导芯片末端已经耦合固定光纤，该光纤另一端连接探测器，此时可以实现主动对准，通过探测器的示数大小判断子板芯片和母板芯片贴合的位置是否准确，从而获得更高的良品率。[0077]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。[0078]以上的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。当前第1页12当前第1页12
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