异质异构集成光电微系统及其制作方法与流程

技术特征：
1.一种异质异构集成光电微系统，其特征在于，所述光电微系统包括晶圆、半导体激光器、调制器、探测器、无源光子器件、阵列光纤、电驱动电路以及跨阻放大电路，其中：所述半导体激光器通过键合结构键合于所述晶圆；所述调制器、所述探测器、所述无源光子器件、所述阵列光纤分别集成于所述晶圆，其中，所述调制器通过第一波导分别与所述半导体激光器和所述无源光子器件相连接，所述探测器通过第二波导分别与所述无源光子器件和所述阵列光纤相连接；所述调制器和所述探测器上设置有第一球栅阵列，所述第一球栅阵列分别与所述调制器和所述探测器电连接；所述第一球栅阵列上设置有硅中介层，所述硅中介层中设置有重布线层和硅通孔，所述重布线层和所述硅通孔分别与所述第一球栅阵列电连接；所述硅中介层上设置有第二球栅阵列，所述第二球栅阵列分别与所述重布线层和所述硅通孔电连接；所述第二球栅阵列上设置有所述电驱动电路和所述跨阻放大电路，所述电驱动电路和所述跨阻放大电路分别与所述第二球栅阵列电连接。2.根据权利要求1所述的光电微系统，其特征在于，所述光电微系统还包括端面耦合器，所述端面耦合器分别与所述第二波导和所述阵列光纤相连接。3.根据权利要求1或2所述的光电微系统，其特征在于，所述光电微系统还包括至少一个电子电路，所述电子电路选择性地与所述半导体激光器、所述调制器、所述电驱动电路、所述跨阻放大电路电连接。4.一种异质异构集成光电微系统的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：将半导体激光器通过键合结构键合于晶圆；分别将调制器、探测器、无源光子器件、阵列光纤集成于所述晶圆，其中，所述调制器通过第一波导分别与所述半导体激光器和所述无源光子器件相连接，所述探测器通过第二波导分别与所述无源光子器件和所述阵列光纤相连接；在所述调制器和所述探测器上形成第一球栅阵列，所述第一球栅阵列分别与所述调制器和所述探测器电连接；在所述第一球栅阵列上形成硅中介层，在所述硅中介层中形成重布线层，并采用前道集成工艺在所述硅中介层中形成硅通孔；其中，所述硅通孔和所述重布线层分别与所述第一球栅阵列电连接；在所述硅中介层上形成第二球栅阵列，所述第二球栅阵列分别与所述重布线层和所述硅通孔电连接；在所述第二球栅阵列上集成电驱动电路和跨阻放大电路，所述电驱动电路和所述跨阻放大电路分别与所述第二球栅阵列电连接，得到异质异构集成光电微系统。5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述半导体激光器采用三五族材料制作形成，所述晶圆包括绝缘体上硅晶圆；所述将半导体激光器通过键合结构键合于晶圆，包括：采用混合有机/金属键合集成工艺方法形成所述键合结构，将所述半导体激光器键合于所述晶圆，具体包括：在所述半导体激光器与所述晶圆的键合界面处采用铟金共晶金属以提供点接触，实现
所述半导体激光器与所述晶圆的初始键合；在所述键合界面处的间隙填充环氧树脂，并加热，以使所述环氧树脂固化，完成所述半导体激光器与所述晶圆的键合。6.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述调制器采用铌酸锂材料制作形成，所述晶圆包括绝缘体上硅晶圆；所述分别将调制器、探测器、无源光子器件、阵列光纤集成与所述晶圆，包括：采用混合硅集成工艺方法将所述调制器集成于所述晶圆，具体包括：选取苯并环丁烯材料作为中间层，将铌酸锂薄膜键合至所述晶圆上，采用干法刻蚀技术刻蚀所述铌酸锂薄膜，并在刻蚀后的所述铌酸锂薄膜上沉积金属电极和二氧化硅上包层材料，以将所述调制器集成在所述晶圆上。7.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述探测器采用锗材料制作形成，所述晶圆包括绝缘体上硅晶圆；所述分别将调制器、探测器、无源光子器件、阵列光纤集成与所述晶圆，包括：采用低温-高温两步生长与选择性外延生长相结合的方法，将所述探测器集成于所述晶圆，具体包括：在所述晶圆上高温生长一层硅缓冲层；在所述硅缓冲层上低温生长一层锗缓冲层，并在所述锗缓冲层上高温外延生长一层锗层；在所述锗层上生长一层硅锗/锗应变超晶格插层；在所述硅锗/锗应变超晶格插层上高温生长一层锗吸收层，以将所述探测器集成于所述晶圆；其中，所述锗吸收层的厚度满足第一预设厚度要求。8.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括：在所述第二波导上集成端面耦合器，以使所述第二波导通过所述端面耦合器与所述阵列光纤相连接。9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述第二波导采用绝缘体上硅材料制作形成，所述端面耦合器采用硅与氮化硅材料混合制作形成；所述在所述第二波导上集成端面耦合器，包括：采用绝缘体上硅与氮化硅集成工艺在所述第二波导上集成所述端面耦合器，具体包括：采用后道集成工艺方法，图形化所述第二波导背离所述晶圆的一侧，在图形化后的所述第二波导上沉积第一二氧化硅层，并在所述第一二氧化硅层上形成氮化硅硬膜层，将所述氮化硅硬膜层作为阻挡层采用化学抛光工艺刻蚀所述第一二氧化硅层，以使所述第一二氧化硅层的厚度满足第二预设厚度要求；采用前道集成工艺方法，利用低压力化学气相沉积设备通过多层沉积穿插图形刻蚀方法，在所述第一二氧化硅层上沉积氮化硅薄膜，并图形化所述氮化硅薄膜；在图形化后的所述氮化硅薄膜上沉积并平坦化第二二氧化硅层，以得到所述端面耦合器。10.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述采用前道集成工艺在所述硅中介层中形成硅通孔，包括：采用博世工艺对所述硅中介层进行深硅刻蚀，得到多个通孔；
采用化学气相沉积工艺在所述多个通孔中生长二氧化硅绝缘层；采用物理气相沉积溅射工艺分别在所述二氧化硅绝缘层中形成钽阻挡层、铜种子层，并采用铜电镀工艺在所述多个通孔中填充金属铜，得到所述硅通孔。11.根据权利要求4至10任一项所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括：在所述异质异构集成光电微系统中集成至少一个电子电路，使所述电子电路选择性地与所述半导体激光器、所述调制器、所述电驱动电路、所述跨阻放大电路电连接。

技术总结
本公开涉及光电通信系统领域，提供一种异质异构集成光电微系统及其制作方法，光电微系统中的半导体激光器通过键合结构键合于晶圆；调制器、探测器、无源光子器件、阵列光纤集成于晶圆，调制器通过第一波导分别与半导体激光器和无源光子器件相连，探测器通过第二波导分别与无源光子器件和阵列光纤相连；调制器和探测器上设置有第一球栅阵列；第一球栅阵列上设置有硅中介层，硅中介层中设置有分别与第一球栅阵列电连接的重布线层和硅通孔；硅中介层上设置有分别与重布线层和硅通孔电连接的第二球栅阵列；第二球栅阵列上设置有分别与其电连接的电驱动电路和跨阻放大电路。本公开有效克服了现阶段光电系统体积大、功耗高、灵活性及可靠性差等缺点。靠性差等缺点。靠性差等缺点。


技术研发人员：王皓岩 刘杰 叶雨农 李苗 汪志强 李嵬 戴扬
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司信息科学研究院
技术研发日：2022.11.30
技术公布日：2022/12/30