一种堆叠三维光互连结构

本发明涉及光通信领域，特别是一种堆叠三维光互连结构。

背景技术：

1、以光互连为目标的硅基光电集成将现有成熟的微电子与光电子技术结合起来，拥有速度快、功耗低、干扰小等优点，已成为超大规模集成电路未来发展的重要方向之一。传统的硅光子学设计的经典方法是将所有芯片放置在一个水平面上，这种结构分布方式导致光互连器件尺寸过大。

技术实现思路

1、本发明针对传统方法存在的缺点，我们提供了一种堆叠三维光互连结构。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、一种堆叠三维光互连结构，其特征在于：该结构包括两片带有硅发光器件和光电探测器的硅片以及一片硅光波导。

4、所述的硅光波导夹在两片带有硅发光器件和光电探测器的硅片中间。

5、所述的硅光波导为厚度100-150μm的硅片制成。

6、所述的硅光波导具有微通道结构。

7、所述的微通道结构为直径5-6μm的通孔。

8、所述的硅发光器件和光电探测器封装在硅片的一侧表面。

9、所述的两片带有硅发光器件和光电探测器的硅片其封装有硅发光器件和光电探测器的表面与充当光波导的硅片的上下表面相连。

10、所述的硅发光器件和光电探测器由工作在不同偏置下的肖特基二极管实现。

11、进一步，所述肖特基二极管所施加的反向偏置电压高于击穿阈值时进入雪崩击穿状态用作硅发光器件。

12、进一步，所述肖特基二极管所施加的反向偏置电压低于击穿阈值时对外部光敏感用作光电探测器。

13、本发明的结构设计的有益效果：实现了三维结构之间硅片的光互连，光传输效率稳定在15-20％。

技术特征：

1.一种堆叠三维光互连结构，其特征在于：该结构为三层堆叠结构，包括两片封装有硅发光器件和光电探测器的硅光芯片以及一片硅光波导；

2.如权利要求1所述的一种堆叠三维光互连结构，其特征在于：所述的硅光波导是厚度为100-150μm的具有微通道结构的硅片。

3.如权利要求1所述的一种堆叠三维光互连结构，其特征在于：硅光波导包夹在两片带有硅发光器件和光电探测器的硅光芯片中间。

4.如权利要求1所述的一种堆叠三维光互连结构，其特征在于：光处理结构、硅发光器件和光电探测器封装在硅光芯片的一侧表面。

5.如权利要求1所述的一种堆叠三维光互连结构，其特征在于：所述的封装于两片硅光芯片上的硅发光器件和光电探测器与硅光波导的上下表面对准。

6.如权利要求1至5所述的任意一项一种堆叠三维光互连结构，其特征在于：所述的硅发光器件和光电探测器由添加了不同偏置的肖特基二极管实现。

7.如权利要求6所述的种堆叠三维光互连结构，其特征在于：所述的硅发光器件和光电探测器的波长范围是400-1700nm。

技术总结
以光互连为目标的硅基光电集成将现有成熟的微电子与光电子技术结合起来，拥有速度快、功耗低、干扰小等优点，已成为超大规模集成电路未来发展的重要方向之一。目前硅光子学设计的经典方法是将所有芯片放置在一个水平面上，这种只能在水平面上的结构设计方法导致光互连器件尺寸过大。本发明提出的一种堆叠三维光互连结构，包括两片带有发光二极管和光电二极管的硅光芯片以及一片硅光波导；发光二极管和光电二极管由添加了不同偏置电压的封装在硅片表面的肖特基二极管实现；硅光波导夹在两片带有发光二极管和光电二极管的硅片中间；硅光波导具有微通道结构；发光二极管通过硅光波导与对侧硅片上的光电二极管互连；本发明解决了以往硅光子学只能在水平面上设计的局限性，提出的一种堆叠三维光互连结构大大减小了光互连器件的尺寸，在光通信领域具有潜在的应用价值。

技术研发人员：郭小伟,刘流
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8