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磷化铟与氮化硅的倒装芯片集成

DOI：10.1109/LPT.2019.2892851 期刊：IEEE Photonics Technology Letters 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:22:29
摘要： 我们展示了一种用于将基于磷化铟的激光源与基于氮化硅的光子平台进行混合倒装芯片集成的接口。该设计能够在宽温度范围内实现高效的高光功率耦合。通过集成锥形结构扩展激光器与氮化硅芯片的光学模式，从而获得较高的对准容差。芯片包含用于垂直对准的物理定位挡块。在水平方向上，该集成接口采用精确的视觉对准标记进行优化，支持主动和/或视觉高精度对准。该混合集成芯片展现出超过40毫瓦的波导耦合光功率，并可在高达85°C的升温和环境下工作。
作者： M. Theurer，M. Moehrle，A. Sigmund，K.-O. Velthaus，R.M. Oldenbeuving，L. Wevers，F.M. Postma，R. Mateman，F. Schreuder，D. Geskus，K. W?rhoff，R. Dekker，R.G. Heideman，M. Schell
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研究目的

开发一种混合倒装芯片集成接口，用于高效耦合基于磷化铟的激光源与氮化硅光子平台，实现在宽温度范围内高光功率输出，同时具备良好的对准容差和热管理性能。

研究成果

混合倒装芯片集成接口成功实现了高效耦合，在20°C下可支持高达40mW的光功率，在85°C下支持18mW光功率，同时保持单模运行且边模抑制比>40dB。该设计具有良好的热管理和对准容差，适用于将各种光源集成到氮化硅平台，并可能扩展至SOI或聚合物等其他平台。

研究不足

该集成过程需要6微米的安全气隙以避免芯片损坏，这会导致耦合损耗。键合过程中的热膨胀引起的水平错位以及非高斯光束也会增加损耗。该工艺可能尚未针对大规模生产完全优化，且键合机的绝对定位精度限制了视觉对准效果。

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