光集成器件及其制造方法

技术领域

本公开涉及光通信器件领域，涉及但不限于一种光集成器件及其制造方法。

背景技术

硅光子技术是基于硅和硅基材料，利用现有互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺进行光器件开发和集成的新一代技术。硅光子技术结合了集成电路技术的超大规模、超高精度制造的特性和光子技术超高速率、超低功耗的优势，是应对摩尔定律失效的颠覆性技术。这种结合得力于半导体晶圆制造的可扩展性，因而能够降低成本。

对于光电集成芯片来说，外部光源的工艺较为成熟，而目前的外部光源一般采用端面耦合的方式与光电集成芯片中的波导和器件耦合。因此，如何简化外部光源耦合到光电集成芯片的器件结构，成为了业界亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供了一种光集成器件及其制造方法。

第一方面，本公开实施例提供了一种光集成器件，所述光集成器件包括：

第一光芯片，包括：光栅耦合波导；

第二光芯片，与所述第一光芯片堆叠，包括：光源和反射结构；其中，所述光源用于发射光信号；所述反射结构包括凹面，所述凹面朝向所述光源和所述光栅耦合波导；所述凹面用于反射所述光源发射的所述光信号，并将所述光信号聚焦至所述光栅耦合波导。

在一些实施例中，所述凹面包括弧面；所述光源的发射端和所述光栅耦合波导分别位于所述弧面对应的椭圆的两个焦点处。

在一些实施例中，所述第二光芯片具有相对的第一表面和第二表面；其中，所述第一表面位于所述第二表面与所述第一光芯片之间；所述光源和所述反射结构位于所述第一表面；所述第二光芯片还包括：第一隔离器，位于所述第一表面且位于所述光源与所述反射结构之间；其中，所述第一隔离器用于阻挡所述光栅耦合波导反射所述光信号形成的反射光信号。

在一些实施例中，所述光集成器件还包括：

中介层，位于所述第一光芯片与所述第二光芯片之间；

第二隔离器，位于所述中介层中且位于所述光栅耦合波导与所述反射结构之间；其中，所述第二隔离器用于阻挡所述光栅耦合波导反射所述光信号形成的反射光信号。

在一些实施例中，所述中介层包括开口，所述开口朝向所述第一光芯片或所述第二光芯片；其中，所述开口的深度小于所述中介层的厚度；所述第二隔离器位于所述开口中。

在一些实施例中，所述第二光芯片还包括：

衬底，所述衬底包括朝向所述第一光芯片的凹槽；其中，所述光源和所述反射结构位于所述凹槽中。

在一些实施例中，所述第二光芯片还包括：

热沉结构，位于所述凹槽的底部；其中，所述热沉结构包括电极；

所述光源和所述反射结构位于所述热沉结构远离所述凹槽的底部的一侧，所述光源与所述电极耦接。

第二方面，本公开实施例提供了一种光集成器件的制造方法，包括：

提供第一光芯片；其中，所述第一光芯片包括光栅耦合波导；

提供第二光芯片；其中，所述第二光芯片包括光源和反射结构；所述光源用于发射光信号；所述反射结构包括凹面；

键合所述第二光芯片与所述第一光芯片，使得所述凹面朝向所述光源和所述光栅耦合波导；其中，所述凹面用于反射所述光源发射的所述光信号，并将所述光信号聚焦至所述光栅耦合波导。

在一些实施例中，所述提供第二光芯片，包括：

提供衬底；其中，所述衬底包括相对的第一表面和第二表面，所述第一表面包括凹槽；

在所述凹槽中分别形成所述光源和所述反射结构；

在所述凹槽中形成第一隔离器，所述第一隔离器位于所述光源与所述反射结构之间；其中，所述第一隔离器用于阻挡所述光栅耦合波导反射所述光信号形成的反射光信号。

在一些实施例中，所述凹面包括弧面；所述键合所述第二光芯片与所述第一光芯片，包括：

倒置所述衬底，使得所述凹槽朝向所述第一光芯片；

对准所述第二光芯片和所述第一光芯片，使得所述光源的发射端和所述光栅耦合波导分别位于所述弧面对应的椭圆的两个焦点处。

在一些实施例中，所述提供第二光芯片，还包括：

在所述凹槽的底部形成热沉结构；其中，所述热沉结构包括电极；

所述在所述凹槽中分别形成所述光源和所述反射结构，包括：

在所述热沉结构远离所述凹槽的底部的一侧形成所述光源和所述反射结构，使得所述光源与所述电极耦接。

在一些实施例中，所述制造方法还包括：

在所述第一光芯片与所述第二光芯片之间形成中介层；

在所述中介层中形成第二隔离器；其中，所述中介层位于所述光栅耦合波导与所述反射结构之间；所述第二隔离器用于阻挡所述光栅耦合波导反射所述光信号形成的反射光信号。

在一些实施例中，所述中介层包括开口，所述开口的深度小于所述中介层的厚度；所述在所述中介层中形成第二隔离器，包括：

在所述开口中形成所述第二隔离器。

本公开实施例中，反射结构包括凹面，凹面朝向光源和光栅耦合波导，凹面用于反射光源发射的光信号，并将光信号聚焦至光栅耦合波导。如此，一方面，可以利用单个反射结构同时实现反射和聚焦功能，而无需多个光学组件的组合；另一方面，可以通过调整两个光芯片的位置使得光源发出的光信号收束到光栅耦合波导上，无需采用聚焦度较高的反射结构，简化了光源耦合到光芯片的器件结构和制造工艺，节约了成本。

附图说明

图1为本公开实施例提供的一种光集成器件的示意图；

图2为本公开实施例提供的另一种光集成器件的示意图；

图3为本公开实施例提供的再一种光集成器件的示意图；

图4为本公开实施例提供的一种光集成器件的制造方法的步骤流程图；

图5为本公开实施例提供的一种确定反光结构弧面轮廓的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本公开，下面将参照相关附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本公开更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本公开可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在一些实施例中，为了避免与本公开发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即这里可以不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。

一般地，术语可以至少部分地从上下文中的使用来理解。例如，至少部分地取决于上下文，如本文中所用的术语“一个或多个”可以用于以单数意义描述任何特征、结构或特性，或者可以用于以复数意义描述特征、结构或特性的组合。类似地，诸如“一”或“所述”的术语同样可以被理解为传达单数用法或传达复数用法，这至少部分地取决于上下文。另外，属于“基于”可以被理解为不一定旨在传达排他的一组因素，并且可以替代地允许存在不一定明确地描述的附加因素，这同样至少部分地取决于上下文。

除非另有定义，本文所使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本公开的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本公开，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本公开的技术方案。本公开的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本公开还可以具有其他实施方式。应当理解，附图中为了使得各个结构均能被清晰示出，可能造成各结构的尺寸比例关系与实际结构不符。

在一些实施例中，对于光集成芯片来说，光源集成是当前仍未完全解决的难题。对于光电单片集成芯片来说，仍使用外部光源和混合集成光源两种方式。混合集成光源是将光源器件和多种光电器件集成或制备到同一衬底上，其优势是灵活度高，但制备工艺较为复杂，且不同材料间的键合过程会引入额外的寄生效应，增加了后期封装的复杂性。而外部光源则直接将成熟高效、稳定性好的光源从芯片外部输入，避免了直接在衬底上制备光源器件的难点，方案实现上更容易。对于外部光源方案来说，其重点在于将外部光源与光芯片进行耦合与对准。

在一些实施例中，可以采用端面耦合的方案将外部光源发出的光信号输入至光芯片中。由于光芯片上的波导的折射率较高，其模场尺寸小，无法直接与激光器等光源发出的大光斑耦合，故可以将激光器封装后通过保偏光纤输出，保偏光纤末端再加工成光纤阵列(Fiber Array，FA)的形式与光芯片端面耦合。一方面，这种封装集成方式需要在衬底厚度方向上调节对齐，操作难度较大；另一方面，需要在光纤与光芯片端面直接滴折射率匹配液，耦合效率受环境影响大，稳定性差。在另一些实施例中，可以采用光栅耦合的方案将外部光源发出的光信号输入至光芯片中，具体采用的是透镜加反射镜的链路方式，将激光器的光线聚焦到光芯片的光栅上。然而，光栅耦合方案在光路设计中，需要准直透镜、聚焦透镜、反射镜等多种光学组件对激光器的光进行反射和聚焦，且需要控制透镜组和反射镜的位置来实现模场匹配，集成上较为复杂。

如图1所示，本公开实施例提供了一种光集成器件100，所述光集成器件100包括：

第一光芯片110，包括：光栅耦合波导111；

第二光芯片120，与所述第一光芯片110堆叠，包括：光源121和反射结构122；其中，所述光源121用于发射光信号；所述反射结构122包括凹面123，所述凹面123朝向所述光源121和所述光栅耦合波导111；所述凹面123用于反射所述光源121发射的所述光信号，并将所述光信号聚焦至所述光栅耦合波导111。

为了清楚地描述本公开，这里及下文中，X方向和Y方向为与第一光芯片110所在平面平行的方向，且X方向和Y方向垂直。Z方向则为与第一光芯片110所在平面垂直的方向。但需要注意的是，以下实施例中关于方向的描述仅用于说明本公开，并不用来限制本公开的范围。

在本公开实施例中，光集成器件100中可以包括两个光芯片，其中光源121和反射结构122位于第二光芯片120，光栅耦合波导111位于第一光芯片110。其中，第一光芯片110可以是光集成芯片，第一光芯片110中还可以包括光放大器、电光调制器、光电探测器、波分复用器和可变光衰减器等器件。第二光芯片120可以用于承载光源121和反射结构122等器件。第二光芯片120可以通过键合、焊接等方式与第一光芯片110在Z方向上堆叠设置。示例性地，第一光芯片110可以为硅光芯片，以兼容CMOS器件和光电子器件。

光源121可以用于产生并发射光信号，这里的光源121可以是相对于第一光芯片110而言的外部光源，即光源121并不是集成在第一光芯片110上，也不是直接在第一光芯片110上制备而成的，具体地，光源121可以位于第二光芯片120上。示例性地，光源121包括但不限于激光二极管、发光二极管、固体激光器和气体激光器等。

反射结构122包括凹面123，且凹面123朝向光源121和光栅耦合波导111，这里凹面123可以为凹面镜，从而对光源121发出的光信号进行反射和聚焦。需要说明的是，凹面123相对于入射光信号的侧轮廓(参考图1示出的XZ平面)可以满足多种曲线方程，如椭圆弧形曲线、双曲线、抛物线等，此外，凹面123的整体轮廓(即三维轮廓)还可以满足多种曲面方程，如球面、椭圆球面、二次锥面等，这里仅需满足凹面123朝向光源121和光栅耦合波导111所在的一侧即可。

在一些实施例中，反射结构122除了凹面123之外还可以包括其他凸面、凹面以及任意曲面。也就是说，反射结构122可以由多个曲面构成，且任意两个曲面之间可以连续也可以不连续，以满足光集成器件100中反射或聚焦其他光信号的需求，因此这里并不对反射结构122的轮廓和形状作过多的限定。

光栅耦合波导111用于接收反射结构122反射并聚焦的光信号，从而将光信号传输给第一光芯片110中的其他光器件，最终实现光源121到第一光芯片110的光信号耦合。示例性地，光栅耦合波导111可以是光栅耦合器，光栅耦合波导111可以具有合适的面积尺寸以接收反射结构122收束的光信号，因此反射结构122无需具有较高的聚焦度。也就是说，通过调整光栅耦合波导111的位置，以及增大用于接收光信号的区域的面积，可以提高反射结构122与光栅耦合波导111对准的冗余，从而简化第一光芯片110和第二光芯片120的对准工艺。在一些实施例中，光栅耦合波导111相对于第一光芯片110的表面还可以是倾斜的(即不平行于第一光芯片110的表面)，且具体的倾斜角度可以根据凹面123的轮廓和中心位置确定，以满足实际产品对于耦合效率的需求。

如此，一方面，可以利用单个反射结构同时实现反射和聚焦功能，而无需多个光学组件(如反射镜、聚焦透镜、准直透镜等)的组合；另一方面，可以通过调整两个光芯片的位置使得光源发出的光信号收束到光栅耦合波导上，无需采用聚焦度较高的反射结构，简化了光源耦合到光芯片的器件结构和制造工艺，节约了成本。

在一些实施例中，所述凹面123包括弧面；所述光源121的发射端和所述光栅耦合波导111分别位于所述弧面对应的椭圆的两个焦点处。

在本公开实施例中，凹面123可以包括弧面(即凹面123还可以包括除了弧面之外的其他曲面)，这里的弧面可以是椭圆柱面，且椭圆柱面的母线可以与Y方向平行。而光源121的发射端和光栅耦合波导111可以分别位于该弧面对应的椭圆柱面的两条焦线上(焦线与Y方向平行)。可以理解的是，这里的弧面的侧面轮廓(XZ平面上的轮廓)即为椭圆柱面对应的椭圆的一段弧线，因此，光源121的发射端和光栅耦合波导111位于图1中示出的椭圆的两个焦点处即可。如此，反射结构122可以最大程度地将光源121发出的光信号聚焦至光栅耦合波导111上，以提高耦合效率。

可以理解的是，当凹面123的轮廓为其他曲面时，可以根据该曲面的方程，确定光源121的发射端和光栅耦合波导111的位置，以提高耦合效率。

在一些实施例中，如图1所示，所述第二光芯片120还包括：

衬底124，所述衬底124包括朝向所述第一光芯片110的凹槽；其中，所述光源121和所述反射结构122位于所述凹槽中。

在本公开实施例中，第二光芯片120可以包括用于承载光源121和反射结构122的衬底124。示例性地，衬底124的材料可以包括单质半导体材料，例如硅(Si)、锗(Ge)等，化合物半导体材料，例如氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)或磷化铟(InP)等，以及复合半导体材料，例如锗硅(SiGe)、绝缘体上硅(Silicon on Insulator，SOI)、绝缘体上锗(Germanium onInsulator，GeOI)等。衬底124还可以由任何具有承载作用的材料形成。衬底124中可以具有朝向第一光芯片110的凹槽，这里凹槽可以通过刻蚀等工艺形成。光源121与反射结构122可以位于凹槽中，如此，第二光芯片120的凹槽与第一光芯片110朝向第二光芯片120一侧的表面可以形成一个密闭的空间，从而减少光集成器件100外部的杂光对光集成器件100内部的各个器件间传输的光信号造成影响。此外，衬底124以倒装的形式倒扣在第一光芯片110上，可以在结构上保护位于上述密闭空间中的光源121、反射结构122和光栅耦合波导111等器件，以减少器件损伤。

在一些实施例中，所述第二光芯片120还包括：

热沉结构125，位于所述凹槽的底部；其中，所述热沉结构125包括电极；

所述光源121和所述反射结构122位于所述热沉结构125远离所述凹槽的底部的一侧，所述光源121与所述电极耦接。

在本公开实施例中，热沉结构125可以位于凹槽底部，热沉结构125可以覆盖凹槽的部分或全部底面。热沉结构125可以用于光源121的散热，以及固定光源121和反射结构122。具体地，光源121和反射结构122可以位于热沉结构125远离凹槽的底部的一侧，即靠近第一光芯片110的一侧。热沉结构125中还可以具有电极，这里电极可以为光源121提供激励能量，以产生光信号。示例性地，光源121可以为激光器，热沉结构125中的电极可以是激光器的正极或负极。

在一些实施例中，如图2所示，所述第二光芯片120具有相对的第一表面和第二表面；其中，所述第一表面位于所述第二表面与所述第一光芯片110之间；所述光源121和所述反射结构122位于所述第一表面；所述第二光芯片120还包括：第一隔离器126，位于所述第一表面且位于所述光源121与所述反射结构122之间；其中，所述第一隔离器126用于阻挡所述光栅耦合波导111反射所述光信号形成的反射光信号。

在本公开实施例中，第二光芯片120的第一表面为靠近第一光芯片110一侧的表面，第二光芯片120的第二表面为远离第一光芯片110一侧的表面。光源121、反射结构122和第一隔离器126可以位于第一表面，且第一隔离器126在X方向上位于光源121和反射结构122之间的光路上。光源121发射的光信号可以穿透第一隔离器126，而光源121发射的光信号经由光栅耦合波导111产生的反射光信号则会被第一隔离器126所阻挡，从而减少反射光信号对光源121造成损伤。示例性地，第一隔离器126可以为隔离器、偏振器等。

在一些实施例中，如图3所示，所述光集成器件100还包括：

中介层130，位于所述第一光芯片110与所述第二光芯片120之间；

第二隔离器131，位于所述中介层130中且位于所述光栅耦合波导111与所述反射结构122之间；其中，所述第二隔离器131用于阻挡所述光栅耦合波导111反射所述光信号形成的反射光信号。

在本公开实施例中，第一光芯片110与第二光芯片120之间还包括中介层130，中介层130可以用于固定第二隔离器131，且光源121发射的光信号可以穿透中介层130。示例性地，中介层130的材料包括但不限于二氧化硅、聚碳酸酯等。

第二隔离器131可以设置在中介层130中，且第二隔离器131位于光栅耦合波导111与反射结构122之间的光路上。光源121发射的光信号经由反射结构122可以穿透第二隔离器131，而光源121发射的光信号经由光栅耦合波导111产生的反射光信号则会被第二隔离器131所阻挡，从而减少反射光信号对光源121造成损伤。示例性地，第二隔离器131可以为隔离器、偏振器等。

在一些实施例中，在光源121、反射结构122和光栅耦合波导111之间的光路上，可以设置任意数量的隔离器或者偏振器，进一步减少反射光信号对光源121造成损伤。

在一些实施例中，光源121可以采用半导体量子点激光器等具有很强的抗反射能力的光源，故无需隔离器和偏振器组件。

在一些实施例中，所述中介层130包括开口132，所述开口132朝向所述第一光芯片110或所述第二光芯片120；其中，所述开口132的深度小于所述中介层130的厚度；所述第二隔离器131位于所述开口132中。

在本公开实施例中，还可以通过刻蚀等工艺在中介层130上形成开口132，且开口132的深度(即Z方向上的尺寸)小于中介层130的厚度，即开口132不贯穿中介层130。开口132既可以朝向第一光芯片110也可以朝向第二光芯片120，这里不作限制。开口132的宽度(即X方向上的尺寸)可以大于或在误差范围内等于第二隔离器131的宽度，如此，第二隔离器131可以固定在开口132内。可以理解的是，通过调整中介层130的厚度，以及开口132的位置和尺寸，可以将第二隔离器131设置在合适的位置上。

如图4所示，本公开实施例提供了一种光集成器件的制造方法，包括以下步骤：

S10、提供第一光芯片；其中，所述第一光芯片包括光栅耦合波导；

S20、提供第二光芯片；其中，所述第二光芯片包括光源和反射结构；所述光源用于发射光信号；所述反射结构包括凹面；

S30、键合所述第二光芯片与所述第一光芯片，使得所述凹面朝向所述光源和所述光栅耦合波导；其中，所述凹面用于反射所述光源发射的所述光信号，并将所述光信号聚焦至所述光栅耦合波导。

应当理解，这里步骤S10和步骤S20的顺序可以互换，且图4中所示的步骤并非排他的，也可以在所示操作中的任何步骤之前、之后或之间执行其他步骤。

在本公开实施例中，可以在第一光芯片上形成光栅耦合波导，并在第二光芯片上形成光源和反射结构。然后通过键合、焊接等方式将第一光芯片和第二光芯片堆叠在一起，需要注意的是，这里需要使反射结构的凹面朝向光源和光栅耦合波导。

如此，一方面，可以利用单个反射结构同时实现反射和聚焦功能，而无需多个光学组件(如反射镜、聚焦透镜、准直透镜等)的组合；另一方面，可以通过调整两个光芯片的位置使得光源发出的光信号收束到光栅耦合波导上，无需采用聚焦度较高的反射结构，简化了光源耦合到光芯片的器件结构和制造工艺，节约了成本。

在一些实施例中，所述提供第二光芯片，包括：

提供衬底；其中，所述衬底包括相对的第一表面和第二表面，所述第一表面包括凹槽；

在所述凹槽中分别形成所述光源和所述反射结构；

在所述凹槽中形成第一隔离器，所述第一隔离器位于所述光源与所述反射结构之间；其中，所述第一隔离器用于阻挡所述光栅耦合波导反射所述光信号形成的反射光信号。

在本公开实施例中，提供第二光芯片具体包括以下步骤：首先提供衬底，并利用光刻、刻蚀等工艺在衬底的第一表面形成凹槽；接着在凹槽中利用沉积、光刻和刻蚀等工艺形成光源和反射结构，需要说明的是，这里光源可以是独立的激光器芯片，反射结构可以是预先加工好的凹面反射镜，此时只需将激光器芯片和凹面反射镜固定在凹槽中即可；然后在凹槽中的光源与反射结构之间形成第一隔离器，以完成第二光芯片的制作。

可以理解的是，光源发射的光信号可以穿透第一隔离器，而光源发射的光信号经由光栅耦合波导产生的反射光信号则会被第一隔离器所阻挡，从而减少反射光信号对光源造成损伤。

在一些实施例中，所述凹面包括弧面；所述键合所述第二光芯片与所述第一光芯片，包括：

倒置所述衬底，使得所述凹槽朝向所述第一光芯片；

对准所述第二光芯片和所述第一光芯片，使得所述光源的发射端和所述光栅耦合波导分别位于所述弧面对应的椭圆的两个焦点处。

在本公开实施例中，反射结构的凹面可以为弧面(如椭圆柱面)。而键合第二光芯片和第一光芯片可以包括以下步骤：首先倒置第二光芯片的衬底，使得凹槽朝向第一光芯片；接着夹持倒置的第二光芯片，并调整第二光芯片和第一光芯片的相对位置，以完成光路的对准，使得光源的发射端和光栅耦合波导分别位于弧面对应的椭圆的两个焦点处，最后进行第二光芯片和第一光芯片的焊接或键合。

在一些实施例中，所述提供第二光芯片，还包括：

在所述凹槽的底部形成热沉结构；其中，所述热沉结构包括电极；

所述在所述凹槽中分别形成所述光源和所述反射结构，包括：

在所述热沉结构远离所述凹槽的底部的一侧形成所述光源和所述反射结构，使得所述光源与所述电极耦接。

在本公开实施例中，还可以在第二光芯片的衬底中形成凹槽后，在凹槽的底部形成热沉结构，并在热沉结构中形成电极，以及在热沉结构远离凹槽底部的一侧形成反射结构和与电极耦接的光源。

在一些实施例中，也可以先形成热沉结构以及热沉结构中的电极，然后再将光源、反射结构粘接固定在热沉上，并使得光源与电极耦接，最后再将固定有光源、反射结构的热沉结构整体嵌入到衬底的凹槽中。

在一些实施例中，所述制造方法还包括：

在所述第一光芯片与所述第二光芯片之间形成中介层；

在所述中介层中形成第二隔离器；其中，所述中介层位于所述光栅耦合波导与所述反射结构之间；所述第二隔离器用于阻挡所述光栅耦合波导反射所述光信号形成的反射光信号。

在本公开实施例中，还可以通过氧化层键合、沉积等工艺在第一光芯片与第二光芯片之间形成中介层。如此，通过在中介层中形成或固定第二隔离器，可以使得第二隔离器位于光栅耦合波导与反射结构之间的光路上，从而减少反射光信号对光源造成损伤。示例性地，第二隔离器可以为隔离器、偏振器等。

在一些实施例中，所述中介层包括开口，所述开口的深度小于所述中介层的厚度；所述在所述中介层中形成第二隔离器，包括：

在所述开口中形成所述第二隔离器。

在本公开实施例中，可以通过光刻、刻蚀等工艺在中介层上形成开口，且开口的深度小于中介层的厚度，即开口不贯穿中介层。开口既可以朝向第一光芯片也可以朝向第二光芯片，这里不作限制。开口的宽度可以大于或在误差范围内等于第二隔离器的宽度，如此，第二隔离器可以固定在开口内。可以理解的是，通过调整中介层的厚度，以及开口的位置和尺寸，可以将第二隔离器设置在合适的位置上。

在一些实施例中，可以利用焊料(例如金锡焊料)将光源(如激光器)贴装在热沉结构上，且可以通过低温焊料将热沉结构中的电极和第二光芯片的衬底的电路连接起来。固定有光源、反射结构的热沉结构嵌入进倒置的衬底中，并倒扣于第一光芯片上，形成一个密封空间。第一光芯片上设置有光栅耦合波导，光栅耦合波导用于将光源发射的光信号耦合至第一光芯片的波导和器件中。

反射结构可以固定在热沉结构(或衬底)上，且耦合对准于第一光芯片的光栅耦合波导。反射结构的镜面侧轮廓为一个椭圆形的一段圆弧，其掠入射角度可以为30～50°，反射结构的具体位置和弧面轮廓依据光源和待耦合的光栅耦合波导的位置进行调节，保证将光源的发射端和光栅耦合波导设置在椭圆弧形对应的椭圆轮廓的两个焦点处。当光源发出的光信号入射至椭圆弧形反射镜的内壁进行反射，根据椭圆反射镜的聚焦原理，即可将光线反射并聚焦至第一光芯片的光栅耦合波导上，完成光栅耦合。反射结构可以采用3D打印的方式加工。参考图5，反射结构的具体的设计原理如下：

对于椭圆弧反射镜表面高度轮廓y(x)的计算，分为以下两步：

(1)确立光源的发射端位置到反射镜中心的距离F1、光栅耦合波导聚焦点到反射镜中心的距离F2进行确立椭圆方程，θ为掠入射角度，椭圆方程如下式：

其中，a和b分别为椭圆的长半轴和短半轴的长度；

对于第一光芯片与第二光芯片的定位方法，当在热沉结构上固定光源后，在热沉结构上制作光源发射端的定位图案，可以用十字型图案标记，作为椭圆轮廓的左侧焦点。在第一光芯片上，确立光栅耦合波导的聚焦点位置后，制作光栅定位图案，作为椭圆轮廓的右侧焦点。最终依据两个焦点的大致位置，确定F1和F2。

(2)通过坐标变换计算椭圆弧轮廓y(x)：

坐标变换公式如下：

最终表面高度轮廓函数为：

其中，

椭圆弧形反射镜可参考上述轮廓计算方法确定，且可以利用3D打印的方式初步加工。由于后续可通过对倒置的衬底在水平方向(X、Y方向)调节，保证光束收束到光栅耦合波导上，且考虑光栅耦合波导的接收区域也有一定范围，在耦合过程中反射结构并不需要很高的聚焦度。因此，在对椭圆弧形反射镜的加工过程中，不需要很高的加工精度，只需确保光源的发射端和光栅耦合波导的位置大致在对应椭圆的两个焦点上即可，误差可以控制在100nm以内。

对于光源的选择：

(1)光源可采用半导体量子点激光器等具有很强的抗反射能力的光源，无需隔离器。

(2)光源可采用常规的半导体分布式反馈激光器等不抗反射光源，故光源、反射结构和光栅耦合波导之间需设置隔离器和/或偏振器，防止光线反射至光源中造成损伤。在考虑隔离器/偏振器的情况下，光集成器件的结构示意图分别如图2和图3所示，分别对应水平和垂直隔离两种方案：

水平隔离方案如图2所示，在光源和反射结构之间放置隔离器/偏振器，需在热沉结构上形成定位图案，隔离器/偏振器的定位图案采用与隔离器/偏振器下表面等大的方框图案或是分别标记出4个角的4个十字图案，之后在定位图案上粘贴固定隔离器/偏振器。

垂直隔离方案如图3所示，在第一光芯片和第二光芯片之间增加一层中介层，通常可通过氧化层键合工艺形成中介层，之后在中介层上形成开口，开口宽度大小与隔离器/偏振器在误差范围内一致(或在误差范围内稍大于隔离器/偏振器尺寸)，最后在开口中嵌入粘贴放置隔离器/偏振器。

当光源焊接固定到热沉结构上、反射结构粘接固定在热沉结构上后，将热沉结构嵌入到衬底的凹槽中，形成一个待封装的“盖帽”整体，夹持该衬底，在第一光芯片上方局部调节衬底的位置，完成光源的对准。具体地，可通过外置探针夹具给光源供电，用功率计或源表监控第一光芯片的波导中的光功率强度或光电转换后的光电流，确定第一光芯片的光栅耦合波导接收到的光强，调节衬底位置直至功率计或源表读数最大处，点胶固化衬底，完成最终的第一光芯片和第二光芯片的对准。

这里可以在衬底与第一光芯片的接触部位涂一层金属层，第一光芯片的对应贴合位置也局部沉积金属层，后续在第一光芯片的接触金属层上沉积焊料，通过焊接将第一光芯片和第二光芯片密封固定，完成光集成器件的制作。

在一些实施例中，可以先确定光源的发射端、光栅耦合波导以及反射结构中心的大致位置，再确定反射结构的弧面轮廓；在其他实施例中，也可以先确定反射结构的弧面轮廓，以及光源的发射端、光栅耦合波导和反射结构中心这三者中任意二者的位置，最后再确定剩下一者的位置。

本公开利用简单加工的凹面反射结构同时实现反射和聚焦的功能，使整体架构变得更简单，节约集成成本。且不需要很高的聚焦度，通过对倒置衬底水平方向调节，保证光信号收束到光栅耦合波导上。通过含光源的“帽盖”和第一光芯片的倒装焊接，同时倒扣密封，且热沉结构对光源的散热较好，也利于提高光源的使用寿命。同时可以实现晶圆级的倒装工艺，有利于规模化制造。

可以理解的是，通过本公开所提供的光集成器件及其制造方法，一方面，可以利用单个反射结构同时实现反射和聚焦功能，而无需多个光学组件(如反射镜、聚焦透镜、准直透镜等)的组合；另一方面，可以通过调整两个光芯片的位置使得光源发出的光信号收束到光栅耦合波导上，无需采用聚焦度较高的反射结构，简化了光源耦合到光芯片的器件结构和制造工艺，节约了成本。

需要说明的是，本公开所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。