本发明涉及微电子学、光学、电光学和光子学领域。本发明特别涉及一种光子器件，其设置有集成到硅衬底中的至少一个iii-v半导体激光源，并且设置有热耗散装置，该热耗散装置的布置允许比本领域技术人员已知的布置更有效的热耗散。本发明提出了一种用于向集成在例如由硅制成的支撑件上的一个或多个激光器提供电功率，同时改善激光器朝向热耗散板(heat dissipation plate)的热耗散的器件。
背景技术：
1、在说明书末尾处引用的文献[1]公开了一种异质激光器件1。如[图1]所示，该器件1从背面1b到正面1a包括特别是由硅制成的支撑衬底2，光子层4搁置在该支撑衬底的主面3上。
2、具体地，光子层4包括至少一个介电材料层，并且其中波导5和由在第二波导中构造的多个iii-v半导体材料层形成的光子堆叠6被封装。更具体地，光子堆叠6和波导5光学地耦合以便形成异质激光源。
3、更具体地，如[图1]所示，光子层4从主面3开始包括三层的堆叠，分别称为第一层7、第二层8和第三层9。在这方面，波导5可以布置在第一层7中，与形成在第一层7和第二层8之间的界面齐平，而与波导5成一直线的光子堆叠6可以布置在第三层9中，与形成在第二层8和第三层9之间的界面齐平。
4、此外，[图1]所示的器件1还包括设置有接触衬垫10a和10b的互连装置，该互装置可从正面1a接近并且借助于在光子层4中并且更具体地在第三层9中延伸的连接通孔10a和10b电连接到光子堆叠6。
5、因此，一旦电压被施加到接触衬垫中的每个接触衬垫上，光子堆叠就能够发射激光辐射。该激光辐射在波导5和光子堆叠6中被引导，并且取决于器件1的配置，可以经由在器件1中形成的耦合装置注入到光纤或另一光子器件中。
6、而且，为了确保在波导中对激光辐射的最佳限制，并且因此限制光损耗，光子层通常由厚度相对大(例如大约800nm，或甚至更大)的电介质层7、9形成。
7、然而，在操作中，光子堆叠6经历加热，所述加热如果不受控制，则可能影响器件1的性能并且更具体地影响激光源的性能。在这方面，形成光子层的电介质层构成热耗散的障碍并且因此增加这种加热。
8、在说明书末尾处引用的文献[2]也提出了一种异质激光器件。具体地，该激光器件包括(根据文献[2]的[图9])硅衬底，在该硅衬底的一个面上按顺序放置二氧化硅层、硅层和光子堆叠。与文献[1]中提出的光子堆叠类似的光子堆叠由在波导(称为激光引导件)中构造的多个iii-v半导体材料层形成。在这方面，激光引导件与在硅层中形成的波导耦合。该器件还包括被配置为耗散可由光子堆叠产生的热的热耗散装置。更具体地，所述装置包括多晶硅桥，该多晶硅桥形成为与光子堆叠成一直线并且被配置为将由光子堆叠产生的热朝向硅衬底耗散。
9、在说明书末尾处引用的文献[3]提出了另一种架构以便控制热耗散。更具体地，并且如文献[3]的[图4](j)所示，异质激光器件包括由金属制成的热桥，并且该热桥将硅衬底与光子堆叠的接触衬垫热连接。
10、最后，在说明书末尾处引用的文献[4]还公开了一种设置有热耗散装置的光子器件，该热耗散装置被配置为耗散由光子堆叠产生的热。具体地，光子堆叠由在波导(称为激光引导件)中构造的多个iii-v半导体材料层形成。在这方面，激光引导件与形成为与所述激光引导件成一直线的波导耦合。在所提出的架构中，热耗散装置包括封装在搁置在支撑衬底的一个面上的电介质层中的金属层级(metal level)，并且使得能够朝向支撑衬底耗散由光子堆叠产生的热。
11、然而，在这些文献中提出的解决方案的效率仍然是有限的。
12、因此，本发明的一个目的是提出一种设置有热耗散装置的异质激光器件，其效率相对于从现有技术已知的解决方案有所改进。
技术实现思路
1、本发明涉及一种光子器件，该光子器件包括光子芯片和支撑衬底，该光子芯片包括支撑层和以其被称为下面的面搁置在该支撑层的主面上的光子层，包括至少一种介电材料的所述光子层封装由光学地彼此耦合的波导和光子堆叠形成的至少一个激光源，该光子堆叠由iii-v半导体材料组成，该光子芯片还包括第一金属衬垫和第二金属衬垫，该第一金属衬垫和该第二金属衬垫分别具有第一表面和第二表面，该第一表面和该第二表面能够由该光子层的与该下面相对的上面接近，并且该第一表面和该第二表面借助于在该光子层中延伸的连接通孔而电连接到该光子堆叠，该第一衬垫和该第二衬垫被配置为允许该光子堆叠中的电流循环以便控制由该激光源发射激光辐射，该光子器件还包括：
2、-第一热耗散装置，该第一热耗散装置被配置为耗散能够由激光源发射的热，该第一装置包括热传递层和与热传递层热接触的热传递元件，该热传递层包括至少部分地与第一表面和第二表面中的至少一者重叠的电绝缘材料；
3、-连接装置，该连接装置被配置为将第一衬垫和第二衬垫与布置在支撑衬底或热传递层上的第一端子和第二端子电连接。
4、根据一个实施方案，热传递层与第一衬垫和第二衬垫接触。
5、根据一个实施方案，热传递层由被称为热传递材料的材料制成，该材料具有大于或等于20w/m/k的热导率，该热传递层有利地包括选自以下材料中的至少一种材料：聚合物材料、aln或硅。
6、根据一个实施方案，波导由硅、或氮化硅、或氮化硅和硅的混合形式制成。
7、根据一个实施方案，所述光子器件还包括第二装置，该第二装置被配置为将能够由激光源发射的热耗散到支撑件，该第二装置包括在主面的方向上并且从波导延伸的第二通孔。
8、根据一个实施方案，第二装置还包括大致平面形状并且插置在第二通孔与主面之间的金属插入件，该第二装置还包括从金属插入件向主面延伸的第二端子通孔，附加插入件有利地插入在主面与第二端子通孔之间。
9、根据一个实施方案，所述光子器件还包括第三装置，该第三装置被配置为耗散能够由激光源发射的热，该第三装置包括在主面的方向上并且分别从第一衬垫和第二衬垫延伸的第三通孔。
10、根据一个实施方案，第三装置还包括大致平面形状的两个金属插入件，分别称为第一插入件和第二插入件，第一插入件插置在主面和从第一衬垫延伸的第三通孔之间，第二插入件插置在主面和从第二衬垫延伸的第三通孔之间，第三装置还包括从第一插入件延伸到主面的至少第三端子通孔，以及从第二插入件延伸到主面的至少一个其他第三端子通孔。
11、根据一个实施方案，支撑面与支撑层的被称为次面的面组装，该次面与所述支撑层的主面相对。
12、根据一个实施方案，热传递层对第一表面和第二表面中的一者的覆盖是部分的，并且使得能够自由地分别接近第一表面和第二表面的第一区段和第二区段，第一导线直接连接第一端子和第一衬垫，而第二导线直接连接第二端子和第二衬垫，第一端子和第二端子布置在支撑衬底上。
13、根据一个实施方案，热传递层包括：两个次金属衬垫，分别称为第一次衬垫和第二次衬垫，第一次衬垫和第二次衬垫能够由热传递层的与上面相对的接触面接近；第一金属球，第一金属球连接第一次衬垫和第一衬垫；第二金属球，第二金属球连接第二次衬垫和第二衬垫，第一端子和第二端子被布置在接触面上，第一端子和第一次衬垫经由第一重新分布线连接，而第二端子和第二次衬垫经由第二重新分布线连接。
14、根据一个实施方案，支撑面借助于金属球通过上面组装到光子层，金属球还确保第一衬垫和第二衬垫分别述第一端子和第二端子的电连接，支撑衬底包括穿过支撑面的支撑衬底朝向支撑衬底的与支撑面相对的面的贯通开口，所述贯通开口被配置为允许第一装置的定位。
15、根据一个实施方案，所述光子器件包括耦合装置，该耦合装置被配置为将由激光源发射的激光辐射注入光纤或光纤网络中。
16、根据一个实施方案，耦合装置被配置为允许通过所述器件的垂直于主面的被称为耦合边缘的边缘进行耦合，有利地，该耦合装置包括与耦合边缘相关联的透镜。
17、根据一个实施方案，耦合装置包括衍射光栅，该衍射光栅被布置在光子层中并且被配置为允许通过由激光源发射的激光辐射的上面与光纤或光纤网络进行光学耦合。
1.一种光子器件(100)，所述光子器件包括光子芯片(101)和支撑衬底(210)，所述支撑衬底(210)设置有支撑面(210a)，所述光子芯片(101)包括支撑层(200)和以其被称为下面(300a)的面搁置在所述支撑层(200)的主面(200a)上的光子层(300)，包括至少一种介电材料的所述光子层(300)封装由光学地耦合在一起的波导(400)和光子堆叠(500)形成的至少一个激光源，所述光子堆叠由iii-v半导体材料制成，所述光子芯片还包括第一金属衬垫(601)和第二金属衬垫(602)，所述第一金属衬垫和所述第二金属衬垫分别具有第一表面(601a)和第二表面(602a)，所述第一表面和所述第二表面能够由所述光子层(300)的与所述下面(300a)相对的上面(300b)接近，并且所述第一表面和所述第二表面借助于在所述光子层(300)中延伸的连接通孔(603、604)而电连接到所述光子堆叠(500)，所述第一衬垫(601)和所述第二衬垫(602)被配置为允许所述光子堆叠(500)中的电流循环以便控制由所述激光源发射激光辐射，所述光子器件还包括：
2.根据权利要求1所述的光子器件(100)，其中，所述热传递层(701)与所述第一衬垫(601)和所述第二衬垫(602)接触。
3.根据权利要求1或2所述的光子器件(100)，其中，所述热传递层(701)由被称为热传递材料的材料制成，所述材料具有大于或等于20w/m/k的热导率，所述热传递层(701)有利地包括选自以下材料中的至少一种材料：聚合物材料、aln和硅。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光子器件(100)，其中，所述波导(400)由硅、或氮化硅、或氮化硅和硅的混合形式制成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光子器件(100)，其中，所述光子器件还包括第二装置(720)，所述第二装置被配置为将能够由所述激光源发射的热耗散到所述支撑层(200)，所述第二装置(720)包括在所述主面(200a)的方向上并且从所述波导(400)延伸的第二通孔(721)。
6.根据权利要求5所述的光子器件(100)，其中，所述第二装置(720)还包括大致平面形状并且插置在所述第二通孔(722)与所述主面(200a)之间的金属插入件(722)，所述第二装置还包括从所述金属插入件(722)朝向所述主面(200a)延伸的第二端子通孔(723)，附加插入件有利地插入在所述主面与所述第二端子通孔之间。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光子器件(100)，其中，所述光子器件还包括第三装置(740)，所述第三装置被配置为耗散可能由所述激光源发射的热，所述第三装置(740)包括在所述主面(200a)的所述方向上并且分别从所述第一衬垫(601)和所述第二衬垫(602)延伸的第三通孔(741、742)。
8.根据权利要求7所述的光子器件(100)，其中，所述第三装置(740)还包括大致平面形状的两个金属插入件，分别为第一插入件(743)和第二插入件(744)，所述第一插入件(743)插置在所述主面(200a)和从所述第一衬垫(601)延伸的所述第三通孔(741)之间，所述第二插入件(744)插置在所述主面(200a)和从所述第二衬垫(602)延伸的所述第三通孔(742)之间，所述第三装置(740)还包括从所述第一插入件(743)延伸到所述主面(200a)的至少第三端子通孔(745)，以及从所述第二插入件(744)延伸到所述主面(200a)的至少另一第三端子通孔(746)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的光子器件(100)，其中，所述支撑面(210a)与所述支撑层(200)的被称为次面(200b)的面组装，所述次面与所述支撑层的所述主面(200a)相对。
10.根据权利要求9所述的光子器件(100)，其中，所述热传递层(701)对所述第一表面(601a)和所述第二表面(602a)中的一者的覆盖是部分的，并且使得能够自由地分别接近所述第一表面(601a)和所述第二表面(602a)的第一区段(601b)和第二区段(602b)，第一导线(605)直接连接所述第一端子(211)和所述第一衬垫(601)，而第二导线(606)直接连接所述第二端子(212)和所述第二衬垫(602)，所述第一端子(211)和所述第二端子(212)布置在所述支撑衬底(210)上。
11.根据权利要求9所述的光子器件(100)，其中，所述热传递层(701)包括：两个次金属衬垫，分别称为第一次衬垫(703)和第二次衬垫(704)，所述第一次衬垫和所述第二次衬垫能够由所述热传递层(701)的与顶面(300b)相对的接触面(701a)接近；第一金属球(705)，所述第一金属球连接所述第一次衬垫(703)和所述第一衬垫(601)；以及第二金属球(706)，所述第二金属球连接所述第二次衬垫(704)和所述第二衬垫(602)，所述第一端子(211)和所述第二端子(212)被布置在所述接触面(701a)上，所述第一端子(211)和所述第一次衬垫(703)经由第一重新分布线连接，而所述第二端子(212)和所述第二次衬垫(704)经由第二重新分布线连接。
12.根据权利要求1至8中任一项所述的光子器件(100)，其中，所述支撑面借助于金属球(607、608)通过所述上面组装到所述光子层，所述金属球还确保所述第一衬垫和所述第二衬垫分别与所述第一端子和所述第二端子的所述电连接，所述支撑衬底包括穿过所述支撑面的所述支撑衬底朝向所述支撑衬底的与所述支撑面相对的面的贯通开口(213)，所述贯通开口被配置为允许所述第一装置的定位。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的光子器件(100)，其中，所述光子器件(100)包括耦合装置，所述耦合装置被配置为将由所述激光源发射的激光辐射注入光纤或光纤网络中。
14.根据权利要求13所述的光子器件(100)，其中，所述耦合装置被配置为允许通过所述器件的垂直于所述主面(200a)的被称为耦合边缘(200c)的边缘进行耦合，有利地，所述耦合装置包括与所述耦合边缘相关联的透镜(800)。
15.根据权利要求13所述的光子器件(100)，其中，所述耦合装置包括衍射光栅(803)，所述衍射光栅被布置在所述光子层(300)中并且被配置为允许通过由所述激光源发射的所述激光辐射的所述上面与光纤或光纤网络进行光学耦合。
