CN118076905A - 距离测量装置 - Google Patents

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Abstract

根据本公开的实施方式的距离测量装置包括：第一基板，第一基板包括被配置为传送啁啾信号的第一光波导、被配置为将啁啾信号分割成传输信号和参考信号的分割器、以及被配置为基于参考信号和反射信号输出节拍信号的耦合器和检测器块。该距离测量装置包括第二基板，该第二基板堆叠在第一基板上并且包括转换器，该转换器配置成基于节拍信号输出数字节拍信号；以及控制器，被配置为输出控制啁啾信号的生成的电子控制信号。

Description

距离测量装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年11月9日提交的日本优先权专利申请JP 2021-168293的权益，通过引用将其全部内容结合于此用于本文。
技术领域
本公开涉及一种距离测量装置。
背景技术
已经开发了使用光子集成电路(PIC)的光检测和测距(LiDAR)***，其中，代替光纤，在绝缘体上硅(SOI)基板上堆叠诸如硅(Si)波导的光学组件(例如，参考PTL 1)。
引文列表
专利文献
PTL 1：美国未审查专利申请公开第2021/0109195号
发明内容
技术问题
希望这种***进一步小型化。因此，希望提供一种能够小型化的距离测量装置。
根据本公开的实施方式的距离测量装置包括：第一基板，第一基板包括被配置为传送啁啾信号的第一光波导、被配置为将啁啾信号分割成传输信号和参考信号的分割器、以及被配置为基于参考信号和反射信号输出节拍信号的耦合器和检测器块。该距离测量装置包括第二基板，该第二基板堆叠在第一基板上并且包括转换器，该转换器配置成基于节拍信号输出数字节拍信号；以及控制器，被配置为输出控制啁啾信号的生成的电子控制信号。根据本公开的另一实施方式的距离测量装置包括：第一基板，该第一基板包括一个或多个光学电路，该一个或多个光学电路向对象输出传输信号并且接收来自该对象的反射信号；以及第二基板，该第二基板接合至该第一基板并且包括一个或多个电子电路，该一个或多个电子电路控制该传输信号的生成并且处理该反射信号。根据本公开的实施方式的***包括对象以及测量到对象的距离的距离测量装置。距离测量装置可以包括：第一基板，第一基板包括被配置为传送啁啾信号的第一光波导、被配置为将啁啾信号分割成传输信号和参考信号的分割器、以及被配置为基于参考信号和反射信号输出节拍信号的耦合器和检测器块。该距离测量装置包括：第二基板，堆叠在第一基板上并且包括转换器，该转换器被配置为基于节拍信号输出数字节拍信号；以及控制器，该控制器被配置为输出控制啁啾信号的生成的电子控制信号。根据本公开的实施方式的距离测量装置包括光子积分电路基板和信号处理基板。光子集成电路基板包括设置在公共硅层中的第一波导、分割器、第二波导、以及信号发生器。第一波导传输啁啾信号。分割器将啁啾信号分割成传输信号和参考信号。第二波导传输对应于相对于传输信号具有延迟相位的信号的返回信号。信号发生器基于参考信号和返回信号生成节拍信号。信号处理基板包括转换器和信号处理器。转换器执行节拍信号的模数转换。信号处理器处理由转换器生成的作为数字的节拍信号。光子集成电路基板和信号处理基板彼此堆叠，并且通过光子集成电路基板和信号处理基板之间的接合表面彼此电耦接。
在根据本公开的实施方式的距离测量装置中，在光子积分电路基板中，第一波导、分割器、第二波导、以及信号发生器设置在共用硅层中。此外，转换器和信号处理器设置在信号处理基板中。并且，光子集成电路基板和信号处理基板彼此层叠，并通过光子集成电路基板和信号处理基板之间的接合表面相互电耦接。与其中多个RF部件通过光纤耦接的模块相比，这允许小型化。
附图说明
包括附图以提供对本技术的进一步理解，并且附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图示出了说明性实施方式，并且与说明书一起用于解释本技术的不同原理。
图1是示出根据本公开的第一实施方式的距离测量装置的示意性配置实施例的示图。
图2是示出图1的距离测量装置的截面配置实施例的示图。
图3是示出图1中的天线的示意性配置实施例的示图。
图4是示出沿着图3中的A-A线截取的Si天线的截面配置实施例的示图。
图5是示出沿着图3中的B-B线截取的Si天线的截面配置实施例的示图。
图6是示出图1中的检测器的示意性配置实施例的示图。
图7是示出图6中的检测器的立体配置实施例的示图。
图8A是用于描述图1的距离测量装置的制造方法的截面示图。
图8B是用于描述继图8A之后的制造方法的截面示图。
图8C是用于描述继图8B之后的制造方法的截面示图。
图8D是用于描述继图8C之后的制造方法的截面示图。
图8E是用于描述继图8D之后的制造方法的截面示图。
图8F是用于描述继图8E之后的制造方法的截面示图。
图8G是用于描述继图8F之后的制造方法的截面示图。
图9是示出根据本公开的第二实施方式的距离测量装置的示意性配置实施例的示图。
图10是示出图9的距离测量装置的截面配置实施例的示图。
图11是示出图9中的距离测量装置中的Ge-PD的平面配置实施例的示图。
图12A是用于描述继图9的距离测量装置的制造方法的截面示图。
图12B是用于描述继图12A之后的制造方法的截面示图。
图12C是用于描述继图12B之后的制造方法的截面示图。
图12D是用于描述继图12C之后的制造方法的截面示图。
图12E是用于描述继图12D之后的制造方法的截面示图。
图12F是用于描述继图12E之后的制造方法的截面示图。
图12G是用于描述继图12F之后的制造方法的截面示图。
图13是示出根据本公开的第三实施方式的距离测量装置的示意性配置实施例的示图。
图14是示出图13的距离测量装置的截面配置实施例的示图。
图15是示出图13的距离测量装置的截面配置的变形例的示图。
图16是示出图13的距离测量装置的截面配置的变形例的示图。
图17是示出图13的距离测量装置的截面配置的变形例的示图。
图18是示出根据本发明的第四实施方式的距离测量装置的示意性配置实施例的示图。
图19是示出图18的距离测量装置的截面配置实施例的示图。
图20A是用于描述图18的距离测量装置的制造方法的截面示图。
图20B是用于描述继图20A之后的制造方法的截面示图。
图20C是用于描述继图20B之后的制造方法的截面示图。
图20D是用于描述继图20C之后的制造方法的截面示图。
图20E是用于描述继图20D之后的制造方法的截面示图。
图20F是用于描述继图20E之后的制造方法的截面示图。
图21是示出实施方式及其变形例的距离测量装置的截面配置的变形例的示图。
图22是示出实施方式及其变形例中的距离测量装置的截面配置的变形例的示图。
图23是示出实施方式及其变形例中的距离测量装置的截面配置的变形例的示图。
图24是示出实施方式及其变形例中的距离测量装置的截面配置的变形例的示图。
图25是示出实施方式及其变形例中的距离测量装置的截面配置的变形例的示图。
图26是示出实施方式及其变形例中的距离测量装置的截面配置的变形例的示图。
图27是示出实施方式及其变形例中的距离测量装置的截面配置的变形例的示图。
图28是示出实施方式及其变形例中的距离测量装置的截面配置的变形例的示图。
图29是示出实施方式及其变形例中的距离测量装置的截面配置的变形例的示图。
图30A是用于描述图29的距离测量装置的制造方法的截面示图。
图30B是用于描述继图30A之后的制造方法的截面示图。
图30C是用于描述继图30B之后的制造方法的截面示图。
图30D是用于描述继图30C之后的制造方法的截面示图。
图31是示出实施方式及其变形例中的距离测量装置的截面配置的变形例的示图。
图32是示出实施方式及其变形例中的距离测量装置的截面配置的变形例的示图。
图33A是用于描述图32的距离测量装置的制造方法的截面示图。
图33B是用于描述继图33A之后的制造方法的截面示图。
图33C是用于描述继图33B之后的制造方法的截面示图。
图33D是用于描述继图33C之后的制造方法的截面示图。
图33E是用于描述继图33D之后的制造方法的截面示图。
图33F是用于描述继图33E之后的制造方法的截面示图。
图33G是用于描述继图33F之后的制造方法的截面示图。
图33H是用于描述继图33G之后的制造方法的截面示图。
图33I是用于描述继图33H之后的制造方法的截面示图。
图34是示出实施方式及其变形例中的距离测量装置的截面配置的变形例的示图。
图35是示出实施方式及其变形例中的距离测量装置的截面配置的变形例的示图。
图36是示出实施方式及其变形例中的距离测量装置的截面配置的变形例的示图。
图37是示出实施方式及其变形例中的距离测量装置的截面配置的变形例的示图。
图38是示出实施方式及其变形例中的距离测量装置的截面配置的变形例的示图。
图39是示出车辆控制***的示意性配置的实施例的框图。
图40是示出车外信息检测部和成像部的安装位置的实施例的示图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的实施方式。应注意，按照以下顺序给出描述。
1.第一实施方式(图1至图8G)
PIC基板和信号处理基板通过Cu-Cu耦接堆叠的实施例
2.第二实施方式(图9至图12G)
PIC基板和信号处理基板通过TCV耦接堆叠的实施例
3.第三实施方式(图13和图14)
PIC基板和信号处理基板通过晶片上部芯片(CoW)耦接堆叠的实施例
4.第三实施方式的变形例(图15至图17)
比对的变型
5.第四实施方式(图18至图20F)
PIC层接合到信号处理基板上的实施例
6.第四实施方式的变形例(图21)
在Si天线正下方设置STI的实施例
7.实施方式的变形例
变形例A：在光波导的入口端设置锥形部的实施例(图22至图24)
变形例B：使用表面发射激光器作为激光器的实施例(图25至图28)
变形例C：间隙设置在Si天线的正上方和正下方的实施例(图29至图31)
变形例D：间隙设置在Si天线的正下方的实施例(图32至图34)
变形例E：反射层直接设置在Si天线的正下方的实施例(图35)
变形例F：激光和信号处理基板通过接合线彼此耦接的实施例(图36至图38)
8.应用实施例(图39和图40)
<1.第一实施方式>
配置
图1示出了根据本公开内容的第一实施方式的距离测量装置100的示意性配置实施例。图2示出了距离测量装置100的截面配置实施例。距离测量装置100包括调频连续波(FMCW)LiDAR。在FMCW LiDAR中，频率被调制为线性增加的激光(传输信号)被连续应用以通过传输信号与反射光(返回信号)之间的频率差确定距离。
距离测量装置100包括例如上部管芯200和下部管芯300，如图1所示。例如，如图2所示，上部管芯200和下部管芯300堆叠在彼此上，且通过上部管芯200与下部管芯300之间的接合表面S1彼此电耦接。穿透本说明书，术语“管芯(die)”、“芯片(chip)”和/或类似术语可以互换使用和/或可以被称为基板。
(上部管芯200)
上部管芯200包括例如激光器210、调制器220、分割器230、循环器240、天线250、耦合器260和检测器270，如图1中所示。在上部管芯200中，调制器220、分割器230、循环器240、天线250、耦合器260和检测器270设置在光子积分电路(PIC)基板200A中。耦合器260和检测器270的组合可以被称为例如输出节拍信号Sbt的耦合器和检测器块。
激光器210包括生成光信号的光源芯片。激光器210的实施例包括芯片状边缘发射半导体激光器，并且激光器210根据控制器310的控制从有源层211的端面发射具有预定固定波长(例如，1550nm)的激光L。激光器210被安装在PIC基板200A上，以使激光L进入PIC基板200A的端面(稍后描述的光波导WG1)。激光器210被安装在PIC基板200A上，以将激光器210的光斑(在有源层211的端面上生成的光斑)设置在与Si层201(光波导WG1)相同的高度处。PIC基板200A具有切口部206，并且激光器210安装在设置在切口部206的底部表面上的耦接焊盘207上。激光器210的电极和耦接焊盘207均包括例如铜(Cu)，并且通过介于其间的包括Cu的凸块212彼此接合。
PIC基板200A包括例如Si层201、层间绝缘膜202和掩埋氧化物(BOX)层203，如图2所示。Si层201夹在层间绝缘膜202和BOX层203之间。BOX层203和Si层201通过从后面要描述的绝缘体上硅(SOI)基板110去除后面要描述的Si基板111来获得。BOX层203包括SiO2层。层间绝缘膜202是设置在SOI基板110上的层，具有在层叠的多个SiO2层中设置有多个图案化的布线层和连接布线层的过孔的配置。层间绝缘膜202的前表面用作上部管芯200的底部表面。层间绝缘膜202的前表面与下部管芯300的上部表面(后述的层间绝缘膜302)接触。包含Cu的耦接焊盘204在层间绝缘膜202的前表面上暴露。另一方面，在下部管芯300的上部表面(后述的层间绝缘膜302)露出含有Cu的连接焊盘303。耦接焊盘204和耦接焊盘303彼此连接。这使得PIC基板200A和下部管芯300在上部管芯200的底部表面和下部管芯300的上部表面上彼此接合。在图2中，将上部管芯200的底部表面和下部管芯300的上部表面(后述的层间绝缘膜302)的接合表面表示为S1。BOX层203的前表面用作上部管芯200的上部表面，并且用作入口/出口表面S2。如可理解的，使用耦接焊盘204和303的管芯200和300之间的Cu-Cu接合不需要天线251和入口/出口表面S2之间的布线层，其中，这种布线层的存在可以导致天线251传输和/或接收的光的损失。因而，图2中的管芯200和300之间的Cu-Cu接合能够改善光透射和/或接收。
在Si层201中设置光波导WG1、WG2和WG3。光波导WG1从PIC基板200A的端面经由调制器220、分割器230和循环器240延伸到天线250。光波导WG2是从分割器230中的光波导WG1分支的光波长，并且与耦合器260的一个输入端(稍后描述的光波导261)耦接。光波导WG3是在循环器240中从光波导WG1分支的光波导，与耦合器260的另一输入端(后述的光波导262)耦接。
从激光器210发射的激光L进入光波导WG1。通过光波导WG1传播的激光L被输入到调制器220。调制器220根据控制器310的控制执行激光L的频率调制。例如，调制器220调制激光L以随着时间流逝线性增加激光L的频率，并且此后调制激光L以随着时间流逝线性降低激光L的频率。例如，调制器220周期性地重复频率的这种线性增大和减小以生成传输信号Stx，并且通过光波导WG1将传输信号Stx输出至分割器230。传输信号Stx是通过由调制器220对激光L执行频率调制而获得的啁啾信号。调制器220例如设置在Si层201中。调制器220包括例如其中Mach-Zehnder干涉仪，其中Si波导分支为两个。在这种情况下，调制器220通过在一个分支波导中形成PN结并且将交流波形的电压施加到PN结以通过载流子等离子体效应改变折射率来生成具有改变的光的相位的信号。调制器220能够通过在干涉仪的出口处复用生成的信号波形和原始波形来调制原始信号的相位。
分割器230在耦合器260中将传输信号Stx划分成用于施加到目标TG的传输信号Stx(传输信号Stx1)和用于干扰返回信号Srx的传输信号Stx(传输信号Stx2)。传输信号Stx1具有传输信号Stx的大部分能量。传输信号Stx2是具有远小于传输信号Stx1的能量但足以在耦合器260中干扰返回信号Srx的能量的参考信号。返回信号Srx对应于相对于传输信号Stx1具有延迟相位的信号。返回信号Srx通过由目标TG反映传输信号Stx而生成。
分割器230是具有三个端口的元件。在分割器230中，光波导WG1中存在第一端口和第三端口。在光波导WG2中存在第二端口。光波导WG2设置在第一端口和第三端口之间的部分附近。由此，通过光波导WG1传播的光信号泄漏到光波导WG2中。从光波导WG1泄漏到光波导WG2的光信号作为传输信号Stx2传播通过光波导WG2。
循环器240是具有三个端口的元件。在循环器240中，从第一端口输入的传输信号Stx1向第三端口发送，从第三端口输入的返回信号Srx向第二端口发送。在循环器240中，光波导WG1与第一端口耦接，光波导WG2与第二端口耦接。从天线250延伸的光波导耦接到第三端口。例如，循环器240用于对要发送的光信号和从Si天线251接收的光信号进行整流。在循环器240中，利用具有Si分支的光波导的配置，在各分支将传输信号和接收信号的信号强度划分为50％和50％。处理这种半信号使得可以划分发射光和接收光。
天线250是不具有驱动部的非机械扫描仪。天线250通过透镜205将传输信号Stx1发送到目标TG，并且通过透镜205接收返回信号Srx。透镜205被接合到PIC基板200A的前表面的与Si天线251相对的区域(入口/出口表面S2)。传输信号Stx1从入射/出射表面S2输出，并且返回信号Srx进入入射/出射表面S2。透镜205被接合至入射/出射表面S2，并且传输信号Stx通过透镜205和入射/出射表面S2从天线250输出至外部，并且返回信号Srx通过透镜205和入射/出射表面S2从外部进入天线250。
如图3所示，天线250包括例如多个(例如，四个)天线主体，每个天线主体包括Si天线251和设置在Si天线251的两侧的一对加热器252。天线主体在共同方向上延伸，并且多个天线主体在与天线主体延伸的方向正交的方向上以预定间隔并排设置。
Si天线251包括设置在Si层201中的衍射光栅。衍射光栅例如是在Si层201中以几百nm的节距在一条线上并排设置多个凹槽或导通孔的元件。根据控制器310的控制，Si天线251以预定角度将在对应于衍射光栅的间距的特定位置处具有峰值的传输信号Stx1输出至Si层201的前表面。加热器252包括沿着Si天线251延伸的电阻元件。加热器252各自通过根据控制器310的控制向电阻元件施加电流所引起的电阻元件的发热来加热Si天线251。在Si天线251中，通过加热器252的加热来改变折射率，并且以与折射率的改变对应的角度输出传输信号Stx1。即，Si天线251根据控制器310的控制在预定的外部区域中扫描传输信号Stx1。
如图3所示，在天线250包括四个天线主体的情况下，天线250还包括，例如，为每个天线主体设置一个光开关253，以及为每两个光开关253设置一个光开关254。每个光开关253是在两个端子(第一端子和第二端子)之间连接和断开光波导的开关。每个光开关254是在两个端子(第三端子和第四端子)之间连接和断开光波导的开关。天线250还包括例如耦接到两个光开关254的一个光开关255，如图3所示。光开关255是在两个端子(第五端子和第六端子)之间连接和断开光波导的开关。
在每个光开关253中，第一端子耦接到天线主体，第二端子耦接到另一光开关253的第二端子和光开关254的第三端子。在每个光开关254中，第三端子耦接至对应的两个光开关253的第二端子，并且第四端子耦接至另一个光开关254的第四端子和光开关255的第五端子。在光开关255中，第五端子耦接到两个光开关254的第四端子，第六端子耦接到循环器240的第二端口。
天线主体各自包括例如设置在Si层201中的衍射光栅，如图4和5中所示。图4示出沿图3中的线A-A截取的天线主体的截面配置实施例。图5示出了沿着图3中的线B-B截取的天线主体的截面配置实施例。衍射光栅是例如在Si层201中以几百nm的节距在一条线上并排设置多个凹槽的元件，如图4和5所示。各凹槽的深度例如为几百nm，Si层201的与衍射光栅的基板对应的部的厚度例如为几百nm。
在Si天线251中，在对应于衍射光栅的间距的特定位置处具有峰值的传输信号Stx1以预定角度输出至Si层的前表面。加热器252包括沿着Si天线251延伸的电阻元件。加热器252各自通过根据控制器310的控制向电阻元件施加电流所引起的电阻元件的发热来加热Si天线251。在Si天线251中，通过加热器252的加热来改变折射率，并且以与折射率的改变对应的角度输出传输信号Stx1。
天线250根据控制器310的控制打开和关闭四个光学开关253、两个光学开关254和一个光学开关255。由此，天线250从每个天线主体沿预定方向输出传输信号Stx1，并且接收从外部输入的返回信号Srx。
耦合器260是通过传输信号Stx2与返回信号Srx之间的干扰生成节拍信号Sbt的元件。节拍信号Sbt的频率根据传输信号Stx2与返回信号Srx之间的频率差而改变。频率差根据从Si天线251到目标TG的距离而改变。因此，能够基于节拍信号Sbt的频率估计从Si天线251到目标TG的距离。
如图6所示，耦合器260包括例如用于传播传输信号Stx2的光波导261和用于传播返回信号Srx的光波导262。光波导261和262例如是肋形波导。光波导261的一部分和光波导262的一部分被设置为彼此靠近。由此，在光波导261中传播的传输信号Stx2与在光波导262中传播的返回信号Srx相互干涉，生成节拍信号Sbt。
检测器270是从已经传播通过光波导261和262的信号中提取节拍信号Sbt的元件。检测器270包括例如彼此串联耦接的Ge-PD 271和272、以及耦接至Ge-PD 271与Ge-PD 272之间的耦接节点的跨阻抗放大器273，如图6中所展示的。
Ge-PD 271例如是耦接到光波导261的PIN光电二极管，如图7中所示。Ge-PD272是例如耦接到光波导262的PIN光电二极管，如图7所示。例如，Ge-PD 271和272均包括耦接至光波导261和262的Si平台部71以及p型Si层72。p型Si层72通过将B离子注入到Si平台部71中而形成。Si平台部71以及光波导261和262设置在公共Si层201中。
Ge-PD 271和272各自还包括例如岛状i型Ge层73、二维生长的i型Ge层74和n型Ge层75。岛状的i型Ge层73和二维生长的i型Ge层74设置在p型Si层72上。n型Ge层75是通过将P离子注入到二维生长的i型Ge层74中而形成的。包括P型Si层72、岛状i型Ge层73、二维生长的i型Ge层74和n型Ge层75的叠层体包括在PIN光电二极管中。在PIN光电二极管中，岛状i型Ge层73(其有效地为p型并且不包括耗尽层)具有小的厚度，并且具有大厚度的二维生长的i型Ge层74用作耗尽层，这提高了灵敏度。
Ge-PD 271和272各自还包括例如与n型Ge层75接触的n侧电极76和与p型Si层72接触的p侧电极77。Ge-PD 271的p侧电极77和Ge-PD 272的n侧电极76通过配线彼此耦接，并且将Ge-PD 271的p侧电极77和Ge-PD 272的n侧电极76彼此耦接的配线耦接至跨阻抗放大器273的输入端。
跨阻抗放大器273对由Ge-PD 271和272光电转换的电流信号执行阻抗转换和放大，并且输出节拍信号Sbt作为电压信号。
(下部管芯300)
下部管芯300包括例如控制器310、DAC 320、ADC 330和快速傅里叶变换(FFT)340，如图1所示。
例如，控制器310生成用于控制激光器210、调制器220、天线250、以及检测器270的控制信号，并且将控制信号输出至DAC 320。例如，控制器310进一步生成用于控制ADC 330的控制信号，并且将控制信号输出至ADC 330。DAC 320对从控制器310接收的控制信号执行DA转换，并且将由此获得的模拟控制信号输出至激光器210、调制器220、天线250以及检测器270。ADC 330对从检测器270接收到的节拍信号Sbt进行AD转换，并将节拍信号Sbt输出到FFT 340。FFT 340对从ADC 330数字接收的节拍信号Sbt进行FFT，以获得功率谱密度，并基于获得的功率谱密度导出节拍信号Sbt的频率。FFT 340向控制器310输出关于所导出的频率的信息(频率信息)。控制器310根据来自外部的控制将从FFT 340接收的频率信息输出至外部。
下部管芯300包括例如如图2中所示的Si基板301。Si基板301包括例如信号处理电路，诸如控制器310、DAC 320、ADC 330和FFT 340。在层间Si基板301上提供层间绝缘膜302。层间绝缘膜302具有如下配置：在层叠的多个SiO2层中设置有多个图案化的布线层和连接布线层的过孔。信号处理电路中的布线和过孔、用于将信号处理电路和上部管芯200彼此电耦接的布线和过孔等设置在层间绝缘膜302中。包含Cu的耦接焊盘303在层间绝缘膜302的前表面上暴露，并且接合至上部管芯200的耦接焊盘204。鉴于本文中的描述，可以说，第一基板200包括一个或多个光路，所述一个或多个光路将传输信号Stx1输出至对象(例如，目标TG)并且接收来自目标的反射信号Srx。所述一个或多个光路可以包括但不限于激光器210和调制器220(其可以彼此集成和/或安装在第一基板200上)、波导WG1、WG2和WG3、分割器230、循环器240、天线250、耦合器260和/或检测器270。同时，第二基板300可以包括控制传输信号Stx1的生成和处理反射信号Srx的一个或多个电子电路。该一个或多个电子电路可以包括控制器310、DAC 320、ADS 330、和/或FFT模块340。
制造方法
接着，说明距离测量装置100的制造方法。
图8A至8G各自是用于描述制造距离测量装置100的过程的截面示图。首先，准备SOI基板110(图8A)。SOI基板110包括其中BOX层203和Si层201以该顺序设置在Si基板111上的基板。接下来，在SOI基板110的Si层201中形成光波导WG1、WG2和WG3、分割器230、循环器240、Si天线251、耦合器260和Ge-PD 271和272的部分(Si平台部71和p型Si层72)(图8A)。接着，在SOI基板110上形成层间绝缘膜202(图8B)。在这种情况下，耦接焊盘204和207形成在层间绝缘膜202中。
接着，使层间绝缘膜202的表面S3和层间绝缘膜302的表面S4对置，将SOI基板110和下部管芯300接合(图8C和8D)。由此，SOI基板110和下部管芯300彼此电耦接。接着，去除SOI基板110中的Si基板111(图8E)。由此，在下部管芯300上形成PIC基板200A。接下来，在PIC基板200A(图8F)中形成切口部206。因此，耦接焊盘207在切口部206的底部表面上暴露。接下来，激光器210安装在耦接焊盘207上，耦接焊盘207在切口部206的底部表面上暴露，凸块212介于耦接焊盘207与切口部206的底部表面之间(图8G)。最后，设置透镜205。由此，制造距离测量装置100。
效果
接着，说明距离测量装置100的效果。
在本实施方式中，在PIC基板200A中，光波导WG1、分割器230、光波导WG2和WG3、耦合器260和Ge-PD 271和272被设置在公共Si层201中。此外，ADC 330和检测器270设置在下部管芯300(信号处理基板)中。此外，PIC基板200A和下部管芯300堆叠在彼此上，并且通过PIC基板200A和下部管芯300之间的接合表面S1彼此电耦接。与其中多个RF部件通过光纤耦接的模块相比，这允许小型化。通过小型化缩短了Ge-PD 271和272之后的电信号路径，这使得可以减少外部噪声混入电信号。
在本实施方式中，调制器220和Si天线251设置在Si层201中。调制器220生成传输信号Stx(啁啾信号)。Si天线251将从传输信号Stx划分的传输信号Stx1输出到外部，并且从外部接收返回信号Srx。与其中多个RF部件通过光纤耦接的模块相比，这允许小型化。
在本实施方式中，芯片状激光器210被安装在PIC基板200A上，并且控制激光器210、调制器220和天线250的控制器310被设置在下部管芯300中。与其中多个RF部件通过光纤耦接的模块相比，这允许小型化。通过小型化缩短激光L的传播路径，这使得可以减少激光L的损耗。
在本实施方式中，通过将设置在PIC基板200A与下部管芯300之间的接合表面S1上的耦接焊盘204和303彼此接合，PIC基板200A和下部管芯300彼此电耦接。与其中多个RF部件通过光纤耦接的模块相比，这允许小型化。此外，可以预期通过耦接焊盘204和303的反射增强量子效率的效果。
在本实施方式中，激光器210包括边缘发射激光器，并且被安装在PIC基板200A上以将激光器210的光斑设置在与Si层201(光波导WG1)相同的高度处。激光器210将光信号通过光波导WG1的端面输入至调制器220。与其中多个RF部件通过光纤耦接的模块相比，这允许小型化。
在本实施方式中，激光器210和PIC基板200A通过设置在激光器210和PIC基板200A之间的凸块212彼此电耦接。这使得可以精确地执行激光器210的对准。
<2.第二实施方式>
配置
图9示出了根据本公开内容的第二实施方式的距离测量装置500的示意性配置实施例。图10示出了距离测量装置500的截面配置实施例。距离测量装置500与距离测量装置100的不同之处在于作为将PIC基板200A与下部管芯300(信号处理基板)彼此接合的方法，使用穿透接合表面S1的导通孔403来代替耦接焊盘204与303之间的接合。
距离测量装置500包括FMCW LiDAR。距离测量装置500包括例如上部管芯400和下部管芯300，如图9所示。例如，如图10中所解说的，上部管芯400和下部管芯300堆叠在彼此上，并且通过导通孔403彼此电耦接。即，例如，如图10中所解说的，上部管芯400和下部管芯300通过上部管芯400和下部管芯300之间的接合表面S1彼此电耦接。
(上部管芯400)
上部管芯400包括例如激光器210、调制器220、分割器230、循环器240、天线250、耦合器260和检测器270，如图9中所解说的。在上部管芯400中，调制器220、分割器230、循环器240、天线250、耦合器260和检测器270被设置在PIC基板400A中。
激光器210安装在PIC基板400A上，以使激光L进入PIC基板400A的端面(光波导WG1)。PIC基板400A具有切口部406，并且激光器210被安装在设置在切口部406的底部表面上的耦接焊盘408上。激光器210的电极和耦接焊盘408均包括例如铜(Cu)，并且通过介于其间的包括Cu的凸块212而彼此接合。
如图10所示，PIC基板400A包括例如Si层201、绝缘层401和层间绝缘膜402。Si层201夹在绝缘层401和层间绝缘膜402之间。通过从SOI基板110去除Si基板111和BOX层203来获得Si层201。绝缘层401是设置在SOI基板110上的层，包括SiO2层。层间绝缘膜402是设置在Si层201上的层，具有在层叠的多个SiO2层上设置多个图案化的布线层和将这些布线层彼此连接的过孔的配置。
绝缘层401的前表面用作上部管芯400的底部表面。绝缘层401的前表面与下部管芯300的上部表面(层间绝缘膜302)接触。层间绝缘膜402的前表面用作上部芯片400的上部表面。层间绝缘膜402的前表面的与Si天线251相对的区域用作入射/出射表面S2。
PIC基板400A具有导通孔403和407。导通孔403和407均包括在PIC基板400A的厚度方向上延伸的金属构件。
导通孔403穿透层间绝缘膜402、Si层201和绝缘层401的一部分，并且还穿透接合表面S1和层间绝缘膜302的一部分。导通孔403的顶部与设置在层间绝缘膜402上的布线层(例如，布线层404等)连接，并且导通孔403的底部与设置在层间绝缘膜302中的布线层连接。导通孔403电耦接至检测器270的输出端和ADC 330的输入端。
导通孔407穿透绝缘层401，并且进一步穿透接合表面S1和层间绝缘膜302的一部分。导通孔407的顶部耦接到耦接焊盘408，并且导通孔407的底部耦接到设置在层间绝缘膜302中的布线层。导通孔407电耦接至激光器210及DAC 320的输出端。
PIC基板400A在平面图中包括围绕Ge-PD 271和272的一个或多个遮光部405，如图11所示。一个或多个遮光部405包括层间绝缘膜402中的过孔。一个或多个遮光部405防止(或者可替换地，减少)从Si天线251泄露的光和从下部管芯300发射的热载流子光进入Ge-PD 271和272。
PIC基板400A可以包括例如在Ge-PD 271和272与层间绝缘膜402的前表面之间的遮光部409，如图10所示。遮光部409在平面图中覆盖Ge-PD 271和272。遮光部409包括例如层间绝缘膜402中的布线层。遮光部409防止(或者可替换地，减少)来自外部的光进入Ge-PD271和272。
下部管芯300可以包括例如遮光层306，遮光层306设置在与Ge-PD 271和272与Si基板301之间的Ge-PD 271和272相对的位置处，如图10所示。遮光层306在层间绝缘膜302中包括例如布线层。遮光层306防止(或可替代地，减少)来自下部管芯300的热载流子发光进入Ge-PD 271和272。
制造方法
接着，说明距离测量装置500的制造方法。
图12A至12G是用于描述距离测量装置500的制造过程的截面示图。首先，制备其中提供绝缘层401的SOI基板110和下部管芯300(图12A)。接着，在绝缘层401的前表面S3和层间绝缘膜302的前表面S4彼此相对的状态下将SOI基板110和下部管芯300接合在一起(图12A和图12B)。在这种情况下，与上述实施方式不同，不形成SOI基板110与下部管芯300之间的电耦接。
接下来，去除Si基板111和BOX层203以暴露Si层201(图12C)。接下来，在Si层201的前表面上形成层间绝缘膜402(图12D)。由此，在下部管芯300上形成PIC基板400A。接着，在形成穿透层间绝缘膜402、Si层201、绝缘层401、接合表面S1和层间绝缘膜302的一部分的通孔(through hole)之后，用金属构件填充通孔以形成导通孔(through-hole via)403(图12E)。此外，布线层404被形成，并且将导通孔403和检测器270的输出端彼此电耦接。
接下来，形成切口部406(图12F)。随后，在切口部406的底部表面形成穿透绝缘层401和层间绝缘膜302的一部分的通孔之后，用金属构件填充通孔以形成导通孔407(图12F)。接下来，与导通孔407接触的耦接焊盘408形成在切口部406的底部表面上。此外，激光器210安装在耦接焊盘408上，凸块212介于其间(图12G)。最后，设置透镜205。因此，制造距离测量装置500。
效果
接着，说明距离测量装置500的效果。
在本实施方式中，在PIC基板400A中，光波导WG1、分割器230、光波导WG2和WG3、耦合器260和Ge-PD 271和272被设置在公共Si层201中。此外，ADC 330和检测器270设置在下部管芯300(信号处理基板)中。此外，PIC基板400A和下部管芯300彼此堆叠，并且通过PIC基板400A和下部管芯300之间的接合表面S1彼此电耦接。与其中多个RF部件通过光纤耦接的模块相比，这允许小型化。通过小型化缩短了Ge-PD 271和272之后的电信号路径，这使得可以减少外部噪声混入电信号。
在本实施方式中，调制器220和Si天线251设置在Si层201中。调制器220生成传输信号Stx(啁啾信号)。Si天线251将从传输信号Stx划分的传输信号Stx1输出到外部，并且从外部接收返回信号Srx。与其中多个RF部件通过光纤耦接的模块相比，这允许小型化。
在本实施方式中，芯片状激光器210被安装在PIC基板400A上，并且控制激光器210、调制器220和天线250的控制器310被设置在下部管芯300中。与其中多个RF部件通过光纤耦接的模块相比，这允许小型化。通过小型化缩短激光L的传播路径，这使得可以减少激光L的损耗。
在本实施方式中，PIC基板400A和下部管芯300通过穿透PIC基板400A和下部管芯300之间的接合表面S1的导通孔403彼此电耦接。与其中多个RF部件通过光纤耦接的模块相比，这允许小型化。
在本实施方式中，激光器210包括边缘发射激光器，并且被安装在PIC基板400A上以将激光器210的光斑设置在与Si层201(光波导WG1)相同的高度处。激光器210将光信号通过光波导WG1的端面输入至调制器220。与其中多个RF部件通过光纤耦接的模块相比，这允许小型化。
在本实施方式中，激光器210和PIC基板400A通过设置在激光器210和PIC基板400A之间的凸块212彼此电耦接。这使得可以精确地执行激光器210的对准。
<3.第三实施方式>
配置
图13示出了根据本公开的第三实施方式的距离测量装置600的示意性配置实施例。图14示出距离测量装置600的横截面实施例。距离测量装置600包括FMCW LiDAR。距离测量装置600包括例如下部芯片700和上部芯片800(信号处理基板)，如图13所示。
例如，如图14所示，下部管芯700和上部芯片800堆叠在彼此上，并且通过下部管芯700与上部芯片800之间的接合表面S1彼此电耦接。上部芯片800具有尺寸小于包括在下部管芯700中的PIC基板700A的芯片形状，并且被安装在PIC基板700A的前表面上。例如，上部芯片800在平面图中具有比下部管芯700的覆盖区更小的覆盖区(例如，表面积)。
(下部管芯700)
如图13中所说明，下部管芯700包含(例如)激光器210、调制器220、分割器230、循环器240、天线250、耦合器260及检测器270。在下部管芯700中，调制器220、分割器230、循环器240、天线250、耦合器260和检测器270被设置在PIC基板700A中。
激光器210被安装在PIC基板700A上，以使激光L进入PIC基板700A的端面(光波导WG1)。激光器210被安装在PIC基板700A上，以将激光器210的光斑设置在与Si层201(光波导WG1)相同的高度处。PIC基板700A具有切口部701，并且激光器210被安装在设置在切口部701的底部表面上的耦接焊盘702上。激光器210的电极和耦接焊盘702均包括例如铜(Cu)，并且通过介于其间的包括Cu的凸块212而彼此接合。
PIC基板700A例如包括BOX层203、Si层201和层间绝缘膜202以该顺序堆叠在Si基板111上的基板，如图14所示。在SOI基板110中包括Si基板111、BOX层203和Si层201。层间绝缘膜202是设置在SOI基板110上的层，具有在层叠的多个SiO2层中设置有多个图案化的布线层和连接布线层的过孔的配置。层间绝缘膜202的表面用作下部管芯700的上部表面，并且与上部芯片800(层间绝缘膜302)的底部表面接触。包含Cu的耦接焊盘204在层间绝缘膜202的前表面上暴露。相反，包括Cu的耦接焊盘303暴露于上部芯片800(层间绝缘膜302)的上部表面上。耦接焊盘204和耦接焊盘303彼此连接。这使得PIC基板700A和上部芯片800在PIC基板700A的上部表面和上部芯片800的底部表面上彼此接合。在图14中，下部管芯700的上部表面与上部芯片800(层间绝缘膜302)的底部表面之间的接合表面被表示为S1。Si基板111的底部表面成为下部芯片700的底部表面，成为输入输出面S2。
(上部芯片800)
上部芯片800包括例如控制器310、DAC 320、ADC 330和FFT 340，如图13所示。上部芯片800包括例如Si基板301，如图14所示。Si基板301包括例如信号处理电路，诸如控制器310、DAC 320、ADC 330和FFT 340。在Si基板301上设置有层间绝缘膜302。层间绝缘膜302具有如下配置：在层叠的多个SiO2层中设置有多个图案化的布线层和连接布线层的过孔。在层间绝缘膜302中设置有信号处理电路中的布线和过孔以及用于使信号处理电路和下部管芯700彼此电耦接的布线和过孔等。包含Cu的耦接焊盘303在层间绝缘膜302的前表面上露出，并且接合到下部管芯700的耦接焊盘204。激光器210通过例如接合线电耦接至上部芯片800。
在下部管芯700中提供标记703。相反，在上部芯片800中提供标记304。标记703和304用于在将上部芯片800安装在下部芯片700上时执行上部芯片800的对准。标记703包括设置在层间绝缘膜202中的布线层的一部分。标记304包括设置在层间绝缘膜302中的布线层的一部分。例如，如图14所示，为了确保红外光的可见性，标记703和304被布置在平面图中不与Ge-PD 271和272相对的区域中。标记703可以配置耦接焊盘204的一部分。此外，标记304可以配置耦接焊盘303的一部分。
效果
接着，说明距离测量装置600的效果。
在本实施方式中，在PIC基板700A中，光波导WG1、分割器230、光波导WG2和WG3、耦合器260和Ge-PD 271和272被设置在公共Si层201中。此外，ADC 330和检测器270设置在上部芯片800(信号处理基板)中。此外，PIC基板700A和上部芯片800相互堆叠，并且通过PIC基板700A和上部芯片800之间的接合表面S1彼此电耦接。与其中多个RF部件通过光纤耦接的模块相比，这允许小型化。通过小型化缩短了Ge-PD 271和272之后的电信号路径，这使得可以减少外部噪声混入电信号。
在本实施方式中，调制器220和Si天线251设置在Si层201中。调制器220生成传输信号Stx(啁啾信号)。Si天线251将从传输信号Stx划分的传输信号Stx1输出到外部，并且从外部接收返回信号Srx。与其中多个RF部件通过光纤耦接的模块相比，这允许小型化。
在本实施方式中，芯片状激光器210被安装在PIC基板700A上，并且控制激光器210、调制器220和天线250的控制器310被设置在上部芯片800中。与其中多个RF部件通过光纤耦接的模块相比，这允许小型化。通过小型化缩短激光L的传播路径，这使得可以减少激光L的损耗。
在本实施方式中，通过将设置在PIC基板800A和上部芯片800之间的接合表面S1上的耦接焊盘204和303彼此接合，PIC基板700A和上部芯片800彼此电耦接。与其中多个RF部件通过光纤耦接的模块相比，这允许小型化。
在本实施方式中，激光器210包括边缘发射激光器，并且被安装在PIC基板700A上以将激光器210的光斑设置在与Si层201(光波导WG1)相同的高度处。激光器210将光信号通过光波导WG1的端面输入至调制器220。与其中多个RF部件通过光纤耦接的模块相比，这允许小型化。
在本实施方式中，在下部管芯700中提供标记703，并且在上部芯片800中提供标记304。例如，这使得可以在向标记703和304施加红外线以检查标记703和304的位置的同时将上部芯片800安装在下部管芯700上。这使得可以在下部管芯700上准确地布置上部芯片800。如可理解的，图13和图14的距离测量装置600可以通过晶片上部芯片(CoW)晶片工艺形成，其中多个上部芯片800在单个硅晶片中形成并被切片以形成单独的上部芯片800。此后，测试每个单独的上部芯片800(例如，以确保晶体管的适当电功能)。仅将通过测试的上部芯片800放置在支撑基板(例如，301)上，然后接合到包括多个PIC基板700A的另一晶圆(例如，111)，以形成多个距离测量装置600。此后，可以在接合结构上执行切割，以形成单独的距离测量装置600，每个距离测量装置具有接合至下部管芯700的上部芯片800。如可了解，与其中在切割和/或测试下部管芯300之前将上部管芯200的晶圆接合到下部管芯300的晶圆的晶圆上晶圆(wafer-on-wafer(WoW))工艺(参见图2的实施方式用于可根据WoW工艺形成的距离测量装置)相比，CoW工艺可增加理论产率(通过减少由缺陷芯片引起的死区)并减少具有缺陷距离测量装置的风险。
<4.第三实施方式的变形例>
图15和图16分别示出了距离测量装置600的示意性配置的变形例。例如，如图15所示，布线层704可以设置在层间绝缘膜202中与标记703相对的位置处。此外，例如，如图16中所示，可以在与Si层201中的标记703相对的位置处提供Ge-PD 705。在这种情况下，例如，当红外光线从上部芯片800侧被施加至标记703和304时，红外光线被布线层704和Ge-PD 705反射，这使得可以将上部芯片800准确地布置在下部芯片700上。
应注意，例如，如图17所示，PIC基板700A可以具有凹槽部709，并且布线层704可以设置在凹槽部709的底部表面上。在这种情况下，上部芯片800可安装在凹槽部709中，以将上部芯片800的耦接焊盘303和凹槽部709中的布线层704彼此电耦接。在这种情况下，通过上部芯片800的嵌入部在凹槽部709中可以减小尺寸。
<5.第四实施方式>
配置
图18示出了根据本公开第四实施方式的距离测量装置1100的示意性配置实施例。图19示出了距离测量装置1100的横截面配置实施例。距离测量装置1100将过孔1210和1230用作元件(例如，激光器210、调制器220、天线250或检测器270)与信号处理电路(例如，控制器310、DAC 320、ADC 330或FFT 340)之间的电耦接。过孔1210和1230的下端均耦接至信号处理电路中使用的晶体管的栅极或扩散区(源极-漏极)，并且过孔1210和1230的上端均耦接至设置在层间绝缘膜中的布线层。
距离测量装置1100包括FMCW LiDAR。如图18所示，距离测量装置1100包括上层1200和下层1300。例如，如图19中所示，上层1200设置在下层1300上，并且设置在上层1200中的布线层和设置在下层1300中的晶体管的栅极或扩散区(源极-漏极)通过过孔1210和1230彼此电耦接。即，例如，如图19所示，上层1200和下层1300通过上层1200和下层1300彼此接触的表面彼此电耦接。
(上层1200)
上层1200包含例如激光器210、调制器220、分割器230、循环器240、天线250、耦合器260及检测器270，如图18中所说明。在上层1200中，在PIC层1200A中提供调制器220、分割器230、循环器240、天线250、耦合器260和检测器270。
激光器210被安装在PIC层1200A上，以使激光L进入PIC层1200A的端面(光波导WG1)。PIC层1200A具有切口部406，并且激光器210被安装在设置在切口部406的底部表面上的耦接焊盘408上。激光器210的电极和耦接焊盘408均包括例如铜(Cu)，并且通过介于其间的包括Cu的凸块212而彼此接合。
PIC层1200A例如包括Si层201、绝缘层401和层间绝缘膜402，如图19所示。Si层201夹在绝缘层401和层间绝缘膜402之间。绝缘层401是设置在下层1300上的层，并且包括SiO2层。Si层201是设置在绝缘层401上的层。层间绝缘膜402是设置在Si层201上的层，具有在层叠的多个SiO2层上设置多个图案化的布线层和将这些布线层彼此连接的孔的配置。层间绝缘膜402的前表面用作PIC层1200A的上部表面。层间绝缘膜402的前表面的与Si天线251相对的区域用作入射/出射表面S2。
PIC层1200A具有过孔1210和1230。过孔1210和1230均包括在PIC层1200A的厚度方向上延伸的金属构件。
过孔1210穿透层间绝缘膜402、Si层201和绝缘层401的一部分，并且进一步穿透下层1300的绝缘层305(稍后描述)。过孔1210的顶部耦接到设置在层间绝缘膜402中的布线层(例如，布线层1220等)，并且过孔1210的底部耦接到设置在下层1300的Si基板301中的晶体管的栅极或扩散区(源极-漏极)。过孔1210耦接到检测器270的输出端和ADC 330的输入端。
过孔1230穿透绝缘层401，并且进一步穿透下层1300的绝缘层305(稍后描述)。过孔1230的顶部耦接到耦接焊盘408，并且过孔1230的底部耦接到设置在下层1300的Si基板301中的晶体管的栅极或扩散区(源极-漏极)。过孔1230将激光器210和DAC 320的输出端彼此电耦接。
下层1300包括例如控制器310、DAC 320、ADC 330和FFT 340，如图18所示。
下层1300包括例如Si基板301，如图19所示。Si基板301包括例如信号处理电路，诸如控制器310、DAC 320、ADC 330和FFT 340。绝缘层305设置在Si基板301上。绝缘层305包括SiO2层。
制造方法
接着，说明距离测量装置1100的制造方法。
图20A至20F是用于描述距离测量装置1100的制造过程的截面示图。首先，制备其中绝缘层305设置在Si基板301上的下层1300(图20A)。接下来，在下层1300上形成Si层201，并且在Si层201中形成光波导WG1、WG2和WG3、分割器230、循环器240、Si天线251、耦合器260、Ge-PD 271和272的部分(Si平台部71和p型Si层72)(图20B)。
接下来，在Si层201上形成绝缘层402a之后，形成穿透绝缘层402a、Si层201、绝缘层401和绝缘层305的通孔，并且用金属构件填充通孔以形成过孔1210(图20C)。接下来，在绝缘层402a上形成层间绝缘膜，以在Si层201上形成层间绝缘膜402(图20D)。在这种情况下，布线层1220形成为与过孔1210的顶部接触。由此，在下层1300上形成PIC层1200A。
接下来，形成切口部406(图20E)。接下来，在穿透绝缘层401和305的通孔形成在切口部406的底部表面处之后，通孔填充有金属构件以形成过孔1230(图20E)。接下来，在切口部406的底部表面上形成与过孔1230接触的耦接焊盘408。此外，激光器210安装在耦接焊盘408上，凸块212介于其间(图20F)。最后，设置透镜205。因此，制造距离测量装置1100。
效果
接着，说明距离测量装置1100的效果。
在本实施方式中，在PIC层1200A中，光波导WG1、分割器230、光波导WG2和WG3、耦合器260和Ge-PD 271和272被设置在公共Si层201中。此外，ADC 330和检测器270设置在下层1300(信号处理基板)中。此外，在下层1300上提供PIC层1200A，并且下层1300和PIC层1200A通过下层1300和PIC层1200A彼此接触的表面彼此电耦接。与其中多个RF部件通过光纤耦接的模块相比，这允许小型化。通过小型化缩短了Ge-PD 271和272之后的电信号路径，这使得可以减少外部噪声混入电信号。
在本实施方式中，调制器220和Si天线251设置在Si层201中。调制器220生成传输信号Stx(啁啾信号)。Si天线251将从传输信号Stx划分的传输信号Stx1输出到外部，并且从外部接收返回信号Srx。与其中多个RF部件通过光纤耦接的模块相比，这允许小型化。
在本实施方式中，芯片状激光器210被安装在PIC层1200A上，并且控制激光器210、调制器220和天线250的控制器310被设置在下层1300中。与其中多个RF部件通过光纤耦接的模块相比，这允许小型化。通过小型化缩短激光L的传播路径，这使得可以减少激光L的损耗。
在本实施方式中，PIC层1200A和下层1300通过过孔1210彼此电耦接，过孔1210穿透PIC层1200A和下层1300彼此接触的表面。与其中多个RF部件通过光纤耦接的模块相比，这允许小型化。
在本实施方式中，激光器210包括边缘发射激光器，并且被安装在PIC层1200A上，以将激光器210的光斑设置在与Si层201(光波导WG1)相同的高度处。激光器210将光信号通过光波导WG1的端面输入至调制器220。与其中多个RF部件通过光纤耦接的模块相比，这允许小型化。
在本实施方式中，激光器210和PIC层1200A通过设置在激光器210和PIC层1200A之间的凸块212彼此电耦接。这使得可以精确地执行激光器210的对准。
<6.第四实施方式的变形例>
图21表示距离测量装置1100的示意性配置的变形例。在本变形例中，下层1300可以包括在与Si天线251相对的位置处的浅凹槽隔离(STI)部1240。STI部1240例如具有从绝缘层305的表面到达Si基板301的深度。在下层1300中，设置具有从绝缘层305的前表面到达Si基板301的深度的凹槽，并且凹槽填充有绝缘材料以形成STI部1240。用于STI部1240的绝缘材料的实施例包括氧化硅。在这种情况下，从Si天线251输出的传输信号Stx1的一部分被下层1300反射，这使得可以抑制在传输信号Stx1中出现旁瓣(波束发散)。
<7.实施方式的变形例>
对上述实施方式的变形例进行说明。在以下变形例中，对与上述实施方式相同的构成要素标注相同的附图标记。
[变形例A]
在上述实施方式及其修改例中，例如，如图22中所示，可以在PIC基板200A中提供锥形光波导部208。锥形光波导部208在与光波导WG1的端面连续的表面上具有端面。光波导部208包括例如SiN或SiON，并通过使用灰度抗蚀剂的蚀刻工艺形成。在这样的情况下，如果激光器210被安装在PIC基板200A上，将激光器210的光斑(有源层211)设置在与Si层201(光波导WG1)和光波导部208相同的层中就足够了。因此，可以缓和激光器210的对准精度。
图22、图23和图24各自示出了在PIC基板200A上安装激光器210的方法的修改例。在本变形例中，例如，如图22中所示，激光器210可以利用介于其间的焊料213安装在PIC基板200A上。例如，如图23中所示，可以通过将激光器210的电极(Cu电极215)和包括Cu的耦接焊盘207彼此接合，来将激光器210安装在PIC基板200A上。例如，如图24中所示，激光器210可以被安装在嵌入在PIC基板200A中的耦接焊盘207上，凸块212***在耦接焊盘207之间。因此，在本变形例中，作为在PIC基板200A上安装激光器210的方法，可应用各种方法。
[变形例B]
在上述实施方式及其修改例中，可使用在堆叠方向上发射激光L的激光器280来代替从端面发射激光L的激光器210。激光器280包括竖直腔表面发射激光器(VCSEL)。激光器280包括例如有源层281和一对分布式布拉格反射器(DBR)层，如图25所示。有源层281在厚度方向上被夹在一对DBR层之间。
PIC基板200A可以包括例如在与激光器280相对的位置处的光耦合器209，如图25所示。光耦合器209将从激光器280发射的激光L引导至光波导WG1。在这种情况下，光耦合器209包括例如设置在Si层201中的衍射光栅。
PIC基板700A可以包括例如如图26中所示的光耦合器209。在这种情况下，Si基板111可以在与激光器280相对的位置处具有例如激光器280装配于其中的开口111a。在这种情况下，激光器280被装配到开口111a中。树脂等可以设置在开口111a中以固定激光器280。
如上所述，竖直腔表面发射激光器用作输出光信号的光源，并且使用光耦合器209将从表面发射激光器输出的光信号引导至光波导WG1。这使得可以通过自对准来对准光波导WG1和表面发射激光器，这使得可以减少由于未对准而导致的光损耗并且提高耦合效率。
在本变形例中，可以设置折射从激光器280发射的激光L以使激光L倾斜地进入光耦合器209的光学元件(例如，棱镜290)。棱镜290设置在激光器280和光耦合器209之间。例如，如图27所示，可以在层间绝缘膜202中提供棱镜290。这使得可以有效地将激光L传播至光耦合器209中的Si天线251。因此，能够进一步提高光波导WG1与表面发射激光器之间的光耦合。
在本变形例中，激光器280可以在与堆叠方向倾斜交叉的方向上发射激光L。例如，邻近激光器280中的有源层281设置复合光子晶体层。在复合光子晶体层中，两种类型的光子晶体之间的周期差连续变化。此外，在激光器280中，划分的电极布置在多个级中。因此，当同时驱动设置在多级中的多个电极中的一些相邻电极时，电极的驱动位置依次逐个偏移，这使得可以通过选择性地激励光子晶体部而使具有各种晶格常数差的光子晶体(谐振器)部振荡。因此，可以根据激发位置改变激光L的发射角。
在本变形例中，例如，如图28所示，激光L倾斜地进入光耦合器209。这使得可以有效地将激光L传播至光耦合器209中的Si天线251。因此，能够进一步提高光波导WG1与表面发射激光器之间的光耦合。
[变形例C]
在上述实施方式及其变形例中，间隙可以设置在与Si天线251接触的位置处。例如，如在图29中所图示的，在PIC基板700A中，层间绝缘膜202和BOX层203两者可以具有间隙706(例如，空气间隙)。间隙706被设置在与Si天线251相对的位置处。以这种方式设置间隙706使得可以使来自Si天线251的振荡角比没有设置间隙的情况下的振荡角宽约1.5倍。
在本变形例中，层间绝缘膜202可以包括在与间隙706接触的位置处的壁部707。此外，在本修改例中，BOX层203可以在与间隙706接触的位置处包括壁部708。壁部707和708各自包括例如抵抗适合于蚀刻Si的蚀刻剂的材料(例如，SiN)。
接着，对本变形例的距离测量装置的制造方法进行说明。首先，制备其中在BOX层203中提供壁部707的SOI基板110(图30A)。接下来，在SOI基板110的Si层201中形成光波导WG1、WG2和WG3、分割器230、循环器240、Si天线251、耦合器260和Ge-PD 271和272的部分(Si平台部71和p型Si层72)(图30A)。接着，在SOI基板110上形成层间绝缘膜202(图30B)。接下来，在层间绝缘膜202中形成壁部707(图30C)。
接下来，形成在层间绝缘膜202的前表面上被壁部707包围的位置处具有开口2110的抗蚀剂层2100(图30D)。接下来，使用适合于蚀刻Si的蚀刻剂选择性地蚀刻层间绝缘膜202和BOX层203。由此在层间绝缘膜202和BOX层203二者中形成间隙706。因此，制造根据本变形例的距离测量装置。
在本变形例中，例如，如图31所示，可以设置透镜205堆叠在Si基板720上的模块透镜710。在这种情况下，间隙706可以利用模块透镜710密封。因此，在使用模块透镜710的情况下，可以以介于其间的间隙706将透镜205布置在Si天线251上。
[变形例D]
在上述实施方式及其修改例中，间隙可以仅设置在与Si天线251接触的上部区域和下部区域中的一个区域中。例如，如图32中所示，在PIC基板200A中，仅层间绝缘膜202可以具有间隙258(例如，空气间隙)。间隙258设置在与Si天线251相对的位置处。
在本变形例中，层间绝缘膜202可以包括在与间隙258接触的位置处的壁部257。壁部257包括例如对适合于蚀刻Si和SiO2的蚀刻剂具有抗性的材料(例如，SiN)。
接着，对本变形例的距离测量装置的制造方法进行说明。首先，准备SOI基板110。接着，在SOI基板110上形成层间绝缘膜202(图33A)。接下来，在形成穿透层间绝缘膜202的凹槽部之后，形成壁部257以填充凹槽部(图33B)。随后，形成层间绝缘膜202以将壁部257嵌入其中(图33C)。
接着，使层间绝缘膜202的表面和层间绝缘膜302的表面相对，使SOI基板110和下部管芯300接合(图33D)。由此，SOI基板110和下部管芯300彼此电耦接。接下来，去除SOI基板110中的Si基板111和BOX层203(图33E)。由此，Si层201被暴露。接下来，在SOI基板110的Si层201中形成光波导WG1、WG2和WG3、分割器230、循环器240、耦接器260和Ge-PD 271和272的部分(Si平台部71和p型Si层72)(图33E)。
接下来，在Si层201的前表面上形成具有开口2210的抗蚀剂层2200(图33F)。接下来，使用抗蚀剂层2200作为掩模以使用适合于蚀刻Si的蚀刻剂选择性地蚀刻Si层201(图33G)。由此，在Si层201中形成Si天线251。接下来，使用适合于蚀刻SiO2的蚀刻剂选择性地蚀刻层间绝缘膜202以在Si天线251的正下方形成间隙258(图33H)。此后，去除抗蚀剂层2200(图33I)。因此，制造根据本变形例的距离测量装置。
在本变形例中，在PIC基板200A中，仅层间绝缘膜202具有间隙258。间隙258设置在与Si天线251相对的位置处。以这种方式设置间隙258使得可以使来自Si天线251的振荡角比没有设置间隙的情况下的振荡角宽约1.5倍。
在本变形例中，例如，如图34所示，可以设置透镜205堆叠在Si基板910上的模块透镜900。在这种情况下，间隙258可用模块透镜900密封。因此，在使用模块透镜900的情况下，可以在Si层201上设置透镜205，其间***间隙258。
[变形例E]
在上述实施方式及其变形例中，可以设置反射层，该反射层将已经穿透Si天线251的接收信号Srx反射至Si天线251的一侧。例如，如图35所示，在PIC基板200A中，可以在层间绝缘膜202中设置反射层204a。反射层204a设置在层间绝缘膜202中与Si天线251相对的位置。反射层204a反射返回信号Srx，并且使由此反射的光进入Si天线251。在这种情况下，在下部管芯300中，设置接合至反射层204a的布线层303a。反射层204a以及布线层303a例如由Cu构成。由此，通过设置反射层204a，能够期待通过反射层204a的反射来提高量子效率的效果。
[变形例F]
在上述实施方式及其修改例中，激光器和信号处理基板可以通过接合线彼此耦接。
例如，如图36中所示，在距离测量装置100中，提供通孔308，其从PIC基板200A的切口部206的底部表面到达下部管芯300的层间绝缘膜302中的布线层307。此外，提供接合线309，其耦接到在通孔308的底部表面上暴露的布线层307的前表面和边缘发射层210的电极214的前表面。布线层307和电极214每个都包括例如金(Au)。接合线309包括例如金(Au)。在这种情况下，可以在激光器210的安装位置上具有自由度。
例如，如图37中所示，在距离测量装置100中，提供通孔308，其从PIC基板200A的切口部203a的底部表面到达下部管芯300的层间绝缘膜302中的布线层307。此外，提供接合线309，其耦接到在通孔308的底部表面上暴露的布线层307的前表面和表面发射激光器280的电极282的前表面。设置切口部203a以缩短激光器280的有源层281与光耦合器209之间的距离。布线层307及电极282例如由金(Au)构成。接合线309包括例如金(Au)。在这种情况下，可以在激光器280的安装位置具有自由度。
例如，如图38所示，在距离测量装置1100中，设置从PIC层1200A的切口部402b的底部表面到达下层1300的绝缘层305中的布线层305a的通孔410。此外，设置结合配线411，该结合配线411耦接至通孔410的底部表面上暴露的布线层305a的前表面和表面发射激光器280的电极282的前表面。设置切口部402b以缩短激光器280的有源层281与光耦合器209之间的距离。布线层305a和电极282包括例如金(Au)。接合线411包括例如金(Au)。在这种情况下，可以在激光器280的安装位置具有自由度。
<8.应用实施例>
根据本公开的技术可应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以以待安装至任何种类的移动体的设备的形式实现，所述移动体诸如汽车、电动车辆、混合电动车辆、摩托车、自行车、个人移动性、飞机、无人机、船舶、机器人、建筑机器以及农业机器(牵引车)。
图39是描述车辆控制***7000的示意性配置的实施例的框图，车辆控制***7000作为可应用根据本公开的实施方式的技术的移动体控制***的实施例。车辆控制***7000包括经由通信网络7010彼此连接的多个电子控制单元。在图39所示的实施例中，车辆控制***7000包括驱动***控制单元7100、车身***控制单元7200、电池控制单元7300、车外信息检测单元7400、车内信息检测单元7500和集成控制单元7600。例如，将多个控制单元彼此连接的通信网络7010可以是符合任意标准的车载通信网络，诸如控制器局域网(CAN)、局域互联网(LIN)、局域网(LAN)、FlexRay(注册商标)等。
每个控制单元包括：微型计算机，根据各种程序执行运算处理；存储部，存储由微型计算机执行的程序、用于各种操作的参数等；以及驱动电路，其驱动各种控制对象设备。每个控制单元还包括：网络接口(I/F)，用于经由通信网络7010与其他控制单元执行通信；以及通信I/F，用于通过有线通信或无线电通信与车辆内和车外的设备、传感器等进行通信。图39所示的集成控制单元7600的功能配置包括微计算机7610、通用通信I/F7620、专用通信I/F 7630、定位部7640、信标接收部7650、车载装置I/F 7660、声音/图像输出部7670、车载网络I/F 7680和存储部7690。其他控制单元类似地包括微计算机、通信I/F、存储部等。
驱动***控制单元7100根据各种程序控制与车辆的驱动***相关的装置的操作。例如，驱动***控制单元7100用作用于生成车辆的驱动力的驱动力生成装置(诸如内燃机、驱动电机等)、用于将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构、用于调节车辆的转向角的转向机构、用于生成车辆的制动力的制动装置等的控制装置。驱动***控制单元7100可以具有作为防抱死制动***(ABS)、电子稳定控制(ESC)等的控制装置的功能。
驱动***控制单元7100与车辆状态检测部7110连接。车辆状态检测部7110例如包括检测车体的轴向旋转运动的角速度的陀螺仪传感器、检测车辆的加速度的加速度传感器和用于检测加速踏板的操作量、制动踏板的操作量、方向盘的转向角、发动机转速和车轮的转速等的传感器中的至少一者。驱动***控制单元7100使用从车辆状态检测部7110输入的信号进行运算处理，对内燃机、驱动电动机、电动动力转向装置、制动装置等进行控制。
车身***控制部7200根据各种程序来控制设置于车身的各种设备的操作。例如，车身***控制单元7200用作用于无钥匙进入***、智能钥匙***、电动车窗装置或诸如前照灯、后备灯、制动灯、转向信号、雾灯等的各种灯的控制装置。在这种情况下，从移动装置发射的无线电波作为按键或者各种开关的信号的替代物可以被输入到主体***控制单元7200。车身***控制单元7200接收这些输入的无线电波或信号，并且控制车辆的门锁装置、电动车窗装置、灯等。
电池控制单元7300根据各种程序控制作为用于驱动电机的电源的二次电池7310。例如，从包括二次电池7310的电池设备向电池控制单元7300供应关于电池温度、电池输出电压、电池中剩余电荷量等的信息。电池控制单元7300使用这些信号执行算术运算处理，并且执行用于调节二次电池7310的温度的控制或控制提供给电池设备等的冷却设备。
车外信息检测部7400检测包含车辆控制***7000的车外的信息。例如，车外信息检测部7400与成像部7410和车外信息检测部7420中的至少一个连接。成像部7410包括飞行时间(ToF)相机、立体相机、单目相机、红外相机和其他相机中的至少一者。例如，车外信息检测部7420包括用于检测当前大气条件或天气条件的环境传感器和用于检测在包括车辆控制***7000的车辆的***的其他车辆、障碍物、行人等的***信息检测传感器中的至少一者。
例如，环境传感器可以是检测雨的雨滴传感器、检测雾的雾传感器、检测阳光程度的阳光传感器、以及检测降雪的雪传感器中的至少一者。***信息检测传感器可以是超声波传感器、雷达装置以及LIDAR装置(光检测和距离测量装置，和激光成像检测和距离测量装置)中的至少一者。成像部7410和车外信息检测部7420中的每一个可以被设置为独立的传感器或装置，或者可以被设置为其中多个传感器或装置被集成的装置。
图40是成像部7410和车外信息检测部7420的安装位置的实施例。成像部7910、7912、7914、7916和7918例如设置在车辆7900的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门上的位置和车辆内部中的挡风玻璃的上部上的位置中的至少一者处。设置在车辆内部的前鼻部的成像部7910和设置在挡风玻璃的上部的成像部7918主要获得车辆7900的前方的图像。设置于侧视镜的成像部7912和7914主要获得车辆7900的侧面的图像。设置在后保险杠或后门的成像部7916主要获得车辆7900的后方的图像。设置在车辆内部内的挡风玻璃的上部的成像部7918主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、信号、交通标志、车道等。
顺便提及，图40示出各个成像部7910、7912、7914和7916的拍摄范围的实施例。成像范围a表示设置到前鼻子的成像部7910的成像范围。成像范围b和c分别表示提供给侧视镜的成像部7912和7914的成像范围。成像范围d表示设置到后保险杠或后门的成像部7916的成像范围。例如，通过叠加由成像部7910、7912、7914和7916成像的图像数据，能够获得从上方观看的车辆7900的鸟瞰图像。
设置于车辆7900的前方、后方、侧方、角落和车辆内部的挡风玻璃的上部的车外信息检测部7920、7922、7924、7926、7928、7930例如也可以是超声波传感器或雷达装置。设置于车辆7900的前鼻子、后保险杠、车辆7900的后门、车室内的挡风玻璃的上部的车外信息检测部7920、7926、7930例如也可以是LIDAR装置。这些车外信息检测部7920至7930主要用于检测先行车、行人、障碍物等。
返回图39，将继续描述。车外信息检测部7400使成像部7410拍摄车外的图像，接收拍摄图像数据。另外，车外信息检测部7400从与车外信息检测部7400连接的车外信息检测部7420接收检测信息。在车外信息检测部7420是超声波传感器、雷达装置、LIDAR装置的情况下，车外信息检测部7400发送超声波、电磁波等，并且接收接收到的反射波的信息。车外信息检测部7400基于接收到的信息，可以进行对人类、车辆、障碍物、标志、路面上的文字等对象进行检测的处理、或者与对象之间的距离进行检测的处理。另外，车外信息检测部7400也可以基于接收到的信息进行识别降雨、雾、路面状况等的环境识别处理。车外信息检测单元7400可以基于所接收的信息来计算到车辆外部的对象的距离。
另外，车外信息检测部7400可以基于接收到的图像数据来进行对人类、车辆、障碍物、标志、路面上的文字等进行识别的图像识别处理或者检测距其距离的处理。车外信息检测单元7400可以将所接收的图像数据进行诸如失真校正、对准等的处理，并且将通过多个不同的成像部7410成像的图像数据组合以生成鸟瞰图像或全景图像。车外信息检测部7400可以使用由成像部7410拍摄到的图像数据来进行视点变换处理，该成像部7410包括互不相同的成像部分。
车载信息检测单元7500检测关于车辆内部的信息。例如，车载信息检测单元7500与检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测部7510连接。驾驶员状态检测部7510可以包括对驾驶员成像的相机、检测驾驶员的生物信息的生物传感器、收集车辆内部内的声音的麦克风等。生物传感器例如设置在座椅表面、方向盘等中，并检测坐在座椅上的乘客或保持方向盘的驾驶员的生物信息。基于从驾驶员状态检测部7510输入的检测信息，车载信息检测单元7500可以计算驾驶员的疲劳度或驾驶员的集中度，或者可以确定驾驶员是否打瞌睡。车载信息检测单元7500可以使通过收集声音获得的音频信号经受诸如噪声消除处理等的处理。
综合控制单元7600根据各种程序控制车辆控制***7000内的一般操作。综合控制单元7600与输入部7800连接。输入部7800由触摸面板、按钮、麦克风、开关、杆等能够由乘员进行输入操作的装置实现。集成控制单元7600可以被供应通过对通过麦克风输入的语音的语音识别而获得的数据。输入部7800可以例如是使用红外线或其他无线电波的远程控制设备，或者支持车辆控制***7000的操作的外部连接设备，诸如移动电话、个人数字助理(PDA)等。输入部7800可以是例如相机。在这种情况下，乘坐者可以通过手势输入信息。替代地，可以输入通过检测乘员穿戴的可穿戴装置的运动而获得的数据。此外，输入部7800可以例如包括输入控制电路等，该输入控制电路等基于乘员等使用上述输入部7800输入的信息来生成输入信号，并将所生成的输入信号输出至综合控制单元7600。乘员等通过操作输入部7800，向车辆控制***7000输入各种数据或者指示处理操作。
存储部7690可以包括存储由微型计算机执行的各种程序的只读存储器(ROM)和存储各种参数、操作结果、传感器值等的随机存取存储器(RAM)。此外，存储部7690可以通过诸如硬盘驱动器(HDD)等的磁存储设备、半导体存储设备、光存储设备、磁光存储设备等来实现。
通用通信I/F 7620是被广泛使用的通信I/F，该通信I/F调解与存在于外部环境7750中的各种设备的通信。通用通信I/F 7620可以实现蜂窝通信协议，诸如全球移动通信***(GSM(注册商标))、全球微波接入互操作性(WiMAX(注册商标))、长期演进(LTE(注册商标))、LTE-高级(LTE-A)等，或者诸如无线LAN(也称为无线保真(Wi-Fi(注册商标))、蓝牙(注册商标)等的另一无线通信协议。例如，通用通信I/F 7620可以经由基站或接入点连接到存在于外部网络(例如，互联网、云网络或公司特定网络)上的装置(例如，应用服务器或控制服务器)。此外，例如，通用通信I/F 7620可以使用对等(P2P)技术连接至存在于车辆附近的终端(该终端例如是驾驶员的终端、行人或商店、或机器型通信(MTC)终端)。
专用通信I/F 7630是支持开发用于在车辆中使用的通信协议的通信I/F。专用通信I/F 7630可以实现标准协议，例如，如车辆环境中的无线接入(WAVE)(其是作为较低层的电气和电子工程师协会(IEEE)802.11p和作为较高层的IEEE 1609的组合)、专用短程通信(DSRC)、或蜂窝通信协议。专用通信I/F 7630通常执行V2X通信作为包括以下各项中的一项或多项的概念：车辆与车辆(车辆到车辆)之间的通信、道路与车辆(车辆到基础设施)之间的通信、车辆与家庭(车辆到家庭)之间的通信、以及行人与车辆(车辆到行人)之间的通信。
定位部7640例如通过从GNSS卫星接收全球导航卫星***(GNSS)信号(例如，来自全球定位***(GPS)卫星的GPS信号)来执行定位，并且生成包括车辆的纬度、经度和海拔的位置信息。顺便提及，定位部7640可以通过与无线接入点交换信号来识别当前位置，或者可以从诸如移动电话、个人手持电话***(PHS)或具有定位功能的智能电话之类的终端获得位置信息。
例如，信标接收部7650接收从安装在道路等上的无线电站发射的无线电波或电磁波，并且由此获得有关当前位置、拥堵、封闭道路、必要时间等的信息。顺便提及，信标接收部7650的功能可以被包括在上述专用通信I/F 7630中。
车载装置I/F 7660是调解微型计算机7610和车辆内存在的各种车载装置7760之间的连接的通信接口。车载装置I/F 7660可以使用诸如无线LAN、蓝牙(注册商标)、近场通信(NFC)或无线通用串行总线(WUSB)的无线通信协议来建立无线连接。此外，车载装置I/F7660可以经由未在图中示出的连接端子(以及线缆，如果必要的话)通过通用串行总线(USB)、高清多媒体接口(HDMI(注册商标))、移动高清链路(MHL)等建立有线连接。车载装置7760可以例如包括乘员拥有的移动装置和可穿戴装置以及被携带或附接至车辆的信息装置中的至少一者。车载装置7760还可以包括搜索到任意目的地的路径的导航装置。车载装置I/F 7660与这些车载装置7760交换控制信号或数据信号。
车载网络I/F 7680是对微型计算机7610与通信网络7010的通信进行中介的接口。车载网络I/F 7680根据通信网络7010所支持的预定协议来发送和接收信号等。
集成控制单元7600的微型计算机7610基于经由通用通信I/F 7620、专用通信I/F7630、定位部7640、信标接收部7650、车载装置I/F 7660以及车载网络I/F 7680中的至少一个获得的信息，根据各种程序控制车辆控制***7000。例如，微型计算机7610可以基于所获得的关于车辆内部和外部的信息计算驱动力生成装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且向驱动***控制单元7100输出控制命令。例如，微型计算机7610可以执行旨在实现高级驾驶员辅助***(ADAS)的功能的协作控制，该功能包括用于车辆的防碰撞或减震、基于跟随距离的跟随驾驶、维持驾驶的车辆速度、车辆碰撞的警告、车辆与车道的偏离的警告等。另外，微型计算机7610可通过基于所获得的关于车辆周围环境的信息控制驱动力生成装置、转向机构、制动装置等，来执行意图用于自动驾驶的协作控制，其使车辆自动行驶而不取决于驾驶员的操作等。
微型计算机7610可以基于经由通用通信I/F 7620、专用通信I/F 7630、定位部7640、信标接收部7650、车载装置I/F 7660和车载网络I/F 7680中的至少一者获得的信息来生成车辆和诸如周围结构、人等的对象之间的三维距离信息，并且生成包括关于车辆的当前位置的周围的信息的局部地图信息。此外，微型计算机7610可基于获得的信息预测诸如车辆的碰撞、行人等的接近、进入封闭道路等的危险，并生成警告信号。警告信号例如可以是用于生成警告声音或点亮警告灯的信号。
声音/图像输出部7670将声音和图像中的至少一者的输出信号发送到输出装置，该输出装置能够视觉地或听觉地将信息通知给车辆的乘员或车辆外部。在图39的实施例中，音频扬声器7710、显示部7720和仪表面板7730被图示为输出设备。例如，显示部7720可以包括板载显示器和平视显示器中的至少一个。显示部7720可以具有增强现实(AR)显示功能。输出设备可以是不同于这些设备，并且可以是诸如耳机的另一设备、诸如由乘客等佩戴的眼镜型显示器的可佩戴设备、投影仪、灯等。在输出设备是显示设备的情况下，显示设备以各种形式(诸如文本、图像、表格、图形等)可视地显示通过由微型计算机7610执行的各种处理获得的结果或从另一控制单元接收的信息。此外，在输出装置是音频输出装置的情况下，音频输出装置将由再现的音频数据或声音数据等组成的音频信号转换成模拟信号，并且在听觉上输出模拟信号。
顺便提及，在图39中所描绘的实施例中，经由通信网络7010彼此连接的至少两个控制单元可以集成到一个控制单元中。可替代地，每个单独的控制单元可以包括多个控制单元。此外，车辆控制***7000可以包括图中未示出的另一个控制单元。另外，由以上描述中的控制单元之一执行的功能的部分或全部可以被分配给另一控制单元。也就是说，只要经由通信网络7010发送和接收信息，就可以由任何控制单元执行预定算术处理。类似地，连接到控制单元中的一个的传感器或装置可以连接到另一控制单元，并且多个控制单元可以经由通信网络7010相互发送和接收检测信息。
要注意的是，可以在任何控制单元等上安装计算机程序，用于实现参照图1至图38等描述的距离测量装置的每个功能。此外，还可以提供其中存储这种计算机程序的计算机可读记录介质。记录介质是例如磁盘、光盘、磁光盘、闪存等。此外，上述计算机程序可以通过网络分布，例如，不使用记录介质。
上述车辆控制***7000能够使用参考图1至图38等描述的任何距离测量装置例如作为作为环境传感器的LIDAR的光源转向部。此外，使用参照图1至图38等描述的任何距离测量装置的光学计算单元能够在成像部中执行图像识别。在使用图1至图38等中说明的距离测定器作为高效率且高亮度的投影装置的情况下，能够将线或文字投影在地面上。具体地，可以显示用于在车辆向后移动时车辆外部的人识别车辆将要行驶的位置的线，或者在通往行人时显示以光交叉的行人。
另外，参见图1至图38等描述的测距设备的至少一些部件可以在图39中所示的集成控制单元7600的模块(例如，包括在一个管芯中的集成电路模块)中实现。替代地，参见图1至图38等描述的距离测量装置可以由图39所示的车辆控制***7000的多个控制单元来实现。
尽管已经参考实施方式及其变形例描述了本公开，但是本公开不限于上述实施方式等，并且可以各种方式进行修改。应注意，本文中描述的效果仅是说明性的。本公开的效果不限于本文中描述的那些效果。本公开可具有除本文中描述的效果之外的效果。
此外，例如，本公开还可具有以下配置。
(1)
一种距离测量装置，包括：
光子积分电路基板，包括设置在公共硅层中的第一波导、分割器、第二波导和信号发生器，所述第一波导发送啁啾信号，所述分割器将所述啁啾信号分路为传输信号和参考信号，所述第二波导发送与相对于所述传输信号具有延迟相位的信号对应的返回信号，并且所述信号发生器基于所述参考信号和所述返回信号生成节拍信号；以及
信号处理基板，包括转换器和信号处理器，所述转换器执行所述节拍信号的模数转换，并且所述信号处理器处理由所述转换器生成的数字的节拍信号，以及
所述光子积分电路基板和所述信号处理基板彼此堆叠，并且通过所述光子积分电路基板和所述信号处理基板之间的接合表面彼此电耦接。
(2)
根据(1)所述的距离测量装置，其中，所述调制器和硅天线设置在所述硅层中，所述调制器生成所述啁啾信号，并且所述硅天线将所述传输信号输出至外部，并且从所述外部接收所述返回信号。
(3)
根据(1)至(2)中的一项或多项所述的距离测量装置，还包括光源芯片，所述光源芯片安装在所述光子集成电路基板上，并生成光信号，其中，
所述信号处理基板包括控制器，所述控制器控制所述光源芯片、所述调制器和所述硅天线，
所述光源芯片根据所述控制器的控制生成所述光信号，
调制器根据由控制器的控制对光信号进行调制以生成啁啾信号，以及
所述硅天线根据所述控制器的控制在外部的预定区域中扫描所述传输信号。
(4)
根据(1)至(3)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，所述光子集成电路基板和所述信号处理基板通过将铜焊盘彼此接合而彼此电耦接，所述铜焊盘被设置在所述光子集成电路基板与所述信号处理基板之间的接合表面上。
(5)
根据(1)至(4)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，所述光子集成电路基板和所述信号处理基板通过穿透所述光子集成电路基板和所述信号处理基板之间的接合表面的导通孔彼此电耦接。
(6)
根据(1)至(5)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，所述信号处理基板具有尺寸小于所述光子集成电路基板的芯片形状，并且被安装在所述光子集成电路基板的前表面上。
(7)
根据(1)至(6)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，
所述信号处理基板还包括第一标记，并且
所述光子集成电路基板在与所述第一标记相对的位置处还包括第二标记。
(8)
根据(1)至(7)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，
所述光源芯片包括边缘发射激光器，并安装在所述光子集成电路基板上，将所述光源芯片的光斑设置为与所述硅层处于相同高度，以及
所述光源芯片通过所述第一波导的端面将所述光信号输入至所述调制器。
(9)
根据(1)至(8)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，所述光源芯片和所述光子集成电路基板通过将铜焊盘彼此接合而彼此电耦接，所述铜焊盘被设置在所述光源芯片与所述光子集成电路基板之间。
(10)
根据(1)至(9)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，所述光源芯片和所述光子集成电路基板通过设置在所述光源芯片和所述光子集成电路基板之间的金属凸块彼此电耦接。
(11)
根据(1)至(10)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，在所述光子集成电路基板中，提供锥形波导部，所述锥形波导部具有在与所述第一波导的端面连续的表面上的端面。
(12)
根据(1)至(11)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，
所述光源芯片包括在堆叠方向上输出所述光信号的激光器，并且
在所述硅层中设置有光耦合器，所述光耦合器将所述光源芯片和所述第一波导彼此光耦合。
(13)
根据(1)至(12)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，
所述光源芯片包括在堆叠方向上输出所述光信号的激光器，并且
在所述光子集成电路基板中，折射所述光信号的光学元件被设置在所述光源芯片与所述硅层之间，并且光耦合器被设置在所述硅层中，所述光耦合器将所述光源芯片和所述第一波导彼此光耦合，所述光学元件介于所述光源芯片和所述第一波导之间。
(14)
根据(1)至(13)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，
所述光源芯片包括在与堆叠方向倾斜交叉的方向上输出所述光信号的激光器，并且
在所述硅层中设置有光耦合器，所述光耦合器将所述光源芯片和所述第一波导彼此光耦合。
(15)
根据(1)至(14)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，所述光子集成电路基板在与所述硅天线接触的位置处具有间隙。
(16)
根据(1)至(15)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，
所述光子集成电路基板包括第一绝缘层和第二绝缘层，所述硅层夹在所述第一绝缘层和所述第二绝缘层之间，以及
所述第一绝缘层和所述第二绝缘层中的一者或两者具有所述间隙。
(17)
根据(1)至(16)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，在所述光子集成电路基板中，在与所述硅天线相对的位置处设置反射层，所述反射层反射所述返回信号以使得反射光进入所述硅天线。
(18)一种距离测量装置，包括：
第一基板，包括：
第一光波导，被配置为传送啁啾信号；
分割器，被配置为将所述啁啾信号分割为传输信号和参考信号；以及
耦合器和检测器块，被配置为基于参考信号和反射信号输出节拍信号；以及
第二基板，堆叠在所述第一基板上并且包括：
转换器，被配置为基于节拍信号输出数字节拍信号；以及控制器，被配置为输出控制所述啁啾信号的生成的电子控制信号。
(19)根据(18)所述的距离测量装置，其中，所述第一基板还包括：
光源，安装在第一基板上并且生成光，该光用于由调制器进行调制以生成啁啾信号；
天线，发送所述啁啾信号并且接收所述反射信号。
(20)根据(18)至(19)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，所述耦接器和检测器块包括：
光耦合器，耦合所述参考信号和所述反射信号；以及
至少一个检测器，检测所述光耦合器的输出以输出所述节拍信号。
(21)根据(18)至(20)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，所述第一基板和所述第二基板包括将所述耦合器和检测器块电连接到所述转换器的一个或多个布线层。
(22)根据(18)至(21)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，所述一个或多个布线层包括接合至所述第二基板的第二多个焊盘的所述第一基板的第一多个焊盘。
(23)根据(18)至(22)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，所述一个或多个布线层包括一个或多个导通孔，该一个或多个导通孔将所述第一基板接合至所述第二基板。
(24)根据(18)至(23)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，所述光源包括设置在所述第一基板中的光耦合器之上的竖直腔表面发射激光器。
(25)根据(18)至(24)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，所述一个或多个导通孔包括穿透所述第一基板的导通孔。
(26)根据(18)至(25)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，所述第二基板的覆盖区小于所述第一基板的覆盖区。
(27)根据(18)至(26)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，所述第二基板还包括位于所述天线下方的浅凹槽隔离区。
(28)根据(18)至(27)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，所述第一基板还包括在所述天线上方或下方的空气间隙。
(29)根据(18)至(28)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，所述第一基板还包括在所述天线上方和下方的空气间隙。
(30)根据(18)至(29)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，所述第一基板和所述第二基板中的至少一者包括在所述天线下方的反射层。
(31)根据(18)至(30)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，所述光源通过接合线电连接至所述第二基板。
(32)根据(18)至(31)中的一项或多项所述的距离测量装置，还包括锥形光波导，所述锥形光波导位于所述第一光波导的接收所述啁啾信号的端部处。
(33)一种距离测量装置，包括：
第一基板，包括向对象输出传输信号并且接收来自所述对象的反射信号的一个或多个光学电路；以及
第二基板，接合至所述第一基板并且包括一个或多个电子电路，所述一个或多个电子电路控制所述传输信号的生成并且处理所述反射信号。
(34)根据(33)所述的距离测量装置，其中，所述一个或多个光学电路包括：
一个或多个波导；
分割器，将来自光源的啁啾信号分割成参考信号和传输信号；
天线，发送所述传输信号并且接收所述反射信号；
耦合器，耦合所述参考信号和所述反射信号；以及
检测器，检测所述耦合器的输出以输出节拍信号。
(35)根据(33)至(34)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，该一个或多个电子电路包括：
数模转换器(DAC)，驱动所述光源；
模数转换器(ADC)，从所述检测器接收所述节拍信号；以及
控制器，耦接至所述数模转换器和所述数模转换器。
(36)根据(33)至(35)中的一项或多项所述的距离测量装置，其中，第一基板和第二基板包括将DAC电连接至光源并且将检测器电连接至ADC的一个或多个布线层。
(37)一种***，包括：
对象；以及
距离测量装置，所述距离测量装置测量至所述对象的距离，所述距离测量装置包括：
第一基板，包括：
第一光波导，被配置为传送啁啾信号；
分割器，被配置为将所述啁啾信号分割为传输信号和参考信号；以及
耦合器和检测器块，被配置为基于参考信号和反射信号输出节拍信号；以及
第二基板，堆叠在所述第一基板上并且包括：
转换器，被配置为基于节拍信号输出数字节拍信号；以及
控制器，被配置为输出控制所述啁啾信号的生成的电子控制信号。
在根据本公开的实施方式的距离测量装置中，在PIC基板中，在公共硅层中提供第一波导、分割器、第二波导和信号发生器。此外，转换器和信号处理器设置在信号处理基板中。此外，PIC基板和信号处理基板彼此堆叠，并且通过PIC基板和信号处理基板之间的接合表面彼此电耦接。与其中多个RF部件通过光纤耦接的模块相比，这允许小型化。
本领域技术人员应理解，根据设计需求和其他因素，可出现各种修改、组合、子组合和变更，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内即可。
[参考标号列表]
71Si平台部
72p型Si层
73岛状i型Ge层
74二维生长的i-型Ge层
75n型Ge层
76 n侧电极
77 p侧电极
100,500,600,1100距离测量装置
110 SOI基板
111 Si基板
111a 开口
200,400上部管芯
200A,400A,700A PIC基板
201 Si层
202 层间绝缘膜
203 BOX层
204,207耦接焊盘
204a 反射层
205 透镜
206 切口部
208 光波导部
209 光耦合器
210激光器
211 有源层
212 凸块
213 焊料
215 Cu电极
220 调制器
230 分割器
240 循环器
250 天线
251 Si天线
252 加热器
253,254,255光开关
258 间隙
257 壁部
260耦合器
261,262光波导
270检测器
271,272Ge-PD
273 跨阻抗放大器
280 激光器
281 有源层
290 棱镜
300,700下部管芯
301 Si基板
302 层间绝缘膜
303 耦接焊盘
304 标记
305 绝缘层
306 遮光层
310 控制器
320DAC
330ADC
340FFT
401 绝缘层
402 层间绝缘膜
403,407导通孔
404布线层
405,409遮光部
406 切口部
408 耦接焊盘
701 切口部
702 耦接焊盘
703 标记
704 布线层
705Ge-PD
706间隙
707,708壁部
709 凹槽部
710 模块透镜
720 Si基板
800 上部芯片
900 模块透镜
910 Si基板
1200 上层
1200A PIC层
1210,1230过孔
1220 布线层
1240 STI部
1300 下层
2100,2200抗蚀剂层
2110,2210开口
S1接合表面
S2入口/出口表面
S3,S4前表面
Sbt节拍信号
Stx,Stx1,Stx2传输信号
Srx接收信号
TG目标
WG1,WG2,WG3光波导。

Claims (20)

1.一种距离测量装置，包括：
第一基板，包括：
第一光波导，被配置为传送啁啾信号；
分割器，被配置为将所述啁啾信号分割为传输信号和参考信号；以及
耦合器和检测器块，被配置为基于所述参考信号和反射信号输出节拍信号；以及
第二基板，堆叠在所述第一基板上并且包括：
转换器，被配置为基于所述节拍信号输出数字节拍信号；以及
控制器，被配置为输出控制所述啁啾信号的生成的电子控制信号。
2.根据权利要求1所述的距离测量装置，其中，所述第一基板还包括：
光源，安装在所述第一基板上并且生成光，所述光用于由调制器进行调制以生成所述啁啾信号；
天线，发送所述啁啾信号并且接收所述反射信号。
3.根据权利要求1所述的距离测量装置，其中，所述耦合器和检测器块包括：
光耦合器，耦合所述参考信号和所述反射信号；以及
至少一个检测器，检测所述光耦合器的输出以输出所述节拍信号。
4.根据权利要求1所述的距离测量装置，其中，所述第一基板和所述第二基板包括将所述耦合器和检测器块电连接到所述转换器的一个或多个布线层。
5.根据权利要求4所述的距离测量装置，其中，所述一个或多个布线层包括所述第一基板的第一多个焊盘，所述第一基板的所述第一多个焊盘接合至所述第二基板的第二多个焊盘。
6.根据权利要求4所述的距离测量装置，其中，所述一个或多个布线层包括将所述第一基板接合至所述第二基板的一个或多个导通孔。
7.根据权利要求2所述的距离测量装置，其中，所述光源包括设置在所述第一基板中的光耦合器之上的竖直腔表面发射激光器。
8.根据权利要求6所述的距离测量装置，其中，所述一个或多个导通孔包括穿透所述第一基板的导通孔。
9.根据权利要求4所述的距离测量装置，其中，所述第二基板的覆盖区小于所述第一基板的覆盖区。
10.根据权利要求2所述的距离测量装置，其中，所述第二基板还包括位于所述天线下方的浅凹槽隔离区。
11.根据权利要求2所述的距离测量装置，其中，所述第一基板还包括在所述天线上方或下方的空气间隙。
12.根据权利要求2所述的距离测量装置，其中，所述第一基板还包括在所述天线上方和下方的空气间隙。
13.根据权利要求2所述的距离测量装置，其中，所述第一基板和所述第二基板中的至少一者包括在所述天线下方的反射层。
14.根据权利要求2所述的距离测量装置，其中，所述光源通过接合线电连接至所述第二基板。
15.根据权利要求1所述的距离测量装置，还包括：锥形光波导，位于所述第一光波导的接收所述啁啾信号的一端。
16.一种距离测量装置，包括：
第一基板，包括向对象输出传输信号并且接收来自所述对象的反射信号的一个或多个光学电路；以及
第二基板，接合至所述第一基板并且包括一个或多个电子电路，所述一个或多个电子电路控制所述传输信号的生成并且处理所述反射信号。
17.根据权利要求16所述的距离测量装置，其中，所述一个或多个光学电路包括：
一个或多个波导；
分割器，将来自光源的啁啾信号分割成参考信号和传输信号；
天线，发送所述传输信号并且接收所述反射信号；
耦合器，耦合所述参考信号和所述反射信号；以及
检测器，检测所述耦合器的输出以输出节拍信号。
18.根据权利要求17所述的距离测量装置，其中，所述一个或多个电子电路包括：
数模转换器(DAC)，驱动所述光源；
模数转换器(ADC)，从所述检测器接收所述节拍信号；以及
控制器，耦接至所述DAC和所述ADC。
19.根据权利要求18所述的距离测量装置，其中，所述第一基板和所述第二基板包括：将所述DAC电连接至所述光源并且将所述检测器电连接至所述ADC的一个或多个布线层。
20.一种***，包括：
对象；以及
距离测量装置，所述距离测量装置测量到所述对象的距离，所述距离测量装置包括：
第一基板，包括：
第一光波导，被配置为传送啁啾信号；
分割器，被配置为将所述啁啾信号分割为传输信号和参考信号；以及
耦合器和检测器块，被配置为基于所述参考信号和反射信号输出节拍信号；以及
第二基板，堆叠在所述第一基板上并且包括：
转换器，被配置为基于所述节拍信号输出数字节拍信号；以及
控制器，被配置为输出控制所述啁啾信号的生成的电子控制信号。
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