本技术实施例涉及光通信领域，尤其涉及一种光芯片及光通信设备。
背景技术：
1、随着5g、云计算、大数据等新兴业务的发展，互联网业务和数据计算量呈现指数级增长，数据中心由单体逐步走向规模化，数据中心互联网络应运而生。用于数据传输的光芯片工艺技术得以快速演进，以获得更高的速度、更低的能耗和更大的带宽。其中，光芯片的衬底掏空结构能够满足各种功能器件的相应性能要求，例如但不限于，用于制造端面耦合器、热调相移器、电光调制器等微纳光学器件，以提升器件性能。
2、请参见图1，该图示出了一种典型的光芯片正面衬底掏空结构的示意图。该正面衬底掏空技术工艺步骤中，首先，在需要掏空区域两侧的部分sio2材料刻蚀去除，暴露硅衬底；然后，通过各向同性刻蚀技术，将需要掏空区域底部的硅衬底刻蚀。
3、受其自身结构的限制，该方案在实际应用中存在以下不足：首先，在衬底掏空之后，光芯片正面结构通过氧化硅材料形成的细长悬梁支撑，氧化硅悬梁通常比较脆弱，结构机械强度和稳定性均较差；其次，该方案需要刻蚀窗口完成衬底掏空，形成该刻蚀窗口只能是氧化硅材料，无法填充其他任何有效结构，特别是，金属布线和波导设计的灵活性受到限制；再次，基于刻蚀窗口形成，无法继续进行其他工艺的叠加，例如但不限于，先进芯片封装工艺(advanced packaging)涉及到芯片间的胶水填充(underfill)，该胶水进入刻蚀窗口将直接影响衬底掏空结构的性能及可靠性。
技术实现思路
1、本技术实施例提供了一种光芯片、光模块及光通信设备，通过光芯片的结构优化可提升结构机械强度和稳定性，以及工艺兼容性。
2、本技术实施例第一方面提供了一种光芯片，该光芯片包括依次堆叠的衬底、第一氧化层、正面功能结构层和第二氧化层，正面功能结构至少包括光波导；其中，第一氧化层覆盖于衬底的第一表面，正面功能结构层覆盖于第一氧化层的第一表面的第一区域，第二氧化层覆盖于第一氧化层的第一表面上除第一区域之外的区域和正面功能结构层；该光芯片的衬底上设置有背面衬底掏空结构，该衬底掏空结构的内表面延伸至衬底的第一表面的第二区域，第二区域包括与正面功能结构层正对的区域，且衬底掏空结构的工艺窗口形成在衬底的第二表面。该衬底的第二表面与第一表面相对。如此设置，将衬底掏空的工艺窗口结构配置在光芯片的背面，第二氧化层与第一氧化层共同形成平面支撑，相较于悬臂梁支撑结构，可有效提升结构机械强度和稳定性。
3、与此同时，基于该光芯片结构，无需在正面执行掏空窗口的刻蚀，可根据产品总体设计需要布置其他正面功能结构，满足不同应用场景的器件功能需要；特别是，对于高密封装应用场景下，能够有效减轻布局难度和布线压力。
4、此外，基于该光芯片的正面无掏空窗口的结构特点，也即芯片正面具有完整表面，能够与其他半导体工艺的叠加，并且不受先进封装工艺过程中的胶水填充的影响，具有较好的工艺兼容性。
5、基于第一方面，本技术实施例还提供了第一方面的第一种实施方式：该衬底掏空结构的工艺窗口为柱形工艺窗口，且设置为多个。具体地，该衬底掏空结构的刻蚀成型工艺包括两段：第一段为刻蚀工艺窗口，第二段为刻蚀衬底掏空结构。在衬底掏空结构的幅面内，其上方的第一氧化层、无源波导层及第二氧化层等构成部分为全悬空结构，由第二氧化层与第一氧化层共同形成平面支撑。结构简单可靠，且工艺性较好。
6、基于第一方面的第一种实施方式，本技术实施例还提供了第一方面的第二种实施方式：在衬底掏空结构中具有支撑柱，该支撑柱位于相邻工艺窗口之间的衬底硅上，且延伸至衬底的第一表面，以与第一氧化层的第二表面相抵形成支撑。在实际应用中，该支撑柱可以在第二段刻蚀衬底掏空结构时形成，换言之，在第二段刻蚀时保留了部分的衬底硅，形成能够增强支撑作用的支撑硅柱，可进一步提高结构整体机械强度及稳定性。
7、在一些实际应用中，对于该背面衬底掏空结构，可以通过封堵件将其刻蚀工艺窗口分别进行封口，以满足封装溢胶需求。
8、在其他实际应用中，基于背面衬底掏空结构，能够根据光芯片的功能需要在正面布置金属互连线或金属电极等正面功能结构。示例性的，该光芯片可采用打孔并填充金属形成tsv填充层，且该填充层的一端可与配置在第二氧化层的第一表面上rdl或pad81耦接，并在填充层的另一端可以基于bump半导体封装工艺形成电极粘合点，整体构建垂直于光芯片表面的电气连接，以用于实现不同芯片之间的互联。
9、基于第一方面的第一种实施方式，或第一方面的第二种实施方式，本技术实施例还提供了第一方面的第三种实施方式：多个工艺窗口，阵列排布在衬底的第二表面内或者衬底的俯视投影面内。示例性的，多个工艺窗口以二维周期性阵列排布在衬底的第二表面。或者，多个所述工艺窗口还可以横纵交错排布在衬底的第二表面，例如但不限于，呈蜂窝状交错布置。
10、基于第一方面的第一种实施方式，或第一方面的第二种实施方式，或第一方面的第三种实施方式，本技术实施例还提供了第一方面的第四种实施方式：该柱形工艺窗口的横截面为圆形或多边形，示例性的，该柱形工艺窗口的横截面形状可以为四边形、六边形、八边形等形式，或者该柱形工艺窗口也可以为其他异形截面。
11、基于第一方面，或第一方面的第一种实施方式，或第一方面的第二种实施方式，或第一方面的第三种实施方式，或第一方面的第四种实施方式，本技术实施例还提供了第一方面的第五种实施方式：该衬底掏空结构的截面形状为梯形、矩形、弧形或者相邻边圆弧连接的矩形，在实际应用中，可以根据实际产品总体设计要求进行确定。
12、基于第一方面，本技术实施例还提供了第一方面的第六种实施方式：该工艺窗口与衬底掏空结构为一体式掏空结构，通过一段刻蚀工艺即可成型该衬底掏空结构，工艺相对简单。
13、在实际应用中，该一体式掏空结构的侧面可以为垂直侧壁。
14、在其他实际应用中，该一体式掏空结构的侧面为倾斜侧壁。示例性的，一体式掏空结构的截面为自衬底的第二表面朝向第一表面呈渐收状，或者，其截面也可以为自衬底的第二表面朝向第一表面呈渐扩状。
15、基于第一方面，或第一方面的第一种实施方式，或第一方面的第二种实施方式，或第一方面的第三种实施方式，或第一方面的第四种实施方式，或第一方面的第五种实施方式，或第一方面的第六种实施方式，本技术实施例还提供了第一方面的第七种实施方式：光波导为构建端面耦合器或者偏振旋转分束器的无源波导层。
16、在实际应用中，该光波导还可以为构建电光调制器的调制器波导层，正面功能结构还包括调制器电极，该调制器电极的一端与调制器波导层耦接，另一端配置在第二氧化层的第一表面。
17、在其他实际应用中，该光波导还可以为构建热调相移器的热调相移器波导层，正面功能结构还包括热调相移器电极和加热器，该加热器位于第二氧化层内的近第一表面侧，且加热器与热调相移器波导层间隔相对设置，该热调相移器电极的一端与加热器耦接，另一端配置在第二氧化层的第一表面。
18、本技术实施例第二方面提供了一种光模块，该光模块包括壳体以及印刷电路板和光芯片，印刷电路板和光芯片设置在壳体内，其中，光芯片与印刷电路板电气连接，且该光芯片采用如前所述的光芯片。基于该光芯片的前述技术优势，可满足应用在不同场景下的光模块的功能需要。
19、本技术实施例第三方面提供了一种光通信设备，包括设备机箱及设置在设备机箱内的主板，还包括与主板连接的光模块，该光模块包括如前所述的光芯片，或者该光模块采用前所述光模块。
20、在实际应用中，该光通信设备可以为服务器计算机、路由器或交换机等产品类型，特别适用于大功率、高集成度、超大规模化的数据中心服务器。
1.一种光芯片，其特征在于，包括依次堆叠的衬底、第一氧化层、正面功能结构层和第二氧化层，所述正面功能结构包括光波导；
2.根据权利要求1所述的光芯片，其特征在于，所述工艺窗口为柱形工艺窗口，且设置为多个。
3.根据权利要求2所述的光芯片，其特征在于，所述衬底掏空结构中具有支撑柱，所述支撑柱位于相邻所述工艺窗口之间的衬底硅上，且延伸至所述衬底的第一表面。
4.根据权利要求2或3所述的光芯片，其特征在于，多个所述工艺窗口阵列排布在所述衬底的第二表面。
5.根据权利要求4所述的光芯片，其特征在于，多个所述工艺窗口二维周期性阵列排布在所述衬底的第二表面，或者横纵交错排布在所述衬底的第二表面。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的光芯片，其特征在于，所述工艺窗口的横截面为圆形或多边形。
7.根据权利要求1至6所述的光芯片，其特征在于，所述衬底掏空结构的截面形状为梯形、矩形、弧形或者相邻边圆弧连接的矩形。
8.根据权利要求1所述的光芯片，其特征在于，所述工艺窗口与所述衬底掏空结构为一体式掏空结构。
9.根据权利要求8所述的光芯片，其特征在于，所述一体式掏空结构的侧面为垂直侧壁或倾斜侧壁。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的光芯片，其特征在于，所述光波导为构建端面耦合器或者偏振旋转分束器的无源波导层。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的光芯片，其特征在于，所述光波导为构建电光调制器的调制器波导层，所述正面功能结构还包括调制器电极，所述调制器电极的一端与所述调制器波导层耦接，另一端配置在所述第二氧化层的第一表面。
12.根据权利要求1至9中任一项所述的光芯片，其特征在于，所述光波导为构建热调相移器的热调相移器波导层，所述正面功能结构还包括热调相移器电极和加热器，所述加热器位于所述第二氧化层内的近所述第一表面侧，且所述加热器与所述热调相移器波导层间隔相对设置，所述热调相移器电极的一端与所述加热器耦接，另一端配置在所述第二氧化层的第一表面。
13.一种光模块，其特征在于，包括壳体及设置在所述壳体内的印刷电路板和光芯片，所述光芯片与所述印刷电路板电气连接，且所述光芯片采用权利要求1至12中任一项所述的光芯片。
14.一种光通信设备，其特征在于，包括设备机箱及设置在所述设备机箱内的主板，还
