專利名稱：光電子器件集成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電芯片集成，尤其涉及高產(chǎn)量密度集成光電子器件的集成。
背景技術(shù)：
圖1和圖2闡明了先有技術(shù)所使用的方法，用來(lái)附貼多個(gè)底層發(fā)射(或檢測(cè))(也稱為“背面發(fā)射(或檢測(cè))”)器件以形成一個(gè)集成光電芯片。
根據(jù)圖1所示的方法，按照傳統(tǒng)的方法，多個(gè)激光器在晶片襯底102上生成，如多個(gè)探測(cè)器(在這里也可互換地稱為光探測(cè)器)在它們自己的或和激光器共同的晶片襯底上生成。通常，最鄰近光學(xué)器件106、108和襯底102之間結(jié)合處的襯底102的104部分，是由一種材料構(gòu)成，這種材料對(duì)于光學(xué)器件的工作波長(zhǎng)是光學(xué)透明的。然后，器件106、108用傳統(tǒng)技術(shù)如濕法或干法蝕刻處理，以在器件106、108中形成溝槽112，把它們分成一系列分離的單個(gè)激光器106或探測(cè)器108。被蝕刻的溝槽112可以在到達(dá)襯底102前就停止，也可以部分延伸到襯底102中，這依賴于所使用的具體技術(shù)。蝕刻后，襯底102及其相關(guān)器件被翻轉(zhuǎn)，在硅(Si)電子晶片114上排到合適的位置，然后使用傳統(tǒng)的倒裝片鍵合技術(shù)把它鍵合到硅電子晶片114上。鍵合之后，使用傳統(tǒng)的機(jī)械磨光法，傳統(tǒng)的蝕刻技術(shù)或兩者的組合方法，使襯底102的全部減得極薄，約5微米的數(shù)量級(jí)，或者更薄，使達(dá)到對(duì)器件的光學(xué)接近并產(chǎn)生集成光電晶片116。
可選擇地，然后用傳統(tǒng)的技術(shù)，集成的光電晶片116被制作圖案，以保護(hù)單個(gè)的激光器，單個(gè)的探測(cè)器也被涂覆上一層抗反射(AR)涂層118。
一種相關(guān)的可替代圖1所示技術(shù)的方法如圖2所示。該方法中激光器和探測(cè)器如前所述生成。然而，當(dāng)用圖2的技術(shù)時(shí)，溝槽112被蝕刻到襯底102內(nèi)。然后襯底102和與它們相聯(lián)系的器件被翻轉(zhuǎn)，在硅(Si)電子晶片114上排到合適的位置，然后用傳統(tǒng)的倒裝片鍵合技術(shù)把它鍵合到硅電子晶片114上。鍵合之后，使用傳統(tǒng)的機(jī)械磨光法，傳統(tǒng)的蝕刻技術(shù)或兩者的組合方法，把襯底102完全除去，使達(dá)到對(duì)器件的光學(xué)接近并產(chǎn)生集成光電晶片116。
可選擇地，然后集成的光電晶片116被制作圖案，以保護(hù)單個(gè)的激光器，單個(gè)的探測(cè)器也被涂覆上一層抗反射(AR)涂層。
圖1和圖2的技術(shù)使光纖或光學(xué)透鏡能足夠接近器件以捕獲合適的光，而不會(huì)使來(lái)自或者進(jìn)入相鄰的器件的光影響任何一個(gè)相鄰的器件，即產(chǎn)生所謂的串話問題。一般來(lái)說(shuō)，這要求一個(gè)器件和光纖或光學(xué)微透鏡之間的分離距離要小于100微米。
此外，這兩種技術(shù)都確保了在器件的活性區(qū)域沒有阻止光逃逸的明顯的吸收層，因?yàn)閳D1的減薄技術(shù)把整塊襯底102的厚度減小到約5微米或更小，圖2的方法把襯底102完全去除，留下了多個(gè)完全獨(dú)立的光學(xué)器件。
然而這兩種技術(shù)獨(dú)特產(chǎn)生的光電子芯片在使用過程中都存在散熱問題，使得單個(gè)器件對(duì)在制造過程中產(chǎn)生的熱和機(jī)械應(yīng)力更加敏感，因此減少了單個(gè)器件的使用壽命，并導(dǎo)致產(chǎn)量減少及整塊芯片壽命的縮短。
而且，對(duì)于圖1(其中襯底非常薄)和圖2(襯底被完全去除)的方法，由器件引入的應(yīng)力大部分被轉(zhuǎn)移到極薄的光學(xué)器件層，恰恰又是器件中結(jié)構(gòu)最薄弱的部分。
因此，有必要尋求一種方法來(lái)產(chǎn)生一種集成光電子芯片，它對(duì)在制造或使用過程中產(chǎn)生的熱和/或結(jié)構(gòu)應(yīng)力不那么敏感。
此外，光電子器件制造商有兩種方法獲得光學(xué)和電子晶片---他們可以自己制造兩者之一或全部，也可以從第三方得到兩者之一或全部。通過制造光學(xué)器件(也可互換地簡(jiǎn)稱為“光學(xué)芯片”)和電子晶片(也可互換地簡(jiǎn)稱為“電子芯片”)，制造商能采取措施，使當(dāng)光學(xué)芯片被定位在電子芯片上時(shí)確保每個(gè)器件的鍵合區(qū)正確放置而互相對(duì)準(zhǔn)。然而，一般來(lái)說(shuō)，不是同時(shí)設(shè)計(jì)電子和光學(xué)芯片的，即使是在同一個(gè)部門設(shè)計(jì)和制造它們。因此，即使是單個(gè)制造商，除非在部門內(nèi)關(guān)于光學(xué)和電子芯片的設(shè)計(jì)有緊密的協(xié)調(diào)，也會(huì)容易發(fā)生在兩者的接觸鍵合區(qū)之間缺少一致性一尤其是一個(gè)或兩者是計(jì)劃中設(shè)計(jì)后要向第三方銷售，或者計(jì)劃中要與其他來(lái)源的器件一起集成時(shí)更是如此。而且，隨后對(duì)任一個(gè)設(shè)計(jì)的改進(jìn)和改變，必須得改變接觸鍵合區(qū)的位置，因此會(huì)在以前不存在未對(duì)準(zhǔn)的地方造成鍵合區(qū)的未對(duì)準(zhǔn)。
更糟糕的是，如果電子芯片被設(shè)計(jì)成和許多不同的光學(xué)芯片一起使用，而光學(xué)芯片是從第三方獲得的商品庫(kù)存(如，芯片包括頂層發(fā)射垂直腔激光器，底層發(fā)射垂直腔激光器，分布反饋(DFB)或分布布拉格反射鏡(DBR)激光器(每個(gè)都有為了遠(yuǎn)距離應(yīng)用的較好的線性調(diào)頻脈沖和線寬特性)，頂層接收探測(cè)器或底層接收探測(cè)器)，這些都是大規(guī)模生產(chǎn)，并分配到許多不相關(guān)的用戶的，因此未必光學(xué)器件上的鍵合區(qū)都位于相同的位置，即使它們?cè)谄渌矫媾c電子芯片相兼容。
例如，由圖3所示，單個(gè)光學(xué)器件300有放置在由制造商指定的位置的接觸鍵合區(qū)302、304。電子晶片306的一部分也有放置在由制造商指定的位置的光學(xué)器件可以連接到它上面的接觸鍵合區(qū)308、310。如果光學(xué)器件為和電子晶片倒裝片式鍵合而翻轉(zhuǎn)，每個(gè)器件的接觸鍵合區(qū)302、304、308、310將像圖4所示的那樣不對(duì)準(zhǔn)。
這就呈現(xiàn)了一個(gè)問題，即限制了“混合和匹配”器件的能力。而且，如果一個(gè)芯片計(jì)劃中被設(shè)計(jì)成連接到特定的另一塊芯片，隨后的進(jìn)程又需要使用具有一個(gè)不同接觸點(diǎn)位置的不同的器件，則為原始器件所做的所有計(jì)劃和協(xié)調(diào)對(duì)于新的器件都將是不適合的。
因此，有對(duì)這樣的工藝的進(jìn)一步的需要，該工藝有利于提高混合和匹配器件的能力，不需要任何器件的設(shè)計(jì)師之間的協(xié)調(diào)，或不需要應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的或共同的接觸點(diǎn)位置方案。
此外，有時(shí)在一些情況下為一些器件，尤其是探測(cè)器涂覆一層AR涂層是很可取的。
AR涂層防止光進(jìn)入探測(cè)器件的頂部，然后由于折射率的不同而在探測(cè)器-空氣的分界面被反射。對(duì)于探測(cè)器來(lái)說(shuō)這是很重要的，因?yàn)榉瓷涔鉀]有進(jìn)入探測(cè)器本身，因而不能被轉(zhuǎn)化為電信號(hào)(也就是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，它是“丟失的光”)。因此AR涂層使探測(cè)器的收集效率最優(yōu)化，因?yàn)樗乐构庠诜纸缑姹环瓷洹?br> 然而激光器在工作時(shí)需要一塊反射率很高的頂端鏡。激光器上的AR涂層改變了頂端鏡的反射率。結(jié)果是，即使沒有完全阻止激光器發(fā)射激光，至少對(duì)于其發(fā)射激光有不利影響。
如果一塊晶片同時(shí)有激光器和探測(cè)器在一個(gè)陣列上，為了只使探測(cè)器涂覆上AR涂層，傳統(tǒng)的方法要求對(duì)晶片實(shí)施特殊的制作圖案，以在AR涂層淀積階段保護(hù)激光器，從而確保那些激光器件沒有被AR涂層覆蓋。
對(duì)于晶片上的各種不同器件的保護(hù)或完全不同的處理需要額外的處理步驟，這是耗時(shí)的，又因此增加了工藝成本，還造成損壞受保護(hù)器件的可能，最后它還迫使電接觸鍵合區(qū)也被保護(hù)。
此外，當(dāng)處理在相同區(qū)域有電接觸鍵合區(qū)的芯片時(shí)，對(duì)器件的完全不同的處理引起了其它工藝問題。例如，如果一塊芯片在靠近器件處有電接觸點(diǎn)，并且使用電鍍、化學(xué)鍍、熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)或?yàn)R射技術(shù)把焊料放置在接觸鍵合區(qū)上，焊料凸起的高度就會(huì)使區(qū)域制作圖案以保護(hù)激光器避免被AR涂層覆蓋難以進(jìn)行，因?yàn)楹噶贤蛊鸨裙鈱W(xué)器件要高很多。
先有技術(shù)缺少一種方法，該方法在整塊晶片(也就是激光器和探測(cè)器)上涂覆AR涂層時(shí)不需在激光器上制作圖案保護(hù)層。
因此，有進(jìn)一步的需要尋找一種在一個(gè)電子芯片上集成多種類型的器件的方法，這樣在集成后任何附加的工藝步驟，例如AR涂層的涂覆，可以同時(shí)在整塊晶片上實(shí)現(xiàn)，并且不需要特殊的圖案制作。

發(fā)明內(nèi)容
我們?cè)O(shè)計(jì)了一種制造光電芯片的方法，該方法在各種不同的實(shí)施變型下，克服了一種或多種上述先有技術(shù)的缺點(diǎn)，導(dǎo)致高產(chǎn)量和長(zhǎng)壽命(也就是更可靠)的器件。特別是，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種制造光電芯片的方法，在一些變型下，提供如下的一種或多種優(yōu)點(diǎn)允許使用低工作電流，因此降低了功耗和產(chǎn)熱；對(duì)所產(chǎn)熱提供更好的發(fā)散，允許激光器在較低的溫度下工作，因此增加了其使用壽命和/或提供較好的波長(zhǎng)控制；和/或具有更高的結(jié)構(gòu)完整性，使得缺陷更少并且增加了器件的壽命。
我們進(jìn)一步設(shè)計(jì)了一種集成光學(xué)和電子芯片的方法來(lái)制造一種集成光電器件，而不需考慮組成的器件是否是在協(xié)調(diào)的方式下制造或是有相適合的電接觸點(diǎn)匹配。
更進(jìn)一步，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種制造一種集成光電器件的方法，它允許對(duì)有完全不同的器件的一整塊晶片涂覆AR，無(wú)需特殊處理以保護(hù)激光器，或者不會(huì)影響它們發(fā)射激光的能力。
當(dāng)集成和電子芯片有密切關(guān)聯(lián)的光學(xué)器件時(shí)，四種特征對(duì)制造可靠的集成光學(xué)器件是有重要意義的。
一、必須能夠使光纖或光學(xué)透鏡足夠接近以捕獲光而沒有串話。二、在器件的活性區(qū)域上面必須不能有會(huì)阻止光逃逸或進(jìn)入特殊的器件的吸收層。三、應(yīng)該有一塊足夠大的散熱區(qū)連在器件上以有效率地散熱。四、應(yīng)該在處理過程中保持器件的結(jié)構(gòu)完整性，這樣器件承受的應(yīng)力或張力不會(huì)影響器件的性能。
如上所述，圖1和圖2的方法能夠滿足前兩種特征，然而由于沒有一種方法導(dǎo)致一塊大的散熱區(qū)連在器件(也就是器件的襯底)上或者減小器件上的應(yīng)力，這些方法都不能滿足第三或第四特征。
盡管申請(qǐng)者沒有意識(shí)到有任何這種情況存在于先有技術(shù)中，或者，圖1的方法有可能通過在器件上留下一層厚的襯底而用來(lái)滿足第四條特征。然而，這只是在如果特殊器件的工作波長(zhǎng)對(duì)于該器件的工作波長(zhǎng)是非常透明時(shí)才可能實(shí)現(xiàn)。而且，在許多情況下，這將減少，如果不破壞的話，滿足第一特征的能力，并可能也會(huì)不利地影響激光器的工作，除非將激光器重新設(shè)計(jì)成例如將激光射入一塊半導(dǎo)體材料而不是設(shè)計(jì)成射入空氣。此外，如果留下厚的襯底，必需在結(jié)構(gòu)上涂覆AR以防止光反饋進(jìn)入激光器。另外這種方法將可能妨礙商業(yè)可購(gòu)買的預(yù)制半導(dǎo)體光學(xué)器件的使用，例如大多數(shù)第三方提供的垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSELs)，分布反饋(DFB)激光器或分布布拉格反射(DBR)激光器。
總之，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種緊密集成光學(xué)器件和電子芯片的方法以制造一種能滿足所有四種特性的光電芯片。而且，當(dāng)需要時(shí)，我們使用來(lái)自第三方的器件也可以這樣做。更進(jìn)一步，我們?cè)谏a(chǎn)的低成本，高產(chǎn)量和延長(zhǎng)工作壽命方面具有優(yōu)于先有技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。
本發(fā)明的第一實(shí)施例包括一種將一個(gè)芯片和頂面活性光學(xué)芯片集成在一起的方法。頂面活性光學(xué)芯片至少有一個(gè)光學(xué)激光器件，該光學(xué)激光器件有一個(gè)包括一個(gè)光學(xué)活性區(qū)域的活性面，一個(gè)有一定高度的激光器腔，一個(gè)光學(xué)非活性區(qū)域，一個(gè)在活性面對(duì)面的鍵合面和一個(gè)器件厚度。該方法包括，將光學(xué)芯片鍵合到電子芯片；施加一個(gè)襯底到活性面，該襯底在活性區(qū)域上面有一個(gè)在一個(gè)第一數(shù)量和一個(gè)第二數(shù)量之間的范圍內(nèi)的襯底厚度，以及施加一個(gè)抗反射涂層，在施加抗反射涂層時(shí)不需形成特殊的圖形或在該至少一個(gè)光學(xué)激光器器件和任何其他器件之間進(jìn)行區(qū)別。
本發(fā)明的第二實(shí)施例包括一個(gè)混合的光電芯片。該混合光電芯片有一個(gè)電子芯片；和一個(gè)頂面活性光學(xué)芯片。該混合光電芯片由本文的方法中的一種方法制造。
本發(fā)明的第三實(shí)施例包括一個(gè)模塊，它有一個(gè)有至少一個(gè)頂面活性激光器和至少一個(gè)光探測(cè)器的光學(xué)芯片，該至少一個(gè)的頂面活性激光器有限定兩者之間的一個(gè)活性區(qū)域的相對(duì)的兩個(gè)鏡，鍵合到光學(xué)芯片上的一個(gè)電子芯片，和一個(gè)在活性區(qū)域上方的襯底的頂部的抗反射涂層，該抗反射涂層在涂覆時(shí)不需要作為抗反射涂層工藝的一部分的在至少一個(gè)頂面活性激光器和至少一個(gè)光探測(cè)器之間進(jìn)行區(qū)別。
在此描述的這些和其它的實(shí)施例，或者來(lái)自應(yīng)用本文包含的學(xué)說(shuō)的實(shí)施例，都提供優(yōu)于先有技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和好處。
這里描述的優(yōu)點(diǎn)和特征是從所描述的實(shí)施例中可以得到的許多優(yōu)點(diǎn)和特征的一部分，呈現(xiàn)它們只是為了幫助理解本發(fā)明。應(yīng)該懂得它們不應(yīng)被認(rèn)為是如權(quán)利要求所限定的對(duì)本發(fā)明的限制，或者是對(duì)權(quán)利要求的等價(jià)物的限制。例如，一些優(yōu)點(diǎn)是互相矛盾的，因此它們不可能同時(shí)呈現(xiàn)在一個(gè)單個(gè)的實(shí)施例中。同樣的，一些優(yōu)點(diǎn)可以應(yīng)用到本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，而不能應(yīng)用到其它實(shí)施例。因此，這些特性和優(yōu)點(diǎn)的總結(jié)在確定等同物時(shí)不應(yīng)該被認(rèn)為是否定性的。本發(fā)明的另外的特性和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述，附圖和權(quán)利要求中變得更加明顯。


圖1闡明了先有技術(shù)所使用的方法，用來(lái)附貼上多個(gè)底層發(fā)射器件以形成一個(gè)集成光電芯片；圖2闡明了先有技術(shù)所使用的方法，用來(lái)附貼上多個(gè)底層發(fā)射器件以形成一個(gè)集成光電芯片。
圖3闡明了帶有放置在由其制造商指定的位置的接觸鍵合區(qū)的單個(gè)光學(xué)器件，以及帶有放置在由其制造商指定的位置的接觸鍵合區(qū)的電子晶片的一部分；圖4闡明了帶有放置在由其制造商指定的位置的接觸鍵合區(qū)的單個(gè)光學(xué)器件，以及帶有放置在由其制造商指定的位置的接觸鍵合區(qū)的電子晶片的一部分，但每個(gè)鍵合區(qū)將不對(duì)準(zhǔn)。
圖5在簡(jiǎn)化的高水平概觀中闡明了根據(jù)本發(fā)明的學(xué)說(shuō)的一個(gè)示范方法；圖6和圖7闡明了幾種不同的光學(xué)接近進(jìn)路的變型實(shí)例。
圖8闡明了一種光學(xué)陣列，其中光纖由襯底支撐。
圖9闡明了一種光學(xué)陣列，它容納一個(gè)微透鏡陣列。
圖10闡明了一個(gè)根據(jù)描述的技術(shù)制造光電芯片變型的示范工藝。
圖11闡明了一個(gè)根據(jù)描述的技術(shù)制造光電芯片變型的示范工藝。
圖12闡明了一個(gè)根據(jù)描述的技術(shù)制造光電芯片變型的示范工藝。
圖13闡明了一個(gè)根據(jù)描述的技術(shù)制造光電芯片變型的示范工藝。
圖14闡明了用與圖10-12的器件相似的方法制造的另一種光電器件。
圖15闡明了對(duì)于底層活性器件有用的一個(gè)工藝。
圖16A闡明了對(duì)于頂面活性器件有用的一個(gè)工藝。
圖16B闡明了接觸孔被涂覆，但沒有被充填，并能幫助對(duì)準(zhǔn)的工藝。
圖16C顯示了一個(gè)光學(xué)芯片，它的接觸點(diǎn)被在襯底上的圖案制作的電跡線重定路線，以使之與另一個(gè)芯片的接觸點(diǎn)匹配。
圖16D顯示了一個(gè)電子芯片上的接觸點(diǎn)被在襯底上的圖案制作的電跡線重定路線，以使之與另一個(gè)芯片的接觸點(diǎn)匹配。
圖17闡明了與圖16A所示相似的一個(gè)工藝，只是沒有使用載體。
圖18闡明了用來(lái)連接不同器件的連接芯片或適配器芯片。
圖19闡明了另一種可供選擇的實(shí)施方法，它是適配器或連接芯片變型的對(duì)頂面活性器件有用的另一個(gè)變型。
圖20A闡明了應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的一種技術(shù)的兩個(gè)或更多器件的堆疊。
圖20B闡明了應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的一種技術(shù)的堆疊在一個(gè)激光器的頂部的調(diào)節(jié)器。
圖21闡明了應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的一種技術(shù)制造的一個(gè)例如100個(gè)激光器的陣列。
圖22闡明了應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的一種技術(shù)在制造一個(gè)用于DWDM應(yīng)用的陣列中的步驟。
圖23闡明了從頂視圖上看到的圖22的過程。
具體實(shí)施例方式
圖5在簡(jiǎn)化的高水平的概觀下顯示了根據(jù)本發(fā)明的學(xué)說(shuō)的一個(gè)示范方法。這種方法克服了先前方法的缺點(diǎn)，而允許光學(xué)接近，去除吸收區(qū)域，提供更高的結(jié)構(gòu)完整性，并有更好的散熱特性。
在圖5的方法中，例如，通過應(yīng)用傳統(tǒng)的技術(shù)來(lái)制造或從合適的第三方購(gòu)買，獲得了一個(gè)激光器晶片502(由集成在襯底102上的激光器組成)和一個(gè)探測(cè)器晶片504(由集成在襯底102上的探測(cè)器組成)?；蛘撸诶缫恍┨娲膱D案或其它組合中制造或獲得一個(gè)由激光器和探測(cè)器集成在一個(gè)共同的襯底上制成的混合晶片。
蝕刻溝槽506以使晶片被加工成為單個(gè)的器件(通過將溝槽蝕刻到襯底中)，或者，在一些情況下，例如，如在一個(gè)標(biāo)題為“冗余器件陣列”，并和本文同時(shí)申請(qǐng)的共同轉(zhuǎn)讓申請(qǐng)(該申請(qǐng)通過引用被結(jié)合在本文中)中所示，通過在一些地方將溝槽蝕刻進(jìn)襯底，而在其它地方在溝槽到達(dá)襯底之前停止蝕刻，使晶片加工成適當(dāng)?shù)钠骷M。
或者，由于本發(fā)明不是制造光學(xué)芯片本身(也就是，制造晶片，器件的生長(zhǎng)，或蝕刻以制造分離的器件)，因此如果光學(xué)器件晶片是購(gòu)買的而不是制造的，上面的步驟將被完全跳過。
光學(xué)器件晶片然后被翻轉(zhuǎn)，在一塊電子晶片508上對(duì)準(zhǔn)，并應(yīng)用例如傳統(tǒng)的倒裝片鍵合技術(shù)或一些其它合適的以適當(dāng)和可靠的方式實(shí)現(xiàn)光學(xué)晶片和電子晶片的鍵合的專用技術(shù)鍵合到電子晶片508上。
或者，并且在一些情況下是有利的，正如下面馬上要描述的，對(duì)襯底102的進(jìn)一步處理，可以在將光學(xué)晶片鍵合到電子晶片之前，或者在鍵合之后完成，只要它在將器件放在超過由如果以后會(huì)發(fā)生的器件工作導(dǎo)致的工作溫度的極限的條件下循環(huán)之前做好就可以。這樣的處理對(duì)于上述和圖1和圖2有關(guān)的先有技術(shù)是不合適的，因?yàn)?，如果使用這樣的方法的話，它將顯著增加生產(chǎn)器件的成本，因?yàn)槿绻r底完全去除時(shí)它需要對(duì)每個(gè)分離器件進(jìn)行單個(gè)鍵合，或者當(dāng)襯底非常薄時(shí)由于應(yīng)力和/或張力問題而使產(chǎn)量急劇降低。
取決于使用的具體的晶片和光學(xué)器件，不同的工藝變型現(xiàn)在是可能的。
在第一種變型中，通常為了緊密的光學(xué)接近的需要，襯底被減薄到大于50微米的厚度，一般是減薄到約50微米到100微米的范圍。
在第二種變型中，襯底的厚度被減薄到介于100微米和相應(yīng)于晶片的光學(xué)器件部分的厚度之間。
在第三種變型中，襯底的厚度被減薄到介于20微米和50微米之間。
在第四種變型中，襯底的厚度約等于晶片的光學(xué)器件部分的厚度，因此不需要減薄。
在第五種變型中，襯底的厚度被減薄到約等于晶片的光學(xué)器件部分的厚度。
從下面的描述中將變得明顯的是，根據(jù)本發(fā)明，整塊襯底的厚度也可以保持較大的滿足緊密光學(xué)接近的必要厚度，例如，接近進(jìn)路被構(gòu)造成(如下描述的)使光纖或微透鏡插入到進(jìn)路中，在緊密光學(xué)接近范圍內(nèi)和器件有一個(gè)分開間距。然而，這種情況將是非典型的。
一種以溝或孔的形式的接近進(jìn)路510也在光被發(fā)射或檢測(cè)的一個(gè)光學(xué)器件部分的上面的襯底例如用傳統(tǒng)的蝕刻或鉆孔技術(shù)被蝕刻或鉆孔，而最好保留一些余下的襯底使之完整無(wú)缺。取決于具體的襯底和器件，可以使用不同的技術(shù)，包括激光鉆孔、蝕刻或一些它們的組合。此外，取決于使用的具體技術(shù)，接近進(jìn)路可以有直的側(cè)壁，斜的側(cè)壁或一些它們的組合。
例如，為了制造一個(gè)在靠近襯底外表面處有初始直側(cè)壁和在靠近襯底與器件相遇處有斜側(cè)壁的接近進(jìn)路510，在混合到一個(gè)ASIC(總稱為“樣品”)上的具有(鋁砷化鎵)AlGaAs阻擋層(支持光學(xué)器件如，VCSELs和/或光檢測(cè)器，(這里也可互換地稱為檢測(cè)器))的砷化鎵(GaAs)襯底上，可以使用下面的方法首先，在襯底上用抗蝕劑制作接近進(jìn)路510的圖案。
然后把樣品放到一個(gè)13.56兆赫茲頻率的平行板離子反應(yīng)蝕刻器(RIE)中，并在引入進(jìn)動(dòng)氣體之前抽真空到壓力小于3*10-5Torr以減少或消除殘留水。一旦到達(dá)這個(gè)基礎(chǔ)壓力，就開始蝕刻的第一部分，工藝條件如表1所示。
表1

這產(chǎn)生了一個(gè)直的側(cè)壁，從襯底的表面朝著器件的方向延伸到襯底內(nèi)一段距離。
然后優(yōu)化工藝條件以產(chǎn)生有斜側(cè)壁的接近進(jìn)路510部分，在這個(gè)例子中，從砷化鎵到鋁砷化鎵選擇性接近無(wú)窮，而器件損傷降到最低。具體的工藝條件如表2所示。
表3受試物對(duì)雌性小鼠骨髓嗜多染紅細(xì)胞微核率的影響

結(jié)論經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)，結(jié)果表明該受試物對(duì)小鼠骨髓嗜多染紅細(xì)胞微核率未見明顯增加，與陰性對(duì)照組比較無(wú)顯著性差異(P＞0.05)，而環(huán)磷酰胺陽(yáng)性物對(duì)照組與陰性對(duì)照組比較，有非常顯著性差異(P＜0.01)，說(shuō)明該受試物對(duì)小鼠骨髓嗜多染紅細(xì)胞染色體無(wú)畸變作用。
3、定量殺滅金黃色葡萄球菌試驗(yàn)受試物同1。菌株金黃色葡萄球菌ATCC6538(第6-8代)。在護(hù)齒液原液中，含0.3％卵磷脂，3％吐溫-80的0.03mol/L PBS。
試驗(yàn)結(jié)果①中和劑鑒定試驗(yàn)經(jīng)三次重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果表明，第一組平均生長(zhǎng)菌落數(shù)為0cfu/片、第二組平均生長(zhǎng)菌落數(shù)為26cfu/片、第三、四、五組平均生長(zhǎng)菌落數(shù)分別為2.23×106cfu/片、2.36×106cfu/片和2.17×106cfu/片。三組間誤差率為3.12％。(表4)。
表4牙寶露(護(hù)齒液)中和劑鑒定試驗(yàn)結(jié)果

注陰性對(duì)照無(wú)菌生長(zhǎng)②牙寶露(護(hù)齒液)對(duì)金黃色葡萄球菌的殺滅結(jié)果牙寶露(護(hù)齒液)原液，作用0.5min、1min和2min，對(duì)金黃色葡萄的話也不會(huì)犧牲許多結(jié)構(gòu)上的優(yōu)點(diǎn)。因此，應(yīng)該理解去除襯底的重要方面是，在器件上留下足夠的襯底以確保達(dá)到所需的熱特性和結(jié)構(gòu)特性。
而且，取決于使用的具體技術(shù)，設(shè)置接近進(jìn)路在一些情況下在實(shí)現(xiàn)鍵合之前或之后進(jìn)行是有益的，例如，當(dāng)分開單個(gè)器件的溝被蝕刻時(shí)，或之前，或之后。
可任選地，如果需要，可以在探測(cè)器上涂覆一層AR涂層。
取決于三種前述的變型中使用何種變型，將會(huì)有不同的處理方法。圖6和圖7顯示了幾種不同的接近進(jìn)路變型的例子。例如，如果使用第一種變型，接近進(jìn)路可通過整個(gè)襯底延伸(如圖6a，6b，7a，7c，7e所示)?；蛘?，它們可以從襯底的外表面延伸到一個(gè)深度，該深度上保留在發(fā)射或檢測(cè)光的光學(xué)器件部分的正上方的襯底被減少但沒有被完全去除，例如，如圖6c，6d，7b，7d，7f所示的那樣。一般而言，保留在發(fā)射或檢測(cè)光的光學(xué)器件部分的正上方的襯底，為了能有對(duì)器件的緊密的光學(xué)接近，襯底厚度被減少到約100微米或更少。在其它情況下，厚度可以減少到約50微米或更少，有些情況下20微米或更少，盡管一般來(lái)說(shuō)，厚度在約20微米到50微米的范圍內(nèi)。
此外，取決于制造的具體接近進(jìn)路，接近進(jìn)路可以進(jìn)一步有利地用于容納一根光纖，例如，如圖6a，6c，7b所示，或一個(gè)微透鏡，例如，如圖6b，6d，7a，7c所示。
因此，通過使用一種上面的方法，可以制造一種光學(xué)陣列，其中光纖的末端由襯底支撐(如圖8所示)，可以制造一種容納一個(gè)或更多由襯底支撐的單個(gè)放置的微透鏡的光學(xué)陣列(如圖6b，6d，7a，7c，7e所示)，或制造一種容納一個(gè)微透鏡陣列的光學(xué)陣列(如圖9所示)。
如上面指出的，為了更好地散熱，襯底也能被制作圖案以使襯底的表面變得粗糙，增加暴露的表面積。
值得重視的是，通過應(yīng)用本文描述的技術(shù)，也就是保留附著的襯底，應(yīng)力將不會(huì)主要傳播到光學(xué)器件上，而是被連接媒質(zhì)或電子晶片吸收，這兩者都能較好地承受這種應(yīng)力。
圖10到13分別是一個(gè)例子，闡明了根據(jù)上面描述的技術(shù)制造光電芯片變型的工藝。
圖10a是一個(gè)單個(gè)底面發(fā)射激光器件1002的簡(jiǎn)圖，是一個(gè)激光器件陣列的一部分，其它部分沒有顯示。
器件1002通過隔離溝1004與它鄰近的器件隔離，并由合適材料制成的襯底1006支撐，例如，硅(Si)，鍺化硅(SiGe)，砷化鎵(GaAs)，或磷酸銦(InP)。盡管用作襯底的具體材料可能由與本發(fā)明無(wú)關(guān)的因素決定，值得指出的是，由于熱因素引起的應(yīng)力可以通過匹配光學(xué)器件襯底和電子晶片的膨脹系數(shù)使之盡可能接近來(lái)減少。理想的是，兩種材料應(yīng)該相同，這樣兩者的膨脹系數(shù)是相同的。
每個(gè)用于激光激發(fā)和控制的電接觸點(diǎn)1008、1010都裝配在用作支撐的基臺(tái)1012、1014上。每個(gè)電接觸點(diǎn)的一個(gè)末端1016、1018都作為激光器件的一個(gè)電極，另一個(gè)末端是一個(gè)鍵合區(qū)1020、1022，在它上面淀積一種電導(dǎo)材料1024，例如焊料，用于把器件1002鍵合到一個(gè)電子晶片上去。
圖10b顯示了激光器陣列被翻轉(zhuǎn)并位于在電子晶片1030對(duì)應(yīng)的鍵合區(qū)1026、1028上方之后的圖10a的激光器件1002。
圖10c顯示了在通過介于各自的鍵合區(qū)1020、1022、1026、1028之間的焊料鍵合1032被附接到電子晶片1030之后的激光器件1002。
圖10d顯示了襯底1006被減薄到介于20微米和50微米之間之后的激光器件。
圖10e顯示了在襯底1006上在本情況下通過蝕刻而不是鉆孔制造接近進(jìn)路1034之后的器件。注意在這個(gè)例子中，接近進(jìn)路從襯底1036的表面延伸到器件覆蓋層1038。
圖10f顯示了向器件施加一種可選擇的熱傳導(dǎo)材料1040之后的圖10e的器件，該熱傳導(dǎo)材料例如為低粘性(因此能順暢流動(dòng)而有良好覆蓋)的在固化后有良好的熱導(dǎo)率的熱環(huán)氧樹脂。
盡管上文關(guān)于一個(gè)激光器件作了闡述，但對(duì)于探測(cè)器類型的器件的工藝是一樣的，除了該探測(cè)器件也可以被涂覆AR以外。
圖11a-11f顯示了另一個(gè)由類似于圖10a-10f所示的方法制造的光電器件，除了這個(gè)激光器件使用器件的半導(dǎo)體材料作為基臺(tái)1102、1104以外。
圖12a-12f顯示了另一個(gè)由類似于前述器件的方法制造的光電器件。正如顯示的，該器件的類型是屬于器件的半導(dǎo)體材料不用作基臺(tái)。此外，該光電器件的激光器是分組的，這樣可以以冗余的方式使用它們。正如上面指出的，制造一個(gè)有冗余激光器的陣列是通過引用而結(jié)合的題為“冗余光學(xué)器件陣列”的專利申請(qǐng)來(lái)描述的。具體地說(shuō)，圖13顯示了陣列中的兩個(gè)相鄰的激光器，在那里除了制造一個(gè)接近進(jìn)路1034以外，在余下的襯底1006上使用已知的蝕刻技術(shù)將分組溝1302，1304蝕刻到一個(gè)深度，使分組溝1302、1304和一些隔離溝1004連接起來(lái)。在該方式中，可以安排兩個(gè)或更多的激光器共享一根公用光纖，其中一個(gè)或更多的激光器作為后備激光器，例如在一個(gè)題為“冗余光學(xué)器件陣列”的共同轉(zhuǎn)讓申請(qǐng)中所描述的那樣，該申請(qǐng)通過引用被結(jié)合在本文中。
以這種方式分組激光器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，一塊單塊晶片的產(chǎn)量增加，因?yàn)椋?，?duì)于一對(duì)分組激光器，如果一個(gè)激光器損壞了，另一個(gè)激光器可以代替它使用。這樣做的另一個(gè)潛在的優(yōu)點(diǎn)是，光電器件的壽命延長(zhǎng)了。例如，當(dāng)一對(duì)激光器的一個(gè)壞了，如果激光器是外部獨(dú)立可選擇的，就可以選擇第二個(gè)激光器并代替壞的激光器工作。
另一個(gè)可獲得的優(yōu)點(diǎn)是在實(shí)現(xiàn)一個(gè)或兩個(gè)上述的兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)時(shí)降低了成本。由于在一塊晶片上增加激光器的數(shù)目引起成本的增加是可忽略的，提高產(chǎn)量和/或可靠性/延長(zhǎng)壽命幾乎是免費(fèi)的。
圖13也顯示了使用圖12a-12f的技術(shù)制造的示范陣列1306的功能性的陳述。陣列1306從器件的頂部闡明，這樣每個(gè)激光器上的接近進(jìn)路1034和剩余的襯底1006都是清晰可見的。如圖13所示，激光器為四個(gè)一組，一組1308由分組溝1302、1304限定，分組溝保證了在組1308中相鄰的激光器之間沒有通過導(dǎo)電的襯底1006的電流路徑。為了說(shuō)明，顯示了一些隔離溝1004，盡管從這個(gè)視圖的角度來(lái)看沒有一個(gè)是可見的。
圖14a-14f顯示了用一種類似于圖10到圖12的器件的方法制造的另一個(gè)光電器件。正如顯示的，該器件的類型是屬于器件的半導(dǎo)體材料是用作基臺(tái)1402、1404的。此外，這個(gè)光電器件的激光器也都如圖12和13一樣分組，除了是成對(duì)的(其中的一個(gè)沒有顯示)，這從分組溝看是明顯的。
如上指出的，一個(gè)上述類型光電器件的制造商有兩種方法獲得光學(xué)器件一他們可以自己制造，或是從第三方獲得。通過制造光學(xué)器件(為簡(jiǎn)單計(jì)，后文稱為“光學(xué)芯片”)和電子晶片(為簡(jiǎn)單計(jì)，后文稱為“電子芯片”)，制造商能采取措施以保證每個(gè)芯片上的鍵合區(qū)是正確放置的，這樣當(dāng)光學(xué)芯片放置在電子芯片上時(shí)鍵合區(qū)能互相對(duì)準(zhǔn)。然而，一般來(lái)說(shuō)，電子和光學(xué)芯片不是同時(shí)設(shè)計(jì)的，即使它們?cè)谕粋€(gè)組織內(nèi)部設(shè)計(jì)和制造也是如此。因此，即使對(duì)單個(gè)制造商，除非在組織內(nèi)關(guān)于電子和光學(xué)芯片的設(shè)計(jì)有緊密的協(xié)調(diào)，否則容易發(fā)生每個(gè)芯片的接觸鍵合區(qū)之間缺少一致性-尤其是在計(jì)劃中一個(gè)或兩個(gè)都是設(shè)計(jì)后要賣給第三方，或和其它來(lái)源的器件一起集成更是如此。而且，隨后對(duì)任一個(gè)的設(shè)計(jì)的改進(jìn)或改變必須要改變接觸鍵合區(qū)的位置，因此會(huì)在以前不存在未對(duì)準(zhǔn)的地方造成鍵合區(qū)的未對(duì)準(zhǔn)，即使是在同一組織內(nèi)也是如此。
更糟糕的是，如果設(shè)計(jì)的電子芯片要和許多不同的光學(xué)芯片一起使用，而光學(xué)芯片是從第三方獲得的商品庫(kù)存(如，芯片包括頂層發(fā)射腔激光器，底層發(fā)射腔激光器，DFB或DBR激光器，頂層接收探測(cè)器或底層接收探測(cè)器)，都是大規(guī)模生產(chǎn)，并分配到許多不相關(guān)的用戶的，因此光學(xué)器件上的鍵合區(qū)都位于相同的位置是不可能的，即使它們?cè)谄渌矫媾c電子芯片相兼容。
例如，如上由圖3所示，單個(gè)光學(xué)器件有放置在由制造商指定的位置的接觸鍵合區(qū)，且電子晶片也有放置在由制造商指定的位置的光學(xué)器件可以連接到它上面的接觸鍵合區(qū)。當(dāng)光學(xué)器件為和電子晶片倒裝片式鍵合而被翻轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)芯片的接觸鍵合區(qū)將不會(huì)被對(duì)準(zhǔn)。然而，通過改變上面描述的技術(shù)，在實(shí)施本發(fā)明時(shí)就可以使用直到現(xiàn)在在例子中涉及的底層發(fā)射激光器以外的激光器，以及有不同接觸鍵合區(qū)排列的底層發(fā)射激光器，頂層或底層接收探測(cè)器。
有利的是，這允許選擇和使用“最好的品種”的芯片，具有最好的單個(gè)應(yīng)用性能，且避免了只是因?yàn)樗麄儾荒芑虿淮罂赡芊想娊佑|點(diǎn)位置要求或標(biāo)準(zhǔn)而將這樣的銷售商排除在外。
一般而言，取決于光學(xué)器件是底層發(fā)射/接收還是頂層發(fā)射/接收，使用兩種不同的工藝。
為了解釋方便，使用術(shù)語(yǔ)“底層活性”指底層發(fā)射器件(激光器)和底層接收器件(探測(cè)器)。相似的， “頂層活性”或“最上層活性”指頂層發(fā)射激光器和頂層接收探測(cè)器。
底層活性器件工藝。
現(xiàn)在參考圖15解釋適用于底層發(fā)射/接收器件(也就是底層活性器件)的工藝。為了便于解釋，假設(shè)將光學(xué)晶片1502加工成如上討論的光學(xué)芯片1504?；蛘?，光學(xué)芯片1504可以從第三方獲得。
首先，用已知的技術(shù)在光學(xué)芯片1 504的表面添加一個(gè)絕緣層1506。
然后在絕緣層1506中制造開口1508，允許進(jìn)入光學(xué)芯片的接觸鍵合區(qū)。這也是例如以在一個(gè)題為“多件光纖光學(xué)元件和制造技術(shù)”的共同轉(zhuǎn)讓申請(qǐng)中敘述的用以在晶片中制造通孔的方法，通過激光鉆孔或蝕刻完成的。該文和本文同時(shí)申請(qǐng)，并通過引用結(jié)合在本文中。
或者，開口1508可以在附接之前在絕緣層中預(yù)先形成，例如，如果預(yù)先知道接觸鍵合區(qū)的位置的話。
然后，通過將一種導(dǎo)電材料1510施加到開口的側(cè)壁(這在之前就可選擇地涂覆一層絕緣體)，或者用材料1510填充該開口而將開口1508制成導(dǎo)電的。
有利的是，如果開口沒有完全被填充，它們可以用來(lái)幫助對(duì)準(zhǔn)。如果開口足夠?qū)捯灾略试S其它芯片上的焊料塊“納進(jìn)”該孔里，就可以實(shí)現(xiàn)上述對(duì)準(zhǔn)，因此而在兩者之間提供了一個(gè)初始的對(duì)準(zhǔn)。而且，在一些情況下，當(dāng)焊料熔化時(shí)毛細(xì)作用將引起部分焊料被吸入開口中，造成更好的連接和進(jìn)一步幫助對(duì)準(zhǔn)。
任選地，或者如果開口在附接之前就預(yù)先形成了，開口的涂覆或填充(根據(jù)需要)也可以在把絕緣層附接到光學(xué)芯片之前進(jìn)行。
接著，在絕緣體暴露的側(cè)面制作電跡線1512的圖案，以制造一個(gè)從開口(現(xiàn)在已被涂覆或填充)到絕緣體表面上將和電子晶片上的接觸鍵合區(qū)的位置對(duì)準(zhǔn)的位置的傳導(dǎo)路徑。如果可任選地可能有幾種不同的排列，取決于具體的光學(xué)芯片將要和其配對(duì)的電子芯片，單個(gè)的電跡線能產(chǎn)生兩個(gè)或更多的替代連接點(diǎn)，或者，如果接觸點(diǎn)互相輕微地偏斜，但是在一個(gè)可控制的限定區(qū)域內(nèi)，則產(chǎn)生一個(gè)連接區(qū)域。
在上面的一種變型中，如果光學(xué)芯片將要與其連接的芯片是一個(gè)電子芯片(而不是另一個(gè)光學(xué)芯片，例如調(diào)制器，或光學(xué)芯片對(duì)其是光學(xué)透明的另一個(gè)激光器)，電跡線就能在電子芯片上制作圖案，這是因?yàn)?，一般?lái)說(shuō)，大多數(shù)電子芯片已經(jīng)有一個(gè)可以用作接觸點(diǎn)重定路線的絕緣層。
一旦這個(gè)實(shí)現(xiàn)了，工藝就如上面描述的繼續(xù)下去，連接兩塊芯片1514(在這個(gè)例子中，使用倒裝片技術(shù))，在具體情況下，接著使襯底減薄，完全去除襯底，或保留襯底原來(lái)的厚度。其后，可以按照需要進(jìn)行制造接近進(jìn)路1516，制作芯片襯底圖案，流動(dòng)一種熱導(dǎo)體，或施加AR涂層。
頂層活性器件工藝。
現(xiàn)在參考圖16解釋適用于頂層發(fā)射/接收器件(也就是頂層活性器件)的工藝。為了便于解釋，假設(shè)光學(xué)芯片是從某個(gè)第三方獲得，制造光學(xué)芯片本身的過程與本發(fā)明無(wú)關(guān)。
此外，可以在開始該工藝前先進(jìn)行兩個(gè)任選步驟的其中之一或兩個(gè)。首先，在光學(xué)芯片的上側(cè)表面處附接一個(gè)載體。這個(gè)載體可由任何材料制成，且只是用作剛性和在剩下的工藝過程中保持該光學(xué)芯片。其次，包括使光學(xué)芯片襯底減薄。這使為接近存在于光學(xué)芯片正面的接觸點(diǎn)而必須被蝕刻去或鉆去的材料數(shù)量減少。
至此，工藝按照與圖15類似的方法進(jìn)行如下。
孔或開口或是被蝕刻，或是被鉆孔而通過光學(xué)芯片襯底到達(dá)在光學(xué)芯片正面的接觸點(diǎn)。
孔或開口用導(dǎo)電材料涂覆或填充(導(dǎo)電材料底下可加一層絕緣涂層)，使接觸點(diǎn)延伸到光學(xué)芯片的背部。
另一種方法是，例如，如果接觸點(diǎn)的位置使直接從芯片的背部通過襯底的接近會(huì)損壞芯片或出現(xiàn)其他的一些問題，那么將在一個(gè)合適的位置蝕刻或鉆孔或開口，在正面添加一個(gè)導(dǎo)電體來(lái)將接觸鍵合區(qū)和涂覆或填充開口或孔的導(dǎo)電體連接在一起。
有利的是，例如如果開口沒有完全填充滿，它們可被用于幫助對(duì)準(zhǔn)。如果開口足夠?qū)捯灾略试S其它芯片上的焊料塊“納進(jìn)”該孔里，就可以實(shí)現(xiàn)上述對(duì)準(zhǔn)，因此而在兩者之間提供了一個(gè)初始的對(duì)準(zhǔn)。而且，在一些情況下，當(dāng)焊料熔化時(shí)毛細(xì)作用將引起部分焊料被吸入開口中，造成更好的連接和進(jìn)一步幫助對(duì)準(zhǔn)。
或者，如果開口或孔的位置和與電子芯片對(duì)準(zhǔn)配對(duì)的正確位置相重合，也可以運(yùn)用上面的方法，開口或孔可以運(yùn)用傳統(tǒng)技術(shù)連接到正面的接觸鍵合區(qū)。
對(duì)于背部發(fā)射/接收器件集成工藝，如果開口或孔和電子芯片的接觸鍵合區(qū)不重合，就在圖16C的光學(xué)晶片和圖16D的其他芯片，在本場(chǎng)合中是電子芯片上形成電跡線的圖案，以在開口或孔和其他芯片上接觸點(diǎn)的位置之間提供了連接。
就此而言，芯片可以通過以上描述的方法接觸和連接在一起。
如果進(jìn)行了添加載體這一可選步驟，現(xiàn)在可以將載體去除了。如果載體太厚以致于引起了光學(xué)接近問題，或存在一個(gè)不相容的復(fù)折射率而反過來(lái)影響激光穿過載體的傳輸，那么應(yīng)該去除載體。在一個(gè)替代的變型中，通過最好在附接到光學(xué)芯片之前在載體上開接近進(jìn)路或通孔，這樣即使它能引起光學(xué)接近問題或存在一個(gè)不相容的復(fù)折射率，載體也可以留下。
此外，如果需要，可以將一個(gè)或更多附加的光學(xué)元件，如微透鏡或波導(dǎo)，放置在載體的頂部。
圖17所示的工藝類似于圖16，除了它沒有使用載體。
連接或適配器芯片替代在一個(gè)有用的替代變型中，例如，當(dāng)從不同的廠商購(gòu)買光學(xué)芯片和其他的芯片時(shí)，或考慮兩個(gè)或更多不同的芯片，而它們有不同的接觸鍵合區(qū)位置，而每個(gè)芯片的接觸鍵合區(qū)位置已知時(shí)，就能以直接的方式應(yīng)用在此介紹的方法容易地制造一個(gè)適配器或連接芯片，這樣，使設(shè)計(jì)和制造仍然可以進(jìn)行。
現(xiàn)在參考圖18，它展示了用于連接不同芯片的連接芯片或適配器芯片，共同晶片1800的頂面1802和底面1804經(jīng)過形成圖案，在每個(gè)面從每個(gè)芯片指定的接觸鍵合區(qū)位置1812、1814、1816、1818到每個(gè)芯片的一些共同點(diǎn)形成了電跡線。
然后形成通孔和在孔中填充導(dǎo)電材料，來(lái)連接相應(yīng)的一對(duì)部位，例如，將頂部的接觸點(diǎn)和低部的相對(duì)應(yīng)接觸點(diǎn)連接，這時(shí)兩面的觸點(diǎn)就被連接在一起。
圖19展示了另一個(gè)可替代的實(shí)施方法，它是適配器或連接芯片變型的另一個(gè)變型，適用于頂層發(fā)射器件。如圖所示，適配器和連接芯片1902僅在一個(gè)面上有電接觸點(diǎn)1904，用于通過接觸鍵合區(qū)1908直接連接到光學(xué)芯片1906，和通過例如支座1912，跳接線，導(dǎo)線，導(dǎo)線帶或其他已知的連接器件連接到電子芯片1910。在這個(gè)布局中，因?yàn)槠骷琼攲影l(fā)射/接收和適配器位于頂面，因此在適配器中設(shè)置“光學(xué)開口”1914來(lái)允許對(duì)光學(xué)器件的光學(xué)接近。
接著，將光學(xué)芯片放在電子芯片的頂面，連接芯片可以放在兩個(gè)芯片的頂面，來(lái)提供光學(xué)和電子芯片之間的連接。
一個(gè)注意點(diǎn)是，雖然描述的是有關(guān)光學(xué)芯片和電子芯片的配對(duì)方法，同樣的基本工藝(即使用連接芯片或適當(dāng)形成圖形后的絕緣層或襯底來(lái)補(bǔ)償鍵合區(qū)錯(cuò)位)也能以直接的方式適用于補(bǔ)償任何光學(xué)，電學(xué)，電子，電子-機(jī)械晶片組合之間鍵合區(qū)的錯(cuò)位。
其他變型如上面提到的，在一些情況下，有時(shí)候更為理想的是，對(duì)一些器件，尤其是檢測(cè)器涂覆一層AR涂層?？墒?，上述光電芯片由兩個(gè)(可能更多)不同類型的光學(xué)器件組成。因此不理想的是，AR涂層對(duì)激光器有不利影響。
有利的是，在上述工藝的一個(gè)進(jìn)一步可選的變型中，需要涂覆AR涂層的器件沒有必要和一般不涂覆AR涂層的器件區(qū)分開來(lái)。
工藝主要遵循上述結(jié)合圖5的工藝流程，工藝中制造了激光器晶片和檢測(cè)器晶片，將其翻轉(zhuǎn)，通過倒裝片鍵合技術(shù)附接到電子芯片上去。
使襯底減薄，但對(duì)于激光器襯底，僅僅針對(duì)那些相對(duì)于激光腔的厚度仍然被認(rèn)為厚的襯底。雖然不同類型的激光器件需要不同特定的厚度，在DFB和DBR的情況下，襯底的厚度應(yīng)該至少是激光腔厚度的幾倍，在VCSEL的情況下，襯底的厚度應(yīng)該至少是鏡子間的距離的幾倍。因?yàn)?，精確距離隨器件而變化，一個(gè)好的經(jīng)驗(yàn)法則是，使用一個(gè)10X激光腔厚度的因子?？墒?，如果可以精確控制厚度，它可以小于10X因子，具體的最小厚度可經(jīng)驗(yàn)確定為AR涂層不影響激光器發(fā)射激光的能力的最小厚度。
一個(gè)類似的方法可用在頂層發(fā)射激光器上。在頂層發(fā)射激光器中，可以在它的頂部附接一個(gè)襯底(它可以是上述提到的載體，或者，如果沒有必要進(jìn)行或在其他芯片上進(jìn)行接觸點(diǎn)重定路線而在載體去除后替代載體施加的分離的襯底)。襯底或者在施加后減薄到上述厚度，或者在施加前減薄到這樣的厚度。
一旦這些工藝都能達(dá)到，激光器和檢測(cè)器可以同時(shí)涂覆防反射涂層。這樣，在AR涂覆工藝過程中不需要特殊形成圖形，或另外將激光器和檢測(cè)器區(qū)分開來(lái)。
這樣，我們應(yīng)該理解上述工藝可應(yīng)用于各種不同的器件。例如，運(yùn)用本發(fā)明的學(xué)說(shuō)，可以做到以一種陣列可兼容的格式在激光器的頂部堆疊調(diào)制器。事實(shí)上，當(dāng)調(diào)制器在激光器的頂部或底部時(shí)，它都能實(shí)現(xiàn)。而且，不管是否在一個(gè)單獨(dú)的外延步驟中制造兩個(gè)或更多的器件，它也都能實(shí)現(xiàn)。類似地，可以進(jìn)行將頂層發(fā)射活性器件堆疊在頂層活性器件或背面活性器件的頂部，和如圖20A所示的，可以將背面活性器件堆疊在頂層或背面活性器件的頂部一樣，以及如圖20B詳細(xì)介紹的將調(diào)制器安放在背面發(fā)射激光器上。
帶有晶格錯(cuò)位的器件可以類似地進(jìn)行堆疊，而不需考慮單個(gè)器件執(zhí)行的功能。
在進(jìn)一步的應(yīng)用中，可將來(lái)自不同外延晶片的器件在晶片規(guī)模的水平上集成到一個(gè)共同的芯片上。這樣，不同波長(zhǎng)的激光器可以混合在一起，應(yīng)用于雙波長(zhǎng)分路復(fù)用(DWDM)技術(shù)和多波長(zhǎng)分路復(fù)用(MWDM)技術(shù)中，如圖21所示。
圖21展示了將一個(gè)由一百個(gè)不同波長(zhǎng)的激光器組成的陣列以晶片規(guī)模全部集成在一個(gè)共同的芯片上。通過這樣做，并且使每個(gè)激光器都是可選擇的，就能選擇特定的波長(zhǎng)(或波長(zhǎng)的組合)。因此，消除對(duì)可調(diào)激光器的需要，而該可調(diào)激光器依賴于實(shí)體部件的模擬運(yùn)動(dòng)，或顯示了熱變化或熱效應(yīng)，它的速度限制在微秒級(jí)，精度也受到限制。
此外，波長(zhǎng)可以以和數(shù)據(jù)發(fā)送同樣的速率切換，這樣組成了按該比特率和不同的波長(zhǎng)多路復(fù)用不同數(shù)據(jù)流的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。從而，可實(shí)現(xiàn)在大約100皮秒內(nèi)的切換(每秒數(shù)十吉比特)。
而且，不同類型的不同器件(即不同類型的激光器，激光器和檢測(cè)器等)可以組合在一起，如剖視圖22的所示的一樣。
如圖22所示，制造了兩條不同波長(zhǎng)的激光器帶2202和2206，及兩條不同的互補(bǔ)波長(zhǎng)的光檢測(cè)器帶2204和2208。第一個(gè)器件帶(圖示為激光器2202(λ1))按本文介紹的方法附接。下一個(gè)器件帶(圖示為激光器2204(Δλ1))以類似的方法附接。接下來(lái)，第三個(gè)器件帶(圖示為激光器2206(λ2))以類似的方式附接。最后，最后的器件帶(圖示為激光器2208(Δλ2))也以類似的方式附接。
取決于具體情況，例如，襯底或載體可以立刻從所有的器件上去除或減薄，如果襯底或載體不影響以后器件的集成，或它們可以在每一組器件附接之后被去除或減薄。
圖23顯示圖22的器件的集成的俯視圖。如圖所示，附接了所有的第一波長(zhǎng)的激光器。然后，附接所有的第一波長(zhǎng)的光檢測(cè)器。接下來(lái)，附接所有的第二波長(zhǎng)的激光器，再接著是附接所有的第二波長(zhǎng)的光檢測(cè)器，這樣，最后的結(jié)果是完全集成的雙波長(zhǎng)收發(fā)器芯片，圖23右側(cè)是它的局部放大圖。
當(dāng)然，雖然在即刻前述的實(shí)例中使用兩個(gè)激光器和兩個(gè)檢測(cè)器，但本質(zhì)上，其工藝是一樣的，與不同器件的數(shù)量，是否是頂層或底層活性，器件是否成組，是否是所有的激光器和檢測(cè)器等都沒有關(guān)系，因?yàn)?，這個(gè)工藝的一個(gè)好處是混合和匹配的能力，特別是在一個(gè)晶片的規(guī)模上。
在這些情況下，能夠很容易地在單一器件(或器件類型)的基礎(chǔ)上進(jìn)行集成，或者能夠以例如帶(如圖所示)或組的形式集成，根據(jù)帶2202、2204、2206、2208或組的限定來(lái)保留襯底。
更進(jìn)一步，通過將同一波長(zhǎng)的冗余激光器組和其他波長(zhǎng)的冗余激光器組集成在一起，就能在低成本下生產(chǎn)極其可靠的DWDM或MWDW模塊。
這樣，因?yàn)橛孟扔屑夹g(shù)不能得到DWDM系統(tǒng)的單個(gè)器件、集成發(fā)射器陣列，通過將大量激光器集成在一個(gè)芯片上，可以減少封裝尺寸。通過將含有兩個(gè)或更多不同波長(zhǎng)的、十個(gè)或更多激光器的陣列集成在一個(gè)芯片和例如，使用一種光纖結(jié)合器/反向分離器，一種全息攝影透鏡陣列或通過引用而結(jié)合的題為多片光纖光學(xué)組件和制造技術(shù)的申請(qǐng)的技術(shù)將它們中的一組耦合到一個(gè)單一光纖，就可以在輸出光纖中得到多波長(zhǎng)的多路復(fù)用，在一些情況中，不需要光機(jī)械或光電元件來(lái)完成切換動(dòng)作(光學(xué)交越連接)。
在此項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用中，可以構(gòu)成一個(gè)大的陣列，該陣列能在同一時(shí)間或不同時(shí)間，作為泵激激光器或通信激光器來(lái)使用。
應(yīng)該理解的是，上述敘述僅僅是針對(duì)圖示實(shí)施例的描述。為了便于讀者，上述文字集中于所有可能實(shí)施例中具有代表性的例子，這些例子體現(xiàn)了本發(fā)明的主要原理。本文不想詳盡無(wú)遺地列舉所有可能的變化。對(duì)于本發(fā)明的特定部分，可能沒有提出替代的實(shí)施例，對(duì)于這些特定部分可能有本文未敘述到的另外的替代實(shí)施例，但不能被認(rèn)為對(duì)這些替代的實(shí)施例的棄權(quán)。普通的技術(shù)熟練人士將理解到，許多這些未在本文中敘述過的實(shí)施例也結(jié)合了本發(fā)明的同樣的原理，其他的實(shí)施例都是同等的。
權(quán)利要求
1.一種將一個(gè)芯片和一個(gè)頂面活性光學(xué)芯片集成在一起的方法，該頂面活性光學(xué)芯片至少包括一個(gè)光學(xué)激光器器件，該器件具有一個(gè)包括一個(gè)光學(xué)活性區(qū)域的活性面，一個(gè)有一定高度的激光器腔，一個(gè)光學(xué)非活性區(qū)域，一個(gè)和活性面相對(duì)的鍵合面和一個(gè)器件厚度，該方法包括將光學(xué)芯片鍵合到電子芯片；施加一個(gè)襯底到活性面，該襯底在活性區(qū)域上面有一個(gè)在一個(gè)第一數(shù)量和一個(gè)第二數(shù)量之間的范圍內(nèi)的襯底厚度，該第一數(shù)量在一個(gè)最小激光發(fā)射厚度和約十倍于激光器腔高度之間，該第二數(shù)量約100微米；和施加一個(gè)抗反射涂層，在施加抗反射涂層時(shí)不需形成特殊的圖形或在該至少一個(gè)光學(xué)激光器器件和任何其他器件之間進(jìn)行區(qū)別。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中施加的步驟進(jìn)一步包括將光學(xué)活性區(qū)域上面的襯底減薄到約為器件厚度的經(jīng)減薄的襯底厚度。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中施加的步驟進(jìn)一步包括將光學(xué)活性區(qū)域上面的襯底減薄到約為0微米到100微米的范圍中的經(jīng)減薄的襯底厚度。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中施加的步驟進(jìn)一步包括將光學(xué)活性區(qū)域上面的襯底減薄到約為50微米到100微米的范圍中的經(jīng)減薄的襯底厚度。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中施加的步驟進(jìn)一步包括將光學(xué)活性區(qū)域上面的襯底減薄到約為20微米到100微米的范圍中的經(jīng)減薄的襯底厚度。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中施加的步驟進(jìn)一步包括將光學(xué)活性區(qū)域上面的襯底減薄到約為20微米到50微米的范圍中的經(jīng)減薄的襯底厚度。
7.如權(quán)利要求1所述的方法進(jìn)一步包括在襯底中形成光學(xué)接近進(jìn)路。
8.如權(quán)利要求7所述的方法進(jìn)一步包括將孔鉆進(jìn)襯底。
9.如權(quán)利要求7所述的方法進(jìn)一步包括刻蝕襯底，使襯底有一個(gè)孔。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，其中刻蝕包括形成一個(gè)直側(cè)壁以限定孔的至少一部分。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，其中刻蝕包括形成一個(gè)斜側(cè)壁以限定孔的至少一部分。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，其中刻蝕包括形成一個(gè)直側(cè)壁以限定孔的一個(gè)第一部分；和形成一個(gè)斜側(cè)壁以限定孔的一個(gè)第二部分。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中至少一個(gè)光學(xué)器件包括一個(gè)探測(cè)器，并且該方法進(jìn)一步包括對(duì)探測(cè)器進(jìn)行抗反射涂覆。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中在緊接著施加以后襯底有一個(gè)表面區(qū)域，該方法進(jìn)一步包括對(duì)襯底形成抗蝕劑圖形以將該表面區(qū)域增加一個(gè)數(shù)量。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中在緊接著施加以后襯底有一個(gè)表面區(qū)域，該方法進(jìn)一步包括除去襯底以將該表面區(qū)域增加一個(gè)數(shù)量。
16.如權(quán)利要求1所述的方法進(jìn)一步包括在光學(xué)活性區(qū)域上面的襯底中形成光學(xué)接近進(jìn)路，該光學(xué)接近進(jìn)路的尺寸足以容納一個(gè)光纖或一個(gè)微透鏡中的一個(gè)。
17.如權(quán)利要求1所述的方法進(jìn)一步包括在襯底中形成一個(gè)光學(xué)接近進(jìn)路，該光學(xué)接近進(jìn)路從襯底的一個(gè)表面延伸進(jìn)厚度中一個(gè)距離。
18.如權(quán)利要求17所述的方法進(jìn)一步包括將一個(gè)光纖的末端插進(jìn)該光學(xué)接近進(jìn)路。
19.如權(quán)利要求17所述的方法進(jìn)一步包括用光學(xué)接近進(jìn)路支撐一個(gè)光纖的一個(gè)末端。
20.如權(quán)利要求17所述的方法進(jìn)一步包括將一個(gè)微透鏡的一部分插進(jìn)該光學(xué)接近進(jìn)路。
21.如權(quán)利要求1所述的方法進(jìn)一步包括用光學(xué)接近進(jìn)路支撐一個(gè)微透鏡的至少一部分。
22.一種混合光電芯片包括一個(gè)電子芯片；和一個(gè)頂面活性光學(xué)芯片，其中該混合光電芯片通過權(quán)利要求1-21中的一項(xiàng)的方法制作。
23.一種模塊包括一個(gè)具有至少一個(gè)頂面活性激光器和至少一個(gè)光探測(cè)器的光學(xué)芯片，該至少一個(gè)頂面活性激光器有在兩者之間限定一個(gè)活性區(qū)域的相對(duì)鏡。一個(gè)鍵合到光學(xué)芯片的電子芯片；和在活性區(qū)域上面的襯底的頂部的一個(gè)抗反射涂層，該涂層在施加時(shí)不需要作為抗反射涂覆工藝的一個(gè)部分的在至少一個(gè)的頂面活性激光器和至少一個(gè)的光探測(cè)器之間進(jìn)行區(qū)別。
24.如權(quán)利要求23所述的模塊，其特征在于，其中，至少一個(gè)的頂面活性激光器是一種垂直腔表面發(fā)射激光器。
25.如權(quán)利要求23所述的模塊進(jìn)一步包括一個(gè)活性區(qū)域上方的光學(xué)接近進(jìn)路。
26.如權(quán)利要求25所述的模塊進(jìn)一步包括一個(gè)有一個(gè)部分在光學(xué)接近進(jìn)路中的光纖。
27.如權(quán)利要求25所述的模塊進(jìn)一步包括一個(gè)由光學(xué)接近進(jìn)路支撐的微透鏡。
28.如權(quán)利要求25所述的模塊進(jìn)一步包括一個(gè)有一個(gè)部分在光學(xué)接近進(jìn)路內(nèi)的微透鏡。
29.一種混合模塊包括一個(gè)由至少兩個(gè)每一個(gè)都有一個(gè)在一個(gè)活性區(qū)域上面的襯底的頂面發(fā)射激光器組成的光學(xué)芯片，襯底有一個(gè)在至少兩個(gè)頂面發(fā)射激光器的非活性區(qū)域上面的第一厚度，和一個(gè)在至少兩個(gè)頂面發(fā)射激光器的活性區(qū)域上面小于約100微米的第二厚度；一個(gè)在襯底的頂部的抗反射涂層；和一個(gè)光學(xué)芯片被鍵合到其上的電子芯片。
30.如權(quán)利要求29所述的混合模塊，其特征在于，其中，第二厚度大于抗激光發(fā)射厚度，而小于100微米，其中的混合模塊進(jìn)一步包括一層施加在襯底上的抗反射涂層，對(duì)該至少兩個(gè)背面發(fā)射的激光器的襯底不進(jìn)行特定的圖案形成。
31.如權(quán)利要求30所述的混合模塊進(jìn)一步包括至少一個(gè)光檢測(cè)器。
32.如權(quán)利要求31所述的混合模塊進(jìn)一步包括在至少一個(gè)光檢測(cè)器上的抗反射涂層。
全文摘要
描述了一種將芯片和頂面光學(xué)芯片集成在一起的方法。頂面光學(xué)芯片至少有一個(gè)光學(xué)器件，該器件有一個(gè)包括一個(gè)光學(xué)活性區(qū)域的活性面，一個(gè)有一定高度的激光器腔，一個(gè)光學(xué)非活性區(qū)域，一個(gè)和活性面相對(duì)的鍵合面和一個(gè)器件厚度。該方法包括，將光學(xué)芯片鍵合到電子芯片上；施加一個(gè)襯底到活性面上，該襯底有一個(gè)在活性區(qū)域上面的在一個(gè)第一數(shù)量和一個(gè)第二數(shù)量之間的襯底厚度，和施加一個(gè)抗反射涂層，在施加抗反射涂層時(shí)不需形成特殊的圖形或在至少一個(gè)的光學(xué)激光器器件和其他器件之間進(jìn)行區(qū)別。
文檔編號(hào)G02B6/42GK1522459SQ02813089
公開日2004年8月18日 申請(qǐng)日期2002年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月29日
發(fā)明者格雷格·杜德夫, 約翰·特雷澤, 格雷格 杜德夫, 特雷澤 申請(qǐng)人:美莎諾普有限公司