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)明涉及光電子器件集成，特別是高成品率、高密度光電子器件的集成。
背景技術(shù)：
圖1和2圖解說明了在先有技術(shù)中所采用的附接多個底發(fā)射(或探測)器件(也可稱做背發(fā)射或探測器件)形成集成光電子器件的方法。
根據(jù)圖1的方法，采用傳統(tǒng)方式在晶片襯底102上形成了多個激光器，對于多個探測器(這里可交換地指光探測器)，在其自己的或和激光器共同的晶片襯底上，方法也一樣。一般來講，襯底102上最靠近光電子器件106、108與襯底102之間連接的部分104采用對該光電子器件工作波長光學(xué)透明的材料制成。然后采用傳統(tǒng)技術(shù)加工器件106，108，比如說采用濕法或干法刻蝕，在器件106，108之間形成溝槽112，利用此溝槽將106，108分成一系列的單個分立的激光器106或探測器108器件。取決于采用的具體技術(shù)，刻蝕的溝槽可能在到達(dá)襯底102前停止，也有可能部分延伸入襯底102?？涛g后，將襯底102及相關(guān)器件翻轉(zhuǎn)，和硅電子晶片114上的適當(dāng)位置對準(zhǔn)，然后采用傳統(tǒng)的倒裝片鍵合技術(shù)鍵合到硅電子晶片上。鍵合后，利用傳統(tǒng)的機(jī)械拋光技術(shù)或刻蝕技術(shù)或二者的某些組合，整體極端減薄襯底102到5微米左右的數(shù)量級或更小，從而達(dá)到對該器件的光學(xué)接近并形成一個集成光電子晶片116。
接下來的步驟可選擇，采用傳統(tǒng)技術(shù)對集成的電子光學(xué)晶片116形成圖形，以保護(hù)分立的激光器和給探測器涂覆上一層抗反射涂層118。
圖2中展示了圖1中技術(shù)的相關(guān)替代方案。在此方案中，形成激光器和探測器的方法與上述一致。，但在應(yīng)用圖2的技術(shù)時，溝槽112被刻蝕進(jìn)入襯底102。然后將襯底102及相關(guān)器件翻轉(zhuǎn)，和硅電子晶片114上的適當(dāng)位置對準(zhǔn)，然后采用傳統(tǒng)的倒裝片鍵合技術(shù)鍵合到硅電子晶片上。鍵合后，利用傳統(tǒng)的機(jī)械拋光技術(shù)或刻蝕技術(shù)或二者的某些組合去除整個襯底112，從而達(dá)到對該器件達(dá)到緊密的光學(xué)接近并形成一個光電子集成晶片116。
接下來的步驟可選擇，對集成光電子晶片116形成圖形，以保護(hù)分立的激光器和給探測器涂覆上一層抗反射涂層。
圖1和2采用的技術(shù)使光纖或光學(xué)透鏡與器件之間的距離足夠接近以捕獲適當(dāng)?shù)墓饩€，不使光離開或進(jìn)入相鄰的器件而影響任何該相鄰的器件，也即避免了所謂的“串話”問題。一般來講，要避免“串話”，要求器件與光纖或微光學(xué)透鏡之間的分隔距離應(yīng)小于100微米。
另外，兩種技術(shù)都確保了器件有源區(qū)上方?jīng)]有將阻擋光逃逸的明顯的吸收層，因?yàn)閳D1的減薄技術(shù)將整個襯底102的厚度減到約5微米或更小，圖2的方法將襯底102完全去除，留下了多個完全獨(dú)立的光學(xué)器件。
然而，采用這兩種技術(shù)特征性地制作的光電子芯片在使用時有熱發(fā)散的問題，同時，單個器件對制造過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力或機(jī)械應(yīng)力很敏感，因而降低了單個器件的壽命，相應(yīng)地，降低了成品率和整個芯片的壽命。
另外，對于圖1(襯底極薄)和圖2(襯底完全去除)的方法，器件經(jīng)受到的應(yīng)力主要傳給了器件中結(jié)構(gòu)最薄弱的部分的非常薄的光學(xué)器件層。
因而，有必要發(fā)明一種制造集成光電子芯片的方法。用此方法得到的光電子芯片對工藝過程和/或使用過程產(chǎn)生的熱和/或結(jié)構(gòu)應(yīng)力不敏感。
另外，光電子器件制造商有兩條獲得光學(xué)和電子晶片的途徑-他們可以自己制造這兩種晶片或只制造一種，或者從第三方那里獲得一種或全部兩種。通過制造光學(xué)晶片(可互換地簡稱之為“光學(xué)芯片”)和電子晶片(可互換地簡稱之為“電子芯片”)，制造商可以設(shè)法保證當(dāng)光學(xué)芯片置于電子芯片之上時，兩種晶片上的鍵合區(qū)正確就位而相互對齊。然而，一般來講，即使由同一組織設(shè)計(jì)制造，電子和光學(xué)芯片也往往不是同時設(shè)計(jì)的。因而，即使對于單個的制造商來說，除非組織內(nèi)部關(guān)于兩種電子和光學(xué)芯片的設(shè)計(jì)有高度一致， 否則，每種芯片的接觸鍵合區(qū)之間缺乏一致性可以很容易發(fā)生，特別在當(dāng)計(jì)劃中設(shè)計(jì)其中一種或兩種晶片是為了賣給其他用戶或者與其他來源的器件集成時更是如此。而且，每種芯片設(shè)計(jì)上后續(xù)的改進(jìn)或變化往往會改變接觸鍵合區(qū)的位置，因而會在原來不存在不對準(zhǔn)的地方產(chǎn)生鍵合區(qū)的不對準(zhǔn)。
更糟糕的是，如果電子芯片是為了與各種不同的光學(xué)芯片一起使用而設(shè)計(jì)的，但光學(xué)芯片是從第三方那里獲得的庫存(例如，光學(xué)芯片包括頂面發(fā)射垂直腔激光器，底發(fā)射垂直腔激光器，分布反饋(DFB)或分布布拉格反射(DBR)激光器(在長距離的應(yīng)用中，兩者都具有更好的線性調(diào)頻脈沖特性和線寬特性)，頂面接收探測器或底接收探測器)，這些產(chǎn)品是大規(guī)模制造的而提供給不相關(guān)的用戶的，因此即使在其它方面這些芯片與電子芯片兼容，也不可能保證每個光學(xué)芯片的鍵合區(qū)的位置完全相同。
例如，如圖3所示，單個光學(xué)器件300具有置于其制造商制造時確定好的位置上的鍵合區(qū)302，304。一個電子晶片的一部分也具有置于其制造商制造時確定好的位置上的光學(xué)器件可連接到其上的鍵合區(qū)308，310。如果翻轉(zhuǎn)光學(xué)器件，采用倒裝片技術(shù)與電子晶片鍵合，每一個接觸鍵合區(qū)302，304，308，310都將不對齊，如圖4所示。
這樣就存在一個限制了“混合和匹配”器件的能力的問題。另外，如果一個芯片計(jì)劃中是相關(guān)于另一個特定的芯片設(shè)計(jì)的，而后繼的事件又產(chǎn)生了使用有不同接觸點(diǎn)位置的不同器件的需要，則為最初器件所作的所有計(jì)劃和協(xié)調(diào)對新器件都將是不適用的。因此，就有了對一種工藝的進(jìn)一步需求，該工藝促進(jìn)了混合和匹配器件的能力，不需要在任何器件的設(shè)計(jì)者之間有任何協(xié)調(diào)，或不需要使用標(biāo)準(zhǔn)的或通用的接觸點(diǎn)位置方案。
另外，在某些情況下，給某些器件特別是探測器涂覆抗反射涂層有時是很理想的。
抗反射涂層用于防止光撞擊探測器表面，并由于探測器-空氣界面的折射率的變化而在該面產(chǎn)生反射。這一點(diǎn)對于探測器來講很重要，因?yàn)?，被反射的光是沒有進(jìn)入探測器本身的光，因此就不能被轉(zhuǎn)換成電信號(從系統(tǒng)的觀點(diǎn)來講，這是“丟失的光”)。因而，因?yàn)榭狗瓷渫繉臃乐沽斯庠诮缑娴姆瓷?，因此?yōu)化了探測器的收集效率。
但激光器在工作時需要一個具有很高反射率的頂部鏡。激光器上的抗反射涂層會改變頂部鏡的反射率。結(jié)果，如果不全部阻止，至少也會對激光器的激光發(fā)射作用產(chǎn)生有害影響。
如果一個晶片同時具有形成陣列的激光器和探測器，為了僅給探測器涂覆上抗反射涂層，傳統(tǒng)方法都是在晶片上形成特殊圖形，以便在抗反射涂層涂覆的淀積階段保護(hù)激光器，保證激光器器件不被抗反射涂層覆蓋。
這種對晶片上各種不同器件的保護(hù)或完全不同的處理需要額外的工藝步驟，既費(fèi)時又因此提高了工藝成本。而且也產(chǎn)生損壞受保護(hù)的器件的可能性。最后，迫使電接觸鍵合區(qū)也要受到保護(hù)。
另外，當(dāng)對在相同區(qū)域具有電接觸鍵合區(qū)的芯片進(jìn)行工藝處理時，對器件的完全不同處理會帶來其它的工藝問題。例如，如果芯片上器件附近有電接觸點(diǎn)，在利用電鍍，化學(xué)鍍，熱蒸發(fā)，電子束蒸發(fā)或?yàn)R射技術(shù)在接觸鍵合區(qū)上放置焊料時，焊料堆的高度會使區(qū)域形成圖形以保護(hù)激光器免受抗反射涂覆難于進(jìn)行，因?yàn)楹噶隙驯裙鈱W(xué)器件高得多。
先有技術(shù)缺少一種辦法，該辦法既消除在激光器上形成保護(hù)層圖形的需要，同時又允許在整個晶片(即激光器和探測器)上進(jìn)行抗反射涂覆。
因而，有更深入的需求開發(fā)一種方法，該方法允許在一個電子芯片上集成多種類型的器件，以便各種額外的工藝步驟，例如抗反射涂覆可以在器件集成后不需形成特殊保護(hù)圖形一次性地在整個晶片上進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容
我們已經(jīng)設(shè)計(jì)了一種制造光學(xué)電子芯片的方法，在各種具體實(shí)現(xiàn)方式的變型中，該方法克服了先有技術(shù)的上述一種或多種缺點(diǎn)，可得到更高的成品率，更長壽命(即可靠性更高)的器件。特別地，我們已經(jīng)設(shè)計(jì)了一種制造光電子芯片的方法，在一些變型中，該方法提供了一個或多個以下優(yōu)點(diǎn)允許使用更小的工作電流，從而降低功耗和產(chǎn)生的熱量；對所產(chǎn)生的熱提供了更好的散熱方式，這一方式允許激光器更低的溫度下工作，從而增加激光器的使用壽命并且(或者)提供更好的波長控制；并且(或者)擁有更高的結(jié)構(gòu)完整性，從而使器件的缺陷更少，時增加器件壽命。
我們進(jìn)一步設(shè)計(jì)了一種集成光學(xué)芯片和電學(xué)芯片以制造集成光電器件的方法，這一方法與器件的組成部分是否是用同等的方法制造或者器件上是否有相匹配的電學(xué)接觸點(diǎn)無關(guān)。
我們還進(jìn)一步設(shè)計(jì)了制造光電器件的方法，該方法在整個晶片上的器件完全不同時仍可實(shí)施AR覆蓋，而無需額外的工藝過程來保護(hù)激光器，或者對激光器發(fā)射能力造成影響。
第一點(diǎn)，使光纖或光學(xué)鏡頭足夠貼近以使無串?dāng)_地捕捉光線成為可能。第二點(diǎn)，器件有源區(qū)上方必須沒有任何將阻止光逃逸或進(jìn)入特定器件的吸收層，第三點(diǎn)，應(yīng)該有附著到器件上的足夠大的散區(qū)，用以有效率地散熱。第四點(diǎn)，工藝過程中必須保證結(jié)構(gòu)的完整，以保證器件經(jīng)受的應(yīng)力或張力不影響器件性能。
如上面所提，圖1和圖2的方法滿足前兩個屬性，但沒有一個滿足第三或第四個屬性，因?yàn)闆]有一個方法能產(chǎn)生足夠大的附著到器件上的散熱區(qū)，或降低器件上的應(yīng)力。
雖然申請人不清楚先有技術(shù)中存在任何這樣的情形，或通過在器件上留下厚一些的襯底可使圖1的方法潛在地滿足屬性四。然而，這只有在特定器件的工作波長對該器件的工作波長非常透明時才可行。另外，在許多情況下，這樣做如果沒有破壞也會降低器件滿足屬性一的能力，同時這也會負(fù)面影響激光器的工作，除非將激光器重新設(shè)計(jì)成將激光發(fā)射入例如半導(dǎo)體材料而不是設(shè)計(jì)成發(fā)射入空氣。而且，留下較厚的襯底，又必須對結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗反射涂覆以防激光返回激光器。另外，這種技術(shù)很可能妨礙利用市售的預(yù)先制好的各種半導(dǎo)體光學(xué)器件，比如大多數(shù)第三方提供的垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSELs)，分布反饋(DFB)或分布布拉格反射(DBR)激光器。
總之，我們已經(jīng)設(shè)計(jì)了一種集成光學(xué)器件和電子器件以制造可以滿足所有四個屬性的光電子芯片的方法。而且，在需要的時候，我們可以采用從第三方獲得的器件做到這一點(diǎn)。更進(jìn)一步的是，按照以更低的成本進(jìn)行生產(chǎn)，我們可以提供優(yōu)于先有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，提供更高的成品率和更長的器件壽命。
本發(fā)明的第一個實(shí)施例包括一種通過將底有源光學(xué)器件和電子芯片結(jié)合制造一種混合芯片的方法，該光學(xué)器件一面是襯底，相對襯底的表面有有源器件接觸點(diǎn)，該電子芯片有電子芯片接觸點(diǎn)，至少一些有源光學(xué)器件接觸點(diǎn)與至少一些電子芯片接觸點(diǎn)不對準(zhǔn)，至少一些有源器件接觸點(diǎn)中的每一個接觸點(diǎn)都有一個電氣相應(yīng)的電子芯片接觸點(diǎn)。本方法包括向底有源光學(xué)器件添加一個絕緣層，絕緣層具有一定的厚度和一個第一面和一個第二面，將絕緣層的第一面粘貼于表面上，在與有源器件接觸點(diǎn)基本重合的點(diǎn)形成限定絕緣層上從第二面延伸到第一面的開口的側(cè)壁，使側(cè)壁導(dǎo)電，并用導(dǎo)電材料將重合的點(diǎn)與電子芯片的接觸點(diǎn)相連接。
本發(fā)明的第二個實(shí)施例包括一種混合芯片，此芯片有至少一個耦合到電子芯片的底有源光學(xué)器件，該混合芯片用已描述方法制造。
本發(fā)明的第三個實(shí)施例包括連接兩個芯片的方法，每一個芯片都有將被連接在一起的電氣上相對應(yīng)的接觸點(diǎn)，但實(shí)體位置不匹配。本方法包括在絕緣體上制作導(dǎo)電通路，每條導(dǎo)電通路都在兩個芯片中的一個芯片的接觸點(diǎn)的實(shí)體位置和該兩個芯片中的另一個芯片的電氣相應(yīng)接觸點(diǎn)的實(shí)體位置之間延伸。
本發(fā)明的第四個實(shí)施例包括一個模塊，此模塊包括兩個根據(jù)已描述的方法中的一個方法連接在一起的芯片。
本文描述的以及利用本文包括的技術(shù)產(chǎn)生的實(shí)施例以及其它實(shí)施例提供了優(yōu)于先有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)勢。
本文描述的優(yōu)點(diǎn)和特征僅僅是可以從代表性實(shí)施例得到的眾多優(yōu)點(diǎn)和特征中的一小部分，描述這些優(yōu)點(diǎn)和特征僅僅是為了有助于理解本發(fā)明。應(yīng)該這樣理解，這些優(yōu)點(diǎn)和特征不應(yīng)被理解為如權(quán)利要求限定的對本發(fā)明的限制，或?qū)?quán)利要求的等價(jià)物的限制。例如，某些優(yōu)點(diǎn)相互矛盾，它們不可能在一個單個的實(shí)施例中同時出現(xiàn)。相似地，某些優(yōu)點(diǎn)可應(yīng)用于本發(fā)明的一個實(shí)施例，但不可應(yīng)用于其它實(shí)施例。因而，在確定等價(jià)物時，此關(guān)于優(yōu)點(diǎn)和特征的概述不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是否定性的。有關(guān)本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將會在下面的描述中，從附圖和權(quán)利要求中變得更明顯。


圖1說明了在先有技術(shù)中所采用的附著多個底發(fā)射器件以形成一個集成光電子芯片的方法；圖2說明了在先有技術(shù)中所采用的附著多個底發(fā)射器件以形成一個集成光電子芯片的方法；圖3說明了一個帶有置于由其制造商規(guī)定的位置上的接觸鍵合區(qū)的單個的光學(xué)器件和帶有置于由其制造商規(guī)定的位置上的接觸鍵合區(qū)的電子晶片的一部分；圖4說明了一個帶有置于由其制造商規(guī)定的位置上的接觸鍵合區(qū)的單個的光學(xué)器件和帶有置于由其制造商規(guī)定的位置上的但每個都不對準(zhǔn)的接觸鍵合區(qū)的電子晶片的一部分；圖5以一個簡化的高水平概觀說明了根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)的一個示范方法；圖6和7說明了幾種不同的光學(xué)接近進(jìn)路的變型示例；圖8說明了一個光學(xué)陣列，陣列中光纖由襯底支撐；圖9說明了一個光學(xué)陣列，陣列中容納一個微透鏡陣列；圖10說明了一個根據(jù)所描述的技術(shù)制造一個光電子芯片變型的工藝示例；圖11說明了一個根據(jù)所描述的技術(shù)制造一個光電子芯片變型的工藝示例；圖12說明了一個根據(jù)所描述的技術(shù)制造一個光電子芯片變型的工藝示例；圖13說明了一個根據(jù)所描述的技術(shù)制造一個光電子芯片的變型的工藝示例；圖14說明了另一個用與制造圖10-12中的器件相似的方法制造的光電子器件；圖15說明了一個用于底有源器件的工藝；圖16A說明了一個用于頂面有源器件的工藝；圖16B說明了這樣一個工藝，此工藝中，接觸孔已經(jīng)加好涂層，但未填滿，能有助于對準(zhǔn)；圖16C說明了一個帶有其接觸點(diǎn)的光學(xué)芯片，該接觸點(diǎn)通過在襯底上形成圖形而重定路線，以便能和其它芯片的接觸點(diǎn)相匹配；圖16D說明了一個電子芯片的接觸點(diǎn)，該接觸點(diǎn)通過在襯底上形成圖形而重定路線，以便能和光學(xué)芯片的接觸點(diǎn)相匹配；圖17說明了一個與16A所顯示的相似的工藝過程，只不過沒有采用載體；
圖18說明了一個用于連接不同器件的連接芯片或適配器芯片；圖19說明了另一種替代實(shí)施，這是一種適配器芯片或連接芯片的變型的另一種變型，用于頂面有源器件；圖20A說明了利用根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)的兩個或更多個器件的堆疊；圖20B說明了利用根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)堆疊在一個激光器頂部的模塊；圖21說明了一個利用根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)之一制造的例如100個激光器的陣列；圖22說明了利用根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)制造一個用于DWDN用途的陣列的步驟；圖23是圖22中工藝過程的頂視圖；具體實(shí)施方式
圖5以一個簡化的高水平概觀說明了根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)的一個示范方法。這個工藝過程在克服先有技術(shù)的缺點(diǎn)的同時，允許有緊密的光學(xué)接近，去除了吸收區(qū)，提供了更高的結(jié)構(gòu)完整性，并有更好的熱發(fā)散特性。
在圖5的方法中，利用傳統(tǒng)的技術(shù)制造或從某個第三方購買而獲得激光器晶片502(由與襯底102集成在一起的激光器構(gòu)成)或探測器晶片504(由與襯底102集成在一起的探測器構(gòu)成)。或者也可制造或購買按照某種圖形或分組由和一個共同襯底集成在一起的激光器和探測器構(gòu)成的混合晶片。
刻蝕出的溝槽506將一個晶片加工成單個分立器件(通過刻蝕進(jìn)襯底)或在某些情況中加工成合適的器件組，例如，如題為冗余器件陣列的和本文同時申請的共同轉(zhuǎn)讓申請(該申請通過引用而結(jié)合在本文中)中所顯示的，通過在某些地方刻蝕進(jìn)襯底，而在其他地方，刻蝕在到達(dá)襯底前就停止來實(shí)現(xiàn)。
既然本發(fā)明不是關(guān)于制造光學(xué)晶片本身(即晶片制造，器件生長，或經(jīng)刻蝕形成分立器件等)，因此如果是通過購買而非制造獲得光學(xué)器件，上面所述內(nèi)容可以全部跳過。
接下來翻轉(zhuǎn)光學(xué)器件晶片，對準(zhǔn)在電子晶片508上面并利用例如傳統(tǒng)的倒裝片鍵合技術(shù)或其它適當(dāng)?shù)耐瓿蓪⒐鈱W(xué)晶片鍵合到電子晶片的專用技術(shù)以一種合適的可靠的方式鍵合到電子晶片508上。
或者，在某些情況下有利的是，如接下來所要描述的，對襯底102的進(jìn)一步加工可以在將光學(xué)晶片鍵合到電子晶片前完成，或在鍵合后完成，只要在將器件放在超過以后如果會有的由器件工作引起的極端工作溫度的溫度中循環(huán)的工序前進(jìn)行就可以。這個工藝過程對于上述和圖1和2有關(guān)的先有技術(shù)不適用，因?yàn)榧偃绮捎么思夹g(shù)的話，如果襯底完全被去除，需要對每個分立器件分別鍵合，從而極大地增加生產(chǎn)器件的成本，或者由于襯底非常薄，應(yīng)力或張力問題會大幅度地降低成品率。
取決于采用的具體晶片或光學(xué)器件，可能有不同的工藝變型。
第一種變型中，襯底減薄到50微米以上的厚度，一般減薄到通常緊密的光學(xué)接近要求的在50到100微米的范圍之內(nèi)。
第二種變型中，襯底減薄到約100微米與約為相應(yīng)于晶片上光學(xué)器件部分的厚度之間的厚度。
第三種變型中，襯底減薄到約20到約50微米之間。
第四種變型中，襯底厚度與晶片的光學(xué)器件部分的厚度大致相等，襯底不用減薄。
第五種變型中，襯底減薄到約等于晶片上光學(xué)器件部分的厚度。
正如通過下面的描述將會明顯的那樣，根據(jù)本發(fā)明，整個襯底的厚度也可保持得比緊密光學(xué)接近所必須的厚度大，例如，在制造(制造方法在下面描述)光學(xué)接近進(jìn)路的地方，允許將光纖或微透鏡插入此光學(xué)接近進(jìn)路，距器件的分離間隔在緊密光學(xué)接近的范圍之中。然而，希望這是非典型情況。
也是利用傳統(tǒng)的刻蝕或鉆孔技術(shù)，在光被發(fā)射或探測的光學(xué)器件部分的上方的襯底中刻蝕或打鉆溝槽型或孔型的光學(xué)接近進(jìn)路510，同時最好留下一些完整的襯底。取決于具體的襯底和器件可用不同的技術(shù)，這些技術(shù)包括激光鉆孔，刻蝕或其某些組合。另外，取決于所用的具體技術(shù)，的不同襯底，不同器件和不同鉆孔技術(shù)，光學(xué)接近進(jìn)路可以有直的側(cè)壁，傾斜的側(cè)壁或二者的某些組合。
例如，為了制作接近襯底外表面?zhèn)缺谑侵钡?，靠近襯底和器件相遇處的側(cè)壁是傾斜的光學(xué)接近進(jìn)路510，比如，在帶有一個混合到一個ASIC(集中稱之為“樣品”)的AlGaAs阻擋層(支撐光學(xué)器件如VCSELs和/或光探測器(本文可互換地稱之為探測器)等)的GaAs襯底中，可采用如下的方法首先，在襯底上形成光學(xué)接近進(jìn)路510的圖形。
然后，把樣品放到13.56Mhz的平行板反應(yīng)離子刻蝕器中，為了減少或消除殘留水蒸汽，在引入反應(yīng)氣體之前，將容器抽真空至3×10-5Torr的壓力以下。當(dāng)達(dá)到該基礎(chǔ)氣壓時，第一部分刻蝕按表1中的工藝條件開始
表1

這生成了一個直側(cè)壁，此直側(cè)壁從襯底表面向器件方向延伸到襯底內(nèi)一段距離。
然后優(yōu)化工藝條件，生成光學(xué)接近進(jìn)路510的一部分，在這個實(shí)例的情況中，GaAs對AlGaAs的選擇性趨近于無窮大，對器件的損害達(dá)到最小。具體工藝條件見表2表2

然后優(yōu)化工藝條件，從AlGaAs阻擋層中吸除剩余的Cl。這是為了防止樣品從反應(yīng)腔中取出后進(jìn)一步形成HCl(例如實(shí)施濕法刻蝕)。這部分的工藝參數(shù)見表3表3

最簡單的情況中，光學(xué)接近進(jìn)路盡可能小，使留在器件上的襯底最多。保留的襯底提供堅(jiān)固的支架，此支架防止單個器件例如在附著到電子晶片時受到應(yīng)力影響。但取決于所使用的具體器件和襯底，可以進(jìn)一步進(jìn)行去除襯底，例如在制作光學(xué)接近進(jìn)路的時候，或者在某個時刻，例如附著到電子晶片后通過對襯底形成圖形進(jìn)行。
然而應(yīng)該注意到，如果去除襯底沒有得到很好的規(guī)劃，如過多的襯底被去除，熱發(fā)散的優(yōu)勢可能降低甚至消失。另外，取決于去除多少和/或從哪里去除額外的襯底，都可能導(dǎo)致承受應(yīng)力和張力的能力降低。然而，可以理解，在某些情況下，采用選擇性去除襯底，通過增加襯底的全部表面積而如果有的話不過多犧牲結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，熱發(fā)散還可以被改進(jìn)。這樣，應(yīng)該理解的是，去除襯底的重要方面是在器件上保留足夠多的襯底，從而保證達(dá)到所需的熱學(xué)和結(jié)構(gòu)性能。
另外，取決于所使用的技術(shù)，在一些情況下，光學(xué)接近進(jìn)路的設(shè)置可有利地在鍵合進(jìn)行前也可以在鍵合進(jìn)行后進(jìn)行，例如在分離單個器件的溝槽刻蝕前，刻蝕后或刻蝕中進(jìn)行。
任選地，如果需要，可在探測器上涂覆AR涂層。
前面提到了三個變型，取決于使用哪一個變型，這將產(chǎn)生不同的工藝過程。圖6、7表示不同的光學(xué)接近進(jìn)路的實(shí)例。例如，如果用到第一個變型，光學(xué)接近進(jìn)路可以貫穿整個襯底延伸(如圖6a，6b，7a，7c，7e所示)?；蛘撸鈱W(xué)接近進(jìn)路可以從襯底的外表面延伸到襯底的一定深度，在該深度保留在光被發(fā)射或被探測的光學(xué)器件部分的正上方的襯底被減少但并沒有被完全去除，例如如圖6c，6d，7b，7d，7f所示。一般來講，，保留在發(fā)射或探測光的光學(xué)器件部分的正上方的襯底將減少到約100微米或更小的厚度，以便形成到器件的緊密光學(xué)接近進(jìn)路。其它情況下，此厚度可降到約50微米或更小，雖然典型的厚度在約20微米到約50微米的范圍內(nèi)，某些情況下，可以為20微米或更小。
另外，取決于所形成的具體光學(xué)接近進(jìn)路，光學(xué)接近進(jìn)路可以進(jìn)一步有利地被用來容納光纖，例如，如圖6a，6c，7b所示；或者容納微透鏡，例如，如圖6b，6d，7a，7c所示。
這樣，利用上述方法中的一種，可制造一個光學(xué)陣列，此陣列中，光纖末端由襯底支撐(諸如如圖8所示)，可制造一個容納由襯底支撐的一個或多個各別放置的微透鏡的光學(xué)陣列(諸如如圖6b，6d，7a，7c，7e所示)，或制造一個容納一個微透鏡陣列的光學(xué)陣列(諸如如圖9所示)。
如上所述，也可對襯底形成圖形以粗糙化襯底的表面，從而增加暴露的表面積，以有更好的熱發(fā)散。
應(yīng)該理解的是，通過應(yīng)用本文描述的技術(shù)，即留下附著的襯底，應(yīng)力將基本不會傳遞到光學(xué)器件，而將由連接媒介或電子芯片吸收，而它們兩者能較好地承受這樣的應(yīng)力。
圖10-13的每一個都是對根據(jù)上面描述的技術(shù)制造光電子芯片的工藝的實(shí)例說明。
圖10a是一個單個的底表面發(fā)射激光器1002的簡化圖，它是激光器件陣列的一部分，其余的沒有顯示。
隔離槽1004把器件1002和其它鄰近器件隔離了開來，用合適的材料，例如，Si，SiGe，GaAs或InP制成的襯底1006支撐著器件1002。盡管襯底所用的具體材料很有可能由與本發(fā)明無關(guān)的因素決定，值得注意的是，由熱因素產(chǎn)生的應(yīng)力可以通過盡可能接近地匹配光學(xué)器件襯底和電子晶片的膨脹系數(shù)來減少。理想情況下，兩者應(yīng)該是相同的材料，這樣它們的膨脹系數(shù)相同。
激光激發(fā)和控制用到的電接觸點(diǎn)1008，1010每一個都被放置在用作支撐的支座1012，1014上。每個電接觸點(diǎn)的一端1016，1018都作為激光器件的電極，每個接觸點(diǎn)的另一端是鍵合區(qū)1020，1022，導(dǎo)電材料1024諸如焊料被淀積在該鍵合區(qū)1022上，用于將器件1002鍵合到電子晶片上。
圖10b顯示已經(jīng)翻轉(zhuǎn)了激光器陣列并將其放置在電子晶片1030的相應(yīng)鍵合區(qū)1026，1028上面以后的圖10a中的激光器件1002。
圖10c顯示已經(jīng)通過各自的鍵合區(qū)1020，1022，1026，1028之間的焊料鍵合1032附著到電子晶片1030上以后的激光器1002。
圖10d顯示襯底1006被減薄到介于大約20微米到50微米之間的激光器件。
圖10e顯示本情況中通過刻蝕而不是鉆孔在襯底1006中制作了光學(xué)接近進(jìn)路1034以后的器件。注意本例中光學(xué)接近進(jìn)路從襯底1036的表面延伸到器件覆蓋層1038。
圖10f顯示任選的諸如例如低粘度(因此能很好地流動而達(dá)到良好覆蓋)固化時有良好熱傳導(dǎo)率的熱環(huán)氧樹脂的熱導(dǎo)材料1040被施加到器件以后的圖10e中的器件。
雖然上面是相關(guān)于激光器件闡述的，但對于探測器型的器件工藝與之相同，只不過探測器器件也可以涂覆抗反射涂層。
圖11a-11f顯示了用與圖10a-10f所示之一相似的方法制造的另一個光電子器件，除了該激光器用器件的半導(dǎo)體材料作為支座1102，1104以外。
圖12a-12f顯示了用與制作前述器件相似的方法制作的另一個光電子器件。如圖所示，在這種類型的器件中沒有用器件半導(dǎo)體材料制作支座。另外，這種光電子器件的激光器被分組，這樣它們可以用到冗余方式中。如上所述，題為“冗余光學(xué)器件陣列”的通過引用而結(jié)合的專利申請中敘述了有冗余激光器的陣列的制造。尤其是，圖13顯示了陣列中兩個相鄰的激光器，陣列中除了制作了光學(xué)接近進(jìn)路1034之外，還在保留襯底1006上用已知刻蝕技術(shù)將分組溝1302、1304刻蝕到將分組溝1302，1304和一些隔離溝1004連接起來的深度。在這種方法中，兩個或更多的激光器可安排成共用一根共同的光纖，其中一個或多個激光器作為備用激光器，如通過引用而結(jié)合在本文中的題為冗余光學(xué)器件陣列的共同轉(zhuǎn)讓申請中敘述的那樣。
以這種方法分組激光器的一個優(yōu)點(diǎn)是單個晶片上成品率增加，因?yàn)?，例如，對于一個分組的激光器，如果其中一個損壞，另外一個可以代替它使用。這樣做的另一個潛在優(yōu)點(diǎn)是可以增加光電子器件壽命，例如，如果激光器設(shè)置為外部獨(dú)立可選，當(dāng)一對中的一個激光器最后失效時，可以選擇另外一個代替壞掉的那只工作。
還有一個可獲得的優(yōu)點(diǎn)是為取得上述兩個優(yōu)點(diǎn)中一個或兩個而付出的成本減小。由于一個晶片上激光器數(shù)目的增加引起的成本增加可以忽略，成品率、可靠度的提高、壽命的延長事實(shí)上是免費(fèi)的。
圖13也顯示了應(yīng)用圖12a-12f中的技術(shù)制造的示例陣列1306的功能描述。從器件的頂部說明陣列1306，這樣可以清楚看到每個激光器上的光學(xué)接近進(jìn)路1304和保留襯底1006。如圖13所示，激光器被分成四個一組，組1308被分組溝1302、1304限定，保證在組1308中相鄰激光器之間沒有通過可導(dǎo)電的襯底1006的電流路徑。為了便于說明的目的，圖中標(biāo)出了一些隔離溝1004，盡管這些隔離溝實(shí)際上從這個觀察位置并不能看到。
圖14a-14f顯示了用與圖10-12中相似的制造器件的方法制作的光電子器件。如圖所示，這種器件是用器件半導(dǎo)體材料制作支座1402，1404的類型。另外，除了是成對分組以外(其中一個沒有顯示)，這種光電子器件的激光器也以圖12和13所示的方式分組，這點(diǎn)從分組溝可看得比較明顯。
如上所述，上面描述的類型的光電子器件的制造商有兩種途徑獲得光學(xué)器件，他們可以自己制造，或者通過第三方獲得。通過制造光學(xué)器件(以后簡稱“光學(xué)芯片”)和電子晶片(以后簡稱“電子芯片”)，制造商可以采取措施保證每個芯片上的鍵合區(qū)正確設(shè)置位置，以確保當(dāng)光學(xué)芯片放置在電子芯片上時，鍵合區(qū)相互之間對準(zhǔn)。然而，通常電子芯片和光學(xué)芯片并不同時設(shè)計(jì)，即使在同一公司設(shè)計(jì)和制造也往往如此。這樣，即便是單個制造商，除非設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對于光學(xué)芯片和電子芯片的設(shè)計(jì)有緊密的配合協(xié)調(diào)，否則每個芯片上的接觸鍵合區(qū)之間很容易發(fā)生缺少一致性，尤其計(jì)劃中當(dāng)設(shè)計(jì)出的其中之一或兩者都賣給第三方或者要用從別的途徑得到的器件進(jìn)行集成時更是如此。即便在同一家機(jī)構(gòu)，任何一個芯片設(shè)計(jì)上的后續(xù)改進(jìn)和變化也可能迫使接觸鍵合區(qū)位置發(fā)生改變，從而在原來不存在不對準(zhǔn)的位置上也發(fā)生接觸鍵合區(qū)的不對準(zhǔn)。
更糟糕的是，如果電子芯片是設(shè)計(jì)出與各種不同的光學(xué)芯片一起使用的，但光學(xué)芯片是從第三方那里獲得的庫存(例如，芯片包括頂面發(fā)射腔激光器，底發(fā)射腔激光器，DFB或DBR激光器，頂面接受探測器或底接受探測器)，這些都是大規(guī)模制造為分配給不相關(guān)的用戶的，這樣，即使在其他方面和電子芯片相一致，光學(xué)器件上的鍵合區(qū)也不可能完全定位在同一位置上。
例如，如上述相關(guān)圖3中所示，單個光學(xué)器件有置于由它自己的制造商規(guī)定位置的接觸鍵合區(qū)，并且電子晶片也有置于由它自己的制造商規(guī)定位置的光學(xué)器件可以連接到其上的接觸鍵合區(qū)。當(dāng)翻轉(zhuǎn)光學(xué)器件與電子晶片進(jìn)行倒裝片方式的鍵合時，每個器件的接觸鍵合區(qū)將不對準(zhǔn)。然而，通過改變上面所述的技術(shù)，本發(fā)明也可以和本文到此為止在實(shí)例中涉及的底發(fā)射激光器之外的激光器一起使用，以及和具有不同接觸鍵合區(qū)排列的底發(fā)射激光器，頂和底接收探測器一起使用。
有利的是，這樣做允許選擇和使用具有最佳獨(dú)特應(yīng)用性能的“最優(yōu)秀種類的”芯片，避免僅僅因?yàn)樗麄儾荒芑虿淮罂赡芊喜贾秒娊佑|點(diǎn)位置的要求或者標(biāo)準(zhǔn)而將這樣的賣主排除在外。
通常，取決于光學(xué)器件是底發(fā)射/接收還是頂面發(fā)射/接收類型，使用不同的工藝。
為了方便解釋，術(shù)語“底有源”用來指底發(fā)射器件(激光器)和底接收器件(探測器)。同樣的，“頂有源”或“頂面有源”用來指頂發(fā)射激光器和頂接收探測器。
底有源器件工藝這個工藝適用于底發(fā)射/接收器件(即底有源器件)參考圖15，現(xiàn)在作一解釋。為了便于解釋，假設(shè)光學(xué)晶片1502加工成上面所述的光學(xué)芯片1504?；蛘呖蓮哪车谌将@得光學(xué)芯片1504。
首先，用已知技術(shù)把絕緣層1506加到光學(xué)芯片1504的表面；然后在絕緣層1506中制作允許接近光學(xué)芯片接觸鍵合區(qū)的開口或通道1508。再次用激光鉆孔或刻蝕完成，例如用在晶片上制造通孔時用到的方法，這種方法在和本文同時申請并通過引用而結(jié)合在本文中的題為多束光纖光學(xué)元件和制造技術(shù)的共同轉(zhuǎn)讓申請中描述。
或者，如果已經(jīng)提前知道接觸鍵合區(qū)的位置，開口或通道1508可以在附著之前在絕緣層中預(yù)先形成。
然后，通過向開口或通道1508的側(cè)壁施加導(dǎo)電材料1510(可任選地事先涂覆一層絕緣體)，或用材料1510填充開口或通道，使開口或通道導(dǎo)電。
有利的是，如果開口和通道沒有完全填滿，它們可以用來幫助對準(zhǔn)。這可以這樣做，如果開口或通道足夠?qū)捒梢允沽硪恍酒系暮噶贤黄稹凹{入”孔中，從而提供兩者之問的初步對準(zhǔn)。并且，在某些情況下，毛細(xì)作用將使焊料熔化時部分吸入開口或通道內(nèi)，更有利于連接和進(jìn)一步幫助對準(zhǔn)。
或者，可任選地，如果開口或通道在附著之前預(yù)先形成，對開口或通道(依據(jù)要求)的涂覆或填充也可在將絕緣層附著到光學(xué)晶片上之前進(jìn)行。
接下來，在絕緣體暴露的一面形成電跡線1512的圖形，以制作一個從(現(xiàn)在已涂覆或填充的)開口或通道到絕緣體表面上和電子晶片的接觸鍵合區(qū)對準(zhǔn)的位置的導(dǎo)電路徑。任選地，取決于光學(xué)芯片要與其緊密配合的具體電子芯片，如果可能有幾個不同的排列，如果在將要緊密配合的接觸點(diǎn)互相之間有稍許偏斜，但都在可控的限定區(qū)域內(nèi)，則單條電跡線可形成兩個或多個可選擇的連接點(diǎn)或連接區(qū)域。
在上面的一個變型中，如果光學(xué)芯片將連結(jié)到其上的芯片是一個電子芯片(而不是另一個光學(xué)芯片，如調(diào)制器或該光學(xué)芯片對之光學(xué)透明的另一個激光器)，在電學(xué)芯片上可以形成電跡線的圖形，因?yàn)橥ǔ碚f大部分的電子芯片都有一絕緣層，這層絕緣層能用來進(jìn)行接觸點(diǎn)的重定路線。
一旦這步完成，工藝按上面所述的進(jìn)行，把兩個芯片1514連接在一起(這個實(shí)例中，用倒裝片技術(shù))，在具體情況下，接下來使襯底減薄，整個去除襯底，或者保留襯底原來的厚度。此后，按要求或需要完成制作光學(xué)接近進(jìn)路1516，形成芯片襯底的圖形，流動設(shè)置熱導(dǎo)體，或涂覆AR涂層。
頂面有源器件工藝本工藝適用于頂面發(fā)射/接收器件(即頂面有源器件)，結(jié)合圖16說明這個工藝。為了方便解釋，先假設(shè)光學(xué)芯片從某第三方獲得，制造光學(xué)芯片本身的工藝和本發(fā)明是無關(guān)的。
另外，兩個任選步驟的其中之一或兩個可在開始工藝之前預(yù)先完成。第一，在光學(xué)芯片頂部表面粘附一個載體。制備這個載體的材料不限，它僅僅起到提高剛性的作用并在接下來的工藝中保持光學(xué)芯片。第二包括減薄光學(xué)芯片襯底。這可以減少必須經(jīng)過刻蝕或鉆孔而接近在光學(xué)芯片正面的接觸點(diǎn)要除去的材料的量。
在這點(diǎn)上，進(jìn)行的工藝和圖15中的工藝方法相似如下
通過刻蝕或鉆孔得到穿過光學(xué)芯片襯底到達(dá)光學(xué)芯片正面的接觸點(diǎn)的孔或通道。
這些孔或通道用一種導(dǎo)電材料涂覆或填充(可以在下面涂覆一層絕緣層)，將接觸點(diǎn)引向外到達(dá)光學(xué)芯片的背面。
又如，如果接觸點(diǎn)有這樣的位置，直接從芯片背面穿過襯底的接近通道將損壞芯片或者出現(xiàn)某些其他的問題，則可以在適當(dāng)?shù)奈恢每涛g或鉆出孔或通道，并在正面添加電導(dǎo)體以將接觸鍵合區(qū)與涂覆或填充通道或孔的導(dǎo)體連接起來。
有利的是，如果開口和通道沒完全填滿，則可以用來幫助對準(zhǔn)。這可以這樣做，如果開口或通道足夠?qū)捯灾劣诹硗庖粋€芯片上的的焊料突起可以“納入”孔中(圖16)，就可以在兩者之間提供最初的對準(zhǔn)。并且，一些情況下，毛細(xì)作用將使焊料熔融時被部分吸進(jìn)開口或通道，從而有更好的連接和進(jìn)一步幫助對準(zhǔn)。
或者，如果通道或孔可定位到能與電子芯片相互緊密配合對準(zhǔn)的適當(dāng)?shù)奈恢弥睾?，這也是可以做到的，就可以用傳統(tǒng)的技術(shù)把通道或孔連接到正面的接觸鍵合區(qū)。
對于背發(fā)射/接收器件集成工藝，如果通道或孔不能和電子芯片的接觸鍵合區(qū)重合時，就在光學(xué)晶片(圖16c)或另一個芯片(圖16d，這里是電子芯片)的襯底上制作電跡線的圖形，以提供通道或孔和另外一個芯片上的接觸點(diǎn)位置之間的連接。
這時，兩個芯片就可以放在一起并按照上面的敘述連接。
如果執(zhí)行了一個添加載體的任選步驟，現(xiàn)在可以去除載體。如果這層載體厚到以至于引起光學(xué)接近問題或有不相容的復(fù)雜折射率，這個折射率可能對透過載體的激光傳輸起到負(fù)面作用，這層載體應(yīng)該去掉。在替代的變型中，盡管可能也會引起光學(xué)接近問題或者不相容的復(fù)雜折射率，但可以通過最好在連接到光學(xué)芯片之前在載體中形成光學(xué)接近進(jìn)路或通孔的圖形，而可以留下這層載體。
另外，如果需要，可以把一個或多個光學(xué)元件如微透鏡或波導(dǎo)放在這層載體的頂部。
圖17顯示了一個和圖16相似的工藝，只不過沒有用載體。
連接芯片和適配器芯片替代在一個可用的替代變型中，例如，當(dāng)光學(xué)芯片和另一個芯片都是從不同的廠家購買的時候，或者兩個甚至更多不同的芯片在考慮中，它們有不同的接觸鍵合區(qū)布置，但每塊芯片上接觸鍵合區(qū)布置是知道的，則用本文講解的原理可以以直接的方式容易地制造一個“適配器”或者連接芯片，使得設(shè)計(jì)和/或制造仍然得以進(jìn)行。
參考圖18，圖18顯示連接不同的器件時用到的連接芯片或者適配器芯片，在共同晶片1800的頂面1802和底面1804上形成圖形以便在每面上制作電跡線1806，1808，1810，這些電跡線是從每個芯片上規(guī)定的接觸鍵合區(qū)位置1812，1814，1816，1818通到每個芯片上的一些公共點(diǎn)。
然后制作通孔，并用導(dǎo)電材料裝填或填充通孔來連接相應(yīng)的一對，例如，頂面的一個接觸點(diǎn)和底面其相適應(yīng)的接觸點(diǎn)，這時就把二者放在一起連接起來。
圖19顯示另外一種實(shí)施方法，這是適配器或連接芯片的變型的另一種變型，適用于頂有源器件。如圖所示，適配器或連接芯片1902只有一面上有電接觸點(diǎn)1904，這些接觸點(diǎn)可以通過連接鍵合區(qū)1908直接連接到光學(xué)芯片1906，也可以通過例如支座1912，跨接線，引線，引線帶或者其他已知的附接器件連接到電子芯片1910。在這樣的安排中，因?yàn)槠骷琼敯l(fā)射/接收器件，適配器放置在頂面，適配器中也設(shè)置一條“光學(xué)通路”1914，從而允許光線從中通過。
然后光學(xué)芯片可以放在電子芯片的頂部，連接芯片可以放置在兩個芯片的頂部，從而提供光學(xué)和電子芯片之間的連接。
如在一邊的注解，雖然講述了有關(guān)光學(xué)芯片和電子芯片的緊密配合，但相同的基本工藝(例如，用連接芯片或適當(dāng)形成絕緣層或襯底的圖形來補(bǔ)償鍵合區(qū)的不匹配)能用來以一種直接的方式來補(bǔ)償在任何光學(xué)，電學(xué)，電子，或者電氣機(jī)械晶片的組合之間的鍵合區(qū)不對準(zhǔn)。
其他變型如上面提到，一些情況下，有時用AR涂層涂覆一些器件，特別是探測器是很理想的。然而，上面介紹的光電子芯片由兩種(或者可能更多)不同類型的光學(xué)器件組成。AR涂層對激光器產(chǎn)生壞的影響是不能被接受的。
有利的是，在上面的工藝中的一個進(jìn)一步可選的變型中，需要AR涂覆的器件不必和那些通常不需AR涂覆的器件區(qū)別開來。
工藝大部分符合上面提到的結(jié)合圖5的工藝流程，圖5中制造激光器晶片和探測器晶片，翻轉(zhuǎn)晶片，并用“倒裝片”鍵合技術(shù)附著到電子芯片上。
襯底減薄，但對激光器襯底，只減薄到襯底相對于激光器腔的厚度仍然被認(rèn)為比較厚的程度。盡管不同類型的激光器要求不同的特定厚度，在DFB和DBR情況中，襯底的厚度應(yīng)至少是激光器腔厚度的幾倍；在VCSEL情況中，襯底的厚度應(yīng)至少是鏡面之間的距離的幾倍。由于各種器件之間該精確的距離不同，一個很好的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則是用因子10X乘以激光器腔的厚度。然而，如果厚度可以精確控制，該因子應(yīng)該比10X小，具體的最小厚度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定為AR涂層不影響激光器發(fā)射激光能力的最小厚度。
一個類似的方法能用到頂面有源器件中。在頂面有源器件的情況中，襯底(也可能是上面提到的載體，在去除載體后，或如果接觸點(diǎn)重定路線不必要或在其他芯片上進(jìn)行時代替載體敷貼的一個分離的襯底)被附接在激光器的頂部。襯底可在敷貼后減薄到上面提到的厚度，可減薄到敷貼之前的厚度。
一旦這些做到，激光器和探測器就可同時進(jìn)行抗反射涂覆。這樣，沒有必要形成特殊的圖形，或在AR涂覆工藝過程中在激光器和探測器之間進(jìn)行另外區(qū)分。
這樣，應(yīng)該理解的是，上面的工藝可以應(yīng)用到各種不同的器件中。例如，應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)，可用與陣列兼容的格式在激光器頂部堆疊調(diào)制器。事實(shí)上，調(diào)制器在激光器的頂部或者下面都可以做到。并且，不管在單步外延步驟中是否制造了兩個(或多個)器件都可以這樣做。相似的，可以進(jìn)行在頂面或背面有源器件的頂部堆疊頂面有源器件，就像在頂面有源器件或背面有源器件的頂部堆疊背面有源器件一樣，如圖20A所示以及圖20B中對在背面發(fā)射激光器上安裝的調(diào)制器的更詳盡的說明。
晶格不匹配的器件同樣可以相似地堆疊，而不必考慮單個器件行使的功能如何。
在進(jìn)一步的應(yīng)用中，來自不同外延襯底上的器件能在晶片的規(guī)模上集成在同一塊芯片上。這樣，為雙波長分路多路復(fù)用(DWDM)或者多波長分路多路復(fù)用(MWDM)的用途，不同波長的激光器可以互相混合，如圖21所示。
圖21顯示一百個不同波長的激光器陣列以一個晶片的規(guī)模集成到一個芯片上。這樣做，并且使每個激光器都可以選擇，就可選擇某個特定的波長(或波長的組合)。從而不必再用可調(diào)激光器，這種可調(diào)激光器依賴于實(shí)體部件的模擬移動或顯示出熱變化或熱效應(yīng)，速度被限制在微秒級，且其精度受到限制。
另外，波長可以按與傳送數(shù)據(jù)的速率相同的速率轉(zhuǎn)換，從而形成一個多路復(fù)用在該比特率上的不同波長的各種數(shù)據(jù)流的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。這樣，轉(zhuǎn)換可在約100PS內(nèi)達(dá)到(每秒數(shù)十個千兆比特)。
另外，可互相混合不同類型的不同器件(激光器，激光器和探測器的不同類型)，如圖22的側(cè)剖視圖中所示。
如圖22所示，制造了兩種不同波長的激光器帶2202，2206，還有兩種不同互補(bǔ)波長的光探測器帶2204，2208。用本文講述的工藝附接第一器件帶(表示為激光器2202(λ1))，。以相似的方式附接下一個器件帶(表示為探測器2204(Δλ1))。下一個第三器件帶(表示為激光器2206(λ2))也以相似的方法附接。最后，以相似的方法附接最后一個器件帶(表示為探測器2204(Δλ2))。
取決于具體情況，襯底或載體可以從所有器件中立即去除或減薄，例如如果它們不干擾下一個器件的集成，也可在每組器件都附接后再去除或減薄。
圖23顯示圖22的器件集成的頂視圖。如圖所示，附接所有第一波長的激光器。然后，附接所有第一波長光探測器。接下來附接第二波長激光器，再下來是附接第二波長光探測器，最后結(jié)果是雙波長收發(fā)器芯片，圖23右邊以放大形式顯示該芯片的一部分。
當(dāng)然，雖然上面的例子中用到了兩個激光器和兩個探測器，因?yàn)檫@個工藝的一個優(yōu)點(diǎn)是混合和匹配的能力，尤其在晶片規(guī)模上，不考慮器件的數(shù)目，不管是頂有源還是底有源，是否分組，所有的激光器，所有的探測器等等，工藝本質(zhì)上是相同的。
在這些情況下，可以容易地進(jìn)行以分立的器件(或器件類型)為基礎(chǔ)，或進(jìn)行例如成帶狀(如圖)的或分組的集成，根據(jù)帶2202，2204，2206，2208或組的限定留下襯底。
進(jìn)而，通過將一種波長和其他波長的冗余激光器組集成在一起，可以制造低成本的極為可靠的DWDM或MWDM模塊。
這樣，因?yàn)橄扔屑夹g(shù)中沒有用于DWDM系統(tǒng)的單個器件和集成發(fā)射器陣列，因此，通過在一個單個芯片上集成大量的激光器，封裝尺寸能減小。通過將十個乃至更多兩種或多種不同波長的激光器件陣列集成到一個單個芯片上，然后例如用一種光纖基組合器/反分離器，一種全息透鏡陣列，或應(yīng)用題為“多束光纖光學(xué)元件和制造工藝”的通過引用而結(jié)合的申請中的技術(shù)將陣列組耦合進(jìn)一個單根光纖，可在輸出光纖中得到多種波長的多路復(fù)用，某些情況下，不需要光電機(jī)械或或電光學(xué)元件進(jìn)行轉(zhuǎn)換(光學(xué)交互連接)。
在這種技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用中，可構(gòu)造不同時或者同時作為泵激激光器和通信激光器的大規(guī)模陣列。
應(yīng)該理解的是，上面的敘述只是對說明性實(shí)施例的描述。為方便讀者，上面重點(diǎn)講述了所有可能實(shí)施例中的一個有代表性的實(shí)例，一個闡明本發(fā)明原理的實(shí)例。描述中沒有試圖窮舉所有可能的變化。對本發(fā)明的特定的部分可能并未提出替代的實(shí)施例，而對某些部分可能存在沒有進(jìn)一步說明的實(shí)施例，但這不能被認(rèn)為是對這些替代實(shí)施例的棄權(quán)。本領(lǐng)域的普通熟練技術(shù)人員會理解，很多那些沒有說明的實(shí)施例都結(jié)合本發(fā)明的相同的原理，其它的也都是同等的。
權(quán)利要求
1.一種通過結(jié)合一個底有源光學(xué)器件和一個電子芯片制造混合芯片的方法，該底有源光學(xué)器件在一面有襯底，在和襯底相對的一個表面有有源器件接觸點(diǎn)，電子芯片有電子芯片接觸點(diǎn)，至少一些有源器件接觸點(diǎn)和至少一些電子芯片接觸點(diǎn)不對準(zhǔn)，至少一些有源器件接觸點(diǎn)中的每一個接觸點(diǎn)都有一個電氣相應(yīng)的電子芯片接觸點(diǎn)，，該方法包括向底有源光學(xué)器件添加一個絕緣層，該絕緣層具有一定厚度，具有一個第一面和一個第二面，絕緣層的第一面黏附于有源光器件表面；在與有源器件接觸點(diǎn)基本重合的點(diǎn)形成限定絕緣層中從第二面延伸到第一面的開口的側(cè)壁；使側(cè)壁導(dǎo)電；和用導(dǎo)電材料連接這些點(diǎn)和電子芯片接觸點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使側(cè)壁導(dǎo)電的方法包括在至少一些開口中填充導(dǎo)電材料。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使側(cè)壁導(dǎo)電的方法包括在至少一些側(cè)壁上淀積導(dǎo)電材料。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，使側(cè)壁導(dǎo)電的方法進(jìn)一步包括在淀積導(dǎo)電材料前在至少一些側(cè)壁上淀積絕緣體。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中連接包括在這些點(diǎn)和電子芯片接觸點(diǎn)之間形成電跡線圖形，使電跡線導(dǎo)電。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，形成電跡線圖形的方法包括在第二面上形成電跡線的圖形。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，形成電跡線圖形的方法包括在電子芯片上形成電跡線的圖形。
8.如權(quán)利要求1所述的方法進(jìn)一步包括去除襯底。
9.如權(quán)利要求1所述的方法進(jìn)一步包括減薄襯底。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，減薄后的襯底有一個大于最小激光發(fā)射厚度的后減薄厚度，該方法進(jìn)一步包括向襯底涂覆一層抗反射涂層。
11.一個混合芯片包括至少一個耦合到一個電子芯片的底有源光學(xué)器件，已經(jīng)用權(quán)利要求1-10中的一個方法制造了混合芯片。
12.一種連接兩個芯片的方法，其中一個芯片是背面有源芯片，兩個芯片的每一個都有將要連接在一起的電氣相應(yīng)的接觸點(diǎn)，但互相之間實(shí)體不匹配，該方法包括在一個絕緣層上制造一個導(dǎo)電路徑，每個導(dǎo)電路徑在兩個芯片中的一個芯片的接觸點(diǎn)的實(shí)體位置和兩個芯片中的另一個芯片上的電氣相應(yīng)的接觸點(diǎn)的實(shí)體位置之間延伸。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，其中的絕緣體有由側(cè)壁限定的孔，以及制造導(dǎo)電路徑的方法包括使該孔導(dǎo)電。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，其中使孔導(dǎo)電的方法包括用導(dǎo)電材料填充該孔。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，其中使孔導(dǎo)電的方法包括在側(cè)壁上淀積導(dǎo)電材料。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，其中絕緣體是兩個芯片中的一個芯片的一部分，該方法進(jìn)一步包括把兩個芯片中的另外一個芯片連接到該絕緣體上。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，其中絕緣體不是兩個芯片中的任何一個芯片的一部分，該方法進(jìn)一步包括把兩個芯片都連接到該絕緣體上。
18.一種模塊包括根據(jù)權(quán)利要求12-17中的一個方法連接在一起的兩個芯片。
全文摘要
制造一種含有至少一個耦合到一個電學(xué)芯片(1518)的底有源器件(1504)的混合芯片的方法包括組合一個底有源光器件和一個電子芯片，其時至少一些底有源光學(xué)器件接觸點(diǎn)與至少一些電子芯片接觸點(diǎn)不對準(zhǔn)。該方法包括向底有源光學(xué)器件添加一個絕緣層(1506)，該絕緣層有一定的厚度和一個第一面一個第二面，將絕緣層的第一表面粘貼于底有源光學(xué)器件的和襯底相對的表面上，在絕緣層上與光學(xué)器件和電子芯片的有源接觸點(diǎn)基本重合的點(diǎn)形成從第二面向第一面延伸的開口)，使側(cè)壁導(dǎo)電以及用導(dǎo)電材料將這些點(diǎn)與底有源光學(xué)器件接觸點(diǎn)和電子芯片接觸點(diǎn)相連接。
文檔編號H01L27/144GK1526156SQ02813097
公開日2004年9月1日 申請日期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 申請人:美莎諾普有限公司