高對比度光柵光電子器件的制作方法
【專利說明】高對比度光柵光電子器件
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]N/A
[0003]關(guān)于聯(lián)邦政府資助的研究發(fā)展聲明
[0004]N/A
【背景技術(shù)】
[0005]用于近代光電子和光子應(yīng)用的光電子裝置通常既包括生成光的發(fā)射器、又包括接收和檢測光的光電檢測器，發(fā)射器比如為激光器和發(fā)光二極管(LED)，光電檢測器例如但不限于光電二極管。例如，普遍用于許多光子系統(tǒng)的發(fā)射器是垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL) JCSEL的制造和使用相對比較便宜，并且其特征在于相對高的性能和可靠性。基于p-n和p-1-n半導(dǎo)體結(jié)的光電二極管(例如，PN光電二極管、PIN光電二極管等)在近代光子系統(tǒng)中也非常普遍，并且可以以相對低的成本提供伴隨著異常杰出的可靠性的高性能。
[0006]許多情況下，在光電子裝置的正常操作中使用透鏡并且甚至可能必須使用透鏡。例如，透鏡可用于聚焦或校準(zhǔn)由VCSEL生成的光。例如，聚焦可利于VCSEL與光通信系統(tǒng)中光纖的相互作用。類似地，透鏡可用于將光聚集或聚焦到光電檢測器的有效區(qū)上，以改進(jìn)光的接收和/或檢測。
【附圖說明】
[0007]參照以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說明，將更易于理解根據(jù)在此描述的原理的示例的各種不同特征，其中相同的參考標(biāo)記指代相同的結(jié)構(gòu)元件，其中:
[0008]圖1例示了根據(jù)符合在此描述的原理的示例的高對比度光柵的透視圖。
[0009]圖2例示了根據(jù)在此描述的原理的示例的高對比度光柵光電子設(shè)備的剖視圖。
[0010]圖3例示了根據(jù)在此描述的原理的另一示例的高對比度光柵光電子設(shè)備的剖視圖。
[0011]圖4例示了根據(jù)符合在此描述的原理的示例的、采用了高對比度光柵的光電子設(shè)備的剖視圖。
[0012]圖5例示了根據(jù)符合在此描述的原理的另一示例的、采用了高對比度光柵的光電子設(shè)備的剖視圖。
[0013]圖6例示了根據(jù)符合在此描述的原理的示例的、基于高對比度光柵的光電子器件的制造方法的流程圖。
[0014]圖7例示了根據(jù)符合在此描述的原理的示例的、形成圖6中高對比度光柵透鏡的流程圖。
[0015]圖8A例示了根據(jù)符合在此描述的原理的示例的、在釋放高對比度光柵透鏡之前、基于高對比度光柵的光電子器件的剖視圖。
[0016]圖SB例示了根據(jù)符合在此描述的原理的示例的、在釋放高對比度光柵透鏡之后、圖8A中基于高對比度光柵的光電子器件的剖視圖。
[0017]圖9例示了根據(jù)符合在此描述的原理的另一示例的、形成圖6中高對比度光柵透鏡的流程圖。
[0018]某些示例具有參照上述附圖例示的特征之外的其他特征或者具有替代這些特征的其他特征。下面參照上述附圖詳細(xì)描述這些及其他特征。
【具體實(shí)施方式】
[0019]根據(jù)在此描述的原理的示例提供采用高對比度光柵來聚焦光的光電子器件。具體地，根據(jù)在此描述的原理的各種不同示例，高對比度光柵被配置為是聚焦由光電子裝置發(fā)射和/或檢測的光的透鏡。而且，根據(jù)各種不同示例，由高對比度光柵透鏡聚焦的發(fā)射光或檢測光被配置為穿過高對比度光柵透鏡與光電子裝置之間的基板。由此，光電子裝置為“背射式”或“背照式”光電子裝置，并且高對比度光柵透鏡臨近于支撐該光電子裝置的基板的后表面而設(shè)置。而且，位于或靠近基板后表面?zhèn)鹊母邔Ρ榷裙鈻磐哥R利于以光電子設(shè)備的形式集成該光電子裝置。根據(jù)一些示例，包含該集成的高對比度光柵透鏡的光電子設(shè)備可使光電子設(shè)備能夠進(jìn)行倒裝芯片安裝。
[0020]在此，將高對比度光柵定義為具有高折射率對比度的亞波長衍射光柵。具體地，根據(jù)一些示例，高對比度光柵的高折射率對比度可通過具有較高折射率的光柵元件(例如，光柵帶、光柵條、光柵柱等)來提供，光柵元件基本上由具有較低折射率的材料或介質(zhì)包圍。例如，高對比度光柵可包括由空氣、二氧化硅、氧化鋁或其他較低折射率或“低指數(shù)”材料包圍的、高折射率或“高指數(shù)”材料(例如，硅、砷化鋁鎵等)的多個間隔開的光柵條(B卩，光柵元件)。在另一些示例中，低指數(shù)材料僅位于包括高指數(shù)材料的光柵元件之間。在又一些示例中，低指數(shù)材料可位于光柵元件之間并且還位于包括高指數(shù)材料的光柵元件上方或者下方。根據(jù)各種不同示例，選擇高指數(shù)材料和/或低指數(shù)材料，以使其在高對比度光柵的可操作波長處為基本透明的。
[0021]在一些示例中，高對比度光柵包括位于每個高指數(shù)光柵元件之間以及該高指數(shù)光柵元件上方和下方的相同的低指數(shù)材料或介質(zhì)。在另一些示例中，高指數(shù)光柵元件之間的材料包括第一低指數(shù)材料，而第二低指數(shù)材料位于該高指數(shù)光柵元件上方和/或下方。在又一些示例中，高指數(shù)光柵元件上方的材料是第二低指數(shù)材料，而第三低指數(shù)材料位于該高指數(shù)光柵元件下方。
[0022]根據(jù)各種不同示例，通過具體應(yīng)用或通過使用包括但不限于高對比度光柵的可操作波長的高對比度光柵，來確定高指數(shù)材料的折射率與低指數(shù)材料的折射率之間的差。在一些示例中，較高折射率可為較低折射率的2倍或更多。例如，光柵元件可包括折射率大于約2.0的材料，并且圍繞該光柵元件的材料或介質(zhì)的折射率可為約1.0。在又一些示例中，高指數(shù)材料的折射率可為約3.5(例如，硅、鍺等)，并且低指數(shù)材料的折射率可在約1.0和約2.0之間(例如，二氧化硅、二氧化鍺)。
[0023]根據(jù)一些示例，高對比度光柵是基本平坦的，并且其特征在于要么為一維(1-D)光柵結(jié)構(gòu)要么為二維(2-D)光柵結(jié)構(gòu)。具體地，高對比度光柵可在基本平坦的層內(nèi)實(shí)施為高對比度光柵元件的1-D或2-D陣列。例如，1-D高對比度光柵可包括布置在平坦層中的多個基本平行的光柵條或帶。在另一些示例中，準(zhǔn)-2D高對比度光柵可包括多個彎曲的光柵條或帶，或者多個寬度沿著光柵條變化的光柵條。在又一些示例中，在層中布置為2-D陣列的多個間隔開的矩形、圓形或橢圓形等的元件可提供2-D高對比度光柵。根據(jù)各種不同示例，高對比度光柵可要么為周期光柵、要么為基本非周期(即，不定期)光柵。
[0024]圖1例示了根據(jù)符合在此描述的原理的示例的高對比度光柵10的透視圖。具體地，圖1中例示的高對比度光柵10是1-D高對比度光柵10。高對比度光柵10包括布置在平坦層(例如，x-y平面中的層，如所示)中的多個基本平行的矩形條12。矩形條12之間的中心間距小于高對比度光柵10的操作或使用波長(S卩，可操作波長)。矩形條12包括具有高折射率的材料并且由具有低折射率的介質(zhì)14圍繞。例如，矩形條12可包括硅，而介質(zhì)14可包括二氧化硅或空氣，如所示。
[0025]在此，將高對比度光柵(HCG)透鏡定義為被配置為充當(dāng)聚焦或校準(zhǔn)光的透鏡的高對比度光柵。而且，通過在此的定義，HCG透鏡包括光柵節(jié)距足夠小從而基本抑制HCG透鏡的可操作波長上除O階(Oth)衍射模式之外的所有衍射模式的高對比度光柵。根據(jù)各種示例，所有高階衍射模式都位于HCG透鏡的可操作波長的截止點(diǎn)之下。具體地，通過在此的定義，HCG透鏡是僅支持零階衍射模式的非周期高對比度光柵，并且被配置為提供對穿過該HCG透鏡的光的預(yù)定相位波前修改，其中，相位波前修改與透鏡的一致(例如，HCG透鏡用于彎曲并且聚焦光)。例如，相位波前修改可與折射透鏡所提供的一致。
[0026]在一些示例中，HCG透鏡的光柵元件的間隔和/或光柵元件的寬度或尺寸根據(jù)橫跨或沿HCG透鏡的光柵結(jié)構(gòu)的距離而變化，從而提供該預(yù)定相位波前修改。在一些示例中，HCG透鏡可為1-D透鏡，其中，該預(yù)定相位波前修改僅在一個方向上提供(例如，X方向，其基本平行于HCG透鏡的平面)。在另一些示例中，HCG透鏡是被配置為提供兩個大致正交的方向(例如，X方向和y方向)上的預(yù)定相位波前修改的2-D透鏡。根據(jù)各種不同示例，由HCG透鏡提供的預(yù)定相位波前修改可對應(yīng)于由基本上任一任意透鏡(例如，任意折射透鏡設(shè)計(jì)或形狀)提供的相位波前修改或與其一致。例如，HCG透鏡的或由其提供的預(yù)定相位波前修改可與凸透鏡(例如，折射平凸透鏡、折射雙凸面透鏡等)的一致。在一些示例中，HCG透鏡可實(shí)施為校準(zhǔn)透鏡。在一些示例中，HCG透鏡可實(shí)施為離軸透鏡或斜撐透鏡。
[0027]而且，在此使用的冠詞“一”旨在具有其在專利領(lǐng)域的通常含義，S卩，“一個或多個”。例如，“一透鏡”意指一個或多個透鏡；同樣，“該透鏡”在此意指“該或這些透鏡”。而且，在此的任意參照“頂部”、“底部”、“上部”、“下部”