專利名稱：光學(xué)混合模塊及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括多個(gè)集成在光波導(dǎo)襯底上的光學(xué)器件的光學(xué)混合模塊，尤其涉及一種用于減少多個(gè)光學(xué)器件之間由光學(xué)混合模塊內(nèi)的光反射以及光泄漏造成的光學(xué)交擾的光學(xué)混合模塊及其制造方法。
背景技術(shù)：
近來(lái)人們對(duì)雙向光傳輸和接收系統(tǒng)的需求有所增加。這種需求也帶來(lái)對(duì)光發(fā)射器/接收器模塊的需求增加。制造這種光發(fā)射器/接收器模塊通常需要多個(gè)光學(xué)器件，如光源、光電探測(cè)器和光波導(dǎo)。雖然光學(xué)模塊可以由多個(gè)光學(xué)器件的獨(dú)立組件來(lái)分別制造，但這樣在產(chǎn)品的成本和大小方面缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。因此，最好構(gòu)造出一種集成式的光發(fā)射器/接收器模塊。
關(guān)于實(shí)現(xiàn)光學(xué)模塊集成的技術(shù)，大量使用了混合集成光學(xué)模塊。這種類型的模塊是這樣一種結(jié)構(gòu)，其中有源器件如光發(fā)射器/接收器以及無(wú)源器件如波分復(fù)用器在光波導(dǎo)襯底上構(gòu)成混合集成器件。
圖1是現(xiàn)有光學(xué)混合模塊的結(jié)構(gòu)實(shí)例視圖。該現(xiàn)有光學(xué)混合模塊包括垂直插在襯底12中的多層薄膜濾光片11。多層薄膜濾光片11用于分開兩束不同波長(zhǎng)的光，其中光經(jīng)光纖13進(jìn)入并從光源14發(fā)出。
參見圖1，具有特定波長(zhǎng)λ1的某種光信號(hào)經(jīng)光纖13進(jìn)入，并且這些光信號(hào)通過(guò)由形成在襯底12上的第一光波導(dǎo)導(dǎo)向而到達(dá)位于光纖13相對(duì)側(cè)的多層薄膜濾光片11。多層薄膜濾光片11用于只反射特定的波長(zhǎng)λ2。如果經(jīng)光纖13進(jìn)入的光的波長(zhǎng)λ1不同于反射波長(zhǎng)λ2，則波長(zhǎng)為λ1的光透過(guò)多層薄膜濾光片11、從而到達(dá)光電探測(cè)器15(如光電二極管)。
另一方面，從諸如激光二極管之類的光源發(fā)射的、其波長(zhǎng)λ2不同于已經(jīng)經(jīng)光纖13進(jìn)入的光的波長(zhǎng)的光進(jìn)入第二光波導(dǎo)并在那兒被導(dǎo)向。但是，因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)λ2是濾光片11的反射波長(zhǎng)，因此被導(dǎo)向的光又被多層薄膜濾光片11反射，由此經(jīng)光纖13向外出射。
上述現(xiàn)有光纖混合模塊的缺點(diǎn)在于由光發(fā)射器件產(chǎn)生了光泄漏或反射，向光接收器件的發(fā)射由此變得低效。這種低效造成光信號(hào)的交擾。
圖2表示現(xiàn)有光學(xué)混合模塊的另一實(shí)例性結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是以消除上述交擾缺陷為最終目的而建立的。根據(jù)所示的結(jié)構(gòu)，光學(xué)模塊為這樣一種類型，即光波導(dǎo)芯部22和包層部23形成在襯底21上，光發(fā)射器件和光接收器件26設(shè)置在其上。圖2還放大了安置光接收器件26的部分。在圖2中，標(biāo)號(hào)24表示設(shè)置有電連線的部分和用于安置光接收器件26的焊接層，其它陰影部分為形成光遮擋層25的部分。光遮擋層25由金屬膜制成。因?yàn)樵诠獍l(fā)射器件和光接收器件26周圍設(shè)置了光遮擋層25，所以可以防止光從光接收器件26的較低的橫向部分進(jìn)入光接收器件26。
圖2中所示的現(xiàn)有光學(xué)模塊在與光接收器件光耦合的區(qū)域，即在包括光波導(dǎo)芯部的區(qū)域有一個(gè)垂直表面。但是實(shí)際上在此垂直表面處形成光遮擋層非常困難。因而圖2所示的上述光學(xué)模塊是一種假想結(jié)構(gòu)，從實(shí)際制造的角度來(lái)看是不可能實(shí)現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，出于克服現(xiàn)有技術(shù)中上述一個(gè)或多個(gè)問題的考慮，提出了本發(fā)明。本發(fā)明還有一種目的在于提供一種光學(xué)混合模塊及其制造方法，使得能夠批量生產(chǎn)一種可把由于光泄漏導(dǎo)致的光學(xué)信號(hào)交擾降至最低的光學(xué)混合模塊。所述的泄漏主要源自于在光半導(dǎo)體器件和光波導(dǎo)之間光耦合時(shí)進(jìn)入光接收器件的光源。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，上述及其它目的可以通過(guò)提供一種光學(xué)混合模塊實(shí)現(xiàn)，該光學(xué)混合模塊包括襯底；形成在襯底上用于進(jìn)行光信號(hào)傳輸?shù)墓獠▽?dǎo)；多個(gè)安置在襯底上、以與光波導(dǎo)光學(xué)耦合的光學(xué)器件；和在光耦合部分端面的相對(duì)側(cè)形成的、具有傾斜輪廓的光遮擋層，其中光耦合部分設(shè)置在光波導(dǎo)的中心，由此用于防止光從光波導(dǎo)以外的其它區(qū)域進(jìn)入光學(xué)器件。
最好設(shè)置在光波導(dǎo)中心的光耦合部分的端面可以形成有相對(duì)于光遮擋層的凹槽，或者可以相對(duì)于光遮擋層突起。
還最好在除光耦合部分的光波導(dǎo)的表面上以及在襯底的整個(gè)表面上形成光遮擋層。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造光學(xué)混合模塊的方法，包括如下步驟(a)在襯底上形成光波導(dǎo)；(b)對(duì)硬蝕刻掩膜圖案化，以便在包括光耦合部分的光波導(dǎo)區(qū)域上形成垂直端面；(c)對(duì)傾斜的掩膜圖案化，以便在包括光耦合部分的區(qū)域的相對(duì)側(cè)沒有形成硬蝕刻掩膜的區(qū)域上形成傾斜端面；(d)蝕刻硬蝕刻掩膜和傾斜掩膜之下的光波導(dǎo)；和(e)在光波導(dǎo)的除了至少包括光耦合部分的區(qū)域的垂直端面以外的傾斜端面上以及襯底上形成一個(gè)光遮擋層。
關(guān)于上述方法，可以采用灰度光刻法執(zhí)行步驟(c)。
另外，還優(yōu)選在除了光耦合部分外的光波導(dǎo)的整個(gè)表面上以及襯底的整個(gè)表面上形成光遮擋層。


下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的上述及其它目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1中的示意圖表示現(xiàn)有光學(xué)混合模塊的一種實(shí)施例的實(shí)例性結(jié)構(gòu)；圖2中的示意圖表示現(xiàn)有光學(xué)混合模塊的另一實(shí)施例的實(shí)例性結(jié)構(gòu)；圖3中的示意圖表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的光學(xué)混合模塊的結(jié)構(gòu)；圖4中的示意圖表示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例所述的光學(xué)混合模塊的結(jié)構(gòu)；圖5中的示意圖表示圖4中所示光學(xué)混合模塊的制作中掩膜的位置；圖6中的示意圖表示圖3中所示光學(xué)混合模塊的制作中掩膜的位置；圖7a中的透視圖表示本發(fā)明所述的光學(xué)混合模塊的結(jié)構(gòu)；圖7b側(cè)視圖表示圖7a所示的光學(xué)混合模塊中反射光移動(dòng)路徑。
具體實(shí)施例方式下面參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選方面。附圖中，在相同或類似的元件盡管圖示在不同的附圖中，也用相同的標(biāo)號(hào)表示。為了清楚、簡(jiǎn)單起見，對(duì)在此引用的已知功能和結(jié)構(gòu)省去詳細(xì)的描述，以免模糊本發(fā)明的主題而不是使之清楚。另外，下面描述中使用的術(shù)語(yǔ)是考慮到實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的功能而限定的術(shù)語(yǔ)。這些術(shù)語(yǔ)的定義應(yīng)該在本說(shuō)明書的整體內(nèi)容的基礎(chǔ)上確定，因?yàn)樗鼈兛赡軙?huì)按照用戶或芯片設(shè)計(jì)者或?qū)嶋H實(shí)施中的需要而變化。
圖3中的示意圖不是根據(jù)本發(fā)明第一方面的光學(xué)混合模塊的結(jié)構(gòu)。出于解釋本發(fā)明實(shí)施原理的目的，圖3只圖解了光學(xué)混合模塊的一部分，包括設(shè)置在光波導(dǎo)中心的光學(xué)耦合部分的端面。
參見圖3，本發(fā)明所述的光學(xué)混合模塊包括襯底31和布置在襯底的至少一部分上的光波導(dǎo)30、依次安置在襯底31上的光遮擋層34和光接收器35。
還如圖3所示，光波導(dǎo)30包括用于發(fā)射光信號(hào)的芯部32和包圍芯部32的包層部分33。光波導(dǎo)30還包括將與光接收器35、例如可以是光電二極管(PD)的光學(xué)耦合的光耦合部分O。光波導(dǎo)30在包括光耦合部分O的區(qū)域還有一個(gè)結(jié)構(gòu)垂直于襯底31的端面，并在除包括光耦合部分O的區(qū)域之外的端部區(qū)域具有結(jié)構(gòu)相對(duì)于襯底31傾斜的端面P。因?yàn)楣獠▽?dǎo)30的端面P傾斜，所以包括光耦合部分的中心區(qū)可以有一個(gè)端面，該端面比光遮擋層34的傾斜定位表面更凹陷，如圖3所示，或者有一個(gè)相對(duì)于傾斜表面34的位置突出的端部，如圖4所示。由于光遮擋層表面的傾斜，可以很容易地執(zhí)行在端面P上形成光遮擋層34的后續(xù)過(guò)程。
形成在光波導(dǎo)30的、包括光耦合部分O的區(qū)域相對(duì)側(cè)的傾斜端面P上的光遮擋層34用于防止不希望的光經(jīng)光接收器35的橫向下部進(jìn)入光接收器35、如光電二極管。光遮擋層34可以由金屬膜或反射材料等制成。在光遮擋層34形成于至少包括光耦合部分O的區(qū)域相對(duì)側(cè)的地方，如圖3所示，光波導(dǎo)30的光耦合部分O凹陷，具有相對(duì)于光遮擋層34的凹槽。
圖4中所示意圖表示根據(jù)本發(fā)明另一方面所述的光學(xué)混合模塊的結(jié)構(gòu)。因?yàn)榇藢?shí)施例在結(jié)構(gòu)和操作上類似于圖3所示的實(shí)施例，所以只解釋其中的差異部分以免重復(fù)說(shuō)明。
圖3和圖4之間的差異在于把光遮擋層44布置成除光波導(dǎo)40的傾斜端面之外覆蓋光波導(dǎo)40的整個(gè)上表面和襯底41的整個(gè)上表面，并且光波導(dǎo)40的光耦合部分O從光遮擋層44突出。
圖5是用于制作圖4中所示光學(xué)混合模塊的掩膜處理的輔助步驟。下面結(jié)合圖5解釋光學(xué)混合模塊的制造程序。
參見圖5，在硅襯底51上形成光波導(dǎo)的芯部52和包層部分53之后，在需要垂直端面的區(qū)域上、即在包括光波導(dǎo)的光耦合部分O的區(qū)域上把硬蝕刻掩膜56制成圖案。在制成圖案之后，對(duì)需要傾斜端面的區(qū)域、即包括光學(xué)耦合部分O的區(qū)域的相對(duì)側(cè)，利用灰度光刻法把傾斜光致抗蝕劑(PR)掩膜57制成圖案。
根據(jù)傾斜光致抗蝕劑掩膜57的位置確定在形成光遮擋層的后續(xù)過(guò)程中光耦合部分O將如何耦合到光遮擋層。換言之，在硬蝕刻掩膜56和傾斜的光致抗蝕劑掩膜57的最終位置彼此相同的情況下，如圖5所示，光耦合部分O有一種如圖4所示的突起結(jié)構(gòu)。但是在傾斜光致抗蝕劑掩膜57位于硬蝕刻掩膜56前面的情況下，光耦合部分O有一種如圖3所示的凹陷結(jié)構(gòu)。
接下來(lái)，通過(guò)利用硬蝕刻掩膜56和傾斜光致抗蝕劑掩膜57的干蝕刻過(guò)程，在硬蝕刻掩膜56之下的部分形成垂直端面，并且在傾斜光致抗蝕劑掩膜57之下的部分形成傾斜的端面。在此情況下，因?yàn)楣獠▽?dǎo)的端面可按照傾斜光致抗蝕劑掩膜的形狀和光暴露的程度而變化，所以應(yīng)該適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)光波導(dǎo)具有負(fù)傾角的傾斜輪廓。
完成蝕刻過(guò)程之后，通過(guò)在光波導(dǎo)傾斜的端面上執(zhí)行金屬膜的沉積而形成光遮擋層。最好是，光遮擋層延伸到襯底上除光波導(dǎo)的傾斜端面以外的被沉積了光接收器的部分上。另外，光遮擋層可以形成在光波導(dǎo)的整個(gè)表面以及襯底的整個(gè)表面之上。
圖7a表示本發(fā)明的一種應(yīng)用。具體地說(shuō)，圖7a中的透視圖表示本發(fā)明所述光學(xué)混合模塊的結(jié)構(gòu)。圖7b中的側(cè)視圖表示圖7a所示光學(xué)混合模塊中反射光的移動(dòng)路徑。
圖7a中所示的光學(xué)混合模塊包括多層薄膜濾光片，該濾光片根據(jù)光束的波長(zhǎng)差分開兩束光，即經(jīng)光纖71入射的光和從光源72發(fā)出的光。如圖7b所示，光學(xué)混合模塊包括形成在光學(xué)耦合部分O相對(duì)側(cè)的光波導(dǎo)74的端面上的光遮擋層75。光遮擋層75有一個(gè)具有負(fù)傾角的傾斜輪廓。
下面簡(jiǎn)單描述與光信號(hào)的運(yùn)動(dòng)路徑有關(guān)的光學(xué)混合模塊的操作過(guò)程。
參見圖7a，具有特定波長(zhǎng)的光信號(hào)被允許經(jīng)光纖71進(jìn)入，并由光波導(dǎo)74導(dǎo)向，由此到達(dá)位于光纖71相對(duì)側(cè)的多層薄膜濾光片73。多層薄膜濾光片73適于只反射預(yù)定波長(zhǎng)的光。
因此，如果經(jīng)光纖71進(jìn)入的光的波長(zhǎng)不同于多層薄膜濾光片73的預(yù)定反射波長(zhǎng)，則光透過(guò)多層薄膜濾光片73，由此到達(dá)光電探測(cè)器76。
另一方面，也可以是從光源、如激光二極管發(fā)出的并具有不同于經(jīng)光纖71進(jìn)入的光的波長(zhǎng)的光進(jìn)入光波導(dǎo)74并在那兒被導(dǎo)向。然后，被導(dǎo)向的光再被多層薄膜濾光片73反射，由此經(jīng)光纖71出射到外部。在此情況下，如圖7B所示，在襯底77中向下透射并再在襯底77的底面反射的光不能進(jìn)入光電探測(cè)器76，因?yàn)楣獗还庹趽鯇?5遮擋。
要指出的是，光源72有一條與光纖71分開的路徑，使得來(lái)自光纖的光和來(lái)自分開的光源的光從分開的路徑進(jìn)入光波導(dǎo)。但是，光從第一路徑進(jìn)入光纖并從第二路徑由分開的光源發(fā)出，兩束光都穿過(guò)波導(dǎo)并入射到多層薄膜濾光片73上。
雖然為了圖解的目的已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選方面和模式，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，在不脫離本發(fā)明由所附的權(quán)利要求限定的范圍和實(shí)質(zhì)的前提下，本發(fā)明可以有各種改型、增加和替換。例如除了如上所述的介電多層薄膜濾光片外，也可以加入多模干涉儀(MMI)或介電耦合器。這只是熟練的技術(shù)人員可以進(jìn)行改型的一個(gè)實(shí)例。
從上述顯見，根據(jù)本發(fā)明所述的光學(xué)混合模塊包括一個(gè)形成在光波導(dǎo)上光學(xué)耦合部分相對(duì)側(cè)的光遮擋層。形成的光遮擋層有一種具有負(fù)傾角的傾斜輪廓。因此可以在將光信號(hào)交擾降至最低的同時(shí)批量生產(chǎn)該光學(xué)混合模塊。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)混合模塊，包括襯底；形成在襯底上、以進(jìn)行光信號(hào)傳輸?shù)墓獠▽?dǎo)，所述光波導(dǎo)用于與多個(gè)光學(xué)器件連接；和在光耦合部分端面的相對(duì)側(cè)形成的、具有傾斜輪廓的光遮擋層，其中光耦合部分設(shè)置在光波導(dǎo)的中心，所述光遮擋層用于防止在與光波導(dǎo)耦合時(shí)光從光波導(dǎo)以外的其它區(qū)域進(jìn)入光學(xué)器件。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)混合模塊，還包括多個(gè)安置在襯底上、與光波導(dǎo)光耦合的光學(xué)器件。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)混合模塊，其特征在于安置在襯底上的多個(gè)光學(xué)器件包括與波導(dǎo)光耦合的光接收器。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)混合模塊，其特征在于安置在襯底上的多個(gè)光學(xué)器件包括多層薄膜濾光片，該多層薄膜濾光片至少部分地布置在光波導(dǎo)內(nèi)并基本上垂直于光波導(dǎo)，從而反射透過(guò)光波導(dǎo)傳輸?shù)念A(yù)定波長(zhǎng)的光，并允許具有不同于預(yù)定波長(zhǎng)的波長(zhǎng)的光通過(guò)，和光纖；和分開的光源，使得來(lái)自光纖的光和來(lái)自分開光源的光從分開的光路進(jìn)入波導(dǎo)；而且其中從第一路徑進(jìn)入光纖的光和從第二路徑由分開的光源發(fā)出的光穿過(guò)波導(dǎo)并入射到多層膜上。
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)混合模塊，其特征在于多個(gè)光學(xué)器件集成在襯底模塊上。
6.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)混合模塊，其特征在于設(shè)置在光波導(dǎo)中心的光耦合部分的端面相對(duì)于光遮擋層凹陷一個(gè)凹槽。
7.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)混合模塊，其特征在于設(shè)置在光波導(dǎo)中心的光耦合部分的端面相對(duì)于光遮擋層突起。
8.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)混合模塊，其特征在于所述波導(dǎo)包括設(shè)置在中心并基本上與襯底的上表面垂直的光耦合部分的端面。
9.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)混合模塊，其特征在于光耦合部分的垂直端面相對(duì)于光遮擋層的斜面的位置凹陷。
10.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)混合模塊，其特征在于光遮擋層形成在除光耦合部分以外的光波導(dǎo)的表面之上以及襯底的整個(gè)表面之上。
11.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)混合模塊，其特征在于光遮擋層包括金屬層。
12.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)混合模塊，其特征在于光遮擋層包括一種反射材料。
13.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)混合模塊，其特征在于設(shè)置在光波導(dǎo)中心的光耦合部分的端面相對(duì)于光遮擋層的斜面凹陷。
14.利要求1所述的光學(xué)混合模塊1，其特征在于光波導(dǎo)包括芯層；和包圍芯層的包層。
15.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)混合模塊1，其特征在于光遮擋層形成在光波導(dǎo)的整個(gè)上表面上。
16.一種制造光學(xué)混合模塊的方法，包括如下步驟(a)在襯底上形成光波導(dǎo)；(b)對(duì)硬蝕刻掩膜圖案化，以便在包括光耦合部分的光波導(dǎo)的區(qū)域上形成垂直端面；(c)對(duì)傾斜掩膜圖案化，以便在包括光耦合部分的區(qū)域的相對(duì)側(cè)沒有形成硬蝕刻掩膜的區(qū)域上形成傾斜端面；(d)蝕刻硬蝕刻掩膜和傾斜掩膜之下的光波導(dǎo)；和(e)在除了至少包括光耦合部分的區(qū)域的垂直端面以外的光波導(dǎo)的傾斜端面上以及襯底上形成一個(gè)光遮擋層。
17.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)混合模塊的制造方法，其特征在于所述步驟(c)采用灰度光刻法執(zhí)行。
18.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)混合模塊的制造方法，其特征在于所述步驟(e)采用金屬沉積法執(zhí)行。
19.權(quán)利要求16所述的光學(xué)混合模塊的制造方法，其特征在于在除了光耦合部以外的光波導(dǎo)的整個(gè)表面上以及襯底的整個(gè)表面上形成光遮擋層。
20.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)混合模塊的制造方法，其特征在于通過(guò)在傾斜端面上布置反射材料來(lái)執(zhí)行步驟(e)。
21.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)混合模塊的制造方法，還包括(f)在襯底上集成多個(gè)光學(xué)器件。
22.如權(quán)利要求21所述的光學(xué)混合模塊的制造方法，還包括(g)使在步驟(f)中形成在襯底上的多個(gè)光學(xué)器件與光波導(dǎo)光學(xué)耦合。
23.如權(quán)利要求21所述的光學(xué)混合模塊的制造方法，其特征在于所述多個(gè)光學(xué)器件包括至少部分地布置在所述波導(dǎo)中并且基本上與所述波導(dǎo)垂直分布的多層薄膜濾光片，從而在波導(dǎo)的路徑中設(shè)置一個(gè)濾光片。
全文摘要
光學(xué)混合模塊及其制造方法包括多個(gè)集成在光波導(dǎo)襯底上的光學(xué)器件。該結(jié)構(gòu)有助于減少多個(gè)光學(xué)器件之間由于光學(xué)混合模塊內(nèi)的泄漏光的反射造成的光學(xué)交擾。該光學(xué)混合模塊包括襯底，形成在襯底上、用于傳輸光信號(hào)的光波導(dǎo)，多個(gè)安置在襯底上、以與光波導(dǎo)光耦合的光學(xué)器件，和形成在光耦合部分端面相對(duì)側(cè)的、具有傾斜輪廓的光遮擋層，其中光耦合部分設(shè)置在光波導(dǎo)的中心。光遮擋層用于防止光經(jīng)光波導(dǎo)以外的其它區(qū)域進(jìn)入光學(xué)器件。
文檔編號(hào)G02B6/42GK1573376SQ20031012016
公開日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2003年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月9日
發(fā)明者權(quán)五達(dá), 李周勛 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社