光學(xué)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明有關(guān)于使用一光柵的光耦合器。
【背景技術(shù)】
[0002]光線于一光集成電路內(nèi)傳導(dǎo)，且此光線經(jīng)由在此光集成電路上的光柵達(dá)成一行進(jìn)角度變換而耦合至一外部媒介。此光集成電路因此可免除傳統(tǒng)的芯片切割及拋光而在晶圓上做測(cè)試，因而降低其封裝或測(cè)試的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的光耦合器可高效率的將光轉(zhuǎn)換角度，并和其他的元件(波長(zhǎng)分工器，激光或光傳感器)或材料(三五族或硅鍺)耦合以光集成電路芯片的方式實(shí)現(xiàn)。其主要結(jié)構(gòu)為一光柵，一個(gè)至多個(gè)反射區(qū)，及一干涉區(qū)。藉由將光柵的周期結(jié)構(gòu)和其干涉區(qū)內(nèi)干涉光的波分布做匹配，此光耦合器可高效率的將光轉(zhuǎn)換角度，舉例來說，達(dá)成一垂直角度變換。
[0004]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一光學(xué)裝置，包含:一波導(dǎo)區(qū)，沿著一第一方向傳導(dǎo)光；一第一反射區(qū)，可反射入射光形成反射光；一干涉區(qū)，位于該波導(dǎo)區(qū)及該反射區(qū)之間，并包含至少一部分由入射光及反射光所形成的干涉光；一光柵區(qū)，包含在一區(qū)域上形成的光柵，該區(qū)域包含至少一部份干涉光，該光柵可將至少一部分的干涉光耦合至一第二方向，該第二方向不同于該第一方向。
[0005]再者，該第一方向與該第二方向的交角大致上垂直。該波導(dǎo)區(qū)亦可包含一第二反射區(qū)，可反射并透射一部分的入射光。其中光于該干涉區(qū)中傳導(dǎo)一循環(huán)回路衰減后的剩余比例系數(shù)(來回傳導(dǎo)衰減系數(shù))和該第二反射區(qū)的反射系數(shù)大致上匹配。光柵區(qū)的一部份形成于該第二反射區(qū)上。
[0006]再者，此光學(xué)裝置更包含一 η摻雜區(qū)及一 P摻雜區(qū)，該些摻雜區(qū)可藉由外部電壓或電流調(diào)變其內(nèi)電場(chǎng)及其中的載流子濃度，以調(diào)變?cè)摰诙瓷鋮^(qū)的折射系數(shù)(refractiveindex)。
[0007]再者，此光學(xué)裝置更包含一 η摻雜區(qū)及一 P摻雜區(qū)，該些摻雜區(qū)可藉由外部電壓或電流調(diào)變其內(nèi)電場(chǎng)及其中的載流子濃度，以調(diào)變?cè)摰谝环瓷鋮^(qū)的折射系數(shù)。
[0008]再者，此光學(xué)裝置更包含一 η摻雜區(qū)及一 P摻雜區(qū)，該些摻雜區(qū)可藉由外部電壓或電流調(diào)變其內(nèi)電場(chǎng)及其中的載流子濃度，以調(diào)變?cè)摳缮鎱^(qū)的折射系數(shù)。
[0009]再者，此光學(xué)裝置更包含一光源區(qū)，該光源區(qū)產(chǎn)生的光耦合至該干涉區(qū)，或該波導(dǎo)區(qū)，或該第一或第二反射區(qū)。此光學(xué)裝置可更包含一封裝，該封裝具有一對(duì)應(yīng)該光柵區(qū)的光圈，該光圈可傳送沿著該第二方向的光線。
[0010]再者，此光學(xué)裝置更包含一光吸收區(qū)耦合至該干涉區(qū)，或該波導(dǎo)區(qū)，或該第一或第二反射區(qū)。
[0011]該光柵區(qū)包含二維光柵結(jié)構(gòu)，可將沿著兩個(gè)方向傳送的光合并至一傳送方向，或?qū)⒀刂粋€(gè)方向傳送的光分散至兩個(gè)傳送方向。
[0012]再者，此光學(xué)裝置更可包含一第二光柵區(qū)可位于和該光柵區(qū)不同的區(qū)域上，該第二光柵區(qū)可將光親合至一第三方向。該反射區(qū)可包含:一全反射鏡面，一分布式布拉格反射鏡(DBR)，一色散鏡面，一波導(dǎo)循環(huán)反射鏡，或一金屬鏡面。該光柵區(qū)的光柵周期和該干涉區(qū)內(nèi)干涉光的周期大致上匹配。該光柵區(qū)內(nèi)光柵的表面周期結(jié)構(gòu)和該干涉區(qū)內(nèi)的干涉光波分布大致上相符。該光柵區(qū)可形成在:該干涉區(qū)，或該反射區(qū)，或該波導(dǎo)區(qū)。
[0013]本發(fā)明也提供一種一光學(xué)裝置，包含:一光源區(qū)；一第一反射區(qū)及第二反射區(qū)；一干涉區(qū)，位于該第一反射區(qū)及第二反射區(qū)間，該干涉區(qū)耦合至該光源區(qū)，該干涉區(qū)可導(dǎo)引該光源區(qū)產(chǎn)生的一入射光以沿著一第一方向行進(jìn)，及將在該第一反射區(qū)及該第二反射區(qū)之間干涉光局限于該第一方向上；一光柵區(qū)，光耦合至該干涉區(qū)；其中該光柵區(qū)可將一部份干涉光沿著一第二方向出射，該第二方向不同于該第一方向。
[0014]在本發(fā)明的光學(xué)裝置的部分實(shí)施例中，此干涉區(qū)的等效折射系數(shù)可小于或等于該光柵區(qū)的等效折射系數(shù)。
[0015]本發(fā)明也提供一種一光學(xué)裝置，包含:一第一反射區(qū)及第二反射區(qū)；一干涉區(qū)，位于該第一反射區(qū)及第二反射區(qū)間，該干涉區(qū)將在該第一反射區(qū)及該第二反射區(qū)之間干涉光局限于一第一方向上；一光吸收區(qū)耦合至該干涉區(qū)并可吸收部份的干涉光；一光柵區(qū)，光耦合至該干涉區(qū)，其中該光柵區(qū)可接收來自一外部媒介且沿著一第二方向行進(jìn)的光，該第二方向不同于該第一方向。
[0016]在本發(fā)明的光學(xué)裝置的部分實(shí)施例中，該光柵區(qū)可包含金屬，并將沿著該第二方向的入射光，在其光柵區(qū)內(nèi)親合形成一表面電楽效應(yīng)。
[0017]本發(fā)明的光耦合器可在硅基板上，玻璃基板，或其他三五族材料基板上制成為光集成電路的一部分，其中的一項(xiàng)功能為將光的傳導(dǎo)方向做垂直轉(zhuǎn)向。在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，可垂直出射(入射)光的元件因?yàn)榭擅獬齻鹘y(tǒng)的芯片切割及拋光而在全晶圓上直接做測(cè)試，因而降低其封裝或測(cè)試的成本。此光耦合器的設(shè)計(jì)概念和現(xiàn)有技術(shù)相比，其中的一主要的特色是在光于波導(dǎo)內(nèi)完全衰減之前即加入一反射層使其形成干涉波。于形成干涉波之后，于其干涉波的區(qū)域(干涉區(qū))再加上一光柵結(jié)構(gòu)，其中該光柵的表面周期結(jié)構(gòu)和該干涉區(qū)內(nèi)的干涉光波分布幾乎匹配，使其干涉光可藉由光柵結(jié)構(gòu)出射或入射。和本發(fā)明相比，現(xiàn)有技術(shù)在光傳導(dǎo)時(shí)利用光柵將此行進(jìn)波藉由一光柵沿著該行進(jìn)方向逐漸出射。因?yàn)榇诵羞M(jìn)波的能量隨著行進(jìn)時(shí)逐漸衰減(藉由光柵出射)，其能量對(duì)于行進(jìn)方向的作圖近似于一指數(shù)衰減的函數(shù)，因此為達(dá)到高效率的光耦合，現(xiàn)有技術(shù)的光柵設(shè)計(jì)通常需要較復(fù)雜的數(shù)值模擬，進(jìn)而產(chǎn)生非周期性的光柵結(jié)構(gòu)，使得其能量對(duì)于行進(jìn)方向的作圖近似于一高斯分布的函數(shù)。同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)的光出射或入射亦常呈現(xiàn)一夾角而非垂直，此夾角在后續(xù)的工藝時(shí)，例如在其上加上一透鏡組，亦較為困難。關(guān)于本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槠涓缮娌ɑ蝰v波的特性，使其光柵結(jié)構(gòu)的面積可調(diào)整，舉例來說，該光柵面積可以調(diào)整大一點(diǎn)以達(dá)到較小的散射，使得后續(xù)的封裝對(duì)準(zhǔn)時(shí)更為簡(jiǎn)易。本發(fā)明同時(shí)亦可在其光其干涉區(qū)間前再加入一局部反射區(qū)，其反射系數(shù)可調(diào)整和其干涉波于其干涉區(qū)內(nèi)做一循環(huán)傳導(dǎo)后(one-circulat1n)的剩余能量比例呈現(xiàn)幾乎匹配，以使得其入射光可幾乎完全耦合至其干涉區(qū)，進(jìn)而大幅降低其回波干擾(back reflect1n)。此外，本發(fā)明的光柵，干涉區(qū)或其反射區(qū)亦可藉由調(diào)整其通過的電場(chǎng)，磁場(chǎng)，或甚至其機(jī)械應(yīng)力來達(dá)到調(diào)變其折射系數(shù)的效果。調(diào)整不同的折射系數(shù)可改變其干涉波的波分布，從而改變其光耦合的特性。同時(shí)本發(fā)明亦可藉由調(diào)整其光柵結(jié)構(gòu)來調(diào)整其出射或入射光的角度。此光耦合器若和一三五族材料或硅鍺材料耦合，在應(yīng)用于光產(chǎn)生的情境時(shí)(例如激光)，可將一水平出射的分布式反饋(DFB)或分布式布拉格反射(DBR)激光元件，高效率的轉(zhuǎn)換成一垂直出射的元件。和廣泛應(yīng)用的垂直腔面發(fā)射激光元件(VCSEL)相比，此方式可以提供較長(zhǎng)波長(zhǎng)的激光(1310nm/1550nm)，同時(shí)亦可兼容于垂直腔面發(fā)射激光元件(VCSEL)的測(cè)試和封裝的情境。若應(yīng)用在一光吸收的情境時(shí)，則可將一垂直入射光高效率的轉(zhuǎn)換成水平方向，此時(shí)該光吸收區(qū)域可調(diào)整至較小面積以在不影響其吸收率的情況下增加其操作速率。
[0018]本發(fā)明其余實(shí)現(xiàn)方式包含對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)、裝置及計(jì)算機(jī)程序，該程序可執(zhí)行方法步驟，及編程在計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存媒介。一或多個(gè)計(jì)算機(jī)組成的系統(tǒng)可由軟件、固件，硬件或其組合構(gòu)成。一或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序可由指令構(gòu)成，且由數(shù)據(jù)處理單元執(zhí)行對(duì)應(yīng)動(dòng)作。
[0019]本發(fā)明上述及其他實(shí)現(xiàn)方式可配合附圖對(duì)其詳細(xì)說明。本發(fā)明其余特點(diǎn)及功效可由說明書、圖示及專利范圍而更易為人了解。
【附圖說明】
[0020]圖1A為本發(fā)明一實(shí)施例的光集成電路示意圖；
[0021]圖1B, 1C, ID為光耦合器示意圖；
[0022]圖2為干涉波型示意圖；
[0023]圖3A-3E為光柵圖案示意圖；
[0024]圖4A-4F為和一光源結(jié)合的光耦合器示意圖；
[0025]圖5A-5C為和一光偵測(cè)器結(jié)合的光親合器不意圖；
[0026]圖6為和P-N結(jié)結(jié)合的光親合器不意圖；
[0027]圖7A-7B為具有多個(gè)輸出端口的光耦合器示意圖；
[0028]圖8為用于封裝的光耦合器示意圖；
[0029]圖9A-9E為反射區(qū)的范例；
[0030]圖10為一光親合器的流程不意圖；
[0031]圖11為制作一光耦合器的流程示意圖。
[0032]在本發(fā)明圖示中，類似的圖號(hào)代表類似的元件，再者，本發(fā)明說明書所述各實(shí)施例僅為說明用，而非為限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述:
[0034]圖1A為本發(fā)明一實(shí)施例的光集成電路不意圖，其包含一以光柵為基礎(chǔ)的光親合器，以使光線可耦合進(jìn)出此光集成電路100。具有大致上垂直出射的光耦合器可有利于做表面射出/接收光電元件的界面，且可減少因?yàn)榉谴怪奔軜?gòu)的封裝成本及復(fù)雜度。
[0035]此光集成電路100包含一或多個(gè)制作于一基板(substrate) 116上的光學(xué)元件。該些光學(xué)元件包含一波導(dǎo)區(qū)102，一第一反射區(qū)106、一干涉區(qū)110、一第二反射區(qū)114及一光柵區(qū)120。此基板116可為任何適于制作光集成電路的基板。例如，此基板116可為硅晶圓、絕緣層覆硅(SOI)晶圓、如砷化鎵(GaAs)或是磷化銦(InP)的類的II1-V晶圓或是玻璃晶圓。再者，此基板116也可為在集成電路上所覆蓋的一層主動(dòng)或是被動(dòng)材料。例如，此基板可為在另一光集成電路上所覆蓋的一層主動(dòng)或是被動(dòng)材料。
[0036]此波導(dǎo)區(qū)102的架構(gòu)可使光線局限于一或多個(gè)維度，以導(dǎo)引光線行進(jìn)于一特定方向。依據(jù)一些實(shí)施方式，此波導(dǎo)區(qū)102可局限光線于一個(gè)維度。例如此波導(dǎo)102可為將光線局限于z方向的平板波導(dǎo)(slab waveguide)。依據(jù)一些實(shí)施方式，此波導(dǎo)區(qū)102可局限光線于兩個(gè)維度。例如此波導(dǎo)區(qū)102可為脊形波導(dǎo)(rib waveguide)或是通道波導(dǎo)(channelwaveguide)(可將光線局限于y及z方向)，以使光線可沿著x方向(如箭頭122所示)行進(jìn)。所謂“沿著X方向“可指雙向(±x方向)或是單向(+X或是-X方向)。再者，若光線在一多模光纖內(nèi)沿著X方向行進(jìn)，雖然部份光線在光纖內(nèi)沿著鋸齒方向行進(jìn)，但是光線的總體方向仍可視作沿著X方向。
[0037]大體而言，第一反射區(qū)106及第二反射區(qū)114用以反射入射光。例如在波導(dǎo)區(qū)102的光線入射到一界面104，部份光線反射回波導(dǎo)區(qū)102，而部份光線會(huì)射入此第一反射區(qū)106。類似地，在第一反射區(qū)106的光線入射到一界面108，部份光線反射回第一反射區(qū)106，而部份光線會(huì)射入干涉區(qū)110。類似地，在干涉區(qū)110的光線入射到一界面112，部份光線反射回干涉區(qū)110，而部份光線會(huì)射入一第二反射區(qū)114。依據(jù)一些實(shí)施方式，一反射區(qū)(亦可稱為反射器)可為兩個(gè)具有不同折射率介質(zhì)之間的界面。
[0038]依據(jù)不同設(shè)計(jì)，被反射器所反射的光線比例可由O到百分之百。依據(jù)一些實(shí)施方式，此第一反射區(qū)106及第二反射區(qū)114可為高反射性；例如此第二反射區(qū)114鍍上如鋁之類的金屬以達(dá)成高反射率。依據(jù)另一實(shí)例，光線可以超出臨界角方式入射到第二反射