專利名稱：具有聚合物光導(dǎo)的激光器和監(jiān)測光電檢測器的制作方法
具有聚合物光導(dǎo)的激光器和監(jiān)測光電檢測器 相關(guān)申請的交叉引用此申請依據(jù)35U.S.C 119(e)要求2007年3月5日提交的美國臨時專利 申請No. 60/904,805的優(yōu)先權(quán)，該申請通過引用整體結(jié)合于此。發(fā)明背景1. 發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及分立的半導(dǎo)體激光器與分立的監(jiān)測光電檢測器(MPD) 的集成，其中來自半導(dǎo)體激光器的后端面的光通過聚合物光導(dǎo)被引導(dǎo)至 MPD。2. 背景技術(shù)描述通常通過金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積(MOCVD)或分子束外延(MBE) 在襯底上生長適當(dāng)層疊的半導(dǎo)體材料以形成平行于襯底表面的有源層來制 造半導(dǎo)體激光器。然后利用多種半導(dǎo)體加工工具處理該材料以制造包括有 源層的激光光學(xué)腔，并使金屬接觸點附著到半導(dǎo)體材料。最后，通常通過 解理該半導(dǎo)體材料以限定激光光學(xué)腔的邊緣或末端而在激光腔的末端形成 激光反射鏡端面，從而當(dāng)在接觸點上施加偏置電壓時，所產(chǎn)生的流過有源 層的電流使光子沿垂直于電流流動的方向從有源層的成端面的邊緣出射?，F(xiàn)有技術(shù)公開了用于通過蝕刻形成半導(dǎo)體激光器的反射鏡端面的工 藝，允許激光器與其它光子器件單片地集成在同一襯底上。還已知通過以 大于光學(xué)腔內(nèi)傳播的光的臨界角的角度形成此類端面從而在該光學(xué)腔內(nèi)形 成全內(nèi)反射端面。通過蝕刻的反射鏡或端面已經(jīng)制造了新型的面發(fā)射半導(dǎo)體激光器。這 種激光被稱為水平腔面發(fā)射激光器(HCSEL)，其在2005年4月21日公 開的美國專利申請公開No. US 2005/0083982 Al和2007年7月17日出版 的美國專利7,245,645中公開，上述專利的公開內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。半導(dǎo)體邊發(fā)射激光器(EEL)與MPD的封裝要求EEL相對于MPD以 一角度被安裝在晶體管外形封裝(TO)中，如

圖1中所示，其示出TO罐 10的內(nèi)部，其中安裝有EEL 12和MPD 14。在圖1的示例中，EEL 12被示 為水平地安裝在墊塊(submount) 16上。設(shè)置了第一、第二以及第三TO 罐引腳18、 20以及22，它們用作對EEL 12和MPD 14的電連接。示出 MPD 14垂直于中心引腳20的末端安裝。設(shè)置了多個引線接合24，以使EEL 12和MPD 14與TO罐引腳18和22以及罐10互連。EEL 12的后端面面對MPD 14，從而MPD 14可監(jiān)測來自該端面的光。 有時候，將MPD 14定位成稍稍偏離垂直于來自后端面的入射光束，以防 止反射回此端面。如所示，因此需要三維的封裝操作來形成圖1中所示的 封裝，其中芯片安裝和引線接合在該封裝的兩個不同平面內(nèi)。發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，分立的半導(dǎo)體激光器和分立的監(jiān)測光電檢測器(MPD) 的改進(jìn)集成通過面發(fā)射激光器與MPD的簡單二維封裝實現(xiàn)。在本發(fā)明中使 用的激光器類型的輸出端面相對于其襯底成45?；蚪咏?5。角，而且其后端 面相對于其襯底成90°或約90°角。優(yōu)選該激光器是水平腔面發(fā)射激光器 (HCSEL)。在優(yōu)選實施例中，HCSEL和MPD被安裝在晶體管外形(TO)封裝的 單個平面上，從而激光器的水平腔和MPD的檢測器表面彼此平行。HCSEL 被安排成其后端面比HCSEL的輸出端面更靠近MPD。聚合物沉積在 HCSEL的后端面和MPD檢測器表面上。此聚合物被固化，從而產(chǎn)生光導(dǎo)。 來自HCSEL的后端面的光通過光導(dǎo)被引導(dǎo)到MPD的檢測器表面。這允許 MPD監(jiān)測來自HCSEL的后端面的光。附圖簡述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的以下詳細(xì)描述以及附圖，本發(fā)明的上述和 附加的特征和優(yōu)點對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會顯而易見，附圖如下簡單 地描述圖1是封裝在TO罐內(nèi)的HCSEL和MPD的現(xiàn)有技術(shù)安排的示意圖。 圖2是在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中使用的HCSEL類型的示意性側(cè)視圖。 圖3A是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例而封裝的HCSEL和MPD的示意性側(cè)視圖。圖3B是圖3A的一部分的放大。圖4A是圖3A中所示的器件的示意性俯視圖。圖4B是圖4A的一部分的放大。本發(fā)明的描述現(xiàn)在轉(zhuǎn)到本發(fā)明的更詳細(xì)描述，分立的半導(dǎo)體激光器和分立的監(jiān)測光 電檢測器(MPD)的改進(jìn)集成通過面發(fā)射激光器與MPD的簡單二維封裝實 現(xiàn)。優(yōu)選該面發(fā)射激光器是水平腔面發(fā)射激光器(HCSEL)。圖2示出在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中使用的該類型的HCSEL 100。 HCSEL 100包括襯底102，在其上形成有包括水平腔105的激光器結(jié)構(gòu)104。 在腔105的一端有輸出端面106，其定位成相對于襯底102成45?；蚪咏?5。 角。在腔105的另一端有后端面108，其定位成相對于襯底102成90?；蚪?近卯。角。在之前提到的已公開專利申請(US 2005/0083982 Al)中具體示 教了此HCSEL 100，具體參考該申請的圖5的器件。圖3A示出TO罐150，諸如通常用于封裝垂直腔面發(fā)射激光器 (VCSEL)的TO-46。與其中封裝具有用于安裝激光器和MPD的兩個不同 表面的圖1的現(xiàn)有技術(shù)TO IO不同，圖3中的TO罐150僅具有一個用于 器件安裝的優(yōu)選為平坦的內(nèi)表面152。圖2的HCSEL 100首先安裝在墊塊 154上，然后將墊塊154安裝在TO罐150的內(nèi)表面152上。MPD 158也直 接安裝在內(nèi)表面152上，接近或毗鄰HCSEL 100的后端面108。替代地， HCSEL 100也可被直接安裝至TO罐150的內(nèi)表面152，從而排除墊塊154。圖3B中的放大圖示出HCSEL 100和MPD 158安裝在TO罐150的單 個平面上，其中HCSEL 100的后端面108比HCSEL 100的輸出端面106 更接近MPD 158。采用了多個引線接合160來將HCSEL 100和MPD 158 電連接至多個TO罐引腳162。在圖3A、 3B以及4B中示意性地示出的 HCSEL 100和MPD 158這兩個芯片的安裝和引線接合因此是在同一表面和平面中完成，這保持封裝為二維而且簡單。它還降低了封裝成本。設(shè)置了光導(dǎo)164以將光從HCSEL 100的后端面108引導(dǎo)至MPD 158。 優(yōu)選將諸如環(huán)氧樹脂之類的聚合物沉積在HCSEL 100的后端面108和MPD 158表面的檢測器表面166上，以形成光導(dǎo)164，如圖3B所示。期望具有 在HCSEL100的發(fā)射波長處吸收低的聚合物。例如，對于發(fā)射1310nm的 HCSEL和基于InGaAs的MPD而言，可采用在1310 nm波長區(qū)吸收低的環(huán) 氧樹脂。在本發(fā)明的實際有效實施例的制造期間，利用分配器將該環(huán)氧樹 脂沉積在HCSEL 100的后端面108和MPD 158上。然后利用紫外(UV) 光將該環(huán)氧樹脂固化，從而產(chǎn)生光導(dǎo)164。如圖3A所示，來自HCSEL 100的后端面108的光通過光導(dǎo)164被引 導(dǎo)到MPD 158。這允許MPD 158監(jiān)測來自HCSEL 100的后端面108的光。 在有效實施例中使用的聚合物的折射率約為1.5，所以絕大部分的光在如圖 3A中所示的聚合物/空氣界面處全內(nèi)反射，從而允許光導(dǎo)164將來自HCSEL 100的后端面108的大部分光引導(dǎo)至MPD 158。在氣密密封的封裝中，通 常用另一種氣體代替空氣，不過空氣與此類氣體的折射率非常接近，因此 光導(dǎo)164的特性基本不受影響。HCSEL 100的輸出端面106提供激光器輸出，該輸出通常通過如圖3A 所示的透鏡168。在對有效實施例的實驗中，MPD電流和來自透鏡168的 光輸出給出良好的跟蹤性能?？砂凑詹煌姆绞綄CSEL腔定位在HCSEL芯片內(nèi)。例如，US 2005/0083982 Al，尤其參考該申請的圖14的器件，示教了一種HCSEL腔 被定位成使HCSEL芯片側(cè)面均不平行于HCSEL腔。本發(fā)明與這樣的 HCSEL兼容，而且還與其中至少兩個芯片側(cè)面平行于HCSEL腔的HCSEL 芯片兼容。美國專利7,245,645公開了具有透鏡的HCSEL，其也可在本發(fā)明中使 用。而且，HCSEL器件可被設(shè)計成以多種方式工作，例如作為法布里一帕 羅(Fabry-Perot)激光器或分布式反饋激光器。這些激光器也能與本發(fā)明 的優(yōu)選實施例一起使用。雖然己經(jīng)根據(jù)優(yōu)選實施例說明了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，在不背離在以下權(quán)利要求書中陳述的本發(fā)明的范圍的情況下可作出多種其它變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種電子器件，包括表面；安裝在所述表面上的面發(fā)射激光器，所述激光器包括輸出端面和后端面；安裝在所述表面上的MPD，所述MPD具有檢測器表面；以及聚合物光導(dǎo)，其沉積在所述激光器的所述后端面上且與所述MPD檢測器表面接合。
2. 如權(quán)利要求l所述的器件，其特征在于，所述MPD毗鄰所述激光器的所述后端面。
3. 如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述激光器安裝在墊塊上。
4. 如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，所述激光器的所述輸出端面 被引導(dǎo)朝向透鏡。
5. 如權(quán)利要求l所述的器件，其特征在于，所述聚合物是環(huán)氧樹脂。
6. 如權(quán)利要求5所述的器件，其特征在于，所述環(huán)氧樹脂是UV可固化的。
7. 如權(quán)利要求l所述的器件，其特征在于，所述表面安裝在TO罐上。
8. 如權(quán)利要求l所述的器件，其特征在于，所述表面是TO罐的內(nèi)表面。
9. 如權(quán)利要求l所述的器件，其特征在于，所述后端面相對于所述MPD 檢測器表面成一角度設(shè)置。
10. 如權(quán)利要求1-9中的任一項所述的器件，其特征在于，所述激光器是 水平腔面發(fā)射激光器(HCSEL)，其包括平行于所述MPD檢測器表面的激光
全文摘要
一種面發(fā)射激光器(100)和監(jiān)測光電檢測器(MPD)158安裝在TO(晶體管外形封裝)罐(150)中的同一平面上。來自激光器的后端面(108)的光通過聚合物光導(dǎo)(164)被引導(dǎo)至MPD。
文檔編號H01S5/00GK101627513SQ200880007029
公開日2010年1月13日 申請日期2008年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月5日
發(fā)明者A·A·貝法, J·J·范登伯格, N·S·翁 申請人:賓奧普迪克斯股份有限公司