CN103022893B - 一种用于电吸收调制激光器与硅基波导集成的高频电极 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于电吸收调制激光器与硅基波导集成的高频电极，其包括有硅衬底、制作于硅衬底上，并能将电信号加载到电吸收调制激光器的调制器和激光器上的金属电极层、设于金属电极层上方的电吸收调制激光器以及设于金属电极层与电吸收调制激光器之间，且用于实现电吸收调制激光器与金属电极层的电学互联与垂直方向上的光学对准的焊接凸点层，该硅衬底为硅基波导结构的硅衬底。采用本发明提出的高频电极，用于代替传统的陶瓷和石英上制作的高频电极，既可方便的应用于激光器与硅基波导的混合集成芯片制作与测试中，又能实现精确对准。
Description
技术领域
本发明有关一种多功能高频传输电极，特别是指一种用于电吸收调制激光器与硅基波导的混合集成的高频电极。
背景技术
进入新世纪以来，随着微纳光电集成技术的不断发展，芯片的集成度越来越高，器件的尺寸不断缩小，而器件的工作速率则不断提高。
在光有源器件方面，基于III-Ⅴ族材料（如InP，GaAs等）的激光器以及集成的电吸收调制激光器已从芯片研究发展到了大批量生产，其封装器件已可作为光通信、光医疗等光电领域的成熟光源使用，速率可从几百Mbps到几十Gbps。
与此同时，光无源器件中基于硅基的光波导器件，如光分束器，AWG等，由于其工艺简单、光传输损耗低、易于同光纤耦合等特点，早已实现商用化。无源波导材料有二氧化硅，硅上二氧化硅，绝缘体上硅等多种。
随着未来光电子技术的发展，将III-Ⅴ族的激光器同硅基的波导器件集成在一个芯片上成为了必然的发展方向，其中在硅基波导材料上倒装焊激光器芯片是目前最可行的技术路线。但由于材料特性的不同，其混合集成存在多个难点，其中就包括高频信号的传输、光耦合对准以及散热的问题。传统的光电器件封装中，通常采用石英或陶瓷作为衬底材料，在其上制作高频传输电极，将电信号加载到激光器上。但这种衬底材料既不能同波导器件集成，又存在导热系数低的缺点。硅材料不仅能从其上生长多种二氧化硅波导，而且其导热系数接近金属，是理想的激光器热沉材料，因此硅材料是激光器同硅基波导实现混合集成的理想衬底材料。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种能够实现高频信号的传输、光耦合对准以及散热效果佳的用于电吸收调制激光器与硅基波导集成的高频电极。
为达到上述目的，本发明提供一种用于电吸收调制激光器与硅基波导集成的高频电极，其包括有硅衬底、制作于硅衬底上，并能将电信号加载到电吸收调制激光器的调制器和激光器上的金属电极层、设于金属电极层上方的电吸收调制激光器以及设于金属电极层与电吸收调制激光器之间，且用于实现电吸收调制激光器与金属电极层的电学互联与垂直方向上的光学对准的焊接凸点层，该硅衬底为硅基波导结构的硅衬底。
所述硅衬底的电阻率范围为600-6000欧姆·厘米。
所述金属电极层为单元结构或级联结构，该级联结构为多个单元结构的横向有限重复结构。
所述金属电极层的单元结构包括：
对准标记；
电吸收调制器电极，其包含焊盘区电极和与该焊盘区电极连接的过渡电极；
高频传输电极，该高频传输电极包括左中右三个电极，其中左右电极为接地电极，中间电极为信号线电极，所述电吸收调制器电极的过渡电极形状为梯形，该过渡电极与高频传输电极中的信号线电极互连，该过渡电极用于高频传输线与倒装焊焊盘间的过渡；
激光器底电极，其由左侧的激光器焊盘区、过渡电极区、测试焊盘区以及右侧的地线电极组成，其中左侧的激光器焊盘区、过渡电极区及测试焊盘区为信号线电极，过渡电极区形状为梯形，同该激光器焊盘区和测试焊盘区互连。
所述电吸收调制激光器包括调制器区、图形标记和激光器区，该调制器区、图形标记和激光器区的正面分别制作有信号金属电极，背面制作有接地电极，该图形标记与所述对准标记对准，该图形标记形状与该对准标记形状一样或互补。
所述电吸收调制激光器采用倒装焊工艺制作于所述焊料凸点层的焊料凸点上方，该电吸收调制激光器正面的电极区不同区域与焊料凸点分别接触，该电吸收调制激光器背面的接地电极通过金丝球焊或楔焊连接到所述硅衬底上的接地电极上。
所述焊料凸点层的焊料凸点通过植球、金丝球焊工艺制作于所述电吸收调制器电极的焊盘区电极和激光器底电极的激光器焊盘区。
所述焊料凸点层熔点低于400℃，厚度为5-200um，所述金属电极层厚度为0.2um-3um。
所述高频传输电极的左中右三个电极，每一电极均依次由横直电极，弯曲电极，竖直电极以及测试焊盘区电极组成，该横直电极，弯曲电极，竖直电极的接地电极、信号线电极及其电极间距均相同，以保证最佳的高频传输线性能。
所述地线电极位于所述测试焊盘区与高频传输电极中间，该地线电极用于激光器信号线与金丝焊盘间的过渡。
附图说明
图1为本发明用于电吸收调制激光器与硅基波导集成的高频电极的剖面结构示意图；
图2为本发明中金属电极层为单元结构的正面结构示意图；
图3为本发明中金属电极层为多单元级联结构的正面结构示意图；
图4为本发明中电吸收调制激光器正面（a）与背面（b）的电极示意图；
图5为本发明中电吸收调制激光器与金属电极层倒装焊接后的电极重叠示意图。
具体实施方式
为便于对本发明的结构及实现的效果有进一步的了解，现结合附图并举较佳实施例详细说明如下。
如图1所示，本发明的用于电吸收调制激光器与硅基波导集成的高频电极包括有硅衬底1、制作于硅衬底1上，并能将电信号加载到电吸收调制激光器4的调制器和激光器上的金属电极层2、设于金属电极层2上方的电吸收调制激光器4以及设于金属电极层2与电吸收调制激光器4之间，且用于实现电吸收调制激光器4与金属电极层2的电学互联与垂直方向上的光学对准的焊接凸点层3。该硅衬底1为硅基波导结构的硅衬底，为高阻硅材料，电阻率范围为600-6000欧姆·厘米，用以实现电信号的低损传输。
如图2所示，本发明中的金属电极层2为特殊图形的金属电极，可将电信号加载到电吸收调制激光器4的调制器和激光器上，并具有对准功能。金属电极层2厚度为0.2um-3um，为多层金属结构，同硅衬底1及焊料凸点层3有良好的金属接触。金属电极层2可通过光刻结合金属剥离工艺或金属腐蚀工艺制作。
金属电极层2结构可以为单元结构，也可为级联结构，级联结构为多个单元结构的横向有限重复结构（如图3所示），可用于实现多路激光器的倒装焊和集成结构。金属电极层2的单元结构包括如下部分：
（1）对准标记5，对准标记5同电吸收调制激光器4上图形标记15对准，其形状与电吸收调制激光器4上的图形标记15一样或互补；
（2）电吸收调制器电极6，该电极包含焊盘区电极60和与该焊盘区电极60连接的过渡电极61，焊盘区电极60形状为圆形或方形，面积大于电吸收调制器的电极。
（3）高频传输电极，该高频传输电极包括左中右三个电极，每一电极均依次由横直电极7，弯曲电极8，竖直电极9以及测试焊盘区电极10组成，其中左右电极为接地电极，中间电极为信号线电极。横直电极7，弯曲电极8，竖直电极9的接地电极、信号线电极及其电极间距均相同，以保证最佳的高频传输线性能。焊盘区电极60为接地电极、信号线电极及其电极间距的等比例放大电极区，用以减少的电信号反射和保证阻抗匹配。焊盘区的尾部电极地线和信号线宽度为50-300um，其间距为50-300um。电吸收调制器电极6的过渡电极61形状为梯形，同高频传输电极中的信号线电极互连，该过渡电极61用于高频传输线与倒装焊焊盘间的过渡。
（4）激光器底电极，该电极由左侧的激光器焊盘区11、过渡电极区110、测试焊盘区12以及右侧的地线电极13组成，其中左侧的激光器焊盘区11、过渡电极区110及测试焊盘区12为信号线电极。激光器底电极的过渡电极区110形状为梯形，同激光器焊盘区11和测试焊盘区12互连。地线电极13位于测试焊盘区12与高频传输电极中间，该地线电极13用于激光器信号线与金丝焊盘间的过渡。测试焊盘区12的尾部电极的地线和信号线宽度为50-300um，其间距为50-300um。
如图4所示，本发明中的电吸收调制激光器4，其包括调制器区14、图形标记15和激光器区16，该调制器区14、图形标记15和激光器区16的正面分别制作有信号金属电极，背面制作有接地电极17。激光器焊盘区11电极形状与电吸收调制激光器4的激光器区16电极图形一样，面积大于激光器区16电极图形。电吸收调制激光器4采用倒装焊工艺制作于焊料凸点层3的焊料凸点上方，其正面电极区不同区域与焊料凸点分别接触，采用回流焊工艺实现激光器的调制器电极和激光器电极同硅衬底1上电极间的良好接触。电吸收调制激光器4背面的接地电极17通过金丝球焊或楔焊连接到硅衬底1上的接地电极上（如图1所示）。
请参阅图5所示，焊料凸点层3为金属电极层2和电吸收调制激光器4电极间的金属过渡层，其材料为熔点低于400℃的易熔焊接且与电极金属有良好附着性的金属材料，厚度为5-200um。焊料凸点制作于上述高频电极中，可通过植球、金丝球焊等工艺制作于电吸收调制器电极6的焊盘区电极60和激光器底电极的激光器焊盘区11上，焊料凸点个数同焊盘区面积成比例。该焊料凸点层3制作在金属层上，该焊料凸点与电吸收调制激光器4的电极区接触，焊料凸点用于实现电吸收调制激光器4与金属电极层2的电学互联与垂直方向上的光学对准。
采用本发明提出的高频电极，用于代替传统的陶瓷和石英上制作的高频电极，既可方便的应用于激光器与硅基波导的混合集成芯片制作与测试，也利于后续的TOSA（Transmitter Optical Subassembly，光发射次模块）器件封装。该电极结构采用高阻硅衬底，具有高频信号传输损耗小，导热系数高，易于同硅基波导材料制作等优势。
本发明制作的电极结构可应用于倒装焊工艺，有效减少传统金丝引线方式带来的电学寄生参数，提高电吸收调制激光器的工作速率，尤其是在大于10Gbps传输速率下。该电极上同步制作的对准标记可实现电吸收调制激光器波导同硅基波导间的光学对准，利于其混合集成。同时该电极的尾电极设计既可实现芯片级的探针测试，又可用于后续的金丝球焊或楔焊工艺，易于实现混合集成芯片的封装和量产。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于电吸收调制激光器与硅基波导集成的高频电极，其特征在于，其包括有硅衬底、制作于硅衬底上，并能将电信号加载到电吸收调制激光器的调制器和激光器上的金属电极层、设于金属电极层上方的电吸收调制激光器以及设于金属电极层与电吸收调制激光器之间，且用于实现电吸收调制激光器与金属电极层的电学互联与垂直方向上的光学对准的焊料凸点层，该硅衬底为硅基波导结构的硅衬底；
所述金属电极层为单元结构或级联结构，该级联结构为多个单元结构的横向有限重复结构；
所述金属电极层的单元结构包括：
对准标记；
电吸收调制器电极，其包含焊盘区电极和与该焊盘区电极连接的过渡电极；
高频传输电极，该高频传输电极包括左中右三个电极，其中左右电极为接地电极，中间电极为信号线电极，所述电吸收调制器电极的过渡电极形状为梯形，该过渡电极与高频传输电极中的信号线电极互连，该过渡电极用于高频传输线与倒装焊焊盘间的过渡；
激光器底电极，其由左侧的激光器焊盘区、过渡电极区、测试焊盘区以及右侧的地线电极组成，其中左侧的激光器焊盘区、过渡电极区及测试焊盘区为信号线电极，过渡电极区形状为梯形，同该激光器焊盘区和测试焊盘区互连。
2.如权利要求1所述的用于电吸收调制激光器与硅基波导集成的高频电极，其特征在于，所述硅衬底的电阻率范围为600-6000欧姆·厘米。
3.如权利要求1所述的用于电吸收调制激光器与硅基波导集成的高频电极，其特征在于，所述电吸收调制激光器包括调制器区、图形标记和激光器区，该调制器区、图形标记和激光器区的正面分别制作有信号金属电极，背面制作有接地电极，该图形标记与所述对准标记对准，该图形标记形状与该对准标记形状一样或互补。
4.如权利要求3所述的用于电吸收调制激光器与硅基波导集成的高频电极，其特征在于，所述电吸收调制激光器采用倒装焊工艺制作于所述焊料凸点层的焊料凸点上方，该电吸收调制激光器正面的电极区不同区域与焊料凸点分别接触，该电吸收调制激光器背面的接地电极通过金丝球焊或楔焊连接到所述硅衬底上的接地电极上。
5.如权利要求1所述的用于电吸收调制激光器与硅基波导集成的高频电极，其特征在于，所述焊料凸点层的焊料凸点通过植球、金丝球焊工艺制作于所述电吸收调制器电极的焊盘区电极和激光器底电极的激光器焊盘区。
6.如权利要求1所述的用于电吸收调制激光器与硅基波导集成的高频电极，其特征在于，所述焊料凸点层熔点低于400℃，厚度为5-200um，所述金属电极层厚度为0.2um-3um。
7.如权利要求1所述的用于电吸收调制激光器与硅基波导集成的高频电极，其特征在于，所述高频传输电极的左中右三个电极，每一电极均依次由横直电极，弯曲电极，竖直电极以及测试焊盘区电极组成，该横直电极、弯曲电极、竖直电极的接地电极与信号线电极相同，该横直电极、弯曲电极、竖直电极的接地电极与信号线电极之间的间距相同，以保证最佳的高频传输线性能。
8.如权利要求1所述的用于电吸收调制激光器与硅基波导集成的高频电极，其特征在于，所述地线电极位于所述测试焊盘区与高频传输电极中间，该地线电极用于激光器信号线与金丝焊盘间的过渡。
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Families Citing this family (6)
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6027254A (en) * | 1993-08-09 | 2000-02-22 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Opto-electronic hybrid integration platform, optical sub-module, opto-electronic hybrid integration circuit, and process for fabricating platform |
| CN101188345A (zh) * | 2007-11-30 | 2008-05-28 | 张丹心 | 半导体激光器阵列及其制作方法 |
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6027254A (en) * | 1993-08-09 | 2000-02-22 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Opto-electronic hybrid integration platform, optical sub-module, opto-electronic hybrid integration circuit, and process for fabricating platform |
| CN101188345A (zh) * | 2007-11-30 | 2008-05-28 | 张丹心 | 半导体激光器阵列及其制作方法 |
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