CN114930550A - 用于芯片到芯片通信的微型发光二极管的封装 - Google Patents

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CN114930550A CN202180008579.4A CN202180008579A CN114930550A CN 114930550 A CN114930550 A CN 114930550A CN 202180008579 A CN202180008579 A CN 202180008579A CN 114930550 A CN114930550 A CN 114930550A
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Abstract

一种基于微型LED的光学芯片到芯片互连件可以各种方式光学耦合芯片。所述微型LED可定位在波导内，且所述互连件可布置为直接连接、总线拓扑或中继器。

Description

用于芯片到芯片通信的微型发光二极管的封装
技术领域
本发明大致上涉及芯片到芯片光学互连件，且更一般来说涉及包含微型发光二极管(microLED)的芯片到芯片光学互连件。
背景技术
逻辑及存储器能力可受到电互连件限制。随着数据流的要求增加，特别是在机器学习及其它高性能应用中，芯片可能非个别地封装，而是组合成多芯片模块。在这些多芯片模块(其在一些情况下可被视为SiP(系统级封装))内部，多个芯片使用非常密集的布线连接。例如，逻辑及存储器可使用微型凸点安装在硅中介层上。但是，即便此类中介层也可能不足以以足够高的数据速率将期望数量的IC连接在一起。这些封装内的连接可受到布线的寄生电阻、电感及电容限制，且芯片可需要非常靠近彼此安装以减小所述影响。这可限制可在多芯片模块中组合的IC的数量。另外，布线密度也带来约束。如果通过增加每通道的速度来减少用于数据通信的通道的数量，那么寄生效应变得更糟，且通常在SERDES中消耗额外功率以将数据多路复用到较高速率。
发明内容
一些实施例使用来自微型LED的光提供集成电路(IC)之间的光学链路。在一些实施例中，封装所述微型LED以改进光透射特性。
一些实施例提供一种包含微型LED的芯片到芯片光学互连件，其包括：第一半导体芯片，其电耦合到中介层；第二半导体芯片，其电耦合到所述中介层；所述中介层，其包含电耦合所述第一半导体芯片及所述第二半导体芯片的电信号路径；第一微型LED；第一电路系统，其电耦合到所述第一半导体芯片，用于基于来自所述第一半导体芯片的数据驱动所述第一微型LED；第一囊封剂，其大体上囊封所述第一微型LED；第一光检测器；第一放大电路系统，其用于放大来自所述第一光检测器的信号，所述第一放大电路系统经电耦合以提供电信号到所述第二半导体芯片；第一波导，其光学耦合所述第一微型LED及所述第一光检测器，所述经囊封的第一微型LED在所述第一波导的材料内。
一些实施例进一步提供：第二微型LED；第二电路系统，其电耦合到所述第二半导体芯片，用于基于来自所述第二半导体芯片的数据驱动所述第一微型LED；第二囊封剂，其大体上囊封所述第二微型LED；第二光检测器；第二放大电路系统，其用于放大来自所述第二光检测器的信号，所述第二放大电路系统经电耦合以提供电信号到所述第一半导体芯片；所述第一波导，其光学耦合所述第二微型LED及所述第二光检测器，所述经囊封的第二微型LED在所述第一波导的材料内。
一些实施例替代地或另外进一步提供：第二光检测器；及第二放大电路系统，其用于放大来自所述第二光检测器的信号，所述第二放大电路系统经电耦合以提供电信号到第三半导体芯片；且其中所述第一波导光学耦合所述第一微型LED及所述第二光检测器。
一些实施例替代地或另外进一步提供：第二微型LED；第二电路系统，其电耦合到所述第一放大电路系统，用于基于来自所述第一光检测器的数据驱动所述第二微型LED；及第二光学波导，其光学耦合所述第二微型LED及第三光检测器。
在查阅本公开时，更全面地理解本发明的这些及其它方面。
附图说明
图1展示根据本发明的方面的数据通信中的两个芯片的实例。
图2展示根据本发明的方面的数据通信中的两个芯片的另一实例。
图3展示根据本发明的方面的呈2D格式的使用微型LED用于芯片到芯片互连的实例基本架构。
图4A说明根据本发明的方面的使用囊封及反射器用于增加来自微型LED的光到多模波导中的耦合的结构的俯视图。
图4B说明图4A的结构的侧横截面视图。
图5A展示根据本发明的方面的安装在硅衬底上的微型LED柱，其上方、下方及侧部具有金属化层。
图5B是根据本发明的方面的微型LED柱的3D说明，其展示缠绕侧部的后反射器从而使光在向前方向上偏转。
图6说明根据本发明的方面的使用囊封及在垂直方向上具有球面反射几何结构的反射器用于增加来自微型LED的光到多模波导中的耦合的结构的侧视图。
图7A展示根据本发明的方面的耦合到焊球的基于半双工微型LED的发射器及接收器的透视图。
图7B是图7A的装置的部分的展开，其中为了清楚起见未展示波导。
图8说明根据本发明的方面的图7A的多个光学互连件。
图9展示根据本发明的方面的耦合到波导的基于微型LED的TX，其具有到多个RX的分裂器。
图10展示根据本发明的方面的三个节点(每一节点具有TX及RX)的实施方案，所述节点皆通过星形拓扑连接。
图11展示根据本发明的方面的实例基于微型LED的光学到电到光学(OEO)中继器的侧视图。
图12展示根据本发明的方面的基于双向中继器的互连件的实例俯视图。
图13展示根据本发明的方面的中继器的内部逻辑的实例。
图14展示根据本发明的方面的在FPGA与HBM堆叠之间的驱动器及接收器的阵列的实例实施方案的半示意图。
图15说明根据本发明的方面的将FET驱动器与微型LED集成的实例。
图16展示根据本发明的方面的与放大器集成的检测器的实例。
具体实施方式
一些实施例提供集成电路(IC)之间的光学链路，且微型LED对此应用是特别有用的。通过使用以较慢速度运行的非常密集的光学链路阵列，可减少或不需要串行器-解串器(SERDES)，且可以较低功耗获得高数据速率。光学链路中通常也不存在寄生电路限制或电串扰。此类光学互连件可在波导中以2D格式实现，或使用透镜阵列、全息图或3D波导以3D格式实现。来自微型LED的光在发射模式、光谱及其它特征上与激光器的光相当不同，且因此不同封装架构对于将微型LED用于芯片到芯片通信而言可为优选的。
光学增强型中介层
图1展示数据通信中的两个芯片111、113。在一些实施例中，芯片是微型芯片。在一些实施例中，芯片是同一多芯片模块的部分。在一些实施例中，芯片在同一封装中。在一些实施例中，芯片在同一衬底上，或耦合到同一衬底。两个芯片互连在一起，但是代替常规电链路，存在许多发射器(Tx)115及接收器(Rx)117块，其将电信号转换为光学信号且再次转换回来。Tx块与微型芯片之间的链路119是电的，Rx块与微型芯片之间的链路121也是电的。但是Tx块与Rx块之间的连接123是光学的。Tx块包含用于基于电信号产生光学信号的微型LED，且Rx块包含用于基于经接收的光学信号产生电信号的光检测器。图1展示个别Tx及Rx块，但多个Tx及Rx块可一起集成在单个集成电路上。
通常，微型芯片的输入及输出两者使用同一电引脚，通常更半双工，其中电线正发射或正接收。可使用各种握手例程来使用相同线发射及接收。其也可应用于光学领域，如图2中展示。这里，每一电线连接到Tx块115及Rx块117。在一些实施例中，逻辑211将两者连接在一起，使得当在发送数据时激活Tx块，且当接收到所述数据时激活Rx块。在一些实施例中，单独光学线或波导用于发射，且另一光学线或波导用于接收，如图中展示。替代地，在一些实施例中，单个波导或光学连接用于在两个方向上载送数据。后一选项可提供更高密度，因为可使用更少波导。但是，可存在与使用同一线进行发射及接收相关联的一些损失或“阻挡”。
图3展示呈2D格式的使用微型LED用于芯片到芯片互连的基本架构。将要互连的各种芯片311、313可微凸到光学中介层组合件上，所述光学中介层组合件包括驱动器363、微型LED 361、例如呈波导323形式的光学传播介质、光检测器371及放大器373。在一些实施例中，芯片可为硅处理器。在一些实施例中，芯片可包含CPU、GPU及/或存储器。芯片311、313例如使用焊球及在一些实施例中使用额外项目安装到中介层。在图3中，芯片311可提供数据到驱动器363。驱动器激活微型LED 361，以产生编码数据的光，其中光进入波导323的第一端且行进通过波导到波导的第二端。光检测器371位于波导的第二端处，且基于经接收的光产生电信号。放大器放大来自光检测器的电信号，其中将经放大信号的数据提供到第二芯片。尽管复杂度比仅仅一根“导线”的复杂度更大，但是链路通常可在较低功率下操作，因为相对于电连接，源及目的地芯片端两者处的电容通常大幅减小。中介层351可仍然具有基本电线(例如用于驱动器及接收器的电力、接地线及相对较慢的其它控制信号)。混合实施方案也是可能的，其中一些高速线(例如芯片311、313之间的一些高速线)是电的，且一些是光的。对于许多电源线及信号线，可存在穿过中介层衬底的通孔(例如，穿芯片通孔TCV或穿衬底通孔TSV)。可存在通过焊料凸点(例如，可控坍塌芯片连接或“C4”凸点)从芯片的背部到中介层以及通过线接合从芯片的顶部到中介层的电连接。因此，光学件可增强电中介层，而不是完全取代所有电线。
优化具有波导的微型LED用于光学互连
与来自通常局限于相对少量空间模式且具有相对方向性的激光器的发射不同，来自微型LED的发射通常是朗伯(Lambertian)或全向的。微型LED中的光在高折射率介质(通常是III-V半导体)内部产生，且因此可遭受明显全内反射，且难以提取。事实上，在没有额外修改的情况下，高折射率材料中的全内反射约束通常将提取效率限制为仅百分之几。对于照明应用，LED表面可被粗糙化以减小全内反射损失。LED也可被放置在反射表面上，以利用发送到装置的后部的光。在小型装置中，反射器可被放置在侧部，以同样将发射的光横向引导到装置的前部。由于难以将LED塑形成球形几何结构，因此使用高折射率介质(例如聚合物或环氧树脂)将LED囊封到球形模具中也可非常有用地增加提取效率，因为全内反射准则被降低。
在下面的讨论中，发射器(TX)包括微型LED及驱动微型LED的微型LED驱动器电路。接收器(RX)包括光检测器，其后为接收器电路，其中典型接收器电路包含跨阻放大器(TIA)，其后为限制放大器(LA)。此TX及RX也可被视为图1及2的TX块及RX块的实例。
微型LED由直接带隙半导体材料的p-n结制成。微型LED与半导体激光器(SL)可按以下方式区别：(1)微型LED不具有光学谐振结构；(2)来自微型LED的光学输出几乎完全是自发发射而来自SL的输出主要是受激发射；(3)来自微型LED的光学输出时间及空间非相干，而来自SL的光学输出具有显著的时间及空间相干性；(4)微型LED经设计以操作低至零的最小电流，而SL经设计以在最小阈值电流以上操作，所述最小阈值电流通常为至少1mA。
微型LED与标准LED的区别可在于：(1)具有小于100μm x 100μm的发射区；(2)通常在顶部及底部表面上具有正及负触点，而标准LED通常在单个表面上具有正及负触点两者；(3)通常以大阵列用于显示及互连应用。
图4A及4B说明用于增加来自微型LED 411的光到多模波导415中的耦合的(若干)结构。图4A及4B使用聚合物波导的实例。在各种实施例中，可使用不同波导材料，例如掺锗的二氧化硅波导、氮化硅/氧化硅波导或其它材料。包层可为较低折射率的材料、空气、硅晶片的氧化表面或甚至高反射镜，例如反谐振反射光学波导(ARROW)。在一些实施例中，顶部及侧部包层可为空气，具有底部聚合物包层。
在一些实施例中，微型LED可囊封在囊封剂413(其可为高折射率材料)中或形成在波导本身中。例如，聚合物波导可形成在具有开口的聚合物中。微型LED可接合到此孔中。然后可用囊封剂(例如硅酮弹性体材料)填充孔。囊封剂可通过减小总内反射约束来增加提取效率。
在一些实施例中，反射器放置在微型LED下方及周围，以将光引导到波导中。其上接合微型LED的底部表面451a可例如用例如银或铝的金属而具反射性。微型LED的顶部表面也可涂布有反射触点451b。在没有这些反射器的情况下，将从微型LED垂直向上或向下发射的光通常可能丢失。这些反射器将光发送回结构中，其中光子可散射到波导中，或在被吸收的情况下产生电子-电洞对，所述电子-电洞对继而可被重新发射到期望的光学模式中。在任一情况下，反射器可帮助将在非期望的方向上发射的光转向到可沿波导传播的方向，且因此增加耦合到波导中的效率。围绕波导的相对端远离光检测器419的波导的后边缘也可包含金属化镜417，例如具有抛物面形状的镜。光检测器可具有电连接421a、b。
微型LED本身周围的金属化层可非常有效。图5A展示安装在硅衬底561上的微型LED柱511(在图5B中指示)，其上方、下方及侧部具有金属化层。微型LED包含在n金属触点519上的N型GaN层553，以及在p金属触点513下的P型GaN层551。P型GaN层及N型GaN层将具有InGaN量子阱的本征GaN区555夹在中间。p金属触点包含沿微型LED延伸的部分515，以在二氧化硅层559上提供部分517，n金属触点也位于所述二氧化硅层559上。二氧化硅层在硅衬底的顶部上。微型LED周围的钝化层557可防止p金属与n金属之间的短路。前部上的窗允许光在正确方向上逃逸(如图5中观看)。图5B是例如图5A的装置的装置的3D说明，其展示后反射器515(例如p金属)可如何缠绕侧部，从而在向前方向上偏转光。可使用成角度蒸发或其它光刻技术来实施微型LED后部上的选择性金属化层。钝化可为AlN、SiN、SiO2或其它电介质材料，且可完全在柱周围且到后部，因为典型薄膜在受关注的波长下是透明的。适当的厚度(1/4波)也可用作进一步增强光学提取效率的抗反射涂层。
在一些实施例中，波导的背部涂布有反射层。理想地，背表面可形成近似抛物面镜，其中微型LED位于焦点处，且反射涂层417被放置到波导的后部，如图4A中展示。这些反射器将向后行进的光重新引导到期望的向前方向。
波导的另一端上的光检测器可对接耦合到波导，其中检测区域覆盖波导横截面。替代地，其可被放置在波导下方或侧部上，因为所有光束照射在波导的侧部以及后部上。这在随后的图中作进一步解释。
应注意，图4A中的曲率及反射几何结构也可结合波导的适当塑形在垂直方向上应用。在一些实施例中，在波导顶部及甚至底部表面以及侧部中形成近似抛物面反射器。囊封剂也可经最佳塑形以获得最大的提取效率。理想地，微型LED是球形形状，但除此之外，囊封剂或(若干)适当塑形的反射器及波导可优化到波导模式中的耦合。图6展示可如何在垂直方向上使用球形反射几何结构。在图6中，微型LED 611由囊封剂613囊封。微型LED及囊封剂在波导615的第一端内及附近，所述波导615可为聚合物波导。波导的第一端在至少垂直方向上具有球形几何结构(其中从第一端到第二端的波导长度在水平方向上)，其中金属化镜617形成在波导的第一端上。光检测器619位于波导的第二端处，其中在图6中，光检测器对接耦合到波导的第二端。波导位于硅衬底661的顶部上的SiO2层659上。SiO2层充当波导的下包层。SiO2层上的金属迹线652将微型LED电连接到也在SiO2层上的微型LED驱动器612。类似地，金属迹线621将光检测器连接到也在SiO2层上的跨阻放大器622。
图7A展示连接到焊球的基于半双工微型LED的发射器及接收器的3D视图。在图7A中，光学波导715在RX/TX芯片771的一部分及RX/TX芯片位于其上的硅晶片761上的SiO2层759上方延伸。RX/TX芯片通过第一电线746电连接到焊球，其中RX/TX芯片也连接到正电压线742及接地线744，其全部在SiO2层上。在一些方面中，根据图7A的实施例可被视为用光学波导及非常简单的驱动器及接收器组件替换多芯片模块中的焊球(或其它类型的电连接器)之间的电线。图中的大衬底可为硅或玻璃晶片，其涂布有厚的二氧化硅层。在一些实施例中，二氧化硅既可充当波导的下包层，也可充当电绝缘体。可连接到逻辑或存储器IC上的类似球的焊球经电连接到具有RX及TX功能的RX/TX微型芯片。此微型芯片可转移到衬底上，或甚至可在衬底本身中制造。一或多个光刻步骤将此微型芯片连接到电源线、接地，且将信号线连接到焊球。可存在到芯片的其它电连接，例如，用于均衡或增强发射器或接收器信号的时钟或信号。光学波导形成在衬底上且耦合到微型芯片。
图7B是图7A的装置的部分的展开，其中为了清楚起见未展示波导。微型芯片包含4个功能元件。例如，如先前关于图4A及4B所述，存在安装在微型芯片上的微型LED711，所述微型LED 711具有后部及顶部金属化层以在向前(沿波导)方向上发射光。此微型LED电连接到微型芯片上的驱动器电路712。此驱动器可为非常简单的晶体管，其将来自源的信号电平改变成适当的电压或电流来驱动微型LED。它也可具有其它功能，例如设置偏压及调制电压的方式、增强较高频率，或驱动反向偏压以扫出载波以增强速度的能力。光检测器719也在微型芯片上，以接收波导中的光学信号。存在各种几何结构的光检测器，例如垂直p-i-n检测器、金属肖特基二极管检测器或横向金属-半导体-金属检测器。在此情况下，图7展示在低掺杂半导体中形成以形成横向p-i-n区的n+及p-区的交错指。来自检测器的两个电连接被加偏压，且由形成在微型芯片中的跨阻放大器722测量光电流。由于检测器与跨阻放大器集成，两者之间的连接中的电容非常小，且可获得低功耗及高速性能。一些逻辑也存在于微型芯片上，在一些实施例中，所述逻辑可简单如二极管，其决定微型芯片是作为激活微型LED的发射器还是作为充当从光检测器获取信号的接收器。
在图7A的实施例中，波导明显大于微型LED，且整个微型LED容纳在波导内。作为发射器，微型LED沿波导发送数据。微型LED后面是底侧上的检测器。作为接收器，大部分光由微型LED传递，从而在波导的不同表面上反射，且最终在交错指之间的下层中被吸收且产生光电流。由于入射光的部分被微型LED阻挡，所以存在一些损失，但如果接收到足够的光以达到期望的信噪比，那么可获得适当的误码率。
关于这一点存在许多变化。例如，一些实施例具有两个单独的波导，一个用于发射，且一个用于接收信号。微型LED将连接到一个波导，且检测器将连接到另一波导。
微型LED本身可使用检测器，其中将反向偏压施加到二极管以产生光电流，或可实施其它光检测器结构。
图8说明图7A的多个光学互连件。逻辑或存储器芯片811通常将在下方具有连接到硅中介层的多行微凸点或焊球813。在此情况下，每一信号被路由到Tx/Rx芯片815及光学波导817。来自所有这些凸点的波导将信号从一个区域输送到另一区域。
基于分集微型LED的光学互连件
一旦光在波导中，许多光学功能可通过光学方式而不是电方式执行，且这可具有许多优点。例如，在电领域中，分裂器的功能通常很难实现，因为阻抗不连续性、分裂比、时间延迟及对其它线的串扰可能成问题。微型LED可耦合到波导，其后是用于连接到多个检测器的光学分裂器。这些分裂器可使用星型耦合器或其它结构。图9展示耦合到波导的基于微型LED的TX，其具有到多个RX的分裂器。在图9中，电连接913耦合到微型LED驱动器912。微型LED驱动器驱动波导915中的微型LED 911。光学功率的一小部分可通过光学抽头从主波导中分裂出来且被发送到Rx。可级联多个抽头/RX，以实施抽头总线。在图9中，展示多个抽头，其中每一抽头终止于光检测器919a到d，耦合到跨阻放大器922a到d，继而耦合到电连接924a到d。替代地，单个1到N光学分裂器可用于将一个TX连接到多个RX。在一些实施例中，多个RX用于多个逻辑单元，例如如在AI/机器学习/神经网络应用中可发现。在一些实施例中，多个RX用于多个乘法单元，例如用于矩阵乘法，其中每一数可乘以N个其它数且将结果求和。通过在光学领域中具有分裂器，可将同一信号精确地发送到多个接收器。这也可在模拟领域中奏效，其中光学信号被除，被减，或相反，两个信号可相加。光学分裂器可为非常精确的且分裂成数十个、数百个或数千个波导，从而通过分裂维持信号完整性。
尽管图9展示在一个波导的端处的微型LED及在其它位置中的检测器以实施单工1到N连接性，但图9中的链路可通过在每一波导的端处放置微型LED及检测器而在双工模式(全或半)中操作。由于波导通常是多模的，所以波导的部分可连接到源，且另一部分可连接到接收器。对于存储器存取及一些其它应用，波导可在半双工中操作，其中在给定时间只有一个源在发射。
图10展示三个节点(每一节点具有TX及RX)1011a到c的实施方案，所有节点通过波导1015以星形拓扑连接，因此任何节点可向其它节点发射且任何节点可从任何其它节点接收。每一节点耦合到微凸块1013，用于将电信号传递到芯片及从芯片传递电信号。每一节点包含微型LED 1011及光检测器1019，具有用于基于经由微凸块接收的信号驱动微型LED的驱动器1012，以及用于放大来自光检测器的信号的跨阻放大器1022。当在半双工模式中操作时，每一微凸块提供输入电信号到TX或从RX获得电输出信号，这取决于所述节点是在发射还是在接收。TIA及驱动器可使用中介层上可获得的电压供电。在此架构中，存在与分裂器相关联的一些损失，但足够强大的微型LED可提供足够的光学功率来克服链路中的额外损失，且实现有用的所接收的信噪比(SNR)及/或误码率(BER)。虽然图10仅展示三个节点，但架构可扩展到更大数量的节点，主要受在每一RX处获得适当SNR/BER的能力约束。
基于微型LED的光学互连件中的中继器
当分裂器变得较大，或连接的数量变得太多时，可使用某一类型的一或多个中继器来维持足够的信号振幅及SNR。一个应用是逻辑到多个存储器模块之间的连接。在典型计算机架构中，处理器数据线在多个外围设备与存储器之间共享，且芯片选择线用于开启各种模块。对于密集的存储器(例如高带宽存储器(HBM))，这可不是优选的，因为电链路被限制在短长度(通常<10mm)，且将一个信号电分裂到多个模块可导致太多的信号损坏。
一些实施例提供一种光学方法，其具有基于微型LED的光学到电到光学(OEO)中继器，例如大致上在图11中说明。在图11中，逻辑芯片111经由焊球1153提供信号到RX/TX芯片以驱动光源1161a。光源可为微型LED。光源耦合到波导1115a且终止于第一模块1113a(图11中的HBM堆叠)处的光检测器1119a。信号可经由焊球1153b提供到HBM堆叠。在所述同一终端点，信号由RX/TX芯片1150a再生到耦合到第二波导1115b的另一微型LED 1161b，且到达耦合到第二HBM堆叠1113处的RX/TX芯片1150b的光检测器1119b。信号可经由焊球1153c提供到第二HBM堆叠。如此，可级联多个存储器或其它类型的模块。在图11中，RX/TX芯片、微型LED、波导及光检测器展示在硅衬底顶部上的SiO2层上。
图12展示基于双向中继器的互连件(例如，图11的互连件)的实例俯视图。在图12中，逻辑芯片1211、第一HBM堆叠1213a及第二HBM堆叠1213b每一者具有中继器，其中用于逻辑芯片及第一HBM堆叠的中继器由波导1215a、b耦合，且用于第一HBM堆叠及第二HBM堆叠的中继器由波导1215c、d耦合。例如，在波导1215b的逻辑芯片端处提供微型LED 1261a，且在波导1215b的第一HBM堆叠端处提供光检测器1219a，而在波导1215a的第一HBM堆叠端处提供微型LED 1261b，且在波导1215a的逻辑芯片端处提供光检测器1219b。双向互连件使用两个中继器，其中每一中继器具有光学耦合到RX的输入波导，所述RX电连接到基于微型LED的TX，所述基于微型LED的TX光学耦合到输出波导。图12展示对双向链路的每一方向使用单独的波导。但是，连接也可用用于链路的两个方向的仅一个波导来实施。
图13展示中继器的内部逻辑的实例。当数据从左向右移动时，最左侧接收器1319c及TIA活动，且最左侧光发射器1317a(微型LED)及驱动器关闭，且最右侧接收器1319b及最右侧发射器1317b相反。当光从右向左移动时，逻辑反转，如表中展示。如果存在并入接收器中的一些额外逻辑1313，那么可简单地重复来自任一方向的信号，忽略及终止传入信号且产生新信号，或简单地阻挡所述信号。这变得等效于更强大版本的“三态”逻辑，其中芯片可控制总线，脱离总线，或甚至仅终止总线。
电子集成
在一些实施例中，驱动器及接收器被单片集成到IC上的阵列中。图14展示在FPGA1411与HBM堆叠1419之间的阵列实施方案的半示意图，其中在任一端上使用单个IC。在总线上向第一TX/RX ASIC 1413提供到及来自FPGA的信号，所述第一TX/RX ASIC1413驱动LED且处理来自光检测器的信号。类似地，在总线上向第二TX/RX ASIC 1417提供到及来自HBM堆叠的信号，所述第二TX/RX ASIC 1417驱动LED且处理来自光检测器的信号。多个波导1415耦合与ASIC 1413、1417相关联的对应LED及光检测器。IC上的阵列的优点是定时信号可与其它控制信号一起共享，例如用于偏压、时钟、预加重及均衡的控制信号。
驱动器也可与微型LED本身单片集成。如图15说明微型LED与增强模式FET一起的组合装置。在左侧示意性展示组合装置，且在右侧展示横截面。栅极上的小电压在累积区中创建连接，且将源极连接到漏极。这驱动电流通过微型LED，且开启微型LED。
存在将FET与微型LED集成的多种方法。一个实施方案在图15中展示。微型LED包含n-GaN层1512及p-GaN层1510，其将包含量子阱1514的本征InGaN区夹在中间。在图15中，LED上下颠倒，其中p-GaN层在硅衬底1530上，且通过在顶部上沉积AlGaN而在p型GaN中创建2D累积区。一些此材料被移除用于栅极1522。AlGaN具有在其下方创建n型累积区的效果，所述n型累积区连接到源极1526及漏极1524。栅极上的正电压在两个累积区之间形成连接，且借此将微型LED的阴极接地，从而使其开启。
图16展示与放大器集成的检测器的另一实例。在图16中，硅微型小芯片1619在硅衬底1611的二氧化硅层1613上。光学波导在硅衬底及硅微型小芯片的至少部分上方延伸，所述部分将充当光检测器。如图16中说明，在微型小芯片1619中形成轻掺杂硅层，其中微型小芯片的一个部分充当检测器1617，且微型小芯片的另一部分充当可放大光电流的FET1621。存在可单片集成的许多可能的电路配置。
尽管已关于各种实施例讨论本发明，但应认识到，本发明包括由本公开支持的新颖且非显而易见的权利要求。

Claims (12)

1.一种包含微型LED的芯片到芯片光学互连件，其包括：
第一半导体芯片，其电耦合到中介层；
第二半导体芯片，其电耦合到所述中介层；
所述中介层，其包含电耦合所述第一半导体芯片及所述第二半导体芯片的电信号路径；
第一微型LED；
第一电路系统，其电耦合到所述第一半导体芯片，用于基于来自所述第一半导体芯片的数据驱动所述第一微型LED；
第一囊封剂，其大体上囊封所述第一微型LED；
第一光检测器；
第一放大电路系统，其用于放大来自所述第一光检测器的信号，所述第一放大电路系统经电耦合以提供电信号到所述第二半导体芯片；
第一波导，其光学耦合所述第一微型LED及所述第一光检测器，所述经囊封的第一微型LED在所述第一波导的材料内。
2.根据权利要求1所述的芯片到芯片光学互连件，其中所述第一波导在所述中介层的表面上。
3.根据权利要求2所述的芯片到芯片光学互连件，其中所述光学波导包括聚合物波导。
4.根据权利要求1所述的芯片到芯片光学互连件，其中所述经囊封的第一微型LED在所述波导中的孔中。
5.根据权利要求1所述的芯片到芯片光学互连件，其中所述第一微型LED包含背对所述光学波导中的路径的朝向所述第一光检测器的后表面，且所述第一微型LED包含在所述后表面上的金属化层，以便将光反射朝向所述第一光检测器。
6.根据权利要求1所述的芯片到芯片光学互连件，其中所述光学波导包含背表面，所述背表面相对于所述第一微型LED的位置光学地在与所述第一光检测器相反的方向上，所述背表面包含反射器，以将光反射朝向所述第一光检测器。
7.根据权利要求1所述的芯片到芯片光学互连件，其进一步包括：
第二微型LED；
第二电路系统，其电耦合到所述第二半导体芯片，用于基于来自所述第二半导体芯片的数据驱动所述第一微型LED；
第二囊封剂，其大体上囊封所述第二微型LED；
第二光检测器；
第二放大电路系统，其用于放大来自所述第二光检测器的信号，所述第二放大电路系统经电耦合以提供电信号到所述第一半导体芯片；
所述第一波导，其光学耦合所述第二微型LED及所述第二光检测器，所述经囊封的第二微型LED在所述第一波导的材料内。
8.根据权利要求7所述的芯片到芯片光学互连件，其中所述第一微型LED定位在从所述第二微型LED到所述第二光检测器的光学路径中，且所述第二微型LED定位在从所述第一微型LED到所述第一光检测器的光学路径中。
9.根据权利要求1所述的芯片到芯片光学互连件，其中所述第一半导体芯片包含处理器，且所述第二半导体芯片是存储器芯片。
10.根据权利要求1所述的芯片到芯片光学互连件，其进一步包括：
第二光检测器；及
第二放大电路系统，其用于放大来自所述第二光检测器的信号，所述第二放大电路系统经电耦合以提供电信号到第三半导体芯片；及
其中所述第一波导光学耦合所述第一微型LED及所述第二光检测器。
11.根据权利要求1所述的芯片到芯片光学互连件，其进一步包括：
第二微型LED；
第二电路系统，其电耦合到所述第一放大电路系统，用于基于来自所述第一光检测器的数据驱动所述第二微型LED；及
第二光学波导，其光学耦合所述第二微型LED及第三光检测器。
12.根据权利要求1所述的芯片到芯片光学互连件，其中所述第一电路系统与所述第一微型LED单片集成。
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