CN117420635A - 光学器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

呈现了光学器件及其制造方法，其中激光管芯或其它异构器件嵌入在光学器件内并且倏逝耦合至其它器件。倏逝耦合可以从激光管芯至波导、至外腔、至外部耦合器或者至中介层衬底实施。

Description

光学器件及其制造方法
技术领域
本申请的实施例涉及光学器件及其制造方法。
背景技术
电信号和处理是用于信号传输和处理的一种技术。近年来，光信号和处理已经用在越来越多的应用中，特别是由于用于信号传输的光纤相关的应用的使用。
光信号和处理通常与电信号和处理相结合，以提供成熟的应用。例如，光纤可以用于远程信号传输，并且电信号可以用于短程信号传输以及处理和控制。因此，形成了集成远程光学组件和短程电子组件的器件，以用于光信号和电信号之间的转换，以及光信号和电信号的处理。因此，封装件可以包括：包括光学器件的光学(光子)管芯以及包括电子器件的电子管芯。
发明内容
本申请的一些实施例提供了一种制造光学器件的方法，所述方法包括：接收激光管芯，所述激光管芯包括沿第一侧的第一接触件；将所述激光管芯的所述第一侧接合至光学中介层，其中，在所述接合之后，所述光学中介层包括与所述激光管芯相邻并且光学耦合至所述第一接触件的第一波导；以及将电集成电路接合至所述光学中介层。
本申请的另一些实施例提供了一种制造光学器件的方法，所述方法包括：形成具有激光二极管的激光管芯；形成与所述激光二极管分隔开的外腔；将所述激光管芯接合至光学中介层，其中，在所述接合之后，所述激光二极管与所述外腔耦合；以及将第一半导体器件接合至所述光学中介层。
本申请的又一些实施例提供了一种光学器件，包括：激光管芯，所述激光管芯包括沿第一侧的第一接触件；光学中介层，接合至所述激光管芯的所述第一侧，其中，所述光学中介层包括与所述激光管芯相邻并且光学耦合至所述第一接触件的第一波导；以及电集成电路，接合至所述光学中介层。
附图说明
当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本公开实施例的各个方面。应该指出，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
图1至图10G示出了根据一些实施例的具有嵌入式激光管芯的第一光学封装件的形成。
图11至图12示出了根据一些实施例在衬底上包含第一光学封装件。
图13A至图13G示出了根据一些实施例的利用熔合接合的第一光学封装件的形成。
图14A至图20F示出了根据一些实施例的具有外腔的第一光学封装件的形成。
图21A至图27K示出了根据一些实施例的具有第一外部耦合器和第二外部耦合器的第一传输器件和第二传输器件的形成。
图28至图35C示出了根据一些实施例的耦合第一传输器件和第二传输器件的中介层的形成。
图36A至图36C示出了根据一些实施例的除了每个实施例中的激光管芯之外可以使用的其它器件。
具体实施方式
以下公开内容提供了许多用于实现本公开的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本公开实施例。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本公开实施例。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本公开可在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
此外，为了便于描述，本文可以使用诸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相对术语，以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所描绘的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其它方式定向(旋转90度或在其它方位上)，而本文使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。
现在将参照其中一个或多个激光管芯嵌入在紧凑的通用光子引擎(COUPE)中并且来自激光管芯的光倏逝耦合至其它光学器件的特定实施例来讨论实施例。但是，本文呈现的实施例旨在是说明性的，并不旨在将实施例限制于如所讨论的精确描述。相反，所讨论的实施例可以并入各种各样的实施方式中，并且所有这样的实施方式完全旨在包括在实施例的范围内。
现在参考图1，示出了根据一些实施例的光学中介层100(图5中所见)的初始结构。在图1中所示的特定实施例中，光学中介层100是光子集成电路(PIC)，并且在该阶段包括第一衬底101、第一绝缘层103和用于第一光学组件203的第一有源层201的材料105层(图1中未单独示出，但是下面关于图2进一步示出和讨论)。在实施例中，在光学中介层100的制造工艺开始时，第一衬底101、第一绝缘层103和用于第一光学组件203的第一有源层201的材料105层可以集体作为绝缘体上硅(SOI)衬底的一部分。首先看第一衬底101，第一衬底101可以是诸如硅或锗的半导体材料、诸如玻璃的介电材料或允许上面器件的结构支撑的任何其它合适的材料。
第一绝缘层103可以是将第一衬底101与上面的第一有源层201分隔开的介电层，并且在一些实施例中，可以额外地用作包覆材料的围绕随后制造的第一光学组件203(下面进一步讨论)的部分。在实施例中，第一绝缘层103可以是氧化硅、氮化硅、氧化锗、氮化锗、这些的组合等，使用诸如注入的方法来形成(例如，以形成埋氧(BOX)层)，或者可以使用诸如化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积、这些的组合等的沉积方法沉积在第一衬底101上。但是，可以使用任何合适的材料和制造方法。
用于第一有源层201的材料105最初(在图案化之前)是将用于开始制造第一光学组件203的第一有源层201的共形材料层。在实施例中，用于第一有源层201的材料105可以是半透明材料，其可以用作用于期望的第一光学组件203的芯材料，诸如半导体材料，诸如硅、锗、硅锗、这些的组合等，而在其它实施例中，用于第一有源层201的材料105可以是诸如氮化硅等的介电材料，但是在其它实施例中，用于第一有源层201的材料105可以是III-V族材料、铌酸锂材料或聚合物。在沉积第一有源层201的材料105的实施例中，用于第一有源层201的材料105可以使用诸如外延生长、化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积、这些的组合等的方法来沉积。在使用注入方法形成第一绝缘层103的其它实施例中，在注入工艺以形成第一绝缘层103之前，第一有源层201的材料105最初可以是第一衬底101的一部分。但是，可以利用任何合适的材料和制造方法来形成第一有源层201的材料105。
图2示出了一旦用于第一有源层201的材料105准备好，则使用用于第一有源层201的材料105制造用于第一有源层201的第一光学组件203。在实施例中，第一有源层201的第一光学组件203可以包括诸如光波导(例如，脊波导、肋波导、掩埋沟道波导、扩散波导等)、耦合器(例如，光栅耦合器、具有在约1nm和约200nm之间的宽度的窄波导的边缘耦合器等)、定向耦合器、光学调制器(例如，马赫-曾德尔硅光子开关、微机电开关、微环谐振器等)、放大器、复用器、解复用器、光电转换器(例如，P-N结)、电光转换器、激光器、这些的组合等的组件。但是，可以使用任何合适的第一光学组件203。
为了从初始材料开始形成第一光学组件203的第一有源层201，用于第一有源层201的材料105可以图案化成用于第一光学组件203的第一有源层201的期望形状。在实施例中，用于第一有源层201的材料105可以使用例如一个或多个光刻掩蔽和蚀刻工艺来图案化。但是，可以利用图案化用于第一有源层201的材料105的任何合适的方法。对于一些第一光学组件203，诸如波导或边缘耦合器，图案化工艺可以是用于形成这些第一光学组件203的所有制造或至少大部分制造。
图3示出了对于利用进一步制造工艺的那些组件，诸如利用电阻加热元件的马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)硅光子开关，可以在图案化用于第一有源层201的材料的之前或之后实施额外的处理。例如，可以利用用于不同材料(例如，电阻加热元件、用于转换器的III-V族材料)的注入工艺、额外的沉积和图案化工艺、所有这些工艺的组合等来进一步帮助制造各个期望的第一光学组件203。在特定实施例中，并且如图3中具体示出的，在一些实施例中，可以对第一有源层201的材料105的图案化部分实施诸如锗的半导体材料301(例如，用于电/光信号调制和转换)的外延沉积。在这样的实施例中，半导体材料301可以外延生长，以帮助制造例如用于光电转换器的光电二极管。可以制造所有这样的制造工艺和所有合适的第一光学组件203，并且所有这样的组合完全旨在包括在实施例的范围内。
图4示出了一旦已经形成第一有源层201的独立第一光学组件203，则可以沉积第二绝缘层401以覆盖第一光学组件203并且提供额外的包覆材料。在实施例中，第二绝缘层401可以是介电层，其将第一有源层201的独立组件彼此分隔开并且与上面结构分隔开，并且可以额外地用作包覆材料的围绕第一光学组件203的另一部分。在实施例中，第二绝缘层401可以是氧化硅、氮化硅、氧化锗、氮化锗、这些的组合等，使用诸如化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积、这些的组合等的沉积方法来形成。一旦已经沉积第二绝缘层401的材料，可以使用例如化学机械抛光工艺来平坦化材料，以平坦化第二绝缘层401的顶面(在第二绝缘层401旨在完全覆盖第一光学组件203的实施例中)，或者用第一光学组件203的顶面平坦化第二绝缘层401。但是，可以使用任何合适的材料和制造方法。
图5示出了一旦已经制造第一有源层201的第一光学组件203并且已经形成第二绝缘层401，则形成第一金属化层501，以将第一光学组件203的第一有源层201电连接至控制电路、彼此电连接以及电连接至随后附接的器件(图5中未示出，但是下面关于图7进一步示出和描述)。在实施例中，第一金属化层501由介电材料和导电材料的交替层形成，并且可以通过任何合适的工艺(诸如沉积、镶嵌、双重镶嵌等)形成。在特定实施例中，可以存在用于互连各个第一光学组件203的多个金属化层，但是第一金属化层501的精确数量取决于光学中介层100的设计。
此外，在第一金属化层501的制造期间，可以形成作为第一金属化层501的一部分的一个或多个第二光学组件503。在一些实施例中，第一金属化层501的第二光学组件503可以包括诸如用于连接至外部信号的耦合器(例如，边缘耦合器、光栅耦合器等)、光波导(例如，脊波导、肋波导、掩埋沟道波导、扩散波导等)、光学调制器(例如，马赫-曾德尔硅光子开关、微机电开关、微环谐振器等)、放大器、复用器、解复用器、光电转换器(例如，P-N结)、电光转换器、激光器、这些的组合等。但是，任何合适的光学组件可以用于一个或多个第二光学组件503。
在实施例中，一个或多个第二光学组件503可以通过最初沉积用于一个或多个第二光学组件503的材料来形成。在实施例中，用于一个或多个第二光学组件503的材料可以是诸如氮化硅、氧化硅、这些的组合等的介电材料或诸如硅的半导体材料，使用诸如化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积、这些的组合等的沉积方法来沉积。但是，可以利用任何合适的材料和任何合适的沉积方法。
一旦已经沉积或以其它方式形成用于一个或多个第二光学组件503的材料，则材料可以图案化成用于一个或多个第二光学组件503的期望形状。在实施例中，一个或多个第二光学组件503的材料可以使用例如一个或多个光刻掩蔽和蚀刻工艺来图案化。但是，可以利用图案化用于一个或多个第二光学组件503的材料的任何合适的方法。
对于一个或多个第二光学组件503中的一些，诸如波导或边缘耦合器，图案化工艺可以是用于形成这些组件的所有制造或至少大部分制造。此外，对于利用进一步制造工艺的那些组件，诸如利用电阻加热元件的马赫-曾德尔硅光子开关，可以在图案化用于一个或多个第二光学组件503的材料之前或之后实施额外的处理。例如，可以利用注入工艺、用于不同材料的额外沉积和图案化工艺、所有这些工艺的组合等来进一步帮助制造各个期望的一个或多个第二光学组件503。可以制造所有这样的制造工艺和所有合适的一个或多个第二光学组件503，并且所有这样的组合完全旨在包括在实施例的范围内。
一旦已经制造第一金属化层501的一个或多个第二光学组件503，在第一金属化层501上方形成第一接合层505。在实施例中，第一接合层505可以用于电介质至电介质和金属至金属接合。根据一些实施例，第一接合层505由诸如氧化硅、氮化硅等的第一介电材料509形成。第一介电材料509可以使用任何合适的方法来沉积，诸如CVD、高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD)、PVD、原子层沉积(ALD)等。但是，可以利用任何合适的材料和沉积工艺。
一旦已经形成第一介电材料509，在第一介电材料509中形成第一开口以暴露下面层的导电部分，准备在第一接合层505内形成第一接合焊盘507。一旦已经在第一介电材料509内形成第一开口，第一开口可以用晶种层和镀金属填充，以在第一介电材料509内形成第一接合焊盘507。晶种层可以毯式沉积在第一介电材料509的顶面、下面层的暴露导电部分以及开口和第二开口的侧壁上方。晶种层可以包括铜层。晶种层可以使用诸如溅射、蒸发或等离子体增强化学气相沉积(PECVD)等的工艺来沉积，这取决于期望的材料。镀金属可以通过诸如电镀或化学镀的镀工艺沉积在晶种层上方。镀金属可以包括铜、铜合金等。镀金属可以是填充材料。可以在晶种层之前，在第一介电材料509的顶面以及开口和第二开口的侧壁上方毯式沉积阻挡层(未单独示出)。阻挡层可以包括钛、氮化钛、钽、氮化钽等。
在填充第一开口之后，实施平坦化工艺，诸如CMP，以去除晶种层和镀金属的过量部分，在第一接合层505内形成第一接合焊盘507。在一些实施例中，也可以利用接合焊盘通孔(未单独示出)来将第一接合焊盘507与下面的导电部分连接，并且通过下面的导电部分，将第一接合焊盘507与第一金属化层501连接。
此外，第一接合层505也可以包括并入第一接合层505内的一个或多个第三光学组件511。在这样的实施例中，在沉积第一介电材料509之前，一个或多个第三光学组件511可以使用与一个或多个第二光学组件503(上面描述)类似的方法和类似的材料来制造，诸如作为至少部分通过沉积和图案化工艺形成的波导和其它结构。但是，可以利用任何合适的结构、材料和任何合适的制造方法。
图6A至图6O示出了用于形成将连接至光学中介层100的激光管芯600的制造工艺。激光管芯600用于生成光，以为其它光学组件(例如，第一光学组件203、第二光学组件503、第三光学组件511等)供电，并且可以包括光生成结构，诸如激光二极管602(图6A中未单独示出，但是下面关于图6B进一步示出和讨论)。在特定实施例中，激光二极管602可以是法布里-珀罗二极管，并且可以基于III-V族材料、II-VI族材料或任何其它合适的材料组。
在实施例中，激光管芯600的形成可以通过在第二衬底601上方形成第一接触件603、第一缓冲层605、包括多个量子阱(MQW)的第一有源二极管层607、第二缓冲层608、脊材料609和第二接触件611来开始。在实施例中，第二衬底601可以是不仅可以用于结构支撑而且可以用作用于外延生长上面材料的晶种材料的材料，并且可以是材料的例如2英寸或4英寸的晶圆。在激光管芯600利用III-V族材料来形成期望的激光器的特定实施例中，第二衬底601可以是诸如InP、GaAs或GaSb的材料，而在激光管芯600利用II-VI族材料来形成期望的激光器的实施例中，第二衬底601可以是诸如GaAs、CdTe、ZnSe的材料。在更进一步实施例中，第二衬底601可以是蓝宝石或半导体材料。可以利用所有合适的材料。
第一接触件603形成在第二衬底601上方。第一接触件603形成激光二极管602的用于发射期望激光的一部分。在激光管芯600利用III-V族化合物的实施例中，第一接触件603是诸如InP、GaN、InN、AlN、AlxGa(1-x)N、AlxIn(1-x)N、AlxInyGa(1-x-y)N、它们的组合等的化合物。此外，在激光管芯600利用II-VI族化合物的实施例中，第一接触件603仍然可以使用III-V族材料，诸如GaAs、InP、GaSb、这些的组合等。
此外，为了帮助形成激光二极管602(例如，n-p二极管)以生成期望的激光，第一接触件603可以掺杂有掺杂剂。在期望第一接触件603具有n型导电性的实施例中，第一接触件603可以掺杂有n型掺杂剂，诸如磷、砷、锑、铋、锂、这些的组合等。在期望第一接触件603具有p型导电性的其它实施例中，第一接触件603可以掺杂有p型掺杂剂，诸如硼、铝、镓、铟、这些的组合等。但是，可以利用任何合适的掺杂剂。
在一些实施例中，第一接触件603例如通过诸如分子束外延(MBE)的外延生长工艺来形成，但是也可以利用诸如氢化物气相外延(HVPE)、液相外延(LPE)等的其它工艺。第一接触件603优选地在形成期间原位掺杂，但是可以利用其它工艺，诸如离子注入或扩散。
第一缓冲层605形成在第一接触件603上方，并且用于帮助上面层(例如，第一有源二极管层607)的外延生长从第一接触件603的材料过渡至上面层的材料。在激光管芯600利用III-V族化合物的实施例中，第一缓冲层605是诸如InGaAsP、InGaAlAs、InGaAs、它们的组合等的化合物。此外，在激光管芯600利用II-VI族化合物的实施例中，第一缓冲层605可以是诸如BeMgZnSe、BeZnCdSe、BeTe、这些的组合等的II-VI族材料。此外，第一缓冲层605可以使用诸如分子束外延(MBE)的外延生长工艺来沉积，但是也可以利用其它工艺，诸如氢化物气相外延(HVPE)、液相外延(LPE)等，并且可以以与第一接触件603类似的方式来掺杂。但是，可以利用任何合适的材料和任何合适的沉积方法。
第一有源二极管层607形成在第一缓冲层605上方。此外，第一有源二极管层607设计为控制期望波长的光的生成。例如，通过调整和控制第一有源二极管层607中的元素的比例组成，可以调整第一有源二极管层607中的材料的带隙，从而调整最终将发射的光的波长。
第一有源二极管层607包括多个量子阱(MQW)。在利用III-V族材料的实施例中，第一有源二极管层607中的MQW结构可以包括例如InAlGaAs、InGaN、GaN、AlxInyGa(1-x-y)N(其中0≤x≤1)等的层，而在利用II-VI基材料的实施例中，第一有源二极管层607可以包括诸如BeZnCdSe的材料。例如，第一有源二极管层607可以包括任何数量的量子阱，诸如5至20个量子阱。MQW优选地使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)使用第一缓冲层605作为成核层来外延生长，但是也可以利用其它工艺，诸如MBE、HVPE、LPE等。
第二缓冲层608可选地形成在第一有源二极管层607上方，并且用于帮助上面层(例如，脊材料609)的外延生长从第一有源二极管层607的材料过渡至上面层的材料。在激光管芯600利用III-V族化合物的实施例中，第二缓冲层608是诸如InGaAsP、InGaAlAs、InGaAs、它们的组合等的化合物。此外，在激光管芯600利用II-VI族化合物的实施例中，第二缓冲层608可以是诸如BeMgZnSe、BeZnCdSe、BeTe、这些的组合等的II-VI族材料。此外，第二缓冲层608可以使用诸如分子束外延(MBE)的外延生长工艺来沉积，但是也可以利用其它工艺，诸如氢化物气相外延(HVPE)、液相外延(LPE)等，并且可以以与第一接触件603相反的方式掺杂，诸如当第一接触件603掺杂为n型导电性时，通过掺杂为p型导电性。但是，可以利用任何合适的材料和任何合适的沉积方法。
形成脊材料609以帮助协助上面层(例如，第二接触件611)的外延生长从第二缓冲层608的材料过渡至上面层的材料。在激光管芯600利用III-V族化合物的实施例中，脊材料609是诸如InP等的化合物。此外，在激光管芯600利用II-VI族化合物的实施例中，脊材料609可以是诸如BeMgZnSe、BeZnCdSe、BeTe、这些的组合等的II-VI族材料。此外，脊材料609可以使用与第一接触件603相反导电性的掺杂剂来掺杂，诸如当第一接触件603掺杂为n型导电性时，通过掺杂为p型导电性。脊材料609可以是一个或多个层，并且可以使用诸如分子束外延(MBE)的外延生长工艺来沉积，但是也可以利用其它工艺，诸如氢化物气相外延(HVPE)、液相外延(LPE)等。但是，可以利用任何合适的材料和任何合适的沉积方法。
第二接触件611形成在脊材料609上方。第二接触件611形成激光二极管602的用于与第一接触件603一起发射光的第二部分。在激光管芯600基于III-V族材料的实施例中，第二接触件611包括掺杂有与第一接触件603中的第一导电类型相反的第二导电类型的掺杂剂(例如，p-GaN)的III-V族化合物，诸如InAlAs、GaN、InN、AlN、AlxGa(1-x)N、AlxIn(1-x)N、AlxInyGa(1-x-y)N、它们的组合等。在激光管芯600基于II-VI族材料的另一实施例中，第二接触件611可以是诸如BeTe、BeMgZnSe、BeZnCdSe、这些的组合等的II-VI族材料。第二接触件611可以例如通过诸如MOCVD的外延生长工艺来形成。但是，也可以利用任何合适的材料和任何其它合适的工艺，诸如HVPE、LPE、MBE等。
图6B示出了图案化第二接触件611、脊材料609、第二缓冲层608、第一有源二极管层607、第一缓冲层605和第一接触件603以形成期望的激光二极管602的分层结构。在实施例中，第二接触件611和脊材料609可以使用例如第一光刻掩蔽和蚀刻工艺来图案化。一旦已经图案化第二接触件611和脊材料609的部分，第二缓冲层608、第一有源二极管层607和第一缓冲层605可以使用例如第二光刻掩蔽和蚀刻工艺来图案化。最后，第一接触件603可以使用例如第三光刻掩蔽和蚀刻工艺来图案化，以具有绝热锥形，以协助消散波耦合至下面层。但是，可以利用任何合适的图案化工艺和任何合适数量的图案化工艺，以获得用于激光器的期望图案。
图6B额外示出了在结构上方沉积第一钝化层613。在实施例中，第一钝化层613由用于将结构与上面结构电隔离并且保护结构免受上面结构影响的材料形成，并且可以是诸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、这些的组合等的材料，并且可以使用化学气相沉积工艺、原子层沉积工艺、物理气相沉积工艺、这些的组合等来沉积。但是，可以利用任何合适的材料和任何合适的沉积方法。
图6C示出了图案化第一钝化层613以形成穿过第一钝化层613的通孔开口并且暴露第一接触件603和第二接触件611。在实施例中，图案化可以使用例如光刻掩蔽和蚀刻工艺来实施。但是，可以利用任何合适的图案化工艺。
图6C额外示出了沉积通过通孔开口并且与第一接触件603和第二接触件611电连接的接触件615。在实施例中，接触件615可以是诸如铜、铝、金、钨、这些的组合等的导电材料，使用诸如化学气相沉积、原子气相沉积、物理气相沉积、镀、这些的组合等的方法来沉积。但是，可以利用任何合适的材料或制造方法。
图6D示出了在接触件615上方沉积第二钝化层617和第三钝化层619。在实施例中，第二钝化层617可以是诸如氧化硅(SiO2)、氮化硅、氮氧化硅、这些的组合等的绝缘和保护材料，使用诸如化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积、这些的组合等的沉积工艺来沉积。但是，可以利用任何合适的材料和制造方法。
第三钝化层619沉积在第二钝化层617上方，以在随后图案化工艺期间帮助保护第二钝化层617的部分。在实施例中，第三钝化层619可以是与第二钝化层617不同的绝缘和保护材料，诸如作为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、这些的组合等，使用诸如化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积、这些的组合等的沉积工艺来沉积。但是，可以利用任何合适的材料和制造方法。
图6E示出了第二钝化层617和第三钝化层619的图案化，以形成穿过第二钝化层617和第三钝化层619的接触通孔开口，并且暴露接触件615。在实施例中，图案化可以使用例如光刻掩蔽和蚀刻工艺来实施。但是，可以利用任何合适的图案化工艺。
图6E额外示出了沉积通过接触通孔开口并且与接触件615电连接的导电保护层621。在实施例中，导电保护层621可以是一个或多个导电材料层，其可以帮助蚀刻选择性，并且也帮助密封(例如，防止湿气)随后形成的导电延伸部分623，以帮助防止对导电延伸部分623发生工艺损伤。在特定实施例中，导电保护层621可以是诸如钽、钛、氮化钽、氮化钛、这些的组合等的材料，使用诸如化学气相沉积、原子气相沉积、物理气相沉积、镀、这些的组合等的方法来沉积。但是，可以利用任何合适的材料或制造方法。
图6F示出了制成与导电保护层621接触的导电延伸部分623的形成。在实施例中，导电延伸部分623可以是导电材料，诸如像铝、铜、锗、这些的组合等的金属，使用诸如化学气相沉积、原子气相沉积、物理气相沉积、镀、这些的组合等的沉积方法来沉积。但是，可以利用任何合适的材料和制造方法。
图6F额外示出了图案化导电延伸部分623。在镀导电延伸部分623的实施例中，可以在沉积工艺期间图案化导电延伸部分623，而在其它工艺中，导电延伸部分623可以在沉积之后使用例如光刻掩蔽和蚀刻工艺来图案化。但是，可以利用任何合适的工艺。
图6G示出了在导电延伸部分623上方沉积第四钝化层625。在实施例中，第四钝化层625是诸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、这些的组合等的保护介电材料，使用诸如化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积、这些的组合等的沉积工艺来沉积。但是，可以使用任何合适的材料和方法来形成第四钝化层625。
图6H示出了一旦已经形成第四钝化层625，则可以将多个激光二极管602(其中在图6H中每个第二衬底601上示出了多个结构)接合至半导体衬底626，以形成重构晶圆628。在实施例中，半导体衬底626可以是用于随后处理期间的结构支撑和作为散热器以帮助解决激光器过热问题的半导体材料，并且可以是例如硅晶圆、硅锗晶圆、绝缘体上硅晶圆等。在一些实施例中，半导体衬底626是12英寸的晶圆，但是可以利用任何合适的尺寸和材料。
在实施例中，多个激光二极管602可以使用例如熔合接合工艺接合至半导体衬底626。例如，在一些实施例中，熔合接合工艺可以活化第四钝化层625和半导体衬底626的表面，并且然后第四钝化层625和半导体衬底626放置为物理接触以开始接合工艺，并且可以实施接合的进一步加强。但是，可以利用任何其它合适的附接工艺，包括使用粘合剂。
图6I示出了重构晶圆628的顶视图，其中图6H示出了重构晶圆628沿图6I中的线H-H’的截面图。如在该顶视图中可以看到，重构晶圆628包括附接至半导体衬底626的多个独立激光二极管602。但是，虽然图6I示出了10个独立激光管芯600，但是可以将任何合适数量的激光管芯600附接至半导体衬底626。
图6J示出了去除第二衬底601以暴露激光管芯600的第一接触件603。在实施例中，第二衬底601可以使用平坦化工艺来去除，诸如化学机械抛光工艺、研磨工艺等。在其它实施例中，第二衬底601可以使用一个或多个蚀刻工艺来去除，以暴露第一接触件603。可以利用任何合适的方法。
图6K示出了一旦第一接触件603已经暴露，则沉积间隙填充材料627，以填充独立激光管芯600之间的区域，并且也重新覆盖现在暴露的第一接触件603。在实施例中，间隙填充材料627可以是介电材料，其也可以作为底部包覆材料。在特定实施例中，间隙填充材料627可以是氧化硅、氮化硅、旋涂玻璃、这些的组合等，使用诸如化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积、这些的组合等的方法来沉积。但是，可以利用任何合适的材料和任何合适的沉积方法。
图6K额外示出了一旦已经沉积间隙填充材料627，可以平坦化并且减薄间隙填充材料627。在实施例中，间隙填充材料627可以使用例如化学机械平坦化工艺、研磨工艺等来平坦化。在一些实施例中，间隙填充材料627可以平坦化为在第一接触件603上方具有适合于第一接触件603和随后放置的器件之间的光学耦合的厚度。在特定实施例中，间隙填充材料627可以形成为具有在约5μm和约8μm之间的厚度。但是，可以利用任何合适的材料、沉积方法和厚度。
图6L示出了一旦已经沉积并且平坦化间隙填充材料627，可以形成导电通孔635以创建与导电延伸部分623的电接触。在实施例中，导电通孔635可以通过最初形成穿过第二钝化层617的开口来形成。一旦已经形成开口，然后用导电材料(诸如铜)填充开口，使用晶种层和镀工艺来填充和过填充开口。一旦已经填充开口，可以使用诸如化学机械平坦化工艺的平坦化工艺来平坦化具有间隙填充材料627的导电材料。
图6M示出了在导电通孔635上方形成第二接合焊盘636。在实施例中，第二接合焊盘636可以由诸如铜、铝、金、这些的组合等的导电材料形成，使用诸如光刻掩蔽和镀、毯式沉积以及随后的光刻掩蔽和蚀刻等的工艺来形成。但是，可以利用任何合适的材料和任何合适的形成工艺。
图6M额外示出了在第二接合焊盘636上方沉积并且平坦化第五钝化层638。在实施例中，第五钝化层638可以使用与上面关于图6H描述的间隙填充材料627类似的材料和工艺来形成，诸如作为使用化学气相沉积工艺形成的氧化硅。但是，可以利用任何合适的材料和工艺。
一旦已经沉积第五钝化层638的材料，则平坦化第五钝化层638，以重新暴露第二接合焊盘636，并且也减薄第二接合焊盘636和第五钝化层638，为随后耦合至其它器件做准备。在特定实施例中，平坦化工艺可以是化学机械抛光工艺、研磨工艺、这些的组合等，并且可以用于将第五钝化层638减薄至适合于耦合的厚度，诸如在约50nm和约400nm之间的厚度。但是，可以利用任何合适的工艺和任何合适的厚度。
图6N至图6O示出了分割工艺，分割工艺可以用于分割独立激光管芯600，为接合做准备。在实施例中，并且如图6N中所示，分割工艺通过在独立激光管芯600之间并且至少部分但不完全在半导体衬底626中蚀刻开口来开始。但是，也可以使用部分切割激光管芯600的任何合适的方法，诸如通过激光切割工艺。
图6O示出了一旦已经部分切割激光管芯600，则可以减薄半导体衬底626，以暴露开口并且完成分割。在实施例中，减薄可以使用例如诸如研磨工艺、化学机械抛光工艺、这些的组合等的的平坦化工艺来实施。但是，可以利用任何合适的减薄工艺。
图6P示出了可以形成在半导体衬底626上的多个激光二极管602的顶视图，其中第一接触件603形成为绝热锥形形状。特别地，虽然在图6A至图6O内的上述描述中，一个或两个激光二极管602示出为制造在半导体衬底626上，但是这旨在说明而不旨在限制，因为可以制造任何合适数量的激光二极管602，诸如图6P中所示的三个激光二极管602。例如，可以制造任何数量的激光二极管602，从1至3或从10至12个激光二极管602。所有这样数量的激光二极管602完全旨在包括在实施例的范围内。
图6Q示出了在分割之后可选地去除半导体衬底626。在实施例中，半导体衬底626可以使用诸如物理脱附(在使用粘合剂的实施例中)的去除工艺来去除或者可以使用诸如化学机械抛光的工艺(在使用接合工艺来附接半导体衬底626的实施例中)。但是，可以利用任何合适的工艺。
通过利用如上面所描述的工艺，制造工艺隔离激光二极管602的材料，因为激光二极管602的材料由其它介电材料密封。因此，在稍后工艺期间，对激光二极管602的材料的污染更少。例如，因为用于导电通孔635的通孔孔仅穿透介电材料的内部，并且在金属表面上停止，并且金属是诸如钽、钛或氮化钽的材料，所以高漂移速度颗粒污染的风险较小。
图7示出了将分割的激光管芯600中的一个接合至光学中介层100的第一接合层505。在特定实施例中，激光管芯600和第一接合层505可以使用电介质至电介质和金属至金属接合工艺来接合。但是，也可以利用任何其它合适的接合工艺。
在利用电介质至电介质和金属至金属接合工艺的特定实施例中，工艺可以通过活化激光管芯600的表面和第一接合层505的表面来开始。作为实例，活化第一接合层505和激光管芯600的顶面可以包括干处理、湿处理、等离子体处理、暴露于惰性气体等离子体、暴露于H2、暴露于N2、暴露于O2、它们的组合等。在使用湿处理的实施例中，例如，可以使用RCA清洁。在另一实施例中，活化工艺可以包括其它类型的处理。活化工艺协助第一接合层505和激光管芯600的接合。
在活化工艺之后，光学中介层100和激光管芯600可以使用例如化学清洗来清洁，并且然后激光管芯600与光学中介层100对准并且放置为与光学中介层100物理接触。然后光学中介层100和激光管芯600经受热处理和接触压力，以接合光学中介层100和激光管芯600。例如，光学中介层100和激光管芯600可以经受约200kPa或更小的压力以及约25℃和约250℃之间的温度，以熔合光学中介层100和激光管芯600。然后，光学中介层100和激光管芯600可以经受处于或高于用于第一接合焊盘507和第二接合焊盘636的材料的共晶点的温度，例如，在约150℃和约650℃之间，以熔合金属。以这种方式，光学中介层100和激光管芯600形成电介质至电介质和金属至金属接合的器件。在一些实施例中，随后烘焙、退火、压制或以其它方式处理接合的管芯，以加强或完成接合。
此外，虽然已经描述了具体工艺来开始和加强接合，但是这些描述旨在说明而不旨在限制实施例。相反，可以利用烘焙、退火、压制或工艺组合的任何合适的组合。所有这样的工艺完全旨在包括在实施例的范围内。
一旦已经接合激光管芯600，或者在已经接合激光管芯600之前，第一半导体器件701也可以接合至光学中介层100。在一些实施例中，第一半导体器件701是电子集成电路(EIC，例如，没有光学器件的器件)，并且可以具有半导体衬底703、有源器件705层、上面互连结构707、第二接合层709和相关的第三接合焊盘711。在实施例中，半导体衬底703可以类似于第一衬底101(例如，诸如硅或硅锗的半导体材料)，有源器件705可以是形成在半导体衬底703上方的晶体管、电容器、电阻器等，互连结构707可以类似于第一金属化层501(没有光学组件)，第二接合层709可以类似于第一接合层505，并且第三接合焊盘711可以类似于第一接合焊盘507。但是，可以利用任何合适的器件。
在实施例中，第一半导体器件701可以配置为与光学中介层100一起工作以用于期望的功能。在一些实施例中，第一半导体器件701可以是高带宽存储器(HBM)模块、xPU、逻辑管芯、3DIC管芯、CPU、GPU、SoC管芯、MEMS管芯、这些的组合等。可以使用具有任何合适功能的任何合适的器件，并且所有这样的器件完全旨在包括在实施例的范围内。
一旦已经制备第一半导体器件701，则可以将第一半导体器件701接合至光学中介层100。在实施例中，第一半导体器件701可以使用例如电介质至电介质和金属至金属接合工艺接合至光学中介层100。在这样的实施例中，第一半导体器件701通过将第一接合焊盘507接合至第三接合焊盘711以及通过将第一接合层505内的电介质接合至第二接合层709内的电介质来接合至光学中介层100的第一接合层505。在该实施例中，作为实例，第一半导体器件701和光学中介层100的顶面可以首先利用例如干处理、湿处理、等离子体处理、暴露于惰性气体、暴露于H2、暴露于N2、暴露于O2或它们的组合来活化。但是，可以利用任何合适的活化工艺。
在活化工艺之后，第一半导体器件701和光学中介层100可以使用例如化学清洗来清洁，并且然后第一半导体器件701与光学中介层100对准并且放置为与光学中介层100物理接触。然后，第一半导体器件701和光学中介层100经受热处理和接触压力，以接合第一半导体器件701和光学中介层100。例如，第一半导体器件701和光学中介层100可以经受约200kPa或更小的压力以及约25℃和约250℃之间的温度，以熔合第一半导体器件701和光学中介层100。然后，第一半导体器件701和光学中介层100可以经受处于或高于用于第一接合焊盘507的材料的共晶点的温度，例如，在约150℃和约650℃之间，以熔合金属接合焊盘。以这种方式，第一半导体器件701和光学中介层100形成接合的器件。在一些实施例中，随后烘焙、退火、压制或以其它方式处理接合的管芯，以加强或完成接合。
此外，虽然上面的描述描述了电介质至电介质和金属至金属接合工艺，但是这旨在说明并不旨在限制。在又其它实施例中，光学中介层100可以通过金属至金属接合或另一接合工艺接合至第一半导体器件701。例如，第一半导体器件701和光学中介层100可以通过金属至金属接合来接合，金属至金属接合通过熔合导电元件来实现。可以利用任何合适的接合工艺，并且所有这样的方法完全旨在包括在实施例的范围内。
图7额外示出了一旦已经接合激光管芯600和第一半导体器件701，沉积第二间隙填充材料713，以填充激光管芯600和第一半导体器件701之间的间隔，并且提供额外的支撑。在实施例中，第二间隙填充材料713可以是沉积以填充和过填充激光管芯600和第一半导体器件701之间的间隔的的材料，诸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、这些的组合等。但是，可以利用任何合适的材料和沉积方法。
一旦已经沉积第二间隙填充材料713，则可以平坦化第二间隙填充材料713，以暴露激光管芯600和第一半导体器件701。在实施例中，平坦化工艺可以是化学机械平坦化工艺、研磨工艺等。但是，可以利用任何合适的平坦化工艺。
图8示出了将支撑衬底801附接至第一半导体器件701、激光管芯600和第二间隙填充材料713。在实施例中，支撑衬底801可以是对期望使用的光波长透明的支撑材料，诸如硅，并且可以使用例如粘合剂(图8中未单独示出)来附接。但是，在其它实施例中，支撑衬底801可以使用例如接合工艺接合至第一半导体器件701、激光管芯600和第二间隙填充材料713。可以使用附接支撑衬底801的任何合适的方法。
图8额外示出了支撑衬底801包括耦合透镜803，耦合透镜803定位为促进从光纤1005(图8中未示出，但是下面关于图10A进一步示出和描述)移动至例如第一光学组件203、第一金属化层501的第二光学组件503或第三光学组件511内的光栅耦合器。在实施例中，耦合透镜803可以通过使用掩蔽和蚀刻工艺成形支撑衬底的材料(例如，硅)来形成。但是，可以利用任何合适的工艺。
图9示出了去除第一衬底101以及可选地去除第一绝缘层103，从而暴露第一光学组件203的第一有源层201。在实施例中，第一衬底101和第一绝缘层103可以使用平坦化工艺来去除，诸如化学机械抛光工艺、研磨工艺、一个或多个蚀刻工艺、这些的组合等。但是，任何合适的方法可以用于去除第一衬底101和/或第一绝缘层103。
一旦已经去除第一衬底101和第一绝缘层103，则可以在第一有源层201的背侧上形成第四光学组件903的第二有源层901。在实施例中，第四光学组件903的第二有源层901可以使用与第一金属化层501的第二光学组件503类似的材料和类似的工艺来形成(上面关于图5描述)。例如，第四光学组件903的第二有源层901可以由使用沉积和图案化工艺形成的诸如氧化硅的包覆材料和诸如氮化硅的芯材料的交替层形成，以形成诸如波导等的光学组件。
图10A示出了形成第一器件通孔(TDV)1001、形成第一外部连接件1003以及放置光纤1005，以形成第一光学封装件1000。在实施例中，第一器件通孔1001延伸穿过第二有源层901和第一有源层201，以便提供电力、数据和接地通过光学中介层100的快速通道。在实施例中，第一器件通孔1001可以通过最初在光学中介层100中形成器件通孔开口来形成。器件通孔开口可以通过施加和显影合适的光刻胶(未显示)以及去除第二有源层901和光学中介层100的暴露的部分来形成。
一旦器件通孔开口已经形成在光学中介层100内，则可以用衬垫内衬器件通孔开口。衬垫可以是例如由正硅酸乙酯(TEOS)形成的氧化物或氮化硅，但是可以可选地使用任何合适的介电材料。衬垫可以使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺来形成，但是可以可选地使用其它合适的工艺，诸如物理气相沉积或热工艺。
一旦沿器件通孔开口的侧壁和底部已经形成衬垫，则可以形成阻挡层(也未单独示出)，并且器件通孔开口的剩余部分可以填充有第一导电材料。第一导电材料可以包括铜，但是可以利用诸如铝、合金、掺杂的多晶硅、它们的组合等的其它合适的材料。第一导电材料可以通过在晶种层(未显示)上电镀铜、填充和过填充器件通孔开口来形成。一旦已经填充器件通孔开口，可以通过诸如化学机械抛光(CMP)的平坦化工艺去除器件通孔开口外部的过量衬垫、阻挡层、晶种层和第一导电材料，但是可以使用任何合适的去除工艺。
可选地，在一些实施例中，一旦已经形成第一器件通孔1001，可以形成与第一器件通孔1001电连接的第二金属化层(图10A中未单独示出)。在实施例中，第二金属化层可以如上面关于第一金属化层501所描述的那样形成，诸如是使用镶嵌工艺、双重镶嵌工艺等的介电材料和导电材料的交替层。在其它实施例中，第二金属化层可以使用镀工艺来形成，以形成并且成形导电材料，并且然后用介电材料覆盖导电材料。但是，可以利用任何合适的结构和制造方法。
第一外部连接件1003可以形成为提供用于第一器件通孔1001或第二金属化层与其它外部器件之间接触的导电区域。第一外部连接件1003可以是导电凸块(例如，C4凸块、球栅阵列、微凸块等)或利用诸如焊料和铜的材料的导电柱。在第一外部连接件1003是接触凸块的实施例中，第一外部连接件1003可以包括诸如锡的材料或诸如银、无铅锡或铜的其它合适的材料。在第一外部连接件1003是锡焊料凸块的实施例中，第一外部连接件1003可以通过最初通过诸如蒸发、电镀、印刷、焊料转移、球放置等这样的常用方法形成锡层来形成。一旦在结构上已经形成锡层，则可以实施回流，以将材料成形为期望的凸块形状。
可选地，在工艺中的该点，可以附接光纤1005。在实施例中，光纤1005用作至光学中介层100的光学输入/输出端口。在实施例中，放置光纤1005，以便光学耦合光纤1005和光学输入，诸如作为第一光学组件203、第二光学组件503或第三光学组件511的一部分的光栅耦合器(图10A中未单独示出)。通过如此定位光纤1005，离开光纤1005的光信号导向例如第一光学组件203的第一有源层201。类似地，光纤1005定位为使得离开第一光学组件203的第一有源层201的光信号导入光纤1005中用于传输。但是，可以利用任何合适的位置。
光纤1005可以使用例如光学胶1007保持在适当的位置。在一些实施例中，光学胶1007包括诸如环氧丙烯酸酯低聚物的聚合物材料，并且可以具有在约1和约3之间的折射率。但是，可以利用任何合适的材料。
此外，虽然光纤1005示出为在制造工艺中的该点附接，但是这旨在说明并不旨在限制。相反，光纤1005可以在工艺中的任何合适的点附接，诸如在随后密封之后(下面进一步描述)。可以利用任何合适的附接点，并且工艺中的任何点的所有这样的附接完全旨在包括在实施例的范围内。
在操作期间，光学组件(例如，第一光学组件203、第二光学组件503和第三光学组件511)由来自光纤1005的光以及来自激光管芯600的光供电(而不是仅由来自光纤1005的光供电)。这允许光纤1005用作辅助光学I/O或器件间连接，而不是唯一的光源。首先看源自光纤1005的光，该光从光纤1005导向例如位于第一光学组件203、第二光学组件503或第三光学组件511内的光栅耦合器。从那里，第一光学组件203、第二光学组件503或第三光学组件511内的波导根据期望路由来自光纤1005的接收信号，并且第一光学组件203、第二光学组件503或第三光学组件511内的转换器可以在将那些电信号发送至诸如第一半导体器件701的其它器件之前将接收的信号转换为电信号。同样地，光纤1005也可以用作由第一光学组件203、第二光学组件503或第三光学组件511生成的光的输出端口，从而用作I/O端口。
下一步观察由激光管芯600生成的光，图10B示出了该光在其生成之后的一个可能路径(由标记为1009的箭头表示)(其中省略了诸如第二间隙填充材料713的其它结构以帮助示出路径)。特别地，由激光管芯600生成的光(例如，从第一有源二极管层607通过第一接触件603)倏逝耦合至第一接合层505的第三光学组件511中。然后，光可以从第三光学组件511耦合至第一金属化层501内的第二光学组件503。从那里，光可以根据期望在器件周围路由，诸如向下路由至第一光学组件203。
图10C示出了激光二极管602的三维、立体图，激光二极管602具有第一接触件603和第二接触件611(以及中介层)以及位于第一接合层505和第一金属化层501内的两个波导层。额外示出了由激光管芯600生成的光从第一接触件603传播并且耦合至第一接合层505的相邻第三光学组件511中的路径(由标记为1009的箭头表示)。相邻波导根据期望路由光，并且然后光耦合至第一金属化层501的第二光学组件503(例如，另一波导)中。
图10D示出了将激光管芯600与第一接合层505的第三光学组件511耦合的另一实施例。但是，在该实施例中，不是使用单个激光管芯600来供应所有期望的激光，而是利用多个激光管芯600。例如，在图10D中所示的实施例中，激光管芯600的第一个和激光管芯600的第二个可以彼此完全相同地制造，或者可以使用不同的方法单独制造(例如，用于不同的光生成)。一旦准备好，激光管芯600的第一个和激光管芯600的第二个可以接合至第一接合层505，如上面关于图7所描述，从而将两个激光管芯600与第三光学组件511的下面部分倏逝耦合。
图10E示出了具有不同配置的另一多激光管芯600实施例。在该实施例中，存在接合至第一接合层505的多个激光管芯600，类似于图10D中所示的实施例。但是，在该实施例中，分隔的激光管芯600位于第一半导体器件701的相对侧上。这样的放置允许用于根据期望布线第三光学组件511的进一步机会和位置。
图10F至图10G分别示出了激光管芯600的另一实施例的截面图和三维、立体图，其中多个、平行的激光二极管602彼此相邻制造，以供应任何合适的和期望数量的激光。在该实施例中，激光二极管602的每个如上面关于图6A至图6N所描述的那样同时制造，但是其中多个激光二极管602由初始材料堆叠件形成(见例如图6A)。此外，虽然在图10F至图10G中示出了三个激光二极管602，但是这旨在说明，因为可以制造任何合适数量的激光二极管602，并且所有这样的数量完全旨在包括在实施例的范围内。
图11示出了一旦已经形成第一光学封装件1000，则可以将第一光学封装件1000附接至中介层衬底1101，中介层衬底1101用于将第一光学封装件1000与其它器件耦合，以形成例如衬底上晶圆上芯片在实施例中，中介层衬底1101包括半导体衬底1103、第三金属化层1105、第二器件通孔(TDV)1107和第二外部连接件1109。半导体衬底1103可以包括块状硅(掺杂或未掺杂的)或绝缘体上硅(SOI)衬底的有源层。通常，SOI衬底包括半导体材料层，诸如硅、锗、硅锗、SOI、绝缘体上硅锗(SGOI)或它们的组合。可以使用的其它衬底包括多层衬底、梯度衬底或混合取向衬底。
可选地，第一有源器件(未单独示出)可以添加至半导体衬底1103。第一有源器件包括可以用于生成半导体衬底1103的设计所期望的结构和功能要求的多种多样的有源器件和无源器件，诸如电容器、电阻器、电感器等。第一有源器件可以使用任何合适的方法形成在半导体衬底1103内或上。
第三金属化层1105形成在半导体衬底1103和第一有源器件上方，并且设计为连接各个有源器件以形成功能电路。在实施例中，第三金属化层1105由介电材料(例如，低k介电材料、极低k介电材料、超低k介电材料、这些的组合等)和导电材料的交替层形成，并且可以通过任何合适的工艺(诸如沉积、镶嵌、双重镶嵌等)形成。但是，可以利用任何合适的材料和工艺。
此外，在制造工艺中的任何期望点，第二TDV 1107可以形成在半导体衬底1103和(如果期望)第三金属化层1105的一个或多个层内，以提供从半导体衬底1103的前侧至半导体衬底1103的背侧的电连接。在实施例中，第二TDV 1107可以通过最初在半导体衬底1103和(如果期望)任何上面的第三金属化层1105中形成器件通孔(TDV)开口来形成(例如，在已经形成期望的第三金属化层1105之后，但是在形成下一个上面的第三金属化层1105之前)。TDV开口可以通过施加和显影合适的光刻胶以及去除下面材料的暴露至期望深度的部分来形成。TDV开口可以形成为延伸至半导体衬底1103中的深度大于半导体衬底1103的最终期望高度。
一旦TDV开口已经形成在半导体衬底1103和/或任何第三金属化层1105内，则可以用衬垫内衬TDV开口。衬垫可以是例如由正硅酸乙酯(TEOS)形成的氧化物或氮化硅，但是可以使用任何合适的介电材料。衬垫可以使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺来形成，但是可以使用其它合适的工艺，诸如物理气相沉积或热工艺。
一旦沿TDV开口的侧壁和底部已经形成衬垫，可以形成阻挡层，并且TDV开口的剩余部分可以填充有第一导电材料。第一导电材料可以包括铜，但是可以利用诸如铝、合金、掺杂的多晶硅、它们的组合等的其它合适的材料。第一导电材料可以通过在晶种层上电镀铜、填充和过填充TDV开口来形成。一旦已经填充TDV开口，可以通过诸如化学机械抛光(CMP)的平坦化工艺去除TDV开口外部的过量衬垫、阻挡层、晶种层和第一导电材料，但是可以使用任何合适的去除工艺。
一旦已经填充TDV开口，则可以减薄半导体衬底1103，直至第二TDV 1107已经暴露。在实施例中，半导体衬底1103可以使用例如化学机械抛光工艺、研磨工艺等来减薄。此外，一旦暴露，可以使用例如一个或多个蚀刻工艺(诸如湿蚀刻工艺)使第二TDV 1107凹进，以使半导体衬底1103凹进，使得第二TDV 1107延伸出半导体衬底1103。
在实施例中，第二外部连接件1109可以放置在与第二TDV 1107电连接的半导体衬底1103上，并且可以是例如球栅阵列(BGA)，其包括诸如焊料的共晶材料，但是可以使用任何合适的材料。可选地，可以在半导体衬底1103和第二外部连接件1109之间利用凸块下金属化或额外金属化层(图11中未单独示出)。在第二外部连接件1109是焊料凸块的实施例中，第二外部连接件1109可以使用落球方法来形成，诸如直接落球工艺。在另一实施例中，焊料凸块可以通过最初通过诸如蒸发、电镀、印刷、焊料转移的任何合适的方法形成锡层以及然后实施回流以将材料成形为期望的凸块形状来形成。一旦已经形成第二外部连接件1109，则可以实施测试以确保结构适合于进一步处理。
一旦已经形成中介层衬底1101，则可以将第一光学封装件1000附接至中介层衬底1101。在实施例中，第一光学封装件1000可以通过将第一外部连接件1003与中介层衬底1101的导电部分对准而附接至中介层衬底1101。一旦对准并且物理接触，通过将第一外部连接件1003的温度升高超过第一外部连接件1003的共晶点来回流第一外部连接件1003，从而将第一外部连接件1003的材料转变为液相。一旦回流，温度降低，以将第一外部连接件1003的材料转变回固相，从而将第一光学封装件1000接合至中介层衬底1101。
图11额外示出了将第二半导体器件1111和第三半导体器件1113接合至半导体衬底1103上。在一些实施例中，第二半导体器件1111是电子集成电路(EIC)，诸如包括多个、互连的半导体衬底的堆叠器件。例如，第二半导体器件1111可以是包括多个堆叠的存储器管芯的存储器器件，诸如高带宽存储器(HBM)模块、混合存储器多维数据集(HMC)模块等。在这样的实施例中，第二半导体器件1111包括通过器件通孔(TDV)互连的多个半导体衬底。半导体衬底的每个可以(或者可以不)具有有源器件层和上面互连结构、接合层和相关的接合焊盘，以互连第二半导体器件1111内的多个器件。
当然，虽然第二半导体器件1111在一个实施例中是HBM模块，但是实施例不局限于第二半导体器件1111是HBM模块。相反，第二半导体器件1111可以是任何合适的半导体器件，诸如处理器管芯或其它类型的功能管芯。在特定实施例中，第二半导体器件1111可以是xPU、逻辑管芯、3DIC管芯、CPU、GPU、SoC管芯、MEMS管芯、这些的组合等。可以使用具有任何合适功能的任何合适的器件，并且所有这样的器件完全旨在包括在实施例的范围内。
第三半导体器件1113可以是旨在与第一光学封装件1000和第二半导体器件1111一起工作的另一EIC。在一些实施例中，第三半导体器件1113可以具有与第二半导体器件1111不同的功能，诸如作为ASIC器件，或者可以具有与第二半导体器件1111相同的功能，诸如作为另一高带宽存储器器件。
在实施例中，第二半导体器件1111和第三半导体器件1113可以使用例如第三外部连接1115接合至中介层衬底1101。第三外部连接1115可以是导电凸块(例如，球栅阵列、微凸块等)或利用诸如焊料和铜的材料的导电柱。在第三外部连接1115是接触凸块的实施例中，第三外部连接1115可以包括诸如锡的材料或诸如银、无铅锡或铜的其它合适的材料。在第三外部连接1115是锡焊料凸块的实施例中，第三外部连接1115可以通过最初通过诸如蒸发、电镀、印刷、焊料转移、球放置等这样的常用方法形成锡层来形成。一旦在结构上已经形成锡层，可以实施回流，以将材料成形为期望的凸块形状。
此外，一旦已经放置第三外部连接1115，则第二半导体器件1111和第三半导体器件1113与中介层衬底1101对准。一旦对准并且物理接触，通过将第三外部连接1115的温度升高超过第三外部连接1115的共晶点来回流第三外部连接1115，从而将第三外部连接1115的材料转变为液相。一旦回流，则温度降低，以将第三外部连接1115的材料转变回固相，从而将第二半导体器件1111和第三半导体器件1113接合至中介层衬底1101。
一旦已经接合第二半导体器件1111和第三半导体器件1113，则可以放置底部填充材料1117。底部填充材料1117可以减小应力并且保护由第三外部连接1115和第一外部连接件1003的回流产生的接头。底部填充材料1117可以在附接第一光学封装件1000、第二半导体器件1111和第三半导体器件1113之后通过毛细流动工艺来形成。
在已经放置底部填充材料1117之后，用密封剂1119密封第二半导体器件1111、第三半导体器件1113和第一光学封装件1000。在实施例中，密封剂1119可以是模塑料、环氧树脂等。密封剂1119可以通过压缩模制、传递模制等来施加。密封剂1119还放置在第二半导体器件1111、第三半导体器件1113和第一光学封装件1000之间的间隙区域中。密封剂1119可以以液体或半液体形式来施加，并且然后随后固化。
一旦已经放置密封剂1119，则对密封剂1119实施平坦化工艺。一旦平坦化，密封剂1119、第二半导体器件1111、第三半导体器件1113和第一光学封装件1000的顶面在平坦化工艺之后在工艺变化内基本上共面。平坦化工艺可以是例如化学机械抛光(CMP)、研磨工艺等。在一些实施例中，可以省略平坦化。
一旦第二半导体器件1111、第三半导体器件1113和第一光学封装件1000已经接合至中介层衬底1101，则可以利用例如第二外部连接件1109将中介层衬底1101接合至第二衬底1121。在实施例中，第二衬底1121可以是封装衬底，其可以是印刷电路板(PCB)等。第二衬底1121可以包括一个或多个介电层和导电部件，诸如导线和通孔。在一些实施例中，第二衬底1121可以包括通孔、有源器件、无源器件等。第二衬底1121还可以包括形成在第二衬底1121的上表面和下表面处的导电焊盘。
第二外部连接件1109可以与第二衬底1121上的对应导电连接对准。一旦对准，则然后可以回流第二外部连接件1109，以将第二衬底1121接合至中介层衬底1101。但是，可以使用任何合适的接合工艺来将中介层衬底1101连接至第二衬底1121。
此外，第二衬底1121可以通过形成第四外部连接1123通过放置在第二衬底1121的与第一光学封装件1000相对的侧上来进一步制备。在实施例中，第四外部连接1123可以使用与第二外部连接件1109类似的工艺和材料来形成。但是，可以利用任何合适的材料和工艺。
通过将激光管芯600嵌入至第一光学封装件1000中，可以节省通常用于集成大块且过封装的外部激光器的间隔。例如，激光管芯600可以由中介层衬底1101上的内部金属布线(诸如第三金属化层1105)和由在第一光学封装件1000内的内部金属布线(诸如第一金属化层501)电驱动。此外，因为不存在耦合这样外部激光器的额外光纤，所以原本将会损耗的驱动功率(例如，通过光栅耦合器的插入损耗或通过偏振敏感无源组件引入的损耗)反而通过将光倏逝耦合至期望的光学组件中来得到维持。
图12示出了变型，其中第一光学封装件1000、第二半导体器件1111和第三半导体器件1113接合至集成扇出衬底1200。在该实施例中，最初在与第四半导体器件1203和第五半导体器件1205相邻的衬底(未单独示出)上形成InFO TDV 1201(使用例如光刻掩蔽和镀工艺)，第四半导体器件1203和第五半导体器件1205可以类似于第二半导体器件1111和/或第三半导体器件1113。一旦在适当位置，InFO TDV 1201、第四半导体器件1203和第五半导体器件1205用第二密封剂1207(类似于密封剂1119)来密封，并且可以形成第四金属化层1209(类似于第一金属化层501)。然后可以去除衬底，并且可以在InFO TDV 1201的相对侧上形成第五金属化层1211。
一旦已经形成InFO封装件1200，则可以使用第三外部连接1115将第二半导体器件1111和第三半导体器件1113接合至InFO衬底1200，并且使用第一外部连接件1003附接第一光学封装件1000。此外，InFO衬底1200可以使用例如第二外部连接件1109接合至第二衬底1121，并且第四外部连接1123形成在第二衬底1121上。但是，可以利用任何合适的工艺和结构。
图13A至图13B示出了将激光管芯600接合至第一接合层505的另一实施例中的初始步骤，其中图13B示出了图13A中所示的结构的侧视图。但是，在该实施例中，不是使用电介质至电介质接合，并且也不是使用金属至金属接合(如上面关于图1至图12所描述)，而是在激光管芯600和光学中介层100的第一接合层505之间形成单个熔合接合。首先看图13A，在该实施例中，激光管芯600如上面关于图6A至图6K所描述的那样形成，但是没有形成导电通孔635。
但是，在该实施例中，在分割之前形成第五光学组件1309的第二有源层1305，第二有源层1305将用于将由激光二极管602创建的激光器耦合至随后连接的器件。在实施例中，第五光学组件1309的第二有源层1305可以由包覆材料1307(例如，诸如氧化硅的电介质)和第五光学组件1309的交替层形成。第五光学组件1309可以使用与第二光学组件503(上面关于图5描述的)类似的材料和方法来形成，以形成诸如波导的结构。此外，虽然图13A中示出了两个光学组件层，但是可以利用任何合适数量的波导层和任何其它合适的器件，并且可以利用任何合适的材料和任何合适的制造方法。
图13A至图13B额外示出了在第五光学组件1309的第二有源层1305上方沉积第六钝化层1311。在实施例中，第六钝化层1311可以是绝缘包覆材料，诸如使用化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积、这些的组合等沉积的氧化硅。但是，可以利用任何合适的材料或操作方法。
图13C示出了仅使用第六钝化层1311和第一接合层505的第一介电材料509将激光管芯600接合至光学中介层100。在该实施例中，在光学中介层100内没有形成激光管芯600将附接的导电接触件，并且表面保留了第一接合层505的第一介电材料509的部分。为了开始将激光管芯600接合至第一接合层505的工艺，可以首先活化激光管芯600的表面和第一接合层505的表面。作为实例，活化第一接合层505和激光管芯600的顶面可以包括干处理、湿处理、等离子体处理、暴露于惰性气体等离子体、暴露于H2、暴露于N2、暴露于O2、它们的组合等。在使用湿处理的实施例中，例如，可以使用RCA清洁。在另一实施例中，活化工艺可以包括其它类型的处理。活化工艺协助第一接合层505和激光管芯600的接合。
在活化工艺之后，第一接合层505和激光管芯600可以放置为物理接触。在实施例中，激光管芯600使用例如对准工艺放置为与第一接合层505物理接触，以在放置工艺期间最小化叠加差异。随着活化工艺化学修改表面，材料之间的接合工艺在物理接触时开始。
一旦物理接触已经开始接合工艺，则然后接合可以通过使组装件经受热处理来加强。在实施例中，第一接合层505和激光管芯600可以经受约200℃和约400℃之间的温度以加强接合。以这种方式，第一接合层505和激光管芯600的熔合形成接合的器件。
此外，虽然已经描述了开始和加强第一接合层505和激光管芯600之间的接合的具体工艺，但是这些描述旨在说明而不旨在限制实施例。相反，可以利用烘焙、退火、压制或工艺的组合的任何合适的组合。所有这样的工艺完全旨在包括在实施例的范围内。
图13C还示出了在激光管芯600已经利用熔合接合工艺接合并且没有电连接之后的工艺的继续。特别地，一旦已经接合激光管芯600，第一半导体器件701使用例如上面关于图7描述的电介质至电介质和金属至金属接合工艺接合至第一接合层505。但是，可以利用任何合适的工艺。
图13D示出了工艺的进一步继续，其中，在第一半导体器件701和激光管芯600之间和/或上方沉积并且平坦化第二间隙填充材料713。此外，附接支撑衬底801，去除第一衬底101和第一绝缘层103，并且形成第四光学组件903的第二有源层901。这些结构可以如上面关于图7至图9所描述的那样形成，但是可以利用任何合适的结构和工艺。
图13D额外示出了形成穿过第一光学组件203的第一有源层201至激光管芯600的激光管芯通孔1303(图13D中仅示出了其中一个)。在实施例中，激光管芯通孔1303延伸穿过光学中介层100，以便提供穿过光学中介层100至激光管芯600的电源和接地的快速通道。在实施例中，激光管芯通孔1303可以通过最初形成器件通孔开口来形成。器件通孔开口可以通过施加和显影合适的光刻胶(未显示)以及去除光学中介层100的部分以暴露激光管芯600来形成。
一旦在光学中介层100内已经形成器件通孔开口，则可以用衬垫内衬器件通孔开口。衬垫可以是例如由正硅酸乙酯(TEOS)形成的氧化物或氮化硅，但是可以可选地使用任何合适的介电材料。衬垫可以使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺来形成，但是可以可选地使用其它合适的工艺，诸如物理气相沉积或热工艺。
一旦沿器件通孔开口的侧壁和底部已经形成衬垫，则可以形成阻挡层(也未单独示出)，并且器件通孔开口的剩余部分可以填充有导电材料。导电材料可以包括铜，但是可以利用诸如铝、合金、掺杂的多晶硅、它们的组合等的其它合适的材料。导电材料可以通过在晶种层(未显示)上电镀铜、填充和过填充器件通孔开口来形成。一旦已经填充器件通孔开口，可以通过诸如化学机械抛光(CMP)的平坦化工艺去除器件通孔开口外部的过量衬垫、阻挡层、晶种层和导电材料，但是可以使用任何合适的去除工艺。
图13E示出了在形成激光管芯通孔1303之后的工艺的继续。例如，可以形成第一器件通孔1001，可以放置第一外部连接件1003，并且如果期望，可以连接光纤1005(图13E中未单独示出)。此外，在图13E中所示的该实施例中，形成上面关于图10A讨论的可选的第二金属化层(在图13E中标记为1301)，以互连第一器件通孔1001和激光管芯通孔1303以及第一外部连接件1003。但是，可以利用任何合适的结构和方法。
通过使用熔合接合来连接激光管芯600，额外的灵活性可以添加至第一光学封装件1000的设计工艺。这样的灵活性允许器件获得将激光管芯600倏逝耦合至光学中介层100的所有益处，同时仍然允许设计者根据期望将电连接件定位在其用于设计的最佳位置。
图13F至图13G示出了一旦利用熔合接合已经形成第一光学封装件1000，第一光学封装件1000可以分别并入上面关于图11和图12描述的结构中。特别地，利用熔合接合的第一光学封装件1000可以接合至中介层衬底1101(图13F)或InFO衬底1200(图13G)，并且可以继续如上面关于图11和图12所描述的处理。但是，可以利用任何合适的工艺和结构。
图14A示出了将激光管芯600与光学中介层100耦合的其它实施例，但是其中激光管芯600与外腔1401一起形成，外腔1401与激光管芯600单独形成并且作为第一接合层505内的第三光学组件511中的一个，其中，外腔1401由设计为光谐振腔或反射器的波导形成。在该实施例中，并且首先看图14A中所示的第一接合层505的部分，除了形成为第一接合层505的第三光学组件511的一部分的其它器件(例如，波导等)之外，还示出了外腔1401也形成为第一接合层505的一部分。在实施例中，外腔1401可以以与第二光学组件503中形成的波导类似的方式和使用与第二光学组件503中形成的波导类似的工艺形成，诸如通过在包覆材料上方沉积诸如氮化硅的芯材料，以及然后在沉积诸如第一接合层505的第一介电材料509的额外包覆材料之前使用例如光刻掩蔽和蚀刻工艺来将芯材料成形为期望的形状。但是，可以利用任何合适的材料和任何合适的工艺。
图14B至图14E示出了可以形成在第一接合层505中的外腔1401的各个实施例的立体图。首先看图14B，外腔1401可以具有环-总线-环形式，其包括一个或多个波导1403、与波导1403耦合的一个或多个环1405和一个或多个反射器1407。在实施例中，一旦已经附接激光管芯600，一个或多个波导1403可以用于接收和传输由激光管芯600生成的光。在特定实施例中，一个或多个波导1403可以包括至少一个总线波导，并且可以通过最初沉积诸如氮化硅的芯材料以及然后图案化芯材料以形成波导1403来形成。但是，可以利用任何合适的材料和制造方法。
一个或多个环1405可以形成为与波导1403耦合以形成环形谐振器，并且用于从由操作期间的激光管芯600生成的光滤除不期望的波长。在实施例中，一个或多个环1405可以以与波导1403类似的方式和用与波导1403类似的方法形成(例如，沉积和图案化诸如氮化硅的芯材料)。但是，可以利用任何合适的材料和制造方法。
可以形成一个或多个反射器1407，以帮助在期望的方向上反射由激光管芯600生成的光。在实施例中，一个或多个反射器1407可以是萨格纳克反射器，其将光耦合至环中，从而使得光以顺时针和逆时针旋转传播，从而反射光的部分。在该实施例中，萨格纳克反射器可以以与波导1403类似的方式和用与波导1403类似的方法形成(例如，沉积和图案化诸如氮化硅的芯材料)。但是，可以利用使用任何合适的材料和制造方法的任何合适的反射器。
图14C示出了可以使用的外腔1401的另一实施例，其中外腔1401制造有一个或多个波导1403和一个或多个环1405。但是，在该实施例中，不是使用一个或多个反射器1407，而是一个或多个波导1403和一个或多个环1405以跑道形式布置，由此波长滤波通过双环滤波器来实施。在该实施例中，外腔1401的每个组件可以以与一个或多个波导1403类似的方式和用与一个或多个波导1403类似的方法形成(例如，沉积和图案化诸如氮化硅的芯材料)。但是，可以利用使用任何合适的材料和制造方法的任何合适的器件。
图14D示出了外腔1401的又一实施例，外腔1401利用一个或多个波导1403、一个或多个环1405和一个或多个反射器1407。在该实施例中，一个或多个环1405形成为彼此相邻，并且耦合至一个或多个波导1403，以协助过滤生成的光，而一个或多个反射器1407(例如，萨格纳克反射器)用于将由激光管芯600生成的光的一部分反射回期望的方向上。在该实施例中，外腔1401的组件可以以与一个或多个波导1403类似的方式和用与一个或多个波导1403类似的方法形成(例如，沉积和图案化诸如氮化硅的芯材料)。但是，可以利用使用任何合适的材料和制造方法的任何合适的器件。
图14E示出了外腔1401的又一实施例，外腔1401利用一个或多个波导1403、一个或多个反射器1407和一个或多个布拉格光栅(Bragg gratings)1409，以帮助协助高功率单波长激光器。在该实施例中，一个或多个反射器1407(例如，萨格纳克反射器(Sagnacreflector))与一个或多个波导1403一起制造，并且布拉格光栅1409制造在一个或多个波导1403的任一侧上。在该实施例中，布拉格光栅1409可以以与一个或多个波导1403类似的方式和用与一个或多个波导1403类似的方法形成(例如，沉积和图案化诸如氮化硅的芯材料)。但是，可以利用使用任何合适的材料和制造方法的任何合适的器件。
图15A示出了激光管芯600，激光管芯600可以用在外腔1401与激光管芯600单独形成并且形成在光学中介层100中的实施例中。在该实施例中，激光管芯600可以如上面关于图6A至图6M所描述的那样初始形成。但是，在该实施例中，为了耦合至外腔1401的不同部分，激光二极管602如图15B的顶视图中所示的那样成形，诸如具有位于激光二极管602的相对侧上的多个绝热锥形部分。在实施例中，成形可以在如上面关于图6B所讨论的蚀刻工艺期间实施，诸如在沉积第一钝化层613之前的光刻掩蔽和蚀刻工艺期间。但是，可以利用任何合适的形状。
在该顶视图中，激光二极管602可以具有第二接触件611(和看不见的下面层)，第二接触件611具有在约1μm和约4μm之间的第一宽度W1，而第一接触件603可以具有在约30μm和约100μm之间的第二宽度W2。此外，第二接触件611可以具有绝热锥形部分，绝热锥形部分延伸出约50μm和约300μm之间的锥形距离DT，这使得第二接触件611的剩余部分具有约1mm和约3mm之间的非锥形距离DNT。但是，可以利用任何合适的尺寸。
图15A额外示出了在导电通孔635上方形成第二接合焊盘636。在实施例中，第二接合焊盘636可以如上面关于图6M所描述的那样形成。但是，可以利用任何合适的材料和任何合适的形成工艺。
图16示出了沉积和平坦化第二接合焊盘636上方的第五钝化层638。在实施例中，第五钝化层638可以使用与上面关于图6H描述的间隙填充材料627类似的材料和工艺来形成，诸如通过使用化学气相沉积工艺形成氧化硅。但是，可以利用任何合适的材料和工艺。
一旦已经沉积第五钝化层638的材料，平坦化第五钝化层638，以重新暴露第二接合焊盘636，并且也减薄第二接合焊盘636和第五钝化层638，为随后与外腔1401的耦合做准备。在特定实施例中，平坦化工艺可以是化学机械抛光工艺、研磨工艺、这些的组合等，并且可以用于将第五钝化层638减薄至适合于耦合的厚度，诸如在约50nm和约400nm之间的厚度。但是，可以利用任何合适的工艺和任何合适的厚度。
图17A至图17B示出了分割工艺，分割工艺可以用于分割独立激光管芯600，为接合做准备。在实施例中，并且如图17A中所示，分割工艺通过在独立激光管芯600之间并且至少部分但不完全在半导体衬底626中蚀刻开口来开始。但是，也可以使用部分切割激光管芯600的任何合适的方法，诸如通过激光切割工艺。
图17B示出了一旦已经部分切割激光管芯600，可以减薄半导体衬底626，以暴露开口并且完成分割。在实施例中，减薄可以使用例如诸如研磨工艺、化学机械抛光工艺、这些的组合等的的平坦化工艺来实施。但是，可以利用任何合适的减薄工艺。
图18A示出了将激光管芯600接合至第一接合层505。在实施例中，激光管芯600定位为使得激光管芯600内的激光二极管602与第一接合层505内的下面外腔1401耦合。对准可以使用例如拾取和放置工艺来实施，但是可以利用任何合适的工艺。
一旦激光管芯600已经与外腔1401对准，则将激光管芯600物理和电接合至第一接合层505。在实施例中，接合可以如上面关于图7所描述的那样实施，诸如通过使用电介质至电介质和金属至金属接合工艺。但是，可以利用任何合适的接合工艺。
当然，虽然上面已经使用例如电介质至电介质和金属至金属接合描述了与外腔1401耦合的激光管芯600的接合，但是这旨在说明并不旨在限制于实施例。相反，可以利用任何合适的接合，诸如上面关于图13A至图13E描述的熔合接合工艺。例如，激光管芯600可以仅使用电介质接合与外腔1401耦合，并且一旦已经完成接合，则随后可以形成激光管芯通孔1303，以提供电源和接地连接。可以利用将激光管芯600与第一接合层505接合和连接的任何合适的方法。
图18B至图18E示出了类似于图14B至图14E中所示的三维视图的三维视图，但是添加了激光二极管602。可以看出，激光二极管602将生成光，该光将耦合至下面外腔1401中，其中光在路由至其它器件之前将与光的生成相分开地被过滤、反射等。
图19A示出了一旦已经接合激光管芯600，从而使得激光管芯600与外腔1401耦合，工艺可以如上面关于图8至图12所描述的那样继续。例如，第一半导体器件701接合至光学中介层100，第一光学封装件1000完成并且与第二半导体器件1111和第三半导体器件1113一起接合至中介层衬底1101，并且中介层衬底1101可以接合至第二衬底1121。但是，可以利用任何合适的附接和任何合适的制造工艺。
图19B示出了利用InFO衬底1200的另一实施例。在该实施例中，第一半导体器件701接合至光学中介层100，第一光学封装件1000完成并且与第二半导体器件1111和第三半导体器件1113一起接合至InFO衬底1200，并且InFO衬底1200可以接合至第二衬底1121。但是，可以利用任何合适的附接和任何合适的制造工艺。
通过使用如上面所描述的外腔1401，获得了多个益处。例如，使用外腔1401意味着过滤由激光二极管602生成的波长与激光二极管602分开实施，并且由位于第一接合层505中的波导(例如，环形谐振器、分布式布拉格反射器等)实施。因此，激光二极管602中的材料(例如，III-V族材料)不负责波长选择。因此，放大工艺可以免受由光栅蚀刻和模态限制限定引起的损坏的影响，从而简化材料的制造。此外，这样的制造工艺的简易性意味着该设计可以是通用的，并且可以基于激光器的期望功能，诸如包括用于窄带宽和可调激光器设计的环形谐振器，或者通过包括用于高功率单波长激光器的分布式布拉格反射器，或者通过在同一芯片上同时实现多个激光器设计。
此外，通过在第一接合层505中形成外腔1401，外腔1401可以由氮化硅或硅形成，它们是坚固的并且抵抗高功率的光相互作用，而不形成侧壁空隙或缺陷，从而延长激光管芯600的寿命。此外，当利用氮化硅时，获得了氮化硅的优势，诸如更耐热波动(因此在经历轻微温度波动时维持光学特性)，以及具有损耗较小的波导，这降低了所利用的期望电驱动功率。最后，与例如基于硅的腔材料相比，激光线宽得到增强，在更复杂的调制要求方面给予激光管芯600更好的性能。
图20A示出了单独制造外腔1401的另一实施例，其中图20B示出了图20A通过线B-B’的侧视图。在这些实施例中，激光管芯600使用熔合接合而不是电介质至电介质和金属至金属接合来接合至光学中介层100。首先看图20A，在该实施例中，激光管芯600以与上面关于图15A至图15B描述类似的方式形成，但是没有形成第二接合焊盘636和导电通孔635。但是，可以利用任何合适的结构和制造方法。
图20B示出了在间隙填充材料627上方形成第五光学组件1309的第二有源层1305以及形成第六钝化层1311。在该实施例中，第五光学组件1309的第二有源层1305可以如上面关于图13A所描述的那样形成，诸如通过沉积诸如氮化硅的芯材料、图案化芯材料以及在芯材料上方沉积包覆材料以及然后沉积第六钝化层1311。但是，可以利用任何合适的结构和材料。
但是，在该实施例中，除了可以制造为第五光学组件1309的一部分的任何其它期望的结构之外，外腔1401可以制造为第五光学组件1309的一部分。例如，上面关于图14B至图14E描述的任何外腔1401(例如，具有萨格纳克反射器的环-总线-环形式、跑道形式等)可以制造为第五光学组件1309的一部分，从而使得由激光二极管602生成的光进入外腔1401。但是，可以利用任何合适的设计。
图20C示出了制造为具有激光二极管602的第五光学组件1309的一部分的外腔1401的三维、立体图，其中在该所示实施例中示出了三个激光二极管602。在所示实施例中，外腔1401以跑道配置制造，并且定位为使得由激光二极管602生成的光由外腔1401捕获，其中光可以在路由至其它器件之前被过滤。
图20D示出了仅使用第六钝化层1311和第一接合层505的第一介电材料509将激光管芯600接合至光学中介层100。在该实施例中，在光学中介层100内没有将附接激光管芯600的导电接触件，并且表面保留了第一接合层505的第一介电材料509的部分。在实施例中，接合工艺可以如上面关于图13C所描述的那样实施，但是可以利用任何合适的工艺，从而使得第五光学组件1309与第一接合层505的第三光学组件511耦合。
图20D还示出了在没有电连接的情形下已经接合激光管芯600之后的工艺的继续。特别地，一旦已经接合激光管芯600，第一半导体器件701使用例如上面关于图7所描述的电介质至电介质和金属至金属接合工艺接合至第一接合层505。但是，可以利用任何合适的工艺。
此外，一旦已经接合第一半导体器件701，在第一半导体器件701和激光管芯600之间和/或上方沉积并且平坦化第二间隙填充材料713。此外，附接支撑衬底801，去除第一衬底101和第一绝缘层103，并且形成第四光学组件903的第二有源层901。这些结构可以如上面关于图7至图9所描述的那样形成，但是可以利用任何合适的结构和工艺。
工艺继续形成穿过第一光学组件203的第一有源层201至激光管芯600的激光管芯通孔1303(图20D中仅示出了其中一个)。在实施例中，激光管芯通孔1303可以如上面关于图13D所描述的那样制造，但是可以利用任何合适的方法。一旦已经形成激光管芯通孔1303，可以形成第一器件通孔1001，可以放置第一外部连接件1003，并且如果期望，可以连接光纤1005(图20D中未单独示出)。此外，在图20D中所示的该实施例中，形成上面关于图10A讨论的可选的第二金属化层1301，以互连第一器件通孔1001和激光管芯通孔1303以及第一外部连接件1003。但是，可以利用任何合适的结构和方法。
图20E至图20F示出了一旦已经形成具有外腔1401的第一光学封装件1000，第一光学封装件1000可以分别并入上面关于图11和图12描述的结构中。特别地，具有外腔1401的第一光学封装件1000可以接合至中介层衬底1101(图20E)或InFO衬底1200(图20F)，并且处理可以如上面关于图11和图12所描述的那样继续。但是，可以利用任何合适的工艺和结构。
图21A至图25B示出了从激光管芯600传输光的又一实施例。但是，在该实施例中，激光管芯600嵌入在传输器件2300(图21A中未完整示出)内，并且光通过例如外部耦合器(诸如第一外部耦合器2201和第二外部耦合器2401)(图21A中也未示出，但是下面关于图22A至图22G和图24进一步示出和描述)从传输器件2300传输至接收器件2400(图21A中未示出，但是下面关于图24进一步示出和描述)。图21A示出了上面关于图6K描述的结构的截面图，并且图21B示出了图21A的结构通过线B-B’的侧视图。在该实施例中，图21A至图21B的结构可以如上面关于图6A至图6K所描述的那样制造。但是，可以利用任何合适的结构和任何合适的制造方法。
图22A示出了形成第五光学组件1309的第二有源层1305，第二有源层1305将用于将传输器件2300耦合至接收器件2400。在实施例中，第五光学组件1309的第二有源层1305可以由包覆材料1307(例如，诸如氧化硅的电介质)和第五光学组件1309的交替层形成，如上面关于图13A所描述。但是，可以利用任何合适的结构和制造方法。
但是，在该实施例中，除了以其它方式形成的第五光学组件1309(例如，用于路由光的波导)，该实施例中的第五光学组件1309的第二有源层1305还包括第一外部耦合器(在图22A中由位于标记为2201的虚线框内的结构表示)。在实施例中，第一外部耦合器2201用于接收由激光二极管602生成的光，并且将光传输出传输器件2300。在特定实施例中，第一外部耦合器2201可以是边缘耦合器，诸如多芯边缘耦合器、单芯锥形边缘耦合器、这些的组合等。但是，可以使用任何合适的外部耦合器。
图22B示出了在第一外部耦合器2201是多芯边缘耦合器的实施例中的第一外部耦合器2201的三维、立体图。在第一外部耦合器2201是多芯边缘耦合器的实施例中，第一外部耦合器2201可以包括位于锥形部分2205周围的多个芯2203，其中，锥形部分2205与第五光学组件1309的波导部分连续形成。在该图中，已经去除围绕的结构，诸如也用于支撑的包覆材料等，以更容易地示出第一外部耦合器2201的该实施例的结构。
在实施例中，多个芯2203以与第五光学组件1309的其它组件类似的方式并且使用与第五光学组件1309的其它组件类似的材料形成，诸如光波导(例如，沉积诸如氮化硅的芯材料、图案化芯材料以及在芯材料上方沉积包覆材料)。此外，在该实施例中，存在八个芯2203布置为三个层级，诸如第一层级2207、第二层级2209和第三层级2211。在3-2-3配置中，第一层级2207可以具有彼此对准的三个芯2203，第二层级2209可以具有彼此对准的两个芯2203，并且第三层级2211可以具有彼此对准的三个芯2203。此外，芯2203的每个与位于相同列中的其它芯对准。但是，可以利用任何合适数量的芯2203和任何合适数量的层级。
图22C示出了图22B中所示的实施例的截面图，其中，芯2203以3-2-3配置布置，其中第一层级2207中三个芯，第二层级2209中两个芯2203，并且第三层级2211中三个芯2203。在该图中，在第一外部耦合器2201周围示出了围绕的包覆材料(例如，包覆材料1307)，但是在该图中没有示出其它结构。此外，在该实施例中，独立的芯2203可以每个具有相同的尺寸，但是在其它实施例中，独立的芯2203可以形成为具有不同的尺寸。在特定实施例中，芯2203可以具有在约0.2μm至约0.6μm之间的第三宽度W3，并且可以具有在约0.1μm和约0.3μm之间的第一高度H1，诸如约0.15μm。此外，芯2203可以在第一方向上以约2μm和约0.6μm之间的第一间距P1彼此间隔开，并且可以在第二方向上以约1μm和约4μm之间的第二间距P2彼此间隔开，诸如约2.1μm。但是，可以利用任何合适的尺寸。
图22D至图22F分别示出了第一外部耦合器2201的第一层级2207、第二层级2209和第三层级2211的顶视图。在图22D中所示的实施例中，独立芯2203每个具有非锥形部分2210和锥形部分2213。在实施例中，非锥形部分2210可以形成为具有在约10μm和约40μm之间的第一长度L1，并且可以具有在约100nm和约400nm之间的第四宽度W4。此外，锥形部分2213可以具有在约400μm和约2000μm之间的第二长度L2，并且可以从第四宽度W4逐渐变细减小至在约100nm和约300nm之间的第五宽度W5。但是，可以利用任何合适的尺寸。
图22E示出了第二层级2209的顶视图，第二层级2209包括具有与第一层级2207中的芯2203类似尺寸的两个芯2203(上面关于图22D讨论的)。第二层级2209额外包括具有锥形部分2205的波导2215，其中，锥形部分2205在与芯2203的锥形部分2213相反的方向上逐渐变细。在该实施例中，锥形部分2205可以具有第二长度L2，并且逐渐变细减小至尖端，尖端具有在约100nm和约300nm之间的第六宽度W6。但是，可以利用任何合适的尺寸。
图22F示出了第三层级2211的顶视图，第三层级2211包括具有与第一层级2207中的芯2203类似尺寸的三个芯2203(上面关于图22D讨论的)。但是，在其它实施例中，第三层级2211中的芯2203的每个可以具有不同的尺寸。
图22G示出了波导2215、锥形部分2205和芯2203的另一实施例，其中锥形部分2205延伸为与芯2203的边缘对准。在该实施例中，锥形部分2205可以从具有在约0.8μm和约2.1μm之间的第七宽度W7的第一端部(该端部连接至波导2215)逐渐变细，并且逐渐变细减小至在约50nm和约200nm之间的第八宽度W8。类似地，独立芯2203可以具有恒定的宽度(图22D中未单独示出)，或者可以从第四宽度W4(例如，200nm)逐渐变细减小至第五宽度W5(例如，100nm)。但是，可以使用任何合适的尺寸。
通过利用如所描述的多个芯2203，通过锥形部分2205进入第一外部耦合器2201的光耦合至围绕锥形部分2205的独立芯2203的每个。这种耦合至多个芯2203中重塑了从第一外部耦合器2201传输出的光的波前。这种重塑提供了与用单个芯边缘耦合器实现的输出波前不同的输出波前，并且通过增加数值孔径以及在传输期间会聚光来提供了更长距离传输的解决方案。这样的会聚产生类似的传输和接收模式，产生更高的模态重叠率。
图23示出了在形成多个芯2203之后的工艺的继续。在实施例中，一旦已经形成具有第一外部耦合器2201的第二有源层1305，形成第二通孔2301(类似于第一器件通孔1001)、可选的第六金属化层2303(类似于第二金属化层1301)和第五外部连接件2305(类似于第一外部连接件1003)。在特定实施例中，第二通孔2301、可选的第六金属化层2303和第五外部连接件2305(具有相关的凸块下金属)可以如上面关于图10A所描述的那样形成。但是，可以利用任何合适的方法和任何合适的结构。
图24示出了了一旦已经制造传输器件2300，则可以将传输器件2300接合至中介层衬底1101。在实施例中，传输器件2300可以通过对准和回流第五外部连接件2305来接合至中介层衬底1101。但是，可以利用任何合适的接合方法。
图24额外示出了接收器件2400至中介层衬底1101的接合。在实施例中，接收器件2400可以使用与如上面关于图10A所描述的形成光学中介层物100类似的结构和工艺来形成，但是没有在接收器件2400内形成和放置激光管芯600。特别地，形成第一有源层201、第一金属化层501、第一接合层505，接合第一半导体器件701，在不接合激光管芯600的情况下沉积第二间隙填充材料713，接合支撑衬底801，并且形成第二有源层901、第一器件通孔1001、第二金属化层1301和第一外部连接件1003。
此外，在该实施例中，第二有源层901除了制造为包括如上面关于图9所描述的第四光学组件903之外，也制造为包括第二外部耦合器(在图24中标记为2401的虚线框内表示)。在实施例中，第二外部耦合器2401可以类似于第一外部耦合器2201，诸如通过具有光学耦合至第二有源层901的波导部分的多个芯2203。但是，可以利用任何其它合适的外部耦合器。
一旦已经形成接收器件2400，则可以将接收器件2400接合至中介层衬底1101。在实施例中，接收器件2400可以接合至如上面关于图11所描述的中介层衬底1101，诸如通过使用第一外部连接件1003。但是，可以利用任何合适的接合方法。
但是，此外在该实施例中，在放置接收器件2400和传输器件2300期间，接收器件2400和传输器件2300放置为使得第一外部耦合器2201与第二外部耦合器2401对准。在特定实施例中，接收器件2400和传输器件2300可以放置为彼此分开第三距离D3，诸如在约30μm和约80μm之间的第三距离D3，诸如约40μm。但是，可以利用任何合适的距离。
图25A示出了一旦接收器件2400和传输器件2300已经接合至中介层衬底1101，则传输器件2300和接收器件2400之间的间隔可以至少部分填充有光学凝胶2501。在实施例中，光学凝胶2501可以类似于光学胶1007，诸如包括聚合物材料，诸如环氧丙烯酸酯低聚物，并且可以具有在约1和约3之间的折射率。但是，可以利用任何合适的材料。
此外，一旦接收器件2400和传输器件2300已经接合至中介层衬底1101，光纤1005可以附接至接收器件2400。在实施例中，光纤1005可以如上面关于图10A所描述的那样附接，诸如通过使用光学胶1007。但是，可以利用任何合适的附接方法或手段。
在操作期间，由激光管芯600生成的光从激光器倏逝耦合至第五光学组件1309，第五光学组件1309将光路由至第一外部耦合器2201。然后，在芯2203将光传输出传输器件2300之前，第一外部耦合器2201将来自第五光学组件1309(例如，波导)的光倏逝耦合至芯2203的每个中。芯2203支持要引导的加宽模式，并且允许通过光学凝胶2501至接收器件2400的长距离传播。接收器件2400内的第二外部耦合器2401接收来自第一外部耦合器2201的光，并且通过倏逝模式传输，将光重塑回至单个波导中，然后单个波导将光路由至第四光学组件903中，其中，光可以根据期望路由贯穿接收器件2400。
图25B示出了另一实施例，其中光学凝胶2501不是仅放置在传输器件2300和接收器件2400之间的间隔的部分中，而是以完全填充或过填充传输器件2300和接收器件2400之间的间隔这样的方式来施加。因此，光学凝胶2501可以与支撑衬底801共面或者高于支撑衬底801。
图26示出了使用第一外部耦合器2201和第二外部耦合器2401来将光从传输器件2300传输至接收器件2400的另一实施例。在该实施例中，不是将接收器件2400和传输器件2300接合至如上面关于图24所讨论的中介层衬底1101，接收器件2400和传输器件2300而是直接接合至第二衬底1121。在实施例中，接收器件2400和传输器件2300可以接合至如上面关于图12所描述的第二衬底1121，诸如通过使用第一外部连接件1003和第五外部连接件2305。但是，可以利用任何合适的方法。
图27A至图27F示出了第一外部耦合器2201的额外实施例(其也可以用作第二外部耦合器2401的额外实施例)。在图27A至图27F中所示的实施例中，多个芯2203以使得独立芯2203与相同列中的其它独立芯2203对准这样的方式布置。例如，图27A示出了3-3-3配置(例如，3行独立芯2203，其中每行具有3个独立芯2203)，而图27B示出了2-1-2配置。图27C示出了1-3-1配置，图27D示出了2-3-2配置，图27E示出了4-4-4-4配置，并且图27F示出了2-2配置。但是，可以利用任何合适的配置。
图27G至图27K示出了第一外部耦合器2201的进一步实施例(其也可以用作第二外部耦合器2401的额外实施例)，其中图27G示出了与图27A类似的配置，图27H示出了与图27B类似的配置等。但是，在图27G至图27K中所示的实施例中，多个芯2203以使得独立芯2203与相同列中的独立芯2203中的另一个不对准这样的方式布置。在特定实施例中，相邻层级中的芯2203可以偏移小于约200μm的第一偏移距离Do。但是，可以利用任何合适的偏移距离。
在利用第一外部耦合器2201和第二外部耦合器2401的实施例的操作期间，由激光管芯600生成的光首先从激光管芯倏逝耦合至第五光学组件1309的第二有源层1305(例如，具有大于96％的耦合效率)，然后通过位于传输器件2300的侧边缘上的第一外部耦合器2201将其重塑为更宽的模式。在一些实施例中，这种重塑可以在无导向传输内部传播的100μm内会聚，并且有助于改善边缘耦合场景，使得由传输器件2300输出的光在无导向自由间隔中传播，几乎没有发散。然后，来自第一外部耦合器2201的输出穿过光学凝胶2501传播并且与第二外部耦合器2401相遇，具有大于93％的有效传输，从而释放耦合距离和耦合效率之间的折衷。
在一个特定实例中，在第一外部耦合器2201处于3-2-3配置的实施例中(类似于图22C中所示的实施例)，在40μm处的耦合效率可以小于-0.2dB(这在95％处产生-0.1775dB)，在大于100μm的X偏移处具有±4.3μm的Z偏移和±4.3μm的Y偏移。因此，对于甚至大于80μm的传输距离，传输损耗小于-0.5dB。
在另一实例中，在第一外部耦合器2201处于2-2配置的实施例中(类似于图27F中所示的实施例)，其中芯具有0.2μm乘0.15μm的尺寸，并且具有约4.2μm的间距，在40μm处的耦合效率可以小于-0.2dB(这在95％处产生-0.1775dB)，在大于100μm的X偏移处具有±6.5μm的Z偏移和±6.5μm的Y偏移。因此，TE传播损耗可以为约30％，并且TM传播损耗可以为约80％，从而使得对于甚至大于80μm的传输距离，传输损耗小于-0.5dB。
图28示出了又一实施例，其中激光管芯600嵌入在传输器件2300内，并且光至少部分通过倏逝耦合传输至接收器件2400。但是，在该实施例中，不是通过第一外部耦合器2201传输所生成的光，而是光倏逝耦合至中介层衬底1101中。在该实施例中，并且首先看图28，中介层衬底1101最初如上面关于图11所描述的那样形成，并且包括半导体衬底1103、第三金属化层1105和第二TDV 1107。但是，可以利用任何合适的结构和方法。
此外，在该实施例中，一旦已经形成第三金属化层1105，则在第三金属化层1105上方形成第二接合层2801。在实施例中，形成第二接合层2801可以通过最初形成第六光学组件2803和第二介电层2805来开始。在实施例中，第六光学组件2803和第二介电层2805可以使用与上面关于图5描述的第三光学组件511和第一介电材料509类似的工艺和类似的材料来形成。但是，可以利用任何合适的材料和方法。
图29示出了一旦已经制造第六光学组件2803和第二介电层2805，在第二接合层2801内制造第四接合焊盘2901。在实施例中，第四接合焊盘2901可以使用与上面关于图5描述的第一接合焊盘507类似的材料和类似的工艺来制造。但是，可以利用任何合适的工艺和材料。
图30示出了在该实施例中准备传输器件2300以附接至中介层衬底1101。在实施例中，在该实施例中形成传输器件2300可以从类似于上面关于图22A所示的结构的结构开始。例如，可以制造激光二极管602，并且制造第五光学组件1309的第二有源层1305以接收由激光二极管602生成的光。
但是，在该实施例中，不一定形成第一外部耦合器2201。相反，可以在制造传输器件2300期间形成或者省略第一外部耦合器2201。此外，可以制造第三接合层3001(类似于第一接合层505)，具有第七光学组件3003(类似于第三光学组件511)和第三介电材料3005(类似于第一介电材料509)，其中图30中仅示出了第七光学组件3003和第三介电材料3005。
图31A示出了形成传输器件2300的工艺的继续。在实施例中，一旦已经制造第七光学组件3003和第三介电材料3005，可以制造第二通孔2301，并且可以在第三接合层3001中制造第五接合焊盘3101，从而使得第七光学组件3003和第五接合焊盘3101都存在于相同层内。在实施例中，第五接合焊盘3101可以使用与上面关于第一接合焊盘507(上面关于图5描述的)描述的类似的工艺和材料来形成。但是，可以利用任何合适的结构和方法。
图31B示出了另一实施例，其中第五接合焊盘3101形成在波导外部。在该实施例中，形成第二有源层1305，在不形成第七光学组件3003的情况下沉积第三介电材料3005，并且在第三介电材料3005内形成第五接合焊盘3101。但是，可以利用任何合适的方法和材料。
图32示出了在该实施例中形成接收器件2400。在实施例中，制造可以通过形成如上面关于图9中所示的结构所描述的接收器件2400来开始，但是没有放置和接合激光管芯600。但是，可以利用任何合适的结构和制造方法。
此外，一旦已经形成第二有源层901，可以制造第四接合层3201(类似于第一接合层505)，具有第八光学组件3203(类似于第三光学组件511)和第四介电材料3205(类似于第一介电材料509)，其中图32中仅示出了第八光学组件3203和第四介电材料3205。
图33示出了在该实施例中，一旦已经形成第八光学组件3203和第四介电材料3205，可以形成第一器件通孔1001。在实施例中，第一器件通孔1001可以如上面关于图10A所描述的那样形成。但是，可以利用任何合适的方法和材料。
图33额外示出了形成第六接合焊盘3301作为第四接合层3201的一部分。在实施例中，第六接合焊盘3301可以使用与上面关于图5描述的第一接合焊盘507类似的材料和类似的方法来形成。但是，可以利用任何合适的方法。
图34示出了传输器件2300和接收器件2400与中介层衬底1101的接合。在实施例中，传输器件2300和接收器件2400的每个可以使用例如电介质至电介质和金属至金属接合工艺接合至中介层衬底1101，类似于上面关于图7描述的工艺。但是，也可以利用任何其它合适的工艺，诸如熔合接合工艺。
图34额外示出了一旦传输器件2300和接收器件2400已经接合至中介层衬底1101，工艺可以继续。例如，密封剂1119可以放置在传输器件2300和接收器件2400周围，中介层衬底1101接合至第二衬底1121，并且可以附接光纤1005。
在操作期间，由嵌入在传输器件2300内的激光二极管602生成的光首先耦合至第三接合层3001内的第五光学组件1309和第七光学组件3003中。从那里，光倏逝耦合至中介层衬底1101内的第六光学组件2803，其中中介层衬底1101内的波导将光路由至接收器件2400，其中光倏逝耦合至第四接合层3201的第八光学组件3203中。然后，光可以根据期望路由在接收器件2400周围。
因此，传输器件2300和接收器件2400通过波导和通过中介层衬底1101的倏逝耦合来光学连接。此外，因为耦合以这样的方式实施，所以传输器件2300和接收器件2400之间的耦合效率可以大于约96％。因此，节省了大部分光功率，并且产生有效的能量转换和使用。
图35A至图35C示出了另一实施例，其中光通过中介层衬底1101耦合。首先看图35A，在该实施例中，第六光学组件2803和第二介电层2805不是位于单层内，而是形成为多层。因此，可以存在第六光学组件2803的三层或多层。但是，可以形成第六光学组件2803和第二介电层2805的任何合适数量的层。
图35B示出了第五接合焊盘3101的形成。在实施例中，第五接合焊盘3101可以如上面关于图31A所描述的那样形成，但是形成为延伸穿过第六光学组件2803的每个层，以制成与第三金属化层1105的导电元件的电连接。但是，可以利用任何合适的形成方法。
图35C示出了工艺的继续，其中，传输器件2300和接收器件2400接合和耦合至中介层衬底1101。此外，密封传输器件2300和接收器件2400，并且接合第二衬底1121。
图36A至图36C示出了虽然上面呈现的实施例呈现为它们涉及耦合激光管芯600，但是呈现的思想不限于耦合激光管芯600。相反，所呈现的思想可以用于将各种各样的异构器件耦合至上面描述的任何实施例中。例如，图36A示出了倏逝耦合可以用于将半导体光放大器3601耦合至光学中介层100的第一接合层，诸如具有材料(诸如InP、InGaAsP、InAlGaAs、InGaAsP/InP和InAlAs)堆叠件的III-V族半导体光放大器。此外，图36B示出了也可以倏逝耦合基于硅锗的调制器3603，具有例如位于掺杂硅的p-n结上面的锗，而图36C示出了也可以使用电光转换器3605，诸如铌酸锂调制器。所有这样的调制器或类似器件以及所有这样的接合方法可以用于互连这些器件，并且所有这样的器件完全旨在包括在上面关于图1至图35C呈现的任何实施例的范围内。
通过利用如上面所描述的激光管芯600，可以节省通常用于集成庞大且过度封装的外部激光器的空间。例如，激光管芯600可以由中介层衬底1101上的内部金属布线(诸如第三金属化层1105)电驱动。此外，因为不存在耦合这样外部激光器的额外光纤，所以原本将会损耗的驱动功率(例如，通过光栅耦合器的插入损耗或通过偏振敏感无源组件引入的损耗)反而通过将光倏逝耦合至期望的光学组件中来得到维持，从而产生更高能效的器件。
在实施例中，制造光学器件的方法包括：接收激光管芯，激光管芯包括沿第一侧的第一接触件；将激光管芯的第一侧接合至光学中介层，其中，在接合之后，光学中介层包括与激光管芯相邻并且光学耦合至第一接触件的第一波导；以及将电集成电路接合至光学中介层。在实施例中，接合至少部分利用电介质至电介质和金属至金属接合工艺来实施。在实施例中，接合利用熔合接合工艺来实施。在实施例中，方法还包括：在接合之后，形成至激光管芯的通孔。在实施例中，方法还包括：在接合之后，在光学中介层的与激光管芯相对的侧上形成光学组件。在实施例中，方法还包括：将光学中介层接合至中介层衬底。在实施例中，方法还包括：将光学中介层接合至集成扇出衬底。
在另一实施例中，制造光学器件的方法包括：形成具有激光二极管的激光管芯；形成与激光二极管分隔开的外腔；将激光管芯接合至光学中介层，其中，在接合之后，激光二极管与外腔耦合；以及将第一半导体器件接合至光学中介层。在实施例中，接合将激光管芯的第一导电部分与光学中介层的第二导电部分接合。在实施例中，接合工艺是熔合接合工艺。在实施例中，方法还包括：形成穿过光学中介层至激光管芯的通孔。在实施例中，形成外腔形成作为光学中介层的一部分的外腔。在实施例中，形成外腔形成作为激光管芯的一部分的外腔。在实施例中，形成外腔以环-总线-环形式形成外腔。
在又一实施例中，制造光学器件的方法包括：形成传输器件，形成传输器件包括：形成激光二极管；在激光二极管周围沉积间隙填充材料；以及形成第一光学组件层，第一光学组件层包括第一外部耦合器；形成接收器件，形成接收器件包括：形成光学中介层；将第一半导体器件接合至光学中介层；以及形成第二光学组件层，第二层光学组件包括第二外部耦合器；以及将传输器件和接收器件接合至中介层衬底，其中，在接合传输器件和接收器件之后，第一外部耦合器与第二外部耦合器对准。在实施例中，方法还包括：将光从第一外部耦合器传输至第二外部耦合器。在实施例中，第一外部耦合器是多芯边缘耦合器。在实施例中，多芯边缘耦合器包括以3-2-3配置的八个芯。在实施例中，多芯边缘耦合器包括多列芯，其中，每列中的芯彼此对准。在实施例中，多芯边缘耦合器包括多列芯，其中，每列中的芯彼此不对准。
本申请的一些实施例提供了一种制造光学器件的方法，所述方法包括：接收激光管芯，所述激光管芯包括沿第一侧的第一接触件；将所述激光管芯的所述第一侧接合至光学中介层，其中，在所述接合之后，所述光学中介层包括与所述激光管芯相邻并且光学耦合至所述第一接触件的第一波导；以及将电集成电路接合至所述光学中介层。在一些实施例中，所述接合至少部分利用电介质至电介质和金属至金属接合工艺来实施。在一些实施例中，所述接合利用熔合接合工艺来实施。在一些实施例中，方法还包括：在所述接合之后，形成至所述激光管芯的通孔。在一些实施例中，方法还包括：在所述接合之后，在所述光学中介层的与所述激光管芯相对的侧上形成光学组件。在一些实施例中，方法还包括：将所述光学中介层接合至中介层衬底。在一些实施例中，方法还包括：将所述光学中介层接合至集成扇出衬底。
本申请的另一些实施例提供了一种制造光学器件的方法，所述方法包括：形成具有激光二极管的激光管芯；形成与所述激光二极管分隔开的外腔；将所述激光管芯接合至光学中介层，其中，在所述接合之后，所述激光二极管与所述外腔耦合；以及将第一半导体器件接合至所述光学中介层。在一些实施例中，所述接合将所述激光管芯的第一导电部分与所述光学中介层的第二导电部分接合。在一些实施例中，所述接合是熔合接合工艺。在一些实施例中，方法还包括：形成穿过所述光学中介层至所述激光管芯的通孔。在一些实施例中，形成所述外腔形成作为所述光学中介层的一部分的所述外腔。在一些实施例中，形成所述外腔形成作为所述激光管芯的一部分的所述外腔。在一些实施例中，形成所述外腔以环-总线-环的形式形成所述外腔。
本申请的又一些实施例提供了一种光学器件，包括：激光管芯，所述激光管芯包括沿第一侧的第一接触件；光学中介层，接合至所述激光管芯的所述第一侧，其中，所述光学中介层包括与所述激光管芯相邻并且光学耦合至所述第一接触件的第一波导；以及电集成电路，接合至所述光学中介层。在一些实施例中，所述光学中介层利用电介质至电介质接合和金属至金属接合而接合至所述激光管芯。在一些实施例中，所述光学中介层利用熔合接合而接合至所述激光管芯。在一些实施例中，通孔连接至所述激光管芯。在一些实施例中，光学器件还包括：光学组件，位于所述光学中介层的与所述激光管芯相对的侧上。在一些实施例中，光学器件还包括：集成扇出衬底，接合至所述光学中介层。
上面概述了若干实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本公开的各个方面。本领域技术人员应该理解，它们可以容易地使用本公开作为基础来设计或修改用于执行与本文所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其它工艺和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等同构造并不背离本公开的精神和范围，并且在不背离本公开的精神和范围的情况下，本文中它们可以做出多种变化、替换以及改变。

Claims (10)

1.一种制造光学器件的方法，所述方法包括：
接收激光管芯，所述激光管芯包括沿第一侧的第一接触件；
将所述激光管芯的所述第一侧接合至光学中介层，其中，在所述接合之后，所述光学中介层包括与所述激光管芯相邻并且光学耦合至所述第一接触件的第一波导；以及
将电集成电路接合至所述光学中介层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述接合至少部分利用电介质至电介质和金属至金属接合工艺来实施。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述接合利用熔合接合工艺来实施。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括：在所述接合之后，形成至所述激光管芯的通孔。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述接合之后，在所述光学中介层的与所述激光管芯相对的侧上形成光学组件。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：将所述光学中介层接合至中介层衬底。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：将所述光学中介层接合至集成扇出衬底。
8.一种制造光学器件的方法，所述方法包括：
形成具有激光二极管的激光管芯；
形成与所述激光二极管分隔开的外腔；
将所述激光管芯接合至光学中介层，其中，在所述接合之后，所述激光二极管与所述外腔耦合；以及
将第一半导体器件接合至所述光学中介层。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述接合将所述激光管芯的第一导电部分与所述光学中介层的第二导电部分接合。
10.一种光学器件，包括：
激光管芯，所述激光管芯包括沿第一侧的第一接触件；
光学中介层，接合至所述激光管芯的所述第一侧，其中，所述光学中介层包括与所述激光管芯相邻并且光学耦合至所述第一接触件的第一波导；以及
电集成电路，接合至所述光学中介层。
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