TW201439626A - 二極體模組和其製作方法及光互連裝置 - Google Patents

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Abstract

一種二極體模組，包括半導體基底層、二極體外延層及光波導。該半導體基底層具有一表面，該表面包括依次相鄰設置的外延層生長區、光波導固定區及光纖接入區，該光纖接入區開設有光纖收容溝槽，該光纖收容溝槽的延伸方向指向該光波導固定區。該二極體外延層形成於該外延層生長區，該二極體外延層包括沿遠離該表面依次排列的半導體緩衝層和PN結，該PN結之間形成有多重量子井結構層。該光波導形成於該光波導固定區，該光波導其中一側面與該多重量子井結構層一側面相對。本發明還涉及該二極體模組的製作方法及光互連裝置。

Description

二極體模組和其製作方法及光互連裝置
本發明涉及光電半導體磊晶及光互連裝置，特別涉及一種二極體磊晶模組和其製作方法，以及利用該二極體磊晶模組的光互連裝置。
在光通訊裝置中，通常包括雷射二極體、光電二極體及設置於雷射二極體與光電二極體之間用於將雷射二極體發出的光線傳輸至光電極體的光波導和光纖。一般地，雷射二極體和光電二極體為分離的結構，使用時，將已經封裝的雷射二極體和光電二極體與光波導作進一步封裝形成模組化的結構，進而形成光互連裝置。惟，此種光互連裝置經過了多次的模組化封裝，體積較大，不利於光電産品小型化需求。
有鑒於此，提供一種體積較小的二極體模組和其製作方法及光互連裝置實為必要。
一種二極體模組，包括半導體基底層、二極體外延層及光波導。該半導體基底層具有一表面，該表面包括依次相鄰設置的外延層生長區、光波導固定區及光纖接入區，該光纖接入區開設有光纖收容溝槽，該光纖收容溝槽的延伸方向指向該光波導固定區。該二極體外延層形成於該外延層生長區，該二極體外延層包括沿遠離該表面依次排列的半導體緩衝層和PN結，該PN結之間形成有多重量子井結構層。該光波導形成於該光波導固定區，該光波導其中一側面與該多重量子井結構層一側面相對。
一種二極體模組的製作方法，包括步驟：提供半導體基底層，該半導體基底層具有一表面，該表面包括依次相鄰設置的外延層生長區、光波導固定區及光纖接入區；在半導體基底層的表面的光纖接入區開設光纖收容溝槽，該光纖收容溝槽的延伸方向指向光波導固定區；採用外延生長法在該半導體基底層的表面的外延層生長區生長二極體外延層，該二極體外延層包括沿遠離該表面依次排列的半導體緩衝層和PN結，該PN結之間形成有多重量子井結構層；及將光波導形成於該光波導固定區，且使該光波導其中一側面與該多重量子井結構層一側面相對，形成雷射二極體磊晶模組。
一種光互連裝置，包括雷射二極體磊晶模組、光電二極體磊晶模組及光纖。該雷射二極體磊晶模組第一半導體基底層、雷射二極體外延層及第一光波導。該第一半導體基底層具有一第一表面，該第一表面包括依次相鄰設置的第一外延層生長區、第一光波導固定區及第一光纖接入區，該第一光纖接入區開設有第一光纖收容溝槽，該第一光纖收容溝槽的延伸方向指向該第一光波導固定區。該雷射二極體外延層形成於該第一外延層生長區，該雷射二極體外延層包括沿遠離該第一表面依次排列的N型緩衝層、第一N型半導體層、第一多重量子井結構層及第一P型半導體層。該第一光波導形成於該第一光波導固定區，該第一光波導其中一側面與該第一多重量子井結構層一側面相對。該光電二極體磊晶模組包括第二半導體基底層、光電二極體外延層及第二光波導。該第二半導體基底層具有一第二表面，該第二表面包括依次相鄰設置的第二外延層生長區、第二光波導固定區及第二光纖接入區，該第二光纖接入區開設有第二光纖收容溝槽，該第二光纖收容溝槽的延伸方向指向該第二光波導固定區。該光電二極體外延層形成於該第二外延層生長區，該光電二極體外延層包括沿遠離該第二表面依次排列的P型緩衝層、第二P型半導體層、第二多重量子井結構層及第二P型半導體層。該第二光波導形成於該第二光波導固定區，該第二光波導其中一側面與該第二多重量子井結構層一側面相對。該光纖的一端收容於該第一光纖收容槽且端面與該第一光波導正對，另一端收容於該第二光纖收容槽且端面與該第二光波導正對。
相較於習知技術，本發明實施例的光互連裝置中的雷射二極體磊晶模組和光電二極體磊晶模組均結合了光波導，並在基底層開設了光纖收容溝槽，在使用時，只需將雷射二極體磊晶模組和光電二極體磊晶模組固定連接於電路基板並連接光纖即可，無需進行多次的模組化封裝，結構簡單且體積更小，有利於光電産品的小型化。
10，10a．．．半導體基底層
101．．．表面
102．．．外延層生長區
103．．．光波導固定區
104．．．光纖接入區
105，105a．．．光纖收容溝槽
20．．．雷射二極體外延層
201．．．N型緩衝層
202，204a．．．N型半導體層
203，203a．．．多重量子井結構層
204，202a．．．P型半導體層
205．．．光出射面
100．．．雷射二極體磊晶模組
30，30a．．．光波導
200．．．光電二極體磊晶模組
20a．．．光電二極體外延層
201a．．．P型緩衝層
205a．．．光入射面
300．．．光互連裝置
40．．．第一電路基板
50．．．第二電路基板
60．．．光纖
圖1是本發明第一實施例提供的半導體基底層立體示意圖。
圖2是在圖1中的半導體基底層形成光纖收容溝槽後的立體示意圖。
圖3是圖2的半導體基底層上生長雷射二極體外延層後的剖視圖。
圖4是在圖3的半導體基底層形成光波導後形成的雷射二極體磊晶模組的剖視圖。
圖5是本發明第二實施例提供的光電二極體磊晶模組的剖視圖。
圖6是本發明第三實施例提供的光互連裝置剖視圖。
圖7是圖6光互連裝置的俯視圖。
請參閱圖1至圖4，本發明實施例提供一種雷射二極體磊晶模組的製作方法，包括以下步驟：
第一步，請參閱圖1，提供半導體基底層10。
本實施例中，該半導體基底層10的材料為磷化銦（InP），用於生長雷射二極體的外延層及設置光波導。當然，該半導體基底層10也可以為其他材料，只要可以生長雷射二極體的外延層即可，並不以本實施例為限。
該半導體基底層10具有一表面101，該表面101包括依次相鄰設置的外延層生長區102、光波導固定區103及光纖接入區104。該外延層生長區102用於生長雷射二極體的外延層，該光波導固定區103用於固定於光波導，該光纖接入區104用於接入一光纖的端部。
第二步，請參閱圖2，在半導體基底層10的表面101的光纖接入區104開設光纖收容溝槽105。
本實施例中，該光纖收容溝槽105為橫截面為三角形的V形槽。可以理解的是，該光纖收容溝槽的截形狀也可以為梯形、長方形或多邊形等，只要可以使光纖收容於其內即可。該光纖收容溝槽105優選為V形槽，因為V形槽的兩內壁可將光纖卡合定位,可更好地將光纖的軸向進行定位。該光纖收容溝槽105的延伸方向指向光波導固定區103。
第三步，請參閱圖3，採用外延生長法在該半導體基底層10的表面101的外延層生長區102生長雷射二極體外延層20。
本實施例中，該雷射二極體外延層20可以通過化學氣相沈積法（MOCVD）進行生長，該雷射二極體外延層20包括沿遠離表面101方向依次排列的N型緩衝層201、N型半導體層202、多重量子井結構層203、P型半導體層204，該P型半導體層204和N型半導體層202形成一PN結，垂直於PN結面的一對平行平面構成諧振腔，該多重量子井結構層203的相鄰於該一對平行平面且垂直於PN結面的側面為光出射面205，該光出射面205與該光波導固定區103。本實施例中，該N型緩衝層201、N型半導體層202及P型半導體層204可以為但不限於III-V族材料。
第四步，請參閱圖4，將光波導30形成於該光波導固定區103，形成雷射二極體磊晶模組100。
本實施例中，該光波導30為薄膜波導，該光波導30的一側與該雷射二極體外延層20相鄰，且該多重量子井結構層203的光出射面205與該光波導30相對，本實施例中，該光波導30與該雷射二極體外延層20緊貼。本實施例中，該光波導30的材料可以為摻雜的二氧化矽，其可以采用外延生長法形成於該光波導固定區103。當然，該光波導30也可以通過黏接的方法形成於該光波導固定區103，並不以本實施例為限。可以理解，該光波導30也可以其他類型的光波導，如帶狀波導等。
請參閱圖4，本實施例的雷射二極體磊晶模組100包括半導體基底層10、雷射二極體外延層20及光波導30。該半導體基底層10具有一表面101，該表面101包括依次相鄰設置的外延層生長區102、光波導固定區103及光纖接入區104，光纖接入區104開設有光纖收容溝槽105，該光纖收容溝槽105的延伸方向指向光波導固定區103。該雷射二極體外延層20形成於該外延層生長區102，該雷射二極體外延層20包括沿遠離表面101方向依次排列的N型緩衝層201、N型半導體層202、多重量子井結構層203及P型半導體層204，該多重量子井結構層203具有與該光波導固定區103相鄰的光出射面205。該光波導30形成於該光波導固定區103且與該光出射面205相對。
請參閱圖5，本發明第二實施例提供一種光電二極體磊晶模組200，該光電二極體磊晶模組200與第一實施例的雷射二極體磊晶模組100的結構相似，不同之處在於光電二極體磊晶模組200包括光電二極體外延層20a，以取代雷射二極體磊晶模組100的雷射二極體外延層20。光電二極體磊晶模組200包括與雷射二極體磊晶模組100的半導體基底層10、光波導30及光纖收容溝槽105結構對應相同的半導體基底層10a、光波導30a及光纖收容溝槽105a。該光電二極體外延層20a包括沿遠離半導體基底層10a方向依次排列的P型緩衝層201a、P型半導體層202a、多重量子井結構層203a及N型半導體層204a，該多重量子井結構層203a具有與該光波導30a相鄰的光入射面205a。
請參閱圖6和圖7，本發明第三實施例提供一種光互連裝置300，包括一第一電路基板40、一第二電路基板50、兩個雷射二極體磊晶模組100、兩個光電二極體磊晶模組200及兩根光纖60。該第一電路基板40和第二電路基板50均具有導電線路（圖未示），該兩個雷射二極體磊晶模組100均固定於該第一電路基板40，且分別通過電極（圖未示）與該第一電路基板40的導電線路電連接；該兩個光電二極體磊晶模組200均固定於該第二電路基板50，且分別通過電極（圖未示）與該第二電路基板50的導電線路電連接。其中一根光纖60的兩端分別收容卡合於其中一個雷射二極體磊晶模組100的光纖收容溝槽105和其中一個光電二極體磊晶模組200的光纖收容溝槽105a，且該光纖60的兩個端面分別正對對應相鄰的光波導30和30a；另外一根光纖60的兩端分別收容卡合於另外一個雷射二極體磊晶模組100的光纖收容溝槽105和另外一個光電二極體磊晶模組200的光纖收容溝槽105a，且該光纖60的兩個端面分別正對對應相鄰的光波導30和30a。該光纖60可將光電二極體磊晶模組200的光出射面205發出並經由光波導30傳導的光線傳輸至該光波導30a，並進一步傳輸至光入射面205a並進入到光電二極體磊晶模組200的多重量子井結構層203a，使該光電二極體磊晶模組200産生電信號並傳導至該第二電路基板50的導電線路。本實施例中，該光纖60的兩端分別通過黏膠固定於該光纖收容溝槽105和105a，當然也可以選擇其他固定方式，並不限於本實施例。
需要說明的是，本發明實施例雷射二極體磊晶模組100和光電二極體磊晶模組200在使用時均需形成電極結構。
相較於習知技術，本發明實施例的光互連裝置300中的雷射二極體磊晶模組100和光電二極體磊晶模組200均結合了光波導，並在基底層10開設了光纖收容溝槽105，在使用時，只需將雷射二極體磊晶模組100和光電二極體磊晶模組200固定連接於電路基板並連接光纖即可，無需進行多次的模組化封裝，結構簡單且體積更小，有利於光電産品的小型化。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上該者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
20．．．雷射二極體外延層
30．．．光波導
103．．．光波導固定區
205．．．光出射面

Claims (10)

  1. 一種二極體模組，包括：
    半導體基底層，具有一表面，該表面包括依次相鄰設置的外延層生長區、光波導固定區及光纖接入區，該光纖接入區開設有光纖收容溝槽，該光纖收容溝槽的延伸方向指向該光波導固定區；
    二極體外延層，形成於該外延層生長區，該二極體外延層包括沿遠離該表面依次排列的半導體緩衝層和PN結，該PN結之間形成有多重量子井結構層；及
    光波導，形成於該光波導固定區，該光波導其中一側面與該多重量子井結構層一側面相對。
  2. 如請求項1所述的二極體模組，其中，該半導體緩衝層為N型緩衝層，該PN結包括P型半導體層和N型半導體層，其中該N型半導體層相鄰於該N型緩衝層。
  3. 如請求項1所述的二極體模組，其中，該半導體緩衝層為P型緩衝層，該PN結包括P型半導體層和N型半導體層，其中該P型半導體層相鄰於該P型緩衝層。
  4. 如請求項1所述的二極體模組，其中，該光纖收容溝槽為V型溝槽、或橫截面為長方形或多邊形的溝槽。
  5. 如請求項1所述的二極體模組，其中，該光波導為薄膜波導。
  6. 一種二極體模組的製作方法，包括步驟：
    提供半導體基底層，該半導體基底層具有一表面，該表面包括依次相鄰設置的外延層生長區、光波導固定區及光纖接入區；
    在半導體基底層的表面的光纖接入區開設光纖收容溝槽，該光纖收容溝槽的延伸方向指向光波導固定區；
    採用外延生長法在該半導體基底層的表面的外延層生長區生長二極體外延層，該二極體外延層包括沿遠離該表面依次排列的半導體緩衝層和PN結，該PN結之間形成有多重量子井結構層；及
    將光波導形成於該光波導固定區，且使該光波導其中一側面與該多重量子井結構層一側面相對，形成雷射二極體磊晶模組。
  7. 如請求項6所述的二極體模組的製作方法，其中，該將光波導形成於該光波導固定區的方法為外延生長法。
  8. 一種光互連裝置，包括：
    雷射二極體磊晶模組，包括：
    第一半導體基底層，具有一第一表面，該第一表面包括依次相鄰設置的第一外延層生長區、第一光波導固定區及第一光纖接入區，該第一光纖接入區開設有第一光纖收容溝槽，該第一光纖收容溝槽的延伸方向指向該第一光波導固定區；
    雷射二極體外延層，形成於該第一外延層生長區，該雷射二極體外延層包括沿遠離該第一表面依次排列的N型緩衝層、第一N型半導體層、第一多重量子井結構層及第一P型半導體層；及
    第一光波導，形成於該第一光波導固定區，該第一光波導其中一側面與該第一多重量子井結構層一側面相對；
    光電二極體磊晶模組，包括：
    第二半導體基底層，具有一第二表面，該第二表面包括依次相鄰設置的第二外延層生長區、第二光波導固定區及第二光纖接入區，該第二光纖接入區開設有第二光纖收容溝槽，該第二光纖收容溝槽的延伸方向指向該第二光波導固定區；
    光電二極體外延層，形成於該第二外延層生長區，該光電二極體外延層包括沿遠離該第二表面依次排列的P型緩衝層、第二P型半導體層、第二多重量子井結構層及第二P型半導體層；及
    第二光波導，形成於該第二光波導固定區，該第二光波導其中一側面與該第二多重量子井結構層一側面相對；及
    光纖，該光纖的一端收容於該第一光纖收容槽且端面與該第一光波導正對，另一端收容於該第二光纖收容槽且端面與該第二光波導正對。
  9. 如請求項8所述的光互連裝置，其中，該光互連裝置進一步包括第一電路基板和第二電路基板，分別具有導電線路，該雷射二極體磊晶模組固定並電連接於該第一電路基板，該光電二極體磊晶模組固定並電連接於該第二電路基板。
  10. 如請求項8所述的光互連裝置，其中，該光纖收容溝槽為V型溝槽。
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