TW202414929A - 光學裝置與其製造方法 - Google Patents

Abstract

此處說明光學裝置與其製造方法，其中雷射晶粒或其他異構裝置埋置於光學裝置中，並漸逝耦合至其他裝置。可自雷射晶粒漸逝耦合至波導、外部空腔、外部耦合器、或中介層基板。

Description

光學裝置與其製造方法

本發明實施例關於光學裝置，更特別關於其所含的雷射晶粒與光學中介層。

電性訊號與處理為傳輸與處理訊號所用的技術。特別是因為光纖相關應用用於訊號傳輸，近年來光學訊號與處理的應用越來越多。

光學訊號與處理通常與電性訊號與處理結合，以提供成熟應用。舉例來說，光纖可用於遠距訊號傳輸，而電性訊號可用於短距訊號傳輸以及處理控制。綜上所述，整合遠距光學構件與短距光學電性構件的裝置可用於轉換光學訊號與電性訊號，並處理光學訊號與電性訊號。因此封裝可包括含有光學(光子)裝置的光學晶粒，以及含有電子裝置的電子晶粒。

在一實施例中，光學裝置的製造方法包括接收雷射晶粒，且雷射晶粒包括第一接點沿著雷射晶粒的第一側；接合雷射晶粒的第一側至光學中介層，其中接合後的光學中介層包括第一波導與雷射晶粒相鄰並光學耦合至第一接點；以及接合電性積體電路至光學中介層。

在另一實施例中，光學裝置的製造方法包括形成具有雷射二極體的雷射晶粒；形成外部空腔，其與雷射二極體分開；接合雷射晶粒至光學中介層，其中接合後的雷射二極體與外部空腔耦合；以及接合第一半導體裝置至光學中介層。

在一實施例中，光學裝置包括雷射晶粒，其包括第一接點沿著雷射晶粒的第一側；光學中介層，接合至雷射晶粒的第一側，其中光學中介層包括第一波導以與雷射晶粒相鄰並光學耦合至第一接點；以及電性積體電路，接合至光學中介層。

下述詳細描述可搭配圖式說明，以利理解本發明的各方面。值得注意的是，各種結構僅用於說明目的而未按比例繪製，如本業常態。實際上為了清楚說明，可任意增加或減少各種結構的尺寸。

下述揭露內容提供許多不同實施例或實例以實施本發明的不同結構。下述特定構件與排列的實施例係用以簡化本發明而非侷限本發明。舉例來說，形成第一構件於第二構件上的敘述包含兩者直接接觸，或兩者之間隔有其他額外構件而非直接接觸。此外，本發明的多個實例可採用重複標號及/或符號使說明簡化及明確，但這些重複不代表多種實施例中相同標號的元件之間具有相同的對應關係。

此外，空間性的相對用語如「下方」、「其下」、「較下方」、「上方」、「較上方」、或類似用語可用於簡化說明某一元件與另一元件在圖示中的相對關係。空間性的相對用語可延伸至以其他方向使用之元件，而非侷限於圖示方向。元件亦可轉動90度或其他角度，因此方向性用語僅用以說明圖示中的方向。

以下將以嵌入緊密通用光子引擎(compact universal photonic engine, COUPE)的一或多個雷射晶粒，且自雷射晶粒漸逝耦合到其他光學裝置的實施例作說明。然而此處所述的實施例僅用於說明而非侷限本發明實施例。相反地，下述實施例可與多種實施方式結合，且這些實施方式完全包含於本發明實施例的範疇中。

圖1顯示一些實施例的光學中介層100 (見圖5)的初始結構。在圖1所示的具體實施例中，光學中介層100為光子積體電路(photonic integrated circuit, PIC)，且於此階段具有第一基板101、第一絕緣層103、與第一光學構件203的第一主動層201 (未圖示於圖1但將搭配圖2說明如下)所用的材料層105。一實施例在製造光學中介層100的製程的一開始，第一基板101、第一絕緣層103、與第一光學構件203的第一主動層201所用的材料層105可一起作為絕緣層上半導體基板的部分。首先考量第一基板101，其可為半導體材料如矽或鍺、介電材料如玻璃、或可結構支撐上方裝置所用的任何其他合適材料。

第一絕緣層103可為介電層，以分開第一基板101與上方的第一主動層201。在一些實施例中，第一絕緣層103可額外作為覆層材料的一部分，以圍繞後續製造的第一光學構件203 (如下所述)。在一實施例中，第一絕緣層103可為氧化矽、氮化矽、氧化鍺、氮化鍺、上述之組合、或類似物，且其形成方法可採用佈植(以形成埋置氧化物層)或採用沉積方法如化學氣相沉積、原子層沉積、物理氣相沉積、上述之組合、或類似方法以沉積於第一基板101上。然而亦可採用任何合適材料與製造方法。

第一主動層201所用的材料層105一開始為順應性的材料層(在圖案化之前)，其可用於開始製造第一光學構件203的第一主動層201。在一實施例中，第一主動層201所用的材料層105可為半透明材料，其可作為所需的第一光學構件203所用的核心材料，比如半導體材料如矽、鍺、矽鍺、上述之組合、或類似物。在其他實施例中，第一主動層201所用的材料層105可為介電材料如氮化矽或類似物。在其他實施例中，第一主動層201所用的材料層105可為III-V族半導體、鈮酸鋰材料、或聚合物。在沉積第一主動層201所用的材料層105的實施例中，沉積方法可採用磊晶成長、化學氣相沉積、原子層沉積、物理氣相沉積、上述之組合、或類似方法。在其他實施例中，第一絕緣層103的形成方法採用佈植方法，而第一主動層201的材料層105在佈植形成第一絕緣層103的佈植製程之前，一開始可為第一基板101的部分。然而亦可採用任何合適材料與製造方法以形成第一主動層201的材料層105。

如圖2所示，一旦準備好第一主動層201所用的材料層105，即可採用第一主動層201所用的材料層105製造第一主動層201的第一光學構件203。在實施例中，第一主動層201的第一光學構件203可包括構件如光學波導(比如脊形波導、肋形波導、埋置通道波導、擴散波導、或類似物)、耦合器(比如光柵耦合器、邊緣耦合器如寬度介於1 nm至約200 nm之間的窄化波導、或類似物)、定向耦合器、光學調製器(比如Mach-Zehnder 矽光子開關、微機電開關、微環形諧振器、或類似物)、放大器、多工器、多工解訊器、光電轉換器(比如p-n接面)、電光轉換器、雷射、上述之組合、或類似物。然而亦可採用任何合適的第一光學構件203。

可圖案化第一主動層201所用的材料層105成第一光學構件203的第一主動層201所需的形狀，以開始自初始材料形成第一光學構件203的第一主動層201。在一實施例中，圖案化第一主動層201所用的材料層105的方法可採用一或多個光微影遮罩與蝕刻製程。然而可採用任何合適方法以圖案化第一主動層201所用的材料層105。對一些第一光學構件203如波導或邊緣耦合器而言，圖案化製程為形成這些第一光學構件203的所有或至少主要的製造方法。

如圖3所示，採用其他製造製程以製造構件如採用電阻加熱單元的Mach-Zehnder矽光子開關，且可在圖案化第一主動層201所用的材料層之前或之前進行額外製程。舉例來說，可進行佈植製程、對不同材料(如電阻加熱單元或轉換器所用的III-V族材料)進行的額外沉積與圖案化製程、或類似製程，以利額外製造多種所需的第一光學構件203。如圖3所示的具體實施例中，可在第一主動層201的材料層105的圖案化部分上磊晶沉積半導體材料301如鍺(用於電/光訊號調製器和轉換器)。在此實施例中，可磊晶成長半導體材料301以利製造光電轉換器所用的光二極體。所有的這些製造製程、所有製造的合適第一光學構件203、與所有的這些組合完全包含於實施例的範疇中。

如圖4所示，一旦形成第一主動層201的獨立第一光學構件203，即可沉積第二絕緣層401以覆蓋第一光學構件203並提供額外的覆層材料。在一實施例中，第二絕緣層401可為使第一主動層201的獨立構件彼此分開並分開第一主動層的獨立構件與上方結構的介電層，且可額外作為圍繞第一光學構件203的覆層材料的另一部分。在一實施例中，第二絕緣層401可為氧化矽、氮化矽、氧化鍺、氮化鍺、上述之組合、或類似物，且其形成方法可採用沉積方法如化學氣相沉積、原子層沉積、物理氣相沉積、上述之組合、或類似方法。一旦沉積第二絕緣層401的材料，即可採用化學機械研磨製程平坦化材料，以平坦化第二絕緣層401的上表面(實施例中的第二絕緣層401完全覆蓋第一光學構件203)，或平坦化第二絕緣層401而與第一光學構件203的上表面齊平。然而亦可採用任何合適材料與製造方法。

如圖5所示，一旦製造第一主動層201的第一光學構件203並形成第二絕緣層401，即可形成第一金屬化層501以電性連接第一光學構件203的第一主動層201而控制彼此的電路，接著貼合裝置(未圖示於圖5，但搭配圖7進一步說明如下)。在一實施例中，第一金屬化層501由交錯的介電層與導電材料層所構成，且其形成方法為任何合適製程(如沉積、鑲嵌、雙鑲嵌、或類似製程)。在具體實施例中，多個金屬化層用於內連線多種第一光學構件203，但第一金屬化層501的精確數目取決於光學中介層100的設計。

此外，在製造第一金屬化層501時，可形成一或多個第二光學構件503作為第一金屬化層501的部分。在一些實施例中，第一金屬化層501的第二光學構件503可包括構件如耦合器(比如邊緣耦合器、光柵耦合器、或類似物)用於連接至外側訊號、光學波導(比如脊形波導、肋形波導、埋置通道波導、擴散波導、或類似物)、光學調製器(如Mach-Zehnder 矽光子開關、微機電開關、微環形諧振器、或類似物)、放大器、多工器、多工解訊器、光電轉換器(比如p-n接面)、電光轉換器、雷射、上述之組合、或類似物。然而亦可採用任何合適的光學構件用於一或多個第二光學構件503。

在一實施例中，一或多個第二光學構件503的形成方法，可先沉積一或多個第二光學構件503所用的材料。在一實施例中，一或多個第二光學構件503所用的材料可為介電材料(如氮化矽、氧化矽、上述之組合、或類似物)或半導體材料(如矽)，且其沉積方法可為化學氣相沉積、原子層沉積、物理氣相沉積、上述之組合、或類似方法。然而亦可採用任何合適材料與沉積方法。

一旦沉積或以其他方式形成一或多個第二光學構件503所用的材料，即可圖案化材料成一或多個第二光學構件503所需的形狀。在一實施例中，圖案化一或多個第二光學構件503的材料的方法可採用一或道光微影遮罩與蝕刻製程。然而亦可採用任何合適方法以圖案化一或多個第二光學構件503所用的材料。

對一些第二光學構件503如波導或邊緣耦合器而言，圖案化製程可為形成這些構件的所有或至少主要的製造方法。此外，對採用其他製造製程形成的這些構件(如採用電阻壓熱單元的Mach-Zehnder矽光子開關)而言，可在圖案化一或多個第二光學構件503之前或之後進行額外製程。舉例來說，亦可採用佈植製程、不同材料所用的額外的沉積與圖案化製程、所有的這些製程的組合、或類似製程，以利進一步製造多種所需的一或多個第二光學構件503。所有的這些製造製程、所有可製造的合適的一或多個第二光學構件503、以及所有的這些組合完全包含於實施例的範疇中。

一旦製造第一金屬化層501的一或多個第二光學構件503，即可形成第一接合層505於第一金屬化層501上。在一實施例中，第一接合層505可用於介電層對介電層與金屬對金屬的接合。在一些實施例中，第一接合層505的組成為第一介電材料509如氧化矽、氮化矽、或類似物。第一介電材料509的沉積方法可採用任何合適方法，比如化學氣相沉積、高密度電漿化學氣相沉積、物理氣相沉積、原子層沉積、或類似方法。然而亦可採用任何合適材料與沉積製程。

一旦形成第一介電材料509，即可形成第一開口於第一介電材料509中，以露出下方層的導電部分而準備形成第一接合墊507於第一接合層505中。一旦形成第一開口於第一介電材料509中，即可將晶種層與電鍍金屬填入第一開口以形成第一接合墊507於第一介電材料509中。晶種層可毯覆性地沉積於第一介電材料509與下方層的露出導電部分的上表面以及開口與第二開口的側壁之上。晶種層可包括銅層。晶種層的沉積製程可採用濺鍍、蒸鍍、電漿輔助化學氣相沉積、或類似方法，端視所需的材料而定。電鍍金屬沉積於晶種層上的方法可經由電鍍製程如電鍍或無電鍍。電鍍金屬可包括銅、銅合金、或類似物。電鍍金屬可為填充材料。在形成晶種層之前，可毯覆性地沉積阻障層(未圖示)於第一介電材料509的上表面與開口即第二開口的側壁之上。阻障層可包括鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、或類似物。

在填入第一開口之後，可進行平坦化製程如化學機械研磨以移除晶種層與電鍍金屬的多餘部分，以形成第一接合墊507於第一接合層505中。在一些實施例中，接合電通孔(未圖示)亦可用於連接第一接合墊507與下方導電部分，並經由下方導電部分連接第一接合墊507與第一金屬化層501。

此外，第一接合層505亦可包括一或多個第三光學構件511結合於第一接合層505中。此實施例在沉積第一介電材料509之前，可採用與一或多個上述第二光學構件503的方法及材料類似的方法及材料，製造一或多個第三光學構件511，比如至少部分經由沉積與圖案化製程形成的波導與其他結構。然而亦可採用任何合適結構、材料、與製造方法。

圖6A至6O顯示將連接至光學中介層100的雷射晶粒600的製造製程。雷射晶粒600用於產生光以供電至其他光學構件(如第一光學構件203、第二光學構件503、第三光學構件511、或類似物)，且可包括產生光的結構如雷射二極體602 (未圖示於圖6A，但搭配圖6B說明如下)。在具體實施例中，雷射二極體可為Fabry-Perot二極體，且可為III-V族材料、II-VI族材料、或任何其他合適材料為主的材料。

在一實施例中，形成雷射晶粒600的方法可先形成第一接點603、第一緩衝層605、含有多個量子井的第一主動二極體層607、第二緩衝層608、脊形材料609、與第二接點611於第二基板601上。在一實施例中，第二基板601的材料不只可用於結構支撐，還可作為磊晶成長上方材料所用的晶種材料，其可為2吋或4吋的材料晶圓。在具體實施例中，雷射晶粒600採用III-V族材料以形成所需層，而第二基板601的材料可為磷化銦、砷化鎵、或銻化鎵。在一些實施例中，雷射晶粒600採用II-VI族材料以形成所需層，而第二基板601的材料可為砷化鎵、碲化鎘、或硒化鋅。在其他實施例中，第二基板601可為藍寶石或半導體材料。亦可採用所有的合適材料。

第一接點603形成於第二基板601上。第一接點603形成放射所需雷射所用的雷射二極體602的一部分。在一實施例中，雷射晶粒600採用III-V族化合物，而第一接點603為化合物如磷化銦、氮化鎵、氮化銦、氮化鋁、氮化鋁鎵、氮化鋁銦、氮化鋁銦鎵、上述之組合、或類似物。此外，一實施例的雷射晶粒600採用II-VI族化合物，而第一接點603仍可採用III-V族材料如砷化鎵、磷化銦、銻化鎵、上述之組合、或類似物。

此外，為了幫助形成雷射二極體602 (如n-p二極體)以產生所需雷射，第一接點603可摻雜摻質。在第一接點603需具有n型導電型態的實施例中，第一接點603可摻雜n型摻質如磷、砷、銻、鉍、鋰、上述之組合、或類似物。在第一接點603需摻雜p型導電型態的其他實施例中，第一接點603可摻雜p型摻質如硼、鋁、鎵、銦、上述之組合、或類似物。然而亦可採用任何合適摻質。

在一些實施例中，第一接點603的形成方法可為磊晶成長製程如分子束磊晶，但亦可採用其他製程如氫化物氣相磊晶、液相磊晶、或類似製程。較佳在形成第一接點603進行原位摻雜，但亦可採用其他製程如離子佈植或擴散。

第一緩衝層605形成於第一接點603上，且有助於磊晶成長上方層(如第一主動二極體層607)，以自第一接點603的材料轉移至上方層的材料。在一實施例中，雷射晶粒600採用III-V族化合物，且第一緩衝層605為化合物如磷砷化銦鎵、砷化銦鎵鋁、砷化銦鎵、上述之組合、或類似物。此外，在雷射晶粒600採用II-VI族化合物的實施例中，第一緩衝層605可為II-VI族材料如硒化鈹鎂鋅、硒化鈹鋅鎘、碲化鈹、上述之組合、或類似物。此外，第一緩衝層605的沉積方法可採用磊晶成長製程如分子束磊晶，但亦可採用其他製程如氫化物氣相磊晶、液相磊晶、或類似方法，且其摻雜方式可與第一接點603類似。然而亦可採用任何合適材料與任何合適的沉積方法。

第一主動二極體層607形成於第一緩衝層605上。第一主動二極體層607設計以控制產生的光至所需波長。舉例來說，藉由調整與控制第一主動二極體層607中的元素組成比例，可調整第一主動二極體層607中的材料帶寬，進而調整最終放射的光波長。

第一主動二極體層607包括多個量子井。舉例來說，第一主動二極體層607中的量子井結構在採用III-V族材料的實施例中，可包括砷化銦鋁鎵、氮化銦鎵、氮化鎵、氮化鋁銦鎵、或類似物的層狀物。第一主動二極體層607中的量子井結構在採用II-VI族為主的材料的實施例中，可包括硒化鈹鋅鎘。舉例來說，第一主動二極體層607可包括任何數目的量子井，比如5至20個量子井。較佳採用第一緩衝層605作為成核層並採用有機金屬化學氣相沉積以磊晶成長量子井，但亦可採用其他製程如分子束磊晶、氫化物氣相磊晶、液相磊晶、或類似製程。

可視情況形成第二緩衝層608於第一主動二極體層607上，以利磊晶成長上方層(如脊形材料609)，以自第一主動二極體層607的材料轉移至上方層的材料。在一實施例中，雷射晶粒600採用III-V族化合物，而第二緩衝層608為化合物如磷砷化銦鎵、砷化銦鎵鋁、砷化銦鎵、上述之組合、或類似物。此外，此外，在雷射晶粒600採用II-VI族化合物的實施例中，第二緩衝層608可為II-VI族材料如硒化鈹鎂鋅、硒化鈹鋅鎘、碲化鈹、上述之組合、或類似物。此外，第二緩衝層608的沉積方法可採用磊晶成長製程如分子束磊晶，但亦可採用其他製程如氫化物氣相磊晶、液相磊晶、或類似方法，且可摻雜為與第一接點603相反的導電型態。舉例來說，當第一接點603摻雜為n型導電型態時，第二緩衝層608可摻雜為p型導電型態。然而亦可採用任何合適材料與任何合適沉積方法。

形成脊形材料609以利磊晶成長成長上方層(如第二接點611)，以自第二緩衝層608的材料轉移至上方層的材料。在一實施例中，雷射晶粒600採用III-V族化合物，而脊形材料609可為化合物如磷化銦或類似物。此外，當雷射晶粒600採用II-VI族化合物時，脊形材料609可為II-VI族材料如硒化鈹鎂鋅、硒化鈹鋅鎘、碲化鈹、上述之組合、或類似物。此外，可採用與第一接點603相反型態的摻質以摻雜脊形材料609，比如當第一接點603摻雜成n型導電型態時，可將脊形材料609摻雜成p型導電型態。脊形材料609可為一或多層，且其沉積方法可採用磊晶成長製程如分子束磊晶，但亦可採用其他製程如氫化物氣相磊晶、液相磊晶、或類似方法。然而亦可採用任何合適材料與任何合適的沉積方法。

第二接點611形成於脊形材料609上。第二接點611形成雷射二極體602的第二部分，且雷射二極體602可與第一接點603一起發光。在一實施例中，雷射晶粒600為III-V族為主的材料，第二接點611包括III-V族化合物如砷化銦鋁、氮化鎵、氮化銦、氮化鋁、氮化鋁鎵、氮化鋁銦、氮化鋁銦鎵、上述之組合、或類似物，其可摻雜第二導電形態(與第一接點603的第一導電型態相反)的摻質(如p型氮化鎵)。在另一實施例中，雷射晶粒600為II-VI族為主的材料，而第二接點611可為II-VI族材料如碲化鈹、硒化鈹鎂鋅、硒化鈹鋅鎘、上述之組合、或類似物。第二接點611的形成方法可為磊晶成長製程如有機金屬化學氣相沉積。然而亦可採用任何合適材料與任何其他合適製程如氫化物氣相磊晶、液相磊晶、分子束磊晶、或類似方法。

圖6B顯示圖案化第二接點611、脊形材料609、第二緩衝層608、第一主動二極體層607、第一緩衝層605、與第一接點603以形成所需雷射二極體602的層狀結構。在一實施例中，可採用第一光微影遮罩與蝕刻製程以圖案化第二接點611與脊形材料609。一旦圖案化第二接點611與脊形材料609的部分，即可採用第二光微影遮罩與蝕刻製程圖案化第二緩衝層608、第一主動二極體層607、與第一緩衝層605。最後可採用第三光微影遮罩與蝕刻製程圖案化第一接點603，使其具有絕熱錐形以利漸逝耦合到下方層。然而亦可採用任何合適的圖案化製程與任何合適的圖案化製程數目，以得雷射所需的圖案。

圖6B額外顯示沉積第一鈍化層613於結構上。在一實施例中，第一鈍化層613的組成可電性隔離與保護結構與上方結構，其材料可為氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、上述之組合、或類似物，且其沉積方法可採用化學氣相沉積製程、原子層沉積製程、物理氣相沉積製程、上述之組合、或類似方法。然而亦可採用任何合適材料與任何合適的沉積方法。

圖6C顯示圖案化第一鈍化層613以形成通孔開口穿過第一鈍化層613並露出第一接點603與第二接點611。在一實施例中，可採用光微影遮罩與蝕刻製程進行圖案化。然而亦可採用任何合適的圖案化製程。

圖6C額外顯示沉積接點615穿過通孔開口，並電性連接至第一接點603與第二接點611。在一實施例中，接點615可為導電材料如銅、鋁、金、鎢、上述之組合、或類似物，且其沉積方法可採用化學氣相沉積、原子氣相沉積、物理氣相沉積、電鍍、上述之組合、或類似方法。然而亦可採用任何合適材料與製造方法。

圖6D顯示沉積第二鈍化層617與第三鈍化層619於接點615上。在一實施例中，第二鈍化層617可為絕緣與保護材料如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、上述之組合、或類似物，且其沉積方法可採用化學氣相沉積、原子層沉積、物理氣相沉積、上述之組合、或類似方法。然而亦可採用任何合適材料與製造方法。

第三鈍化層619沉積於第二鈍化層617上，在後續圖案化製程時有利於保護第二鈍化層617的部分。在一實施例中，第三鈍化層619可為不同於第二鈍化層617的絕緣與保護材料，比如氮化矽、氧化矽、氮氧化矽、上述之組合、或類似物，且其沉積方法可採用化學氣相沉積、原子層沉積、物理氣相沉積、上述之組合、或類似方法。然而亦可採用任何合適材料與製造方法。

圖6E顯示圖案化第二鈍化層617與第三鈍化層619，以形成接點通孔開口穿過第二鈍化層617與第三鈍化層619而露出接點615。在一實施例中，可採用光微影遮罩與蝕刻製程進行圖案化。然而亦可採用任何合適的圖案化製程。

圖6E額外顯示沉積導電保護層621穿過接點通孔開口並電性連接至接點615。在一實施例中，導電保護層621可為導電材料的一或多層，其有助於蝕刻選擇性並密封(如抗濕氣)後續形成的導電延伸物623，以利避免導電延伸物623發生製程損傷。在具體實施例中，導電保護層621的材料可為鉭、鈦、氮化鉭、氮化鈦、上述之組合、或類似物，其沉積方法可為化學氣相沉積、原子氣相沉積、物理氣相沉積、電鍍、上述之組合、或類似方法。然而亦可採用任何合適材料或製造方法。

圖6F顯示形成導電延伸物623，其可接觸導電保護層621。在一實施例中，導電延伸物623可為導電材料如金屬，比如鋁、銅、鍺、上述之組合、或類似物，且其沉積方法可採用電鍍、化學氣相沉積、原子氣相沉積、物理氣相沉積、上述之組合、或類似方法。然而亦可採用任何合適材料與製造方法。

圖6F額外顯示圖案化導電延伸物623的方法。在一實施例中，電鍍導電延伸物623，比如在沉積製程時圖案化導電延伸物623，或在沉積之後圖案化導電延伸物623，且圖案化製程可採用光微影遮罩與蝕刻製程。然而亦可採用任何合適製程。

圖6G顯示沉積第四鈍化層625於導電延伸物623上。在一實施例中，第四鈍化層625為保護介電材料如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、上述之組合、或類似物，其沉積方法可採用化學氣相沉積、原子層沉積、物理氣相沉積、上述之組合、或類似方法。然而亦可採用任何合適材料與方法以形成第四鈍化層625。

如圖6H所示，一旦形成第四鈍化層625，可接合多個雷射二極體602 (如圖6H中的每個第二基板601上所示的多個結構)至半導體基板626，以形成重組晶圓628。在一實施例中，半導體基板626可為半導體材料，其可作為後續製程時的結構支撐，並作為散熱器以解決雷射過熱的問題，且可為矽晶圓、矽鍺晶圓、絕緣層上半導體晶圓、或類似物。在一些實施例中，半導體基板626可為12吋晶圓，但亦可採用任何合適尺寸與材料。

在一實施例中，可採用熔融接合製程以接合多個雷射二極體602至半導體基板626。舉例來說，一些實施例的熔融接合製程可先活化第四鈍化層625與半導體基板626的表面，接著物理接觸第四鈍化層625與半導體基板626以開始接合製程，並進一步強化接合。然而亦可採用任何其他合適的貼合製程，比如採用黏著劑。

圖6I顯示重組晶圓628的上視圖，而圖6H顯示重組晶圓628沿著圖6I中的剖線H-H’的剖視圖。如上視圖所示，重組晶圓628包括多個獨立的雷射二極體602貼合至半導體基板626。雖然圖6I顯示十個獨立的雷射晶粒600，但可貼合任何合適數目的雷射晶粒600至半導體基板626。

如圖6J所示，移除第二基板601以露出雷射晶粒600的第一接點603。在一實施例中，可採用平坦化製程如化學機械研磨製程、研磨製程、或類似方法移除第二基板601。在其他實施例中，可採用一或多道蝕刻製程移除第二基板601，以露出第一接點603。亦可採用任何合適方法。

如圖6K所示，一旦露出第一接點603，即可沉積填隙材料627以填入獨立的雷射晶粒600之間的區域，並再覆蓋新露出的第一接點603。在一實施例中，填隙材料627可為介電材料，且可作為底部覆層材料。在具體實施例中，填隙材料627可為氧化矽、氮化矽、旋轉塗佈玻璃、上述之組合、或類似物，其沉積方法可採用化學氣相沉積、物理氣相沉積、原子層沉積、上述之組合、或類似方法。然而亦可採用任何合適材料與任何合適的沉積方法。

圖6K額外顯示一旦沉積填隙材料627，即可平坦化與薄化填隙材料627。在一實施例中，平坦化填隙材料627的方法可採用化學機械研磨製程、研磨製程、或類似製程。在一些實施例中，可平坦化填隙材料627，使其在第一接點603上的厚度適於光學耦合於第一接點603與後續放置的裝置之間。在具體實施例中，填隙材料627的厚度可介於約5微米至約8微米之間。然而亦可採用任何合適的材料、沉積方法、與厚度。

如圖6L所示，一旦沉積與平坦化填隙材料627，即可形成導電通孔635以產生電性接點至導電延伸物623。在一實施例中，導電通孔635的形成方法先形成開口穿過第二鈍化層617。一旦形成開口，即可將導電材料如銅填入開口，其可採用晶種層與電鍍製程以填入並超填開口。一旦填入開口，即可採用平坦化製程如化學機械研磨製程以平坦化導電材料與填隙材料627。

圖6M顯示第二接合墊636形成於導電通孔635上。在一實施例中，第二接合墊636的組成可為導電材料如銅、鋁、金、上述之組合、或類似物，且其形成方法所採用的製程可為光微影遮罩與電鍍、毯覆性沉積後的光微影遮罩與蝕刻、或類似製程。然而亦可採用任何合適的材料與形成製程。

圖6M額外顯示沉積與平坦化第五鈍化層638於第二接合墊636上。在一實施例中，第五鈍化層638的形成方法所採用的材料與製程，可與搭配圖6H說明於上的填隙材料627所用的材料與製程類似，比如採用化學氣相沉積製程所形成的氧化矽。然而亦可採用任何合適材料與製程。

一旦沉積第五鈍化層638的材料，即可平坦化第五鈍化層638以再露出第二接合墊636，亦可薄化第二接合墊636與第五鈍化層638以準備之後接合至其他裝置。在具體實施例中，平坦化製程可為化學機械研磨製程、研磨製程、上述之組合、或類似方法，其亦可用於薄化第五鈍化層638的厚度至適於耦合，比如介於約50 nm至約400 nm之間。然而亦可採用任何合適製程與任何合適厚度。

圖6N及6O顯示用於切割獨立的雷射晶粒600以用於接合的切割製程。在圖6N所示的一實施例中，切割製程一開始可蝕刻開口於獨立的雷射晶粒600之間，並至少部分而非完全蝕刻開口至半導體基板626中。然而亦可採用任何合適方法以部分切割雷射晶粒600，比如雷射切割製程。

如圖6O所示，一旦部分地切割雷射晶粒600，即可薄化半導體基板626以露出開口並完成切割。在一實施例中，薄化方法可採用平坦化製程如研磨製程、化學機械研磨製程、上述之組合、或類似製程。然而亦可採用任何合適的薄化製程。

圖6P顯示多個雷射二極體602的上視圖，雷射二極體602可形成於半導體基板626上，而第一接點603可形成為絕熱錐形。具體而言，雖然在搭配圖6A至6O說明於上的內容中，製造一或兩個雷射二極體602於半導體基板626上，此僅用於說明而非侷限本發明實施例。可製造任何合適數目的雷射二極體602，比如圖6P所示的三個雷射二極體602。舉例來說，可製造任何數目的雷射二極體602 (如1至3個或10至12個雷射二極體602)。所有數目的雷射二極體602完全包含於實施例的範疇中。

如圖6Q所示，切割後可視情況移除半導體基板626。在一實施例中，可採用移除製程如物理分離(在採用黏著劑的實施例中)或化學機械研磨(在採用接合製程以貼合半導體基板626的實施例中)，以移除半導體基板626。然而亦可採用任何合適製程。

藉由採用上述製程，可隔離雷射二極體602的材料，比如以其他介電材料密封雷射二極體602的材料。如此一來，後續製程對雷射二極體602的材料的汙染較少。舉例來說，由於導電通孔635所用的通孔洞只穿過介電材料並止於金屬表面上，且金屬的材料為鉭、鈦、或氮化鉭，則快速飄移的顆粒汙染風險較少。

如圖7所式，接合分開的雷射晶粒600之一者至光學中介層100的第一接合層505。在具體實施例中，雷射晶粒600與第一接合層505的接合方法可採用介電層對介電層與金屬對金屬的接合製程。然而亦可採用任何其他合適的接合製程。

在具體實施例中，採用介電層對介電層與金屬對金屬的接合製程，其可先活化雷射晶粒600的表面與第一接合層505的表面。舉例來說，活化第一接合層505與雷射晶粒600的上表面的方法可為乾式處理、濕式處理、電漿處理、暴露至惰氣電漿、暴露至氫氣、暴露至氮氣、暴露至氧氣、上述之組合、或類似方法。舉例來說，在採用濕式處理的實施例中可採用RCA清潔。在另一實施例中，活化製程可包括其他種類的處理。活化製程有助於接合第一接合層505與雷射晶粒600。

在活化光學中介層100與雷射晶粒600之後，可採用化學沖洗清潔光學中介層100與雷射晶粒600，接著對準並放置雷射晶粒600以物理接觸光學中介層100。接著可熱處理並加壓光學中介層100與雷射晶粒600，以接合光學中介層100與雷射晶粒600。舉例來說，對光學中介層100與雷射晶粒600施加壓力與溫度以熔融光學中介層100與雷射晶粒600，而壓力可小於或等於約200 kPa，且溫度可介於約25˚C至約250˚C之間。之後可加熱光學中介層100與雷射晶粒600到高於或等於第一接合墊507與第二接合墊636的材料的共熔點以熔融金屬，比如介於約150˚C至約650˚C之間。在此方式中，光學中介層100與雷射晶粒600形成介電層對介電層與金屬對金屬的接合裝置。在一些實施例中，之後烘烤、退火、加壓、或以其他方式處理接合的晶粒，以強化或完成接合。

此外，雖然說明中以特定製程起始並強化接合，這些內容僅用於說明而非侷限實施例。相反地，可採用烘烤、退火、加壓、或任何製程的合適組合。所有的這些製程完全包含於實施例的範疇中。

一旦接合雷射晶粒600或在接合雷射晶粒600之前，亦可接合第一半導體裝置701至光學中介層100。在一些實施例中，第一半導體裝置701為電子積體電路(如不具有光學裝置的裝置)，且可具有半導體基板703、主動裝置層705、上方內連線結構707、第二接合層709、與相關的第三接合墊711。在一實施例中，半導體基板703可與第一基板101 (比如半導體材料如矽或矽鍺)類似，主動裝置層705如電晶體、電容器、電阻、或類似物可形成於半導體基板703上，內連線結構707可與第一金屬化層501類似(不具有光學構件)，第二接合層709可與第一接合層505類似，而第三接合墊711可與第一接合墊507類似。然而亦可採用任何合適裝置。

在一實施例中，第一半導體裝置701可設置為與光學中介層100一起工作以達所需功能。在一些實施例中，第一半導體裝置701可為高帶寬記憶體模組、xPU、邏輯晶粒、三維積體電路晶粒、中央處理器、圖形處理器、單晶片系統晶粒、微機電系統晶粒、上述之組合、或類似物。可採用具有任何合適功能的任何合適裝置，且所有的這些裝置完全包含於實施例的範疇中。

一旦準備第一半導體裝置701，即可接合第一半導體裝置701至光學中介層100。在一實施例中，可採用介電層對介電層與金屬對金屬的接合製程，以接合第一半導體裝置701至光學中介層100。在此實施例中，接合第一接合墊507至第三接合墊711並接合第一接合層505中的介電層至第二接合層709中的介電層，以接合第一半導體裝置701至光學中介層100的第一接合層505。舉例來說，此實施例可先採用乾式處理、濕式處理、電漿處理、暴露至惰氣、暴露至氫氣、暴露至氮氣、暴露至氧氣、或上述之組合，以活化第一半導體裝置701與光學中介層100的上表面。然而亦可採用任何合適的活化製程。

在活化製程之後，可採用化學沖洗清潔第一半導體裝置701與光學中介層，接著對準並放置第一半導體裝置701以物理接觸光學中介層100。接著對第一半導體裝置701與光學中介層100進行熱處理與加壓，以接合第一半導體裝置701與光學中介層100。舉例來說，對第一半導體裝置701與光學中介層100施加壓力與溫度以熔融第一半導體裝置701與光學中介層100，而壓力可小於或等於約200 kPa，且溫度可介於約25˚C至約250˚C之間。接著加熱第一半導體裝置701與光學中介層100至高於或等於第一接合墊507的材料的共熔點以熔融金屬接合墊，比如介於約150˚C至約650˚C之間。在此方式中，第一半導體裝置701與光學中介層100形成接合的裝置。在一些實施例中，接著烘烤、退火、加壓、或其他方式處理接合的晶粒，以強化並完成接合。

此外，雖然上述內容說明介電層對介電層與金屬對金屬的接合製程，此僅用於說明而非侷限本發明實施例。在其他實施例中，接合光學中介層100至第一半導體裝置701的方法可為金屬對金屬接合或另一接合製程。舉例來說，可由金屬對金屬接合的方法接合第一半導體裝置701與光學中介層100，其可採用熔融導電單元。可採用任何合適的接合製程，且這些方法完全包含於實施例的範疇之中。

圖7額外顯示一旦接合雷射晶粒600與第一半導體裝置701，即可沉積第二填隙材料713以填入雷射晶粒600與第一半導體裝置701之間的空間並提供額外支撐。在一實施例中，第二填隙材料713可為氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、上述之組合、或類似物。可沉積第二填隙材料713以填入與超填雷射晶粒600與第一半導體裝置701之間的空間。然而亦可採用任何合適材料與沉積方法。

一旦沉積第二填隙材料713，即可平坦化第二填隙材料713以露出雷射晶粒600與第一半導體裝置701。在一實施例中，平坦化製程可為化學機械研磨製程、研磨製程、或類似製程。然而亦可採用任何合適的平坦化製程。

如圖8所示，貼合支撐基板801至第一半導體裝置701、雷射晶粒600、與第二填隙材料713。在一實施例中，支撐基板801可為支撐材料，其對採用的光波長屬於透明材料如矽，且貼合的方法可採用黏著劑(未圖示於圖8)。然而在其他實施例中，可採用接合製程以接合支撐基板801至第一半導體裝置701、雷射晶粒600、與第二填隙材料713。亦可採用任何合適方法以貼合支撐基板801。

圖8亦顯示支撐基板801含有耦合透鏡803，其定位以利自光纖1005 (未圖示於圖8，但搭配圖10A說明於下)移動至第一光學構件203、第一金屬化層501的第二光學構件503、或第三光學構件511中的光柵耦合器。在一實施例中，耦合透鏡803的形成方法可為採用遮罩與蝕刻製程，使支撐基板的材料如矽成形。然而亦可採用任何合適製程。

如圖9所示，移除第一基板101並視情況移除第一絕緣層103，以露出第一光學構件203的第一主動層201。在一實施例中，可採用平坦化製程如化學機械研磨製程、研磨製程、一或多道蝕刻製程、上述之組合、或類似方法移除第一基板101與第一絕緣層103。然而亦可採用任何合適方法移除第一基板101及/或第一絕緣層103。

一旦移除第一基板101與第一絕緣層103，即可形成第四光學構件903的第二主動層901於第一主動層201的背側上。在一實施例中，第四光學構件903的第二主動層901的形成方法所用的材料與製程，可與第一金屬化層501的第二光學構件503所用的材料與製程類似(如搭配圖5說明於上的內容)。舉例來說，第四光學構件903的第二主動層901可由交錯的覆層材料(如氧化矽)與核心材料(如氮化矽)所構成，其形成方法可為沉積與圖案化製程，以形成光學構件如波導或類似物。

如圖10A所示，形成第一穿裝置通孔1001、形成第一外部連接物1003、並放置光纖1005以形成第一光學封裝1000。在一實施例中，第一穿裝置通孔1001延伸穿過第二主動層901與第一主動層201，以提供電源、資料、與地線穿過光學中介層100的快速通道。在一實施例中，第一穿裝置通孔1001的形成方法可為先形成穿裝置通孔開口至光學中介層100中。穿裝置通孔開口的形成方法可為施加與顯影合適的光阻(未圖示)，並移除第二主動層901與光學中介層100的露出部分。

一旦形成穿裝置通孔開口於光學中介層100中，即可襯墊穿裝置通孔開口。襯墊可為四乙氧基矽烷所形成的氧化物或氮化矽，但亦可改用任何合適的介電材料。襯墊的形成方法可採用電漿輔助化學氣相沉積製程，但亦可改用其他合適製程如物理氣相沉積或熱製程。

一旦沿著穿裝置通孔開口的側壁與底部形成襯墊，即可形成阻障層(未圖示)並將第一導電材料填入穿裝置通孔開口的其餘部分。第一導電材料可包括銅，但亦可採用其他合適材料如鋁、合金、摻雜多晶矽、上述之組合、或類似物。第一導電材料的形成方法可為電鍍銅至晶種層(未圖示)上，以填入與超填穿裝置通孔開口。一旦填入穿裝置通孔開口，即可由平坦化製程如化學機械研磨移除穿裝置通孔開口之外的多餘襯墊、阻障層、晶種層、與第一導電材料，但亦可採用任何合適的移除製程。

在一些實施例中，一旦形成第一穿裝置通孔1001，即可視情況形成第二金屬化層(未圖示於圖10A)以與第一穿裝置通孔1001電性連接。在一實施例中，形成第二金屬化層的方法可為形成第一金屬化層501的上述方法，比如採用鑲嵌製程、雙鑲嵌製程、或類似製程形成交錯的介電層與導電材料層。在其他實施例中，第二金屬化層的形成方法可採用電鍍製程以形成並成形導電材料，接著以介電材料覆蓋導電材料。然而亦可採用任何合適的結構與製造方法。

可形成第一外部連接物1003以提供第一穿裝置通孔1001或第二金屬化層至其他外部裝置之間的接點所用的導電區。第一外部連接物1003可為導電凸塊(如控制塌陷晶片連接、球格陣列、微凸塊、或類似物)或導電柱，其採用的材料可為焊料或銅。在一實施例中，第一外部連接物1003為接點凸塊，其材料可包括錫或其他合適材料(如銀、無鉛的錫、或銅)。在一實施例中，第一外部連接物1003為錫焊料凸塊，其形成方法可為先由常用方法如蒸鍍、電鍍、印刷、焊料轉移、放置球、或類似方法以形成錫層。一旦形成錫層於結構上，即可進行再流動使材料成形為所需的凸塊形狀。

在製程的此步驟中，可視情況貼合光纖1005。在一實施例中，光纖1005作為光學輸入/輸出埠至光學中介層100。在一實施例中，放置光纖1005以光學耦合光纖1005與光學輸入如光柵耦合器(未圖示於圖10A，其為第一光學構件203、第二光學構件503、或第三光學構件511的一部分)。以此位置放置光纖1005，可將離開光纖1005的光學訊號導向第一光學構件203的第一主動層201。類似地，光纖1005的位置可使離開第一光學構件203的第一主動層201的光學訊號導入傳輸所用的光纖1005。然而亦可採用任何合適位置。

固定光纖1005的方法可採用光學膠1007。在一些實施例中，光學膠1007包括聚合物材料如環氧-丙烯酸酯寡聚物，且其折射率可介於約1至約3之間。然而亦可採用任何合適材料。

此外，雖然圖式在製造製程的此步驟貼合光纖1005，但其僅用於說明而非侷限本發明實施例。相反地，可在製程的任何合適步驟貼合光纖1005，比如在後續密封(說明如下)之後貼合。亦可採用任何合適的貼合步驟，且在製程的任何步驟進行的所有貼合均完全包含於實施例的範疇中。

操作時可由光纖1005以及雷射晶粒600的光供電至光學構件(如第一光學構件203、第二光學構件503、與第三光學構件511)，而非只由光纖1005的光供電。這可使光纖1005作為輔助光學輸入/輸出或裝置間連接物，而非僅作為光源。首先考慮來自光纖1005的光，其自光纖1005導向第一光學構件203、第二光學構件503、或第三光學構件511中的光柵耦合器。第一光學構件203、第二光學構件503、或第三光學構件511中的波導依需求導向自光纖 1005 接收的訊號，而第一光學構件203、第二光學構件503、或第三光學構件511中的轉換器可將接收的訊號轉換成電性訊號，再將那些電性訊號傳送到其他裝置如第一半導體裝置701。出於相同原因，光纖1005亦可作為第一光學構件203、第二光學構件503、或第三光學構件511產生的光所用的輸出埠，進而作為輸入/輸出埠。

接著考量雷射晶粒600產生的光，圖10B顯示此光產生後的可能路徑之一(如路徑1009)。圖式省略其他結構如第二填隙材料713以利顯示此路徑。具體而言，雷射晶粒600所產生的光(自第一主動二極體層607產生並穿過第一接點603)漸逝耦合至第一接合層505的第三光學構件511中。來自第三光學構件511的光之後可耦合至第一金屬化層501中的第二光學構件503。可依需求將光導向裝置周圍，比如向下導至第一光學構件203。

圖10C顯示具有第一接點603與第二接點611 (以及中間層)的雷射二極體602，以及位於第一接合層505與第一金屬化層501中的波導的兩層的三維圖與透視圖。額外顯示的路徑1009中，雷射晶粒600產生的光自第一接點603傳播並耦合至相鄰的第一接合層505的第三光學構件511中。相鄰的波導可依需求導光，接著耦合光至第一金屬化層501的第二光學構件503 (如另一波導)中。

圖10D顯示另一實施例中，耦合雷射晶粒600與第一接合層505的第三光學構件511。然而在此實施例中，不採用單一雷射晶粒600以提供所有的所需雷射光，而是採用多個雷射晶粒600。以圖10D所示的實施例為例，可採用彼此相同的方法製造雷射晶粒600的第一者與第二者，或採用不同方法分開製造雷射晶粒600的第一者與第二者(比如用於產生不同光)。一旦準備完成，即可接合雷射晶粒600的第一者與第二者至第一接合層505如搭配圖7說明於上的內容，進而漸逝耦合雷射晶粒600與下方的第三光學構件511的部分。

圖10E顯示具有不同設置的另一多雷射晶粒600的實施例。在此實施例中，多個雷射晶粒600接合至第一接合層505的方式，與圖10D所示的實施例類似。然而在此實施例中，分開的雷射晶粒600位於第一半導體裝置701的相反兩側上。此佈置可依需求增加布線第三光學構件511的機會與位置。

圖10A至10G分別為另一實施例中，雷射晶粒600的剖視圖與三維圖，其中多個平行的雷射二極體602彼此相鄰，以提供任何合適與所需數量的雷射。在此實施例中，可同時製造雷射二極體602如搭配圖6A至6N說明於上的內容，但自初始的材料堆疊(見圖6A)形成多個雷射二極體602。此外，雖然圖10F及10G顯示三個雷射二極體602，此僅用於說明。可製造任何合適數目的雷射二極體602，且這些數目完全包含於實施例的範疇之中。

如圖11所示，一旦形成第一光學封裝1000，即可貼合第一光學封裝1000至中介層基板1101，其用於耦接第一光學封裝1000與其他裝置而形成基板上晶圓上晶片。在一實施例中，中介層基板1101包括半導體基板1103、第三金屬化層1105、第二穿裝置通孔1107、與第二外部連接物1109。半導體基板1103可包括摻雜或未摻雜的基體矽，或絕緣層上半導體基板的主動層。一般而言，絕緣層上半導體基板包括半導體材料層如矽、鍺、矽鍺、絕緣層上矽、絕緣層上矽鍺、或上述之組合。可採用其他基板如多層基板、組成漸變基板、或混合取向基板。

可視情況添加第一主動裝置(未圖示)至半導體基板1103。第一主動裝置包括廣大種類的主動裝置與被動裝置(如電容器、電阻、電感、或類似物)，其可用於產生半導體基板1103的設計所需的結構與功能需求。可採用任何合適方法形成第一主動裝置於半導體基板1103之中或之上。

第三金屬化層1105形成於半導體基板1103與第一主動裝置上，且設計為連接多種主動裝置以形成功能電路。在一實施例中，第三金屬化層1105由交錯的介電層(如低介電常數的介電材料、極低介電常數的介電材料、超低介電常數的介電材料、上述之組合、或類似物)與導電材料層所構成，且其形成方法可為任何合適製程(如沉積、鑲嵌、雙鑲嵌、或類似製程)。然而亦可採用任何合適材料與製程。

此外，在製造製程的任何所需時刻中，可形成第二穿裝置通孔1107於半導體基板1103中，且若需要的話可形成一或多層的第三金屬化層1105，以提供自半導體基板1103的前側至背側的電性連接。在一實施例中，第二穿裝置通孔1107的形成方法可為先形成穿裝置通孔開口至半導體基板1103與任何上方的第三金屬化層1105中(若需要的話，比如在形成所需的第三金屬化層1105之後，但在形成後續的上方第三金屬化層1105之前)。穿裝置通孔開口的形成方法可為施加與顯影合適光阻，並移除光阻露出的下方材料的部分至所需深度。可形成穿裝置通孔開口，其延伸至半導體基板1103中的深度大於半導體基板1103的最終所需高度。

一旦形成穿裝置通孔開口於半導體基板1103及/或任何第三金屬化層1105中，即可襯墊穿裝置通孔開口。襯墊可為四乙氧基矽烷所形成的氧化物或氮化矽，但亦可採用任何合適的介電材料。襯墊的形成方法可採用電漿輔助化學氣相沉積製程，但亦可採用其他合適製程如物理氣相沉積或熱製程。

一旦沿著穿裝置通孔開口的側壁與底部形成襯墊，即可形成阻障層並將第一導電材料填入穿裝置通孔開口的其餘部分。第一導電材料可包括銅，但亦可採用其他合適材料如鋁、合金、摻雜多晶矽、上述之組合、或類似物。第一導電材料的形成方法可為電鍍銅於晶種層上，以填入及/或超填穿裝置通孔開口。一旦填入穿裝置通孔開口，即可由平坦化製程如化學機械研磨移除穿裝置通孔開口之外的多餘襯墊、阻障層、晶種層、與第一導電材料，但亦可採用任何合適的移除製程。

一旦填入穿裝置通孔開口，即可薄化半導體基板1103直到露出第二穿裝置通孔1107。在一實施例中，薄化半導體基板1103的方法可採用化學機械研磨製程、研磨製程、或類似製程。此外，一旦露出第二穿裝置通孔1107，即可採用一或多道蝕刻製程如蝕刻製程使半導體基板1103凹陷，使第二穿裝置通孔1107延伸出半導體基板1103。

在一實施例中，第二外部連接物1109可置於半導體基板1103上，以與第二穿裝置通孔1107電性連接。第二外部連接物1109可為球格陣列，其包括共熔材料如焊料，但亦可採用任何合適材料。可視情況採用凸塊下金屬化層或額外金屬化層(未圖示於圖11)於半導體基板1103與第二外部連接物1109之間。在一實施例中，第二外部連接物1109為焊料凸塊，其形成方法可採用球落法(ball drop method)如直接球落製程。在另一實施例中，可先由任何合適方法如蒸鍍、電鍍、印刷、或焊料轉移形成錫層，接著進行再流動使材料成形為所需的凸塊形狀，以形成焊料凸塊。一旦形成第二外部連接物1109，即可進行測試以確保結構適用於後續製程。

一旦形成中介層基板1101，即可貼合第一光學封裝1000至中介層基板1101。在一實施例中，可對準第一外部連接物1003與中介層基板1101的導電部分，以貼合第一光學封裝1000至中介層基板1101。一旦對準與物理接觸，即可升高第一外部連接物1003的溫度超出第一外部連接物1003的共熔點而使第一外部連接物1003再流動，進而使第一外部連接物1003的材料轉變為液態。一旦再流動，即可降低溫度使第一外部連接物1003的材料轉變回固態，進而接合第一光學封裝1000至中介層基板1101。

圖11額外顯示接合第二半導體裝置1111與第三半導體裝置1113至半導體基板1103上。在一些實施例中，第二半導體裝置1111為電子積體電路如含有多個內連線的半導體基板的堆疊裝置。舉例來說，第二半導體裝置1111可為記憶體裝置如高帶寬記憶體模組、混合記憶體立方體模組、或含有多個堆疊的記憶體晶粒的類似物。在這些實施例中，第二半導體裝置1111包括穿裝置通孔所內連線的多個半導體基板。半導體基板可或可不各自具有主動裝置層以及上方的內連線結構、接合層、與相關的接合墊，以內連線第二半導體裝置1111中的多個裝置。

雖然一實施例中的第二半導體裝置1111為高帶寬記憶體模組，實施例當然不限於高帶寬記憶體模組的第二半導體裝置1111。相反地，第二半導體裝置1111可為任何合適的半導體裝置如處理器晶粒或其他種類的功能晶粒。具體而言，第二半導體裝置1111的實施例可為xPU、邏輯晶粒、三維積體電路晶粒、中央處理器、圖形處理器、單晶片系統晶粒、微機電系統晶粒、上述之組合、或類似物。亦可採用具有任何合適功能的任何合式裝置，且所有的這些裝置完全包含於實施例的範疇中。

第三半導體裝置1113可為另一電子積體電路，其可與第一光學封裝1000及第二半導體裝置1111一起工作。在一些實施例中，第三半導體裝置1113可與第二半導體裝置1111具有不同功能(比如第三半導體裝置1113為特用積體電路裝置)，或與第二半導體裝置1111具有相同功能(比如第三半導體裝置1113為另一高帶寬記憶體裝置)。

在一實施例中，可採用第三外部連接物1115接合第二半導體裝置1111與第三半導體裝置1113至中介層基板1101。第三外部連接物1115可為導電凸塊(如球格陣列、微凸塊、或類似物)或導電柱，其採用的材料可為焊料或銅。在一實施例中，第三外部連接物1115為接點凸塊，其材料可包括錫或其他合適材料(如銀、無鉛的錫、或銅)。在一實施例中，第三外部連接物1115為錫焊料凸塊，且其形成方法可為先由常用方法如蒸鍍、電鍍、印刷、焊料轉移、放置球、或類似方法形成錫層。一旦形成錫層於結構上，即可進行再流動使材料成形為所需的凸塊形狀。

此外，一旦放置第三外部連接物1115，即可對準第二半導體裝置1111及第三半導體裝置1113與中介層基板1101。一旦對準與物理接觸，即可升高第三外部連接物1115的溫度超出第三外部連接物1115的共熔點，使第三外部連接物1115再流動，進而使第三外部連接物1115的材料轉變成液態。一旦再流動，即可降低溫度使第三外部連接物1115的材料轉變回固態，進而接合第二半導體裝置1111與第三半導體裝置1113至中介層基板1101。

一旦接合第二半導體裝置1111與第三半導體裝置1113，即可放置底填材料1117。底填材料1117可降低應力，並保護第三外部連接物1115與第一外部連接物1003再流動所形成的接面。底填材料1117的形成方法，可為貼合第一光學封裝1000、第二半導體裝置1111、與第三半導體裝置1113之後的毛細流動製程。

在放置底填材料1117之後，可由密封劑1119密封第二半導體裝置1111、第三半導體裝置1113、與第一光學封裝1000。在一實施例中，密封劑1119可為成型化合物、環氧化物、或類似物。密封劑1119的施加方法可為壓縮成型、轉移成型、或類似方法。密封劑1119可進一步置於第二半導體裝置1111、第三半導體裝置1113、與第一光學封裝1000之間的間隙區中。可施加液態或半液態的密封劑1119，接著使其固化。

一旦放置密封劑1119，即可在密封劑1119上進行平坦化製程。一旦進行平坦化，平坦化製程後的密封劑1119、第二半導體裝置1111、第三半導體裝置1113、與第一光學封裝1000的上表面可實質上共平面(在製程變數中)。舉例來說，平坦化製程可為化學機械研磨、研磨製程、或類似製程。在一些實施例中，可省略平坦化製程。

一旦接合第二半導體裝置1111、第三半導體裝置1113、與第一光學封裝1000至中介層基板1101，即可由第二外部連接物1109接合中介層基板1101至第二基板1121。在一實施例中，第二基板1121可為封裝基板，其可為印刷電路板或類似物。第二基板1121可包括一或多個介電層與導電結構如導電線路與通孔。在一些實施例中，第二基板1121可包括穿孔、主動裝置、被動裝置、與類似物。第二基板1121可進一步包括導電墊形成於第二基板1121的上表面與下表面。

第二外部連接物1109可對準第二基板1121上的對應導電連接。一旦對準第二外部連接物1109，即可使第二外部連接物1109再流動而接合第二基板1121至中介層基板1101。然而亦可採用任何合適的接合製程以連接中介層基板1101至第二基板1121。

此外，可形成第四外部連接物1123於第二基板1121上，且第四外部連接物1123與第一光學封裝1000位於第二基板1121的相反兩側上，以準備第二基板1121進行後續製程。在一實施例中，第四外部連接物1123的形成方法所採用的製程及材料，可與第二外部連接物1109所用的製程及材料類似。然而亦可採用任何合適材料與製程。

藉由埋置雷射晶粒600至第一光學封裝1000中，可節省通常用於整合龐大且過度封裝的外部雷射的空間。舉例來說，中介層基板1101上的內部金屬布線如第三金屬化層1105，以及第一光學封裝1000中的內部金屬布線如第一金屬化層501，可電性驅動雷射晶粒600。此外，由於沒有額外的光纖耦合如外部雷射，原本損失的驅動功率(比如光柵耦合器造成的插入損失或極化感測被動構件造成的損失)可由漸逝耦合光到所需的光學構件中的方式保存。

圖12所示的變化中，第一光學封裝1000、第二半導體裝置1111、與第三半導體裝置1113接合至積體扇出式基板1200。在此實施例中，一開始形成積體扇出式穿裝置通孔1201於基板(未圖示)上以與第四半導體裝置1203及第五半導體裝置1205 (其可與第二半導體裝置1111及/或第三半導體裝置1113類似)相鄰，且形成方法可採用光微影遮罩與電鍍製程。一旦形成上述結構，即可由第二密封劑1207 (與密封劑1119類似)密封積體扇出式穿裝置通孔1201、第四半導體裝置1203、與第五半導體裝置1205，且可形成第四金屬化層1209 (與第一金屬化層501類似)。接著可移除基板，並形成第五金屬化層1211於積體扇出式穿裝置通孔1201的相反兩側上。

一旦形成積體扇出式基板1200，即可採用第三外部連接物1115接合第二半導體裝置1111與第三半導體裝置1113至積體扇出式基板1200，且可採用第一外部連接物1003貼合第一光學封裝1000。此外，可採用第二外部連接物1109接合積體扇出式基板1200至第二基板1121，並形成第四外部連接物1123於第二基板1121上。然而亦可採用任何合適製程與結構。

圖13A及13B顯示另一實施例中，接合雷射晶粒600至第一接合層505的初始步驟，而圖13B顯示圖13A所示的結構的橫向圖。然而在此實施例中，不採用介電層對介電層接合與金屬對金屬接合(如搭配圖1至12說明的上述內容)，而是形成單一熔融接合於雷射晶粒600與光學中介層100的第一接合層505之間。如圖13A所示的實施例中，形成雷射晶粒600如搭配圖6A至6K說明的上述內容，但不形成導電通孔635。

然而此實施例在切割之前，形成第五光學構件1309的第二主動層1305，其用於耦合雷射二極體602所產生的雷射至後續連接的裝置。在一實施例中，第五光學構件1309的第二主動層1305可由交錯的覆層材料1307 (比如介電層如氧化矽)與第五光學構件1309所組成。形成第五光學構件1309所用的材料及方法，可與形成第二光學構件503所用的材料及方法類似(如搭配圖5說明於上的內容)，以形成結構如波導。此外，雖然圖13A顯示光學構件的兩層，但可採用任何合適數目的波導的層狀物以及任何其他合適裝置，且可採用任何合適材料與任何合適製造方法。

圖13A及13B額外顯示沉積第六鈍化層1311於第五光學構件1309的第二主動層1305上的方法。在一實施例中，第六鈍化層1311可為絕緣覆層材料如氧化矽，其沉積方法可採用化學氣相沉積、原子層沉積、物理氣相沉積、上述之組合、或類似方法。然而亦可採用任何合適材料或操作方法。

如圖13C所示，只採用第一接合層505的第一介電材料509與第六鈍化層1311接合雷射晶粒600至光學中介層100。在此實施例中，沒有導電接點形成於貼合到雷射晶粒600的光學中介層100中，且表面保留第一接合層505的第一介電材料509的一部分。接合雷射晶粒600至第一接合層505的製程，一開始先活化雷射晶粒600的表面與第一接合層505的表面。舉例來說，活化第一接合層505與雷射晶粒600的上表面的方法，可包括乾式處理、濕式處理、電漿處理、暴露至惰氣電漿、暴露至氫氣、暴露至氮氣、暴露至氧氣、上述之組合、或類似方法。在一實施例中可採用濕式處理，比如採用RCA清潔。在另一實施例中，活化製程可包括其他種類的處理。活化製程有助於接合第一接合層505與雷射晶粒600。

在活化製程之後，可放置第一接合層505與雷射晶粒600成物理接觸。在一實施例中，放置雷射晶粒600以物理接觸第一接合層505的方法可採用對準製程，以最小化放置製程時的層疊差異。以活化製程化學地調整表面，一旦物理接觸即可開始材料之間的接合製程。

一旦物理接觸開始接合製程，接著可對組裝進行熱處理以強化接合。在一實施例中，第一接合層505與雷射晶粒600的處理溫度可介於約200˚C至約400˚C之間，以強化接合。在此方式中，熔融第一接合層505與雷射晶粒600以形成接合的裝置。

此外，雖然說明的特定製程起始與強化第一接合層505與雷射晶粒600之間的接合，這些內容僅用於說明而非侷限實施例。相反地，可採用烘烤、退火、加壓、或上述之任何合適組合。所有的這些製程完全包含於實施例的範疇之中。

圖13C更顯示在以熔融接合而非電性連接接合雷射晶粒600之後，繼續進行製程。具體而言，一旦接合雷射晶粒600，即採用介電層對介電層與金屬對金屬的接合製程如搭配圖7說明的上述內容，接合第一半導體裝置701至第一接合層505。然而亦可採用任何合適製程。

圖13D顯示繼續進行的製程，其沉積與平坦化第二填隙材料713於第一半導體裝置701與雷射晶粒600之間及/或之上。此外，貼合支撐基板801，移除第一基板101與第一絕緣層103，並形成第四光學構件903的第二主動層901。這些結構的形成方法可為搭配圖7至9說明如上的內容，但亦可採用任何合適的結構與製程。

圖13D額外顯示形成雷射晶粒通孔1303 (圖13D僅顯示一個)穿過第一光學構件203的第一主動層201至雷射晶粒600的方法。在一實施例中，雷射晶粒通孔1303延伸穿過光學中介層100，以提供電源與地線穿過光學中介層100至雷射晶粒600的快速通道。在一實施例中，雷射晶粒通孔1303的形成方法可為先形成穿裝置通孔開口。穿裝置通孔開口的形成方法可為施加與顯影合適的光阻(未圖示)，並移除光學中介層100的部分以露出雷射晶粒600。

一旦形成穿裝置通孔開口於光學中介層100中，即可襯墊穿裝置通孔開口。襯墊可為四乙氧基矽烷所形成的氧化物或氮化矽，但亦可改用任何合適的介電材料。襯墊的形成方法可採用電漿輔助化學氣相沉積製程，但亦可改用其他合適製程如物理氣相沉積或熱製程。

一旦沿著穿裝置通孔開口的側壁與底部形成襯墊，即可形成阻障層(未圖示)並將導電材料填入穿裝置通孔開口的其餘部分。導電材料可包括銅，但亦可採用其他合適材料如鋁、合金、摻雜多晶矽、上述之組合、或類似物。導電材料的形成方法可為電鍍銅於晶種層(未圖示)上，以填入及超填穿裝置通孔開口。一旦填入穿裝置通孔開口，即可經由平坦化製程如化學機械研磨移除穿裝置通孔開口之外的多餘襯墊、阻障層、晶種層、與導電材料，但亦可採用任何合適的移除製程。

圖13E顯示形成雷射晶粒通孔1303之後繼續進行的製程。舉例來說，可形成第一穿裝置通孔1001，可放置第一外部連接物1003，以及若需要的話可連接光纖1005 (未圖示於圖13E)。此外，在圖13E所示的此實施例中，可視情況形成搭配圖10A說明的上述第二金屬化層1301，以內連線第一穿裝置通孔1001及雷射晶粒通孔1303與第一外部連接物1003。然而亦可採用任何合適結構與方法。

藉由採用熔融接合以連接雷射晶粒600，第一光學封裝1000的設計製程可新增額外彈性。此彈性可使裝置得到漸逝耦合雷射晶粒600至光學中介層100的優點，而設計者仍可依需求與設計所用的最佳位置定位電性連接。

如圖13F及13G所示，一旦以熔融接合形成第一光學封裝1000，即可分別結合第一光學封裝1000至搭配圖11及圖12說明的上述結構。在一實施例中，具有熔融接合的第一光學封裝1000可接合至中介層基板1101 (圖13F)或積體扇出式基板1200 (圖13G)，且可持續製程如搭配圖11及12說明於上的內容。然而亦可採用任何合適製程與結構。

圖14A顯示其他實施例中，耦合雷射晶粒600與光學中介層100，但雷射晶粒600可與外部空腔1401結合，而外部空腔1401可與雷射晶粒600分開形成並作為第一接合層505中的第三光學構件511之一者，其中外部空腔1401由設計為光諧振空腔或反射器的波導所構成。在此實施例中，如圖14A所示的第一接合層505的部分，除了其他裝置(如波導或類似物)形成為第一接合層505的第三光學構件511的部分，外部空腔1401亦形成為第一接合層505的部分。在一實施例中，外部空腔1401的形成方式及製程，可與形成於第二光學構件503中的波導的形成方式及製程類似，比如沉積核心材料如氮化矽於覆層材料上，接著在沉積額外覆層材料如第一接合層505的第一介電材料509之前，採用光微影遮罩與蝕刻製程使核心材料成形為所需形狀。然而亦可採用任何合適材料與任何合適製程。

圖14B至14E係外部空腔1401的多種實施例的透視圖，而外部空腔1401可形成於第一接合層505中。如圖14B所示，外部空腔1401可具有環-總線-環，其包括一或多個波導1403、一或多個環1405與波導1403耦合、以及一或多個反射器1407。在一實施例中，一旦貼合雷射晶粒600，一或多個波導1403即可用於接收與傳輸雷射晶粒600所產生的光。在一具體實施例中，一或多個波導1403可包括至少一總線波導，且其形成方法可為先沉積核心材料如氮化矽，接著圖案化核心材料以形成波導1403。然而亦可採用任何合適材料與製造方法。

可形成一或多個環1405以耦合波導1403而形成環型協振器，且環1405可在操作時自雷射晶粒600產生的光濾除不想要的波長。在一實施例中，一或多個環1405的形成方式及方法，可與波導1403的形成方式及方法類似(比如沉積與圖案化核心材料如氮化矽)。然而亦可採用任何合適材料與製造方法。

可形成一或多個反射器1407以利將雷射晶粒600產生的光反射到所需方向。在一實施例中，一或多個反射器1407可為Sagnac反射器，其可耦合光至環中，使光以順時針與逆時針旋轉的方式傳播，進而反射一部分的光。在此實施例中，Sagnac反射器的形成方式及方法，可與波導1403的形成方式及方法類似(比如沉積於圖案化核心材料如氮化矽)。然而亦可採用任何合適材料與製造方法所形成的任何合適反射器。

圖14C顯示另一實施例採用的外部空腔1401，其具有一或多個波導1403與一或多個環1405。然而在此實施例中，不採用一或多個反射器1407，且一或多個波導1403與一或多個環1405配置成跑道狀，因此由雙環過濾器進行波長過濾。在此實施例中，外部空腔1401的構件的形成方式及方法，與一或多個波導1403的形成方式及方法類似(比如沉積與圖案化核心材料如氮化矽)。然而亦可採用任何合適材料與製造方法所形成的任何合適裝置。

圖14D顯示另一實施例採用的外部空腔1401，其具有一或多個波導1403、一或多個環1405、與一或多個反射器1407。在此實施例中，一或多個環1405彼此相鄰並耦合至一或多個波導1403以利過濾產生的光，而一或多個反射器1407 (如Sagnac反射器)用於將雷射晶粒600所產生的光的部分反射回所需方向。在此實施例中，外部空腔1401的構件的形成方式及方法，與一或多個波導1403的形成方式及方法類似(比如沉積與圖案化核心材料如氮化矽)。然而亦可採用任何合適材料與製造方法所形成的任何合適裝置。

圖14E顯示另一實施例採用的外部空腔1401，其具有一或多個波導1403、一或多個反射器1407、與一或多個布拉格光柵1409以利高功率的單一波長雷射。在此實施例中，一或多個反射器1407 (如Sagnac反射器)具有一或多個波導1403，並製造布拉格光柵1409於一或多個波導1403的任一側上。在此實施例中，布拉格光柵1409的形成方式及方法，與一或多個波導1403的形成方式及方法類似(比如沉積與圖案化核心材料如氮化矽)。然而亦可採用任何合適材料與製造方法所形成的任何合適裝置。

圖15A所示的雷射晶粒600可用於分開形成外部空腔1401與雷射晶粒600的實施例中，且外部空腔1401形成於光學中介層100中。在此實施例中，可先形成雷射晶粒600如搭配圖6A至6M說明的上述內容。然而在此實施例中，為了耦合至外部空腔1401的不同部分，雷射二極體602成形如圖15B的上視圖所示，比如具有多個絕熱錐形部分位於雷射二極體602的相反兩側上。在一實施例中，可在蝕刻製程時進行成形步驟如搭配圖6B說明於上的內容，比如在沉積第一鈍化層613之前的光微影遮罩與蝕刻製程。然而亦可採用任何合適形狀。

雷射二極體602在上視圖中可具有第二接點611 (與未圖示的下方層)。第二接點611的第一寬度W ₁介於約1微米至約4微米之間，而第一接點603的第二寬度W ₂介於約30微米至約100微米之間。此外，第二接點611可具有絕熱錐形部分，其向外延伸的錐形距離D _T介於約50微米至約300微米之間，而其餘的第二接點611的非錐形距離D _NT介於約1 mm至約3 mm之間。然而亦可採用任何合適尺寸。

圖15A額外顯示第二接合墊636形成於導電通孔635上。在一實施例中，可形成第二接合墊636如搭配圖6M說明於上的內容。然而亦可採用任何合適材料與任何合適的形成製程。

如圖16所示，沉積與平坦化第五鈍化層638於第二接合墊636上。在一實施例中，第五鈍化層638的形成方法所採用的材料與製程，可與搭配圖6H說明於上的填隙材料627所採用的材料與製程類似，比如採用化學氣相沉積製程所形成的氧化矽。然而亦可採用任何合適的材料與製程。

一旦沉積第五鈍化層638的材料，即可平坦化第五鈍化層638以再露出第二接合墊636。亦可薄化第二接合墊636與第五鈍化層638，以準備之後與外部空腔1401耦合。在具體實施例中，平坦化製程可為化學機械研磨製程、研磨製程、上述之組合、或類似製程，其可用於薄化第五鈍化層638至適於耦合的厚度，比如介於約50 nm至約400 nm之間的厚度。然而亦可採用任何合適製程與任何合適厚度。

圖17A及17B所示的切割製程，可用於切割獨立的雷射晶粒600以準備用於接合。在圖17A所示的實施例中，切割製程一開始可蝕刻開口於獨立的雷射晶粒600之間，且至少部分而非完全地蝕刻開口至半導體基板626之中。然而亦可採用任何合適方法以部分切割雷射晶粒600，比如採用雷射切割製程。

如圖17B所示，一旦部分地切割雷射晶粒600，即可薄化半導體基板626以露出開口並完成切割。在一實施例中，可採用平坦化製程如研磨製程、化學機械研磨製程、上述之組合、或類似方法進行薄化製程。然而亦可採用任何合適的薄化製程。

如圖18A所示，接合雷射晶粒600至第一接合層505。在一實施例中，雷射晶粒600的位置使雷射晶粒600中的雷射二極體602耦合至下方的第一接合層505中的外部空腔1401。可採用取放製程進行對準，但亦可採用任何合適製程。

一旦對準雷射晶粒600與外部空腔1401，雷射晶粒600可物理與電性接合至第一接合層505。在一實施例中，可進行接合如搭配圖7說明於上的內容，比如採用介電層對介電層與金屬對金屬的接合製程。然而亦可採用任何合適的接合製程。

雖然與外部空腔1401耦接的雷射晶粒600的上述接合方法可採用介電層對介電層與金屬對金屬的接合，此內容當然用於說明而非侷限本發明實施例。相反地，可採用任何合適的接合方法，比如搭配圖13A至13E說明於上的熔融接合製程。舉例來說，可只採用介電接合耦合雷射晶粒600與外部空腔1401。一旦完成接合，之後可形成雷射晶粒通孔1303以提供電源與地線連接。亦可採用任何合適方法接合並連接雷射晶粒600與第一接合層505。

圖18B至18E所示的三維圖與圖14B至14E所示的三維圖類似，但添加雷射二極體602。如圖所示，雷射二極體602可產生光，而光可耦合至下方的外部空腔1401中，其中將光導向其他裝置之前，可過濾、反射、或以類似方式處理光，且處理光的步驟與產生光的步驟分開。

如圖19A所示，一旦接合雷射晶粒600，使雷射晶粒600與外部空腔1401耦接，即可繼續進行製程如搭配圖8至12說明的上述內容。舉例來說，第一半導體裝置701接合至光學中介層100，完成第一光學封裝1000並與第二半導體裝置1111及第三半導體裝置1113一起接合至中介層基板1101，且中介層基板1101可接合至第二基板1121。然而可採用任何合適的貼合與製造製程。

圖19B顯示另一實施例，其採用積體扇出式基板1200。在此實施例中，第一半導體裝置701接合至光學中介層100，完成第一光學封裝1000並與第二半導體裝置1111及第三半導體裝置1113一起接合至積體扇出式基板1200，且積體扇出式基板1200可接合至第二基板1121。然而亦可採用任何合適的貼合與製造製程。

採用上述的外部空腔1401可達多種優點。舉例來說，採用外部空腔1401表示可由位於第一接合層505中的波導(如環形諧振器、分布的布拉格反射器、或類似物)對雷射二極體602所產生的波長進行濾波，且濾波步驟與雷射二極體602分開。如此一來，雷射二極體602中的材料(如III-V族材料)不會在選擇波長中取得電荷。綜上所述，放大製程可免於由光柵蝕刻與模態限制定義所造成的損傷，進而簡化材料的製造方法。此外，簡化製造製程表示設計可泛用且可基於雷射所需的功能，比如含有窄帶寬與可調雷射設計所用的環形諧振器、含有高功率單一波長雷射所用的分布布拉格反射器、或在相同晶片上一次採用多種雷射設計。

此外，藉由形成外部空腔1401於第一接合層505中，外部空腔1401的組成可為氮化矽或矽，其堅固耐用而可抵抗高功率的光相互作用，且不形成側壁空洞或缺陷，進而延長雷射晶粒 600 的使用壽命。此外在採用氮化矽時，可得氮化矽的優點如更能抵抗熱波動(因此在輕微溫度波動時維持光學特性)，並具有損耗較小的波導而減少所需的電性驅動功率。最後，與矽為主的空腔材料相較可增進雷射線寬，對更複雜的調製需求而言可改善雷射晶粒600的效能。

圖20A顯示分開製造外部空腔1401的另一實施例，而圖20B顯示圖20A的剖線B-B’的橫向圖。在這些實施例中，採用熔融接合而非介電層對介電層與金屬對金屬接合，以接合雷射晶粒600至光學中介層100。在圖20A的實施例中，雷射晶粒600的形成方式與搭配圖15說明的上述方式類似，但不形成第二接合墊636與導電通孔635。然而可採用任何合適結構與製造方法。

如圖20B所示，形成第五光學構件1309的第二主動層1305於填隙材料627上，並形成第六鈍化層1311。在此實施例中，可形成第五光學構件1309的第二主動層1305如搭配圖13A說明的上述內容，比如沉積核心材料如氮化矽，圖案化核心材料，沉積覆層材料於核心材料上，且接著沉積第六鈍化層1311。然而可採用任何合適結構與方法。

然而在此實施例中，除了可製造任何其他所需結構以作為第五光學構件1309的部分，可製造外部空腔1401以作為第五光學構件1309的部分。舉例來說，可搭配圖14B至14E說明的上述內容製造任何外部空腔1401 (比如形成具有Sagnac反射器的環-總線-環、形成跑道、或類似物)作為第五光學構件1309的部分，使雷射二極體602產生的光可進入外部空腔1401。然而亦可採用任何合適設計。

圖20C顯示外部空腔1401的三維透視圖，其將作為具有雷射二極體602的第五光學構件1309的部分，且此實施例具有三個雷射二極體602。在製造外部空腔1401於跑道設置中的實施例中，外部空腔1401可捕獲雷射二極體602所產生的光，且可在將光導向其他裝置之前濾光。

如圖20D所示，只採用第一接合層505的第一介電材料509與第六鈍化層1311接合雷射晶粒600至光學中介層100。在此實施例中，沒有導電接點位於即將貼合至雷射晶粒600的光學中介層100中，且表面維持第一接合層505的第一介電材料509的一部分。在一實施例中，可進行接合製程如搭配圖13說明的上述內容，但亦可採用任何合適製程，使第五光學構件1309與第一接合層505的第三光學構件511耦合。

圖20D亦顯示接合雷射晶粒與非電性連接物之後繼續的製程。具體而言，一旦接合雷射晶粒600，即可接合第一半導體裝置701至第一接合層505，其可採用介電層對介電層與金屬對金屬的接合製程，如搭配圖7說明於上的內容。然而亦可採用任何合適製程。

此外，一旦接合第一半導體裝置701，即可沉積與平坦化第二填隙材料713於第一半導體裝置701與雷射晶粒600之間及/或之上。此外，貼合支撐基板801、移除第一基板101與第一絕緣層103、並形成第四光學構件903的第二主動層901。這些結構的形成方法可為搭配圖7至9說明的上述內容，但亦可採用任何合適結構與製程。

製程持續形成雷射晶粒通孔1303 (圖20D僅顯示一個)，其穿過第一光學構件203的第一主動層201至雷射晶粒600。在一實施例中，製造雷射晶粒通孔1303的方法為搭配圖13D說明的上述內容，但亦可採用任何合適方法。一旦形成雷射晶粒通孔1303，即可形成第一穿裝置通孔1001、放置第一外部連接物1003 (若需要)、且可連接光纖1005 (未圖示於圖20D)。此外，在圖20D所示的實施例中，可視情況形成搭配圖10A說明的上述第二金屬化層1301，以內連線第一穿裝置通孔1001、雷射晶粒通孔1303、與第一外部連接物1003。然而亦可採用任何合適的結構與方法。

如圖20E及20F所示，一旦形成第一光學封裝1000的外部空腔1401，即可分別整合第一光學封裝1000至搭配圖11及圖12所示的上述結構中。具體而言，具有外部空腔的第一光學封裝1000可接合到中介層基板1101 (圖20E)或積體扇出式基板1200 (圖20F)，且可持續製程如搭配圖11及12說明如上的內容。然而亦可採用任何合適製程與結構。

圖21A至25所示的另一實施例中，自雷射晶粒600傳輸光。然而在此實施例中，雷射晶粒600埋置於傳輸裝置2300 (未圖示於圖21A)中，且經由外部耦合器如第一外部耦合器2201與第二外部耦合器2401 (未圖示於圖21A，但進一步搭配圖22及24說明如下)自傳輸裝置2300傳輸光至接收裝置2400 (未圖示於圖21A，但進一步搭配圖24說明如下)。圖21A係搭配圖6K及21B說明於上的結構的剖視圖，其顯示圖21A的剖線B-B'的結構橫向圖。在此實施例中，圖21A及21B的結構的製造方法可為搭配圖6A至6K說明的上述內容。然而亦可採用任何合適結構與任何合適製造方法。

如圖22A所示，形成第五光學構件1309的第二主動層1305，而第五光學構件1309將用於耦接傳輸裝置2300至接收裝置2400。在一實施例中，第五光學構件1309的第二主動層1305可由交錯的覆層材料1307 (比如介電層如氧化矽)與第五光學構件1309所組成，如搭配圖13A說明於上的內容。然而亦可採用任何合適結構與製造方法。

然而在此實施例中，除了以其他方式形成的第五光學構件1309 (比如用於導光的波導)，此實施例的第五光學構件1309的第二主動層1305更包括第一外部耦合器2201 (如圖22A中位於虛線框中的結構)。在一實施例中，第一外部耦合器2201用於接收雷射二極體602所產生的光，並將光傳輸出傳輸裝置2300。在具體實施例中，第一外部耦合器2201可為邊緣耦合器如多核心邊緣耦合器、單核心錐形邊緣耦合器、上述之組合、或類似物。然而亦可採用任何合適的外部耦合器。

圖22B顯示一實施例中的第一外部耦合器2201的三維透視圖，其中第一外部耦合器2201為多核心邊緣耦合器。在第一外部耦合器2201為多核心邊緣耦合器的實施例中，第一外部耦合器2201可包括多個核心2203位於錐形部分2205周圍，其中連續形成錐形部分2205與第五光學構件1309的波導部分。此圖移除周圍結構(如支撐所用的覆層材料與類似物)，以利顯示此實施例的第一外部耦合器2201的結構。

在一實施例中，多個核心2203的形成方式及材料，可與第五光學構件1309的其他構件的形成方式及材料類似，比如沉積核心材料如氮化矽、圖案化核心材料、以及沉積覆層材料於核心材料上。此外，此實施例可具有八個核心2203的陣列位於三層中，比如位於第一層2207、第二層2209、與第三層2211中。在3-2-3設置中，第一層2207可具有彼此對準的三個核心2203，第二層2209可具有彼此對準的兩個核心2203，且第三層2211可具有彼此對準的三個核心2203。此外，核心2203可彼此對準相同行中的其他核心。然而亦可採用任何合適數目的核心2203與任何合適數目的層狀物。

圖22C顯示圖22B所示的實施例的剖視圖，其中核心2203配置為3-2-3設置，其具有三個核心2203於第一層2207中、兩個核心2203於第二層2209中，以及三個核心2203於第三層2211中。在此圖中，圍繞的覆層材料(如覆層材料1307)在第一外部耦合器2201周圍，但此圖未顯示其他結構。此外，此實施例的獨立核心2203可各自具有相同尺寸，雖然其他實施例的獨立核心2203可具有不同尺寸。在具體實施例中，核心2203的第三寬度W ₃可介於約0.2微米至約0.6微米之間，而第一高度H ₁可介於約0.1微米至約0.3微米之間(比如約0.15微米)。此外，核心2203在第一方向中可彼此隔有第一間距P ₁，且在第二方向中可彼此隔有第二間距P ₂，第一間距P ₁可介於約2微米至約0.6微米之間，且第二間距P ₂可介於約1微米至約4微米之間(比如約2.1微米)。然而亦可採用任何合適尺寸。

圖22D至22F分別顯示第一外部耦合器2201的第一層2207、第二層2209、與第三層2211的上視圖。在圖22D所示的實施例中，獨立核心2203各自具有非錐形部分2210與錐形部分2213。在一實施例中，非錐形部分2210可具有第一長度L ₁與第四寬度W ₄，第一長度L ₁可介於約10微米至約40微米之間，而第四寬度W ₄可介於約100 nm至約400 nm之間。此外，錐形部分2213的第二長度L ₂可介於約400微米至約2000微米之間，且可自第四寬度W ₄向下逐漸縮小至第五寬度W ₅，且第五寬度W ₅可介於約100 nm至約300 nm之間。然而亦可採用任何合適尺寸。

圖22E顯示第二層2209的上視圖，其包括尺寸類似的兩個核心2203，如第一層2207中的核心2203 (搭配圖22D說明如上)。第二層2209可額外包括具有錐形部分2205的波導2215，其中錐形部分2205在與核心2203的錐形部分2213相反的方向中逐漸變細。在此實施例中，錐形部分2205可具有第二長度L ₂，且逐漸變細至第六寬度W ₆的尖端，且第六寬度W ₆可介於約100 nm至約300 nm之間。然而亦可採用任何合適尺寸。

圖22F顯示第三層2211的上視圖，其所含的三個核心2203的尺寸類似，如第一層2207中的核心2203 (搭配圖22D說明如上)。然而在其他實施例中，第三層2211中的核心2203可各自具有不同尺寸。

圖22G顯示另一實施例的波導2215、錐形部分2205、與核心2203，其中錐形部分2205延伸以對準核心2203的邊緣。在此實施例中，錐形部分2205可自連接至波導2215的第一端的第七寬度W ₇，向下逐漸縮小到第八寬度W ₈，第七寬度W ₇可介於約0.8微米至約2.1微米之間，而第八寬度W ₈可介於約50 nm至約200 nm之間。類似地，獨立核心2203可具有固定寬度(未圖示於圖22D)，或自第四寬度W ₄(如200 nm)逐漸縮小至第五寬度W ₅(如100 nm)。然而亦可採用任何合適尺寸。

藉由採用所述的多個核心2203，經由錐形部分2205進入第一外部耦合器2201的光可偶合至圍繞錐形部分2205的每一獨立核心2203。耦合至多個核心2203中，可使傳輸出第一外部耦合器2201的光的波前變形。變形所提供的輸出波前不同於單一核心邊緣耦合器所能達到的輸出波前，且藉由增加數值孔徑且在傳輸時收斂光而解決更遠距離傳輸的問題。此收斂可產生類似的傳輸與接收模式，並達到更高的模態重疊率。

圖23顯示形成多個核心2203之後繼續的製程。在一實施例中，一旦形成具有第一外部耦合器2201的第二主動層1305，即可形成第二穿通孔2301 (其與第一穿裝置通孔1001類似)、視情況形成的第六金屬化層2303 (其與第二金屬化層1301類似)、與第五外部連接物2305 (其與第一外部連接物1003類似)。在具體實施例中，第二穿通孔2301、視情況形成的第六金屬化層2303、與第五外部連接物2305 (具有相關的凸塊下金屬化層)的形成方法，可為搭配圖10A說明如上的內容。然而亦可採用任何合適方法與任何合適結構。

如圖24所示，一旦形成傳輸裝置2300，即可接合傳輸裝置2300至中介層基板1101。在一實施例中，可對準並再流動第五外部連接物2305，以接合傳輸裝置2300至中介層基板1101。然而亦可採用任何合適的接合方法。

圖24額外顯示接合接收裝置2400至中介層基板1101的方法。在一實施例中，接收裝置2400的形成方法所採用的結構及製程，可與搭配圖10A說明的上述光學中介層100的形成方法所採用的結構及製程類似，但不形成與放置雷射晶粒600於接收裝置2400中。具體而言，形成第一主動層201、第一金屬化層501、與第一接合層505，接合第一半導體裝置701，沉積第二填隙材料713而不接合雷射晶粒600，接合支撐基板801，並形成第二主動層901、第一穿裝置通孔1001、第二金屬化層1301、與第一外部連接物1003。

此外，此實施例中的第二主動層901可額外包括第四光學構件903 (如搭配圖9說明於上)，亦包括第二外部耦合器2401 (如圖24中的虛線框所標示)。在一實施例中，第二外部耦合器2401可與第一外部耦合器2201類似，比如具有多個核心2203光學耦合至第二主動層901的波導部分。然而亦可採用其他合適的外部耦合器。

一旦形成接收裝置2400，接收裝置2400可接合至中介層基板1101。在一實施例中，可接合接收裝置2400至中介層基板1101如搭配圖11說明的上述方法，比如採用第一外部連接物1003。然而亦可採用任何合適的接合方法。

然而此實施例在放置接收裝置2400與傳輸裝置2300時，額外使第一外部耦合器2201對準第二外部耦合器2401。在具體實施例中，接收裝置2400與傳輸裝置2300彼此可相隔第三距離D ₃，其可介於約30微米至約80微米之間，比如約40微米。然而亦可採用任何合適距離。

如圖25A所示，一旦接合接收裝置2400與傳輸裝置2300至中介層基板1101，即可將光學膠2501部分地填入傳輸裝置2300與接收裝置2400之間的空間。在一實施例中，光學膠2501可與光學膠1007類似，比如包括聚合物材料如環氧-丙烯酸酯寡聚物，且其折射率可介於約1至約3之間。然而亦可採用任何合適材料。

此外，一旦接合接收裝置2400與傳輸裝置2300至中介層基板1101，即可貼合光纖1005至接收裝置2400。在一實施例中，可貼合光纖1005如搭配圖10A說明於上的內容，比如採用光學膠1007。然而亦可採用任何合適的方法或裝置。

在操作時，雷射晶粒600產生的光可自雷射漸逝耦合到第五光學構件1309，其可將光導向第一外部耦合器2201。接著在核心2203將光傳輸出傳輸裝置2300之前，第一外部耦合器2201自第五光學構件1309 (如波導)漸逝耦合光至每一核心2203中。核心2203可支援即將導向的加寬模式，且可用於經由光學膠2501至接收裝置2400的遠距傳播。接收裝置2400中的第二外部耦合器2401可自第一外部耦合器2201接收光，並經由漸逝模態傳輸使光變形回單一波導，其接著將光導入第四光學構件903中，其中光可依需求傳送於整個接收裝置2400中。

圖25B係另一實施例中，不只將光學膠2501置入傳輸裝置2300與接收裝置2400之間的空間的一部分，而是施加光學膠2501以完全填入或超填傳輸裝置2300與接收裝置2400之間的空間。如此一來，光學膠2501可齊平或高於支撐基板801。

圖26係另一實施例中，採用第一外部耦合器2201與第二外部耦合器2401以自傳輸裝置2300傳輸光至接收裝置2400。在此實施例中，不接合接收裝置2400與傳輸裝置2300至中介層基板1101如搭配圖24說明的上述內容，而是直接接合接收裝置2400與傳輸裝置2300至第二基板1121。在一實施例中，接收裝置2400與傳輸裝置2300可接合至第二基板1121，比如採用第一外部連接物1003與第五外部連接物2305，如搭配圖12說明的上述內容。然而可採用任何合適方法。

圖27A至27F顯示第一外部耦合器2201的額外實施例，其亦可作為第二外部耦合器2401的額外實施例。在圖27A至27F所示的實施例中，多個核心2203的配飾方式使獨立核心2203對準相同行中的其他獨立核心2203。舉例來說，圖27A顯示3-3-3設置(如三列的獨立核心2203，且每一列距有三個獨立核心2203)，而圖27B顯示2-1-2設置。圖27C顯示1-3-1設置，圖27D顯示2-3-2設置，圖27E顯示4-4-4-4設置，而圖27F顯示2-2設置。然而亦可採用任何合適設置。

圖27G至27K顯示第一外部耦合器2201的其他實施例，其亦可作為第二外部耦合器2401的額外實施例。圖27G所示的設置類似於圖27A，而圖27H所示的設置類似於圖27B，以此類推。然而在圖27G至27K所示的實施例中，多個核心2203配置的方式使獨立核心2203對不準相同行中的其他獨立核心2203。在具體實施例中，相鄰層中的核心2203所偏移的第一偏移距離D _O小於約200微米。然而亦可採用任何合適的偏移距離。

在操作採用第一外部耦合器2201與第二外部耦合器2401的實施例時，雷射晶粒600產生的光先自雷射晶粒漸逝耦合至第五光學構件1309的第二主動層1305 (其耦合效率大於96%)，接著由傳輸裝置2300的側邊緣上的第一外部耦合器2201使光變形為較寬模式。在一些實施例中，變形可在無導向傳輸之內行進的 100微米內收斂，並有助於改善邊緣耦合場，使傳輸裝置 2300 輸出的光在無導向的自由空間中傳播而少量發散。自第一外部耦合器2201輸出後穿過光學膠2501並接觸第二外部耦合器2401的光其傳輸效率大於93%，進而釋放耦合距離與耦合效率之間的權衡。

在一具體例子中，第一外部耦合器2201為3-2-3設置(與圖22C所示的實施例類似)，40微米的耦合小率可小於0.2 dB (其95%的產率為-0.1775 dB)，且X偏移大於100微米時的Z偏移為+/- 4.3微米且Y偏移為+/- 4.3微米。如此一來，即使傳輸距離大於80微米，傳輸損失小於-0.5 dB。

在另一實施例中，第一外部耦合器2201為2-2的設置(與圖27F所示的實施例類似，其中核心尺寸為0.2微米x 0.15微米，且間距為約4.2微米)，40微米的耦合效率可小於-0.2 dB (其95%的產率為-0.1775 dB)，X偏離大於100微米時的Z偏移為+/- 6.5微米且Y偏移為+/- 6.5微米。如此一來，TE傳播損失可為約30%而TM傳播損失可為約80%，因此即使傳輸距離大於80微米，傳輸損失小於-0.5 dB。

圖28顯示另一實施例中，埋置雷射晶粒600於傳輸裝置2300中，且光至少部分經由漸逝耦合傳輸至接收裝置2400中。然而在此實施例中，不經由第一外部耦合器2201傳輸產生的光，而是將光漸逝地耦合至中介層基板1101中。此實施例如圖28所示，先形成中介層基板1101如搭配圖11說明的上述內容，且中介層基板1101包括半導體基板1103、第三金屬化層1105、與第二穿裝置通孔1107。然而亦可採用任何合適的結構與方法。

此外，此實施例一旦形成第三金屬化層1105，即可形成第二接合層2801於第三金屬化層1105上。在一實施例中，形成第二接合層2801的方法一開始可先形成第六光學構件2803與第二介電材料2805。在一實施例中，第六光學構件2803與第二介電材料2805的形成製程及材料，可與搭配圖5說明的上述第三光學構件511與第一介電材料509的形成製程及材料類似。然而亦可採用任何合適材料與方法。

如圖29所示，一旦製造第六光學構件2803與第二介電材料2805，即可製造第四接合墊2901於第二接合層2801中。在一實施例中，第四接合墊2901的材料及製程，可與搭配圖5說明的上述第一接合墊507的材料及製程類似。然而亦可採用任何合適製程與材料。

圖30顯示此實施例中，準備將傳輸裝置2300貼合至中介層基板1101。在一實施例中，形成傳輸裝置2300的方法可由與搭配圖22A說明的上述結構類似的結構開始。舉例來說，可製造雷射二極體602，且可製造第五光學構件1309的第二主動層1305以接收雷射二極體602所產生的光。

然而在此實施例中，不必形成第一外部耦合器2201。相反地，可在製程傳輸裝置2300時形成或省略第一外部耦合器2201。此外，可製造第三接合層3001 (與第一接合層505類似)，其具有第七光學構件3003 (與第三光學構件511類似)與第三介電材料3005 (與第一介電材料509類似)，而圖30僅顯示第七光學構件3003與第三介電材料3005。

圖31A顯示繼續製程以形成傳輸裝置2300。在一實施例中，一旦製造第七光學構件3003與第三介電材料3005，即可製造第二穿通孔2301並製造第五接合墊3101於第三接合層3001中，使第七光學構件3003與第五接合墊3101均存在於相同層中。在一實施例中，第五接合墊3101的形成製程及材料，可與搭配圖5說明的上述第一接合墊507的形成製程及材料類似。然而亦可採用任何合適結構與方法。

圖31B顯示另一實施例中，形成第五接合墊3101於波導之外。在此實施例中，形成第二主動層1305，沉積第三介電材料3005而不形成第七光學構件3003，並形成第五接合墊3101於第三介電材料3005中。然而亦可採用任何合適方法與材料。

圖32顯示此實施例中，接收裝置2400的形成方法。在一實施例中，製造方法一開始形成接收裝置2400如搭配圖9說明的上述結構，但不放置與接合雷射晶粒600。然而亦可採用任何合適的結構的製造方法。

此外，一旦形成第二主動層901，即可製造第四接合層3201 (與第一接合層505類似)，其具有第八光學構件3203 (與第三光學構件511類似)與第四介電材料3205 (與第一介電材料509類似)，且圖32僅顯示第八光學構件3203與第四介電層3205。

圖33所示的實施例中，一旦形成第八光學構件3203與第四介電材料3205，即可形成第一穿裝置通孔1001。在一實施例中，可形成第一穿裝置通孔1001如搭配圖10A說明的上述內容。然而亦可採用任何合適方法與材料。

圖33額外顯示形成第六接合墊3301以作為第四接合層3201的部分的方法。在一實施例中，形成第六接合墊3301所採用的材料及方法，可與搭配圖5說明的形成上述第一接合墊507所採用的材料及方法類似。然而可採用任何合適方法。

如圖34所示，接合傳輸裝置2300與接收裝置2400至中介層基板1101。在一實施例中，傳輸裝置2300與接收裝置2400各自接合至中介層基板1101的方法可採用介電層對介電層與金屬對金屬的接合製程，其可與搭配圖7說明的上述製程類似。然而亦可採用任何其他合適製程如熔融接合製程。

圖34額外顯示一旦接合傳輸裝置2300與接收裝置2400至中介層基板1101，即可繼續製程。舉例來說，可將密封劑1119置於傳輸裝置2300與接收裝置2400周圍、接合中介層基板1101至第二基板1121、且可貼合光纖1005。

在操作時，埋置於傳輸裝置2300中的雷射二極體602所產生的光，可先耦合至第三接合層3001中的第五光學構件1309與第七光學構件3003。因此光可漸逝耦合至中介層基板1101中的第六光學構件2803，中介層基板1101中的波導可將光導向接收裝置2400，且光可漸變耦合至第四接合層3201的第八光學構件3203中。接著可依需求將光導向接收裝置2400周圍。

如此一來，可由波導與經由中介層基板1101的漸逝耦合，光學連接傳輸裝置2300與接收裝置2400。此外，由於以此方式進行耦合，傳輸裝置2300與接收裝置2400之間的耦合效率可大於約96%。此外，可保留大部分的光學功率，以有效轉換與使用能量。

圖35A至35C顯示另一實施例中，經由中介層基板1101耦合光。首先如圖35A所示的實施例中，第六光學構件2803與第二介電材料2805為多層而非在單層中。如此一來，第六光學構件2803可為三層或更多層。然而可形成任何合適層數的第六光學構件2803與第二介電材料2805。

圖35B顯示第五接合墊3101的形成方法。在一實施例中，第五接合墊3101的形成方法可為搭配圖31A說明的上述方法，但延伸穿過第六光學構件2803的每一層以與第三金屬化層1105的導電單元產生電性連接。然而亦可採用任何合適的形成方法。

圖35C繼續製程，其中傳輸裝置2300與接收裝置2400接合與耦合至中介層基板1101。此外，密封傳輸裝置2300與接收裝置2400並接合第二基板1121。

圖36A至36C顯示的上述實施例關於耦合雷射晶粒600，但此概念不限於耦合雷射晶粒600。相反地，此概念可用於耦合多種異構裝置到任何上述實施例。舉例來說，圖36A顯示漸逝耦合可用於耦合具有材料(如磷化銦、磷砷化鎵銦、砷化鎵銦鋁、磷砷化鎵銦/磷化銦、與砷化銦鋁)的堆疊的半導體光學放大器3601 (如III-V族半導體光學放大器)至光學中介層100的第一接合層。此外，圖36B顯示具有鍺位於摻雜矽的p-n接面上的鍺為主的調製器3603亦可漸逝耦合。圖36C顯示亦可採用電光轉換器3605如鈮酸鋰調製器。所有這些調製器或類似裝置與所有這些接合方法可用於內連線這些裝置，且所有這些裝置完全符合圖1至35C所示的任何上述實施例的範疇。

藉由採用上述的雷射晶粒600，可節省通常用於整合龐大且過度封裝的外部雷射的空間。舉例來說，中介層基板1101上的內部金屬布線如第三金屬化層1105，可電性驅動雷射晶粒600。此外，由於沒有額外的光纖耦合如外部雷射，原本損失的驅動功率(比如光柵耦合器造成的插入損失或極化感測被動構件造成的損失)可由漸逝耦合光到所需的光學構件中的方式保存，進而產生更節能的裝置。

在一實施例中，光學裝置的製造方法包括接收雷射晶粒，且雷射晶粒包括第一接點沿著雷射晶粒的第一側；接合雷射晶粒的第一側至光學中介層，其中接合後的光學中介層包括第一波導與雷射晶粒相鄰並光學耦合至第一接點；以及接合電性積體電路至光學中介層。在一實施例中，接合步驟至少部分地進行介電層對介電層與金屬對金屬的接合製程。在一實施例中，接合步驟進行熔融接合製程。在一實施例中，方法更包括在接合步驟之後，形成穿通孔至雷射晶粒。在一實施例中，方法更包括在接合步驟之後，在與雷射晶粒相反側的光學中介層的一側上形成多個光學構件。在一實施例中，方法更包括接合光學中介層至中介層基板。在一實施例中，方法更包括接合光學中介層至積體扇出式基板。

在另一實施例中，光學裝置的製造方法包括形成具有雷射二極體的雷射晶粒；形成外部空腔，其與雷射二極體分開；接合雷射晶粒至光學中介層，其中接合後的雷射二極體與外部空腔耦合；以及接合第一半導體裝置至光學中介層。在一實施例中，接合步驟接合雷射晶粒的第一導電部分至光學中介層的第二導電部分。在一實施例中，接合步驟為熔融接合製程。在一實施例中，方法更包括形成穿通孔穿過光學中介層至雷射晶粒。在一實施例中，形成外部空腔的步驟形成外部空腔以作為光學中介層的部分。在一實施例中，形成外部空腔的步驟形成外部空腔作為雷射晶粒的部分。在一實施例中，形成外部空腔的步驟形成環-總線-環的外部空腔。

在一實施例中，光學裝置包括雷射晶粒，其包括第一接點沿著雷射晶粒的第一側；光學中介層，接合至雷射晶粒的第一側，其中光學中介層包括第一波導以與雷射晶粒相鄰並光學耦合至第一接點；以及電性積體電路，接合至光學中介層。在一實施例中，光學中介層經由介電層對介電層的接合與金屬對金屬的接合，接合至雷射晶粒。在一實施例中，光學中介層經由熔融接合，接合至雷射晶粒。在一實施例中，穿通孔連接至雷射晶粒。在一實施例中，光學裝置更包括多個光學構件位於與雷射晶粒相反側的光學中介層的一側上。在一實施例中，光學裝置更包括積體扇出式基板接合至光學中介層。

在又一實施例中，光學裝置的製造方法包括：形成傳輸裝置，且形成傳輸裝置的步驟包括：形成雷射二極體；沉積填隙材料於雷射二極體周圍；以及形成光學構件的第一層，且光學構件的第一層包括第一外部耦合器；形成接收裝置，且形成接收裝置的步驟包括：形成光學中介層；接合第一半導體裝置至光學中介層；以及形成光學構件的第二層，且光學構件的第二層包括第二外部耦合器；以及接合傳輸裝置與接收裝置至中介層基板，其中接合後的傳輸裝置與接收裝置之後的第一外部耦合器對準第二外部耦合器。在一實施例中，方法更包括自第一耦合器傳輸光至第二外部耦合器。在一實施例中，第一外部耦合器為多核心邊緣耦合器。在一實施例中，多核心邊緣耦合器包括2-3-2設置的八個核心。在一實施例中，多核心邊緣耦合器包括多行的核心，其中每一行中的核心彼此對準。在一實施例中，多核心邊緣耦合器包括多行的核心，其中每一行中的核心彼此對不準。

上述實施例之特徵有利於本技術領域中具有通常知識者理解本發明。本技術領域中具有通常知識者應理解可採用本發明作基礎，設計並變化其他製程與結構以完成上述實施例之相同目的及/或相同優點。本技術領域中具有通常知識者亦應理解，這些等效置換並未脫離本發明精神與範疇，並可在未脫離本發明之精神與範疇的前提下進行改變、替換、或更動。

B-B’,H-H’:剖線 D _NT:非錐形距離 D _O:第一偏移距離 D _T:錐形距離 D ₃:第三距離 H ₁:第一高度 L ₁:第一長度 L ₂:第二長度 P ₁:第一間距 P ₂:第二間距 W ₁:第一寬度 W ₂:第二寬度 W ₃:第三寬度 W ₄:第四寬度 W ₅:第五寬度 W ₆:第六寬度 W ₇:第七寬度 W ₈:第八寬度 100:光學中介層 101:第一基板 103:第一絕緣層 105:材料層 201:第一主動層 203:第一光學構件 301:半導體材料 401:第二絕緣層 501:第一金屬化層 503:第二光學構件 505:第一接合層 507:第一接合墊 509:第一介電材料 511:第三光學構件 600:雷射晶粒 601:第二基板 602:雷射二極體 603:第一接點 605:第一緩衝層 607:第一主動二極體層 608:第二緩衝層 609:脊形材料 611:第二接點 613:第一鈍化層 615:接點 617:第二鈍化層 619:第三鈍化層 621:導電保護層 623:導電延伸物 625:第四鈍化層 626,703,1103:半導體基板 627:填隙材料 628:重組晶圓 635:導電通孔 636:第二接合墊 638:第五鈍化層 701:第一半導體裝置 705:主動裝置層 707:內連線結構 709,2801:第二接合層 711:第三接合墊 713:第二填隙材料 801:支撐基板 803:耦合透鏡 901:第二主動層 903:第四光學構件 1000:第一光學封裝 1001:第一穿裝置通孔 1003:第一外部連接物 1005:光纖 1007,2501:光學膠 1009:路徑 1101:中介層基板 1105:第三金屬化層 1107:第二穿裝置通孔 1109:第二外部連接物 1111:第二半導體裝置 1113:第三半導體裝置 1115:第三外部連接物 1117:底填材料 1119:密封劑 1121:第二基板 1123:第四外部連接物 1200:積體扇出式基板 1201:積體扇出式穿裝置通孔 1203:第四半導體裝置 1205:第五半導體裝置 1207:第二密封劑 1209:第四金屬化層 1211:第五金屬化層 1301:第二金屬化層 1303:雷射晶粒通孔 1305:第二主動層 1307:覆層材料 1309:第五光學構件 1311:第六鈍化層 1401:外部空腔 1403,2215:波導 1405:環 1407:反射器 1409:布拉格光柵 2201:第一外部耦合器 2203:核心 2205,2213:錐形部分 2207:第一層 2209:第二層 2210:非錐形部分 2211:第三層 2300:傳輸裝置 2301:第二穿通孔 2303:第六金屬化層 2305:第五外部連接物 2400:接收裝置 2401:第二外部耦合器 2803:第六光學構件 2805:第二介電材料 2901:第四接合墊 3001:第三接合層 3003:第七光學構件 3005:第三介電材料 3101:第五接合墊 3201:第四接合層 3203:第八光學構件 3205:第四介電材料 3301:第六接合墊 3601:半導體光學放大器 3603:調製器 3605:電光轉換器

圖1至10G係一些實施例中，具有埋置的雷射晶粒的第一光學封裝的形成方法。 圖11至12係一些實施例中，含有第一光學封裝於基板上的結構。 圖13A至13G係一些實施例中，具有熔融接合的第一光學封裝的形成方法。 圖14A至20F係一些實施例中，具有外部空腔的第一光學封裝的形成方法。 圖21A至27K係一些實施例中，具有第一外部耦合器與第二外部耦合器的第一傳輸裝置與第二傳輸裝置的形成方法。 圖28至35C係一些實施例中，耦接第一傳輸裝置與第二傳輸裝置的中介層的形成方法。 圖36A至36C係一些實施例中，額外用於每一實施例的雷射晶粒的其他裝置。

100:光學中介層

201:第一主動層

203:第一光學構件

401:第二絕緣層

501:第一金屬化層

503:第二光學構件

505:第一接合層

509:第一介電材料

511:第三光學構件

600:雷射晶粒

636:第二接合墊

701:第一半導體裝置

703:半導體基板

705:主動裝置層

707:內連線結構

709:第二接合層

713:第二填隙材料

801:支撐基板

803:耦合透鏡

901:第二主動層

903:第四光學構件

1000:第一光學封裝

1001:第一穿裝置通孔

1003:第一外部連接物

1005:光纖

1007:光學膠

Claims (20)

1. 一種光學裝置的製造方法，包括： 接收一雷射晶粒，且該雷射晶粒包括一第一接點沿著該雷射晶粒的一第一側； 接合該雷射晶粒的該第一側至一光學中介層，其中接合後的該光學中介層包括一第一波導與該雷射晶粒相鄰並光學耦合至該第一接點；以及 接合一電性積體電路至該光學中介層。
2. 如請求項1之光學裝置的製造方法，其中該接合步驟至少部分地進行介電層對介電層與金屬對金屬的接合製程。
3. 如請求項1之光學裝置的製造方法，其中該接合步驟進行熔融接合製程。
4. 如請求項3之光學裝置的製造方法，更包括在該接合步驟之後，形成一穿通孔至該雷射晶粒。
5. 如請求項1之光學裝置的製造方法，更包括在該接合步驟之後，在與該雷射晶粒相反側的該光學中介層的一側上形成多個光學構件。
6. 如請求項1之光學裝置的製造方法，更包括接合該光學中介層至一中介層基板。
7. 如請求項1之光學裝置的製造方法，更包括接合該光學中介層至一積體扇出式基板。
8. 一種光學裝置的製造方法，包括： 形成具有一雷射二極體的一雷射晶粒； 形成一外部空腔，其與該雷射二極體分開； 接合該雷射晶粒至一光學中介層，其中接合後的該雷射二極體與該外部空腔耦合；以及 接合一第一半導體裝置至該光學中介層。
9. 如請求項8之光學裝置的製造方法，其中該接合步驟接合該雷射晶粒的第一導電部分至該光學中介層的第二導電部分。
10. 如請求項8之光學裝置的製造方法，其中該接合步驟為熔融接合製程。
11. 如請求項10之光學裝置的製造方法，更包括形成一穿通孔穿過該光學中介層至該雷射晶粒。
12. 如請求項8之光學裝置的製造方法，其中形成該外部空腔的步驟形成該外部空腔以作為該光學中介層的部分。
13. 如請求項8之光學裝置的製造方法，其中形成該外部空腔的步驟形成該外部空腔作為該雷射晶粒的部分。
14. 如請求項8之光學裝置的製造方法，其中形成該外部空腔的步驟形成環-總線-環的該外部空腔。
15. 一種光學裝置，包括： 一雷射晶粒，包括一第一接點沿著該雷射晶粒的一第一側； 一光學中介層，接合至該雷射晶粒的該第一側，其中該光學中介層包括一第一波導以與該雷射晶粒相鄰並光學耦合至該第一接點；以及 一電性積體電路，接合至該光學中介層。
16. 如請求項15之光學裝置，其中該光學中介層經由介電層對介電層的接合與金屬對金屬的接合，接合至該雷射晶粒。
17. 如請求項15之光學裝置，其中該光學中介層經由熔融接合，接合至該雷射晶粒。
18. 如請求項17之光學裝置，其中一穿通孔連接至該雷射晶粒。
19. 如請求項15之光學裝置，更包括多個光學構件位於與該雷射晶粒相反側的該光學中介層的一側上。
20. 如請求項15之光學裝置，更包括一積體扇出式基板接合至該光學中介層。

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