[发明专利]高对比度光栅光电子器件

说明书

相关申请的交叉引用

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关于联邦政府资助的研究发展声明

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背景技术

用于近代光电子和光子应用的光电子装置通常既包括生成光的发射器、又包括接 收和检测光的光电检测器，发射器比如为激光器和发光二极管(LED)，光电检测器例 如但不限于光电二极管。例如，普遍用于许多光子系统的发射器是垂直腔表面发射激 光器(VCSEL)。VCSEL的制造和使用相对比较便宜，并且其特征在于相对高的性能 和可靠性。基于p-n和p-i-n半导体结的光电二极管(例如，PN光电二极管、PIN光 电二极管等)在近代光子系统中也非常普遍，并且可以以相对低的成本提供伴随着异 常杰出的可靠性的高性能。

许多情况下，在光电子装置的正常操作中使用透镜并且甚至可能必须使用透镜。 例如，透镜可用于聚焦或校准由VCSEL生成的光。例如，聚焦可利于VCSEL与光通 信系统中光纤的相互作用。类似地，透镜可用于将光聚集或聚焦到光电检测器的有效 区上，以改进光的接收和/或检测。

附图说明

参照以下结合附图的详细说明，将更易于理解根据在此描述的原理的示例的 各种不同特征，其中相同的参考标记指代相同的结构元件，其中：

图1例示了根据符合在此描述的原理的示例的高对比度光栅的透视图。

图2例示了根据在此描述的原理的示例的高对比度光栅光电子设备的剖视图。

图3例示了根据在此描述的原理的另一示例的高对比度光栅光电子设备的剖 视图。

图4例示了根据符合在此描述的原理的示例的、采用了高对比度光栅的光电 子设备的剖视图。

图5例示了根据符合在此描述的原理的另一示例的、采用了高对比度光栅的 光电子设备的剖视图。

图6例示了根据符合在此描述的原理的示例的、基于高对比度光栅的光电子 器件的制造方法的流程图。

图7例示了根据符合在此描述的原理的示例的、形成图6中高对比度光栅透 镜的流程图。

图8A例示了根据符合在此描述的原理的示例的、在释放高对比度光栅透镜之 前、基于高对比度光栅的光电子器件的剖视图。

图8B例示了根据符合在此描述的原理的示例的、在释放高对比度光栅透镜之 后、图8A中基于高对比度光栅的光电子器件的剖视图。

图9例示了根据符合在此描述的原理的另一示例的、形成图6中高对比度光 栅透镜的流程图。

某些示例具有参照上述附图例示的特征之外的其他特征或者具有替代这些特 征的其他特征。下面参照上述附图详细描述这些及其他特征。

具体实施方式

根据在此描述的原理的示例提供采用高对比度光栅来聚焦光的光电子器件。 具体地，根据在此描述的原理的各种不同示例，高对比度光栅被配置为是聚焦由 光电子装置发射和/或检测的光的透镜。而且，根据各种不同示例，由高对比度光 栅透镜聚焦的发射光或检测光被配置为穿过高对比度光栅透镜与光电子装置之间 的基板。由此，光电子装置为“背射式”或“背照式”光电子装置，并且高对比 度光栅透镜临近于支撑该光电子装置的基板的后表面而设置。而且，位于或靠近 基板后表面侧的高对比度光栅透镜利于以光电子设备的形式集成该光电子装置。 根据一些示例，包含该集成的高对比度光栅透镜的光电子设备可使光电子设备能 够进行倒装芯片安装。

在此，将高对比度光栅定义为具有高折射率对比度的亚波长衍射光栅。具体 地，根据一些示例，高对比度光栅的高折射率对比度可通过具有较高折射率的光 栅元件(例如，光栅带、光栅条、光栅柱等)来提供，光栅元件基本上由具有较 低折射率的材料或介质包围。例如，高对比度光栅可包括由空气、二氧化硅、氧 化铝或其他较低折射率或“低指数”材料包围的、高折射率或“高指数”材料(例 如，硅、砷化铝镓等)的多个间隔开的光栅条(即，光栅元件)。在另一些示例 中，低指数材料仅位于包括高指数材料的光栅元件之间。在又一些示例中，低指 数材料可位于光栅元件之间并且还位于包括高指数材料的光栅元件上方或者下 方。根据各种不同示例，选择高指数材料和/或低指数材料，以使其在高对比度光 栅的可操作波长处为基本透明的。