[发明专利]半导体元件与聚合光波导元件相集成的方法和电-光器件

说明书

本发明涉及一种电-光器件的制作方法，它包括把聚合光波导元件与半导体元件进行集成。

在这种电-光器件中，所需要的光源，诸如LED和激光二极管、光检测器、或半导体电子集成电路，可并入一集成结构中，该结构包含光在其中传送并得到光学调制的聚合物。这些集成结构在光路连接领域，尤其在光通信（例如激光二极管所发射的光的外部调制、互连网络的路由、光放大器、用于波长分割多路调制的元件）、计算机的高速互连（光底板）、光传感器等领域，有着很多重要的应用，并且它们比由单独的、非集成的元件组成的光-电结构更容易使用和维护。集成结构的优点是可把很多功能包括在单一的电-光器件中，提高光进出波导管的耦合效率，并且能避免与所谓的猪尾连接（为波导元件提供-节光纤）有关的问题。

把聚合光波导元件与半导体元件集成的方法，可从Van    Daele等人1989年9月在哥德堡第15届欧洲光通信会议（ECOC    89）提出的并载入其会议文集的论文中知道。这里不同在于在单片的集成，其聚合光波导元件被设在半导体基片上，而该基片是在其中制作半导体元件的半导体结构的一部分。从其本身来说，这是本领域的技术人员首先采用的方法。然而，这种方法有某些缺点，特别是其复杂的特性看来很不适合于商业规模的使用。另外，使用半导体基片的要求，对被制作的电-光器件施加了不能接受的限制，尤其在尺寸、坚固性、和成本价格方面大受限制。

在EP    230    520中，公开了一种光元件集成光波导，它包括一个聚合支持部件，后者具有至少一个沿其整个长度的孔、至少一个由填充在至少一个孔中的有机硅氧烷聚合物组成的光波导元件、和至少一个嵌在该光波导元件中的象发光二极管（LED）之类的光元件。至于光元件与波导部件的集成，EP    230    520的作法主要是把该元件插入一个管子中，也描述了一个实施例，其中光元件被置于基片上。据称在这种情况下元件是在基片上形成的，即存在如上所述的单片集成。另外，EP    230    520没有说明如何获得带有电触头的集成电-光器件。

光元件也与玻璃波导集成，在EP415    382中公布了一种方法，它包括提供一个包含波导的玻璃基片、在与波导邻近的基片中蚀刻出一个槽、把电-光器件与波导面对面地固定在所希望的位置、和在槽中用硬化材料封装该元件。

已经知道的还有把半导体元件与基于无机材料的其他功能元件（诸如铌酸锂波导）相集成。例如，Yi-Yan等在SPIE，Vol.1177;Integrated Optics and Optoelectronics（1989），pp.347-352和美国专利说明书第5，122，852号中，公布了一种本来已知的方法，即外延分离（ELO）技术，该技术包括在半导体基片上（借助外延生长）形成一半导体元件，使该元件脱离该基片，且随后将其转移到另一基片。上述的ELO技术被用于把各种无机材料元件集成到一块半导体芯片上。这里特别关心的是玻璃诸如LiNbO₃之类的电-光晶体、和半导体。在I.Pollenteer等人的论文“Eabrication of Long Wavelength OEICs Using GaAs on InP Epitaxial Lift-off Technology”，Proceedings Third International Conference Indium Phosphide and Related Materials，（Cardiff，UK，8-11 April1991），pp268-271中，也描述了ELO。

一般地说，半导体技术中已知的适用于无机材料的方法，也同样不能用于有机聚合物，因为有机聚合物的处理中出现的问题是独特的，这与有机物特性有关，例如其热膨胀系数一般比无机材料的要高、低热传导率、难于附着在其他材料（例如无机材料）上（这可引起层的剥离）、高可延展性（这使得在切开时难于得到光滑的面），以及对在对半导体技术中通常采用的溶剂的抵抗能力低。然而，很希望能在电-光应用中利用有机聚合物的这些潜力和适当特性。

本发明的目的是以特定的方式把半导体元件和聚合光波导元件集成起来，从而克服上述单片集成的缺点而不受上述半导体技术中有机聚合物处理的典型问题影响。另外，还要提供一种方法，基于该方法，由半导体（激光二极管、发光二极管）构成的光源和聚合光波导元件可得到集成，从而获得高效光耦合所需的高对准精度（横向和纵向的）。