專利名稱：一種用于電吸收調(diào)制激光器與硅基波導集成的高頻電極的制作方法
技術領域：
本發(fā)明有關一種多功能高頻傳輸電極，特別是指一種用于電吸收調(diào)制激光器與娃基波導的混合集成的聞頻電極。
背景技術：
進入新世紀以來，隨著微納光電集成技術的不斷發(fā)展，芯片的集成度越來越高，器件的尺寸不斷縮小，而器件的工作速率則不斷提高。在光有源器件方面，基于II1- V族材料(如InP，GaAs等)的激光器以及集成的電吸收調(diào)制激光器已從芯片研究發(fā)展到了大批量生產(chǎn)，其封裝器件已可作為光通信、光醫(yī)療等光電領域的成熟光源使用，速率可從幾百Mbps到幾十Gbps。 與此同時，光無源器件中基于娃基的光波導器件，如光分束器，AWG等，由于其工藝簡單、光傳輸損耗低、易于同光纖耦合等特點，早已實現(xiàn)商用化。無源波導材料有二氧化硅，硅上二氧化硅，絕緣體上硅等多種。隨著未來光電子技術的發(fā)展，將II1- V族的激光器同娃基的波導器件集成在一個芯片上成為了必然的發(fā)展方向，其中在硅基波導材料上倒裝焊激光器芯片是目前最可行的技術路線。但由于材料特性的不同，其混合集成存在多個難點，其中就包括高頻信號的傳輸、光耦合對準以及散熱的問題。傳統(tǒng)的光電器件封裝中，通常采用石英或陶瓷作為襯底材料，在其上制作高頻傳輸電極，將電信號加載到激光器上。但這種襯底材料既不能同波導器件集成，又存在導熱系數(shù)低的缺點。硅材料不僅能從其上生長多種二氧化硅波導，而且其導熱系數(shù)接近金屬，是理想的激光器熱沉材料，因此硅材料是激光器同硅基波導實現(xiàn)混合集成的理想襯底材料。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)高頻信號的傳輸、光耦合對準以及散熱效果佳的用于電吸收調(diào)制激光器與硅基波導集成的高頻電極。為達到上述目的，本發(fā)明提供一種用于電吸收調(diào)制激光器與硅基波導集成的高頻電極，其包括有硅襯底、制作于硅襯底上，并能將電信號加載到電吸收調(diào)制激光器的調(diào)制器和激光器上的金屬電極層、設于金屬電極層上方的電吸收調(diào)制激光器以及設于金屬電極層與電吸收調(diào)制激光器之間，且用于實現(xiàn)電吸收調(diào)制激光器與金屬電極層的電學互聯(lián)與垂直方向上的光學對準的焊接凸點層，該娃襯底為娃基波導結(jié)構(gòu)的娃襯底。所述硅襯底的電阻率范圍為600-6000歐姆·厘米。所述金屬電極層為單元結(jié)構(gòu)或級聯(lián)結(jié)構(gòu)，該級聯(lián)結(jié)構(gòu)為多個單元結(jié)構(gòu)的橫向有限
重復結(jié)構(gòu)。所述金屬電極層的單元結(jié)構(gòu)包括
對準標記；
電吸收調(diào)制器電極，其包含焊盤區(qū)電極和與該焊盤區(qū)電極連接的過渡電極；高頻傳輸電極，該高頻傳輸電極包括左中右三個電極，其中左右電極為接地電極，中間電極為信號線電極，所述電吸收調(diào)制器電極的過渡電極形狀為梯形，該過渡電極與高頻傳輸電極中的信號線電極互連，該過渡電極用于高頻傳輸線與倒裝焊焊盤間的過渡；
激光器底電極，其由左側(cè)的激光器焊盤區(qū)、過渡電極區(qū)、測試焊盤區(qū)以及右側(cè)的地線電極組成，其中左側(cè)的激光器焊盤區(qū)、過渡電極區(qū)及測試焊盤區(qū)為信號線電極，過渡電極區(qū)形狀為梯形，同該激光器焊盤區(qū)和測試焊盤區(qū)互連。所述電吸收調(diào)制激光器包括調(diào)制器區(qū)、圖形標記和激光器區(qū)，該調(diào)制器區(qū)、圖形標記和激光器區(qū)的正面分別制作有信號金屬電極，背面制作有接地電極，該圖形標記與所述對準標記對準，該圖形標記形狀與該對準標記形狀一樣或互補。
所述電吸收調(diào)制激光器采用倒裝焊工藝制作于所述焊料凸點層的焊料凸點上方，該電吸收調(diào)制激光器正面的電極區(qū)不同區(qū)域與焊料凸點分別接觸，該電吸收調(diào)制激光器背面的接地電極通過金絲球焊或楔焊連接到所述硅襯底上的接地電極上。所述焊料凸點層的焊料凸點通過植球、金絲球焊工藝制作于所述電吸收調(diào)制器電極的焊盤區(qū)電極和激光器底電極的激光器焊盤區(qū)。所述焊料凸點層熔點低于400°C，厚度為5-200um，所述金屬電極層厚度為
O.2um-3um。所述高頻傳輸電極的左中右三個電極，每一電極均依次由橫直電極，彎曲電極，豎直電極以及測試焊盤區(qū)電極組成，該橫直電極，彎曲電極，豎直電極的接地電極、信號線電極及其電極間距均相同，以保證最佳的高頻傳輸線性能。所述地線電極位于所述測試焊盤區(qū)與高頻傳輸電極中間，該地線電極用于激光器信號線與金絲焊盤間的過渡。


圖1為本發(fā)明用于電吸收調(diào)制激光器與硅基波導集成的高頻電極的剖面結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明中金屬電極層為單元結(jié)構(gòu)的正面結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明中金屬電極層為多單元級聯(lián)結(jié)構(gòu)的正面結(jié)構(gòu)示意 圖4為本發(fā)明中電吸收調(diào)制激光器正面(a)與背面(b)的電極示意 圖5為本發(fā)明中電吸收調(diào)制激光器與金屬電極層倒裝焊接后的電極重疊示意圖。
具體實施例方式為便于對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)的效果有進一步的了解，現(xiàn)結(jié)合附圖并舉較佳實施例詳細說明如下。如圖1所示，本發(fā)明的用于電吸收調(diào)制激光器與硅基波導集成的高頻電極包括有娃襯底1、制作于娃襯底I上，并能將電信號加載到電吸收調(diào)制激光器4的調(diào)制器和激光器上的金屬電極層2、設于金屬電極層2上方的電吸收調(diào)制激光器4以及設于金屬電極層2與電吸收調(diào)制激光器4之間，且用于實現(xiàn)電吸收調(diào)制激光器4與金屬電極層2的電學互聯(lián)與垂直方向上的光學對準的焊接凸點層3。該娃襯底I為娃基波導結(jié)構(gòu)的娃襯底，為高阻娃材料，電阻率范圍為600-6000歐姆·厘米，用以實現(xiàn)電信號的低損傳輸。如圖2所示，本發(fā)明中的金屬電極層2為特殊圖形的金屬電極，可將電信號加載到電吸收調(diào)制激光器4的調(diào)制器和激光器上，并具有對準功能。金屬電極層2厚度為
O.2um-3um,為多層金屬結(jié)構(gòu)，同娃襯底I及焊料凸點層3有良好的金屬接觸。金屬電極層2可通過光刻結(jié)合金屬剝離工藝或金屬腐蝕工藝制作。金屬電極層2結(jié)構(gòu)可以為單元結(jié)構(gòu)，也可為級聯(lián)結(jié)構(gòu)，級聯(lián)結(jié)構(gòu)為多個單元結(jié)構(gòu)的橫向有限重復結(jié)構(gòu)(如圖3所示)，可用于實現(xiàn)多路激光器的倒裝焊和集成結(jié)構(gòu)。金屬電極層2的單元結(jié)構(gòu)包括如下部分
(1)對準標記5，對準標記5同電吸收調(diào)制激光器4上圖形標記15對準，其形狀與電吸收調(diào)制激光器4上的圖形標記15 —樣或互補； (2)電吸收調(diào)制器電極6，該電極包含焊盤區(qū)電極60和與該焊盤區(qū)電極60連接的過渡電極61，焊盤區(qū)電極60形狀為圓形或方形，面積大于電吸收調(diào)制器的電極。(3)高頻傳輸電極,該高頻傳輸電極包括左中右三個電極,每一電極均依次由橫直電極7，彎曲電極8，豎直電極9以及測試焊盤區(qū)電極10組成，其中左右電極為接地電極，中間電極為信號線電極。橫直電極7，彎曲電極8，豎直電極9的接地電極、信號線電極及其電極間距均相同，以保證最佳的高頻傳輸線性能。焊盤區(qū)電極60為接地電極、信號線電極及其電極間距的等比例放大電極區(qū)，用以減少的電信號反射和保證阻抗匹配。焊盤區(qū)的尾部電極地線和信號線寬度為50-300um，其間距為50-300um。電吸收調(diào)制器電極6的過渡電極61形狀為梯形，同高頻傳輸電極中的信號線電極互連，該過渡電極61用于高頻傳輸線與倒裝焊焊盤間的過渡。(4)激光器底電極，該電極由左側(cè)的激光器焊盤區(qū)11、過渡電極區(qū)110、測試焊盤區(qū)12以及右側(cè)的地線電極13組成，其中左側(cè)的激光器焊盤區(qū)11、過渡電極區(qū)110及測試焊盤區(qū)12為信號線電極。激光器底電極的過渡電極區(qū)110形狀為梯形，同激光器焊盤區(qū)11和測試焊盤區(qū)12互連。地線電極13位于測試焊盤區(qū)12與高頻傳輸電極中間，該地線電極13用于激光器信號線與金絲焊盤間的過渡。測試焊盤區(qū)12的尾部電極的地線和信號線寬度為50-300um，其間距為50-300um。如圖4所示，本發(fā)明中的電吸收調(diào)制激光器4，其包括調(diào)制器區(qū)14、圖形標記15和激光器區(qū)16，該調(diào)制器區(qū)14、圖形標記15和激光器區(qū)16的正面分別制作有信號金屬電極，背面制作有接地電極17。激光器焊盤區(qū)11電極形狀與電吸收調(diào)制激光器4的激光器區(qū)16電極圖形一樣，面積大于激光器區(qū)16電極圖形。電吸收調(diào)制激光器4采用倒裝焊工藝制作于焊料凸點層3的焊料凸點上方，其正面電極區(qū)不同區(qū)域與焊料凸點分別接觸，采用回流焊工藝實現(xiàn)激光器的調(diào)制器電極和激光器電極同硅襯底I上電極間的良好接觸。電吸收調(diào)制激光器4背面的接地電極17通過金絲球焊或楔焊連接到硅襯底I上的接地電極上(如圖1所示)。請參閱圖5所示，焊料凸點層3為金屬電極層2和電吸收調(diào)制激光器4電極間的金屬過渡層，其材料為熔點低于400°C的易熔焊接且與電極金屬有良好附著性的金屬材料，厚度為5-200um。焊料凸點制作于上述高頻電極中，可通過植球、金絲球焊等工藝制作于電吸收調(diào)制器電極6的焊盤區(qū)電極60和激光器底電極的激光器焊盤區(qū)11上，焊料凸點個數(shù)同焊盤區(qū)面積成比例。該焊料凸點層3制作在金屬層上，該焊料凸點與電吸收調(diào)制激光器4的電極區(qū)接觸，焊料凸點用于實現(xiàn)電吸收調(diào)制激光器4與金屬電極層2的電學互聯(lián)與垂直方向上的光學對準。采用本發(fā)明提出的高頻電極，用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的陶瓷和石英上制作的高頻電極，既可方便的應用于激光器與硅基波導的混合集成芯片制作與測試，也利于后續(xù)的TOSA(Transmitter Optical Subassembly,光發(fā)射次模塊)器件封裝。該電極結(jié)構(gòu)采用高阻娃襯底，具有高頻信號傳輸損耗小，導熱系數(shù)高，易于同硅基波導材料制作等優(yōu)勢。本發(fā)明制作的電極結(jié)構(gòu)可應用于倒裝焊工藝，有效減少傳統(tǒng)金絲引線方式帶來的電學寄生參數(shù)，提高電吸收調(diào)制激光器的工作速率，尤其是在大于IOGbps傳輸速率下。該電極上同步制作的對準標記可實現(xiàn)電吸收調(diào)制激光器波導同硅基波導間的光學對準，利于其混合集成。同時該電極的尾電極設計既可實現(xiàn)芯片級的探針測試，又可用于后續(xù)的金絲球焊或楔焊工藝，易于實現(xiàn)混合集成芯片的封裝和量產(chǎn)。 以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于電吸收調(diào)制激光器與硅基波導集成的高頻電極，其特征在于，其包括有硅襯底、制作于娃襯底上，并能將電信號加載到電吸收調(diào)制激光器的調(diào)制器和激光器上的金屬電極層、設于金屬電極層上方的電吸收調(diào)制激光器以及設于金屬電極層與電吸收調(diào)制激光器之間，且用于實現(xiàn)電吸收調(diào)制激光器與金屬電極層的電學互聯(lián)與垂直方向上的光學對準的焊接凸點層，該硅襯底為硅基波導結(jié)構(gòu)的硅襯底。
2.如權(quán)利要求1所述的用于電吸收調(diào)制激光器與硅基波導集成的高頻電極，其特征在于，所述硅襯底的電阻率范圍為600-6000歐姆·厘米。
3.如權(quán)利要求1所述的用于電吸收調(diào)制激光器與硅基波導集成的高頻電極，其特征在于，所述金屬電極層為單元結(jié)構(gòu)或級聯(lián)結(jié)構(gòu)，該級聯(lián)結(jié)構(gòu)為多個單元結(jié)構(gòu)的橫向有限重復結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求3所述的用于電吸收調(diào)制激光器與硅基波導集成的高頻電極，其特征在于，所述金屬電極層的單元結(jié)構(gòu)包括 對準標記； 電吸收調(diào)制器電極，其包含焊盤區(qū)電極和與該焊盤區(qū)電極連接的過渡電極； 高頻傳輸電極，該高頻傳輸電極包括左中右三個電極，其中左右電極為接地電極，中間電極為信號線電極，所述電吸收調(diào)制器電極的過渡電極形狀為梯形，該過渡電極與高頻傳輸電極中的信號線電極互連，該過渡電極用于高頻傳輸線與倒裝焊焊盤間的過渡； 激光器底電極，其由左側(cè)的激光器焊盤區(qū)、過渡電極區(qū)、測試焊盤區(qū)以及右側(cè)的地線電極組成，其中左側(cè)的激光器焊盤區(qū)、過渡電極區(qū)及測試焊盤區(qū)為信號線電極，過渡電極區(qū)形狀為梯形，同該激光器焊盤區(qū)和測試焊盤區(qū)互連。
5.如權(quán)利要求4所述的用于電吸收調(diào)制激光器與硅基波導集成的高頻電極，其特征在于，所述電吸收調(diào)制激光器包括調(diào)制器區(qū)、圖形標記和激光器區(qū)，該調(diào)制器區(qū)、圖形標記和激光器區(qū)的正面分別制作有信號金屬電極，背面制作有接地電極，該圖形標記與所述對準標記對準，該圖形標記形狀與該對準標記形狀一樣或互補。
6.如權(quán)利要求5所述的用于電吸收調(diào)制激光器與硅基波導集成的高頻電極，其特征在于，所述電吸收調(diào)制激光器采用倒裝焊工藝制作于所述焊料凸點層的焊料凸點上方，該電吸收調(diào)制激光器正面的電極區(qū)不同區(qū)域與焊料凸點分別接觸，該電吸收調(diào)制激光器背面的接地電極通過金絲球焊或楔焊連接到所述娃襯底上的接地電極上。
7.如權(quán)利要求4所述的用于電吸收調(diào)制激光器與硅基波導集成的高頻電極，其特征在于，所述焊料凸點層的焊料凸點通過植球、金絲球焊工藝制作于所述電吸收調(diào)制器電極的焊盤區(qū)電極和激光器底電極的激光器焊盤區(qū)。
8.如權(quán)利要求1所述的用于電吸收調(diào)制激光器與硅基波導集成的高頻電極，其特征在于，所述焊料凸點層熔點低于400°C，厚度為5-200um，所述金屬電極層厚度為O. 2um_3um。
9.如權(quán)利要求4所述的用于電吸收調(diào)制激光器與硅基波導集成的高頻電極，其特征在于，所述高頻傳輸電極的左中右三個電極，每一電極均依次由橫直電極，彎曲電極，豎直電極以及測試焊盤區(qū)電極組成，該橫直電極，彎曲電極，豎直電極的接地電極、信號線電極及其電極間距均相同，以保證最佳的高頻傳輸線性能。
10.如權(quán)利要求4所述的用于電吸收調(diào)制激光器與硅基波導集成的高頻電極，其特征在于，所述地線電極位于所述測試焊盤區(qū)與高頻傳輸電極中間，該地線電極用于激光器信號線與金絲焊盤間的 過渡。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于電吸收調(diào)制激光器與硅基波導集成的高頻電極，其包括有硅襯底、制作于硅襯底上，并能將電信號加載到電吸收調(diào)制激光器的調(diào)制器和激光器上的金屬電極層、設于金屬電極層上方的電吸收調(diào)制激光器以及設于金屬電極層與電吸收調(diào)制激光器之間，且用于實現(xiàn)電吸收調(diào)制激光器與金屬電極層的電學互聯(lián)與垂直方向上的光學對準的焊接凸點層，該硅襯底為硅基波導結(jié)構(gòu)的硅襯底。采用本發(fā)明提出的高頻電極，用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的陶瓷和石英上制作的高頻電極，既可方便的應用于激光器與硅基波導的混合集成芯片制作與測試中，又能實現(xiàn)精確對準。
文檔編號H01S5/02GK103022893SQ20121056898
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者周亮, 曹小鴿, 余向紅 申請人:武漢電信器件有限公司