CN1375070A - 硅板上有源与无源光学部件的混合集成 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组件结构和用于在硅板上组装有源与无源光子和/或光电子器件的方法。本发明特别涉及一种组件结构和在组装过程中对准光子器件的一种方法。根据本发明,组件结构包括一个或多个的对准特征,所述对准特征在至少基本平行一个光轴方向上包括锥形侧表面部分。通过在至少基本平行第一个光轴方向上提供的锥度,任何不精确性主要影响不关键的沿该光轴方向的定位,而关键的横截于光轴的定位则仅仅依赖于对准特征的对称性。因而,由对准特征定位和形状的固有不精确性造成的误差被最小化。而且,欲对准的器件优选地安置在对准特征的顶部,该对准特征形成硅衬底上的基本结构部分。因而,在单个掩模步骤中,所有对准特征与欲与其对准的结构一起被限定,从而造成组件结构精确性的提高。所得的单元将尤其用于宽带电信部件。

Description

硅板上有源与无源光学部件的混合集成

本发明涉及一种组件结构和一种用于在硅板上组装有源与无源光子和/或光电子器件的方法。本发明特别涉及一种组件结构和一种在组装过程中对准光子器件的方法。所得的部件将尤其用于宽带电信通信部件。

光子部件的组装是一道非常困难，而且昂贵的工序。现有工艺技术通过有源对准过程把光学纤维相对于光子部件放置。这意味着在对准过程中，部件通过高度精确的工作台(±0.1μm)来操作。在显微操作中，进来或出去的光信号一直被监控，直到最佳的传输光被确定。然后用不同的技术机械地固定光纤。最后的组装步骤是把光纤终结的部件放入一个壳中，然后能将其密封起来，以保护半导体部件。这个壳提供光和电的馈通。用于光学纤维的馈通的制造也是一个制造困难的过程。

由于要求很严格，光子部件的组装是耗时的制造步骤且典型地构成器件成本的80％。如果把平面光导电路(PLC)用于宽带远程通信***而不仅仅作为无源部件，则成本可大大降低。PLC具有很吸引人的潜力，就是通过在PLC板上直接安装半导体部件来增加其功能。但最重要的，这一在文献中被称为混合的概念，还能有助于部件的组装以及随后的部件的高度密封。

混合集成的光子部件的典型应用示于图1，其中泵浦激光器装置2附连在PLC板10上，该PLC板还具有把来自激光器的光引导到平面光波电路(PLC)上其它部分的波导4。半导体部件的对准和组装由一个简单的“夹住(clip on)”过程得到，其不要求有源对准并因此将大大降低组装成本。

混合集成概念的固有优点是它允许发自泵浦激光器的光直接耦合进入波导，而利用传统的技术，每一个部件必须分别连接到光纤上、放进一个壳内且用光学纤维连接器连接起来。现有技术的概念导致庞大且难以处理的部件，而混合带来高度集成且紧凑的模块。

在充分开发PLC潜力的努力中，一个问题是关键：如何得到PLC板上光子部件与波导结构间长期的机械稳定性，且如何避免有源的对准过程？这一问题已经为光纤光学部件产业产生了技术性的挑战。必要的耦合容限在亚微米区，而且在所有可能的操作与存储条件下，固定需要小于+/-0.1μm的机械稳定性。

在现有工艺中，人们作过几种尝试以通过无源对准实现将诸如激光器光子部件的固定到PLC板上。

已经发展了采用高精确度倒装法结合机器的方法。这些方法利用了光子部件和衬底上基准点(对准标记)的光学探测。但是，配准和定位很耗费时间，且装置非常贵。

利用了微型机械加工的V-凹槽用于光纤固定以及熔融的焊接材料的表面张力的自对准结合已经被建议并为全世界研究装置所采用。这一方法经证实达到所需的容许量。然而，所需的在1μm以内精确度，要求在焊接和V型凹槽的微型机械加工上有极好的受控工艺公差，开发该方法将非常昂贵。

一种利用刻蚀的对准结构和熔融焊接材料的表面张力的对准概念在US5,656,507中给出。这里，硅衬底备有一个波导，两个对准阻挡层(stop)，一个V型凹槽和一个在底部带有L型金属盘的沟槽。激光器的底部拥有一条脊和一个L型带有焊料块的金属盘，以便于适合衬底上的V型凹槽和L-型金属盘。基本原理就是把激光器放置在带有被***凹槽的脊和邻接对准阻挡层(stop)的边缘的硅衬底上时，尽管被焊料块连接起来，两个L-型金属盘还是有轻微的位移。当焊料熔化时，它将通过表面张力牵引激光器到与波导对准。

很多公司已经把他们的焦点转向要求高度精确的选择并把机器与组装的部件上的对准基准点相配合来放置的对准的概念，见H.L.Althaus等人的，“用于大批量生产应用于远程通信和数据通信的高度可靠性纤维光学部件的微***和晶片处理”，47th ECTC Conf.，SanJose，CA，1997，pp 7-15)。这些概念是在应用上很特定的，并且，仅仅为支付大的生产量就要求有大量的投资。与此可比的，建议一种使用干或湿刻对准结构的概念的文献数目逐渐增加，例如D.A.Ackerman(US 5,023,881)，J.Gates等人(“混合集成的硅光板平面光导电路”)，48th ECTC Conf.，Seattle，WA，1998，pp 551-559)和S.A.Merrit(“一种用于半导体激光二极管阵列的快速倒装结合法”，48th ECTC Conf.，Seattle，WA，1998，pp 775-779)。

US 5,023,881涵盖了最初在激光器与衬底间形成一个间隙的基座的应用。通过把激光器放在两个基座的顶部可实现垂直对准，且精密度依赖于多个单独层的厚度。具体的对准步骤包括在随后的焊接中用于定位焊激光器的冷焊。在这个专利中没有提到水平对准，大概需要利用显微操纵技术(“以预定的方式”)来实现。

另一个利用刻蚀的对准结构的对准概念在US 5,721,797中给出。该专利公开了一种方法，用于把激光器相对于光纤或波导对准。这里，只有涉及波导的方法是令人感兴趣的。两个沟槽被刻蚀进硅衬底中，以便后来具有波导结构(第一沟槽)和激光器安装的位置(第二沟槽)。然后第二沟槽装满焊料，第一沟槽装满用于光波导的包层材料。此过程保证波导芯与激光器波导的光发射芯处于同一高度(垂直对准)。与波导芯材料同时，在组装时激光器部件将与之邻接的三个对准阻挡层(stop)被形成，以便实现水平对准。通过把顶部包层放置到芯波导材料上就完成了制作步骤。

当把激光器随后安装到焊料(淀积在第二沟槽内)的顶部时，部件滑向三个对准结构以保证水平对准。要注意一点很重要，激光器侧面邻接对准阻挡层(stop)，以及焊料淀积的厚度分别限定了水平和垂直对准。向组件加热，从而熔化焊料，激光器被机械的固定到硅衬底上。

通常，混合集成装置与来自不同的制造商的光子器件的多样性不相容。大部分现有工艺具备了器件的特定尺寸和特征以实现混合集成(US 5,721,797)。如果器件的设计改变，则组件结构也需要改变。生产先进的PLC的形势将是光子器件的尺寸变化。对组件结构进行调整将过于昂贵且耗费时间。

现存的对准概念(US 5,721,797)的缺点是水平对准的精确度依赖于对准结构的精密刻蚀和激光器部件精密的解理(cleaving)。两个技术要求的精密度都处于制造的临界范围(＜1μm)。17)现存的对准概念(US 5,721,797)的缺点是在熔化焊料以把激光器固定到PLC板上时，熔融焊料的表面张力能移动激光器芯片并因而破坏水平以及尤其是垂直对准。

现存的对准概念(US 5,023,881)的缺点是部件的水平对准要求对准标记的定位以及精确因而昂贵的显微操作来实现水平对准。19)现存的对准概念(US 5,023,881和US 5,721,797)还有进一步的缺点是垂直对准依赖于几个单独材料层的厚度(例如焊料淀积物)，这些厚度需要相对于参考层厚度精确地淀积，该参考层是PLC上的光导芯。

本发明的目的是提供用于自对准混合组件的一种组件结构和一种方法，其中在固定前已实现对准。

本发明的另一个目的是提供用于自对准混合组件的一种组件结构和一种方法，其中万一有发生故障的光子部件，重新加工是可能的，这是因为通过加热结构能使发生故障的部件脱离，并由一个新的部件代替。

本发明还有另一个目的是提供用于自对准混合组件的一种组件结构和一种方法，其对光子器件仅包含最小量的“附加”(add-on)特征，不要求光子器件的特定尺寸。

本发明还有另一个目的是提供用于自对准混合组件的一种组件结构和一种方法，其中不需要任何诸如通常易碎的光子器件的刻蚀这样的工艺。

本发明还有另一个目的是提供用于自对准混合组件的一种组件结构和一种方法，其中水平对准依赖于照相平版印刷工序中的单个掩模步骤。

本发明还有另一个目的是提供用于自对准混合组件的一种组件结构和一种方法，其中垂直对准依赖于被对准的部件在同一表面基本上不同的部分上的定位。

本发明还有另一个目的是提供用于自对准混合组件的一种组件结构和一种方法，其中不需要精确的解理，这是因为在对准过程中没有解理的表面邻接。

本发明还有另一个目的是提供用于光子部件的自对准混合组件的一种组件结构和一种方法，它是小型的，因而容易包装和堆叠。

本发明还有另一个目的是提供用于衬底上光子器件阵列的自对准混合组件的一种组件结构和一种方法。

本发明还有另一个目的是将半导体部件的密封封接集成到基本上使用与形成组件结构相同的掩模、材料和工艺步骤的工艺中。

上述目的通过本发明第一方面中提供的组件结构体现出来，包括：一个带有一个底部包层的衬底，所述的底部包层包括第一和第二部分，其中每个部分包括

一个顶表面和一个底表面，所述两个表面被分开一段距离d，

一个光波导，包括一个顶表面和一个底表面和一个光输入或输出端，所述光波导限定第一光轴，所述光波导的底表面定位于底部包层的底表面之上距离大于或等于d的位置，以及

形成于底部包层第二部分上的一个或多个第一对准特征，所述的一个或多个第一对准特征在至少基本平行于第一光轴的方向上进一步包括第一和第二锥形侧表面部分。

第一对准特征的顶表面与底部包层第一部分的顶表面基本上在同一平面上。为了将光限制在光波导内，提供另一种材料嵌入波导芯中。

组件可进一步包含一组适于用来给诸如半导体激光器、发光二极管(LED)或光电二极管的光电器件提供电能的电接触盘。

优选地，光波导芯的底表面位于底部包层第一部分的顶表面上距离基本等于d的位置，其中d是从底部包层的底表面开始测量的。

根据本发明第一方面的组件结构可以进一步包括

一个光电子器件，其包括有源部分和光输入或输出端口，通过把光电子器件安置到第一对准特征的顶部，使所述的输入或输出端口与波导输出或输入端光学对准，因而得到垂直对准。

通过把光电子器件安置到对准特征的顶部，在器件的有源部分和波导之间实现垂直对准。但是，器件的有源部分可定位于器件底表面以上给定的高度，由此，当把器件安置在对准特征的顶部时，光输入或输出端口将定位于底部包层之上给定的高度。依据这一给定高度，以及输入/输出端口和波导末端各自的尺寸，波导可定位于距底部包层的底表面之上d+x的位置，其中x比作光电子器件中有源部分的给定高度。距离x可通过在底部包层和波导芯之间淀积一个或多个材料层来控制。

为了在水平上把光波导的光接收输入端与光电子器件光输出端口对准，组件结构可以进一步包括邻接底部包层第二部分的一个或多个第一对准特征的一个或多个第二对准特征。优选地，第二对准特征邻接第一对准特征的第一和第二锥形表侧表面部分，由此在横截于波导光轴的方向上实行水平对准。

锥形的表面部分在几个点上提供了一种改善的水平对准。第二对准特征与锥形侧表面部分的邻接把光电子器件楔入结构中，并因而提供了稳定的固定，直到器件被恰当地固定。而且，锥形侧表面部分的定向提高了光电子器件相对于波导的关键的定位参数的精确度。在水平对准中，为了将光耦合到波导和激活区之间，横截于波导光轴的方向很关键。但是，波导和激活区之间沿光轴的距离就远不那么关键了。通过在至少基本平行于第一光轴的方向上提供的锥形，第一和第二对准特征的位置和形状的固有不精确性主要影响到不太关键的波导和激活区之间的距离。

例如，光电子器件可以是光源，其包括光输出端口、有源部分和一个或多个第二对准特征，其适于邻接底部包层第二部分的一个或多个第一对准特征，以便于使光波导的光接收输入端与光源的光输出端口对准。

刻蚀可用于制作组件结构。为了控制刻蚀工序，在制作过程的某些阶段中在第一对准特征顶部提供一个刻蚀阻挡层。根据本发明的实施方案，刻蚀阻挡层保持在第一对准特征的顶部，因而安置在光电子器件的下方。

在组件结构的形成期间，优选的是利用单个掩模来限定光波导和第一对准特征的定位。这样做的原因是，对于在制作工序中涉及到的每一个掩模，都会引入其相对于另一个掩模定位的不限定性。

第二对准特征可包括安置在光电子器件底部的焊料条，以便至少部分地与第一对准特征的侧壁相接合。优选地，至少两个焊料条安置在光电子器件底部。为了给光电子器件提供电力，可以把光电子器件焊接到形成于衬底暴露部分的金属化接触盘上。

只要焊料条对称地放置，它们的间距或大小的任何不精确性虽然将改变光电子器件和波导的间隙，但却不会造成横向的失准。这意味着，如果对称设计的两个焊料条间的宽度有一个偏差，水平对准将不受影响，而不太关键的波导和光电子器件间的距离将会根据锥形角度而改变。

优选地，两个第一对准特征在外侧表面上提供第一、第二锥形侧表面部分，且对准特征可以分开一段距离，该距离大于光电子器件有源部分的宽度。

如上所述，光电子器件可以包括各种诸如半导体激光器或二极管的光源。

第二方面，本发明涉及一种用于组装光电子器件和光波导的形成组件结构的方法，所述的光波导包括一个用于接收发自光电子器件输出端口的光的光输入端，所述的方法包括的步骤如下：

-在衬底顶部提供一个底部包层，所述的底部包层包括第一和第二部分，其中每部分包括一个顶表面和底表面，这两个表面被分开一距离d，

-在至少部分底部包层的顶部提供一个芯层，

-在芯层中形成光波导，因而所述的光波导在一个平面内沿第一光轴延伸，并处于到底部包层第一部分的底表面大于或等于d的距离，并且

-在底部包层第二部分中形成一个或多个第一对准特征，从而第一对准特征的至少一个的顶表面基本上与底部包层第一部分的顶表面处在同一平面内，形成一个或多个第一对准特征的步骤包括在至少基本平行于第一光轴的方向上形成第一和第二锥形侧表面部分的步骤。

根据本发明第二方面的方法可以进一步包括如下步骤：

-把光电子器件的输出端口与光波导的光输入端对准，所述的对准包括把光电子器件安置在一个或多个对准特征的顶部以便得到垂直对准的步骤。

光波导可以在底部包层的底表面上方基本等于d的距离处的底部包层的顶表面上延伸。

如本发明第一方面所述，光电子器件可进一步包括一个或多个第二对准特征，其邻接第一对准特征的第一、第二锥形侧表面部分，以便把光波导的光接收输入端与光电子器件的光输出端口水平对准。通过在至少基本平行于第一光轴的方向上提供的锥度，第一和第二对准特征的位置和形状的固有不精确性主要影响不太关键的波导和激活区间的距离。此外，优选的是仅利用单个掩模限定光波导和第一对准特征的定位。

根据本发明第二方面的方法可以再进一步包括如下步骤，即在芯层淀积之前，在底部包层第二部分的至少部分上提供一个刻蚀阻挡层，所述的芯层在底部包层的第一和第二两个部分上延伸，因而覆盖至少部分的刻蚀阻挡层。

光波导和第一对准特征的形成优选地包括以下步骤：

a)仅利用单个掩模工序，在芯层限定光波导的水平配置和第一对准特征，

b)部分地除去芯层，因而在芯层形成光波导并限定第一对准特征，

c)除去没有被芯层覆盖的刻蚀阻挡层的那部分，

d)提供顶部包层，以便至少部分地覆盖光波导和形成于芯层中的可选择的一个或多个对准特征，并且

e)除去顶部包层、芯层和底部包层的第二部分的至少部分，从而在底部包层中形成第一对准特征。

用于限定底部包层中形成的一个或多个对准特征的刻蚀阻挡层可以有选择地全部被去除或仅仅部分被去除。如果刻蚀阻挡层仅仅部分被去除，则剩余层可以用来调整光电子器件相对于光波导的高度。

步骤e)中的去除可包括刻蚀底部包层的第二部分，以便于把没有被第一对准特征覆盖的衬底部分暴露出来。优选地，刻蚀工艺包括诸如反应性离子刻蚀的各向异性的刻蚀。

优选地，第一对准特征包括两个具有向外的锥形侧表面部分的对准特征，所述两个对准特征被分开一段距离，其大于或等于光电子器件有源部分的宽度。把一个或多个第二对准特征安置在光电子器件的底部，以致于在对准光电子器件时，至少部分地与第一对准特征的外侧壁相接合。第二对准特征可包括焊料条，以使光电子器件电连接到例如电源上。优选地，至少两个焊料条安置在光电子器件底部。

根据本发明的第二方面的方法可进一步包括把光电子器件焊接到一个或多个电接触盘上，该电接触盘形成于衬底的暴露部分上对准特征的旁边。优选地，通过把焊料条加热到某一熔化温度以上进行焊接。如果，例如焊接时产生了一个坏的连接，或光电子器件制造出来是有故障的，则器件可通过加热组件被去除并且而后被新的器件代替。

光电子器件可包括任何一种光源，诸如激光二极管或LED。激光二极管可以是一个半导体激光二极管。

在第三个方面中，本发明涉及一种组件结构，其包括：

一个具有一个或多个布置在其上的第一对准特征的衬底，和

一个第一光子器件，其具有用于沿第一光轴接收或发射光的光输入或输出端口，且具有一个底表面，该底表面有一个或多个布置在其上的第二对准特征，

组件结构的特征在于：

一个或多个第一或第二对准特征形成第一和第二侧表面部分，其在至少基本平行于第一光轴的方向是锥形的，并且

第一光子器件定位于一个或多个第一对准特征中至少其中一个的顶部，由此一个或多个第一对准特征的两个或多个表面部分邻接一个或多个第二对准特征的两个或多个表面部分，邻接的表面部分包括第一和第二侧表面部分。

如第一个方面中的情形，在至少基本平行于第一光轴的方向上提供锥度，第一和第二对准特征的位置和形状的固有不精确性主要影响沿第一光轴的不太关键的定位。

根据本发明的第三方面的组件结构可以进一步包括：

第二光子器件，其包括一个用于沿第二光轴接收或发射光的光输入或输出端口，并包括具有一个或多个对准特征布置在其上的底表面，其中，

一个或多个第一或第二对准特征提供一个第三或第四个侧表面部分，这些侧表面部分在至少基本平行于第二光轴的方向上是锥形的，并且

第二光子器件定位于一个或多个第一对准特征中至少其中一个的顶部，在此一个或多个第一对准特征的两个或多个表面部分邻接一个或多个第二对准特征的两个或多个表面部分，邻接的表面部分包括第三和第四侧表面部分。

第一和/或第二光子器件的光输入或输出端口可具有相对于衬底的预定的取向和高度。这个预定的取向和高度决定了光子器件接收或发射光时所沿着的光轴。大部分情况下，一个光子器件不限定一个唯一的光轴，因为它可接收或发射沿诸如发射自输入或输出端口的一个圆锥型内的方向的小范围内传播的光。所以，这种情况下，第一光轴可被定义为这样一个圆锥的中心轴。可选择地，光轴可由诸如耦合进入/来自光子器件的光的另一个输入或输出端口的组件结构的其它特征来限定。

一个实例中，第一光子器件包括光输入端口且第二光子器件包括光输出端口。光子器件被如此定位以致于将第一光子器件的光输入端口与第二光子器件的光输出端口对准。该实例可以是这样的情形，其中诸如半导体激光器或LED的光源与诸如光纤或平面光波导这样的光波导的光接收输入端对准，以便于将来自光电子器件的电磁辐射耦合到光波导。这种情况下第一光轴定义为输出和输入端口之间的直线。

另一个实例中，第一光子器件和第二光子器件都有光输出端口，且光子器件被定位以便于沿着两个平行光轴对准两个光输出端口。该实例可以这样的情形，其中两个半导体激光器彼此互相对准以便于，例如发射两个基本平行的电磁辐射束。

第一和/或第二光子器件的第二对准特征可以包括一个或多个焊料条。优选的，至少两个焊料条安置在光电子器件的底部。

光子器件可以包括有源波导部件，诸如象光纤放大器这样的光放大器。

第四方面，本发明涉及一种用于形成组件结构的方法，所述方法包括以下步骤：

提供其上布置有一个或多个第一对准特征的衬底，

提供一个第一光子器件，其具有用于沿第一光轴接收或发射光的光输入或输出端口，且具有一个其上布置有一个或多个第二对准特征的底表面，其中，

一个或多个第一或第二对准特征形成第一和第二侧表面部分，其在至少基本平行于第一光轴的方向上是锥形的，

该方法进一步包括如下步骤：

-把第一光子器件定位于一个或多个第一对准特征中至少其中一个的顶部，由此一个或多个第一对准特征的两个或多个表面部分邻接一个或多个第二对准特征的两个或多个表面部分，邻接的表面部分包括第一和第二侧表面部分。

而且，在至少基本平行于第一光轴的方向上提供锥度，第一和第二对准特征位置和形状的固有不精确性主要影响不太关键的沿第一光轴的定位。由衬底或由光子器件拥有的第一或第二对准特征中的任何一个可包括锥形的侧表面部分。可供选择地，第一和第二对准特征都是锥形。

该方法可以进一步包括如下步骤：

提供一个第二光子器件，其包括一个用于沿第二光轴接收或发射光的光输入或输出端口，还包括一个其上布置有一个或多个第二对准特征的底表面，这里，一个或多个第一或第二对准特征提供第三和第四个侧表面部分，这些侧表面部分在至少基本平行于第二光轴的方向上是锥形的，并且

把第二光子器件定位于一个或多个第一对准特征中的其中至少一个的顶部，在此，一个或多个第一对准特征的两个或多个表面部分邻接一个或多个第二对准特征的两个或多个表面部分，邻接的表面部分包括第三和第四侧表面部分。

对于大部分应用，光子器件的光输入或输出端口具有相对于衬底的预定的取向和高度。这个预定的取向和高度决定了光子器件接收或发射光时所沿的光轴。

可以出现不同的方案。第一光子器件可具有一个光输入端口，而第二光子器件可具有一个光输出端口。情况也可以是第一光子器件和第二光子器件都有一个光输出端口。这两种情况中，第一和第二光子器件相对于彼此互相定位以便于对准输入/输出，从而电磁辐射基本上沿着至少一个预定的光轴传播。

优选地，可以调整第一对准特征的高度以便于得到垂直对准。第一对准特征和第二对准特征的接合保证了水平对准。因而在垂直和水平对准都可以固定光子器件前完成。

优选地，是由衬底拥有的第一对准特征提供锥形侧表面部分。为了提供第一和第二光子器件的对准，提供第一到第四锥形侧表面部分的第一对准特征仅在单个掩模步骤中形成。第一和/或第二光子器件的第二对准特征可包括一个或多个焊料条。优选地，至少两个焊料条放置在每个光子器件的底部。

光子器件可包括一个无源的光学部件，诸如象光纤或平面光波导这样的光波导。光子器件还可包括诸如激光二极管或LED的光电子器件。最后，光子器件可包括诸如光放大器这样的有源波导部件。为了完成放大，有源波导可包括诸如铒这样的稀土材料。

还有另一方面，本发明涉及一种组装的结构，其包括较低的第一结构部分和较高的第二结构部分，其中：

第一结构部分包括：

一个第一衬底，它的上表面限定第一平面，衬底包括第一和第二部分

一个第一辐射引导、发射和/或接收装置，其定位于第一衬底中第一部分上或其上方，且与此具有固定关系，该装置限定了至少基本平行于第一平面延伸的第一光轴，

一个或多个第一对准单元，其定位于第一衬底中第二部分上或其上方，一个或多个第一对准单元具有与第一光轴和第一平面有固定的关系的一个或多个上表面部分，且一个或多个第一对准单元还具有定位于相对于第一光轴的预限定的位置上的一个或多个侧表面部分，

第二结构部分包括：

-一个第二衬底，其具有一个下表面，这个下表面限定了至少基本平行于第一平面的第二平面，

-一个引导、发射和/或接收辐射的第二装置，该装置限定了第二光轴且定位于第二衬底下方，并与此具有固定关系，

-一个或多个位于第二衬底的下方的第二对准单元，和具有定位于相对第二光轴的预限定位置上的一个或多个侧表面部分的一个或多个第二对准单元，

第二结构部分具有一个或多个相对于第二光轴和第二平面有固定关系的一个或多个下表面部分，

一个或多个第一和第二对准单元，其相互定位从而当第一与第二光轴至少基本上重合时：

一个或多个第一对准单元的一个或多个上表面部分的至少部分邻接第二结构部分的一个或多个下表面部分的至少部分，

一个或多个第一对准单元的一个或多个侧表面部分的至少部分邻接一个或多个第二对准单元的一个或多个侧表面部分的至少部分，

-一个或多个第一和第二对准单元中至少其中一个邻接的侧表面部分包括至少两个在不同平面延伸的表面部分，其与第一光轴成不同于0到90度的角度。

这有一个优势就是，邻接的侧表面部分和上下表面部分可被定位以使于当被垂直投射到第一平面时，可居于第一平面的一区域内，这一区域定义为当其垂直投射到第一平面上时第一和第二部分的交叠区域。因此，全部的接合部分或表面可不包括由于这种结构部分的大批量生产后的分离而产生的结构部分的那些边缘的任何部分。

通常，大量这样的结构部分是在相同的工序中，且在相同的晶片上制备的。随后通过简单的切割或断开带有结构部分的晶片来进行分离。这样的分离通常将不会产生边缘，相对于例如结构部分中的一个或多个光导或类似结构，其具有很好地限定的位置和距离。

如上所述，可希望第一和第二部分各自再包括一组电接触盘，其被这样放置以实现邻接或接合并从而在第一和第二部分的接触盘之间提供电接触。

在优选的实施方案中，第二对准单元包括至少一个，诸如至少两个，焊料条，且第一结构单元包括至少一个接触盘，其被这样放置以邻接或接合到第二部分的至少一个焊料条上。在这种情况下，通过在焊料条和接触盘间的诸如焊接这样接合，第一和第二结构部分至少部分地被牢固互连起来。

自然地，两个结构部分的全部定位和固定对两个结构部分的两个辐射引导、发射和/或接收装置的功能和操作没有任何要求。因此，第一和第二结构部分中至少一个辐射引导、发射和/或接收装置可包括，例如：

一个波导，如一个光纤或一个平面波导，其中光轴由波导的一个纵轴限定，

一个光发射体，如一个半导体激光二极管或一个LED，且其中光轴定义为由光发射体发出的辐射的对称轴，和/或

一个有源波导部件，如象光纤放大器这样的光放大器，其中光轴由波导的纵轴限定。

可见，本组件的优势之一是，在第一结构部分中，一个或多个上表面部分可限定一个平面，其至少基本上包括一个用于引导、发射和/或接收辐射的第一装置的下侧。这提供了优势，如上所述，即其相互的定位可得到高的精密度。

为了得到结构部分精确且可在现的定位，第一和第二结构部分之一的邻接侧表面部分优选地限定一个从各自的用于引导、发射和/或接收辐射装置看是向外的锥形部分，并且其中第一和第二结构部分的另一部分的邻接侧表面部分限定从各自的引导、发射和/或接收辐射装置看是向内的锥形部分。以这种方式，两个锥形部分可适于以某一方式配合，从而得到一个快速且无差错的连接。

在这种情况下，优选地，在第一和第二结构部分的一个或两者中，一个或多个对准单元被定位，以便可提供一个空间，其至少对应于用于辐射引导、发射和/或接收装置有源部分的横截面，该横截面沿各自结构部分的第二部分上各自的光轴被平移(translate)。用这种方法，具有如此尺寸的引导、发射和/或接收辐射的装置可被定位于那一空间，以便从光学上配合另一个引导、发射和/或接收辐射的装置。

还有在另一个方面，本发明涉及用于在组装的结构中使用的第一和/或第二结构部分。

而且，本发明的一个方面还涉及一种制造用于在组装的结构中使用的第一结构部分的方法，该方法包括：

1.提供具有第一和第二部分的衬底，

2.提供用于引导、发射和/或接收光的装置，该装置限定一个光轴，该装置被定位于衬底第一部分上或其上方，且以便于被相对于衬底固定，从而使光轴与衬底处于预定的关系，

3.在衬底上或其上方提供一个或多个对准单元，一个或多个对准单元放置于：

衬底的第二部分上或其上方，

从而一个或多个对准单元具有一个或多个上表面部分，该部分与第一光轴和第一平面存在固定的关系，并且

从而一个或多个对准单元具有一个或多个侧表面部分，该部分定位于相对第一光轴的预限定的位置。

优选地，步骤2)和3)包括以下步骤：

I.在衬底第一和第二部分的至少基本上全部的上表面上或其上方提供第一材料的第一层，第一材料具有第一有效折射率，

II.在第一层的至少基本上全部的上表面上和至少位于衬底的第一部分或其上方提供第二材料的第二层，第二材料具有与第一有效折射率不同的第二有效折射率，并且

III.去除第二层预确定的部分。

有利地，步骤2)包括在步骤I)和步骤II)之间在第一层的上表面且至少在衬底第二部分或其上方提供第三材料的第三层。优选地，第三材料适合于承受去除至少部分的第一层的工序。

另外，所希望的是：

-步骤II)包括也在第三层上提供第二层，

-步骤III)包括如下步骤：

a)预先限定应去除的第二层的部分，该部分处于衬底的第一和第二两部分或其上方。

b)去除第二层预先限定的部分。

在这种情况下，步骤2)可包括，至少处在衬底第一部分或其上方，在步骤b)之后得到的结构上提供第四材料的第四层，第四材料具有不同于第二折射率的折射率。

步骤III)可进一步包括去除其上定位有第二层预限定的部分的第三层的那些部分。

在那一情况下，步骤3)优选地进一步包括去除在衬底第二部分上或其上方的第二层的全部剩余部分。

另外，步骤2)优选地进一步包括去除第一层至少基本整个部分，该部分对应于步骤b)中去除的第三层的那部分。

优选地，步骤III)又进一步包括去除在衬底第二部分或其上方的第三层中至少基本上全部的剩余部分。

本发明的一个主要优点是步骤a)可包括仅在一个步骤中预先限定各部分。自然地，这事实上可用任何技术得到。但是，目前优选的是使用平版印刷工艺且通过采用单个掩模。

同样优选地是，步骤3)的进一步去除步骤采用预先限定的去除过程来进行，诸如象反应离子刻蚀这样的刻蚀过程，且其中的步骤II)包括提供诸如刻蚀阻挡层(stop)的第三材料的第三层，该层适于在预限定的去除步骤中不被去除。

本发明的另一个方面涉及一种根据权利要求1组装的组件结构的方法，该方法包括：

-提供第一和第二结构部分，然后

-把第一和第二结构部分定位以形成组件，并且最后

-使第一和第二部分相互固定。

这样先定位和然后固定各部分具有大量明显的优点，例如在或许是不可逆过程的固定之前，每部分合适的功能能够得到检查。

下面，将根据下列附图进一步详细描述本发明。

图1示出了典型的光学芯片，其包括一个混合集成的泵浦激光器和一个波导。

图2示出了制作组件结构的第一步，其中把底部包层淀积到硅衬底上。

图3示出了一个用于部分底部包层上的多晶硅刻蚀阻挡层。

图4示出了一个用在图3所示结构上的芯玻璃层。

图5示出了经过刻蚀步骤后的图4的结构，其限定了波导和对准锥形模板。

图6示出了去除了可进入的多晶硅刻蚀阻挡层后的图5的结构。

图7示出了几个应用于图6结构的顶部包层。

图8示出了通过刻蚀把顶部包层前部分和对准锥形模板去除后的图7的结构。

图9示出了对完成对准锥形的图8结构的继续刻蚀。

图10示出了作为应用于图9结构上的激光器电极和传热通道金属盘。

图11示出了待应用于图10结构顶部的光子器件。

图12示出在熔化焊料条用于固定时对准的组装的结构。

图13示出了图12结构的分解视图，其显示熔化的焊料条。

图14是对准的组件结构的正视图。

图15是图14的近观图，其示出了焊料条、对准锥形和金属盘。

图16示出焊料条熔化后的图15。

图17A和B示出带有光子器件的对准锥形阵列。

图18示出在还具有其它特征的衬底上的带有光子器件的对准锥形阵列。

图19示出了本发明锥形的对准特征的另一种可选择实施方案。

图20A和B分别是俯视图和截面图，显示如何为根据本发明的组件结构提供有效的密封。

待用于根据本发明的混合集成过程的结构的制造利用标准的半导体技术。本发明能够在很多实施方案中实现，这里只从中选择一个有代表性的方案进行描述。

在第一实施方案中，本发明涉及一种组件结构，其用于进行将光电子器件到带有波导的衬底上的混合。光电子器件可以是诸如激光器或发光二极管(LED)这样的光发射部件，或诸如光电二极管这样的光接收部件。混合集成包括把激光器与波导对准，并把激光器焊接到衬底上，确保长期的机械稳定性。

对这第一实施方案的说明也作为本发明所包括的基本特征的概述。所以，为实现本发明，不是包括在这一说明中所有的步骤和特征都是必须的，而且该说明决不能被认为是限制本发明的范围。最好把组件结构的构成描述为经过了阶梯式的制造过程，可参见图2-13。

图2示出了制作组件结构的第一步，其中把底部包层12淀积到衬底10上。优选地，衬底的组成包括硅或其它无机或有机的衬底材料；底部包层是SiO₂或不同于随后待淀积的芯材料的其它材料。为了实用的目的，所示的结构名义上被分成第一部分(在后)和第二部分(前)。图3，一个刻蚀阻挡层14被淀积到底部包层的第二部分。可能的刻蚀阻挡层材料是多晶硅、掺硼的多晶硅、金属或其它的无机材料。下一步包括用芯玻璃淀积层16覆盖结构，典型材料是掺锗的SiO₂或不同于包层材料的其它材料，如图4所示。

包层、刻蚀阻挡层和芯玻璃层的淀积可以采用等离子体增强化学气相淀积法(PECVD)、低压化学气相淀积法(LPCVD)，或某种真空淀积技术进行。

图5中，波导芯与对准锥形模板的形成通过照相平版印刷工艺来进行。首先，把芯玻璃层淀积到Si晶片上。然后，在同一个光致抗蚀加工步骤中，波导芯与对准锥形模板被限定在抗蚀层内。接下来的RIE工序去除周围的芯玻璃材料，只剩下波导芯18和对准锥形模板19。就是在这一步中基本的水平对准发生了。既然波导芯和对准锥形模板在一个掩模步骤中同时被限定，则水平对准的精密度非常精确地被限定。

当通常工作于器件时，人们经常小心地避免来自诸如入射/出射小平面这样的表面的后散射。上述的照相平版印刷掩模步骤提供了一个简单的措施用来在本发明中做到这点。通过改变照明掩板，波导芯的一端能够被限定为具有角度终结，因而任何来自这一表面的反射都会离开此***。

没有被对准锥形模板覆盖的多晶硅刻蚀阻挡层14用湿法或干法刻蚀予以去除，并把底部包层暴露出来，见图6。波导芯需被一种材料覆盖，以使它能够引导电磁辐射。已存在几种对用于嵌入波导芯的材料的选择，以使它能够引导电磁辐射。这可以用诸如折射率这样的参数来限定。图7中做了这样的工作，其中顶部包层13，优选的类似于底部包层，被淀积到图6的结构上。该包层在RIE工序中又被去除，但只是从结构的第二部分去除，得到图8所示的结构。

图9中刻蚀工序的完成在底部包层12内形成了对准锥形20。从图8到图9，刻蚀阻挡层掩模15也被去除，露出对准锥形的顶表面。有一点很值得注意，即底部包层12的顶表面既形成对准锥形的顶表面又形成在其上淀积有波导芯18的表面，也就是，它们在同一平面内。因此，通过把欲对准的物体放在对准锥形的顶部就能完成非常精密的垂直对准。

一些金属盘22淀积到与如图10所示对准锥形20相邻的硅衬底10暴露的部分。这些金属盘作为可浸湿区域，其用于在后来的焊接中把焊料和衬底粘合起来(见，例如图16)。在这一焊接后，该盘还可既作为到达硅衬底的传热通道，也可作为光电子器件的电接触。金属的淀积可以通过电镀或真空淀积技术来进行。

如图10可以看到的，整个组件结构30淀积在衬底10上，并且因此不需要在硅晶片上刻蚀沟和凹槽。

现参看图11，光电子器件24，在优选实施方案中是半导体激光器，被倒置以显示待与波导对准的激活区28。激活区优选地驻留，以便于使其光轴提高到激光器底表面的之上一段距离，该距离等于波导光轴在底部包层上方的距离。激活区的确切位置将在后面予以解释。

激光器24也拥有一个或多个对准特征，这里是以一个或多个焊料条26的形式，其对称地淀积于激光器底表面，激活区28位于中央。在淀积焊料条时，将需要一个所提到的与激光器激活区的对准步骤，其精确度典型地为0.2μm。具有非常平整的表面结构的AuSn80电镀条是本发明优选的焊接材料。半导体激光器通常比较脆，需要非常轻的操作。因为焊料条是“附加式(add on)”的，不需要刻蚀激光器，这被认为是一个主要的优点。

为了进行对准，激光器24根据图11的箭头被翻转过来，以使得焊料条26配合对准锥形20。此后，把激光器滑向组件结构的第一部分，直到焊料条邻接对准锥形，如图12所得到的。这最后的操作是其中发生与波导的对准且对准锥形20的锥度引导或互锁激光器24从而使得激活区28与波导芯18对准的地方。此时，激光器位于可保证垂直对准的对准锥形上(注意上述激活区的垂直位置)，并且焊料条夹紧对准锥形以保证水平对准。这样垂直对准和水平对准两者都达到了，并且由于焊料条夹紧到对准锥形，所以它们紧紧地连在一起，却不是不可分开的。

水平对准仅仅对焊料条26与激活区28的相对对准敏感。只要焊料条对称放置，任何它们间隔的修正将会改变激光器与波导的间隙，却不会造成横向的失准。图12中，示出为了固定光电子器件融化焊料条时对准的且组装好的结构。图13示出了图12结构的分解视图，其显示出熔化的焊料条。

图11到13中进行的对准和固定过程参考图14到16给予详细的描述。图14示出了图12的正视图，其中可以看到焊料条26精确地把激活区28定位在对准锥形20之间。从图15中的近观图可以看到，焊料条只对水平对准有贡献，并且因此焊料条的高度只受对准锥形的高度的限制。值得注意的是，对准是在固定光电子器件之前进行的，因此阻碍理想对准的任何误差或不精确性能被检测出来，从而拒决固定。

对准以后，从图15到16实现的焊料条26的熔化通过加热组装的结构来进行。图16中，焊料膨胀、变湿，并且额外的焊料沿着金属盘22流动以造成与硅衬底10的热接触和电接触。这一接触能给予激光器24电力供应，并且，因为它越过宽的面积而提高激光器的温度稳定性。把额外的导线结合到激光器上将显著的加热组件，但是，由于激光器位于对准锥形的顶部，则焊料的软化不会造成什么问题。

在上面(图11)组件结构的描述中，表明了激活区28居于激光器24底表面上方的一定的高度处。但是，在一些特定的光电子器件中，欲与波导对准的区域居于器件内部的底表面上方某一给定高度，该高度不等于波导芯中央的高度。这将引起在安装器件时，区域28相对于波导中央或者被提升或者被降低。

本发明的两个实施方案提到这个问题，第一个应用在激活区相对波导芯被提升时，第二个用在被降低时。

第一实施方案：波导芯能够在由真空淀积形成芯层(图4中的16)之前通过淀积第二包层来提升。代替位于在底部包层的顶表面上，图5中的波导芯18现在位于第二包层的剩余部分上，位于底部包层12上。这将使波导提升一段距离，该距离等于第二包层在底部包层的顶表面之上的厚度。现在参考图9，对准锥形20的顶表面将仍旧处于底部包层12的顶表面所在的平面内。因为第二包层的厚度是已知的，对准锥形20的顶表面仍旧相对于波导很好地被限定。

第二实施方案：所安装的器件能通过增加对准锥形的高度相对于波导被提升。这通过留下在其他情况下在刻蚀了包层后会被去除的图8中的刻蚀阻挡掩模15的全部或部分很容易做到，调整刻蚀阻挡层的原始厚度允许所安装的器件相对于波导提升到一给定的高度。

这两个只用了单层厚度的限定明确的高度调整，容许波导和光电子器件的精确垂直对准，而且当欲对准区域居于底表面上方一给定的高度，即光电子器件内部时也适用。

当目的是把几个光子器件相互对准或相对于其它物体对准时，本发明存在可供选择的实施方案。这里，光子器件既指光电子部件又指其它诸如放大波导这样的光学器件。本案例中在组件结构中可以没有波导。对准锥形将以两种方式中任何一种定位，如图17和18中所述：

1.在一个掩模步骤中限定，且在与位于相同平面的所有锥形的顶表面同样的包层内形成多个对准锥形20，(图17A和B)或者，

2.多个对准锥形20如1中那样限定和形成，但是所述一个掩模步骤包括衬底另一个特征32的定义。这个另外的特征可以是光子器件或另一个对准特征。

图17A中提到的实施方案适用于两个或多个光子器件在互相排成一列后被混合集成。与上述的组件结构中的波导相反，没有欲对准的光子器件在衬底上形成。两个或多个光子器件25具有光输入/输出端口，其需要内部对准以便在它们之间得到有效的光耦合。

在图17B和18所示的实施方案中，对准锥形和附连的器件相对于一个虚拟的参照系来定向。所述对准将既是对准又是高度精确性的三维定位，尤其是在相对于对准锥形的横向方向上。

这两个实施方案可以在例如需要一个光子器件阵列时使用。对准锥形的阵列能够如上面1(图17B)中所述的那样在一个分开的衬底11上形成，其因此拥有内部对准的器件25的阵列。或者，如2(图18)所述，阵列能在拥有诸如32的其它特征的衬底上形成并被内部对准，阵列也相对于这些特征对准。形成对准锥形和附连器件的过程基本上与参考图2到13中所述的实施方案中的相同。

根据本发明的一个或多个锥形对准特征可有不同的形状。在可供选择的实施方案中，形成的锥形对准特征，其提供如同图19举例说明的内侧表面部分一样的锥形侧表面部分。这里，一个组件结构在拥有波导18和锥形对准特征42的衬底10上形成。为了提高组件的精确性，波导18和锥形对准特征42优选地仅在一个掩模步骤中限定。另外，锥形对准特征42的顶表面优选地与拥有波导18的底部包层处在同一平面内。通过把光电子器件25定位在对准特征42的顶部，光电子器件25的激活区28能与波导18垂直对准。围绕激活区28对称放置的诸如焊料条48的第二对准特征形成于光电子器件25的下表面。当光电子器件25向波导18移动直到焊料条48邻接对准特征42的锥形侧表面部分时，激活区28将与波导18在水平上对准。为了固定并给光电子器件25提供电连接，焊料条被熔化，形成与金属化区域44接合的电连接。可供选择地，除了焊料条48，第二对准结构特征能由其它的结构形成，诸如一个或多个二氧化硅结构。本情形中，固定和电连接就能用与金属化区域46形成接合的电连接的焊料条50来形成

本发明的原理提供了在衬底上不同位置定位并对准器件和结构的精确方法。通过结合上述任何实施方案，几种光子器件的三维定位和对准排列是可行的。另外，包括对准和定位的混合集成对很多类别的光子器件都是有意义的，这将进一步扩展本发明的范围。

本发明的组件结构还提供一种很好地适用于在组件结构上密封一个或多个光电子器件的组件。

图20示出一个应用实例，其中用于形成玻璃波导和对准特征的处理步骤与用于在光电子器件周围形成一个起保护作用的密闭的焊料密封的必要的处理步骤结合。

图20A示出了一个根据本发明的优选实施方案的组件结构的俯视图。与波导18的形成同时，形成环绕所安装的光电子器件25和波导18的光输入/输出端的玻璃环32。玻璃环32能用用于形成组件结构的相同的处理步骤、掩模和材料形成。玻璃环32的上部拥有金属化区域35和焊料密封环37，如图20B的横截面视图所见的那样。玻璃环32与波导结构的底部和顶部包层31和52以及基座36无缝地相交。通过把盖子40定位于组件结构的顶部，盖子40能被焊接到组件结构上，以便于获得盖子40上金属化区域35与焊料密封环37之间的接触。对组装结构加热将把盖子40固定在器件上并密封器件。盖子40优选地包含硅。

在基座36上玻璃环32的下表面包含电导馈通39，其优选地包括高掺杂的多晶硅。馈通连接到由线或带状结合物33互连的金属化区域35上。金属化区域35与结合物33和馈通39一起形成从密封外部到被密封的光电子器件的电连接，如图20A所见。可供选择地，电连接能由垂直馈通41形成，其电连接衬底10的顶表面与底表面。

如上所述，用于提供密封的必要的结构能包括在用于形成波导和对准特征的处理步骤中。

基座36和玻璃环32下部的结构化在与波导底部包层31和对准锥形34的结构相同的处理步骤和掩模中形成(类似于关于图5和9所述的步骤)。而且，多晶硅馈通39的结构化能在与图6所述的一样的处理步骤中完成。相似地，金属化区域35能够在用于形成图10所述的金属化区域22的步骤中形成。

焊料密封环37能应用到如图20B所示的金属化玻璃脊32，但它还能用于金属化区域35盖子40。焊料密封环37优选地包含一种合金，其熔点低于用来把半导体器件安装到第一表面的焊料合金的熔点。

Claims (82)

1.一种组件结构包括：

-一个带有一个底部包层的衬底，所述的底部包层包括第一和第二部分，其中每个部分包括一个顶表面和一个底表面，两个面分开一段距离d，

-一个光波导，包括一个顶表面、一个底表面和一个光输入或输出端，所述的光波导限定第一光轴，所述光波导的底表面定位于距离底部包层底表面之上大于或等于d的位置，

-一个或多个第一对准特征，其形成于底部包层第二部分，所述第一对准特征具有与底部包层第一部分的顶表面基本上在同一平面内的顶表面，所述一个或多个第一对准特征进一步包括在至少基本平行于第一光轴的方向上的第一和第二锥形侧表面部分，和

-一个顶部包层，其包围光波导以便于引导电磁辐射在光波导内。

2.根据权利要求1的组件结构进一步包括一组电接触盘。

3.根据权利要求1或2的组件结构，其中光波导底表面定位于在底部包层的底表面上方基本等于d距离处的底部包层的顶表面上。

4.根据任何前述的权利要求的组件结构，其进一步包括

-一个光电子器件，其包括有源部分和光输出端口，通过把光电子器件安置在第一对准特征的顶部所述的输出端口与波导的输入光学对准，从而在光波导的光接收输入端与光电子器件的光输出端口间得到垂直对准。

5.根据权利要求4的组件结构，其中的光电子器件进一步包括一个或多个第二对准特征，并且其中所述第二对准特征的一个或多个邻接第一对准特征的第一和第二锥形侧表面部分，以便于把光波导的光接收输入端与光电子器件的光输出端口水平对准。

6.根据1-3任一权利要求的组件结构，其进一步包括

-一个光电子器件，包括光输出端口、有源部分和一个或多个第二对准特征，其中第二对准特征的一个或多个邻接第一对准特征的第一和第二锥形侧表面部分，以便于把光波导的光接收输入端与光电子器件的光输出端口对准。

7.根据权利要求4-6中任何一个的组件结构，其中光电子器件的有源部分限定至少基本上与第一光轴相一致的第二光轴。

8.根据权利要求4-7中任何一个的组件结构，其中刻蚀阻挡层提供在光电子器件下第一对准特征的顶部。

9.根据权利要求1-8中任何一个的组件结构，其中，在所述组件的形成过程中，利用单个掩模限定光波导和第一对准特征的定位。

10.根据权利要求1-9中任何一个的组件结构，其中第一对准特征中的两个提供锥形侧表面部分，所述的两个对准特征被分开一个大于光电子器件有源部分宽度的距离。

11.根据权利要求5-10中任何一个的组件结构，其中第二对准特征包括安置在光电子器件底部的焊料条，以便于至少部分地与第一对准特征的外侧壁接合。

12.根据权利要求11的组件结构，其中至少两个焊料条安置在光电子器件的底部。

13.根据权利要求4-12中任何一个的组件结构，其中光电子器件被焊接到形成于衬底暴露部分上的接触盘上。

14.根据权利要求4-13中任何一个的组件结构，其中光电子器件包括半导体激光二极管。

15.根据权利要求4-13中任何一个的组件结构，其中光电子器件包括LED或光电二极管。

16.根据权利要求4-6中任何一个的组件结构，其中衬底带有至少部分地环绕光电子器件的脊，组件结构进一步包括一个焊接到所述脊的盖子，用于密封光电子器件和光波导的输入端。

17.一种形成用于组装光电子器件和光波导的组件结构的方法，所述的光波导包括一个用于

接收发自光电子器件输出端口的光的光输入端，所述的方法包括如下步骤：

在衬底顶部提供一个底部包层，所述的底部包层包括第一和第二部分，其中每部分包括分开距离d的顶表面和底表面，

在至少部分底部包层的顶部提供一个芯层，

在芯层中形成光波导，所述光波导因而在一个平面内沿第一光轴并在距离底部包层第一部分的底表面的大于或等于d的位置延伸，并且

在底部包层第二部分中形成一个或多个第一对准特征从而第一对准特征的至少一个顶表面基本上与底部包层第一部分的顶表面处在同一平面内，形成一个或多个第一对准特征的步骤包括在至少基本平行于第一光轴的方向上形成第一和第二锥形侧表面部分的步骤。

18.根据权利要求17的方法，进一步包括：

-把光电子器件的输出端口与光波导的光输入端对准，所述的对准包括把光电子器件安置在一个或多个对准特征的顶部以便得到垂直对准的步骤。

19.根据权利要求17或18的方法，其中光波导在底部包层的底表面之上一个基本等于d的距离处的底部包层的顶表面上延伸。

20.根据权利要求18或19的方法，其中光电子器件进一步包括一个或多个第二对准特征，并且其中把光电子器件的输出端口与光波导的光输入端对准的步骤进一步包括使所述第二对准特征邻接第一对准特征的第一和第二锥形侧表面部分以便于得到水平对准的步骤。

21.根据权利要求17-20中任何一个的方法，其中利用单个掩模限定光波导和第一对准特征的定位。

22.根据权利要求18-21中任何一个的方法，其中刻蚀阻挡层提供在光电子器件下第一对准特征的顶部。

23.根据权利要求17-22中任何一个的方法，其中

-在芯层淀积之前，刻蚀阻挡层提供在底部包层的第二部分的至少部分上，所述芯层在底部包层的第一和第二两个部分上延伸，因而覆盖至少部分的刻蚀阻挡层，并且

光波导和第一对准特征的形成进一步包括：

a)仅利用单个掩模工序，在芯层限定第一对准特征和光波导的水平配置，

b)部分地去除芯层，因而在芯层形成光波导并限定第一对准特征，

c)去除没有被芯层覆盖的刻蚀阻挡层的那部分，

d)提供顶部包层，以便于至少部分地覆盖光波导和选择地覆盖在芯层中形成的一个或多个对准特征，并且

e)去除顶部包层、芯层和的底部包层的第二部分的至少部分，从而在底部包层中形成第一对准特征。

24.根据权利要求23和权利要求17-21中任何一个的方法，进一步包括以下步骤：

去除形成于底部包层中的限定一个或多个对准特征的刻蚀阻挡层。

25.根据权利要求23的方法，其中步骤e)中的去除包括刻蚀底部包层的第二部分，以便于把没有被第一对准特征覆盖的衬底的那部分暴露出来。

26.根据权利要求23-25中任何一个的方法，其中步骤e)包括利用反应离子刻蚀进行刻蚀。

27.根据权利要求17-26中任何一个的方法，其中一个或多个第二对准特征被安置在光电子器件的底部，以便于在对准光电子器件时，至少部分地接合第一对准特征的外侧壁。

28.根据权利要求27的方法，其中第二对准特征包括焊料条。

29.根据权利要求28的方法，其中至少有两个焊料条安置在光电子器件的底部。

30.根据权利要求18-29中任何一个的方法，进一步包括把光电子器件焊接到一个或多个电接触盘上，该电接触盘形成于衬底的暴露部分的对准特征的旁边。

31.根据权利要求17-30中任何一个的方法，其中光电子器件包括半导体激光二极管。

32.根据权利要求17-30中任何一个的方法，其中光电子器件包括LED或光电二极管。

33.根据权利要求17-32中任何一个的方法，进一步包括如下步骤：

在衬底上形成一个脊，其至少部分地环绕光电子器件，

提供一个盖子，并且

把所述的盖子焊接到所述的脊上，用于密封光电子器件和光波导的输入端。

34.一种组件结构包括：

一个衬底，具有一个或多个淀积在其上的第一对准特征，和

一个第一光子器件，具有用于沿第一光轴接收或发射光的光输入或输出端口，且具有一个具有其上淀积有一个或多个第二特征的底表面，

组件结构的特征在于：

一个或多个第一或第二对准特征形成第一和第二侧表面部分，其在至少基本平行于第一光轴的方向上是锥形的，并且

第一光子器件定位于一个或多个第一对准特征中至少其中一个的顶部，由此一个或多个第一对准特征的两个或多个表面部分邻接一个或多个第二对准特征的两个或多个表面部分，所述邻接的表面部分包括第一和第二侧表面部分。

35.根据权利要求34的组件结构，其进一步包括

-一个第二光子器件，其包括一个用于沿第二光轴接收和发射光的光输入或输出端口，还包括其上淀积有一个或多个对准特征的底表面，其中

一个或多个第一或第二对准特征提供一个第三或第四个侧表面部分，该侧表面部分在至少基本平行于第二光轴的方向上是锥形的，并且

第二光子器件定位于一个或多个第一对准特征中至少一个的顶部，在此一个或多个第一对准特征的两个或多个表面部分邻接一个或多个第二对准特征的两个或多个表面部分，所述邻接的表面部分包括第三和第四侧表面部分。

36.根据权利要求34或35的组件结构，光子器件的光输入或输出端口具有相对于衬底的预定的取向和高度。

37.根据权利要求35或36的组件结构，其中第一光子器件包括光输入端口且第二光子器件包括光输出端口，且其中光子器件被定位以便于把第一光子器件的光输入端口与第二光子器件的光输出端口对准。

38.根据权利要求35或36的组件结构，其中第一光子器件和第二光子器件都有一个光输出端口，且光子器件被定位以便于沿两条至少基本上平行的光路对准两个光输出端口。

39.根据权利要求35或36的组件结构，其中第一光轴与第二光轴至少基本上平行。

40.根据权利要求34-39中任何一个的组件结构，其中第一和/或第二光子器件的第二对准特征包括一个或多个焊料条。

41.根据权利要求40的组件结构，至少两个焊料条被安置在光子器件的底部。

42.根据权利要求35-41中任何一个的组件结构，其中一个或多个第一对准特征的高度被调整，以便得到垂直对准。

43.根据权利要求34-42中任何一个的组件结构，其中光子器件包括诸如象光学纤维或平面波导这样的光波导的无源光学部件。

44.根据权利要求34-43中任何一个的组件结构，其中光子器件包括诸如激光二极管、LED或光电二极管这样的光电子器件。

45.根据权利要求34-44中任何一个的组件结构，其中光子器件包括有源波导组件，诸如象光纤放大器的光学放大器。

46.一种形成组件结构的方法，所述方法包括如下步骤；

提供一个具有其上淀积有一个或多个于第一对准特征的衬底，

提供一个第一光子器件，其具有用于沿第一光轴接收或发射光的光输入或输出端口，且具有其上淀积一个或多个第二特征的底表面，其中，

一个或多个第一或第二对准特征形成第一和第二侧表面部分，所述第一和第二侧表面部分在至少基本平行于第一光轴的方向上是锥形的，

该方法进一步包括如下步骤：

把第一光子器件定位于一个或多个第一对准特征中至少一个的顶部，由此一个或多个第一对准特征的两个或多个表面部分邻接一个或多个第二对准特征的两个或多个表面部分，邻接的表面部分包括第一和第二侧表面部分。

47.根据权利要求46的方法，其进一步包括步骤：

提供一个第二光子器件，其包括一个用于沿第二光轴接收或发射光的光输入或输出端口，还包括具有其上放置有一个或多个对准特征的底表面，其中

所述一个或多个第一或第二对准特征提供第三和第四个侧表面部分，这些侧表面部分在至少基本平行于第二光轴的方向上是锥形的，并且

该方法进一步包括步骤：

把第二光子器件定位于一个或多个第一对准特征中至少一个的顶部，由此，一个或多个第一对准特征的两个或多个表面部分邻接一个或多个第二对准特征的两个或多个表面部分，所述邻接的表面部分包括第三和第四侧表面部分。

48.根据权利要求46或47的方法，其中光子器件的光输入或输出端口具有相对于衬底的预定的取向和高度。

49.根据权利要求47或48的方法，其中第一光子器件包括一个光输入端口，且第二光子器件包括一个光输出端口，且光子器件被如此定位以便于把第一光子器件的光输入端口与第二光子器件的光输出端口对准。

50.根据权利要求47或48的方法，其中第一光子器件和第二光子器件都有一个光输出端口，且其中光子器件如此定位以便于把两个光输出端口沿两条至少基本平行的光路的对准。

51.根据权利要求47或48的方法，其中光子器件如此定位以便于使第一光轴与第二光轴至少基本平行。

52.根据46-51任一权利要求的方法，其中第一和/或第二光子器件的第二对准特征包括一个或多个焊料条。

53.根据权利要求52的方法，其中至少两个焊料条被安置在光子器件的底部。

54.根据权利要求46-53中任何一个的方法，其中第一对准特征的高度被调整，以便于得到垂直对准。

55.根据权利要求46-54中任何一个的方法，其中第一对准特征和第二对准特征的接合确保水平对准。

56.根据权利要求46-55中任何一个的方法，其中光子器件包括无源光学部件，诸如象光纤或平面波导这样的光波导。

57.根据权利要求46-55中任何一个的方法，其中光子器件包括诸如激光二极管、LED或光电二极管的光电子器件。

58.根据46-55任一权利要求的方法，其中光子器件包括有源波导部件，诸如像光纤放大器的光学放大器。

59.一种组装的结构，其包括第一下结构部分和第二上结构部分，其中：

第一结构部分包括：

一个第一衬底，其上表面限定第一平面，所述衬底包括第一和第二部分

一个引导、发射和/或接收辐射的第一装置，其定位于第一衬底的第一部分上或其上方，且与所述衬底处于固定关系，该装置限定了在至少基本平行于所述第一平面延伸的第一光轴，

一个或多个第一对准单元，其定位于第一衬底的第二部分上或其上方，所述一个或多个第一对准单元具有与第一光轴和第一平面有固定的关系的一个或多个上表面部分，且一个或多个第一对准单元具有定位于相对于第一光轴的预限定的位置上的一个或多个侧表面部分，

所述第二结构部分包括：

一个第二衬底，其具有限定至少基本平行于第一平面的第二平面的下表面，

用于引导、发射和/或接收辐射的第二装置，该装置限定第二光轴且定位于第二衬底下方并相对于其固定，

一个或多个第二对准单元，其定位于第二衬底的下方，且一个或多个第二对准单元具有定位于相对第二光轴的预限定的位置上的一个或多个侧表面部分，

第二结构部分具有与第二光轴和第二平面有固定的关系的一个或多个下表面部分，

所述一个或多个第一和第二对准单元相对定位，从而当第一与第二光轴至少基本上重合时：

一个或多个第一对准单元的一个或多个上表面部分的至少部分邻接第二结构部分的一个或多个下表面部分的至少部分，

一个或多个第一对准单元的一个或多个侧表面部分的至少部分邻接一个或多个第二对准单元的一个或多个侧表面部分的至少部分，并且

一个或多个第一和第二对准单元中至少一个的所述邻接的侧表面部分包括在与第一光轴成不同于0到90度的角度的不同平面延伸的至少两个表面部分。

60.根据权利要求59的组件，其中邻接的侧表面部分和上和下表面部分可被如此定位以便于当被垂直投影到第一平面时，居于第一平面内的一区域内，该区域被定义为当第一和第二部分被垂直投影到第一平面上时第一和第二部分间的交叠。

61.根据权利要求59或60的组件结构，其中第一和第二结构部分每一个进一步包括一组电接触盘，其如此定位以便于邻接或接合并因而在第一和第二部分的接触盘间提供电接触。

62.根据权利要求59-61中任何一个的组件结构，其中第二对准单元包括至少一个诸如至少两个的焊料条。

63.根据权利要求62的组件结构，其中第一结构单元包括至少一个接触盘，该接触盘如此定位以便于邻接或接合第二部分的至少一个焊料条。

64.根据权利要求63的组件结构，其中第一和第二部分可由在焊料条和接触盘间的诸如焊接这样的接合至少部分地固定互连起来。

65.根据权利要求59-64中任何一个的组件结构，其中第一和第二结构部分中至少一个的辐射引导、发射和/或接收装置包括：

-一个波导，诸如光纤或平面波导，其中光轴由波导的纵轴限定，

-一个光发射体，诸如半导体激光二极管或LED，且其中光轴定义为由光发射体发射的辐射的对称轴，和/或

-一个有源波导部件，诸如一个象光纤放大器的光学放大器，其中光轴由波导的纵轴限定。

66.根据权利要求59-65中任何一个的组件结构，其中，在第一结构部分中，一个或多个上表面部分限定一个平面，所述平面至少基本上包括用于引导、发射和/或接收辐射的第一装置的下侧。

67.根据权利要求59-66中任何一个的组件结构，其中从用于引导、发射和/或接收辐射的各自的装置看，第一和第二结构部分中的一个的所述邻接的侧表面部分限定一个向内或向外的锥形部分。

68.根据权利要求67的组件结构，其中，在第一和第二结构部分的一个或两者中，一个或多个对准单元被如此定位以便于提供一个空间，该空间至少对应于用于辐射引导、发射和/或接收的装置的有源部分的横截面，这个横截面沿在各自的结构部分的第二部分之上的各自的光轴被平移。

69.一种用于在根据权利要求59-68的任何一个的组装的结构中使用的第一结构部分。

70.一种用于在根据权利要求59-68的任何一个的组装的结构中使用的第二结构部分。

71.一种制造用于在根据59-68中任何一个权利要求的组装的结构中使用的第一结构部分的方法，该方法包括：

1.提供一个具有第一和第二部分的衬底，

2.提供用于引导、发射和/或接收光的装置，该装置限定一个光轴，该装置定位于衬底第一部分上或其上方，且以便于相对于衬底被固定，且从而光轴相对于衬底处于预定的关系。

3.在衬底上或其上方提供一个或多个对准单元，所述一个或多个对准单元定位于：

-衬底的第二部分上或其上方，

-从而一个或多个对准单元具有一个或多个上表面部分，所述上表面部分与第一光轴和第一平面处于固定的关系，并且

-从而一个或多个对准单元具有一个或多个相对第一光轴定位于预限定的位置的侧表面部分。

72.根据权利要求71的方法，其中的步骤2)和3)包括以下步骤：

I.在衬底的第一和第二部分的至少基本上全部的上表面上或其上方提供第一材料的第一层，第一材料具有第一有效折射率，

II.在第一层的至少基本全部的上表面上和衬底的在至少第一部分或上方提供第二材料的第二层，第二材料具有与第一有效折射率不同的第二有效折射率，并且

III.去除第二层的预定的部分。

73.根据权利要求72的方法，其中步骤2)包括在步骤I)和步骤II)之间在第一层的上表面上和至少在衬底的第二部分或其上方提供第三材料的第三层，第三材料适合于承受去除至少部分的第一层的工序。

74.根据权利要求73的方法，其中：

-步骤II)包括将第二层还提供在第三层上，

-步骤III)包括如下步骤：

a)在衬底的第一和第二部分或其上方，预先限定应去除的的第二层的部分，

b)去除第二层预先限定的部分。

75.根据权利要求74的方法，其中，至少在衬底第一部分或其上方，步骤2)包括在经过步骤b)后所得的结构上提供一个第四材料的第四层，第四材料具有不同于第二折射率的折射率。

76.根据权利要求74或75的方法，其中步骤III)进一步包括去除其上置有第二层的被预限定的部分的第三层的那些部分。

77.根据权利要求76的方法，其中步骤3)进一步包括去除在衬底的第二部分上或其上方的第二层的全部剩余部分。

78.根据权利要求76或77的方法，其中步骤2)进一步包括去除第一层的至少基本上所有的部分，所述部分对应于步骤b)中去除的第三层的部分。

79.根据权利要求74-77中任何一个的方法，其中步骤III)进一步包括去除在衬底第二部分或其上方的第三层的至少基本上全部的剩余部分。

80.根据权利要求74的方法，其中步骤a)包括在单个步骤中预先限定各部分，优选地，使用平版印刷法和通过使用单一掩模。

81.根据权利要求7的方法，其中

步骤3)的进一步去除的步骤采用预先限定的诸如类似反应性离子刻蚀这样的刻蚀过程的去除过程来实施，且其中

步骤II)包括提供第三材料的第三层，诸如刻蚀阻挡层，其适于在预定的去除步骤中不予去除。

82.一种组装根据权利要求59-68中任何一个的组装的结构的方法，该方法包括：

-提供第一和第二结构部分，

-把第一和第二结构部分定位，以便于形成组件。以及

-使第一和第二部分相互固定。

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