DE10153054B4 - Process for non-positive whole wafer connection - Google Patents

Abstract

Verfahren zur kraftschlüssigen Ganzwaferverbindung eines Transferwafers (TW) mit der strukturierten Wellenleiterebene (WGP₁) einer epitaktisch aufgewachsenen, zwei optisch vertikal gekoppelte Wellenleiterebenen (WGP₁, WGP₂) aufweisenden Halbleiterschichtenfolge (SS) als Verbindungskomponenten (CC₁, CC₂) durch Einbringen einer Kraftschlusskomponente (FCC) und deren Aktivierung unter Zusammenführung der Verbindungskomponenten (CC₁, CC₂), dadurch gekennzeichnet, dass als Kraftschlusskomponente (FCC) ein lötbares Metalleutektikum (ME) mit einem Schmelzpunkt in einem Bereich unterhalb 350°C verwendet wird, das die Verbindungskomponenten (CC₁, CC₂) elektrisch niederohmig kontaktiert und auf eine von beiden Verbindungskomponenten (CC₁, CC₂), deren Oberflächen zuvor durch Aufbringen einer metallischen Haftschicht (AL), einer metallischen Diffusionssperre (DL) und einer lötbaren Metallschicht (ML) vorbereitet worden sind, in einer im Verbindungsbereich auftretende Unebenheiten und Wölbungen ausgleichenden Schichtstärke aufgebracht wird, und dass die Aktivierung des lötbaren Metalleutektikums (ME) unter geringer Druckausübung durch eine Wärmezufuhr bis zum Erreichen des Schmelzpunktes ohne eine Materialveränderung in den Verbindungskomponenten (CC₁, CC₂) erfolgt.Method for the force-locking whole-wafer connection of a transfer wafer (TW) with the structured waveguide level (WGP ₁ ) of an epitaxially grown, two optically vertically coupled waveguide levels (WGP ₁ , WGP ₂ ) having semiconductor layer sequence (SS) as connection components (CC ₁ , CC ₂ ) by introducing one Force-locking component (FCC) and their activation by combining the connection components (CC ₁ , CC ₂ ), characterized in that a solderable metal eutectic (ME) with a melting point in a range below 350 ° C is used as the force-locking component (FCC) that the connection components (CC ₁ , CC ₂ ) electrically contacted and prepared for one of the two connection components (CC ₁ , CC ₂ ), the surfaces of which are prepared beforehand by applying a metallic adhesive layer (AL), a metallic diffusion barrier (DL) and a solderable metal layer (ML) have been in an Un occurring in the connection area flatness and curvature-compensating layer thickness is applied, and that the activation of the solderable metal eutectic (ME) takes place under low pressure by applying heat until the melting point is reached without a change in material in the connecting components (CC ₁ , CC ₂ ).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kraftschlüssigen Ganzwaferverbindung eines Transferwafers mit der strukturierten Wellenleiterebene einer epitaktisch aufgewachsenen, zwei optisch vertikal gekoppelte Wellenleiterebenen aufweisenden Halbleiterschichtenfolge als Verbindungskomponenten durch Einbringen einer Kraftschlusskomponente und deren Aktivierung unter Zusammenführung der Verbindungskomponenten.The invention relates to a Process for non-positive Whole wafer connection of a transfer wafer with the structured one Waveguide level of an epitaxially grown, two optically vertical semiconductor layer sequence having coupled waveguide planes as connection components by introducing a force-locking component and their activation by merging the connection components.

Mit zunehmender Miniaturisierung der integriert-optischen Wellenleiterschaltkreise werden Koppelstrukturen mit Wellenleiterabständen unter 1 μm mit Genauigkeiten von einigen 10 nm zur Sicherstellung der erforderlichen Überkopplung zwischen Einmodenwellenleitern benötigt. Da eine laterale Ausbildung derartiger Koppelstrukturen in einer Ebene mittels direktem Elektronenstrahlschreiben im Photolack zeitaufwändig, kostenintensiv und nicht ausreichend genau in der Strukturierung ist, werden zunehmend Bauelemente aus Halbleiterschichtenfolgen mit zwei optisch vertikal gekoppelten Wellenleiterebenen konzipiert. In dem Aufsatz I "3D photonic integrated circuits for WDM applications" (A. Shakouri et al., in Proc. SPIE Vol. CR71, Wavelength Division Multiplexing, Eds.: R.T. Chen, L.S. Lome, pp. 181–204, 1999) werden Untersuchungen an vertikalen Richtkopplern auf der Basis von GaInAsP/InP beschrieben. Es konnte nachgewiesen werden, dass in der Vertikalanordnung gegenüber lateral ausgebildeten Kopplerstrukturen die Bauelementlänge um eine Größenordnung reduziert werden kann und gleichzeitig die Herstellungstoleranzen bzgl. des Kopplerabstandes und damit der Koppellänge durch den Einsatz des epitaktischen Verfahrens reproduzierbarer werden. Als Beispiel für eine Vertikalstruktur sei eine Ringkopplerstruktur genannt, bei der zwei parallel in einer unteren Wellenleiterebene verlaufende Rippenwellenleiter mit einem in einer oberen Wellenleiterebene liegenden Ringresonator vertikal optisch gekoppelt sind. Bestehen beide Rippenwellenleiter aus optisch aktivem Material, können durch Betreiben des Ringresonators im Injektionsmodus auftretende optische Verluste kompensiert werden. Weiterhin kann durch eine separate Ladungsträgerinjektion in die Rippenwellenleiter die Symmetrie bzw. Asymmetrie bei der Überkopplung, die grundsätzlich über die Wellenleiterstrukturparameter vorgegeben wird, und die Transparenz eingestellt werdenWith increasing miniaturization of the integrated optical waveguide circuits, coupling structures with waveguide spacings of less than 1 μm with accuracies of a few 10 nm are required to ensure the necessary coupling between single-mode waveguides. Since the lateral formation of such coupling structures in one plane by means of direct electron beam writing in the photoresist is time-consuming, cost-intensive and not sufficiently precise in the structuring, components made of semiconductor layer sequences with two optically vertically coupled waveguide planes are increasingly being designed. In the essay I " 3D photonic integrated circuits for WDM applications "(A. Shakouri et al., In Proc. SPIE Vol. CR71, Wavelength Division Multiplexing, Eds .: RT Chen, LS Lome, pp. 181-204, 1999) are studies on vertical directional couplers on the basis of GaInAsP / InP It could be demonstrated that in the vertical arrangement compared to laterally formed coupler structures the component length can be reduced by an order of magnitude and at the same time the manufacturing tolerances regarding the coupler spacing and thus the coupling length can be reproduced by using the epitaxial method An example of a vertical structure is a ring coupler structure in which two ribbed waveguides running parallel in a lower waveguide plane are vertically optically coupled to a ring resonator located in an upper waveguide plane. If both ribbed waveguides consist of optically active material, the ring resonator can be operated in the interior by operating the ring resonator optical losses occurring in the projection mode can be compensated. Furthermore, the symmetry or asymmetry in the coupling, which is basically specified via the waveguide structure parameters, and the transparency can be set by a separate charge carrier injection into the rib waveguide

Eine Ausbildung der Vertikalstruktur über eine Mehrlagenepitaxie, teilweise auch auf bereits strukturierten Oberflächen, führt qualitativ unbefriedigenden Bauelementen. Durch die Unebenheiten und die Grenzflächen treten im epitaktischen Wachstum Störungen in Form von Verspannungen, Fehlstellen und Grenzflächenwachstum auf, die die optischen und elektrischen Eigenschaften des Bauelements zu stark beeinträchtigen. Deshalb wurden spezielle Verfahren zur kraftschlüssigen Verbindung entwickelt, die von einer in einem einzigen Epitaxieschritt aufgewachsenen Halbleiterschichtenfolge mit zwei optisch vertikal gekoppelten Wellenleiterebenen ausgehen. Bei den Verbindungsverfahren handelt es sich um das „Waferschweißen" und das „Waferkleben". Beide Verfahren erfordern einen mehrstufigen Herstellungsablauf in der Bauelementefertigung mit großräumigen Vereinzelungsschritten der vorkonfektionierten – auch der defekten – Bauelemente, sodass entsprechend Waferplatz nicht ausgenutzt werden kann.An education of the vertical structure over a Multi-layer epitaxy, partly also on already structured surfaces, leads qualitatively unsatisfactory components. Step through the bumps and the interfaces disorders in epitaxial growth in the form of tension, defects and interface growth based on the optical and electrical properties of the device affect too much. For this reason, special methods for non-positive connection have been developed of a semiconductor layer sequence grown in a single epitaxial step go out with two optically vertically coupled waveguide levels. at the joining process involves "wafer welding" and "wafer bonding". Both procedures require a multi-stage manufacturing process in component manufacturing with large-scale separation steps the pre-assembled - too the defective components so that wafer space cannot be used accordingly.

Zur Ausbildung ultra-kompakter vertikaler Richtkoppler wird das Verfahren des „Waferschweißens" (engt. „Wafer-Fusion") angewendet (vgl. Aufsatz II "Vertical Resonant Couplers with Precise Coupling Efficiency Control Fabricated by Wafer Bonding", D. V. Tishinin et al., ,IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 11, No. 8, pp. 1003–1005, 1999 bzw. Aufsatz III : „Wafer-bonded 1,55 μm vertical cavity laser arrays for wavelength division multiplexing", A. Karim et al., Electronic Letters, 29^th March 2001, Vol. 37, No.7, pp 431–432). Dieses Verfahren nutzt vorteilhaft die präzise Herstellung des Koppelbereiches mittels eines epitaktischen Verfahrens in einem Wachstumsschritt. Dadurch können die Materialzusammensetzung für die beiden Wellenleiterebenen und des Zwischenraums mit der höchsten erzielbaren Genauigkeit aufeinander abgestimmt werden. Bei dem bekannten Verfahren wird zunächst die obere Wellenleiterebene strukturiert, deren Position sich aus dem Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge auf einem Basiswafer ergibt. Danach wird die strukturierte Wellenleiterebene mit einem Transferwafer in Kontakt gebracht und mit diesem durch Verschweißen bzw. Fusion verbunden. Dabei ist unter dieser Art der Verbindung ein atomlagiges Zusammenwachsen der Kristallschichten zu verstehen, sodass nach der Verbindung von einem einkristallinen Material gesprochen werden kann. Die mit dem Transferwafer verschweißte Schichtenfolge wird danach vertikal um 180° gedreht, sodass die zuvor untere Wellenleiterebene mit dem Basiswafer nach oben kommt. Nach dem Abätzen des Basissubstrats wird dann die zweite Kopplerebene mit Standard-Lithographie-Verfahren definiert und mittels Trockenätzen hergestellt. Vorteil des Waferschweißens ist die separate elektrische Kontaktierungs- und Ansteuerungsmöglichkeit beider strukturierter Wellenleiterebenen, sodass diese beide aus optisch aktivem Halbleitermaterial hergestellt sein können. Die Justage der Wellenleiterebenen zueinander wird durch zu Beginn lithographisch oder ätztechnisch definierte Justagemarken sichergestellt. Um die Fusion zu erreichen, müssen die beiden im Allgemeinen nicht ideal-planaren Verbindungskomponenten unter relativ starkem Druck auf einen Abstand zusammengepresst werden, bei dem die Van-der-Waals-Kräfte ein Zusammenwachsen bewirken können (Größenordnung kleiner 1 nm). Durch die dafür erforderlichen mechanischen Kräfte und durch eventuelle Restverunreinigungen zwischen den zu verbindenden Komponenten ist eine Bruchgefahr relativ groß. Dies gilt besonders für den III/V-Transferwafer, insbesondere für InP-Wafer. Deshalb ist auch eine Übertragung einer Vielzahl von Halbleiterschichtenfolgen auf große Waferflächen (Ziel: 4"), wie es allgemein für eine Reduktion der Prozesskosten angestrebt wird, noch nicht abzusehen. Schließlich ist die nicht-ideale Grenzschicht, die durch minimale Fehleranordnung der Einkristalle zueinander hervorgerufen werden kann (beispielsweise Winkelfehler bezüglich der Kristallsymmetrie-Eigenschaften), ein Ausgangspunkt von Kristallstörungen, die mit der Zeit in die empfindlichen Bauelementregionen wandern und die Lebensdauer der Komponenten stark gefährden.The process of “wafer welding” (narrowly “wafer fusion”) is used to form ultra-compact vertical directional couplers (cf. article II “Vertical Resonant Couplers with Precise Coupling Efficiency Control Fabricated by Wafer Bonding”, DV Tishinin et al., , IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 11, No. 8, pp. 1003-1005, 1999 or article III: "Wafer-bonded 1.55 μm vertical cavity laser arrays for wavelength division multiplexing", A. Karim et al., Electronic Letters, 29 ^th March 2001, Vol. 37, No.7, pp 431-432). This method advantageously uses the precise manufacture of the coupling region by an epitaxial growth process in a step. Thereby, the material composition can be used for both In the known method, the upper waveguide level is first structured, the position of which results from the growth of the semiconductor layer sequence on a base wafer. The structured waveguide level is then brought into contact with a transfer wafer and connected to it by welding or fusion. This type of connection is understood to mean atomic coalescence of the crystal layers, so that after the connection, one can speak of a single-crystalline material. The layer sequence welded to the transfer wafer is then rotated vertically by 180 °, so that the previously lower waveguide level comes up with the base wafer. After the base substrate has been etched away, the second coupler level is then defined using standard lithography methods and produced using dry etching. The advantage of wafer welding is the separate possibility of electrical contacting and control of both structured waveguide planes, so that they can both be made of optically active semiconductor material. The alignment of the waveguide planes with respect to one another is ensured by means of alignment marks initially defined by lithography or etching technology. In order to achieve the fusion, the two generally not ideally planar connection components must be pressed together under relatively strong pressure at a distance at which the Van der Waals forces act together can cause sen (order of magnitude less than 1 nm). The mechanical forces required for this and any residual contamination between the components to be connected make the risk of breakage relatively high. This is particularly true for the III / V transfer wafer, especially for InP wafers. For this reason, a transfer of a large number of semiconductor layer sequences to large wafer areas (target: 4 "), as is generally the aim for a reduction in process costs, is still not foreseeable. Finally, the non-ideal boundary layer, which is caused by minimal error arrangement of the single crystals to one another can be (for example, angular errors with respect to the crystal symmetry properties), a starting point for crystal disturbances that migrate over time to the sensitive component regions and severely endanger the life of the components.

Zur Vermeidung der starken mechanischen Druckbelastung des Transferwafers beim Fusionsverfahren können vertikale Richtkopplerstrukturen auch mit dem Verfahren des „Waferklebens" mit dem Transferwafer verbunden werden, das ebenfalls vorteilhaft die präzise Herstellung des Koppelbereiches mittels eines epitaktischen Verfahrens in einem einzigen Wachstumsschritt ausnutzt (vgl. Aufsatz IV : „GaAs Thin-Film Microdisk Resonator Fabricated by Polymer Wafer Bonding for Wavelength Add-Drop Filters", Y. Ma et al., IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 12, No. 11, pp. 1495–1497 (2000) bzw Aufsatz V „Vertically Coupled Microring Resonator Using Polymer Wafer Bonding", P.P. Absil et al., IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 13, No. 1, pp. 49–51 (2001)). Die vorliegende Erfindung geht von dem Stand der Technik aus, wie er in Aufsatz V offenbart wird. Beim Waferkleben werden die Verbindungskomponenten unter Verwendung einer Kraftschlusskomponente in Form eines elektrisch isolierenden Polymers (beispielsweise BCB, BenzoCycloButene) zusammengeklebt. Das BCB kann im Spin-Coating-Prozess zur Planarisierung und gleichzeitig zur Passivierung der strukturierten Oberfläche der Wellenleiterebene und/oder des Transferwafers in gewünschter Dicke aufgebracht werden. Die beiden Verbindungskomponenten werden vor dem Aushärten mit leichtem Druck aneinander gefügt, sodass das Polyestermaterial homogen den Zwischenraum füllt. Nach einer moderaten Temperaturbehandlung ist eine stabile "Klebeverbindung" hergestellt. Allerdings ist durch die Isolationseigenschaft eine elektrische Kontaktierung der bereits strukturierten Wellenleiterebene nicht möglich, sodass diese Ebene elektrisch nicht angesteuert werden kann. Ein Einsatz von optisch aktivem Material ist für diese Ebene damit nicht sinnvoll. Würde es jedoch eingesetzt werden, so erscheint eine hinreichende Planarisierung, anschließende Öffnung des BCB-Materials und elektrische Kontaktierung zu Transferwafer derzeit nur unter größtem technologischen Aufwand – wenn überhaupt – realisierbar. Somit wird das Verfahren des Waferkleben vorwiegend für passive Strukturen verwendet.To avoid the strong mechanical pressure load of the transfer wafer in the fusion process can also use vertical directional coupler structures with the process of "wafer bonding" with the transfer wafer be connected, which is also advantageous the precise manufacture of the coupling area using an epitaxial method in one takes advantage of only one growth step (cf. article IV: “GaAs Thin-Film Microdisk Resonator Fabricated by Polymer Wafer Bonding for Wavelength Add-Drop Filters ", Y. Ma et al., IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 12, No. 11, pp. 1495-1497 (2000) or essay V “Vertically Coupled Microring Resonator Using Polymer Wafer Bonding ", P.P. Absil et al., IEEE photon. Technol. Lett., Vol. 13, No. 1, pp. 49-51 (2001)). The present invention is based on the prior art, such as it is disclosed in Article V. The connection components are used in wafer bonding using an adhesion component in the form of an electrical insulating polymer (for example BCB, BenzoCycloButene) glued together. The BCB can be used in the spin coating process for planarization and at the same time for passivation of the structured surface of the waveguide plane and / or the transfer wafer in the desired Thickness can be applied. The two connection components are before curing joined together with light pressure so that the polyester material homogeneously fills the gap. After a moderate temperature treatment, a stable "adhesive connection" is created. Indeed is an electrical contact through the insulation property already structured waveguide level is not possible, so this level is electrical cannot be controlled. Use of optically active material is for this level doesn't make sense. But if it were used sufficient planarization appears, then opening of the BCB materials and electrical contact to transfer wafers currently only under the greatest technological Effort - if anything - can be realized. Thus, the process of wafer bonding is primarily for passive Structures used.

Die Aufgabe für die vorliegende Erfindung ist daher dann zu sehen, ein Verfahren zur kraftschlüssigen Ganzwaferverbindung eines Transferwafers mit der strukturierten Wellenleiterebene einer zwei optisch vertikal gekoppelte Wellenleiterebenen aufweisenden Halbleiterschichtenfolge anzugeben, bei dem beide Wellenleiterebenen nach Herstellung der Waferverbindung elektrisch kontaktierbar sind, sodass optisch aktive Materialien für beide Ebenen eingesetzt werden können. Dabei soll die Verbindung mechanisch stabil und niederohmig leitend sein. Das Verfahren soll sicher und einfach in seiner Durchführung sein und eine geringe Fehlerrate aufweisen. Insbesondere sind Beeinträchtigungen, Veränderungen oder sogar Zerstörungen der Verbindungskomponenten zu vermeiden. Des Weiteren sollen ein möglichst hohe Waferplatzausnutzung ohne aufwändige Vereinzelungsschritte erreicht werden.The object for the present invention is therefore to be seen, a method for non-positive whole wafer connection a transfer wafer with the structured waveguide level one two optically vertically coupled waveguide planes Specify semiconductor layer sequence in which both waveguide levels are electrically contactable after the wafer connection has been established, so that optically active materials are used for both levels can. The connection should be mechanically stable and conductive with low resistance his. The procedure should be safe and simple to carry out and have a low error rate. In particular, impairments Changes or even destruction to avoid the connection components. Furthermore, a preferably high wafer space utilization without time-consuming separation steps can be achieved.

Als Lösung ist deshalb für ein Verfahren der eingangs genannten Art zur kraftschlüssigen Ganzwaferverbindung zwischen zwei Verbindungskomponenten durch Einbringen und Aktivieren einer Kraftschlusskomponente bei der Erfindung vorgesehen, dass als Kraftschlusskomponente ein lötbares Metalleutektikum mit einem Schmelzpunkt in einem Bereich unterhalb 350°C verwendet wird, das die Verbindungskomponenten elektrisch niederohmig kontaktiert und auf eine von beiden Verbindungskomponenten, deren Oberflächen zuvor durch Aufbringen einer metallischen Haftschicht, einer metallischen Diffusionssperre und einer lötbaren Metallschicht vorbereitet worden sind, in einer im Verbindungsbereich auftretende Unebenheiten und Wölbungen ausgleichenden Schichtstärke aufgebracht wird, und dass die Aktivierung des lötbaren Metalleutektikums unter geringer Druckausübung durch eine Wärmezufuhr bis zum Erreichen des Schmelzpunktes ohne eine Materialveränderung in den Verbindungskomponenten erfolgt.The solution is therefore for a procedure of the type mentioned at the beginning for the force-locking whole wafer connection between two connection components by inserting and activating a frictional connection component provided in the invention that a solderable metal eutectic as a force-locking component used with a melting point in a range below 350 ° C. is that the connection components contacted electrically with low resistance and on one of the two connection components, the surfaces of which were previously by applying a metallic adhesive layer, a metallic one Diffusion barrier and a solderable Metal layer have been prepared in one in the connection area occurring bumps and bulges compensating layer thickness is applied, and that the activation of the solderable metal eutectic under low pressure by supplying heat until the melting point is reached without changing the material in the connection components.

Die vorliegende Erfindung bietet ein zuverlässiges Verfahren zur elektrisch niederohmigen und mechanisch stabilen Verbindung der zuvor strukturierten Wellenleiterebene in einer Halbleiterschichtenfolge mit zwei vertikal gekoppelten Wellenleiterebenen im Ganzwafer-Verfahren zur Herstellung von kompakten, mit hoher Genauigkeit fertigbaren vertikalen Richtkoppler- und anderen Wellenleiterstrukturen in zwei separaten und getrennt strukturierten, getrennt elektrisch ansteuerbaren Wellenleiterebenen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein eutektisches Metallgemisch als Lötmittel eingesetzt, das zur Aktivierung bereits bei einer Temperatur aufschmilzt, die in den zu kontaktierenden Halbleitermaterialien zu keinen atomaren Veränderungen durch Ionendiffusion oder Ausgasen von Anteilen der Verbindungshalbleiter führt. Beim Lötvorgang gleicht das Lötmittel, das in einer entsprechend ausreichender Schichtdicke auf eine der beiden Verbindungskomponenten aufgebracht worden ist, Unebenheiten in der Oberfläche und insbesondere nicht zu vermeidende Verwölbungen des Transferwafers, die in der Größenordnung von einigen 10 μm liegen können, sicher aus. Eine Beschädigung oder Zerstörung des Transferwafers ist durch den beim Zusammenfügen nur gering ausgeübten Anpressdruck ausgeschlossen. Des Weiteren erfüllt die relativ weiche Lötmittelschicht neben der niederohmigen elektrischen Kontaktierung mittels Ausbildung genau definierter Kontaktbereiche, über die die zuvor bereits strukturierte Wellenleiterebene und die im Anschluss an die Verbindungsherstellung noch zu strukturierende zweite Wellenleiterebene elektrisch angesteuert werden kann, die Funktion der Aufnahme mechanischer Spannungen zwischen den beiden Verbindungskomponenten. Die Justage der Verbindungskomponenten zueinander kann mittels tiefgeätzter Gruben in beiden Komponenten erfolgen. Derartige Gruben können auch für eine mögliche Separation dienen, wenn auf einen Transferwafer parallel mehrere Halbleiterschichtenfolgen aufgebracht werden.The present invention offers a reliable method for the electrically low-resistance and mechanically stable connection of the previously structured waveguide level in a semiconductor layer sequence with two vertically coupled waveguide levels in the whole-wafer method for producing compact, high-precision vertical directional coupler and other waveguide structures in two separate and separate structured, separately electrically controllable waveguide levels. In the method according to the invention, a eutectic metal mixture is used as the solder, which melts for activation already at a temperature which does not lead to atomic changes in the semiconductor materials to be contacted by ion diffusion or outgassing of parts of the compound semiconductors. It's the same with the soldering process Solder that has been applied in a correspondingly sufficient layer thickness to one of the two connection components, unevenness in the surface and, in particular, unavoidable warpage of the transfer wafer, which can be in the order of magnitude of a few 10 μm. Damage or destruction of the transfer wafer is excluded due to the low contact pressure exerted when joining. Furthermore, the relatively soft solder layer, in addition to the low-resistance electrical contacting by means of the formation of precisely defined contact areas, via which the previously structured waveguide level and the second waveguide level to be structured after the connection has been established can be electrically controlled, the function of absorbing mechanical stresses between the two connection components. The connection components can be adjusted to one another by means of deep-etched pits in both components. Such pits can also be used for possible separation if a plurality of semiconductor layer sequences are applied in parallel to a transfer wafer.

Erstmals werden durch das erfindungsgemäße Verfahren Halbleiterstrukturen direkt mit einem Wafer durch Löten verbunden. Damit ist ein weiterer Vorteil dadurch gegeben, dass hier eine auf einem anderen Gebiet bereits gut beherrschte Technik als Ausgangspunkt dient. In Analogie zu dieser Technik, die allgemein als „Flip-Chip-Bonding" bekannt ist und sich auf die elektrische und mechanische Kontaktierung von vorkonfektionierten Chips auf einen Wafer durch einzelne Lötmittelpunkte bezieht, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von einem „Flip-Wafer-Bonding" als völlig neuartiger Technologie unter Einsatz einer Lötmittelschicht gesprochen werden. Das Auflöten von optoelektronisch steuerbaren III/V-Halbleiterkomponenten auf einen Wafer mittels „up-side-down Flip-Wafer-Löten" ist beispielsweise aus dem Aufsatz VI: „High-Power VCSEL Arrays for Emission in the Watt Regime at Room Temperature" (M. Miller et al,, IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 13, No. 3, pp. 173–175, 2001) bekannt. Bei der dort beschriebenen Herstellung von vertikal emittierenden Lasern (engt.: vertical cavity surface emitting laser = VCSEL) wird das up-side-down-Auflöten von Waferteilen unter Verwendung von bestimmten Gold-Zinn-Metalllegierungen, die bei geringen Temperaturen (< 350°C) aufschmelzen, praktiziert. Als Vorteil wird bei diesem bekannten Verfahren die gleichzeitige elektrische Verbindung einer Vielzahl von Bauelementen gesehen, was sich in der Ausbeute und damit im Kostenfaktor positiv niederschlägt. Durch die relativ großflächige Kontaktierung der Bauelemente durch Lötpunkte ist die aus dem Aufsatz VI bekannte kraftschlüssige Verbindung im Vergleich zu Bonddrähten niederohmiger und damit auch für höhere Leistungen auslegbar. Durch die Abstrahlung nach unten ist ein on-Wafer-Test der applizierten Bauelemente ermöglicht. Aus der US 6.214.646 ist ebenfalls eine Verbindungsmethode für eine Vielzahl von Halbleiterkomponenten mit einem gemeinsamen Wafer durch Aufschmelzen von Lötmittelpunkten, die aus Lötmittelschichtpaketen aus einer Abfolge von Gold-Zinn-Gold generiert werden, bekannt. Die Lötmittelschichtpakete entstehen aus einer flächigen Lötschicht, die auf einen entsprechend der vorgesehenen Positionen aufzubringenden Halbleiterkomponenten maskierten Photolack aufgebracht wird. Nach Entfernen des Photolacks verbleiben die Lötmittelschichtpakete in den Maskenfenstern. In beiden Verfahren handelt es sich jedoch bei der einen Verbindungskomponente um vorgefertigte Bauelemente, die in einem konventionellen Prozess hergestellt wurden und eine Lateralstrukturierung in nur einer zu kontaktierenden Ebene enthalten.For the first time, the inventive method connects semiconductor structures directly to a wafer by soldering. Another advantage is that a technique that is already well mastered in another area serves as the starting point. In analogy to this technique, which is generally known as "flip-chip bonding" and relates to the electrical and mechanical contacting of pre-assembled chips on a wafer by means of individual solder points, the method according to the invention can be used for "flip-wafer bonding""are spoken as a completely new technology using a solder layer. The soldering of optoelectronically controllable III / V semiconductor components onto a wafer by means of "up-side-down flip-wafer soldering" is, for example, from article VI: "High-Power VCSEL Arrays for Emission in the Watt Regime at Room Temperature" ( M. Miller et al ,, IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 13, No. 3, pp. 173-175, 2001). In the production of vertically emitting lasers described there (narrow: vertical cavity surface emitting laser = VCSEL), the up-side-down soldering of wafer parts is carried out using certain gold-tin metal alloys, which are produced at low temperatures (<350 ° C) melt, practiced. The advantage of this known method is the simultaneous electrical connection of a large number of components, which has a positive effect on the yield and thus on the cost factor. Due to the relatively large-area contacting of the components by means of soldering points, the non-positive connection known from attachment VI can be designed with a lower resistance compared to bond wires and can therefore also be designed for higher outputs. The downward radiation enables an on-wafer test of the applied components. From the US 6,214,646 A connection method is also known for a multiplicity of semiconductor components with a common wafer by melting solder points that are generated from solder layer packages from a sequence of gold-tin-gold. The solder layer packages result from a flat solder layer which is applied to a semiconductor resist masked photoresist to be applied in accordance with the intended positions. After removing the photoresist, the solder layer packages remain in the mask windows. In both methods, however, one connection component is a prefabricated component that was produced in a conventional process and contains a lateral structuring in only one level to be contacted.

Bereits weiter oben wurden Ringkopplerstrukturen als Standardkomponenten mit vertikalem Kopplungsaufbau genannt. Die herzustellende Basiskomponente ist damit ein vertikaler, in bezüglich der effektiven Wellenleiterindizes möglichst symmetrischer Vertikalkoppler, in dem z .B. beide Wellenleiter aus optisch aktivem Material bestehen (entsprechend lassen sich die Grundstrukturen zu komplexeren Ringfiltern erweitern.). Bei derartig aufgebauten Einfach- und Mehrfach-Ringresonatoren ist wegen der unvermeidbaren Fertigungstoleranzen eine Feinabstimmung der Ringe zur Erzielung der optimalen Filtereigenschaften unerlässlich. Durch die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbare elektrische Kontaktierung und damit Ansteuerbarkeit beider Wellenleiterebenen kann diese Feinabstimmung problemlos zu jedem Zeitpunkt durchgeführt werden. Weiterhin können durch Betreiben des Ringoszillators im Injektionsmodus auftretende optische Verluste kompensiert werden und durch separate Ladungsträgerinjektion in den Zuführungswellenleitern in der zuerst strukturierten Wellenleiterebene die Symmetrie bzw. Asymmetrie und die Transparenz eingestellt werden. Damit können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren langzeitstabile Komponenten mit hohen Qualitätseigenschaften und hoher Ausbeute gefertigt werden.Ring coupler structures were already mentioned above named as standard components with vertical coupling structure. The basic component to be manufactured is thus a vertical one, in regarding the effective waveguide indices if possible symmetrical vertical coupler, in which e.g. both waveguides consist of optically active material (accordingly the basic structures can be expanded to more complex ring filters.). With single and multiple ring resonators constructed in this way because of the unavoidable manufacturing tolerances, a fine-tuning of the rings is essential for achieving the optimal filter properties. By using the method according to the invention achievable electrical contact and thus controllability This fine-tuning can easily be done on both waveguide levels performed at any time become. Can continue by operating the ring oscillator in injection mode optical losses can be compensated and by separate charge carrier injection in the feed waveguides in the first structured waveguide plane the symmetry or Asymmetry and transparency can be adjusted. So that with the inventive method long-term stable components with high quality properties and high yield are manufactured.

Mit der Verfügbarkeit der Verbindungstechnologie gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur kraftschlüssigen Ganzwaferverbindung eines Transferwafers mit der strukturierten Wellenleiterebene einer epitaktisch aufgewachsenen, zwei optisch vertikal gekoppelte Wellenleiterebenen aufweisenden Halbleiterschichtenfolge als Verbindungskomponenten mittels Flip-Wafer-Bonding kann eine ganze Komponentenfamilie auf der Basis von somit elektrisch optimierbaren und strom-injizierten monolithisch integrierten Bauelementen in ultrakompakter Form realisiert werden. Dazu gehören dann u. a.

• – ultrakompakte elektrisch angesteuerte Ringresonator-Modulatoren mit kleinen Steuergrößen,
• – ultrakompakte elektrisch angesteuerte Interleaver (Umschalter),
• – ultrakompakte elektrisch angesteuerte Wellenlängen-(De)Multiplexer/-Add-Drop-(De)Multiplexer,
• – ultrakompakte optisch angesteuerte OTDM-Demultiplexer,
• – ultrakompakte optisch angesteuerte Wellenlängen-(De)Multiplexer/Add-Drop-(De)Multiplexer, Interleaver,
• – ultrakompakte optisch angesteuerte Wellenlängen-Konverter.

With the availability of the connection technology according to the method according to the invention for the force-locking whole-wafer connection of a transfer wafer with the structured waveguide level of an epitaxially grown semiconductor layer sequence having two optically vertically coupled waveguide levels as connection components by means of flip-wafer bonding, an entire family of components can be based on electrical current that can thus be optimized and streamlined injected monolithically integrated components in an ultra-compact form. This includes u. a.

• - ultra-compact, electrically controlled ring resonator modulators with small control variables,
• - ultra-compact electrically controlled interleaver (switch),
• - ultra-compact electrically controlled wavelength (de) multiplexer / add-drop (de) multiplexer,
• - ultra-compact optically controlled OTDM demultiplexers,
• - Ultra-compact optically controlled wavelength (de) multiplexer / add-drop (de) multiplexer, interleaver,
• - Ultra-compact optically controlled wavelength converter.

In diesen Bauelementen wird die jeweilige Schaltfunktion über eine relativ kleine Änderung einer Steuergröße erreicht, die den Arbeitspunkt des Bauelements vom scharfen resonanten in einen nicht-resonanten Bereich bzw. umgekehrt verschiebt. Beispielsweise kann bei einem Bauelement der zuletzt genannten Gruppe in Form eines aktiven resonanten Wellenlängenkonverter-PICs, das nach dem Prinzip der Vierwellenmischung (engt. Four Wave Mixing FWM) eine neue, um eine Differenzlänge zur Signal- und Pumpwellenlänge verschobene Wellenlänge generiert, auf der Basis von GaInAsP-Verbindungshalbleitern auf InP (Grundgitter und auch Transferwafer) durch Verwendung von aktivem Material für beide Wellenleiterebenen unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Effizienz und damit der Konversionswirkungsgrad zu hohen Werten gesteigert werden. Damit ist u. a. das Potenzial einer erweiterten Abstimmbarkeit/Schaltbarkeit der Konversion auf unterschiedliche ITU-Kanäle und die Implementierung einer Verstärkungsfunktion gegeben. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise auch für die Prozessierung von TTG-Lasern oder anderen OEICs-Anwendung finden. Vorteilhaft ist dabei die Möglichkeit einer guten Wärmeabfuhr der nahe unter der aktiven Schicht angebrachten metallischen Kontakte.In these components, the respective switching function is via a relatively small change a tax figure reached, which the working point of the component from the sharp resonant in moves a non-resonant range or vice versa. For example can be in the form of a component of the latter group active resonant wavelength converter PICs, which works on the principle the four-wave mixing (narrow. Four Wave Mixing FWM) a new one a difference length to the signal and pump wavelength shifted wavelength generated on the basis of GaInAsP compound semiconductors InP (basic grid and also transfer wafer) by using active Material for both waveguide levels using the method according to the invention the efficiency and thus the conversion efficiency at high values be increased. So u. a. the potential of an enhanced tunability / switchability of the conversion on different ITU channels and given the implementation of a gain function. Farther can the inventive method for example also for process TTG lasers or other OEICs. The possibility is advantageous here good heat dissipation the metallic contacts placed close under the active layer.

Die erfindungsgemäße Fixierung strukturierter Wellenleiterebenen vertikal gekoppelter Halbleiterschichtenfolgen auf einem Transferwafer mittels Lötverbindung kann auf einen großen Erfahrungsumfang bei der Lötfixierung von optischen Bauelementen mit einer Wellenleiterebene auf Wafern mittels einzelner Lötpunkte zurückgreifen. Insbesondere hat es sich als Vorteil erwiesen, wenn gemäß einer Fortführung der Erfindung für das lötbare Metalleutektikum eine Gold-Zinn-Legierung verwendet wird. Hierbei handelt es sich um relativ preiswertes Lötmittel, dessen Schmelzpunkt in einem moderaten Temperaturbereich von 280°C bis 350°C liegt, sodass bei der Aktivierung der Verbindung durch Wärmezufuhr eine Veränderung oder Zerstörung der Verbindungskomponenten sicher ausgeschlossen werden kann. Weiterhin kann nach einer anderen Erfindungsausgestaltung für die metallische Haftschicht Titan, die metallische Diffusionssperre Platin und die lötbare Metallschicht Gold verwendet werden. Durch einen derartigen Aufbau ist ein sicheres Haften der Lötschicht auf dem Halbleitermaterial der Verbindungskomponenten gewährleistet. Nach einer nächsten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorteilhaft das Aufbringen des lötbaren Metalleutektikums in strukturierter Form ertolgen. Dadurch können spezielle Strukturierungen in der zu kontaktierenden ersten Wellenleiterebene der Halbleiterschichtenfolge und spätere Separierungsvorgänge einfach berücksichtigt werden.The fixation according to the invention is more structured Waveguide planes of vertically coupled semiconductor layer sequences on a transfer wafer by means of solder connection can on a huge Experience in solder fixation of optical components with a waveguide level on wafers by means of individual solder points To fall back on. In particular, it has proven to be advantageous if according to a continuation of the invention for the solderable Metal eutectic a gold-tin alloy is used. in this connection it is relatively inexpensive solder, its melting point is in a moderate temperature range of 280 ° C to 350 ° C, so when activated the connection by supplying heat a change or destruction the connection components can be safely excluded. Farther can according to another design of the invention for the metallic Adhesive layer titanium, the metallic diffusion barrier platinum and the solderable Metal layer gold can be used. With such a structure is a secure adhesion of the solder layer guaranteed on the semiconductor material of the connection components. After another Design of the method according to the invention can advantageously apply the solderable metal eutectic in succeed in structured form. This allows special structuring in the first waveguide level of the semiconductor layer sequence to be contacted and later Separation processes simple considered become.

Weiter oben wurde bereits auf die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Vielzahl unterschiedlicher Bauelemente innerhalb einer Komponentenfamilie hingewiesen. Viele der genannten Bauelemente basieren auf einem Schlüsselelement zur definierten Ein- und Auskopplung aus einem Resonator in Form eines vertikalen, bezüglich der effektiven Wellenleiterindizes nahezu symmetrischer bzw. bezüglich der Asymmetrie definiert einstellbarer, mit hoher Genauigkeit fertigbarer ultrakompakter Vertikalkoppler mit definierten Kopplungszuständen, in dem beide Wellenleiter aus optisch aktivem Material bestehen. Dabei wird in der Regel eine Parallelanordnung von zwei Rippenwellenleitern verwendet, die zunächst aus dem Halbleitermaterial heraus zu strukturieren sind. Bei der Herstellung der Lötverbindung können jedoch aufgrund der mikrostrukturierten Abmessungen der Rippenwellenleiter Stabilitätsprobleme auftreten. Nach einer nächsten Fortführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es daher sinnvoll, wenn vor dem Aufbringen des lötbaren Metalleutektikums die eine Wellenleiterebene mit zwei Rippenwellenleitern und zwei außenliegenden Stützmesa strukturiert wird, wobei die Stützmesa elektrisch isoliert über das lötbare Metalleutektikum mit dem Transferwafer verbunden werden. Das Vorsehen von Stützmesa zur Stabilisierung von Halbleiterstrukturen ist eine häufig verwendete Methode. Durch die Strukturierungsmöglichkeit der aufgebrachten Lötschicht ist es bei dem erfindungsgemäßen verfahren besonders einfach, die Stützmesa nur mechanisch, aber nicht elektrisch in den Halbleiterschichtaufbau einzubinden. Zur weiteren Verbesserung der Stabilität und auch zur Passivierung der elektrisch nicht kontaktierten Flächen kann gemäß einer nächsten Erfindungsfortführung vorgesehen sein, dass vor dem Aufbringen des lötbaren Metalleutektikums die Zwischenräume zwischen den Rippenwellenleitern und den Stützmesa epitaktisch planarisiert werden. Hierdurch entsteht ein besonders spannungsfreies, homogenes Gefüge. Die Zwischenräume können auch mit einem Kunststoff ausgefüllt werden, dabei müssen jedoch die gegebenenfalls überdeckten Köpfe der Rippenwellenleiter und anderer zu kontaktierender Strukturen vor dem Aufbringen der Lötmittelschicht wieder freigelegt werden. Hierbei handelt es sich aber auch um einen einfachen Standardvorgang.We have already discussed the Applicability of the method according to the invention for producing a variety of different components within of a component family. Many of the components mentioned are based on a key element for the defined coupling and decoupling from a resonator in the form a vertical, with respect to the effective waveguide indices almost symmetrical or with respect to the Asymmetry defines adjustable, producible with high accuracy ultra compact vertical coupler with defined coupling states, in which both waveguides consist of optically active material. there is usually a parallel arrangement of two ribbed waveguides used that first out to be structured out of the semiconductor material. In the preparation of the solder joint can however, due to the microstructured dimensions of the rib waveguide stability problems occur. After another continuation of the method according to the invention it is therefore useful if before applying the solderable metal eutectic the one waveguide level with two ribbed waveguides and two external ones Stützmesa is structured, the supporting mesa electrically isolated over the solderable Metal eutectic are connected to the transfer wafer. The provision from supporting mesa is a commonly used method for stabilizing semiconductor structures. Through the structuring option the applied solder layer it is in the method according to the invention the support mesa is particularly simple only mechanically, but not electrically in the semiconductor layer structure integrate. To further improve stability and also for passivation of the electrically non-contacted surfaces according to one next Invention continuation be provided that before the solderable metal eutectic is applied interspaces epitaxially planarized between the rib waveguides and the supporting mesa become. This creates a particularly tension-free, homogeneous Structure. The gaps can also filled with a plastic have to be however, those that may be covered Heads of Ribbed waveguide and other structures to be contacted the application of the solder layer be exposed again. But this is also one simple standard process.

Es wurde auch bereits angesprochen, dass ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens in der elektrischen Kontaktierbarkeit beider vertikal gekoppelten Wellenleiterebenen nach der Verbindungsherstellung liegt. Deshalb ist es nach einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders vorteilhaft, wenn beide Wellenleiterebenen aus optisch aktivem Halbleitermaterial aufgewachsen und getrennt elektrisch ansteuerbar sind. Das angesprochene Feintuning und der Leistungsausgleich durch Strominjektion zur Verstärkung können damit problemlos durchgeführt werden.It has also already been mentioned that a particular advantage of the method according to the invention is that the two vertically coupled waveguide planes can be electrically contacted according to Connection establishment is. Therefore, according to another embodiment of the method according to the invention, it is particularly advantageous if both waveguide levels are grown from optically active semiconductor material and can be electrically controlled separately. The fine tuning mentioned and the power compensation through current injection for amplification can thus be carried out without any problems.

An mehreren Stellen wurde auch auf die Möglichkeit einer sogenannten „Nutzenfertigung" durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hingewiesen. Hierbei kann eine Halbleiterschichtenfolge in der Größe des Transferwafers über Löten verbunden werden. Danach erfolgt eine Fertigprozessierung der großflächigen Halbleiterschichtenfolge zu Einzelkomponenten (Strukturierung der zweiten Wellenleiterebene, „On-Wafer-Charakterisierung") auf dem Transferwafer und eine anschließende Separierung der einzelnen Komponenten durch entsprechendes Zersägen des Transferwafers mittels einer Chipsäge. Dabei ist die erwähnte Strukturierungsmöglichkeit der Lötmittelschicht von besonderem Vorteil. Ein Vereinzeln der Bauelemente, das zeitaufwändig und nicht funktionsselektiv ist, entfällt. Somit ist es gemäß einer anderen Erfindungsausgestaltung besonders vorteilhaft, wenn eine großflächig ausgebildete, vertikal gekoppelte Halbleiterschichtenfolge mit einem gemeinsamen Transferwafer über das lötbare Metalleutektikum kraftschlüssig verbunden werden und nach einer getrennten Strukturierung der zweiten Wellenleiterebene und Kontaktierung separiert werden.In several places, too the possibility a so-called "benefit production" through application of the method according to the invention pointed. Here, a semiconductor layer sequence the size of the transfer wafer can be connected via soldering become. The large-area semiconductor layer sequence is then finished to individual components (structuring of the second waveguide level, “on-wafer characterization”) on the transfer wafer and a subsequent one Separation of the individual components by sawing the Transfer wafers using a chip saw. Here is the structuring option mentioned the solder layer of particular advantage. A separation of the components that is time consuming and is not function-selective, does not apply. So it is according to one other design of the invention particularly advantageous if one extensively trained, vertically coupled semiconductor layer sequence with a common one Transfer wafer over the solderable Metal eutectic non-positive be connected and after a separate structuring of the second Waveguide level and contacting are separated.

Ausbildungsformen der Erfindung werden zum weiteren Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens zur kraftschlüssigen Ganzwaferverbindung eines Transferwafers mit einer optisch vertikal gekoppelten Halbleiterschichtenfolge als Verbindungskomponenten durch Löten und seinen Anwendungsmöglichkeiten nachfolgend anhand der schematischen Figuren näher erläutert. Dabei zeigtForms of the invention become further understanding of the method according to the invention for non-positive Whole-wafer connection of a transfer wafer with an optically vertically coupled one Semiconductor layer sequence as connection components by soldering and its application possibilities explained in more detail below with reference to the schematic figures. It shows

1 eine realisierbare, typische optisch vertikal gekoppelte Ringkopplerstruktur mit zwei Wellenleiterebenen in der Perspektive, 2 ein epitaktisch aufgewachsene Halbleiterschichtenfolge zur Realisierung der Richtkopplerstruktur gemäß 1, 1 a feasible, typical optically vertically coupled ring coupler structure with two waveguide planes in perspective, 2 according to an epitaxially grown semiconductor layer sequence for realizing the directional coupler structure 1 .

3 aus dem Stand der Technik das Verfahren des Waferklebens anhand verschiedener Verfahrensabschnitte, 3 the process of wafer bonding from the prior art using various process sections,

4 das erfindungsgemäße Verfahren des Waferlötens anhand verschiedener Vertahrensabschnitte, 4 the method according to the invention of wafer soldering using various process sections,

5 eine fertigprozessierte Komponente, 5 a fully processed component,

6 eine Anordnung mehrerer fertigprozessierter Komponenten in einer Nutzenfertigung und 6 an arrangement of several fully processed components in a benefit production and

7 verschiedene mit dem efindungsgemäßen Verfahren fertigbare optische Bauelemente. 7 Various optical components that can be manufactured using the method according to the invention.

Die 1 zeigt schematisch einen resonanten FWM-Wellenlängenkonverter-PIC (FWM Four Wave Mixing; PIC Photonic Integrated Circuit) auf der Basis eines aktiven Ringresonators RR und der Verwendung von aktiven, vertikalen, nahezu index-symmetrischen Richtkopplerstrukturen. Eine Erweiterung auf komplexere Resonator-Architekturen, beispielsweise mit zwei Resonatorringen in zwei Ebenen ist möglich. Durch Betreiben des Ringresonators RR im Injektionsmodus über einen aktiven Ein-/Ausgabe-Port P können auftretende optische Verluste kompensiert werden. Durch eine separate Ladungsträgerinjektion in die beiden Rippenwellenleiter RW₁, RW₂ über aktive Ein-/Ausgabe-Ports P können die Symmetrie bzw. die Asymmetrie und die Transparenz des Kopplers eingestellt werden. Der Ringresonator RR liegt in einer ersten Wellenleiterebene WGP₁, die beiden Rippenwellenleiter RW₁, RW₂ sind in einer vertikal darunter liegenden Wellenleiterebene WGP₂ angeordnet. Beide Wellenleiterebenen WGP₁, WGP₂ sind optisch vertikal über eine Koppelschicht CL miteinander gekoppelt.The 1 shows schematically a resonant FWM wavelength converter PIC (FWM Four Wave Mixing; PIC Photonic Integrated Circuit) based on an active ring resonator RR and the use of active, vertical, almost index-symmetrical directional coupler structures. An expansion to more complex resonator architectures, for example with two resonator rings in two levels, is possible. By operating the ring resonator RR in the injection mode via an active input / output port P, optical losses that occur can be compensated for. The symmetry or the asymmetry and the transparency of the coupler can be set by a separate charge carrier injection into the two ribbed waveguides RW ₁ , RW ₂ via active input / output ports P. The ring resonator RR lies in a first waveguide plane WGP ₁ , the two ribbed waveguides RW ₁ , RW ₂ are arranged in a waveguide plane WGP ₂ lying vertically below. Both waveguide levels WGP ₁ , WGP ₂ are optically coupled to one another vertically via a coupling layer CL.

In der 2 ist eine in einem einzigen Epitaxieschritt auf einem Basiswafer BW aufgewachsene Halbleiterschichtenfolge SS unter Angabe der einzelnen Schichten in einem Längsschnitt dargestellt. Die Angaben zeigen als Ausführungsbeispiel die jeweilige Materialzusammensetzung und die Schichtstärken. Die n- und p-Kontaktschichten sind elektrisch leitend, die undotierte „n. i."-Schicht (not injected) ist nur schwach-leitend, die Cladding- und die Ätz-Stopp-Schichten sind nicht-leitend. Die Koppelschicht CL kann zwischen 100 nm und 500 nm dick sein und verbindet optisch vertikal die eine Wellenleiterebene WGP₁ mit den noch zu strukturierenden Rippenwellenleitern RW mit der anderen Wellenleiterebene WGP₂ mit dem noch zu strukturierenden Ringresonator RR.In the 2 shows a semiconductor layer sequence SS grown in a single epitaxial step on a base wafer BW, with the individual layers being given in a longitudinal section. As an exemplary embodiment, the information shows the respective material composition and the layer thicknesses. The n and p contact layers are electrically conductive, the undoped “n. i. "layer (not injected) is only weakly conductive, the cladding and the etch-stop layers are non-conductive. The coupling layer CL can be between 100 nm and 500 nm thick and optically connects vertically the one waveguide plane WGP ₁ with the rib waveguides RW still to be structured with the other waveguide plane WGP ₂ with the ring resonator RR still to be structured.

Die 3 zeigt zum direkten Vergleich der Erfindung mit dem Stand der Technik die Anwendung des bekannten Verfahrens des Waferklebens anhand verschiedener Prozessschrittdarstellungen. Ausgehend von einer Halbleiterschichtenfolge SS gemäß 2 ist in der 3 in der ersten Querschnittdarstellung durch die Halbleiterschichtenfolge SS zunächst die Anbringung von tiefen Ätzgruben EG gezeigt, die der Positionierung der Verbindungskomponenten CC₁, CC₂ dienen. Die Anbringung kann beispielsweise in den Eckbereichen der Halbleiterschichtenfolge SS ertolgen, sodass die nachfolgende Rippenausbildung nicht gestört wird (Darstellung unterschiedlicher Schnittschichten). In der zweiten Querschnittdarstellung ist die Strukturierung der Wellenweiterebene WGP₁ mit den beiden Rippenwellenleitern RW₁, RW₂ und deren Einbettung in einen passivierenden und elektrisch isolierenden Kunststoff, hier BenzoCycloButen BCB, als Füllmaterial dargestellt. Dadurch sind die beiden Rippenwellenleiter RW₁, RW₂ vollständig elektrisch isoliert und auch im weiteren Verfahren nicht mehr elektrisch kontaktierbar. Somit ist der Einsatz von optisch aktivem Material in der Wellenleiterebene WGP₁ bei dem bekannten Verfahren des Waferklebens nicht sinnvoll. Auf die isolierende Kunststoffschicht BCB wird in einem nächsten Verfahrensschritt gemäß der dritten Querschnittsdarstellung in 3 dann ein Transferwafer TS als zweite Verbindungskomponente CC₂ aufgelegt, der mit eine Kraftschlusskomponente FCC in Form einer Klebeschicht GL versehen ist. Die Klebeschicht GL verbindet sich bei Umgebungsbedingungen als aktivierendem Einfluss mit der isolierenden Kunststoffschicht BCB zu einer mechanisch stabilen, aber elektrisch isolierenden Verbindung. In der vierten Querschnittsdarstellung ist die Halbleiterschichtenfolge SS in einer vertikal um 180° gedrehten Position dargestellt (Pfeil). Aus der Wellenleiterebene WGP₂ wurde hier unter Entfernung des Basiswafers BW der aus optisch aktivem Material bestehende Ringresonator RR strukturiert, der als einzige Element elektrisch kontaktiert werden kann.The 3 shows the direct comparison of the invention with the prior art, the application of the known method of wafer bonding based on different process step representations. Starting from a semiconductor layer sequence SS according to 2 is in the 3 In the first cross-sectional representation through the semiconductor layer sequence SS, the attachment of deep etching pits EG is first shown, which serve to position the connection components CC ₁ , CC ₂ . The attachment can take place, for example, in the corner regions of the semiconductor layer sequence SS, so that the subsequent rib formation is not disturbed (representation of different cut layers). The second cross-sectional representation shows the structuring of the wave extension plane WGP ₁ with the two ribbed waveguides RW ₁ , RW ₂ and their embedding in a passivating and electrically insulating plastic, here BenzoCycloButen BCB, as filling material. As a result, the two ribbed waveguides RW ₁ , RW _{2 are} completely electrically insulated and are no longer electrically contacted in the further process bar. Thus, the use of optically active material in the waveguide plane WGP _{1 is} not useful in the known method of wafer bonding. In a next method step according to the third cross-sectional representation in FIG 3 then a transfer wafer TS is placed as the second connection component CC ₂ , which is provided with a force-locking component FCC in the form of an adhesive layer GL. Under ambient conditions, the adhesive layer GL combines with the insulating plastic layer BCB as an activating influence to form a mechanically stable but electrically insulating connection. In the fourth cross-sectional representation, the semiconductor layer sequence SS is shown in a position rotated vertically by 180 ° (arrow). From the waveguide level WGP ₂ , the ring resonator RR consisting of optically active material was structured with removal of the base wafer BW and can be electrically contacted as the only element.

In der 4 ist in analoger Darstellung zu dem bekannten Flip-Wafer-Kleben gemäß 3 das Flip-Wafer-Bonding gemäß dem Verfahren nach der Erfindung versinnbildlicht. Die erste Querschnittsdarstellung zeigt wieder die Ätzgruben EG zur späteren Ausrichtung der ersten Verbindungskomponente CC₁ in Form der Halbleiterschichtenfolge SS und der zweiten Verbindungskomponente CC₂ in Form des Transferwafers TW zueinander. Analog dazu können weitere, hier nicht dargestellte Gruben eingebracht werden zum Freihalten für eine Kontaktierung im Abschluss des Prozesses oder nach möglicher On-Wafer-Vorcharakterisierung der Bauelemente zur Separation der Komponenten mittels einer Chipsäge. In der zweiten Querschnittsdarstellung sind die beiden Rippenwellenleiter RW₁, RW₂ in der Wellenleiterebene WGP₁ strukturiert und an den Flanken und im Zwischenraum durch eine Passivierungsschicht PL geschützt. Eine dabei möglicherweise erfolgte Passivierung auch der Rippenwellenleiterköpfe wurde zuvor bereits wieder entfernt. Nunmehr wird auf die Köpfe der beiden Rippenwellenleiter RW₁, RW₂ die Kraftschlusskomponente FCC in Form eines lötbares Metalleutektikums ME, im Ausführungsbeispiel eine AuSn-Legierung mit einem Schmelzpunkt bei ungefähr 350°C, aufgebracht (in den entsprechenden Querschnittsdarstellungen durch eine schwarze Schicht angedeutet). Zum besseren Haften des Metalleutektikums ME werden zuvor eine metallische Haftschicht AL, im Beispiel Titan, eine metallische Diffusionssperre DL, im Beispiel Platin, und eine lötbare Metallschicht ML, im Beispiel Gold, aufgedampft oder durch Sputtern deponiert. Auf die gleiche Weise wird der Transferwafer TW als zweite Verbindungskomponente CC₂ vorbereitet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die die Unebenheiten und Wölbungen ausgleichende, dickere Lotschicht des Metalleutektikums ME auf die Rippenwellenleiter RW₁, RW₂ der strukturierten Wellenleiterebene WGP₁ aufgebracht. Ein Aufbringen auf den Transferwafer TW ist ebenso wie eine Strukturierung der Lotschicht auf beiden Auftragungsorten, beispielsweise zum Freihalten von Sägezonen oder zur Ausbildung von definierten Kontaktbereichen, möglich. Beim Aufbringen auf die strukturierte Wellenleiterebene WGP₁ können zuvor die Zwischenräume zwischen den Rippenwellenleitern RW₁, RW₂ durch epitaktisch aufgezogene Füllschichten oder durch einen eingebrachten Kunststoff planarisiert und isoliert sein.In the 4 is in analog representation to the known flip wafer gluing according to 3 symbolizes the flip-wafer bonding according to the method according to the invention. The first cross-sectional view again shows the etching pits EG for later alignment of the first connection component CC ₁ in the form of the semiconductor layer sequence SS and the second connection component CC ₂ in the form of the transfer wafer TW. Analogously, further pits (not shown here) can be introduced to keep free for contacting at the end of the process or after possible on-wafer pre-characterization of the components for the separation of the components by means of a chip saw. In the second cross-sectional representation, the two ribbed waveguides RW ₁ , RW _{2 are structured} in the waveguide plane WGP ₁ and protected on the flanks and in the intermediate space by a passivation layer PL. A possible passivation of the ribbed waveguide heads has already been removed beforehand. Now the force-locking component FCC in the form of a solderable metal eutectic ME, in the exemplary embodiment an AuSn alloy with a melting point at approximately 350 ° C., is applied to the heads of the two ribbed waveguides RW ₁ , RW ₂ (indicated in the corresponding cross-sectional representations by a black layer) , For better adhesion of the metal eutectic ME, a metallic adhesive layer AL, in the example titanium, a metallic diffusion barrier DL, in the example platinum, and a solderable metal layer ML, in the example gold, are vapor-deposited or deposited by sputtering. In the same way, the transfer wafer TW is prepared as a second connection component CC ₂ . In the exemplary embodiment shown, the thicker solder layer of the metal eutectic ME which compensates for the unevenness and curvatures is applied to the rib waveguide RW ₁ , RW _{2 of} the structured waveguide plane WGP ₁ . Application to the transfer wafer TW is possible, as is structuring of the solder layer on both application sites, for example to keep saw zones free or to form defined contact areas. When applied to the structured waveguide level WGP ₁ , the spaces between the rib waveguides RW ₁ , RW ₂ can be planarized and insulated by epitaxially drawn filler layers or by an introduced plastic.

Gemäß der dritten Querschnittsdarstellung in 4 werden anschließend die beiden Verbindungskomponenten CC₁, CC₂ miteinander in Kontaktgebracht und unter geringer Druckausübung bis zum Schmelzpunkt des Metalleutektikums ME erhitzt. Dadurch entsteht ohne einer Materialveränderung in den Halbleiterschichten sowohl eine mechanisch stabile als auch eine niederohmig leitende Verbindung zwischen dem Transferwafer TW und der strukturierten Wellenleiterebene WG₁ bzw. den beiden Rippenwellenleitern RW₁, RW₂. In der vierten Querschnittsdarstellung wird der entstandene Verbund dann wiederum 180° gedreht gezeigt (Pfeil), wobei die zuvor untere Welleneileiterebene WG₂ nunmehr oben ist. Jetzt kann auch hier eine Strukturierung unter Entfernung des Basiswafers BW vorgenommen und beispielsweise der Ringresonator RR herausgearbeitet werden. Dieser kann dann direkt elektrisch kontaktiert werden. Die Kontaktierung beider Wellenleiterebenen WG₁, WG₂ ist im Detail der 5 zu entnehmen.According to the third cross-sectional representation in 4 the two connection components CC ₁ , CC ₂ are then brought into contact with one another and heated to the melting point of the metal eutectic ME with little pressure being exerted. This results in a mechanically stable as well as a low-resistance connection between the transfer wafer TW and the structured waveguide plane WG ₁ or the two ribbed waveguides RW ₁ , RW ₂ without a change in material in the semiconductor layers. In the fourth cross-sectional representation, the resulting composite is again shown rotated 180 ° (arrow), the previously lower waveguide level WG ₂ now being at the top. Here, too, structuring can be carried out while removing the base wafer BW and, for example, the ring resonator RR can be worked out. This can then be contacted directly electrically. The contacting of both waveguide levels WG ₁ , WG ₂ is in detail 5 refer to.

Die 5 zeigt schematisch eine Darstellung einer vollständig kontaktierten (in der 5 angedeutet durch „+" und „–"-Zeichen) Kopplerkomponente zur Wellenlängenkonvertierung WC-PIC, die mit dem erfindungsgemäßen Verbindungsverfahren hergestellt worden ist. Die beiden Rippenwellenleiter RW₁, RW₂ werden durch das zuvor zum Löten aufgebrachte, niederohmig leitenden Metalleutektikum ME über den Transferwafer TW kontaktiert. Für die Kontaktierung des Ringresonators RR wurde ebenfalls eine Lötschicht in Form des gut leitenden Metalleutektikums ME aufgebracht. Die hier dargestellten Stützmesa SM dienen zum mechanisch stabilen und sicheren Aufbau der Kopplerkomponente WC-PIC durch einen Schutz der aktiven Rippenwellenleiter RW₁, RW₂. Die Passivierungsschicht PL isoliert die Stützmesa SM. Die Rippenwellenleiter RW₁, RW₂ sind im Kopfbereich von der Passivierungsschicht PL befreit.The 5 shows schematically a representation of a fully contacted (in the 5 indicated by "+" and "-" sign) coupler component for wavelength conversion WC-PIC, which was produced with the connection method according to the invention. The two ribbed waveguides RW ₁ , RW ₂ are contacted by the low-resistance conductive metal eutectic ME previously applied for soldering via the transfer wafer TW. A soldering layer in the form of the highly conductive metal eutectic ME was also applied for contacting the ring resonator RR. The support mesa SM shown here are used for the mechanically stable and safe construction of the coupler component WC-PIC by protecting the active rib waveguide RW ₁ , RW ₂ . The passivation layer PL isolates the support mesa SM. The rib waveguides RW ₁ , RW ₂ are freed from the passivation layer PL in the head region.

Die Funktion der Kopplerkomponente WC-PIC wird wie folgt erreicht: Die Rippenwellenleiter RW₁, RW₂ sind in Rippenhöhe und -breite so ausgelegt, dass der Vertikalkoppler z. B. einen symmetrischen Richtkoppler mit gleichen effektiven (bezogen auf die realen Begrenzungen) Brechungsindizes oder einen definierte asymmetrischen Richtkoppler bildet, in dem die maximal mögliche Kopplung über die Asymmetrie vorgegeben ist. Der Vorteil bei der Asymmetrie besteht bei einem 3-dB-Koppler als Beispiel in einer besseren Prozesstoleranz, da die Steigung der Filterkennlinie am Arbeitspunkt klein ist. Dem gegenüber ist die Steigung bei einem symmetrischen Richtkoppler bei 3 dB maximal. Wegen des starken Einflusses der Materialdispersion und der damit verbundenen Toleranzen werden die Materialzusammensetzungen der beiden Wellenleiterbereiche WGP₁, WGP₂ gleich gewählt und in einem einzigen epitaktischen Wachstumsschritt hergestellt. Eine Asymmetrie kann dann über die Wellenleiter-Strukturparameter vorgegeben werden. Die n-InP-Gap-Schicht bildet den gemeinsamen n-Kontakt in Form der Kontaktschicht CL mit einer niedrigen optischen Dämpfung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wurde der n-Kontakt als gemeinsamer Kontakt gewählt, da die dotierungsbedingte Dämpfung bei n-Material kleiner ist als bei p-Material und damit ein kleinerer Serienwiderstand erreichbar ist. Durch die Wahl von einem quaternärem Material mit einem Brechungsindex, der kleiner ist als der resultierende Brechungsindex der Rippenwellenleiter RW₁, RW₂ kann zudem eine stärkere Kopplung als bei der Verwendung von binären Material (n-InP) gewählt werden.The function of the WC-PIC coupler component is achieved as follows: The rib waveguides RW ₁ , RW ₂ are designed in the rib height and width in such a way that the vertical coupler z. B. forms a symmetrical directional coupler with the same effective (based on the real limits) refractive indices or a defined asymmetrical directional coupler in which the maximum possible coupling is predetermined via the asymmetry. The advantage of asymmetry with a 3 dB coupler is, for example, a better process tolerance because the stei filter characteristic at the operating point is small. In contrast, the slope of a symmetrical directional coupler is maximum at 3 dB. Because of the strong influence of the material dispersion and the associated tolerances, the material compositions of the two waveguide regions WGP ₁ , WGP ₂ are chosen to be the same and are produced in a single epitaxial growth step. An asymmetry can then be specified via the waveguide structure parameters. The n-InP gap layer forms the common n-contact in the form of the contact layer CL with a low optical attenuation. In the exemplary embodiment shown, the n-contact was chosen as the common contact, since the doping-related damping is smaller with n-material than with p-material and thus a lower series resistance can be achieved. By choosing a quaternary material with a refractive index that is smaller than the resulting refractive index of the rib waveguides RW ₁ , RW ₂ , a stronger coupling can be selected than when using binary material (n-InP).

In der 6 ist schematisch eine Gruppe aus optischen Komponenten WC-PIC gemäß 5 dargestellt, die durch tief und breit geätzte Gruben DG getrennt (in der Figur nicht maßstabsgerecht dargestellt) und zudem im Metalleutektikum ME strukturiert sind. Durch die Bauelement-separate Metallisierung auf dem Transferwafer TW kann on-Wafer eine Vorcharakterisierung per Wafer-Prober durchgeführt werden. In den metallfreien Fenstern auf dem Transferwafer TW erfolgt abschließend eine Chip-Separation mittels einer Chipsäge (in der Figur angedeutet durch vertikale Pfeile und gestrichelte Kreise). Bei dieser Herstellung entfallen Vereinzelungsvorgänge und es kann von einer „Nutzenfertigung" gesprochen werden, bei der der Transferwafer TW optimal ausgenutzt wird. Dabei liegt die erforderliche Grubenbreite für die Separierung ungefähr im Bereich der Komponentenbreite, sodass die optimale Waferausnutzung ca. ein Viertel der Gesamtfläche umfasst.In the 6 is schematically a group of optical components according to WC-PIC 5 shown, which are separated by deep and broadly etched pits DG (not shown to scale in the figure) and are also structured in the metal eutectic ME. Due to the component-separate metallization on the transfer wafer TW, on-wafer pre-characterization can be carried out using a wafer prober. Finally, a chip separation takes place in the metal-free windows on the transfer wafer TW by means of a chip saw (indicated in the figure by vertical arrows and dashed circles). In this production, there is no separation process and one can speak of a “benefit production” in which the transfer wafer TW is optimally used. The pit width required for the separation lies approximately in the range of the component width, so that the optimal wafer utilization comprises approximately a quarter of the total area ,

In der 7 ist exemplarisch eine Zusammenstellung von optischen Bauelementen dargestellt, die in ultrakompakter Bauform mittels der in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Verbindungstechnologie fertigbar sind. Diese Bauelemente zählen zu einer Komponentenfamilie auf der Basis von elektrisch optimierten und/oder Strom-injizierten monolithisch integrierten Bauelementen auf der Basis von Ringresonatoren mit zwei, optisch vertikal gekoppelten und separat elektrisch ansteuerbaren Wellenleiterebenen. Dabei handelt es sich im Einzelnen um:
A elektrisch gelockter Umschalter
B optisch gelockter Umschalter
C Wellenlängen-Konverter
D Wellenlängen-Demultiplexer
E resonanter optischer Modulator In the 7 an example is a compilation of optical components that can be manufactured in an ultra-compact design by means of the connection technology described in the present invention. These components belong to a component family based on electrically optimized and / or current-injected monolithically integrated components based on ring resonators with two, optically vertically coupled and separately electrically controllable waveguide levels. Specifically, these are:
A electrically locked switch
B optically locked switch
C wavelength converter
D wavelength demultiplexer
E resonant optical modulator

Dem Diagramm gemäß F ist zur Veranschaulichung das Tuningprinzip dieser Komponentenfamilie durch elektrische Ansteuerung zu entnehmen. Für ein Bauelement mit den Parametern n_WG: 3,44, O: 897 μm, r: 95 μm, FSR: 100 GHz wird durch eine minimale Veränderung des Brechungsindex n von Δn = 0,0003 (entspricht 0,009% des Wellenleiter-Brechungsindex n_WG) bereits eine Verschiebung der Wellenlänge von 10 GHz erreicht.The diagram according to F shows the tuning principle of this component family by electrical control. For a component with the parameters n _WG : 3.44, O: 897 μm, r: 95 μm, FSR: 100 GHz, a minimal change in the refractive index n of Δn = 0.0003 (corresponds to 0.009% of the waveguide refractive index n _WG ) has already shifted the wavelength of 10 GHz.

ALAL

metallische Haftschichtmetallic adhesive layer

BCBBCB

BenzoCycloButen (Füllmaterial)benzocyclobutene (Filling material)

BWBW

Basiswaferbase wafer

CCCC

Verbindungskomponenteconnection component

CLCL

Koppelschichtcoupling layer

DGDG

tief und breit geätzte Grubedeep and broadly etched pit

DLDL

metallische Diffusionssperremetallic diffusion barrier

EGEC

Ätzgrubeetching pit

FCCFCC

KraftschlusskomponenteTraction component

GLGL

Klebeschichtadhesive layer

MEME

MetalleutektikumMetalleutektikum

MLML

Metallschichtmetal layer

PP

Ein-/Ausgabe-PortI / O port

PICPIC

photonischer integrierter Schaltkreisphotonic integrated circuit

PLPL

Passivierungsschichtpassivation

RRRR

Ringresonatorring resonator

RWRW

RippenwellenleiterRidge waveguide

SMSM

StützmesaStützmesa

SSSS

HalbleiterschichtenfolgeSemiconductor layer sequence

TWTW

Transferwafertransfer wafer

WC-PICWC-PIC

Kopplerkomponente zur Wellenlängenkonvertierungcoupler component for wavelength conversion

WGPWGP

WellenleiterebeneWaveguide plane

Claims (8)

Verfahren zur kraftschlüssigen Ganzwaferverbindung eines Transferwafers (TW) mit der strukturierten Wellenleiterebene (WGP₁) einer epitaktisch aufgewachsenen, zwei optisch vertikal gekoppelte Wellenleiterebenen (WGP₁, WGP₂) aufweisenden Halbleiterschichtenfolge (SS) als Verbindungskomponenten (CC₁, CC₂) durch Einbringen einer Kraftschlusskomponente (FCC) und deren Aktivierung unter Zusammenführung der Verbindungskomponenten (CC₁, CC₂), dadurch gekennzeichnet, dass als Kraftschlusskomponente (FCC) ein lötbares Metalleutektikum (ME) mit einem Schmelzpunkt in einem Bereich unterhalb 350°C verwendet wird, das die Verbindungskomponenten (CC₁, CC₂) elektrisch niederohmig kontaktiert und auf eine von beiden Verbindungskomponenten (CC₁, CC₂), deren Oberflächen zuvor durch Aufbringen einer metallischen Haftschicht (AL), einer metallischen Diffusionssperre (DL) und einer lötbaren Metallschicht (ML) vorbereitet worden sind, in einer im Verbindungsbereich auftretende Unebenheiten und Wölbungen ausgleichenden Schichtstärke aufgebracht wird, und dass die Aktivierung des lötbaren Metalleutektikums (ME) unter geringer Druckausübung durch eine Wärmezufuhr bis zum Erreichen des Schmelzpunktes ohne eine Materialveränderung in den Verbindungskomponenten (CC₁, CC₂) erfolgt.Method for the force-locking whole-wafer connection of a transfer wafer (TW) with the structured waveguide level (WGP ₁ ) of an epitaxially grown, two optically vertically coupled waveguide levels (WGP ₁ , WGP ₂ ) having semiconductor layer sequence (SS) as connection components (CC ₁ , CC ₂ ) by introducing one Force-locking component (FCC) and their activation by combining the connection components (CC ₁ , CC ₂ ), characterized in that a solderable metal eutectic (ME) with a melting point in a range below 350 ° C is used as the force-locking component (FCC) that the connection components (CC ₁ , CC ₂ ) electrically contacted and prepared for one of the two connection components (CC ₁ , CC ₂ ), the surfaces of which are prepared beforehand by applying a metallic adhesive layer (AL), a metallic diffusion barrier (DL) and a solderable metal layer (ML) have been in a U occurring in the connection area Adjacent layers and bulges compensating layer thickness is applied, and that the activation of the solderable metal eutectic (ME) under little pressure is exerted by supplying heat until the melting point is reached without changing the material in the connecting components (CC ₁ , CC ₂ ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das lötbare Metalleutektikum (ME) eine Gold-Zinn-Legierung verwendet wird.A method according to claim 1, characterized in that for the solderable metal eutectic (ME) a gold-tin alloy is used. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die metallische Haftschicht (AL) Titan, die metallische Diffusionssperre (DL) Platin und die lötbare Metallschicht (ME) Gold verwendet wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that for the metallic adhesive layer (AL) titanium, the metallic diffusion barrier (DL) platinum and the solderable Metal layer (ME) gold is used. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen des lötbaren Metalleutektikums (ME) in strukturierter Form ertolgt.A method according to claim 3, characterized in that the Applying the solderable Metal eutectic (ME) in a structured form. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen des lötbaren Metalleutektikums (ME) die eine Wellenleiterebene (WGP₁) mit zwei Rippenwellenleitern (RW₁, RW₂) und zwei außenliegenden Stützmesa (SM) strukturiert wird, wobei die Stützmesa (SM) elektrisch isoliert über das lötbare Metalleutektikum (ME) mit dem Transferwafer (TW) verbunden werden.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that before the solderable metal eutectic (ME) is applied, the one waveguide plane (WGP ₁ ) is structured with two ribbed waveguides (RW ₁ , RW ₂ ) and two external support mesa (SM), wherein the supporting mesa (SM) are connected to the transfer wafer (TW) in an electrically insulated manner via the solderable metal eutectic (ME). Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen des lötbaren Metalleutektikums die Zwischenräume zwischen den Rippenwellenleitern und den Stützmesa epitaktisch planarisiert werden.A method according to claim 5, characterized in that before the application of the solderable Metal eutectic the gaps epitaxially planarized between the rib waveguides and the supporting mesa become. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass beide Wellenleiterebenen (WGP₁, WGP₂) aus optisch aktivem Halbleitermaterial aufgewachsen und getrennt elektrisch ansteuerbar sind.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the two waveguide planes (WGP ₁ , WGP ₂ ) are grown from optically active semiconductor material and can be electrically controlled separately. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine großflächig ausgebildete, vertikal gekoppelte Halbleiterschichtenfolge (SS) mit einem gemeinsamen Transferwafer (TW) über das lötbare Metalleutektikum (ME) kraftschlüssig verbunden werden und nach einer getrennten Strukturierung der zweiten Wellenleiterebene (WGP₂) und Kontaktierung separiert werden.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that a large area, vertically coupled semiconductor layer sequence (SS) with a common transfer wafer (TW) are non-positively connected via the solderable metal eutectic (ME) and after a separate structuring of the second waveguide level (WGP ₂ ) and contacting are separated.