将微透镜应用于小孔径光电检测器和VCSEL上以用于高数据速率应用的方法与流程

将微透镜应用于小孔径光电检测器和vcsel上以用于高数据速率应用的方法
1.相关申请案的交叉引用
2.本技术案要求2020年12月31日提交且转让给本技术案的受让人的第63/132711号美国申请案的权益和优先权，所述申请案以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
3.本公开通常涉及用于将透镜(例如，微透镜)应用于光电检测器(例如，pin光电二极管等)和光发射器(例如，vcsel、led等)的系统和方法。本公开中的一些实施例涉及用于将具有光接收或发射装置的晶片接合到透镜晶片的系统和方法。


背景技术：

4.可由光电检测器支持的数据速率受到孔径大小的限制。由于光学器件将光束聚焦到较小光点的能力有限，且由于组装过程的机械公差，使光电检测器的孔径大小最小化可能具有挑战性。


技术实现要素：

5.在一个方面中，本技术涉及一种将透镜应用于光学装置的方法，所述方法包括：将透镜衬底的第一金属衬垫与光学装置衬底的第二金属衬垫对准，所述光学装置衬底具有包括一或多个光学装置的至少一部分的第一表面；将透镜衬底的第一金属衬垫与光学装置衬底的第一表面上的第二金属衬垫耦合；以及去除光学装置衬底的一部分以暴露导电层，导电层在去除所述部分之后位于与第一表面相对的第二表面上。
6.在另一方面中，本技术涉及一种设备，其包括：透镜，其包括第一透镜表面和与第一透镜表面相对的第二透镜表面，第二透镜表面包括第一金属衬垫；以及装置层，其包括光学装置、第一装置表面以及与第一装置表面相对的第二装置表面，第一装置表面包括第二金属衬垫，第二装置表面包括第三金属衬垫，其中第二金属衬垫物理地附接到第一金属衬垫，且第三金属衬垫配置成用于附接到电路板或集成电路管芯。
7.在另一方面中，本技术涉及一种制造光学装置的方法，所述方法包括：将透镜衬底附接到光学装置衬底，所述光学装置衬底具有包括一或多个光学装置的至少一部分的第一表面，第一表面与透镜衬底的第二表面接触；以及去除光学装置衬底的一部分以暴露导电层，导电层在去除所述部分之后位于光学装置衬底的第三表面上，所述第三表面与光学装置衬底的第一表面相对。
8.在另一方面中，本技术涉及一种光学装置组合件，其包括：载体；分立透镜，其在从载体的第一表面延伸的多个升高部分之间附接到载体；半导体材料，其包括顶部表面和底部表面，所述顶部表面包括光学装置的至少一部分，半导体材料在底部表面处附接到第一表面。
附图说明
9.通过参考结合附图进行的详细描述，本公开的各种对象、方面、特征和优点将变得更显而易见且更好理解，其中相似参考标号通篇识别对应的元件。在图式中，相似参考标号通常指示相同、功能上类似和/或结构上类似的元件。
10.图1a和1b为根据一或多个实施方案的系统的示意性透视图，所述系统包含安装在载体上的分立透镜和光电检测器，完成从光电检测器到跨阻抗放大器(tia)的线接合；
11.图2a和2b分别为根据一或多个实施方案的非密闭台面vcsel和密闭台面vcsel的示意性透视图；
12.图3a、3b、3c和3d为根据一或多个实施例的展示用于将光电检测器耦合到微透镜的实例工艺流程的示意性透视图；
13.图4a和4b分别为根据一或多个实施例的vcsel衬底和微透镜衬底的示意性透视图；
14.图5a、5b、5c、5d和5e为根据一或多个实施例的展示用于将密闭vcsel耦合到微透镜的实例工艺流程的示意性透视图；
15.图6a、6b、6c、6d、6e、6f和6g为根据一或多个实施例的展示用于将非密闭vcsel耦合到微透镜的实例工艺流程的示意性透视图；
16.图7a、7b和7c为根据一或多个实施例的vcsel装置的示意性透视图，其展示不同微透镜材料的vcsel温度的比较；
17.图8a和8b为根据一或多个实施例的用于本文中所描述的装置的实例取放工具的示意性透视图；以及
18.图9a、9b、9c、9d、9e和9f为根据一或多个实施例的实例管芯附接顺序的示意性透视图。
19.图10为根据一些实施例的光学装置的示意性透视图。
20.在附图和下文描述中阐述方法和系统的各种实施例的细节。
具体实施方式
21.下文是与用光电检测器和激光的技术、途径、方法、设备和系统相关的各种概念和其实施例的详细描述，包含但不限于用于将微镜头应用于小孔径光电检测器(例如，正-本征-负(pin)光电检测器等)和光源(例如，垂直腔面发射激光器(vcsel))的系统和方法。一些系统和方法涉及将pin或vcsel晶片接合到透镜晶片。透镜可以是高放大率透镜。装置可以是可安装与可在850纳米波长下操作的透镜集成的pin的背照明表面，或可安装与可在850纳米波长下操作的透镜集成的vcsel的背照明表面。上文引入并且下文详细讨论的各种概念可以许多方式中的任一种实施，因为描述的概念不限于实施方式的任何特定方式。主要出于说明性目的提供了特定的实施例和应用的实例。
22.可由pin检测器支持的数据速率可受到pin检测器的孔径大小的限制。在一些实施例中，最小孔径直径可为约30μm。这种限制是由例如光学器件将光束聚焦到较小光点的能力以及组装过程的机械公差引起的。本公开中描述的技术可以减小光点大小且改进可实现的机械公差，由此改进常规pin和vcsel性能、制造工艺和系统。可使用本文中所描述的技术实现具有较高数据速率和较低生产成本的设计。
23.本文中所描述的系统和方法提供一种用于将微透镜应用于小孔径pin检测器装置或vcsel装置以用于高数据速率应用的方法。本文中所描述的技术可使用晶片到晶片接合方法将pin或vcsel晶片接合到透镜晶片。随后可去除pin或vcsel晶片的衬底。剩余外延结构可由透镜晶片支撑。电连接可从装置的背面穿过外延结构形成。
24.对于pin应用，可使用具有高折射率的透镜晶片将光束聚焦成较小光点大小。由于透镜晶片的高折射率，可以减少由于透镜晶片厚度引起的透镜与孔径之间的光程的公差。对于vcsel应用，透镜晶片可具有较小折射率。
25.在一些实施例中，pin芯片(例如，晶片、衬底等)可放置在衬底上。pin芯片的前表面或孔径可参考在孔径的相同方向上的机械结构的面。面向pin的孔径的透镜可放置在机械结构的参考平面上。此技术可减小孔径的表面与透镜之间的公差。本文中描述了其它细节和其它技术。
26.举例来说，可修改这些技术以提供可适合于某些应用的装置和配置的不同变化。不同透镜材料可用于透镜晶片，例如碳化硅(sic)或磷化镓(gap)等等(例如，一些玻璃材料)。在一些实施例中，透镜材料具有高导热性(例如，对于vcsel)、高折射率(例如，对于pin)、与半导体兼容的热系数膨胀以及在所关注波长下透明。在一些实施例中，可结合本文中所描述的技术实施不同的电连接，例如金柱凸块和热压接合或焊料凸块。在一些实施例中，可使用热压缩接合工艺、环氧树脂接合工艺、焊料接合工艺或热超声接合工艺等等将透镜晶片接合到pin晶片或vcsel晶片上。
27.本文中所描述的一些技术提供对常规pin和vcsel装置和制造工艺各种改进。举例来说，本文中所描述的技术可用于850nm pin实施方案中，这使用常规技术是不可能的。此外，本文中所描述的技术可减小pin检测器的电容。减小电容可极大地增加检测器系统的带宽。晶片级透镜到孔径的对准可降低对准成本。此外，减小的电容可减少tia的噪声，因此改进灵敏度或检测极限。所述设计可为表面可安装的，这可简化组装过程，同时提高信号完整性。
28.在一些实施例中，热超声接合可用于将装置附接到tia且将透镜附接到装置。在一些实施例中，倒装芯片技术可用于将tia和装置安装到电路板。在一些实施例中，在特定设计的位置处施加环氧树脂以将装置附接到透镜，由此避免与固化环氧树脂相关的偏移。
29.具有透镜集成的装置可连接到tia或驱动器ic，类似于图1a和1b中所描绘的布置。在一些实施例中，透镜材料可具有高得多传导性(例如，sic导热性可超过400w/米-开尔文(mk)等)。具有较高传导性可降低vcsel装置的总体温度。在分立透镜应用中，本文中所描述的技术可最小化透镜与孔径之间的距离的公差。当最小化光点大小时，接近孔径的光束的数值孔径(na)可变得较高。精确的孔径到透镜的距离可维持小光点大小，这是对常规技术的改进。
30.一些实施例涉及一种将透镜应用于光学装置的方法。所述方法包含将透镜衬底的第一金属衬垫与光学装置衬底的第二金属衬垫对准，所述光学装置衬底具有包括一或多个光学装置的至少一部分的第一表面。方法还包含将透镜衬底的第一金属衬垫与光学装置衬底的第一表面上的第二金属衬垫耦合。所述方法包含去除光学装置衬底的一部分以暴露导电层，导电层在去除所述部分之后位于与第一表面相对的第二表面上。
31.一些实施例涉及一种设备。所述设备包含具有第一透镜表面和与第一透镜表面相
对的第二透镜表面的透镜。第二透镜表面包括第一金属衬垫。所述设备还包含装置层，所述装置层具有光学装置、第一装置表面以及与第一装置表面相对的第二装置表面。第一装置表面包含第二金属衬垫，且第二装置表面包含第三金属衬垫。第二金属衬垫物理地附接到第一金属衬垫，且第三金属衬垫配置成用于附接到电路板。
32.一些实施例涉及一种制造光学装置的方法。所述方法包含将透镜衬底附接到光学装置基底，所述光学装置衬底具有包括一或多个光学装置的至少一部分的第一表面。第一表面与透镜衬底的第二表面接触。所述方法还包含去除光学装置衬底的一部分以暴露导电层。导电层在去除所述部分之后位于光学装置衬底的第三表面上，所述第三表面上与光学装置衬底的第一表面相对。
33.一些实施例涉及一种光学装置组合件。所述光学装置组合件包含：载体；分立透镜，其在从载体的第一表面延伸的多个升高部分之间附接到载体；以及半导体材料。所述半导体包含顶部表面和底部表面，所述顶部表面包含光学装置的至少一部分。半导体材料在底部表面处附接到第一表面。
34.在一些实施例中，所述光学装置衬底包括位于块状衬底上方的蚀刻停止层上方的外延层，且其中去除所述部分包括蚀刻到蚀刻停止层，所述蚀刻停止层邻近导电层。
35.现参考图1a，描绘根据一或多个实施例的系统的透视图100a，所述系统包含安装在载体上的分立微透镜和光电检测器，完成从光电检测器到跨阻抗放大器(tia)的线接合。视图100a中描绘的系统可以包含载体105、tia 110、光电检测器115、线连接120和透镜125(例如，微透镜)。
36.载体105可为能够耦合到tia 110和光电检测器115的任何类型的载体。举例来说，载体可由金属衬底、环氧树脂衬底、硅衬底、塑料衬底或可耦合到tia 110和光电检测器115的任何其它类型的衬底形成。在一些实施例中，载体105可通过机械加工工艺、注塑工艺、光刻制造工艺、增材制造工艺(例如，三维(3d)印刷等)等形成。载体105可耦合到至少一个检测器115、至少一个透镜125和至少一个tia 110。
37.光电检测器115可包含pin二极管，其可用于检测穿过透镜125的特定波长的光。光电检测器115可在p型半导体与n型半导体区之间具有宽的未掺杂本征半导体区。在一些实施例中，p型和n型的一些区可为重掺杂的，因为其用于欧姆接触。在一些实施例中，可反向偏置检测器115。在反向偏置下，二极管通常可能不能导电。当足够能量(例如，具有某一频率或波长等)的光子进入二极管的耗尽区时，其可产生电子-空穴对。反向偏置场将载流子扫出区域，从而产生电流。在一些实施例中，光电检测器115可使用雪崩倍增。光电检测器115可用于高速光纤通信系统中。光电检测器115可为pin或雪崩检测器。
38.光电检测器115可包含一或多个pin二极管。在一些实施例中，光电检测器115可经由一或多个接合线120电耦合到tia 110。接合线120可为具有低电阻的小导线，例如金线、铂线或银线。可使用热压缩接合工艺、环氧树脂接合工艺、焊料接合工艺或热超声接合工艺等等将接合线120耦合到光电检测器115且耦合到tia。
39.tia 110可电耦合到光电检测器115，且可放大从光电检测器115接收的信号。在一些实施例中，由光电检测器115响应于光信号提供的电流可以很小。tia 110可检测且放大来自光电检测器115的信号，使得信号可由其它不太敏感的通信组件检测。在一些实施例中，tia 110可为电流到电压转换器，且可包含一或多个运算放大器。tia 110可例如使用一
或多种光刻技术来制造。在一些实施例中，tia 110可为耦合到载体105且使用接合线120电耦合到光电检测器115的单独模块。tia 110的输出可电耦合到一或多个其它电气组件，例如信号处理组件(未示出)。
40.透镜125可在光电检测器115或多于一个光电检测器115上耦合到载体105，并且可将光聚焦到光电检测器115或多于一个光电检测器115上以帮助检测光。透镜125可由一或多种材料制造，例如碳化硅(sic)或磷化镓(gap)等等。透镜125可制造为透镜晶片的部分(例如，具有许多其它透镜125等)，且随后切割、蚀刻或以其它方式分割以符合特定应用的大小要求。在一些实施例中，可使用热压缩接合工艺、环氧树脂接合工艺、焊料接合工艺或热超声接合工艺等等将透镜125接合到光电检测器115上。在一些实施例中，在透镜125与光电检测器115之间存在分离间隙，且可使用热压缩接合工艺、环氧树脂接合工艺、焊料接合工艺或热超声接合工艺等等将透镜125接合到载体上。
41.参考图1b，描绘包含与图1a中示出的装置类似但安装在印刷电路板(pcb)上的装置的实例视图100b。视图100b中的系统可包含载体105、tia 110、光电检测器115、线连接120、透镜125(例如，微透镜)和pcb 130。如所展示，视图100b中的系统与图1a中所描绘的视图100a中的系统类似，但具有将tia 110电耦合到pcb 130的额外接合线120。在一些实施例中，光电检测器115可与透镜直接耦合以形成光电检测器组合件，且光电检测器组合件可直接耦合到tia 110。类似于图1b中的布置，在一些实施例中，tia 110可直接耦合到pcb 130的表面。
42.pcb 130可包含将电子组件电耦合到彼此的一或多个导电衬垫或迹线。在一些实施例中，可使用热压缩接合工艺、环氧树脂接合工艺、焊料接合工艺或热超声接合工艺等等将接合线120耦合到tia 110和pcb 130。在一些实施例中，视图100b中的系统的载体105可接合到pcb 130上的一或多个导电衬垫上，例如接地平面或另一类型的衬垫(例如，耦合到另一电信号或电压轨的衬垫，或浮动衬垫等)。类似于图1b中的布置，在一些实施例中，tia 110可直接耦合到pcb 130的表面。举例来说，在一些实施例中，tia 110的导电衬垫可直接与在光电检测器115组合件(或如本文所描述的vcsel组合件等)上暴露的导电衬垫耦合以形成tia 110组合件。tia 110组合件可接着使用本文中所描述的一或多种接合工艺接合到pcb 130，在一些实施例中，所述接合工艺可包含接合线120中的一或多个。在一些实施例中，透镜125直接安放在载体105上。环氧树脂121设置于透镜125与载体105之间。具有在透镜125与载体105之间的环氧树脂121的此布置具有厚度公差，其转换为透镜125与光电检测器115之间的未知距离。在此布置中，将透镜125向下推到载体105。当环氧树脂121固化时，环氧树脂121收缩以在固化之后将透镜表面保持在载体105上。因此，相对于载体105控制透镜125的位置。在一些实施例中，利用下文参考图8所描述的工具技术来放置光电检测器115的位置。在一些实施例中，所述工具技术使用载体105的顶部表面作为光电检测器115的顶部表面的参考。金柱凸块设置于载体105的底部处。当工具技术向下推动光电检测器115时，金柱凸块变形。当管芯附接环氧树脂固化时，金柱凸块保持光电检测器115的底部的位置，这意味着光电检测器115的顶部位置得以维持。
43.现参考图2a和2b，分别描绘根据一或多个实施例的非密闭和密闭光源(例如vcsel和密闭vcsel)的透视图。
44.具体参考图2a，分别描绘非密闭vcsel的顶部视图200a和底部视图200b。非密闭
vcsel可包含透镜205和vcsel晶片210。透镜205可类似于上文结合图1a和1b所描述的透镜125。
45.透镜205可由一或多种衬底材料制造，例如，sic、gap或玻璃等等。衬底可被切割、蚀刻或切块以符合应用的大小。举例来说，尽管在图2b中仅展示晶片210上的单个vcsel，但应理解，许多vcsel可耦合到透镜125的衬底。
46.图2a中所描绘的晶片210上的vcsel可为非密闭光源，例如vcsel。非密闭vcsel可为mesa区域不是密闭密封的或不是气密的vcsel。晶片210上的vcsel可为具有从顶部表面垂直发射的激光束的半导体激光二极管。晶片210上的vcsel可用于各种激光产品，包含高速光纤通信。晶片210上的vcsel可具有将电力提供到激光二极管的各种电连接。当电流经由电连接流动通过晶片210上的vcsel时，vcsel可通过透镜205发射预定波长的光。透镜205可准直由晶片210上的vcsel发射的光以用于高速光纤通信。
47.具体参考图2b，分别描绘密闭vcsel的顶部视图200c和底部视图200c。密闭vcsel可包含透镜205和vcsel晶片210，其中mesa区域可为密闭密封的或气密的。透镜205可类似于上文结合图1a、1b和2a所描述的透镜125。
48.视图200d中指示的vcsel晶片210中的激光二极管(例如，vcsel)可密封在用于在vecsel晶片210上制造vcsel的衬底材料内。代替蚀刻掉用于在vecsel晶片210上创建vcsel装置的大部分衬底，创建通孔(例如，穿孔等)以形成为vcsel提供电流所需的电连接。图2a和2b中所描绘的vcsel晶片210上的vcsel装置可使用光刻工艺制造，且可包含形成vcsel装置的一或多个半导体材料层。在一些实施例中，vscel晶片210包含在块状衬底上方的外延层或在块状衬底上方的蚀刻停止层上方的外延层(例如，半导体、玻璃上的半导体等)。展示在切割成包含透镜205的用于vcsel装置的芯片之后的晶片210。
49.现参考图3a、3b、3c和3d，描绘根据一或多个实施例的用于将光电检测器耦合到微透镜的实例工艺流程的透视图。具体参考图3a，描绘实例透镜305的透视图300a和衬底314上的实例光电检测器315的透视图300b。实例透镜305可类似于上文结合图1a、1b、2a和2b所描述的透镜125和205。在一些实施例中，透镜305可包含一或多个金属迹线或衬垫，所述一或多个金属迹线或衬垫可配置成与光电检测器315的衬垫310耦合。在一些实施例中，透镜305可包含匹配存在于光电检测器315上的金属或导电衬垫的金属图案或其它导电图案。
50.光电检测器315可类似于上文结合图1a和1b所描述的光电检测器115。光电检测器315可安置于衬底314上(例如，耦合到衬底314、形成于衬底314上等)，例如硅化合物或镓化合物。在一些实施例中，可使用一或多种光刻技术在衬底314上形成光电检测器315。光电检测器315可具有可用于检测光的孔径。孔径可具有约30微米的尺寸。在一些实施例中，孔径可小于30微米，例如当透镜305配置成将入射光聚焦到光电检测器315上的较小光点大小上时。光电检测器315和透镜305中的每一个可分别形成为光电检测器315和透镜305的晶片的部分。因此，尽管图3a仅描绘四个透镜和四个光电检测器315，但应理解，较多或较少透镜305和光电检测器315是可能的。在一些实施例中，透镜305中的每一个可对应于相应光电检测器315。
51.现参考图3b，描绘图3a中所示的透镜305的顶部透视图300c和安置于图3a中所示的光电检测器315晶片上方的透镜305晶片的底部透视图300d。在工艺流程中的此阶段处，为了将每一透镜305耦合到每一相应光电检测器315(例如，使得透镜305可将光聚焦到光电
检测器315的孔径上等)，透镜305可安置于光电检测器315上方，使得透镜305的金属衬垫与对应金属衬垫310或检测器315上的接触点对准。基于衬垫的对准允许透镜305晶片精确地接合到光电检测器315晶片。在一些实施例中，导电环氧树脂可用作在金属衬垫之间接合的中间物。
52.现参考图3c，描绘在图3b中所示的对准工艺的顶部透视图300e和用于将透镜305的晶片接合到光电检测器315的晶片的接合工艺的顶部透视图300f。在工艺流程中的此阶段处，在将透镜305的晶片与光电检测器315的晶片对准之后，可使用接合技术将晶片彼此接合。接合技术可包含例如热压缩接合、环氧树脂接合、机械接合或另一类型的接合技术。将透镜的衬底接合到光电检测器315的衬底314可密封装置的周边。
53.现参考图3d，描绘在将透镜305接合到光电检测器315的衬底314之后的经处理的衬底317的底部透视图300g、在光电检测器315的外延层317上进行蚀刻处理之后的底部透视图300h、以及将金柱凸块或金柱319添加到视图300h中所示的导电衬垫321之后的装置的底部透视图300i。
54.视图300g描绘在上文结合图3c所描述的接合工艺之后和额外处理步骤之后的衬底314(图3c)。在光电检测器315已接合到透镜之后，不再需要支撑光电检测器315的外延结构的衬底314。光电检测器315之外延结构可代替地由透镜305的晶片支撑，所述晶片现在经由一或多个金属衬垫或其它接合直接耦合到光电检测器315。处理步骤可包含使用一或多个衬底研磨技术研磨掉检测器315下方的大部分衬底314。处理步骤可包含在研磨工艺之后对其上形成有光电检测器315的层进行化学蚀刻，直到蚀刻停止层为止。根据正在蚀刻的衬底材料来选择蚀刻停止层。因此，对于具有磷化铟衬底的光电检测器，蚀刻停止层可为ingaas层。蚀刻溶液为盐酸与磷酸的混合物。蚀刻停止层不与用于去除其上形成有光电检测器315的大部分衬底的蚀刻剂反应，由此中断蚀刻工艺。
55.视图300h描绘在视图300g中所描绘的衬底去除工艺之后的后续蚀刻工艺的结果。衬底蚀刻工艺可包含蚀刻到金接合层的接触通孔。金接合层可包含电耦合到光电检测器315的一或多个导电衬垫321，且可用于在光电检测器315与其它组件(例如，图1a和1b等中所描绘的tia 110)之间形成电连接。
56.视图300i描绘视图300h中所描绘的衬垫的底部透视图，所述衬垫现在与金柱319接合。金柱319可用于将衬垫电耦合到一或多个电组件。金柱319可例如使用线接合器形成于接触衬垫上，所述线接合器将金球放置在衬垫上。在金球放置好之后，切断所述线。因此，图3a至3d中所描绘的工艺流程可用于产生具有可将光聚焦到光电检测器315的小孔径上的集成透镜的光电检测器315装置。这样做可改进依赖于光电检测器315装置的高速数据通信系统(例如，光纤通信系统)的总体吞吐量。此外，装置可以减小系统的总电容的方式设计，由此减少tia(例如tia 110等)所经历的噪声，且因此改进信噪比。
57.现在参考图4a和4b，分别描绘根据一或多个实施例的vcsel衬底和微透镜衬底的透视图。现具体参考图4a，描绘形成于vcsel衬底440上的vcsel装置(例如，vcsel二极管)的视图400。vcsel二极管安置于vcsel衬底440的表面401的中心，且包含围绕其圆周的金属环416，所述金属环416通过氧化物沟槽蚀刻415与浮动金属衬垫425(其最小化系统的电容)分离。衬底440还可包含用于vcsel装置的p触点的接合衬垫420，其可通过沟槽蚀刻过去有源层410而与浮动金属衬垫425分离。如图4b中所描绘，例如接合衬垫420、浮动金属衬垫425安
置在vcsel二极管的圆周处的金属电极或环416的金属衬垫和可具有安置透镜衬底451上的对应金属接合衬垫。
58.现参考图4b，描绘具有嵌入金属衬垫425和435的透镜450的视图405。在一些实施例中，金属衬垫425为浮动金属衬垫。衬垫430为电连接衬垫，且可在透镜450的衬底51耦合到图4a中描绘的vcsel衬底440后将p触点连接到包围vcsel二极管的环416。vcsel衬底440可使用与上文结合图3a至3d所描述的工艺类似的接合工艺耦合到透镜衬底451。在一些实施例中，图4a和4b中描绘的衬垫425可用于制造密闭vcsel装置。如本文中所描述，非密闭vcsel装置可使用不同配置的金属衬垫来制造。
59.现参考图5a、5b、5c、5d和5e，描绘根据一或多个实施例的用于将密闭vcsel耦合到微透镜的实例工艺流程的透视图。所描述的工艺流程展示将透镜衬底451附连到vscel衬底440的步骤，使得透镜衬底451可准直由vscel二极管发射的光，且vcsel二极管可经由在vcsel衬底上暴露的金属衬垫接收电力。透镜衬底650可类似于本文中所描述的透镜衬底(例如，透镜125、透镜305、透镜450等)。vcsel衬底440可在其中心处或在vcsel衬底440中的任何其它期望位置处包含vcsel二极管。在图5a、5b、5c、5d和5e中所描绘的工艺流程中制造的装置可为密闭或气密vcsel装置。
60.现具体参考图5a，描绘与图3d的视图300g中所描绘的工艺流程类似的工艺流程中的步骤的透视图500a。在工艺中的此阶段处，vcsel衬底440已与透镜衬底451对准且与其接合。如图4a和4b中所描绘，将vcsel衬底440与透镜衬底451对准可包含将vcsel衬底440上的对应金属衬垫与透镜衬底451上的对应金属衬垫对准。在对准之后，可使用接合技术将vcsel衬底440接合到透镜衬底451。接合技术可包含例如热压缩接合、环氧树脂接合、机械接合或另一类型的接合技术。
61.在将vcsel衬底440接合到透镜衬底451之后，可使用研磨工艺将大部分vcsel衬底(例如，不包含指定用于二极管的层的部分，以及一些缓冲层等)研磨掉。研磨工艺可使用研磨表面或另一类型的研磨技术来执行。接着，可将下表面的剩余部分蚀刻到蚀刻停止层，且可使用另一蚀刻工艺去除蚀刻停止层自身。
62.现具体参考图5b，描绘工艺流程中的下一阶段的透视图500b，其中金属层可使用金属沉积技术沉积在vcsel衬底440的下表面上。金属沉积技术可施加金属层510，其可包含具有高传导性的材料，例如金、铂或银。在一些实施例中，金属可使用金属蒸镀(例如，电子束蒸镀等)和剥离工艺来沉积。此工艺可用于将受控制的贵金属或导电金属层以精确的图案沉积到衬底部表面上。金属层510的金属的图案可包含孔部分512，所述孔部分512可被蚀刻掉以形成到图4b中所描绘的金属层430的通孔，所述通孔电耦合到包围vcsel二极管的金属部分。
63.现具体参考图5c，描绘对图4b所示的金属层430的进一步蚀刻工艺的结果的透视图500c，所述金属层430电耦合到包围vcsel二极管的圆周的金属层。蚀刻工艺可以蚀刻穿过vcsel衬底440的外延结构，且可暴露图4b中描绘的金属层430的表面515。在一些实施例中，可执行额外镀覆步骤以在金属层430通过vcsel衬底440的外延结构暴露时增加其表面515的厚度。
64.现具体参考图5d，描绘工艺流程中的最终阶段的透视图500d，其中金接触凸块520融合到金属层510和金属层430的表面515，所述表面515可电耦合(或接合)到其它电子组
件，使得其它电子组件可将电力提供到形成于vcsel衬底中的vcsel二极管。因为与衬垫425相关联的大部分第二金属层是浮动的，且不连接到电压源或电流源，所以vcsel装置的总电容减小，这是对一些其它实施例的改进。金属层510和金属层430可形成当供应有适当电流时致使vcsel二极管发射预定波长的光的电极。接着，由vcsel发射的光由现在经由透镜衬底450与vcsel装置集成的透镜450准直。
65.现具体参考图5e，描绘在上文所描述的工艺流程中所形成的完整密闭vcsel装置的横截面图500e。如横截面图中所展示，金属层430和金属层510形成位于vcsel衬底440的外延层的表面452中心的vcsel二极管的阳极和阴极电极。这些电极中的每一个耦合到金接触凸块520，所述金接触凸块520可经由一或多种接合技术(例如，焊料接合、热压缩接合、环氧树脂接合、热超声接合等)电耦合到系统(例如，放大器、电压源、电流源等)中的其它组件。
66.与将透镜衬底450接合到vcsel衬底440的衬垫425相关联的第二金属层(例如，包含外延层)可从任何承载电路(例如，浮动)断开。如上文所描述，由vcsel二极管发射的光可由透镜450接收和准直，使得所述光适合于高数据速率应用。
67.现参考图6a、6b、6c、6d、6e、6f和6g，描绘根据一或多个实施例的用于将非密闭vcsel耦合到微透镜的实例工艺流程的透视图。图6a、6b、6c、6d、6e、6f和6g中所示的工艺流程类似于上文结合图5a、5b、5c、5d和5e所描述的工艺流程，但替代地用于制造非密闭vcsel装置而不是密闭vcsel装置。所描述的工艺流程展示将透镜衬底650的透镜附连到vscel衬底640的步骤，使得透镜衬底450可准直由vscel二极管发射的光，且vcsel二极管可经由在vcsel衬底上暴露的金属衬垫接收电力。透镜衬底650可类似于本文所描述的透镜衬底(例如，透镜125、透镜305、透镜450等)，且vcsel衬底可类似于本文所描述的vcsel衬底。在图5a、5b、5c、5d和5e中所描绘的工艺流程中制造的装置可为密闭或气密vcsel装置。
68.现具体参考图6a，描绘具有图案化金属衬垫605和610的透镜衬底650的视图600a。金属衬垫可包含浮动金属衬垫610，类似于图4b中所描绘的浮动金属衬垫425。在透镜衬底650的透镜耦合到图6b中所描绘的vcsel衬底640后，电连接衬垫605可将p触点连接到包围vcsel二极管的衬垫。vcsel衬底640可使用与上文结合图3a至3d所描述的工艺以及上文结合图4a至4b及图5a至5e所描述的接合工艺类似的接合工艺耦合到透镜衬底650。漂浮金属衬垫610在图6a中描绘且可用于制造非密闭vcsel装置。
69.现具体参考图6b，描绘形成于vcsel衬底640上的vcsel二极管装置的视图600b。vcsel二极管可安置在vcsel衬底的表面的中心中，且可包含围绕其圆周的金属环，所述金属环通过使用图案化蚀刻工艺产生的空间与浮动金属衬垫615分离。衬底640还可包含用于vcsel装置的p触点的接合衬垫620，其还通过使用蚀刻工艺产生的空间与浮动金属衬垫615分离。如图6a中所描绘，金属衬垫，例如接合衬垫620(例如，其兼任vcsel二极管的电极等)和浮动金属衬垫615，可具有安置于透镜衬底上的对应金属接合衬垫。
70.现具体参考图6c，描绘工艺流程中与图3d的视图300g中所描绘的步骤和图5a的视图500a中所描绘的步骤类似的步骤的透视图600c。在工艺中的此阶段处，vcsel衬底640已与透镜衬底650对准且与其接合。如图6a和6b中所描绘，将vcsel衬底640与透镜衬底650对准可包含将vcsel衬底640上的对应金属衬垫与透镜衬底650上的对应金属衬垫对准。在对准之后，可使用接合技术将vcsel衬底640接合到透镜衬底650。接合技术可包含例如热压缩
接合、环氧树脂接合、机械接合或另一类型的接合技术。
71.在将vcsel衬底640接合到透镜衬底650之后，可使用研磨工艺将大部分vcsel衬底(例如，不包含指定用于二极管的层的部分，以及一些缓冲层等)研磨掉。研磨工艺可使用研磨表面或另一类型的研磨技术来执行。接着，可将下表面的剩余部分蚀刻到蚀刻停止层，且可使用另一蚀刻工艺去除蚀刻停止层自身。
72.现具体参考图6d，描绘工艺流程中的下一阶段的透视图600d，其中金属层625可使用金属沉积技术沉积在vcsel衬底640的下表面上。金属沉积技术可施加金属层625，其可包含具有高传导性的材料，例如金、铂或银。在一些实施例中，金属可使用金属蒸镀(例如，电子束蒸镀等)和剥离工艺来沉积。此工艺可用于将受控制的贵金属或导电金属层以精确的图案沉积到衬底部表面上。金属层625的图案可包含对应于本文中所描述的衬垫605、615和620的部分，且可安置成创建用于vcsel二极管的对应阳极和阴极电极。
73.现参考图6e和6f，分别描绘在蚀刻工艺之后的vcsel装置的顶部部分的透视图600e和在蚀刻工艺之后的vcsel装置的底部部分的透视图600f。蚀刻工艺可蚀刻穿过vcsel衬底640的外延结构，且可暴露图6a中所描绘的衬垫605的金属层的表面。衬垫605的金属层和金属层625可形成在剩余的vcsel衬底中形成的vcsel二极管的电极。衬垫605的金属层和金属层625可安置成最小化两个电极的重叠，由此减少装置的总电容。
74.现参考图6g，描绘用于制造非密闭vcsel装置的工艺流程的最终部分的透视图600g，其中金接触凸块固定到与金属层625和衬垫605相关联的衬垫或电极，类似于上文结合图5d所描述的工艺。金接触凸块可融合到或接合到与衬垫605和金属层625相关联的金属层，所述金属层可电耦合到vcsel二极管。在接合工艺之后，金接触凸块可接着电耦合(或接合)到其它电子组件，使得其它电子组件可将电力提供到形成于vcsel衬底中的vcsel二极管。与衬垫605相关联的金属层和金属层625可形成当供应有适当电流时致使vcsel二极管发射预定波长的光的电极。接着，由vcsel发射的光由现在经由透镜衬底650与vcsel装置集成的透镜450准直。
75.现在参看图7a、7b和7c，描绘根据一或多个实施例的不同微透镜材料的vcsel温度的实例比较。具体参考图7a，描绘在p-up配置中的且在镓砷(gaas)工艺中制造的vcsel装置的热特性的呈现700a。如所指示，vcsel二极管的最大温度上升为约43.5摄氏度。gaas的导热性可为约46瓦/米-开尔文。具体参考图7b，描绘使用本文中所描述的技术与gap透镜集成的vcsel装置的热特性的呈现700b。在此配置中，vcsel二极管的最大温度上升可为约36.75摄氏度。gap的导热性可为约110瓦/米-开尔文。具体参考图7c，描绘使用本文中所描述的技术与玻璃透镜集成的vcsel装置的热特征的呈现700c。在此配置中，vcsel二极管的最大温度上升可为约44.61摄氏度。玻璃的导热性可为约1,114瓦/米-开尔文。
76.现参考图8a和8b，分别描绘根据一或多个实施例的本文中所描述的装置的实例取放工具805的透视图800a和800b。取放工具805可配置成耦合至本文中所描述的装置中的一或多个，例如不与透镜集成的光电检测器或vcsel。举例来说，取放工具805可临时耦合到光电检测器，例如光电检测器115(图1a至b)。取放工具805可用于准确地将光电检测器115(或本文中所描述的vcsel装置等)安置到期望位置，例如安置到印刷电路板或另一类型的载体(例如，载体105等)上。
77.现具体参考图8a，描绘取放工具805的主体。取放工具805可耦合到取放机器人组
合件的一或多个连接器。取放机器人可用于将由取放工具805“拾取”的装置准确地安置到期望目的地，所述期望目的地可使用计算机可读指令来编程或指定。取放工具805可由不会反应或改变其用于安置的装置(例如，本文中所描述的光电检测器、本文中所描述的vcsel装置等)的材料形成。
78.具体参考图8b，描绘负责传送本文中所描述的一或多个光学装置(例如，光电检测器、vcsel装置等)取放工具805的端部810的放大透视图800b。取放工具805的面811和面812可包含端部810处的精密台阶，所述精密台阶可经抛光以使其从取放工具805的底部偏移预定台阶高度，公差小于约1微米。当取放工具805用于将光电检测器或vcsel装置放置在载体(例如，载体105等)上时，台阶高度可限定光学装置的孔径与透镜的底部之间的距离。例如当创建检测器装置时，可选择此高度以优化光点大小。在一些实施例中，在执行取放操作时，取放工具805的面812可与本文中所描述的光学装置的顶部部分(例如，具有孔径的表面等)耦合。
79.现参考图9a、9b、9c、9d、9e和9f，描绘根据一或多个实施例的制造图1a和1b中所描绘的装置的实例管芯附接顺序的透视图。虽然此处描绘用于具有光电检测器的装置的工艺流程，但应理解，类似技术可用于制造具有一或多个vcsel发射器装置的装置或其它类型的光学装置。
80.现具体参考图9a，描绘载体905的透视图900a，所述载体905可类似于本文中结合图1a和1b所描述的载体105。载体905可为能够耦合到光学装置(例如，光电检测器或vcsel发射器)的任何类型的载体。如所描绘，载体905包含可用于在进一步处理步骤中安装透镜的导柱，且可包含金导电表面(例如，充当安装到载体905的放大器和其它组件的接地平面等)。金柱凸块901可通过先前所描述的方法设置于载体的表面上。环氧树脂902或其它类型的粘合剂或胶水的层，其可用于将光学装置固定到载体905的主体。载体905可由金属、环氧树脂衬底、硅衬底、塑料衬底或可耦合到电子组件的任何其它类型的衬底形成。在一些实施例中，载体905可通过机械加工、注塑工艺、光刻制造工艺、增材制造工艺(例如，3d印刷等)等等形成。
81.现具体参考图9b，描绘制造工艺的下一阶段的透视图900b，其中取放工具805可用于将光电检测器920安置到限定在载体905上的环氧树脂或粘合剂区上。光电检测器920可类似于本文中所描述的光电检测器。当放置光电检测器920时，取放工具805的面811可与限定在载体905上的用于透镜的导柱的表面903齐平地搁置。取放工具805的端部810的台阶高度可因此限定光电检测器920的表面(例如，孔径等)与在稍后处理步骤中将安装到载体905的导柱的透镜的底部之间的距离。光电检测器的表面可从取放工具805的间隔物端810的表面参考。将金柱凸块901压缩。金柱凸块901在环氧树脂902固化时支撑光电检测器。
82.现具体参考图9c，描绘制造工艺的下一阶段的透视图900c，其中光电检测器920已固定到设置于载体905的表面上的环氧树脂层，且已去除取放工具805。在一些实施例中，取放工具805可将光电检测器920固持在适当位置持续预定固化时间以将检测器920固定到载体905。在一些实施例中，取放工具805可固持检测器920，直到基于光的固化工艺致使环氧树脂层硬化，由此将检测器920固定到载体905的表面。
83.现具体参考图9d，描绘图9c中所示的装置的透视图，所述装置具有附加的tia 910模块。tia 910可类似于上文结合图1a和1b所描述的tia 110。tia 910可用于检测且放大来
自光电检测器920的信号，使得信号可由其它不太敏感的通信组件检测。在一些实施例中，tia 910可为电流到电压转换器，且可包含一或多个运算放大器。tia 910可例如使用一或多种光刻技术来制造。在一些实施例中，tia 910可为使用取放工艺耦合到载体905的单独模块。tia 910可包含电耦合到tia 910的电子组件的一或多个导电衬垫。在一些实施例中，导电衬垫的数目可对应于安置在载体905上的光电检测器的数目。tia可在使用一或多种接合技术安置之后接合到载体，所述接合技术例如导热接合、焊料接合、热超声接合或基于环氧树脂的接合。
84.现具体参考图9e，描绘在制造工艺中的下一阶段之后的图9a至9d中所示的装置的透视图900e。如所示出，tia 910的导电衬垫可使用接合线915电耦合到检测器920，所述接合线915可类似于本文中结合图1a和1b所描述的接合线120。接合线915可经附接以使得楔安置在光电检测器侧上，由此最小化线环高度且改进总体性能。此外，在制造工艺中的此阶段，环氧树脂层906已施加到载体的导柱中的表面904，所述表面904将用于在下一制造步骤中附接透镜衬底。表面904从表面903凹入。然而，环氧树脂层906的表面位于表面903上方。
85.现具体参考图9f，描绘在制造工艺中的下一阶段之后的图9a至9e中所示的装置的透视图。如所示出，透镜衬底925已附接到载体905上的导柱。当环氧树脂层906固化时，其将透镜的底部拉到导柱。因为光电检测器通过具有带有预定台阶高度的端部810的取放工具805相对于导柱的顶部安置，所以光电检测器920的孔径表面可与透镜衬底925的底部相距期望距离，由此改进聚焦和性能。这可提供透镜与每一光电检测器920孔径之间的紧密z公差。透镜衬底925可类似于本文中所描述的透镜衬底，且可经切割、分割、蚀刻或以其它方式制造以组装在导柱上，且与安置在载体905上的光电检测器920中的每一个对准。透镜衬底925可以包含用于安置于衬底上的光电检测器920的每一孔径的透镜。透镜衬底925可例如使用一或多种取放技术安置在载体上。
86.参考图10，光学装置1004(例如，光电检测器和透镜组合件或光发射器和透镜组合件)直接设置于集成电路1002上，且光学装置1008(例如，光电检测器和透镜组合件)设置于tia集成电路1006上。在一些实施例中，光学装置1004通过热超声接合直接接合到集成电路1002。在一些实施例中，光学装置1008通过热超声接合直接接合到集成电路1006。光学装置1008和1004的底部处的触点分别用于将装置1008和1004电耦合到集成电路1006和1002。倒装芯片技术可用于进行连接。在一些实施例中，光学装置可耦合到电路板(例如，封装衬底电路板)。在一些实施例中，晶片到晶片接合可通过热压缩来完成。在一些实施例中，与凸块的芯片到芯片连接通过热超声接合来完成。在一些实施例中，热超声接合使用压力、温度和超声波能量在短时间内提供良好的接合。
87.应注意，出于识别或区分一者与另一者或与其它者的目的，本公开的某些段落可结合装置、操作模式、传输链、天线等提到例如“第一”和“第二”等术语。这些术语并不意图仅仅在时间上或根据顺序使实体(例如，第一装置和第二装置)相关，但在一些情况下，这些实体可包含此关系。这些术语也不限制可在系统或环境内操作的可能实体(例如装置)的数目。
88.虽然所述方法和系统的前述书面描述使所属领域的一般技术人员能够制作并且使用目前被认为是最优选的模式，但是所属领域的一般技术人员将理解和了解，本文中的具体实施例、方法和实例存在变化、组合和等效物。因此，本发明的方法和系统不应受上文
所描述的实施例、方法和实例限制，而是受在本公开的范围和精神内的所有实施例和方法限制。
89.现在已经描述了一些说明性实施例和实施例，显而易见的是，前述内容是说明性的而非限制性的，已借助于实例呈现。确切地说，尽管本文中呈现的许多实例涉及方法动作或系统元件的特定组合，但那些动作和那些元件可以其它方式组合以实现相同目标。并不意图在其它实施例或实施例中从类似作用排除仅结合一个实施方案所论述的动作、元件和特征。
90.本文中所使用的措词和术语是出于描述的目的并且不应被视为是限制性的。“包含”、“包括”、“具有”、“含有”、“涉及”、“特征为”、“其特征在于”和其变体在本文中的使用意图涵盖此后所列的项目、其等效物和额外项目，以及由此后专门列出的项目组成的替代实施例。在一个实施方案中，本文中所描述的系统和方法由所描述的元件、动作或组件中的一个、多于一个的每一组合或全部组成。
91.以单数形式引用的对本文中的系统和方法的实施例或元件或动作的任何引用还可涵盖包含多个这些元件的实施例，且以复数形式引用的对本文中的任何实施方案或元件或动作的任何引用也可涵盖仅包含单个元件的实施例。以单数形式或复数形式引用并不意图将当前公开的系统或方法、其组件、动作或元件限制为单个或多个配置。对基于任何信息、动作或元件的任何动作或元件的引用可包含动作或元件至少部分基于任何信息、动作或元件的实施例。
92.在本文中公开的任何实施方案都可与任何其它实施方案组合，并且对“一实施方案”、“一些实施例”、“替代实施方案”、“各种实施方案”、“一种实施方案”等的引用不一定是相互排斥的，并且意图指示结合所述实施方案描述的特定特征、结构或特性可包含在至少一个实施方案中。如本文所使用此类术语未必全部指相同实施方案。可以与本文中所公开的方面和实施例一致的任何方式将任何实施方案含性地或排他性地与包任何其它实施方案组合。
93.对“或”的引用可被解释为包含性的，使得使用“或”描述的任何术语可以指示单个、多于一个和所有描述的术语中的任何一个。
94.在图式、详细描述或任何权利要求中的技术特征接着附图标记的情况下，已出于增加图式、详细描述以及权利要求的可懂度的唯一目的包含附图标记。因此，附图标记或其不存在对任何权利要求要素的范围都不具有任何限制效应。
95.本文中所描述的系统和方法可在不脱离其特性的情况下以其它特定形式体现。尽管所提供的实例可用于将微镜头应用于小孔径光电检测器装置，或应用于vcsel装置，以用于高数据速率应用，但本文中所描述的系统和方法可应用于其它环境和应用。前述实施例为说明性的而非限制所描述的系统和方法。本文中所描述的系统和方法的范围可因此由所附权利要求书而非前述描述指示，且在与权利要求书等效的含义和范围内的变化涵盖于其中。