冗余的光學器件陣列制造技術

一種光學模塊具有多個光學器件。多個光學器件的至少兩個為一組。組內的每個光學器件相對于其它器件是單獨可選擇的。光學模塊同時具有耦合至各器件的控制器，致使該控制器能夠選擇組內哪一個器件將在給定時刻被激活。一種產生供在光電子單元中使用、具有冗余器件的光學芯片的方法，包括在晶片上生長多個光學器件的有源部分，加工此晶片以產生完整的光學器件，制作單個光學器件，對各器件分組，連接組內各器件至一個控制電路，使得組內任何一個器件能接受公共數(shù)據，但只有組內被激活的器件才會處理該公共數(shù)據。一種通信網絡具有一個帶多個可用信道的第一發(fā)射器，一個第一接收器以及將第一發(fā)射器連接至第一接收器的諸光纖。第一發(fā)射器具有多個激光器，至少某些要么作為被激活的或者作為備激光器而被選擇的。多個激光器是可控制的，致使如果一個特定信道經一個被激活激光器使用而該信道發(fā)生激光器故障，可將冗余激光器代替該被激活的激光器，且在替代之后，該特定信道能采用該冗余激光器而繼續(xù)使用。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及諸如為激光器和光探測器一類的光學器件的陣列，更為具體而言，則涉及有增加的產量和更長的壽命的光學器件陣列。
技術介紹
在過去幾年里通信系統(tǒng)中使用光纖的急劇增長已引起對更為便宜和更加可靠的光學元件的巨大需求。不幸的是，可用來生產在這樣一類器件中使用的合格的激光二極管和光探測器的有限材料實際上使可供此類器件取得的平均無故障時間(MTBF)受到限制。典型的二極管激光器或光探測器通過在半導體襯底上生長該器件制得。根據具體器件及其設計，這可能需要采用諸如為液相外延，金屬有機汽相外延，分子束外延一類已知技術。這些技術在質量、可靠性以及產生缺陷的頻率等方面，都各有其優(yōu)缺點。器件的有源部分一旦通過外延生長工藝產生后。于是就把該器件進一步加工成器件芯片。在這些工藝過程期間，例如，為隔離諸零件或制作諸接觸點而把介質薄膜或各種金屬沉積在半導體上。最后，采用光刻法和/或化學或物理蝕刻來完成該器件。這些器件結構一旦在半導體晶片上全部形成，每個器件就例如通過切割而從晶片上加以分離。圖1A和1B示出先前技術的光學器件即半導體激光二極管的兩種變型。圖1A和1B中所示的特定器件110，120為垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)。正如所示，每個器件110，120均包含在面積大約為200微米見方的半導體材料之內。每個器件110，120具有大約17-19微米直徑的光學窗口112，122。器件110，120通過引線114，124連接至約100微米見方的鍵合區(qū)116，126。在圖1A中，鍵合區(qū)作為正(+)的接觸點，而在圖1B中鍵合區(qū)則作為負(-)的接觸點。圖2示出多個單獨的VCSEL，后者業(yè)已被組合起來以形成至少2×3的激光器陣列。器件200這樣排列，使得每個激光器之間的距離(也即″節(jié)距″)約為250微米。這樣一種陣列可以是相對可靠的，因為每個單獨的激光器件200在其集成為陣列之前均可進行運行測試。然而，陣列一旦產生，倘若個別元件失效，則不是整個陣列必須加以更換，就是該陣列因不易進行修理而性能退化。更有甚者，例如，即使該陣列由宏觀結構制作而成，從而在一公共的載體上存在1×4個分立的器件。若該器件的任何一個有缺陷，則整個載體變?yōu)闊o用，或者必須從上面取下個別好的器件并單獨使用。上述所有問題都導致這樣的陣列需要昂貴的代價來獲得，而在其總體配置上總的MTBF則由陣列中最不可靠的器件所決定。這樣在技術上就保留有對以較低的成本來生產結合有光學器件陣列的芯片制作方法的需要。在技術上還保留對易于以低成本進行修理的陣列的進一步的需要。
技術實現(xiàn)思路
我們設計了產生避免先前技術諸問題的電光芯片的方法。具體而言，我們設計了以提供總生產率更高和可靠性更高的方式來配置大量光學器件的方法。根據具體的實施過程可以達到諸如為配置后的可修改性以及性能最佳化等一類更多的優(yōu)點。本專利技術的一個方面涉及具有多個光學器件的光學模塊。多個光學器件中至少兩個器件成一組。相對于其他的器件，組內的每個光學器件都是單獨可選的。光學模塊同時具有耦合至各器件的控制器，致使該控制器能選擇組中那個器件將在給定時刻被激活。本專利技術的另一方面涉及用于光電子單元中的具有冗余器件的光學芯片的制作方法，該法包括在晶片上生長多個光學器件的有源部分，加工此晶片以產生完整的光學器件，制作單獨的諸光學器件，對各器件分組；以及連接組內各器件至一個控制電路，致使公共數(shù)據能為組內任一器件接收到，但將只有組內被激活的器件才會處理此公共數(shù)據。本專利技術的再一個方面是與通信網絡有關，后者具有帶許多可用信道的第一發(fā)送器，第一接收器，以及連接第一發(fā)送器到第一接收器的諸光纖。第一發(fā)送器具有多個激光器，至少若干個可選擇作為或者被激活的或者后備的激光器。該多個激光器是可以控制的，以致如果一個特定的信道經由被激活的激光器使用而該信道發(fā)生激光器故障，可讓冗余激光器替代此被激活的激光器，而在替代之后，該特定信道可利用此冗余激光器繼續(xù)使用。此處描述的或者來自采用包含于此處講述的學說的這些和其他實施例，均提供超過先前技術的優(yōu)點和好處。此處所述諸優(yōu)點和特色乃是可得自代表性實施例的許多優(yōu)點和特色的少數(shù)幾個，且只是用來幫助理解本專利技術。應該明白，不要把它們認為是對正如由權利要求加以限定的對本專利技術的限制，或對權利要求等效物的限制。例如，這些優(yōu)點的某些個是相互矛盾的，以致于它們不能在單個實施例中同時出現(xiàn)。類似地，某些優(yōu)點適用于本專利技術的一個方面而并不適用于其他方面。因此，在確定等效物時不應認為這些特色和優(yōu)點的總和是決定性的。本專利技術額外的特色和優(yōu)點將在以下敘述中以及從附圖和權利要求中變得明朗起來。附圖說明圖1A和1B顯示現(xiàn)有技術的半導體激光二極管光學器件實例的兩種變型；圖2顯示按現(xiàn)有技術配置成陣列的圖1的多個VCSEL；圖3顯示來自按本專利技術的一個陣列的冗余激光器對；圖4A顯示來自按本專利技術的一個陣列的四個冗余激光器組；圖4B功能性地示出圖4A的激光器組的諸接觸點；圖5顯示按本專利技術一個可適于使用的光電子芯片的各功能元件；圖6顯示圖5中采用根據本專利技術的冗余激光器對的芯片；圖7顯示圖6芯片的另一可供選擇的變型；圖8顯示圖5中采用根據本專利技術的四個冗余激光器構成的組的芯片；圖9顯示圖5中采用根據本專利技術冗余光探測器對的芯片；圖10顯示圖5中采用根據本專利技術的四個冗余光探測器構成的組的器件；圖11A示出電路的一個功能性例子，用以按本專利技術從兩個或更多個冗余器件中進行選擇；圖11B示出電路的另一功能性例子，用以按本專利技術從兩個或更多個冗余器件中進行選擇；圖12功能性地示出一個結合本專利技術的光電子收發(fā)器；以及圖13是為兩器件組用自動故障排除電路例子的功能性框圖。具體實施例方式圖3示顯示本專利技術原理產生的激光器302二維陣列的一部分300。該部分示出通過接觸鍵合區(qū)304鍵合至電子芯片306的兩個單個激光器件302。正如所示，器件302是個業(yè)已倒裝鍵合至電子芯片的底發(fā)射激光器件，雖然正如即將從此處描述中所看到的那樣，也可采用底接收，頂發(fā)射或頂接收的器件，特別當采用于本文同時申請的標題為光電子器件集成的共同轉讓的美國專利申請(該申請通過引用而結合在本文中)的方法作為該工藝過程的部分時更是如此。由于襯底308并未被去除或過分地減薄，故激光的發(fā)射經由產生在支承激光器件的襯底308上的入口通路310進行，以允許對該器件的緊密光學接近。各入口通路之間的間隔，也即節(jié)距要如此安排，致使每個激光器302能夠或者直接耦合至單根光纖，或者，例如通過采用微透鏡聚焦光輸出或采用光學波導導引光而對準進入一個公共的光纖。這樣，根據所用具體的激光器和光纖，兩激光器之間的節(jié)距對導引激光至單模光纖的可以小至5-10微米，而對于導引激光至多模光纖的則為50-100微米。或者，若采用光學波導或聚焦透鏡，則器件之間的節(jié)距就變得不太重要，且可大至100微米或以上，視需要而定。在器件產生過程中，將激光器分離成單個器件，方法是在和電子芯片鍵合之前，例如，如在所結合的標題為光電子器件集成的共同轉讓申請中所示，通過對激光器晶片進行布圖而實現(xiàn)。此外，對各器件用分組溝312進行布圖，后者通過產生分離各冗余器件的單個組314的邊界而從實際上和電學上限定各組。分組溝312確保各單個組之間的隔離，而與此同時由電導襯底308允許載流子在組內各器件之間本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光學模塊，其特征在于，包括：　　　　多個光學器件，該多個光學器件中的至少兩個共享限定一個組的公共接觸點，該組內所述多個光學器件的所述至少兩個中的每一個相對于該組內的其他器件都是單獨可選擇的；和　　　　耦合至所述多個光學器件的控制器，使得該控制器可選擇該組內所述至少兩個光學器件中的哪一個將在給定時刻被激活。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：約翰特雷澤，
申請(專利權)人：美莎諾普有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：US[美國]