CN1170284A - 含光接收器件的光学模块 - Google Patents

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乘松正明
中川刚二
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Abstract

光接收器件包括一个在半导体衬底(3)上的倾斜面(3A),此倾斜面使入射到该面上的光束偏折到光探测区域(7),此光探测区域是在半导体衬底的第一侧上,用于检测偏折过来的光束,光探测区域包括第一电极(8),其中光接收器件还包括在半导体衬底第二侧上,即相对一侧上的第二电极(11),它用于给光探测区域加偏置电压。

Description

含光接收器件的光学模块
本发明涉及一光接收器件和包含光接收器件的一光学模块。此外，本发明涉及到由这种光学模块组成的光学模块组合。
更具体地说，本发明的光接收器件是这样一种型式的器件，它包括在器件衬底上一倾斜面，光接收器件在此倾斜面上形成，倾斜面与入射光束的光路对准，把入射光束引导到器件衬底上。因而，此倾斜面使入射光束反射或折射到形成结型区域的器件衬底一侧。
随着把光纤用到用户系统中的最新扩展，一直并迫切要求减少光学模块的尺寸和成本。为了满足这种迫切的要求，有必要简化光学模块中光学半导体器件与光波导或光纤之间的连接，使光学连接容易实现。就此而论，有必要简化光学模块和光学模块组合的结构，使光学半导体器件具有高的集成密度。
图1A表示适用于在光接收器件背面一侧接收入射光束这种型式的普通光学模块101的一个例子。
参照图1A，光学模块101包括一硅支承衬底1，它支撑在其上面的一光纤20。此支承衬底1还支撑在其上面一竖直的、通常由陶瓷材料制成的副底座2，其中副底座2支撑在其上面一光接收器件201，使器件201的感光区域面向光纤20的边缘面20A。
另一方面，光接收器件201包括一n型InP的器件衬底3，其中n+型InP的缓冲膜层4和非掺杂InGaAs的光学吸收膜层5用平面工艺按顺序形成在器件衬底3上。n-型InP的膜层6在光学吸收膜层5上形成，而如此形成的InP膜层6中再形成P型InP区7a和7b，这是在上述区7a和区7b上把Zn扩散到膜层6中的结果。扩散区域7a和7b然后分别用P型欧姆电极8a和8b覆盖，其中欧姆电极8a和8b中的每一个是用沉积方法形成An/zn/Au的叠层结构，接着做退火处理。
n-型的InP膜层6覆盖上SiN或SiO2的薄绝缘膜(未表示出)，聚酰亚胺的绝缘膜层12再生成在绝缘膜上。绝缘膜层12及其下面的绝缘膜然后生成接触孔，分别对着上述P型扩散区域7a和7b，而金属隆起部分9a和9b，每一个具有Ti/Pt/Au/Sn/Au叠层结构，或Ti/Pt/Au Sn叠层结构，或者Ti/Pt/Sn/An叠层结构，分别形成在P型扩散区域7a和7b上。因而，上述P型电极8a和8b分别与金属隆起部分9a和9b形成接触。此外，器件衬底3上有一微透镜10，它是对着P型扩散区域7b在器件衬底3背面一侧上通过刻蚀方法形成的。如此形成的微透镜10上面覆盖增透层3b。
另一方面，副底座2上有印刷电路2c和2d，上述光接收器件201的金属隆起部分9a和9b分别叩焊在印刷电路2c和2d上。应当注意，印刷电路2c通过贯穿副底座2的通路孔2b连接到副底座2背面一侧的印刷电路2a，且一正的直流电压E加在印刷电路2a上。另一方面，印刷电路2d也通过贯穿副底座2的通路孔2e连接到副底座2上述背面一侧的印刷电路2f，而负载RL连接到印刷电路2f上。
将副底座2固定在支承衬底1上形成光学模块101，使光接收器件201与光纤20的芯20a光学对准。
图1B表示光接收器件201的等效电路图。
参照图1B，光接收器件201包括两个细光束二极管D1和D2，它们分别在n型InP的缓冲膜层4与P型InP的扩散区域7a之间和在n型InP的缓冲膜层4与P型InP的扩散区域7b之间形成，其中缓冲膜层4是细光束二极管D1和细光束二极管D2共有的。
在图1B的电路中，二极管D1是正向偏置，且起到一个电流源的作用。P型扩散区域7a通常有很大的面积(例如300×200μm)，可提供大的驱动电流。虽然二极管D1有相对大的结电容，例如6pF左右，这个大的结电容对于电流源是可容许的。
另一方面，二极管D2是反向偏置，且起到了形成感光区域的光电二极管作用。因此，从光纤20的边缘面20射出的光束被微透镜10聚焦到光吸收膜层5上形成的二极管D2部分。对这种光束曝光的响应是，在光吸收膜层5中有效地激发出电子空穴对，如此激发出的电子和空穴按照P型电极8a与8b之间感生的电场各自朝相反的方向漂移。换句话说，光电流流过二极管D2。由于P型扩散区域7b的尺寸很小，通常直径小于约40μm，二极管D2的结电容也很小，通常约0.15pF。因此，负载RL上对光学探测可以有非常高的响应。
另一方面，图1B中光学模块101的缺点是，伴随光接收器件201复杂的支承结构，光接收器件201与光波导或光纤20之间正确对准是困难的。虽然直接固定在支承衬底1上的副底座2本身可以利用支承衬底1上做的标记M定位到支承衬底1上，由于光接收器件201与副底座2之间的安装误差，光接收器件201相对于光纤20之间所需正确的定位自然是困难的。所以，在图1A的模块101中，必须在光接收器件201上加上偏置通过监测其输出，以亚微米级精度调整光纤20在支承衬底1上的位置。
图2表示另一个普通光学模块102，它也是在光接收器件背面一侧接收入射光束。
参照图2，感光模块102包括一支承衬底1上的光波导13，光接收器件202藉助一居间的副底座14固定在支承衬底1上面。副底座14包括一倾斜面，此倾斜面将入射光束反射到光接收器件202的背面一侧。
应当注意，光波导是用CVD(化学汽相淀积)方法由玻璃或半导体膜层制成在硅支承衬底1上，且其结构是，折射率为n1的芯层13b纵向或横向夹在小于折射率n1的折射率都为n2的包层13a与13c之间。
光接收器件202的结构除了去掉微透镜10以外，一般与光接收器件201的结构相同。另外，对着P型扩散区域7b的光探测区域D2随入射光束尺寸增大而稍微增大，因为此入射光束可能是一轻微发散的光束。
应当注意，副底座14有互相平行的上主面和下主面，如前所述，它把光接收器件202固定在支承衬底1上。另外，副底座14包括一个在其右侧的倾斜面，相对于支承衬底1的倾斜角为Q，其中倾斜面上覆盖着金属反射镀层14a。因而，从光波导13的边缘面13A射出的光束被上述倾斜面14a反射，此反射光束进入光接收器件202的后表面后到达构成二极管D1的光吸收膜层5。
应当注意，光学模块102中光波导13与支承衬底1之间的位置关系是固定的。这里不存在自由度。另外，光接收器件202的光电二极管D2为接收入射光束有一相对大的面积。因此，光学模块102可以利用支承衬底1上的标记相对容易地制作，而不必监测感光输出电流。然而，上述光学模块102利用附加的居间的副底座14，其缺点是，模块的部件数目增加了，且安装过程复杂。
因此，上述现有技术的器件，每一种器件都利用中间的副底座2或14去联接光接收器件201或202，并且都是用衬底的背面接收入射光束这种型式，都有部件数目增多的问题，复杂的光学模块组装过程，难以减少尺寸以及类似的问题。
另一方面，还提出过图3A中所示的光学模块103，其中光学模块103包括一固定在支承衬底1上的光接收器件203，光波导13整体地形成在支承衬底上，它类似于图2中的光学模块102。在光学模块103中，光接收器件203通过焊料层19叩焊到支承衬底1上，其中光接收器件203在器件衬底3的边缘有一平的倾斜面3A，使它以角度Q面向光波导13的边缘面13A。因而，从光波导13的边缘面13A发出的光束被倾斜面3A折射，射向形成光电二极管D2的结型区域7b。
图3B表示另一个普通的光学模块104，它包括整体地形成在支承衬底1上的光波导13，类似于前一个例子图3A，其中光学模块104还包括支承衬底1上的光接收器件204。光接收器件204在器件衬底3上形成，此衬底有一竖直于支承衬底1主表面上的侧壁，其中光接收器件204是这样安排的，使上述竖直侧壁面向光波导13的边缘面13A。因而，从上述端面13A发出的光束在竖直侧壁上进入光接收器件204的器件衬底3。
另外，光接收器件204包括倾斜面3A，它一般在器件衬底3的中央，与支承衬底1的主表面有一夹角θ2，其中图3B中器件的倾斜面3A上覆盖着金属反射镀层15，使得从光波导13的边缘面13A发出，在竖直侧壁处并进入器件衬底3的光束产生反射，射向扩散区7b。也可以使光束所需的偏折由上述倾斜面3A处的全反射产生。应当注意，光接收器件204是把覆盖器件衬底3下主面的上述金属镀层15焊接到支承衬底1的上表面而固定在支承衬底1上。
在上述图3A和3B中任一个普通光学模块结构中，淘汰了前述现有技术中所用的副底座2或14，所以构成模块的部件数目大大地减少了。另外，图3A或3B中的光接收器件是直接固定在支承衬底1上的，其光学模块结构可以仅仅利用一个标记M，把光接收器件203或204准确地定位到支承衬底1上。因此，光学模块103或104容易组装，器件的成本大大地减少。
应当注意，图2中的结构以及图3A和3B中的结构是在日本公开专利出版物8-316506中披露的，它对应美国专利申请号08/522,474，1995年11月9日归档，放在此处作为参考。应当注意，上述日本公开专利出版物8-316516是在1996年11月29日公布的。
另外，图3A和3B中的光学模块103和104在其尺寸、集成密度、方便装配和成本方面仍有改进的余地。
于是，本发明一个总的目的是提供一新颖和有用的光接收器件，一个包括这种光接收器件的光学模块，以及包括这种光学模块的光学单元，其中排除了上述的各种问题。
本发明另一个且更具体的目的是提供一光接收器件，它包括：
一个具有第一主面和第二主面的器件衬底；
一个在所述器件衬底的所述第一主面一侧处形成的光探测区域，所述光探测区域包括一个在所述第一主面附近形成的扩散区，所述的扩散区从而形成一个结；
一个在所述器件衬底的一部分上形成的倾斜面，它相对于所述第二主面有一倾斜角，所述倾斜面使入射到此面上的光束偏折到所述光探测区域。
一个放在所述器件衬底所述第一主面上的第一电极，它对应所述光探测区域并与所述扩散区接触；以及
一个放在所述器件衬底所述第二主面一侧的第二电极，它用于对所述光探测区域所述结加反向偏置。
按照本发明，也可以在面向支承衬底的器件衬底第二主面上形成第二电极，且有所需要大的面积。这样，能够给光探测区域提供大电流，而同时把器件衬底的总尺寸减到最小，因而减小了光接收器件尺寸，尤其是减小其长度。另外，本发明的光接收器件包括每一通道上的一光探测区域，它以结的形式形成在上述第一主面处，且本发明光接收器件的制造非常容易。此外，本发明的光接收器件适合于在器件衬底第一主面上做成大量光探测区域，具有高的集成密度。换言之，本发明容易提高光学模块的集成密度。另外，利用第二电极，本发明的光接收器件可以固定在支承衬底上，此电极不仅用作机械固定，而且还用于电路连接。将光接收器件固定到支承衬底上时，应当注意到，任何加在光接收器件上的机械应力主要作用到与支承衬底直接接触的器件衬底上，而光探测区域基本上不受应力。因而，大大地减少光接收器件的暗电流。
本发明的另一个目的是提供一个光接收器件，它包括：
一个具有一主面的器件衬底；
一个在所述器件衬底所述主面一侧形成的光探测区域，所述光探测区域包括在所述主面附近形成的扩散区，所述扩散区从而形成一个结；
一个在所述器件衬底一部分上形成的倾斜面，它相对于所述主面有一倾斜角，所述倾斜面使入射到此面上的光束偏折到所述光探测区域。
一个放在所述器件衬底所述主面所述那一侧处的第一电极，它对应所述光探测区域并与所述扩散区域接触；以及
一个放在所述器件衬底所述主面所述那一侧并与所述器件衬底接触的第二电极，它用于对所述光探测区域所述结加反向偏置，所述第二电极基本上覆盖了所述主面的余留面积。
按照本发明，通常在器件衬底中对应第二电极形成的扩散区，因为有了与器件衬底直接接触的第二电极而取消了，所以光接收器件的制造非常容易。另外，在进行倒装叩焊过程时，其中第一电极和第二电极在机械上相连，且同时在电路上连接到支承衬底上相应的电路，故本发明的光接收器件结构是有利的。
本发明的另一个目的是提供一光学模块，它包括：
一支承衬底；以及
一个放在所述支承衬底上的光接收器件，所述光接收器件包括：一个有第一主面和第二主面的器件衬底；一个在所述器件衬底所述第一主面一侧形成的光探测区域，所述光探测区域包括一个在所述第一主面附近的扩散区，所述扩散区从而形成一个结；一个在所述器件衬底一部分上形成的倾斜面，所述倾斜面相对于所述第二主面有一倾斜角，所述倾斜面使入射到此面上的光束偏折到所述光探测区域；一个放在所述器件衬底所述第一主面一侧的第一电极，它对应所述光探测区域并与所述扩散区接触；以及一个放在所述器件衬底所述第二主面一侧的第二电极，它用于对所述光探测区域所述结加反向偏置；
其中所述光接收器件固定在所述支承衬底上，由第一电极和第二电极中任一个连接到所述支承衬底上而做成的。
本发明的另一个目是提供一光学模块，它包括：
一支承衬底；以及
一个放在所述支承衬底上的光接收器件，所述光接收器件包括：一个有一主面的器件衬底；一个在所述器件衬底所述主面一侧形成的光探测区域，所述光探测区域包括一个在所述主面附近形成的扩散区，所述扩散区从而形成一个结；一个在所述器件衬底一部分上形成的倾斜面，所述倾斜面相对于所述主面有一倾斜角，所述倾斜面使入射到此面上的光束偏折到所述光探测区域；一个放在所述器件衬底所述主面所述那一侧的第一电极，它对应所述光探测区域并与所述扩散区接触；以及一个放在所述器件衬底所述主面所述那一侧的第三电极，它与所述器件衬底有电接触，用于对所述光探测区域所述结加反向偏置，所述第二电极基本上覆盖了所述主面的余留面积。
其中所述光接收器件固定在所述支承衬底上，由第一电极和第二电极连接到所述支承衬底上而做成的。
本发明的另一个目的是提供一光学模块，它包括：
一支承衬底；以及
一个放在所述支承衬底上的光接收器件，所述光接收器件包括：一个有第一主面和第二主面的器件衬底；一个在所述器件衬底所述第一主面一侧形成的光探测区域，所述光探测区域包括一个在所述主面附近形成的扩散区，所述扩散区从而形成一个结；一个在所述器件衬底一部分上形成的倾斜面，此倾斜面相对于所述主面有一倾斜角，所述倾斜面使入射到此面上的光束偏折到所述光探测区域；一个放在所述器件衬底所述第一主面所述那一侧的第一电极，它对应所述光探测区域并与所述扩散区接触；以及放在所述器件衬底所述第一主面所述那一侧的第二电极，它与所述器件衬底接触，用于对所述光探测区域所述结加反向偏置，所述第二电极基本上覆盖了所述主面的剩余面积。
其中所述光接收器件通过放在所述器件衬底所述第二主面上的键合材料固定到所述支承衬底上。
本发明的另一个目的是提供一光学模块，它包括：
一支承衬底；以及
一个放在所述支承衬底上的光接收器件，所述光接收器件包括：一个有第一主面和第二主面的器件衬底；一个在所述器件衬底所述第一主面一侧形成的光探测区域，所述光探测区域包括一个在所述第一主面附近形成的扩散区，所述扩散区从而形成一个结；一个在所述器件衬底一部分上形成的倾斜面，此倾斜面相对于所述第二主面有一倾斜角，所述倾斜面使入射到此面上的光束偏折到光探测区域；
所述器件衬底有一竖直延伸到所述支承衬底一主面的平坦侧壁，用于把所述光接收器件固定到所述支承衬底上。
所述支承衬底在其所述主面上有一与所述器件衬底所述平坦侧壁对准的标记。
本发明的另一个目的是提供一光学模块，它包括：
一个带凸台的支承衬底；以及
一个放在所述支承衬底上的光接收器件，所述光接收器件包括：一个有第一主面和第二主面的器件衬底；一个在所述器件衬底所述第一主面一侧处形成的光探测区域，所述光探测区域包括一个在所述第一主面附近形成的扩散区，所述扩散区从而形成一个结；以及一个在所述器件衬底一部分上形成的倾斜面，它相对于所述第二主面有一倾斜角，所述倾斜面使入射到此面上的光束偏折到所述光探测区域；
所述器件衬底在其所述第二主面上有一凹陷；
所述支承衬底在其上面放着光接收器件，它是由所述支承衬底上的凸台嵌入到所述凹陷中。
本发明的另一个目的是提供一光学模块，它包括：
一支承衬底；以及
一个放在所述支承衬底上的光接收器件，所述光接收器件包括：一个有第一主面和第二主面的器件衬底；一个在所述器件衬底所述第一主面一侧形成的光探测区域，所述光探测区域包括一个在所述第一主面附近形成的扩散区，所述扩散区从而形成一个结；以及一个在所述器件衬底一部分上形成的倾斜面，它相对于所述第二主面有一倾斜角，所述倾斜面使入射到此面上的光束偏折到所述光探测区域；
所述器件衬底有一竖直伸展到所述支承衬底一主面的平坦侧壁，用它把所述光接收器件固定到所述支承衬底上。
所述支承衬底在其所述主面上有凸台，此凸台与所述器件衬底所述平坦侧壁叩接。
本发明的另一个目的是提供一光学模块，它包括：
一支承衬底；
一个放在所述支承衬底上的光波导；以及
一个放在所述支承衬底上的光接收器件，所述光接收器件包括：一个有第一主面和第二主面的器件衬底；一个在所述器件衬底所述第一主面一侧处形成的光探测区域，所述光探测区域包括一个在所述第一主面附近形成的扩散区，所述扩散区从而形成一个结；以及一个在所述器件衬底一部分上形成的倾斜面，它相对于所述第二主面有一倾斜角，所述倾斜面使入射到此面上的光束偏折到所述光探测区域；
所述器件衬底有一竖直伸展到所述支承衬底主面的平坦侧壁，用它把光接收器件固定到所述支承衬底上；
所述支承衬底的上面放着所述光波导，使所述光波导的边缘面与所述器件衬底所述平坦侧壁叩接。
本发明的另一个目的是提供一光学模块，它包括：
一支承衬底；
一个放在所述支承衬底上引导光学信号通过的光波导结构；
一个放在所述支承衬底上的光接收器件，所述光接收器件包括：一个有第一主面和第二主面的器件衬底；一个在所述器件衬底所述第一主面一侧形成的光探测区域，所述光探测区域包括一个在第一主面附近形成的扩散区，所述扩展区从而形成一个结；以及一个在器件衬底一部分上形成的倾斜面，它相对于所述第二主面有一倾斜角，所述倾斜面使入射到此面上的光束偏折到所述光探测区域；以及
一个放在所述支承衬底上的发光器件；
所述光接收器件和所述发光器件安排成与所述光波导结构在光路上对准，使得从所述光波导结构发出的光束射到所述光接收器件的所述倾斜面上，并使得从所述发光器件发出的光束进入所述的光波导结构；
所述光接收器件和所述发光器件要这样安排，使得从所述发光器件发出的光束还射到所述光接收器件的所述倾斜面上。
按照本发明的光学模块，光接收器件可以安装到支承衬底上与其他光学器件有光耦合，这些光学器件用类似的叩焊方法固定在同一的支承衬底上。例如，光接收器件安装在端部发射型激光二极管邻近，此二极管也是用叩焊方法固定在支承衬底上的。换言之，本发明的感光器件适合于构成一光学模块，此光学模块在同一支承衬底上包含光接收器件和各种光学器件。因此，就可能在驱动发光器件的同时用光接收器件监测发光器件输出光功率。在支承衬底上做一标记或类似的结构，就有可能容易地将支承衬底上的光接收器件与光波导或其他光学器件在光路上对准。由于本发明的光学模块中光接收器件直接与支承衬底连接，光接收器件在与支承衬底主面垂直的方向上没有定位的自由度。因此，只能在上述主面的平面内进行光路对准。使用标记结构进一步减少自由度。此外，光波导端面本身可以用作这种标记结构。
本发明的另一个目的是提供一光学模块，它包括：
一支承衬底；以及
一个放在所述支承衬底上的光接收器件，所述光接收器件包括：一个有第一主面和第二主面的器件衬底；一个在所述器件衬底所述第一主面一侧形成的光探测区域，所述光探测包括一个在所述第一主面附近形成的扩散区，所述扩散区从而形成一个结；一个在所述器件衬底一部分上形成的倾斜面，它相对于所述第二主面有一倾斜角，所述倾斜面使入射到此面上的光束偏折到所述光探测区域；
所述器件衬底在所述第二主面上有一与侧壁连通的出口结构，此出口结构用于排出把所述器件衬底焊接到所述支承衬底的焊料，该侧壁不是所述器件衬底上形成所述倾斜面的那个部分。
按照本发明，接收入射光的倾斜面被用来把器件衬底固定在支承衬底上的材料，如粘合剂或熔化焊料，沾污问题是有效地排除了，所以光学模块的组装变得非常方便。因而，光学模块的产量大大地增加而其成本大大地下降。此外，如此制成的光学模块提高了可靠性。
本发明的另一个目的是提供一光学模块，它包括：
一封装衬底；
一个放在所述封装衬底上的光波导，所述光波导有第一边缘面和相对的第二边缘面；
一个放在所述封装衬底上的光接收器件，所述光接收器件包括：一个有第一主面和第二主面的器件衬底；一个在所述器件衬底所述第一主面一侧形成的光探测区域，所述光探测区域包括一个在所述第一主面附近形成的扩散区，所述扩散区从而形成一个结；以及一个在所述器件衬底一部分上形成的倾斜面，此倾斜面相对于第二主面有一倾斜角，所述倾斜面使入射到此面上的光束偏折到所述光探测区域；
所述光接收器件安排在所述封装衬底上，使得所述器件衬底上所述倾斜面与所述光波导的所述第一边缘面之间建立起光耦合；
一根有第一边缘面和第二边缘面和第一光纤，所述第一光纤安排在所述封装衬底上，使所述第一光纤所述第一边缘面与所述光波导所述第二边缘面之间建立起光耦合，所述第一光纤有一暴露的外表面；
一个在第一端口和第二端口分别有第一边缘面和第二边缘面的第二光纤；
一个夹住所述第一光纤所述第二端口与所述第二光纤所述第一端口的夹具，所述夹具安放在所述封装衬底上，使所述第二光纤所述第一边缘面与所述第一光纤所述第二边缘面之间建立起光耦合；以及
一个放在所述第二光纤所述第二端口上的光学耦合器。
按照本发明，用一根没有树脂包层的第一光纤，就可以把第一光纤焊接到封装衬底上与光接收器件对准。
本发明的另一个目的是提供一光学单元，它包括：
一封装衬底；
一个放在所述封装衬底上的光波导，所述光波导有第一边缘面和相对的第二边缘面；
一个放在所述封装衬底上的光接收器件，所述光接收器件包括：一个有第一主面和第二主面的器件衬底；一个在所述器件衬底所述第一主面一侧处形成的光探测区域，所述光探测区域包括一个在所述第一主面附近形成的扩散区，所述扩散区从而形成一个结；以及一个在所述器件衬底一部分上形成的倾斜面，此倾斜面相对于所述第二主面有一倾斜角，所述倾斜面使入射到此面上的光束偏折到所述光探测区域；
所述光接收器件安排在所述封装衬底上，使所述器件衬底上所述倾斜面与所述光波导所述第一边缘面之间建立起光耦合；
一根有第一和第二边缘面的光纤，所述光纤安排在所述封装衬底上，使所述光纤所述第一边缘面与所述光波导所述第二边缘面建立起光耦合，所述光纤有一暴露的外表面；以及
一个夹持所述光纤所述第二端的套筒，所述套筒有一露出的端面，它与所述光纤所述第二端口齐平。
按照本发明，只要将光纤第二端口处的套筒与外部光纤相应的套筒衔接，就可以在上述光纤与外部光纤之间获得极好的光耦合。另外，本发明的光学单元，由于没有带引线的光学连接器，结构简单且容易制作。
本发明的另一个目的是提供一光学单元，它包括：
一封装衬底；
一个放在所述封装衬底上的光波导，所述光波导有第一边缘面和相对的第二边缘面；
一个放在所述封装衬底上的光接收器件，所述光接收器件包括：一个有第一主面和第二主面的器件衬底；一个在所述器件衬底所述第一主面一侧处形成的光探测区域，所述光探测区域包括一个在所述第一主面附近形成的扩散区，所述扩散区从而形成一个结；以及一个在所述器件衬底一部分上形成的倾斜面，此倾斜面相对于所述第二主面有一倾斜角，所述倾斜面使入射到此面上的光束偏折到所述光探测区域；
所述光接收器件安排在所述封装衬底上，使所述器件衬底所述倾斜面与所述光波导所述第一边缘面之间建立起光耦合；
一根固定在所述封装衬底上的光纤，所述光纤的一个端口与所述光波导所述第二边缘面之间建立起光耦合；以及
一个放在所述封装衬底上的盖子，它用于盖住包括所述光接收器件，所述光波导和所述光纤所述端口在内的光波导，所述盖子和所述封装衬底形成气密封接。
按照本发明，可以容易地完成光学单元的装配。另外，本发明的光学单元有坚实的结构。
结合附图阅读下列详细的叙述时，本发明的其他目的和更多的特征会变得显而易见。
图1A和1B表示普通光学模块的结构图和它的等效电路图；
图2表示另一种普通光学模块的结构图；
图3A和3B分别表示第三种普通光学模块的结构图；
图4A和4B表示按照本发明第一个实施例中光学模块结构图和它的等效电路图；
图5A和5B分别表示第一个实施例中光学模块的俯视图和底视图；
图6表示按照本发明第二个实施例中光学模块的结构图；
图7表示按照本发明第三个实施例中光学模块的结构图；
图8表示按照本发明第四个实施例中光学模块的结构图；
图9表示按照本发明第五个实施例中光学模块的结构图；
图10表示按照本发明第六个实施例中光学模块的结构图；
图11表示按照本发明第七个实施例中光学模块的结构图；
图12表示按照本发明第八个实施例中光学模块的结构图；
图13表示按照本发明第九个实施例中光学模块的结构图；
图14表示按照本发明第十个实施例中光学模块的结构图；
图15表示按照本发明第十一个实施例中光学模块的结构图；
图16表示按照本发明第十二个实施例中光学模块的结构图；
图17表示按照本发明第十三个实施例中光学模块的结构图；
图18表示按照本发明第十四个实施例中光学模块的结构图；
图19表示按照本发明第十五个实施例中光学模块的结构图；
图20表示按照本发明第十六个实施例中光学模块的结构图；
图21表示按照本发明第十七个实施例中光学模块的结构图；
图22表示按照本发明第十八个实施例中光学模块的结构图；
图23表示按照本发明第十九个实施例中光学模块的结构图；
图24表示按照本发明第二十个实施例中光学模块的结构图；
图25表示按照本发明第二十一个实施例中光学模块的结构图；
图26A和26B表示按照本发明第二十二个实施例中光学模块图；
图27A和27B表示按照本发明第二十三个实施例中光学模块图；
图28A和28B分别表示按照本发明第二十四个实施例中光学模块结构的侧视图和后视图；
图29A和29B分别表示按照本发明第二十五个实施例中光学模块结构的侧视图和后视图；
图30表示按照本发明第二十六个实施例中光学模块结构图；
图31表示按照本发明第二十七个实施例中光学模块结构图；
图32A和32B分别表示按照本发明第二十八个实施例中光学模块结构的侧视图和后视图；
图33A至33E表示按照本发明第二十九个实施例中各种改型的光学模块图；
图34表示按照本发明第三十个实施例中光学模块结构图；
图35表示按照本发明第三十一个实施例中光学模块结构图；
图36表示按照本发明第三十二个实施例中光学模块结构图；
图37A至37H表示按照本发明第三十三个实施例中光学单元的装配过程；
图38表示按照本发明第三十四个实施例中光学单元的结构图；
图39表示按照本发明第三十四个实施例中光学单元结构的另一个图；
图40表示按照本发明第三十四个实施例中光学单元结构的第三个图；
图41A和41B表示按照本发明第三十五个实施例中光学单元的结构图。
首先，对本发明光学模块中所用的光接收器件给以简要的总结。
如下面要详细地说明的，这种类型的光接收器件包括：一个有第一主面和第二主面的器件衬底；一个在器件衬底第一主面上形成的光探测区域，光探测区域包括在第一主面附近形成的扩散区，此扩散区从而在器件衬底界面处形成一个结；一个在器件衬底一部分上形成的倾斜面，它相对于第二主面有一倾斜角，此倾斜面使入射到该面上的光束偏折到光探测区域；一个放在器件衬底第一主面上的第一电极，它对应光探测区域并与扩散区相接触；一个放在器件衬底第二主面上的第二电极，它用于对光探测区域的结加反向偏置。
本发明中所用的上述光接收器件特别适合于把第一电极和第二电极用叩焊方法固定在支承衬底上。因此，同时实现机械连接和电路连接，大大地方便了光学模块的制作。
第一个实施例
图4A和4B以及图5A和5B表示按照本发明第一个实施例中光学模块301的结构，其中图4A表示光学模块301的剖面图。在这些图中，那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所以省略对这些部分的描述。
参照图4A，光学模块301包括支承衬底1上的光波导13和光接收器件401，而此光接收器件401是直接安装在支承衬底上的，应当注意，光接收器件有一倾斜面3A，它相对于支承衬底1主平面的夹角为θ1，这个倾斜面3A形成一种削角结构。
光波导13是由沉积到支承衬底1上的玻璃或半导体膜层构成，此支承衬底可用Si通过沉积方法，例如CVD方法制成。如此制成的光波导13包括一层状结构，其中折射率为n1的芯层13b被折射率为n2的包层13a和13c竖直或水平地夹在中间，折射率n2小于折射率n1(n2＜n1)。至于支承衬底1*，也可以使用半导体晶体衬底，如InP，或者甚至使用非结晶衬底，如玻璃板，而不使用Si。
另一方面，类似于光接收器件203，光接收器件401包括n型InP器件衬底3，在其上面有n+型InP过渡层4和非掺杂的InGaAs光吸收层5，其中过渡层4和光吸收层5用平面工艺按顺序形成在器件衬底3上。在光吸收层5的上面，n-型InP层6的形成类似于器件203，如此形成的InP层6在其一部分内有一个或几个P型InP区域7，这是用Zn扩散到膜层6中的结果。
光接收器件401的制作可以按顺序将膜层4至6沉积到器件衬底3上实现，接着在n-型InP层6中形成P型扩散区7，其中扩散区7一般有相等的间隔L。另外，器件衬底3经过化学刻蚀处理形成多个V形槽，这些槽是在与形成扩散区7相对一侧的器件衬底3上。V形槽都有与扩散区7一致的间隔L。将如此制成带有V形槽的器件衬底3切开成单独的芯片，就得到上述削角结构，在每个芯片的周围都有上述倾斜面3A。
应当注意，如此形成的倾斜面3A的倾角θ1是由各种因素决定的，诸如加在器件衬底3上的刻蚀剂，在器件衬底3上形成的刻蚀掩模种类如SiO2或SiN或光致抗蚀剂，器件衬底3的晶格取向，等等。当(100)取向的InP衬底用作器件衬底3，这是通常用的方法，角度θ1的值约55°。然而，本发明决不限于这一特殊设定的角度θ1，因此，角度θ1可以任意设定在35°至55°的范围。由于InP器件衬底3基本上对于波长在1.3-1.6μm的光辐射是透明的，这样形成的倾斜面3A的作用是一折射面。应当注意，上述波长范围的光束通过InP晶体的透射率超过95％。
此外，图4A中光接收器件401包括一个在折射面3A表面上的增透膜层3b，它用于消除折射面3A与光波导13相对端面13A之间空隙处的反射作用。与设计的要求有关，倾斜面3A可以一致地覆盖构成芯片的器件衬底整个宽度，或者只在所选取的一部分。这也适用于以下描述的其他实施例。
在这样形成扩散区7之后，P型电极8在扩散区7上面形成，此电极通常是包含AnZn合金层和Au层的叠层结构。另外，另一个n型电极11是由AuGe合金层和Au层叠在器件衬底3的背面一侧上形成。电极8和11中每一个都是在热退火处理之后与对应的半导体膜层形成欧姆接触。
如所述，在器件衬底3上得到的有若干个扩散区7和V形槽的层状结构，在上述V形槽处切开成单个芯片，每一芯片的大小等于间隔L。因此，大大地方便了光接收器件的制作。
应当注意，如此形成的每个光接收器件401的尺寸是由倾斜面3A的角度θ1和电极面积，尤其是n型电极11面积所决定。在一典型的例子中，芯片的大小取在650μm左右。而每一芯片的总厚度T约为为150m。这样制成光接收器件401，可能使光波导13的边缘面13A与倾斜面3A之间的距离D做得相当小。从而所从波导边缘面13A发出的光束的发散减至最小，且倾斜面3A的竖直尺寸或V形槽的深度减小至约15μm。
如此制成的光接收器件401适合于用叩焊方法固定到支承衬底1上，方法是将Sn或AnSn焊料球放在n型电极11上而完成的.因此，只要将光接收器件401安放在支承衬底1上，使电极11上的焊料球与支承衬底1的相应的布线图衔合，这个布线图可以用金或类似的金属沉积而成，再在300℃左右作退火处理，使焊球软熔，就可以将光接收器件401在机械上和电路上连接到支承衬底1上。另外，P型电极8上的电路连接是用引线结合方法实现的。
在上述光接收器件401叩焊安装过程中，安装时产生的几乎全部应力都加到器件衬底3，结区7基本上不受应力。结果，大大减少了光探测的暗电流。应当注意，n-型电极11连接到直流电压源正极，而P型电极8连接到负载。
图4B表示光接收器件401的等效电路图。
参照图4B，应当注意，上述P型InP区7与非掺杂InGaAs光吸收层5和n型InP过渡层4一起构成细光束二极管。如此形成的细光束二极管是反向偏置的，其作用像一光电二极管PD。因此，从光波导13边缘面13A发出的光束被上述折射面3A折射，光束略有发散后到达了光吸收层5的一部分，此处构成光电二极管PD。对于光束入射到光吸收层5的响应是，光吸收层5中有效地激发电子空穴对。然后激发的电子和空穴按照上述电极11与8之间形成的电场朝互相相反的方向漂移。换言之，光电二极管PD对来自光波导13的光束的响应是导通。
图5A和5B分别表示光接收器件401的俯视图和后视图。
参照图5A，应当注意，光接收器件401包括两个光电二极管PD1和PD2，它们对应两个光通道。光接收器件401本身的宽度W约为600μm，而对应图4A中扩散区7的每个P型扩散区71和72由于直径Φ小，约为40μm，所以其面积很小，为60μm×150μm。因此，当检测入射光束时，每个光电二极管PD1和PD2有非常快的响应。由于光接收器件401在其上部除了扩散区7a和7b之外不包含其他的扩散区，因此可以将扩散区7a和7b设计成任意的形状和大小。
参照图5B，应当注意，在光接收器件401中，可以在器件衬底3底面一侧上形成有大尺寸和面积的n型电极11。通常，n型电极11的面积超过P型扩散区7面积的十倍。由此可以给电极提供大的驱动电流。由于电极11只是形成在器件衬底3底面一侧上，因此可以将电极11制成任意的形状和大小。
第二个实施例
图6表示按照本发明第二个实施例中光学模块302的剖面图，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所以省略对这些部分的的描述。
参照图6，光接收器件402在器件衬底3的侧壁处有一竖直接收面3D面向光波导13的边缘面13A；除此之外，与图4A中光学模块301类似，光学模块302包括一个在支承衬底1上的光接收器件402。另外，光接收器件402在上述接收面3D相对的侧壁处有倾斜面3A，它相对于支承衬底1的衬底面有一夹角θ2。因此，倾斜面3A形成一削角结构。倾斜面3A上覆盖着一反射膜层，它类似于图3B光接收器件中所用的金属膜层15，使得从光波导13上述边缘面13A发出并在接收面3D处进入器件衬底3的光束发生偏折。或者，光束的反射可以由倾斜面3A的全反射产生。
在图6的光学模块302中，应当注意到，从光波导13边缘面13A发出的光束到达构成光电二极管PD的光吸收层5部分，光束有适当发散。由于光束被倾斜面3A反射回来，图6中的结构适合于把光接收器件402的长度减小至图4A中光接收器件长度L的一半左右。即使光接收器件402的尺寸L减小到这种程度，仍可能保证n型电极11在器件衬底3底部一侧有足够大的面积。因此，图6中的结构有利于提供一个高速运行且有很小暗电流的小型光学模块。
当图6光学模块302中的光波导13的边缘面13A与接收面3D之间有空隙时，最好给上述接收面3D加一增透膜层(未表示出)。为了最大可能地抑制接收面3D处的光散射，最好是在光学模块302中用解理方法形成接收面3D，使接收面3D有极好的平坦度。与图4A中实施例比较，由于在实施例中光波导13的边缘面13A与倾斜面3A之间的距离D增加了，所以从光波导13边缘面13A发出并到达倾斜面3A的光束发散度增大了。因此，在图6实施例中倾斜面3A的高度增大至70μm左右，这是把V形槽深度制成约70μm而形成的。另一方面，角度θ2通常设定在55°左右。然而，角度θ2决不限于这个特定值，而可以设定在35°至55°范围内任一值上。
第三个实施例
图7表示按照本发明第三个实施例中光学模块303的结构，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所以省略对这些部分的描述。
参照图7，它用了一个光接收器件403替代以前实施例中所用的光接收器件401或402，可以注意到，除了光接收器件403在器件衬底3底面有一弯曲的折射面3B替代平坦倾斜面3A，使被折射面折射的光束聚焦到光电二极管PD上以外；光接收器件403的结构基本上与光接收器件401的结构相同。
用普通的化学刻蚀方法一般很难制成弯曲面3B。因此，本发明制作这一种弯曲面3B，首先是在器件衬底3上制成一个类似于倾斜面3A的平坦削角面，在平坦削角面上形成光刻胶模型，使光刻胶模型表面产生变形，大体上与弯曲面3B的所需弯曲形状相一致，然后将器件衬底3与光刻胶模型一起作刻蚀处理，因此光刻胶模型的变形转换成上述的弯曲面3B。光刻胶形状与弯曲而3B形状之间的一致性取决于光刻胶与器件衬底3之间刻蚀过程的选择性比率。因此，刻蚀过程是在优化条件下进行的，得到的弯曲面3B所需形状依赖于光刻胶模型的形状。
在图7的光学模块303中，如已提到，从光波导13边缘面13A发出的光束被折射面3B的弯曲部分所会聚，到达光电二极管PD形成的光吸收层5的一部分。由于此光束会聚是在光电二极管PD处，就可能大大减小光学模块303中结区7的面积。因而，光接收器件403运行的比特率可以高达10Gbps。
在图7的实施例中，应当注意到，弯曲面3B可以制成凸透镜的形状。
第四个实施例
图8表示按照本发明第四个实施例中光学模块304结构的剖面图，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参数数字来表示，所以省略对这些部分的描述。
参照图8，光学模块304的结构有点类似于光学模块302的结构，类似之处是，从光波导13边缘面13A发出的光束在反射面反射后指向光电二极管PD，其中图6实施例中所用的光接收器件302被光接收器件304所替代。
除了平坦反射面3A现在被弯曲面3B替代之处，光接收器件304的结构类似于光接收器件302的结构，此弯曲面使入射到此面上的光束被弯曲面3B反射后会聚。
因此，在图7光学模块304中，从光波导13边缘面13A发出的光束被反射面3B反射之后，会聚到光电二极管PD形成的光吸收层5一部分上。由于光束的会聚，类似于图7中的实施例，就可能减小构成光电二极管PD的结的面积。因而，光学模块304中光接收器件404可以高速运行。此外，类似于图6中的光学模块302，光学模块304具有尺寸减小的有利特点。应当指出，也可以将弯曲面3B制成一凸面。
第五个实施例
图9表示按照本发明第五个实施例中光学模块305的剖面图。
参照图9，光学模块305包括一个在支承衬底1上光接收器件405，它基本上与图4A中光接收器件401相同，其中支承衬底1在其上面有第一和第二光波导131和132分列光接收器件405两侧，且横跨光接收器件405的光波导131和132在互相对着。所以，光波导131和132安置成与光轴有偏距，光接收器件405能够检测光波导131和132分别提供的两个光学信号而没有干扰。为了检测两个光束，光接收器件405包括两个光电二极管PD1和PD2。
虽然在图4A的光学模块301中也能接收两个光学信号，图9中光学模块305的独特之处是，光波导131和132是放在支承衬底1上光接收器件405的横向两侧，为的是使二者互相对置。将光学系统配置成这样，就可以有效地利用光学模块305。
虽然未说明，但应当注意，光学模块305可以这样配置，使得光学信号不仅从横向进入光接收器件405，而且可以从图9纸面向下和向上的方向进入光接收器件405。在此情况中，光学模块305可以检测来自四个或甚至五个不同方向入射到光接收器件405的光束。
第六个实施例
图10表示按照本发明第六个实施例中光学模块306的剖面图。
参照图10，光学模块306包括支承衬底1上的光接收器件406，光接收器件406是把图6中两个光接收器件402各自的反射面3A1和3A2按镜像对称关系连接成一体而成，每个反射面相应于以前所述的倾斜反射面3A。另外，光波导131和132整体地放在支承衬底1上光接收器件406的横向两侧。因此，图10中光学模块306能够检测两个分别通过光波导131和132来的光学信号，并具有缩小的尺寸。在图10的光学模块306中，应当注意到，从光波导131和132各自边缘面13A1和13A2发出的光束分别被反射面3A1和3A2反射，其中被倾斜面3A1反射的光束被引向对应于光电二极管PD的光电二极管PD1，而被倾斜面3A2反射的光束被引向也对应于光电二极管PD的光电二极管PD2。由于两个光束在光学模块306中并不产生干扰，故可以把光波导131和132制成在支承衬底1上，且各自的光轴成共线关系。光接收器件406，从而光学模块306具有小型化的有利特点，尤其是在垂直图面的宽度方向上。
应当注意，光接收器件406包括两个分别对应于n型电极11的互相分开的n型电极111和112，虽然可以在支承衬底1上藉助印刷电路(未表示出)使电极111与112之间形成短路。可以在支承衬底1上提供连接电极111和112的印刷电路，为的是避开由镜面3A1和3A2形成的中心凹陷。
第七个实施例
图11表示按照本发明第七个实施例中光学模块307结构的剖面图。
参照图11，光学模块307包括一个在支承衬底1上的光接收器件407，光接收器件407是把图8中两个光接收器件404各自的反射面3B1和3B2按镜像对称关系连成一体而成，每个反射面对应倾斜面3B。另外，光波导131和132整体地放在支承衬底1上光接收器件407的横向两侧。
在光学模块307中，虽然减小了光学模块的尺寸，但同样可以接收从边缘面13A1和13A2分别发出两个相反方向的光学信号。由于被上述倾斜面3B1和3B2反射的光束受到了倾斜面3B1和3B2弯曲部分引起的光束会聚，故可以形成面积小的光电二极管PD1和PD2的结区。因而，光学模块307适合于检测高速光信号。类似于图10的实施例，由于从边缘面13A1发出的光束和从边缘面13A2发出的光束分别被反射面3B1和3B2在互不相同的方向上反射，光波导131和132可以放置在支承衬底1上，使它们的光轴成共线关系。除了类似于图11中实施例具有在宽度方向上小型化的优点以外，光接收器件407，从而光学模块307还有高速运行的优点。
此后，按照本发明光学模块各个实施例的描述将针对这种情况，其中光波导13放在支承衬底1上部相当大的距离处，参照图12至17。此后描述的实施例不仅适用于与支承衬底1上波导的光耦合，而且也适用于与任意直径光纤的光耦合。
第八个实施例
图12表示按照本发明第八个实施例中光学模块308结构的剖面图，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所以省略对这些部分的描述。
参照图12，光学模块308包括一个支承衬底1上的光接收器件408，其中除了光接收器件408安装成上端朝下的翻转状态，即面朝下状态以外，光接收器件408基本上与图4A中光接收器件401相同。
因此，光接收器件408P型电极的制作是用焊球与支承衬底1上对应的线路图相接触，引线接合处理是应用于暴露的n型电极11。由于应力加在P型电极8上，这种面朝下的叩焊安装方法容易引起暗电流的增加，最好是，在电极8邻近的InP层6上借助于合金焊料或粘合剂放一个大面积的模拟的凸起结构，使安装时产生的应力分布到这一凸起结构上。
应当注意到，光波导13放在支承衬底1之上的距离相当于光接收器件408的厚度。因而，光学模块308容易识别光波导13边缘面13A与折射面3A之间光耦合的状态。因此，通过在光接收器件408上做一个对准标记M，光学模块308适合于实现光接收器件408相对于光波导13的光学对准过程。
第九个实施例
图13表示按照本发明第九个实施例中光学模块309的结构，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所以省略对这些部分的描述。
参照图13，光学模块309包括一个在支承衬底1上的光接收器件409，其中除了光接收器件409安装成上端朝下的翻转状态，即面朝下状态之外，光接收器件409基本上与图6的光接收器件402相同。
类似于光接收器件402，由于光接收器件409是小型的，且仍能给P型电极8提供足够的面积，该器件适合于安装在支承衬底1上而有小的应力。
第十个实施例
图14表示按照本发明第十个实施例中光学模块310结构的剖面图，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所以省略对这些部分的描述。
参照图14，光学模块310包括一个在支承衬底1上的光接收器件410，其中要注意到，除了光接收器件410安装成上端朝下的面朝下状态，即翻转状态以外，光接收器件410基本上与光接收器件404相同。在此实施例中，光接收器件的安装也能够使光电二极管PD有最小的应力。
第十一个实施例
图15表示按照本发明第十一个实施例中光学模块311结构的剖面图，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所以省略对这些部分的描述。
参照图15，光学模块311包括一个在支承衬底1上的光接收器件411，其中除了光接收器件411安装成上端朝下的翻转状态，即面朝下状态以外，光接收器件411基本上与图9的光接收器件405相同。
因此，光接收器件411包括在其底面一侧上的P型电极81和82，其中扩散区71和72在相应于各自的通道上形成，因而，在将光接收器件411安装到支承衬底1上时，就可以把加在结区71或72上的应力分散到电极81与82之间。另外，光学模块311的结构对于相应通道的布线与机械安装过程同时完成是有利的。应当注意到，这个有利的效应适用于图12至17的全部实施例。
第十二个实施例
图16表示按照本发明第十二个实施例中光学模块312的结构。
参照图16，应当注意到，光学模块312包括一个在支承衬底1上的光接收器件412，其中除了光接收器件406安装在支承衬底1上为上端朝下的翻转状态，即面朝下状态以外，光接收器件412基本上与图10的光接收器件406相同。
在光学模块312中，应当注意到，在光接收器件412横向两侧处的光波导131和132与光接收器件412的上表面基本上为同样高度。另外，倾斜面3A或3A’并不放在与光波导131或132的边缘面13A成面对面的关系。因而，利用多个标记(未表示出)放在紧邻光波导131或132上述边缘面13A的光接收器件412上，光学模块312特别有利于实现高精度的光学对准。
第十三个实施例
图17表示按照本发明第十三个实施例中光学模块313的结构，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所以省略对这些部分的描述。
参照图17，光学模块313包括一个在支承衬底1上的光接收器件413，其中除了光接收器件413安装在支承衬底1上为上端朝下的翻转状态，即面朝下状态以外，光接收器件413基本上与图11的光接收器件407相同。
在光学模块313中，类似于上一个实施例，也可以实现精确的光学对准。
后面，按照本发明光学模块各个实施例的插述将针对这种情况，其中n型电极放在与形成P型电极的同一侧，参照图18至25。此后描述的各个实施例有一共同的优点，所有必需的互联可以放在光接收器件的同一侧。
第十四个实施例
图18表示按照本发明第十四个实施例中光学模块314的结构，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所以省略对这些部分的描述。
参照图18，除了放在支承衬底1上光接收器件414的结构以外，光学模块314的结构基本上与图4A中光学模块301的结构相同。更具体的说，类似于图4A的光接收器件401，光接收器件414是在n型InP的器件衬底3上形成，它的上面用平面工艺沉积一个n+型InP过渡层4。此外，类似于光接收器件401，光接收器件414包括在过渡层4上的非掺杂InGaAs光吸收层5，两光吸收层5被一层n-型InP层6所覆盖，P型扩散区7是使Zn扩散到n型InP层6中形成的。
应当注意，光接收器件414还包括一个在光电二极管PD形成的扩散区7附近一部分处的台面区域，例如用化学刻蚀方法制成，台面区域暴露出过渡层4。换言之，台面区域规定了光电二极管在光接收器件414上的形成区域。因而，扩散区7上有P型电极8，一般它是用AuZn合金层和Au层叠加在其上制成的。另一方面，n型InP层6暴露在光接收器件414的其他区域，上面有一AuGe合金层和Au层叠加而形成的n型电极18，其中n型电极18沿着台面侧壁延伸并到达n+型InP过渡层4。因而，电极18与过渡层4之间建立了欧姆接触。
在这种结构的光接收器件414中，应当注意，在器件衬底3的底面一侧不形成电极。因此，通过一键合结构19，此结构可以是焊接层、粘合层、钎焊合金，等等，光接收器件414适合于用叩焊方法安装到支承衬法1上。由于电极8是放在器件衬底3的上面一侧，在将光接收器件414安装到支承衬底1上时，结区7上不受应力，此结区对于光电二极管PD的性能是至关重要的。因此，成功地避免了安装过程引起光电二极管暗暗电流增大的问题。
另外，图18的光学模块314有一个优点，即功率源和信号布线的互连可以用引线接合法从装好的光接收器件414上面一侧完成，此引线结合法分别应用于P型电极8和n型电极18上。用了此引线结合方法，直流正电压加压n型电极18上，而负载连接到P型电极8。
在光接收器件414的结构中，应当注意，P型InP扩散区7，非掺杂InGaAs光吸收层5和n+型InP过渡层4一起形成了细光速二极管，而如此形成的细光束二极管是通过n-型电极18直接加反向偏置，实现光电二极管PD的功能。第十五个实施例
图19表示按照本发明第十五个实施例中光学模块结构的剖面图，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所述省略对这部分的描述。
参照图19，光学模块315包括一个在支承衬底1上的光接收器件415，其中倾斜面3A现在不放在面向光波导13的器件衬底3外侧下边缘而一般放在器件衬底3的中心部分，除此以外，光接收器件415的结构类似于图18光接收器件414的结构。因而，倾斜面3A被反射镀层15覆盖，起到了一个反射面的作用。
由于从光波导13边缘面13A发出的光束被上述倾斜面3A反射回来，应当注意，在光接收器件415中，形成光电二极管PD的扩散区7是在与光接收器件414中光电二极管形成一侧横向相反的一侧处形成。另外，由于光束从光波导的边缘面13A射出，经过器件衬底3才传播到反射面3A，因此，与光接收器件414*比较，相应于光束转换的增多反射面3A有较大的尺寸。此外，与光接收器件414比较，相应于光束较大的光束发散度，形成光电二极管PD的扩散区7有稍稍增大的面积。类似于图18的实施例，用对应于焊料层19的焊料层19a和19b，把光接收器件415直接安装在支承衬底1上。
图20表示按照本发明第十六个实施例中光学模块316的结构图，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所以省略对这些部分的描述。
参照图20，光学模块316包括一个在支承衬底1上的光接收器件416，其中除了器件衬底3上平坦的反射面3A被弯曲的折射面3B替代以外，光接收器件416有类似于光接收器件414的结构。不然的话，光接收器件416的结构与光接收器件414的结构完全相同。由于弯曲的折射面3B对于通过此面的光束有会聚作用，在光接收器件416中可以形成较小面积的光电二极管PD。因而，大大提高了光电二极管PD的响应速度。第十七个实施例
图21表示按照本发明第十七个实施例中光学模块317的结构，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所以省略对这些部分的描述。
参照图21，光学模块317包括一个在支承衬底1上的光接收器件417，其中除了光接收器件415包括器件衬底3中心部分弯曲面3B替代平坦的反射面3A以外，光接收器件417的结构类似于光接收器件415的结构。因而，弯曲面3B对被弯曲面3B反射的光束有会聚作用。否则，光接收器件417的结构与光接收器件415的结构完全相同了。由于被反射光束的会聚，故在光学模块317中可以形成较小面积的光电二极管PD，大大地提高了光接收器件417光检测的响应速度。第十八个实施例
图22表示按照本发明第十八个实施例中光学模块318结构以剖面图，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所以省略对这些部分的描述。
参照图22，光学模块318包括一个在支承衬底1上以光接收器件418，其中除了光接收器件418安装在支承衬底1上成上端朝下的翻转状态，即面朝下状态以外，光接收器件418的结构基本上与图18中光接收器件414的结构相同。
由于使支承衬底1上的光接收器件418成这种面朝下的状态，只要使支承衬底1上的印刷线路21a和21b上面覆盖各自相应的电极8和18的焊料球软熔，就可以同时实现P型电极8和n型电极18的连线。第十九个实施例
图23表示按照本发明第十九个实施例中光学模块319结构的剖面图，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所以省略对这些部分的描述。
参照图23，光学模块319包括一个在支承衬底1上的光接收器件419，其中除了光接收器件419安装在支承衬底上成上端朝下的面朝下状态，即翻转状态以外，光接收器件419基本上与图19中光接收器件415相同。第二十个实施例
图24表示按照本发明第二十个实施例中光学模块320的结构，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所以省略对这些部分的描述。
参照图24，光学模块320包括一个在支承衬底1上的光接收器件420，其中除了光接收器件420安装到支承衬底1上成上端朝下的翻转状态，即面朝下状态以外，光接收器件420基本上与图20中光接收器件416相同。
在图18至24上述任意一个实施例中，类似于图5和5B的实施例，可以提供多个扩散区7用于检测多个光束。第二十一个实施例
图25表示按照本发明第二十一个实施例中光学模块321的结构，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所以省略对这些部分的描述。
参照图25，光学模块321包括一个在支承衬底1上的光接收器件421，其中除了光接收器件421安装到支承衬底1上成上端朝下的翻转状态，即面朝下状态以外，光接收器件421基本上与图21中光接收器件417相同。
应当注意，参照图18至25，至今描述过的光学模块314至321中任一个可以改成包括多个光波导，类似于图9至11或图15至17中的实施例。第二十二个实施例
图26A表示按照本发明第二十二个实施例中光学模块322的结构，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所以省略对这些部分的描述。
参照图26A，光学模块322包括一个在支承衬底1上的光接收器件422，除了光接收器件422的结构以外，光学模块322的结构基本上与图3A中普通光学模块103的结构相同。
更具体的说，光接收器件422的结构类似于图3A中光接收器件203的结构，包括器件衬底3上形成的倾斜面3A以及分别对着扩散区7a和7b的P型电极8a和8b。
光接收器件422与光接收器件203不同之处在于，光接收器件422包括一个非掺杂InGaAs P光吸收层5’它替代非掺杂InGaAs光吸收层5，其中光吸收层5’的成分经过调整，使光吸收层5’的带隙能量Eg调整到与被检测光束的波长λg相对应。
图26B表示InGaAs P基本吸收系数与波长关系的一个例子。
参照图26B，InGaAs P是一种混合晶体构成的所谓直接跃迁型半导体材料，其特征是吸收系数α在短波长方向随波长的减小而急剧地上升。因此，适当地设定InGaAs P混合晶体的成分，就可以调整带隙能量Eg到被检测的波长 λg，例如为1.31μm。在所述的例中，可以看到，吸收系数α在波长约1.4μm处急剧增加。
应当注意，光吸收层5’的厚度近似地由InGaAs P混合晶体在被检测波长处的吸收系数值所决定，因为光束的穿透深度由1/α[μm]关系给定。在此情况中，对于一个波长为 λg的入射光束，光吸收层5’的厚度设定在几十微米，为的是使波长 λg为1.31μm的光束得到的量子系数为80μm或更大些。
例如，当这种结构的光接收器件422接收来自光波导13分别有波长λg为1.31μm和1.55μm两个光束时，波长λg为1.31μm的光束被光吸收层5’高效率地吸收，所以有高的检测灵敏度。另一方面，波入λg为1.55μm的光束由于波长大于光吸收系数α急剧上升点值，光吸收层5’厚度不够，没有充分吸收而穿过光吸收层5’。换言之，光接收器件422选择性地检测波长为1.31μm的光束。
因此，本实施例的光接收器件422适合于使用不同波长光束的光学远程通读系统。具有这种光波长选择性的光接收器件422因此可以不用波长滤光片来过滤入射光束，光学模块322减少了其中使用的元件数目。因而，大大地方便光学模块322的制作。
然而，应当注意，上述光波长的选择性可以应用到至今描述过的全部光接收器件。另外，还应当注意，构成光吸收层5’的材料决不局限于上述InGaAs P混合晶体。
应当注意，多层光学滤光片结构4’可以用于至今已描述过的或以下要描述的任何一个实施例，只要用它来代替过渡层4。第二十三个实施例
图27A表示按照本发明第二十三个实施例中光学模块323结构的剖面图，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所以省略对这些部分的描述。
参照图27A，光学模块323包括一个在支承衬底1上的光接收器件423，除了光接收器件423的结构以外，光学模块423的结构基本上与图3A中或普通光学模块103的结构相同。
因此，光接收器件423与普通光接收器件203不同之处是，光接收器件423包括一个构成λ/4多层反射结构的过渡层4’，它替代器件衬底3与光吸收层5之间的过渡层4。使用这些λ/4多层反射结构，入射到光接收器件423的光束由于在λ/4多层反射结构4’中的干涉而被过滤，只有所需波长λg的光束才有效地提供给光吸收层5。
图27B表示λ/4多层反射结构4’的细节。
参照图27B，λ/4多层反射结构4’包括一InP层和InGaAs P层交错的叠层，其中每个InGaAs P层的厚度α约等于被检测光束波长 λg四分之一(1/4)。另外，每层InGaAs P的折射率n2大于InP层的折射率n1(n2＞n1)。
在具有这种结构的λ/4多层反射结构4’中，以波长λg入射到最底层InGaAs P的光束λg1和λg2在满足条件2×d·n·cosθ＝mλg时产生相长干涉，其中m为一任意整数。另一方面，当波长λg不满足上述条件或波长 λg满足条件2×d·n·cosθ＝(2m+1)λg/2时，相长干涉消失或产生相消干涉。因此，相长干涉及的结果，分别从光束λg1和λg2中产生光束λg1’和λg2’。
此外，只要满足上述条件2×d·n·cosθ＝mλg，因相长干涉通过第一个InGaAs P层的光束λg1’和λg2’再经受位于InP层上面第二个InGaAs P层中第二次相长干涉。因而，具有所选波长λg的强光束以所选波长λg入射到λ/4多层反射结构4’上面的光吸收层5，可以实现高灵敏度的光检测。应当指出，InGaAs P层和InP层叠层的数目不限于图27B中所示情况。
下面，要描述具有能使光接收器件对准光波导或光纤这一特性的光学模块结构。第二十四个实施例
图28A和28B分别表示按照本发明第二十四个实施例中光学模块324结构的剖面图和后视图，其中那些对应于以前已描述过的部分用相同的参照数字来表示，所以省略对这些部分的描述。
参照图28A，光学模块324包括一个在支承衬底1上的光接收器件424，除了光接收器件424的结构以外，光学模块424，除了光接收器件424的结构以外，光学模块324的结构基本上与图3A中普通光学模块103的结构相同。更具体地说，光学模块103中使用的光接收器件203的倾斜面3A’在光接收器件424中消失了，器件衬底3的后侧壁3C现在规定为垂直于器件衬底1的竖直壁，其中竖直侧壁3C可以由一解理面或抛光面构成，所以形成一极好的镜面。
本发明类型的光学模块中，类似光接收器件424的光接收器件一般是藉助监控摄像机100观察光接收器件424后侧用手工或自动方法安装在支承衬底1上。因而，在支承衬底1上做一个对准用的标记M，使标记M在前述镜面上成像，藉助监控摄像机100观察这一镜像，就可以为光接收器件424提供高精度的光学对准。
图28B表示从光学模块后上方观察，即在监控摄像机100的方向观察到的光学模块324。
参照图28B，支承衬底1上有三角形的标记M1和M2，使标记M1和M2在Y方向，即在光学模块324的宽度方向成一直线。以标记M1和M2为参考，驱动一个夹持光接收器件424的手持机构(未画出)把光接收器件424恰当地安装在支承衬底1上。用摄像机100观察标记M1和M2的镜像M1 1和M2 1，在观察镜象M1 1和M2 1的同时，通过手动控制或未表示出的控制器的控制驱动手持机构，使图28B中所示距离d变成零，实现光接收器件424在支承衬底1上的对准。在这个对准状态下，应当注意，三角形镜像M1 1的顶点与对应三角像M1的顶点重合，而三角形镜像M1 1的顶点与对应三角形像M2的顶点重合。应当注意，在支承衬底1上的镜像M1 1和M2 1与支承衬底1上的标记M1和M2为共面关系。因此，在把摄像机100聚焦到标记M1和M2的同时，可以观察到镜像M1 1和M2 1。
因此，光接收器件424安装在支承衬底1上时利用Y方向上后侧壁的精确对准，就可以精确地控制光波导13前边缘面13A与倾斜面3A之间的距离D。在此情况中，应当注意到，通过控制手持机构可以成功地抑制光接收器件424在平行于Y轴方向上的可能位置偏差，方法是控制手持机构使标记M1与器衬底3上相应的横向侧壁边缘3C之间的距离和标记M2与器件衬底3上相应的横向侧壁边缘3d之间的距离相同。
或者，可以按图28B中箭头所示的方向移动标记M1和M2，分别对准器件衬底3上侧壁边缘3c和3d。在此情况中，利用标记M1和M2的镜像，也可以准确地对准光接收器件424，而且同时实现了X方向和Y方向的对准。
应当注意，标记M的形状和数目不限于上述实施例中情况。例如，利用单个矩形或梯形标记也可以获得类似的效果。另外，代替利用侧壁边缘3c和3d，，也可以在镜面3c上放几个小标记，使这些小标记并不与镜面3c上的镜像M1 1和M2 1相干扰。上述各种标记可以由印刷电路构成，或者是V型刻蚀坑形成。
图29A和29B分别表示按照本发明第二十五个实施例中光学模块325结构的剖面图和后视图，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所述省略对这些部分的描述。
参照图29A，光学模块325包括一个在支承衬底1上的光接收器件425，除了光接收器件425的结构以外，光学模块325的结构基本上与图3A中普通光学模块103的结构相同。更具体的说，支承衬底1上有一凸块23，光接收器件425安装在支承衬底1上，使上述凸块23与倾斜面3A的上部衔接。因此，使上述倾斜面3A的顶部与凸块23衔接，光接收器件425就准确地定位在支承衬底1上。
类似于图28B，图29B表示从后上方看到的光学模块325。
参照图29B，可以注意到，支承衬底1上的凸块23沿着Y方向延伸，其宽度W与光接收器件425的宽度相同。因而，光接收器件425安装在支承衬底1上，使凸块23的上部边缘与倾斜面3A的上边缘接触，倾斜面3A在这里和一水平面接合。由于这种简单的安装过程，使光接收器件425与Y轴平行。另外，光波导13的边缘面13A与反射面3A之间的距离D准确地等于标定值。此外，本实施例中光学模块325还有别的优点，即消除了支承衬底1上光接收器件425在Y方向的横向偏差或绕Z轴的转动。
应当注意，凸块23的宽度W可以大于或小于光接收器件425的宽度。若需要，为了在Y方向准确地定位，可以在凸块23上和光接收器件425上做单独的标记。第二十六个实施例
图30表示按照本发明第二十六个实施例中光学模块326的结构，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所述省略对这些部分的描述。
参照图30，光学模块326包括一个在支承衬底1上的光接收器件426，除了器件衬底3的弯曲面3B与支承衬底1主面上制成的凸块23紧密结合以外，光学模块326的结构基本上与图4A中普通光学模块301的结构相同。因此，使凸块23与弯曲面3B的上部接触，就可以准确地把光接收器件426放置在支承衬底1上。第二十七个实施例
图31表示按照本发明第二十七个实施例中光学模块327的结构，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所述省略对这些部分的描述。
参照图31，光学模块327包括一个在支承衬底1上的光接收器件427，除了光接收器件427在其后侧没有削角结构以外，光学模块327的结构基本上与图4A中普通光学模块301的结构相同。换言之，光接收器件427的器件这衬底3后侧规定为一竖直后壁3C，类似于图28A中实施例，此后壁3C可以是理解面或抛光面。如此形成的后侧壁3C与支承衬底1上的凸块23接合，光接收器件427在支承衬底1上便处于准确定位的状态。第二十八个实施例
图32A和32B分别表示按照本发明第二十八个实施例中光学模块328结构的剖面图和后视图，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所述省略对这些部分的描述。
参照图32A，光学模块328包括一个在支承衬底上1的光接收器件428，除了光波导13上部包层13C增大厚度以外，光学模块328的结构基本上与图3A中普通光学模块103的结构相同，这增大的厚度可以与器件衬底3前侧处的竖直接收面3D接合使光接收器件428沿X方向准确定位在支承衬底1上。为此目的，用解理方法形成面3D是有利的。另外，现在放在靠近上述接收面3D的光接收器件428上表面处的标记M，是用于光接收器件328*沿Y方向定位的。
光接收器件328通过放在支承衬底1上的键合材料，诸如焊料合金、钎焊金属、热塑粘合剂、等等键合到器件衬底3的底面一侧而固定到支承衬底1上。在这种键合过程中，在光学模块热处理，尤其是所用键合材料用量过多时，容易产生键合材料溢出的问题，此键合材料会从光接收器件428与器件衬底1接触的结合面流出。溢出的键合材料可能流到倾斜面3A上，阻断入射光束。
为了避免这个问题，本实施例的光接收器件428包括一个出口结构24，它允许多余的键合材料流出到光接收器件428的后侧。由于设置这种出口结构24，大大提高了安装过程的可靠性。
图32B表示从后上方看到的一部分光学模块328。
参照图32B，可以注意到，出口24显露在后侧壁3C处，多余的键合材料通过这一出口24有效地流出到光接收器件428的后侧。第二十九个实施例
图33A至33E表示一光学模块329及其各种改型的结构，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所述省略对这些部分的描述。
参照表示光学模块329俯视图的图33A，可以注意到，支承衬底1载有俯视图呈倒置L形状的光波导13和一个安装在支承衬底1上的光接收器件429，光接收器件429在它前表面3D处与光波导13边缘面13A紧密接触。另一方面，光接收器件429与共波导13缩进去的部分之间有一空间，激光二极管500安装在这一空间的支承衬底1上。
应当注意，图33A中光波导13包括两个芯13b，其中一个芯在光路上耦合到光接收器件429中形成的光电二极管PD1，并将其中光束射入到光电二极管PD1，而另一个芯13b在光路上耦合到激光二极管500，并引导从激光二极管500发出的激光束。激光二极管同时还射出一反向的光束，其中光接收器件429还包括第二个光电二极管PD2，它对准激光二极管500以接收反向发出的光束。通过用光电二极管PD2监测激光二极管500的光输出，就可以藉助未表示出的驱动电路把激光二极管500的输出控制在恒定值。应当注意，光接收器件429可以有任意一种以前的各个实施例所描述的剖面结构。
如图33A中所示，光接收器件429在其上表面有三个标记M，图中上面两个标记M用于光接收器件429与光波导13对准。更具体的说，图33A中所示最上面的标记M对准芯13b，使入射光束进入光电二极管PD1，而紧接着下面的标记M是用于对准光波导13的前端角。另外，也可以在光波导13上做几个标记。
另一方面，虽然未表示，激光二极管500在图33A中箭头所指的相应位置处也有几个标记，其中激光二极管500上的标记一方面与光接收器件429最下面的对应光电二极管PD2的标记M对准，而另一方面与芯13b对准，用于引导输出的光束。因而，激光二极管500可以容易地和准确地恰当定位。图33A中光学模块329的结构特别适合于减少元件的数目。此外，除了仅有的连接过程和使用标记作简单对准的过程以外，光接收器件429和激光二极管500的安装无需大的位置调整。
图33B表示光学模块329的一种改型。
参照图33B，应当注意，图中光波导13的上部进一步向光接收器件429延伸，不仅使光接收器件429的前侧，而且还使它的横向一侧与光波导13毗连。因而，不但可以在X方向而且还在Y方向同时实现光接收器件429的位置对准。在图33B的实施例中，上部标记M仅仅用来准确定位。
图33C表示光学模块329的另一种改型。
参照图33C，光波导13制成为有一U形端，因此，光接收器件429不仅与U形端第一臂部分的边缘面13A毗连，而且也与U形端第二臂部分的边缘面13A’毗连。因而可以无需大的调整而实现X方向的准确定位。另一方面，Y方向的定位是利用对准标记M实现的。
图33D表示光学模块329的又一种改型。
参照图33D，除了光波导13的一部分27在平行于光波导13光轴的方向延伸到支承衬底1表面的上方之外，光学模块基本上与图33D的光学模块相同。因而，光波导13的部分27起到了导轨的作用，它与放在形成光接收器件329的器件衬底3底面一侧上相应的导槽26啮合。
图33E表示图33E中光学模块329的后视图。
参照图33E，光接收器件429安装在支承衬底1上，首先在稍稍离开光波导13边级面13A的粗略位置上，使导槽26与相应导轨27啮合。其次，向前滑动光接收器件429直至前表面3D与光波导13的边缘面13A接合。因而，无需大的调整就可以实现X方向和Y方向所需的定位。另外，应当注意，如此安装的光接收器件429在Z轴方向不存在自由度。
也可以改变图33D和33E的结构，把导轨27设在光接收器件429底面一侧，与设在支承衬底1上的导槽26啮合。另外，可以把导槽26和导轨27制成V形剖面形状。
下面，将参照图34至36描述几种不同的光学模块，这些光学模块的光接收器件是与光纤直接连接的。第三十个实施例
图34表示按照本发明第三十个实施例中光学模块330结构的剖面图，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所以省略对这些部分的描述。
参照34，光学模块330包括一个安装在支承衬底1上的光接收器件430，它类似于图12中光接收器件408那样成面朝下状态，其中除了类似于图28A和28B实施例、光接收器件430的后表面3C是一平坦的解理面并与支承衬底1上的标记M对准以外，光接收器件430的结构类似于图12中光接收器件408的结构。另外，光接收器件430的前表面3D处在稍微向前的位置，在由前表面3D确定的这种向前突出的部分上有一小的水平上表面28。另外，光接收器件430的倾斜面3A有一倾斜角θ3，它略微小于图4A中的倾斜角θ1。与此相对应，被倾斜面3A折射的光束折射角略微大于光接收器件408中的折射角。此外，与光接收器件408比较，光接收器件430有稍微增加的高度T和稍微减小的长度L。
另一方面，支承衬底1在光接收器件430的前面一侧处有一升高的部分，在支承衬底1这个升高部分上有一V形槽(未表示出)。因此，V形槽是用于夹住光纤20，使光纤20的边缘面20A与光接收器件430的倾斜面3A接合。把光纤20夹在这一V形槽中，就可以使光纤20在Y方向上恰当地定位。仅仅需要沿着V形槽滑动光纤20直至边缘面20A与光接收器件430的上述倾斜面3A接触，就实现了光纤20与光接收器件320的接合。由于这一简单的对准过程，芯20a就与倾斜面3A正确地对准。
在图34中所示的光学模块330中，光接收器件430由电极8连接到支承衬底1，电极8的面积略微大于P型扩散区7的面积。因此，图上表示成好像电极8与n-型InP层6直接接触。然而，这仅仅是一个图示的问题，实际上InP层6通过一薄的绝缘膜与电极8隔离，为了简单起见省略了。第三十一个实施例
图35表示按照本发明第三十一个实施例中光学模块331结构的剖面图，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所以省略对这些部分的描述。
参照图35，光学模块331包括一个在支承衬底1上的光接收器件430，其中光接收器件431基本上与图34中光接收器件430相同，并且类似地固定在支承衬底1上。另一方面，支承衬底1有一V形槽29，它用来放置可能是大直径的光纤20。在此情况中，也是沿着槽29滑动光纤20直至边缘面20A与倾斜面4A接合，实现芯20a与倾斜面3A*之间所需的光路对准。第三十二个实施例
图36表示按照本发明第三十二个实施例中光学模块332结构的剖面图，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所以省略对这些部分的描述。
参照图36，光学模块332包括一个在支承衬底1上的光接收器件432，其中除了光接收器件432是安装成面朝下状态以及后表面3C限定为解理面以外，光接收器件432基本上与图25A中光接收器件422相同。因此，光接收器件432安装到支承衬底1上与图34中的实施例类似。
在光学模块332中，支承衬底1有类似于图35中实施例的V型槽29，光纤20安装到V型槽上，使光纤20的边缘面20A与竖直前表面3D毗连，以便使芯20a恰当对准倾斜面3A。
下面，将对光学单元加以描述，此光学单元中以前已描述过的上述光学模块都安装在通常由金属、陶瓷或塑料制成的盒内，与商品光纤连接器或光纤电缆连接。第三十三个实施例
图37A至37H表示按照本发明第三十三个实施例中一个单元组装过程图，其中那这对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所以省略对这些部分的描述。
应当注意，本实施例的光学单元实现了任一个以前实施例中已描述过的光学模块与用光纤20标志的一短光纤段的光耦合，并且还与夹在玻璃毛细管53内商品光纤连接器54的光耦合，此玻璃毛细管53接着由空心夹持器51夹牢。
参照图37A，一个光学器件600，它可以是一激光二极管或以前描述过的某一类型光接收器件，安装在带有V形槽43a的支承衬底1上形成一个光学模块。如此形成的光学模块通过一中介焊料片47放在金属盒41的平台部分，其中金属盒41有一个在其前侧的前插入孔45a以放入光纤。另外，金属盒41还有一个在其后侧的后插入孔44以放入电缆46，此电缆46可以包括各种电源电缆和信号电缆，然后给带有光学模块的金属盒41加热并同时对支承衬底1加载，使支承衬底1牢固地焊接到金属盒41上。
其次，把光纤20插入金属盒41的前开孔45a中，并且用带V形槽43b的金属片42把光纤20夹住在支承衬底1上，使光纤20进入V形槽43b。另外，把光纤20上的焊环47放在金属盒41上予先确定的相应凹坑45b以封住上述开孔45a。见图37B。
接着，在图37C这一步骤中，在给金属片42加载的同时对金属盒41加热，使金属片42焊接到支承衬底1上。同时，焊料环47软熔，光纤20被固定到金属盒41上。
接着，在37D这一步骤中，电缆46与光学器件600之间进行必要的引线焊接处理，把与金属盒41相同材料的金属盖48安装到盒41上形成气密封接。
再接着，在图37E这一步骤中，用焊接方法将上述空心夹持器51固定在金属盒41的前侧，光纤20的自由端插入到玻璃毛细管53中，玻璃毛管53对着区域52放在夹持器51底部51a上。
然后，在图37F这一步骤中，光纤54放在夹持器51的底部51a上，而光纤54的缆芯54c从右方插入到玻璃毛细管53中。此后，将粘合剂从毛细管53上的开孔53a注入，光纤20和缆芯54c就接合了。
最后，如图37G所示，在玻璃毛细管53的两侧填入诸如氨基甲酸乙酯树脂，聚酰亚胺树脂或有机硅树脂做的粘合剂，以形成一个树脂盖56，顶盖51b放在这样形成的结构上，为的是把空心夹持器51内部与底座部分51a封接在一起。光缆54在它的自由端有一标准的光学连接器，形成所谓的带引线光学单元。
在上述光学单元中，当然可以在光学器件600与光纤20之间放一相应于光波导13的光波导。
图37H表示图37G中沿着A-A’直线切开的光学单元横向剖面图。
参照图37H，可以注意到，空心夹持器51是由底座部分51a和顶部51b接合而成，并把玻璃毛细管53中光缆54的缆芯54c夹在其中间。第三十四个实施例
图38至40表示按照本发明第三十四个实施例的光学单元结构图，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所以省略对这些部分的描述。
参照图38，光学单元包括一个硅制的下衬底1a，光学器件600安装在此衬底上。另外，硅衬底1a在光学器件600前侧处有V形槽可放置光纤20。此外，硅衬底1a有另一个较大的V形槽与上述V形槽连接，用于容纳光纤20自由端上的第一个套筒61。光纤20是用焊料片47a固定在衬底1a上。
应当注意到，硅衬底1a的上表面覆盖着未表示出的一电极层，另一电极层59放在该电极层上，它们中间有插入的绝缘膜。因而，焊料片47a与电极层59接触。
在这样形成的硅衬底1a上面还有另一个硅衬底1b，其中硅衬底1b有对应的凹陷部分和V形槽，以容纳光学器件600及在它下表面上的光纤20和套筒61。另外，硅衬底1b在其下部主表面上有一对应于焊料片47a的焊料片47b。
把上衬底1b放置在下衬底1a上面，在牢固地把上衬底1b紧压到下衬底1a的同时，对由此形成的结构加热，制成了在其上面带套筒61的光学模块。
在如此形成的光学模块中，应当注意到，光纤20的自由端与套筒61的端面形成一齐平的面。因此，如图39中所示，把放在光纤63一端的光学连接器64与套筒61接合，就可以在光学模块与光纤63之间实现有效的光耦合。
图40表示光学连接器64结构的剖面图。
参照图40，光学连接器54包括一个内部镶有铸模树脂衬套64b的圆柱形钢外壳64a。另外，一个磷青铜由衬套64C镶在树脂衬套64b内，以及一个带法兰部件64d的第二个套筒64e放在内衬套64b内。法兰部件64b被一螺旋弹簧64f压紧。
光纤63b有一与套筒64e端面齐平的端面，在与其相对的一端有一未画出的标准光学连接器。光纤63b的暴露部分被树脂涂层覆盖。
应当注意，铸模树脂衬套64b固定在外壳64a内，并顶住套筒64e的法兰64d，此套筒64e被螺旋弹簧64f向左压紧。在这种状态下把第一个套筒61插入到内衬套64c。第二个套筒64e总与套筒61合在一起被推向右方。因而，被套筒61夹住的光纤*20与夹在套筒64e中光纤63c相应的端面持续地合在一起，所以在其中间维持极好的光耦合。第三十五个实施例
图41A和41B表示按照本发明第三十五个实施例中光学单元的结构，其中那些对应于以前描述过的部分用相同的参照数字来表示，所以省略对这些部分的描述。
参照图41A，例如，图34的光接收器件430安装在Si支承衬底1上，其中应当注意到，光接收器件430包括四个对应于四个光学通道的互相平行的光电二极管PD。对应于四个光电二极管PD，在支承衬底1上有四个V形槽，使每个V形槽夹住一根光纤55C，并且光纤55C的边缘面与光接收器件430的折射面3A接合。其他光纤光缆也同样地安装。
在光纤光缆这样安装以后，如图41B所示，从上面放一块Si制成的压板42，使压板42把光纤光缆压紧在支承衬底1上。把压板42固定在支承衬底1上，就能容易地制成阵列型光学单元。
应当注意，参照图28至36，至今已描述过的光学模块结构也可应用于在其上面有其他各种光接收器件的其他光学模块。
此外，本发明不限于至今已描述过的各个实施例，在不偏离此本发明范围的条件下可以有各种变化和改型。

Claims (29)

1.一个光接收器件包括：
一个有第一主面和第二主面的器件衬底(1)；
一个在所述器件衬底所述第一主面一侧形成的光探测区域(7)，所述光探测区域包括一个在所述第一主面附近形成的扩散区，所述扩散区从而形成一个结；
一个在所述器件衬底一部分上形成的倾斜面(3A，3A1，3A2)，它相对于所述第二主面有一倾斜角(θ1)，所述倾斜面使入射到此面上的光束偏折到所述光探测区域；
一个放在所述器件衬底所述第一主面所述一侧的第一电极(8)，它对应所述光探测区域并与所述扩散区接触；以及
一个放在所述器件衬底所述第二主面一侧的第二电极(11)，它用于对所述光探测区域所述结加反向偏置。
2.根据权利要求1的光接收器件，其中所述倾斜面(3A，3A1，3A2)为一平坦表面。
3.根据权利要求1的光接收器件，其中所述倾斜面(3B，3B1，3B2)为一弯曲表面。
4.根据权利要求1的光接收器件，其中所述器件衬底(3)有一竖直侧壁(3D)，它用于接收所述器件衬底前侧处的所述光束，且其中所述倾斜面(3A)放在所述器件衬底后侧处的所述器件衬底上，所述倾斜面在其上面有一反射镀层。
5.根据权利要求1的光接收器件，其中所述光探测区域(71，72)是在所述器件衬底(3)所述第一主面所述那一侧处的多个位置上，所述多个光探测区域中的每一个检测沿着各不相同的一条光路入射到其上面的光束。
6.根据权利要求1的光接收器件，其中所述光探测区域包括一个作为其一部分的光吸收层(5)，其中所述光吸收层有设定的带隙能量(Eg)和设定的厚度，与有较长波长的光辐射比较，使具有被检测所述光束波长的光辐射被选择性地吸收。
7.根据权利要求1的光接收器件，其中所述器件衬底在其所述第一主面上有一λ/4多层反射滤光片(4’)，使所述λ/4多层反射滤光片介于所述器件衬底(3)与所述光探测区域(7a，7b)之间。
8.一个光接收器件包括：
一个有一主面的器件衬底(3)；
一个在所述器件衬底所述主面一侧形成的光探测区域(7)，所述光探测区域包括在所述主面附近形成的一扩散区(7)，所述扩散区从而形成一个结；
一个在所述器件衬底一部分上形成的倾斜面(3A)，它相对于所述主面有一倾斜角，所述倾斜面使入射到此面上的光束偏折到所述光探测区域；
一个放在所述器件衬底所述主面所述那一侧的第一电极(8)，它对应所述光探测区域并与所述扩散区接触；以及
一个放在所述器件衬底所述主面所述那一侧并与所述器件衬底有电接触的第二电极(18)，它用于对所述光探测区域所述结加反向偏置，所述第二电极基本上覆盖所述主面的剩余面积。
9.根据权利要求8的光接收器件，其中所述光接收器件包括一个在所述器件衬底所述主面所述那一侧处的接触结构，所述接触结构暴露出位于所述扩散区(7)下面的半导体层(4)，所述第二电极沿着所述接触结构延伸且在电路上与所述半导体层接触。
10.根据权利要求8的光接收器件，其中所述倾斜面(3A，3A1，3A2)为一平坦表面。
11.根据权利要求8的光接收器件，其中所述倾斜面(3B，3B1，3B2)为一弯曲表面。
12.根据权利要求8的光接收器件，其中所述器件衬底(3)有一竖直侧壁，它用于在所述器件衬底前侧接收所述光束，且其中所述倾斜面(3A)放在所述器件衬底后侧的所述器件衬底上，所述倾斜面在其上面有一反射镀层(15)。
13.根据权利要求8的光接收器件，其中所述光探测区域(7)设在所述器件衬底所述第一主面所述那一侧处多个位置(PD1，PD2)上，所述多个光探测区域中的每一个检测沿着各不相同的一条光路入射到其上面的光束。
14.根据权利要求8的光接收器件，其中所述光探测区域包括一个作为其一部分的光吸收层(5)，其中所述光吸收层有设定带隙能量(Eg)和设定的厚度。与有较长波长的光辐射比较，使具有被检测所述光束波长的光辐射被选择性地吸收。
15.根据权利要求8的光接收器件，其中所述器件衬底在其所述第一主面上有一λ/4多层反射滤光片，使所述λ/4多层滤光片介于所述器件衬底与所述光探测区域之间。
16.一个光学模块包括：
一支承衬底(1)；以及
一个放在所述支承衬底上的光接收器件(401-413；422-428)，所述光接收器件包括：一个有第一主面和第二主面的器件衬底；一个在所述器件衬底所述第一主面一侧处形成的光探测区域，所述光探测区域包括一个在所述第一主面附近形成的扩散区，所述扩散区从而形成一个结，一个在所述器件衬底一部分上形成的倾斜面，所述倾斜面相对于所述第二主面有一倾斜角，所述倾斜角使入射到此面上的光束偏折到所述光探测区域；一个放在所述器件衬底所述第一主面所述那一侧的第一电极，它对应所述光探测区域并与所述扩散区接触；以及一个放在所述器件衬底所述第二主面一侧的第二电极，它用于对所述光探测区域所述结加反向偏置；
其中所述光接收器件安装在所述器件衬底上，它是通过把第一和第二电极(8，11)中任一个连接到所述反射衬底上实现的。
17.一个光学模块包括：
一支承衬底(1)；以及
一个放在所述支承衬底上的光接收器件(418-421)，所述光接收器件包括：一个有一主面的器件衬底；一个在所述器件衬底所述主面一侧形成的光探测区域；所述光探测区域包括一个在所述主面附近形成的扩散区，所述扩散区从而形成一个结；一个在所述器件衬底一部分上形成的倾斜面，此倾斜面相对于所述主面有一倾斜角，所述倾斜面使入射到此面上的光束偏折到所述光探测区域；一个放在所述器件衬底所述主面所述那一侧的第一电极，它对应所述光探测区域并与扩散区接触；以及一个放在所述器件衬底所述主面所述那一侧并与所述器件衬底有电接触的第二电极，它用于对所述光探测区域所述结加反向偏置，所述第二电极基本上覆盖所述主面的余留面积。
其中所述光接收器件安装在所述支承衬底上，它是把所述第一和第二电极(8，18)连接到所述支承衬底上面实现的。
18.一个光学模块包括：
一支承衬底(1)；以及
一个放在所述支承衬底上的光接收器件(414-417)，所述光接收器件包括：一个有第一主面和第二主面的器件衬底；一个在所述器件衬底所述第一主面一侧形成的光探测区域，所述光探测区域包括一个在所述主面附近形成的扩散区，所述扩散区从而形成一个结；一个在所述器件衬底一部分上形成的倾斜面，此倾斜面相对于所述主面有一倾斜角，所述倾斜面使入射到此面上的光速偏折到所述光探测区域；一个放在所述器件衬底所述第一主面所述那一侧的第一电极，它对应所述光探测区域并与所述扩散区接触；以及一个放在所述器件衬底所述第一主面所述那一侧并与所述器件衬底有电接触的第二电极，它用于对所述光探测区域的所述结加反向偏置，所述第二电极基本上覆盖所述主面的余留面积。
其中所述光接收器件用放在所述器件衬底所述第二主面上的键合材料(19，19a，19b)固定在所述支承衬底上。
19.一个光学模块包括：
一个支承衬底(1)；以及
一个放在所述支承衬底上的光接收器件(424)，所述光接收器件包括：一个有第一主面和第二主面的器件衬底；一个在所述器件衬底的所述第一主面一侧形成的光探测区域，所述光探测区域包括一个在所述第一主面附近形成的扩散区，所述扩散区从而形成一个结；一个在所述器件衬底一部分上形成的倾斜面，此倾斜面相对于所述第二主面有一倾斜角，所述倾斜面使入射到此面上的光束偏折到所述光探测区域；
所述器件衬底有一竖直延伸到所述支承衬底主面的平坦侧壁，和用于把所述光接收器件安装到所述支承衬底上；
所述支承衬底在其上面有一标记(M1，M2)，它对准所述器件衬底所述平坦侧壁(3C)。
20.一个光学模块包括：
一个带凸块(23)的支承衬底(1)；以及
一个放在所述支承衬底上的光接收器件(425，426)，所述光接收器件包括：一个有第一主面和第二主面的器件衬底；一个在所述器件衬底所述第一主面一侧形成的光探测区域，所述光探测区域包括一个在所述第一主面附近形成的扩散区，所述扩散区从而形成一个结；以及一个在所述器件衬底一部分上形成的倾斜面，此倾斜面相对于所述第二主面有一倾斜角，所述倾斜面使入射到此面上的光束偏折到所述光探测区域；
所述器件衬底在其所述第二主面上有一凹陷部分；
所述支承衬底在其上面载有所述光接收器件，它使所述支承衬底上的所述凸块嵌入所述器件衬底所述凹陷部分。
21.一个光学模块包括：
一个支承衬度(1)；以及
一个放在所述支承衬底上的光接收器件(427)，所述光接收器件包括：一个有第一主面和第二主面的器件衬底；一个在所述器件衬底所述第一主面一侧形成的光探测区域，所述光探测区域包括一个在所述第一主面附近形成的扩散区，所述扩散区从而形成一个结；以及一个在所述器件衬底一部分上形成的倾斜面，此倾斜面朝相对于第二主面有一倾斜角，所述倾斜面使入射到此面上的光束偏折到所述光探测区域；
所述器件衬底有一竖直延伸到所述支承衬底主面的平坦侧壁(3C)，它用于把所述光接收器件安装到所述支承衬底上；
所述支承衬底在其所述主面上载有一凸块(23)，此凸块与所述器件衬底所述平坦侧壁接合。
22.一个光学模块包括：
一个支承衬底(1)；
一个放在所述支承衬底(1)上的光波导；
一个放在所述支承衬底上的光接收器件(428，429)，所述光接收器件包括：一个有第一主面和第二主面的器件衬底；一个在所述器件衬底所述第一主面一侧形成的光探测区域，所述光探测区域包括一个在所述第一主面附近形成的扩散区，所述扩散区从而形成一个结；以及一个在所述器件衬底一部分上形成的倾斜面，此倾斜面相对于所述第二主面有一倾斜角，所述倾斜面使入射到此面上的光束偏折到所述光探测区域；
所述器件衬底有一竖直延伸到所述支承衬底主面的平坦侧壁(3D)，它用于把所述光接收器件安装到所述支承衬底上。
所述支承衬底在其上面载有所述光波导，使所述光波导(3)一边缘面(3A)与所述器件衬底所述平坦侧壁(3D)接合。
23.根据权利要求22的一个光学模块，其中所述光接收器件(428)在其上表面有一靠近所述平坦侧壁(3D)的定位标记(M)。
24.根据权利要求22的一个光学模块，其中所述支承衬底(1)在其上面有一沿着所述光波导光轴方向延伸的凸块(27)，所述光接收器件有一相应的槽(26)，使所述支承衬底所述凸块在所述光接收器件安装到所述支承衬底上时嵌入所述槽上。
25.一个光学模块包括：
一个支承衬底(1)；
一个放在所述支承衬底上引导光学信号通过的光波导结构(13)；
一个放在所述支承衬底上的光接收器件(429)，所述光接收器件包括：一个有第一主面和第二主面的器件衬底；一个在所述器件衬底所述第一主面一侧形成的光探测区域，所述光探测区域包括一个在所述第一主面附近形成的扩散区，所述扩散区从而形成一个结；以及一个在所述器件衬底一部分上形成的倾斜面，此倾斜面相对于所述第二主面有一倾斜角，所述倾斜面使入射到此面上的光束偏折到所述光探测区域；以及
一个放在所述支承衬底上的发光器件(500)；
所述光接收器件和所述发光器件安排成与所述光波导结构在光路上对准，使所要这光波导结构发出的光束入射到所述光接收器件所述倾斜面上，并且使所述发光器件发出的光束进入所述光波导结构；
所述光接收器件和所述发光器件安排成这样，使所述发光器件发出的光束还射到所述光接收器件所述倾斜面上。
26.一个光学模块包括：
一个支承衬底(1)；以及
一个放在所述支承衬底上的光接收器件(428)，所述光接收器件包括：一个有第一主面和第二主面的器件衬底；一个在所述器件衬底所述第一主面一侧形成的光探测区域，所述光探测区域包括一个在所述第一主面附近形成的扩散区，所述扩散区从而形成一个结；以及一个在所述器件衬底一部分上形成的倾斜面，此倾斜面相对于第二主面有一倾斜角，所述倾斜面使入射到此面上的光束偏折到所述光学探测区域；
所述器件衬底在所述第二主面上有一与侧壁连通的出口结构(24)，此出口结构用于排出把所述器件衬底键合到所述支承衬底上的材料，该侧壁不在所述器件衬底所述倾斜面的那个部分。
27.一个光学单元包括：
一个封装衬底(41)；
一个放在所述封装衬底上的光波导，所述光波导有第一边缘面和反方向的第二边缘面，
一个放在所述封装衬底上的光接收器件(600)，所述光接收器件包括：一个有第一主面和第二主面的器件衬底；一个在所述器件衬底所述第一主面一侧形成的光探测区域，所述光探测区域包括一个在第一主面附近形成的扩散区，所述扩散区从而形成一个结；以及一个在所述器件衬底一部分上形成的倾斜面，此倾斜面相对于所述第二主面有一倾斜角，所述倾斜面使入射到此面上的光束偏折到所述光探测区域；
所述光接收器件安排在所述封装衬底上，使所述器件衬底所述倾斜面与所述光波导所述第一边缘面之间建立起光耦合；
一根有第一和第二边缘面的第一光纤(20)，所述第一光纤放在所述封装衬底上，使所述第一光纤所述第一边缘面与所述光波导所述第二边缘之间建立起光耦合，所述第一光纤有一暴露的外表面；
一根在第一端和第二端分别有第一边缘面和第二边缘面的第二光纤(54)；
一个夹住所述第一光纤所述第二端和所述第二光纤第一端的夹持器(51)，所述夹持器安排在所述封装衬底上，使所述第二光纤所述第一边缘面与所述第一光纤所述第二边缘面之间建立起光耦合；以及
一个放在所述第二光纤所述第二端上的光学耦合器(54a)。
28.一个光学单元包括：
一个封装衬底(1a)；
一个放在所述封装衬底上的光波导，所述光波导有第一边缘面和反方向的第二边缘面；
一个放在所述封装衬底上的光接收器件(600)，所述光接收器件包括：一个有第一主面和第二主面的器件衬底；一个在所述器件衬底所述第一放面一侧形成的光探测区域，所述光探测区域包括一个在所述第一主面附近形成的扩散区，所述扩散区从而形成一个结；以及一个在所述器件衬底一部分上形成的倾斜面，此倾斜面相对于所述第二主面有一倾斜角，所述倾斜面使入射到此面上的光束偏折到所述光探测区域；
所述光接收器件安排在所述封装衬底上，使所述器件衬底所述倾斜面与所述光波导所述第一边缘面之间建立起光耦合；
一根有第一和第二边缘面的光纤(20)，所述光纤安排在所述封装衬底上，使所述光纤所述第一边缘面与所述光波导所述第二边缘面之间建立起光耦合，所述光纤有一暴露的外表面；以及
一个夹住所述光纤所述第二端的套筒(61)，所述套筒有一端面，此端面露出所述光纤所述第二端并与之齐平。
29。一个光学单元包括：
一个封装衬底(1a，1)；
一个放在所述封装衬底上的光波导，所述光波导有第一边缘面和反方向的第二边缘面；
一个放在所述封装衬底上的光接收器件(430，600)，所述光接收器件包括：一个有第一主面和第二主面的器件衬底；一个在所述器件衬底所述第一主面一侧形成的光探测区域，所述光探测区域包括一个在所述第一主面附近形成的扩散区，所述扩散区从而形成一个结；以及一个在所述器件衬底一部分上形成的倾斜面，此倾斜面相对于所述第二主面有一倾斜角，所述倾斜面使入射到此面上的光束偏折到所述光探测区域；
所述光接收器件安排在所述封装衬底上，使所述器件衬底所述倾斜面与所述光波导所述第一边缘面之间建立起光耦合；
一根被夹住在所述封装衬底上的光纤(20，55C)，所述光纤的一端与所述光波导所述第二边缘面之间建立起光耦合；以及
一个放在所述封装衬底上的盖子(1b，42)，它用于盖住包括所述光接收器件、所述光波导和所述光纤所述端在内的所述光波导，所述盖子和所述封装衬底形成气密封接。
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