[发明专利]包含电和光学互连的半导体晶片接合

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求2011年5月10日递交的号码为61/484,563的美国临时专利申请的利益。

技术领域

本发明涉及为实现固态光器件的半导体III-V光子晶片和CMOS电子晶片的接合，在固态光器件中光和电信号在接合的晶片之间转移。

背景技术

3D-IC和固态光技术的出现正使集成光发射体或检测器阵列成为可能，光发射体或检测器阵列从III-V材料图案化并且接合到CMOS控制电路（参见美国专利No. 7,623,560、7,767,479 和7,829,902，以及G. Y. Fan等人的III-nitride micro-emitter arrays: development and applications，J. Phys D: Appl. Phys. 41 (2008)，Z. Gong 等人的Efficient flip-chip InGaN micro-pixellated light-emitting diode arrays: promising candidates for micro-displays and colour conversion， J. Phys D: Appl. Phys. 41 (2008)，和 H. Schneider等人的Dual band QWIP focal plane array for the second and third atmospheric windows, Infrared Physics & Technology, 47 (2005) 53-58）。具体地说，三维集成电路（3D-IC）中最近的进步正在使集成包括较高分辨率阵列的光发射体（参见美国专利No. 7,623,560、7,767,479 和 7,829,902，以及G. Y. Fan等人的III-nitride micro-emitter arrays: development and applications， J. Phys D: Appl. Phys. 41 (2008) 和 Z. Gong等人的Efficient flip-chip InGaN micro-pixellated light-emitting diode arrays: promising candidates for micro-displays and colour conversion， J. Phys D: Appl. Phys. 41 (2008)）或光检测器（参见H. Schneider等人的Dual band QWIP focal plane array for the second and third atmospheric windows，Infrared Physics & Technology，47 (2005) 53-58）（共同称为“光子”阵列）的多层光电子器件成为可能。这样的趋势的证据是在G. Y. Fan等人的III-nitride micro-emitter arrays: development and applications, J. Phys D: Appl. Phys. 41 (2008)中描述的器件，该器件是包括单波长器件像素的微LED阵列器件，单波长器件像素在III-V化合物半导体层（诸如GaN）上图案化、无源驱动并且使用引线接合封装在PGA封装中。在G. Y. Fan等人中，使用了如下技术：使用倒装接合，混合集成了III-V发射体阵列与硅控制IC。单色8×8、16×16和64×64像素的类似的光发射体阵列器件被制造并且使用倒装接合与CMOS集成（参见G. Y. Fan等人的III-nitride micro-emitter arrays: development and applications，J. Phys D: Appl. Phys. 41 (2008)和Z. Gong等人的Efficient flip-chip InGaN micro-pixellated light-emitting diode arrays: promising candidates for micro-displays and colour conversion，J. Phys D: Appl. Phys. 41 (2008)）。这些类型的微发射体阵列器件可以使用倒装和引线接合技术，因为它们的光子元件（像素）尺寸较大（几百微米），这导致低电互连密度，其使得可以使用这样的技术来将III-V光发射阵列接合到控制CMOS。