使用微型发光二极管(MICROLED)的芯片级光学互连的制作方法

使用微型发光二极管(microled)的芯片级光学互连


背景技术：

1.本技术案大体上涉及具有使用光学链路的短距离连接的高速电子封装。
2.随着时间的推移，光学互连已取代电连接。光纤的低光学损耗、光的固有高带宽、无干扰并且无寄生电感及电容都是有利于互连的光调制的特性。从长距离开始，随着时间的推移，光学器件的优势已在较短距离尺度内得到证明。现今，超过几米的最高速链路几乎总是光学的。在过去十年中，数据中心的增长及连接交换机及服务器的光学组件的大规模部署已产生大量光学组件且导致制造基础设施的重大创新及投资，这已降低光学器件的成本，从而进一步实现它们的部署。
3.然而，在低于一米的长度下，互连仍然是电气的且是性能的壁垒。集成电路，例如cpu及gpu较大，且跨硅芯片发送数据及时钟信号可受互连金属的rc时间常数的限制。从芯片获取信息到共同封装的存储器且连接到外围设备都消耗大量电力，因为电互连是有损耗的，使信号失真，且具有需要电力充电的电容。通常必须使用时钟及数据恢复电路来定期清理信号，这需要相当大的电力。在服务器中，小于5％的电力消耗是用于门中的实际计算，而大于95％是用于跨ic、从封装传送数据及与外围设备通信。
4.除了电气布线的rc及损耗问题以外，还存在这些互连通常局限于2d平面，例如，在芯片、陶瓷封装、硅中介层或电路板的表面上的限制。
5.随着摩尔定律(moore’s law)的放缓，短距离尺度下的电互连问题已成为关键壁垒。现在更多地通过并行化来获得更大的计算能力，其强调处理器块之间的通信。人工智能电路及图形处理单元的增加的重要性全部受较短距离下的这种通信壁垒的限制。芯片上时钟同步的困难、有限的存储器带宽及存取数据的长延时都阻碍高速计算。
6.作为实例，gpu(图形处理单元)及微处理器趋向于高速存取大量存储器。可用存储器的量及从存储器存取数据的延时是由电互连的限制带来的严重限制。最低延时存储器是直接与处理器并入相同芯片中的板载高速缓存。但可集成多少高速缓存存在限制。为了存取更多存储器，使用先进封装技术(像使用硅中介层或硅桥)来将高带宽存储器(hbm)与处理器共同封装。图1展示处理器与存储器之间的这个共同封装的示意图。图1展示半导体封装111，其中图形处理器单元(gpu)芯片113居中位于半导体封装中。hbm芯片115a到115f围绕gpu芯片的外围。为了存取更多的存储器，处理器可通过较慢总线(pcie/cxl/或genz)与位于更远处的存储器通信。但这当然是以更高延时及更慢传送速率为代价。
7.hbm模块可在存储器堆叠121中实施为dram堆叠，所述dram堆叠安装在通过电连接连接到gpu 113的控制器芯片的顶部上，所述电连接穿过两者位于其上的硅中介层123。堆叠可为8层高，且可存在连接到每一裸片的128条通道以形成1024条线宽的总线。传送速率是0.5gt/s，未来移动到2gt/s或更高，以为每一hbm提供500gb/s到2tb/s的总传送速率。gpu通常具有4个此类hbm模块，从而提供高达10tb/s的总传送速率及大约150gb的总可存取存储器。
8.当然，更多ddr存储器在更远离处理器处可用，通常容量为大约256gb到2tb，传送速率较慢，为大约250gb/s。pcie总线的使用可存取更大存储，但速率较慢，为大约每
x16pcie 64gb/s。
[0009][0010]
从根本上说，光学器件穿透这些较小链路的壁垒在于既产生光又通过适当介质传输光。
[0011]
在传输侧，激光器通常不适合大量用于短距离互连。边缘发射激光器通常相对较大，长度为几百微米。它们通常在与硅不相容的iii到v族材料上生长，其产量远低于硅中的电子装置。半导体激光器具有较高温度敏感性，其功率及可靠性在处理器ic的正常温度下迅速下降。激光器还具有大约几毫安的阈值电流，这会浪费电力。代替波导边缘发射激光器，垂直腔激光器可被认为更适当，因为它们更小且具有更低阈值电流，但它们对温度更加敏感。已研究使用外部激光器及芯片上调制器，但波导调制器有损耗，消耗大量电力且通常与边缘发射激光器的尺寸相同。垂直腔调制器对温度敏感且难以使用。
[0012]
近来，硅光子学及iii到v族材料与硅的异质集成已导致光学收发器的进步，且有望在将光学链路带到更短距离方面取得突破。然而，硅光子学也有损耗且消耗与iii到v族组件相同量的电力。
[0013]
介质也是一个问题。将光纤耦合到硅芯片且将横向光波导与共同封装的激光器及电子器件集成是复杂又昂贵的。此外，它没有打破信号在平面中的2d限制。vcsel或垂直腔调制器在自由空间中、芯片上及外使用光学器件是一种可能性，但关于激光器论述的所有问题仍将适用。


技术实现要素：

[0014]
一些实施例的方面利用用于显示器及波导结构的光学装置的不相关领域中的进步来一起控制三维(3d)光束，打破短距离数据通信中的技术壁垒且提供可在短距离下形成潜在快速、低功率及低成本的数据连接的装置的实施方案。这可帮助同步芯片上的时钟信号，跨芯片传送数据，将ic与存储器连接，且连接到其它外围设备。
[0015]
在一些实施例中，在使用led作为光源的两个半导体芯片之间提供光学通信。在一些实施例中，两个半导体芯片在相同封装内，或耦合到相同封装衬底。在一些实施例中，半导体芯片中的至少一者经配置以将数据信号提供到led，而半导体芯片中的另一者具有作为芯片的部分抑或耦合到芯片的检测器以检测来自led的光。在一些实施例中，led及检测器使用波导光学耦合。在一些实施例中，两个半导体芯片经配置以将数据信号提供到led且两个半导体芯片具有用于检测来自另一芯片的led的光的检测器。在各个实施例中，led是微型led。
[0016]
一些实施例提供一种具有芯片间光学通信能力的多芯片模块，其包括：半导体封装；衬底，其在所述半导体封装内；第一半导体芯片，其包含在所述半导体封装内的逻辑电路，所述第一半导体芯片电耦合到所述衬底；第二半导体芯片，其包含在所述半导体封装内的逻辑电路，所述第二半导体芯片电耦合到所述衬底；第一微型led，其耦合到所述半导体封装内的所述第一半导体芯片；电路，其在所述半导体封装内且用于基于所述第一半导体芯片的所述逻辑电路的信号驱动所述第一微型led；至少一个波导；及第一光检测器，其在所述半导体封装内且通过所述至少一个波导光学耦合到所述第一微型led，所述第一光检测器电耦合到所述第二半导体芯片的所述逻辑电路。
[0017]
在一些实施例中，第一微型led安装到第一半导体芯片。在一些实施例中，第一微型led接合到第一半导体芯片。在一些实施例中，第一微型led晶片接合到第一半导体芯片。在一些实施例中，第一光检测器安装到第二半导体芯片。在一些实施例中，第一微型led是与第一半导体芯片分开的收发器的部分。在一些实施例中，第一光检测器是与第二半导体芯片分开的收发器的部分。在一些实施例中，波导在衬底的表面上。在一些实施例中，波导在衬底内。在一些实施例中，波导在另一衬底的表面上。在一些实施例中，波导在另一衬底内。
[0018]
在一些实施例中，衬底包括中介层。在一些实施例中，第一半导体芯片包括处理器且第二半导体芯片包括存储器。
[0019]
在一些实施例中，微型led大约为2um
×
2um或更小。在一些实施例中，至少一个波导在平面光波电路中。在一些实施例中，至少一个波导包含镜子或角度抛光的边缘。在一些实施例中，至少一个波导是三维(3d)波导。在一些实施例中，3d波导在玻璃中。在一些实施例中，至少一个波导是多模波导。
[0020]
在一些实施例中，至少一个波导是单模波导。
[0021]
一些实施例进一步包括：第二微型led，其耦合到所述半导体封装内的所述第二半导体芯片；电路，其在所述半导体封装内且用于基于所述第二半导体芯片的所述逻辑电路的信号驱动所述第二微型led；第二光检测器，其在所述半导体封装内且光学耦合到所述第二微型led且电耦合到所述第一半导体芯片的所述逻辑电路。
[0022]
在一些此类实施例中，第二微型led安装到第二半导体芯片。在一些此类实施例中，第二光检测器安装到第一半导体芯片。在一些此类实施例中，第一微型led及第二光检测器是与第一半导体芯片分开的第一收发器的部分，且第二微型led及第一光检测器是与第二半导体芯片分开的第二收发器的部分。在一些此类实施例中，第一微型led接合到第一半导体芯片且第二微型led接合到第二半导体芯片。在一些此类实施例中，第一微型led及第二微型led大约为2μm
×
2μm。一些实施例进一步包括将来自第一微型led的光耦合到至少一个波导中的透镜。
[0023]
一些实施例提供一种用于共同衬底上的半导体芯片的光学通信系统，其包括：多个第一微型led，它们与第一半导体芯片相关联，所述第一半导体芯片电耦合到衬底；多个第一光检测器，它们与第二半导体芯片相关联，所述第二半导体芯片电耦合到所述衬底；及多个波导，所述多个波导中的每一者将所述多个第一微型led中的不同第一微型led与所述多个第一光检测器中的不同第一光检测器耦合。
[0024]
在一些实施例中，多个波导包括二氧化硅波导。在一些实施例中，二氧化硅波导在
玻璃衬底中。一些实施例进一步包括在玻璃衬底中的经蚀刻镜子。在一些实施例中，至少一些波导通过分光器结合。在一些实施例中，第一半导体芯片包括处理器且第二半导体芯片包括存储器。在一些实施例中，波导包括2维波导。在一些实施例中，波导包括3维波导。一些实施例进一步包含具有至少一些波导的基座，所述基座包含用于第一半导体芯片及第二半导体芯片中的至少一者的电接口。
[0025]
一些实施例提供一种用于半导体芯片的光学通信系统，其包括：集成电路(ic)芯片；至少一个led，其在所述ic芯片上；至少一个光检测器，其在所述ic芯片上；及衬底，所述衬底具有到所述ic芯片的电耦合件，所述衬底具有用于光学耦合所述至少一个led及所述至少一个光检测器的至少一个波导。
[0026]
在一些实施例中，至少一个波导包含用于使从至少一个led接收的光转向且将所述光引导到至少一个光检测器的镜子。在一些实施例中，ic芯片包括处理器。在一些实施例中，衬底包括基座。在一些实施例中，衬底包括中介层。在一些实施例中，电耦合件包括焊料微凸块。在一些实施例中，衬底包含穿芯片通孔。
[0027]
在审阅本公开後更充分地理解本发明的这些及其它方面。
附图说明
[0028]
图1展示处理器芯片当前如何与高带宽存储器(hbm)一起封装(先前技术)。
[0029]
图2展示具有微型led及与光波导芯片对接的检测器的电子ic。
[0030]
图3展示三维波导芯片可如何在不同小面上连接多个ic。
[0031]
图4展示波导芯片也可如何具有金属化及通孔以提供到硅处理器芯片的电连接。
[0032]
图5a到e说明耦合到衬底的集成电路芯片，其具有用于在集成电路芯片之间传达信息的基于led的光学通信。
[0033]
图6展示微透镜可如何增加光束的亮度且改进与光波导的耦合。
具体实施方式
[0034]
根据本发明的实施例使用led(在各个实施例中为微型led)用于芯片间通信，其中在一些实施例中，通信中的芯片在共同封装内或在共同封装衬底上。一些实施例使用微型led阵列，例如每一者大约为2um
×
2um的蓝色led。在一些实施例中，微型led与半导体激光器(sl)的区别如下：(1)微型led不具有光学谐振器结构；(2)来自微型led的光学输出几乎完全是自发发射，而来自sl的输出主要是受激发射；(3)来自微型led的光输出在时间及空间上不相干，而来自sl的输出具有显著时间及空间相干性；(4)微型led经设计以驱动到下至零最小电流，而sl经设计以驱动到下至最小阈值电流，所述最小阈值电流通常为至少1ma。在一些实施例中，微型led与标准led的区别在于(1)具有在一些实施例中小于25um
×
25um、在一些实施例中小于10um
×
10um、在一些实施例中小于5um
×
5um的发射区；(2)常常在顶及底表面上具有正及负接触件，而标准led通常在单一表面上具有正及负接触件两者；(3)通常用于显示器及互连应用的大型阵列中。在一些实施例中，微型led接合到芯片，在一些实施例中晶片接合到芯片。例如，在一些实施例中，微型led接合到gpu及存储器堆叠。通过微型led产生的蓝光携带通过检测器(例如，gan检测器抑或硅光检测器/光电晶体管)接收的数据。具有类似接合的微型led的存储器模块通过3d波导连接到gpu。
[0035]
近来已为各种显示应用开发出非常高的每英寸像素(ppi)微型led，尺寸小至文献中报道的1um。在这个尺寸，led具有可类似於激光器的一些性质。装置具有与激光器的外部量子效率匹配的高外部量子效率。鉴于它们非常小，它们具有较小的展度，这意味着它们可耦合到小波导中，非常像激光器。虽然不存在受激发射，但几ghz的调制速度是可能的，仅受led的rc时间常数及载子寿命的限制。像载子诱发的波导调制器，可通过在非周期期间反转偏压而获得较快响应。也可通过在高电流密度下驱动led而获得较快响应。驱动电流可低至50na，具有良好的外部效率，且实际上将受给定功率下接收器的比特错误率(ber)的限制。
[0036]
还开发出了用于将大约一百万个微型led附接到硅ic的接合技术。可通过与通孔的氧化物-氧化物键合获得低电容。高温步骤使通孔中的金属膨胀且将它们熔合在一起。使用市售设备，源led晶片与目标晶片(其通常是含有led驱动电路的硅晶片)之间的对准可为亚微米级。
[0037]
蓝色gan微型led通常在大约430nm，硅高度吸收且可实现具有小吸收长度的非常快的光检测器的波长处具有发射峰值。可使用雪崩光电二极管(apd)结构来获得更低噪声的操作。
[0038]
当然，led不具有激光器的相干性且在相对较宽的光谱内发射光。在长距离下，这可能是一个严重问题，因为任何介质是色散的且广光谱带宽将导致脉冲随距离的时间扩展。然而，这不是问题，因为应用通常以大约1到5gb/s行进几厘米。从数字上看，以430nm为中心的蓝色微型led的光谱的半峰全宽(fwhm)可能是大约20nm，且熔融二氧化硅的色散(dn/dλ)是大约0.08/um，所以加宽将发生在许多米的尺度上。
[0039]
剩下的问题是芯片之间的光学互连。最简单的实施方案将为使用具有镜子或甚至角度抛光的边缘的硅上二氧化硅平面光波电路(plc)，这是一项成熟的技术。在一些实施例中，可使用sio2、sin或sion波导阵列。在一些实施例中，可使用聚合物波导。sio2、sin或sion波导阵列可制造在硬性平面衬底(例如硅或玻璃)上。聚合物波导可制造在先前提及的硬性平面衬底中的一者上，或在例如聚酯薄膜的柔性衬底上，而支持不局限于位于平面中的柔性波导阵列。这些波导阵列通常是使用像光刻、平面沉积、蚀刻及扩散的平面半导体技术来制造。在一些实施例中，通过plc中的波导在芯片之间导引光，其中45度镜子或角度抛光的边缘用于将垂直发射的光耦合到水平波导中。人们可将例如分光器的简单光学装置并入plc芯片中。多层波导可形成于彼此的顶部上，它们具有镜子及垂直波导。一个更强大的实施方案是使用可使用若干技术在玻璃中建立的3d波导。一种常见方法是通过将高功率激光聚焦到块状玻璃中以产生充当较高指数的材料或微透镜的缺陷。可以这种方式形成任意3d波导。这些缺陷充当波导以将能量从发射器载送到接收器。也可使用例如3d印刷的替代方法来制作密集光波导。即使没有波导，微透镜及镜子也可同时使数千光束偏转。
[0040]
通过使用图来论述这些方面。
[0041]
图2展示包含本发明的方面的实施例的简单实施方案。在这个情况中，两个芯片被展示为与光波导光学互连。最左侧的芯片是例如cpu 211，且最右侧的芯片是存储器213。芯片从下方使用标准焊料凸块或微凸块215电连接到衬底或封装。
[0042]
两个芯片含有微型led 217及光检测器219。虽然仅展示几个微型led，但典型应用将具有数以万计或甚至数百万个微型led。微型led分别生长于像蓝宝石、gan或硅的适合“源”衬底221上，且接着从源衬底剥离且接合到“目标”衬底或芯片上。这个过程存在商业设
备，且实际上在左侧展示硅上的微型led的照片。主要针对微型led显示器开发这项技术，其中硅芯片是用来寻址微型led的背板。通常，焊料用于将微型led接合到目标衬底或芯片，且通常存在后续处理步骤(例如平坦化及金属化)以将微型led电连接到cmos硅芯片。微型led将具有2微米
×
2微米的典型尺寸。
[0043]
硅芯片也将具有制造在其表面上的光检测器。这些可容易使用p-i-n或apd架构在硅中制造。在接近430nm的波长下，硅高度吸收，吸收系数为大约5
×
10^4/cm，且因此1微米的吸收长度足以提供非常高的量子效率。替代地，检测器可制造在gan或其它材料中且以与微型led相同的方式接合到硅。
[0044]
波导结构223经对准且附接到组合件。这个波导晶片的最简单实施方案是使用成熟的硅上二氧化硅技术，通过pecvd或fhd沉积层。这些波导通常通过首先生长大约10或20(或2到5)微米厚的热氧化物层225，接着沉积通常为4(或2)微米的较高指数的锗掺杂芯227而形成于硅晶片上。接着，使用光刻横向图案化这个芯，接着顶部包层229由二氧化硅形成。在图中，未展示硅衬底且大大地放大波导尺寸。除硅上二氧化硅以外，也可使用其它材料，例如氮氧化硅波导、聚合物波导或其它电介质。波导结构可为简单连接，或可含有分光器或拥有其它功能性。波导在横向方向上可为单模的或多模的。鉴于互连距离非常短，来自多模波导的模态色散在许多情况中将不会限制光学信号的有用数据速率。
[0045]
为耦合进出这些波导的光，可使用各种方法。最简单的可为以大约45度抛光波导晶片的端面。在这个情况中，光通过成角边缘231反射到波导中。这展示在图的最左侧。替代地，可将45度镜子233蚀刻到波导中。这些在图中示意性地展示且在主图的右侧展示蚀刻到硅中的实际镜子的照片。应注意，这个镜子存在多种设计。芯可成45度角，或光可在法向小面离开波导，接着以45度击中第二小面。光也可使用光栅进入波导。代替镜子，也可使用定向成法向于芯片底部且接着转弯90度的波导。
[0046]
如此，光从微型led耦合到波导中，横跨(若干)芯片且向下反射到光检测器上。连接可跨单一芯片，或其可跨许多芯片。
[0047]
取决于led与光检测器之间的光学损耗、接收器灵敏度及所需led调制速度，可在各种电流密度下运行小型2um
×
2um led。在5a/cm^2到10000a/cm^2的范围内的电流密度通常有用，对应于200na到400μa的驱动电流。
[0048]
图2中展示的波导结构是2d波导，其中光在很大程度上局限于平面。然而，可实现含有多于单一波导平面的波导结构。波导可形成于彼此的顶部上以形成多个平面。或许更有趣地，最近已在制造3d波导结构方面取得进展。图3中展示实例，其中多个波导311通过一块玻璃313改变它们的垂直定向。它们可用3d印刷来制造，其中层形成于彼此的顶部上。替代地，将高功率光束聚焦于玻璃中且产生脉冲，而在光束束腰最小的位置处永久地改变材料的光学性质。连接多个经改变区域而形成波导。接着，这些结构可用于连接到玻璃的不同小面处的ic。右上角的图像是形成于玻璃中的用于连接到光纤阵列的3d波导的商业产品示意图。两个下方的图展示这些3d波导可如何连接多个ic。例如，在图3的左侧图像上，gpu 315在一块玻璃317的一个端处，而存储器319a到319d连接到其它小面，且3d波导321连接不同芯片。在一些实施例中，gpu可包含高达一百万个光学输入及输出，数百个存储器芯片光学连接到gpu，每一者具有数以万计的光学连接。
[0049]
通过将光波导层附接到ic，我们可能已移除可用于冷却的表面。图4说明其中光波
导芯片411也可提供电接口，从而留下芯片的另一表面415用于冷却的实施例。如此一来，光波导芯片变成中介层或基座。cpu/gpu芯片419现在倒置而使led 421及光检测器423面向下。光波导层具有镜子425，镜子425接收来自led的光且将它们水平引导且再次回到检测器，如先前说明。然而，这次，芯片经深反应性离子蚀刻(drie)以形成可用标准焊料凸块或微凸块电连接到cpu的穿芯片通孔427。即使没有通孔，电信号429仍可被引导到芯片的外围设备且以这种方式连接。将金属化添加到光波导芯片且添加焊料凸块或微凸块很简单。芯片的另一侧现可容易在标准几何形状中进行冷却。波导也可连接到其它ic。
[0050]
图5a到e说明耦合到衬底的集成电路(ic)芯片，其具有用于在集成电路芯片之间传达信息的基于led的光学通信。在大多数实施例中，led是微型led。为了方便起见，在图5a到e中的每一者中仅展示单一led，在大多数实施例中，存在多个led。在所有图5a到e中，第一ic芯片511a及第二ic芯片511b两者在图5a到e中的衬底的相同侧上安装到衬底513。在一些实施例中，衬底可为集成电路封装的部分。在一些实施例中，衬底可为中介层。在一些实施例中，衬底可为桥，其中例如仅第一ic芯片中的每一者的部分及仅第二ic芯片的部分安装到桥。在一些实施例中，第一ic芯片及第二ic芯片是多芯片模块的部分。ic芯片被展示为具有通过焊料凸块或微凸块515到衬底的通孔的电连接。图5a到e将通孔展示为穿衬底通孔(tsv)517，但在各个实施例中，通孔可通向衬底中的重布层(rdl)或其它信号路由构件，且在一些实施例中，衬底可能未提供用于ic芯片的电连接。光波导519在衬底上，与第一ic芯片及第二ic芯片在相同侧上。在一些实施例中，光波导在衬底内，且在一些实施例中，光波导在衬底的与第一ic芯片及第二ic芯片相对的侧上。
[0051]
在图5a中，led 521在第一ic芯片511a上。来自led的光通过光波导519传播到第二ic芯片511b上的光检测器(未展示)。在一些实施例中，且如图5a中所说明，led具有小于焊料凸块及/或微凸块的高度的高度，且在第一ic芯片与衬底之间的空间中，空间的高度通过焊料凸块/微凸块的尺寸及/或性质确定。用于操作led，将数据信号强加于通过led发射的光的驱动器电路是第一ic芯片的部分。用于处理通过光检测器产生的信号的接收电路是第二ic芯片的部分。在许多实施例中，光检测器是接收电路的部分。在一些实施例中，光检测器是安装到第二ic芯片的离散装置，其中光检测器电耦合到接收电路。在许多实施例中，光波导还将来自第二ic芯片上的led(未展示)的光传递到第一ic芯片上的光检测器(未展示)，其具有用于第二ic芯片的第二芯片部分的led的驱动器电路及与第一ic芯片的光检测器部分相关联的接收电路。由于驱动器电路及接收电路的组合通常可被称为收发器电路，为了方便起见，图5a到e简单地展示收发器电路523a、523b。对于图5a，第一ic芯片包含收发器电路523a且第二ic芯片包含收发器电路523b。led被展示为在具有收发器电路523a的第一ic芯片的部分上，但在一些实施例中，led可不同地定位。
[0052]
对于图5b到e，led未被展示为在第一ic芯片上。在图5b中，led 521代替性地在衬底513上，且收发器电路523a(及523b)在衬底内。在图5b中，收发器电路被展示为在衬底内，且围绕衬底的面向第一ic芯片且与第一ic芯片部分重叠的侧。然而，在各个实施例中，收发器电路可以其它方式定位于衬底内。收发器电路可通过衬底及/或焊料凸块/微凸块的电连接电耦合到第一ic芯片。led 521在图5b中被展示为在衬底的面向第一ic芯片的侧上，在收发器电路523a的位置处。然而，在一些实施例中，led可不同地定位。收发器电路523b相对于衬底及第二ic芯片对应地定位及电耦合。
[0053]
图5c的实施例与图5b的实施例的不同之处在于收发器电路523a、523b在安装于衬底的腔中的半导体裸片中。led可安装到衬底，或如图5c中所说明，安装到收发器半导体裸片。
[0054]
在图5d的实施例中，收发器半导体裸片安装到衬底，其中led在收发器半导体裸片上。在图5e中，收发器半导体裸片通过一或多个焊料凸块或微凸块耦合到衬底，其中收发器裸片上的led在裸片与衬底之间。
[0055]
不同于通常在正向上发射光的激光器，来自led的发射模式通常是朗伯型(lambertian)的。添加光学器件(例如微透镜)可极大地改进到波导的光束耦合。图6展示这种方法的实施方案，以及具有及不具有微透镜的远场角的一些模拟结果。在图6中，微型led 611在cpu/gpu 613上。微透镜615将通过微型led发射的至少一些光聚焦到转向镜617上。转向镜使光转向90度进入光波导619中。微透镜可为微透镜组合件621的部分。在一些实施例中，微透镜组合件可包含3.6um间距的1.5um透镜。运用23度的fwhm，如通过模拟指示，这与单模光纤紧密地模式匹配且可提供高效耦合。然而，在一些实施例中，透镜明显大于led，例如，透镜可具有在一些实施例中为led的尺寸的至少两倍，且在其它实施例中为led的尺寸的至少八倍的直径。
[0056]
与cmos电子器件相比，蓝色微型led可被认为需要相对较大的驱动电压，且适合电路可形成于vlsi中以加正向偏压于led。为了较快响应，可使用反向偏压电压来将载子从led中的量子阱扫出。在一些实施例中，将较高电压线提供到及/或提供在用于驱动器的cmos ic中。替代地，gan是极好的电子材料，且驱动器可与led单片集成。在接收侧，由si或gan检测器制成的检测器可具有非常高的带宽且在结合在短波长下发射的gan led使用时可具有非常高的量子效率。所以各个实施例将具有非常好的接收器信噪比而不需要特殊接收电路。
[0057]
尽管已关于各个实施例论述本发明，然应认识到，本发明包括本公开所支持的新颖且非显而易见的权利要求书。