波導(dǎo)諧振器構(gòu)件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明與電子技術(shù)/電子器件和通信技術(shù)的領(lǐng)域相關(guān)，并且涉及一種波導(dǎo)諧振器 構(gòu)件，其例如可以用在集成電路中以及用在數(shù)據(jù)處理和傳遞中或作為傳感器使用，本發(fā)明 還涉及一種用于制造這種波導(dǎo)諧振器構(gòu)件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在光學(xué)電路中，信號可以以不同頻率的光的形式經(jīng)由光導(dǎo)，即所謂的波導(dǎo)進行傳 輸。在此，波導(dǎo)例如與諧振器耦合，以便從波導(dǎo)中濾出例如特定的離散的信號、頻率或頻率 范圍。濾波器通常具有如下任務(wù)：限制和/或轉(zhuǎn)換施加在濾波器的輸入端上的寬的頻譜，并 且在濾波器的輸出端上提供這些頻率。通過將第二波導(dǎo)耦合到諧振器上，可以將從第一波 導(dǎo)中濾出的頻率轉(zhuǎn)送至第二波導(dǎo)上。因此，借助諧振器有針對性地將信號從第一波導(dǎo)中去 除并且傳遞至第二波導(dǎo)中（下話路濾波器，Drop-Filter)。通過將第二波導(dǎo)與諧振器耦合 也能夠?qū)崿F(xiàn)的是，向第一波導(dǎo)中已經(jīng)存在的信號添加來自第二波導(dǎo)的其他信號（上下話路 濾波器，Add-Drop-Filter)。波導(dǎo)的作用在此是可交換的。
[0003] 濾波器的重要的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是如何可以高效地僅傳遞期望的頻率范圍（諧振的寬 度）。同樣重要的是要存在如下濾波器，該濾波器盡可能精確地僅截住位于期望的范圍之外 的那些頻率，并且該濾波器幾乎不阻止，也就是無損失地讓期望的頻帶之內(nèi)的頻率經(jīng)過。
[0004] 經(jīng)常采用的用來實現(xiàn)濾波器的物理原理基于對諧振頻率的充分利用；這種濾波器 因此叫做諧振濾波器。這些濾波器例如使用環(huán)形諧振器或微球諧振器，它們也可以用作傳 感器。
[0005] 針對批量生產(chǎn)的要求，使用了所謂的環(huán)形諧振濾波器或環(huán)形諧振器。這種環(huán)形諧 振濾波器的結(jié)構(gòu)在此例如通過從娃晶圓（SlO-silicon on insulator，絕緣體上娃）蝕刻來 制成。蝕刻可以按濕化學(xué)方式或通過干式蝕刻法（reactive ion etching，反應(yīng)離子蝕刻） 來實現(xiàn)。通過適當(dāng)?shù)奈g刻過程，波導(dǎo)和環(huán)形諧振器也可以位于不同的平面中，或者通過蝕刻 多個單個的晶圓，這些晶圓重疊地放置并且在諧振器和波導(dǎo)方面彼此精確地定位并且彼此 永久連接。
[0006] 由DE 100 25 307 Al公知了一種格柵輔助型上下話路濾波器（Add/ Drop-Filter)，其具有定向親合器-濾波器的結(jié)構(gòu)，其帶有至少兩個緊密相鄰地延伸的且 具有不同折射率的波導(dǎo)。在此，兩個波導(dǎo)的材料由兩個不同的且具有不同光學(xué)參數(shù)的材料 種類形成，其中，兩種材料的不同特性以如下方式來區(qū)分，即，在以相同的技術(shù)措施作用時 出現(xiàn)不同的效果，并且設(shè)置有用于改變光學(xué)參數(shù)的措施。
[0007] 由US 2003 118 270 Al公知了一種光波導(dǎo)耦合器，其中，波導(dǎo)在諧振條件下或者 在非諧振條件下都與微球諧振器直接耦合。
[0008] 由US 2006 239 614 Al也公知了一種與波導(dǎo)親合的光微諧振器，該光微諧振器由 多個彼此耦合的微柱體構(gòu)成，并且每個微柱體包含都諧振波導(dǎo)。
[0009] 由US 2005 013 529 Al公知了一種微環(huán)諧振器和用于制造這種諧振器的方法。在 此，通過如下方式制造出多個微環(huán)諧振器，即，將前體諧振器結(jié)構(gòu)引到相對波導(dǎo)的特定位置 中，并且使其轉(zhuǎn)變成諧振器。
[0010] 此外，根據(jù)M. P額inger等人所著：〇ptics Express (光學(xué)快訊），第18卷， (2010) 17764公知了一種瓶式微諧振器，其利用了克爾效應(yīng)，其中，兩個錐形的波導(dǎo)與瓶式 微諧振器耦合。
[0011] 此外，根據(jù)S. .Bdttner等人所著：0ptics Letters (光學(xué)快報），第37卷， (2012)5136公知了一種用于將芯片上兩個層堆疊頻率選擇性地耦合的卷制的微結(jié)構(gòu)。
[0012] 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)不利的是，微諧振器、尤其是對于豎直地取向的微諧振器來說制造 昂貴且耗時，以及其與波導(dǎo)的還不能充分控制的耦合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種波導(dǎo)諧振器構(gòu)件，其中，諧振器與波導(dǎo)的耦合能很好 地得到控制，本發(fā)明的任務(wù)還在于說明一種方法，利用該方法可以簡單且廉價地制造出該 波導(dǎo)諧振器構(gòu)件。
[0014] 上述任務(wù)通過權(quán)利要求中所說明的發(fā)明來解決。本發(fā)明的有利設(shè)計方案是從屬權(quán) 利要求的主題。
[0015] 在根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)諧振器構(gòu)件中，至少一個基底具有至少兩個波導(dǎo)，或者至少 兩個基底分別具有至少一個波導(dǎo)，并且至少一個微管作為諧振器存在，該微管具有直接或 經(jīng)由一個或多個層與一個或多個基底部分材料鎖合（StoffschlUssig)的接觸，其中，在諧 振器中以及在諧振器周圍的介質(zhì)和/或材料和/或尺寸在激勵下實現(xiàn)諧振頻率，并且其中， 諧振器至少在波導(dǎo)的區(qū)域內(nèi)分別具有留空部以在波導(dǎo)與諧振器之間形成間隙，經(jīng)由該間隙 實現(xiàn)了光在波導(dǎo)與諧振器之間的耦合。
[0016] 有利的是，微管由氧化物，例如5102、510、110231 203、!1?)2、￥203、2抑 2構(gòu)成；由半導(dǎo) 體，例如Si構(gòu)成；或者由III-V族和II-Vl族化合物半導(dǎo)體，例如GaAs、InGaAs、AlInGaAs、 AlGaAs構(gòu)成；或者由它們的組合物構(gòu)成。
[0017] 同樣有利的是，波導(dǎo)是具有在IR范圍、在可見光范圍、在UV范圍內(nèi)的波長的光波 導(dǎo)。
[0018] 此外有利的是，一個或多個基底由硅（Si)、玻璃、氮化硅、絕緣體上硅（SOI)、塑料 或半導(dǎo)體，例如GaAs構(gòu)成。
[0019] 并且也有利的是，波導(dǎo)也由硅（Si)、玻璃、氮化硅、絕緣體上硅（SOI)、塑料或半導(dǎo) 體，例如GaAs構(gòu)成。
[0020] 也有利的是，諧振器是卷起的微管。
[0021] 同樣有利的是，微管在其端部上分別具有如下區(qū)域，這些區(qū)域與小管在一個或多 個波導(dǎo)的區(qū)域中的區(qū)域相比具有更大的總直徑，并且具有更大的總直徑的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了與一 個或多個基底材料鎖合的接觸。
[0022] 此外有利的是，微管中在一個或多個波導(dǎo)的區(qū)域中的留空部與波導(dǎo)相比具有更小 的尺寸并且/或者部分地具有凹的、彎曲的、鋸齒形的或波浪形的形狀。
[0023] 并且也有利的是，波導(dǎo)與諧振器之間的間隙在其尺寸方面小于微管的直徑的一 半。
[0024] 也有利的是，波導(dǎo)與諧振器之間的間隙和/或微管的內(nèi)腔以空氣和/或液體填充。
[0025] 在根據(jù)本發(fā)明的用于制造波導(dǎo)諧振器構(gòu)件的方法中，在至少一個基底上定位有至 少兩個波導(dǎo)，或者在至少兩個基底上分別定位有至少一個波導(dǎo)；隨后，將作為犧牲層的至少 一個第一層和位于該第一層上的至少一個第二層施加到具有一個或多個波導(dǎo)的基底上；在 此之后，至少部分地去除犧牲層，并且通過卷起至少第二層，使制成的微管形式的諧振器在 多個基底的情況下與至少第二基底形成材料鎖合的接觸。
[0026] 有利的是，將光刻膠或由鍺構(gòu)成的層作為犧牲層來施加。
[0027] 此外有利的是，將由Si02、SiO、Ti02、A1 203、Hf02、Y203、ZrO 2構(gòu)成的、由半導(dǎo)體（例 如Si)構(gòu)成的或者由III-V族和II-Vl族化合物半導(dǎo)體（例如GaAs、InGaAs、AlInGaAs、 AlGaAs構(gòu)成）的或者由它們的組合物構(gòu)成的層作為至少第二層來施加。
[0028] 同樣有利的是，將犧牲層進行結(jié)構(gòu)化。
[0029] 并且也有利的是，借助蝕刻部分地去除犧牲層。
[0030] 也有利的是，將第二和/或所有其他層進行結(jié)構(gòu)化。
[0031] 并且也有利的是，在波導(dǎo)的區(qū)域中，將第二和所有其他層以結(jié)構(gòu)化的方式進行施 加，用于產(chǎn)生留空部以形成波導(dǎo)與卷起的層之間的間隙。
[0032] 通過本發(fā)明首次能夠?qū)崿F(xiàn)提供一種允許在豎直的諧振器幾何結(jié)構(gòu)中進行集成式 制造的波導(dǎo)諧振器構(gòu)件，其中，諧振器與波導(dǎo)的耦合能很好地得到控制，以及還能夠說明一 種方法，利用該方法可以簡單且廉價地制造出波導(dǎo)諧振器構(gòu)件。
[0033] 這通過具有帶至少兩個波導(dǎo)的基底的或具有至少兩個分別帶至少一個波導(dǎo)的基 底的波導(dǎo)諧振器構(gòu)件來實現(xiàn)。為此布置有根據(jù)本發(fā)明具有微管形式的諧振器。在此，小管 直接或經(jīng)由一個或多個層僅部分材料鎖合地與一個或多個基底連接。如果存在至少兩個基 底的話，那么小管位于這兩個基底之間。
[0034] 通過在諧振器中以及在諧振器周圍的介質(zhì)和/或材料和/或尺寸確定諧振器在激 勵下的諧振頻率。因此，依賴于期望的信號變化（濾出頻率或添加頻率），在構(gòu)件制成之前 確定在諧振器中以及在諧振器周圍的介質(zhì)和/或材料和/或尺寸，并且因此制造出微管。事 后通過改變在諧振器中以及在諧振器周圍的介質(zhì)可以改變諧振頻率。例如當(dāng)有液體或氣體 流過小管時，諧振頻率發(fā)生改變。
[0035] 在根據(jù)本發(fā)明的波導(dǎo)諧振器構(gòu)件中的微管的這種功能可以作為傳感器來使用，以 便探測微管中的介質(zhì)中的材料。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明，小管在波導(dǎo)的區(qū)域中分別具有留空部，留空部導(dǎo)致形成了波導(dǎo)與諧 振器之間的間隙。該間隙可以在其幾何形狀方面自由選擇，其中，空間的大小一方面通過微 管的尺寸來確定，另一方面通過如下方式來確定，即，經(jīng)由該間隙實現(xiàn)了波導(dǎo)與諧振器的諧 振耦合。必須注意的是，波導(dǎo)與諧振器之間空間上的間距不能大到不再進行諧振耦合。
[0037] 這可以有利地通過留空部的形狀來實現(xiàn)，該形狀例如可以是凹的、彎曲的、鋸齒形 的或波浪形的。
[0038] 同樣有利的是，微管是卷起的微管。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明，以如下方式來制造波導(dǎo)諧振器構(gòu)件，即，在至少一個基底上定位有至 少兩個波導(dǎo)，或者在至少兩個基底上分別定位有至少一個波導(dǎo)。
[0040] 隨后，將作為犧牲層的第一層施加到具有至少兩個波導(dǎo)的基底上，或施加到至少 兩個具有至少一個波導(dǎo)的基底中的一個上。有利的