降低损耗的谐振器制造技术

一种用于检测电磁辐射的设备包括：衬底上的波导和至少一个谐振器；以及在每个谐振器和衬底之间的低折射率区域。所述低折射率区域的折射率比谐振器的材料的折射率小。所述低折射率区域可以是环形的，其宽度可以与回音壁谐振模式下电磁辐射集中的区域的宽度相对应。所述低折射率区域可以是衬底和谐振器之间的空气间隙。所述设备可以是用于对电磁辐射的多个预定波长进行检测的光谱仪。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】降低损耗的谐振器
本专利技术涉及降低谐振器中的损耗。更具体地，本专利技术涉及一种设备，所述设备包括衬底上的谐振器以及在衬底和谐振器之间的低折射率区域。
技术介绍
光谱仪用于多种应用，以便测量波长范围内光的特性。例如，通过获得感兴趣对象的吸收或发射谱，可以将光谱仪用于成份分析。光谱内峰值的存在和位置可以指示特定元素或化合物的存在。通常将光谱仪用于光波长下的分析，也可以将光谱仪用在例如微波和无线电波长等其它波长下。通常光谱仪是相对复杂和昂贵的设备，需要以高精度控制多个移动部件的对准。例如，典型光谱仪可以将光聚焦到衍射光栅以便将入射波束分为分离波长，可以将衍射光栅旋转到特定角度以便将特定波长的光定向至检测器。近年来，已经开发了基于芯片的光谱仪，所述基于芯片的光谱仪高度小型化，没有移动部件，并且可以使用发展成熟的光刻技术来进行制作。典型的芯片光谱也也可以称作片上光谱仪，芯片光谱仪包括:衬底，将波导以及与所述波导相耦合的多个盘式谐振器图案化到衬底上。波导将输入光引导至盘式谐振器。将光输入到波导的一端，将每个谐振器排列为支持特定波长处的谐振模式，使得仅该波长的光耦合进入谐振器。每个盘式谐振器的顶部是用于检测电流的电极，所述电流与谐振器中存在的光量成比例。因此，在每个谐振器中检测到的电流指示了输入光束中存在的该波长的光量。每个电极还与信号接合焊盘相连，信号接合焊盘用于将光谱仪与用于测量电流的外部设备相连接。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种用于检测电磁辐射的设备，所述设备包括:衬底；衬底上的至少一个谐振器，每个谐振器在电磁辐射的预定波长处进行谐振；衬底上的波导，与所述至少一个谐振器相耦合，以便将电磁辐射引导至所述至少一个盘式谐振器；以及低折射率区域，在每个谐振器和衬底之间，低折射率区域的折射率比谐振器的材料的折射率低。每个谐振器可以配置为支持回音壁谐振模式，在回音壁谐振模式预定波长的电磁辐射集中在与谐振器周长相邻的区域内，每个谐振器的低折射率区域的宽度可以与电磁辐射集中的区域的宽度相对应。低折射率区域可以是谐振器和衬底之间的空气间隙。所述设备还可以包括衬底上的支撑层，支撑谐振器并与空气间隙横向相邻。所述衬底和支撑层可以均由磷化铟(InP)形成。所述设备还可以包括衬底上的刻蚀停上层，刻蚀停止层在衬底和低折射率区域之间。[0011 ] 所述低折射率区域可以包括在谐振器和衬底之间的电介质层。所述谐振器可以包括:第一覆层，具有第一带隙；吸收层，在第一覆层上；以及第二覆层，具有第二带隙并位于吸收层上，其中所述吸收层可以具有比第一和第二带隙更低的带隙，选择吸收层的带隙使得在吸收层中吸收耦合到谐振器的电磁辐射，其中所述低折射率区域可以位于衬底和第一覆层之间，并与第一覆层相邻。所述低折射率区域可以是环形的。所述设备可以是用于对电磁辐射的多个预定波长进行检测的光谱仪，并且可以包括多个谐振器，每个谐振器配置为在多个预定波长中的不同预定波长处进行谐振。所述波导可以与所述至少一个谐振器横向相邻，并且侧面耦合到所述至少一个谐振器。所述波导可以与所述至少一个谐振器相连接。根据本专利技术，还提供在设备中使用谐振器与衬底之间的低折射率区域来降低来自谐振器的损耗，所述设备包括:衬底；衬底上的谐振器；以及衬底上的波导，波导与所述谐振器相耦合以将电磁辐射引导至谐振器，所述谐振器在电磁辐射的预定波长处进行谐振，低折射率区域的折射率比谐振器的材料的折射率低。【附图说明】现参考附图示例性地描述了本专利技术的实施例，附图中:图1示出了根据本专利技术实施例的光谱仪；图2示出了图1的光谱仪中的盘式谐振器；图3是图2的盘式谐振器的截面视图；图4是将图2和3的盘式谐振器的损耗与传统盘式谐振器的损耗进行比较的图；以及图5示出了根据本专利技术实施例的盘式谐振器的截面。【具体实施方式】现参考图1、2和3，根据本专利技术实施例示出了光谱仪中的盘式谐振器。如图1所示，光谱仪100是片上光谱仪，包括衬底110、细长波导120以及与波导120相耦合的多个盘式谐振器130。如图1所示，波导120和盘式谐振器130在衬底110上横向相邻，波导120与每个盘式谐振器130侧面耦合。侧面耦合还可以被称作水平耦合或横向耦合。在其它实施例中，波导与盘式谐振器垂直耦合，在衬底上将波导布置每个谐振器上方或下方。在任意实施例中，所述波导可以与谐振器相连，或可以与谐振器相分离。每个盘式谐振器130具有用于感测所述盘式谐振器中的电流的电极140，电极140与接合焊盘150相连，用于接合焊盘150将光谱仪100连接到其它组件。图2在平面图中示出了盘式谐振器130之一，图3示出了沿图2线II1-1II的截面。附图是示意性的，仅用于说明的目的。具体地，可以存在其它层和组件，然而为了清楚起见，图2和3省略了所述其它层和组件。例如，还可以将金属化的附加层沉积在盘式谐振器的上方和下方，作为电学触点，来测量在盘式谐振器中流动的电流，所述电流表示当前耦合到谐振器中的光能的量。类似于传统的基于芯片的光谱仪，在本实施例中，细长波导120与盘式谐振器130相耦合以便将输入光引导至盘式谐振器130。盘式谐振器130配置为支持光的特定预定波长处的谐振模式，使得仅将该预定波长的光从波导120耦合进入盘式谐振器130。然而，不同于将波导和盘式谐振器直接沉积在衬底上的传统光谱仪，在本实施例中，在盘式谐振器130和衬底110之间布置低折射率区域260。更具体地，在例如如图1所示的基于芯片的光谱仪中，波导可以与谐振器一体化地形成。可以将波导在与谐振器的相同处理步骤中形成在衬底上，并且由例如适合半导体材料的相同材料形成。衬底也可以由适合半导体材料来制作。例如，衬底可以由η掺杂磷化铟(InP)来形成。将波导和谐振器设置为衬底顶部上的一个或多个层。可以在形成波导和谐振器的一个或多个层的顶部上形成覆盖层，以便降低由于光从谐振器和波导的上表面溢出而引起的损耗。还可以在覆盖层的顶部设置用于金属化的隔离层。这里，在提到将一层沉积在另一层的顶部时，这不排除可能还存在其它中间层的可能性。具体地，在本实施例中，刻蚀停止层形成在衬底的顶部，从而允许部分地刻蚀在盘式谐振器基部的支撑层，以便形成低折射率区域。图2和3详细描述了盘式谐振器的结构。参考图3，在本实施例中，盘式谐振器具有多层结构，多层结构包括支撑层232、有源区域234和覆盖层236。衬底可以由掺杂浓度大约为l-3X1018cnT3的η掺杂InP来形成。支撑层232也可以由掺杂浓度为4-6xl017Cm_3的η掺杂InP来形成。在本实施例中，有源区域234具有多层结构，多层结构包括用于在谐振器230中引导光的第一和第二覆层以及在第一和第二覆层之间的吸收层。第一和第二覆层分别均由未掺杂的InGaAsP形成，每个覆层的厚度都是0.2485 μ m。覆层确保光场在吸收层上方最大，以便最大化吸收。在一些实施例中，吸收层可以是量子阱。可以通过能够将层厚度向控制为单层的分子束外延或化学汽相沉积来生长吸收层。吸收层可以充分薄，以至于对波导内的光场仅有极小影响或没有影响。例如，厚度可以大约为3nm。可以由惨杂浓度为2x10 cm的p惨杂InP来形成復盖层236。将认识到，本专利技术不限于这些特定材料和厚度，在其它实施例中可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，包括：衬底(110；510)；衬底上的至少一个谐振器(130；530)，每个谐振器在电磁辐射的预定波长处进行谐振；衬底上的波导(120；520)，与所述至少一个谐振器相耦合，以便将电磁辐射引导至所述至少一个谐振器；以及低折射率区域(260；560)，在每个谐振器和衬底之间，所述低折射率区域的折射率比谐振器的材料的折射率小。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.14 EP 11275126.81.一种设备，包括: 衬底(110 ；510)； 衬底上的至少一个谐振器(130 ;530)，每个谐振器在电磁辐射的预定波长处进行谐振； 衬底上的波导(120 ;520)，与所述至少一个谐振器相耦合，以便将电磁辐射引导至所述至少一个谐振器；以及 低折射率区域(260 ;560)，在每个谐振器和衬底之间，所述低折射率区域的折射率比谐振器的材料的折射率小。2.根据权利要求1所述的设备，其中每个谐振器配置为支持回音壁谐振模式，在回音壁谐振模式下预定波长的电磁辐射集中在与谐振器周界相邻的区域内，以及 其中针对每个谐振器的低折射率区域的宽度与电磁辐射集中的区域的宽度相对应。3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述低折射率区域是谐振器和衬底之间的空气间隙(260)。4.根据权利要求3所述的设备，还包括: 衬底上的支撑层(232),支撑谐振器并与空气间隙横向相邻。5.根据权利要求4所述的设备，其中所述衬底和支撑层二者都由磷化铟InP形成。6.根据权利要求3、4或5所述的设备，还包括: 衬底上的刻蚀停止层(212)，在衬底和低折射率区域之间。7.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述低折射率...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·斯韦内，张亚平，
申请(专利权)人：阿斯特里姆有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB