一種基于水平狹縫光波導(dǎo)的微盤諧振腔的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種基于水平狹縫光波導(dǎo)的微盤諧振腔，屬于集成型光傳感領(lǐng)域，包括一個圓形微盤，所述微盤沿軸向方向由半導(dǎo)體薄膜甲與半導(dǎo)體薄膜乙交替層疊組成，所述半導(dǎo)體薄膜甲位于外層，所述半導(dǎo)體薄膜甲與半導(dǎo)體薄膜乙同心設(shè)置，所述半導(dǎo)體薄膜乙被從邊緣處向內(nèi)腐蝕進(jìn)去一部分，形成由多層懸空薄膜構(gòu)成的微盤諧振腔。本實用新型提供的微盤諧振腔由低傳輸損耗的狹縫波導(dǎo)組成，既具有將光限制在低折射率材料中的特性，也具有較高的品質(zhì)因子，可用來制作高靈敏度的生物或化學(xué)傳感器。
【專利說明】
一種基于水平狹縫光波導(dǎo)的微盤諧振腔

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于集成型光傳感領(lǐng)域，特別是涉及一種基于水平狹縫光波導(dǎo)的微盤諧振腔。

【背景技術(shù)】
[0002]在21世紀(jì)，生物傳感器技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中的臨床診斷、工業(yè)控制、食品和藥物分析(包括生物藥物研究開發(fā))、環(huán)境保護(hù)以及生物技術(shù)、生物芯片等研究中有著廣泛的應(yīng)用前景。有機構(gòu)分析表明，生物傳感器的全球市場價值在近幾年將飛速發(fā)展，達(dá)到與光通信市場相當(dāng)。與電學(xué)或微機械式傳感器相比，光學(xué)生物傳感器在檢測方式、檢測精度、響應(yīng)時間、穩(wěn)定性等方面具有很大的優(yōu)勢。其中，集成型光學(xué)傳感器，以及相應(yīng)芯片實驗室(lab-on-a-chip)，尤其受到研究者和投資家們的關(guān)注。特別是采用微型光學(xué)諧振結(jié)構(gòu)的高度集成傳感器，它們具有價格便宜、所需被測樣品體積小、能方便的與其它功能器件集成等特點。
[0003]狹縫波導(dǎo)是一種近幾年提出的新型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)(如圖1所示)，它通常由兩個高折射率矩形1，以及其中的一個狹縫2組成。由于電場的不連續(xù)性，該種波導(dǎo)的可以將大部分光場限制在狹縫中，如圖2所示。而該狹縫2與外界上包層3相連通，因此如果外界材料性質(zhì)(如:折射率)發(fā)生變化，將對光場產(chǎn)生比普通波導(dǎo)更顯著的影響。由圖1中的單狹縫波導(dǎo)衍生而來的多狹縫波導(dǎo)(如圖3所示)能夠進(jìn)一步提高光場在狹縫中的比例。結(jié)合單或者多狹縫波導(dǎo)和微型光學(xué)諧振腔，理論上可以實現(xiàn)靈敏度更高的生物或化學(xué)傳感器。
[0004]但是，由于圖1或圖3中的傳統(tǒng)狹縫波導(dǎo)通常采用光刻和干法刻蝕制成，狹縫的兩個側(cè)壁比較粗糙，而狹縫處又正是光場峰值位置所在，造成傳輸損耗較大，并且由其構(gòu)成的光學(xué)諧振腔品質(zhì)因子也較低。因此，基于該結(jié)構(gòu)的傳感器靈敏度相對于傳統(tǒng)光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來說沒有顯著提高。上述問題，亟待解決。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的是提供一種基于水平狹縫光波導(dǎo)的微盤諧振腔。該方法利用濕法腐蝕的高選擇比，來制作具有光滑表面的水平狹縫光波導(dǎo)，以保持該種波導(dǎo)可以將光限制在低折射率材料中的特性，同時解決傳統(tǒng)狹縫光波導(dǎo)的高傳輸損耗問題，并進(jìn)一步結(jié)合中央柱支撐形式的微盤結(jié)構(gòu)，可構(gòu)成具有高品質(zhì)因子的光學(xué)諧振腔，該器件有助于實現(xiàn)高靈敏度生物或化學(xué)集成傳感器。
[0006]一種基于水平狹縫光波導(dǎo)的微盤諧振腔，包括一個圓形微盤，所述微盤沿軸向方向由半導(dǎo)體薄膜甲與半導(dǎo)體薄膜乙交替層疊組成，所述半導(dǎo)體薄膜甲位于外層，所述半導(dǎo)體薄膜甲與半導(dǎo)體薄膜乙同心設(shè)置，所述半導(dǎo)體薄膜乙被從邊緣處向內(nèi)腐蝕進(jìn)去一部分，形成由多層半導(dǎo)體薄膜甲懸空構(gòu)成的微盤諧振腔。
[0007]為了獲得更好的技術(shù)效果，進(jìn)一步的技術(shù)改進(jìn)在于，所述半導(dǎo)體薄膜甲與所述半導(dǎo)體薄膜乙的直徑均為I μ πΓ?ΟΟ μ m。
[0008]為了獲得更好的技術(shù)效果，進(jìn)一步的技術(shù)改進(jìn)在于，所述半導(dǎo)體薄膜甲與半導(dǎo)體薄膜乙的厚度均為1nnTl μ m,所述半導(dǎo)體薄膜乙沿徑向被腐蝕的寬度為1nnTl μ m。
[0009]基于水平狹縫光波導(dǎo)的微盤諧振腔的制作方法，包括以下步驟:a)將由In，Al,Ga, As, P元素按照不同成分比例組成的化合物半導(dǎo)體薄膜甲與半導(dǎo)體薄膜乙交替疊放，通過傳統(tǒng)外延、沉積或者鍵合方法使所述薄膜甲與所述薄膜乙交替生長；b)通過使用光刻和干法刻蝕工藝將所述半導(dǎo)體薄膜甲與所述半導(dǎo)體薄膜乙制作成圓形微盤；c)選擇合適的化學(xué)腐蝕液，利用濕法腐蝕工藝，從所述圓形微盤的邊緣處向內(nèi)對所述半導(dǎo)體薄膜甲或所述半導(dǎo)體薄膜乙進(jìn)行腐蝕，形成一種通過中心柱狀結(jié)構(gòu)支撐的，邊緣處由多層懸空薄膜組成的微盤諧振腔。
[0010]本實用新型的有益效果是:1.本實用新型提供的方法可以方便的實現(xiàn)表面光滑的狹縫光波導(dǎo)，可有效解決傳統(tǒng)狹縫波導(dǎo)傳輸損耗大的問題。
[0011]2.本實用新型提供的方法是利用低成本的濕法腐蝕來制作關(guān)鍵的狹縫波導(dǎo)，因此工藝步驟簡單，設(shè)備投資低。
[0012]3.本實用新型提供的微盤諧振腔由上述低傳輸損耗的狹縫波導(dǎo)組成，既具有將光限制在低折射率材料中的特性，也具有較高的品質(zhì)因子，可用來制作高靈敏度的生物或化學(xué)傳感器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1傳統(tǒng)的單狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
[0014]圖2傳統(tǒng)的單狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)基模電場分布。
[0015]圖3傳統(tǒng)的多狹縫波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
[0016]圖4本實用新型的實施例步驟a。
[0017]圖5本實用新型的實施例步驟b。
[0018]圖6本實用新型的實施例步驟C，以及基于單水平狹縫光波導(dǎo)的微盤諧振腔。
[0019]圖7本實用新型的基于單水平狹縫光波導(dǎo)的微盤諧振腔的基模電場分布。
[0020]圖8本實用新型的基于多水平狹縫光波導(dǎo)的微盤諧振腔。

【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0022]實施例1如圖4所示，將由In，Al, Ga, As, P元素按照不同成分比例組成的化合物半導(dǎo)體薄膜甲4與半導(dǎo)體薄膜乙5，生長于襯底6之上，其中半導(dǎo)體薄膜乙5被夾在半導(dǎo)體薄膜甲4之間。生長方式通常采用分子束外延或者金屬有機物化學(xué)沉積或者鍵合等工藝，半導(dǎo)體薄膜甲4和半導(dǎo)體薄膜乙5的厚度為10nm。
[0023]如圖5所示，將半導(dǎo)體薄膜甲4和半導(dǎo)體薄膜乙5通過光刻和干法刻蝕等工藝制作成圓形微盤，這樣的工藝保證了圓形微盤側(cè)壁的垂直度，圓形微盤的直徑為lOOum。
[0024]如圖6所示，通過濕法腐蝕將半導(dǎo)體薄膜乙5從側(cè)壁逐漸向內(nèi)腐蝕，由于各種元素的比例不同，因此在對半導(dǎo)體薄膜甲4和半導(dǎo)體薄膜乙5進(jìn)行濕法腐蝕時，腐蝕速率有顯著的差別，也就是選擇比很大，通過控制腐蝕時間，保證半導(dǎo)體薄膜乙5沒有完全被腐蝕掉，半導(dǎo)體薄膜乙5沿徑向被腐蝕掉的寬度為I μ m。這樣使得在圓盤中心留有一部分支撐，保證整個微盤結(jié)構(gòu)不會坍塌。在微盤的邊緣處形成由半導(dǎo)體薄膜甲4構(gòu)成的兩片懸空薄膜結(jié)構(gòu)，即為水平方向的單狹縫波導(dǎo)。這種方法制作的狹縫界面非常光滑，可以達(dá)到原子量級，制作的波導(dǎo)損耗小。
[0025]如圖7所示為水平方向的單狹縫波導(dǎo)在微盤諧振腔中的諧振模式電場分布。在微盤諧振腔的作用下，光場被限制在微盤的邊緣，即由半導(dǎo)體薄膜甲4構(gòu)成的水平單狹縫波導(dǎo)處，而被側(cè)向腐蝕進(jìn)去由半導(dǎo)體薄膜甲5與光場沒有重疊，因此不會對諧振腔的光學(xué)模式的性質(zhì)有任何影響。
[0026]如圖8所示，半導(dǎo)體薄膜甲4和半導(dǎo)體薄膜乙5在步驟一(如圖4所示)的薄膜生長時，可重復(fù)多次，形成多層交疊結(jié)構(gòu)。步驟二(如圖5所示)和步驟三(如圖6所示)的工藝與前述類似。最終形成一個微盤諧振腔，其邊緣處為半導(dǎo)體薄膜甲4構(gòu)成的多層懸空薄膜，形成水平方向的多狹縫波導(dǎo)。
[0027]實施例2半導(dǎo)體薄膜甲4和半導(dǎo)體薄膜乙5的厚度為Ium,圓盤的直徑為Ium,半導(dǎo)體薄膜乙5沿徑向被腐蝕掉的寬度為I μ m，其它技術(shù)特征同實施例1。
[0028]以上列舉的僅為本實用新型的具體實施例，顯然，本實用新型不限于以上的實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本實用新型公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)屬于本實用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于水平狹縫光波導(dǎo)的微盤諧振腔，其特征在于:包括一個圓形微盤，所述圓形微盤沿軸向方向由半導(dǎo)體薄膜甲(4)與半導(dǎo)體薄膜乙(5)交替層疊組成，所述半導(dǎo)體薄膜甲(4)位于外層，所述半導(dǎo)體薄膜甲(4)與半導(dǎo)體薄膜乙(5)同心設(shè)置，所述半導(dǎo)體薄膜乙(5)被從邊緣處向內(nèi)腐蝕進(jìn)去一部分，形成由多層半導(dǎo)體薄膜甲(4)懸空構(gòu)成的微盤諧振腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于水平狹縫光波導(dǎo)的微盤諧振腔，其特征在于:所述半導(dǎo)體薄膜甲(4)與所述半導(dǎo)體薄膜乙(5)的直徑均為ΙμπΓ?ΟΟμπι。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于水平狹縫光波導(dǎo)的微盤諧振腔，其特征在于:所述半導(dǎo)體薄膜甲(4)與半導(dǎo)體薄膜乙(5)的厚度均為1nnTl μ m,所述半導(dǎo)體薄膜乙(5)沿徑向被腐蝕的寬度為1nnTl μ m。
【文檔編號】G02B6/12GK204028397SQ201420408118
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日
【發(fā)明者】鄭志強 申請人:寧波屹諾電子科技有限公司