專利名稱：支持發(fā)色單元的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及支持發(fā)色單元的裝置，具體說(shuō)，是涉及諸如通常稱為“生物芯片”的裝置。
在該種裝置中，通常用多層的襯底載運(yùn)發(fā)色單元(chromophoreelement)，這些發(fā)色單元是化學(xué)分子或生物分子、添加到或接合到這些化學(xué)生物分子中的染料單元、或諸如量子箱或量子線的半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)，這些半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)能對(duì)適當(dāng)?shù)墓饧ぐl(fā)作出響應(yīng)，發(fā)射與它們的性質(zhì)有關(guān)波長(zhǎng)的熒光。可以用這種熒光對(duì)給定處理已作出反應(yīng)的襯底分子進(jìn)行專門識(shí)別和查找。
背景技術(shù)：
在以本發(fā)明人名字的專利申請(qǐng)WO-A-02/16912、FR 01/15140、和FR 02/10285中，已經(jīng)提出能增強(qiáng)發(fā)色單元激發(fā)強(qiáng)度，從而增強(qiáng)所述單元發(fā)射的熒光的裝置。具體說(shuō)，已經(jīng)設(shè)想對(duì)激發(fā)光使用波導(dǎo)模，以便用導(dǎo)波的漸逝部分激發(fā)發(fā)色單元，這對(duì)信噪比和激發(fā)光的抑制兩方面都是有利的。在該已知技術(shù)中，已經(jīng)提出，通過(guò)照射在所述波導(dǎo)層表面上形成的光柵，或者用激發(fā)光消除波導(dǎo)層邊緣兩種情況之一，把激發(fā)光耦合進(jìn)襯底的波導(dǎo)層。
在第一種情況中，耦合只在激發(fā)光以一定入射角到達(dá)光柵時(shí)才能獲得，該入射角是極其精確地確定的，且所述角度隨被耦合的波長(zhǎng)改變。因此，必須以非常高的機(jī)械精度和光學(xué)精度來(lái)構(gòu)建設(shè)備。在第二種情況中，照射波導(dǎo)層邊緣的光束，必須有與波導(dǎo)模有效高度或?qū)挾葘?duì)應(yīng)的尺寸，而該有效高度為1微米(μm)或更小，因此必須以小于1μm的容差來(lái)定位。
因此，與把激發(fā)光耦合進(jìn)襯底的波導(dǎo)層有關(guān)的實(shí)際困難，是頗為巨大的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的，是提供解決該問(wèn)題的一種簡(jiǎn)易和有效的方案。
為此，本發(fā)明提供一種支持發(fā)色單元的裝置，這些發(fā)色單元適合響應(yīng)光激發(fā)而發(fā)射熒光，該裝置包括襯底，襯底有載運(yùn)發(fā)色單元的表面層，并構(gòu)成平面波導(dǎo)，該裝置的特征在于，該平面波導(dǎo)包含光致發(fā)光組分，適合當(dāng)所述組分本身被主激發(fā)光激發(fā)時(shí)，以發(fā)色單元的激發(fā)波長(zhǎng)發(fā)射光，發(fā)射的光在平面波導(dǎo)中被引導(dǎo)，以激發(fā)發(fā)色單元。
在本發(fā)明的裝置中，用于激發(fā)發(fā)色單元的光，是在平面波導(dǎo)本身中產(chǎn)生的，因而避開(kāi)了任何把所述光耦合進(jìn)波導(dǎo)的問(wèn)題。此外，激發(fā)光本身是通過(guò)激發(fā)波導(dǎo)中的光致發(fā)光組分，由波導(dǎo)部分的直接(非引導(dǎo)的)照射產(chǎn)生的，這樣可以按通常的方式，以非常寬的容差實(shí)現(xiàn)，一般都大于10μm。
本發(fā)明裝置的光致發(fā)光組分，可以有非常多的種類，特別是，可以包括聚合物、有機(jī)分子、光致發(fā)光離子、或量子箱，或者，可以是在多層半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)中形成的聚合物、有機(jī)分子、光致發(fā)光離子、或量子箱。
這些光致發(fā)光組分可以在平面波導(dǎo)中排列成彼此分開(kāi)的區(qū)，并且基本上與載運(yùn)發(fā)色單元的區(qū)相鄰。
在這種情況下，可以有各種配置具體說(shuō)，在兩個(gè)載運(yùn)發(fā)色單元的區(qū)之間，可以安排包括光致發(fā)光組分的區(qū)，要不然，把兩個(gè)包含光致發(fā)光組分的區(qū)排列在載運(yùn)發(fā)色單元的區(qū)兩側(cè)之一，或者甚至把包含光致發(fā)光組分的一個(gè)區(qū)圍繞波導(dǎo)層的周邊伸延，同時(shí)在其內(nèi)部有一個(gè)或多個(gè)包含光致發(fā)光組分的區(qū)。
也可以把上述各種配置，與包含光致發(fā)光組分的區(qū)組合，這些光致發(fā)光組分被主激發(fā)光有選擇地照射。
在一種變化中，可以把光致發(fā)光組分以基本上均勻方式，分布在波導(dǎo)層整個(gè)表面上，在此情形下，所述表面的某些區(qū)被主激發(fā)光有選擇地照射。
按照本發(fā)明的另一個(gè)特征，在平面波導(dǎo)中設(shè)置波長(zhǎng)濾波器裝置，用于從光致發(fā)光組分發(fā)射的光中，消除那些與發(fā)色單元發(fā)射的熒光波長(zhǎng)相同或相近的波長(zhǎng)。
這樣做，可以改進(jìn)發(fā)色單元發(fā)射并以適當(dāng)光學(xué)裝置拾取的熒光的信噪比。
這些濾波器裝置，最好放在平面波導(dǎo)中包含光致發(fā)光組分的那些區(qū)與載運(yùn)發(fā)色單元的那些區(qū)之間。
濾波器裝置可以包括在平面波導(dǎo)中形成的一系列槽、工作在波導(dǎo)平面中的光子晶體、或通過(guò)在邊緣間或光子晶體間的分隔形成的光學(xué)腔。
在一種變化中，濾波器裝置可以用包括在平面波導(dǎo)中的、并吸收那些與發(fā)色單元發(fā)射的熒光波長(zhǎng)相同或相近波長(zhǎng)的材料構(gòu)成。
這些吸收組分可以是彩色濾波器中使用的染料類型染料，這種染料在考慮的光譜頻帶中有特別低的光致發(fā)光效率，從而把不需要的波導(dǎo)光轉(zhuǎn)換為熱。
在另一種變化中，是利用發(fā)色單元的激發(fā)波長(zhǎng)比這些單元發(fā)射的熒光波長(zhǎng)短，以及濾波操作是由平面波導(dǎo)本身執(zhí)行的有利條件，這些有利條件使波導(dǎo)在發(fā)色單元激發(fā)波長(zhǎng)與所述單元發(fā)射的熒光波長(zhǎng)之間，存在導(dǎo)模的截止波長(zhǎng)。
本發(fā)明的裝置還包括增加光量的裝置用于增加波導(dǎo)發(fā)出的光到達(dá)載運(yùn)發(fā)色單元區(qū)的光量。具體說(shuō)，可以把波導(dǎo)發(fā)出的光，向所述區(qū)反射，或者使波導(dǎo)發(fā)出的光通過(guò)所述區(qū)好幾次。為此，可以用例如鋁、銀、金等等金屬，完全覆蓋波導(dǎo)層邊緣，或者在平面波導(dǎo)中引入反射器，所述反射器可以由一個(gè)槽、或多個(gè)槽的周期系列，形成分布Bragg反射器型(DBR)反射器，這些反射器的反射頻帶中心，對(duì)所考慮的導(dǎo)模入射角，位于發(fā)色單元的激發(fā)波長(zhǎng)上，要不然，也可以用兩維的光子晶體。
主激發(fā)光的波導(dǎo)發(fā)光的產(chǎn)量，也可以用如下裝置增加·位于包含光致發(fā)光組分的區(qū)或?qū)又碌姆瓷鋮^(qū)或?qū)樱?
·用兩個(gè)反射鏡定義已選擇為最佳化轉(zhuǎn)換的豎直腔，把光致發(fā)光組分安排在該豎直腔模的波腹上，以便使所述組分經(jīng)受最大激發(fā)強(qiáng)度的作用；或·圍繞包含光致發(fā)光組分的區(qū)，形成光子結(jié)構(gòu)，例如腔，使所述波導(dǎo)發(fā)射按腔模方式出現(xiàn)。
同樣可以使用下述裝置，把上述組分的光發(fā)射以最佳方式，耦合到波導(dǎo)?！ぐ寻庵掳l(fā)光組分的區(qū)放在豎直發(fā)射(垂直于平面波導(dǎo))的反諧振水平面上，從而使豎直方向的發(fā)射能借助導(dǎo)波發(fā)射而降低；或·把包含光致發(fā)光組分的區(qū)，按照與寬的角度范圍上禁止豎直模激發(fā)對(duì)應(yīng)的距離，放在反射層中，例如放在金屬層中。這種情況下，主激發(fā)光照射的是與包含上述反射層表面相反的襯底表面。
本發(fā)明的裝置當(dāng)然可以包括各種類型的光致發(fā)光組分，當(dāng)這些光致發(fā)光組分被激發(fā)時(shí)，發(fā)射不同的波長(zhǎng)，以便在不同波長(zhǎng)上激發(fā)各種類型的發(fā)色單元。在這種情況下，可以使用有不同光譜帶的單一的主激發(fā)光或多種主激發(fā)光，來(lái)激發(fā)這些光致發(fā)光組分。
各種光致發(fā)光組分可以按種類聚集在一起，并構(gòu)成與上述指定類型的反射器及濾波器裝置結(jié)合的明顯不同的區(qū)域。
這些區(qū)域還可以在波導(dǎo)層的平面中重疊，排列在所述層的不同高度上。
不同類型的光致發(fā)光組分，也可以按一定比例混合在一起，并在整個(gè)波導(dǎo)層中鋪開(kāi)，該比例是作為對(duì)每一種光致發(fā)光組分需要的光功率函數(shù)選擇的。
為防止主激發(fā)光及非波導(dǎo)發(fā)光可能經(jīng)過(guò)襯底被散射，構(gòu)成有害的背景信號(hào)，可以在襯底的一部分或全部配備吸收層，置于平面波導(dǎo)下面并消耗所述波導(dǎo)發(fā)射的光子。
在本發(fā)明的裝置中，還可以使用上述以本發(fā)明人名字的專利申請(qǐng)F(tuán)R 02/10285說(shuō)明的裝置，具體說(shuō)，是關(guān)于發(fā)色單元支持面積結(jié)構(gòu)的裝置，該裝置使有用信號(hào)從全部背景噪聲中突現(xiàn)。
一般說(shuō)，正如前面以本發(fā)明人名字的專利申請(qǐng)WO-A-02/16912說(shuō)明的，發(fā)色單元發(fā)射的熒光，可以用上述本發(fā)明的裝置以給定孔徑的透鏡拾取，也可以在該裝置下面用電荷耦合檢測(cè)器(CCD)型光電檢測(cè)器矩陣或硅互補(bǔ)型金屬氧化物(CMOS)型光電檢測(cè)器矩陣拾取，這些光電檢測(cè)器矩陣構(gòu)成襯底的一部分。
本發(fā)明還可以用于微載波片(“SBS”)格式，例如有24、96、384、或1536個(gè)井的格式，這里光致發(fā)光單元和濾波器裝置的定位，與微載波片和井的形狀相適應(yīng)。
本發(fā)明同樣可以用于包括微井的顯微鏡載波片的格式，這種微井是通過(guò)淀積厚度為數(shù)十微米并有構(gòu)成微井開(kāi)口的層制成的(如通過(guò)Teflon型的HTC處理，該Teflon是Portsmouth，NH的ErieScientific Corp.公司以商標(biāo)名Cell-Line銷售)?？梢允褂酶鞣N井作為不同測(cè)試樣品的分開(kāi)的雜化作用區(qū)(hybridization zone)。
本發(fā)明還涉及把上面指定的裝置，放在包含懸浮發(fā)色單元的液體媒質(zhì)中，與擴(kuò)散的粒子一起使用。
在該液體媒質(zhì)中，只有那些在裝置表面保持靜止的發(fā)色單元，而不是那些懸浮的發(fā)色單元，可以被導(dǎo)波的漸逝部分激發(fā)，從而極大地改進(jìn)了信噪比，并能用時(shí)間分辨率來(lái)測(cè)量雜化作用信號(hào)(hybridizationsignal)。


閱讀下面以舉例方式參照附圖的說(shuō)明，將對(duì)本發(fā)明有更好的了解，同時(shí)本發(fā)明的其他特征、細(xì)節(jié)、和優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚，附圖有圖1和2分別是本發(fā)明裝置第一實(shí)施例的示意截面圖和平面圖；圖3到7是示意截面圖，畫出該裝置變化的實(shí)施例；圖8和9是示意截面圖，畫出本發(fā)明裝置其他變化的實(shí)施例；圖10是圖9裝置的示意截面圖；圖11和12是示意截面圖，畫出制作本發(fā)明裝置的兩個(gè)步驟；和圖13是示意截面圖，畫出本發(fā)明裝置另一個(gè)變化的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1和2所示裝置包括普通類型的襯底10，襯底10有頂層12，層12的表面部分16載運(yùn)發(fā)色單元14，該層由高折射率例如約大于1.6的材料制成，并構(gòu)成平面波導(dǎo)。
層12與載運(yùn)發(fā)色單元14的部分16相鄰的部分18，包含光致發(fā)光組分20，如圖1示意畫出的，在主激發(fā)光22直接照射層12包含光致發(fā)光組分20的部分18，或照射襯底10相反的表面24，該光致發(fā)光組分20以導(dǎo)模的方式在層12中發(fā)射光。
光致發(fā)光組分20是根據(jù)被光22激發(fā)時(shí)，能發(fā)射激發(fā)發(fā)色單元14的波長(zhǎng)的光而選擇的。之后，發(fā)色單元被層12中傳播的波導(dǎo)光26的漸逝部分激發(fā)。
舉例說(shuō)，層12包含的光致發(fā)光組分20如·發(fā)光的聚合物，特別是那些為有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)研發(fā)的聚合物；·支持在聚合物基質(zhì)中產(chǎn)生溶膠硅或氧化滲雜物的有機(jī)分子，該滲雜物可以是物理的或化學(xué)的(共價(jià)鍵)，或靜電的；·發(fā)光離子，特別是那些基于過(guò)渡族的金屬或稀土元素的離子；·量子箱，特別是基于II-VI或III-V族的半導(dǎo)體，它們能以化學(xué)方法使表面功能化，以便更好的結(jié)合；·包含多層的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)(量子箱、量子線、量子阱)。
主激發(fā)光22以相對(duì)寬的、大于10μm的機(jī)械和光學(xué)容差，照射光致發(fā)光組分。當(dāng)發(fā)色單元14的激發(fā)波長(zhǎng)，例如在500納米(nm)到650nm的量級(jí)時(shí)，主激發(fā)光22的波長(zhǎng)，可以大致在350nm或更短，到最大為500nm的范圍內(nèi)。
光致發(fā)光組分20發(fā)射的波導(dǎo)光26，因?yàn)槭怯山M分20的自發(fā)發(fā)射產(chǎn)生的，所以有相對(duì)寬的光譜頻帶，且可以在發(fā)色單元14發(fā)射的熒光波長(zhǎng)上，有非零的發(fā)光強(qiáng)度。因此，必須在光譜上對(duì)波導(dǎo)光26進(jìn)行濾波，以便從中消除任何與發(fā)射的熒光波長(zhǎng)相同或相近的那些波長(zhǎng)，這些波長(zhǎng)構(gòu)成背景噪聲，干擾單元14發(fā)射的熒光的拾取(從波導(dǎo)中散射出來(lái)，特別是經(jīng)過(guò)波導(dǎo)的不均勻性散射)。
為此，可以在層12中，在包含光致發(fā)光組分20的區(qū)域18和載運(yùn)發(fā)色單元14的區(qū)域16之間，插入對(duì)波導(dǎo)光26有作用的光譜濾波器28，該濾波器可以通過(guò)在層12中一系列槽形成，也可以通過(guò)工作在該平面中的光子晶體形成，或者甚至通過(guò)在溝槽間或光子晶體間加以限定，在層12的平面中構(gòu)成光學(xué)腔來(lái)形成。
在一種變化中，可以設(shè)計(jì)波導(dǎo)層12，使它的有用導(dǎo)模(如TE偏振)的截止波長(zhǎng)，位于發(fā)色單元14的激發(fā)波長(zhǎng)和所述單元發(fā)射的熒光波長(zhǎng)之間。在折射率分布方面非對(duì)稱的的波導(dǎo)，賦予波導(dǎo)本身以這種特性。此時(shí)，在波導(dǎo)層12的截止波長(zhǎng)與發(fā)射的熒光波長(zhǎng)之間的波長(zhǎng)，不被層12引導(dǎo)，所述波長(zhǎng)上產(chǎn)生的光，從小的橫向維度上離開(kāi)波導(dǎo)平面，使相關(guān)的電磁場(chǎng)在發(fā)色單元14所在的有用區(qū)變得可以忽略。
在一種變化中，這一濾波操作，可以通過(guò)使層12包括吸收成分而實(shí)現(xiàn)，該成分吸收大于發(fā)色單元激發(fā)波長(zhǎng)的波長(zhǎng)，特別是吸收與所述單元14發(fā)射的熒光波長(zhǎng)相近的波長(zhǎng)。該導(dǎo)模的模式吸收系數(shù)，可以有相對(duì)高的值(每厘米(cm-1)10到1000cm-1)，使受影響的發(fā)色單元14不發(fā)射該種導(dǎo)模。這些吸收成分可以是染料，例如那些在考慮的光譜頻帶中，有特別低的發(fā)光效率的用于有色濾波器的染料，以便把干擾的波導(dǎo)光轉(zhuǎn)換為熱。
圖3是一個(gè)實(shí)施例的示意圖，圖上畫出的光譜濾波器28，例如由一系列淺的正弦形槽構(gòu)成，和/或一系列低折射率對(duì)比的槽構(gòu)成，并形成在有不同折射率的平面波導(dǎo)12的表面中或居中的子層中，圖3畫出的這些槽形成的光柵，是被“埋”在波導(dǎo)12中的。
當(dāng)主激發(fā)光22從與載運(yùn)發(fā)色單元14的表面相反的襯底10表面24，通過(guò)襯底10照射光致發(fā)光組分20時(shí)，有利的做法是，如圖4示意地畫出的，把包含光致發(fā)光組分的區(qū)18置于反射層25下面，例如金屬層下面，反射層放在與發(fā)射的光的豎直諧振波節(jié)對(duì)應(yīng)的水平面上。
為了增加波導(dǎo)發(fā)出的光26到達(dá)載運(yùn)發(fā)色單元14有用區(qū)16的量，可以在層12的區(qū)18中引入反射器30(見(jiàn)圖1和2)，該反射器在本例中是用貫穿層12的單個(gè)槽構(gòu)成，并在該層平面中形成U形，該U形向著區(qū)16張開(kāi)，以便把最大量的波導(dǎo)發(fā)出的光26，送至區(qū)16。槽的寬度一般應(yīng)在λ/10到λ/3的范圍。
在一種變化中，該反射器可以用兩種或三種甚至更多種槽的周期性系列形成，構(gòu)成在發(fā)色單元14的激發(fā)波長(zhǎng)上，對(duì)所考慮的導(dǎo)模的入射角有反射頻帶的DBR型反射器。
在另一種變化中，該反射器可以用兩維光子晶體構(gòu)成，光子晶體的禁帶被用于所考慮的偏振和方向(見(jiàn)Benisty等人的論文“Opticaland confinement properties of two-dimensional photonic crystal”，J.Lightwave Technology，Vol.17，pp.2063-2077，1999)。
在所有情況下，該反射器應(yīng)形成在導(dǎo)波層12的整個(gè)厚度上，以便增加它對(duì)導(dǎo)模的反射率。該反射器的優(yōu)點(diǎn)在于，它定義反射表面適當(dāng)?shù)膹澢螤?，使之能?duì)波導(dǎo)發(fā)出的光獲得需要的分布(該分布可以是均勻的，也可以是不均勻的)，同時(shí)保持襯底的長(zhǎng)方體形式。使用兩維光子晶體的優(yōu)點(diǎn)還在于，在某些入射角和某些波長(zhǎng)上的衍射效應(yīng)，能增強(qiáng)波導(dǎo)發(fā)出的光的隨機(jī)性質(zhì)。無(wú)論如何，如果有這樣的源，它能傳送每單位面積的高功率，又有小的橫向尺寸，例如微米量級(jí)的橫向尺寸，可供使用，那么，可以在波導(dǎo)層12中形成拋物線的反射器，獲得基本上準(zhǔn)直的并有寬的寬度(約5mm到50mm)的波導(dǎo)光束，這樣的光束對(duì)隨后波導(dǎo)光的處理是有利的，特別是通過(guò)濾波器裝置的處理。這種濾波器的特征，與導(dǎo)模的入射角有關(guān)，當(dāng)供濾波操作的光在寬范圍的入射角上傳播時(shí)，將導(dǎo)致不希望出現(xiàn)的反射或泄漏。
如在圖1中所示，還可以在襯底10中，在至少層12的一部分下面，設(shè)置吸收層32，該吸收層32將在發(fā)色單元14的激發(fā)波長(zhǎng)上，消耗層12中因主激發(fā)光22和/或光致發(fā)光組分20產(chǎn)生的非波導(dǎo)發(fā)光的散射而發(fā)射的所有光子，因?yàn)樵摲N散射光極易構(gòu)成有害的背景信號(hào)。
在圖5示意畫出的實(shí)施例中，載運(yùn)發(fā)色單元14的襯底10的波導(dǎo)層12，包含熒光組分20和吸收成分(那些在圖1和2中濾波器28的成分)，這些組分和成分混合在一起并以相對(duì)均勻的方式分布在整個(gè)波導(dǎo)層12上。
在圖6的變化的實(shí)施例中，濾波器28的吸收成分，包括在波導(dǎo)層12載運(yùn)發(fā)色單元14的部分16中，且在所述區(qū)域16中形成基本連續(xù)的層，而光致發(fā)光組分20則包括在層12的其他區(qū)域18中，且在所述區(qū)域中形成基本連續(xù)的層。
在圖7的變化的實(shí)施例中，光致發(fā)光組分20和濾波器28的吸收成分，在層12中形成兩層重疊的居中層，有光致發(fā)光組分20的層直接位于發(fā)色單元14下面，而這兩層的組合形成平面波導(dǎo)。組分20發(fā)出的光在該波導(dǎo)中被引導(dǎo)，而組分20發(fā)出的光在單元14發(fā)射的熒光波長(zhǎng)上的分量，則被層28吸收。
在圖8所示的又一個(gè)變化的實(shí)施例中，可以在引導(dǎo)區(qū)12把光致發(fā)光組分20按類別聚集在一起，組成區(qū)34，置于載運(yùn)發(fā)色單元14的中央?yún)^(qū)16兩側(cè)。
在一種變化中，自然可以使用相反的安排，就是說(shuō)，中央?yún)^(qū)含有光致發(fā)光組分20，而兩個(gè)載運(yùn)發(fā)色單元14的外側(cè)區(qū)則位于中央?yún)^(qū)兩側(cè)。
在圖9和10的變化的實(shí)施例中，可以作如下安排，在該安排中，包含光致發(fā)光組分20的區(qū)34和載運(yùn)發(fā)色單元14的區(qū)36，被圍繞波導(dǎo)層12整個(gè)周邊邊緣、由金屬鍍層形成的反射器38包圍。該金屬鍍層例如由鋁、銀、金等等制成，防止光通過(guò)層12的邊緣逸出。
一般說(shuō)來(lái)，只有層12中那些包含光致發(fā)光組分的區(qū)34的部分，應(yīng)被主激發(fā)光22照射。如在圖5和7實(shí)施例的情形，當(dāng)這些光致發(fā)光組分遍布整個(gè)層12上時(shí)，如圖7示意地畫出的，層12只有某些部分被主激發(fā)光22照射。
在圖11和12的實(shí)施例中，襯底10載運(yùn)著半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)40，該半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)40構(gòu)成波導(dǎo)，且包括引入的濾波器28和包括在所述襯底10的一部分之中的發(fā)光井。這些井利用改進(jìn)的生長(zhǎng)方法，例如稱為選擇性區(qū)域生長(zhǎng)(SAG)的方法，僅形成在異質(zhì)結(jié)構(gòu)的一部分上，這種選擇性區(qū)域生長(zhǎng)方法，能避免在所述部分之外的任何再吸收。
在一種變化中，可以在襯底10上淀積一層半導(dǎo)體薄膜，然后用常規(guī)的光刻方法切割，以便只留下那些仍能真正被主激發(fā)光照射的位置。圖11畫出切割前的第一個(gè)步驟的示意圖。
然后，例如通過(guò)“升離(lift-off)”方法，在襯底10上形成波導(dǎo)層12(圖12)，使所述波導(dǎo)層12在光學(xué)上與結(jié)構(gòu)40耦合，或與上述半導(dǎo)體薄膜耦合。
在圖13的變化的實(shí)施例中，圖上所示結(jié)構(gòu)基本上與圖1和2對(duì)應(yīng)，只是該結(jié)構(gòu)10還包括構(gòu)建的居中層42，位于載運(yùn)發(fā)色單元14的區(qū)16下面，該居中層對(duì)發(fā)色單元14發(fā)射的熒光，是部分或全部反射的，且該居中層安排在吸收層和波導(dǎo)層12之間，該居中層還包括不同厚度或高度的區(qū)，以便能通過(guò)相消或相長(zhǎng)干涉，改變發(fā)色單元14發(fā)射的熒光強(qiáng)度。該居中層42被足夠厚的層44完全覆蓋，確保在構(gòu)建的層42中，被層12引導(dǎo)的模的漸逝場(chǎng)可以忽略，防止對(duì)導(dǎo)模傳播產(chǎn)生干擾。
本發(fā)明的裝置，可以包括被激發(fā)時(shí)能發(fā)射不同波長(zhǎng)的光致發(fā)光組分20，用于激發(fā)不同類型的發(fā)色單元14。這些不同的組分20可以混合在一起，也可以分開(kāi)在不同的區(qū)34中。
可以對(duì)說(shuō)明的和出示的實(shí)施例作許多修改例如，光致發(fā)光組分20可以在已有的波導(dǎo)層上用淀積形成的非常薄的層，因而能在所述層中拾取被導(dǎo)模的漸逝部分引導(dǎo)的光，或者，把該組分的層限制在某一區(qū)域，以便對(duì)被引導(dǎo)的發(fā)光促進(jìn)上述豎直反諧振效應(yīng)，并對(duì)主激發(fā)光促進(jìn)豎直諧振效應(yīng)。
當(dāng)發(fā)色單元發(fā)射的熒光被CCD矩陣或CMOS光電檢測(cè)器拾取時(shí)，有利的做法是，設(shè)置某種裝置，用于過(guò)濾主激發(fā)光和/或引導(dǎo)的光，同時(shí)讓至少大部分發(fā)射的熒光通過(guò)。
這些濾波器裝置可以用一層或多層吸收層和/或多層干涉濾波器(如圍繞適當(dāng)中心的Bragg反射鏡)形成。
權(quán)利要求
1.一種支持適合響應(yīng)光激發(fā)而發(fā)射熒光的發(fā)色單元的裝置，本裝置包括用于載運(yùn)發(fā)色單元(14)的表面層(12)的襯底(10)，且該襯底構(gòu)成平面波導(dǎo)，本裝置的特征在于，該平面波導(dǎo)(12)包含光致發(fā)光組分(20)，當(dāng)所述組分(20)本身被主激發(fā)光(22)激發(fā)時(shí)，這些組分適合以發(fā)色單元(14)的激發(fā)波長(zhǎng)發(fā)射光，該發(fā)射的光被平面波導(dǎo)(12)引導(dǎo)，以激發(fā)發(fā)色單元(14)。
2.按照權(quán)利要求1的裝置，特征在于，該光致發(fā)光組分(20)特別包括聚合物、有機(jī)分子、發(fā)光離子、或量子箱，或者是在層狀半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)(40)中形成的聚合物、有機(jī)分子、發(fā)光離子、或量子箱。
3.按照權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的裝置，特征在于，該光致發(fā)光組分(20)由主激發(fā)光(22)激發(fā)，該主激發(fā)光(22)照射平面波導(dǎo)(12)，或者照射與包括平面波導(dǎo)(12)的本裝置表面相反的襯底(10)表面(24)。
4.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的裝置，特征在于，該光致發(fā)光組分(20)置于平面波導(dǎo)(12)內(nèi)分開(kāi)的區(qū)(18、34)中，這些區(qū)(18、34)與載運(yùn)發(fā)色單元(14)的區(qū)(16、36)相鄰。
5.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的裝置，特征在于，平面波導(dǎo)(12)中設(shè)置波長(zhǎng)濾波器裝置(28)，用于消除光致發(fā)光組分(20)發(fā)出的波長(zhǎng)與發(fā)色單元(14)發(fā)射的熒光波長(zhǎng)相同或相近的光(26)。
6.按照權(quán)利要求5的裝置，特征在于，該濾波器裝置(28)置于載運(yùn)發(fā)色單元(14)的區(qū)(16)中。
7.按照權(quán)利要求5的裝置，特征在于，該濾波器裝置(28)置于區(qū)(18)與區(qū)(16)之間，區(qū)(18)包括光致發(fā)光組分(20)，而區(qū)(16)用于載運(yùn)發(fā)色單元(14)。
8.按照權(quán)利要求5到7任一項(xiàng)的裝置，特征在于，該濾波器裝置(28)由平面波導(dǎo)(12)中形成的一系列槽、光子晶體、或光學(xué)腔構(gòu)成。
9.按照權(quán)利要求8的裝置，特征在于，該濾波器裝置(28)有較低的折射率對(duì)比的槽，或有淺的正弦形槽，并形成在平面波導(dǎo)(12)的表面上或形成在居中的子層內(nèi)。
10.按照權(quán)利要求5到7任一項(xiàng)的裝置，特征在于，該濾波器裝置在平面波導(dǎo)(12)中包括的材料，其吸收波長(zhǎng)與發(fā)色單元(14)發(fā)出的熒光波長(zhǎng)相同或相近。
11.按照權(quán)利要求5到7任一項(xiàng)的裝置，特征在于，因?yàn)榘l(fā)色單元(14)的激發(fā)波長(zhǎng)，比所述單元發(fā)射的熒光波長(zhǎng)短，所以在平面波導(dǎo)(12)本身實(shí)現(xiàn)的濾波中，所述波導(dǎo)對(duì)它在發(fā)色單元的激發(fā)波長(zhǎng)與所述單元發(fā)射的熒光波長(zhǎng)之間的導(dǎo)模，存在截止波長(zhǎng)。
12.按照權(quán)利要求1到3任一項(xiàng)的裝置，特征在于，該光致發(fā)光組分基本以均勻方式分布在平面波導(dǎo)(12)內(nèi)。
13.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的裝置，特征在于，該平面波導(dǎo)(12)包含在不同波長(zhǎng)上發(fā)光的不同光致發(fā)光組分，以便激發(fā)不同類型的發(fā)色單元。
14.按照權(quán)利要求13的裝置，特征在于，不同的光致發(fā)光組分是混合在平面波導(dǎo)(12)中的。
15.按照權(quán)利要求13的裝置，特征在于，發(fā)射給定波長(zhǎng)的給定類型光致發(fā)光組分，是與發(fā)射不同波長(zhǎng)的其他光致發(fā)光組分分開(kāi)的。
16.按照權(quán)利要求15的裝置，特征在于，不同類型的光致發(fā)光組分是在平面波導(dǎo)(12)中不同的區(qū)，或在該波導(dǎo)不同的重疊的層中。
17.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的裝置，特征在于，至少在平面波導(dǎo)(12)的一部分下面，襯底(10)包括一層吸收材料(32)，該材料在主激發(fā)光(22)波長(zhǎng)上和/或發(fā)色單元(14)激發(fā)光波長(zhǎng)上，吸收波導(dǎo)(12)發(fā)射的光子。
18.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的裝置，特征在于，在平面波導(dǎo)載運(yùn)發(fā)色單元(14)的區(qū)(16)下面，襯底(10)包括構(gòu)建的居中層(42)，該居中層(42)至少反射一部分發(fā)色單元發(fā)射的熒光，且該居中層(42)包括不同厚度或高度的區(qū)，以便能通過(guò)相消或相長(zhǎng)干涉，改變所述熒光強(qiáng)度。
19.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的裝置，特征在于，至少在一個(gè)包含光致發(fā)光組分(20)的區(qū)(18、34)的鄰域中，該平面波導(dǎo)包括反射器形成裝置(30、38)，用于把發(fā)射的光(26)引向至少一個(gè)載運(yùn)發(fā)色單元(14)的區(qū)(16)。
20.按照權(quán)利要求19的裝置，特征在于，該反射器形成裝置包括反射膜(38)，該反射膜(38)例如由金屬制成，形成在平面波導(dǎo)(12)的邊緣；或者是形成在平面波導(dǎo)(12)中的槽(30)；或者是形成在平面波導(dǎo)中的兩維光子晶體。
21.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的裝置，特征在于，在包含光致發(fā)光組分(20)的平面波導(dǎo)(12)下面，襯底(10)包括對(duì)發(fā)射的光的波長(zhǎng)反射的材料層。
22.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的裝置，特征在于，平面波導(dǎo)(12)包括置于光致發(fā)光組分(20)兩側(cè)的反射層形成的諧振腔。
23.按照權(quán)利要求22的裝置，特征在于，該光致發(fā)光組分(20)置于發(fā)射光的豎直諧振波節(jié)的水平面上。
24.按照權(quán)利要求22或權(quán)利要求23的裝置，特征在于，該光致發(fā)光組分(20)置于主激發(fā)光的豎直諧振波腹的水平面上。
25.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的裝置，特征在于，該光致發(fā)光組分(20)置于例如由金屬制成的反射層(25)之下，位于與發(fā)射光豎直諧振波節(jié)對(duì)應(yīng)的水平面上，并被通過(guò)與包括所述反射層的本裝置表面相反的襯底表面(24)的主激發(fā)光照射。
26.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的裝置，特征在于，該光致發(fā)光組分(20)置于襯底波導(dǎo)層上的薄層中。
27.按照權(quán)利要求1到25任一項(xiàng)的裝置，特征在于，該光致發(fā)光組分形成在固定于襯底(10)的多層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，并在光學(xué)上耦合到波導(dǎo)層(12)，該波導(dǎo)層(12)是為載運(yùn)發(fā)色單元(14)目的而淀積在襯底上的。
28.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的裝置，特征在于，本裝置的表面層(12)被厚度為數(shù)十微米的層完全覆蓋，該數(shù)十微米的層包括用于接收樣品而形成的微井的開(kāi)口。
29.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的裝置的使用，特征在于，該裝置運(yùn)行時(shí)，完全浸沒(méi)在包含懸浮的擴(kuò)散粒子和發(fā)色單元的液體媒質(zhì)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及支持發(fā)色單元的裝置，這些發(fā)色單元響應(yīng)光引起的激發(fā)而發(fā)出熒光，所述裝置包括襯底(10)，襯底上載運(yùn)發(fā)色單元(14)的表面層(12)，構(gòu)成平面波導(dǎo)并包含光致發(fā)光組分(20)，當(dāng)光致發(fā)光組分被照射該表面層(12)的主激發(fā)光(22)照射時(shí)，這些光致發(fā)光組分以激發(fā)發(fā)色單元(14)的波長(zhǎng)，發(fā)射受引導(dǎo)的光。本發(fā)明特別適合用于生物芯片型的裝置。
文檔編號(hào)G01N21/64GK1708680SQ200380102373
公開(kāi)日2005年12月14日 申請(qǐng)日期2003年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月30日
發(fā)明者克勞德·威斯布克 申請(qǐng)人:基因波公司