專利名稱：展現(xiàn)增強的功能性的光學(xué)組件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及光學(xué)組件，且尤其涉及展現(xiàn)增強的功能性的光學(xué)組件。
背景技術(shù)：
在光學(xué)網(wǎng)絡(luò)、電信、光學(xué)應(yīng)用和光子的領(lǐng)域中，非常需要不斷地增強器件性能并降低制造、包裝和組裝成本。因此，非常需要多功能光子組件或展現(xiàn)增強的功能性的光子組件。例如，需要提供整體的光子組件，可將該整體的光子組件并入一光子集成電路(PIC)，例如，其展現(xiàn)增強的功能性，諸如III-V型半導(dǎo)體化合物激光器、化合物調(diào)制器和包括偏振器在內(nèi)的LiNbO3調(diào)制器。
該等組件與并入其的PICS將代表相關(guān)技術(shù)狀態(tài)的顯著改良。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對一種用于增強各包括至少一可操作表面的光子器件的功能性的方法，該方法包括堆疊該等光子器件，使得每一可操作表面對準以形成一復(fù)合表面；向該復(fù)合表面施加一適合于接收復(fù)制的薄膜；且在所施加薄膜中復(fù)制一納米結(jié)構(gòu)圖案，其中，實質(zhì)上，通過執(zhí)行一與納米結(jié)構(gòu)有關(guān)的特定功能來操作該等器件的每一可操作表面。


通過考慮下文結(jié)合隨附圖式對本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細描述，可以促進對本發(fā)明的理解，在該等圖式中，相同的數(shù)字指的是相同的部分，且其中
圖1說明一種用于根據(jù)本發(fā)明的一個方面產(chǎn)生多功能或增強的光子組件的方法的流程圖；圖2a、2b和2c說明根據(jù)本發(fā)明的一個方面可用于圖1的方法中的器件的透視圖；且圖3說明根據(jù)本發(fā)明的一個方面適合于供圖1的方法使用的示范性裝置的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
應(yīng)了解到，本發(fā)明的圖式和描述已被簡化以說明與清楚理解本發(fā)明有關(guān)的元件，同時為了明晰的目的，消除了在典型的光子組件及其制造方法中發(fā)現(xiàn)的許多其它元件。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到，其它元件和/或步驟在實施本發(fā)明中是需要的和/或必需的。然而，因為該等元件和步驟已為此項技術(shù)所熟知，且因為其不能促進更好地理解本發(fā)明，所以未在此提供對該等元件和步驟的論述。此處之揭示針對所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的該等元件和步驟的所有此等變化和修改。
現(xiàn)在參考圖1，其展示一用于根據(jù)本發(fā)明的一個方面產(chǎn)生多功能光子組件的方法100的流程圖。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，次波長光學(xué)結(jié)構(gòu)，諸如納米結(jié)構(gòu)或納米元件，通常是尺寸從0.1nm到1000nm的結(jié)構(gòu)，可在通常太小以致于在使用常規(guī)技術(shù)時不能有效地復(fù)制或印刻該等納米結(jié)構(gòu)的器件表面上被復(fù)制。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，方法100通常包括形成器件110；堆疊所形成的器件120；向器件堆疊的表面施加薄膜130；在器件堆疊的相同表面上形成納米結(jié)構(gòu)；且將器件堆疊進行拆疊150。
使用所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的任何合適方法，諸如，磊晶成長、照相平版印刷技術(shù)和蝕刻，可形成該等器件110。例如，該等器件可采用III-V型半導(dǎo)體化合物光子器件的形狀。例如，該等器件可為主動的，諸如固態(tài)邊緣發(fā)射激光器、發(fā)光二極管(LED)、超發(fā)光二極管(SLED)、垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)、調(diào)制器、開關(guān)、可變光學(xué)衰減器(VOA)或光檢測器，或例如，該等器件可為被動的，諸如波導(dǎo)或基于波導(dǎo)的分裂器、組合器、隔離器或耦合器。對該等器件的制造及使用可由所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員很好的理解。
現(xiàn)在也參看圖2a，其展示根據(jù)本發(fā)明的一個方面可被增強的III-V型半導(dǎo)體化合物激光器器件210。器件210包括可操作表面，其包括刻面或界面A與B。一般而言，例如，該等可操作表面是可用于器件210的光子操作中的表面，且可具有小的面積，例如大約接近于10到100μm2?，F(xiàn)在也參看圖2b，如在相關(guān)技術(shù)中同樣被很好理解，器件210可形成于器件210的條215中。例如，若干條215可共同地形成一晶圓的大部分，器件210最初由該晶圓形成110(圖1)。在處理110(圖1)之后，可分離條215以提供可操作器件210，或可將其保持原樣直到在拆疊150(圖1)之后。
再次參考圖1與圖2a、2b和2c，已形成110的器件210可被堆疊120在相似的器件上，或者在任何其它器件上，其中可創(chuàng)造所形成的器件的堆疊120?？啥询B多個器件210或條215，以創(chuàng)造器件220之復(fù)合堆疊。在該復(fù)合堆疊220中，個別器件210或條215的每一表面A和B可對準以分別形成集體的堆疊表面A′和B′。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，表面A′和/或B′可用以通過接收將在表面A和B中的至少一個上被提供的納米結(jié)構(gòu)圖案而向每一堆疊器件210提供增強的功能性。
如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，為了形成堆疊220而對準且堆疊器件210或條215創(chuàng)造了一與表面A和B相比更大的表面面積A′或B′，其上以形成納米結(jié)構(gòu)。即，雖然表面A或B的面積可能太小而難以有效復(fù)制，但是根據(jù)本發(fā)明的一個方面，表面A′或B′可具有一足夠的表面面積以用于復(fù)制。
例如，以所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的任何常規(guī)方式，諸如通過通常在向多個器件同時施加抗反射(AR)涂層時所使用的該等方法，可執(zhí)行該對準和堆疊120。為了解決可能由經(jīng)由常規(guī)堆疊技術(shù)而對準的器件的高度位移所導(dǎo)致的非平坦表面，可使用所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的技術(shù)，諸如，揭示于Xiaoyun Sun、Lei Zhuang、Wei Zhang和Stephen Y.Chou的文章中的技術(shù)，J.Vac.Sci.Tech B3922(1998)，標題為“Multilayer Resist Methods forNanoimprint Lithography on Nonflat Surfaces”，其全部揭示內(nèi)容如同此處所陳述以引用的方式并入本文中。該文章教示了一種用于解決該等表面位移的方法，例如，使用一表面平面化層。例如，可通過施加厚度大于各種器件的高度位移的抗蝕劑層來實現(xiàn)該表面平面化。可在向該表面施加可復(fù)制層之前施加該層。以此方式，例如，平面化層可提供一實質(zhì)上平坦的表面，為通過填充與對準有關(guān)的臺階和空隙來復(fù)制做好準備。
再次參考圖1，可向表面A′和/或B′施加一薄膜130。該薄膜可適用于在平版印刷140期間接收所形成的納米結(jié)構(gòu)。例如，該薄膜可采用光阻、聚甲基丙烯酸甲酯、紫外線可固化聚合物層或熱塑性層的形狀。該薄膜與允許更早形成的鑄模相比可稍微柔軟的，而非相反的。
仍參考圖1，使用一平版印刷處理，可在表面A′或B′中形成納米結(jié)構(gòu)140，該平版印刷處理諸如照相平版印刷、全息照相平版印刷、干擾平版印刷、e束平版印刷、或標題為NANOIMPRINT LITHOGRAPHY的美國專利第5,772,905號中所揭示的平版印刷，該專利的全部揭示內(nèi)容如同此處所陳述以引用方式并入本文中。該專利教示了一種用于通過使用涂覆于一用于接收納米印刻圖案的表面上的薄膜而在一表面上創(chuàng)造超細(諸如小于25nm)圖案的平版印刷方法。盡管為了完全性的目的，但是可將具有至少一個突出特征的鑄模擠壓在被施加130到表面A′或B′的薄膜中。該鑄模中的至少一個突出特征在該薄膜內(nèi)創(chuàng)造了至少一個對應(yīng)凹陷。在復(fù)制之后，該鑄模可從該薄膜中移除，且處理該薄膜并處理表面，使得將該薄膜內(nèi)的圖案轉(zhuǎn)移到可操作表面。因此，將該鑄模中的圖案復(fù)制在器件的表面中。當(dāng)然，盡管可利用用于在器件220之堆疊的可操作表面A′或B′內(nèi)或上形成一結(jié)構(gòu)的任何合適的方法。
另外，雖然可使用表面A′或B′來接收特征的復(fù)制圖案，但是納米結(jié)構(gòu)特征可具有與表面A或B相比的如此小尺寸，以致于同樣可將復(fù)制圖案的足夠部分在功能上復(fù)制到每一表面A或B上。例如，對應(yīng)于偏振特征的圖案可被復(fù)制在該表面A′上。歸因于特征在復(fù)制圖案內(nèi)的尺寸化，該圖案也可在功能上形成于每一單個表面A上。一具有25nm特征的循環(huán)圖案可被復(fù)制到表面A′中，其包括一特定器件的表面A。如果(例如)表面A的尺寸接近50μm2，那么表面A可接收接近1000循環(huán)的被復(fù)制到表面A′中的圖案，其為足以增強功能性的量。因此，增強的功能性導(dǎo)致(即使)表面A可能不具有足以在其中個別地復(fù)制圖案的面積。因此，器件210的增強的功能性可通過以此方式復(fù)制表面A′并因此復(fù)制表面A而實現(xiàn)。
仍參考圖1，在將納米結(jié)構(gòu)復(fù)制到表面A′或B′上時，器件堆疊可為個別使用而被拆疊150。
此外，經(jīng)復(fù)制器件的子集，例如其間的一個、所有或某些數(shù)量，可用于測試。即，可測試具有對應(yīng)于特征的復(fù)制圖案的增強的功能性的器件210或器件集合，以確保經(jīng)復(fù)制的納米結(jié)構(gòu)圖案執(zhí)行所需的功能。
如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到，可將各種圖案復(fù)制在該等器件中。該等圖案可提供各種光學(xué)或光子功能。例如，該等圖案可采用孔、帶、渠溝或柱子的形狀，其都可具有共同的周期或無共同的周期，且可具有各種高度和寬度。例如，該等帶可具有矩形槽的形狀，或者具有三角形或半圓形槽。類似地，柱子(基本上與孔相反)可被圖案化?？捎迷趦奢S線中具有共同的周期或者通過改變一軸線或兩軸線的周期將該等柱子圖案化。該等柱子可成形為(例如)升高的臺階、圓形的半圓或三角形的形狀。該等柱子也可成形為一軸線中具有一圓錐形且另一軸線中具有另一圓錐形。
因此，在器件上被圖案化的納米結(jié)構(gòu)實際上可充當(dāng)可用一施加圖案而實現(xiàn)的任何光學(xué)元件，諸如(例如)偏振器、偏振束分裂器與組合器、窄帶濾波器、人造雙折射波板、寬帶偏振反射器、透鏡或可調(diào)濾波器。
納米結(jié)構(gòu)的說明性用途是用于偏振管理，例如偏振器或偏振束分裂器。該納米結(jié)構(gòu)可被圖案化為柵格或格柵型器件。如相關(guān)技術(shù)中已知，假定波長遠遠大于柵格間隔，則柵格結(jié)構(gòu)傳輸具有垂直于柵格或格柵線的E向量的輻射且反射平行輻射。因為當(dāng)前處理能夠形成與波長相比小的納米結(jié)構(gòu)，所以可實現(xiàn)偏振管理。例如，在器件采用激光器的形狀、且經(jīng)復(fù)制的圖案對應(yīng)于一偏振器、且其上復(fù)制的表面為激光器的刻面、且偏振器在激光波長下具有高反射率的情況下，可實現(xiàn)一在單一偏振中發(fā)出激光的激光器。
納米結(jié)構(gòu)的另一說明性用途是用于波長管理，例如，作為窄帶濾波器或可調(diào)濾波器。該等納米結(jié)構(gòu)可采用(例如)柵格的形狀。利用該柵格間隔的濾波器的功能性在相關(guān)技術(shù)中已知。例如，可使用共振效應(yīng)且改變格柵厚度、波長和入射角度以實現(xiàn)所需的結(jié)果。在一示范性實施例中，例如，可通過設(shè)計成允許向前和向后傳播零次波而產(chǎn)生能效濾波器。在共振時，向前傳播零次波的衍射效率接近0，且向后傳播波的衍射效率接近1。通過遵循此原則，例如，具有高效率、窄帶和小尺寸的濾波器可應(yīng)用于另一光子器件。
因此，通過在光子、光學(xué)或光電子器件或組件的可操作表面(諸如，刻面或界面)上圖案化納米結(jié)構(gòu)，可改良器件或組件的功能性，且與自由空間包裝和組裝相關(guān)的成本得以降低，因為所施加圖案的功能性有效地增強了對基礎(chǔ)器件的操作。
現(xiàn)在參考圖3，其展示一適用于執(zhí)行圖1的方法的裝置300。裝置300可采用一復(fù)制器的形狀，在該復(fù)制器中可安裝有鑄模320和器件220的堆疊。復(fù)制器300可包括用于將薄膜施加130(圖1)到堆疊220的構(gòu)件。復(fù)制器300可包括承載器件220的堆疊的固定區(qū)塊330和承載鑄模320的可移動鑄模區(qū)塊340。耦合到x-y定位器360和z定位器370的控制器350可控制鑄模320靠在堆疊220上的施加。
可在鑄模320上提供對準標記380，同時可在器件堆疊220上提供附帶標記385。一傳感器390可用以使對準標記380、385對準，并向控制器350提供對準信號。例如，控制器350也可配備有輸入-輸出電路400以供用戶控制。
在操作中，通過開動z定位器370，藉此在z方向中相對于器件區(qū)塊330的堆疊集合移動鑄模區(qū)塊340，控制器350可控制將鑄模320復(fù)制在被施加130(圖2)到器件堆疊220的薄膜中。例如，使用光學(xué)或電學(xué)對準技術(shù)，通過x-y定位器360，可實現(xiàn)鑄模320與器件堆疊220的對準。例如，傳感器390和對準標記380、385可采用光學(xué)檢測器或光學(xué)對準標記的形狀，其產(chǎn)生一波紋對準圖案，使得可采用波紋對準技術(shù)來相對于堆疊220定位鑄模320。該等技術(shù)已為所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知。控制器350可具有傳感器390所提供的對準信息，并使用x-y定位器360于x-y平面相對于薄膜來調(diào)整鑄模區(qū)塊340的位置。盡管，當(dāng)然，可使用所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的其它合適的對準技術(shù)。
所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到，不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可實施對本發(fā)明的許多修改和變化。因此，倘若對本發(fā)明的修改和變化在隨附權(quán)利要求及其等價物的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明意欲涵蓋對本發(fā)明的修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于增強光子器件的功能性的方法，每一光子器件包括至少一可操作表面，所述方法包含堆疊所述光子器件，使得每一所述可操作表面經(jīng)調(diào)整以形成一復(fù)合表面；向所述復(fù)合表面施加一適合于接收一復(fù)制的薄膜；以及在所述施加的薄膜中復(fù)制一納米結(jié)構(gòu)圖案；其中，實質(zhì)上，用所述復(fù)制的納米結(jié)構(gòu)圖案的一足夠部分來復(fù)制每一所述可操作表面，以藉由執(zhí)行一與所述納米結(jié)構(gòu)有關(guān)的特定功能來增強對所述器件的操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進一步包含提供一包括指示所述納米結(jié)構(gòu)圖案的復(fù)數(shù)個特征的鑄模；且使所述復(fù)合表面與所述鑄模對準。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其進一步包含向所述復(fù)合表面施加所述經(jīng)對準的鑄模。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中施加所述薄膜包含沉積所述薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中該沉積會沉積一熱塑性層。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中該沉積會沉積一紫外線可固化聚合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中施加所述薄膜包含在該薄膜上旋涂。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述在該薄膜上的旋涂包含旋涂聚甲基丙烯酸甲酯、熱塑性塑料與光阻中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述在該薄膜上的旋涂包含旋涂一紫外線可固化聚合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一可操作表面包含至少一刻面。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一可操作表面包含至少一界面。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進一步包含形成至少一所述光子器件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述形成包含蝕刻、磊晶成長、全息平版印刷與照相平版印刷中的至少一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述堆疊包含堆疊一條所述光子器件。
15.一種在一由一處理所復(fù)制的光子器件的一表面上形成的納米結(jié)構(gòu)，該處理包含堆疊所述光子器件，使得每一所述可操作表面對準以形成一復(fù)合表面；向所述復(fù)合表面施加一適合于接收一復(fù)制的薄膜；且在所述施加的薄膜中復(fù)制一納米結(jié)構(gòu)圖案；其中，實質(zhì)上，用所述復(fù)制的納米結(jié)構(gòu)圖案的一足夠部分來復(fù)制每一所述可操作表面，以通過執(zhí)行一與所述納米結(jié)構(gòu)有關(guān)的特定功能來增強對所述器件的操作。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的產(chǎn)品，其中所述結(jié)構(gòu)提供偏振管理。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的產(chǎn)品，其中所述結(jié)構(gòu)提供波長管理。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的產(chǎn)品，其中所述光子器件包含至少一III-V型半導(dǎo)體化合物主動光子器件。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的產(chǎn)品，其中所述光子器件包含至少一III-V型半導(dǎo)體化合物被動光子器件。
20.一種用于提供增強一光子器件的功能性的方法，該光子器件包括至少一可操作表面，所述方法包含使所述光子器件與其它器件堆疊，藉此創(chuàng)造一復(fù)合表面；向所述復(fù)合表面施加一適合于接收一復(fù)制的薄膜；以及在所述施加的薄膜中復(fù)制一納米結(jié)構(gòu)圖案；其中，實質(zhì)上，用所述復(fù)制的納米結(jié)構(gòu)圖案的一足夠部分來復(fù)制所述光子器件的所述表面，以藉由執(zhí)行一與所述納米結(jié)構(gòu)有關(guān)的特定功能來增強對所述器件的操作。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述至少一可操作表面包含至少一刻面。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述至少一可操作表面包含至少一界面。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其進一步包含形成所述光子器件。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述形成包含蝕刻、磊晶成長、全息平版印刷與照相平版印刷中的至少一種。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述光子器件包含至少一III-V型半導(dǎo)體化合物主動光子器件。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述光子器件包含至少一III-V型半導(dǎo)體化合物被動光子器件。
27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述堆疊包含堆疊所述聲音器件作為一條所述光子器件的一部分。
28.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其進一步包含將所述堆疊的光子器件進行拆疊。
29.一種呈現(xiàn)適用于供一具有至少一波長的傳輸使用的增強的功能性的光電子器件，所述器件包含一適合于與所述傳輸起作用的表面；以及形成于所述表面中的復(fù)數(shù)個納米結(jié)構(gòu)；其中所述納米結(jié)構(gòu)適合于向所述表面提供增強的功能性。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的器件，其中所述表面包括至少一石榴石材料。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的器件，其中所述復(fù)數(shù)個納米結(jié)構(gòu)包含孔、帶、渠溝與柱子中的至少一種。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的器件，其中所述表面包含一刻面。
33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的器件，其中所述表面包含一界面。
34.根據(jù)權(quán)利要求29所述的器件，其中所述表面包含一光子器件的一可操作表面。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的器件，其中所述光子器件包含一石榴石磁旋器。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的器件，其中所述光子器件為主動的。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的器件，其中所述光子器件為被動的。
38.根據(jù)權(quán)利要求29所述的器件，其中所述增強的功能性包括偏振管理。
39.根據(jù)權(quán)利要求29所述的器件，其中所述增強的功能性包括波長管理。
40.一種用于提供增強光子器件的功能性的方法，每一光子器件包括至少一可操作表面，所述方法包含堆疊所述光子器件，使得每一所述可操作表面對準以形成一復(fù)合表面；向所述復(fù)合表面施加一適合于接收一復(fù)制的薄膜；且在所述施加的薄膜中復(fù)制一納米結(jié)構(gòu)圖案；其中，實質(zhì)上，用所述復(fù)制的納米結(jié)構(gòu)圖案的一足夠部分來復(fù)制每一所述可操作表面，以通過執(zhí)行一與所述納米結(jié)構(gòu)有關(guān)的特定功能來增強對所述器件的操作。
全文摘要
本發(fā)明針對一種用于增強各包括至少一可操作表面的光子器件的功能性的方法。該方法包括堆疊該等光子器件(220)，使得每一可操作表面對準以形成一復(fù)合表面；向該復(fù)合表面施加一適合于接收復(fù)制的薄膜；且在所施加薄膜中復(fù)制一納米結(jié)構(gòu)圖案。實質(zhì)上，用所復(fù)制的納米結(jié)構(gòu)圖案的一足夠部分來復(fù)制每一可操作表面，以通過執(zhí)行一與納米結(jié)構(gòu)有關(guān)的特定功能來增強對該等器件的操作。
文檔編號H01L31/00GK1692299SQ03814105
公開日2005年11月2日 申請日期2003年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月18日
發(fā)明者王建, 休伯特·科斯塔爾 申請人:納諾普托公司