CN100342262C - 一种微机械可调谐光滤波器 - Google Patents

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Abstract

一种微机械可调谐光滤波器，其中包括：一铟磷衬底；在铟磷衬底上制备有n型重掺杂的铟磷缓冲层；一下布拉格反射镜制作在铟磷缓冲层的上部，该下布拉格反射镜的宽度小于铟磷缓冲层，且该下布拉格反射镜位于铟磷缓冲层的中间；在该下布拉格反射镜上部的两侧有铟镓砷层，该两侧的铟镓砷层之间为光学厚度为半波长整数倍的空气腔；在该铟镓砷层上有一上布拉格反射镜；在下布拉格反射镜的两端、铟磷缓冲层上制备有N-面电极；在上布拉格反射镜的上表面制备有P-面电极，该P-面电极中间的部分和上布拉格反射镜构成悬臂梁；在减薄和抛光的铟磷衬底背面制备有介质增透膜；在上布拉格反射镜的中心有通光孔。

Description

一种微机械可调谐光滤波器
技术领域
本发明涉及一种新型材料结构的可调谐光滤波器，特别是指一种微机械可调谐光滤波器。
背景技术
微机械可调谐光滤波器由于能够实现大范围调谐，在波分复用技术中有美好的应用前景，且其制作工艺与其它光电子器件制作工艺兼容，因而越来越受到重视。目前，关于这种微机械可调谐光滤波器的公开报道有四种：
其一是，采用GaAs衬底，以GaAs/AlAs，AlAs/AlGaAs，AlOx/GaAlAs等材料来制作分布布拉格反射镜，通过选择腐蚀GaAs，AlGaAs，AlAs等材料制作空气腔。(见文献：[1]P.Tayebati，P.D.Wang，et al.，“WidelyTunable Fabry-Perot Filter Using Ga(Al)As-AlOx Deformable Mirrors”，IEEEPhotonics Technology Letters，Vol.10，No.3，pp.394-396，1998。[2]E.C.Vail，M.S.Wu，et al.，“GaAs micromachined widely tunable Fabry-Perot filters”，Electronics Letters，Vol.31，No.3，pp.228-229，1995。)
该结构的缺点：悬臂梁及反射镜较厚，器件的耐压性和可靠性较差。
其二是，采用Si衬底，以Si/SiO2，Si/TiO2等介质膜材料制作分布布拉格反射镜，通过选择腐蚀特定的牺牲层制作空气腔。(见文献：[1]A.T.T.D.Tran，Y.H.Lo，et al.，“Surface Micromachined Fabry-PerotTunable Filter”，IEEE Photonics Technology Letters，Vol.8，No.3，pp.393-395，1996。[2]P.Tayebati，P.Wang，et al.，“MicroelectromechanicalTunable Filter with stable half symmetric cavity”，Electronics Letters，Vol.34，No.20，pp.1967-1968，1998。)
该结构的缺点：制备牺牲层时，牺牲层的厚度难以精确控制，因此空气腔实际厚度容易偏离设计值。
其三是，采用InP衬底，以InP/空气隙制作分布布拉格反射镜，通过选择腐蚀InGaAs制作空气隙和空气腔。(见文献：S.Irmer，M.Strassner，et al.，“Ultralow Biased Widely Continously Tunable Fabry-Perot Filter”，IEEE Photonics Technology Letters，Vol.15，No.3，pp.434-436，2003。)
该结构的缺点：InP悬臂容易塌，耐压性和可靠性较差。
其四是，采用InP衬底，以InP/空气隙和在InP上生长Si/SiO2介质膜来制作分布布拉格反射镜，通过选择腐蚀InGaAs制作空气隙和空气腔。(见文献：M.Strassner，J.Daleiden，et al.，“III-V semiconductor materialfor tunable Fabry-Perot filters for coarse and dense WDM systems”，Sensorsand Actuators，Vol.85，pp.249-255，2000。)
该结构的缺点：由于空气腔上部的Si/SiO2分布布拉格反射镜制作在InP层等半导体之上，上部反射镜通过半导体InP层等与支持悬臂的InGaAs本征层相连，因而器件的耐压性和可靠性欠佳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型材料结构的微机械可调谐光滤波器，由于Si/SiO2绝缘性和耐压性较好，因而器件的耐压性和可靠性好，容易实现波长的大范围调谐。
本发明的一种微机械可调谐光滤波器，其特征在于，其中包括：
一铟磷衬底；
在铟磷衬底上制备有n型重掺杂的铟磷缓冲层；
一下布拉格反射镜制作在铟磷缓冲层的上部，该下布拉格反射镜的宽度小于铟磷缓冲层，且该下布拉格反射镜位于铟磷缓冲层的中间；
在该下布拉格反射镜上部的两侧有铟镓砷层，该两侧的铟镓砷层之间为光学厚度为半波长整数倍的空气腔；
在该铟镓砷层上有一上布拉格反射镜，其中上布拉格反射镜包括：一第一硅层，在第一硅层上依续有第一二氧化硅层、第二硅层、第二二氧化硅层、第三硅层；
在下布拉格反射镜的两端、铟磷缓冲层上制备有N-面电极；
在上布拉格反射镜的上表面制备有P-面电极，该P-面电极中间的部分和上布拉格反射镜构成悬臂梁；
在减薄和抛光的铟磷衬底背面制备有介质增透膜；
在上布拉格反射镜的中心有通光孔。
其中下布拉格反射镜包括：一第一铟磷层，该第一铟磷层的下面的两侧有第一铟镓砷层，该第一铟镓砷层之间为第一空气隙，在第一铟磷层上面的两侧有第二铟镓砷层，该第二铟镓砷层之间为第二空气隙，在第二铟镓砷层上有第二铟磷层。
其中悬臂梁为1个，或者2个，或者3个，或者4个。
其中所述的滤波器的中心波长为1300～1550nm的任一波长。
本发明的一种微机械可调谐光滤波器，具有以下优点：空气腔通过选择腐蚀用MOCVD方法或者MBE方法精确外延生长的InGaAs层来制作，因而，可以精确控制空气腔的厚度；下部分布布拉格反射镜采用折射率差大的InP/空气隙制作，这样反射镜只需要较少的对数即可达到很高的反射率；上部分布布拉格反射镜采用折射率差较大的Si/SiO2材料制作，使悬臂的厚度较小；而且，悬臂由Si/SiO2分布布拉格反射镜以及其上部的金属电极层构成，使悬臂的刚度增强，悬臂不易塌；此外，空气腔上部的Si/SiO2分布布拉格反射镜是制作在InGaAs本征层之上的，由于Si/SiO2绝缘性和耐压性较好，因而器件的耐压性和可靠性好，容易实现波长的大范围调谐。
附图说明
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，其中：
图1是本发明实施例微机械可调谐光滤波器的一个俯视图；
图2是本发明实施例微机械可调谐光滤波器的沿悬臂方向并且通过通光孔中心的剖面图；
图3是本发明实施例微机械可调谐光滤波器的沿垂直悬臂方向并且通过通光孔中心的剖面图。
具体实施方式
请参阅图1、图2和图3，本发明一种微机械可调谐光滤波器，其中包括：
一铟磷衬底8；
在铟磷衬底8上制备有n型重掺杂的铟磷缓冲层1；
一下布拉格反射镜20制作在铟磷缓冲层1的上部，该下布拉格反射镜20的宽度小于铟磷缓冲层1，且该下布拉格反射镜20位于铟磷缓冲层1的中间；其中下布拉格反射镜20包括：一第一铟磷层10，该第一铟磷层10的下面的两侧有第一铟镓砷层19，该第一铟镓砷层19之间为第一空气隙9，在第一铟磷层10上面的两侧有第二铟镓砷层18，该第二铟镓砷层18之间为第二空气隙11，在第二铟镓砷层18上有第二铟磷层3；
在该下布拉格反射镜20上部的两侧有铟镓砷层17，该两侧的铟镓砷层17之间为光学厚度为半波长整数倍的空气腔12；
在该铟镓砷层17上有一上布拉格反射镜30；其中上布拉格反射镜30包括：一第一硅层13，在第一硅层13上依续有第一二氧化硅层14、第二硅层15、第二二氧化硅层16、第三硅层6；
在下布拉格反射镜20的两端、铟磷缓冲层1上制备有N-面电极2；
在上布拉格反射镜30的上表面制备有P-面电极5，该P-面电极5中间的部分和上布拉格反射镜30构成悬臂梁5’，该悬臂梁5’为1个，或者2个，或者3个，或者4个；
在减薄和抛光的铟磷衬底8背面制备有介质增透膜7；
在上布拉格反射镜30的中心有通光孔4。
本发明所述的滤波器的中心波长为1300～1550nm的任一波长。

Claims (4)

1.一种微机械可调谐光滤波器，其特征在于，其中包括：
一铟磷衬底；
在铟磷衬底上制备有n型重掺杂的铟磷缓冲层；
一下布拉格反射镜制作在铟磷缓冲层的上部，该下布拉格反射镜的宽度小于铟磷缓冲层，且该下布拉格反射镜位于铟磷缓冲层的中间；
在该下布拉格反射镜上部的两侧有铟镓砷层，该两侧的铟镓砷层之间为光学厚度为半波长整数倍的空气腔；
在该铟镓砷层上有一上布拉格反射镜，其中上布拉格反射镜包括：一第一硅层，在第一硅层上依续有第一二氧化硅层、第二硅层、第二二氧化硅层、第三硅层；
在下布拉格反射镜的两端、铟磷缓冲层上制备有N-面电极；
在上布拉格反射镜的上表面制备有P-面电极，该P-面电极中间的部分和上布拉格反射镜构成悬臂梁；
在减薄和抛光的铟磷衬底背面制备有介质增透膜；
在上布拉格反射镜的中心有通光孔。
2.按权利要求1所述的一种微机械可调谐光滤波器，其特征在于，其中下布拉格反射镜包括：一第一铟磷层，该第一铟磷层的下面的两侧有第一铟镓砷层，该第一铟镓砷层之间为第一空气隙，在第一铟磷层上面的两侧有第二铟镓砷层，该第二铟镓砷层之间为第二空气隙，在第二铟镓砷层上有第二铟磷层。
3.按权利要求1所述的一种微机械可调谐光滤波器，其特征在于，其中悬臂梁为1个，或者2个，或者3个，或者4个。
4.按权利要求1所述的一种微机械可调谐光滤波器，其特征在于，其中所述的滤波器的中心波长为1300～1550nm的任一波长。
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