CN110243471A - 滤光器和包括滤光器的光谱仪 - Google Patents

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Abstract

公开了一种滤光器和包括滤光器的光谱仪。滤光器包括多个过滤器单元，具有不同谐振波长，其中，多个过滤器单元中的每个过滤器单元包括：腔层，被配置为输出相长干涉光，布拉格反射层，设置在腔层的第一表面上，以及图案反射层，设置在腔层的与第一表面相对的第二表面上并被配置为引起入射在图案反射层上的光的导模谐振，图案反射层包括周期性地布置的多个反射结构。

Description

滤光器和包括滤光器的光谱仪
相关申请的交叉引用
本申请要求分别于2018年3月9日、2018年11月1日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-0028293、No.10-2018-0133136的优先权，其公开通过引用全部并入本文。
技术领域
本公开的示例实施例涉及滤光器和包括滤光器的光谱仪。
背景技术
光谱仪是一种光学工具。相关技术的光谱仪包括各种光学元件，因此相对体积较大且较重。近年来，在诸如智能电话或可穿戴设备之类的小型设备应用中需要较小的光谱仪。特别地，因为集成电路和光学器件都形成在一个半导体芯片上，因此具有片上结构的光谱仪可以较小，因而开发了片上光谱仪。
发明内容
一个或多个示例实施例提供了滤光器和包括滤光器的光谱仪。
附加方面部分地将在接下来的描述中阐述，且部分地将通过该描述而变得清楚明白，或者可以通过对示例实施例的实践来获知。
根据示例实施例的一个方面，提供了一种滤光器，包括：多个过滤器单元，具有不同谐振波长，其中，所述多个过滤器单元中的每个过滤器单元包括：腔层，被配置为输出相长干涉光，布拉格反射层，设置在所述腔层的第一表面上，以及图案反射层，设置在所述腔层的与所述第一表面相对的第二表面上并被配置为引起入射在所述图案反射层上的光的导模谐振，所述图案反射层包括周期性地设置的多个反射结构。
所述多个反射结构可以以小于所述多个过滤器单元中的每个过滤器单元的谐振波长的间距周期性地设置。
所述多个过滤器单元中的每个过滤器单元的谐振波长可以由所述多个反射结构的间距、厚度和占空比中的至少一项确定。
所述多个反射结构可以一维地设置。
可以将所述多个反射结构设置为平行线。
所述多个反射结构可以二维地设置。
所述多个反射结构可以以多边形图案重复地设置。
所述布拉格反射层可以包括交替地堆叠的分别具有不同折射率的多个材料层。
所述图案反射层还可以包括填充层，所述填充层填充在所述多个反射结构之间的间隙中，并且所述填充层的折射率不同于所述多个反射结构的折射率。
所述图案反射层还可以包括覆盖层，所述覆盖层覆盖所述多个反射结构，并且所述覆盖层的折射率不同于所述多个反射结构的折射率。
所述图案反射层还可以包括多个连接层，所述多个连接层被配置为将相邻的反射结构连接，并且所述连接层的厚度可以小于所述多个反射结构的厚度。
根据示例实施例的另一方面，提供了一种滤光器，包括：多个过滤器单元，具有不同谐振波长，其中，所述多个过滤器单元中的每个过滤器单元包括：腔层，被配置为输出相长干涉光，第一布拉格反射层，设置在所述腔层的第一表面上，第二布拉格反射层，设置在所述腔层的与所述第一表面相对的第二表面上，以及图案反射层，设置在所述腔层中并被配置为引起入射在所述图案反射层上的光的导模谐振，所述图案反射层包括周期性地设置的多个反射结构。
所述多个反射结构可以以小于所述多个过滤器单元中的每个过滤器单元的谐振波长的间距周期性地设置。
所述多个过滤器单元中的每个过滤器单元的谐振波长可以由所述多个反射结构的间距、厚度和占空比中的至少一项确定。
所述多个反射结构可以一维地或二维地设置。
所述第一布拉格反射层和所述第二布拉格反射层中的每个布拉格反射层分别可以包括交替地堆叠的具有不同折射率的多个材料层。
所述多个反射结构可以设置在所述第一布拉格层的与所述腔层的所述第一表面相邻的表面上或者设置在所述第二布拉格层的与所述腔层的所述第二表面相邻的表面上。
所述多个反射结构可以与所述第一布拉格层和所述第二布拉格层接触。
根据示例实施例的方案，提供了一种光谱仪，包括：滤光器，包括多个过滤器单元，所述多个过滤器单元具有不同谐振波长；以及感测单元，被配置为接收已经通过所述滤光器的光，其中，所述多个过滤器单元中的每个过滤器单元包括：腔层，被配置为输出相长干涉光，第一布拉格反射层，设置在所述腔层的第一表面上，以及图案反射层，包括多个反射结构，设置在所述腔层的与所述第一表面相对的第二表面上或者包括在所述腔层中，所述图案反射层被配置为引起入射在所述图案反射层上的光的导模谐振。
所述多个反射结构可以以小于所述多个过滤器单元中的每个过滤器单元的谐振波长的间距周期性地设置。
所述多个过滤器单元中的每个过滤器单元的谐振波长可以由所述多个反射结构的间距、厚度和占空比中的至少一项确定。
所述多个反射结构可以一维地或二维地设置。
所述多个反射结构可以设置在所述腔层的所述第二表面上，其中，所述图案反射层还可以包括填充层，所述填充层填充在所述多个反射结构之间的间隙中，并且所述填充层的折射率不同于所述多个反射结构的折射率。
所述多个反射结构可以设置在所述腔层中，并且所述多个过滤器单元中的每个过滤器单元还可以包括设置在所述腔层的所述第二表面上的第二布拉格层。
感测单元可以包括图像传感器或光电二极管。
所述多个反射结构可以与所述第一布拉格层和所述第二布拉格层接触。
附图说明
上述和/或其他方面将从结合附图对示例实施例的以下描述中变得清楚明白并且易于理解，在附图中：
图1是示意性地示出了根据示例实施例的光谱仪的透视图；
图2是示出了图1中所示的滤光器的过滤器单元的透视图；
图3是示出了图2中所示的过滤器单元的截面图；
图4是示出了作为示例模型的相关技术的过滤器单元的视图；
图5是示出了图4中所示的过滤器单元的透射光谱的仿真结果的视图；
图6是示出了图2中所示的实施例的过滤器单元的示例模型的视图；
图7A、图7B和图7C是示出了图6中所示的过滤器单元的透射光谱的仿真结果的视图；
图8是示出了根据示例实施例的过滤器单元的视图；
图9是示出了根据示例实施例的过滤器单元的视图；
图10是示出了根据示例实施例的过滤器单元的视图；
图11是示出了根据示例实施例的过滤器单元的视图；
图12是示出了根据示例实施例的过滤器单元的视图；
图13是示出了根据示例实施例的过滤器单元的视图；
图14A和图14B是示出了根据示例实施例的过滤器单元的视图；
图15是示出了根据示例实施例的过滤器单元的视图；
图16是示出了根据示例实施例的过滤器单元的视图；
图17是示出了根据示例实施例的过滤器单元的视图；
图18是示出了根据示例实施例的过滤器单元的视图；
图19是示出了根据示例实施例的过滤器单元的视图；
图20A和图20B是示出了根据示例实施例的过滤器单元的视图；
图21A和图21B是示出了根据示例实施例的过滤器单元的视图；
图22A和图22B是示出了根据示例实施例的过滤器单元的视图；
图23A和图23B是示出了根据示例实施例的过滤器单元的视图；
图24A和图24B是示出了根据示例实施例的过滤器单元的视图；
图25A和图25B是示出了根据示例实施例的过滤器单元的视图；以及
图26A和图26B是示出了根据示例实施例的过滤器单元的视图。
具体实施方式
现在详细参考示例实施例，在附图中示出了实施例的示例，其中，类似的附图标记始终表示类似的元件，并且为了清楚，可以放大元件的尺寸。在这点上，呈现的实施例可以具有不同形式，并且不应当被解释为受限于本文所阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述示例实施例，以解释各个方面。
如本文所用，术语“和/或”包括关联列出的项目中的一个或多个项目的任意和所有组合。诸如“……中的至少一个”之类的表述在元件列表之前时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。例如，表述“a、b和c中的至少一个”应该理解为仅包括a、仅包括b、仅包括c、包括a和b两者、包括a和c两者、包括b和c二者、或包括a、b和c的全部。
在下面的描述中，当一元件被称为在另一元件“之上”或“上”时，其可以直接在该另一元件上，同时与该另一元件接触，或者可以在该另一元件之上而不接触该另一元件。除非明确提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式。还将理解，本文中使用的术语“包括”和/或“包含”指定存在所描述的特征或元件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征或元件。
用定冠词或指示代词引用的元件可以被解释为一个或多个元件，即使它具有单数形式。除非在顺序方面明确描述或相反地描述，否则可以以适当的顺序执行方法的操作。也就是说，操作不限于描述操作的顺序。在本公开中，示例或示例性术语(例如，“诸如”和“等”)用于描述的目的，并且除非被权利要求限定，否则不旨在限制本发明构思的范围。
图1是示意性地示出了根据示例实施例的光谱仪3000的透视图。
参考图1，光谱仪3000包括感测器件3200和设置在感测器件3200上的滤光器3100。滤光器3100可以包括以二维阵列图案布置的多个过滤器单元100。然而，示例性实施例不限于此。例如，过滤器单元100可以以一维阵列图案布置。过滤器单元100可以具有不同的谐振波长。然而，过滤器单元100不限于此。例如，过滤器单元100中的一些可以具有相同的谐振波长。
感测器件3200可以接收已经经过滤光器3100的光并将光转换为电信号。在入射在滤光器3100上的光经过过滤器单元100之后，光具有不同的谐振波长并且到达感测器件3200的像素。然后，感测器件3200将入射在像素上的光转换为电信号。例如，感测器件3200可以包括光电二极管或图像传感器(例如，电荷耦合器件(CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器)。
图2是示出了图1中所示的滤光器3100的过滤器单元100的透视图，图3是示出了图2中所示的过滤器单元100的截面图。
参照图2和图3，过滤器单元100可以包括腔层110、设置在腔层110的表面上的布拉格反射层12()、以及设置在腔层110的相对表面上的图案反射层130。
布拉格反射层120可以设置在腔层110的表面上，例如腔层110的下表面上。布拉格反射层120可以是分布式布拉格反射器(DBR)。布拉格反射层120可以具有其中交替地堆叠具有不同折射率的多个材料层的结构。具有这种结构的布拉格反射层120可以根据折射率的周期性变化来反射光。
图3示出了布拉格反射层120包括具有不同折射率并且各自交替地堆叠三次的第一材料层121和第二材料层122的示例。第一材料层121和第二材料层122可以包括具有不同折射率的半导体材料。例如，第一材料层121可以包括二氧化硅(SiO2)(折射率＝约1.46)，第二材料层122可以包括硅(Si)(折射率＝约3.8)。然而，这仅是示例。例如，取决于诸如入射光的波长之类的设计条件，第一材料层121和第二材料层122可以包括各种其他材料。
图案反射层130可以设置在腔层110的相对表面上，例如腔层110的上表面上。这里，图案反射层130可以通过引起导模谐振(GMR)来增加窄波长范围中的反射率。为此，图案反射层130可以具有被配置为引起GMR的光栅结构。图案反射层130可以包括以规则间隔周期性地布置在腔层110的上表面上的多个反射结构135。在该示例中，反射结构135可以以小于与过滤器单元100相对应的谐振波长的间距P来布置。
在示例实施例中，图案反射层130的反射结构135可以以一维图案布置在腔层110的上表面上。例如，每个反射结构135可以是具有宽度(w)和厚度(t)的线形，并且反射结构135可以以间距(P)在一个方向上布置并且可以彼此平行。图3示出了每个反射结构135具有四边形截面形状的示例。然而，这仅是示例。例如，每个反射结构135可以具有其他多边形截面形状，例如三角形截面形状。
反射结构135可以包括具有给定折射率的半导体材料。例如，反射结构135可以包括Si(折射率＝约3.8)。但是，这是非限制性示例。例如，反射结构135可以包括诸如砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、氮化硅(SiN)或二氧化钛(TiO2)之类的材料。另外，取决于诸如入射光的波长之类的没计条件，反射结构135可以包括各种材料。
在示例实施例中，可以由反射结构135的间距P、厚度(t)和占空比中的至少一项来确定滤光器3100的每个过滤器单元100的谐振波长。因此，通过改变图案反射层130的反射结构135的间距P、厚度(t)和占空比中的至少一项，可以更加容易实现具有不同谐振波长的过滤器单元100。
腔层110可以设置在布拉格反射层120与图案反射层130之间。腔层110可以包括折射率小于图案反射层130的反射结构135的折射率的材料。例如，腔层110可以包括SiO2(折射率＝约1.46)。然而，这仅是示例。例如，取决于诸如入射光的波长之类的设计条件，腔层110可以包括各种材料。
在该结构中，从过滤器单元100的上表面进入腔层110的光IL可以在布拉格反射层120与图案反射层130之间的腔层110中行进，同时经历相长干涉和相消干涉。然后，具有满足腔层110的相长干涉条件的谐振波长的光TL可以通过过滤器单元100的下表面离开过滤器单元100。即，腔层110被配置为输出具有给定谐振波长的光。
根据示例实施例，由于过滤器单元100包括具有能够引起GMR的光栅结构的图案反射层130，因此可以增加窄波长范围中的反射率。因此，可以减小因光IL在过滤器单元100上的入射角的变化引起的谐振波长的变化。另外，通过改变图案反射层130的反射结构135的间距(P)、厚度(t)或占空比，可以更加容易实现具有不同谐振波长的过滤器单元100。因此，可以以较低的成本和较短的时间通过较简单的工艺来制造滤光器3100。
图4是示出了作为示例模型的相关技术的过滤器单元10的视图。
在图4中所示的相关技术的过滤器单元10中，第一布拉格反射层12和第二布拉格反射层13分别设置在腔层11的下表面和上表面上。在该示例中，第一布拉格反射层12和第二布拉格反射层13包括SiO2层(厚度＝约145nm，折射率＝约1.46)作为第一材料层12’和13’，以及Si层(厚度＝约56nm，折射率＝约3.8)作为第二材料层12”和13”。在第一布拉格反射层12和第二布拉格反射层13中的每个中，SiO2层和Si层均交替地堆叠三次，并且腔层11包括SiO2层(厚度＝约290nm，折射率＝约1.46)。
在该结构中，入射在腔层11上的光IL1在腔层11中行进，同时在第一布拉格反射层12和第二布拉格反射层13之间被反射。然后，具有给定谐振波长的光TL1通过第一布拉格反射层12被输出到外部。
图5是示出了图4中所示的过滤器单元10的透射光谱的仿真结果的视图。图5示出了在将光IL1在过滤器单元10上的入射角θ从0°顺序地改变到10°的同时计算的透射光谱。
参照图5，在其中第一布拉格反射层12和第二布拉格反射层13分别设置在腔层11的下表面和上表面上的相关技术的过滤器单元10中，谐振波长随着光IL1的入射角变化而显著变化。当谐振波长随着光IL1的入射角的变化而显著变化时，透射光谱中的半峰全宽(FWHM)可能增加，因此光谱仪的分辨率可能劣化。
图6是示出了图2中所示的示例实施例的过滤器单元100的示例模型200的视图。参照图6，布拉格反射层220包括SiO2层(厚度＝约145nm，折射率＝约1.46)作为第一材料层221，以及Si层(厚度＝约56nm，折射率＝约3.8)作为第二材料层222。SiO2层和Si层均交替地堆叠三次，并且腔层210包括SiO2层(厚度＝约290nm，折射率＝约1.46)。另外，每个反射结构235可以包括填充率为约0.5的Si(厚度＝约200nm，折射率＝约3.8)，并且过滤器单元200的其他配置可以与图3中所示的过滤器单元100相同。
图7A至图7C是示出了图6中所示的过滤器单元200的透射光谱的仿真结果的视图。
图7A示出了在过滤器单元200的反射结构235具有280nm的间距(P)的条件下，在将光IL2在过滤器单元200上的入射角θ从0°改变为2°、4°、6°、8°和10°的同时计算的透射光谱。
参照图7A，当光IL2的入射角θ为0°时，谐振波长为782.68nm，当光IL2的入射角θ从0°变化到10°时，谐振波长变化约0.89nm。另外，已经经过过滤器单元200的光TL2具有约0.872的最大强度和约3.19nm的FWHM。
图7B示出了在过滤器单元200的反射结构235具有320nm的间距(P)的条件下，在将光IL2在过滤器单元200上的入射角θ从0°改变为2°、4°、6°、8°和10°的同时计算的透射光谱。
参照图7B，当光IL2的入射角θ为0°时，谐振波长为813.47nm，当光IL2的入射角θ从0°变化到10°时，谐振波长变化约0.97nm。另外，已经经过过滤器单元200的光TL2具有约0.968的最大强度和约1.41nm的FWHM。
图7C示出了在过滤器单元200的反射结构235具有340nm的间距(P)的条件下，在将光IL2在过滤器单元200上的入射角θ从0°改变为2°、4°、6°、8°和10°的同时计算的透射光谱。
参照图7C，当光IL2的入射角θ为0°时，谐振波长为825.88nm，当光IL2的入射角θ从0°变化到10°时，谐振波长变化约1.0nm。另外，已经经过过滤器单元200的光TL2具有约0.72的最大强度和约3.8nm的F WHM。
参照图7A至图7C中所示的结果，可以理解，尽管光IL2在图6中所示的过滤器单元200上的入射角θ变化，但是谐振波长变化较小，并且由于较小FWHM而获得较高分辨率。
图8是示出了根据示例实施例的过滤器单元300的视图。
参照图8，过滤器单元300包括腔层110、设置在腔层110的表面上的布拉格反射层120、以及设置在腔层110的相对表面上的图案反射层330。布拉格反射层120可以具有其中交替地堆叠具有不同折射率的多个材料层的结构。图8示出了布拉格反射层120包括具有不同折射率并且均交替地堆叠三次的第一材料层121和第二材料层122的示例。
图案反射层330可以通过引起GMR来增加窄波长范围中的反射率。为此，图案反射层330可以具有被配置为引起GMR的光栅结构。图案反射层330可以包括以给定间隔周期性地布置的多个反射结构335，以及填充在反射结构335之间的间隙中的填充层345。反射结构335可以以一维图案布置在腔层110的上表面上。每个反射结构335可以是具有宽度和厚度的线形，并且反射结构335可以以给定间距在一个方向上彼此平行地布置。
反射结构335可以以小于与过滤器单元300相对应的谐振波长的间距来布置。每个反射结构335可以具有多边形截面形状，例如四边形或三角形截面形状，并且可以包括具有给定折射率的半导体材料。然而，示例性实施例不限于此。取决于诸如入射光的波长之类的设计条件，反射结构335可以包括各种材料。
填充层345可以设置在腔层110的上表面上，以填充反射结构335之间的间隙。填充层345可以具有与反射结构335相同的厚度。然而，填充层345不限于此。例如，填充层345可以比反射结构335薄。填充层345可以包括具有与反射结构335的折射率不同的折射率的材料。
填充层345可以包括折射率小于反射结构335的折射率的材料。例如，反射结构335可以包括相对高的反射率材料，例如Si、GaAs、GaP、SiN或TiO2，并且填充层345可以包括诸如SiO2、基于聚合物的材料(SU-8，PMMA)或氢倍半硅氧烷(HSQ)之类的折射率小于反射结构335的折射率的材料。然而，这仅是示例。反射结构335和填充层345可以包括除了上面列出的材料之外的各种材料。
在上文中，描述了反射结构335包括折射率大于填充层345的折射率的材料。但是，这是非限制性示例。例如，反射结构335可以包括折射率小于填充层345的折射率的材料。
根据示例实施例，由于过滤器单元300包括具有能够引起GMR的光栅结构的图案反射层330，因此可以增加窄波长范围中的反射率，并且因此可以减小由于光在过滤器单元300上的入射角的变化而引起的谐振波长的变化。另外，由于可以通过改变图案反射层330的反射结构335的间距、厚度或占空比来确定过滤器单元300的谐振波长，因此可以更加容易制造包括具有不同谐振波长的过滤器单元300的滤光器。
图9是示出了根据示例实施例的过滤器单元400的视图。
参照图9，过滤器单元400包括腔层110、设置在腔层110的表面上的布拉格反射层120、以及设置在腔层110的相对表面上的图案反射层430。图案反射层430可以具有被配置为引起GMR的光栅结构。图案反射层430可以包括以给定间隔周期性地布置的多个反射结构435、以及覆盖反射结构435的覆盖层450。
覆盖层450可以设置在腔层110的上表面上以覆盖和包封反射结构435。覆盖层450可以包括具有与反射结构435的折射率不同的折射率的材料。例如，覆盖层450可以包括折射率小于反射结构435的折射率的材料。但是，这是非限制性示例。例如，反射结构435可以包括折射率小于覆盖层的折射率的材料。
在前面的示例实施例中描述了图9中所示的其他结构，因此这里将不再重复其描述。
图10是示出了根据示例实施例的过滤器单元500的视图。
参照图10，过滤器单元500包括腔层110、设置在腔层110的表面上的布拉格反射层120、以及设置在腔层110的相对表面上的图案反射层530。图案反射层530可以具有能够引起GMR的光栅结构。图案反射层530可以包括以给定间隔周期性地布置的多个反射结构535、以及将反射结构535连接的连接层560。
连接层560可以设置在腔层110的上表面上以将相邻反射结构535连接。连接层560的厚度可以小于反射结构535的厚度。连接层560可以与反射结构535一体地设置，并且可以包括与反射结构535包括的材料相同的材料。
在前面的示例实施例中描述了图10中所示的其他结构，因此这里将不再重复其描述。
图11是示出了根据示例实施例的过滤器单元600的视图。
参照图11，过滤器单元600包括腔层610、设置在腔层610的表面上的第一布拉格反射层620、以及设置在腔层610的相对表面上的第二布拉格反射层640、以及设置在腔层610中的图案反射层630。
第一布拉格反射层620和第二布拉格反射层640可以分别设置在腔层610的下表面和上表面上。第一布拉格反射层620和第二布拉格反射层640中的每个可以具有其中具有不同折射率的多个材料层交替堆叠的结构。在图11中所示的示例中，第一布拉格反射层620包括具有不同折射率的第一材料层621和第二材料层622，第二布拉格反射层640包括具有不同折射率的第一材料层641和第二材料层642。在这种情况下，第一材料层621和641以及第二材料层622和642可以包括各种材料，这取决于诸如入射光的波长之类的设计条件。具有这种结构的第一布拉格反射层620和第二布拉格反射层640可以根据折射率的周期性变化来反射光。
腔层610设置在第一布拉格反射层620和第二布拉格反射层640之间，并且图案反射层630可以设置在腔层610中。这里，图案反射层630可以设置在第一布拉格反射层620的内表面(即，上表面)上。
图案反射层630可以引起GMR并且可以包括设置在腔层610中并且以规则间隔周期性地布置在第一布拉格反射层620的上表面上的多个反射结构635。这里，反射结构635可以以小于与过滤器单元600相对应的谐振波长的间距来布置。
图案反射层630的反射结构635可以类似于图2中所示的反射结构135以一维图案布置。例如，每个反射结构635可以是具有宽度和厚度的线形，并且反射结构635可以以给定间距在一个方向上彼此平行地布置。另外，尽管图11中所示的反射结构635具有四边形截面形状，但这是非限制性示例。例如，每个反射结构635可以具有任何其他多边形截面形状。
反射结构635可以包括具有给定折射率的半导体材料。例如，反射结构635可以包括折射率大于腔层610的折射率的材料。取决于诸如入射光的波长之类的设计条件，反射结构635可以包括各种材料。
在过滤器单元600的这种结构中，通过第二布拉格反射层640进入腔层610的光可以在第二布拉格反射层640与图案反射层630之间行进，并且在腔层610中行进之后，具有给定谐振波长的光可以通过图案反射层630和第一布拉格反射层620被输出到外部。
根据示例实施例，由于引起GMR的图案反射层630被设置在过滤器单元600的腔层610中，因此可以增加窄波长范围中的反射率。因此，可以减小因光在过滤器单元600上的入射角的变化引起的谐振波长的变化。另外，可以通过改变图案反射层630的反射结构635的间距、厚度或占空比来实现具有不同谐振波长的过滤器单元600，因此可以简化滤光器的制造工艺并降低制造成本和时间。
图12是示出了根据示例实施例的过滤器单元700的视图。除了图案反射层730设置在第二布拉格反射层640的内表面上之外，图12中所示的过滤器单元700与图11中所示的过滤器单元600相同。
图13是示出了根据示例实施例的过滤器单元800的视图。除了图案反射层830与第一布拉格反射层620和第二布拉格反射层640的内表面两者接触之外，图13中所示的过滤器单元800与图11中所示的过滤器单元600相同。
图14A是示出了根据示例实施例的过滤器单元900的平面图，图14B是示出了图14A中所示的过滤器单元900的截面图。
参照图14A和图14B，过滤器单元900包括腔层910、设置在腔层910的表面上的布拉格反射层920、以及设置在腔层910的相对表面上的图案反射层930。
例如，当布拉格反射层920设置在腔层910的下表面上时，图案反射层930可以设置在腔层910的相对表面(例如腔层910的上表面上)上。这里，图案反射层930可以通过引起GMR来增加窄波长范围中的反射率。为此，图案反射层930包括图案材料层940和周期性地形成在图案材料层940中的多个孔935。
图案材料层940可以包括具有给定折射率的半导体材料。例如，图案材料层940可以包括Si(折射率＝约3.8)。但是，这是非限制性示例。例如，图案材料层940可以包括诸如GaAs、GaP、SiN或TiO2之类的材料。另外，取决于诸如入射光的波长之类的设计条件，图案材料层940可以包括各种材料。
孔935可以以二维图案布置在腔层910的上表面上。参照图14A和图14B，每个孔935具有圆形截面形状，并且孔935以四边形图案周期性地布置在腔层910的上表面上。这里，孔935可以以小于与过滤器单元900相对应的谐振波长的间距来布置。另外，参考图14A和图14B，孔935穿透图案材料层940。但是，这是非限制性示例。例如，孔935可以不穿透图案材料层940。
腔层910可以设置在布拉格反射层920与图案反射层930之间。腔层910可以包括折射率小于图案反射层930的图案材料层940的折射率的材料。例如，腔层910可以包括SiO2(折射率＝约1.46)。然而，这仅是示例。例如，取决于诸如入射光的波长之类的设计条件，腔层910可以包括各种材料。
在过滤器单元900的这种结构中，从过滤器单元900的外部进入腔层910的光可以在布拉格反射层920与图案反射层930之间的腔层910中行进，因此具有给定谐振波长的光可以通过布拉格反射层920被输出到外部。
如上所述，由于引起GMR的图案反射层930的孔935以二维图案周期性地布置，因此可以增加窄波长范围中的反射率，并且因此可以减小由于光在过滤器单元900上的入射角的变化而引起的谐振波长的变化。根据其中以一维图案周期性地布置引起GMR的结构的示例实施例，可以仅对于在一个方向上具有偏振的光获得减小谐振波长的变化的效果。在示例实施例中，以二维图案布置引起GMR的结构，并且对于在所有方向上具有偏振的光可以获得减小谐振波长的变化的效果。
另外，可以更加容易通过改变图案反射层930的孔935的间距、厚度或占空比来实现具有不同谐振波长的过滤器单元900，因此可以简化滤光器的制造工艺并降低制造成本和时间。
图15是示出了根据另一示例实施例的过滤器单元1000的截面图。除了填充层1035填充在图案材料层1040的多个孔中之外，图15中所示的过滤器单元1000与图14A和图14B中所示的过滤器单元900相同。
参照图15，图案反射层1030包括图案材料层1040和填充在图案材料层1040中周期性地形成的孔中的填充层1035。在该示例中，填充层1035可以具有等于或小于图案材料层1040的厚度的厚度。填充层1035可以包括具有与图案材料层1040的折射率不同的折射率的材料。即，填充层1035可以包括折射率大于或小于图案材料层1040的折射率的材料。
图16是示出了根据示例实施例的过滤器单元1100的截面图。除了覆盖层1135覆盖图案反射层1130的图案材料层1140的孔之外，图16中所示的过滤器单元1100与图14A和图14B中所示的过滤器单元900相同。
图17是示出了根据示例实施例的过滤器单元1200的截面图。
参考图17，过滤器单元1200包括：腔层1210；第一布拉格反射层1220，包括设置在腔层1210的表面上的第一材料层1221和第二材料层1222；第二布拉格反射层1240，包括设置在腔层1210的另一表面上的第一材料层1241和第二材料层1242；以及设置在腔层1210中的图案反射层1230。
图案反射层1230包括图案材料层1245和周期性地形成在图案材料层1245中的多个孔1235。孔1235可以填充有腔层1210。
图案材料层1245可以包括具有给定折射率的半导体材料。另外，孔1235可以以二维图案布置在第一布拉格反射层1220的上表面上。在这种情况下，孔1235可以具有各种形状并且可以以二维图案布置。这里，孔1235可以以小于与过滤器单元1200相对应的谐振波长的间距来布置。另外，参考图17，孔1235可以穿透图案材料层1245。但是，这是非限制性示例。例如，孔1235可以不穿透图案材料层1245。
此外，在示例实施例中，图案反射层1230设置在腔层1210中第一布拉格反射层1220的内表面(即，上表面)上。然而，图案反射层1230可以设置在腔层1210中第二布拉格反射层1240的内表面(即，下表面)上。
在前面的示例实施例中描述了图17中所示的其他结构，因此这里将不再重复其描述。
图18是示出了根据示例实施例的过滤器单元1300的截面图。除了填充层1335填充在图案反射层1330的图案材料层1345的孔中之外，图18中所示的过滤器单元1300与图17中所示的过滤器单元1200相同。
图19是示出了根据示例实施例的过滤器单元1400的截面图。
参照图19，过滤器单元1400包括：腔层1410；设置在腔层1410的下表面上的第一布拉格反射层1220；设置在腔层1410的上表面上的第二布拉格反射层1240；以及图案反射层1430，包括设置在腔层1410中的反射结构1435。这里，图案反射层1430可以与第一布拉格反射层1220的上表面和第二布拉格反射层1240的下表面接触。
在前面的示例实施例中描述了图19中所示的其他结构，因此这里将不再重复其描述。
图20A是示出了根据示例实施例的过滤器单元1500的平面图，图20B是示出了图20A中所示的过滤器单元1500的截面图。
参照图20A和图20B，过滤器单元1500包括：腔层1510；设置在腔层1510的下表面上的布拉格反射层1520，包括第一材料层1521和第二材料层1522；以及设置在腔层1510的上表面上的图案反射层1530。
多个反射结构1535可以以二维图案布置在腔层1510的上表面上。参照图20A和图20B，每个反射结构1535具有圆形平坦表面，并且反射结构1535以四边形图案周期性地布置在腔层1510的上表面上。这里，反射结构1535可以以小于与过滤器单元1500相对应的谐振波长的间距来布置。腔层1510可以设置在布拉格反射层1520与图案反射层1530之间。腔层1510可以包括折射率小于反射结构1535的折射率的材料。
如上所述，由于引起GMR的图案反射层1530的反射结构1535以二维图案周期性地布置，因此可以增加窄波长范围中的反射率，并且因此可以减小由于光在过滤器单元1500上的入射角的变化而引起的谐振波长的变化。另外，由于引起GMR的反射结构1535以二维图案布置，因此对于在所有方向上具有偏振的光可以减小谐振波长的变化。
在前面的示例实施例中描述了图20A和图20B中所示的其他结构，因此这里将不再重复其描述。
图21A是示出了根据示例实施例的过滤器单元1600的平面图，图21B是示出了图21A中所示的过滤器单元1600的截面图。参照图21A和图21B，过滤器单元1600包括：腔层1610；在腔层1610的下表面上的布拉格反射层1620，包括第一材料层1621和第二材料层1622；以及设置在腔层1610的上表面上的图案反射层1630。除了图案反射层1630的反射结构1635以二维六边形图案布置之外，图21A和图21B所示的过滤器单元1600与图20A和图20B所示的过滤器单元1500相同。
图22A是示出了根据示例实施例的过滤器单元1700的平面图，图22B是示出了图20A中所示的过滤器单元1700的截面图。除了形成在图案反射层1730的图案材料层1745中的孔1735以二维六边形图案布置之外，图22A和图22B中所示的过滤器单元1700与图14A和图14B中所示的过滤器单元900相同。
图23A是示出了根据示例实施例的过滤器单元1800的平面图，图23B是示出了图23A中所示的过滤二器单元1800的截面图。除了图案反射层1830的每个反射结构1835具有四边形平坦表面之外，图23A和图23B中所示的过滤器单元1800与图21A和图21B中所示的过滤器单元1600相同。
图24A是示出了根据示例实施例的过滤器单元1900的平面图，图24B是示出了图20A中所示的过滤器单元1900的截面图。除了形成在图案材料层1945中的每个孔1935具有四边形截面形状之外，图24A和图24B中所示的过滤器单元1900与图22A和图22B中所示的过滤器单元1700相同。
图25A是示出了根据示例实施例的过滤器单元2000的平面图，图25B是示出了图25A中所示的过滤器单元2000的截面图。除了图案反射层2030的每个反射结构2035具有四边形截面之外，图25A和图25B中所示的过滤器单元2000与图20A和图20B中所示的过滤器单元1500相同。
图26A是示出了根据示例实施例的过滤器单元2100的平面图，图26B是示出了图26A中所示的过滤器单元2100的截面图。除了形成在图案材料层2130中的每个孔2135具有四边形截面形状之外，图26A和图26B中所示的过滤器单元2100与图14A和图14B中所示的过滤器单元900相同。
根据示例实施例，为过滤器单元设置包括引起GMR的周期性结构的图案反射层，从而增加窄波长范围中的反射率并减小因光的入射角的变化引起的谐振波长的变化。另外，可以通过改变图案反射层的反射结构的间距、厚度或占空比来实现具有不同谐振波长的过滤器单元，因此可以简化滤光器的制造工艺并降低制造成本和时间。
应当理解的是，应仅以描述性意义而不是限制性目的来考虑本文中描述的实施例。对每个示例实施例中特征或方面的描述应当典型地被看作是可用于其他示例实施例中的其他类似特征或方面。
尽管已参考附图描述了示例实施例，但本领域普通技术人员将理解，在不脱离由权利要求限定的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的多种改变。

Claims (26)

1.一种滤光器，包括：
多个过滤器单元，具有不同谐振波长，
其中，所述多个过滤器单元中的每个过滤器单元包括：
腔层，被配置为输出相长干涉光；
布拉格反射层，设置在所述腔层的第一表面上；以及
图案反射层，设置在所述腔层的与所述第一表面相对的第二表面上并被配置为引起入射在所述图案反射层上的光的导模谐振，所述图案反射层包括周期性地布置的多个反射结构。
2.根据权利要求1所述的滤光器，其中，所述多个反射结构以小于所述多个过滤器单元中的每个过滤器单元的谐振波长的间距周期性地布置。
3.根据权利要求1所述的滤光器，其中，所述多个过滤器单元中的每个过滤器单元的谐振波长由所述多个反射结构的间距、厚度和占空比中的至少一项确定。
4.根据权利要求1所述的滤光器，其中，所述多个反射结构一维地布置。
5.根据权利要求4所述的滤光器，其中，所述多个反射结构以平行线布置。
6.根据权利要求1所述的滤光器，其中，所述多个反射结构二维地布置。
7.根据权利要求6所述的滤光器，其中，所述多个反射结构以多边形图案重复地布置。
8.根据权利要求1所述的滤光器，其中，所述布拉格反射层包括交替地堆叠的分别具有不同折射率的多个材料层。
9.根据权利要求1所述的滤光器，其中，所述图案反射层还包括填充层，所述填充层填充在所述多个反射结构之间的间隙中，并且
其中，所述填充层的折射率不同于所述多个反射结构的折射率。
10.根据权利要求1所述的滤光器，其中，所述图案反射层还包括覆盖层，所述覆盖层覆盖所述多个反射结构，并且
其中，所述覆盖层的折射率不同于所述多个反射结构的折射率。
11.根据权利要求1所述的滤光器，其中，所述图案反射层还包括多个连接层，所述多个连接层被配置为将相邻的反射结构连接，并且
其中，所述连接层的厚度小于所述多个反射结构的厚度。
12.一种滤光器，包括：
多个过滤器单元，具有不同谐振波长，
其中，所述多个过滤器单元中的每个过滤器单元包括：
腔层，被配置为输出相长干涉光；
第一布拉格反射层，设置在所述腔层的第一表面上；
第二布拉格反射层，设置在所述腔层的与所述第一表面相对的第二表面上；以及
图案反射层，设置在所述腔层中并被配置为引起入射在所述图案反射层上的光的导模谐振，所述图案反射层包括周期性地布置的多个反射结构。
13.根据权利要求12所述的滤光器，其中，所述多个反射结构以小于所述多个过滤器单元中的每个过滤器单元的谐振波长的间距周期性地布置。
14.根据权利要求12所述的滤光器，其中，所述多个过滤器单元中的每个过滤器单元的谐振波长由所述多个反射结构的间距、厚度和占空比中的至少一项确定。
15.根据权利要求12所述的滤光器，其中，所述多个反射结构一维地或二维地布置。
16.根据权利要求12所述的滤光器，其中，所述第一布拉格反射层和所述第二布拉格反射层中的每个布拉格反射层分别包括交替地堆叠的具有不同折射率的多个材料层。
17.根据权利要求12所述的滤光器，其中，所述多个反射结构设置在所述第一布拉格层的与所述腔层的所述第一表面相邻的表面上或者设置在所述第二布拉格层的与所述腔层的所述第二表面相邻的表面上。
18.根据权利要求12所述的滤光器，其中，所述多个反射结构与所述第一布拉格层和所述第二布拉格层接触。
19.一种光谱仪，包括
滤光器，包括多个过滤器单元，所述多个过滤器单元具有不同谐振波长；以及
感测单元，被配置为接收已经通过所述滤光器的光，
其中，所述多个过滤器单元中的每个过滤器单元包括：
腔层，被配置为输出相长干涉光；
第一布拉格反射层，设置在所述腔层的第一表面上；以及
图案反射层，包括多个反射结构，所述多个反射结构设置在所述腔层的与所述第一表面相对的第二表面上或者包括在所述腔层中，所述图案反射层被配置为引起入射在所述图案反射层上的光的导模谐振。
20.根据权利要求19所述的光谱仪，其中，所述多个反射结构以小于所述多个过滤器单元中的每个过滤器单元的谐振波长的间距周期性地布置。
21.根据权利要求19所述的光谱仪，其中，所述多个过滤器单元中的每个过滤器单元的谐振波长由所述多个反射结构的间距、厚度和占空比中的至少一项确定。
22.根据权利要求19所述的光谱仪，其中，所述多个反射结构一维地或二维地布置。
23.根据权利要求19所述的光谱仪，其中，所述多个反射结构设置在所述腔层的所述第二表面上，
其中，所述图案反射层还包括填充层，所述填充层填充在所述多个反射结构之间的间隙中，并且
其中，所述填充层的折射率不同于所述多个反射结构的折射率。
24.根据权利要求19所述的光谱仪，其中，所述多个反射结构设置在所述腔层中，并且
其中，所述多个过滤器单元中的每个过滤器单元包括设置在所述腔层的所述第二表面上的第二布拉格层。
25.根据权利要求19所述的光谱仪，其中，所述感测单元包括图像传感器或光电二极管。
26.根据权利要求23所述的光谱仪，其中，所述多个反射结构与所述第一布拉格层和所述第二布拉格层接触。
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