CN1464675A - 应用一种通用微镜面的微型光调频元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种应用一种通用微镜面的微型光调频元件及其制造方法，其特征是利用微镜面结构，结合晶片黏合技术制作光调频元件，包括第一基板的第一镜面，第二基板的第二镜面，并设第一、二空气间隙；其调频滤波器第一基板同于第二基板，第一空气间隙同于第二空气间隙，第二空气间隙为FP共振腔；其调频面射型半导体激光器及调频光接收器第一基板是通过金属扩散接合于第二基板，第一空气间隙为一部分或完整的FP共振腔；由电场以平移第二镜面改变FP共振腔的长度，达不同光频率输出；本发明提供一集成化的压控电容以感测FP共振腔的长度变化，以控制选择不同光频率输出；同时提供一精密的光纤耦合机构，达到制造、监控与组装一体成型的设计与制造，而具实用性。

Description

应用一种通用微镜面的微型光调频元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种光调频元件，特别涉及一种利用微加工技术制作的应用一种通用微镜面的微型光调频元件及其制造方法。

背景技术

光调频元件的重要性不只是在波长多工(WDM)光通讯的应用，同时也可以作为光开关、光谱检测以及其它光学应用。

常见的光调频元件是基于FP干涉仪原理，基本架构为两镜面所组成的可调变(传统调变方式为利用压电材料调制)光学共振腔(Resonant Cavity)，当共振腔长度满足特定光波长λ₀的半整数倍m/2(m代表阶数)时，输出的光脉冲具有非常窄的半高宽(FWHM Full Width of Half Maximum)特性。

请参见图1，其是为FP共振腔光输出的基本特性。为了更清楚了解其设计可能面对的问题，以下将就FP共振腔的几项基本原理作探讨。其一为可调变光谱范围FSR(Free Spectral Range)；其二为特定光波长的解析度R(Resolving Power)，代表输出光波中心波长λ₀与强度一半时的分布宽度Δλ₀比。此两者与其它制造参数之间的关系表示如下： $\mathrm{FSR}\≈{\mathrm{\λ}}_0^2/2n_{f}d---\left(1\right)$ $R={\mathrm{\λ}}_0/\mathrm{\Δ}{\mathrm{\λ}}_0\≈\mathrm{\π}\sqrt{R}2n_{f}d/(1-R){\mathrm{\λ}}_0---\left(2\right)$

式中λ₀为输出光波的中心波长；d为共振腔长度(两镜面的间距)；n_f为该间距内的流体(通常为空气)光折射系数；R为镜面的反射率。

在设计FP共振腔时通常要求可调变光谱范围FSR大并且输出波的解析度R高。然而，由公式(1)与(2)可以发现此两者是无法同时兼顾的。公式(1)说明FSR与d成反比关系，而公式(2)解析度R却与d成正比。也就是说若需要宽广的可调变光谱范围，则所得到的个别波长解析度将较差。因此两者之间必须有一妥协。举一应用于光通讯的传统FP干涉仪规格为例：其中λ₀＝1.5μm，n_fd＝10mm，R＝90％，则R将高达300,000以上(Δλ₀将小于0.005nm，此一数值远小于目前光通讯高密度波长多工器DWDM的要求)，代表了非常好的光谱解析能力。然而其可调变光谱范围却大约只有0.1nm，因此即使已知的FP干涉仪有相当良好的光谱解析特性，然而利用传统的加工技术及组装是无法制造出具备宽广调变光谱特性的FP干涉仪。同时，传统的FP干涉仪使用上相当的不便，主要是因为两镜面的平行度调整困难，且制造困难度高，使得其成本高且使用不易。

为了解决上述问题，近几年来，利用微加工技术(Micromachining)所制作的各种FP调频滤波器及其应用发展迅速。

微型FP调频滤波器的优点在于利用半导体制程制作或组装方式以得到微小FP共振腔d(其通常介于1～10μm)，由公式(1)发现，此举使得可以调变的光谱范围加宽，例如相同于上述的应用例子，仅将n_fd由10mm改为1μm，则可以调变范围将增大为1000nm，这样的结果等效于利用光栅(Grating)分光的光谱仪功能，这是传统FP干涉仪所无法达到的，也是微型FP调频滤波器的最大的特色。

目前微型FP调频滤波器的文献Jerman等人及Raley等人是利用硅晶片黏合技术制作微型FP调频滤波器，因共振腔长度相当长(～20μm)，可以达到较佳的R，FSR却较小(～50nm)。同时，两片黏合晶片的表面不平坦度会影响其黏合的良品率及镜面之间的平行度，且长间距(～20μm)提高其静电驱动电压。黏合的基材效应(硅晶片)也限制了使用的波长范围(例如：无法使用于可见光)。

(详见Jerman，J.H.et al.，A miniature FP interferometerfabricatedusing silicon micromachining techniques，Solid-State Sensor and ActuatorWorkshop，1988.Technical Digest.，IEEE，1988，Page(s)：16-18

及Raley，N.F.et al.，A FP microinterferometer for visible wavelengthsSolid-State Sensor and Actuator Workshop，1992.5th Technical Digest.，IEEE，1992，Page(s)：170-173.)

Peerlings等人也是利用晶片黏合技术制作微型FP调频滤波器，但其所使用的晶片为GaAs砷化镓材料及利用磊晶技术制作GaAs/AlAs镜面，因为镜面材料的折射系数差异小，故需要相当多的对数以达到高反射率的要求以利增加R，导致制程相当复杂且有相同于前述利用硅晶片黏合所遭遇的缺点。

(详见Peerlings J.et al.，GaAs/AlAs micromachined tunable FP filtersfor dense wavelength division multiplex systems llth International Conferenceon optiical CommunicationS，Volume：3，1997，Page(s)：1-5.)

Vail等人也是基于GaAs坤化镓材料制作微型FP调频滤波器，以GaAs磊晶层作为牺牲层，采用类似于前述的GaAs/AlAs镜面材料，故有着相同于前述Peerlings的缺点。再有，因为GaAs磊晶层作为牺牲层的限制，悬浮镜面的面积无法有效加大，光的耗损大，而牺牲层去除所导致的下切(Undercutting)亦无法严格控制元件的横向尺寸。同时，其光学共振腔亦受限磊晶的厚度(～1.5μm)，虽然FSR可增大，R却降低，不易在两者间取一平衡点。

(详见Vail，E.C.et al.，GaAs micromachined widely tunable FP filters，Electronics Letters，Volume：31，Issue：3，2 Feb.1995，Page(s)：228-229)

Spisser等人则是利用InP作为基材，InP/空气作为镜面材料，其优点为两者折射系数差异相当大，故仅需极少对数即可以达到相当高的反射率，然其它部分亦相同于前述Vail的缺点。

(详见A.Spisser et al.，Highly Selective and Widely Tunable 1.55-umInP/Air-Gap Micromachined FP Filter for Optical Communications，IEEEPhotonics Tech.Let.，Vol 10，No.9，1998，Page(s)：1259-1261.)

最后一种则是利用硅面型微加工技术制作，包括Tran等人及Tayebati等人，由于硅半导体制程的成熟性，使得此一方法制造相当容易且成本低。然而此两者皆利用光阻(Polyimide)作为牺牲层，其厚度变异量相当大，因此很难做生产品质控管，再有后续的制程必须考虑温度相容性，故悬浮镜面的材料仅可以是金属或低温成长的介电层，材料的应力制程控制不易，且稳定度不足，不利长时间重复使用。

(详见A.T.T.D.Tran，et al.，Surface Micromachined FP TunableFiler，IEEE Photonics Tech.Let.，Vol 8，No.3，1996，Page(s)：393-395

及P.Tayebati，et al.，Microelectromechanical tunable filter withstable haif symmetric cavity，Electronics Letters，Vol.34，No.20，1998，pages 1967-1968.)

综合上述，已知的微型FP调频滤波器皆无法兼顾宽FSR、良好的R、制造控管容易、低电压操作、结构稳定。更有甚者，无法兼顾光纤的耦合机构设计制造与集成化的波长选择控制方法。

目前调频面射型半导体激光器的文献有面射型半导体激光(Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers，VCSELs)于光纤的应用越来越重要，是因为圆形的光束容易与光纤耦合，容易封装与测试。再有，VCSELs先天上的单模特性(Single-Mode)更是其主要优点。

VCSELs的光学操作原理即是一FP共振腔，与前述FP调频滤波器最大差别在于光学共振腔中置有一增益层(Gain Layer)。在VCSELs中该增益层是为半导体材料所组成的量子井(QuantumWell)或其它结构。VCSELs的发光原理可以采用电流激发或光激发，VCSELs发出的激光光波长是决定于该增益层材料的增益曲线(Gain Profile)及FP共振腔长度，其通常决定者为FP共振腔长度，该共振腔长度亦即为该增益层的厚度。由于该增益层的磊晶厚度约λ/2或数个λ，其FSR可高达1000nm并且远大于两镜面的高反射频谱宽度(60～80nm)，此为VCSELs单一纵向模态的主因(SingleLongitudinal Mode)，再配合上横向的光导引(Optical Guiding)以达到单一横向模态(Transverse Mode)。

在制造上，精准的增益层厚度控制便可以确保不同元件间输出波长的一致性，然而这也是最困难的地方。为此，调频激光可以解决上述的问题。再者，调频激光可以提供光通讯WDM技术更弹性且更便宜的应用以及其它各种光学应用。

在众多调频VCSELs技术中，基于微机电技术所发展者可以提供最宽广的调频范围(30～80nm)，其技术规范即是将原本FP共振腔的两个固定镜面之其一，利用微加工技术使其形成悬浮结构，而光学共振腔即同时包含增益层厚度及一空气间隙厚度和，利用改变空气间隙的厚度即可以调整输出的光波长。

其中Vail等人，采用一完整的VCSELs磊晶方式以同时完成FP共振腔的两个高镜面、增益层及利用GaAs磊晶层作为牺牲层。因为镜面材料的折射系数差异小，故需要相当多的对数以达到高反射率的要求，导致制程相当复杂且耗时。再者，因为GaAs磊晶层作为牺牲层的限制，悬浮镜子的面积无法有效加大，光的耗损大，而牺牲层去除所导致的下切(Undercutting)亦无法严格控制元件的横向尺寸。而且当牺牲层去除后会有一镜面结构形成于该FP共振腔上下两镜面中，导致其效应等效于两个串联的FP共振腔，会影响光的输出品质及可调变光谱宽度。

(详见E.C.Vail et al.，High Performance and Novel Effects ofMicromechanical Tunable Vertical-Cavity Lasers，IEEE Journal of SelectedTopics in Wuantum Electronics，vol.3，No.2，1997，pages 691-697.)

而Tayebati等人则是采用另一种后段加工方式制作微机电VCSELs，先利用相同的磊晶技术制作FP共振腔的一个镜面及增益层，再结合后段的Polyimide牺牲层、氮化硅结构及非磊晶式的高反射介电层。这样的设计避免了上述Vail者所提出的缺点，但是利用Polyimide作为牺牲层有许多缺点。其一为厚度相当难控制，特别在高温烘烤后厚度变异量更大，再者，后续制程不能超过350℃，使得后续的氮化硅结构及非磊晶式的高反射介电层为低温制程，无法有效控制其应力且结构的稳定性较差，不利长时间重复使用。

(详见P.Tayebati et al.，Half-Symmetric Cavity TunableMicroelectromechanical VCSEL with Single Spatial Mode，IEEE PhotonicsTechnology Letters，vol.10，No.12，1998，pages 1679-1681.)

综合上述，已知的微机电调频VCSELs皆无法兼顾可调光谱范围、好的光学解析度、制造控管容易、低电压操作、结构稳定。更有甚者，无法兼顾光纤的耦合机构设计制造与集成化的波长选择控制方法。

目前调频光接收器的文献有相反于调频VCSELs，调频光接收器可以感测不同光波长的强度，其本身就像是一光谱仪，不同于传统利用光栅分光的光谱仪结构，调频光接收器的原理仍是前述的FP共振腔。利用微机电技术制作的调频光接收器最大优点在于可以调变光谱范围大且成本低，故而近几年来引起广泛的探讨。

根据光的应用波长大致可以分类为以硅为材料的光接收器及以化合物半导体为材料的光接收器。

其中Aratani等人及Zavracky等人先在硅基板上制作好光二极管结构，并制作FP共振腔的第一镜面，再利用牺牲层技术制作FP共振腔的第二镜面。其中第二镜面是采用后段加工方式制作，利用Polyimide作为牺牲层有许多缺点。其一为厚度相当难控制，特别在高温烘烤后厚度变异量更大，再者，后续制程不能超过350℃，使得后续的微机电结构及非磊晶式的高反射介电层为低温制程，无法有效控制其应力且结构的稳定性较差，不利长时间重复使用。

(详见Aratani，K.et al.，Process and design considerations forsurface micromachined beams for a tuneable interferometerarray in silicon，MEMS′93，IEEE.，1993

及Zavracky，P.M.et al.，Miniature Fabry Perot spectrometers usingmicromachining technology WESCON/′95.Conference record.，1995，Page(s)：325-332.)

Christenson等人是利用相同于前述Tayebati者制作调频面射型半导体激光器的后段加工方式，制作FP共振腔的悬浮结构及镜面，有着相同于Tayebati者的缺点。而Wu等人则是利用相同于前述Vail者制作调频面射型半导体激光器的技术，制作FP共振腔的悬浮结构及镜面，有着相同于前述Vail者的缺点。

(详见G.L Christenson et al.，Surface micromachined long wavelengthLED/photodetector with a continuous tuning range of 75nm，MEMS′97，Page(s)：61-65

及M.S.Wu et al.，Widely and Continuously Tunable MicromachinedResonant Cavhy Detector whh Wavelength Tracking，IEEE PhotonicsTechnologh Letters，vol.8，no.1，1996，Page(s)：98-100.)

综合上述，已知的调频光接收器皆无法兼顾可调光谱范围、好的光学解析度、制造控管容易、低电压操作、结构稳定。更有甚者，无法兼顾光纤的耦合机构设计制造与集成化的波长选择控制方法。

发明内容

本发明是要提供应用一种通用微镜面的微型光调频元件及其制造方法，以解决使其兼顾可调光谱范围、良好的光学解析度、制造控管容易、低电压操作、结构稳定的技术问题。

解决上述技术问题所采用的技术方案是这样的：

一种应用一种通用微镜面的微型光调频元件，主要包括一微镜面结构，其特征是：该微镜面结构包括：

一硅基板，具备第一面及第二面；

一第一固定电极，形成于硅基板的第一面；

一第二固定电极，形成于硅基板的第一面；

一介电层，形成于硅基板的第一面、第一固定电极与第二固定电极上；

至少一分隔块，形成于该介电层上；

一薄板结构，形成于第一固定电极、第二固定电极及介电层上方，该薄板结构与该介电层间隔一空气间隙，该空气间隙的起始长度是等于该至少一分隔块的厚度；

至少一细长支脚，该至少一细长支脚具备一第一端点及一第二端点，该第一端点是连接于该薄板结构；

至少一固定平板，是连接于该至少一细长支脚的第二端点，该至少一固定平板是形成于该至少一分隔块上；

至少一焊垫金属，形成于该至少一固定平板上；

一微镜面，形成于该薄板结构的中央部分；

一浮动电极，形成于该薄板结构；

一V-型/U-型凹槽，该V-型/U-型凹槽是形成于硅基板的第二面且蚀穿该硅基板的第一面，该V-型/U-型凹槽是对准于微镜面，且位于第一固定电极及第二固定电极间；

其中，该第一固定电极与该浮动电极是作为一对控制电极相互静电吸引，以改变该空气间隙的长度，而该第二固定电极与该浮动电极是作为一平行板感测电容，用以感测该空气间隙的长度变化，该第一固定电极、第二固定电极与该浮动电极间形成一三端点的压控电容。

一种应用一种通用微镜面的微型光调频元件，该微型光调频元件是一微型FP调频滤波器，其特征是：该微型FP调频滤波器包括：

一硅基板，具备第一面及第二面；

一第一固定电极，形成于该硅基板的第一面；

一第二固定电极，形成于该硅基板的第一面；

一介电层，形成于该硅基板的第一面、该第一固定电极与该第二固定电极上；

至少一分隔块，形成于该介电层上；

一薄板结构为一两阶薄板结构，具备一突起平板区域及一周围平板区域，形成于该第一固定电极、该第二固定电极及该介电层上方，该突起平板区域与该介电层间隔一较大空气间隙，作为一FP共振腔，该周围平板区域与该介电层间隔一较小空气间隙，该较小空气间隙的起始长度是等于该至少一分隔块的厚度，该第一固定电极及该第二固定电极是位于该周围平板区域下方；

至少一细长支脚，该至少一细长支脚具备一第一端点及一第二端点，该第一端点是连接于该两阶薄板结构；

至少一固定平板，是连接于该至少一细长支脚的该第二端点，该至少一固定平板是形成于该至少一分隔块上；

至少一焊垫金属，形成于该至少一固定平板上；

其微镜面包括一第一镜面及一第二镜面，其中：

该第二镜面，形成于该两阶薄板结构的突起平板区域的中央部分；

一浮动电极，形成于该两阶薄板结构的周围平板区域；

该第一镜面，形成于一V-型/U-型凹槽的平坦底部，该V-型/U-型凹槽是形成于硅基板的第二面，该第一镜面是连接于介电层，该第一镜面位置是对准于第二镜面，且位于该第一固定电极及第二固定电极间；

其中，该第一固定电极与该浮动电极是作为一对控制电极相互静电吸引，以改变该FP共振腔的长度达到不同频率光输出，而该第二固定电极与该浮动电极是作为一平行板感测电容，以感测该FP共振腔的长度变化，该第一固定电极、第二固定电极与该浮动电极间形成一三端点的压控电容。

一种应用一种通用微镜面的微型光调频元件，该微型光调频元件是一微型FP调频滤波器，其特征是：该微型FP调频滤波器主要包括：

一硅基板，具备第一面及第二面；

一第一固定电极，形成于该硅基板的第一面；

一第二固定电极，形成于该硅基板的第一面；

一介电层，形成于该硅基板的第一面、该第一固定电极与第二固定电极上；

至少一分隔块，形成于该介电层上；

一薄板结构，形成于该第一固定电极、该第二固定电极及介电层上方，该薄板结构与该介电层间隔一空气间隙，作为一FP共振腔，该空气间隙的起始长度是等于该至少一分隔块的厚度；

至少一细长支脚，该至少一细长支脚具备一第一端点及一第二端点，该第一端点是连接于该薄板结构；

至少一固定平板，是连接于该至少一细长支脚的第二端点，该至少一固定平板是形成于该至少一分隔块上；

至少一焊垫金属，形成于该至少一固定平板上；

其微镜面包括一第二镜面及第一镜面，其中：

该第二镜面，形成于该薄板结构的中央部分；

一浮动电极，形成于该薄板结构；

该第一镜面，形成于一V-型/U-型凹槽的平坦底部，该V-型/U-型凹槽是形成于该硅基板的第二面，该第一镜面是连接于该介电层，该第一镜面位置是对准于该第二镜面，且位于该第一固定电极及该第二固定电极间；

其中，该第一固定电极与该浮动电极是作为一对控制电极相互静电吸引，以改变该FP共振腔的长度达到不同频率光输出，而该第二固定电极与该浮动电极是作为一平行板感测电容，以感测该FP共振腔的长度变化，该第一固定电极、第二固定电极与该浮动电极间形成一三端点的压控电容。

该硅基板为晶向100的单晶硅晶片。

该第一及第二固定电极，是利用高温扩散或离子布植的方式完成的杂质掺杂。

该介电层材料为氧化硅或氮化硅，抑或二者的排列组合，厚度介于0.1～0.3μm。

该分隔块材料为氧化硅或硅材料。

该薄板结构、一细长支脚及一固定平板的材料为多晶硅或富硅氮化硅/多晶硅/富硅氮化硅所组成的三明治结构。

该焊垫金属的材料为Au、Ti/Au或Cr/Au。

该浮动电极的材料为多晶硅。

该微镜面是由多对高折射系数/低折射系数材料所制作的高反射率镜面。

该高折射系数/低折射系数材料为Si/SiO₂、Si/air、TiO₂/SiO₂及MgF₂/TiO₂。

一种微型FP调频滤波器的制造方法，其特征是：包含下列步骤：

(a)于硅基板第一面形成第一及第二固定电极；

(b)于该硅基板的该第一面、该第一固定电极与该第二固定电极上形成一介电层；

(c)于该介电层上形成一牺牲层，并以回蚀动作去除部分该牺牲层，而形成一两阶式的牺牲层结构；

(d)于该牺牲层上沉积一机械结构材料，并蚀刻定义一两阶薄板结构、至少一细长支脚结构及至少一固定平板结构，同时定义去除部分该两阶薄板结构中央的机械结构材料以裸露出该牺牲层；

(e)于该两阶薄板结构中央部分形成一第二镜面；

(f)于该至少一固定平板上形成至少一焊垫金属；

(g)于该至少一焊垫金属上、部分该至少一细长支脚上及部分该牺牲层上，形成一遮蔽层；

(h)于该硅基板第二面形成一V-型/U-型凹槽；

(i)于该V-型/U-型凹槽表面形成一第一镜面；

(j)去除部分该牺牲层，仅保留位于该固定平板底部的牺牲层；

(k)去除该遮蔽层。

一种微型FP调频滤波器的制造方法，其特征是：包含下列步骤：

(a)于硅基板第一面形成第一及第二固定电极；

(b)于该硅基板的该第一面、该第一固定电极与该第二固定电极上形成一介电层；

(c)于该介电层上形成一牺牲层，去除部分该牺牲层；

(d)于该牺牲层上沉积一机械结构材料，并蚀刻定义一薄板结构、至少一细长支脚结构及至少一固定平板结构，同时定义去除部分该薄板结构中央的机械结构材料以裸露出该牺牲层；

(e)于该薄板结构中央部分形成一第二镜面；

(f)于该至少一固定平板上形成至少一焊垫金属；

(g)于该至少一焊垫金属上、部分该至少一细长支脚上及部分该牺牲层上，形成一遮蔽层；

(h)于该硅基板第二面形成一V-型/U-型凹槽；

(i)于该V-型/U-型凹槽表面形成一第一镜面；

(j)去除部分该牺牲层，仅保留位于该固定平板底部的该牺牲层；

(k)去除该遮蔽层。

15、一种微镜面结构的制造方法，其特征是：包含下列步骤：

(a)于硅基板第一面形成第一及第二固定电极；

(b)于该硅基板的该第一面、该第一固定电极与该第二固定电极上形成一介电层；

(c)于该介电层上形成一牺牲层，去除部分该牺牲层；

(d)于该牺牲层上沉积一机械结构材料，并蚀刻定义一薄板结构、至少一细长支脚结构及至少一固定平板结构，同时定义去除部分该薄板结构中央的机械结构材料以裸露出该牺牲层；

(e)于该薄板结构中央部分形成一镜面；

(f)于该至少一固定平板上形成至少一焊垫金属；

(g)于该至少一焊垫金属上、部分该至少一细长支脚上及部分该牺牲层上，形成一遮蔽层；

(h)于该硅基板第二面形成一蚀穿该硅晶片第一面的V-型/U-型凹槽；

(i)去除部分该牺牲层，仅保留位于该固定平板底部的该牺牲层；

(j)去除该遮蔽层。

该微型FP调频滤波器与光纤耦合机构包括：

该微型FP调频滤波器的硅基板上，包含至少一晶片黏合结构设计，其组成为介电层、分隔块、固定平板及焊垫金属；

一黏合硅晶片包含了至少一黏合金属及一蚀穿V-型/U-型凹槽；

其中，利用该至少一焊垫金属与该至少一黏合金属相互对准黏合，该光纤通过该硅基板及该黏合硅晶片所形成的V-型/U-型凹槽耦合固定。

该黏合硅晶片为晶向100的单晶硅晶片。

该黏合金属的材料为Au、Ti/Au或Cr/Au。

该调频面射型半导体激光器器包括：

一含微镜面结构的硅晶片；

一面射型半导体激光晶片，设计上缺少一镜面制作于该面射型半导体激光的发光面；

至少一黏合金属，形成于该面射型半导体激光晶片上；

其中，利用该微镜面的该至少一固定平板上的至少一焊垫金属与该面射型半导体激光晶片的该至少一黏合金属相互对准黏合，同时光纤可以通过在该微镜面结构硅晶片所形成的V-型/U-型凹槽耦合固定。

黏合金属的材料为Au、Ti/Au或Cr/Au。

该调频光接收器包括：

一具微镜面结构的硅晶片；

一光接收器晶片，设计上增加一镜面制作于该光接收器的光入射面；

至少一黏合金属，形成于该光接收器晶片上；

其中，利用该微镜面的该至少一固定平板上的至少一焊垫金属与该光接收器晶片的该至少一黏合金属相互对准黏合，同时光纤可以通过在该微镜面结构硅晶片所形成的V-型/U-型凹槽耦合固定。

该光接收器晶片为二极管结构。

该黏合金属的材料为Au、Ti/Au或Cr/Au。

一种微型光学调频元件集成化的波长选择控制方法，其特征是：该波长选择及控制方法为一电压控制振荡器原理，以微机电技术制作的集成化压控电容取代了传统的压控二极管电容，利用一振荡电路将FP共振腔的长度变化转换成电频率输出，亦即光频率输出对应于电频率输出，其架构包含：

一三端点的压控电容，包含一对控制电极以静电控制FP共振腔的长度及一平行板感测电容以感测FP共振腔的长度变化；

一电容-电感或电容-电阻振荡电路，连接该平行板感测电容，将FP共振腔的长度转换成频率脉冲信号输出；

一电脉冲计数器，记录该振荡电路输出频率脉冲数；

一微处理器，内建一校正过的光波长对频率脉冲数的对照表，该微处理器比对外界输入的波长设定与该脉冲计数器输入的频率脉冲数；

一数字/类比转换器，连接至一稳定的电压源，接受该微处理器的触发信号以提供一驱动电压至该压控电容的该控制电极，以调整该FP共振腔的长度；

一热电致冷器温度控制单元，用以稳定环境温度，达到稳定的光波长输出。

本发明是提供一种通用的微镜面结构设计制作，结合了晶片黏合技术，作为光调频元件使用，包含了微型FP调频滤波器、调频面射型半导体激光器及调频光接收器。

提供的一种微型FP调频滤波器同时满足：(a)宽广调变范围，(b)高光波解析度，(c)低驱动电压，并且不受限于基材效应，(d)适用于各种光谱波段(可见光，红外线等)的微结构设计(e)结构稳定且制造控管容易。并提供此种微型光调频滤波器光纤的耦合机构设计制造与集成化的波长选择控制方法。

提供的一种调频面射型半导体激光器同时满足：(a)宽广调变范围，(b)高光波解析度，(c)低驱动电压，(d)适用于各种光谱波段的面射型半导体激光(可见光，红外线等)的设计(e)结构稳定且制造控管容易。并提供此种调频面射型半导体激光器光纤的耦合机构设计制造与集成化的波长选择控制方法。

提供的一种调频光接收器同时满足：(a)宽广调变范围，(b)高光波解析度，(c)低驱动电压，(d)适用于各种光谱波段光接收器(可见光，红外线等)的设计(e)结构稳定且制造控管容易。并提供此种调频光接收器光纤的耦合机构设计制造与集成化的波长选择控制方法。

根据本发明的一实施样态，提供一种通用的微镜面制造，结合了晶片黏合技术，作为光调频元件使用，包含了FP调频滤波器、调频面射型半导体激光器及调频光接收器。该光调频元件是基于FP干涉仪的原理，包含：

一第一基板，具备第一面及第二面；

一第一镜面，形成于该第一基板的第一面或第一基板中；

一第二基板，具备第一面及第二面；

一第二镜面，该第二镜面是制作于一悬浮机械结构上，该悬浮机械结构是以至少一支点支撑固定于第二基板的第一面；

一第一空气间隙，形成于第一基板的第一面及第二镜面间；

一第二空气间隙，形成于该第二基板的第一面及第二镜面间；

作为一调频滤波器，该第一基板是等同于该第二基板，该第一空气间隙是等同于该第二空气间隙，该第二空气间隙是作为一完整的FP共振腔。而作为一调频面射型半导体激光器及调频光接收器，该第一基板是黏合于该第二基板，该第一空气间隙是作为一部分的或完整的FP共振腔。

由电场的作用以平移该第二镜面可以改变该FP共振腔的长度，达到不同光频率输出。

根据本发明的另一实施样态，是关于一集成化压控电容的波长选择及控制方法。包括：一集成化的平行板感测电容，制作于上述光调频元件的该悬浮机械结构与该第二基板的第一面间，作为一压控可变电容，以感测该FP共振腔的长度变化；一压控振荡器包含该压控电容，将电容的微量改变转换成频率的输出，以提高对于FP共振腔距离改变的灵敏度；一脉冲计数器，用以记录压控振荡器的输出频率数字；一微处理器，内建一频率数字与光波长对照表以提供一波长的选择方法，根据脉冲计数器所得到的振荡频率数字与内建资料比对；一数字/类比转换器，连接一稳定电压源，接受该微处理器送出的触发信号以输出适当的控制电压至该压控可变电容。同时，本实施样态亦包含一环境温度控制，以确保相当稳定的信号读取及杂讯控制。

根据本发明的又一实施样态，是关于一与光纤耦合的机构设计制造。由异方性蚀刻在该第二基板所形成的V-型槽或U-型槽，可以提供一精密尺寸及对位的光纤耦合机构。

依上所述，从而解决了使其兼顾可调光谱范围、良好的光学解析度、制造控管容易、低电压操作、结构稳定的技术问题。

本发明结构简单，方法简便，是关于一种光调频元件，特别是关于一种利用微加工技术制作的微型光调频元件，包含了FP调频滤波器、调频面射型半导体激光器及调频光接收器的设计制造及与光纤的耦合机构设计制造，并且提供一种集成化光频率选择控制方法，达到制造、监控与组装一体成型的设计与制造；从而使其达到兼顾可调光谱范围、良好的光学解析度、制造控管容易、低电压操作、结构稳定，而具实用性

附图说明

图1为FP干涉仪光输出的基本特性。

图2为本发明的微型FP调频滤波器的一实施例结构剖视图。

图3a至图3j为图2实施例的剖面制造顺序示意图。

图4为本发明的微型FP调频滤波器的另一实施例结构剖视图。

图5为本发明的微型FP调频滤波器与光纤耦合机构设计实施例的结构剖视图。

图6为本发明的调频面射型半导体激光器实施例的结构剖视图。

图7为本发明的微型调频光接收器实施例的结构剖视图。

图8为本发明的集成化的波长选择及控制方法实施例的功能性示意图。

图9为本发明的利用电频率校正光频率的说明示意图。

具体实施方式

微型FP调频滤波器

请参见图2，其是为本发明微型FP调频滤波器的一实施例结构剖视图。该微型FP调频滤波器1包含：一硅基板10，该硅基板10是为一双面抛光的硅晶片，其晶向通常为(100)；在该硅基板10表面利用离子布植或高温扩散方式，制作一对固定电极11、12；在该硅基板10上形成一介电层13，其通常为氧化硅或氮化硅，抑或两者的排列组合；一悬浮机械结构100包含一两阶薄板结构101、至少一细长支脚102以及至少一固定平板103，该两阶薄板结构101中央的突起平板区域201是与该介电层13间距离一较大的空气间隙30作为一FP共振腔，而该两阶薄板结构101的周围平板区域作为一浮动电极202，是与该介电层13间距离一较小的空气间隙31。该悬浮机械结构材料15可以是多晶硅材料或富硅氟化硅/多晶硅/富硅氮化硅所组成的三明治结构。该至少一固定平板103区域是通过一分隔块14(Spacer)连接且固定于该介电层13，分隔块14的厚度即为该较小空气间隙31的起始高度，该分隔块14的材料通常为氧化硅或硅材料；一第二镜面200制作于该两阶薄板结构101的中央突起平板区域201；及一背面V-型凹槽20制作于该硅基板10背面，正对准于第二镜面200，背面V-型凹槽20平坦底部终止于该介电层13；以及一第一镜面300，制作于该背面V-型凹槽20平坦底部。

其中，该电极11与该浮动电极202是作为一控制电极相互静电吸引，以改变该FP共振腔30的长度达到不同频率光输出。而该电极12与该浮动电极202间为一平行板感测电容，用以感测该FP共振腔30的长度变化。故该电极11、202及12间形成一三端点的压控电容(Voltage-ControlledCapacitor，VCC)，该压控电容是作为一集成化波长选择及控制方法(将于本文后面叙述的)。

本发明微型FP调频滤波器的优点包括：(1)双空气间隙30、31的设计，满足了较佳的光波解析度及较低的操作电压；(2)双空气间隙30、31的设计包含了一常见的牺牲层沉积、回蚀，以目前的光学式厚度监控技术，是可以严格控制双空气间隙30、31厚度的，因此制程的监控容易；(3)牺牲层的设计可以达到良好的镜面平坦度及平行度；(4)该悬浮机械结构材料15为多晶硅材料或富硅氮化硅/多晶硅/富硅氮化硅所组成的三明治结构，优点为材料应力低且结构相当稳定，适合长期重复适用；(5)背面V-型凹槽20的形成去除了硅基板效应，使得本发明可以适用于所有的光谱(仅需选择镜面的材料)，且该背面V-型凹槽20也担当与光纤耦合的机构；(6)集成化的压控电容设计，可以提供一输出波长的选择及回授控制。

以下将以图3a至图3j剖面图所显示的制造顺序，说明本发明图2实施例微型FP调频滤波器1的制作。

(1)如图3a所示，首先，提供一硅基板10，其晶向为(100)方向的双面抛光的硅基板。在硅基板10表面定义制作一对固定电极11及12，该固定电极11及12的制作方式是利用高温扩散或离子布植的方式完成的杂质掺杂。

(2)如图3b所示，沉积一介电层13，其通常为氧化硅或氮化硅，抑或二者的排列组合厚度介于0.1～0.3μm。

(3)如图3c所示，沉积一牺牲层材料14，并以回蚀动作去除部分牺牲层材料14a，而形成一两阶式的牺牲层结构。牺牲层材料14可以是氧化硅或硅材料。

(4)如图3d所示，于该牺牲层材料14表面沉积一机械结构材料15，并蚀刻定义两阶薄板结构101区域、至少一细长支脚结构102区域及至少一固定平板103区域，同时该两阶薄板结构101中央突起平板定义一窗口101a。该机械结构材料15是为多晶硅或由富硅氮化硅/多晶硅/富硅氮化硅三层材料所组成的三明治结构。其中富硅氮化硅具有相当好的机械刚性及相当低的热残余应力(请参见Bruce C.S.Chou et al.，Amethod of fabricatinglow-stress dielectric thin film for microsensors applicahons，IEEE ElectronDevice Letters18，1997，p.599-601.)，因此最适合作为高品质、高稳定性的微型机械结构材料。而多晶硅则同时作为高品质、高稳定性的微型机械结构材料与浮动电极202的导体材料。

(5)如图3e所示，制作第二镜面200于前述窗口101a，镜面200材料为利用多层介电材料所制作而成的高反射、低损耗镜面。多层介电材料基本组成单位为一对折射系数高与折射系数低的介电材料，其材料可以为Si/SiO₂、Si/air、TiO₂/SiO₂及MgF₂/TiO₂等。

(6)如图3f所示，制作至少一焊垫金属(Bonding Pad Metal)16于至少一固定平板103上，其材料为Au、Ti/Au或Cr/Au。

(7)如图3g所示，制作至少一遮蔽层17，其主要功能为精准的定义元件的横向尺寸。其定义规范为该至少一遮蔽层17的横向尺寸比该固定平板103区域大2X(图中仅显示一半)，而X为该两阶薄板结构横向尺寸的一半。该至少一遮蔽层17的材料可以是氮化硅、铝金属或氧化硅。

(8)如图3h所示，通过机械挟置具以保护该硅基板10正面。以异方性蚀刻溶液，从硅基板10背后，对应于第二镜面200下方，去除该硅基板10背面部分硅材料直到接触到该介电层13，而形成一背面V-型凹槽20。

(9)如图3i所示，在所裸露的背面V-型凹槽20底部平坦表面形成一第一镜面300，第一镜面300的结构与材料皆与前述第二镜面200相同，在此不赘述。

(10)如图3i所示，去除牺牲层材料14以定义出最后的悬浮机械结构100。最后去除该至少一遮蔽层17材料即可以得到如图2所示的最后结构。

请参见图4，其是为本发明微型FP调频滤波器1的另一实施例结构剖视图。图4实施例与图2实施例差别仅在于免除图3c制程中的两阶牺牲层设计，其余设计与制造皆相同于图3a至3j所示的流程，在此不赘述。

请参见图5，其是为本发明微型FP调频滤波器1与光纤耦合机构设计实施例的结构剖视图。本实施例的最大特色为利用前述图3c至图3g制程，同时在硅基板10上定义至少一晶片黏合结构103a，其中至少一晶片黏合结构103a的焊垫金属16与另一硅晶片10a表面定义的至少一黏合金属16a相互对准黏合，其中该至少一黏合金属16a亦为Au、Ti/Au或Cr/Au。黏合方式为高温扩散接合，在温度350℃左右施以压力，会在两层金属16及16a间形成一厚度相当薄的接合层(～几十nm)。而光纤便可以通过在硅基板10及硅晶片10a所形成的背面V-型凹槽20及背面V-型凹槽20a耦合固定。

在实施例的说明仅用以方便说明本发明的技术内容，而非将本发明狭义地限制于上述实施例，在不超出本发明的精神与专利范围的情况下，所作的种种变化实施，仍属于本发明的范围。例如背面V-型凹槽20、20a的制作也可以由电感耦合电浆反应式离子蚀刻(称之为Inductively CoupledPlasma，ICP RIE。例如：Alcatel 601E)，在硅基板10、硅晶片10a背面中所形成的垂直管壁U-型沟槽(trench)所取代。

调频面射型半导体激光器器

请参见图6，其是为本发明调频面射型半导体激光器器2实施例的结构剖视图。不同于前述文献，本发明的精神为提供一含一微镜面200(即FP共振腔的第二镜面)的硅基板10，利用晶片黏合技术将一面射型半导体激光晶片40通过至少一黏合金属16a与该硅基板10上的至少一焊垫金属16相互黏合，黏合方法与材料属性相同于图5所述，在此不赘述。其中，该微镜面200的制作相同于前述图3a至图3j的制程(仅缺少图3i第一镜面制程)，在此不赘述。同时，含有该微镜面200的该硅基板10亦提供一光纤的耦合机构及波长的选择控制方法(相同于前述微型FP调频滤波器)。

应用于本发明的该面射型半导体激光晶片40设计上缺少一镜面制作于该面射型半导体激光的发光面。其基本结构包含：一基板材料41；一FP共振腔第一镜面42；一增益层43；一导电层44；以及两欧姆接触金属45、46。其中该导电层44的设计可以增加一抗反射层(Anti-Reflection)(图中未示)，避免形成两FP共振腔。在图6所示的调频面射型半导体激光器2，FP共振腔长度是决定于该增益层43、该导电层44及该空气间隙32的厚度和。

其中，该电极11与该浮动电极202是作为一控制电极相互静电吸引，以改变该FP共振腔的长度达到不同频率光输出。而该电极12与该浮动电极202间为一平行板感测电容，用以感测该FP共振腔的长度变化。故该电极11、202及12间形成一三端点的压控电容(Voltage-Controlled Capacitor，VCC)，该压控电容是作为一集成化波长选择及控制方法(将于本文后面叙述的)。

在实施例的说明仅用以方便说明本发明的技术内容，而非将本发明狭义地限制于上述实施例，在不超出本发明的精神与专利范围的情况下，所作的种种变化实施，仍属于本发明的范围。例如该面射型半导体激光晶片40可以是任何形式的设计，所要求的仅是去除其中的一FP镜面设计，故本发明的设计不仅有上述的优点，更可以应用于各种材料属性及不同波长的面射型半导体激光，可谓一通用型的设计，这是前述文献无法达到的。

调频光接收器

请参见图7，其是为本发明微型调频光接收器3实施例的结构剖视图。相同于前述调频面射型半导体激光器，本发明的精神为提供一含一微镜面200(即FP共振腔的第二镜面)的硅基板10，利用晶片黏合技术将一光接收器晶片50通过至少一黏合金属16a与该硅基板10上的至少一焊垫金属16相互黏合，黏合方法与材料属性相同于图5所述，在此不赘述。其中，该微镜面200的制作相同于前述图3a至3j的制程(仅缺少图3i第一镜面制程)，在此不赘述。同时，含有该微镜面200的该硅基板10亦提供一光纤的耦合机构及波长的选择控制方法(相同于前述微型FP调频滤波器)。

应用于本发明的光接收器晶片50设计上增加一镜面制作于光接收器的收光面，以作为FP共振腔的第一镜面。其基本结构包含：一基板材料51包含了任一形式的二极管结构；一第一镜面53；以及两欧姆接触金属52、54。FP共振腔长度即为该空气间隙32的厚度。

其中，该电极11与该浮动电极202是作为一控制电极相互静电吸引，以改变该FP共振腔30的长度达到不同频率光输出。而该电极12与该浮动电极202间为一平行板感测电容，用以感测该FP共振腔32的长度变化。故该电极11、202及12间形成一三端点的压控电容(Voltage-ControlledCapacitor，VCC)，该压控电容是作为一集成化波长选择及控制方法(将于本文后面叙述)。

在实施例的说明仅用以方便说明本发明的技术内容，而非将本发明狭义地限制于上述实施例，在不超出本发明的精神与专利范围的情况下，所作的种种变化实施，仍属于本发明的范围。例如该光接收器晶片50可以是任何形式的设计，所要求的仅是增加一镜面53的设计，故本发明的设计不仅有上述的优点，更可以应用于各种材料属性及不同波长的光接收器晶片，可谓一通用型的设计，这是前述文献无法达到的。

集成化压控电容的波长选择及控制方法

在制造过程中微小的变异都可能导致上述元件间的差异，因此必须有一波长的选择及控制方法以稳定特定波长的输出。在传统的技术上，皆利用一校正过的光学分光或滤波元件搭配上一组光感测器，作为光锁波器(Wavelength Locker)，但是在成本考虑上，该光锁波器本身的价位及复杂程度并不亚于上述的微型光学调频元件。

为此，本发明提供一种利用集成化压控电容，以了解该微型光调频元件FP共振腔的长度变化，作为一波长选择及控制的方法。

简而言之，整个波长选择及控制方法为一电压控制振荡器(Voltage-Controlled Oscillator，VCO)原理，以微机电技术制作的集成化压控电容取代了传统的压控二极管电容，利用一振荡电路，将FP共振腔的长度变化转换成电频率输出，亦即光频率(波长)输出对应于电频率输出。其优点为由频率数字的灵敏度取代传统的电容感测原理(电压输出方式)，其灵敏度可以高达百倍甚至千倍以上，才能够满足光学的要求。

请参见图8，其是为本发明波长选择及控制方法实施例的功能性示意图。请参见图9，其是为利用电频率校正光频率的说明示意图。

其中，利用一连接该集成化平行板电容(电极12与202)的振荡电路4，其振荡原理是基于电阻-电容或电感-电容，将FP共振腔的长度转换成频率脉冲信号130输出；由一电脉冲计数器5将输出频率脉冲数记录；一微处理器，内建一校正过的光波长对频率脉冲数的对照表(Look-Up Table)，例如：λ₁/f₁(138位置)；λ₂/f₂(139位置)；λ₃/f₃(140位置)。该微处理器比对外界输入的波长设定(在对照表上为一频率脉冲数)与脉冲计数器5输入的数字，若二者不相同，便提供一触发信号至；一数字/类比转换器7(D/A Convertor)，连接至一稳定的电压源，提供一驱动电压至该压控电容的该控制电极(电极11与202)，以调整该FP共振腔的长度，直到该脉冲计数器5所输出的频率脉冲数等于该中央处理器6内对照表的频率脉冲数。

例如：如果需要一光波长λ₁的输出，而该计数器5在当时所读到的电频率数字为133位置，则微处理器6会触发该数字/类比转换器7改变驱动电压以调整FP共振腔长度，使其输出的振荡频率往138频率位置靠拢，达到调频的目的。

同时，本发明亦提供一温度控制单元8，其通常为热电致冷器(TE-Cooler)架构，用以稳定环境温度，达到更稳定的光波长输出。

在实施例的说明仅用以方便说明本发明的技术内容，而非将本发明狭义地限制于上述实施例，在不超出本发明的精神与专利范围的情况下，所作的种种变化实施，仍属于本发明的范围。例如本发明利用输出频率计数方式以感测电容变化或绝对电容的方法亦可以应用于各种电容式感测器及应用该电容感测器的回授控制机构。

综上所述，本发明其功效有明显提高，其所具的先进性、实用性己符合发明专利申请要件，故依法提出发明专利申请。

Claims (24)

1、一种应用一种通用微镜面的微型光调频元件，主要包括一微镜面结构，其特征是：该微镜面结构包括：

一硅基板，具备第一面及第二面；

一第一固定电极，形成于硅基板的第一面；

一第二固定电极，形成于硅基板的第一面；

一介电层，形成于硅基板的第一面、第一固定电极与第二固定电极上；

至少一分隔块，形成于该介电层上；

一薄板结构，形成于第一固定电极、第二固定电极及介电层上方，该薄板结构与该介电层间隔一空气间隙，该空气间隙的起始长度是等于该至少一分隔块的厚度；

至少一细长支脚，该至少一细长支脚具备一第一端点及一第二端点，该第一端点是连接于该薄板结构；

至少一固定平板，是连接于该至少一细长支脚的第二端点，该至少一固定平板是形成于该至少一分隔块上；

至少一焊垫金属，形成于该至少一固定平板上；

一微镜面，形成于该薄板结构的中央部分；

一浮动电极，形成于该薄板结构；

一V-型/U-型凹槽，该V-型/U-型凹槽是形成于硅基板的第二面且蚀穿该硅基板的第一面，该V-型/U-型凹槽是对准于微镜面，且位于第一固定电极及第二固定电极间；

其中，该第一固定电极与该浮动电极是作为一对控制电极相互静电吸引，以改变该空气间隙的长度，而该第二固定电极与该浮动电极是作为一平行板感测电容，用以感测该空气间隙的长度变化，该第一固定电极、第二固定电极与该浮动电极间形成一三端点的压控电容。

2、一种应用一种通用微镜面的微型光调频元件，该微型光调频元件是一微型FP调频滤波器，其特征是：该微型FP调频滤波器包括：

一硅基板，具备第一面及第二面；

一第一固定电极，形成于该硅基板的第一面；

一第二固定电极，形成于该硅基板的第一面；

一介电层，形成于该硅基板的第一面、该第一固定电极与该第二固定电极上；

至少一分隔块，形成于该介电层上；

一薄板结构为一两阶薄板结构，具备一突起平板区域及一周围平板区域，形成于该第一固定电极、该第二固定电极及该介电层上方，该突起平板区域与该介电层间隔一较大空气间隙，作为一FP共振腔，该周围平板区域与该介电层间隔一较小空气间隙，该较小空气间隙的起始长度是等于该至少一分隔块的厚度，该第一固定电极及该第二固定电极是位于该周围平板区域下方；

至少一细长支脚，该至少一细长支脚具备一第一端点及一第二端点，该第一端点是连接于该两阶薄板结构；

至少一固定平板，是连接于该至少一细长支脚的该第二端点，该至少一固定平板是形成于该至少一分隔块上；

至少一焊垫金属，形成于该至少一固定平板上；

其微镜面包括一第一镜面及一第二镜面，其中：

该第二镜面，形成于该两阶薄板结构的突起平板区域的中央部分；

一浮动电极，形成于该两阶薄板结构的周围平板区域；

该第一镜面，形成于一V-型/U-型凹槽的平坦底部，该V-型/U-型凹槽是形成于硅基板的第二面，该第一镜面是连接于介电层，该第一镜面位置是对准于第二镜面，且位于该第一固定电极及第二固定电极间；

其中，该第一固定电极与该浮动电极是作为一对控制电极相互静电吸引，以改变该FP共振腔的长度达到不同频率光输出，而该第二固定电极与该浮动电极是作为一平行板感测电容，以感测该FP共振腔的长度变化，该第一固定电极、第二固定电极与该浮动电极间形成一三端点的压控电容。

3、一种应用一种通用微镜面的微型光调频元件，该微型光调频元件是一微型FP调频滤波器，其特征是：该微型FP调频滤波器主要包括：

一硅基板，具备第一面及第二面；

一第一固定电极，形成于该硅基板的第一面；

一第二固定电极，形成于该硅基板的第一面；

一介电层，形成于该硅基板的第一面、该第一固定电极与第二固定电极上；

至少一分隔块，形成于该介电层上；

一薄板结构，形成于该第一固定电极、该第二固定电极及介电层上方，该薄板结构与该介电层间隔一空气间隙，作为一FP共振腔，该空气间隙的起始长度是等于该至少一分隔块的厚度；

至少一细长支脚，该至少一细长支脚具备一第一端点及一第二端点，该第一端点是连接于该薄板结构；

至少一固定平板，是连接于该至少一细长支脚的第二端点，该至少一固定平板是形成于该至少一分隔块上；

至少一焊垫金属，形成于该至少一固定平板上；

其微镜面包括一第二镜面及第一镜面，其中：

该第二镜面，形成于该薄板结构的中央部分；

一浮动电极，形成于该薄板结构；

该第一镜面，形成于一V-型/U-型凹槽的平坦底部，该V-型/U-型凹槽是形成于该硅基板的第二面，该第一镜面是连接于该介电层，该第一镜面位置是对准于该第二镜面，且位于该第一固定电极及该第二固定电极间；

其中，该第一固定电极与该浮动电极是作为一对控制电极相互静电吸引，以改变该FP共振腔的长度达到不同频率光输出，而该第二固定电极与该浮动电极是作为一平行板感测电容，以感测该FP共振腔的长度变化，该第一固定电极、第二固定电极与该浮动电极间形成一三端点的压控电容。

4、根据权利要求1、2及3所述的应用一种通用微镜面的微型光调频元件，其特征是：该硅基板为晶向100的单晶硅晶片。

5、根据权利要求1、2及3所述的应用一种通用微镜面的微型光调频元件，其特征是：该第一及第二固定电极，是利用高温扩散或离子布植的方式完成的杂质掺杂。

6、根据权利要求1、2及3所述的应用一种通用微镜面的微型光调频元件，其特征是：该介电层材料为氧化硅或氮化硅，抑或二者的排列组合，厚度介于0.1-0.3μm。

7、根据权利要求1、2及3所述的应用一种通用微镜面的微型光调频元件，其特征是：该分隔块材料为氧化硅或硅材料。

8、根据权利要求1、2及3所述的应用一种通用微镜面的微型光调频元件，其特征是：该薄板结构、一细长支脚及一固定平板的材料为多晶硅或富硅氮化硅/多晶硅/富硅氮化硅所组成的三明治结构。

9、根据权利要求1、2及3所述的应用一种通用微镜面的微型光调频元件，其特征是：该焊垫金属的材料为Au、Ti/Au或Cr/Au。

10、根据权利要求1、2及3所述的应用一种通用微镜面的微型光调频元件，其特征是：该浮动电极的材料为多晶硅。

11、根据权利要求1、2及3所述的应用一种通用微镜面的微型光调频元件，其特征是：该微镜面是由多对高折射系数/低折射系数材料所制作的高反射率镜面。

12、根据权利要求11所述的应用一种通用微镜面的微型光调频元件，其特征是：该高折射系数/低折射系数材料为Si/SiO₂、Si/air、TiO₂/SiO₂及MgF₂/TiO₂。

13、一种微型FP调频滤波器的制造方法，其特征是：包含下列步骤：

(a)于硅基板第一面形成第一及第二固定电极；

(b)于该硅基板的该第一面、该第一固定电极与该第二固定电极上形成一介电层；

(c)于该介电层上形成一牺牲层，并以回蚀动作去除部分该牺牲层，而形成一两阶式的牺牲层结构；

(d)于该牺牲层上沉积一机械结构材料，并蚀刻定义一两阶薄板结构、至少一细长支脚结构及至少一固定平板结构，同时定义去除部分该两阶薄板结构中央的机械结构材料以裸露出该牺牲层；

(e)于该两阶薄板结构中央部分形成一第二镜面；

(f)于该至少一固定平板上形成至少一焊垫金属；

(g)于该至少一焊垫金属上、部分该至少一细长支脚上及部分该牺牲层上，形成一遮蔽层；

(h)于该硅基板第二面形成一V-型/U-型凹槽；

(i)于该V-型/U-型凹槽表面形成一第一镜面；

(j)去除部分该牺牲层，仅保留位于该固定平板底部的牺牲层；

(k)去除该遮蔽层。

14、一种微型FP调频滤波器的制造方法，其特征是：包含下列步骤：

(a)于硅基板第一面形成第一及第二固定电极；

(b)于该硅基板的该第一面、该第一固定电极与该第二固定电极上形成一介电层；

(c)于该介电层上形成一牺牲层，去除部分该牺牲层；

(d)于该牺牲层上沉积一机械结构材料，并蚀刻定义一薄板结构、至少一细长支脚结构及至少一固定平板结构，同时定义去除部分该薄板结构中央的机械结构材料以裸露出该牺牲层；

(e)于该薄板结构中央部分形成一第二镜面；

(f)于该至少一固定平板上形成至少一焊垫金属；

(g)于该至少一焊垫金属上、部分该至少一细长支脚上及部分该牺牲层上，形成一遮蔽层；

(h)于该硅基板第二面形成一V-型/U-型凹槽；

(i)于该V-型/U-型凹槽表面形成一第一镜面；

(j)去除部分该牺牲层，仅保留位于该固定平板底部的该牺牲层；

(k)去除该遮蔽层。

15、一种微镜面结构的制造方法，其特征是：包含下列步骤：

(a)于硅基板第一面形成第一及第二固定电极；

(b)于该硅基板的该第一面、该第一固定电极与该第二固定电极上形成一介电层；

(c)于该介电层上形成一牺牲层，去除部分该牺牲层；

(d)于该牺牲层上沉积一机械结构材料，并蚀刻定义一薄板结构、至少一细长支脚结构及至少一固定平板结构，同时定义去除部分该薄板结构中央的机械结构材料以裸露出该牺牲层；

(e)于该薄板结构中央部分形成一镜面；

(f)于该至少一固定平板上形成至少一焊垫金属；

(g)于该至少一焊垫金属上、部分该至少一细长支脚上及部分该牺牲层上，形成一遮蔽层；

(h)于该硅基板第；面形成一蚀穿该硅晶片第一面的V-型/U-型凹槽；

(i)去除部分该牺牲层，仅保留位于该固定平板底部的该牺牲层；

(j)去除该遮蔽层。

16、根据权利要求2或3所述的应用一种通用微镜面的微型光调频元件，其特征是：该微型FP调频滤波器与光纤耦合机构包括：

该微型FP调频滤波器的硅基板上，包含至少一晶片黏合结构设计，其组成为介电层、分隔块、固定平板及焊垫金属；

一黏合硅晶片包含了至少一黏合金属及一蚀穿V-型/U-型凹槽；

其中，利用该至少一焊垫金属与该至少一黏合金属相互对准黏合，该光纤通过该硅基板及该黏合硅晶片所形成的V-型/U-型凹槽耦合固定。

17、根据权利要求16所述的应用一种通用微镜面的微型光调频元件，其特征是：该黏合硅晶片为晶向100的单晶硅晶片。

18、根据权利要求16所述的应用一种通用微镜面的微型光调频元件，其特征是：该黏合金属的材料为Au、Ti/Au或Cr/Au。

19、根据权利要求1所述的应用一种通用微镜面的微型光调频元件，该微型光调频元件是一调频面射型半导体激光器器，其特征是：该调频面射型半导体激光器器包括：

一含微镜面结构的硅晶片；

一面射型半导体激光晶片，设计上缺少一镜面制作于该面射型半导体激光的发光面；

至少一黏合金属，形成于该面射型半导体激光晶片上；

其中，利用该微镜面的该至少一固定平板上的至少一焊垫金属与该面射型半导体激光晶片的该至少一黏合金属相互对准黏合，同时光纤可以通过在该微镜面结构硅晶片所形成的V-型/U-型凹槽耦合固定。

20、根据权利要求19所述的应用一种通用微镜面的微型光调频元件，其特征是：黏合金属的材料为Au、Ti/Au或Cr/Au。

21、根据权利要求1所述的应用一种通用微镜面的微型光调频元件，该微型光调频元件是一调频光接收器，其特征是：该调频光接收器包括：

一具微镜面结构的硅晶片；

一光接收器晶片，设计上增加一镜面制作于该光接收器的光入射面；

至少一黏合金属，形成于该光接收器晶片上；

其中，利用该微镜面的该至少一固定平板上的至少一焊垫金属与该光接收器晶片的该至少一黏合金属相互对准黏合，同时光纤可以通过在该微镜面结构硅晶片所形成的V-型/U-型凹槽耦合固定。

22、根据权利要求21所述的应用一种通用微镜面的微型光调频元件，其特征是：该光接收器晶片为二极管结构。

23、根据权利要求21所述的应用一种通用微镜面的微型光调频元件，其特征是：该黏合金属的材料为Au、Ti/Au或Cr/Au。

24、一种微型光学调频元件集成化的波长选择控制方法，其特征是：该波长选择及控制方法为一电压控制振荡器原理，以微机电技术制作的集成化压控电容取代了传统的压控二极管电容，利用一振荡电路将FP共振腔的长度变化转换成电频率输出，亦即光频率输出对应于电频率输出，其架构包含：

一三端点的压控电容，包含一对控制电极以静电控制FP共振腔的长度及一平行板感测电容以感测FP共振腔的长度变化；

一电容-电感或电容-电阻振荡电路，连接该平行板感测电容，将FP共振腔的长度转换成频率脉冲信号输出；

一电脉冲计数器，记录该振荡电路输出频率脉冲数；

一微处理器，内建一校正过的光波长对频率脉冲数的对照表，该微处理器比对外界输入的波长设定与该脉冲计数器输入的频率脉冲数；

一数字/类比转换器，连接至一稳定的电压源，接受该微处理器的触发信号以提供一驱动电压至该压控电容的该控制电极，以调整该FP共振腔的长度；

一热电致冷器温度控制单元，用以稳定环境温度，达到稳定的光波长输出。

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