[发明专利]微谐振器系统及其制造方法

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及微谐振器系统，具体涉及可用作激光器、调制器以及光检测器的微谐振器系统以及制造这些系统的方法。

背景

近年来，集成电路上微电子器件的密度增大已经导致可用于互连这些器件的金属信号线的密度的技术瓶颈。此外，使用金属信号线导致功耗显著增大以及难以使定位于多数电路的顶部的最长链路同步。除了经由信号线发送作为电信号的信息之外，可将相同的信息编码在电磁辐射(“ER”)中并经由诸如光纤、脊波导以及光子晶体波导之类的波导发送。经由波导发送编码在ER中的信息具有优于经由信号线发送电信号的多个优点。首先，经由波导发送的ER的降级或损耗比经由信号线发送的电信号少得多。其次，可将波导制造成支持比信号线宽得多的带宽。例如，单根铜或铝线仅能发射单个电信号，而单根光纤可被配置成发送约100或不同地编码的更多ER。

近来，材料科学和半导体制造技术的进步已使得开发可与诸如CMOS电路之类的电子器件集成的光子器件以形成光子集成电路(“PIC”)成为可能。术语“光子器件”指的是能在其频率跨越电磁光谱的具有经典特性的ER或量子化ER下工作的器件。PIC是电子集成电路的光子等价物，而且可在半导体材料的晶片上实现。为高效地实现PIC，需要无源和有源光子组件。波导和衰减器是通常能利用常规的外延和光刻方法制造、且可用于引导微电子器件之间的ER传播的无源光子组件的示例。物理学家和工程师已经认识到对能用于PIC的有源光子组件的需求。

概述

本发明的多个实施例涉及可用作激光器、调制器以及光检测器的包括微盘(microdisk)的微谐振器系统以及用于制造该微谐振器系统的方法。在本发明的一个实施例中，一种微谐振器系统包括具有顶表面层的衬底、埋置在该衬底内且毗邻该衬底的顶表面层定位的至少一个波导、以及微盘，该微盘具有顶层、中间层、底层、电流隔离区以及外围环形区。微盘的底层附连至衬底的顶表面层且与其电连接，而且被定位成使外围环形区的至少一部分位于至少一个波导之上。电流隔离区被配置成占据微盘的中心区域的至少一部分，而且具有相对外围环形区而言更低的折射率和更大的带隙。

附图简述

图1A示出根据本发明实施例的第一微谐振器系统的立体图。

图1B示出根据本发明实施例的图1A中所示的第一微谐振器系统沿直线1B-1B的截面图。

图2示出根据本发明实施例的构成示例性微盘的多个层的截面图。

图3A-3B示出图1中所示的微盘的外围区和电流隔离区的电子带隙能量的假设标绘图。

图4A示出根据本发明实施例的图1中所示的第一微谐振器系统的微盘中的电流的路径。

图4B示出根据本发明实施例的耳语廊模式(whispering gallery mode)对图1中所示的第一微谐振器系统的微盘的外围区的实质限制。

图5A示出根据本发明的实施例的第二微谐振器系统的立体图。

图5B示出根据本发明实施例的图5A中所示的第二微谐振器系统沿直线5B-5B的截面图。

图6A示出根据本发明实施例的图5中所示的第二微谐振器系统的微盘中的电流的路径。

图6B示出根据本发明实施例的耳语廊模式对图5中所示的第二微谐振器系统的微盘的外围区的实质限制。

图7A示出与基于量子阱的增益介质的量子化电子能量状态相关联的能级图。

图7B示出根据本发明实施例的作为激光器工作的图1中所示的第一微谐振器系统的示意图。

图8A示出根据本发明实施例的作为调制器工作的图1中所示的第一微谐振器系统的示意图。

图8B示出未编码的电磁辐射的强度与时间的关系的标绘图。

图8C示出经过数据编码的电磁辐射的强度与时间的关系的标绘图。

图9示出根据本发明实施例的作为光检测器工作的图1中所示的第一微谐振器系统的示意图。

图10A-10K示出根据本发明实施例的与制造图1中所示的第一微谐振器系统的方法相关联的立体图和截面图。

图11A-11B示出根据本发明实施例的与制造图5中所示的第二微谐振器系统的方法相关联的截面图。

实施例描述

本发明的多个实施例涉及可用作激光器、调制器以及光检测器的包括微盘的微尺度谐振器(“微谐振器”)系统以及用于制造该微谐振器系统的方法。在下述的多个微谐振器系统实施例中，包括相同材料的多个结构相似的组件设置有相同的附图标记，而且为了简洁起见，不重复对它们的结构和功能的说明。