[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器件以形成光集成电路(“PIC”)成为可能。 术语“光器件”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学等价物，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。然而，这些制造方法通常在光 器件组件中产生缺陷，这些缺陷会导致显著的信道损耗。一个常见的损耗 源是由表面粗糙引起的散射。

图1示出了示例微盘102的俯视图。一般而言，因为微盘的折射率大 于其包围物的折射率，所以信道由于微盘的圆周附近的全内反射而被俘获， 从而可被俘获在微盘内。被俘获在微盘圆周附近ER模式被称为“耳语廊模 式(’WGM’)”。位于微盘102的圆周附近的方向箭头104代表在微盘102 的圆周附近传播的假想WGM。强度标绘图106示出了沿微盘102的直线 A-A的WGM的强度与距离的关系。虚线强度曲线108和110示出被实质 限制于微盘102的外围区的WGM。曲线108和110延伸超过微盘102的直 径的部分表示WGM沿微盘102的圆周的渐逝(evanescence)。然而，微盘 102的边缘的放大图112示出用于形成微盘102的蚀刻工艺引起的表面粗糙 度。该表面粗糙度增大了散射损耗，从而降低了微盘102的Q因子。物理 学家和工程师已经认识到对能降低散射损耗并提高与光组件相关联的Q因 子的光组件设计和制造方法的需求。

概述

本发明的多个实施例设计微谐振器系统和制造谐振器系统的方法。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、以 及埋入该衬底中且毗邻该衬底的顶表面层定位的至少一个波导。该微谐振 器系统还包括微谐振器，该微谐振器具有顶层、中间层、底层、外围区以 及外围涂层。该微谐振器的底层附连至衬底的顶表面层并与之电连接。该 微谐振器被定位成使该外围区的至少一部分位于至少一个波导之上。该外 围涂层覆盖外围表面的至少一部分，且具有相对微谐振器的顶层、中间层 以及底层而言更低的折射率。

附图简述

图1示出了示例微盘的俯视图。

图2A示出根据本发明实施例的第一微谐振器系统的立体图。

图2B示出根据本发明实施例的图2A中所示的第一微谐振器系统沿直 线2B-2B的截面图。

图3A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3B示出根据本发明实施例的位于微盘的外围区中的耳语廊模式的 截面图。

图4A示出根据本发明实施例的第二微谐振器系统的立体图。

图4B示出根据本发明实施例的图4A中所示的第二微谐振器系统沿直 线4B-4B的截面图。

图5A-5J示出根据本发明实施例的与制造图2中所示的微谐振器系统 的方法相关联的视图。

图6A示出与量子阱增益介质的电子状态相关联的能级图。

图6B示出根据本发明实施例的作为激光器工作的图2中所示的微谐振 器系统的示意图。

图7A示出根据本发明实施例的作为调制器工作的图2中所示的微谐振 器系统的示意图。

图7B示出从与图7A的微谐振器系统光连接的源中发射的电磁辐射的 强度与时间的关系图。