專利名稱：：靜電驅(qū)動的光波導(dǎo)和f-p腔可調(diào)諧光濾波器及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于光電子器件領(lǐng)域，涉及一種基于SOI光波導(dǎo)和F-P腔的靜電梳狀電極驅(qū)動的可調(diào)諧光濾波器及其制備方法。
背景技術(shù)：
：可調(diào)諧光濾波器(TOF)是一種波長選擇器件，它的功能是從許多不同波長的輸入光信號中，根據(jù)需要選擇出某個(gè)特定波長的光信號。它可以在密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)中構(gòu)成各種解復(fù)用器，將復(fù)用在一起的光區(qū)分開來。新一代全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件光上下路器(OADM)也可以由濾波器構(gòu)成。可調(diào)諧光濾波器應(yīng)該具有高選擇性、低串?dāng)_、通帶的平坦性、低的插入損耗、波長可調(diào)節(jié)范圍寬、調(diào)諧速度快、并具有潛在的價(jià)格優(yōu)勢?？烧{(diào)諧光濾波器的實(shí)現(xiàn)方式多種多樣，主要有光纖布拉格光柵(FBG)型、馬赫-曾德爾(M-Z)干涉儀型、法布里-珀羅(F-P)干涉儀型、聲光可調(diào)諧濾波器(AOTF)和光子晶體可調(diào)諧濾波器等。FBG濾波器有低插入損耗、對偏振不敏感、與普通光纖接續(xù)簡便以及光譜響應(yīng)特性的動態(tài)可控制等特點(diǎn)。但是對溫度變化比較敏感，因此它容易受到環(huán)境的影響并且長期穩(wěn)定性不好。M-Z干涉儀型光濾波器的原理是基于兩個(gè)相干單色光經(jīng)過不同的光程傳輸后的干涉理論，優(yōu)點(diǎn)是信道間隔可以做得很小、偏振不靈敏，缺點(diǎn)是調(diào)諧控制復(fù)雜、調(diào)諧速度較慢。聲光可調(diào)諧光濾波器的物理基礎(chǔ)是基于光彈性效應(yīng)，它的半高寬較大，調(diào)諧速度慢。但是，依靠其超大的調(diào)諧范圍，它在粗波分復(fù)用中還會占有一定的市場。光子晶體可調(diào)諧濾波器有調(diào)諧范圍寬，線性好，半高寬平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。目前，對光子晶體調(diào)諧器件還沒有很深入的研究。F-P可調(diào)諧濾波器的基本原理是基于F-P腔的濾波特性，是人們所熟悉的多光束干涉原理。使用平面工藝制作F-P腔和分布布拉格反射鏡(DBR)結(jié)構(gòu)的多層膜時(shí)，為了保證DBR具有較高的反射率，需要在襯底上依次進(jìn)行復(fù)雜的淀積過程，制作工藝復(fù)雜。這種結(jié)構(gòu)的濾波器，需要將光纖垂直于襯底耦合，增加了耦合和封裝難度，不利于和其它光學(xué)器件的集成。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種基于SOI(SilicononInsulator)光波導(dǎo)和F-P腔的靜電梳狀電極驅(qū)動的可調(diào)諧光濾波器及其制備方法。采用SOI光波導(dǎo)、F-P腔、靜電梳狀電極的集成化結(jié)構(gòu)，利用梳狀電極帶動兩個(gè)對稱的DBR移動，通過調(diào)整F-P腔的等效腔長實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧濾波功能。該結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧濾波器具有調(diào)諧范圍寬、調(diào)諧精度高、調(diào)諧速度快、結(jié)構(gòu)緊湊新穎、便于和其它光學(xué)、電學(xué)元件集成的優(yōu)點(diǎn)。用硅光波導(dǎo)代替空氣作為諧振腔，可以減小光損耗。采用兩個(gè)DBR同時(shí)移動的對稱調(diào)諧方式，可以增加波長調(diào)諧范圍。充分利用(110)硅片的結(jié)晶學(xué)特征，通過感應(yīng)耦合等離子體(ICP)刻蝕工藝和各向異性濕法腐蝕工藝相結(jié)合的方法，制作DBR和F-P腔，DBR和F-P的表面為硅晶體的{111}面，使DBR鏡面垂直且表面光滑，增加DBR的反射率，提高濾波器的性能。本發(fā)明所述的基于SOI光波導(dǎo)和F-P腔的靜電梳狀電極驅(qū)動的可調(diào)諧光濾波器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，整個(gè)器件在SOI襯底的頂層硅一側(cè)制作。SOI襯底材料的選擇。襯底的選擇要保證制波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的制作工藝簡單、同時(shí)要保證DBR和襯底之間較好的垂直性、DBR鏡面光滑平整。選用頂層硅晶向?yàn)?110)的SOI材料作為襯底。在(110)硅片上有四個(gè){111}面(Tll)、(TlT)、(lTl)和(iTT)與硅片表面完全垂直，這四個(gè)晶面兩兩平行，彼此間的夾角為70.53°和109.47°。因此，在(110)硅片上只要確定這些{111}面的取向以及確定合適的工藝條件，就能制作出表面質(zhì)量好并且與襯底垂直的DBR結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述的靜電驅(qū)動的光波導(dǎo)和F-P腔可調(diào)諧光濾波器，其特征在于基于SOI材料制作，沿著輸入光信號方向依次是輸入脊型波導(dǎo)、第一靜電梳狀電極的固定齒、第一可動DBR、第一靜電梳狀電極、硅F-P諧振腔、第二可動DBR、第二靜電梳狀電極和輸出脊型光波導(dǎo)組成。輸入、輸出光波導(dǎo)是脊型結(jié)構(gòu)，見圖3，波導(dǎo)寬度w、內(nèi)脊高度H和外脊高度力之間滿足單模傳輸條件/<c+，其中f-!，c=0.3,r-J>0.5。/12、5""DBR和硅F-P諧振腔是通過刻蝕工藝在輸入、輸出光波導(dǎo)方向上制作而成，DBR和硅F-P諧振腔的截面結(jié)構(gòu)見圖4，DBR由硅/空氣隙對組成，硅、空氣隙尺寸分別滿足如下關(guān)系DBR中硅的寬度A-(^v,+如A，空氣隙的寬度4-(丄^+丄)A。硅波導(dǎo)F-P腔的寬度z^-,A。其中，^為靜態(tài)時(shí)濾波器24"。2">的中心波長，乂、乂和A^為整數(shù)，"，、"。和/v,分別為硅、空氣隙、F-P腔腔體的有效折射率。6寬帶光源發(fā)出的光耦合到輸入光波導(dǎo)中傳播，從輸入光波導(dǎo)出來的光經(jīng)過第一個(gè)DBR，在DBR與F-P腔界面處形成高反射后繼續(xù)向前傳播，到達(dá)硅波導(dǎo)F-P諧振腔，滿足F-P諧振腔諧振條件的特定波長的光能輸出并通過第二個(gè)DBR進(jìn)入輸出光波導(dǎo)。當(dāng)對兩對靜電梳狀電極的固定齒和可動齒之間分別施加電壓時(shí)，在靜電力的作用下，可動齒帶動DBR向固定齒的方向移動，硅波導(dǎo)諧振腔的等效腔長發(fā)生變化，微腔諧振條件也隨之發(fā)生改變，此時(shí)會有另一個(gè)滿足微腔諧振條件的光波輸出。可見，通過施加不同的電壓，就實(shí)現(xiàn)了對波長輸出的可調(diào)諧功能。兩個(gè)DBR的移動由兩個(gè)相同的靜電梳狀電極來完成。靜電梳狀電極的可動齒與DBR—同安裝在彈性梁上，彈性梁可以是直梁，也可以采用回型梁或折疊梁以增加彈性系數(shù)。靜電梳狀電極的固定齒不動，在固定齒和可動齒之間施加電壓，可動齒和固定齒之間會產(chǎn)生靜電力，使彈性梁發(fā)生變形，從而帶動DBR移動。本發(fā)明所述的器件的特點(diǎn)(1)采用SOI光波導(dǎo)、F-P腔、靜電梳狀電極的集成化結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊新穎、便于和其它光學(xué)元件集成。用硅光波導(dǎo)代替空氣作為諧振腔，可以減小光損耗。(2)采用靜電梳狀電極結(jié)構(gòu)，兩個(gè)對稱的DBR同時(shí)移動，通過調(diào)整F-P腔的等效腔長實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧濾波功能，具有調(diào)諧范圍寬的特點(diǎn)。(3)選用(110)硅片作為襯底，(110)硅片上有四個(gè)與襯底垂直的{111}面，用硅晶體固有的"11)面作為DBR和F-P腔的鏡面，既有較好的垂直度又有光滑的表面。(4)充分利用(110)硅片的結(jié)晶學(xué)特征，通過ICP刻蝕工藝和各向異性濕法腐蝕工藝相結(jié)合的方法，制作DBR和F-P腔，使DBR鏡面垂直且表面光滑，增加DBR的反射率，提高濾波器的性能。本發(fā)明所述基于SOI光波導(dǎo)、F-P腔、靜電梳狀電極驅(qū)動的可調(diào)諧光子濾波器采用光刻、ICP刻蝕、生長金屬膜和金屬膜的腐蝕等工藝制作。利用ICP刻蝕光波導(dǎo)，結(jié)合各向異性濕法化學(xué)腐蝕制作DBR和F-P腔。本發(fā)明所述的基于SOI光波導(dǎo)、F-P腔、靜電梳狀電極驅(qū)動的可調(diào)諧光濾波器的制備步驟如下A:選取SOI襯底，其頂層硅為(110)晶向，厚度在10~30微米，電阻率小于0.1Q.cm，保證具有較好的導(dǎo)電性；埋層二氧化硅的厚度為1~3微米；襯底硅的厚度200~500微米；B:熱氧化，在SOI襯底的兩側(cè)各制作一層薄層Si02，厚度為50~200納米;C:在SOI襯底的襯底硅一側(cè)，光刻、用RIE(反應(yīng)離子刻蝕)刻蝕薄層Si02、ICP刻蝕襯底硅至埋層Si02，形成靜電梳狀電極和可動DBR的刻蝕窗口，刻蝕窗口的位置與下一步制作梳狀電極和可動DBR的位置相對應(yīng)；D:頂層硅一側(cè)用光刻膠保護(hù)，在襯底硅一側(cè)用HF腐蝕刻蝕窗口對應(yīng)的埋層Si02，到頂層硅；E:在SOI襯底的頂層硅一側(cè)，光亥ij、用RIE刻蝕薄層Si02，形成可動DBR、硅F-P諧振腔、靜電梳狀電極、輸入輸出脊型波導(dǎo)與靜電梳狀電極的隔離槽的圖形，靜電梳狀電極與可動DBR的位置與襯底硅刻蝕的窗口對應(yīng)，保證梳狀電極和DBR成為可以移動的結(jié)構(gòu)；F:以薄層Si02為掩模層，ICP刻蝕形成DBR、硅F-P諧振腔、靜電梳狀電極、脊型波導(dǎo)與靜電梳狀電極的隔離槽，保持DBR鏡面與硅片的{111}面一致；G:對DBR和硅波導(dǎo)F-P諧振腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行各向異性濕法腐蝕，暴露出頂層硅本身的{111}面，使DBR鏡面光滑；H:再進(jìn)行光刻、刻蝕薄層Si02、刻蝕掉頂層硅一側(cè)除脊型波導(dǎo)的脊以外的Si02層，以薄層Si02為掩模，ICP刻蝕頂層硅，形成脊型光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；I:在靜電梳狀電極的相應(yīng)位置生長金屬電極對；丄用劃片機(jī)劃片，將制作有器件的部分從整個(gè)SOI晶片上分離出來，并對波導(dǎo)的端面進(jìn)行拋光處理，引出電極，從而完成本發(fā)明器件的制作。采用上述方法，通過設(shè)計(jì)DBR、F-P腔和梳狀電極的尺寸可以實(shí)現(xiàn)在1500nm1560nm范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)光波的可調(diào)諧輸出。圖1:本發(fā)明所述的基于SOI光波導(dǎo)、F-P腔和靜電梳狀電極驅(qū)動的可調(diào)諧光濾波器的正面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2:本發(fā)明所述的基于SOI光波導(dǎo)、F-P腔和靜電梳狀電極驅(qū)動的可調(diào)諧光濾波器的背面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3:圖2的A-A'剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4:圖2的B-B'剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5:本發(fā)明所述的濾波器的透射譜；圖6:本發(fā)明所述的濾波器的透射峰值隨DBR位移d的變化曲線；圖7:制備方法步驟E所述的掩模板圖形；圖8:制備方法步驟H所述的掩模板圖形；圖9:制備方法步驟C所述的掩模板圖形。如圖1、2所示，為基于SOI光波導(dǎo)、F-P腔和靜電梳狀電極的可調(diào)諧光濾波器結(jié)構(gòu)示意圖，在光入射方向，依次為軸對稱的輸入脊型波導(dǎo)5、第一靜電梳狀電極10、第一可動DBR陣列6、硅波導(dǎo)F-P腔7、第二可動DBR陣列8、第二靜電梳狀電極11和輸出脊型波導(dǎo)9。襯底硅1作為整個(gè)器件的基座。輸入脊型波導(dǎo)5、硅波導(dǎo)F-P腔7和輸出脊型波導(dǎo)9均為內(nèi)、外脊結(jié)構(gòu)；輸入脊型波導(dǎo)5的內(nèi)脊、硅波導(dǎo)F-P腔7的內(nèi)脊、輸出脊型波導(dǎo)9的內(nèi)脊同在襯底硅1上制作，同為埋層二氧化硅2、頂層硅3和薄層二氧化硅4的三層結(jié)構(gòu)；輸入脊型波導(dǎo)5的外脊、硅波導(dǎo)F-P腔7的外脊、輸出脊型波導(dǎo)9的外脊同在襯底硅1上制作，同為刻蝕的頂層硅3和埋層二氧化硅2結(jié)構(gòu)。第一梳狀電極10(10')包括固定齒陣列101(101')和可動齒陣列102(102')，第二梳狀電極11(11')包括固定齒陣列111(111')和可動齒陣列112(112');第一梳狀電極10(10')左右對稱地位于輸入脊型波導(dǎo)5和第一可動DBR陣列6的兩側(cè)，第二梳狀電極11(11')左右對稱地位于第二可動DBR陣列8和輸出脊型波導(dǎo)9的兩側(cè)；第一梳狀電極10(10')和第二梳狀電極11(11')同為刻蝕的頂層硅3結(jié)構(gòu)，與第一梳狀電極10(10')的固定齒陣列101(101')為一體的頂層硅310(310')與輸入脊型波導(dǎo)5的頂層硅3通過隔離槽14分開，與第二梳狀電極11(11')的固定齒陣列111(111')為一體的頂層硅311(311')與輸出脊型波導(dǎo)9的頂層硅3通過隔離槽13分開，第一梳狀電極10(10')的固定齒陣列101(101')和第二梳狀電極11(11')的固定齒陣列111(111')通過頂層硅310(310')、311(311')下面的埋層二氧化硅2與作為基座的襯底硅1連為一體。第一梳狀電極10(10')的可動齒陣列102(102')、第二梳狀電極11(11')的可動齒陣列T12(112')、第一可動DBR陣列6、第二可動DBR陣列8與彈性梁12為一體結(jié)構(gòu)；彈性梁12為刻蝕的頂層硅3，其兩個(gè)固定端通過下面的埋層二氧化硅2與作為基座的襯底硅1連為一體，其兩個(gè)移動端為直梁結(jié)構(gòu)；第一可動DBR陣列6和第二可動DBR陣列8分別位于彈性梁12兩個(gè)移動端的外側(cè)中部，第一可動DBR陣列6和第二可動-DBR陣列8為頂層硅3和薄層二氧化硅4的兩層結(jié)構(gòu)。如圖3所示，為位于襯底硅1上的輸入(輸出)脊型波導(dǎo)的截面結(jié)構(gòu)示意圖，在襯底硅1基座上，脊型波導(dǎo)的內(nèi)脊為埋層二氧化硅2、頂層硅3和薄層二氧化硅4的三層結(jié)構(gòu)；脊型波導(dǎo)的外脊為埋層二氧化硅2和刻蝕的頂層硅3的二層9結(jié)構(gòu)；脊型波導(dǎo)的頂層硅3通過隔離槽14(13)與連接梳狀電極的頂層硅310(31CT)、311(311')彼此分開；如圖4所示，為可動DBR、F-P諧振腔的截面結(jié)構(gòu)示意圖，兩個(gè)DBR陣列的結(jié)構(gòu)相同，均采用硅/空氣隙對結(jié)構(gòu)，其各部分的尺寸滿足
發(fā)明內(nèi)容所述的數(shù)量關(guān)系；如圖5所示，為本發(fā)明所述的濾波器的透射譜，所設(shè)計(jì)的濾波器的FSR(自由光譜范圍)達(dá)到65nm。如圖6所示，為本發(fā)明所述的濾波器的透射峰值隨DBR位移d的變化情況，曲線從左向右d的值逐漸增大，可以看出DBR移動的距離在0.37微米時(shí)，濾波器可以實(shí)現(xiàn)30nm的波長可調(diào)諧范圍。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:要實(shí)現(xiàn)波長1530nm1560nm(與摻鉺光纖放大器的譜寬一致)范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)諧，DBR和F-P腔的尺寸如下硅/空氣隙為2對半，即空氣/硅/空氣/硅/空氣結(jié)構(gòu)，空氣隙的寬度為1.9微米，硅的寬度為0.5微米；硅波導(dǎo)F-P腔的寬度為5微米。DBR的高度為薄層Si02和頂層硅兩者的高度和，F(xiàn)-P腔的高度為薄層Si02和SOI襯底的高度和。梳狀電極的參數(shù)梳齒對數(shù)20對，梳齒長度15微米，寬度5微米，高度10微米，動齒與定齒間隙2微米、交疊長度13微米，相鄰兩個(gè)齒之間的間隔為3微米。采用彈性直梁，梁的長度為1000微米，寬度10微米，高度10微米，隔離槽的寬度為30微米。脊型光波導(dǎo)的寬度為10微米，內(nèi)脊高15微米，外脊高10微米。圖5為所設(shè)計(jì)的可調(diào)諧光濾波器的靜態(tài)透射譜，圖6給出了DBR需要移動的位移和輸出透射光的峰值之間的關(guān)系，為了實(shí)現(xiàn)30nm的波長調(diào)諧范圍，DBR移動的位移范圍為0~370nm，施加電壓的范圍是0~10V。當(dāng)器件的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)完成后，可以采用下面的方法制作器件。A:選取SOI襯底，參數(shù)如表1，在SOI襯底的兩側(cè)各熱氧化生成一薄層Si02，厚度為1Q0nm。表1:SOI晶片材料的參數(shù)參數(shù)數(shù)值直徑(mm)100頂層硅厚度(IJm)15<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>B:在SOI襯底的襯底硅一側(cè)制作背面窗口1)在SOI襯底的襯底硅一側(cè)光刻，將要刻蝕的窗口的圖形(圖9中白顏色區(qū)域)從掩模版上轉(zhuǎn)移到SOI襯底的薄Si02層上，窗口的位置與形狀同頂層硅一側(cè)制作DBR和梳狀電極的位置相對應(yīng)。光刻工藝包括涂膠、前烘、曝光、堅(jiān)膜、顯影。光刻膠用北京化學(xué)試劑研究所的BP212光刻膠，粘度為(37±2)x1(T3Pa's。2)以光刻膠作掩模層，通過RIE刻蝕襯底硅一側(cè)窗口處的薄Si02層，工藝參數(shù)見表2，去光刻膠。表2:反應(yīng)離子刻蝕二氧化硅化硅的參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>3)以薄Si02層為掩模層，通過ICP刻蝕襯底硅至埋層二氧化硅，刻蝕的工藝參數(shù)如表3所示，刻蝕深度為襯底硅的厚度。表3:ICP刻蝕窗口的工藝參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>C:在頂層硅一側(cè)用光刻膠保護(hù)，在襯底硅一側(cè)用HF溶液腐蝕刻蝕窗口處對應(yīng)的埋層二氧化硅至頂層硅，溶液的成分見表4。表4HF溶液腐蝕二氧化硅的參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>D:在頂層硅的一側(cè)制作DBR、F-P腔、梳狀電極、脊型波導(dǎo)與梳狀電極的隔離槽1)在SOI襯底的頂層硅一側(cè)光刻，將DBR、F-P腔、梳狀電極、脊型波導(dǎo)與梳狀電極的隔離槽的圖形從掩模版上(圖7中的白顏色區(qū)域)轉(zhuǎn)移到SOI襯底頂層硅一側(cè)的薄層Si02上，使DBR鏡的方向與(110)硅片的{111}面的取向保持一致，DBR窗口和梳狀電極的位置與襯底硅一側(cè)制作DBR和梳狀電極的位置相對應(yīng)。2)以光刻膠作掩模層，通過RIE刻蝕頂層硅一側(cè)與DBR、F-P腔、梳狀電極、脊型波導(dǎo)與梳狀電極的隔離槽對應(yīng)處的薄層Si02，工藝參數(shù)見表2，去光刻膠。3)以薄Si02層為掩模層ICP刻蝕頂層(110)硅，刻蝕至埋層二氧化硅，刻蝕參數(shù)見表5;由于在襯底硅一層進(jìn)行刻蝕時(shí)，已將梳狀電極、DBR對應(yīng)區(qū)域的埋層二氧化硅刻蝕掉了，故而經(jīng)過此步驟梳狀電極和DBR僅包括薄二氧化硅層和頂層硅結(jié)構(gòu)了，而隔離槽區(qū)域的埋層二氧化硅依然存在。表5:ICP刻蝕DBR的工藝參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>4)將樣品放入濃度為40。/。(wt)的KOH水溶液中進(jìn)行腐蝕,腐蝕時(shí)間為24s，此工藝步驟的目的是對ICP刻蝕的DBR和硅F-P諧振腔的表面進(jìn)行化學(xué)腐蝕拋光，暴露出真正的{111}面，使鏡面光滑并與襯底垂直。E:在頂層硅的一側(cè)繼續(xù)制作光波導(dǎo)1)在SOI襯底的頂層硅一側(cè)光刻，將脊型光波導(dǎo)的圖形(圖8)從掩模版上轉(zhuǎn)移到SOI襯底的頂層硅一側(cè)的薄層Si02上，脊型光波導(dǎo)的軸線與DBR垂直。2)刻蝕掉頂層硅一側(cè)除脊型波導(dǎo)脊以外的Si02層，參數(shù)見表2。去光刻膠。3)以薄Si02層為掩模層，ICP刻蝕頂層硅(110)，刻蝕參數(shù)見表4，刻蝕深度為5微米，波導(dǎo)的寬度為10微米，內(nèi)脊高15微米，外脊高10微米，經(jīng)過此步驟后，梳狀電極的高度為10微米，硅F-P腔7也為內(nèi)、外脊結(jié)構(gòu)，內(nèi)脊高15微米，外脊高10微米；G:在梳狀電極的相應(yīng)位置生長金屬電極。H:用劃片機(jī)劃片，將制作有器件的部分從整個(gè)SOI晶片上分離出來，并對波導(dǎo)的端面進(jìn)行拋光處理，引出電極，完成器件的制作。對于調(diào)諧范圍為1530-1560nm的濾波器，器件尺寸為2500ymx200pm，半高寬小于0.8nm，器件的驅(qū)動電壓范圍為小于10V?？梢?，本發(fā)明使整個(gè)器件結(jié)構(gòu)緊湊，滿足當(dāng)前光電子器件向集成化和小型化方向發(fā)展的需求。權(quán)利要求1、靜電驅(qū)動的光波導(dǎo)和F-P腔可調(diào)諧光濾波器，其特征在于基于頂層硅(3)晶向?yàn)?110)的SOI襯底制作，在沿著輸入光信號方向依次是輸入脊形波導(dǎo)(5)、第一靜電梳狀電極(10、10′)、第一可動DBR陣列(6)、硅F-P諧振腔(7)、第二可動DBR陣列(8)、第二靜電梳狀電極(11、11′)和輸出脊形光波導(dǎo)(9)。2、如權(quán)利要求1所述的靜電驅(qū)動的光波導(dǎo)和F-P腔可調(diào)諧光濾波器，其特征在于輸入脊形波導(dǎo)(5)、硅波導(dǎo)F-P腔(7)和輸出脊形波導(dǎo)(9)均為內(nèi)、外脊結(jié)構(gòu)；輸入脊形波導(dǎo)(5)的內(nèi)脊、硅波導(dǎo)F-P腔(7)的內(nèi)脊、輸出脊形波導(dǎo)(9)的內(nèi)脊同在襯底硅(1)上制作，依次為埋層二氧化硅(2)、頂層硅(3)和薄層二氧化硅(4)的三層結(jié)構(gòu)；輸入脊形波導(dǎo)(5)的外脊、硅波導(dǎo)F-P腔(7)的外脊、輸出脊形波導(dǎo)(9)的外脊同在襯底硅(1)上制作，為刻蝕的頂層硅(3)和埋層二氧化硅(2)結(jié)構(gòu)。3、如權(quán)利要求2所述的靜電驅(qū)動的光波導(dǎo)和F-P腔可調(diào)諧光濾波器，其特征在于輸入脊形波導(dǎo)(5)、硅波導(dǎo)F-P腔(7)和輸出脊形波導(dǎo)(9)的波導(dǎo)寬度w、內(nèi)脊高度Z/和外脊高度/;之間滿足單模傳輸條件^，其中？=;=0.3,=上>0.5。(卜々"774、如權(quán)利要求1所述的靜電驅(qū)動的光波導(dǎo)和F-P腔可調(diào)諧光濾波器，其特征在于第一梳狀電極(10、1(T)包括固定齒陣列(101、101')和可動齒陣列(102、102')，第二梳狀電極(11、11')包括固定齒陣列(111、111')和可動齒陣列(112、112');第一梳狀電極(10、10')左右對稱地位于輸入脊形波導(dǎo)(5)和第一可動DBR陣列(6)的兩側(cè)，第二梳狀電極(11、11')左右對稱地位于第二可動DBR陣列(8)和輸出脊形波導(dǎo)(9)的兩側(cè)。5、如權(quán)利要求4所述的靜電驅(qū)動的光波導(dǎo)和F-P腔可調(diào)諧光濾波器，其特征在于第一梳狀電極(10、1(K)和第二梳狀電極(11、11')同為刻蝕的頂層硅(3)結(jié)構(gòu)，與第一梳狀電極(10、10')的固定齒陣列(101、101')為一體的頂層硅(310、310')與輸入脊形波導(dǎo)(5)的頂層硅(3)通過隔離槽(14)分開，與第二梳狀電極(11、11')的固定齒陣列(111、111')為一體的頂層硅(311、311')與輸出脊形波導(dǎo)(9)的頂層硅(3)通過隔離槽13分開，第一梳狀電極(10、10')的固定齒陣列(101、101')和第二梳狀電極(11、11')的固定齒陣列(111、111')通過頂層硅(310、310')、(311、311')下面的埋層二氧化硅(2)與作為基座的襯底硅(1)連為一體。6、如權(quán)利要求1所述的靜電驅(qū)動的光波導(dǎo)和F-P腔可調(diào)諧光濾波器，其特征在于第一梳狀電極(10、10')的可動齒陣列(102、102')、第二梳狀電極(11、11')的可動齒陣列(112、112')、第一可動DBR陣列(6)、第二可動DBR陣列(8)通過彈性梁(12)連接為一體結(jié)構(gòu)；彈性梁(12)為刻蝕的頂層硅(3)，其兩個(gè)固定端通過下面的埋層二氧化硅(2)與作為基座的襯底硅(1)連為一體，其兩個(gè)移動端為直梁結(jié)構(gòu)。7、如權(quán)利要求6所述的靜電驅(qū)動的光波導(dǎo)和F-P腔可調(diào)諧光濾波器，其特征在于第一可動DBR陣列(6)和第二可動DBR陣列(8)分別位于彈性梁(12)兩個(gè)移動端的外側(cè)中部。8、如權(quán)利要求1所述的靜電驅(qū)動的光波導(dǎo)和F-P腔可調(diào)諧光濾波器，其特征在于可動DBR陣列(6)和可動DBR陣列(8)的結(jié)構(gòu)相同，DBR中硅的寬度i,—丄iv,+丄)i，空氣隙的寬度A-4^+^)A，硅波導(dǎo)F-P24"f24wa腔的寬度；f，其中&為靜態(tài)時(shí)濾波器的中心波長，乂、w。和#>為整數(shù)，"，、"。和"w分別為硅、空氣隙、F-P腔腔體的有效折射率。9、權(quán)利要求1~8任何一項(xiàng)所述的靜電驅(qū)動的光波導(dǎo)和F-P腔可調(diào)諧光濾波器的制備方法，其步驟如下A、選取SOI襯底，其頂層硅為(110)晶向，厚度在10~30微米，電阻率小于0.1Q.cm，保證具有較好的導(dǎo)電性；埋層二氧化硅的厚度為13微米；襯底硅的厚度200~500微米；B、熱氧化，在SOI襯底的兩側(cè)各制作一層薄層Si02，厚度為50~200納米；C、在SOI襯底的襯底硅一側(cè)，光刻、用反應(yīng)離子刻蝕薄層Si02、ICP刻蝕襯底硅至埋層Si02，形成靜電梳狀電極和可動DBR的刻蝕窗口，刻蝕窗口的位置與下一步制作梳狀電極和可動DBR的位置相對應(yīng)；D、頂層硅一側(cè)用光刻膠保護(hù)，在襯底硅一側(cè)用HF腐蝕刻蝕窗口對應(yīng)的埋層Si02，到頂層硅；E、在SOI襯底的頂層硅一側(cè)，光刻、用反應(yīng)離子刻蝕薄層Si02，形成可動DBR、硅F-P諧振腔、靜電梳狀電極、輸入輸出脊形波導(dǎo)與靜電梳狀電極的隔離槽的圖形，靜電梳狀電極與可動DBR的位置與襯底硅刻蝕的窗口對應(yīng)，保證梳狀電極和DBR成為可以移動的結(jié)構(gòu)；F、以薄層Si02為掩模層，ICP刻蝕形成DBR、硅F-P諧振腔、靜電梳狀電極、脊形波導(dǎo)與靜電梳狀電極的隔離槽，保持DBR鏡面與硅片的{111}面一致；G、對DBR和硅波導(dǎo)F-P諧振腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行各向異性濕法腐蝕，暴露出頂層硅本身的{111}面，使DBR鏡面光滑；H、再進(jìn)行光刻、刻蝕薄層Si02、刻蝕掉頂層硅一側(cè)除脊形波導(dǎo)的脊以外的Si02層，以薄層Si02為掩模，ICP刻蝕頂層硅，形成脊形光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；I、在靜電梳狀電極的相應(yīng)位置生長金屬電極對；J、用劃片機(jī)劃片，將制作有器件的部分從整個(gè)SOI晶片上分離出來，并對波導(dǎo)的端面進(jìn)行拋光處理，引出電極，從而完成靜電驅(qū)動的光波導(dǎo)和F-P腔可調(diào)諧光濾波器的制作。全文摘要本發(fā)明提供了一種基于SOI光波導(dǎo)和F-P腔的靜電梳狀電極驅(qū)動的可調(diào)諧光濾波器及其制備方法。利用梳狀電極帶動兩個(gè)對稱的DBR移動，通過調(diào)整F-P腔的等效腔長實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧濾波功能。該結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧濾波器具有調(diào)諧范圍寬、調(diào)諧精度高、調(diào)諧速度快、結(jié)構(gòu)緊湊新穎、便于和其它光學(xué)、電學(xué)元件集成的優(yōu)點(diǎn)。采用兩個(gè)DBR同時(shí)移動的對稱調(diào)諧方式，可以增加波長調(diào)諧范圍。充分利用(110)硅片的結(jié)晶學(xué)特征，通過感應(yīng)耦合等離子體刻蝕工藝和各向異性濕法腐蝕工藝相結(jié)合的方法，制作DBR和F-P腔，DBR和F-P的表面為硅晶體的{111}面，使DBR鏡面垂直且表面光滑，增加DBR的反射率，提高濾波器的性能。文檔編號G02B26/00GK101666907SQ200910067600公開日2010年3月10日申請日期2009年9月29日優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日發(fā)明者劉彩霞,周敬然,張歆東,瞿鵬飛,瑋董,郭文濱,阮圣平,陳維友申請人:吉林大學(xué)