[发明专利]一种三维光子晶体的的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光子晶体的制备方法，特指利用多层膜结构和激光技术，制备光子晶体，属于薄膜制备、微纳结构制备技术领域。

背景技术

光子晶体是八十年代末提出的新概念和新材料，迄今取得异常迅猛的发展，这种材料可以如人所愿地控制光子的运动；由于其独特的特性，光子晶体可以制作全新原理或以前所不能制作的高性能光学器件，在光通讯上也有重要的用途，如用光子晶体器件来替代传统的电子器件，提高信息通讯的速度。

为寻找一种制作简易，同时组成单元维度低的结构，Ames的研究人员提出了一种层状结构的光子晶体，组成元是一维介电棒 [K. M. Ho, C. T. Chan, C. M. Soukoulis, R. Biswas, and M. Sigalas, Solid State Commun. 89, 413 (1994)]，每层中，一维介电棒平行排列，相互之间的距离为 a；第二层的介电棒与第一层棒夹角为90^o；第三层与第一层一样排列，但位移a/2；第四层与第二层也一样，但位移a/2；第五层与第一层重复；这样的结构具有面心四方对称性，特别当才c/a=√2时，就是金刚石结构，其实，相临两层的夹角可以在60到90^o之间变化，都有全方位光子带隙，这种结构实验上第一次由氧化铝棒堆积而成 [E. Ozbay, A. Abeyta, G. Tuttle, ringides, R. Biswas, M. Sigalas, C. M. Soukoulis, C. T. Chan, and K. M. Ho, Phys. Rev. B50, 1945 (1994)]，光子带隙在微波波段（12-14 GHz）。

人们还提出了其它的层状结构来制作三维光子晶体 [ H. Sozuer and J. Dowling, J. Mod. Opt. 41, 231 (1994)； S. Fan, P. Villeneuve, R. Meade, and J. Joannoupolis, Appl. Phys. Lett. 65, 1466 (1994)； M. Wanke, O. Lehmann, K. Muller, Q. Z. Wen, and M. Stuke, Science 275, 1284 (1997)；S. Y. Lin, J. G. Fleming, D. L. Hetherington, B. K. Smith, R. Biswas, K. M. Ho, M. M. Sigalas, W. Zubrzycki, S. R. Kurtz, and J. Bur, Nature 394, 251 (1998)]；MIT小组提出的结构可以利用成熟的半导体技术来得到光学范围的光子晶体 [S. Fan, P. Villeneuve, R. Meade, and J. Joannoupolis, Appl. Phys. Lett. 65, 1466 (1994)]，制作过程为第一步先将一层厚度为d的Si用MBE或CVD淀积在衬底上，然后刻蚀出相互之间距离为a的平行槽，最后在槽中填充SiO₂；第二步再生长一层厚度为h的Si；第三步在下层Si的正上方刻蚀出深度为d宽度为w的槽，然后再在槽中填充SiO₂；第四步与第一步相同；如此重复完成后，再在表面往下刻蚀出柱状空气孔阵列，空气孔的截面可以是圆形，也可以是椭圆形，最后清除SiO₂得到Si骨架结构。