專利名稱：高反射率高帶寬的亞波長光柵反射鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電子器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高反射率高帶寬的亞波長 光柵反射鏡的制作方法。
背景技術(shù)：
高反射率高帶寬的反射鏡在半導(dǎo)體光電器件中具有重要的應(yīng)用，它是構(gòu)建激光諧 振腔的必備元素。金屬反射鏡具有非常高的反射帶寬，但是吸收損耗限制了它的應(yīng)用。目前 布拉格反射鏡作為一種高反射率反射鏡，廣泛應(yīng)用于垂直腔面發(fā)射激光器中。由于布拉格 反射鏡的反射率和帶寬依賴于兩種組成材料的折射率和每層厚度控制的精度。兩種組成材 料的折射率差越大，布拉格反射鏡的反射率和帶寬越大。考慮到材料生長過程中晶格匹配 因素，組成布拉格反射鏡的兩種材料的折射率差通常比較小，因此布拉格反射鏡需要25-40 對才能達(dá)到足夠高的反射率，厚度高達(dá)數(shù)微米，而且反射帶寬只有3-9%，同時(shí)對材料生長 控制提出了巨大的挑戰(zhàn)。對于藍(lán)綠光和遠(yuǎn)紅外波段，布拉格反射鏡的設(shè)計(jì)和生長更為困難。 特別是在可調(diào)諧垂直腔面發(fā)射激光器中，高反射帶寬、高反射率和低損耗的反射鏡尤為重 要。由于布拉格反射鏡有諸如反射率不高、反射帶寬窄、不緊湊等不足，2004年人 們提出了一種微型高反射率高反射帶寬的高折射率差的亞波長光柵，如文獻(xiàn)“Carlos F. R.Mateus，et al.，IEEE Photonics TechnologyLetters, 2004 (16) :1676”所報(bào)道。這禾中 高折射率差的亞波長光柵厚度只有百納米量級，高反射率帶寬達(dá)到35%，完全可以代替布 拉格反射鏡用于垂直腔面發(fā)射激光器中。2007年，加州大學(xué)Berkeley分校Chang-Hasnain 小組實(shí)驗(yàn)報(bào)道了他們采用高折射率差的亞波長光柵構(gòu)成的垂直腔面發(fā)射激光器實(shí)現(xiàn)了單 模激射，驗(yàn)證了高折射率差的亞波長光柵完全可以代替布拉格反射鏡構(gòu)建激光諧振腔。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種高反射率高帶寬的亞波長光柵反射鏡 的制作方法，這種亞波長光柵反射鏡具有高反射率高帶寬，厚度只有百納米量級，可以代替 布拉格反射鏡用于構(gòu)建激光諧振腔。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種高反射率高帶寬的亞波長光柵反射鏡的制作方 法，包括如下步驟步驟1 取一襯底；步驟2 在該襯底上依次生長材料層、介質(zhì)層和金屬層，在介質(zhì)層和金屬層界面處 能夠激發(fā)表面等離子體模式；步驟3 采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕的方法或者剝離技術(shù)，依次將金屬層、介質(zhì)層 和材料層刻蝕，形成周期性的條形光柵結(jié)構(gòu)，完成器件的制作。其中所述周期性的條形光柵結(jié)構(gòu)的刻蝕深度到襯底的表面。其中所述的周期性的條形光柵結(jié)構(gòu)的周期小于工作波長，只有0級衍射發(fā)生。
其中所述襯底的材料為空氣或者低折射率介質(zhì)材料。所述低折射率介質(zhì)材料的襯底為二氧化硅、氧化鎂、氧化鋁、氮化硅或氟化鎂。其中所述材料層為硅、砷化鎵、砷化鋁鎵或磷化銦。其中所述介質(zhì)層的材料為二氧化硅、氮化硅或氟化鎂。其中所述金屬層的材料為金、銀、鋁或銅。其中所述的亞波長光柵反射鏡的工作波長覆蓋深紫外到遠(yuǎn)紅外波段。從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明提供的這種高反射率高帶寬的亞波長光柵反射鏡，只有百納米量級厚 度，非常微型緊湊，易于和其他光電器件集成，并且制作工藝和半導(dǎo)體工藝兼容。2、本發(fā)明提供的這種高反射率高帶寬的亞波長光柵反射鏡，具有高帶寬高反射 率，可以代替布拉格反射鏡構(gòu)建激光諧振腔，解決了布拉格反射鏡材料選擇及其生長難題。3、本發(fā)明提供的這種高反射率高帶寬的亞波長光柵反射鏡，和高折射率差的亞波 長光柵相比，具有更高反射率、更高反射帶寬。


為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，其中圖1為本發(fā)明提供的這種高反射率高帶寬的亞波長光柵反射鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。圖 中ζ坐標(biāo)方向代表垂直方向；x、y坐標(biāo)方向代表水平方向。圖2為本發(fā)明第一個實(shí)例提供的這種高反射率高帶寬的亞波長光柵反射鏡的 TM(電場平行χ方向)偏振光的反射率-波長曲線。圖3為本發(fā)明第一個實(shí)例提供的這種高反射率高帶寬的亞波長光柵反射鏡的 TE (電場平行y方向)偏振光的反射率-波長曲線。圖中，1為襯底，2為材料層，3為介質(zhì)層，4為金屬層。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明提供一種高反射率高帶寬的亞波長光柵反射鏡的制作方法， 包括如下步驟步驟1 取一襯底1，所述襯底1的材料為空氣或者低折射率介質(zhì)材料；步驟2 在該襯底1上依次生長材料層2、介質(zhì)層3和金屬層4 ；所述結(jié)構(gòu)在在介質(zhì) 層3和金屬層4界面處能夠激發(fā)表面等離子體模式，這種表面等離子模式能夠增強(qiáng)反射；所 述材料層2為硅、砷化鎵、砷化鋁鎵或磷化銦；所述介質(zhì)層3的材料為二氧化硅、氮化硅或氟 化鎂；所述金屬層4的材料為金、銀、鋁或銅；步驟3 采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕的方法或剝離技術(shù)，依次將金屬層4、介質(zhì)層 3和材料層2刻蝕直到襯底1，形成周期性的條形光柵結(jié)構(gòu)，完成器件的制作；所述總刻蝕 深度為金屬層4、介質(zhì)層3和材料層2三層厚度的總和；所述結(jié)構(gòu)在橫向χ形成高折射率差 (高折射率/低折射率的周期分布)的折射率分布。所述的周期性的條形光柵結(jié)構(gòu)的周期小于工作波長，只有0級衍射發(fā)生；所述的 亞波長光柵反射鏡的工作波長覆蓋深紫外到遠(yuǎn)紅外波段。
基于圖1這種高反射率高帶寬的亞波長光柵反射鏡，以下結(jié)合具體的實(shí)施例對本 發(fā)明提供的這種高反射率高帶寬的亞波長光柵反射鏡作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例一本實(shí)例的這種高反射率高帶寬的亞波長光柵反射鏡，其襯底1為空氣(折射率為 1)；材料層2為Ala6Giia4As (折射率為3. 2)，厚度為235nm ；介質(zhì)層3為二氧化硅(折射率 為1. 47)厚度為400nm ；金屬層4為金，厚度為IOOnm ；亞波長光柵的周期為380nm，條寬為 250nmo本實(shí)例的測量結(jié)果如圖2和圖3所示。圖2是依照本發(fā)明第一個實(shí)例提供的這種 高反射率高帶寬的亞波長光柵反射鏡的理論計(jì)算得到的TM(電場平行χ方向)偏振光的 反射率-波長曲線，帶寬Δ λ/λ為19. 7% (> 99. 5%，Δ λ為150nm，λ為780nm)。圖 3是依照本發(fā)明第一個實(shí)例提供的這種高反射率高帶寬的亞波長光柵反射鏡的理論計(jì)算得 到的TE(電場平行y方向)偏振光的反射率-波長曲線，它在所關(guān)注波長范圍內(nèi)的反射率 都超過了 95%。以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高反射率高帶寬的亞波長光柵反射鏡的制作方法，包括如下步驟步驟1 取一襯底；步驟2 在該襯底上依次生長材料層、介質(zhì)層和金屬層，在介質(zhì)層和金屬層界面處能夠 激發(fā)表面等離子體模式；步驟3 采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕的方法或者剝離技術(shù)，依次將金屬層、介質(zhì)層和材 料層刻蝕，形成周期性的條形光柵結(jié)構(gòu)，完成器件的制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高反射率高帶寬的亞波長光柵反射鏡的制作方法，其中所述 周期性的條形光柵結(jié)構(gòu)的刻蝕深度到襯底的表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高反射率高帶寬的亞波長光柵反射鏡的制作方法，其中所述 的周期性的條形光柵結(jié)構(gòu)的周期小于工作波長，只有0級衍射發(fā)生。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高反射率高帶寬的亞波長光柵反射鏡的制作方法，其中所述 襯底的材料為空氣或者低折射率介質(zhì)材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微高反射率高帶寬的亞波長光柵反射鏡的制作方法，其中所 述低折射率介質(zhì)材料的襯底為二氧化硅、氧化鎂、氧化鋁、氮化硅或氟化鎂。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高反射率高帶寬的亞波長光柵反射鏡的制作方法，其中所述 材料層為硅、砷化鎵、砷化鋁鎵或磷化銦。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高反射率高帶寬的亞波長光柵反射鏡的制作方法，其中所述 介質(zhì)層的材料為二氧化硅、氮化硅或氟化鎂。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高反射率高帶寬的亞波長光柵反射鏡的制作方法，其中所述 金屬層的材料為金、銀、鋁或銅。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高反射率高帶寬的亞波長光柵反射鏡的制作方法，其中所述 的亞波長光柵反射鏡的工作波長覆蓋深紫外到遠(yuǎn)紅外波段。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高反射率高帶寬的亞波長光柵反射鏡的制作方法，包括如下步驟步驟1取一襯底；步驟2在該襯底上依次生長材料層、介質(zhì)層和金屬層，在介質(zhì)層和金屬層界面處能夠激發(fā)表面等離子體模式；步驟3采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕的方法或者剝離技術(shù)，依次將金屬層、介質(zhì)層和材料層刻蝕，形成周期性的條形光柵結(jié)構(gòu)，完成器件的制作。
文檔編號G02B5/18GK102109625SQ20111004996
公開日2011年6月29日 申請日期2011年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月2日
發(fā)明者付非亞, 劉安金, 周文君, 王宇飛, 鄭婉華, 陳微 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所