專利名稱：懸空圖形化氧化鉿襯底氮化物諧振光子器件及其制備方法
懸空圖形化氧化鉿襯底氮化物諧振光子器件及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明提出一種懸空圖形化氧化鉿襯底氮化物諧振光子器件及其制備方法，屬于信息功能材料及器件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
III族氮化物材料具有優(yōu)良的物理化學(xué)性能，是研制光電子器件的新型半導(dǎo)體材料。制備氮化物光子器件結(jié)構(gòu)的過程中，不可避免會引入刻蝕損傷，降低器件的性能。通過圖形化生長技術(shù)是解決這一難題的有效途徑，通過生長技術(shù)獲得器件結(jié)構(gòu)，避免了刻蝕損傷。氧化鉿薄膜是一種優(yōu)良的氮化物襯底材料。在生長過程中，氧化鉿會表面氮化形成一層氮化鉿薄膜，氮化鉿和III族氮化物材料的晶格匹配較小；在生長過程中，氧化鉿薄膜有再結(jié)晶過程，可以補(bǔ)償一部分應(yīng)力。通過在懸空圖形化氧化鉿襯底上生長氮化物，可以直接獲得懸空氮化物光子器件；利用懸空結(jié)構(gòu)和空氣介質(zhì)的大折射率差異，實(shí)現(xiàn)光場和納米結(jié)構(gòu)的諧振效應(yīng)，為進(jìn)一步探索激發(fā)光和納米結(jié)構(gòu)的交互作用，發(fā)展新穎集成氮化物光子器件奠定了基礎(chǔ)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠解決了氮化物納米結(jié)構(gòu)制備過程中的刻蝕損傷問題，并通過生長的方式，直接獲得高質(zhì)量的懸空氮化物諧振光子器件的懸空圖形化氧化鉿襯底氮化物諧振光子器件及其制備方法。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種懸空圖形化氧化鉿襯底氮化物諧振光子器件，實(shí)現(xiàn)載體為硅襯底晶片，其特征在于還包括一層氧化鉿襯底層和一層氮化物薄膜層，所述氧化鉿襯底層設(shè)置在硅襯底晶片上，所述氮化物薄膜層設(shè)置在氧化鉿襯底層上； 所述硅襯底晶片具有凹形空腔結(jié)構(gòu)；所述氮化物薄膜層和氧化鉿襯底層位于凹形空腔上部的部分具有相同的納米光子器件結(jié)構(gòu)。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)所述氮化物薄膜層具有量子阱結(jié)構(gòu)。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)所述納米光子器件結(jié)構(gòu)為圓形光柵結(jié)構(gòu)或二維光子晶體結(jié)構(gòu)。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)所述納米光子器件結(jié)構(gòu)為線形光柵結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明還設(shè)計(jì)了一種懸空圖形化氧化鉿襯底氮化物諧振光子器件的制備方法，選擇硅襯底晶片為實(shí)現(xiàn)載體，其特征在于包括如下步驟步驟(1)在所述頂層硅器件層的上表面沉積一層氧化物薄膜層； 步驟(2)在所述氧化物薄膜層上表面旋涂一層電子束光刻膠層； 步驟(3)采用電子束曝光技術(shù)在所述電子束光刻膠層上定義納米光子器件結(jié)構(gòu)； 步驟(4):采用離子束轟擊技術(shù)將步驟(3)中的納米光子器件結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到所述氧化物薄膜層；步驟(5):將所述氧化物薄膜層按照步驟(4)中的納米光子結(jié)構(gòu)刻穿至所述硅襯底晶片的上表面；步驟(6)采用各項(xiàng)同性硅刻蝕技術(shù)，從所述硅襯底晶片的上表面向下剝離硅襯底晶片，形成一個(gè)凹形空腔結(jié)構(gòu)；步驟(7)采用氧氣等離子灰化方法去除殘余的電子束光刻膠層。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)化方法還包括如下步驟；步驟(8)利用分子束外延或金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積技術(shù)在所述氧化物薄膜層上生長出氮化物薄膜層。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)化方法所述納米光子器件結(jié)構(gòu)為圓形光柵結(jié)構(gòu)或二維光子晶體結(jié)構(gòu)。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)化方法所述納米光子器件結(jié)構(gòu)為線形光柵結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果1.本發(fā)明利用懸空圖形化氧化鉿襯底，通過分子束外延或金屬有機(jī)化合物氣相沉積技術(shù)，實(shí)現(xiàn)懸空的氮化物諧振光子器件，避免了氮化物納米器件制備過程中的刻蝕損傷問題；2.本發(fā)明所設(shè)計(jì)的基于懸空氧化鉿襯底的氮化物光子器件，以空氣作為頂部和底部的低折射率材料，實(shí)現(xiàn)了器件結(jié)構(gòu)對光場的限制作用，利用光波和器件結(jié)構(gòu)之間的諧振效用， 發(fā)展了一種制備氮化物諧振光子器件的新方法；3.本發(fā)明利用其諧振光子器件的特點(diǎn)，該器件結(jié)構(gòu)可以用作濾光器件、高反射率微鏡以及折射率敏感的光傳感器件LED燈；4.同時(shí)，結(jié)合氮化物的量子阱結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步探索其激發(fā)光和器件結(jié)構(gòu)之間的交互作用，為開發(fā)新穎的氮化物光子器件開辟了新的思路。


圖1為懸空圖形化氧化鉿襯底氮化物諧振光子器件的結(jié)構(gòu)簡圖。
圖2為懸空圖形化氧化鉿襯底氮化物諧振光子器件的制備流程3為懸空氮化物線形光柵。
圖4為懸空氮化物二維光子晶體。
圖5為懸空氮化物圓形光柵。
圖6為懸空氮化物諧振線形光柵的光學(xué)性能。
圖7為懸空氧化鉿和氮化物線形光柵的光學(xué)性能。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明如圖1所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種懸空圖形化氧化鉿襯底氮化物諧振光子器件，實(shí)現(xiàn)載體為硅襯底晶片，其特征在于還包括一層氧化鉿襯底層和一層氮化物薄膜層，所述氧化鉿襯底層設(shè)置在硅襯底晶片上，所述氮化物薄膜層設(shè)置在氧化鉿襯底層上；所述硅襯底晶片具有凹形空腔結(jié)構(gòu)；所述氮化物薄膜層和氧化鉿襯底層位于凹形空腔上部的部分具有相同的納米光子器件結(jié)構(gòu)。
圖4所示為懸空氮化物二維光子晶體。
圖5所示為懸空氮化物圓形光柵。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)所述光子器件結(jié)構(gòu)為線形光柵結(jié)構(gòu)。
圖3所示為懸空氮化物線形光柵。
如圖2所示本發(fā)明還設(shè)計(jì)了一種懸空圖形化氧化鉿襯底氮化物諧振光子器件的制備方法，選擇硅襯底晶片為實(shí)現(xiàn)載體，其特征在于包括如下步驟步驟(1)在所述頂層硅器件層的上表面沉積一層氧化物薄膜層； 步驟(2)在所述氧化物薄膜層上表面旋涂一層電子束光刻膠層； 步驟(3)采用電子束曝光技術(shù)在所述電子束光刻膠層上定義納米光子器件結(jié)構(gòu)； 步驟(4):采用離子束轟擊技術(shù)將步驟(3)中的納米光子器件結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到所述氧化物薄膜層；步驟(5):將所述氧化物薄膜層按照步驟(4)中的納米光子結(jié)構(gòu)刻穿至所述硅襯底晶片的上表面；步驟(6)采用各項(xiàng)同性硅刻蝕技術(shù)，從所述硅襯底晶片的上表面向下剝離硅襯底晶片，形成一個(gè)凹形空腔結(jié)構(gòu)；步驟(7)采用氧氣等離子灰化方法去除殘余的電子束光刻膠層。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)化方法還包括如下步驟；步驟(8)利用分子束外延或金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積技術(shù)在所述氧化物薄膜層上生長出氮化物薄膜層。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)化方法所述納米光子器件結(jié)構(gòu)為圓形光柵結(jié)構(gòu)或二維光子晶體結(jié)構(gòu)。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)化方法所述納米光子器件結(jié)構(gòu)為線形光柵結(jié)構(gòu)。
圖6所示為懸空氮化物諧振線形光柵的光學(xué)性能。
圖7所示為懸空氧化鉿和氮化物線形光柵的光學(xué)性能。
權(quán)利要求
1.一種懸空圖形化氧化鉿襯底氮化物諧振光子器件，實(shí)現(xiàn)載體為硅襯底晶片，其特征在于還包括一層氧化鉿襯底層和一層氮化物薄膜層，所述氧化鉿襯底層設(shè)置在硅襯底晶片上，所述氮化物薄膜層設(shè)置在氧化鉿襯底層上；所述硅襯底晶片具有凹形空腔結(jié)構(gòu)；所述氮化物薄膜層和氧化鉿襯底層位于凹形空腔上部的部分具有相同的納米光子器件結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸空圖形化氧化鉿襯底氮化物諧振光子器件，其特征在于 所述氮化物薄膜層具有量子阱結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸空圖形化氧化鉿襯底氮化物諧振光子器件，其特征在于 所述納米光子器件結(jié)構(gòu)為圓形光柵結(jié)構(gòu)或二維光子晶體結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸空圖形化氧化鉿襯底氮化物諧振光子器件，其特征在于 所述納米光子器件結(jié)構(gòu)為線形光柵結(jié)構(gòu)。
5.一種懸空圖形化氧化鉿襯底氮化物諧振光子器件的制備方法，選擇硅襯底晶片為實(shí)現(xiàn)載體，其特征在于包括如下步驟步驟(1)在所述頂層硅器件層的上表面沉積一層氧化物薄膜層；步驟(2)在所述氧化物薄膜層上表面旋涂一層電子束光刻膠層；步驟(3)采用電子束曝光技術(shù)在所述電子束光刻膠層上定義納米光子器件結(jié)構(gòu)；步驟(4):采用離子束轟擊技術(shù)將步驟(3)中的納米光子器件結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到所述氧化物薄膜層；步驟(5):將所述氧化物薄膜層按照步驟(4)中的納米光子結(jié)構(gòu)刻穿至所述硅襯底晶片的上表面；步驟(6)采用各項(xiàng)同性硅刻蝕技術(shù)，從所述硅襯底晶片的上表面向下剝離硅襯底晶片，形成一個(gè)凹形空腔結(jié)構(gòu)；步驟(7)采用氧氣等離子灰化方法去除殘余的電子束光刻膠層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的懸空圖形化氧化鉿襯底氮化物諧振光子器件的制備方法，其特征在于還包括如下步驟；步驟(8):利用分子束外延或金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積技術(shù)在所述氧化物薄膜層上生長出氮化物薄膜層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的懸空圖形化氧化鉿襯底氮化物諧振光子器件的制備方法，其特征在于所述納米光子器件結(jié)構(gòu)為圓形光柵結(jié)構(gòu)或二維光子晶體結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的懸空圖形化氧化鉿襯底氮化物諧振光子器件的制備方法，其特征在于所述納米光子器件結(jié)構(gòu)為線形光柵結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種懸空圖形化氧化鉿襯底氮化物諧振光子器件及其制備方法，實(shí)現(xiàn)載體為硅襯底晶片，其特征在于還包括一層氧化鉿襯底層和一層氮化物薄膜層自下而上位于所述硅晶片上；所述硅襯底層具有一個(gè)的凹形空腔結(jié)構(gòu)；所述頂層氮化物器件層和氧化鉿襯底層位于空腔上部的部分具有相同的納米光子器件結(jié)構(gòu)；本發(fā)明還公開了一種懸空圖形化氧化鉿襯底氮化物諧振光子器件的制備方法。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的懸空圖形化氧化鉿襯底氮化物諧振光子器件及其制備方法能夠解決氮化物納米結(jié)構(gòu)制備過程中的刻蝕損傷問題，并通過生長的方式，直接獲得高質(zhì)量的懸空氮化物諧振光子器。
文檔編號B81B3/00GK102530822SQ20111044160
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者朱洪波, 王永進(jìn) 申請人:南京郵電大學(xué)