具有彎曲表面缺陷的垂直微腔的制作方法
【專利摘要】一種具有垂直于垂直軸z的層結(jié)構(gòu)的垂直微腔(1)，所述層結(jié)構(gòu)包括：第一反射器(100)和第二反射器(200)，每個(gè)包括一個(gè)或多個(gè)材料層(111-131,211-231)并且優(yōu)選為布拉格反射器；分離所述第一反射器和所述第二反射器的約束層(10)，其中，可以基本上限定電磁波，并且其中，所述約束層包括體(12)和缺陷(20)，所述缺陷被第一表面(s1)和第二表面(s2)的兩個(gè)表面劃界，所述兩個(gè)表面的每個(gè)垂直于所述垂直軸z，其中，所述兩個(gè)表面的一個(gè)(s1)鄰近所述體(12)，所述兩個(gè)表面的另一個(gè)(s2)鄰近所述第一或者第二反射器的層(211)，并且其中，所述兩個(gè)表面的一個(gè)(s1)是彎曲的，以便至少在垂直于所述層結(jié)構(gòu)的平面剖面((y，z)，(x，z))上具有彎曲輪廓(21、21’、22)，所述彎曲輪廓具有頂點(diǎn)(25)，所述頂點(diǎn)限定所述缺陷在所述第一表面和所述第二表面之間、在所述平面剖面上的最大厚度h0，所述最大厚度h0小于所述鄰近層(211)的厚度。
【專利說明】具有彎曲表面缺陷的垂直微腔

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般涉及垂直微腔。更具體地，涉及用于增強(qiáng)電磁波約束(confinement)的具有嵌入式缺陷的垂直微腔。還涉及制造這樣的器件的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]已知光學(xué)微腔被用以將光約束到小體積?，F(xiàn)今使用光學(xué)微腔的器件在從光電子到量子信息范圍的很多領(lǐng)域中是必不可少的。典型的應(yīng)用是在光纖上的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和在DVD/CD播放器中的讀/寫激光束。已經(jīng)開發(fā)和研究了多種約束半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)，涉及各種幾何形狀和諧振性質(zhì)。“微腔”(以下為MC)具有比傳統(tǒng)光學(xué)腔小的尺寸；其尺寸常常僅為幾微米并且其包括可以甚至達(dá)到納米范圍的部分。這樣的尺寸顯著地允許電磁領(lǐng)域的量子缺陷的研究和利用。
[0003]更詳細(xì)地,類法布里-拍羅腔(Fabry-Perot-like cavity)或者M(jìn)C形成光學(xué)腔或者諧振腔，其允許駐波在間隔層內(nèi)部形成。后者的厚度確定“腔?！?，其對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)和可以被傳輸?shù)膱?chǎng)分布并且在諧振腔內(nèi)部形成駐波。理想的腔將無限地約束光(即，沒有損耗)并且將具有處于限定值的諧振頻率。從這個(gè)理想范例的偏差是有意的(例如，外耦合)或者歸因于設(shè)計(jì)或制造相關(guān)的限制或非理想性(例如，散射)。它們被腔Q因子捕獲，其與以光周期為單位的約束時(shí)間成比例。另一重要的描述性參數(shù)是有效模體積(V)，其涉及在于腔中存在的光模的數(shù)目?？傮w上，實(shí)用器件的實(shí)現(xiàn)要求最大化比率Q/V，即，針對(duì)Q的高值和針對(duì)V的低值，對(duì)在諸如自發(fā)發(fā)輻射、非線性光學(xué)過程和強(qiáng)耦合的過程中，增加光-物質(zhì)的相互作用來說，是重要的。
[0004]更詳細(xì)地，品質(zhì)因子或者Q因子為描述振蕩器或者諧振腔是如何欠阻尼的無量綱參數(shù)。Q的值通常被限定為2π X存儲(chǔ)在結(jié)構(gòu)中的總能量，除以在單振蕩循環(huán)中損失的能量。在光學(xué)中，并且更通常地針對(duì)高Q值，可以保持下面的定義:

【權(quán)利要求】
1.一種具有垂直于垂直軸Z的層結(jié)構(gòu)的垂直微腔(I)，所述層結(jié)構(gòu)包括: -第一反射器(100)和第二反射器(200)，每個(gè)包括一個(gè)或多個(gè)材料層(111-131，211-231) -在所述第一和第二反射器之間的約束層(10)，其中，可以基本上限制電磁波， 并且其中， 所述約束層包括體(12)和缺陷(20)，所述缺陷由兩個(gè)表面劃界，第一表面(S1)和第二表面(S2)，所述兩個(gè)表面的每個(gè)垂直于所述垂直軸z， 其中， 所述兩個(gè)表面的一個(gè)(S1)鄰近所述體(12)，所述兩個(gè)表面的另一個(gè)(S2)鄰近所述第一或者第二反射器的層(211), 并且其中，所述兩個(gè)表面的一個(gè)(S1)為彎曲的，以便至少在垂直于所述層結(jié)構(gòu)的平面剖面((y，z)，(χ,ζ))中具有彎曲輪廓(21、21’、22)，所述彎曲輪廓具有頂點(diǎn)(25)，所述頂點(diǎn)限定在所述平面剖面中所述第一表面和所述第二表面之間的所述缺陷的最大厚度tv所述最大厚度&小于所述鄰近層(211)的厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的垂直微腔，其中，所述彎曲表面在垂直于所述層結(jié)構(gòu)的任何平面剖面((y，z), (x，z))中具有彎曲輪廓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的垂直微腔，其中，所述彎曲輪廓在垂直于所述層結(jié)構(gòu)并且包含所述垂直軸z的至少一個(gè)平面剖面((y，z), (x, z))中基本上為高斯。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的垂直微腔，其中，所述彎曲輪廓相對(duì)理想高斯的平均相對(duì)偏差的絕對(duì)值在高斯的半最大區(qū)域中小于10%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的垂直微腔，其中，所述彎曲輪廓相對(duì)理想高斯的平均相對(duì)偏差的絕對(duì)值在高斯的半最大區(qū)域中小于5%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)的垂直微腔，其中，所述彎曲表面基本上為二維高斯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)的垂直微腔，其中 -所述第一表面鄰近所述體的上表面；并且 -所述第二表面鄰近所述第二反射器的最下層的下表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的垂直微腔，其中，所述反射器的一個(gè)(200)的鄰近層(211-231)的N對(duì)限定2N個(gè)彎曲輪廓，所述2N個(gè)彎曲輪廓的極值均與所述彎曲表面的所述彎曲輪廓的極值沿著所述垂直軸z對(duì)準(zhǔn)，其中，N ^ 2并且優(yōu)選N > 7。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的垂直微腔，其中分別與所述鄰近層的N對(duì)相關(guān)聯(lián)的高度偏移Oi1,……h(huán)N)，通常沿著所述垂直軸Z減小，最大高度偏移Oi1)在直接鄰近所述約束層的所述缺陷的層的對(duì)中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)的垂直微腔，其中所述彎曲表面的給定彎曲輪廓基本上通過fp,x(x) =h0(l- ((x- yx)2/(2ox2)，至(X- μχ)的二階級(jí)數(shù)展開，在垂直于所述層結(jié)構(gòu)的平面剖面(X，ζ)上沿著方向X來描述， 其中: -h0為缺陷在考慮的所述平面剖面中的最大厚度； -μ x對(duì)應(yīng)于在所述考慮的平面剖面上、沿著方向X的頂點(diǎn)(25)的位置；并且 -O x為所述給定彎曲輪廓沿著方向X擴(kuò)展的特征長(zhǎng)度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的垂直微腔，其中: -hQ在5和10nm之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的垂直微腔，其中: -h0在5和50nm之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求10、11或12的垂直微腔，其中，0!￡在0.1和3μπι之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求10、11或12的垂直微腔，其中，0!￡在0.3和Iym之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中的任一項(xiàng)的垂直微腔，其中，所述第一反射器(100)和所述第二反射器(200)中的每個(gè)為布拉格反射器。
【文檔編號(hào)】H01S5/10GK104205532SQ201380017471
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月29日
【發(fā)明者】丁飛, A·W·科諾爾, R·F·馬特, T·H·斯托福爾 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司