CN101881856A - 一种调节GaAs基二维光子晶体微腔共振模式的方法 - Google Patents
一种调节GaAs基二维光子晶体微腔共振模式的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101881856A CN101881856A CN2009100834958A CN200910083495A CN101881856A CN 101881856 A CN101881856 A CN 101881856A CN 2009100834958 A CN2009100834958 A CN 2009100834958A CN 200910083495 A CN200910083495 A CN 200910083495A CN 101881856 A CN101881856 A CN 101881856A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- photonic crystal
- gaas
- dimensional photonic
- gaas based
- adjusting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种调节GaAs基二维光子晶体微腔共振模式的方法，包括如下步骤：A、制作GaAs基二维光子晶体；B、将GaAs基二维光子晶体置于过氧化氢中氧化，在GaAs表面形成一定厚度的氧化层薄膜；C、在常温下用质量浓度为18％的盐酸溶液腐蚀GaAs基二维光子晶体表面层的氧化层，用微区PL光谱测量光子晶体的微腔模式的变化；D、重复步骤B和C，直至获得光子晶体微腔模式与量子点发光波长相等，产生共振，停止腐蚀。利用本发明，通过精确调节光子晶体孔洞的方法可以达到准确控制光子晶体微腔模式的目的，同时通过化学腐蚀可以改善孔洞侧壁的平滑度，提高光子晶体微腔的品质因子。
Description
技术领域
本发明涉及GaAs基二维光子晶体制作技术领域，尤其涉及一种调节GaAs基二维光子晶体微腔共振模式的方法，属于GaAs基二维光子晶体微腔制作的一部分，主要是用来调节光子晶体微腔共振模式。
背景技术
光子晶体中光子禁带的存在，使得某些特定频率的光不能通过。二维光子晶体由于具有较高的品质因子，较小的模式体积，易于加工的特点，并且可以实现具有优异特性的光电子器件，如光子晶体量子点单光子源、光子晶体激光器、光子晶体大角度弯曲波导等，近些年来成为人们研究的热点之一。
二维平板光子晶体是指在平面内利用光子晶体的带隙特性对光进行控制，在垂直于平面的方向上利用高折射率波导层将光限制在微腔内。
制备GaAs二维光子晶体的方法一般采用电子束曝光，干法刻蚀在平面衬底上形成周期性排布的孔洞，最后采用湿法腐蚀方法将将GaAs基光子晶体下的AlGaAs牺牲层腐蚀掏空，使光子晶体形成悬空的二维光子晶体波导层结构。
在制作的过程中，光子晶体孔洞的直径与平板厚度会与理论值会有一定的误差，最后会导致光子晶体微腔模式与理论值存在偏差，从而不能很好的使光子晶体模式与量子点产生耦合共振。
因此，如何精确地调节光子晶体的孔洞直径，从而最终达到光子晶体模式与微腔内量子点产生完全耦合成为光子晶体制作过程中的一个难点。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种精确调节光子晶体孔洞直径，从而调节微腔模式，达到控制GaAs基二维光子晶体微腔模式与量子点发光波长共振的方法。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种调节GaAs基二维光子晶体微腔共振模式的方法，包括如下步骤：
A、制作GaAs基二维光子晶体；
B、将GaAs基二维光子晶体置于过氧化氢中氧化，在GaAs表面形成一定厚度的氧化层薄膜；
C、在常温下用质量浓度为18％的盐酸溶液腐蚀GaAs基二维光子晶体表面层的氧化层，用微区PL光谱测量光子晶体的微腔模式的变化；
D、重复步骤B和C，直至获得光子晶体微腔模式与量子点发光波长相等，产生共振，停止腐蚀。
上述方案中，所述步骤A包括：
在GaAs衬底上外延生长AlGaAs牺牲层；
在AlGaAs牺牲层上外延生长一定厚度的GaAs层；
在GaAs层上外延生长InAs量子点；
在量子点上外延生长一定厚度的GaAs层，将量子点埋住；
采用PECVD生长SiO2薄膜；
在SiO2薄膜上悬涂一层电子束胶；
采用电子束曝光方法在电子束胶上形成光子晶体图形；
采用RIE刻蚀方法将电子束胶上图形转移至SiO2上；
去除SiO2表面剩余的电子束胶，采用ICP刻蚀方法将SiO2表面上的图形转移至GaAs上；
用5％的HF溶液将GaAs表面残余的SiO2和光子晶体底部的AlGaAs牺牲层腐蚀掉，形成悬空的GaAs基二维光子晶体平板结构。
上述方案中，所述AlGaAs牺牲层的组分为Al0.7Ga0.3As，厚度为1000nm。
上述方案中，所述采用PECVD生长SiO2薄膜的厚度为150nm。
上述方案中，所述在SiO2薄膜上悬涂一层电子束胶为ZEP520胶，厚度为300nm。
上述方案中，所述GaAs基二维光子晶体的厚度为200nm，InAs量子点置于GaAs二维光子晶体平板结构的中央。
上述方案中，所述GaAs基二维光子晶体的孔心间距为300nm，孔半径为50nm，厚度为200nm，对应的光子晶体微腔模式大于1300nm。
上述方案中，所述步骤B与步骤C之间进一步包括：将GaAs基二维光子晶体从过氧化氢中取出，并用去离子水冲洗，再用氮气吹干。
上述方案中，所述步骤C中所述腐蚀时间为60秒，腐蚀之后将GaAs基二维光子晶体从盐酸溶液中取出，并用去离子水冲洗，再用氮气吹干。
(三)有益效果
本发明提供的调节GaAs基二维光子晶体微腔共振模式的方法，是在室温下将GaAs基二维光子晶体置于过氧化氢中，由于氧化作用会在光子晶体表面生长一层氧化物，利用稀释的盐酸溶液腐蚀GaAs表面的氧化层。每去掉一层氧化层之后，将光子晶体再用过氧化氢进行氧化，接着再进行腐蚀，再氧化，直至光子晶体微腔模式与量子点发光波长相等为止，停止腐蚀。常温下，过氧化氢每次氧化GaAs表面，氧化层的厚度约为1.5nm，这样就可以通过精确调节光子晶体孔洞的方法达到准确控制光子晶体微腔模式的目的，同时通过化学腐蚀可以改善孔洞侧壁的平滑度，提高光子晶体微腔的品质因子。
附图说明
图1是本发明提供的调节GaAs基二维光子晶体微腔共振模式的方法流程图；
图2是本发明提供的制作GaAs基二维光子晶体微腔结构的工艺流程图；
图3是腐蚀光子晶体表面SiO2和底部AlGaAs牺牲层后光子晶体平板结构的扫描电镜图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1是本发明提供的调节GaAs基二维光子晶体微腔共振模式的方法流程图，包括如下步骤：
步骤101：制作GaAs基二维光子晶体；
步骤102：将GaAs基二维光子晶体置于过氧化氢中氧化，在GaAs表面形成一定厚度的氧化层薄膜；
步骤103：在常温下用质量浓度为18％的盐酸溶液腐蚀GaAs基二维光子晶体表面层的氧化层，用微区PL光谱测量光子晶体的微腔模式的变化；
步骤104：重复步骤102和103，直至获得光子晶体微腔模式与量子点发光波长相等，产生共振，停止腐蚀。
上述步骤101所述制作GaAs基二维光子晶体，具体包括：
步骤1、在GaAs衬底上外延生长AlGaAs牺牲层；
步骤2、在AlGaAs牺牲层上外延生长一定厚度的GaAs层；
步骤3、在GaAs层上外延生长InAs量子点；
步骤4、在量子点上外延生长一定厚度的GaAs层，将量子点埋住；
步骤5、采用PECVD生长SiO2薄膜；
步骤6、在SiO2薄膜上悬涂一层电子束胶；
步骤7、采用电子束曝光方法在电子束胶上形成光子晶体图形；
步骤8、采用RIE刻蚀方法，将电子束胶上图形转移至SiO2上；
步骤9、去除SiO2表面剩余的电子束胶，采用ICP刻蚀方法将SiO2表面上的图形转移至GaAs上；
步骤10、用5％的HF溶液将GaAs表面残余的SiO2和光子晶体底部的AlGaAs牺牲层腐蚀掉，形成悬空的GaAs基二维光子晶体平板结构。
上述步骤102与步骤103之间进一步包括：将GaAs基二维光子晶体从过氧化氢中取出，并用去离子水冲洗，再用氮气吹干。
上述步骤103中所述腐蚀时间为60秒，腐蚀之后将GaAs基二维光子晶体从盐酸溶液中取出，并用去离子水冲洗，再用氮气吹干。
请参阅图2，图2是本发明提供的制作GaAs基二维光子晶体微腔结构的工艺流程图，包括如下步骤：
步骤201：在衬底50上，使用分子束外延方法外延生长AlGaAs牺牲层40，该衬底50为半绝缘GaAs，牺牲层40的厚度为1000nm；
步骤202：在牺牲层40上生长GaAs波导层30，该波导层厚度为200nm，InAs量子点层置于波导层中央；
步骤203：在波导层30上，使用PECVD淀积掩膜层20，该掩膜层20为SiO2，其厚度为150nm；
步骤204：在掩膜层20上，再悬涂电子束胶10，该电子束胶10为ZEP520胶，其厚度为300nm；
步骤205：使用电子束曝光方法在电子束胶10上形成光子晶体图形；
步骤206：使用PIE刻蚀将电子束胶10上的图形转移至20上；
步骤207：清除10之后，使用ICP刻蚀将20上的图形转移至30上；
步骤208：用HF溶液将20和部分40腐蚀，形成光子晶体平板结构；图3示出了腐蚀光子晶体表面SiO2和底部AlGaAs牺牲层后，光子晶体平板结构的扫描电镜图。
制作好光子晶体之后，接下来需对光子晶体微腔模式进行调节。GaAs基光子晶体置于过氧化氢中，由于氧化的作用，GaAs表面会形成一薄层氧化层，采用18％的盐酸溶液将表面的氧化层腐蚀掉，增大孔洞直径及减小平板厚度，使微腔模式蓝移。由于每次腐蚀GaAs表面的氧化层均是一小薄层，约为1.5nm，所以可以微小调节微腔模式。采用该方法不仅可以精确调节光子晶体微腔模式轻微蓝移，还可以通过湿法腐蚀，使光子晶体表面及孔洞侧壁变得更加光滑，有利于提高光子晶体微腔的品质因子。具体步骤如下：
步骤209：将制作好的光子晶体在常温下置于过氧化氢中60秒，使在GaAs表面形成一定厚度的氧化层薄膜；
步骤210：在常温下，用18％盐酸溶液腐蚀GaAs表面层的氧化层，用微区PL光谱测量光子晶体的微腔模式的变化；
步骤211：重复步骤209和210，直至获得光子晶体微腔模式与量子点发光波长相等，产生共振，停止腐蚀。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种调节GaAs基二维光子晶体微腔共振模式的方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、制作GaAs基二维光子晶体；
B、将GaAs基二维光子晶体置于过氧化氢中氧化，在GaAs表面形成一定厚度的氧化层薄膜；
C、在常温下用质量浓度为18％的盐酸溶液腐蚀GaAs基二维光子晶体表面层的氧化层，用微区PL光谱测量光子晶体的微腔模式的变化；
D、重复步骤B和C，直至获得光子晶体微腔模式与量子点发光波长相等，产生共振，停止腐蚀。
2.根据权利要求1所述的调节GaAs基二维光子晶体微腔共振模式的方法，其特征在于，所述步骤A包括：
在GaAs衬底上外延生长AlGaAs牺牲层；
在AlGaAs牺牲层上外延生长一定厚度的GaAs层；
在GaAs层上外延生长InAs量子点；
在量子点上外延生长一定厚度的GaAs层，将量子点埋住；
采用等离子体化学气相淀积法生长SiO2薄膜；
在SiO2薄膜上悬涂一层电子束胶；
采用电子束曝光方法在电子束胶上形成光子晶体图形；
采用反应离子刻蚀方法将电子束胶上图形转移至SiO2上；
去除SiO2表面剩余的电子束胶，采用感应耦合等离子刻蚀方法将SiO2表面上的图形转移至GaAs上；
用5％的HF溶液将GaAs表面残余的SiO2和光子晶体底部的AlGaAs牺牲层腐蚀掉，形成悬空的GaAs基二维光子晶体平板结构。
3.根据权利要求2所述的调节GaAs基二维光子晶体微腔共振模式的方法，其特征在于，所述AlGaAs牺牲层的组分为Al0.7Ga0.3As，厚度为1000nm。
4.根据权利要求2所述的调节GaAs基二维光子晶体微腔共振模式的方法，其特征在于，所述采用PECVD生长SiO2薄膜的厚度为150nm。
5.根据权利要求2所述的调节GaAs基二维光子晶体微腔共振模式的方法，其特征在于，所述在SiO2薄膜上悬涂一层电子束胶为ZEP520胶，厚度为300nm。
6.根据权利要求1所述的调节GaAs基二维光子晶体微腔共振模式的方法，其特征在于，所述GaAs基二维光子晶体的厚度为200nm，InAs量子点置于GaAs二维光子晶体平板结构中央。
7.根据权利要求1所述的调节GaAs基二维光子晶体微腔共振模式的方法，其特征在于，所述GaAs基二维光子晶体的孔心间距为300nm，孔半径为50nm，厚度为200nm，对应的光子晶体微腔模式大于1300nm。
8.根据权利要求1所述的调节GaAs基二维光子晶体微腔共振模式的方法，其特征在于，所述步骤B与步骤C之间进一步包括：
将GaAs基二维光子晶体从过氧化氢中取出，并用去离子水冲洗，再用氮气吹干。
9.根据权利要求1所述的调节GaAs基二维光子晶体微腔共振模式的方法，其特征在于，所述步骤C中所述腐蚀时间为60秒，腐蚀之后将GaAs基二维光子晶体从盐酸溶液中取出，并用去离子水冲洗，再用氮气吹干。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009100834958A CN101881856B (zh) | 2009-05-06 | 2009-05-06 | 一种调节GaAs基二维光子晶体微腔共振模式的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009100834958A CN101881856B (zh) | 2009-05-06 | 2009-05-06 | 一种调节GaAs基二维光子晶体微腔共振模式的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101881856A true CN101881856A (zh) | 2010-11-10 |
| CN101881856B CN101881856B (zh) | 2012-04-25 |
Family
ID=43053912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2009100834958A Expired - Fee Related CN101881856B (zh) | 2009-05-06 | 2009-05-06 | 一种调节GaAs基二维光子晶体微腔共振模式的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101881856B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103091774A (zh) * | 2012-11-13 | 2013-05-08 | 东北大学秦皇岛分校 | 悬空式铌酸锂光波导 |
| CN103869389A (zh) * | 2014-04-08 | 2014-06-18 | 太原理工大学 | 一种提高量子点远场发射效率的光子晶体级联结构 |
| US20220131035A1 (en) * | 2019-12-27 | 2022-04-28 | University-Industry Cooperation Group Of Kyung Hee University | Light source using photonic crystal structure |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6011271A (en) * | 1994-04-28 | 2000-01-04 | Fujitsu Limited | Semiconductor device and method of fabricating the same |
| US20050124712A1 (en) * | 2003-12-05 | 2005-06-09 | 3M Innovative Properties Company | Process for producing photonic crystals |
| CN100464472C (zh) * | 2007-04-05 | 2009-02-25 | 南京大学 | 气相共形薄膜生长制备光子量子点的方法 |
-
2009
- 2009-05-06 CN CN2009100834958A patent/CN101881856B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103091774A (zh) * | 2012-11-13 | 2013-05-08 | 东北大学秦皇岛分校 | 悬空式铌酸锂光波导 |
| CN103869389A (zh) * | 2014-04-08 | 2014-06-18 | 太原理工大学 | 一种提高量子点远场发射效率的光子晶体级联结构 |
| CN103869389B (zh) * | 2014-04-08 | 2015-10-28 | 太原理工大学 | 一种提高量子点远场发射效率的光子晶体级联结构 |
| US20220131035A1 (en) * | 2019-12-27 | 2022-04-28 | University-Industry Cooperation Group Of Kyung Hee University | Light source using photonic crystal structure |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101881856B (zh) | 2012-04-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hung et al. | Fabrication of highly ordered silicon nanowire arrays with controllable sidewall profiles for achieving low-surface reflection | |
| CN102570302B (zh) | 偏振波长可调谐垂直腔面发射激光器及其制备方法 | |
| US7440666B2 (en) | Buried heterostucture device having integrated waveguide grating fabricated by single step MOCVD | |
| CN103346476B (zh) | 光子晶体纳腔量子环单光子发射器件及其制备方法 | |
| CN109449753B (zh) | Hcg反射镜层、垂直腔面发射激光器以及二者的制备方法 | |
| CN111273396B (zh) | 一种可实现前向布里渊散射的硫化物-氮化硅悬空波导及其制备方法 | |
| CN102738701A (zh) | 分布式反馈激光器及其制备方法 | |
| CN102034907A (zh) | 一种提高GaN基LED发光效率的图形掩埋方法 | |
| WO2020019574A1 (zh) | 基于超表面的垂直腔面发射激光器及其制作方法 | |
| CN101881856B (zh) | 一种调节GaAs基二维光子晶体微腔共振模式的方法 | |
| WO2020088509A1 (zh) | 硅基衬底、衬底基板及其制造方法、光电器件 | |
| CN112421375B (zh) | 中红外波段激光器外延结构、中红外波段微腔激光器及其制备方法和应用、检测器件 | |
| Zhou et al. | Single-mode photonic crystal nanobeam lasers monolithically grown on Si for dense integration | |
| Nozaka et al. | Controlled waveguide coupling for photon emission from colloidal PbS quantum dot using tunable microcavity made of optical polymer and silicon | |
| WO2016127675A1 (zh) | 光电子器件及其制作方法 | |
| US20050185909A1 (en) | Buried heterostructure device fabricated by single step MOCVD | |
| CN100464472C (zh) | 气相共形薄膜生长制备光子量子点的方法 | |
| CN113659432B (zh) | 一种小尺寸面发射近红外激光器及其制备方法 | |
| Huang et al. | Highly integrated photonic crystal bandedge lasers monolithically grown on Si substrates | |
| Yu et al. | Design and fabrication of zinc oxide thin-film ridge waveguides on silicon substrate with ultraviolet amplified spontaneous emission | |
| CN111106506A (zh) | 基于表面等离激元的硅基纳米激光器及其制备方法 | |
| CN102437510B (zh) | 半导体激光器及其形成方法、形成激光介质的方法 | |
| CN102683519A (zh) | 一种宽光谱半导体超辐射发光二极管的制作方法 | |
| Chen et al. | Omni-directional reflectors for deep blue LED using symmetric autocloning method | |
| US20240134119A1 (en) | Optical waveguide |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120425 Termination date: 20140506 |