带边工作的光子晶体平板的设计与制作

光子晶体的带边群速度反常特性可以用于放大一些光学过程,从而在光电子学领域中具有广泛的应用前景.文中以SOI材料为例,利用3D PWE法对带边工作的光子晶体结构参数进行设计,采用电子束曝光和ICP刻蚀方法结合在SOI衬底的顶层Si上刻蚀三角晶格的空气孔形成光子晶体结构.并通过透射特性测量得到了带边的位置,发现与设计值存在一定的偏差,主要是实际制作的空气孔尺寸比设计值大的缘故.通过在同一样品上制作一组晶格常数相同、孔半径不同的光子晶体结构,得到了带边位置位于1548nm波长的光子晶体,与设计的1550nm基本相符.     

带边工作的光子晶体平板的设计与制作

光子晶体的带边群速度反常特性可以用于放大一些光学过程,从而在光电子学领域中具有广泛的应用前景.文中以SOI材料为例,利用3D PWE法对带边工作的光子晶体结构参数进行设计,采用电子束曝光和ICP刻蚀方法结合在SOI衬底的顶层Si上刻蚀三角晶格的空气孔形成光子晶体结构.并通过透射特性测量得到了带边的位置,发现与设计值存在一定的偏差,主要是实际制作的空气孔尺寸比设计值大的缘故.通过在同一样品上制作一组晶格常数相同、孔半径不同的光子晶体结构,得到了带边位置位于1548nm波长的光子晶体,与设计的1550nm基本相符.     

基于光子晶体光纤的色散补偿和色散平坦技术

本文介绍了在各种结构参数下光子晶体光纤的色散特性，总结了实现光子晶体色散补偿光纤和光子晶体色散平坦光纤的各种设计方法。利用光子晶体光纤结构设计的灵活性，可以设计出具有各种色散曲线的光子晶体光纤，而这些光纤大略可以分成两类：空气孔直径大小一致的普通光子晶体光纤和空气孔直径大小变化的光子晶体光纤。从数值仿真的结果来看，如果选择适当的空气孔分布结构，空气孔直径大小变化的光子晶体光纤可以具有非常优异的色散补偿和色散平坦特性。这些数值仿真为实际的光子晶体的制作提供了参考。     

光子晶体垂直腔面发射激光器特性研究

本文介绍了光子晶体垂直腔面发射激光器的制备工艺、工作原理、基本特性和研究进展,重点评述了光子晶体垂直腔面发射激光器的优良特性及应用前景.我们认为光子晶体垂直腔面发射激光器是一种新型的半导体激光器,它具有大出光孔径、较高的出光功率、稳定的单模、多芯传输等特点,而且具有优良的热特性和高速调谐特性,可在二维光信息处理的GaAs基近红外波段激光器、面阵集成等方面具有很大的应用潜力.     

ICP刻蚀GaN侧壁倾角以及刻蚀速率的控制

深入研究了Cl2基气体电感耦合等离子体(ICP)刻蚀系统对于GaN材料侧壁倾角的控制以及刻蚀速率的影响。通过调整ICP离子源功率、射频功率、气体流量、腔室压力等参数,经实验验证,实现了从23°～83°侧壁倾角的大范围工艺控制,为GaN基器件工艺提供了有益指导。     

一种新结构光子晶体光纤的双折射特性研究

在普通正六边形光子晶体光纤的基础上,通过改变x轴方向空气孔的大小及分布构造了一种新结构的光子晶体光纤。利用多极法对该光子晶体基模的模场分布及双折射进行了数值计算,分析了光波长与结构参数对双折射的影响,同时对光子晶体光纤的色散特性进行了研究。结果表明,通过改变x轴方向空气孔的大小以及分布结构使光子晶体光纤比普通六边形结构光子晶体光纤的双折射率明显提高,并且具有较低的宽带反常色散,在光纤双折射效应的应用和光学器件的研制等方面具有独特的优势。     

ICP刻蚀对光刻胶掩模及刻蚀图形侧壁的影响

采用AZ1500光刻胶作为掩模对GaAs和InP进行ICP刻蚀,研究了刻蚀参数对光刻胶掩模及刻蚀图形侧壁的影响。结果表明,光刻胶的碳化变性与等离子体的轰击相关,压强、ICP功率和RF功率的增加以及Cl2比例的减小都会加速光刻胶的碳化变性,Cl2/Ar比Cl2/BCl3更易使光刻胶发生变性。对于GaAs样品刻蚀,刻蚀气体中Cl2含量越高,刻蚀图形侧壁的横向刻蚀越严重。Cl2/BCl3对GaAs的刻蚀速率比Cl2/Ar慢,但刻蚀后样品的表面粗糙度比Cl2/Ar小。刻蚀InP时的刻蚀速率比GaAs样品慢,且存在图形侧壁倾斜现象。该工作有助于推动在器件制备工艺中以光刻胶作为掩模进行ICP刻蚀,从而提高器件制备效率。     

用于垂直腔面发射激光器的GaAs/AlGaAs的ICP刻蚀工艺研究

采用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀设备对应用于垂直腔面发射激光器的GaAs/AlGaAs材料进行刻蚀工艺研究。该刻蚀实验采用光刻胶作为刻蚀掩模,Cl2/BCl3作为刻蚀工艺气体,通过实验分析总结了ICP源功率、射频偏压功率和腔体压强对GaAs/AlGaAs材料和掩模刻蚀速率的影响。利用扫描电子显微镜观察不同参数条件对样品侧壁垂直度和底部平坦度的影响。最终在保证高刻蚀速率的前提下,通过调整优化各工艺参数,得到了侧壁光滑、底部平坦的圆台结构。     

周期结构扰动对全内反射型光子晶体光纤性能的影响

利用有限差分束传播法分析全内反射型光子晶体光纤(PCF),研究了PCF基模有效折射率和纤芯附近功率分布随PCF结构参数变化的关系,初步探讨了空气孔参数的扰动对光纤模式的影响.所得结果为PCF的设计制作提供参考.     

光子晶体光纤的色散特性分析

采用有效折射率模型分析了光子晶体光纤的色散特性，并给出了无限大空气玻璃微结构中基模的本征方程。分析结果表明光子晶体光纤具有奇异的色散特性，能在极大的波长范围内支持单模传输，在单模工作时可以具有反常波导色散。同时通过调整光子晶体光纤的结构参数(包括空气孔径和孔间距)可以移动零色散点的位置。最后讨论了大空气孔光子晶体光纤的特性及其在色散补偿中的应用。     

Optimization of inductively coupled plasma etching for low nanometer scale air-hole arrays in two-dimensional GaAs-based photonic crystals

This paper mainly describes fabrication of two-dimensional GaAs-based photonic crystals with low nanometer scale air-hole arrays using an inductively coupled plasma (ICP) etching system. The sidewall profile and surface characteristics of the photonic crystals are systematically investigated as a function of process parameters including ICP power, RF power and pressure. Various ICP powers have no significant effect on the verticality of air-hole sidewall and surface smoothness. In contrast, RF power and chamber pressure play a remarkable role in improving sidewall verticality and surface characteristics of photonic crystals indicating different etching mechanisms for low nanometer scale photonic crystals. The desired photonic crystals have been achieved with hole diameters as low as 130 nm with smooth and vertical profiles by developing a suitable ICP processes. The influence of the ICP parameters on this device system are analyzed mainly by scanning electron microscopy. This fabrication approach is not limited to GaAs material, and may be efficiently applied to the development of most two-dimensional photonic crystal slabs.     

纳米尺度多晶硅微结构刻蚀研究

以HBr作为刻蚀气体,采用ICP金属刻蚀系统对气体流量、刻蚀压力、离子源功率、偏压功率等工艺参数与刻蚀速率、刻蚀选择比和侧壁垂直度的对应关系进行了大量工艺实验。借助理论分析和工艺条件的优化,开发出一套可满足制备侧壁垂直度的纳米尺度多晶硅密排线结构的优化刻蚀工艺技术。实验结果表明:当采用900 W的离子源功率、11 W的偏压功率、25 cm3/min流量的HBr气体和3 mTorr(1 mTorr=0.133 3 Pa)刻蚀压力的工艺条件时,多晶硅与二氧化硅的刻蚀选择比大于100∶1;在保持离子源功率、偏压功率、气体流量不变的条件下,单纯提高反应腔工艺压力则会大幅提高上述选择比值,同时损失多晶硅和二氧化硅的刻蚀均匀性;HBr气体流量的变化在上述功率及反应腔工艺压力的工艺范围内,对多晶硅与二氧化硅的刻蚀选择比和多晶硅刻蚀的形貌特征均无显著影响。采用上述优化的刻蚀工艺条件,配合纳米电子束光刻技术成功得到多晶硅纳米尺度微结构,其最小线宽为40 nm。     

ICP技术在化合物半导体器件制备中的应用

介绍了ICP刻蚀工艺技术原理和在化合物半导体器件制备中的应用,包括ICP刻蚀技术中的低温等离子体的形成机理、等离子体与固体表面的相互作用等,并对影响ICP刻蚀结果的因素进行了分析.研究了不同的工艺气体配比、腔体工作压力、ICP源功率和射频源功率对刻蚀的影响,并初步得到了一种稳定、刻蚀表面清洁光滑、图形轮廓良好、均匀性较好和刻蚀速率较高的干法刻蚀工艺.     

Cl2/Ar感应耦合等离子体刻蚀Si工艺研究

采用Cl2/Ar感应耦合等离子体（ICP）对单晶硅进行了刻蚀,工艺中用光刻胶作掩膜。研究了气体组分、ICP功率和RF功率等工艺参数对硅刻蚀速率和硅与光刻胶刻蚀选择比的影响,同时还研究了不同工艺条件对侧壁形貌的影响。结果表明,由于物理刻蚀机制和化学刻蚀机制的相对强度受到混合气体中Cl2和Ar比例的影响,硅刻蚀速率随着Ar组分的增加而降低,同时选择比也随之降低。硅刻蚀速率随着ICP功率的增大先增大继而减小,选择比则成上升趋势。硅刻蚀速率和选择比均随RF功率的增大单调增大。在Cl2/Ar混合气体的刻蚀过程中,离子辅助溅射是决定硅刻蚀效果的重要因素。同时,文中还研究分析了刻蚀工艺对于微槽效应和刻蚀侧壁形貌的影响,结果表明,通过提高ICP功率可以有效减小微槽和平滑侧壁。进一步研究了SiO2掩膜下,压强改变对于硅刻蚀形貌的影响,发现通过降低压强,可以明显地抑制杂草的产生。     

ICP刻蚀GaP研究及对LED性能的影响

深入研究了GaP材料在高密度感应耦合等离子体刻蚀系统中刻蚀选择比和刻蚀速率随刻蚀系统的源功率、射频功率、腔室压强的变化规律,即通过改变其中一个参数而保持其它参数不变来得出变化规律;同时将刻蚀GaP材料应用到红光LED制作,即电流阻挡层和表面粗化这两种工艺中,通过大量试验,得到了刻蚀形貌和最优的刻蚀条件,制作阻挡层的最优条件为:BCl3流量比为3/1,ICP功率为600W,RF功率为100W,腔室压强为1.0×10-2Pa;表面粗化时只用BCl3气体刻蚀,表面粗化后LED的光强提高了30%。     

聚合物光波导的反应离子刻蚀工艺研究

实验研究了表面粗糙度、侧壁垂直度与各刻蚀参量之间的关系,通过对刻蚀效果的分析,发现在低功率、高CHF3含量、低压强的情况下能获得最小的表面粗糙度;在高功率、50%CHF3含量、低压强的情况下能获得较陡直的波导侧壁.利用优化的刻蚀条件,对PMMA进行刻蚀,得到了均方根粗糙度小、侧壁陡直的波导.实验发现,该刻蚀条件对其他聚合物光波导材料的刻蚀也具有一定的指导意义.     

Cl_2/BCl_3ICP刻蚀GaN基LED的规律研究

研究了用Cl2/BCl3刻蚀GaN基LED中,工艺参数对GaN刻蚀速率、刻蚀侧壁和GaN与SiO2刻蚀选择比的影响。研究结果表明,刻蚀速率随着ICP功率和压强的增大先增大继而减小,随RF功率的增大单调增大;刻蚀选择比随ICP功率增大单调减小,随压强增大而增大。还研究了刻蚀速率和选择比与气体比例变化的关系。刻蚀SEM图表明,压强和RF功率增大会使刻蚀垂直度增大。     

InAs/GaSb II类超晶格红外焦平面台面的 ICP 刻蚀研究

本文报道了采用Cl2/N2电感耦合等离子（ICP）组合体刻蚀工艺在InAs/GaSb II类超晶格红外焦平面台面加工过程中的研究结果,实验采用分子束外延技术在GaSb衬底上生长的PIN型超晶格材料。结果表明,气体流量比例直接对刻蚀速率和刻蚀形貌产生影响,氯气含量越高,刻蚀速率越大,当氮气含量增加,刻蚀速率降低并趋于一定值。当氯气和氮气的流量比例和等离子腔体内压力等参数一定时,随着温度升高,刻蚀速率和选择比在有限范围内同时线性增大,台面的倾角趋于直角,台面轮廓层状纹理逐渐消失,但沟道内变得粗糙不平,并出现坑点。在实验研究范围内,电感耦合等离子源的ICP功率和RF功率对刻蚀结果产生的影响较小。     

Wafer-scale fabrication of magneto-photonic structures in Bismuth Iron Garnet thin film

In this paper we report on a reproducible technological process for wafer-scale fabrication of different photonic structures in Bismuth Iron Garnet (BIG: Bi₃Fe₅O₁₂) thin films: two-dimensional magneto-photonic crystals (PhC), ring circulators, Bragg gratings or ridge waveguides. Different fabrication techniques such as Ion Beam Etching (IBE), Focused Ion Beam (FIB) etching, wet chemical etching and Reactive Ion etching are compared. The transfer of different geometries in BIG is obtained with good etching verticality and conservation of the dimensions using Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching (ICP-RIE). This work demonstrates the possibility of wafer-scale high-quality nanostructuration of crystalline garnet thin films for magneto-photonic devices.