[发明专利]谐振耦合双向传输光子晶体波导及制作方法

权利要求书

1.谐振耦合双向传输光子晶体波导，包括波导层、低折射率埋层(7)和衬底层(8)，波导层位于低折射率埋层(7)上部，低折射率埋层(7)下部与衬底层(8)相连；其特征是，所述波导层包括波导一区(1)、缺陷区和波导二区(2)，所述波导一区(1)由多个介质柱(9)周期性排列组成，波导一区(1)与波导二区(2)的衔接处分布一行缺陷介质柱(10)，该行缺陷介质柱(10)构成缺陷区，所述波导二区最外面分布一行耦合介质柱(12)，该行耦合介质柱构成耦合区(3)，并且波导二区(2)中包含多个沿平行于缺陷区(10)方向排列的点缺陷(6)，每个点缺陷(6)与周围的介质柱(9以及最外面的耦合介质柱(12)构成光子晶体谐振腔(4)；多个光子晶体谐振腔(4)关联，每个光子晶体谐振腔(4)中的点缺陷(6)上部对应位置处依次分布有第二耦合介质柱(13)和第一耦合介质柱(11)；耦合区介质柱(12)的半径为r₄，介质柱(9)的半径r＝102nm，r₄大于或小于r；所述点缺陷(6)的半径r₁＝51nm。

2.根据权利要求1所述的谐振耦合双向传输光子晶体波导，其特征在于，所述第一耦合介质柱(11)的半径r₂＝120nm，第二耦合介质柱(13)的半径r₃＝260nm，耦合区介质柱(12)的半径r₄＝230nm，缺陷区的缺陷介质柱(10)半径r₅＝51nm，点缺陷6的半径r₁＝51nm。

3.根据权利要求1所述的谐振耦合双向传输光子晶体波导，其特征在于，所述点缺陷(6)为在光子晶体中改变一个或多个介质柱半径形成的缺陷或者在光子晶体中去掉一个或多个介质柱形成的空隙。

4.基于权利要求1所述的谐振耦合双向传输光子晶体波导的制作方法，其特征是，该方法包括以下步骤：

步骤一、制备划片所需的划片槽；

步骤二、制备ICP刻蚀铝酸镧柱所需的掩膜；制作谐振耦合双向传输光子晶体波导主体结构；

步骤三、对要求尺寸精度高于10nm的铝酸镧柱进行单独加工：

步骤四、去除器件边缘区；

5.根据权利要求4所述的谐振耦合双向传输光子晶体波导的制作方法，其特征在于，步骤一所述的制备划片所需的划片槽的具体过程为：

步骤一一、对衬底硅(101)上生长二氧化硅埋层(102)的基底进行清洁处理；

步骤一二、在步骤一一所述的二氧化硅埋层(102)上采用溶胶凝胶法制备一层铝酸镧薄膜(103)；

步骤一三、在铝酸镧薄膜(103)上制作一层光刻胶膜(104)；

步骤一四、将步骤一三制作完成的结构放入烘箱中前烘；

步骤一五、对光刻胶膜(104)进行紫外曝光，得到与刻蚀划片槽所需光刻版相同的图形；然后经过显影、坚膜，得到制作划片槽所需的光刻胶掩膜结构；

步骤一六、对步骤一五制作好的光刻胶掩膜结构进行ICP刻蚀，去掉光刻胶膜(104)得到划片槽结构。

6.根据权利要求4所述的谐振耦合双向传输光子晶体波导的制作方法，其特征在于，步骤二制备ICP刻蚀铝酸镧柱所需的掩膜的过程为：

步骤二一、在步骤一六制备好的划片槽结构上制作一层光刻胶(201)；

步骤二二、将步骤二一制备完成的结构放入烘箱中前烘；

步骤二三、对制备好的光刻胶(201)进行电子束曝光；经过显影、坚膜，得到制作谐振耦合双向传输光子晶体波导主体结构所需的ICP光刻胶掩膜结构；

步骤二四、对步骤二三制作好的ICP光刻胶掩膜结构进行ICP刻蚀，得到铝酸镧柱；将铝酸镧柱上的光刻胶去除，并清洗，得到谐振耦合双向传输光子晶体波导。

7.根据权利要求4所述的谐振耦合双向传输光子晶体波导的制作方法，其特征在于，步骤三所述的对要求尺寸精度高于10nm的铝酸镧柱进行单独加工的加工过程为：

步骤三一、在步骤二四得到的谐振耦合双向传输光子晶体波导主体结构上涂覆一层光刻胶层(301)作为保护层；

步骤三二、对制备好的光刻胶层(301)进行光学曝光、显影，得到光刻胶掩膜结构，将需要加工的铝酸镧柱所在区域暴露出来；

步骤三三、采用FIB工艺对需要加工的铝酸镧柱进行加工使其达到所需尺寸，去除光刻胶。

8.根据权利要求4所述的谐振耦合双向传输光子晶体波导的制作方法，其特征在于，步骤四所述的去除器件边缘区的具体过程为；

步骤四一、在步骤三三得到的器件结构表面涂覆PMMA层(401)；

步骤四二、对PMMA层(401)进行同步辐射X射线曝光、显影，在器件结构的光子晶体波导区域上制作一个保护层；

步骤四三、按照划片槽划片，得到由铝酸镧柱构成的光子晶体波导结构；

步骤四四、将步骤四三得到的器件结构放入磨片机中，分别用不同的抛光液进行侧面研磨及抛光，去除器件结构边缘区并使器件侧面平整；

步骤四五、对剩余的PMMA层(401)进行同步辐射X射线曝光，然后通过显影去除PMMA保护层、并对其进行清洗，得到谐振耦合双向传输光子晶体波导结构。