Nanostrukturierung von dielektrischen Materialien für Anwendungen in der Photonik

Dielektrische photonische Kristalle ermöglichen die Manipulation der Ausbreitungsrichtung von Licht. Aufgrund der breiten spektralen Transparenz von Dielektrika sind solche Strukturen besonders in den Gebieten der Optik und Photonik von großem Interesse. Periodische Strukturen – periodische Änderungen des Brechungsindex – können in mehreren Raumrichtungen implementiert werden, so dass sie von einfachen 1D-Systemen wie ein DBR-Spiegel bis hin zu komplexen 3D-Systemen realisiert werden können. Der Aufwand der Herstellung derartiger Strukturen wächst mit der Anzahl der Dimensionen. Konventionell werden diese Strukturen mittels Elektronen- und Ionenstrahllithographie erzeugt. Diese Methoden rufen starke Aufladungseffekte des Dielektrikums hervor. Diese Problematik führt im Allgemeinen zu erheblichem Mehraufwand, was auch zu deutlich größeren Prozesszeiten führt. In dieser Arbeit liegt der Fokus auf einer neuartigen Methode, die zeitlich geformte Femtosekundenlaserpulsen verwendet. Mit dieser Methode lässt sich die genannte Problematik umgehen. Die neuartige Herstellungsmethode wird in dieser Arbeit mit den konventionellen Methoden verglichen. Als Vergleichsstruktur wird das Design eines Fanofilters umgesetzt. Es werden unterschiedliche Tiefenprofile der Strukturen mit Durchmessern im Bereich 400nm bis 1200nm bei einer Tiefe von bis zu mehr als 8 μm realisiert, wodurch sich Aspektverhältnisse von bis zu 17 ergeben. Dabei entstandene tiefe Kanäle im Substrat erreichen im Mittel einen Durchmesser kleiner 300nm. Die Charakterisierung dieser Strukturen erfolgt im Wesentlichen durch Querschnittsanalyse mittels Ionenfeinstrahlanlage und ein polarisationsselektiver InP-Filter wird spektral analysiert.