[发明专利]新型材料制作的布拉格反射镜

说明书

本发明属于布拉格反射镜技术领域，具体涉及一种新型材料制作的布拉格反射镜。所述布拉格反射镜中包括上反射层和下反射层；所述上反射层和下反射层之间设置有通光层；所述上反射层采用多层高反射率物质和多层低反射率物质交替制备，形成反射率差大的布拉格反射镜，多次相互交叠。现有的分布式布拉格反射镜通常选择最普遍的材料加工制作，并没有对新型材料进行研究，因此会造成如更多的堆叠层数，相对较小的高低反射率等普遍存在的缺点。而本发明就是优化布拉格反射镜的设计材料，提供新型材料制造工艺，减少堆叠层数，提高高低反射率差。

技术领域

本发明属于布拉格反射镜技术领域，具体涉及一种新型材料制作的布拉格反射镜。

背景技术

布拉格反射镜(也称为分布布拉格反射器)技术来源于多层膜光学制备技术，在现代光电子技术领域的研究中发挥着日益重要的作用。布拉格反射镜是一种反射镜结构，是由两种光学材料组成的可调节的多层结构。简单来说，就是交错生长的若干对两种或两种以上的半导体或介质材料。

制作布拉格反射镜需要选择折射率大和折射率小的两种材料分别作为交错生长的膜层，它们对入射光是透明的。对于半导体材料，还要求它们与衬底以及它们之间晶格匹配以减少应力。最常用的是四分之一反射镜，其中每一层的厚度都对应四分之一的波长，因此实际中多采用1/4λ膜系，λ为入射波长。就是在村底上交替地生长低折射率膜和高折射率膜，每层膜的光学厚度均为1/4λ，通常需要生长十几对才可以获得高于95％以上的反射率。两种材料的折射率差越大，布拉格反射镜的反射带宽越宽，达到一定反射率所需要生长的对数也越少。如果反射镜用于较大角度的入射时，则相对的需要层厚更大。

通常制备布拉格反射镜技术的材料从半导体到介质，甚至包括部分金属。半导体材料包括InP、InGaAsP、GaAs、AlAs等，介质材料包括Si、SiO2、Al2O3、TiO2等，金属材料一般是Au、Ag等。在上述制作材料中，介质材料生长布拉格反射镜一般是多晶或非晶形态，不需要晶格匹配。布拉格反射镜膜层材料介质中最常见的是SiO2和Si、Si3N4、TiO2等的组合。不过，尽管Si有较高的折射率，但是在长波长(>900nm)有较大的吸收，所以有时用TiO2来代替他。

具体而言，对于上述技术具体解释如下：

如图1所示，当光经过一层薄膜时，反射光线实质由上层表面反射光与下层表面反射光叠加形成。当两束光线相位差为180°时，合成光束的幅值为两束光幅值之差，即所谓干涉相消；当相位差为0°或360°的整数倍时，幅值为两者之和，即所谓干涉相长。随着薄膜厚度的变化，反射光的强度呈现周期性变化，是布拉格原理的直观体现。另一方面，如果将薄厚设置为四分之一对应光波长，借助于干涉相长，此时相位差为0°，反射光相比于透射光显著增强。也就形成了最简单的增反膜。

如果增加高低折射率材料的堆叠，重复上述干涉相长过程，薄膜反射率将不断增强，直至近乎100％。如图所示。

资料表明，伴随着反射镜层数的增加，其整体反射率趋近100％。而分布式布拉格反射镜的另一个重要特征为仅在特定波段存在高反射率，至于其高反区的宽度，需要借助传输矩阵进行计算。由图2可见，分布式布拉格反射镜均可视为由多个高低折射率层组成的周期对，外加一单个高反射率层组成。

国外在分布式布拉格反射镜方面的研究包括：以比利时IMEC公司为代表的基于SIO2和非晶硅的交错生长布拉格反射镜设计方案。该方案提及的制作材料主要是SIO2和工程化的非晶硅组合，以及SIO2和SIGe的组合，而在高反射率材料上依然选择了非晶硅。