Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung von gitterperiodischen Strukturen aus makroporösem Silizium und deren Untersuchung hinsichtlich ihrer Eigenschaften als Photonische Kristalle. Dazu wurde ein beleuchtungsgesteuertes, elektrochemisches Verfahren verwendet, um gitterperiodisch angeordnete Porenkanäle mit Porendurchmessern um 1,0 µm und Porenlängen um 100 µm an photolithographisch vordefinierten Stellen in n-Typ Siliziumsubstraten zu erzeugen. Durch ein Mikrostrukturierungsverfahren konnten Stege aus diesem großflächigen Porengitter herauspräpariert werden, so daß transmissionsspektroskopische Untersuchungen in der Ebene der Gitterperiodizität durchgeführt werden konnten. Mittels Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie wurde polarisationsaufgelöst die Abhängigkeit der photonischen Bandlücke vom Verhältnis des Porenradius r zur Gitterkonstante a der Kristalle untersucht. Für r/a-Werte zwischen 0,4 und 0,488 fand sich eine zweidimensional vollständige photonische Bandlücke mit einer maximalen Ausdehnung bei r/a=0,48, in guter Übereinstimmung mit dem theoretischen Maximum bei r/a=0,478. Bei diesem Wert erstreckt sich die photonische Bandlücke von 2,99 µm bis 3,55 µm Wellenlänge. Die relative Breite der Bandlücke, definiert als Quotient aus ihrer Breite und ihrer Mittenfrequenz, ergab sich zu 17%. In den Transmissionsmessungen wurden an den Bandkanten Signalüberhöhungen gefunden, die durch Betrachtung nach einem Modell von Fabry-Perot-Resonanzen erklärt werden konnten. Mittels eines Differenzfrequenz-Lasersystems konnte die Intensitätsabschwächung photonischer Kristalle für Wellenlängen innerhalb der Bandlücke auf bis zu 10 dB/Porenreihe bestimmt werden. Mit diesem System wurden in einem linearen Wellenleiter, welcher in einen photonischen Kristall durch eine photolithographische Methode integriert worden war, Frequenzbereiche mit einmodiger und multimodiger Ausbreitung innerhalb der Bandlücke des umgebenden Kristalls nachgewiesen. Die Transmission eines auf dieselbe Weise erzeugten Mikroresonators, bestehend aus einer einzelnen, fehlenden Pore im Kristallgitter, konnte mit Hilfe eines Optisch-Parametrischen-Oszillators mit einer Güte von 18 gemessen werden. Die Anforderungen an das hier untersuchte System bzgl. Funktionalität im Nahen Infrarot werden diskutiert.
|