Abstract

By using direct laser writing into a novel commercially available photoresist and a silicon-double-inversion procedure followed by tempering of the silicon structures, we realize high-quality centered-tetragonal woodpile photonic crystals with complete photonic bandgaps near 1.55μm wavelength. The 6.9% gap-to-midgap ratio bandgap is evidenced by the comparison of measured transmittance and reflectance spectra with band-structure and scattering-matrix calculations.

© 2010 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. E. Yablonovitch, Phys. Rev. 58, 2059 (1987).
  2. S. John, Phys. Rev. 58, 2486 (1987).
  3. C. Lopez, Adv. Mater. 15, 1679 (2003).
    [CrossRef]
  4. K. Busch, G. von Freymann, S. Linden, S. F. Mingaleev, L. Tkeshelashvili, and M. Wegener, Phys. Rep. 444, 101 (2007).
    [CrossRef]
  5. P. V. Braun, S. A. Rinne, and F. García-Santamaría, Adv. Mater. 18, 2665 (2006).
    [CrossRef]
  6. S. Takahashi, K. Suzuki, M. Okano, M. Imada, T. Nakamori, Y. Ota, K. Ishizaki, and S. Noda, Nature Mater. 8, 721 (2009).
    [CrossRef]
  7. S. Kawashima, M. Imada, K. Ishizaki, and S. Noda, J. Microelectromech. Syst. 16, 1140 (2007).
    [CrossRef]
  8. K. Aoki, D. Guimard, M. Nishioka, M. Nomura, S. Iwamoto, and Y. Arakawa, Nat. Photonics 2, 688 (2008).
    [CrossRef]
  9. N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. Pérez-Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
    [CrossRef]
  10. M. Hermatschweiler, A. Ledermann, G. A. Ozin, M. Wegener, and G. von Freymann, Adv. Funct. Mater. 17, 2273 (2007).
    [CrossRef]
  11. W. Haske, V. W. Chen, J. M. Hales, W. Dong, S. Barlow, S. R. Marder, and J. W. Perry, Opt. Express 15, 3426 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. M. Deubel, G. von Freymann, M. Wegener, S. Pereira, K. Busch, and C. M. Soukoulis, Nature Mater. 3, 444 (2004).
    [CrossRef]
  13. C. Becker, S. Linden, G. von Freymann, M. Wegener, N. Tétreault, E. Vekris, V. Kitaev, and G. A. Ozin, Appl. Phys. Lett. 87, 091111 (2005).
    [CrossRef]
  14. L. Li, J. Opt. Soc. Am. A 13, 1024 (1996).
    [CrossRef]
  15. L. Li, J. Opt. Soc. Am. A 14, 2758 (1997).
    [CrossRef]
  16. S. G. Johnson and J. D. Joannopoulos, Opt. Express 8, 173 (2001).
    [CrossRef] [PubMed]

2009 (1)

S. Takahashi, K. Suzuki, M. Okano, M. Imada, T. Nakamori, Y. Ota, K. Ishizaki, and S. Noda, Nature Mater. 8, 721 (2009).
[CrossRef]

2008 (1)

K. Aoki, D. Guimard, M. Nishioka, M. Nomura, S. Iwamoto, and Y. Arakawa, Nat. Photonics 2, 688 (2008).
[CrossRef]

2007 (4)

S. Kawashima, M. Imada, K. Ishizaki, and S. Noda, J. Microelectromech. Syst. 16, 1140 (2007).
[CrossRef]

K. Busch, G. von Freymann, S. Linden, S. F. Mingaleev, L. Tkeshelashvili, and M. Wegener, Phys. Rep. 444, 101 (2007).
[CrossRef]

M. Hermatschweiler, A. Ledermann, G. A. Ozin, M. Wegener, and G. von Freymann, Adv. Funct. Mater. 17, 2273 (2007).
[CrossRef]

W. Haske, V. W. Chen, J. M. Hales, W. Dong, S. Barlow, S. R. Marder, and J. W. Perry, Opt. Express 15, 3426 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

2006 (2)

P. V. Braun, S. A. Rinne, and F. García-Santamaría, Adv. Mater. 18, 2665 (2006).
[CrossRef]

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. Pérez-Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

2005 (1)

C. Becker, S. Linden, G. von Freymann, M. Wegener, N. Tétreault, E. Vekris, V. Kitaev, and G. A. Ozin, Appl. Phys. Lett. 87, 091111 (2005).
[CrossRef]

2004 (1)

M. Deubel, G. von Freymann, M. Wegener, S. Pereira, K. Busch, and C. M. Soukoulis, Nature Mater. 3, 444 (2004).
[CrossRef]

2003 (1)

C. Lopez, Adv. Mater. 15, 1679 (2003).
[CrossRef]

2001 (1)

1997 (1)

1996 (1)

1987 (2)

E. Yablonovitch, Phys. Rev. 58, 2059 (1987).

S. John, Phys. Rev. 58, 2486 (1987).

Aoki, K.

K. Aoki, D. Guimard, M. Nishioka, M. Nomura, S. Iwamoto, and Y. Arakawa, Nat. Photonics 2, 688 (2008).
[CrossRef]

Arakawa, Y.

K. Aoki, D. Guimard, M. Nishioka, M. Nomura, S. Iwamoto, and Y. Arakawa, Nat. Photonics 2, 688 (2008).
[CrossRef]

Barlow, S.

Becker, C.

C. Becker, S. Linden, G. von Freymann, M. Wegener, N. Tétreault, E. Vekris, V. Kitaev, and G. A. Ozin, Appl. Phys. Lett. 87, 091111 (2005).
[CrossRef]

Braun, P. V.

P. V. Braun, S. A. Rinne, and F. García-Santamaría, Adv. Mater. 18, 2665 (2006).
[CrossRef]

Busch, K.

K. Busch, G. von Freymann, S. Linden, S. F. Mingaleev, L. Tkeshelashvili, and M. Wegener, Phys. Rep. 444, 101 (2007).
[CrossRef]

M. Deubel, G. von Freymann, M. Wegener, S. Pereira, K. Busch, and C. M. Soukoulis, Nature Mater. 3, 444 (2004).
[CrossRef]

Chen, V. W.

Deubel, M.

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. Pérez-Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

M. Deubel, G. von Freymann, M. Wegener, S. Pereira, K. Busch, and C. M. Soukoulis, Nature Mater. 3, 444 (2004).
[CrossRef]

Dong, W.

García-Santamaría, F.

P. V. Braun, S. A. Rinne, and F. García-Santamaría, Adv. Mater. 18, 2665 (2006).
[CrossRef]

Guimard, D.

K. Aoki, D. Guimard, M. Nishioka, M. Nomura, S. Iwamoto, and Y. Arakawa, Nat. Photonics 2, 688 (2008).
[CrossRef]

Hales, J. M.

Haske, W.

Hermatschweiler, M.

M. Hermatschweiler, A. Ledermann, G. A. Ozin, M. Wegener, and G. von Freymann, Adv. Funct. Mater. 17, 2273 (2007).
[CrossRef]

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. Pérez-Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

Imada, M.

S. Takahashi, K. Suzuki, M. Okano, M. Imada, T. Nakamori, Y. Ota, K. Ishizaki, and S. Noda, Nature Mater. 8, 721 (2009).
[CrossRef]

S. Kawashima, M. Imada, K. Ishizaki, and S. Noda, J. Microelectromech. Syst. 16, 1140 (2007).
[CrossRef]

Ishizaki, K.

S. Takahashi, K. Suzuki, M. Okano, M. Imada, T. Nakamori, Y. Ota, K. Ishizaki, and S. Noda, Nature Mater. 8, 721 (2009).
[CrossRef]

S. Kawashima, M. Imada, K. Ishizaki, and S. Noda, J. Microelectromech. Syst. 16, 1140 (2007).
[CrossRef]

Iwamoto, S.

K. Aoki, D. Guimard, M. Nishioka, M. Nomura, S. Iwamoto, and Y. Arakawa, Nat. Photonics 2, 688 (2008).
[CrossRef]

Joannopoulos, J. D.

John, S.

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. Pérez-Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

S. John, Phys. Rev. 58, 2486 (1987).

Johnson, S. G.

Kawashima, S.

S. Kawashima, M. Imada, K. Ishizaki, and S. Noda, J. Microelectromech. Syst. 16, 1140 (2007).
[CrossRef]

Kitaev, V.

C. Becker, S. Linden, G. von Freymann, M. Wegener, N. Tétreault, E. Vekris, V. Kitaev, and G. A. Ozin, Appl. Phys. Lett. 87, 091111 (2005).
[CrossRef]

Ledermann, A.

M. Hermatschweiler, A. Ledermann, G. A. Ozin, M. Wegener, and G. von Freymann, Adv. Funct. Mater. 17, 2273 (2007).
[CrossRef]

Li, L.

Linden, S.

K. Busch, G. von Freymann, S. Linden, S. F. Mingaleev, L. Tkeshelashvili, and M. Wegener, Phys. Rep. 444, 101 (2007).
[CrossRef]

C. Becker, S. Linden, G. von Freymann, M. Wegener, N. Tétreault, E. Vekris, V. Kitaev, and G. A. Ozin, Appl. Phys. Lett. 87, 091111 (2005).
[CrossRef]

Lopez, C.

C. Lopez, Adv. Mater. 15, 1679 (2003).
[CrossRef]

Marder, S. R.

Mingaleev, S. F.

K. Busch, G. von Freymann, S. Linden, S. F. Mingaleev, L. Tkeshelashvili, and M. Wegener, Phys. Rep. 444, 101 (2007).
[CrossRef]

Nakamori, T.

S. Takahashi, K. Suzuki, M. Okano, M. Imada, T. Nakamori, Y. Ota, K. Ishizaki, and S. Noda, Nature Mater. 8, 721 (2009).
[CrossRef]

Nishioka, M.

K. Aoki, D. Guimard, M. Nishioka, M. Nomura, S. Iwamoto, and Y. Arakawa, Nat. Photonics 2, 688 (2008).
[CrossRef]

Noda, S.

S. Takahashi, K. Suzuki, M. Okano, M. Imada, T. Nakamori, Y. Ota, K. Ishizaki, and S. Noda, Nature Mater. 8, 721 (2009).
[CrossRef]

S. Kawashima, M. Imada, K. Ishizaki, and S. Noda, J. Microelectromech. Syst. 16, 1140 (2007).
[CrossRef]

Nomura, M.

K. Aoki, D. Guimard, M. Nishioka, M. Nomura, S. Iwamoto, and Y. Arakawa, Nat. Photonics 2, 688 (2008).
[CrossRef]

Okano, M.

S. Takahashi, K. Suzuki, M. Okano, M. Imada, T. Nakamori, Y. Ota, K. Ishizaki, and S. Noda, Nature Mater. 8, 721 (2009).
[CrossRef]

Ota, Y.

S. Takahashi, K. Suzuki, M. Okano, M. Imada, T. Nakamori, Y. Ota, K. Ishizaki, and S. Noda, Nature Mater. 8, 721 (2009).
[CrossRef]

Ozin, G. A.

M. Hermatschweiler, A. Ledermann, G. A. Ozin, M. Wegener, and G. von Freymann, Adv. Funct. Mater. 17, 2273 (2007).
[CrossRef]

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. Pérez-Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

C. Becker, S. Linden, G. von Freymann, M. Wegener, N. Tétreault, E. Vekris, V. Kitaev, and G. A. Ozin, Appl. Phys. Lett. 87, 091111 (2005).
[CrossRef]

Pereira, S.

M. Deubel, G. von Freymann, M. Wegener, S. Pereira, K. Busch, and C. M. Soukoulis, Nature Mater. 3, 444 (2004).
[CrossRef]

Pérez-Willard, F.

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. Pérez-Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

Perry, J. W.

Rinne, S. A.

P. V. Braun, S. A. Rinne, and F. García-Santamaría, Adv. Mater. 18, 2665 (2006).
[CrossRef]

Soukoulis, C. M.

M. Deubel, G. von Freymann, M. Wegener, S. Pereira, K. Busch, and C. M. Soukoulis, Nature Mater. 3, 444 (2004).
[CrossRef]

Suzuki, K.

S. Takahashi, K. Suzuki, M. Okano, M. Imada, T. Nakamori, Y. Ota, K. Ishizaki, and S. Noda, Nature Mater. 8, 721 (2009).
[CrossRef]

Takahashi, S.

S. Takahashi, K. Suzuki, M. Okano, M. Imada, T. Nakamori, Y. Ota, K. Ishizaki, and S. Noda, Nature Mater. 8, 721 (2009).
[CrossRef]

Tétreault, N.

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. Pérez-Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

C. Becker, S. Linden, G. von Freymann, M. Wegener, N. Tétreault, E. Vekris, V. Kitaev, and G. A. Ozin, Appl. Phys. Lett. 87, 091111 (2005).
[CrossRef]

Tkeshelashvili, L.

K. Busch, G. von Freymann, S. Linden, S. F. Mingaleev, L. Tkeshelashvili, and M. Wegener, Phys. Rep. 444, 101 (2007).
[CrossRef]

Vekris, E.

C. Becker, S. Linden, G. von Freymann, M. Wegener, N. Tétreault, E. Vekris, V. Kitaev, and G. A. Ozin, Appl. Phys. Lett. 87, 091111 (2005).
[CrossRef]

von Freymann, G.

K. Busch, G. von Freymann, S. Linden, S. F. Mingaleev, L. Tkeshelashvili, and M. Wegener, Phys. Rep. 444, 101 (2007).
[CrossRef]

M. Hermatschweiler, A. Ledermann, G. A. Ozin, M. Wegener, and G. von Freymann, Adv. Funct. Mater. 17, 2273 (2007).
[CrossRef]

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. Pérez-Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

C. Becker, S. Linden, G. von Freymann, M. Wegener, N. Tétreault, E. Vekris, V. Kitaev, and G. A. Ozin, Appl. Phys. Lett. 87, 091111 (2005).
[CrossRef]

M. Deubel, G. von Freymann, M. Wegener, S. Pereira, K. Busch, and C. M. Soukoulis, Nature Mater. 3, 444 (2004).
[CrossRef]

Wegener, M.

M. Hermatschweiler, A. Ledermann, G. A. Ozin, M. Wegener, and G. von Freymann, Adv. Funct. Mater. 17, 2273 (2007).
[CrossRef]

K. Busch, G. von Freymann, S. Linden, S. F. Mingaleev, L. Tkeshelashvili, and M. Wegener, Phys. Rep. 444, 101 (2007).
[CrossRef]

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. Pérez-Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

C. Becker, S. Linden, G. von Freymann, M. Wegener, N. Tétreault, E. Vekris, V. Kitaev, and G. A. Ozin, Appl. Phys. Lett. 87, 091111 (2005).
[CrossRef]

M. Deubel, G. von Freymann, M. Wegener, S. Pereira, K. Busch, and C. M. Soukoulis, Nature Mater. 3, 444 (2004).
[CrossRef]

Yablonovitch, E.

E. Yablonovitch, Phys. Rev. 58, 2059 (1987).

Adv. Funct. Mater. (1)

M. Hermatschweiler, A. Ledermann, G. A. Ozin, M. Wegener, and G. von Freymann, Adv. Funct. Mater. 17, 2273 (2007).
[CrossRef]

Adv. Mater. (3)

N. Tétreault, G. von Freymann, M. Deubel, M. Hermatschweiler, F. Pérez-Willard, S. John, M. Wegener, and G. A. Ozin, Adv. Mater. 18, 457 (2006).
[CrossRef]

C. Lopez, Adv. Mater. 15, 1679 (2003).
[CrossRef]

P. V. Braun, S. A. Rinne, and F. García-Santamaría, Adv. Mater. 18, 2665 (2006).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (1)

C. Becker, S. Linden, G. von Freymann, M. Wegener, N. Tétreault, E. Vekris, V. Kitaev, and G. A. Ozin, Appl. Phys. Lett. 87, 091111 (2005).
[CrossRef]

J. Microelectromech. Syst. (1)

S. Kawashima, M. Imada, K. Ishizaki, and S. Noda, J. Microelectromech. Syst. 16, 1140 (2007).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. A (2)

Nat. Photonics (1)

K. Aoki, D. Guimard, M. Nishioka, M. Nomura, S. Iwamoto, and Y. Arakawa, Nat. Photonics 2, 688 (2008).
[CrossRef]

Nature Mater. (2)

S. Takahashi, K. Suzuki, M. Okano, M. Imada, T. Nakamori, Y. Ota, K. Ishizaki, and S. Noda, Nature Mater. 8, 721 (2009).
[CrossRef]

M. Deubel, G. von Freymann, M. Wegener, S. Pereira, K. Busch, and C. M. Soukoulis, Nature Mater. 3, 444 (2004).
[CrossRef]

Opt. Express (2)

Phys. Rep. (1)

K. Busch, G. von Freymann, S. Linden, S. F. Mingaleev, L. Tkeshelashvili, and M. Wegener, Phys. Rep. 444, 101 (2007).
[CrossRef]

Phys. Rev. (2)

E. Yablonovitch, Phys. Rev. 58, 2059 (1987).

S. John, Phys. Rev. 58, 2486 (1987).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1
Fig. 1

(a) Top-view electron micrograph of a typical IP-L photoresist woodpile template, (b) magnified view. (c) Oblique-view electron micrograph of a silicon-woodpile structure. The viewing angle is 54 ° , leading to an apparent compression of the vertical axis. The inset schematically illustrates the superposition of three individual exposures, leading to a favorable reduction of the rod aspect ratio.

Fig. 2
Fig. 2

(a) Measured and (b) calculated linear-optical intensity transmittance and reflectance spectra.

Fig. 3
Fig. 3

(a) Band structure calculation for rod distance a = 566.3 nm , lattice constant c = 1.15 a , lateral rod diameter d = 0.365 a , and rod height h = 1.46 d . (b) Visualization of the structural parameters. (c) Brillouin zone of the corresponding ct Bravais lattice.

Metrics