(57)【要約】【課題】表面波を利用した電磁波共振器を用いる技術に関するものであって、第１の負誘電体と第２の負誘電体との間に設けられた正誘電体薄膜に電圧を印加可能な電磁波共振器、製造方法、電磁波発生素子及び製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】第１の負誘電体１０１と、正誘電体薄膜１０３と、略帯状の第２の負誘電体１０２と、を有する電磁波共振器であって、正誘電体薄膜１０２の厚さが［０．５×λ０］／［正誘電体薄膜の屈折率ｎ］未満であり、第２の負誘電体１０２が共振器用板状部材１４８ｂと配線部用板状部材１４８ａとが連結されてなり、長さＷｘがＬｘ、Ｌｙのいずれか短い方の１／２倍以下の長さである電磁波共振器を用いることによって前記課題を解決できる。【選択図】図１
2014013333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸からなる３次元座標系のｚ軸に沿う方向を電磁波の入出力される主方向としたとき、ｘ軸、ｙ軸に平行で＋ｚ軸方向を向いた平面状の表面を有する第１の負誘電体と、
前記第１の負誘電体の表面上に設けられた正誘電体薄膜と、
前記正誘電体薄膜の前記第１の負誘電体と反対側の面に設けられた第２の負誘電体と、を有し、表面波を利用する電磁波共振器であって、
前記正誘電体薄膜の厚さ（Ｔ）が［０．５×電磁波の波長（λ０）］／［正誘電体薄膜の屈折率（ｎ）］未満であり、
前記第２の負誘電体が、平面視形状が異なる共振器用板状部材と配線部用板状部材とが連結されてなり、
配線部用板状部材の一辺の長さが共振器用板状部材の一辺のいずれか短い方の１／２倍以下の長さであることを特徴とする電磁波共振器。
【請求項２】
前記第２の負誘電体が共振器用板状部材と配線部用板状部材とが交互に連結されてなり、ｙ軸方向に伸長された略帯状をなすことを特徴とする請求項１に記載の電磁波共振器。
【請求項３】
前記第２の負誘電体がｘ軸方向に複数配列されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁波共振器。
【請求項４】
前記第２の負誘電体がｘ軸方向に周期的に配列されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電磁波共振器。
【請求項５】
前記共振器用板状部材が、［電磁波の波長（λ０）］／［正誘電体薄膜の屈折率（ｎ）］の直径の円内に収まる大きさであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁波共振器。
【請求項６】
前記共振器用板状部材が平面視矩形状であり、０．５×λ０／ｎ未満である１辺を有することを特徴とする請求項５に記載の電磁波共振器。
【請求項７】
前記配線用板状部材の他辺の長さが共振器用板状部材の一辺のいずれかの０．５倍以上１．５倍以下の長さであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電磁波共振器。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電磁波共振器と、
前記第２の負誘電体の一端に接続された第２の電極と、
前記第１の負誘電体に接続された第１の電極と、
前記第１、第２の電極に接続された電源と、を有することを特徴とする電磁波発生素子。
【請求項９】
前記正誘電体薄膜上に絶縁膜が積層されており、
前記絶縁膜上に前記第２の電極が積層されていることを特徴とする請求項８に記載の電磁波発生素子。
【請求項１０】
ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸からなる３次元座標系のｚ軸に沿う方向を電磁波の入出力される主方向としたとき、ｘ軸、ｙ軸に平行で＋ｚ軸方向を向いた平面状の表面を有する第１の負誘電体と、前記第１の負誘電体の表面上に設けられた正誘電体薄膜と、前記正誘電体薄膜の前記第１の負誘電体と反対側の面に設けられ、ｙ軸方向に伸びる略帯状の第２の負誘電体と、を有し、表面波を利用する電磁波共振器と、
前記第２の負誘電体の一端に接続された第２の電極と、
前記第１の負誘電体に接続された第１の電極と、
前記第１、第２の電極に接続された電源と、を有することを特徴とする電磁波発生素子。
【請求項１１】
前記正誘電体薄膜上に絶縁膜が積層されており、
前記絶縁膜上に前記第２の電極が積層されていることを特徴とする請求項１０に記載の電磁波発生素子。
【請求項１２】
ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸からなる３次元座標系のｚ軸に沿う方向を電磁波の入出力される主方向としたとき、ｘ軸、ｙ軸に平行で＋ｚ軸方向を向いた平面状の表面を有する第１の負誘電体と、前記第１の負誘電体の表面上に設けられた正誘電体薄膜と、前記正誘電体薄膜の前記第１の負誘電体と反対側の面に設けられ、ｙ軸方向に伸びる略帯状の第２の負誘電体と、を有し、表面波を利用する電磁波共振器の製造方法であって、
一面に凹部を形成した型部材を作製する工程と、
前記型部材の一面を覆うように第２の負誘電体を形成する工程と、
前記型部材の一面が露出するように第２の負誘電体を一部除去する工程と、
前記型部材の一面に正誘電体薄膜を形成する工程と、
前記正誘電体薄膜の一面に第１の負誘電体を形成する工程と、を有することを特徴とする電磁波共振器の製造方法。
【請求項１３】
前記正誘電体薄膜の形成方法が、原子層堆積法、化学的気相成長法、スパッタリング又は蒸着法のいずれかであることを特徴とする請求項１２に記載の電磁波共振器の製造方法。
【請求項１４】
前記第２の負誘電体の一部除去方法が、化学機械研磨法又はプラズマエッチング法であることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の電磁波共振器の製造方法。
【請求項１５】
前記電磁波共振器の第１の負誘電体に基板を接合してから、型部材を取り除く工程を有することを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の電磁波共振器の製造方法。
【請求項１６】
請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の電磁波共振器の製造方法により、電磁波共振器を製造する工程と、
第２の負誘電体の一端に第２の電極を接続し、前記第１の負誘電体に第１の電極を接続し、前記第１、第２の電極に電源を接続する工程と、を有することを特徴とする電磁波発生素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波共振器、電磁波発生素子及びそれらの製造方法に関する。
マイクロ波、ミリ波、テラヘルツ波、赤外線、可視光線、紫外線などの様々な周波数領域において電磁界を増強するために用いられる、波長と同程度かそれより微小な寸法の電磁波共振器、電磁波発生素子及びそれらの製造方法に関する。
特に、金属材料を用いた、赤外線から紫外線の光領域の電磁波共振器、電磁波発生素子及びそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁波共振器は、コヒーレントな電磁波の発生や増幅、周波数選択、電磁界の増強による高感度電磁波検出や各種非線形効果の発現のために不可欠な素子として使用されている。中でも、負誘電体と正誘電体との界面に存在する表面波を利用した電磁波共振器は、小さな体積に大きな電磁界を閉じ込めることができ、大きな電磁波発生効果などを持つ構造として注目を集めている。
【０００３】
正誘電体とは誘電率の実数部が正の値であるものである。
正誘電体は、一般的な非金属材料が該当し、具体的にはガラス、セラミクス、半導体、高分子、液体などが挙げられる。また、空気やその他の気体、真空の空間も正誘電体と呼ぶこともできる。
【０００４】
負誘電体とは誘電率の実数部が負の値であるものである。
負誘電体は、物体が特定の周波数帯域においてのみ誘電率の実数部が負の値である特定の材料であってもよい。
代表的なものに、プラズマ周波数よりも低周波数、つまり可視光線や赤外線領域における金属材料が挙げられる。この他に、赤外線領域における酸化インジウムスズ、アルミニウムやガリウムをドープした酸化亜鉛などの透明導電性材料、遠赤外光領域からテラヘルツ波領域における炭化ケイ素や各種イオン結晶などの大きな格子振動の共鳴を示す材料、超伝導エネルギーギャップよりも低周波数のテラヘルツ波領域からマイクロ波領域における超伝導状態の超伝導材料、キャリアが励起された状態のシリコンなどの半導体材料、などがある。
【０００５】
表面波とは、その電磁界の振幅が界面において最大値を取り、界面から離れるに従って指数関数的に減衰するような分布を持ち、界面に沿って伝搬するような電磁波モードのことである。
負誘電体を金属材料とする場合の赤外線、可視光線領域での表面波は表面プラズモンまたは表面プラズモンポラリトン、負誘電体が炭化ケイ素や各種イオン結晶である場合のテラヘルツ波、赤外線領域での表面波は、表面ポラリトンまたは表面フォノンポラリトンと呼ばれる。
【０００６】
特許文献１は、赤外光源及びその製造方法に係るものである。この赤外光源は、電磁波共振器を用いた電磁波発生素子であり、金属矩形空洞を共振器として用いた赤外線発生素子である（特許文献１）。この素子は、金属矩形空洞を配列した格子を加熱して、共振器における表面プラズモンの共鳴を誘起し、特定の波長の赤外線の熱放射を増強するものである。
【０００７】
［共振器の作製上の問題］
しかしながら、従来の金属矩形空洞型の電磁波共振器では、所定の波長で共鳴を得るためには、幅が狭くて深さの大きな、アスペクト比（深さ／幅）の高い微細構造を作製する必要があった。
例えば、特許文献１によれば、波長２．５２μｍを得るためには、幅０．０４１μｍ、深さ０．３７８μｍ、アスペクト比９．２という構造が必要である。また、波長４．０μｍを得るためには、幅０．１μｍ、深さ０．６６μｍ、アスペクト比６．６という構造が必要である。更にまた、波長６．０μｍを得るためには、幅０．１５５μｍ、深さ１．１３μｍ、アスペクト比７．３という構造が必要である。いずれも、通常のフォトリソグラフィでは実現できないほど幅が小さく、通常のエッチングや型転写では実現できないほどアスペクト比の高い構造である。このような構造を実現するには特別の工夫を要し、容易ではない。
【０００８】
［熱放射という原理上の問題］
また、共振器から電磁波を発生させる原理として、熱放射現象を用いることからもいくつかの問題が生じていた。熱放射により得られる最大強度はプランクの法則により厳密に制限されている。高い強度の放射を得るためには共振器の温度を高くすることが必須であるが、そのために利用できる材料が耐熱性の高いものに制限され、多くの設計上の制約が生じていた。先述のような微細でアスペクト比の高い構造を高温環境に維持したり、温度上昇・下降を繰り返すことから、耐久性の面でも厳しい要求に応える必要があった。
また、電磁波共振器には一般に離散的な様々な次数の共鳴が現れることが避けられないが、そのいずれもがプランクの法則に従って放射に寄与し、特定の次数の波長だけを放射させることができなかった。
さらに、分析システムに赤外線発生素子を利用する場合には、多くの場合、高感度検出のために光源の輝度を変調してロックイン検出することが行われるが、従来の光源はエネルギー源として熱を利用していたために応答が緩慢で、効率の良い分析が難しかった。
【０００９】
［熱放射という原理を用いざるを得なかったことの由来となる問題］
そもそも、従来、熱放射を原理として利用せざるを得なかったのは、共振器の根本的な構造に起因するものであった。
発光素子に利用できる熱放射以外の発光機構には、半導体中の電子と正孔の再結合発光、無機材料や有機材料におけるエレクトロルミネッセンス、カソードルミネッセンス、トンネル発光などがあるが、これらはいずれも共振器の正誘電体部分に電流を流す必要のある方法である。
しかし、従来の共振器構造では、正誘電体領域を取り巻く負誘電体領域がすべて連結されて導通しており、正誘電体領域に電圧を印加して、電流を流すことができなかった。そのため、これらの多彩な発光機構を利用することができなかった。
【００１０】
なお、トンネル発光現象については、トンネル発光素子を共振器構造に組み込むことは示されていない（非特許文献１）。この非特許文献１では低温で発光実験を行っているが、その後の多くの研究により、室温でも同様の発光が生じることが明らかになっている。
【００１１】
特許文献２は、電磁波共振器とその製造方法、および電磁波の共振方法に係るものである。電磁波共振器の基本となる物理現象について記載されており、正誘電体薄膜でできたコアを負誘電体材料でできたクラッドによりはさんだ導波路の伝搬表面波が、導波路の端面で反射されることにより起こる共鳴現象の詳細について記載されている。この共鳴現象は、概略、以下のような特徴を有する。
【００１２】
正誘電体コアが負誘電体クラッドにはさまれた導波路には複数のモードの表面波が存在する。特にその最低次モードの表面波、より正確には、正誘電体と負誘電体の界面に垂直な電界成分を有し、カットオフ周波数を有さないモードの表面波が有用である。
この最低次モード表面波の一つの特徴は、自由空間（導波路外部の空間を指し、空気、真空、液体など、具体的な媒質は問わない）を伝搬する平面波と同じ電磁界の対称性を持つ。これにより、表面波モードの伝搬方向に平行に伝搬する電磁波を導波路端面に照射するだけで容易に励起できる。また、逆に端面から自由空間に電磁波を放射することもできる。
【００１３】
また、自由空間の電磁波は一般にある程度の角度分布を持って共振器に入射したり出射したりするので、ここではその平均的な伝搬方向を主伝搬方向と呼ぶ。
【００１４】
前記表面波のもう一つの特徴は、その表面波の波長λＰが、真空中を伝搬するときの波長（真空波長）λ０に比べて短く、コア厚さＴが小さくなるほどますます短くなることである。具体的な真空波長λ０と表面波波長λＰの関係式は特許文献２に示されている。なお、ここで真空波長λ０と表面波波長λＰという二つの波長が登場したが、以下、単に波長と呼ぶ場合には真空波長λ０を指すものとする。また、厳密には空気中の波長と真空中の波長はわずかに異なるが、その差は極めて小さいので、真空波長とは、事実上、空気中で観測される波長を意図するものとする。
【００１５】
このような表面波が導波路の端面に到達した時、表面波は反射され、導波路へと再び戻っていく。この時の反射率はコア厚さＴが小さいほど高くなる。入射波に対してどのような位相関係で反射されるかは、端面の状態により決まる。端面の先が正誘電体で覆われている場合（開放端と呼ぶ）には、端面にて電界が極大になるような位相関係で反射する。従って、伝搬方向の両端が開放端の場合には、導波路の長さＬが（１／２）λＰ、（２／２）λＰ、（３／２）λＰ、・・・に一致するような飛び飛びの波長λＰの表面波が定在波を形成する。つまり、このような導波路はこれらの波長を持った表面波に対する共振器として働く。
ただし、厳密に言うと、開放端において電界が正確に極大になるわけではなく、多少のしみ出しが起こる。そのため、設計にあたっては若干の補正（気柱の共鳴において有名な開口端補正と同様）が必要である。適切な数値計算手法により、マックスウェル方程式の厳密計算を行い、正誘電体コア内部およびその近傍に蓄積される電磁気的エネルギーが極大になる条件を探せば、目的の真空波長λ０の電磁波がちょうど共鳴するような導波路長を正確に求めることができる。
【００１６】
以上が、特許文献２において開示されている電磁波の共鳴現象である。非特許文献２にも同様の記載がある。
【００１７】
特許文献２においては、共振器内で定在波を形成する表面波の伝搬方向と、自由空間中の電磁波の主伝搬方向が平行であることを前提としていた。
ところが最近、表面波の伝搬方向と、電磁波の主伝搬方向が直交する場合にすら、自由空間中の電磁波で共振器内に表面波の共鳴を励起したり、共振器内の表面波の共鳴により自由空間中に電磁波を放射したりできることがわかってきた。
特許文献３は、Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｈａｖｉｎｇ  ａ  ｖｅｒｙ  ｔｈｉｎ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ｒｅｇｉｏｎに係るものである。特許文献３には、前記共鳴現象を利用して、半導体材料でできた光検出器を実現する事例が示されている。
【００１８】
特許文献３のＦｉｇ．３には、一つの共振器が示されている。具体的には、ｍｅｔａｌ  ｌａｙｅｒ３１上にｓｉｌｉｃｏｎ  ｌａｙｅｒ３３が形成され、ｓｉｌｉｃｏｎ  ｌａｙｅｒ３３上に平面視帯状のｍｅｔａｌ  ｐａｄ３７が形成されている。
特許文献３のＦｉｇ．４ではでは、ｓｉｌｉｃｏｎ  ｌａｙｅｒ３３は連続膜ではなく、ｍｅｔａｌ  ｐａｄ３７の直下部だけに配置されている。
【００１９】
特許文献３のＦｉｇ．５には、別の共振器が示されている。具体的には、ｍｅｔａｌ  ｌａｙｅｒ３１上にｓｉｌｉｃｏｎ  ｌａｙｅｒ３３が形成され、ｓｉｌｉｃｏｎ  ｌａｙｅｒ３３上に平面視略矩形状のｍｅｔａｌ  ｐａｄ４３が形成されている。
【００２０】
特許文献３のＦｉｇ．３〜５のいずれの場合も、ｓｉｌｉｃｏｎ  ｌａｙｅｒ３３を挟み込むｍｅｔａｌ  ｌａｙｅｒとｍｅｔａｌ  ｐａｄとで形成された面内の導波路を波長λＰの表面波が伝搬する。
特許文献３のＦｉｇ．３、４ではストライプ幅が考えるべき導波路長となり、ストライプ幅が（１／２）λＰ、（３／２）λＰ、（５／２）λＰ、・・・に一致する時にトライプ幅方向に表面波の定在波が形成され、共鳴が起こる。ここで、導波路の両端面が同相で励振される事情により、偶数次の共鳴が禁制になる点が、特許文献２の場合と異なる第一の点である。
特許文献３のＦｉｇ．５では同様に、平面視略矩形状のｍｅｔａｌ  ｐａｄ４３の縦横の長さがそれぞれ（１／２）λＰ、（３／２）λＰ、（５／２）λＰ、・・・に一致する時に縦方向または横方向に表面波の定在波が形成され、共鳴が起こる。特許文献２と異なる第二の点は、これらの矩形面内に伝搬する表面波が、直交するｍｅｔａｌ  ｐａｄ４３の深さ方向に主伝搬方向を持つ電磁波と共鳴することである。
【００２１】
しかし、特許文献３では、コアを形成するｓｉｌｉｃｏｎ  ｌａｙｅｒ３３が半導体材料であり、共振器を光検出器に利用する場合に限定されている。
また、半導体以外の材料をコアの材料として用いたり、光源など、他の機能を持つ光学素子にこの共振器構造が利用できることは記載されていない。また、例えば、電気的機能を持つ素子への応用のためには個々のｍｅｔａｌ  ｐａｄ４３を電気的に接続せねばならないにも関わらず、光学特性に影響を与えることなく、ｍｅｔａｌ  ｐａｄ４３間を電気的に接続する方法の検討はない（特許文献３、Ｆｉｇ．５参照）。更にまた、従来、波長２μｍから１０μｍの領域の赤外波長域で、特定の波長を放射する良い光源が存在しなかった。
【００２２】
以上の事情を考慮して、本願発明者は新たな構造の電磁波共振器を製造した。特許文献４には、その電磁波共振器とその製造方法、およびそれを用いた電磁波発生素子が記載されている。この電磁波共振器は、第１の負誘電体に設けた溝の表面に正誘電体薄膜を形成し、その上に溝を充填するように第２の負誘電体を形成した構造を有している。しかしこの電磁波共振器でも、工程が複雑であるという製造法上の問題があった。また、前記製造法上の問題に起因して、電磁波共振器の特性の再現性・信頼性に欠けるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】国際公開第２００７／１３９０２２号
【特許文献２】国際公開第２００６／０９３０５６号
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１２／００３２２９２号明細書
【特許文献４】国際公開第２０１１／１０８５６２号
【非特許文献】
【００２４】
【非特許文献１】Ｊ．Ｌａｍｂｅ  ａｎｄ  Ｓ．Ｌ．ＭｃＣａｒｔｈｙ，"Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｆｒｏｍ  Ｉｎｅｌａｓｔｉｃ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ"，Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌｕｍｅ  ３７，Ｎｕｍｂｅｒ  １４，ｐｐ．９２３−９２５，１９７６．
【非特許文献２】Ｙ．Ｋｕｒｏｋａｗａ  ａｎｄ  Ｈ．Ｔ．Ｍｉｙａｚａｋｉ，"Ｍｅｔａｌ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−ｍｅｔａｌ  ｐｌａｓｍｏｎ  ｎａｎｏｃａｖｉｔｉｅｓ：  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ"，Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ，Ｖｏｌｕｍｅ  ７５，Ｎｕｍｂｅｒ  ３，０３５４１１，２００７．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明は、表面波を利用した電磁波共振器を用いる技術に関するものであって、第１の負誘電体と第２の負誘電体との間に設けられた正誘電体薄膜に電圧を印加可能な電磁波共振器、厚さの薄い正誘電体薄膜であっても容易に製造できる電磁波共振器の製造方法、正誘電体薄膜を発光可能とした電磁波発生素子及びその容易な製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明は、以下の構成を有する。
（１）  ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸からなる３次元座標系のｚ軸に沿う方向を電磁波の入出力される主方向としたとき、ｘ軸、ｙ軸に平行で＋ｚ軸方向を向いた平面状の表面を有する第１の負誘電体と、前記第１の負誘電体の表面上に設けられた正誘電体薄膜と、前記正誘電体薄膜の前記第１の負誘電体と反対側の面に設けられた第２の負誘電体と、を有し、表面波を利用する電磁波共振器であって、前記正誘電体薄膜の厚さ（Ｔ）が［０．５×電磁波の波長（λ０）］／［正誘電体薄膜の屈折率（ｎ）］未満であり、前記第２の負誘電体が、平面視形状が異なる共振器用板状部材と配線部用板状部材とが連結されてなり、配線部用板状部材の一辺の長さが共振器用板状部材の一辺のいずれか短い方の１／２倍以下の長さであることを特徴とする電磁波共振器。
（２）  前記第２の負誘電体が共振器用板状部材と配線部用板状部材とが交互に連結されてなり、ｙ軸方向に伸長された略帯状をなすことを特徴とする（１）に記載の電磁波共振器。
（３）  前記第２の負誘電体がｘ軸方向に複数配列されていることを特徴とする（１）又は（２）に記載の電磁波共振器。
（４）  前記第２の負誘電体がｘ軸方向に周期的に配列されていることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の電磁波共振器。
（５）  前記共振器用板状部材が、［電磁波の波長（λ０）］／［正誘電体薄膜の屈折率（ｎ）］の直径の円内に収まる大きさであることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の電磁波共振器。
（６）  前記共振器用板状部材が平面視矩形状であり、０．５×λ０／ｎ未満である１辺を有することを特徴とする（５）に記載の電磁波共振器。
（７）  前記配線用板状部材の他辺の長さが共振器用板状部材の一辺のいずれかの０．５倍以上１．５倍以下の長さであることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の電磁波共振器。
（８）  （１）〜（７）のいずれかに記載の電磁波共振器と、前記第２の負誘電体の一端に接続された第２の電極と、前記第１の負誘電体に接続された第１の電極と、前記第１、第２の電極に接続された電源と、を有することを特徴とする電磁波発生素子。
（９）  前記正誘電体薄膜上に絶縁膜が積層されており、前記絶縁膜上に前記第２の電極が積層されていることを特徴とする（８）に記載の電磁波発生素子。
（１０）  ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸からなる３次元座標系のｚ軸に沿う方向を電磁波の入出力される主方向としたとき、ｘ軸、ｙ軸に平行で＋ｚ軸方向を向いた平面状の表面を有する第１の負誘電体と、前記第１の負誘電体の表面上に設けられた正誘電体薄膜と、前記正誘電体薄膜の前記第１の負誘電体と反対側の面に設けられ、ｙ軸方向に伸びる略帯状の第２の負誘電体と、を有し、表面波を利用する電磁波共振器と、前記第２の負誘電体の一端に接続された第２の電極と、前記第１の負誘電体に接続された第１の電極と、前記第１、第２の電極に接続された電源と、を有することを特徴とする電磁波発生素子。
（１１）  前記正誘電体薄膜上に絶縁膜が積層されており、前記絶縁膜上に前記第２の電極が積層されていることを特徴とする（１０）に記載の電磁波発生素子。
（１２）  ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸からなる３次元座標系のｚ軸に沿う方向を電磁波の入出力される主方向としたとき、ｘ軸、ｙ軸に平行で＋ｚ軸方向を向いた平面状の表面を有する第１の負誘電体と、前記第１の負誘電体の表面上に設けられた正誘電体薄膜と、前記正誘電体薄膜の前記第１の負誘電体と反対側の面に設けられ、ｙ軸方向に伸びる略帯状の第２の負誘電体と、を有し、表面波を利用する電磁波共振器の製造方法であって、一面に凹部を形成した型部材を作製する工程と、前記型部材の一面を覆うように第２の負誘電体を形成する工程と、前記型部材の一面が露出するように第２の負誘電体を一部除去する工程と、前記型部材の一面に正誘電体薄膜を形成する工程と、前記正誘電体薄膜の一面に第１の負誘電体を形成する工程と、を有することを特徴とする電磁波共振器の製造方法。
（１３）  前記正誘電体薄膜の形成方法が、原子層堆積法、化学的気相成長法、スパッタリング又は蒸着法のいずれかであることを特徴とする（１２）に記載の電磁波共振器の製造方法。
（１４）  前記第２の負誘電体の一部除去方法が、化学機械研磨法又はプラズマエッチング法であることを特徴とする（１２）又は（１３）に記載の電磁波共振器の製造方法。
（１５）  前記電磁波共振器の第１の負誘電体に基板を接合してから、型部材を取り除く工程を有することを特徴とする（１２）〜（１４）のいずれかに記載の電磁波共振器の製造方法。
（１６）  （１２）〜（１５）のいずれかに記載の電磁波共振器の製造方法により、電磁波共振器を製造する工程と、第２の負誘電体の一端に第２の電極を接続し、前記第１の負誘電体に第１の電極を接続し、前記第１、第２の電極に電源を接続する工程と、を有することを特徴とする電磁波発生素子の製造方法。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の電磁波共振器は、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸からなる３次元座標系のｚ軸に沿う方向を電磁波の入出力される主方向としたとき、ｘ軸、ｙ軸に平行で＋ｚ軸方向を向いた平面状の表面を有する第１の負誘電体と、前記第１の負誘電体の表面上に設けられた正誘電体薄膜と、前記正誘電体薄膜の前記第１の負誘電体と反対側の面に設けられた第２の負誘電体と、を有し、表面波を利用する電磁波共振器であって、前記正誘電体薄膜の厚さ（Ｔ）が［０．５×電磁波の波長（λ０）］／［正誘電体薄膜の屈折率（ｎ）］未満であり、前記第２の負誘電体が、平面視形状が異なる共振器用板状部材と配線部用板状部材とが連結されてなり、配線部用板状部材の一辺の長さが共振器用板状部材の一辺のいずれか短い方の１／２倍以下の長さであり、配線部用板状部材の他辺の長さが共振器用板状部材の一辺のいずれかの０．５倍以上１．５倍以下の長さである構成なので、第１の負誘電体と第２の負誘電体との間に設けられた正誘電体薄膜に配線用板状部材を介して電圧を印加可能でありながら、偏光依存性無く、共振器用板状部材の一辺の長さで規定される電磁波のみを共振させることができる、電磁波共振器とすることができる。
【００２８】
また、本発明の電磁波共振器では２つの負誘電体領域間を電気的に絶縁することが可能なので、間に挟まれる正誘電体薄膜に電圧を印加し、半導体中の電子と正孔の再結合発光、無機材料や有機材料におけるエレクトロルミネッセンス、カソードルミネッセンス、トンネル発光など、様々な発光機構を利用した電磁波発生素子に応用することができる。
【００２９】
中でもトンネル発光を利用した電磁波発生素子に応用した場合には、電圧を印加するだけで、室温のままで発光するので、材料には高い耐熱性が要求されず、設計の自由度が増す上に、素子の信頼性の確保も容易になる。従来研究されてきたトンネル発光素子には共振器構造は組み込まれていなかったので、発光は微弱であったが、本発明では、共振器による輻射場増強作用により、実用的な発光が得られることが期待される。また、そのエネルギー源は熱ではなくて電子のエネルギーそのものなので、電圧の変調により高速な輝度変調が可能である。
【００３０】
またトンネル発光では、放射スペクトルが印加電圧に依存して変化することが知られている。特に共振器を用いた本発明においては、印加電圧をちょうど一つの共鳴波長に対応した値に設定すると、その特定の次数の共鳴波長だけを放射させることができる。
【００３１】
本発明の電磁波発生素子は、（１）〜（７）のいずれかに記載の電磁波共振器と、前記第２の負誘電体の一端に接続された第１の電極と、前記第１の負誘電体に接続された第２の電極と、前記第１、第２の電極に接続された電源と、を有する構成なので、正誘電体薄膜から発生させた電磁波のうち、共振器用板状部材の一辺の長さで規定される電磁波のみを共振させて、かつ、偏光依存性を無くして放射させることができる。
【００３２】
本発明の電磁波発生素子は、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸からなる３次元座標系のｚ軸に沿う方向を電磁波の入出力される主方向としたとき、ｘ軸、ｙ軸に平行で＋ｚ軸方向を向いた平面状の表面を有する第１の負誘電体と、前記第１の負誘電体の表面上に設けられた正誘電体薄膜と、前記正誘電体薄膜の前記第１の負誘電体と反対側の面に設けられ、ｙ軸方向に伸びる略帯状の第２の負誘電体と、を有し、表面波を利用する電磁波共振器と、前記第２の負誘電体の一端に接続された第２の電極と、前記第１の負誘電体に接続された第１の電極と、前記第１、第２の電極に接続された電源と、を有する構成なので、共振器となる略帯状の第２の負誘電体の一辺の長さで規定される電磁波のみを共振させて放射させることができる。これにより、正誘電体薄膜を発光可能とした電磁波発生素子を提供できる。また、波長２μｍから１０μｍの領域の赤外波長域の光を出す上で特に障害もなく、また、室温動作、高速変調が可能で、直線偏光した光を放射することができる光源を作成することができる。
【００３３】
本発明の電磁波共振器の製造方法は、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸からなる３次元座標系のｚ軸に沿う方向を電磁波の入出力される主方向としたとき、ｘ軸、ｙ軸に平行で＋ｚ軸方向を向いた平面状の表面を有する第１の負誘電体と、前記第１の負誘電体の表面上に設けられた正誘電体薄膜と、前記正誘電体薄膜の前記第１の負誘電体と反対側の面に設けられ、ｙ軸方向に伸びる略帯状の第２の負誘電体と、を有し、表面波を利用する電磁波共振器の製造方法であって、一面に凹部を形成した型部材を作製する工程と、前記型部材の一面を覆うように第２の負誘電体を形成する工程と、前記型部材の一面が露出するように第２の負誘電体を一部除去する工程と、前記型部材の一面に正誘電体薄膜を形成する工程と、前記正誘電体薄膜の一面に第１の負誘電体を形成する工程と、を有する構成なので、共振器用板状部材の一辺の長さで規定される電磁波のみを共振させることが可能な電磁波共振器を容易に製造できる。
これにより、厚さの薄い正誘電体薄膜であっても後の工程で過酷な環境に曝されることがないために、高い信頼性で製造できる。また、本発明の電磁波共振器は、量産に適用されている工程だけで完成させることができ、製造が容易である。それにともないコストも低く、様々な用途に応用可能となる。
【００３４】
本発明の電磁波発生素子の製造方法は、（１２）〜（１５）のいずれかに記載の電磁波共振器の製造方法により、電磁波共振器を製造する工程と、第２の負誘電体の一端に第２の電極を接続し、前記第１の負誘電体に第１の電極を接続し、前記第１、第２の電極に電源を接続する工程と、を有する構成なので、正誘電体薄膜から発生させた電磁波のうち、共振器用板状部材の一辺の長さで規定される電磁波のみを共振させて放射させることが可能な電磁波発生素子を容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態である電磁波共振器の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態である電磁波共振器の別の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態である電磁波共振器の製造工程図であって、平面図（ａ）及びＢ−Ｂ’線における断面図（ｂ）である。
【図４】本発明の実施形態である電磁波共振器の製造工程図であって、平面図（ａ）及びＢ−Ｂ’線における断面図（ｂ）である。
【図５】本発明の実施形態である電磁波共振器の製造工程図であって、平面図（ａ）及びＢ−Ｂ’線における断面図（ｂ）である。
【図６】本発明の実施形態である電磁波共振器の製造工程図であって、平面図（ａ）及びＢ−Ｂ’線における断面図（ｂ）である。
【図７】本発明の実施形態である電磁波共振器の製造工程図であって、平面図（ａ）及びＢ−Ｂ’線における断面図（ｂ）である。
【図８】本発明の実施形態である電磁波共振器の製造工程図であって、平面図（ａ）及びＢ−Ｂ’線における断面図（ｂ）である。
【図９】本発明の実施形態である電磁波共振器の製造工程図であって、平面図（ａ）及びＢ−Ｂ’線における断面図（ｂ）である。
【図１０】本発明の実施形態である電磁波共振器の製造工程図であって、平面図（ａ）及びＢ−Ｂ’線における断面図（ｂ）である。
【図１１】本発明の実施形態である電磁波発生素子の一例を示す図である。
【図１２】図１１に示す電磁波発生素子の電磁波共振器配列体の拡大図である。
【図１３】本発明の実施形態である電磁波発生素子の電磁波共振器配列体の断面の例を示す図（端面の多様性を示す図）である。
【図１４】本発明の実施形態である電磁波発生素子の製造工程図であって、平面図（ａ）及びＣ−Ｃ’線における断面図（ｂ）である。
【図１５】本発明の実施形態である電磁波発生素子の製造工程図であって、平面図（ａ）及びＣ−Ｃ’線における断面図（ｂ）である。本発明の実施形態である電磁波共振器の製造工程図でもある。
【図１６】本発明の実施形態である電磁波発生素子の製造工程図であって、平面図（ａ）及びＣ−Ｃ’線における断面図（ｂ）である。本発明の実施形態である電磁波共振器の製造工程図でもある。
【図１７】本発明の実施形態である電磁波発生素子の製造工程図であって、平面図（ａ）及びＣ−Ｃ’線における断面図（ｂ）である。本発明の実施形態である電磁波共振器の製造工程図でもある。
【図１８】本発明の実施形態である電磁波発生素子の製造工程図であって、平面図（ａ）及びＣ−Ｃ’線における断面図（ｂ）である。本発明の実施形態である電磁波共振器の製造工程図でもある。
【図１９】本発明の実施形態である電磁波発生素子の製造工程図であって、平面図（ａ）及びＣ−Ｃ’線における断面図（ｂ）である。本発明の実施形態である電磁波共振器の製造工程図でもある。
【図２０】本発明の実施形態である電磁波発生素子の製造工程図であって、平面図（ａ）及びＣ−Ｃ’線における断面図（ｂ）である。本発明の実施形態である電磁波共振器の製造工程図でもある。
【図２１】本発明の実施形態である電磁波発生素子の製造工程図であって、平面図（ａ）及びＣ−Ｃ’線における断面図（ｂ）である。
【図２２】本発明の実施形態である電磁波発生素子の製造工程図であって、平面図（ａ）及びＣ−Ｃ’線における断面図（ｂ）である。
【図２３】本発明の実施形態である電磁波発生素子の製造工程図であって、平面図（ａ）及びＣ−Ｃ’線における断面図（ｂ）である。
【図２４】本発明の実施形態である電磁波共振器の吸収スペクトルを示すグラフである。
【図２５】本発明の実施形態の特徴を説明するための構造の異なる電磁波共振器の吸収スペクトルの偏光角度依存性を示すグラフである。
【図２６】本発明の実施形態である電磁波発生素子の吸収スペクトルを示すグラフである。
【図２７】本発明の実施形態である電磁波発生素子の吸収スペクトルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
（本発明の実施形態）
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
【００３７】
＜電磁波共振器＞
まず、本発明の実施形態である電磁波共振器について説明する。
図１は、本発明の実施形態である電磁波共振器の一例を示す図であって、平面図（ａ）、正面図（ｂ）及び説明図（ｃ）である。
第２の負誘電体１０２の一辺１０２ｃに平行な方向をｘ軸方向とし、第２の負誘電体１０２の表面で、ｘ軸方向に垂直な方向をｙ軸方向とする。また、ｘ軸方向及びｙ軸方向に垂直な方向をｚ軸方向とする。更にまた、第２の負誘電体１０２の深さ方向を−ｚ軸方向とし、その反対方向を＋ｚ軸方向とする。
【００３８】
図１（ａ）に示すように、本発明の実施形態である電磁波共振器１４８は、平面視略帯状の第２の負誘電体１０２により区画された領域の内、共振器用板状部材１４８ａと、それに接続された１つ以上の配線部用板状部材１４８ｂとで区画された領域である。これが次々に連結されることにより、ｙ軸方向に伸長された略帯状の第２の負誘電体１０２が形成されている。
また、図１（ｂ）に示すように、電磁波共振器１４８は、第１の負誘電体１０１と正誘電体薄膜１０３と第２の負誘電体１０２が積層された構造で区画された領域である。
【００３９】
図１（ｂ）に示すように、電磁波共振器１４８は、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸からなる３次元座標系のｚ軸に沿う方向を電磁波の入出力される主方向としたとき、ｘ軸、ｙ軸に平行で＋ｚ軸方向を向いた平面状の表面を有する厚さＵの第１の負誘電体１０１を有する。
また、第１の負誘電体１０１の表面上に設けられた正誘電体薄膜１０３を有する。正誘電体薄膜１０３は、厚さＴの連続膜で形成されている。
また、正誘電体薄膜１０３の前記第１の負誘電体１０１と反対側の面に設けられ、ｙ軸方向に伸長された略帯状の第２の負誘電体１０２を有する。第２の負誘電体１０２は厚さＶで形成されている。
ここで、前記正誘電体薄膜の厚さ（Ｔ）は［０．５×電磁波の波長（λ０）］／［正誘電体薄膜の屈折率（ｎ）］未満である。
これにより、電磁波共振器１４８において、正誘電体薄膜内部にｚ方向の定在波を有する共鳴の形成を防止し、正誘電体薄膜と第１、第２の負誘電体とではさまれた導波路のｘｙ面内を伝搬する最低次モードの表面波の定在波だけが形成される状況を実現する。
【００４０】
図１（ａ）に示すように、第２の負誘電体１０２が、平面視形状が異なる配線部用板状部材１４８ｂと共振器用板状部材１４８ａとが伸長方向に交互に連結されてなる。
具体的には、第２の負誘電体１０２は、ｘ方向に幅Ｌｘ、ｙ方向に幅Ｌｙでｙ方向に周期Ｐｙにて配列された共振器用板状部材１４８ａと、ｘ方向に幅Ｗｘ、ｙ方向に幅Ｗｙの配線部用板状部材１４８ｂが交互に連結されてなる。第２の負誘電体１０２は、ｘ方向に周期Ｐｘにて配列されている。
【００４１】
配線部用板状部材１４８ｂの一辺の長さＷｘが共振器用板状部材１４８ａの一辺Ｌｘ、Ｌｙのいずれか短い方の１／２倍以下の長さである。さらに望ましくはＷｘ＜Ｌｘ／１０かつＷｘ＜Ｌｙ／１０である。
これにより、共振器用板状部材１４８ａの一辺の長さで規定される電磁波の波長において、配線部用板状部材１４８ｂが長さＷｘ方向の共振器として同時に動作してしまうことを防止し、共振器用板状部材１４８ａで決まる電磁波共振器１４８の共鳴状態を維持する効果が期待できる。
【００４２】
配線部用板状部材１４８ｂの他辺Ｗｙの長さが共振器用板状部材１４８ａの一辺Ｌｘ、Ｌｙのいずれかの０．５倍以上１．５倍以下の長さである。さらに望ましくは、配線部用板状部材１４８ｂの長さＷｙがＬｘまたはＬｙの０．８倍から１．２倍となるようにすると良い。
その場合、隣接する共振器用板状部材１４８ａとの距離Ｐｙ−Ｌｙが適切な長さよりも短い場合には、配線部用板状部材１４８ｂをｙ軸に対して傾斜して配置したり、直線とせずに湾曲させて、中心軸長がこの長さになるように調整すればよい。
これにより、連結した方向（図１ではｙ軸方向）に隣り合う共振器用板状部材１４８ａどうしの互いに向かい合った領域では定在波の振動方向が逆相になるにも関わらず、それらを配線用板状部材１４８ｂで連結しても定在波の形成を妨げることが防止でき、その結果、共振器の偏光依存性を低減させる効果が期待できる。配線用板状部材１４８ｂの他辺Ｗｙの長さが上記条件を満たさない場合には、配線用板状部材１４８ｂで互いに連結されていることにより、共振器用板状部材１４８ａにてｙ偏光に対する定在波の形成が阻害され、その結果、共振器は強い偏光依存性を持つこととなる。
【００４３】
第２の負誘電体１０２がｘ軸方向に複数配列されていることが好ましい。また、第２の負誘電体１０２がｘ軸方向に周期的に配列されていることが好ましい。
以上の構成とすることにより、広い面積を伝搬する電磁波を効率良く共振器と相互作用させることができ、共振させる電磁波の総量を高めることができる。
【００４４】
また、共振器用板状部材１４８ａが、［電磁波の波長（λ０）］／［正誘電体薄膜の屈折率（ｎ）］の直径の円内に収まる大きさであることが好ましい。これにより、共振器用板状部材１４８ａの外形で規定される領域において、正誘電体薄膜と第１、第２の負誘電体とではさまれた導波路のｘｙ面内を伝搬する最低次モードの表面波の定在波が形成される状況を実現し、電磁波の強度を高めることができる。
具体的には、共振器用板状部材１４８ａが平面視矩形状であり、０．５×λ０／ｎ未満である１辺を有することが好ましい。
【００４５】
図１（ｃ）に示すように、本発明の実施形態である電磁波共振器１４８は、共振器用板状部材１４８ａの一辺Ｌｘで規定される長さで、表面波を利用して、電磁波を共振させることができる。
【００４６】
なお、図１（ａ）に示すように、電磁波共振器１４８が平行に配列され、電磁波共振器配列体１０８を形成している。これにより、広い面積を伝搬する電磁波を効率良く共振器と相互作用させることができ、共振させる電磁波の総量を高めることができる。
【００４７】
第２の負誘電体１０２は５本に限られるものではない。１本でもよく、数十万本としてもよい。
電磁波共振器配列体１０８は１００μｍ２の正方形領域として、第２の負誘電体１０２の帯間隔Ｐを５００ｎｍとした場合、例えば、第２の負誘電体１０２の本数は２００本とする。また、電磁波共振器配列体１０８は１０ｍｍ２の正方形領域として、第２の負誘電体１０２の帯間隔Ｐを５００ｎｍとした場合、例えば、第２の負誘電体１０２の本数は２００００本とする。
【００４８】
「第１の負誘電体」
第１の負誘電体１０１の材料としては、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、タングステン、白金、パラジウム、ニッケルの群から選択されるいずれかの金属又はこれらの金属が組み合わされてなる合金を用いることができる。第１の負誘電体１の厚さＵは、１０〜１０００ｎｍとすることが好ましく、１００〜５００ｎｍとすることがより好ましい。
【００４９】
「第２の負誘電体」
第２の負誘電体１０２の材料は第１の負誘電体１と同じ材料を用いても、異なる材料を用いても良い。
第２の負誘電体２の厚さＶは、１０ｎｍ以上とすることが好ましく、１００ｎｍ以上とすることがより好ましく、１μｍとしてもよい。
【００５０】
「正誘電体薄膜」
正誘電体薄膜１０３の材料は、無機酸化物などを挙げることができる。
【００５１】
図２は、第２の負誘電体の共振器用板状部材１４８ａと配線部用板状部材１４８ｂの平面視形状の別の例を示す図である。
図２（ａ）に示すように、第２の負誘電体６０２は、このように互いに連結する配線部用板状部材１４８ｂの接続方向はｙ軸方向に限定するものではなく、ｘ軸、ｙ軸両方向に縦横に連結しても良い。また、共振器用板状部材１４８ａと配線部用板状部材１４８ｂの接続位置は、例えばｙ軸方向の隣接する共振器用板状部材１４８ａを接続する場合、必ずしもｘ軸方向の中心どうしを接続する必要はない。
Ｗｗは伸長方向に垂直な方向の幅であり、Ｗｘより狭い幅となる。また、ＷＬは伸長方向の長さである。
【００５２】
また、図２（ｂ）に示すように、第２の負誘電体７０２は、配線部用板状部材１４８ｂの接続方向は直線に限定するものではなく、曲線でもよい。
具体的には、共振器用板状部材１４８ａの伸長方向は、例えばｙ軸方向の隣接する共振器用板状部材１４８ａを接続する場合、ｙ軸に平行である必要はない。
Ｗｗは伸長方向に垂直な方向の幅であり、Ｗｘより狭い幅となる。また、ＷＬは伸長方向の長さである。
【００５３】
電磁波共振器配列体１０８における平面視パターンを、ｘ方向に周期配列された構造としたが、これに限られるものではなく、第２の負誘電体１０２は１列だけであっても、また、周期的ではない間隔で配列しても良い。第２の負誘電体１０２の列数や配列は、電磁波共振器の用途やその他各種の条件に従って適宜選択することができる。
【００５４】
なお、現実の使用の上では、応用上支障のない限り、電磁波共振器配列体１０８の最表面にシリカなどの保護薄膜を成膜し、ナノ構造を露出させないことが望ましい。その場合には、保護薄膜の屈折率や厚さに応じて、共鳴波長が変化するので、最初からその効果を見込んで設計しておく必要がある。
【００５５】
＜電磁波共振器の製造方法＞
次に、本発明の実施形態である電磁波共振器の製造方法について説明する。
本発明の実施形態である電磁波共振器の製造方法は、一面に凹部を形成した型部材を作製する工程と、前記型部材の一面を覆うように第２の負誘電体を形成する工程と、前記型部材の一面が露出するように第２の負誘電体を一部除去する工程と、前記型部材の一面に正誘電体薄膜を形成する工程と、前記正誘電体薄膜の一面に第１の負誘電体を形成する工程と、を有する。
【００５６】
本発明の実施形態である電磁波共振器は、先に記載した電磁波共振器の構成に限られるものではなく、後に記載する電磁波発生素子の電磁波共振器の製造方法にも適用できる。
図３〜１０は、本発明の実施形態である電磁波共振器の製造方法の一例を示す工程図である。
まず、一般的な半導体加工技術を用いて、両面を研磨したシリコン基板４に、一定の周期で配列された同一幅、同一深さの角溝４ｅを加工して型部材とする（図３）。
次に、加工面上に、第２の負誘電体材料４２（例えば、金）を直流マグネトロンスパッタリングにより成膜する（図４）。
【００５７】
次に、この金を成膜した面を、化学機械研磨（ＣＭＰ）法にて、シリコン基板をストップ層として研磨する（図５）。これにより、第２の負誘電体材料４２を第２の負誘電体２とされる。
前記第２の負誘電体の一部除去方法は、プラズマエッチング法を用いてもよい。
【００５８】
次に、研磨面上に、正誘電体薄膜３（例えば、厚さＴの酸化アルミニウム）を原子層堆積（ＡＬＤ）法にて均一に成膜する（図６）。
前記正誘電体薄膜の形成方法は、化学的気相成長法、スパッタリング又は蒸着法のいずれかを用いてもよい。
【００５９】
次に、正誘電体薄膜３上に、第１の負誘電体１（例えば、厚さＵの金）をスパッタリング成膜する（図７）。
次に、第１の負誘電体１に基板７を付ける（図８）。
次に、これを裏返す（図９）。中赤外波長ではシリコンが透過材料なのでシリコンを入出射面として用いて良く、その場合にはこれで完成である。
次に、シリコンを入出射面として用いたくない場合には、シリコンのみを選択的にエッチングする水酸化カリウム溶液にてシリコン基板（型部材）４を溶解する（図１０）。
【００６０】
この方法の第１の特徴は、量産に適用されている工程だけで構成されていることである。第２の特徴は、共鳴の要となる極薄の正誘電体薄膜３がその後過酷な環境に曝されない点にある。第３の特徴は、高精度な加工法が確立しているシリコンの加工精度で第２の負誘電体部分で決まる共振器の寸法を高精度に実現できることである。このことは設計通りの波長で共鳴する共振器を実現するために、重要な用件である。
【００６１】
また、シリコンなど適当な基板上に第１の負誘電体薄膜１である金，正誘電体薄膜２である酸化アルミニウムをそれぞれスパッタリング、ＡＬＤにて成膜し、その上に再びスパッタリングにて第２の負誘電体薄膜２である金を成膜し、その上に一般的なフォトリソグラフィプロセスにてレジストや、必要に応じて金属や酸化物製のマスクをパターニングし、少なくとも第２の負誘電体薄膜２の露出部が消滅するまでドライエッチングするという手法がある。
しかし、この場合、極薄の正誘電体薄膜３がドライエッチング時の過酷な環境に曝されることになる。また、ドライエッチングではレジストやマスクも同時にエッチングされるので、第２の負誘電体の部分の寸法を設計通りに高精度に再現性良く実現するには加工条件の緻密な設定が必要で、容易なことではない。従って、設計通りの波長で共鳴する共振器を実現することが困難である。
本発明の実施形態である電磁波共振器の製造方法は、この従来の問題を解消できる。
【００６２】
＜電磁波発生素子＞
次に、本発明の実施形態である電磁波発生素子について説明する。
図１１は、本発明の実施形態である電磁波発生素子の一例を示す図であって、平面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。図１２は、その電磁波発生素子の電磁波共振器の拡大図である。
平面視略矩形状に形成された電極１０の一辺１０ｃに平行な方向をｘ軸方向とし、ｘ軸方向に垂直な方向をｙ軸方向とする。また、ｘ軸方向及びｙ軸方向に垂直な方向をｚ軸方向とする。更にまた、基板の深さ方向を−ｚ軸方向とし、その反対方向を＋ｚ軸方向とする。
【００６３】
図１１（ｂ）に示すように、本発明の実施形態である電磁波発生素子３１は、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸からなる３次元座標系のｚ軸に沿う方向を電磁波の入出力される主方向としたとき、ｘ軸、ｙ軸に平行で＋ｚ軸方向を向いた平面状の表面を有する第１の負誘電体１を基板７上に有する。また、第１の負誘電体１の表面上に設けられた正誘電体薄膜３を有する。また、正誘電体薄膜３の第１の負誘電体１と反対側の面に設けられ、ｙ軸方向に伸びる略帯状の第２の負誘電体２を有する。これにより、電磁波共振器４８が形成されている。
更にまた、図１１（ａ）に示すように、第２の負誘電体２の一端に接続された平面視正方形状の第２の電極１０と、前記第１の負誘電体１に接続された第１の電極２４と、前記第１、第２の電極に導線１１、１２を介して接続された電源（図示略）と、を有する。
第２の電極１０は平面視正方形状の絶縁膜９上に形成されており、バンプ２３を介して導線１２と接続されている。また、正誘電体薄膜３の一角は三角形状に切り欠けられており、正誘電体薄膜３の下層となる第１の負誘電体１を露出させている。ここで、負誘電体１はバンプ（電極）２４を介して導線１１に接続されている。
【００６４】
正誘電体薄膜３上には、電極１０が設けられ他側と反対側に平面視略長方形状の、電磁波共振器配列体８が設けられている。正誘電体薄膜３上の複数のストライプ状の第２の負誘電体２をすべて取り囲むように区画された領域が、電磁波共振器配列体８とされている。
複数のストライプ状の第２の負誘電体２はいずれも一端側で電極１０に接続されており、正誘電体薄膜３の一辺３ｃに向けて平行に、同一幅Ｌｘで、かつ、等間隔（等ピッチＰｘ）となるように形成されている。
【００６５】
図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、正誘電体薄膜３上に絶縁膜９が積層されており、絶縁膜９上に第２の電極１０が積層されていることにより、電磁波共振器配列体８のみの領域で、第１の負誘電体１と電極１０との間に電圧を印加できる。
【００６６】
第２の負誘電体２は正誘電体薄膜３の一面に積層されて形成されている。また、第２の負誘電体２はそれぞれ互いに平行とされ、線幅、線間隔及び厚さは同一とされている。この第２の負誘電体２の帯状部分（ストライプ）の下の部分が、表面波を利用する電磁波共振器４８とされる。
【００６７】
「基板、絶縁膜、電極」
基板７の材料としては、例えば、シリコンを用いることができる。
絶縁膜９の材料としては、例えば、シリカを用いることができる。絶縁膜９の厚さは、１０〜１０００ｎｍとすることが好ましく、１００〜５００ｎｍとすることがより好ましい。例えば、一辺２００μｍの平面視略矩形状に形成する。絶縁膜９を設けることにより、正誘電体薄膜３に生じた欠陥を通じて第１の負誘電体１と第２の負誘電体２との間で電気的導通が生じる危険性を低減できる。厚い絶縁膜９で引き離すことにより、薄い正誘電体薄膜３で第１、第２の負誘電体１、２が対向する部分の面積を最小限に限定し、欠陥の生じる確率を低減することができる。また、導線１１、１２間のキャパシタンスが過度に高くなり、光源としての応答速度が低下することを防ぐことができる。
電極１０は、例えば、一辺１５０μｍの平面視正方形状に形成する。電極１０と第２の負誘電体２のパターニングは、同時に行うことが好ましい。これにより、製造工程を簡易にできる。
【００６８】
「第１の負誘電体、第２の負誘電体、正誘電体薄膜」
第１の負誘電体、第２の負誘電体、正誘電体薄膜の材料及び厚さは、先に記載した構成と同一の要件を満たす材料である。
更に、正誘電体薄膜の材料としては、トンネル発光材料又はＥＬ発光材料を用いる。
【００６９】
＜トンネル発光材料＞
トンネル発光材料としては、シリカ（酸化ケイ素）、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化タンタル、酸化マグネシウム、酸化ハフニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、フッ化マグネシウムを用いることができる。共振器が同じ寸法でも用いる材料によって共鳴の起こる波長や電界強度等は異なる点に注意して材料を選択する。
【００７０】
トンネル発光材料を用いた場合、正誘電体薄膜３の厚さＴは、０．２〜１０ｎｍとすることが好ましく、０．２〜５ｎｍとすることがより好ましく、０．２〜３ｎｍとすることが更に好ましい。これにより、導線１１、１２間に適切な電圧を加えたときに、正誘電体薄膜３にトンネル電流を流すことができ、このトンネル電流がｘｙ面内の導波路の表面プラズモンモードを励起し、＋ｚ軸方向にトンネル発光を放射することができる。
【００７１】
本発明の実施形態である電磁波発生素子は、導波路の長さＬｘが表面プラズモンモードの波長λＰに対して同程度である構成なので、導波路の両端面の間に、ちょうど定在波が形成されるような場合に共鳴を起こすことができる。これにより、ちょうど共鳴が起こるような特別な波長λ０に対応した、特別な電圧の場合にのみｘ軸方向に直線偏光した発光を起こすことができる。なお、従来のトンネル発光材料を用いた光源では、どのような電圧を印加した場合にも、それに対応した波長の光が放射され、その強度は共振器がないために微弱であった。
【００７２】
前記関係は式ｅＶ０＝ｈｃ／λ０で表される。ここで、左辺は電子のエネルギー、右辺は発生する電磁波の光子のエネルギーであり、ｅ：素電荷、Ｖ０：電圧、ｈ：プランク定数、ｃ：真空中の光速度、λ０：共鳴波長である。実際には、トンネルする電子のエネルギーは、トンネル中のフォノン散乱などによりｅＶ０から変化する。また、プラズモン共鳴はＱ値（共鳴の鋭さ）がさほど大きくなく、波長はその程度にあいまいな値であるので、印加すべき電圧は上記の式と厳密に一致しない。
【００７３】
電磁波共振器配列体８の吸収スペクトルは、共鳴ピーク波長を有する。電子のエネルギーが共鳴ピーク波長の電磁波の光子のエネルギーの１００〜１７０％の、より好ましくは１００〜１４０％の範囲に収まるように電圧を設定して、電圧を印加することが望ましい。これにより、効率よくトンネル発光させることができる。
例えば、λ０＝５．５μｍに吸収ピークを持つ場合、これが共鳴波長である。このλ０＝５．５μｍ（Ｖ０＝０．２２５Ｖに対応）で共鳴する共振器からこの波長のトンネル発光を得るためには、印加電圧を０．２２〜０．３０Ｖ程度とすべきである。
【００７４】
＜ＥＬ発光材料＞
ＥＬ発光材料としては、有機ＥＬ発光材料又は無機ＥＬ発光材料を用いることができる。
有機ＥＬ発光材料としては、トリス（８−キノリノラト）アルミニウムを挙げることができる。無機ＥＬ発光材料としては、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＺｎＳ：Ｃｕを挙げることができる。有機ＥＬ発光材料は、有機電子輸送材料、有機正孔輸送材料、有機発光材料からなる多層構造体を用いてもよい。ＥＬ発光材料を用いた場合には、正誘電体薄膜３の厚さＴは１０〜１００ｎｍとすることが好ましく、さらに具体的には４０ｎｍくらいにすることが好ましい。さらに、それぞれの発光材料の発光中心波長で共鳴が起こるように各部の寸法を設計する必要がある。ＥＬ発光による光がｘｙ面内の導波路の表面プラズモンモードを励起することにより、＋ｚ軸方向に光が放出される。
以上の構成を備えた電磁波共振器では、表面波の伝搬方向と、電磁波の主伝搬方向が直交する。
【００７５】
以上の構成を備えた電磁波発生素子で、第１の負誘電体１と第２の電極１０との間で電圧を印加することにより、電磁波共振器配列体８の領域から＋ｚ軸方向にｘ偏光した発光を放射させることができる。これにより、赤外線から可視光線領域の電磁波を放射できる。
なお、周波数帯域に応じて適宜材料を変更することにより、マイクロ波、テラヘルツ波など広い範囲の電磁波を放射できる。
【００７６】
図１３は、本発明の実施形態である電磁波発生素子の電磁波共振器の更に別の一例を示す図である。
電磁波共振器の断面構造を、図１３（ａ）〜（ｄ）に示す構造としてもよい。
具体的には、図１３（ａ）のように、第２の負誘電体２０２の側面を垂直面ではなく斜面としてもよく、第２の負誘電体２０２の断面構造を台形構造としてもよい。
また、正誘電体薄膜３０３は連続膜ではなく、第２の負誘電体３０２の直下部だけに配置する構成としてもよい。この場合、第２の負誘電体３０２の幅よりも正誘電体薄膜３０３の幅を広くしてもよく（図１３（ｂ））、第２の負誘電体４０２よりも正誘電体薄膜４０３の幅を狭くしてもよい（図１３（ｃ））。
更にまた、第１の負誘電体１まで切り込み加工して、正誘電体薄膜５０３を第２の負誘電体５０２の直下部だけに配置する構成としてもよい。（図１３（ｄ））。
なお、各断面構造における違いにより共鳴波長は変わる。それを考慮して設計をすることが好ましい。
【００７７】
また、上では熱励起しなくて良いことを強調したが、もちろんこの素子構造全体を加熱すれば、従来技術としてあげた電磁波共振器と全く同様、熱放射光源などとしても使用できる。
【００７８】
更に、本発明の電磁波共振器の応用として、その上に試料を散布して増強ラマン散乱現象や増強蛍光現象により高感度に分子を検出するバイオチップとして構成することも可能である。
また、正誘電体薄膜を半導体や色素薄膜としてレーザーとすることも考えられるなど、広範な応用、変形などが可能であるが、本発明はこれらを全て包含することを意図していることに注意されたい。
【００７９】
また、本発明の実施形態である電磁波発生素子は、先に記載の本発明の実施形態である電磁波共振器１４８と、第２の負誘電体の一端に接続された第２の電極と、前記第１の負誘電体に接続された第１の電極と、前記第１、第２の電極に接続された電源と、を有する構成としてもよい。
このとき、正誘電体薄膜上に絶縁膜が積層されており、前記絶縁膜上に前記第２の電極が積層されていること構成することが好ましい。
【００８０】
＜電磁波発生素子の製造方法＞
次に、本発明の実施形態である電磁波発生素子の製造方法について説明する。
図１４〜２２は、本発明の実施形態である電磁波発生素子の製造方法の一例を示す工程図である。
まず、一般的な半導体加工技術を用いて、両面を研磨したシリコン基板４に、周期Ｐｘで配列された幅Ｌｘ、深さＶの角溝４ｅ及び正方形状の溝４ｆを加工して、型部材とする（図１４）。
次に、加工面上に、第２の負誘電体材料４２（例えば、厚さＶ以上の金）を直流マグネトロンスパッタリングにより成膜する（図１５）。
次に、この金を成膜した面を、化学機械研磨（ＣＭＰ）法にて、シリコン基板をストップ層として研磨する（図１６）。これにより、第２の負誘電体材料４２を電極１０と、第２の負誘電体２とする。
次に、電極１０を覆うように、絶縁膜９を形成する（図１７）。
次に、角部にマスクを配置してから、研磨面上に、正誘電体薄膜３（例えば、厚さＴの酸化アルミニウム）を原子層堆積（ＡＬＤ）法にて均一に成膜する（図１８）。これにより、正誘電体薄膜３の角部は切り欠け部３ｄが形成され、基板４が露出される。
【００８１】
次に、この上に、さらに、第１の負誘電体１（例えば、厚さＵの金）をスパッタリング成膜する（図１９）。
次に、基板７を付ける（図２０）。例えば、エポキシ接着材にて、ガラスなどの基板を接着する。
次に、これを裏返す（図２１）。中赤外波長ではシリコンが透過材料なのでシリコンを入出射面として用いて良く、その場合にはこれで完成である。
次に、シリコンを入出射面として用いたくない場合には、シリコンのみを選択的にエッチングする水酸化カリウム溶液にてシリコン基板４を溶解する（図２２）。
次に、導線１１、１２をバンプ２４、２３で第１の負誘電体１と電極１０にそれぞれ接続する（図２３）。
以上の工程により、本発明の実施形態である電磁波発生素子を製造する。
【００８２】
本方法の第１の特徴は、量産に適用されている工程だけで構成されていることであり、第２の特徴は、共鳴の要となる極薄の正誘電体薄膜３がその後過酷な環境に曝されない点にあり、極薄の正誘電体薄膜３が過酷な環境に曝されることになるという従来の問題を解消できる。
【００８３】
本発明の実施形態である電磁波発生素子は、赤外線から可視光線領域の電磁波を対象とし、金属材料を第１の負誘電体として用い、表面波として表面プラズモンを用いた例について説明したが、これに限られるものではない。
【００８４】
本発明の実施形態である電磁波共振器、電磁波発生素子及びそれらの製造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で、種々変更して実施することができる。本実施形態の具体例を以下の実施例で示す。しかし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００８５】
［第１の実施例］
図２（ａ）に示す構造を有する電磁波共振器の計算機シミュレーションを行った。
第１および第２の負誘電体として金、正誘電体薄膜として酸化アルミニウムを選択し、各部の寸法は、Ｔ＝２ｎｍ、Ｕ＝２００ｎｍ、Ｌｘ＝Ｌｙ＝３１０ｎｍ、Ｐｘ＝Ｐｙ＝４５０ｎｍ、Ｖ＝１００ｎｍ、Ｗ＝２０ｎｍとした。
【００８６】
この電磁波共振器は、図３〜１０に示した製造方法を用いて、製造できる。
まず、一般的な半導体加工技術を用いて、両面を研磨したシリコン基板に、周期Ｐｘで２次元配列された１辺Ｌｘ、深さＶの角穴、およびｙ軸方向に並んだ隣り合った角孔を連結する幅Ｗｗの溝を加工する。ただし、幅Ｗｗの溝は、ｙ軸に対して６０度をなすように角孔を連結させる。その上に、第２の負誘電体として、厚さ２００ｎｍの金を直流マグネトロンスパッタリングにより成膜する。次に、この金を成膜した面を、化学機械研磨（ＣＭＰ）法にて、シリコン基板をストップ層として研磨する。次に、この上に、正誘電体薄膜として厚さの酸化アルミニウムを原子層堆積（ＡＬＤ）法にて均一に成膜する。次に、この上に、第１の負誘電体として、厚さの金をスパッタリング成膜する。次に、これを裏返してから、これをエポキシ接着材にて、ガラス基板に接着し、シリコンのみを選択的にエッチングする水酸化カリウム溶液にてシリコン基板を溶解する。
【００８７】
図２４には、この共振器に＋ｚ軸方向から平行光が入射した場合の入射光の偏光方向の異なる５本の吸収スペクトルを示した。偏光方向は電界ベクトルの向きをｘ軸からｙ軸の方向に向かって測った角度で表す。
これらの吸収スペクトルは、周期構造のマックスウェルの方程式を数値的に解く厳密結合波解析法により、金の赤外域での複素誘電率の波長依存性を考慮して計算したものである。これまでの発明者らの実験により、少なくともＴが３ｎｍ以上の領域では、計算結果と実験結果は良く一致することが確認されている。また、一般に、Ｔが１〜２ｎｍまで小さくなっても、計算結果と実験結果に大きな違いは生じないと言われている。
図２４において、入射光の偏光方向の異なる５本の吸収スペクトルはほとんど重なった。いずれも、波長（λ０）約５．３μｍにて、約５５％の吸収を示した。
この時、ｘ偏光した入射光に対しては幅Ｌｘの辺が、ｙ偏光した入射光に対しては幅Ｌｙの辺が両端開放端の導波路として働き、プラズモン共鳴が生じ、プラズモン共鳴が吸収増強現象を引き起こし、共鳴点が吸収の極大として観察された。
【００８８】
ここではＷｗ＜Ｌｘ／１０と非常に小さな値としているため、線状部分（配線部用板状部材）は、共振器用板状部材における共鳴波長に比べ、１／１０以下の短い波長に対する共振器となる。λ０とは十分に離れているため、実用上、λ０以外には共鳴は存在しないと考えて良い。
また、今回、幅Ｗｗの線状部分（配線部用板状部材）の長さＷＬは、ｙ軸方向に隣り合った共振器用板状部材との距離Ｐｙ−Ｌｙ＝１４０ｎｍを、ｙ軸に対して６０度をなすように配置しているので、ＷＬ＝（Ｐｙ−Ｌｙ）／ｃｏｓ６０°＝２８０ｎｍである。これはＬｘ、Ｌｙに対して０．９倍の長さである。このようにＷＬをＬｘやＬｙに対して０．８倍から１．２倍の範囲になるように選んだ場合、特に線状部分（配線部用板状部材）の存在のｙ偏光に対する共鳴に与える影響は小さくなる。
【００８９】
以下に、配線部用板状部材を上記のような寸法、配置に選んだことの効果を他の構造の電磁波共振器との比較により示す。
図２５（ａ）には、図１１に示すようなストライプ状の正誘電体薄膜３を設けた他は、実施例１と同様の構造を有する電磁波共振器について計算機シミュレーションで求めた偏光特性を示した。
寸法は、Ｔ＝２ｎｍ、Ｕ＝２００ｎｍ、Ｌｘ＝３１０ｎｍ、Ｐｘ＝４５０ｎｍ、Ｖ＝１００ｎｍとした。
ｘ軸からｙ軸の方向に偏光方向を回転した時、図２５（ａ）では、偏光角が大きくなるにつれて吸収率が低下しており、ストライプ状の共振器では偏光依存性が顕著なことがわかる。これは直線偏光が必要な用途には適しているが、偏光依存性のない用途には用いることができない。
従来、第１、第２の負誘電体の間に電圧を印加するためには、ストライプ状の電磁波共振器を用いるしかなかったが、ストライプ状の構造では偏光依存性の小さな電磁波共振器は実現できなかった。
次に、図２５（ｂ）には、配線部用板状部材を設けない他は、実施例１と同様の構造を有する電磁波共振器について計算機シミュレーションで求めた偏光特性を示した。
ｘ軸からｙ軸の方向に偏光方向を回転した時、図２５（ｂ）では、吸収特性、すなわち共鳴特性が、偏光角にまったく依存しないことがわかる。
しかしながら、従来はこのような互いに孤立した配線用板状部材に共鳴特性に影響を与えないように他の共振器や電極と配線により接続する方法は明らかでなかった。従って、光源のような電圧印加の必要な用途に、偏光依存性の小さな電磁波共振器を用いることはできなかった。
【００９０】
図２４と図２５（ｂ）を比較すると、第１の実施例の構造において、配線部用板状部材をＷｗ＜Ｌｘ／１０とし、また、ＷＬをＬｘやＬｙに対して０．８倍から１．２倍の範囲になるように選んだことにより、第１、第２の負誘電体の間に電圧を印加することが可能な配線部を有する電磁波共振器であるにも関わらず、配線部用板状部材が共鳴波長にも偏光特性にもさほど影響を与えていないことが分かる。
【００９１】
［第２の実施例］
直線偏光が必要とされる場合の本発明に基づく電磁波発生素子の例として、図１１に示す電磁波発生素子（第２の実施例）の計算機シミュレーションを行った。
【００９２】
電磁波発生素子（第２の実施例）は以下のようにして製造できる。
まず、シリコン製の基板上に厚さ２００ｎｍの金製の第１の負誘電体を積層する。
次に、第１の負誘電体上に厚さ２ｎｍの酸化アルミニウム製の正誘電体薄膜をその一部が露出するように積層する。
次に、正誘電体薄膜上に厚さ２００ｎｍのシリカ膜からなる絶縁膜を形成してから、それを２００μｍ角にパターニングする。
次に、絶縁膜の近傍に電磁波共振器配列体を形成する。
次に、電磁波共振器配列体を構成する厚さ１５０ｎｍの金製の第２の負誘電体のストライプを、ｙ軸に平行に、また、正誘電体薄膜領域から絶縁膜上までつながるようにパターニングした。電磁波共振器配列体は、正誘電体薄膜上にて１００μｍ角をなすようにパターニングする。
ストライプの寸法は、Ｌｘ＝２４０ｎｍ、Ｐｘ＝３００ｎｍとした。絶縁膜上では、全ストライプと接続された電極も１５０μｍ角でパターニングする。この電極は第２の負誘電体をストライプと同時に一括でパターニングする。
次に、その上に導線を接続する。次に、第１の負誘電体に別の導線を接続する。
以上の工程により、電磁波発生素子（第２の実施例）を作製できる。
【００９３】
２本の導線間に適切な電圧を加えると、それがｘｙ面内の導波路の表面プラズモンモードを励起し、電磁波共振器配列体の領域から＋ｚ方向にｘ偏光したトンネル発光が放射される。
【００９４】
この電磁波発生素子では、導波路の長さＬｘ（２４０ｎｍ）を、その表面プラズモンモードの波長λＰ（５２０ｎｍ）の１／２（２６０ｎｍ）に対して同程度とした。これにより、導波路の両端面の間に、ちょうど定在波が形成されるような場合に共鳴が生じたと考える。
【００９５】
図２６は、トンネル光源（第２の実施例）の吸収スペクトルである。λ０＝４．４μｍにピークを持つ共鳴波長を有するスペクトルが得られる。吸収スペクトルはトンネル光源の基本的な性能を表し、電圧を印加すると、この吸収スペクトルの印加電圧の値に応じた特定の波長域が強調された形の放射スペクトルが得られる。電子のエネルギーが共鳴波長の電磁波の光子のエネルギーの１００〜１４０％の範囲に収まるように、印加電圧を０．２８〜０．３９Ｖとしたとき、このλ０＝４．４μｍ（Ｖ０＝０．２８Ｖに対応）を中心としたトンネル発光を得ることができる。
ストライプの寸法を変更すれば、従来、特定の波長を放射する良い光源の存在しなかった波長２μｍから１０μｍの赤外波長域において、寸法に応じて決まる特定の波長の赤外光を発光させることができる。室温動作、高速変調が可能であり、更に、直線偏光した光を放射できる。
【００９６】
［第３の実施例］
正誘電体薄膜を有機ＥＬ発光材料とし、第１、第２の負誘電体を金の代わりに銀とした他は第２の実施例と同様の構成とした電磁波発生素子（第３の実施例）の計算機シミュレーションを行った。
【００９７】
有機ＥＬ発光材料としてトリス（８−キノリノラト）アルミニウムを用いる。正誘電体薄膜の膜厚はＴ＝４０ｎｍとする。発光材料の発光中心波長で共鳴が起こるように各部の寸法を設計した。図２７にＬｘ＝４０ｎｍ、Ｐｘ＝２５５ｎｍ、Ｖ＝５０ｎｍとしたときの吸収スペクトルを示す。吸収ピークは共鳴を表す。これにより、ＥＬ発光による光（中心波長５２０ｎｍ）がｘｙ面内の導波路の表面プラズモンモードを励起し、＋ｚ方向に効率良く放出される。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明の電磁波共振器、電磁波発生素子及びそれらの製造方法は、レーザー光源、エレクトロルミネッセンス光源、熱放射光源、高感度分析チップなどの実現を可能とし、特に室温で動作し、高速変調可能で、様々な波長に対応できる直線偏光した光が放射できるので、特に波長２μｍから１０μｍの領域の赤外線を利用して空気中の二酸化炭素濃度などを計測する環境計測産業において、多大な利用価値を有する。
【符号の説明】
【００９９】
１、１０１…第１の負誘電体、２、１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、７０２…第２の負誘電体、３、１０３、３０３、４０３、５０３…正誘電体薄膜、３ｃ…一辺、３ｄ…切り欠け部、４…型部材（シリコン基板）、４ｅ、４ｆ…凹部、７…基板、８、１０８…電磁波共振器配列体、９…絶縁膜、１０…第２の電極、１０ｃ…一辺、１１、１２…導線、２３…バンプ、２４…バンプ（第１の電極）、３１…電磁波発生素子、４２…第２の負誘電体材料、４８、１４８…電磁波共振器、２００…表面波の定在波。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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