(57)【要約】  【課題】  本発明は，紫外線領域で用いることができる自己クローニングフォトニック結晶を提供することを目的とする。  【解決手段】  基板の周期を１３０ｎｍ以下とし，高屈折率層にハフニウム酸化物を用い，低屈折率層にシリコン酸化物又はアルミニウム酸化物を用いることで，紫外線領域の光を制御できる自己クローニングフォトニック結晶を得ることができる。また，高屈折率層一層の光学厚さと低屈折率層一層の光学厚さの合計が波長以下となるように設計することで良好な波長板を得ることができる。さらに，高屈折率層の光学厚さ及び低屈折率層の光学厚さが，それぞれ波長の半分の近傍となるようにすることで偏光子を得ることができる。  【選択図】  図１
2009107355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と，前記基板上に形成された積層体とを含む，自己クローニングフォトニック結晶であって，
前記積層体は，高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されたものであり，
前記基板は，
少なくとも，前記積層体が形成される面に，１次元又は２次元の周期構造を有し，
前記高屈折率層は，
前記基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，
ハフニウムの酸化物からなり，
前記低屈折率層は，
前記基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，
シリコン酸化物又はアルミニウム酸化物からなる，
自己クローニングフォトニック結晶。
【請求項２】
前記基板上に形成された周期構造における周期が，１３０ｎｍ以下である，
請求項１に記載の自己クローニングフォトニック結晶。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の自己クローニングフォトニック結晶を含む，
光学機器。
【請求項４】
基板と，前記基板上に形成された積層体とを含む，自己クローニングフォトニック結晶を含む波長板であって，
前記積層体は，高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されたものであり，
前記基板は，
少なくとも，前記積層体が形成される面に，１次元又は２次元の周期構造を有し，
前記周期構造の周期は１３０ｎｍ以下であり
前記高屈折率層は，
前記基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，
ハフニウムの酸化物からなり，
前記低屈折率層は，
前記基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，
シリコン酸化物又はアルミニウム酸化物からなり，
波長が２２０ｎｍ〜３００ｎｍの光を制御する，波長板。
【請求項５】
前記基板は，周期的な溝を有する１次元の周期構造であり，
前記高屈折率層の厚さが，７０ｎｍ以下であり，
前記低屈折率層の厚さが，８０ｎｍ以下であり，
前記高屈折率層一層の光学厚さと前記低屈折率層一層の光学厚さの合計が３００ｎｍ以下である，
請求項４に記載の波長板。
【請求項６】
基板と，前記基板上に形成された積層体とを含む，自己クローニングフォトニック結晶を含む偏光子であって，
前記積層体は，高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されたものであり，
前記基板は，
少なくとも，前記積層体が形成される面に，１次元又は２次元の周期構造を有し，
前記周期構造の周期は１３０ｎｍ以下であり，
前記高屈折率層は，
前記基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，
ハフニウムの酸化物からなり，
前記低屈折率層は，
前記基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，
シリコン酸化物又はアルミニウム酸化物からなり，
波長が２２０ｎｍ〜３００ｎｍの光の偏光状態を制御する，偏光子。
【請求項７】
前記基板は，周期的な溝を有する１次元の周期構造であり，
前記高屈折率層の厚さが６０ｎｍ以上７５ｎｍ以下であり，
前記低屈折率層の厚さが，７４ｎｍ以上８６ｎｍ以下である，
請求項６に記載の偏光子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，紫外線領域で用いることができる自己クローニングフォトニック結晶などに関する。より具体的に説明すると，高屈折率層にハフニウム酸化物を用いることで，紫外線領域の光を制御できる自己クローニングフォトニック結晶などに関する。
【背景技術】
【０００２】
自己クローニングフォトニック結晶は，偏光素子や波長板として利用でき，大変優れた光学結晶である（たとえば，特許第３３２５８２５号公報を参照）。【０００３】
一方，自己クローニングフォトニック結晶は，３００ｎｍ以下の短波長領域では吸収による透過損失が大きい。このため，自己クローニングフォトニック結晶は，紫外線領域で用いることが困難であった。また，自己クローニングフォトニック結晶法は，特殊な製造方法であるため，高い屈折材料として，ニオブ酸化物又はタンタル酸化物以外は用いられていなかった。
【特許文献１】特許第３３２５８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は，紫外線領域で用いることができる自己クローニングフォトニック結晶を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は，基本的には，高屈折率層にハフニウム酸化物を用いることで，紫外線領域の光を制御できる自己クローニングフォトニック結晶を得ることができるという知見に基づくものである。また，本発明は，従来の自己クローニングフォトニック結晶よりも，基板の周期を小さくし，高屈折率層にハフニウム酸化物を用いることで，紫外線領域の光を制御できる自己クローニングフォトニック結晶を得ることができるという知見に基づく。【０００６】
本発明の第１の側面は，基板と，基板上に形成された積層体とを含む，自己クローニングフォトニック結晶に関する。積層体は，高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されたものである。基板は，少なくとも，積層体が形成される面に，１次元又は２次元の周期構造を有する。高屈折率層は，基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，ハフニウムの酸化物からなる。低屈折率層は，基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，シリコン酸化物又はアルミニウム酸化物からなる。【０００７】
このように高屈折率層にハフニウム酸化物を用いることで，本発明の自己クローニングフォトニック結晶は，紫外線領域の光を制御できる。【０００８】
第１の側面の好ましい態様（パターン）は，基板上に形成された周期構造における周期が，１３０ｎｍ以下である上記の自己クローニングフォトニック結晶に関する。【０００９】
後述する実施例において実証されたとおり，従来の自己クローニングフォトニック結晶よりも，基板の周期を小さくし，高屈折率層にハフニウム酸化物を用いることで，紫外線領域の光を制御できる自己クローニングフォトニック結晶を得ることができる。【００１０】
第１の側面の好ましい態様（パターン）は，上記いずれかに記載の自己クローニングフォトニック結晶を用いた光学機器に関する。【００１１】
本発明の自己クローニングフォトニック結晶は，特に紫外線用の偏光板や波長板として機能する。よって，光学機器が本発明の自己クローニングフォトニック結晶を含むことで，光学機器は，紫外線を制御することができる。【００１２】
本発明の第２の側面は，波長板に関する。この波長板は，基板と，基板上に形成された積層体とを含む，自己クローニングフォトニック結晶を含む。そして，この波長板の基本構成は，先に説明した自己クローニング結晶と同一である。すなわち，積層体は，高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されたものである。基板は，少なくとも，積層体が形成される面に，１次元又は２次元の周期構造を有し，周期構造の周期は１３０ｎｍ以下である。高屈折率層は，基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，ハフニウムの酸化物からなる。低屈折率層は，基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，シリコン酸化物又はアルミニウム酸化物からなる。そして，この波長板は，波長が２２０ｎｍ〜３００ｎｍの光を制御することができる。【００１３】
本発明の第２の側面に係る波長板として好ましいものは，高屈折率層の厚さが，７０ｎｍ以下である。また，低屈折率層の厚さが，８０ｎｍ以下である。そして，高屈折率層一層の光学厚さと低屈折率層一層の光学厚さの合計が３００ｎｍ以下である。波長板として機能するためには，高屈折率層一層の光学厚さと低屈折率層一層の光学厚さの合計が波長以下となるようにすればよい。なお，高屈折率層が酸化ハフニウムからなり，低屈折率層が酸化シリコンからなる場合を想定する。たとえば，３００ｎｍの光に対する波長板を設計する場合，低屈折率層の厚さが０であるとすると，酸化ハフニウムを含む高屈折率層の厚さは，約１５０ｎｍ以下であれば良いこととなる。また，高屈折率層の厚さが，７０ｎｍ以下であるとき，高屈折層の光学厚さは約１４０ｎｍ以下となる。一方，低屈折率層の光学厚さは，約１２８ｎｍ以下となる。よって，高屈折率層一層の光学厚さと低屈折率層一層の光学厚さとして，２６８ｎｍ以下が好ましい。【００１４】
本発明の第３の側面は，偏光子に関する。この偏光子は，基板と，基板上に形成された積層体とを含む，自己クローニングフォトニック結晶を含む。そして，この偏光子の基本構成は，先に説明した自己クローニング結晶と同一である。すなわち，積層体は，高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されたものである。基板は，少なくとも，積層体が形成される面に，１次元又は２次元の周期構造を有し，周期構造の周期は１３０ｎｍ以下である。高屈折率層は，基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，ハフニウムの酸化物からなる。低屈折率層は，基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，シリコン酸化物又はアルミニウム酸化物からなる。そして，この偏光子は，波長が２２０ｎｍ〜３００ｎｍの光の偏光状態を制御できる。【００１５】
本発明の第３の側面に係る偏光子として好ましいものは，高屈折率層の厚さが６０ｎｍ以上７０ｎｍ以下であり，低屈折率層の厚さが，７４ｎｍ以上８６ｎｍ以下の偏光子である。すなわち，高屈折率層の光学厚さ及び低屈折率層の光学厚さが，それぞれ波長の半分の近傍となるようにすることで，偏光子として機能する。酸化ハフニウムの屈折率は，約１．９〜２．１である。また，自己クローニング法に基づいて酸化ハフニウム層を形成する際に，好ましい膜厚の範囲とすることが望ましい。このような観点から，高屈折率層の厚さとして，６０ｎｍ以上７０ｎｍ以下が，好ましい。また，酸化シリコンの屈折率は約１．５〜１．６である。よって，低屈折率層の厚さを，７４ｎｍ以上８６ｎｍ以下とすることが好ましい。これらの範囲とすることで，好ましい物性を担保しつつ，偏光子として機能する結晶を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば，紫外線領域で用いることができる自己クローニングフォトニック結晶を提供できる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下，図面を用いて，本発明を説明する。図１は，自己クローニングフォトニック結晶の例を示す図である。図１Ａは，基板の例を示す。図１Ｂは，膜を形成した後の自己クローニングフォトニック結晶を示す。図１に示されるように，本発明の第１の側面は，自己クローニングフォトニック結晶（１）に関する。そして，自己クローニングフォトニック結晶は，基板（２）と，基板（２）上に形成された積層体（３）とを含む。積層体（３）は，高屈折率層（４）と低屈折率層（５）とが交互に積層されたものである。基板は，少なくとも，積層体が形成される面に，１次元又は２次元の周期構造を有する。高屈折率層は，基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，ハフニウムの酸化物からなる。低屈折率層は，基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，シリコン酸化物又はアルミニウム酸化物からなる。【００１８】
このように高屈折率層にハフニウム酸化物を用いることで，本発明の自己クローニングフォトニック結晶は，紫外線領域の光を制御できる。自己クローニングフォトニック結晶，及び自己クローニングフォトニック結晶法は，公知である（上記特許文献１，S.Kawakami,  T.Kawashima,  and  T.Sato,  “Mechanism  of  shape  formation  of  three  dimensional  nanostructures  by  bias  sputtering,”Appl.  Phys.  Lett.,  vol.74,  no.3,  pp.463-465,  January  1999.）。よって，本発明においては，公知の方法を適宜採用することができる。また，自己クローニングフォトニック結晶の周期構造も，公知のものを適宜用いることができる。【００１９】
第１の側面の好ましい態様（パターン）は，基板上に形成された周期構造における周期が，１３０ｎｍ以下である上記の自己クローニングフォトニック結晶に関する。また，基板上の周期は，波長板の位相差，偏光子の消光比にも影響を与える。紫外線領域にける自己クローニングフォトニック結晶として機能するためには，基板上に形成された周期構造における周期が，１３０ｎｍ以下であるものが好ましい。実施例においては，基板に，１２０ｎｍの周期を有する溝を形成した。この周期として，９０ｎｍ以上１３０ｎｍ以下が好ましい。この周期があまりに小さいと，規則正しい周期を有する基板を製造できなくなる。【００２０】
後述する実施例において実証されたとおり，従来の自己クローニングフォトニック結晶よりも，基板の周期を小さくし，高屈折率層にハフニウム酸化物を用いることで，紫外線領域の光を制御できる自己クローニングフォトニック結晶を得ることができる。【００２１】
第１の側面の好ましい態様（パターン）は，上記いずれかに記載の自己クローニングフォトニック結晶を用いた光学機器に関する。後述するように，本発明の自己クローニングフォトニック結晶は，たとえば，偏光子又は波長板として機能する。よって，本発明の自己クローニングフォトニック結晶は，偏光子又は波長板を含む光学機器に好適に利用できる。このような光学機器として，光学的記録装置，光通信機器，撮影機器があげられる。また，自己クローニングフォトニック結晶として，基板を複数の領域に分けて，領域ごとに異なる周期を持たせたものもある。このような自己クローニングフォトニック結晶は，導波路としても機能しうる。【００２２】
本発明の自己クローニングフォトニック結晶は，特に紫外線用の偏光板や波長板として機能する。よって，光学機器が本発明の自己クローニングフォトニック結晶を含むことで，光学機器は，紫外線を制御することができる。【００２３】
本発明の第２の側面は，波長板に関する。この波長板は，基板と，基板上に形成された積層体とを含む，自己クローニングフォトニック結晶を含む。そして，この波長板の基本構成は，先に説明した自己クローニング結晶と同一である。すなわち，積層体は，高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されたものである。基板は，少なくとも，積層体が形成される面に，１次元又は２次元の周期構造を有し，周期構造の周期は１３０ｎｍ以下である。高屈折率層は，基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，ハフニウムの酸化物からなる。低屈折率層は，基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，シリコン酸化物又はアルミニウム酸化物からなる。そして，この波長板は，波長が２２０ｎｍ〜３００ｎｍ（２２０ｎｍ以上，３００ｎｍ以下）の光を制御することができる。なお，本発明の波長板が制御する光の波長として，２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ以下でも良く，２２０ｎｍ以上２６０ｎｍ以下でもよい。【００２４】
波長板は，波長板を通過した光の偏光状態を変えるために用いられる。この偏光状態の変化は，２つの偏光成分が波長板を透過するために要する時間に差が生ずることにより引き起こされる。すなわち，偏光状態によって，光学距離が異なる材料が波長板として機能する。ただし，波長板は，２つの偏光成分を透過させる必要がある。よって，波長板は，偏光によらず，透過率が高くなるものとすることが好ましい。一方，自己クローニングフォトニック結晶は，周期構造を有しているので，必ず偏光成分によって光学距離が異なる。よって，自己クローニングフォトニック結晶は，通常は，波長板として機能する（T.Sato,  et  al.,  “Photonic  crystals  for  the  visible  range  fabricated  by  autocloning  technique  and  their  application,”  Optical  and  Quantum  Electronics,  special  issue  on  PECS-II,  vol.34,  no.1,  pp.63-70,  January  2002.）。ただし，上記のとおり，波長板では，２つの偏光成分を透過させる必要がある。よって，一方の偏光成分が透過できない状態となれば，波長板としての機能が損なわれ，偏光子として機能することとなる。この２つの偏光成分に対する透過率は，各層の膜厚や，基板の凹凸の周期に大きく起因する。【００２５】
具体的には，高屈折率層の光学厚さ（厚さ×屈折率)と低屈折率層の光学厚さの合計が透過する波長以下となるように設計すればよい。すなわち，本発明の第２の側面に係る波長板として好ましいものは，高屈折率層の厚さが，７０ｎｍ以下である。また，低屈折率層の厚さが，８０ｎｍ以下である。そして，高屈折率層一層の光学厚さと低屈折率層一層の光学厚さの合計が３００ｎｍ以下である。なお，高屈折率層が酸化ハフニウムからなり，低屈折率層が酸化シリコンからなる場合を想定する。たとえば，３００ｎｍの光に対する波長板を設計する場合，低屈折率層の厚さが０であるとすると，酸化ハフニウムを含む高屈折率層の厚さは，１５０ｎｍ以下であれば良いこととなる。一方，高屈折率層の厚さがほぼ０の場合，低屈折率層の屈折率を１．６とすると，３００ｎｍの光に対する波長板を設計する場合，１８８ｎｍ以下であれば良いこととなる。また，高屈折率層の厚さが，７０ｎｍ以下であるとき，高屈折層の光学厚さは約１４０ｎｍ以下となる。一方，低屈折率層の光学厚さは，約１２８ｎｍ以下となる。よって，高屈折率層一層の光学厚さと低屈折率層一層の光学厚さとして，２６８ｎｍ以下が好ましい。さらに，酸化シリコンの屈折率は，たとえば１．５の場合がある。この場合，低屈折率層の光学厚さは，１２０ｎｍ以下となる。よって，高屈折率層一層の光学厚さと低屈折率層一層の光学厚さとして，２６０ｎｍ以下が好ましい。一方，実施例では，高屈折率層の厚さが２０ｎｍであり，低屈折率層の厚さが２０ｎｍであった。この実施例における高屈折率層の光学厚さは，３８ｎｍ〜４２ｎｍである。一方，この実施例における低屈折率層の光学厚さは，３０ｎｍ〜３２ｎｍである。よって，高屈折率層一層の光学厚さと低屈折率層一層の光学厚さとして，６８ｎｍ以上７４ｎｍの範囲でも，波長板として良好に機能する。【００２６】
本発明の第３の側面は，偏光子に関する。この偏光子は，基板と，基板上に形成された積層体とを含む，自己クローニングフォトニック結晶を含む。そして，この偏光子の基本構成は，先に説明した自己クローニング結晶と同一である。すなわち，積層体は，高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されたものである。基板は，少なくとも，積層体が形成される面に，１次元又は２次元の周期構造を有し，周期構造の周期は１３０ｎｍ以下である。高屈折率層は，基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，ハフニウムの酸化物からなる。低屈折率層は，基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，シリコン酸化物又はアルミニウム酸化物からなる。そして，この偏光子は，波長が２２０ｎｍ〜３００ｎｍの光の偏光状態を制御できる。なお，本発明の偏光子が制御する光の波長として，２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ以下でも良く，２２０ｎｍ以上２６０ｎｍ以下でもよい。【００２７】
先に説明したとおり，自己クローニングフォトニック結晶は，一方の偏光成分が透過できない条件では，偏光子として機能する。多層膜においては，ある波長範囲で光が反射し，透過しない現象が起こる。自己クローニングフォトニック結晶では，この波長範囲のうち上限又は下限の近傍では，一方の偏光成分は透過し，他方の偏光は反射する現象が観測される。この現象を積極的に用いることで，自己クローニングフォトニック結晶を，偏光子として利用することができる（T.Kawashima,  T.Sato,  W.Ishikawa,  and  S.Kawakami,  “Photonic  Crystal  Polarization  Beam  Splitters  and  Their  Applications  -  First  Industrialization  of  Photonic  Crystals  -  ,”  Optical  Fiber  Communication  Conference  &  Exposition  (OFC  2003),  Atlanta,  Georgia,  USA,  March  2003,  ThI2.）。すなわち，自己クローニングフォトニック結晶を偏光子として使用する場合は，その自己クローニングフォトニック結晶が透過できなくなる波長範囲の端付近の波長を有する光が動作波長となるようにすればよい。具体的には，高屈折率層の光学厚が波長の半分以下となり，かつ低屈折率層の光学厚が波長の半分以下となるように設計すればよい。【００２８】
本発明の第３の側面に係る偏光子として好ましいものは，高屈折率層の厚さが６０ｎｍ以上７０ｎｍ以下であり，低屈折率層の厚さが，７４ｎｍ以上８６ｎｍ以下の偏光子である。酸化ハフニウムの屈折率は，約１．９〜２．１である。また，自己クローニング法に基づいて酸化ハフニウム層を形成する際に，好ましい膜厚の範囲とすることが望ましい。このような観点から，高屈折率層の厚さとして，６０ｎｍ以上７０ｎｍ以下が，好ましい。また，酸化シリコンの屈折率は約１．５〜１．６である。よって，低屈折率層の厚さを，７４ｎｍ以上８６ｎｍ以下とすることが好ましい。これらの範囲とすることで，好ましい物性を担保しつつ，偏光子として機能する結晶を得ることができる。【００２９】
なお，先に説明したとおり，偏光子では，光のうち一方の偏光成分を透過させ，残りの偏光成分を透過させないものが好ましい。透過成分と透過しない成分との強度比（消光比）は，１／５０より小さくなることが好ましい。具体的には，消光比が１／１００や１／１００００のような値をとる。そして，層の数が多いほど，消光比が高くなる。よって，要求される消光比に応じて，層の数を増減すればよい。
【実施例１】
【００３０】
紫外線用自己クローニングフォトニック結晶偏光子の製造
本実施例では，自己クローニングフォトニック結晶製造法に基づいて，紫外線用の偏光子を製造した。基板として石英基板を用いた。基板に，１２０ｎｍ周期ピッチの周期的な凹凸を形成した。基板に周期ピッチを形成するために，公知のフォトリソグラフィープロセスを用いた。スパッタリング装置を用いて，低屈折率材料としてＳｉＯ２,高屈折率材料としてＨｆＯ２を交互に積層した。いずれの材料も，成膜雰囲気は４：１の分圧でＡｒと酸素ガスとを流しながら０．８Ｐａのガス圧で電圧印加し，スパッタリングを行った。基板バイアスを同時に印加することにより，成膜とエッチングとを同時に行った。基板バイアスに印加する電力は，成膜電力の８％近傍に設定した。低屈折率在の一層当りの膜厚は８０ｎｍ,高屈折率材料の一層当りの膜厚は６２ｎｍとした。合計積層数は，５０層とした。【００３１】
このようにして作製した偏光子の光学特性を評価した。その結果を図２に示す。図２は，周期が１２０ｎｍの偏光子の光学特性を示すグラフである。図２Ａは，垂直入射についての透過率を示すグラフである。図２Ｂは，ｘ方向へ１０度ずれた位置からの入射光に対する透過率を示すグラフである。図２Ｃは，ｙ方向へ１０度ずれた位置からの入射光に対する透過率を示すグラフである。図中実線は，ＴＭモード成分を示し，点線はＴＥモード成分を示す。図２Ａ〜図２Ｂに示されるように，偏光子の光学特性として，波長２６６ｎｍの光に対し，２５ｄＢ以上の消光比が得られた。すなわち，本発明の自己クローニングフォトニック結晶は，紫外線用の偏光子として機能することがわかる。
【実施例２】
【００３２】
基板の周期ピッチを１４０ｎｍとした以外は，実施例１と同様にして自己クローニングフォトニック結晶を製造した。このようにして作製した偏光子の光学特性を評価した。その結果を図２に示す。図３は，周期が１４０ｎｍの偏光子の光学特性を示すグラフである。図３Ａは，垂直入射についての透過率を示すグラフである。図３Ｂは，ｘ方向へ１０度ずれた位置からの入射光に対する透過率を示すグラフである。図３Ｃは，ｙ方向へ１０度ずれた位置からの入射光に対する透過率を示すグラフである。図中実線は，ＴＭモード成分を示し，点線はＴＥモード成分を示す。偏光子は，たとえば，ＴＭモード成分を透過し，ＴＥモード成分を透過しないものが好ましい。図２Ｂと，図３Ｂとを比較すると，図３Ｂでは，ＴＥ成分が一部透過している。よって，基板の周期が１４０ｎｍのものに比べて，基板の周期が１２０ｎｍのものの方が，偏光子として優れていることがわかる。
【実施例３】
【００３３】
紫外線用自己クローニングフォトニック結晶波長板の製造
本実施例では，自己クローニングフォトニック結晶製造法に基づいて，紫外線用の波長板を製造した。基板として石英基板を用いた。基板に，１２０ｎｍ周期ピッチの周期的な凹凸を形成した。基板に周期ピッチを形成するために，公知のフォトリソグラフィープロセスを用いた。スパッタリング装置を用いて，低屈折率材料としてＳｉＯ２,高屈折率材料としてＨｆＯ２を交互に積層した。いずれの材料も，成膜雰囲気は４：１の分圧でＡｒと酸素ガスとを流しながら０．８Ｐａのガス圧で電圧印加し，スパッタリングを行った。基板バイアスを同時に印加することにより，成膜とエッチングとを同時に行った。基板バイアスに印加する電力は，成膜電力の８％近傍に設定した。低屈折率在の一層当りの膜厚は２０ｎｍ,高屈折率材料の一層当りの膜厚は２０ｎｍとした。合計積層数は，１２０層とした。【００３４】
このようにして作製した波長板の光学特性を図４に示す光学系にて評価した。図４は，波長板の光学特性を測定するために用いた光学系のブロック図である。この光学系は，レーザ光源と，固定偏光子と，自己クローニングフォトニック結晶波長板と，回転偏光子と，フォトディテクタとをこの順番で含む。なお，光源として波長２６６ｎｍのレーザを用いた。作製した波長板の異方性軸を，入射光の偏光方向に４５度の角度で配置し，出射側の偏光子を回転させたときにフォトディテクタで検出される光量の変化を測定した。得られた回転偏光子の角度と透過光の強さとの関係を図５に示す。図５は，紫外線用自己クローニングフォトニック結晶波長板の偏光特性を示すグラフである。図５に示されるように，入射偏光と平行（図中９０度）にした場合に最も光量が低下し，入射偏光に直交させた場合と比べて約３０ｄＢの消光比が得られることがわかった。つまり，得られた波長板は，９０度の向きの直線偏光を０度の直線偏光に変換させいる。また，この出射光に含まれる０度方向の偏光性分は，９０度方向の偏光成分の約１０００倍の強度になっていた。すなわち，本発明の紫外線用自己クローニングフォトニック結晶は，良好な二分の一波長板として機能していることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は，光学機器などの分野で好適に利用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は，自己クローニングフォトニック結晶の例を示す図である。図１Ａは，基板の例を示す。図１Ｂは，膜を形成した後の自己クローニングフォトニック結晶を示す。
【図２】図２は，周期が１２０ｎｍの偏光子の光学特性を示すグラフである。図２Ａは，垂直入射についての透過率を示すグラフである。図２Ｂは，ｘ方向へ１０度ずれた位置からの入射光に対する透過率を示すグラフである。図２Ｃは，ｙ方向へ１０度ずれた位置からの入射光に対する透過率を示すグラフである。
【図３】図３は，周期が１４０ｎｍの偏光子の光学特性を示すグラフである。図３Ａは，垂直入射についての透過率を示すグラフである。図３Ｂは，ｘ方向へ１０度ずれた位置からの入射光に対する透過率を示すグラフである。図３Ｃは，ｙ方向へ１０度ずれた位置からの入射光に対する透過率を示すグラフである。
【図４】図４は，波長板の光学特性を測定するために用いた光学系のブロック図である。
【図５】図５は，紫外線用自己クローニングフォトニック結晶波長板の偏光特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１  自己クローニングフォトニック結晶
２  基板
３  積層体
４  高屈折率層
５  低屈折率層
【図１】
2009107355.tif 000003
【図２】
2009107355.tif 000004
【図３】
2009107355.tif 000005
【図４】
2009107355.tif 000006
【図５】
2009107355.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月25日(2010.2.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と，前記基板上に形成された積層体とを含む，自己クローニングフォトニック結晶であって，
前記積層体は，高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されたものであり，
前記基板は，
少なくとも，前記積層体が形成される面に，１次元又は２次元の周期構造を有し，
前記高屈折率層は，
前記基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，
ハフニウムの酸化物からなり，
前記低屈折率層は，
前記基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，
シリコン酸化物又はアルミニウム酸化物からなる，
紫外線用自己クローニングフォトニック結晶。
【請求項２】
前記基板上に形成された周期構造における周期が，１３０ｎｍ以下である，
請求項１に記載の自己クローニングフォトニック結晶。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の紫外線用自己クローニングフォトニック結晶を含む，
光学機器。
【請求項４】
基板と，前記基板上に形成された積層体とを含む，自己クローニングフォトニック結晶を含む波長板であって，
前記積層体は，高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されたものであり，
前記基板は，
少なくとも，前記積層体が形成される面に，１次元又は２次元の周期構造を有し，
前記周期構造の周期は１３０ｎｍ以下であり
前記高屈折率層は，
前記基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，
ハフニウムの酸化物からなり，
前記低屈折率層は，
前記基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，
シリコン酸化物又はアルミニウム酸化物からなり，
波長が２２０ｎｍ〜３００ｎｍの光を制御する，紫外線用波長板。
【請求項５】
前記基板は，周期的な溝を有する１次元の周期構造であり，
前記高屈折率層の厚さが，７０ｎｍ以下であり，
前記低屈折率層の厚さが，８０ｎｍ以下であり，
前記高屈折率層一層の光学厚さと前記低屈折率層一層の光学厚さの合計が３００ｎｍ以下である，
請求項４に記載の波長板。
【請求項６】
基板と，前記基板上に形成された積層体とを含む，自己クローニングフォトニック結晶を含む偏光子であって，
前記積層体は，高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されたものであり，
前記基板は，
少なくとも，前記積層体が形成される面に，１次元又は２次元の周期構造を有し，
前記周期構造の周期は１３０ｎｍ以下であり，
前記高屈折率層は，
前記基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，
ハフニウムの酸化物からなり，
前記低屈折率層は，
前記基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，
シリコン酸化物又はアルミニウム酸化物からなり，
波長が２２０ｎｍ〜３００ｎｍの光の偏光状態を制御する，紫外線用偏光子。
【請求項７】
前記基板は，周期的な溝を有する１次元の周期構造であり，
前記高屈折率層の厚さが６０ｎｍ以上７５ｎｍ以下であり，
前記低屈折率層の厚さが，７４ｎｍ以上８６ｎｍ以下である，
請求項６に記載の偏光子。
【請求項８】
波長が２６０ｎｍ〜２８０ｎｍの入射光のＴＥモードにおける透過率が３５％以下である，
請求項６に記載の偏光子。
【請求項９】
前記低屈折率層は，アルミニウム酸化物からなる，
請求項１に記載の紫外線用自己クローニングフォトニック結晶。
【請求項１０】
自己クローニングフォトニック結晶を用いた調光方法であって，
前記自己クローニングフォトニック結晶は，
基板と，前記基板上に形成された積層体とを含むものであり，
前記自己クローニングフォトニック結晶において，
前記積層体は，高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されたものであり，
前記基板は，
少なくとも，前記積層体が形成される面に，１次元又は２次元の周期構造を有し，
前記高屈折率層は，
前記基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，
ハフニウムの酸化物からなり，
前記低屈折率層は，
前記基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，
シリコン酸化物又はアルミニウム酸化物からなり，
前記調光方法は，
前記自己クローニングフォトニック結晶に紫外光を入射させて透過させるステップ，
を含み，
これにより，前記紫外光は，前記自己クローニングフォトニック結晶の前記周期構造によって２つの偏光成分をもち，その結果，前記自己クローニングフォトニック結晶が紫外線用の波長板として機能する，
調光方法。
【請求項１１】
自己クローニングフォトニック結晶を用いた調光方法であって，
前記自己クローニングフォトニック結晶は，
基板と，前記基板上に形成された積層体とを含むものであり，
前記自己クローニングフォトニック結晶において，
前記積層体は，高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されたものであり，
前記基板は，
少なくとも，前記積層体が形成される面に，１次元又は２次元の周期構造を有し，
前記高屈折率層は，
前記基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，
ハフニウムの酸化物からなり，
前記低屈折率層は，
前記基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，
シリコン酸化物又はアルミニウム酸化物からなり，
前記調光方法は，
前記自己クローニングフォトニック結晶に紫外光を入射させて透過させるステップ，
を含み，
これにより，前記自己クローニングフォトニック結晶を紫外線用の偏光子として機能させ，当該紫外線用の偏光子によって，前記紫外光の波長２６０ｎｍ〜２８０ｎｍの光のＴＭモードにおける透過率が６０％以上となるように，かつ，前記紫外光の波長２６０ｎｍ〜２８０ｎｍの光のＴＥモードにおける透過率が３５％以下となるように維持する，
調光方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
実施例３
［００３３］
紫外線用自己クローニングフォトニック結晶波長板の製造
本実施例では，自己クローニングフォトニック結晶製造法に基づいて，紫外線用の波長板を製造した。基板として石英基板を用いた。基板に，１２０ｎｍ周期ピッチの周期的な凹凸を形成した。基板に周期ピッチを形成するために，公知のフォトリソグラフィープロセスを用いた。スパッタリング装置を用いて，低屈折率材料としてＳｉＯ２，高屈折率材料としてＨｆＯ２を交互に積層した。いずれの材料も，成膜雰囲気は４：１の分圧でＡｒと酸素ガスとを流しながら０．８Ｐａのガス圧で電圧印加し，スパッタリングを行った。基板バイアスを同時に印加することにより，成膜とエッチングとを同時に行った。基板バイアスに印加する電力は，成膜電力の８％近傍に設定した。低屈折率在の一層当りの膜厚は２０ｎｍ，高屈折率材料の一層当りの膜厚は２０ｎｍとした。合計積層数は，１２０層とした。
［００３４］
このようにして作製した波長板の光学特性を図４に示す光学系にて評価した。図４は，波長板の光学特性を測定するために用いた光学系のブロック図である。この光学系は，レーザ光源と，固定偏光子と，自己クローニングフォトニック結晶波長板と，回転偏光子と，フォトディテクタとをこの順番で含む。なお，光源として波長２６６ｎｍのレーザを用いた。作製した波長板の異方性軸を，入射光の偏光方向に４５度の角度で配置し，出射側の偏光子を回転させたときにフォトディテクタで検出される光量の変化を測定した。得られた回転偏光子の角度と透過光の強さとの関係を図５に示す。図５は，紫外線用自己クローニングフォトニック結晶波長板の偏光特性を示すグラフである。図５に示されるように，入射偏光と平行（図中９０度）にした場合に最も光量が低下し，入射偏光に直交させた場合と比べて約３０ｄＢの消光比が得られることがわかった。つまり，得られた波長板は，９０度の向きの直線偏光を０度の直線偏光に変換させる。また，この出射光に含まれる０度方向の偏光性分は，９０度方向の偏光成分の約１０００倍の強度になっていた。すなわち，本発明の紫外線用自己クローニングフォトニック結晶は，
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月25日(2010.2.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と，前記基板上に形成された積層体とを含む，自己クローニングフォトニック結晶であって，
前記積層体は，高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されたものであり，
前記基板は，
少なくとも，前記積層体が形成される面に，１次元又は２次元の周期構造を有し，
前記高屈折率層は，
前記基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，
ハフニウムの酸化物からなり，
前記低屈折率層は，
前記基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，
シリコン酸化物又はアルミニウム酸化物からなる，
紫外線用自己クローニングフォトニック結晶。
【請求項２】
前記基板上に形成された周期構造における周期が，１３０ｎｍ以下である，
請求項１に記載の自己クローニングフォトニック結晶。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の紫外線用自己クローニングフォトニック結晶を含む，
光学機器。
【請求項４】
基板と，前記基板上に形成された積層体とを含む，自己クローニングフォトニック結晶を含む波長板であって，
前記積層体は，高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されたものであり，
前記基板は，
少なくとも，前記積層体が形成される面に，１次元又は２次元の周期構造を有し，
前記周期構造の周期は１３０ｎｍ以下であり
前記高屈折率層は，
前記基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，
ハフニウムの酸化物からなり，
前記低屈折率層は，
前記基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，
シリコン酸化物又はアルミニウム酸化物からなり，
波長が２２０ｎｍ〜３００ｎｍの光を制御する，紫外線用波長板。
【請求項５】
前記基板は，周期的な溝を有する１次元の周期構造であり，
前記高屈折率層の厚さが，７０ｎｍ以下であり，
前記低屈折率層の厚さが，８０ｎｍ以下であり，
前記高屈折率層一層の光学厚さと前記低屈折率層一層の光学厚さの合計が３００ｎｍ以下である，
請求項４に記載の波長板。
【請求項６】
基板と，前記基板上に形成された積層体とを含む，自己クローニングフォトニック結晶を含む偏光子であって，
前記積層体は，高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されたものであり，
前記基板は，
少なくとも，前記積層体が形成される面に，１次元又は２次元の周期構造を有し，
前記周期構造の周期は１３０ｎｍ以下であり，
前記高屈折率層は，
前記基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，
ハフニウムの酸化物からなり，
前記低屈折率層は，
前記基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，
シリコン酸化物又はアルミニウム酸化物からなり，
波長が２２０ｎｍ〜３００ｎｍの光の偏光状態を制御する，紫外線用偏光子。
【請求項７】
前記基板は，周期的な溝を有する１次元の周期構造であり，
前記高屈折率層の厚さが６０ｎｍ以上７５ｎｍ以下であり，
前記低屈折率層の厚さが，７４ｎｍ以上８６ｎｍ以下である，
請求項６に記載の偏光子。
【請求項８】
波長が２６０ｎｍ〜２８０ｎｍの入射光のＴＥモードにおける透過率が３５％以下である，
請求項６に記載の偏光子。
【請求項９】
前記低屈折率層は，アルミニウム酸化物からなる，
請求項１に記載の紫外線用自己クローニングフォトニック結晶。
【請求項１０】
自己クローニングフォトニック結晶を用いた調光方法であって，
前記自己クローニングフォトニック結晶は，
基板と，前記基板上に形成された積層体とを含むものであり，
前記自己クローニングフォトニック結晶において，
前記積層体は，高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されたものであり，
前記基板は，
少なくとも，前記積層体が形成される面に，１次元又は２次元の周期構造を有し，
前記高屈折率層は，
前記基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，
ハフニウムの酸化物からなり，
前記低屈折率層は，
前記基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，
シリコン酸化物又はアルミニウム酸化物からなり，
前記調光方法は，
前記自己クローニングフォトニック結晶に紫外光を入射させて透過させるステップ，
を含み，
これにより，前記紫外光は，前記自己クローニングフォトニック結晶の前記周期構造によって２つの偏光成分をもち，その結果，前記自己クローニングフォトニック結晶が紫外線用の波長板として機能する，
調光方法。
【請求項１１】
自己クローニングフォトニック結晶を用いた調光方法であって，
前記自己クローニングフォトニック結晶は，
基板と，前記基板上に形成された積層体とを含むものであり，
前記自己クローニングフォトニック結晶において，
前記積層体は，高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されたものであり，
前記基板は，
少なくとも，前記積層体が形成される面に，１次元又は２次元の周期構造を有し，
前記高屈折率層は，
前記基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，
ハフニウムの酸化物からなり，
前記低屈折率層は，
前記基板に形成された周期構造を反映した周期構造を有し，
シリコン酸化物又はアルミニウム酸化物からなり，
前記調光方法は，
前記自己クローニングフォトニック結晶に紫外光を入射させて透過させるステップ，
を含み，
これにより，前記自己クローニングフォトニック結晶を紫外線用の偏光子として機能させ，当該紫外線用の偏光子によって，前記紫外光の波長２６０ｎｍ〜２８０ｎｍの光のＴＭモードにおける透過率が６０％以上となるように，かつ，前記紫外光の波長２６０ｎｍ〜２８０ｎｍの光のＴＥモードにおける透過率が３５％以下となるように維持する，
調光方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
実施例３
［００３３］
紫外線用自己クローニングフォトニック結晶波長板の製造
本実施例では，自己クローニングフォトニック結晶製造法に基づいて，紫外線用の波長板を製造した。基板として石英基板を用いた。基板に，１２０ｎｍ周期ピッチの周期的な凹凸を形成した。基板に周期ピッチを形成するために，公知のフォトリソグラフィープロセスを用いた。スパッタリング装置を用いて，低屈折率材料としてＳｉＯ２，高屈折率材料としてＨｆＯ２を交互に積層した。いずれの材料も，成膜雰囲気は４：１の分圧でＡｒと酸素ガスとを流しながら０．８Ｐａのガス圧で電圧印加し，スパッタリングを行った。基板バイアスを同時に印加することにより，成膜とエッチングとを同時に行った。基板バイアスに印加する電力は，成膜電力の８％近傍に設定した。低屈折率在の一層当りの膜厚は２０ｎｍ，高屈折率材料の一層当りの膜厚は２０ｎｍとした。合計積層数は，１２０層とした。
［００３４］
このようにして作製した波長板の光学特性を図４に示す光学系にて評価した。図４は，波長板の光学特性を測定するために用いた光学系のブロック図である。この光学系は，レーザ光源と，固定偏光子と，自己クローニングフォトニック結晶波長板と，回転偏光子と，フォトディテクタとをこの順番で含む。なお，光源として波長２６６ｎｍのレーザを用いた。作製した波長板の異方性軸を，入射光の偏光方向に４５度の角度で配置し，出射側の偏光子を回転させたときにフォトディテクタで検出される光量の変化を測定した。得られた回転偏光子の角度と透過光の強さとの関係を図５に示す。図５は，紫外線用自己クローニングフォトニック結晶波長板の偏光特性を示すグラフである。図５に示されるように，入射偏光と平行（図中９０度）にした場合に最も光量が低下し，入射偏光に直交させた場合と比べて約３０ｄＢの消光比が得られることがわかった。つまり，得られた波長板は，９０度の向きの直線偏光を０度の直線偏光に変換させる。また，この出射光に含まれる０度方向の偏光性分は，９０度方向の偏光成分の約１０００倍の強度になっていた。すなわち，本発明の紫外線用自己クローニングフォトニック結晶は，
【国際調査報告】
2009107355.tif 000008
2009107355.tif 000009