(57)【要約】【課題】従来の３次元フォトニック結晶は、その作製方法が難しく、生産性に乏しく、作製のコストがかかるという欠点があった。【解決手段】従来の３次元フォトニック結晶がロッドを積み重ねるのに代えて、半導体工業において広く用いられている半導体のエッチング技術を用いてロッド間の部分をエッチング技術によって除去して、中空領域を形成して、結果としてロッドを積みねた構造を実現する。【選択図】図３
2006259081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光デバイス用バルク材に所定の周期で配列された第１の中空領域を複数層エッチングによって形成すること、
前記第１の中空領域の延伸方向と９０度延伸方向を異にする所定の周期で配列された第２の中空領域を複数層エッチングによって形成すること、
前記第１の中空領域の層と前記第１の中空領域の層は、それぞれの中空領域の延伸方向と９０度異なる方向に交互に積層された形になるように所定の領域に形成されていることを特徴とするウッドパイル型光デバイス用構造体の製造方法。
【請求項２】
前記第１、第２の中空領域をエッチングによって複数層形成するためのパターンはそれぞれ、中空領域の断面形状に対応した開口が複数個並列に配分され、且つ、複数列のものとされるとともに、他のパターンと合成するときに、それぞれの列が交互に、配列される関係になされるものである請求項１記載のウッドパイル型光デバイス用構造体の製造方法。
【請求項３】
前記中空領域の断面形状が長方形あるいは楕円であり、且つ、長方形の２辺、あるいは、楕円の２軸の長さの比が、２．５〜１．４の範囲に設定されている請求項１記載のウッドパイル型光デバイス用構造体の製造方法。
【請求項４】
前記中空領域の断面形状が長方形あるいは楕円であり、且つ、長方形の２辺、あるいは、楕円の２軸の長さの比が、２．５〜１．４の範囲に設定されている請求項２記載のウッドパイル型光デバイス用構造体の製造方法。
【請求項５】
前記複数層の第１の中空領域の一つの層の中空領域の一つがバルク材に変えられ、前記一つの層に隣接する第２の中空領域の一つの層の中空領域の一つがバルク材に変えられ、それぞれのバルク材が直交するように、前記バルク材に変えられる中空領域を選択した請求項１記載のウッドパイル型光デバイス用構造体の製造方法。
【請求項６】
前記第１、第２の中空領域をエッチングによって複数層形成するためのパターンは、それぞれ、中空領域の断面形状に対応した開口が複数個並列に配分され、且つ、複数列のものとされるとともに、他のパターンと合成するときに、それぞれの列が交互に、配列される関係になされるものであるとともに、前記第１の中空領域をエッチングするためのパターンの一つは開口が削除され、前記第２の中空領域をエッチングするためのパターンの一つは開口が削除され、これらの開口の削除により現れるバルク材が直交する位置になるように削除する開口が選択される請求項２記載のウッドパイル型光デバイス用構造体の製造方法。
【請求項７】
前記バルク材が直交するように、前記バルク材に変えられる中空領域を選択した第１、第２の中空領域のそれぞれの一つの層の構成を、積層方向に隣接して連続的、あるいは周期的に構成する請求項５記載のウッドパイル型光デバイス用構造体の製造方法。
【請求項８】
前記第１の中空領域をエッチングするためのパターンの一つは開口が削除され、前記第２の中空領域をエッチングするためのパターンの一つは開口が削除され、これらの開口の削除により現れるバルク材が直交する位置になるように削除する開口が選択されるとともに、これら開口の選択が、積層方向に隣接して連続的、あるいは周期的に構成する請求項６記載のウッドパイル型光デバイス用構造体の製造方法。
【請求項９】
所定の周期で配列された第１の中空領域を複数層エッチングによって形成された光デバイス用バルク材と、
前記バルク材に複数層エッチングによって形成された、前記第１の中空領域の延伸方向と９０度延伸方向を異にする所定の周期で配列された第２の中空領域とよりなり、
前記第１の中空領域の層と前記第１の中空領域の層は、それぞれの中空領域の延伸方向と９０度異なる方向に交互に積層された形になるように所定の領域に形成されていることを特徴とするウッドパイル型光デバイス用構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の干渉、回折などを効率的に生じさせる３次元フォトニック結晶の製造方法およびこの方法によって製造した３次元フォトニック結晶の構造に係る。
【背景技術】
【０００２】
近年、従来の光機能素子では不可能だった光の制御を可能とする材料として、フォトニック結晶が大きな関心を集めている。フォトニック結晶とは、屈折率の異なる二つあるいはそれ以上の数の媒質を組み合わせた多次元周期構造のことである。このようなフォトニック結晶では、周期構造が１軸方向にのみ形成されている場合を１次元フォトニック結晶、直交する２軸方向に形成されている場合を２次元フォトニック結晶、直交する３軸方向に形成されている場合を３次元フォトニック結晶と呼ぶ。この中で、３次元フォトニック結晶は、とくにさまざまな光の制御が可能で、その実現が求められている。
【０００３】
いままで、３次元フォトニック結晶としてさまざまなフォトニック結晶構造が提案されている。図１は、実際に作製されているウッドパイル型フォトニック結晶構造の概略を示す図である。（たとえば、サイエンス、Ｖｏｌ．２８９、２０００年７月２８日、ｐｐ．６０４−６０６、特開２００４−２１９６８８号公報）。これは、ｘ軸方向に伸びるロッド１を平行に並べたロッド列の上に、ｙ軸方向に伸びるロッド２を平行に並べたロッド列を繰り返してｚ軸方向に交互に積み重ねて構成したものである。
【０００４】
ウッドパイル型フォトニック結晶以外では、３次元フォトニック結晶を実際に作製した例はほとんど無い。これは、ウッドパイルフォトニック結晶は、融着法と呼ばれる方法によって作製することができ、ある程度特性の良いものが得られるからである。この方法によって、光通信波長域で動作するウッドパイル型フォトニック結晶が既に作製されている。
【０００５】
このような３次元フォトニック結晶は様々な分野への応用が期待されているが、特に光部品への応用を目的とした研究が盛んである。３次元フォトニック結晶中に線状あるいは点状の欠陥を導入し、導波路や発光機能素子を作製すると、小型化・高性能化に著しい効果があるとされており、現在までに様々な素子が提案・研究されている（サイエンス、Ｖｏｌ．２８９、２０００年７月２８日、ｐｐ．６０４−６０６）。図1では、ｘ軸方向のロッド2のひとつを取り除いた欠陥構造として、導波路とした例である。
【０００６】
しかしながら、これらのウッドパイル型フォトニック結晶に代表される３次元フォトニック結晶は、一般に作製が難しいという欠点を有する。たとえば、ウッドパイル型を作製する融着法は、１層１層を多数回融着しなければならず、スループットが極めて低いという欠点を有する。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２１９６８８号公報
【非特許文献１】サイエンス、Ｖｏｌ．２８９、２０００年７月２８日、ｐｐ．６０４−６０６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
背景技術に述べたように、３次元フォトニック結晶は、さまざまな用途が考えられるにもかかわらず、その作製方法が難しく、生産性に乏しく、作製のコストがかかるという欠点がある。本発明の目的は、作製が容易で、生産性が高く、作製のコストが低い３次元フォトニック結晶の製造方法およびこの方法によって製造した次元フォトニック結晶を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
作製が容易で、生産性が高く、作製のコストが低い３次元フォトニック結晶を提供するには、半導体工業において広く用いられている半導体のエッチング技術を用いるのが有効である。本発明では、図1で説明したロッドを積み重ねるのに代えて、ロッド間の部分をエッチング技術によって除去して、中空領域を形成して、結果としてロッドを積みねた構造を実現する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、作製が容易で、生産性が高く、作製のコストが低い３次元フォトニック結晶を提供することができる。更に本発明により小型で安価かつ信頼性の高い光デバイスを作製することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図２Aは本発明によって構成したウッドパイル型フォトニック結晶の一例を示す模式図である。バルク材料の中に、エッチング技術によってｘ軸方向に伸びる中空領域３とｙ軸方向に伸びる中空領域４とを交互に形成する。その結果、残されたｘ軸方向に延びるバルク材料５の列とｙ軸方向に延びるバルク材料６の列が、交互に積層されたロッドの形になり、ウッドパイル型フォトニック結晶構造が実現される。図１と図２Aとを対比して分かるように、本発明によって構成されるウッドパイル型フォトニック結晶構造と従来公知のそれとでは、ｘ軸方向およびｙ軸方向にロッドの列が、交互に積層された構造と言う点では、本質的な差異は無い。しかし、ウッドパイル型フォトニック結晶構造に欠陥を形成して光学素子とするときの働きは、図２Aの構造と図１に示した構造とでは、異なる。これについては、図３、図４を参照して説明する。また、図２Bは、x軸方向に伸びる中空領域３がｚ軸方向にそのまま積み上がるのではなく、１層ごとにｄｙ／２ずつｙ軸方向にシフトし、かつy軸方向に伸びる中空領域４がz軸方向にそのまま積み上がるのではなく、１層ごとにｄｘ／２ずつｙ軸方向にシフトした場合の構造を示す。この場合、図中に表示したように、ｄｘは、中空領域４のｘ軸方向間隔で、これはロッド６の間隔に等しく、ｄｙは、中空領域３のy軸方向間隔で、これはロッド５の間隔に等しい。この図２Bの場合も図２Aと同じくウッドパイル型フォトニック結晶構造となり、図２Aと同様の特性を示す。以下の図３、図４では、図２Aに示した構造を元にその欠陥構造を例示するが、この例示は図２Bについて全く同じように適用される。
【００１２】
図３は本発明により構成できる欠陥を持つウッドパイル型フォトニック結晶構造の例を示す図である。図２Aに示す、例えば、ｘ軸方向に伸びる参照符号５’で示すバルク材料５の一つに隣接するｘ軸方向に伸びる中空領域３を取り除き、ｙ軸方向に伸びる参照符号６’で示すバルク材料６の一つに隣接する中空領域４を取り除いて、幅の広いバルク材料７，８のように構成した欠陥を持つウッドパイル型フォトニック結晶構造とした例を示す図である。すなわち、参照符号５’で示すｘ軸方向に伸びるバルク材料５および参照符号６’で示すｙ軸方向に伸びるバルク材料６の片側の中空領域が無くなるようにエッチングのパターンを決めて形成したウッドパイル型フォトニック結晶構造である。この構造によれば、参照符号７で示すｘ軸方向に伸びる幅の広いバルク材料および参照符号８で示すｙ軸方向に伸びる幅の広いバルク材料の交点に共振器を構成することができるから、入射する光をトラップすることができ、微小レーザ等の作成に活用できる。
【００１３】
図４は、本発明により構成できる欠陥を持つウッドパイル型フォトニック結晶構造の他の例を示す図である。図３に示す幅の広いバルク材料７，８を連続する各層に形成し、各層に形成した欠陥がｚ軸方向に連続するウッドパイル型フォトニック結晶構造とした例を示す図である。すなわち、この構造によれば、幅の広いバルク材料７，８の交点が各層に連続して構成されるから、入射する光を反対側まで導波する導波路を構成することができる。
【００１４】
本発明においては、バルク材料は、エッチング技術が応用できるものであればなんでも良いが、たとえば、ＬｉＮｂＯ3（リチュウムナイオベイト）あるいはＬｉＴａＯ3（リチュウムタンタレイト）等の誘電体、Ｓｉ（シリコン）、ＧａＡｓ（ガリヒソ）、ＩｎＰ（インジュウムリン）等の半導体は作業性もよく好適である。
【００１５】
以下、具体的なウッドパイル型フォトニック結晶構造の製作過程の説明の前に、上述したエッチング技術によって中空領域を形成してロッドの積層構造を形成したウッドパイル型フォトニック結晶構造において、バンドが開く光の周波数域、言い換えれば、光が空間のすべての方向で閉じ込められる光の周波数域を平面波展開法による計算によって明らかにする。計算では、材料としてＳｉを用いた場合を想定し、屈折率を３．５とした。中空領域の断面形状を通常良く用いられる正方形とした。
【００１６】
図５は、図２Ｂに示されるウッドパイル型構造の格子定数で規格化した中空領域の幅と光周波数の関係を示した図である。ここで、光周波数は、ωａ／２πで表され、ω＝光の角周波数、ａ＝ウッドパイル型構造の格子定数、π＝円周率である。この光周波数は、λを波長とした場合、ａ／λに等しい。バンドは、図中の参照符号１０で示した領域で、空間のすべての方向で開いていることを示している。
【００１７】
図６は、バンドが最も大きく開く中空領域の幅、すなわち０．５３のところでのバンド構造を示した図である。図の横軸は、光の波数の大きさと光の進む方向に対応する記号で、群論的な表現である。Γ点は、波数が０に対応する。図中、１１で示した曲線がひとつひとつのバンドに対応し、特定の光周波数に対して、これらのバンドが存在しない領域が、バンドが開いた領域１２になる。
【００１８】
しかしながら、上述の構造の場合、バンドは、それほど大きく開かないことがわかる。これを改善するために、中空領域の断面を通常良く用いられる正方形から、長方形に変えて計算した。計算の結果、積層方向と垂直な方向の幅（横幅という）が、０．７４のとき、バンドが最も大きく開くことが明らかとなった。
【００１９】
図７は、横幅を０．７４に固定して、積層方向の幅（縦幅という）を変えた場合のバンドが開く領域１０を示した図である。
【００２０】
図８は、バンドが最も大きく開く構造、すなわち中空領域の横幅が０．７４で、縦幅が０．４２のときのバンド構造である。バンドギャップの大きさは、光周波数で０．１程度と大きく、中空領域の断面が正方形の場合のバンドギャップの大きさ０．０４に比べて、２．５倍になっている。このように、中空領域の断面を非対称にすると大きなバンドギャップが得られることを初めて明らかにした。
【００２１】
このバンドが大きく開く領域は、図５から分かるように、中空領域の縦幅が、０．３から０．５５の間であることが分かる。これは、中空領域の横幅ｗlと中空領域の縦幅ｗｔとの比（ｗｌ／ｗｔ）が、２．５から１．４の範囲に対応する。この範囲で、大きなバンドギャップが得られる。このｗｌ／ｗｔの範囲が２．５〜１．４でバンドが大きく開く領域が得られることは、バルク（母体材料）の屈折率が変わっても変化が無い。なお、この最適範囲は、中空領域の横幅ｗlと中空領域の縦幅の比を逆転させた場合、すなわち、ｗｔ／ｗｌ＝２．５〜１．４の場合でも成立する。また、中空領域の断面が楕円等の場合もほぼ成立し、この場合、長方形の縦、横幅は、それぞれ、楕円の短軸、長軸の長さに対応する。
【００２２】
次に、図２Bを参照して説明した中空領域をエッチングにより形成してウッドパイル型フォトニック結晶構造を実現する具体的な手順を説明する。
【００２３】
図９Aは、図２Bで示すｘ軸方向の中空領域の形成のためのマスクパターンの例２０を示す図である。ここでは、例えば、３．１μｍ×１．３μｍの長方形の開口２１を１．１μｍ離して横方向に配列した開口２１の列とし、これを１．３μｍ離して縦方向に繰り返し配列した開口２１の列の層とした。すなわち、開口２１の横方向周期は、４．２μｍとし、縦方向周期は、２．６μｍとした。
【００２４】
図９Ｂは、図２Bで示すｙ軸方向の中空領域の形成のためのマスクパターンの例３０を示す図である。ここでは、例えば、３．１μｍ×１．３μｍの長方形の開口３１を１．１μｍ離して横方向に配列した開口３１の列とし、これを１．３μｍ離して縦方向に繰り返し配列した開口３１の列の層とした。すなわち、開口３１の横方向周期は、４．２μｍとし、縦方向周期は、２．６μｍとした。
【００２５】
図９Ｃは、マスクパターンの例２０とマスクパターンの例３０の相対的な関係を示す図である。すなわち、エッチング技術によってｘ軸方向に伸びる中空領域３が開口２１によって形成され、ｙ軸方向に伸びる中空領域４が開口３１によって形成される。ここでは、開口２１が属する列と開口３１が属する列が横方向に半周期ずれている場合を例示しているが、もちろん周期をずらさないで中空領域を形成することも可能である。ここでは、ｘ軸方向に伸びる中空領域３の列と、ｙ軸方向に伸びる中空領域４の列が隙間なく隣接する例としたが、それぞれの中空領域３の層と中空領域４の層との間にバルク材が存在する構成としても良いことは言うまでもない。
【００２６】
ここで、開口２１，３１は長方形について説明するが、先にも述べたように、これが楕円であっても良い。
【００２７】
図９Ｄ−図９Ｈは、マスクパターン２０によってｙ軸方向の中空領域を形成する過程を説明する図である。ここでは、図９ＡのＡ−Ａ位置で矢印方向に見た断面として説明する。図９I−図９Kは、マスクパターン３０によってｘ軸方向の中空領域を形成する過程を説明する図である。ここでは、図９ＡのＢ−Ｂ位置で矢印方向に見た断面として説明する。
【００２８】
図９ＤはＳｉ基板４０の上面にＳｉＯ２膜４１、次いで、その上面にポジ型レジスト４２を形成した状態を示す断面図である。Ｓｉ基板４０には本発明のウッドパイル型フォトニック結晶を形成する。ＳｉＯ２膜４１はＳｉ基板40の上面にエッチングマスクとするための厚さ１μｍの膜であり、スパッタリングで形成した。次に、ＳｉＯ２膜４１上面にポジ型レジスト４２を設け、これに、電子線描画装置によりレジストパターン２０を形成した。
【００２９】
図９Ｅは、ＳｉＯ２膜４１上面のポジ型レジスト４２に形成されたレジストパターン２０の開口２１が除去された状態を示す断面図である。
【００３０】
図９Ｆは、ＳｉＯ２膜４１上面のポジ型レジスト４２に形成されたレジストパターン２０をマスクとして、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により、ＳｉＯ２膜４１に、レジストパターン２０に対応するＳｉ用エッチングパターンを形成し、その後、ポジ型レジスト４２を剥離した状態を示す断面図である。
【００３１】
図９Ｇは、ＳｉＯ２膜４１にＳｉ用エッチングパターン２０を形成した状態で、ＳＦ６ガスの雰囲気中で斜め４５度の気相エッチング法により中空ウッドパイル型フォトニック結晶のひとつの方向、ｙ軸方向に伸びる中空領域３の作製が進んでいる状態を示す断面図である。気相エッチングは、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）エッチング装置を用いた。エッチングは、異方性が強い必要があり、回り込みエッチング等が起こらないようにすることが重要であり、そのためには、エッチングの最適化を図ることが必要である。
【００３２】
図９Ｈは、Ｓｉ基板４０に施されたｙ軸方向の中空領域３のエッチングが完了し、Ｓｉ基板４０を水平に戻した状態を示す断面図である。ここでは、Ｓｉ基板４０の厚さは、２０／√２であり、エッチングの深さは、２０μｍであった。
【００３３】
図９Ｉは、Ｓｉ基板４０にｙ軸方向の中空領域３が形成された後の上面のＳｉＯ２膜４１の上面にポジ型レジスト４３を形成した状態を示す断面図である。これは、図９ＡのＢ−Ｂ位置で矢印方向に見た断面図であり、したがって、図９Ｈまでに説明したｙ軸方向に伸びる中空領域３およびバルク材（Ｓｉ）６が破線で示されている。
【００３４】
図９Ｊは、ｙ軸方向の中空領域３と位置合わせをして、ＳｉＯ２膜４１上面のポジ型レジスト４３に形成されたレジストパターン３０の開口３１が除去された状態を示す断面図である。この後、ＳｉＯ２膜４１上面のポジ型レジスト４２に形成されたレジストパターン３０をマスクとして、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により、ＳｉＯ２膜４１に、レジストパターン３０に対応するＳｉ用エッチングパターンを形成し、その後、ポジ型レジスト４３を剥離することは、前述したとおりである。
【００３５】
図９Ｋは、ＳｉＯ２膜４１にＳｉ用エッチングパターン３０を形成した状態で、ＳＦ６ガスの雰囲気中で斜め４５度の気相エッチング法により中空ウッドパイル型フォトニック結晶の反対の方向、ｘ軸方向に伸びる中空領域４の作製が進んでいる状態を示す断面図である。この場合も、気相エッチングは、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）エッチング装置を用いた。
【００３６】
図９Ｌは、Ｓｉ基板４０に施されたｘ軸方向の中空領域４のエッチングが完了し、Ｓｉ基板４０を水平に戻し、その後、ＳｉＯ２膜４１を除去した状態を示す断面図である。図から、実線で示す中空領域３とｘ軸方向に伸びたバルク材（Ｓｉ４０）５と、破線で示す中空領域４とｙ軸方向に伸びたバルク材（Ｓｉ４０）６と直交した状態が実現できたことが容易にわかる。
【００３７】
最後に、作製したウッドパイル型フォトニック結晶構造体の光学特性を評価した。具体的には、エッチングした構造を有するＳｉ基板に垂直に白色光を入射し、反対側に受光器を置いて、光透過率の波長依存性を測定した。その結果、波長１．２〜１．５μｍにおいて、光透過が抑えられていることが分かり、所望のフォトニックバンドギャップが形成されていることが示された。
【００３８】
（欠陥のあるウッドパイル型フォトニック結晶構造１）
上述の説明は欠陥のないウッドパイル型フォトニック結晶構造であったが、図３に示す欠陥（幅の広いバルク材料７，８）のあるウッドパイル型フォトニック結晶構造にするためには、図９Ａに示すマスクパターン２０の開口２１の一つを除去し、この除去された開口２１のある列に隣接する図９Ｂに示すマスクパターン３０の開口３１の一つを除去して、ｘ軸、ｙ軸に伸びる中空領域を形成すれば良いことは容易に理解できる。
【００３９】
このようにして、図３に示す積層方向に隣接し直交する２本の中空領域を欠いた欠陥のあるウッドパイル型フォトニック結晶構造に垂直に、バンドギャップの中にある波長１．３μｍの強いパルス光を照射し、反対側から出力光の時間依存性を測定したところ、その波長以外のバンドギャップ内の光に比べて、１０倍程度の強さの出力が得られた。これは、積層方向に隣接し直交する２本の中空領域を欠いた部分に光が捕捉され、この光のフィールドの一部がウッドパイル型フォトニック結晶構造体の外側まで達し、外側から入射した光を反対側まで運んだものであり、明確な欠陥共振器が形成されたことが分かる。
【００４０】
（欠陥のあるウッドパイル型フォトニック結晶構造２）
同様にして、図４に示す欠陥（幅の広いバルク材料７，８）のあるウッドパイル型フォトニック結晶構造にするためには、図９Ａに示すマスクパターン２０の開口２１の一つをｚ軸方向ですべて除去し、同様に、図９Ｂに示すマスクパターン３０の開口３１の一つをｚ軸方向ですべて除去して、ｘ軸、ｙ軸に伸びる中空領域を形成すれば良いことは容易に理解できる。すなわち、積層した中空領域列において、積層方向で１列だけ中空領域を除去し、また直交する中空領域列においても、積層方向で１列だけ中空領域を除去して、積層方向に隣接して連続的に欠陥共振器を形成できる。
【００４１】
次に、この連続的に形成した欠陥共振器列の方向と直角に基板を劈開し、長さ１００μｍの試料を作製した。この試料の一端の欠陥共振器部分に先球ファイバを近づけ、波長１．３μｍの光を照射したところ、反対側の端面の共振器部分から、入射した光が検出された。端面の他の部分に光を照射しても、反対側から光は検出されなかったので、この結果は、欠陥共振器に沿って、光が伝搬したことを示す。なお、この場合、光の偏光方向で光の伝わり方に差異は生じなかった。このように、偏光方向に依存しない極めて微小な光導波路デバイスが実現できた。
【００４２】
（欠陥のあるウッドパイル型フォトニック結晶構造３）
図１０は、図３に示す積層方向に隣接し直交する２本の中空領域を欠いた欠陥のあるウッドパイル型フォトニック結晶構造と同様の方法によって、図３で説明した欠陥（幅の広いバルク材料７１，８１の組み合わせ、および、７２，８２）のあるウッドパイル型フォトニック結晶構造を積層方向（ｚ軸方向）に周期的に欠陥のある欠陥共振器を形成した例を示す図である。この周期的に形成した欠陥共振器列の方向と直角に基板をヘキカイし、長さ１００μｍの試料を作製した。この試料の一端の欠陥共振器部分に先球ファイバを近づけ、波長１．３μｍの光を照射したところ、反対側の端面の共振器部分から、入射した光が検出された。この場合、検出された光の強度は、欠陥のあるウッドパイル型フォトニック結晶構造２の場合に比べて、約１０％と少なかった。ただし、同じように、端面の他の部分に光を照射しても、反対側から光は検出されなかったので、この結果は、欠陥共振器に沿って、光が伝搬したことを示す。なお、この場合も、光の偏光方向で光の伝わり方に差異は生じなかった。このように、偏光方向に依存しない極めて微小な光導波路デバイスがこの構造の場合も実現できた。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実際に作製されているウッドパイル型フォトニック結晶構造の概略を示す図である。
【図２Ａ】本発明によって構成したウッドパイル型フォトニック結晶の一例を示す模式図である。
【図２Ｂ】本発明によって構成したウッドパイル型フォトニック結晶の他の一例を示す模式図である。
【図３】本発明により構成できる欠陥を持つウッドパイル型フォトニック結晶構造の例を示す図である。
【図４】本発明により構成できる欠陥を持つウッドパイル型フォトニック結晶構造の他の例を示す図である。
【図５】中空領域からなるウッドパイル型フォトニック結晶において、ロッドの断面が長方形のときの、規格化横幅を０．７４に固定して、積層方向の幅を変えた場合のバンドが開く領域１０を示した図である。
【図６】中空領域からなるウッドパイル型フォトニック結晶において、ロッドの断面が長方形のときの、バンドが最も大きく開く構造、すなわちロッドの規格化横幅が０．７４で、規格化縦幅が０．４２のときのバンド構造を示した図である。
【図７】横幅を０．７４に固定して、積層方向の幅（縦幅という）を変えた場合のバンドが開く領域１０を示した図である。
【図８】バンドが最も大きく開く構造、すなわち中空領域の横幅が０．７４で、縦幅が０．４２のときのバンド構造である。
【図９Ａ】図２で示すｘ軸方向の中空領域の形成のためのマスクパターンの例２０を示す図である。
【図９Ｂ】図２で示すｙ軸方向の中空領域の形成のためのマスクパターンの例３０を示す図である。
【図９Ｃ】マスクパターンの例２０とマスクパターンの例３０の相対的な関係を示す図である。
【図９Ｄ】マスクパターン２０によってｙ軸方向の中空領域を形成する過程のうち、Ｓｉ基板４０の上面にＳｉＯ２膜４１、次いで、その上面にポジ型レジスト４２を形成した状態を示す断面図である。
【図９Ｅ】マスクパターン２０によってｙ軸方向の中空領域を形成する過程のうち、ＳｉＯ２膜４１上面のポジ型レジスト４２に形成されたレジストパターン２０の開口２１が除去された状態を示す断面図である。
【図９Ｆ】マスクパターン２０によってｘ軸方向の中空領域を形成する過程のうち、ＳｉＯ２膜４１上面のポジ型レジスト４２に形成されたレジストパターン２０をマスクとして、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により、ＳｉＯ２膜４１に、レジストパターン２０に対応するＳｉ用エッチングパターンを形成し、その後、ポジ型レジスト４２を剥離した状態を示す断面図である。
【図９Ｇ】ＳｉＯ２膜４１にＳｉ用エッチングパターン２０を形成した状態で、ＳＦ６ガスの雰囲気中で斜め４５度の気相エッチング法により中空ウッドパイル型フォトニック結晶のひとつの方向、ｙ軸方向に伸びる中空領域３の作製が進んでいる状態を示す断面図である。
【図９Ｈ】Ｓｉ基板４０に施されたｙ軸方向の中空領域３のエッチングが完了し、Ｓｉ基板４０を水平に戻した状態を示す断面図である。
【図９Ｉ】マスクパターン３０によってｘ軸方向の中空領域を形成する過程のうち、Ｓｉ基板４０にｙ軸方向の中空領域３が形成された後の上面のＳｉＯ２膜４１の上面にポジ型レジスト４３を形成した状態を示す断面図である。
【図９Ｊ】ＳｉＯ２膜４１上面のポジ型レジスト４３に形成されたレジストパターン３０の開口３１が除去された状態を示す断面図である。
【図９Ｋ】ＳｉＯ２膜４１にＳｉ用エッチングパターン３０を形成した状態で、ＳＦ６ガスの雰囲気中で斜め４５度の気相エッチング法により中空ウッドパイル型フォトニック結晶の反対の方向、ｘ軸方向に伸びる中空領域４の作製が進んでいる状態を示す断面図である。
【図９Ｌ】Ｓｉ基板４０に施されたｘ軸方向の中空領域４のエッチングが完了し、Ｓｉ基板４０を水平に戻し、その後、ＳｉＯ２膜４１を除去した状態を示す断面図である。
【図１０】図３に示す積層方向に隣接し直交する２本の中空領域を欠いた欠陥のあるウッドパイル型フォトニック結晶構造と同様の方法によって、図３で説明した欠陥（幅の広いバルク材料７１，８１の組み合わせ、および、７２，８２）のあるウッドパイル型フォトニック結晶構造を積層方向（ｚ軸方向）に周期的に欠陥のある欠陥共振器を形成した例を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…ロッド、２…ロッド、３…中空領域、４…中空領域、５…バルク材料、６…バルク材料、７…幅の広いバルク材料、８…幅の広いバルク材料、１０…空間のすべての方向でバンドが開いている領域、１１…ひとつひとつのバンドに対応する曲線、１２…バンドが開いた領域、２０…ｘ軸方向の中空領域の形成のためのマスクパターンの例、２１…開口、３０…ｙ軸方向の中空領域の形成のためのマスクパターン、３１…開口、４０…Ｓｉ基板、４１…ＳｉＯ２膜、４２…ポジ型レジスト、４３…ポジ型レジスト。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図９Ｇ】
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【図９Ｈ】
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【図９Ｉ】
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【図９Ｊ】
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【図９Ｋ】
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【図９Ｌ】
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【図１０】
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