(57)【要約】【課題】光学的なナノ構造を、ナノワイヤ自体に形成する。【解決手段】実施の形態におけるナノワイヤ光学デバイスは、第１半導体から構成された柱状の第１部分１０１と第２半導体から構成された柱状の第２部分１０２とが交互に積層されたナノワイヤ１００を備える。例えば、各々の第１部分１０１および第２部分１０２は、円筒形状とされ、各々の軸を共通としては位置（積層）されている。また、このナノワイヤ光学デバイスは、第１部分１０１と第２部分１０２とは互いに異なる径とされ、ナノワイヤ１００の側部にグレーティング（回折格子）構造１０３が形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１半導体から構成された柱状の第１部分と第２半導体から構成された柱状の第２部分とが交互に積層されたナノワイヤを備え、
前記第１部分と前記第２部分とは互いに異なる径とされて前記ナノワイヤの側部にグレーティング構造が形成されている
ことを特徴とするナノワイヤ光学デバイス。
【請求項２】
請求項１記載のナノワイヤ光学デバイスにおいて、
前記ナノワイヤを励起する励起手段を備え、
前記ナノワイヤは所定の波長のレーザ光を発振することを特徴とするナノワイヤ光学デバイス。
【請求項３】
請求項２記載のナノワイヤ光学デバイスにおいて
前記励起手段は、前記ナノワイヤに光を照射する光源から構成されていることを特徴とするナノワイヤ光学デバイス。
【請求項４】
請求項２記載のナノワイヤ光学デバイスにおいて
前記励起手段は、前記ナノワイヤに電流を注入する電流注入部から構成されていることを特徴とするナノワイヤ光学デバイス。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のナノワイヤ光学デバイスにおいて、
前記第１部分の直径ｄ１は、前記ナノワイヤにおける光の波長λ、前記第１部分の屈折率ｎcore1、前記ナノワイヤの周りの屈折率ｎcladを用いた以下の式（Ａ）を満たす状態とされ、
前記第２部分の直径ｄ２は、波長λ、前記第２部分の屈折率ｎcore2、前記屈折率ｎcladを用いた以下の式（Ｂ）を満たす状態とされていることを特徴とするナノワイヤ光学デバイス。
【数１】
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【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のナノワイヤ光学デバイスにおいて、
前記グレーティング構造の反射波長λBは、前記グレーティング構造を構成する前記第１部分および前記第２部分の径の大きい方の配列方向の長さＬ1、前記第１部分および前記第２部分の径の大きい方の隣り合う間隔Ｌ2、前記第１部分および前記第２部分の径の大きい方の実効屈折率Ｎ1、前記第１部分および前記第２部分の径の小さい方の実効屈折率Ｎ2を用いた式λB＝４Ｎ1Ｌ1＝４Ｎ2Ｌ2を満たす状態とされていることを特徴とするナノワイヤ光学デバイス。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のナノワイヤ光学デバイスにおいて、
前記グレーティング構造は、一部に変調幅をλ／４とした変調部を備えることを特徴とするナノワイヤ光学デバイス。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のナノワイヤ光学デバイスにおいて、
前記ナノワイヤは、互いに離間して形成された２つの前記グレーティング構造を備え、
２つの前記グレーティング構造の間隔は、フリースペクトルレンジが前記ナノワイヤにおける光の波長より大きい状態となるように設定されている
ことを特徴とするナノワイヤ光学デバイス。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のナノワイヤ光学デバイスにおいて、
前記第１半導体と前記第２半導体とは、所定のエッチング液に対して互いに異なる溶解度を有する
ことを特徴とするナノワイヤ光学デバイス。
【請求項１０】
基板の上に形成された第１半導体から構成された第１部分と第２半導体から構成された第２部分とが交互に積層されたナノワイヤを備え、
前記第１部分と前記第２部分とは互いに異なる径とされて前記ナノワイヤの側部にグレーティング構造が形成され、
前記第１半導体と前記第２半導体とは、所定のエッチング液に対して互いに異なる溶解度を有するナノワイヤ光学デバイスの製造方法であって、
前記基板の上に前記第１部分と前記第２部分とが交互に積層した前記ナノワイヤを形成する第１工程と、
前記ナノワイヤを前記エッチング液でエッチングすることで、前記第１部分と前記第２部分とを互いに異なる径に加工して前記ナノワイヤの側部に前記グレーティング構造を形成する第２工程と
を備えることを特徴とするナノワイヤ光学デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折格子となるグレーティング構造を有するナノワイヤ光学デバイスおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ナノワイヤは様々なデバイス応用に可能なものとして注目されている。ナノワイヤの大きな特徴は、同時に大量のナノ構造を均一に作製可能なところにある。更に、ナノワイヤは、内部に様々な半導体材料を埋め込めるので、量子閉じ込めを利用した高効率な光デバイス、量子デバイスなどを大面積に作製できる。例えば、近年では、ナノワイヤによるトランジスタ、単一光子源、ナノレーザ、高効率な太陽電池の研究報告例がなされている。更に、ナノワイヤ発光デバイスを折り曲げ可能なディスプレイやウエアラブルデバイスのセンサに応用するなど、産業応用への可能性もより現実味を帯びてきた。
【０００３】
また、ナノワイヤは非常にサイズが小さい半導体構造を有しているため、光ナノ回路への応用も期待される。ナノワイヤは、様々な機能をナノワイヤ自身に持たせることが可能であり、シリコン光回路中に配置すれば、光源、スイッチ、変調器、ディテクタなど様々な機能性を光回路に持たせることが可能になる。このような機能デバイスは、将来の光電融合型の光コンピューティング、オンチップセンサ、量子光回路などにも応用が期待されている。
【０００４】
これまで、ナノワイヤに共振器機能など付加機能を持たせたデバイスの報告として、ＩｎＡｓＰ／ＩｎＰナノワイヤをフォトニック結晶に導入した共振器を作製し、通信波長帯のレーザの動作確認などがある（非特許文献１）。この報告例のように、ナノワイヤの高性能化のためには、光学設計をナノワイヤ外部に持たせることが有効である。しかしながら、ナノワイヤ自体が光学的なナノ構造を有すれば、ナノワイヤ単体でもその光学特性や機能性を大きく改善することが期待でき、応用上、作製を簡素化できるために非常に有意義であるといえる。このような背景から、ナノワイヤそのものに光学的なナノ構造を持たせることが期待されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】M. Takiguchi, A. Yokoo, K. Nozaki, M. D. Birowosuto, K. Tateno, G. Zhang, E. Kuramochi, A. Shinya, and M. Notomi, "Continuous-wave operation and 10-Gb/s direct modulation of InAsP/InP sub-wavelength nanowire laser on silicon photonic crystal", APL Photonics, vol. 2. no. 4, 046106, 2017.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、これまでのナノワイヤ光学デバイスでは、例えば、ナノワイヤの端面反射を利用した共振器や、ナノワイヤの外部に構成した微細な共振器により、レーザなどを実現している。しかしながら、ナノワイヤの端面反射を利用した共振器では、前者は光閉じ込めが弱くデバイスの性能が制限される。また、ナノワイヤの外部に微細な共振器を設ける構成では、ある特定の場所でしか共振器が作れない。このように、従来では、ナノワイヤそのものに光学的なナノ構造を持たせる技術が開示されていない。これは、ナノワイヤにナノ構造を持たせることが難しいことに由来する。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、光学的なナノ構造を、ナノワイヤ自体に形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るナノワイヤ光学デバイスは、第１半導体から構成された柱状の第１部分と第２半導体から構成された柱状の第２部分とが交互に積層されたナノワイヤを備え、第１部分と第２部分とは互いに異なる径とされてナノワイヤの側部にグレーティング構造が形成されている。
【０００９】
上記ナノワイヤ光学デバイスにおいて、ナノワイヤを励起する励起手段を備え、ナノワイヤは所定の波長のレーザ光を発振する。
【００１０】
上記ナノワイヤ光学デバイスにおいて励起手段は、ナノワイヤに光を照射する光源から構成されている。また、励起手段は、ナノワイヤに電流を注入する電流注入部から構成されている。
【００１１】
上記ナノワイヤ光学デバイスにおいて、第１部分の直径ｄ１は、ナノワイヤにおける光の波長λ、第１部分の屈折率ｎcore1、ナノワイヤの周りの屈折率ｎcladを用いた以下の式（Ａ）を満たす状態とされ、第２部分の直径ｄ２は、波長λ、第２部分の屈折率ｎcore2、屈折率ｎcladを用いた以下の式（Ｂ）を満たす状態とされている。
【００１２】
【数１】
2019033164.tif 000003
【００１３】
上記ナノワイヤ光学デバイスにおいて、グレーティング構造の反射波長λBは、グレーティング構造を構成する第１部分および第２部分の径の大きい方の配列方向の長さＬ1、第１部分および第２部分の径の大きい方の隣り合う間隔Ｌ2、第１部分および第２部分の径の大きい方の実効屈折率Ｎ1、第１部分および第２部分の径の小さい方の実効屈折率Ｎ2を用いた式λB＝４Ｎ1Ｌ1＝４Ｎ2Ｌ2を満たす状態とされていればよい。
【００１４】
上記ナノワイヤ光学デバイスにおいて、グレーティング構造は、一部に変調幅をλ／４とした変調部を備えるようにしてもよい。
【００１５】
上記ナノワイヤ光学デバイスにおいて、ナノワイヤは、互いに離間して形成された２つのグレーティング構造を備え、２つのグレーティング構造の間隔は、フリースペクトルレンジがナノワイヤの発振波長より大きい状態となるように設定されているようにしてもよい。
【００１６】
上記ナノワイヤ光学デバイスにおいて、第１半導体と第２半導体とは、所定のエッチング液に対して互いに異なる溶解度を有する。
【００１７】
本発明に係るナノワイヤ光学デバイスの製造方法は、第１半導体から構成された柱状の第１部分と第２半導体から構成された柱状の第２部分とが交互に積層されたナノワイヤを備え、第１部分と第２部分とは互いに異なる径とされてナノワイヤの側部にグレーティング構造が形成され、第１半導体と第２半導体とは、所定のエッチング液に対して互いに異なる溶解度を有するナノワイヤ光学デバイスの製造方法であって、基板の上に第１部分と第２部分とが交互に積層したナノワイヤを形成する第１工程と、ナノワイヤをエッチング液でエッチングすることで、第１部分と第２部分とを互いに異なる径に加工してナノワイヤの側部にグレーティング構造を形成する第２工程とを備える。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、互いに異なる径とした第１部分と第２部分とを交互に積層してナノワイヤとし、ナノワイヤ側面にグレーティング構造を形成したので、光学的なナノ構造を、ナノワイヤ自体に形成できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態におけるナノワイヤ光学デバイスの構成を示す斜視図（ａ），（ｂ）および断面図（ｃ）である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施の形態におけるナノワイヤ光学デバイスの製造方法を説明するための途中工程の一部状態を示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施の形態におけるナノワイヤ光学デバイスの製造方法を説明するための途中工程の一部状態を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態におけるナノワイヤ光学デバイスの構成を示す斜視図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態におけるナノワイヤ光学デバイスの構成を示す斜視図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態におけるナノワイヤ光学デバイスの構成を示す斜視図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態におけるナノワイヤ光学デバイスの他の構成を示す断面図である。
【図７】図７は、隣り合う第１部分１０１と第２部分１０２との間におけるナノワイヤ１００における分散関係を示す特性図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態におけるナノワイヤ光学デバイスの構造を用いた計算モデルについて、ＦＤＴＤ法でシミュレートした電磁界分布の結果について説明する説明図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態におけるナノワイヤ光学デバイスの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態におけるナノワイヤ光学デバイスについて図１を参照して説明する。このナノワイヤ光学デバイスは、第１半導体から構成された柱状の第１部分１０１と第２半導体から構成された柱状の第２部分１０２とが交互に積層されたナノワイヤ１００を備える。例えば、各々の第１部分１０１および第２部分１０２は、円柱形状とされ、各々の軸を共通としては位置（積層）されている。また、このナノワイヤ光学デバイスは、第１部分１０１と第２部分１０２とは互いに異なる径とされ、ナノワイヤ１００の側部にグレーティング（回折格子）構造１０３が形成されている。グレーティング構造１０３は、一次元フォトニック構造である。
【００２１】
図１の（ａ），（ｃ）に示すように、第１部分１０１が第２部分１０２より大きな径とされていてもよく、図１の（ｂ）に示すように、第２部分１０２が、第１部分１０１より大きな径とされていてもよい。また、図１の（ａ），（ｃ）に示す構成において、第２部分１０２が、多重量子井戸構造とされていてもよい。
【００２２】
上述した実施の形態によれば、互いの径が異なる第１部分１０１と第２部分１０２とが交互に積層してナノワイヤ１００としたので、光学的なナノ構造であるグレーティング構造１０３を、ナノワイヤ１００自体に形成できるようになる。このようにグレーティング構造１０３が形成されたナノワイヤ１００によるナノワイヤ光学デバイスは、例えば、波長フィルターとして用いることができる。
【００２３】
次に、上述した実施の形態におけるナノワイヤ光学デバイスの製造方法について図２Ａ，図２Ｂを参照して説明する。
【００２４】
まず、図２Ａに示すように、第１半導体から構成された第１部分１０１と、第２半導体から構成された第２部分１２１とが交互に積層したナノワイヤ１００を形成する（第１工程）。ここで、第１半導体と第２半導体とは、所定のエッチング液に対して互いに異なる溶解度を有する。
【００２５】
例えば、半絶縁性のＩｎＰなどによる成長基板の上に、例えば、よく知られた自己触媒法によりナノワイヤを成長させる。この成長方法では、まず、よく知られた有機金属気相成長法により、基板加熱温度などの成長条件などを適宜に設定した状態で、Ｉｎ原料ガスを加熱された基板の上に供給し、種微粒子を成長させる。引き続き、同一の成膜室内で有機金属気相成長法により、ＩｎＡｓ（第１半導体）からなる第１部分１０１と、ＩｎＰ（第２半導体）からなる第２部分１２１とを交互に成長させてナノワイヤ１００とする。この段階では、第１部分１０１と第２部分１２１とは、ほぼ同じ径である。
【００２６】
次に、図２Ｂに示すように、ナノワイヤ１００を所定のエッチング液でエッチングすることで、第１部分１０１と第２部分１０２とを互いに異なる径に加工してナノワイヤ１００の側部にグレーティング構造１０３を形成する（第２工程）。エッチング液は、主にナノワイヤ１００の側面から作用する。ここで、第１半導体と第２半導体とは、所定のエッチング液に対して互いに異なる溶解度を有するので、第１部分１０１と第２部分１０２とは、いずれかがより多くエッチングされてより細い径となる。
【００２７】
例えば、硫酸と過酸化水素の混合液によるエッチング液を用いればよい。ＩｎＡｓとＩｎＰとは、硫酸と過酸化水素の混合液によるエッチング液に対して互いに異なる溶解度をもち、ＩｎＡｓの方がより高い溶解度を有する。従って、硫酸と過酸化水素の混合液によるエッチング液を用いれば、ＩｎＰに対してＩｎＡｓを選択的にエッチングできるので、第２部分１０２を第１部分１０１より小さい径とすることができる。
【００２８】
また例えば、塩酸系のエッチング液を用いてもよい。ＩｎＡｓとＩｎＰとは、硫酸と過酸化水素の混合液によるエッチング液に対して互いに異なる溶解度をもち、ＩｎＰの方がより高い溶解度を有する。従って、塩酸系のエッチング液を用いれば、ＩｎＡｓに対してＩｎＰを選択的にエッチングできるので、第１部分１０１を第２部分１０２より小さい径とすることができる。
【００２９】
上述した実施の形態によれば、図３に示すように、１つの基板１０４の上に、多くのナノワイヤ１００が形成可能であり、１つの基板１０４の上に複数のナノワイヤ１００を備えるナノワイヤ光学デバイスが容易に実現可能である。
【００３０】
ところで、ナノワイヤ１００を励起する励起手段を備えてナノワイヤ光学デバイスとすることで、ナノワイヤ１００より所定の波長の光（レーザ光）を発光（発振）させることができる。例えば、図４の（ａ）に示すように、励起手段は、ナノワイヤ１００に光を照射する光源１０６から構成することができる。
【００３１】
このナノワイヤ光学デバイスは、基板１０５の上に配置したナノワイヤ１００と、ナノワイヤ１００に励起光を照射する光源（励起手段）１０６とを備える。励起光は、ナノワイヤ１００が吸収する波長（発光波長よりも短波長）のレーザであればよい。
【００３２】
光源１０６からの励起光は、図４の（ａ）に示すように、グレーティング構造１０３の形成平面より離れる放線方向の上部より、レンズ１０７により集光させてナノワイヤ１００に照射させる構成としてもよい。また、光源１０６からの励起光は、図４の（ｂ）に示すように、ナノワイヤ１００の延在方向より、レンズ１０７により集光させてナノワイヤ１００の端部に照射する構成としてもよい。
【００３３】
また、光励起ではなく、電流注入によりキャリアを注入することでレーザ発振させるようにしてもよい。この場合、電流注入する機構（電流注入部）が励起手段となる。例えば、図５の（ａ）に示すように、基板１０５の上に配置したナノワイヤ１００に、ｐ型領域１５１，ｎ型領域１５２を形成する。また、ｐ型領域１５１，ｎ型領域１５２に、配線１０８，配線１０９を接続する。配線１０８，配線１０９に電源（不図示）を接続し、ｐ型領域１５１，ｎ型領域１５２に電流を注入する。ｐ型領域１５１，ｎ型領域１５２は、例えば、第１部分１０１および第２部分１２１を成長するときに、ｐ型不純物、ｎ型不純物を導入することで形成すればよい。また、この場合、ナノワイヤ１００は、絶縁性の基板１０５の上に形成してリーク電流を防ぐ構造とする。
【００３４】
また、図５の（ｂ）に示すように、導電性の基板１０５ａの上に、基板面より離れる方向に延在する状態でナノワイヤ１００を配置してもよい。例えば、ｐ型領域１５１を基板１０５ａの側に配置する。また、基板１０５ａに配線１０８を接続し、ｎ型領域１５２に、配線１０９を接続する。配線１０８，配線１０９に電源（不図示）を接続し、ｐ型領域１５１，ｎ型領域１５２に電流を注入する。
【００３５】
上述したようなレーザなどの発光デバイスとする場合、グレーティング構造１０３は、屈折率の周期的な構造により、ブラッグ反射を満たす条件に対してミラーとして動作させるようにする。このようにミラーとなるグレーティング構造１０３により、レーザが実現される。
【００３６】
次に、グレーティング構造１０３について説明する。グレーティング構造１０３は、例えば、図６の（ａ）に示すように、全域において等間隔とした周期構造とする構成が考えられる。この周期構造は、フォトニックバンドギャップを構成する状態とする。このように構成することで、フォトニックバンドギャップのバンド端を利用したレーザとすることができる。比較的簡単な構造であるため作製が容易であるが、共振器Ｑ値は高くできない。
【００３７】
また、グレーティング構造１０３は、図６の（ｂ）に示すように、一部に変調幅（例えば、第２部分１０２の長さ）をλ／４とした変調部１３１を備えるようにしてもよい。変調部１３１は、例えば、グレーティング構造１０３の配列方向中央部に設ければよい。このように、グレーティング構造１０３の一部において周期に変調を加えることで、共振器モードが形成でき、レーザモードを出現させることができる。変調幅をλ／４にすることで、フォトニックバンドギャップの中央に共振ピークができるようになる。この構造とすることで、より高いＱ値を実現でき波長選択性もよいものとなる。
【００３８】
また、図６の（ｃ）に示すように、互いに離間して形成された２つのグレーティング構造１０３ａ，１０３ｂを備えるようにしてもよい。グレーティング構造１０３ａとグレーティング構造１０３ｂとは、同じ構造とされていればよい。ナノワイヤ１００に、所定の距離離間させて２つのグレーティング構造１０３ａ，１０３ｂを形成する。２つのグレーティング構造１０３ａ，１０３ｂの間隔Ｄは、フリースペクトルレンジがナノワイヤ１００の発振波長より大きい状態となるように設定する。グレーティング構造１０３ａおよびグレーティング構造１０３ｂが反射部となり、共振器構造となる。
【００３９】
この構造は、グレーティング構造１０３ａとグレーティング構造１０３ｂとの間隔（共振器間隔）Ｄが広くなりフリースペクトルレンジ（Free spectral range）λfsrが小さくなると、マルチモード発振になり易い。一般にモード間隔、すなわちフリースペクトルレンジは、「λfsr＝λ2／（ＮgＬ）」となる。なお、λはナノワイヤ１００を導波する光の波長（発振波長）、Ｎgは実効屈折率、Ｌはナノワイヤ１００の全体の長さである。このフリースペクトルレンジλfsrが、ナノワイヤ１００のゲイン帯域よりも小さくなるとマルチモードで発振する可能性が出てくる。
【００４０】
従って、２つのグレーティング構造１０３ａ，１０３ｂによる共振器構造とする場合、図６の（ｃ）の構成では、λfsrがナノワイヤ１００のゲイン帯域よりも大きくなるように、共振器間隔Ｄを設定することが重要となる。ナノワイヤ１００の例えば第２部分１０２を、前述した多重量子井戸構造とする場合、活性層となる量子井戸層におけるゲイン帯域よりもλfsrが大きくなればよい。
【００４１】
上述したいずれの構造においても、グレーティング構造１０３における配列間隔などを変えることで発振波長を任意に変えることができる。
【００４２】
次に、共振器として用いる場合のグレーティング構造１０３の設計について説明する。グレーティング構造１０３の反射波長の設計には、隣り合う第１部分１０１と第２部分１０２との、各々の分散関係から実効的な屈折率を見積もる必要がある。なお、ナノワイヤ１００の周りは、空気（誘電体）であり、ナノワイヤ１００の側部は空気に接している状態である。
【００４３】
一例として、ナノワイヤをＩｎＰから構成した場合について図７を用いて説明する。なお、図７において、１〜１６の数字は、対応するグラフ曲線で示される状態に存在しうるモード次数を示している。１が最低次のモードであり、数字が大きくなるモードの次数が上がっていく。図７に示すように、ナノワイヤの径が約０．４μｍで最低次のモードが存在する。このモードは２つ存在するが、異なる偏波成分が縮退したモードである。ナノワイヤにおいては、シングルモードで伝播することが好ましいので、径の太さはシングルモード条件を満たすことが重要となる。従って、シングルモード条件とする場合は、ナノワイヤの径を０．４μｍ程度にする必要がある。
【００４４】
上述したシングルモード条件に関し、ナノワイヤにおけるシングルモード伝播の条件は、以下の式（１），式（２）に示すように一般化することができる。
【００４５】
なお、ｄ１は、第１部分１０１の直径、ｄ２は第２部分１０２の直径、λはナノワイヤ１００における光の波長（発振波長）、ｎcore1は第１部分１０１の屈折率、ｎcore2は第２部分１０２の屈折率、ｎcladはナノワイヤ１００の周りの屈折率、Ｖは規格化周波数である。
【００４６】
【数２】
2019033164.tif 000004
【００４７】
規格化周波数Ｖは、様々な構造パラメータで記述されており、２．４がシングルモード伝播の条件の境目になっていることが知られている。従って、式（１），式（２）を満たす状態とされていればよい。図７は、横軸を径ｄで書き換えた場合の分散関係に対応しており、規格化周波数を２．４とした状態（条件）が、径ｄ＝０．４μｍに対応している。
【００４８】
次に、グレーティング構造１０３の配列、言い換えると、第１部分１０１と第２部分１０２の配列について説明する。グレーティング構造１０３の反射波長λBは、「λB＝４Ｎ1Ｌ1＝４Ｎ2Ｌ2」を満たすように設計すればよい。
【００４９】
なお、Ｌ1は、グレーティング構造１０３を構成する第１部分１０１および第２部分１０２の径の大きい方の配列方向の長さである。また、Ｌ2は、第１部分１０１および第２部分１０２の径の大きい方の隣り合う間隔である。また、Ｎ1は、第１部分１０１および第２部分１０２の径の大きい方の実効屈折率である。また、Ｎ2は、第１部分１０１および第２部分１０２の径の小さい方の実効屈折率である。
【００５０】
上述したいずれの構造においても、グレーティング構造における配列間隔などを変えることで発振波長を任意に変えることができる。例えば、図６の（ｂ）を用いて説明したように変調部１３１を備えるグレーティング構造１０３を例に説明する。この構造を用いた計算モデルについて、ＦＤＴＤ（Finite-difference time-domain method）法でシミュレートした電磁界分布の結果について図８の（ｂ）に示す。なお、図８の（ａ）は、計算モデルを示しており、１５ペアのグレーティングの中央に、変調幅をλ／４とした変調部１３１を導入している。シミュレートでは、ＩｎＡｓからなる直径７００ｎｍの第１部分と、ＩｎＰからなる直径５００ｎｍの第２部分とを交互に積層した構成としている。この構成の共振器のＱ値は、１８００であり、共振器が形成できていることが確認できる。
【００５１】
ところで、ナノワイヤ１００に金属層を接して形成することで、プラズモン導波路構造とすることができる。例えば、図９に示すように、ナノワイヤ１００の一端から他端にかけて連続した金属層１１１を形成すればよい。例えば、基板１０５の上にナノワイヤ１００を配置し、垂直異方性の高い蒸着法により金属を蒸着することで、金属層１１１が形成できる。金属は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌなどであればよい。また、ナノワイヤの露出面全域を覆う状態に金属層を形成してもよい。金属層の形成形状（状態）により、プラズモン導波路構造が作製できる。プラズモン導波路では、金属と半導体との界面に形成されるプラズモンポラリトン介した光伝搬モードで光が伝送できる。
【００５２】
以上に説明したように、本発明では、互いに異なる径とした第１部分と第２部分とを交互に積層してナノワイヤとし、ナノワイヤ側面にグレーティング構造を形成したので、光学的なナノ構造を、ナノワイヤ自体に形成できるようになる。本発明では、第１部分と第２部分とを、所定のエッチング液に対して異なる溶解度とすることで、このエッチング液によるウェットエッチングを用いて、ナノワイヤに直接ナノ構造（グレーティング構造）を作る。これにより、一次元フォトニック結晶や、プラズモングレーティングを有するナノワイヤ光学デバイスが一度に大量に作製できるようになる。本発明によれば、同一の基板上に、ナノワイヤによるレーザやディテクタを大量に作製することが可能となる。
【００５３】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述した実施の形態では、ナノワイヤより発光させる場合をもの例示したが、これに限るものではなく、所定の波長の光を検出するディテクタとしてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１００…ナノワイヤ、１０１…第１部分、１０２…第２部分、１０３…グレーティング（回折格子）構造。
【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９】
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