(57)【要約】      （修正有）【課題】斜めエッチングによる加工に際し、斜め開孔のパターン形状の制御を容易に行うことが可能となるエッチングマスクの形成方法、３次元構造体の製造方法及び３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法を提供する。【解決手段】エッチングマスクの形成方法において、基板２００表面に、集束イオンビームを照射し、該照射領域にイオン含有部分からなる斜めエッチングに用いるエッチングマスク２０４を形成する構成とする。また、３次元構造体を製造するに際して、基板２００を準備する工程と、前記基板２００表面に、上記したエッチングマスクの形成方法を用い、エッチングマスク２０４を形成するマスク形成工程と、前記エッチングマスク２０４を用い、前記基板を斜め方向からドライエッチングして複数の開孔を形成するエッチング工程と、を有する製造方法を用いる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチングマスクの形成方法であって、
基板表面に、集束イオンビームを照射し、該照射領域にイオン含有部分からなる斜めエッチングに用いるエッチングマスクを形成することを特徴とするエッチングマスクの形成方法。
【請求項２】
前記集束イオンビームに、ガリウム（Ｇａ）イオンによる集束イオンビームを用い、前記エッチングマスクとしてガリウム（Ｇａ）イオン含有部分からなるエッチングマスクを形成することを特徴とする請求項１に記載のエッチングマスクの形成方法。
【請求項３】
３次元構造体の形成方法であって、
基板を準備する工程と、
前記基板表面に、集束イオンビームを照射し、該照射領域にイオン含有部分からなるエッチングマスクを形成するマスク形成工程と、
前記エッチングマスクを用い、前記基板を斜め方向からドライエッチングして複数の開孔を形成するエッチング工程と、
を有することを特徴とする３次元構造体の製造方法。
【請求項４】
前記マスク形成工程において、前記集束イオンビームに、ガリウム（Ｇａ）イオンによる集束イオンビームを用いると共に、
前記エッチング工程において、前記ドライエッチングにフッ素系ガスを用いることを特徴とする請求項３に記載の３次元構造体の製造方法。
【請求項５】
３次元構造体の製造方法であって、
基板を準備する工程と、
前記基板表面に、集束イオンビームを照射し、該照射領域にイオン含有部分からなる第１のエッチングマスクを形成する第１のマスク形成工程と、
前記第１のエッチングマスクを用い、前記基板を斜め方向からドライエッチングして前記基板に第１の複数の開孔を形成する第１のエッチング工程と、
前記基板表面に、集束イオンビームを照射し、該照射領域にイオン含有部分からなる第２のエッチングマスクを形成する第２のマスク形成工程と、
前記第２のエッチングマスクを用い、前記第１の複数の開孔の深さ方向に対して交差するように、前記基板をドライエッチングして第２の複数の開孔を形成する第２のエッチング工程と、
を有することを特徴とする３次元構造体の製造方法。
【請求項６】
前記第１及び第２のマスク形成工程において、前記集束イオンビームに、ガリウム（Ｇａ）イオンによる集束イオンビームを用いると共に、
前記第１及び第２のエッチング工程において、前記ドライエッチングにフッ素系ガスを用いることを特徴とする請求項５に記載の３次元構造体の製造方法。
【請求項７】
請求項３から請求項６のいずれか１項に記載の３次元構造体の製造方法を用い、ロッド間に界面がない連続体である３次元構造体を形成することを特徴とする３次元構造体の製造方法。
【請求項８】
前記３次元構造体は、フォトニック結晶であることを特徴とする請求項３から請求項７のいずれか１項に記載の３次元構造体の製造方法。
【請求項９】
３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法であって、
基板上に３次元フォトニック結晶を構成する誘電体膜を成膜する工程と、
前記誘電体膜に、前記基板面の垂線に対し斜め方向からのエッチングを少なくとも２回以上行うことで３次元フォトニック結晶構造を形成する工程と、
３次元フォトニック結晶構造内に構造欠陥部を形成する工程と、
前記欠陥部に発光作用を呈する活性部を形成する工程と、
を含むことを特徴とする３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法。
【請求項１０】
前記欠陥部を、集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工により形成することを特徴とする請求項９に記載の３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法。
【請求項１１】
前記活性部を、電子線誘起化学気相堆積（ＥＢ−ＣＶＤ）法で形成することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法。
【請求項１２】
前記誘電体膜は、ＴｉＯ2膜であることを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、斜めエッチング用のマスクの形成方法及び該方法により形成されたマスクによる３次元構造体の製造方法に関するものである。
また、本発明は、３次元フォトニック結晶を利用したレーザー素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板に傾斜した開孔やトレンチパターンを形成して加工する３次元加工は、デバイス設計の自由度と、３次元構造の生産効率を高くすることが可能な加工方法である。
このような傾斜パターンをドライエッチング加工するに際し、基板に対して略垂直に形成されたエッチングマスクを用いて加工した場合には、マスクのシャドウイング（ｓｈａｄｏｗｉｎｇ）効果により、マスクパターンの端部が陰となる。
このため、高精度な傾斜パターン形状を形成することは困難である。
したがって、傾斜パターン形状を高精度に加工するには、エッチングマスクをこのシャドウイング効果を低減する形状に加工する必要がある。
【０００３】
このようなことから、特許文献１では、ドライエッチングにより被エッチング材に傾斜したトレンチを形成するようにした斜めエッチング方法が提案されている。
この方法では、図２０に示すように、まず、被エッチング材１１１１上に、トレンチの開口部となる部分を挟んで、加熱流動性を示す第１のマスク材からなる第１のエッチングストッパー層１１１７ｂを形成する。
そして、第１のマスク材からなる層１１１７ａ上に第１のマスク材よりも加熱流動性の低い第２のマスク材からなる層１１１８ａが積層している第２のエッチングストッパー層を形成する（図２０（ａ））。
次に、これらを加熱することで、第１のエッチングストッパー層１１１７ｂを流動化させてその表面を傾斜させ、テーパー１１１７ｃを形成し（図２０（ｂ））、これをマスクとしてドライエッチングする（図２０（ｃ））。
【０００４】
一方、従来において、薄膜加工技術として、イオンビーム注入を用いたパターン形成技術が知られている。
このような、薄膜加工技術として、特許文献２ではつぎのような、イオンビーム注入工程と、被エッチング材にドライエッチングを施す工程と、によって薄膜を加工する提案がなされている。
図２１に、特許文献２の薄膜加工における段差パターン形成工程を説明する図を示す。
図２１（ａ）に示すイオンビーム注入工程では、
被エッチング材に集束させるイオンビームの注入位置を変えるとともに加速電圧、イオンの原子種、イオンの価数の少なくとも一つを変えてイオン注入し、前記被エッチング材の深さ方向にイオン濃度ピーク領域を形成する。
図２１（ａ）中、黒く示した領域がイオン注入領域である。
また、図２１（ｂ）に示すドライエッチングを施す工程では、被エッチング材のイオン濃度ピーク領域でイオンとエッチング抑制領域を形成するエッチングガスにより前記被エッチング材をドライエッチングする。
これらの工程により、薄膜加工が実施される。イオン注入領域は、それ以外の領域に比べてエッチング耐性があるため、（ｂ）に示したように段差が形成される。
【０００５】
３次元フォトニック結晶において、その代表的な構造例の一つとして、特許文献３に開示されているウッドパイル構造（あるいはロッドパイル構造）が知られている。
この３次元フォトニック結晶におけるウッドパイル構造は、図２２に示すような構造を有している。
図２２において、３次元構造体によるウッドパイル構造は、複数のロッド１３３０を平行に、且つ所定の面内周期で周期的に配置したストライプ層を複数備え、これらを順次積層した構造を有している。
具体的には、３次元構造体は、複数のロッドを平行に、且つ所定の面内周期で周期的に配置した第１のストライプ層と、
上記第１のストライプ層上に、該第１のストライプ層に属する各ロッドと直交するようにして積層された第２のストライプ層と、
上記第２のストライプ層上に、上記第１のストライプ層に属する各ロッドと平行で且つ面内周期の１／２だけずれるようにして積層された第３のストライプ層と、
上記第３のストライプ層上に、上記第２のストライプ層に属する各ロッドと平行で且つ面内周期の１／２だけずれるようにして積層された第４のストライプ層と、からなる４つのストライプ層を有する。
そして、これら４つのストライプ層を一組として、複数組を順次積層して、３次元構造体が構成されている。
【０００６】
また、特許文献４では、より広い波長領域で完全フォトニックバンドギャップを呈するために、ウッドパイル構造ロッドの交点に相当する位置に該交差領域の面積より大きいジョイントを配置したジョイントロッド型３次元フォトニック結晶構造が提案されている。
また、特許文献５には、異種部材の熱接着方法が開示されている。以下に、その工程を説明する。
図２３に示すように、３次元フォトニック結晶の主構成層１４２２と発光層１４２４とを、２２０℃の温度で仮接着する（図２３（ａ）、（ｂ））。
発光層１４２４を載置した基板１４２３を機械研磨により薄くする（図２３（ｃ））。
主構成層１４２２と発光層１４２４とを５２５℃の温度で本接着する（２３（ｄ））。
その後、塩酸を用いたエッチングにより基板１４２３を完全に除去（図２３（ｅ））する。これにより、表面に発光層が存在する３次元フォトニック結晶が形成される（図２３（ｆ））。
【特許文献１】特開５−２９２８３号公報
【特許文献２】米国特許第５２３６５４７号明細書
【特許文献３】米国特許第５３３５２４０号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００５／０２０７７１７号明細書
【特許文献５】特開２００４−２１９６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来例における特許文献１のような斜めエッチング方法では、エッチングマスクの傾斜形状の制御が容易でないため、斜め開孔のパターン形状の制御が困難である。
また、特許文献２に見られる従来の薄膜加工法では、被エッチング材に対して深さ方向の加工が可能とされているが２次元構造の加工であり、犠牲層等の技術を用いていないため、上面から見える部分の加工しかできない。
これらの技術を用いてウッドパイルのような複雑な構造を有する３次元フォトニック結晶の作製を可能とすることについては、解決されていない。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決し、斜めエッチングによる加工に際し、斜め開孔のパターン形状の制御を容易に行うことが可能となるエッチングマスクの形成方法、３次元構造体の製造方法及び３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、つぎのように構成したエッチングマスクの形成方法、３次元構造体の製造方法及び３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法を提供するものである。
本発明のエッチングマスクの形成方法は、基板表面に、集束イオンビームを照射し、該照射領域にイオン含有部分からなる斜めエッチングに用いるエッチングマスクを形成することを特徴とする。
また、本発明のエッチングマスクの形成方法は、
前記集束イオンビームに、ガリウム（Ｇａ）イオンによる集束イオンビームを用い、前記エッチングマスクとしてガリウム（Ｇａ）イオン含有部分からなるエッチングマスクを形成することを特徴とする。
また、本発明の３次元構造体の製造方法は、
基板を準備する工程と、
前記基板表面に、集束イオンビームを照射し、該照射領域にイオン含有部分からなるエッチングマスクを形成するマスク形成工程と、
前記エッチングマスクを用い、前記基板を斜め方向からドライエッチングして複数の開孔を形成するエッチング工程と、を有することを特徴とする。
また、本発明の３次元構造体の製造方法は、
前記マスク形成工程において、前記集束イオンビームに、ガリウム（Ｇａ）イオンによる集束イオンビームを用いると共に、
前記エッチング工程において、前記ドライエッチングにフッ素系ガスを用いることを特徴とする。
また、本発明の３次元構造体の製造方法は、
基板を準備する工程と、
前記基板表面に、集束イオンビームを照射し、該照射領域にイオン含有部分からなる第１のエッチングマスクを形成する第１のマスク形成工程と、
前記第１のエッチングマスクを用い、前記基板を斜め方向からドライエッチングして前記基板に第１の複数の開孔を形成する第１のエッチング工程と、
前記基板表面に、集束イオンビームを照射し、該照射領域にイオン含有部分からなる第２のエッチングマスクを形成する第２のマスク形成工程と、
前記第２のエッチングマスクを用い、前記第１の複数の開孔の深さ方向に対して交差するように、前記基板をドライエッチングして第２の複数の開孔を形成する第２のエッチング工程と、を有することを特徴とする
また、本発明の３次元構造体の製造方法は、
前記第１及び第２のマスク形成工程において、前記集束イオンビームに、ガリウム（Ｇａ）イオンによる集束イオンビームを用いると共に、
前記第１及び第２のエッチング工程において、前記ドライエッチングにフッ素系ガスを用いることを特徴とする。
また、本発明の３次元構造体の製造方法は、上記したいずれかに記載の３次元構造体の製造方法を用い、ロッド間に界面がない連続体である３次元構造体を形成することを特徴とする。
また、本発明の３次元構造体の製造方法は、前記３次元構造体が、フォトニック結晶であることを特徴とする。
また、本発明の３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法は、
基板上に３次元フォトニック結晶を構成する誘電体膜を成膜する工程と、
前記誘電体膜に、前記基板面の垂線に対し斜め方向からのエッチングを少なくとも２回以上行うことで３次元フォトニック結晶構造を形成する工程と、
３次元フォトニック結晶構造内に構造欠陥部を形成する工程と、
前記欠陥部に発光作用を呈する活性部を形成する工程と、
を含むことを特徴とする。
また、本発明の３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法は、前記欠陥部を、集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工により形成することを特徴とする。
また、本発明の３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法は、前記活性部を、電子線誘起化学気相堆積（ＥＢ−ＣＶＤ）法で形成することを特徴とする。
また、本発明の３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法は、前記誘電体膜が、ＴｉＯ2膜であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、斜めエッチングによる加工に際し、斜め開孔のパターン形状の制御を容易に行うことが可能となるエッチングマスクの形成方法、該方法により形成されたマスクによる３次元構造体の製造方法を実現することができる。
また、本発明によれば、３次元フォトニック結晶レーザー素子の活性部を、接合や支持基板の除去等の工程を行うことなく形成可能であることから、３次元フォトニック結晶レーザー素子を容易に作製可能な製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を実施するための最良の形態を、以下の実施例により説明する。
【実施例】
【００１２】
以下、本発明における斜めエッチングに使用するエッチングマスクの形成方法の実施例、およびこれをマスクとして用いた３次元構造体の形成方法の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１においては、本発明を適用した斜めエッチングに使用するエッチングマスクの形成方法について説明する。
図１に、本実施例のエッチングマスクの形成方法を説明する図を示す。
図１において、１００は基板、１０１は集束イオンビーム（ＦＩＢ；Ｆｏｃｕｓ  ｉｏｎ  ｂｅａｍ）、１０２はエッチングマスクである。
図１に示すように、シリコン基板１００上に、集束イオンビーム（ＦＩＢ）１０１を、基板の面内方向に走査しながら照射することでシリコン基板１００に、斜めエッチングに用いるためのイオン含有部分からなるエッチングマスク１０２を形成する。
このようにして、基板表面に、集束イオンビームを照射し、該照射領域にイオン含有部分からなるエッチングマスクを形成することができる。
【００１３】
前記集束イオンビーム（ＦＩＢ）に、ガリウム（Ｇａ）イオンによる集束イオンビームを用いる場合を例にとり、以下に更に説明する。
ガリウム（Ｇａ）イオンによる集束イオンビーム（ＦＩＢ）１０１を、基板１００の面内方向に走査しながら照射することでシリコン基板に、斜めエッチングに用いるためのＧａ含有部分からなるエッチングマスク１０２を形成する。
このようにＧａ含有部分からなるエッチングマスクは、ドライエッチングを行うに際して、フッ素系ガスを用いた場合、イオン注入部においてＧａがフッ素と化学反応して、揮発性の極めて低いＧａフッ化物を形成する。
これによりＧａイオンが注入された領域では高いエッチング耐性が得られ、結果的に高エッチング選択比を得ることが可能となる。
一定の厚さを有するエッチングマスクを基板の上に形成するのではなく、基板の中にイオンを注入することで基板表面にエッチングマスクの機能を与えることができるので、シャドウイング効果の影響が低減された斜めエッチングを行うことができる。
なお、本実施例では、Ｇａを用いた場合を示したが、これ以外にＩｎを用いた場合にも同様の効果が期待できる。
【００１４】
これを更に説明すると、例えば、シリコンの高アスペクト加工が可能な深堀技術として、
Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ（反応性イオンエッチング；Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ、以下これをＤｅｅｐ−ＲＩＥと記す）がある。
これには、例えばＳＦ6ガスを用いたエッチング工程と、Ｃ4Ｆ8ガスを用いた側壁保護膜形成工程を秒単位で交互に行うプロセス（いわゆるＢｏｓｃｈプロセス）がある。
【００１５】
このプロセスに、上記Ｇａ含有部分からなるエッチングマスクを適用すると、高エッチング選択比が得られる。
エッチングマスク１０２と、シリコン基板１００のエッチング選択比は、条件によるが、例えば８００以上である。
Ｇａイオンの深さ方向の分布はＧａの集束イオンビーム（ＦＩＢ）の加速電圧で、Ｇａイオン密度はＧａのＦＩＢの電流及び注入時間で、それぞれ制御する。
このときの、Ｇａの集束イオンビーム（ＦＩＢ）の条件は、例えば、加速電圧３０ｋＶ、電流５ｎＡである。イオンドーズ量としては、例えば３×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2である。
このときのＧａイオンの基板深さ方向分布は、基板表面から深さ数１０ｎｍにピーク位置がある。
このエッチングマスクの形成方法は、ＧａのＦＩＢで、基板の最表面にＧａイオンを照射することで、基板の表面をわずかに削りながらＧａイオンが基板に注入されるものである。
このため、これは、通常のイオン注入とは異なり、基板の最表面近傍にＧａの濃度がピークを有する領域が形成されるものである。
ここで、上記最表面近傍とは、上記基板の表面から深さ方向におけるＧａの濃度の最大値が、上記基板の最表層（表面より５０ｎｍ以内）に位置するように分布されている領域をいう。
本発明において、上記最表層は、好ましくは０〜５０ｎｍ、より好ましくは０〜２０ｎｍであって、実質的には０〜１０ｎｍ以内の範囲の分布も含むものである。
【００１６】
以上のように、このＧａ含有部分からなるエッチングマスク１０２は、エッチング選択比が高いため厚さが極めて薄くても良い。
そのため、斜めエッチングによって、基板に傾斜した開孔やトレンチパターンを形成するに際し、このＧａ含有部分からなるエッチングマスクを使用することで、シャドウイング効果の影響が低減された、高精度な加工が可能となる。
【００１７】
［実施例２］
実施例２においては、実施例１の形成方法で形成されたエッチングマスクを用いて、３次元フォトニック結晶におけるウッドパイル型の３次元構造体の製造方法について説明する。
図２に、本実施例における３次元構造体の製造方法について説明する図を示す。図２（ａ）〜（ｄ）は、３次元構造体の製造工程を説明する図である。
図３に、本実施例における３次元構造体の製造方法について説明する図を示す。図３（ｅ）〜（ｊ）は、３次元構造体の製造工程を説明する図２（ｄ）に続く工程を示す図である。
【００１８】
基板を準備する工程において、まず、図２（ａ）に示すように、シリコンからなる基板２００を準備する。基板２００としては、シリコン以外にもＳｉの酸化物や窒化物を含むＳｉの化合物などが挙げられる。
そして、図２（ｂ）に示すように、基板２００上に例えばアルミ薄膜２０１を例えば電子線蒸着法で２００ｎｍの厚さに成膜する。
【００１９】
次に、前記基板表面に、実施例１で説明したエッチングマスクの形成方法を用い、エッチングマスクを形成するマスク形成工程を説明する。
まず、アルミ薄膜２０１上に、フォトリソグラフィを用いてレジストパターンを形成した後、ドライエッチング法でアルミ薄膜２０１をパターニングし、レジストパターンを除去する。
これにより、図２（ｃ）に示すように、シリコン基板２００上に、アルミ薄膜パターン２０２を形成する。
そして、図２（ｄ）に示すように、アルミ薄膜パターン２０２間のシリコン露出部分２０３に、例えば、Ｇａの集束イオンビーム（ＦＩＢ）を基板の面内方向に走査しながらＧａ含有部分からなるエッチングマスク２０４を形成する。
その際、位置合わせマーク（不図示）も形成する。
このエッチングマスク２０４の形成条件は、Ｇａの集束イオンビーム（ＦＩＢ）を、例えば加速電圧３０ｋＶ、電流５ｎＡである。イオンドーズ量としては、例えば３×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2である。このとき、基板内のＧａイオンの深さ分布ピークは、シリコン露出部分２０３表面から、数１０ｎｍ程度となる。
【００２０】
次に、前記Ｇａ含有部分からなるエッチングマスク２０４を用い、前記基板を斜め方向からドライエッチングして複数の開孔を形成するエッチング工程を説明する。
図３（ｅ）に示すように、アルミ薄膜パターン２０２とこのＧａイオン含有部分２０４をエッチングマスクとして、シリコン基板２００に対して左斜め上方４５度方向からＤｅｅｐ−ＲＩＥを用いて、シリコン基板２００に深さ３０μｍの斜め開孔２０５を形成する。このＤｅｅｐ−ＲＩＥには、例えば、ＳＦ6ガスとＣ4Ｆ8ガスを用いるＢｏｓｃｈプロセスを適用する。
これにより、シリコン基板２００と、エッチングマスク２０４のエッチング選択比を高くすることができ、エッチングマスクとしては数１０ｎｍ程度でも充分である。
エッチングマスク２０４は、数１０ｎｍ程度と薄いので、斜め開孔形成の際のシャドウイング効果に影響されることは殆どない。
また、アルミ薄膜パターン２０２は、斜めエッチング方向に影響しない向きで配置されているので、これによるシャドウイング効果は発生しない。
【００２１】
次に、シリコン基板２００上にフォトリソグラフィを用いてレジストパターン（不図示）を形成する。
そしてその後、例えば、リン酸と硝酸と酢酸の混合水溶液によるウェットエッチングでアルミ薄膜パターン２０２を除去して、図３（ｆ）に示すように、シリコン露出部分２０６を形成する。
【００２２】
次に、図２（ｄ）で形成した位置合わせマーク（不図示）を用いて、位置合わせを行いながら、図３（ｇ）に示すように上記シリコン露出部分２０６に、図２（ｄ）と同様な条件でＧａイオン含有部分２０７によるエッチングマスクを形成する。
図３（ｇ）に示すように、前記エッチングマスクの開孔のシリコン露出部分２０６を、前記開孔パターンの短手方向に隣接した位置に形成しておくことで、後述の３次元フォトニック結晶構造が形成できる。
また、図３（ｇ）に示すように、斜め開孔２０５の内壁のうち、斜め開孔２０５を基板２００の垂直上方向からみて、シリコンが露出している部分にも、同様にしてＧａイオン含有部分２０８によるエッチングマスクを形成する。
このように、Ｇａイオン含有部分２０８からなるエッチングマスクを形成しておくことで、次工程の斜め開孔形成時に、斜め開孔２０５のこの内壁部分がエッチングされないため、後述の３次元フォトニック結晶構造を得ることができる。
【００２３】
次に、図３（ｈ）に示すように、シリコン基板２００に深さ３０μｍの斜め開孔２０９を形成する。
上記Ｇａイオン含有部分からなるエッチングマスク２０４、２０７、２０８を用いて、シリコン基板２００に対して右斜め上方４５度方向からＤｅｅｐ−ＲＩＥを用いて形成する。
このとき、エッチングマスク２０７は、数１０ｎｍ程度と極めて薄いので、斜め開孔形成の際のシャドウイング効果はほとんどない。
また、エッチングマスク２０８は、このＤｅｅｐ−ＲＩＥにおいて、先に形成した斜め開孔２０５の形状を保護する。
【００２４】
次に、図３（ｉ）に示すようにシリコン基板２００上に残っているアルミ薄膜パターン２０２部分を、例えばリン酸と硝酸と酢酸の混合水溶液によるウェットエッチングで除去する。
このようにして、シリコン基板２００に、斜め開孔２０５と２０９からなる３次元構造体を形成することができる。
なお、必要に応じてシリコン基板２００上のＧａイオン含有部分２０４と２０７と２０８に含まれるＧａは、例えば、オーブンで６００℃程度に加熱した後、塩酸溶液でエッチングすることで除去する。
これにより、図３（ｊ）に示すような３次元構造体が得られる。
【００２５】
図４は、図３（ｊ）のＡ−Ａ'断面方向からの模式図である。
基板２００に、斜め開孔２０５、エッチングマスク２０８で形成されたシリコン製ロッドからなるウッドパイル構造による３次元構造体２１０が形成されている。
このときロッドの周期は、例えば１μｍに形成されている。
【００２６】
以上のように、本実施例による３次元構造の製造方法によれば、斜めエッチングのために用いるマスクを、Ｇａ収束イオンビームによって基板表面近傍へ極めて薄く形成することが可能なため、シャドウイング効果の影響を殆ど無くすことができる。
そのため、フォトニック結晶などの３次元構造体を高精度に製造することが可能となる。
また、本実施例による３次元構造体の形成方法では、３次元フォトニック結晶を構成するロッド間に界面がない連続体による３次元構造体を形成することができる。
したがって、この３次元フォトニック結晶によれば、従来の積層による製造方法によるものと比較して、より良好な光学特性を得ることが可能となる。
【００２７】
［実施例３］
実施例３においては、実施例２と異なる形態の３次元構造体の製造方法について説明する。
図５に、本実施例における３次元構造体の製造方法について説明する図を示す。図５（ａ）〜（ｇ）は、３次元構造体の製造工程を説明する図である。
【００２８】
基板を準備する工程において、まず、図５（ａ）に示すように、例えば、シリコンからなる基板３００を準備する。
次に、前記基板表面に、実施例１で説明したエッチングマスクの形成方法を用い、第１のエッチングマスクを形成する第１のマスク形成工程を説明する。
図５（ｂ）に示すように、基板３００上に、例えばＧａの集束イオンビーム（ＦＩＢ）を基板の面内方向に走査しながら照射することで、Ｇａ含有部分からなるエッチングマスク３０１を形成する。その際、位置合わせパターン（不図示）も形成する。
このＧａ含有部分からなるエッチングマスク３０１の形成条件は、例えば加速電圧３０ｋＶ、電流５ｎＡの条件で照射する。
イオンドーズ量としては、例えば３×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2である。このとき、基板内のＧａイオンの深さ分布ピークは、シリコン基板３００表面から、数１０ｎｍ程度となる。
【００２９】
次に、前記第１のエッチングマスクを用い、前記基板を斜め方向からドライエッチングして前記基板に第１の複数の開孔を形成する第１のエッチング工程を説明する。
図５（ｃ）に示すように、Ｇａイオン含有部分３０１をエッチングマスクとして、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥを用いて、シリコン基板３００に対して左斜め上方４５度方向からシリコン基板３００に深さ２０μｍの斜め開孔３０３を形成する。
その際、位置合わせパターン（不図示）も形成する。
このＤｅｅｐ−ＲＩＥには、例えば、ＳＦ6ガスとＣ4Ｆ8ガスを用いるＢｏｓｃｈプロセスを適用する。
これにより、シリコン基板２００と、エッチングマスク２０４のエッチング選択比を高くすることができ、エッチングマスクとしては、数１０ｎｍ程度でも充分である。
このとき、エッチングマスク３０１は、数１０ｎｍ程度と極めて薄いので、斜め開孔形成の際のシャドウイング効果は殆どない。
【００３０】
次に、図５（ｄ）に示すように、シリコン基板３００上のＧａ含有部分３０１に含まれるＧａを、例えば６００℃程度の熱処理後に塩酸溶液によるエッチングで除去する。
次に、前記基板上に、前述したエッチングマスクの形成方法を用い、第２のエッチングマスクを形成する第２のマスク形成工程を説明する。
図５（ｃ）の位置合わせマーク（不図示）を用いて、位置合わせを行いながら、図５（ｅ）に示すように、シリコン基板３００に、図５（ｂ）と同様な方法でＧａ含有部分３０４からなるエッチングマスクを形成する。
図５（ｅ）に示すように、エッチングマスク３０４の開孔パターンは、前記開孔パターン３０３の短手方向に所定の幅だけ重なる位置に配置されている。
この配置をとることで、後述の矩形の板状構造は、ウッドパイル構造における柱状構造の各交点に形成される。また、この重ね幅は、前記矩形の板状構造の厚みに相当するものである。
また、斜め開孔３０３の内壁を基板３００の垂直方向からみて、シリコンが露出している部分のうち、前記重なり部分を除いた部分に、同様にしてＧａイオン含有部分３０５によるエッチングマスクを形成する。
このように、Ｇａイオン含有部分３０５からなるエッチングマスクを形成しておくことで、次工程の斜め開孔形成時に、斜め開孔３０３のこの内壁部分がエッチングされないため、後述の所望の３次元フォトニック結晶構造を得ることができる。
【００３１】
次に、前記第２のエッチングマスクを用い、前記第１の複数の開孔の方向に対して交差する方向から、前記基板をドライエッチングして第２の複数の開孔を形成する第２のエッチング工程を説明する。
図５（ｆ）に示すように、このＧａイオン含有部分３０４及び３０５をエッチングマスクとして、シリコン基板３０６を基板に対して右斜め上方４５度方向からＤｅｅｐ−ＲＩＥで、例えば深さ１０μｍの斜め開孔３０７を形成する。
斜め開孔３０７は、先に形成した斜め開孔３０３に、直交する方向に形成されていることが好ましい。
このとき、エッチングマスク３０４は、数１０ｎｍ程度と薄いので、斜め開孔形成の際のシャドウイング効果は、ほとんどない。
また、Ｇａイオン含有部分３０８がマスクとなることで、先にエッチングマスク３０５で形成した斜め開孔の形状を保護できる。
ここで、斜めエッチング加工部３０８は、基板に対して左斜め上方４５度方向及び右斜め上方４５度方向からＤｅｅｐ−ＲＩＥを用いて加工された部分である。
【００３２】
次に、シリコン基板３００上のＧａイオン含有部分３０４及び３０５に含まれるＧａを、例えば、６００℃程度の熱処理後に塩酸でエッチングすることで除去する。
図５（ｇ）は、このようにして形成されたシリコン製の３次元構造体の平面図である。
図６は、図５（ｇ）のＡ−Ａ'断面方向からの模式図である。
基板３００に、斜め開孔加工から形成されたシリコン製ロッド３０９、３１０及び上記ロッドの交点に位置するシリコン製パッド３１１からなる３次元フォトニック結晶が形成されている。
ロッド３０９、３１０の周期は、例えば、それぞれ１μｍに形成されている。
【００３３】
以上のように、本実施例による３次元構造体の製造方法では、ＧａのＦＩＢ照射により形成するエッチングマスクが数１０ｎｍ程度と極めて薄いため、斜めエッチングでのシャドウイング効果に殆ど影響されることがない。
このため、複雑な３次元構造体を高精度に形成可能となる。
また、本実施例による３次元構造体の形成方法では、３次元フォトニック結晶を構成するロッド−パッド間に界面がない連続体による３次元構造体を形成することができる。
したがって、この３次元フォトニック結晶によれば、従来の積層による製造方法によるものと比較して、より良好な光学特性を得ることが可能となる。
【００３４】
［実施例４］
実施例４においては、３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法について説明する。
図７〜図１０に、本実施例の３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法を説明する図を示す。
図７の（ａ）〜（ｄ）は３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法の製造工程を説明する平面図である。
また、図８の（ｅ）〜（ｈ）は図７の製造工程に続く製造工程を説明する図である。
また、図９の（ｉ）〜（ｊ）は図８の製造工程に続く製造工程を説明する図である。
また、図１０の（ｋ）〜（ｍ）は図９の製造工程に続く製造工程を説明する図である。
図７〜図１０において、４００は基板、４０１は酸化チタン膜（ＴｉＯ2膜）、４０２、４０５はマスク層、４０３、４０６は開孔パターン、４０４は犠牲層である。４０９は酸化チタンからなる３次元フォトニック結晶構造、４１０は欠陥部、４１１は活性部（活性媒体）である。
本実施例における３次元フォトニック結晶レーザー素子は、３次元フォトニック結晶構造として、例えば、ウッドパイル構造を有するものである。
【００３５】
まず、図７（ａ）に示す工程において、基板４００を準備する。
ここでは、基板４００の材料として例えば合成石英を用い、基板４００の寸法として例えば直径４ｉｎｃｈ（１００ｍｍ）、厚さ５２５μｍとしている。
次に、図７（ｂ）に示す工程において、例えばスパッタ法を用いて可視光領域のフォトニック結晶材料として酸化チタン膜（ＴｉＯ2膜）４０１を約１０００ｎｍの厚さに成膜する。
このようにして、基板上に３次元フォトニック結晶を構成する誘電体膜が成膜される。
次に、図７（ｃ）に示す工程において、酸化チタン膜（ＴｉＯ2膜）４０１上に、例えばＧａの集束イオンビーム（ＦＩＢ）を基板の面内方向に走査しながら照射することで、Ｇａ含有部分からなるエッチングマスク４０２を形成する。
その際、位置合わせパターン（不図示）も形成する。
このＧａ含有部分からなるエッチングマスク４０２の形成条件は、例えば加速電圧３０ｋＶ、電流５ｎＡの条件で照射する。
イオンドーズ量としては、例えば３×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2である。このとき、基板内のＧａイオンの深さ分布ピークは、酸化チタン膜（ＴｉＯ2膜）４０１表面から、数１０ｎｍ程度となる。
【００３６】
次に、図７（ｄ）に示す工程において、酸化チタン膜（ＴｉＯ2膜）４０１のＧａ含有部分からなるマスク層４０２をマスクとし、
例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）による反応性イオンエッチングを用いて酸化チタン膜（ＴｉＯ2膜）４０１をパターニングする。
そして、マスクパターン４０２の長手方向を左右方向、基板４００の水平面を０度とする時、左上方から右下方の斜め角度４５度方向に開孔パターン４０３を形成する。
次に、図８（ｅ）に示すように、例えば、オーブンで６００℃程度に加熱した後、塩酸溶液でエッチングすることで酸化チタン膜（ＴｉＯ2膜）４０１のＧａ含有部分４０２からＧａを除去する。
次に、図８（ｆ）に示す工程において、開孔パターン４０３内に犠牲層４０４を埋め込む。
すなわち、まず、開孔パターン４０３内及び酸化チタン膜４０１上に、犠牲層４０４として、例えばアトミックレイヤーデポジション法（ＡＬＤ）により、例えば銅膜を成膜する。
次に、銅膜を例えば、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により酸化チタン膜４０１が露出するまで研磨・平坦化する。
これにより、酸化チタン膜４０１表面の銅膜は除去され、開孔パターン４０３内にのみ犠牲層４０４を設けることができる。
なお、ここでは、犠牲層４０４として銅膜を選択したが、例えば、アルミ膜やクロム膜を用いても良い。
また、必要に応じて、犠牲層と酸化チタン層との密着性を向上させるための、密着膜を導入しても良い。
【００３７】
次に、図８（ｇ）に示す工程において、基板４００上に、例えばＧａの集束イオンビーム（ＦＩＢ）を基板の面内方向に走査しながら照射することで、Ｇａ含有部分からなるエッチングマスク４０５を形成する。
その際、位置合わせパターン（不図示）も形成する。
このＧａ含有部分からなるエッチングマスク４０５の形成条件は、例えば加速電圧３０ｋＶ、電流５ｎＡの条件で照射する。
イオンドーズ量としては、例えば３×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2である。このとき、基板内のＧａイオンの深さ分布ピークは、酸化チタン膜４０１表面から、数１０ｎｍ程度となる。
ここで、マスク層４０５の矩形開孔パターンは、開孔パターン４０３の短手方向に隣接して１つの矩形開孔パターンを形成する位置関係である。次に、図８（ｈ）に示す工程において、開孔パターン４０６を形成する。
その際、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）による反応性イオンエッチングを用いて、酸化チタン膜４０１上のＧａ含有部分からなるマスク層４０５をマスクとし、酸化チタン膜４０１をパターニングする。
そして、マスク層４０５パターンの長手方向を左右方向、基板４００の水平面を０度とする時、右上方から左下方の斜め角度４５度方向に開孔パターン４０６を形成する。
次に、図９（ｉ）に示すように、開孔パターン４０３内の犠牲層４０４をウェットエッチングにより除去する。
次に、図９（ｊ）に示すように、酸化チタン膜４０１上のＧａ含有部分からなるマスク４０５を、例えば、オーブンで６００℃程度に加熱した後、塩酸溶液でエッチングすることで除去する。これで、基板４００上に３次元フォトニック結晶構造４０９が形成される。
これらの工程により、例えば、誘電体膜に、前記基板面の垂線に対し斜め４５度方向からのエッチングを少なくとも２回以上行うことで、３次元フォトニック結晶構造を形成するこができる。
【００３８】
図１０（ｋ）は、図９（ｊ）に示す次元フォトニック結晶構造４０９のＡ−Ａ'断面図である。
基板４００上の酸化チタン層４０１に酸化チタンからなるウッドパイル構造を有する３次元フォトニック結晶構造４０９が形成されている。この３次元フォトニック結晶構造４０９の周期は、約２５０ｎｍである。
次に、３次元フォトニック結晶構造内に構造欠陥部を形成する工程において、例えば、図１０（ｌ）に示すように、欠陥部４１０を形成する。
すなわち、集束イオンビーム加工により、例えば、ウッドパイル構造の柱状構造に沿って柱状構造を部分的に除去することで、３次元フォトニック結晶構造４０９内に欠陥部４１０を形成する。
次に、欠陥部に発光作用を呈する活性部を形成する工程において、図１０（ｍ）に示すように、欠陥部４０９内に、光を照射することで発光作用を呈する活性部４１１を形成する。
その際、例えば、活性部として、ＧａＮからなる量子ドットを、電子線誘起化学気相堆積（ＥＢ−ＣＶＤ）法を用いて選択的に形成することにより、パッシブ型の３次元フォトニック結晶レーザー素子を形成することができる。
本実施例において、酸化チタン膜４０１のパターニング方法として、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）による反応性イオンエッチングを用いたが、反応性イオンビームエッチングや高速原子線エッチング等を用いても良い。
【００３９】
［実施例５］
実施例５においては、実施例４とは異なる形態の３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法について説明する。
図１１〜図１４に、本実施例の３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法を説明する図を示す。
図１１の（ａ）〜（ｄ）は３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法の製造工程を説明する平面図である。
また、図１２の（ｅ）〜（ｈ）は図１１の製造工程に続く製造工程を説明する図である。また、図１３の（ｉ）〜（ｊ）は図１２の製造工程に続く製造工程を説明する図である。
また、図１４の（ｋ）〜（ｌ）は図１３の製造工程に続く製造工程を説明する図である。
図１１〜図１４において、５００は基板、５０１、５０３は酸化チタン膜、５０２、５０７はマスク層、５０４、５０５、５０８は開孔パターン、５０６は犠牲層である。
５０９は酸化チタンからなる３次元フォトニック結晶構造、５１０は欠陥部、５１１は活性媒体である。
本実施例における３次元フォトニック結晶レーザー素子は、３次元フォトニック結晶構造として、例えば、ウッドパイル構造を有するものである。
【００４０】
まず、図１１（ａ）に示すように、基板５００を準備する。ここでは、基板５００の材料として例えば合成石英を用い、基板５００の寸法として例えば直径４ｉｎｃｈ（１００ｍｍ）、厚さ５２５μｍとしている。
次に、図１１（ｂ）に示すように、可視光を透過する高屈折率材料として、例えば、酸化チタン膜５０１を例えばスパッタ法を用いて約１０００ｎｍの厚さに成膜する。
このようにして、基板上に３次元フォトニック結晶を構成する誘電体膜が成膜される。
次に、図１１（ｃ）に示すように、エッチングマスク５０２を形成する。
例えば、酸化チタン層５０１をパターニングするときのマスク層５０２として、酸化チタン膜５０１に、例えばＧａの集束イオンビーム（ＦＩＢ）を基板の面内方向に走査しながら照射することで、Ｇａ含有部分からなるエッチングマスク５０２を形成する。
その際、位置合わせパターン（不図示）も形成する。
このＧａ含有部分からなるエッチングマスク５０２の形成条件は、例えば加速電圧３０ｋＶ、電流５ｎＡの条件で照射する。
イオンドーズ量としては、例えば３×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2である。このとき、基板内のＧａイオンの深さ分布ピークは、酸化チタン膜５０１表面から、数１０ｎｍ程度となる。
このとき、３次元フォトニック結晶構造形成のためのマスク５０２の形成と同時に、この構造内に欠陥部を形成する位置に対応した部分の酸化チタン膜５０１を露出するようにマスク形成を行う。
具体的には、酸化チタン膜が露出した５０３の部分は、構造内に欠陥部を形成する位置に対応しており、長手方向（横方向）に隣接した２つの酸化チタン膜の露出部分５０１とその間の境界部分を合せた領域で構成されている。
次の工程の開孔パターン形成によって、５０１に開孔パターンができるのと同時に、この５０３の部分にも開孔パターンが形成されることで、３次元フォトニック結晶構造形成と同時に、５０３内の欠陥部をつくりこむことができる。
【００４１】
次に、図１１（ｄ）に示すように、開孔パターン５０４を形成する。
その際、Ｇａ含有部分からなるマスク層５０２をマスクとし、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）による反応性イオンエッチングを用いて酸化チタン膜５０１をパターニングする。
そして、マスク層５０２パターンの長手方向を左右方向、基板５００の水平面を０度とする時、左上方から右下方の斜め角度４５度方向に酸化チタン開孔パターン５０４を形成する。
このとき、３次元フォトニック結晶構造の形成と同時に、この構造内へ欠陥部５１０が形成される。
次に、図１２（ｅ）に示すように、酸化チタン膜５０１のＧａ含有部分からなるマスク層５０２は、例えば、オーブンで６００℃程度に加熱した後、塩酸溶液でエッチングすることで除去する。
次に、図１２（ｆ）に示すように、犠牲層５０６を埋め込む。この手順は実施例４と同様である。
【００４２】
次に、図１２（ｇ）に示すように、酸化チタン膜５０１に、例えばＧａの集束イオンビーム（ＦＩＢ）を基板の面内方向に走査しながら照射することで、Ｇａ含有部分からなるエッチングマスク５０７を形成する。
このＧａ含有部分からなるエッチングマスク５０７の形成条件は、例えば加速電圧３０ｋＶ、電流５ｎＡの条件で照射する。
イオンドーズ量としては、例えば３×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2である。このとき、基板内のＧａイオンの深さ分布ピークは、酸化チタン膜５０１表面から、数１０ｎｍ程度となる。
ここで、マスク層５０７の矩形開孔パターンは、開孔パターン５０４、５０５の短手方向に隣接して矩形開孔パターンを形成する位置関係である。
次に、図１２（ｈ）に示すように、開孔パターン５０８を形成する。例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）による反応性イオンエッチングを用いて、酸化チタン膜５０１のＧａ含有部分からなるマスク層５０７をマスクとし、酸化チタン膜５０１をパターニングする。
そして、マスク層５０７パターンの長手方向を左右方向、基板５００の水平面を０度とする時、右上方から左下方の斜め角度４５度方向に酸化チタン開孔パターン５０８を形成する。
次に、図１３（ｉ）に示すように、開孔パターン５０４と５０５と５０８内の犠牲層５０６をウェットエッチングにより除去する。
次に、図１３（ｊ）に示すように、酸化チタン膜５０１のＧａ含有部分からなるマスク層５０７を、例えば、オーブンで６００℃程度に加熱した後、塩酸溶液でエッチングする。
これにより、基板５００上に酸化チタン製の３次元フォトニック結晶構造５０９とその構造内の欠陥部分５１０が形成される。
【００４３】
図１４（ｋ）は、図１３（ｊ）内のＢ−Ｂ'断面図である。
基板５００上に酸化チタン５０１からなるウッドパイル構造を有する３次元フォトニック結晶構造５０９と、そのウッドパイル構造の柱状構造を一部除去した欠陥部５１０が形成されている。
この３次元フォトニック結晶構造５０９の周期は、約２５０ｎｍである。
次に、図１４（ｌ）に示すように、３次元フォトニック結晶構造５０９の欠陥部５１０内に、光を照射することで発光作用を呈する活性部５１１を形成する。
その際、例えば活性部として、ＧａＮからなる量子ドットを、例えば、電子線誘起化学気相堆積（ＥＢ−ＣＶＤ）法により、選択的に形成することにより、パッシブ型３次元レーザー素子を形成することができる。
なお、本実施例において、酸化チタン膜５０１のパターニング方法としては、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）による反応性イオンエッチングを用いたが、反応性イオンビームエッチングや高速原子線エッチング等を用いても良い。
【００４４】
［実施例６］
実施例６においては、実施例４及び実施例５とは異なる形態の３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法について説明する。
図１５〜図１９に、本実施例の３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法を説明する図を示す。
図１５の（ａ）〜（ｄ）は３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法の製造工程を説明する平面図である。
また、図１６の（ｅ）〜（ｈ）は図１５の製造工程に続く製造工程を説明する図である。
また、図１７の（ｉ）〜（ｌ）は図１６の製造工程に続く製造工程を説明する図である。
また、図１８の（ｍ）は図１７の製造工程に続く製造工程を説明する図である。また、図１９の（ｎ）〜（ｐ）は図１８の製造工程に続く製造工程を説明する図である。
図１５〜図１９において、６００は基板、６０１は酸化チタン膜、６０２、６０５、６０７はマスク層、６０３、６０６、６０８は開孔パターン、６０４は犠牲層である。
６０９は酸化チタンからなる３次元フォトニック結晶構造、６１０は欠陥部、６１１は活性媒体である。
本実施例における３次元フォトニック結晶レーザー素子は、３次元フォトニック結晶構造として、例えば、ウッドパイル構造の柱状構造の交点に、矩形の板状構造を挟み込んだ形状を有するものである。
【００４５】
まず、図１５（ａ）に示すように、基板６００を準備する。ここでは、基板６００の材料として例えば合成石英を用い、基板６００の寸法として例えば直径４ｉｎｃｈ（１００ｍｍ）、厚さ５２５μｍとしている。
次に、図１５（ｂ）に示すように、可視光を透過する高屈折率材料として、例えば、酸化チタン膜６０１を例えばスパッタ法を用いて約１０００ｎｍの厚さに成膜する。このようにして、基板上に３次元フォトニック結晶を構成する誘電体膜が成膜される。
次に、図１５（ｃ）に示すように、酸化チタン膜６０１に、例えばＧａの集束イオンビーム（ＦＩＢ）を基板の面内方向に走査しながら照射することで、Ｇａ含有部分からなるエッチングマスク６０２を形成する。
その際、位置合わせパターン（不図示）も形成する。このＧａ含有部分からなるエッチングマスク６０２の形成条件は、例えば加速電圧３０ｋＶ、電流５ｎＡの条件で照射する。
イオンドーズ量としては、例えば３×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2である。このとき、基板内のＧａイオンの深さ分布ピークは、酸化チタン膜６０１表面から、数１０ｎｍ程度となる。
【００４６】
次に、図１５（ｄ）に示すように、開孔パターン６０３を形成する。
その際、Ｇａ含有部分からなるマスク層６０２をマスクとし、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）による反応性イオンエッチングを用いて酸化チタン膜６０１をパターニングする。
そして、マスク層６０２パターンの長手方向を左右方向、基板６００の水平面を０度とする時、左上方から右下方の斜め角度４５度方向に開孔パターン６０３を形成する。
次に、図１６（ｅ）に示すように、基板６００上のＧａ含有部分からなるマスク層６０２を、例えば、オーブンで６００℃程度に加熱した後、塩酸溶液でエッチングすることで除去する。
次に、図１６（ｆ）に示すように、犠牲層６０４を埋め込む。この手順は実施例４、実施例５と同様である。
【００４７】
次に、図１６（ｇ）に示すように、酸化チタン６０１上に、例えばＧａの集束イオンビーム（ＦＩＢ）を基板の面内方向に走査しながら照射することで、Ｇａ含有部分からなるエッチングマスク６０５を形成する。
このＧａ含有部分からなるエッチングマスク６０５の形成条件は、例えば加速電圧３０ｋＶ、電流５ｎＡの条件で照射する。
イオンドーズ量としては、例えば３×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2である。このとき、基板内のＧａイオンの深さ分布ピークは、酸化チタン膜６０１表面から、数１０ｎｍ程度となる。
エッチングマスク６０５の配置は、実施例４、実施例５と異なり、前記開孔パターン６０３と所定の間隔をあけた位置にマスク開孔６０１を有する。
この配置をとることで、後述のウッドパイル構造における柱状構造の各交点に矩形の板状構造を形成することができる。また、この間隔は、前記矩形の板状構造の厚みに相当するものである。
次に、図１６（ｈ）に示すように、開孔パターン６０６を形成する。その際、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）による反応性イオンエッチングを用いて、酸化チタン膜６０１のＧａ含有部分からなるマスク層６０５をマスクとし、酸化チタン膜６０１をパターニングする。
そして、マスク層６０５パターンの長手方向を左右方向、基板６００の水平面を０度とする時、右上方から左下方の斜め角度４５度方向に酸化チタン開孔パターン６０６を形成する。
次に、酸化チタン層６０１上のＧａ含有部分からなるマスク層６０５を例えば、オーブンで６００℃程度に加熱した後、塩酸溶液でエッチングすることで除去する。
次に、開孔パターン６０６内及び酸化チタン膜６０１上に、犠牲層６０４として、例えばアトミックレイヤーデポジション法（ＡＬＤ）により銅膜を成膜する。
【００４８】
次に、例えば、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により銅膜を酸化チタン膜６０１が露出するまで研磨・平坦化することにより、図１７（ｉ）に示すように、開孔パターン６０６内に犠牲層６０４を埋め込む。
次に、図１７（ｊ）に示すように、酸化チタン６０１上に、例えばＧａの集束イオンビーム（ＦＩＢ）を基板の面内方向に走査しながら照射することで、Ｇａ含有部分からなるエッチングマスク６０７を形成する。
エッチングマスク６０７の形状は、次工程の２回の開孔パターン形成により、ウッドパイル構造における柱状構造の各交点に、後述の矩形の板状構造形成を可能にするものである。
このＧａ含有部分からなるエッチングマスク６０７の形成条件は、これまでと同様である。
【００４９】
次に、図１７（ｋ）に示すように、開孔パターン６０６を形成する。
その際、Ｇａ含有部分からなるマスク層６０７をマスクとし、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）による反応性イオンエッチングを用いて酸化チタン膜６０１をパターニングする。
そして、マスク層６０７のパターンの長手方向を左右方向、基板６００の水平面を０度とする時、左上方から右下方の斜め角度４５度方向に開孔パターン６０６を形成する。
【００５０】
次に、図１７（ｌ）に示すように、開孔パターン６０８を形成する。その際、Ｇａ含有部分からなるマスク層６０７をマスクとし、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）による反応性イオンエッチングを用いて酸化チタン膜６０１をパターニングする。
そして、マスク層６０７パターンの長手方向を左右方向、基板６００の水平面を０度とする時、右上方から左下方の斜め角度４５度方向に開孔パターン６０８を形成する。
次に、開孔パターン６０３と開孔パターン６０６内の犠牲層６０４をウェットエッチングにより除去する。
【００５１】
次に、酸化チタン膜６０１のＧａ含有部分からなるマスク層６０７を、例えば、オーブンで６００℃程度に加熱した後、塩酸溶液でエッチングすることで、図１８（ｍ）に示すように、基板６００上に酸化チタン製の３次元フォトニック結晶構造が形成される。
図１９（ｎ）は、図１８（ｍ）の３次元フォトニック結晶構造におけるＣ−Ｃ'断面図である。
基板６００上に酸化チタン６０１からなるウッドパイル構造の柱状構造の交点に、酸化チタン６０１からなる矩形の板状構造をはさみこんだ形状を有する３次元フォトニック結晶構造６０９が形成されている。
次に、図１９（ｏ）に示すように、集束イオンビーム加工により、例えば、ウッドパイル構造の柱状構造に沿って柱状構造を除去することで、３次元フォトニック結晶構造６０９内に欠陥部６１１を形成する。
次に、図１９（ｐ）に示すように、３次元フォトニック結晶構造６０９の欠陥部６１０内に、光を照射することで発光作用を呈する活性部６１１として、例えばＧａＮからなる量子ドットを形成する。
例えば、活性部として電子線誘起化学気相堆積（ＥＢ−ＣＶＤ）法を用いて選択的に形成することにより、パッシブ型３次元可視光レーザー素子を形成することができる。
本実施例において、酸化チタン膜６０１のパターニング方法としては、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）による反応性イオンエッチングを用いたが、反応性イオンビームエッチングや高速原子線エッチング等を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施例１における斜めエッチングに使用するエッチングマスクの形成方法について説明する図。
【図２】本発明の実施例２における３次元構造体の製造方法について説明する図であり、図２（ａ）〜（ｄ）は、３次元構造体の製造工程を説明する図。
【図３】本発明の実施例２における３次元構造体の製造方法について説明する図であり、図３（ｅ）〜（ｊ）は、３次元構造体の製造工程を説明する図２（ｄ）に続く工程を示す図。
【図４】本発明の実施例２における３次元構造体の製造方法について説明する図であり、図３（ｊ）のＡ−Ａ’断面方向からの模式図。
【図５】本発明の実施例３における３次元構造体の製造方法を説明する図。
【図６】本発明の実施例３における３次元構造体の製造方法を説明する図であり、図５（ｇ）のＡ−Ａ’断面方向からの模式図。
【図７】本発明の実施例４における３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法を説明する図であり、（ａ）〜（ｄ）は３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法の製造工程を説明する平面図。
【図８】本発明の実施例４における３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法を説明する図であり、（ｅ）〜（ｈ）は図７の製造工程に続く製造工程を説明する図。
【図９】本発明の実施例４における３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法を説明する図であり、（ｉ）〜（ｊ）は図８の製造工程に続く製造工程を説明する図。
【図１０】本発明の実施例４における３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法を説明する図であり、（ｋ）〜（ｍ）は図９の製造工程に続く製造工程を説明する図。
【図１１】本発明の実施例５における３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法を説明する図であり、（ａ）〜（ｄ）は３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法の製造工程を説明する平面図。
【図１２】本発明の実施例５における３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法を説明する図であり、（ｅ）〜（ｈ）は図１１の製造工程に続く製造工程を説明する図。
【図１３】本発明の実施例５における３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法を説明する図であり、（ｉ）〜（ｊ）は図１２の製造工程に続く製造工程を説明する図。
【図１４】本発明の実施例５における３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法を説明する図であり、（ｋ）〜（ｌ）は図１３の製造工程に続く製造工程を説明する図。
【図１５】本発明の実施例６における３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法を説明する図であり、（ａ）〜（ｄ）は３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法の製造工程を説明する平面図。
【図１６】本発明の実施例６における３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法を説明する図であり、（ｅ）〜（ｈ）は図１５の製造工程に続く製造工程を説明する図。
【図１７】本発明の実施例６における３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法を説明する図であり、（ｉ）〜（ｌ）は図１６の製造工程に続く製造工程を説明する図。
【図１８】本発明の実施例６における３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法を説明する図であり、（ｍ）は図１７の製造工程に続く製造工程を説明する図。
【図１９】本発明の実施例６における３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法を説明する図であり、（ｎ）〜（ｐ）は図１８の製造工程に続く製造工程を説明する図。
【図２０】従来例の特許文献１における斜めエッチング方法を説明する図。
【図２１】従来例の特許文献２における薄膜加工の段差パターン形成工程を説明する図。
【図２２】従来例の特許文献３におけるウッドパイル構造を有する３次元フォトニック結晶を説明する模式図。
【図２３】従来例の特許文献５におけるウッドパイル構造を有する３次元フォトニック結晶を説明する模式図。
【符号の説明】
【００５３】
１００、２００、３００、４００、５００、６００：基板
１０１：集束イオンビーム（ＦＩＢ）
１０２、２０４、２０７、２０８、３０１、３０４、３０５：エッチングマスク２０１、２０２：アルミ薄膜
２０３、２０６、３０２、３０６：基板露出部
２０５、２０９、３０３、３０７、３０８：斜め開孔パターン
２１０、３１２：３次元構造体
３０９、３１０：ロッド
３１１：パッド４０１、５０１、５０３、６０１：酸化チタン膜
４０２、４０５、５０２、５０７、６０２、６０５、６０７：マスク層
４０３、４０６、５０４、５０５、５０８、６０３、６０６、６０８：開孔パターン
４０４、５０６、６０４：犠牲層
４０９、５０９、６０９：酸化チタンからなる３次元フォトニック結晶構造
４１０、５１０、６１０：欠陥部
４１１、５１１、６１１：活性部（活性媒体、活性媒質）
【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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