(57)【要約】【課題】  J会合体等のフォトニック結晶をサブミクロンスケールの構造に導入する場合、ナノメータサイズの分子の配向を一方向に揃えた分子配列型ナノフォトニック結晶デバイスの製造を目的とする。【解決手段】  基板上に複数の細長い溝を形成する工程、溝中にJ会合体を埋設する工程、及びJ会合体の分子の配向を溝の長手方向に揃えるようにJ会合体をアニール処理する工程を含む分子配列型ナノフォトニック結晶デバイスの製造方法及びその製法に係る分子配列型ナノフォトニック結晶デバイス。【選択図】  図１（ａ）
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に周期的な間隔で複数の細長い溝を形成する工程、溝の中にJ会合体を埋設する工程、及びJ会合体の分子の配向を溝の長手方向に揃えるようにJ会合体をアニール処理する工程を含むことを特徴とする分子配列型ナノフォトニック結晶デバイスの製造方法。
【請求項２】
上記アニール処理は、溝の長手方向に沿って水蒸気を含んだガスを吹き付けることによりなされることを特徴とする請求項１に記載の分子配列型ナノフォトニック結晶デバイスの製造方法。
【請求項３】
上記J会合体は、擬イソシアニンであることを特徴とする請求項１または２に記載の分子配列型ナノフォトニック結晶デバイスの製造方法。
【請求項４】
上記アニール処理は、３５℃〜４０℃の温度でなされることを特徴とする請求項３に記載の分子配列型ナノフォトニック結晶デバイスの製造方法。
【請求項５】
周期的な間隔で複数の細長い溝が形成された基板とJ会合体の分子の配向を溝の長手方向に揃えるようにアニール処理され該溝の中に埋設されたJ会合体とを少なくとも有することを特徴とする分子配列型ナノフォトニック結晶デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光子、ＬＥＤ、ＤＦＢレーザー、ＤＢＲレーザー、共振フィルター、光導波路、光回路、光ファイバー、光偏向、プリズム等をはじめとする各種分野において好適である、分子配列型ナノフォトニック結晶デバイスの製造方法及び分子配列型ナノフォトニック結晶デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報技術、バイオテクノロジー、医療、エネルギー問題、環境問題などの多くの分野に関し、ナノテクノロジーがその解決の鍵を握るものとして大変注目を集めている。
このナノテクノロジー分野において、とりわけ注目されているのがフォトニック結晶である。フォトニック結晶とは、誘電率の異なる２種以上の媒質を組合せた人工的な多次元周期構造のことをいい、構造や性質が固体結晶と似ていることから「結晶」と称されているものである。フォトニック結晶については各種の用途・応用が考えられ、その研究は多岐にわたって近時盛んに行われてきている。
【０００３】
本発明者らは、Ｊ会合体等の室温でも十分に安定な吸収バンドを持つ物質を、空間的に規則性を持たせて配列した、１次元フォトニック結晶デバイスに当たる微小共振器構造について開示している（特開２００２−３２８３５０号公報）。しかし先の出願の微小共振器構造では、微小共振器を構成する溝に埋め込むＪ会合体等における分子の配向について何ら考慮されなかった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１９５００１号公報
【特許文献２】特開２００２−３２８３５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
分子配向を揃えることでフォトニック結晶デバイスの光学的異方性特性の向上が期待されるとともに、材料の安定性が高まるという効果が期待される。
分子配向を揃えることによる効果は従来より認識されていたが、J会合体等の分子配列型ナノフォトニック結晶をサブミクロンスケールの構造に導入する場合、ナノメータサイズの分子の配向を一方向に揃える等の分子配列の制御は困難であった。
【０００６】
したがって、本発明は従来の工程にアニール処理工程を付加することにより、J会合体の分子の配向が溝の長手方向に揃った分子配列型ナノフォトニック結晶デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
また本発明は上記の製造方法によって製造された分子配列型ナノフォトニック結晶デバイス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】
【０００７】
本発明は、基板上に複数の周期的な細長い溝を形成する工程、溝の中にJ会合体を埋設する工程、及びJ会合体の分子の配向を溝の長手方向に揃えるようにJ会合体をアニール処理する工程を含む分子配列型ナノフォトニック結晶デバイスの製造方法を提供するものである。
【０００８】
また本発明は、上記アニール処理を、溝の長手方向に沿って水蒸気を含んだガスを吹き付けることによりなす分子配列型ナノフォトニック結晶デバイスの製造方法を提供するものである。
【０００９】
また本発明は、上記J会合体が、擬イソシアニンである分子配列型ナノフォトニック結晶デバイスの製造方法を提供するものである。
【００１０】
また本発明は、上記アニール処理が、３５℃〜４０℃の温度でなされる分子配列型ナノフォトニック結晶デバイスの製造方法を提供するものである。
【００１１】
さらに本発明は、周期的な間隔で複数の細長い溝が形成された基板と、J会合体の分子の配向を溝の長手方向に揃えるようにアニール処理され該溝の中に埋設されたJ会合体とを少なくとも有する分子配列型ナノフォトニック結晶デバイスを提供するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、温度・雰囲気ガス・その流量や方向性を制御することで、分子配列を制御できるため、分子配列の揃った特性のよい分子配列型ナノフォトニック結晶デバイス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】
【００１３】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明の製造に係る分子配列型ナノフォトニック結晶デバイスの実施例を模式的に示す斜視図である。
図１（ｂ）はそのｂ−ｂ断面図である。ここで偏光方向の便宜のため、図１（ｂ）には、ｘ、ｙ及びｚ方向が表示されている。図１（ｂ）において、ｙ方向は、紙面に垂直かつ溝の長手方向に当たる。またｘ方向は溝と交差する方向であり、基板の厚み方向はｚ方向に当たる。
【００１４】
石英基板等のバルク材料をリソグラフィーやエッチングなどで削って、複数の細長い溝を空間的に規則性を持たせて形成する。
次に溝の中へJ会合体を埋め込む。埋め込まれたJ会合体の分子の配向は、ここでは一方向に揃ったものではない。
次に埋め込まれたJ会合体に対してアニール処理を行う。
本発明でいうアニール処理とは、温度・雰囲気ガス・その流量や方向性を制御して、J会合体の分子配列が動いて、分子の配向が一方向に揃うように行う処理をいう。
【００１５】
図２は、分子配列型ナノフォトニック結晶構造とその分子配向性を示した部分拡大概念図である。図２では、J会合体（擬イソシアニン）の分子が数百ナノメートルの空間に溝の長手方向に向きを揃えて配列されているのが模式的に図示されている。
【実施例】
【００１６】
擬イソシアニン（ＰＩＣ）J会合体を用いた分子配列型ナノフォトニック結晶構造を例に詳述する。
石英ガラス基板に複数の細長い溝を、２１０ｎｍの幅、４００ｎｍの深さ、４２０ｎｍ間隔で空間的に規則性を持たせて形成し、回折格子を構成する。
次に擬イソシアニン分子をメタノールに溶かした溶液を準備し、これを石英ガラス基板上にスピンコートし、溝の中に埋め込むことによりナノフォトニック結晶構造を得る。
擬イソシアニンの分子を溝中に埋め込む工程は、上記石英ガラス基板上のスピンコートに代えて、石英ガラス基板を垂直に立て溝に沿って溶液を流し込むキャスト膜やビーカーなどにたまった溶液に基板を浸して垂直に引き上げるディップコートなどの手法を用いてもよい。
【００１７】
最後に上記フォトニック結晶構造に対して、アニール処理を行う。
アニール処理は、３５℃〜４０℃に保持したフォトニック結晶基板に、水蒸気を含んだ窒素ガスを、数十秒間矢印で示すように溝の長手方向に沿って流す。この場合水蒸気濃度は１０％程度以下とした。
以上の工程により溝の長手方向に擬イソシアニン分子が整列した結晶構造を有する分子配列型ナノフォトニック結晶デバイスが完成される。
【００１８】
ここで石英ガラス基板は、表面が清浄であることが必要である。また分子との相性を考慮した表面処理をして分子が動き易くすることが効果的である。擬イソシアニン分子の場合、水との相性が良く、石英ガラス基板上の清浄表面が親水性であることから、分子が動き易くなっている。
【００１９】
アニール処理により擬イソシアニン分子が整列したフォトニック結晶デバイスが得られるメカニズムは次のように考えられる。
擬イソシアニン分子の水に対する溶解度はかなり低いが、擬イソシアニン分子が固化して結晶になるときに結晶水が含まれていることがよく知られている。つまり水は擬イソシアニン分子そのものを溶かして動かすまでにはいかないが、水を取り込むことで分子配列が動くことに寄与しており、これとアニール時の温度の３５℃〜４０℃とがちょうどバランスして分子配列が動くこと、及びガスの流れの方向と１次元フォトニック結晶の溝の長手方向が一致しているために溝の長手方向に沿った分子配列が実現できた。
【００２０】
図３は、１次元フォトニック結晶構造に関しアニール処理の効果を検証するための図面である。アニール処理前後の透過スペクトルの変化をフォトニック結晶構造がある場合と無い場合について示してある。図３の下段の２図は本発明によるアニール処理の効果を示すもので、擬イソシアニン分子が整列したフォトニック結晶について、本発明の実施例として行った1次元フォトニック結晶構造を用いたアニール処理前後の透過スペクトルを表している。
回折格子（１次元フォトニック結晶構造）があるときには、６２０ｎｍ付近に強い共振器モードが透過光（Ｅ//ｙ）の減少として観測される。
【００２１】
５８０ｎｍ近傍の吸収帯は、擬イソシアニン特有の最低励起子バンドであり、回折格子（１次元フォトニック結晶構造）の有無によらない。
上記吸収帯は分子・分子集合体の配列方向にのみ吸収を有することが知られている。
アニール前後の上記吸収帯におけるＥ//ｘ透過スペクトルを比較すると、アニール処理前に０．３程度であったものがアニール処理後では０．４５程度となっている。
したがって、ｘ方向の分子配列のものが減少して、ｙ方向の分子配列のものがアニール処理前に比べて著しく向上していることがわかる。
このことは分子の長軸が1次元フォトニック結晶のｙ軸方向に向きを揃えて並んでいる事を示している。
【００２２】
なお比較のためフォトニック結晶構造が無いとき、即ち、溝を形成することなく擬イソシアニン分子をメタノールに溶かした溶液を準備し、これを石英ガラス基板上にスピンコートしたものの、アニール処理前後のスペクトルを図３の上段の２図に示してある。この場合には、透過スペクトルにはアニール処理の前後で変化がなく、またＥ//ｘとＥ//ｙとの差異もなく両者とも０．１程度である。これは擬イソシアニン分子の長軸が向きを揃えることなく並んでいる事を示している。
【００２３】
以上のことから、フォトニック結晶構造に対してアニール処理工程を付加することが、フォトニック結晶構造をデバイスとして活用していく上で有効であることがわかる。
【００２４】
以上、好ましい実施の形態、実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜の変更が可能なものである。
即ち基板としては、石英ガラス基板を例に説明したが石英ガラス以外のガラス基板でもよく、また実施例では透過スペクトルをとるために透明なガラス基板を用いているが、シリコン等の半導体基板であってもよい。
【００２５】
擬イソシアニンを例示したがこれに限らず、他の分子性結晶のJ会合体について適用可能である。
その際のアニール処理の条件は、J会合体の分子の配向が一方向に揃うように、J会合体毎に、ＰＩＣ分子に対する水のように分子配列を動かす溶媒を変えたり、温度・雰囲気ガス・その流量や方向性を考慮して決定すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
発光素子、レーザーはもとより、光導波路・分波路や光変調器など集積型光素子に関わるもので分子配列を必要とする部分に使用可能である。
さらに、分子配向を揃えることで光学的異方性を利用した光デバイス（偏光子や位相整合を利用した波長変換など）の集積デバイス化への応用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１（ａ）】フォトニック結晶デバイスを模式的に示す斜視図である。
【図１（ｂ）】フォトニック結晶デバイスのｂ−ｂ断面図である。
【図２】本発明実施例としての1次元フォトニック結晶構造と分子配向性を示した概念図である。
【図３】本発明に関わる1次元フォトニック結晶中の分子集合体の透過スペクトル図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  石英ガラス基板
２  細長い溝  
３  水蒸気を含んだ窒素ガス
４  擬イソシアニン
【図１（ａ）】
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【図１（ｂ）】
2005345741.tif 000004
【図２】
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【図３】
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