(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次元フォトニック結晶を用いた光共振器において、
低屈折率材料層の上に形成された高屈折率材料層をエッチングすることによって形成された概ね直方体形状のフォトニック結晶であって、その内部に、前記直方体の長手方向に周期的に配列された低屈折率の複数の要素構造を備え、前記複数の要素構造の底面が前記低屈折率材料層と一定の間隔を置いて配置されたフォトニック結晶と、
前記フォトニック結晶の前記長手方向に平行な両側面に接して、前記高屈折率材料層をエッチングすることにより前記高屈折率材料が除去されて残存する前記高屈折率材料により形成されたサイドスラブであって、その上面の高さが、前記複数の要素構造の底面と概ね同一の高さとなるように形成された厚さ６０ｎｍ以下のサイドスラブとを備え、
前記低屈折率材料層および前記高屈折率材料層は、それぞれ、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板のシリコン酸化膜層およびＳＯＩ層を利用して構成されることを特徴とする光共振器。
【請求項２】
前記複数の要素構造は、前記サイドスラブを形成するのと同時に、前記高屈折率材料層をエッチングすることによって前記フォトニック結晶内に形成された柱状もしくは円柱の穴であることを特徴とする請求項１に記載の光共振器。
【請求項３】
前記フォトニック結晶の上方および前記複数の要素構造の内部が、第２の低屈折率材料層で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の光共振器。
【請求項４】
１次元フォトニック結晶を用いた光共振器の作製方法において、
基板、低屈折率材料層および高屈折率材料層が順次形成された多層構造上にレジスト層を形成するステップと、
前記レジスト層をパターニングして、フォトニック結晶の外形、および、前記フォトニック結晶の長手方向に周期的に配置される複数の要素構造を形成するためのマスクを形成するステップと、
前記マスクを通して、前記高屈折率材料層をエッチングするステップであって、エッチングによって、前記複数の要素構造、および、前記フォトニック結晶の前記長手方向に平行な両側面に接して該エッチングの後で残存する前記高屈折率材料層によって形成される厚さ６０ｎｍ以下のサイドスラブを同時に形成し、前記複数の要素構造の底面の高さと前記サイドスラブ上面の高さが概ね一致する、エッチングするステップとを備え、
前記低屈折率材料層および前記高屈折率材料層は、それぞれ、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板のシリコン酸化膜層およびＳＯＩ層を利用して構成されることを特徴とする光共振器の作製方法。
【請求項５】
前記複数の要素構造は、前記サイドスラブを形成するのと同時に、前記高屈折率材料層をエッチングすることによって前記フォトニック結晶内に形成された柱状もしくは円柱の穴であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、現在の標準的な光部品よりも数桁程度サイズが小さく、ナノフォトニクスと呼ばれる次世代光部品に関する。より詳細には、次世代光部品を他の光波回路や電子回路へ集積し組み込むのを容易にする光共振器構造およびその作製方法に関する。
【０００２】
ナノフォトニクスとは、サブマイクロメートルの寸法の要素からなる光部品、配線および集積回路のことである。ナノフォトニクスは、次世代の光回路および光機器のプラットフォームとなることが期待されている。とりわけ、部品サイズの圧倒的な小型化による（１）機器の小型化、（２）省資源化、（３）低コスト化、および（４）シリコンチップ（電子集積回路）との融合および混載が、ナノフォトニクスに期待されている。
【０００３】
ナノフォトニクスにおける代表的な要素技術は、フォトニック結晶である。フォトニック結晶は、穴または柱等のサブミクロン要素部材を周期的に配置することによって特有の光学特性を創出し、光の伝搬や分散等を制御できる人工結晶である。その微細さのために、フォトニック結晶の作製には高精度な微細加工技術を必要し、作製が容易とはいえない。しかしながら、近年の関連する技術の進歩により、実用的な性能を持ったフォトニック結晶が実現されつつある。
【０００４】
特に、ナノ共振器と呼ばれる超小型光共振器は、非常に高いＱ値を有することに特徴がある。光共振器のＱ値は、光の漏れの少なさを表し、捕獲時間に逆比例する指標である。高いＱ値を有する超小型光共振器は、基幹的な光部品であるレーザ、変調器、光メモリ、光受光器への応用が期待されている。
【０００５】
サブミクロン要素部材が周期的に配置される方向、すなわち周期が１つの方向にのみ存在するフォトニック結晶を、１次元フォトニック結晶と呼ぶ。ここで、用語「周期」は、要素部材の繰り返し距離を意味しており、格子定数ａとも呼ばれる。２次元、３次元などのより高次元の周期構造を持つフォトニック結晶と比較して、１次元フォトニック結晶は構造がシンプルでサブミクロン要素部材の数もはるかに少ない。フォトニック結晶の作製の難易度もより小さくなる。従来からの課題であったフォトニック結晶としての性能についても、発明者らは、高次元の結晶に劣らない性能を１次元フォトニック結晶で実現する手法を示している。
【０００６】
図４は、従来技術における１次元フォトニック結晶を用いた光共振器の構成を示した図である。図４の（ａ）に示したように、フォトニック結晶１２の底面が低屈折率媒体（屈折率１．４）であるシリコン酸化膜１７に接しているＳＯＩ（Silicon On Insulator）構造が利用されている。ＳＯＩ構造では、厚いシリコン基板上に所定の厚さのシリコン酸化膜層（buried oxide：ＢＯＸ）１１およびシリコン薄膜デバイス層（ＳＯＩ層）１２が載ったＳＯＩ基板を利用する。ＳＯＩ層１２によって１次元フォトニック結晶が構成される。１次元フォトニック結晶１２は概ね直方体の形状を持っており、直方体の長手方向には、穴１３などの複数の周期構成要素（要素構造）が結晶を貫通して形成され、１つの方向に配列されている。
【０００７】
１次元フォトニック結晶においては、代表的な技術課題の１つとして、フォトニック結晶を電気駆動するときの効率的な電圧印可および電流供給があった。穴などの周期構成要素が並んでいる方向に沿った電気駆動は、電極間の距離が大きくなるため効率的ではない。周期構成要素が並んでいる方向に対して横方向からの電気駆動については、導線を配置した状態でフォトニック結晶への光閉込をいかに実現するかが課題であった。非特許文献２には、細線状のシリコン構造中に少数個の穴を配置した１次元フォトニック結晶において、結晶の両脇に薄いサイドスラブを配置し電気導線の役割をさせることで、高速な電気駆動を可能とする構造が報告されている。
【０００８】
図１の（ｂ）は、サイドスラブを有する１次元フォトニック結晶を用いた光共振器の構成を示す。フォトニック結晶１２の側面にサイドスラブ１４を有するこの構造には、光共振器のＱ値が低い問題があった。発明者らは、光共振器構造を改良することによって高い共振器性能を実現できることを報告している（非特許文献３）。
【０００９】
【非特許文献１】Eiichi Kuramochi et al.,"Ultrahigh-Q one-dimensional photonic crystal nanocavities with modulated mode-gap barriers on SiO2 claddingsand on air claddings," OPTICSEXPRESS, Vol.18, No.15,pp.15859-15869
【非特許文献２】B. Schmidt et al., "Compact electro-optic modulator on silicon-on-insulator substrates using cavities with ultra-small modal volumes," OPTICS EXPRESS, Vol.15, No.6, pp3140-3148
【非特許文献３】倉持栄一、谷山秀昭、盧永瑾、納富雅也、“サイドスラブ付き高Ｑ値ＳＯＩ１次元フォトニック結晶共振器”、第７１回応用物理学会学術講演会、２０１０年 17a-J-6
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
フォトニック結晶素子を光部品へ応用展開する場合に、重要な課題の１つは作製工程をできるかぎり簡単にすることである。例えば、フォトニック結晶の構造上に特有の理由のためにエッチング加工を２回以上に分けて実施する必要があると、光部品全体の製作における工程数の増加を招く。
【００１１】
図４の（ｂ）でサイドスラブを有する１次元フォトニック結晶を用いた光共振器について例示した構造は、結晶穴１３がフォトニック結晶１２全体を上下方向に貫通している構造であった。このような構造の場合、サイドスラブ部分および結晶穴部分の両方を、同一の工程を使用して一括して加工することは困難であった。例えばこの構造を平坦な半導体薄膜からドライエッチング加工によって作製する場合、深さの異なるエッチングを行う方法として、３次元レジストマスクを用いる手法がある。しなしながら、フォトニック結晶は１００ｎｍオーダの非常に微細な構造であるため、３次元レジストマスクを用いた手法による高精度な加工は困難であった。
【００１２】
結局、フォトニック結晶に必要とされる高精度な加工を行うためには、サイドスラブ部分と結晶穴部分とを、独立に別々の工程で作製する必要があった。このように、フォトニック結晶の構造上に特有の理由によって工程数が増えてしまうと、作製プロセスの複雑化および高コスト化を招き、他の光波回路または電子回路とフォトニック結晶との集積化を行なう上でも不利であった。
【００１３】
Ｑ値は、光共振器において性能を表す重要な指標である。Ｑ値は、共振器モードからの光漏れの少なさを表す指数であって、光捕獲時間に逆比例する値である。従来、サイドスラブの有無にかかわらず、１次元フォトニック結晶共振器において数万以上のＱ値を実現する構造設計は、周期的構造素材（結晶穴）が結晶全体または高屈折率半導体層を貫通する構造でしか報告例がなかった。例えば、穴が高屈折率半導体層の途中で終端している構造の１次元フォトニック結晶で、高性能な共振器の報告はこれまでなかった。
【００１４】
フォトニック結晶の中でもより複雑な構造を持つ２次元または３次元フォトニック結晶に対して、１次元フォトニック結晶は、構造が単純で加工が容易なことが特徴であり優位点である。しかしながら、電気駆動を容易にするために１次元フォトニック結晶にサイドスラブを導入した場合に、高い共振器性能と単純な加工工程とを両立する構造は未だ示されていなかった。
【００１５】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、ＳＯＩ基板などの既存技術とよく整合し、作製が比較的容易な１次元フォトニック結晶を利用した光共振器を提案する。１次元フォトニック結晶にサイドスラブが設けられている場合に、共振器の性能を維持したままで作製工程数を減らし作製をより容易にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、１次元フォトニック結晶を用いた光共振器において、低屈折率材料層の上に形成された高屈折率材料層をエッチングすることによって形成された概ね直方体形状のフォトニック結晶であって、その内部に、前記直方体の長手方向に周期的に配列された低屈折率の複数の要素構造を備え、前記複数の要素構造の底面が前記低屈折率材料層と一定の間隔を置いて配置されたフォトニック結晶と、前記フォトニック結晶の前記長手方向に平行な両側面に接して、前記高屈折率材料層をエッチングすることにより前記高屈折率材料が除去されて残存する前記高屈折率材料により形成されたサイドスラブであって、その上面の高さが、前記複数の要素構造の底面と概ね同一の高さとなるように形成された厚さ６０ｎｍ以下のサイドスラブとを備え、前記低屈折率材料層および前記高屈折率材料層は、それぞれ、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板のシリコン酸化膜層およびＳＯＩ層を利用して構成されることを特徴とする光共振器である。前記複数の要素構造の底面と前記低屈折率材料層との間は、前記高屈折率材料で充たされていれば良い。サイドスラブによって、フォトニック結晶を電気駆動することができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１の光共振器であって、前記複数の要素構造は、前記サイドスラブを形成するのと同時に、前記高屈折率材料層をエッチングすることによって前記フォトニック結晶内に形成された柱状もしくは円柱の穴であることを特徴とする。前記複数の要素構造は多角柱であっても良い。前記柱状もしくは円柱の穴の深さは、フォトニック結晶の厚さの３／４以上であれば良い。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項１の光共振器であって、前記フォトニック結晶の上方および前記複数の要素構造の内部が、第２の低屈折率材料層で覆われていることを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、１次元フォトニック結晶を用いた光共振器の作製方法において、基板、低屈折率材料層および高屈折率材料層が順次形成された多層構造上にレジスト層を形成するステップと、前記レジスト層をパターニングして、フォトニック結晶の外形、および、前記フォトニック結晶の長手方向に周期的に配置される複数の要素構造を形成するためのマスクを形成するステップと、前記マスクを通して、前記高屈折率材料層をエッチングするステップであって、エッチングによって、前記複数の要素構造、および、前記フォトニック結晶の前記長手方向に平行な両側面に接して該エッチングの後で残存する前記高屈折率材料層によって形成される厚さ６０ｎｍ以下のサイドスラブを同時に形成し、前記複数の要素構造の底面の高さと前記サイドスラブ上面の高さが概ね一致する、エッチングするステップとを備え、前記低屈折率材料層および前記高屈折率材料層は、それぞれ、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板のシリコン酸化膜層およびＳＯＩ層を利用して構成されることを特徴とする光共振器の作製方法である。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項４の方法であって、前記複数の要素構造は、前記サイドスラブを形成するのと同時に、前記高屈折率材料層をエッチングすることによって前記フォトニック結晶内に形成された柱状もしくは円柱の穴であることを特徴とする。前記複数の要素構造は多角柱であっても良い。前記柱状もしくは円柱の穴の深さは、フォトニック結晶の厚さの３／４以上であれば良い。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によって、１次元フォトニック結晶にサイドスラブが設けられている場合でも、光共振器の性能を維持したままで作製工程数を減らし作製をより容易にすることができる。従来技術のサイドスラブ構成で必要とされていた２回のリソグラフィを近接したパターンに行うことに伴う、位置合わせ誤差や相互干渉による加工誤差の問題を解消することができる。高精度のナノフォトニクス光部品の加工を実現する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の光共振器の構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の光共振器の構造を実際に作製する工程を示した図である。
【図３】図３は、本発明に係る光共振器においてサイドスラブの厚さと共振器のＱ値との関係の数値シミュレーション結果を示す図である。
【図４】図４は、従来技術における１次元フォトニック結晶を用いた光共振器の構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明に係る光共振器は、内部に低屈折率の材料からなる円柱または多角柱構造を周期的に配置した高屈折率の材料からなる棒状構造の１次元フォトニック結晶（棒状構造体）と、棒状構造体を取り巻く低屈折率の媒体と、高屈折率の材料からなり棒状構造体よりも厚さが薄いサイドスラブとから構成される。円柱または多角柱構造は１次元フォトニック結晶を貫かずに途中で終端され、円柱または多角柱構造の底面位置が、サイドスラブの上面の位置と製造誤差の範囲で一致していることを特徴とする。本発明に係る光共振器は、棒状構造体およびサイドスラブを、一括して同時に、特定の作製法による一回の工程で完成することができる。
【００２６】
図１は、本発明の光共振器の構成を示す図である。この光共振器は、シリコンフォトニクスにおいてシリコン細線と呼ばれるサブミクロンスケールの光配線に円孔穴配列を設けた１次元フォトニック結晶３を備えている。１次元フォトニック結晶３は直方体の形状をしており、直方体の長手方向に周期的な要素構造が配列されている。この１次元フォトニック結晶の両側にシリコン薄膜サイドスラブ４をさらに配置した構成を持つ。
【００２７】
シリコン基板１上に、シリコン酸化膜層２が形成されており、さらにシリコン酸化膜層２の上には均一なシリコン層６が形成されている。後述するが、フォトニック結晶３およびサイドスラブ４は、厚さｔSOIの均一なシリコン層６から、結晶穴およびサイドスラブ部分を選択的にドライエッチング加工することによって作製される。フォトニック結晶３は周期的に配列された穴５を有している。フォトニック結晶３を残してシリコン層６がエッチングされ、シリコン層６の残った部分でサイドスラブ４が形成されている。
【００２８】
尚、一般に、フォトニック結晶３は高屈折率材料層に相当し、シリコン酸化膜層２は、低屈折率材料層に相当する。屈折率差により光閉込が実現される。
【００２９】
本発明の光共振器は、結晶穴５の底面位置と、サイドスラブ４の上面位置とを一致させているところに特徴がある。すなわち、穴５の底面の高さが、サイドスラブ４の上面の高さと、製造誤差の範囲で一致するように構成されている。言い換えると、複数の要素構造の底面が、低屈折率材料層であるシリコン酸化膜層と一定の間隔を置いて配置されている。本発明の光共振器の構造は、広く市販されコンピュータの量産ＣＰＵチップの基板に採用されているSilicon on Insulator（ＳＯＩ）基板に、ドライエッチングを用いたナノリソグラフィを適用することにより実現できる。ＳＯＩ基板は、厚いシリコン基板上に所定の厚さのシリコン酸化膜層（buried oxide：ＢＯＸ）およびシリコン薄膜デバイス層（ＳＯＩ層）が載った複層基板である。図１においては、シリコン層６がＳＯＩ層に相当し、シリコン層６の下層がＢＯＸ層２に相当する。
【００３０】
図２は、本発明の光共振器の構造を実際に作製する工程を示した図である。市販のＳＯＩ基板においては、基板、ＢＯＸ層およびＳＯＩ層の厚さを製造時に指定できるようになっている。ステップ１のＳＯＩ基板完成時において、シリコン基板２１、ＢＯＸ層２２およびＳＯＩ層２３の厚さは、それぞれ所定の値になっている。
【００３１】
ステップ２では、リソグラフィによるパターニングの型となるレジスト層２４を塗布形成する。ステップ３では、ガイド溝２５および結晶穴２６を加工するために、レジスト層２４をリソグラフィ装置によって露光および現像し、パターニングを行う。例えば電子線リソグラフィおよびポジ型レジストの組み合わせの場合、ガイド溝２５および結晶穴２６に該当する部分を真上から見て正確に電子線で塗りつぶす。さらに、引き続きレジストを現像することによって、ガイド溝２５および結晶穴２６になる部分のレジストが除去され、窓となってマスクパターンが完成する。
【００３２】
ステップ４では、ＳＯＩ層２３に対してドライエッチングを行う。ドライエッチングを行う際、レジスト層２４がマスクとして働くため、窓が開いているガイド溝２５および結晶穴２６の部分のみが選択的にエッチングされる。エッチングの結果、ガイド溝２５およびＢＯＸ層２２に挟まれた部分がサイドスラブとなる。ガイド溝２５の深さが、ＳＯＩ層２３の初期厚さｔSOIから所定のサイドスラブ厚さｓｈを引いた値に達したところでエッチングを停止する。
【００３３】
ステップ５において、レジストを除去しクリーニングを行うことで本構造が完成する。本発明の光共振器の構成においては、フォトニック結晶の穴２６の底面の高さと、サイドスラブの上面との高さが揃っていることによって、一回のドライエッチング工程で両者を同時に加工できる。現状のドライエッチング技術においては、パターン開口に依存したエッチングレートの誤差が生ずるため、同時にエッチングを行った場合、結晶穴２６の底面の高さとサイドスラブ上面の高さに若干の誤差が生ずる。しかし製造誤差により若干の高さの不一致があっても、共振器およびサイドスラブの機能は損なわれない。
【００３４】
本発明の光共振器が、所望の光共振器性能を持っていることを実証するために、数値シミュレーションを実施した。以下、シミュレーション結果について説明する。
【００３５】
以下の数値シミュレーションは、電磁界シミュレーション法として確立されており市販ソフトとしても普及しているＦＤＴＤ法(Finite difference time domain method:有限領域時間差分法）を利用した。ＦＤＴＤ法によって共振器閉込モードを求め、その共振波長、Ｑ値およびモード体積を算出した。計算は現実的で精度の高い３次元計算を使用し、屈折率値を、シリコンは３．４６、酸化膜は１．４４、空気は１．０とした。
【００３６】
被解析構造のパラメータは以下の通りである。図１において、穴５の周期（繰り返し距離）を３５０ｎｍ、結晶幅Ｗ（２つのサイドスラブの間隔）を５４０ｎｍ、 ＢＯＸ層２の厚さを２μｍ、フォトニック結晶３およびＳＯＩ層６の厚さを２１０ｎｍとした。結晶穴の半径については共振器の中心の穴（０番目）から数えてｎ番目の穴半径ｒnを次式で設定する。
ｒn＝ｒ0×｛１−（ｎ／ｍ）2）｝      式（１）
【００３７】
ここではｒ0を１２０ｎｍ、ｍを１７とする。ｍを１０以上とし、式（１）にしたがって穴の半径を緩やかに変調して変化させることで、フォトニックバンドギャップ中の導波モードにモードギャップを導入することができる。共振器の中心付近に、非常に漏れを抑制した光閉込を実現できる。（非特許文献１）
【００３８】
サイドスラブ４については幅ｓｗを２μｍとし、サイドスラブの厚さｓｈを変えるシミュレーションを行った。結晶穴５は、フォトニック結晶３の上面からサイドスラブ４の上面と同じ深さまで達する円柱とする。
【００３９】
図３は、サイドスラブの厚さと共振器のＱ値との関係の数値シミュレーション結果を示す図である。図３では、本発明の構成による結晶穴がフォトニック結晶内部の途中で終端された「終端穴」である場合と、従来技術の構成による結晶穴がフォトニック結晶３の底まで貫通している「貫通穴」の場合とで、比較を行った。図３に示したように、サイドスラブ厚さが６０ｎｍ以下の範囲において、共振器のＱ値は「終端穴」の場合でも「貫通穴」の場合であってもほとんど変わらなかった。サイドスラブの厚さが６０ｎｍの範囲であれば、フォトニック結晶を電気駆動する場合において十分に有効な範囲である。したがって、従来技術の構成において貫通穴を作製するために工程を複雑化させることなしに、サイドスラブおよび結晶穴のドライエッチングを同時に行う本発明の光共振器でも共振器性能が損なわれることがない。フォトニック結晶の穴の底面の高さと、サイドスラブの上面との高さを同一の高さとして、一回のドライエッチング工程で両者を同時に加工できる。
【００４０】
本発明の光共振器の構成のバリエーションとして、結晶穴５の底面がサイドスラブ４の上面より低い場合、または、サイドスラブの厚さｓｈが０であって結晶穴５の深さがフォトニック結晶全体の厚さの３／４以上である場合にも、ほぼ同様の原理により高い共振器Ｑ値が得られる。
【００４１】
図１に示した本発明の光共振器構造において十分な共振器性能が得られる範囲は、結晶穴５の周期（繰り返し距離）に対し、フォトニック結晶３の厚さが０．５倍から１．２５倍の範囲であって、かつ、フォトニック結晶３の幅Ｗが結晶の厚さの１倍から３倍の範囲である。上述の好ましい範囲におけるフォトニック結晶の厚さおよび幅の下限は、屈折率差によるフォトニック結晶への光閉込が有効に働く範囲で決定される。
【００４２】
本共振器はＴＥ偏光モードを対象としており、フォトニック結晶の厚さの上限は、ＴＭ偏光モードが共振器モード付近に存在しない条件で決定される。また、フォトニック結晶の幅の上限は、ＴＥ偏光モードがマルチモードとならない範囲で決定される。上述の好ましい範囲を外れると、共振器の発振波長において共振器の動作はマルチモードとなり共振器の性能が低下する。
【００４３】
穴半径については、結晶穴の周期の０．３倍から０．４倍の範囲が好ましい。フォトニックバンドギャップの十分な強度を得るためにｒ0には上限がある一方、結晶に沿った共振器の閉じ込めを確保するためにｒ0には下限があるからである。
【００４４】
以上述べたように、本発明の光共振器では、１次元フォトニック結晶に電気駆動を容易にするサイドスラブ配置した時に、結晶穴の底面の高さと、サイドスラブの上面高さとを揃えた構造を採用する。この構造によって、１次元フォトニック結晶である棒状構造体とサイドスラブとを一括して、同時に、特定の作製法による一回の工程で完成することができる。
【００４５】
従来技術では穴をフォトニック結晶の途中で終端せず貫通穴とするのが一般的であったが、フォトニック結晶とサイドスラブとを組み合わせる場合は加工が複雑になり１次元フォトニック結晶を利用するメリットが失われていた。本発明によれば、単純な加工プロセスも維持しながら１次元フォトニック結晶のメリットを受けることができる。
【００４６】
例えば、一般に２次元のフォトニック結晶においては、結晶の上下および左右の対称性が損なわれると性能が大きく損なわれる。フォトニックバンドギャップに偏波依存性があるので、一方の偏波の共振器モードが構造の非対称性を介して、バンドギャップとなっていない他の偏波のモードの影響を受けるためである。
【００４７】
１次元フォトニック結晶を利用する本発明の光共振器では、ＳＯＩ層の厚さｔSOIを設定共振波長の１／（シリコンの屈折率）よりも十分薄くしつつフォトニック結晶の幅ＷをｔSOIよりもずっと広くして、ＴＥ偏波モードの単一モードとする。この条件下では、ＴＭ偏波モードは共振器波長周辺ではカットオフとなり存在しないため、穴を結晶の途中で終端することによる強い構造非対称があっても、ＴＭモードの影響による性能低下は原理的に発生しない。１次元フォトニック結晶を利用する本発明の光共振器が上下方向の構造非対称性による性能低下に対する堅牢さは、２次元フォトニック結晶を初めとする他のフォトニック結晶を利用した光共振器では実現困難な特性である。その上に、２次元フォトニック結晶等を利用した光共振器に比べて、加工工程を大幅に簡単化することができる。
【００４８】
以上詳細に説明してきたように、本発明に係る光共振器は、ＳＯＩ基板などの既存技術によく整合し、作製が比較的容易な１次元フォトニック結晶を利用できる。さらに、１次元フォトニック結晶にサイドスラブが設けられている場合、共振器の性能を維持したままで作製工程数を減らし作製をより容易にすることができる優れた効果を持つ。対象とする光の波長の数倍程度のサイズに収まるナノ共振器を採用した光素子の実用化に、非常に有利な方法である。
【００４９】
従来技術のサイドスラブ構成で必要とされていた、２回のリソグラフィを近接したパターンにおいて行うことに伴う、位置合わせ誤差や相互干渉による加工誤差の問題を解消することができる。リソグラフィなどの加工手段そのものの限界性能まで十分にプロセスの特性を引き出すことが可能となり、結果的に高精度のナノフォトニクス光部品の加工を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、光通信に利用できる。特に、現在の標準的な光部品よりも非常にサイズが小さいナノフォトニクス光部品に利用できる。
【符号の説明】
【００５１】
１、２１  シリコン基板
２、１１、２２  シリコン酸化膜層
３、１２  １次元フォトニック結晶
４、１４  サイドスラブ層
５、１３、２６  穴
６、２３  シリコン層
【図１】
0005341148.tif 000002
【図２】
0005341148.tif 000003
【図３】
0005341148.tif 000004
【図４】
0005341148.tif 000005