(57)【要約】第１の誘電体を含むグリーンシート１１に、厚さ方向に貫通する所定パターンの孔ｈを形成する。続いて、所定パターンの孔ｈが形成されたグリーンシート１１を積層することで、所定パターンの空隙が周期的に配列された誘電体ブロック１３を得る。そして、誘電体ブロック１３の空隙内に、第２の誘電体を配置するようにした。これにより、特に複雑な工程を要することなく、第１の誘電体と、第１の誘電体と異なる比誘電率を有する第２の誘電体とを周期的に配置したフォトニック結晶を得ることが可能となる。第１の誘電体および第２の誘電体を、いずれも誘電体セラミックスとすることで、小型かつ高特性のフォトニック結晶を得ることができる。また第１の誘電体を誘電体セラミックスとし、第２の誘電体を空気としてもよい。
2004113965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の誘電体と当該第１の誘電体と異なる比誘電率を有する第２の誘電体とが周期的に配置されたフォトニック結晶の製造方法であって、
前記第１の誘電体と前記第２の誘電体とが同一面内に周期的に配置された第１の複合誘電体を作製し、
前記第１の複合誘電体に、前記第１の誘電体と前記第２の誘電体とが同一面内に周期的に配置された第２の複合誘電体を積層することを特徴とするフォトニック結晶の製造方法。
【請求項２】
前記第１の誘電体が誘電体セラミックスであり、前記第２の誘電体が空気であることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶の製造方法。
【請求項３】
厚さ方向に貫通する孔が所定パターンに形成された前記第１の複合誘電体および前記第２の複合誘電体を積層して、所定パターンの空隙が周期的に配置された誘電体ブロックを得ることを特徴とする請求項２に記載のフォトニック結晶の製造方法。
【請求項４】
前記誘電体ブロックは、前記所定パターンの空隙が表裏面を貫通しており、その空隙内に前記第２の誘電体としての空気が配置されることを特徴とする請求項３に記載のフォトニック結晶の製造方法。
【請求項５】
前記第１の複合誘電体および前記第２の複合誘電体は、シート状部材を穿孔して得られることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶の製造方法。
【請求項６】
前記第１の複合誘電体および前記第２の複合誘電体は、印刷工法で得られることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶の製造方法。
【請求項７】
前記第１の複合誘電体および前記第２の複合誘電体の積層は、前記印刷工法を用いて行われることを特徴とする請求項６に記載のフォトニック結晶の製造方法。
【請求項８】
前記第１の誘電体および前記第２の誘電体はいずれも誘電体セラミックスであることを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶の製造方法。
【請求項９】
厚さ方向に貫通する孔が所定パターンに形成されたシート状の前記第１の複合誘電体および前記第２の複合誘電体を積層して、所定パターンの空隙が周期的に配置された誘電体ブロックを得る工程と、
前記空隙内に前記第２の誘電体を配置する工程をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載のフォトニック結晶の製造方法。
【請求項１０】
前記第２の誘電体を含む粉末スラリーを前記誘電体ブロックの空隙内に充填することを特徴とする請求項９に記載のフォトニック結晶の製造方法。
【請求項１１】
前記粉末スラリーの充填は吸引または加圧により行われることを特徴とする請求項１０に記載のフォトニック結晶の製造方法。
【請求項１２】
前記誘電体ブロックは、前記所定パターンの空隙が表裏面を貫通していることを特徴とする請求項９に記載のフォトニック結晶の製造方法。
【請求項１３】
前記誘電体ブロックの前記空隙内に、前記第２の誘電体を含む粉末スラリーを充填した後、前記第１の誘電体と前記第２の誘電体を同時焼成することを特徴とする請求項１０に記載のフォトニック結晶の製造方法。
【請求項１４】
前記第１の複合誘電体および前記第２の複合誘電体の厚さは１〜８００μｍであることを特徴とする請求項９に記載のフォトニック結晶の製造方法。
【請求項１５】
前記第１の複合誘電体および前記第２の複合誘電体はセラミックス複合体であり、当該セラミックス複合体は、
前記第１の誘電体に対応する部位に前記第１の誘電体を構成する第１のセラミックス組成物を配設し、
前記第２の誘電体に対応する部位に前記第２の誘電体を構成する第２のセラミックス組成物を配設することにより作製されることを特徴とする請求項８に記載のフォトニック結晶の製造方法。
【請求項１６】
前記第１のセラミックス組成物を配設した後に、前記第２のセラミックス組成物を配設することにより得られた複数の前記セラミックス複合体を積層することを特徴とする請求項１５に記載のフォトニック結晶の製造方法。
【請求項１７】
前記第１のセラミックス組成物を配設した後に、前記第２のセラミックス組成物を配設することにより前記セラミックス複合体を作製し、
当該セラミックス複合体上に、前記第１のセラミックス組成物および前記第２のセラミックス組成物のいずれか一方を配設した後に前記第１のセラミックス組成物および前記第２のセラミックス組成物の他方を配設することを繰り返すことにより前記セラミックス複合体が積層されることを特徴とする請求項１５に記載のフォトニック結晶の製造方法。
【請求項１８】
前記セラミックス複合体の積層体を焼成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１６または１７に記載のフォトニック結晶の製造方法。
【請求項１９】
前記フォトニック結晶は、２次元周期構造を有することを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶の製造方法。
【請求項２０】
ブロック状の第１の誘電体と、当該第１の誘電体と異なる比誘電率を有する円柱状の第２の誘電体とが所定の周期で配置されるフォトニック結晶であって、
前記第１の誘電体および前記第２の誘電体はいずれも誘電体セラミックスから構成され、
前記第２の誘電体は直径２ｍｍ以下の複数の円柱状部材から構成されており、前記第２の誘電体は前記第１の誘電体の表裏面を貫通するように所定間隔毎に配置されていることを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項２１】
第１の誘電体と、
前記第１の誘電体と異なる比誘電率を有する第２の誘電体とを備え、
前記第１の誘電体と前記第２の誘電体とが所定の周期で配置されるフォトニック結晶であって、
直径２ｍｍ以下の空隙が所定パターンに形成された誘電体セラミックスからなる誘電体ブロックが前記第１の誘電体を構成し、
前記空隙内に存在する空気が前記第２の誘電体を構成することを特徴とするフォトニック結晶。
【請求項２２】
前記フォトニック結晶は２次元周期構造を有することを特徴とする請求項２０または２１に記載のフォトニック結晶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、フォトニック結晶の製造方法およびフォトニック結晶に関する。
【背景技術】  近年、誘電率を周期的に変化させたフォトニック結晶が注目を浴びている。フォトニックバンドギャップ（以下、単に「バンドギャップ」という）を発現するフォトニック結晶は、光および電磁波を制御する素子として使用可能である。例えば、フォトニック結晶中に欠陥を設け、光導波路を形成することで、フォトニック結晶を伝送線路として使用することが可能である（例えば、特開２００１−２３７６１６号公報、特開２００１−２３７６１７号公報参照）。
フォトニック結晶は、誘電率の周期構造が２次元である（以下、「２次元周期構造」という）フォトニック結晶と、誘電率の周期構造が３次元である（以下、「３次元周期構造」という）フォトニック結晶とに大別される。
初めて作製されたフォトニック結晶は、第２１図に示す、３次元周期構造の「ヤブロノバイト（Ｙａｂｌｏｎｏｖｉｔｅ）」である（ｅ．Ｙａｂｌｏｎｏｖｉｔｃｈ，Ｔ．Ｊ．Ｇｍｉｔｔｅｒ  ａｎｄ  Ｋ．Ｍ．Ｌｅｕｎｇ：Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．６７，２２９５（１９９１）参照）。第２１図に示すように、ヤブロノバイトは、誘電体ブロック８１に所定間隔で三角配置された開口部８２の各々から、その法線に対し３５．２６°の角度で３方向から１２０°の間隔で穿孔されることで作製される。なお、第２１図において、符号８２ａ〜８２ｃは、穿孔方向を示している。
ヤブロノバイト以降、２次元周期構造および３次元周期構造を問わず、数多くのフォトニック結晶が提案されている。それらのフォトニック結晶はマイクロマシン技術、ウエハー融着、半導体微細加工技術、自己クローニング技術、２光子吸収を用いたポリマーの重合反応、光造形法およびドライエッング法等（以下、「マイクロマシン技術等」と総称する）を用いて作製されている。
マイクロマシン技術等を用いた方法の他には、エピタキシャル結晶成長方法を用いてフォトニック結晶を作製する方法（特開２００１−２３７６１６号公報参照）やマウンター機器を使用した方法（特開２００１−２３７６１７号公報参照）が提案されている。
フォトニック結晶は、誘電率の異なる２種類以上の物質を用いて作製される。一般に、そのうちの１種類として空気を利用することが多いが、近年、ＳｉやＧａＡｓ等の半導体技術に用いる誘電体や、高分子材料、光硬化樹脂、誘電体セラミックス等を組み合わせてフォトニック結晶を作製することも提案されている（例えば、特開２００１−２３７６１６号公報、特開２００１−２３７６１７号公報参照）。
フォトニック結晶の用途および需要が急速に拡大しているのにも拘わらず、マイクロマシン技術等は、いずれもその工法が複雑なために歩留まりが悪く、時間がかかるため量産に向かない。また、上述のように、エピタキシャル結晶成長方法を用いてフォトニック結晶を作製する方法（特開２００１−２３７６１６号公報参照）も提案されているが、エピタキシャル結晶成長が可能な誘電体の種類は自ずと限定されるとともに、所定の厚さまで誘電体をエピタキシャル結晶成長させるには膨大な時間を要する。さらに、マウンター機器を使用した方法（特開２００１−２３７６１７号公報参照）も提案されているが、より簡易かつ短時間でフォトニック結晶を得る技術が求められている。
また、誘電体ブロックを予め作製した後に、誘電体ブロックに所定パターンの孔を穿孔するという方法も考えられる。しかし、孔のピッチが微小なため、穿孔自体が困難である。
そこで、本発明は、量産性に優れたフォトニック結晶の製造方法等を提供することを課題とする。また、小型かつ高特性のフォトニック結晶を簡便に得るための技術、微細なパターンを備えたフォトニック結晶を得る技術を提供することを課題とする。
【発明の開示】
かかる目的のもと、本発明者は様々な検討を行った。その結果、第１の誘電体と当該第１の誘電体と異なる比誘電率を有する第２の誘電体とが同一面内に周期的に配置された複数の複合誘電体を積層することが有効であることを知見した。すなわち本発明は、第１の誘電体と当該第１の誘電体と異なる比誘電率を有する第２の誘電体とが周期的に配置されたフォトニック結晶の製造方法であって、第１の誘電体と第２の誘電体とが同一面内に周期的に配置された第１の複合誘電体を作製し、第１の複合誘電体に、第１の誘電体と第２の誘電体とが同一面内に周期的に配置された第２の複合誘電体を積層することを特徴とするフォトニック結晶の製造方法である。
本発明のフォトニック結晶の製造方法は、第１の誘電体、第２の誘電体を構成する物質により第１の形態および第２の形態と、２つの形態を包含する。第１の形態は、第１の誘電体が誘電体セラミックスから構成され、第２の誘電体が空気から構成される。第２の形態は、第１の誘電体および第２の誘電体がいずれも誘電体セラミックスから構成される。
第１の形態においては、厚さ方向に貫通する孔が所定パターンに形成された第１の複合誘電体および第２の複合誘電体を積層して、所定パターンの空隙が周期的に配置された誘電体ブロックを得ることができる。
誘電体セラミックスは、ＳｉやＧａＡｓ等の半導体技術に用いる誘電体や、高分子材料、光硬化樹脂よりも、比誘電率が大きいため、誘電体として誘電体セラミックスを使用することで、フォトニック結晶の小型化を図ることができる。また、誘電体セラミックスと空気を組み合わせることで、両誘電体の比誘電率の比率を大きくすることができるため、広帯域なバンドギャップが得られる。
本発明のフォトニック結晶の製造方法において、第１および第２の複合誘電体は、シート状部材を穿孔して得られるものとすることができる。なお、シート状部材１枚毎に穿孔してもよいし、シート状部材の厚さによっては複数枚重ねて穿孔してもよい。本発明では、シート状部材を穿孔して得られた複合誘電体を積層することで、誘電体ブロックに所定パターンの空隙を周期的に配列させる。これにより、特に複雑な工程を要することなく、誘電体ブロックに所定パターンの空隙を短時間で形成することが可能となる。また、穿孔したシート状部材（複合誘電体）を積層するという新規な手法を採用することで、従来の方法では得ることが困難であった微細なパターンを有するフォトニック結晶を得ることもできる。誘電体ブロックを予め作製した後に、誘電体ブロックに穿孔して所定パターンの空隙を形成させるという従来の方法では、小径の穿孔用器具が誘電体ブロックに挿入される際、もしくは誘電体ブロックに挿入された後、誘電体ブロックの内部で破損してしまい、最終的に微細なパターンを有するフォトニック結晶を得ることが困難であった。これに対し、穿孔した薄い複合誘電体を予め作製し、これを積層することで所定パターンの空隙が周期的に配列された誘電体ブロックを得ることを特徴とする本発明のフォトニック結晶の製造方法によれば、従来よりも微細なパターンを有するフォトニック結晶を得ることもできる。
また、フォトニック結晶は欠陥を設けることで、光導波路などに使用することができるが、従来の方法で作製した誘電体ブロックの内部に後から点欠陥を導入するのは困難である。これに対し、穿孔した複合誘電体を積層する本発明のフォトニック結晶の製造方法によれば、その内部に点欠陥が導入された誘電体ブロックを得ることも容易である。
また、第１および第２の複合誘電体は、スクリーン印刷等の印刷工法で得られるものとしてもよい。
第１および第２の複合誘電体を印刷工法で得る場合には、第１および第２の複合誘電体の積層も印刷工法を用いて行うことができる。
本発明では、厚さ方向に貫通する孔が所定パターンで形成された複合誘電体を積層する、という新規な方法で誘電体ブロックを作製している。よって、第１および第２の複合誘電体の積層が完了した時点で、誘電体ブロックを、所定パターンの空隙が表裏面を貫通しており、その空隙内に空気が配置されるものとすることができる。誘電体ブロックを作製した後に、誘電体ブロックに対してドライエッチング等を施すことで所定パターンの空隙を形成する方法と比較すると、短時間かつ高い精度で所定パターンの空隙を形成させることができるという点で、本発明の方法は有利である。
以上の本発明のフォトニック結晶の製造方法は、２次元周期構造を有するフォトニック結晶を作製する場合、３次元周期構造を有するフォトニック結晶を作製する場合のいずれであっても適用可能である。つまり、セラミックス組成体に形成する孔のパターンを適宜選択することによって、２次元周期構造のみならず、３次元周期構造のフォトニック結晶を得ることもできる。特に、本発明を、２次元周期構造を有するフォトニック結晶を作製するために用いた場合には、フォトニック結晶作製に要する時間を従来よりも大幅に短くすることができる。
以上の第１の形態の製造方法により、第１の誘電体と、第１の誘電体と異なる比誘電率を有する第２の誘電体とを備え、第１の誘電体と第２の誘電体とが所定の周期で配置されるフォトニック結晶であって、直径２ｍｍ以下の空隙が所定パターンに形成された誘電体セラミックスからなる誘電体ブロックが第１の誘電体を構成し、空隙内に存在する空気が第２の誘電体を構成することを特徴とするフォトニック結晶を製造することができる。
以上、第１の誘電体が誘電体セラミックスから構成され、第２の誘電体が空気から構成される第１の形態について説明したが、次いで第１の誘電体および第２の誘電体がいずれも誘電体セラミックスから構成される第２の形態について説明する。
第２の形態では、第１の誘電体および第２の誘電体を、いずれも誘電体セラミックスとする。誘電体セラミックスは、ＳｉやＧａＡｓ等の半導体技術に用いる誘電体や、高分子材料、光硬化樹脂よりも、比誘電率が大きい。このため、第１の誘電体および第２の誘電体の両者を誘電体セラミックスとすることで、小型かつ高強度のフォトニック結晶を得ることができる。また、第１の誘電体セラミックスと第２の誘電体セラミックスとの比誘電率の比率が大きくなるように両セラミックスの種類を適宜選択することで、バンドギャップが大きなフォトニック結晶を得ることができる。なお、誘電体セラミックスは、半導体技術に用いる誘電体や、高分子材料、光硬化樹脂よりも材料損失が小さい点でも、有利である。
第２の形態は、２つの形態を包含する。１つ目の形態（第２−１形態）は、厚さ方向に貫通する孔が所定パターンに形成されたシート状の第１の複合誘電体および第２の複合誘電体を積層して、所定パターンの空隙が周期的に配置された誘電体ブロックを得る工程と、空隙内に第２の誘電体を配置する工程を備えることを特徴としている。
誘電体ブロックを予め作製した後に、誘電体ブロックに穿孔して所定パターンの空隙を形成させるという方法もあるが、第２−１形態では、穿孔した複合誘電体を積層することで誘電体ブロックに所定パターンの空隙を周期的に配列させる。これにより、特に複雑な工程を要することなく、誘電体ブロックに所定パターンの空隙を短時間で形成することが可能となる。なお、貫通孔は、複合誘電体１枚毎に穿孔してもよいし、複合誘電体の厚さによっては複数枚重ねて穿孔してもよい。
また、複合誘電体に形成する孔のパターンを適宜選択することによって、２次元周期構造のみならず、３次元周期構造のフォトニック結晶を得ることもできる。これまで、完全バンドギャップが得られる２次元周期構造のフォトニック結晶として、空気円柱を誘電体中で三角格子上に配置することで、完全バンドギャップが得られることがわかっていたが、誘電体の肉厚が薄いために作製が困難であった。これに対し、孔をあけやすい薄いシートに穿孔した複合誘電体を積層し、所定パターンの空隙が周期的に配列された誘電体ブロックを得た後、誘電体ブロックの空隙内に、第２の誘電体を充填すれば、完全バンドギャップが得られる２次元周期構造のフォトニック結晶も、容易に得ることができる。
また、本発明では、複合誘電体の積層が完了した時点で、誘電体ブロックを、所定パターンの空隙が表裏面を貫通しているものとすることもできる。誘電体ブロックを作製した後に、誘電体ブロックに対してドライエッチング等を施すことで所定パターンの空隙を形成する方法と比較すると、短時間かつ高い精度で所定パターンの空隙を形成させることができるという点で、本発明の方法は有利である。
ここで、誘電体ブロックの空隙内に第２の誘電体を充填させるには、第２の誘電体をスラリー状にして、これを誘電体ブロックの空隙内に充填するという方法が、充填の工程を簡略化および短時間化する上で有効である。なお、第２の誘電体は、粉末としてスラリーに含まれる。第２の誘電体を充填する方法として、誘電体をエピタキシャル結晶成長させるという方法も提案されているが（例えば、特開２００１−２３７６１６号公報）、エピタキシャル結晶成長が可能な誘電体の種類は自ずと限定されるとともに、所定の厚さまで誘電体をエピタキシャル結晶成長させるには膨大な時間を要する。これに対し、第２の誘電体を含む粉末スラリーを作製し、これを誘電体ブロックの空隙内に充填するという本発明の方法によれば、エピタキシャル結晶成長を用いる場合よりも第２の誘電体の選択肢が豊富であり、かつ第２の誘電体を誘電体ブロックの空隙内に充填する工程を短時間で終えることができる。
誘電体ブロックの空隙内へスラリー状の第２の誘電体を充填する際には、吸引または加圧による方法が好適である。ここで、スラリーの充填方法および誘電体ブロックの空隙のサイズに応じて、第２の誘電体を含むスラリー（以下、「粉末スラリー」という）の粘度を適宜設定することが望ましい。例えば、吸引によって粉末スラリーを充填する場合には、粉末スラリーをバインダレスとし、粘度を低下させることで、充填工程に要する時間をより一層短縮することができる。
誘電体ブロックの空隙内へスラリー状の第２の誘電体を充填した後に、第１の誘電体と第２の誘電体を同時焼成することができる。この場合には、第１の誘電体および第２の誘電体を、同時焼成可能という条件を満たすようにして予め選択しておく。なお、第２の誘電体が充填された誘電体ブロックを乾燥させた成形体をそのままフォトニック結晶として用いてもよいが、焼結体とすることで、機械的強度や誘電率がさらに向上する。
本発明のフォトニック結晶の製造方法では、複合誘電体の厚さを１〜８００μｍとすることが望ましい。複合誘電体の厚さをこの範囲とすることで、複合誘電体に所定パターンの孔を形成する際のハンドリングを良好なものとすることができる。また、シート厚が厚くなりすぎると、孔の断面形状がいびつになりやすい。そして、孔の断面形状がいびつな複合誘電体を積層して誘電体ブロックを形成したとすると、誘電体ブロック中の空隙のパターンを所望のパターンとすることができず、最終的に所望のバンドギャップを有するフォトニック結晶を得ることが困難となる。これに対し、誘電体シートの厚さを１〜８００μｍとすることで、ハンドリングを良好なものとしつつ、所望のパターンを有する空隙を誘電体ブロック中に形成することが可能となる。
以上の本発明のフォトニック結晶の製造方法は、２次元周期構造を有するフォトニック結晶を作製する場合、３次元周期構造を有するフォトニック結晶を作製する場合のいずれであっても適用可能であることは上述の通りである。
次に、第２の形態の２つ目の形態（第２−２形態）について説明する。第２−２形態は、複数の誘電体セラミックスがそれぞれ同一面内に周期的に配置されたセラミックス複合体（複合誘電体）を積層することを要旨とするものである。つまり、第１の複合誘電体および第２の複合誘電体は、第１の誘電体に対応する部位に第１の誘電体を構成する第１のセラミックス組成物を配設し、第２の誘電体に対応する部位に第２の誘電体を構成する第２のセラミックス組成物を配設することにより作製されることを特徴としている。
ここで、第１のセラミックス組成物は、粉末状の第１の誘電体セラミックスと分散媒，バインダ樹脂等との混合物から構成される。同様に、第２のセラミックス組成物は、粉末状の第２の誘電体セラミックスと分散媒，バインダ樹脂等との混合物から構成される。第１および第２のセラミックス組成物の配設方法は特に限定されるものではないが、例えば印刷工法を用いて、両組成物をそれぞれ同一面内に配設することができる。
第１のセラミックス組成物の配設および第２のセラミックス組成物の配設を行う形態としては、所定領域に第１のセラミックス組成物のみを配設した後に第２のセラミックス組成物を配設する（またはその逆）形態が例えば挙げられる。もしくは、所定領域に第１のセラミックス組成物および第２のセラミックス組成物とを、例えばグラビア印刷工法等を用いて１つの印刷工程で印刷するようにしてもよい。
以上の第２−２形態では、セラミックス複合体の積層について２つの形態を包含している。
１つ目の形態は、第１のセラミックス組成物および第２のセラミックス組成物を含む複数のセラミックス複合体を予め作製した後に、セラミックス複合体を積層するというものである。
また、２つ目の形態は、まず、第１のセラミックス組成物のみを配設した後に、第２のセラミックス組成物を配設することによりセラミックス複合体を作製する。そして、セラミックス複合体上に、第１のセラミックス組成物（または第２のセラミックス組成物）を配設し、その後、第２のセラミックス組成物（または第１のセラミックス組成物）の他方を配設する。この工程を繰り返すことにより、セラミックス複合体を積層するというものである。
本発明のフォトニック結晶の製造方法において、セラミックス複合体の積層体を焼成する工程をさらに備えることができる。セラミックス複合体の積層体を焼成することで、第１のセラミックス組成物に含まれる第１の誘電体セラミックスと第２のセラミックス組成物に含まれる第２の誘電体セラミックスは同時焼成されることとなる。よって、焼成工程を実施する場合には、第１の誘電体セラミックスおよび第２の誘電体セラミックスを、同時焼成可能という条件を満たすようにして予め選択しておく。なお、セラミックス複合体の積層体をそのままフォトニック結晶として用いてもよいが、上述の通り焼結体とすることで機械的強度や誘電率がさらに向上する。
以上の本発明のフォトニック結晶の製造方法は、２次元周期構造を有するフォトニック結晶を作製する場合、３次元周期構造を有するフォトニック結晶を作製する場合のいずれであっても適用可能であることは上述の通りである。
以上の第２−１形態または第２−２形態により、ブロック状の第１の誘電体と、当該第１の誘電体と異なる比誘電率を有する円柱状の第２の誘電体とが所定の周期で配置されるフォトニック結晶であって、第１の誘電体および第２の誘電体はいずれも誘電体セラミックスから構成され、第２の誘電体は直径２ｍｍ以下の複数の円柱状部材から構成されており、第２の誘電体は第１の誘電体の表裏面を貫通するように所定間隔毎に配置されている新規なフォトニック結晶を得ることができる。
【図面の簡単な説明】  第１図は本発明に係るフォトニック結晶の製造方法を説明するための図、第２図は第１実施形態におけるフォトニック結晶を示す斜視図、第３図は本発明で使用可能な誘電体セラミックスの誘電特性を示す図表、第４図は第２実施形態におけるフォトニック結晶を示す斜視図、第５図はフォトニック結晶をシート工法により作製する場合のフローチャート、第６図は、第５図に示した誘電体ブロック作製工程を模式的に示す図、第７図は２次元周期構造を有するフォトニック結晶を作製する際に用いるパターンの一例を示す平面図、第８図はフォトニック結晶をシート工法により作製する場合のフローチャート、第９図はフォトニック結晶を印刷工法により作製する場合のフローチャート、第１０図は第９図における印刷工程を模式的に示す図、第１１図はフォトニック結晶を印刷工法により作製する場合のフローチャート、第１２図は第１１図に示したセラミックス複合体作製工程を模式的に示す断面図、第１３図は第１１図に示した積層工程を模式的に示す断面図、第１４図はフォトニック結晶を印刷工法により作製する場合のフローチャート、第１５図は第１４図に示した誘電体ブロック作製工程を模式的に示す図、第１６図はフォトニック結晶を印刷工法により作製する場合のフローチャート、第１７図は第１６図に示した印刷工程を模式的に示す断面図、第１８図はセラミックス複合体を得るための変形例を説明するための図、第１９図は第１実施例で得られた２次元周期構造を有する試料１の写真、第２０図は第１実施例で得られた２次元周期構造を有する試料１の反射および透過特性の測定結果を示すグラフ、第２１図は３次元周期構造を有するフォトニック結晶として知られるヤブロノバイト（Ｙａｂｌｏｎｏｖｉｔｅ）の斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】  第１図は、本発明のフォトニック結晶の製造方法を説明するための図である。第１図に示すように、本発明は、厚さの薄いグリーンシート（複合誘電体、シート状部材）１１を積層し一体化することで、フォトニック結晶１００を作製することを特徴とする。フォトニック結晶１００は第１の誘電体から構成される第１誘電体部１と、第２の誘電体から構成される第２誘電体部２とを備える。
本発明は、第１の誘電体および第２の誘電体のいずれか一方を誘電体セラミックスとし、他方を空気とする形態（以下、「第１の形態」という）と、第１の誘電体および第２の誘電体の両者を誘電体セラミックスとする形態（以下、「第２の形態」という）とを含む。
以下、フォトニック結晶１００の構造ならびにフォトニック結晶１００の製法について順次説明する。
［第１実施形態］
＜フォトニック結晶の構造＞
第２図は、第１実施形態におけるフォトニック結晶を示す斜視図である。
フォトニック結晶１００は第１誘電体部１と、第２誘電体部２とを備える。このフォトニック結晶１００は２次元周期構造を備えており、第２誘電体部２は、フォトニック結晶１００の表裏面を貫通するように配置されている。
第１実施形態におけるフォトニック結晶１００は、誘電体セラミックスが第１誘電体部１を構成し、誘電体としての空気が第２誘電体部２を構成する。
第１誘電体部１を構成する誘電体セラミックスは、ＳｉやＧａＡｓ等の半導体技術に用いる誘電体や、高分子材料、光硬化樹脂よりも比誘電率が大きいため、素子を小型化することが可能となる。誘電体内の波長は比誘電率の平方根に反比例し、比誘電率の大きい材料ほど、波長短縮効果が大きく、素子の小型化に有利であるからである。
一方、第２誘電体部２を構成する空気は、損失が小さいという利点がある。また、空気の比誘電率が１であるため、第２の誘電体として空気を用いることで、第１誘電体部１の比誘電率と第２誘電体部２の比誘電率との比率を大きくすることができる。第１誘電体部１の比誘電率と、第２誘電体部２の比誘電率との比率が大きいほど、広帯域なバンドギャップを形成することができる。
このように、第１の誘電体として誘電体セラミックスを使用し、第２の誘電体として空気を使用することで、広帯域なバンドギャップを形成することができ、低損失および素子の小型化に有利なフォトニック結晶１００を得ることができる。
第１実施形態におけるフォトニック結晶１００において、第２の誘電体としての空気は直径２ｍｍ以下の円柱状の空隙に存在している。詳しくは後述するが、本発明では、厚さ方向に貫通する孔が所定パターンに形成されたセラミックス組成体を積層してフォトニック結晶１００を作製しているため、直径２ｍｍ以下という微細な空隙をフォトニック結晶１００中に形成させることが可能となっている。フォトニック結晶１００の強度を高めるには、第２の誘電体が配置される空隙のサイズ、つまり第２誘電体部２のサイズを微細化することが有効である。
なお、フォトニック結晶１００に求められる特性に応じて、第２の誘電体が配置される空隙の配置、サイズ、形状等を適宜、設定することができる。よって、第２の誘電体が配置される空隙のサイズを直径２ｍｍを超えるものとすることもできるし、空隙を円柱状ではなく直方体状とすることも、もちろん可能である。
第１の誘電体としての誘電体セラミックスは、フォトニック結晶１００に求められる特性に応じて、適宜選択される。
上述したように、第１の誘電体の比誘電率と、第２の誘電体の比誘電率との比率が大きいほど、広帯域なバンドギャップを形成することができるため、誘電体セラミックスとしては比誘電率の高いものが望ましい。なお、望ましい比誘電率の比率は、最終的に得たいフォトニック結晶１００の特性等に依存する。
また、使用する周波数帯域において材料損失が少ない誘電体セラミックスが第１の誘電体として望ましい。誘電体セラミックスを用いてフォトニック結晶１００を作製する場合において、フォトニック結晶１００の用途によっては、それらの物質に起因する材料損失は無視することができないからである。損失がほぼゼロであり損失を考慮する必要がない空気と、損失が少ない誘電体セラミックスを用いてフォトニック結晶１００を構成することで、フォトニック結晶１００を用いた素子を、より一層、低損失のものとすることができる。
誘電体セラミックスとしては、Ａｌ２Ｏ３系セラミックス、ＴｉＯ２系セラミックス、ＭｇＴｉＯ３系セラミックス、ＣａＴｉＯ３系セラミックス、ＳｒＴｉＯ３系セラミックス、ＣａＺｒＯ３系セラミックス、ＢａＺｒＯ３系セラミックス、ＭｇＴｉＯ３−ＣａＴｉＯ３系セラミックス、（Ｚｒ，Ｓｎ）ＴｉＯ４系セラミックス、ＢａＴｉ４Ｏ９系セラミックス、Ｂａ２Ｔｉ９Ｏ２０系セラミックス、Ｌａ２Ｔｉ２Ｏ７系セラミックス、Ｎｄ２Ｔｉ２Ｏ７系セラミックス、ＢａＯ−ＴｉＯ２−希土類系セラミックス、Ｂａ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）３系セラミックス、Ｂａ（Ｍｇ１／３Ｔａ２／３）３系セラミックス、Ｂａ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）３系セラミックス、Ｂａ（Ｚｎ１／３Ｔａ２／３）３系セラミックス、ＣａＴＯ３−ＮｄＡｌＯ３系セラミックス、（Ｂａ，Ｐｂ）Ｎｄ２Ｔｉ４Ｏ１２系セラミックス、（Ｂａ，Ｐｂ）（Ｎｄ，Ｂｉ）２Ｔｉ４Ｏ１２系セラミックス、ＳｉＯ２系セラミックス、ガラスコンポジット材料等を用いることができる。これらは単独または２種類以上を混合して使用できる。
ここで、Ａｌ２Ｏ３系セラミックスとは、組成的にはＡｌ２Ｏ３のみを含む系、またはＡｌ２Ｏ３に他の少量の添加物を含む系であり、主成分としてＡｌ２Ｏ３の結晶構造が保持されているものを意味する。他の系のセラミックスについても同様である。
上述した誘電体セラミックスのうち、代表的なものの比誘電率、Ｑ・ｆ（Ｑ値と周波数の積）、τｆ（共振周波数の温度係数）を第３図に示しておく。第３図に示したもののうち、比誘電率が高く、低損失、かつ温度特性にも優れたＢａＯ−ＴｉＯ２−希土類系セラミックス、（Ｂａ，Ｐｂ）Ｎｄ２Ｔｉ４Ｏ１２系セラミックス、（Ｂａ，Ｐｂ）（Ｎｄ，Ｂｉ）２Ｔｉ４Ｏ１２系セラミックスが特に望ましい。
［第２実施形態］
＜フォトニック結晶の構造＞
第４図は、第２実施形態におけるフォトニック結晶を示す斜視図である。
第４図に示すように、フォトニック結晶１００Ａは、第１誘電体部１Ａと、第２誘電体部２Ａとを備える。第１誘電体部１Ａは第１の誘電体セラミックスから構成され、一方、第２誘電体部２Ａは第２の誘電体セラミックスから構成される。このフォトニック結晶１００Ａは、２次元周期構造を備えており、第２誘電体部２Ａは、フォトニック結晶１００Ａの表裏面を貫通している。
第２実施形態におけるフォトニック結晶１００Ａは、第１誘電体部１Ａおよび第２誘電体部２Ａとして、いずれも誘電体セラミックスを使用することを特徴とする。このように、２種類の誘電体セラミックスを用いることで、高強度かつ高特性のフォトニック結晶１００Ａを得ることができ、かつ素子を小型化することが可能となる。
第１の誘電体セラミックスおよび第２の誘電体セラミックスは、フォトニック結晶１００Ａに求められる特性に応じて、例えば、チタン酸バリウム系セラミックス、チタン酸鉛系セラミックス、チタン酸ストロンチウム系セラミックス、二酸化チタン系セラミックス、バリウム・ネオジ・チタニウム系セラミックス、アルミナ系セラミックス、シリカ系セラミックス、ガラスコンポジット材料等の中から適宜選択される。
以下、第１の誘電体セラミックスおよび第２の誘電体セラミックスの選択基準を示す。
＜第１の選択基準＞
第１の誘電体セラミックスの比誘電率と、第２の誘電体セラミックスの比誘電率との比率が大きいほど、広帯域なバンドギャップを形成することができる。よって、第１の誘電体セラミックスの比誘電率と、第２の誘電体セラミックスの比誘電率との比率が大きくなるように、第１の誘電体セラミックスおよび第２の誘電体セラミックスをそれぞれ選択する。
一般的に、高周波用誘電体セラミックスの比誘電率は３〜１００程度であるため、第１の誘電体セラミックスとして比誘電率の低いものを選択する場合には、第２の誘電体セラミックスとして比誘電率の高いものを選択することで、広帯域なバンドギャップを形成することができる。逆に、第１の誘電体セラミックスを比誘電率の高いものとし、第２の誘電体セラミックスを比誘電率の低いものとすることで、比誘電率の比率を大きくして広帯域なバンドギャップを形成するようにしてもよい。
望ましい比誘電率の比率は、最終的に得たいフォトニック結晶１００Ａの特性等に依存する。
＜第２の選択基準＞
第１の誘電体セラミックスおよび第２の誘電体セラミックスとして、使用する周波数帯域において材料損失が少ない誘電体セラミックスを選択する。複数の誘電体セラミックスを用いてフォトニック結晶１００Ａを作製する場合において、フォトニック結晶１００Ａの用途によっては、それらの物質に起因する材料損失は無視することができないからである。損失が少ない誘電体セラミックスを用いてフォトニック結晶１００Ａを構成することで、フォトニック結晶１００Ａを用いた素子を損失の低いものとすることができる。
＜第３の選択基準＞
詳しくは後述するが、本実施の形態におけるフォトニック結晶１００Ａは、第１誘電体部１Ａおよび第２誘電体部２Ａは同時焼成される。よって、第１の誘電体セラミックスおよび第２の誘電体セラミックスとして、同時焼成が可能なもの、具体的には熱収縮のマッチングがとれているものを選択する。熱収縮のマッチングがとれているか否かは、同一温度で焼成した際の収縮率等で、判断すればよい。
以上の選択基準に基づき、第１の誘電体セラミックスおよび第２の誘電体セラミックスを選択する。本実施の形態では、第１の誘電体セラミックスおよび第２の誘電体セラミックスの比誘電率の比率が大きくなるよう、第１の誘電体セラミックスとして比誘電率が低い誘電体セラミックスを使用し、一方、第２の誘電体セラミックスとして比誘電率が高い誘電体セラミックスを使用してフォトニック結晶１００Ａを作製する場合を例にして、以下の説明を行う。
第１誘電体部１Ａを構成する第１の誘電体セラミックスとしては、比誘電率が低いセラミックス材料やガラスコンポジット材料等を使用する。具体的には、ＢａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系セラミックスやＳｉＯ２系セラミックス、Ｂ２Ｏ３系セラミックス、２ＭｇＯ−ＳｉＯ２系セラミックス、Ａｌ２Ｏ３系セラミックス、Ａｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２系セラミックス、ＺｒＯ２系セラミックス等を第１の誘電体セラミックスとして用いることができる。これらは、いずれも比誘電率が２〜２０程度と低く、かつ誘電損失が低いため、第１の誘電体セラミックスとして好適である。
第２誘電体部２Ａを構成する第２の誘電体セラミックスとしては、比誘電率が高いセラミックス材料やガラスコンポジット材料等を使用する。具体的には、ＢａＯ−Ｎｄ２Ｏ３−ＴｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ２−ＣｕＯ系セラミックスやＡｌ２Ｏ３−ＴｉＯ２系セラミックス、ＴｉＯ２系セラミックス、ＢａＯ−Ｂｉ２Ｏ３−Ｎｄ２Ｏ３−ＴｉＯ２系セラミックス、ＢａＯ−Ｂｉ２Ｏ３−Ｎｄ２Ｏ３−ＴｉＯ２−ＳｒＴｉＯ３系セラミックス、ＢａＯ−ＰｂＯ−Ｎｄ２Ｏ３−ＴｉＯ２系セラミックス、ＢａＮｄ２Ｔｉ５Ｏ１４系セラミックス、ＢａＳｍ２Ｔｉ５Ｏ１４系セラミックス、Ｂａ（Ｚｎ，Ｎｂ）Ｏ３系セラミックス、ＢａＴｉ４Ｏ９系セラミックス、Ｂａ２Ｔｉ９Ｏ２０系セラミックス、（Ｚｒ，Ｓｎ）ＴｉＯ４系セラミックス、Ｂａ（Ｚｎ，Ｔａ）Ｏ３系セラミックス、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ３系セラミックス、ＭｇＴｉＯ３−ＣａＴｉＯ３系セラミックス等を第２の誘電体セラミックスとして用いることができる。これらは、いずれも比誘電率が５〜２００程度と高く、かつ誘電損失が低いため、第２の誘電体セラミックスとして好適である。
ここで、第１の誘電体セラミックスおよび第２の誘電体セラミックスの望ましい組合せを、以下に示しておく。
＜組合せ１＞
第１の誘電体セラミックス：
ＢａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系誘電体セラミックス（比誘電率６．４）
第２の誘電体セラミックス：
ＢａＯ−Ｎｄ２Ｏ３−ＴｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ２−ＣｕＯ系誘電体セラミックス（比誘電率７５．４）
＜組合せ２＞
第１の誘電体セラミックス：
ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系誘電体セラミックス（比誘電率４．７）
第２の誘電体セラミックス：
ＴｉＯ２−ＢａＯ−Ｎｄ２Ｏ３−ｇｌａｓｓ系誘電体セラミックス（比誘電率２２）
上述の組合せにおいて、比誘電率εが６．４であるＢａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系誘電体セラミックスと、比誘電率が７５．４であるＢａＯ−Ｎｄ２Ｏ３−ＴｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ２−ＣｕＯ系誘電体セラミックスとの組合せは、特に望ましい。この組合せは比誘電率の比率が約１１．８と大きく、しかも熱収縮のマッチングがとれているため、同時焼成が可能であるからである。
ところで、２種類の誘電体材料を用いてフォトニック結晶を作製する場合には、誘電体材料のうち一方を空気とすることが多い。これに対し、第２実施形態におけるフォトニック結晶１００Ａでは、複数種類の誘電体セラミックス、すなわち、第１の誘電体セラミックスおよび第２の誘電体セラミックスを用いてフォトニック結晶１００Ａを構成するようにしたので、製品の強度を向上させることができる。
以上、誘電体セラミックスと空気とを使用するフォトニック結晶１００、ならびに２種類の誘電体セラミックスを使用するフォトニック結晶１００Ａについて詳述した。フォトニック結晶１００，１００Ａの寸法は、いずれも使用する周波数に応じて決定する必要がある。例えば、Ｋバンド（１８〜２６．５ＧＨｚ）において４〜５周期分の周期構造としたときに、第１実施形態および第２実施形態におけるフォトニック結晶１００，１００Ａの寸法は、８〜１２ｍｍ×２〜６ｍｍ×１６〜２０ｍｍ程度である。なお、ここでの「周期」は第２誘電体部２（または第２誘電体部２Ａ）を配置する周期を示す。
第１実施形態および第２実施形態におけるフォトニック結晶１００，１００Ａは、特にマイクロ波〜サブミリ波領域にバンドギャップを持ち、導波路、フィルタ、レゾネータ、分波器等として好適に用いられる。
次に、フォトニック結晶１００，１００Ａの製造方法について説明する。
はじめに、いわゆるシート工法を用いて誘電体ブロックを形成し、フォトニック結晶１００を得る例を第１の手法として示す。詳しくは後述するが、第１の手法では予め作製した誘電体セラミックスシートに厚さ方向に貫通する孔を所定パターンで形成し、この穿孔された誘電体セラミックスシートを積層することで、所定パターンの空隙が形成された誘電体ブロックを形成する例を示す。
［第１の手法］
第５図は、第２図に示したフォトニック結晶１００の製造方法の一例を示すフローチャートである。また、第６図は、第５図中に示した誘電体ブロック作製工程を模式的に示す図である。
第５図に示すように、第１の手法は、誘電体セラミックス粉末および樹脂等を混合しシート化するシート作製工程、シート作製工程で得られたシートに厚さ方向に貫通する孔を所定パターンに穿孔するシートパンチング工程、所定パターンに穿孔されたシートを積層し誘電体ブロックを得るシート積層工程、誘電体ブロックを所定形状に切り出す切り出し工程、所定形状に切り出された成形体を焼成する焼成工程を含む。
第１の手法では、シート作製工程、シートパンチング工程、シート積層工程を経ることで、第１の誘電体を含む誘電体ブロックが作製される。よって、シート作製工程、シートパンチング工程およびシート積層工程を総称して、適宜、「誘電体ブロック作製工程」と称する。また、誘電体ブロック作製工程を経ることで、第２の誘電体としての空気が、第１の誘電体を含む誘電体ブロック中に配置されることとなる。
以下、第５図に示した各工程について詳述する。
＜シート作製工程＞
シート作製工程では、まず、誘電体セラミックス粉末、バインダ樹脂および分散媒をボールミルやらいかい機等で混合してスラリーを得る。誘電体セラミックス粉末の平均粒径は０．１〜２０μｍ程度とすればよい。平均粒径が０．１〜２０μｍ程度の誘電体セラミックス粉末を用いることで、高密度成形を可能としつつ、粉末の凝集を抑制することができ、周期構造を安定して形成することができる。誘電体セラミックス粉末の望ましい平均粒径は０．５〜１０μｍ、より望ましい平均粒径は０．５〜５μｍである。
バインダ樹脂としてはアクリル系樹脂、ブチラール系樹脂、エチルセルロース系樹脂等を用いることができる。また、分散媒としては、アセトン、トルエン、メチルエチルケトン、エタノール等の各種有機溶剤を用いることができる。誘電体セラミックス、バインダ樹脂および分散媒の比率は、それぞれｖｏｌ％で１０〜４０：５〜２０：４０〜８５程度とすればよい。
なお、必要に応じて、オレフィンマレイン酸コポリマーやオレイン酸等の分散剤をさらに添加することができる。分散剤を添加する場合には、その添加量を誘電体セラミックスに対し、０．１〜５ｗｔ％程度とすればよい。
こうして得られたスラリーを、ドクターブレード法等を用いてフィルム（例えばＰＥＴフィルム）上に塗布し、乾燥させ、第６図（ａ）に示すようなグリーンシート１１を得る。
グリーンシート１１には、後述するシートパンチング工程で厚さ方向に貫通する孔が所定パターンに穿孔される。グリーンシート１１の厚さが厚すぎると、グリーンシート１１を貫通する孔の断面形状がいびつになる。具体的には、シート上面における孔径とシート下面における孔径が相違して台形状となりやすい。孔の断面形状がいびつなグリーンシート１１を積層して熱圧着すると、誘電体ブロック内の空隙の形状もいびつになり、所望のパターンを形成することができず、最終的に所望のバンドギャップを有するフォトニック結晶１００を得ることが困難となるため、好ましくない。一方、グリーンシート１１の厚さが薄すぎると、グリーンシート１１の強度が低く、ハンドリングが難しい。よって、グリーンシート１１の厚さは１〜８００μｍ、より望ましくは１０〜５００μｍ、さらに望ましくは２０〜２００μｍの範囲で適宜選択すればよい。但し、望ましいシート厚は穿孔方法にも依存するものであり、穿孔方法に応じて適宜設定する必要がある。
＜シートパンチング工程＞
第６図（ｂ）に示すように、シートパンチング工程では、シート作製工程で得られたグリーンシート１１に厚さ方向に貫通する孔ｈが所定パターンに穿孔される。このパターンは、最終的に得たいフォトニック結晶が２次元周期構造のものか、３次元周期構造のものか、等に応じて適宜決定する。例えば、第２図に示した２次元周期構造のフォトニック結晶１００を得たい場合には、第７図に示すようなパターンを有するパンチを準備すればよい。こうしたパンチを使用することで、グリーンシート１１に一工程で複数の孔ｈを穿孔することができる。なお、グリーンシート１１の厚さによっては、グリーンシート１１を複数枚重ねてパンチングを行ってもよい。また、第７図に示すようなパターンを有するパンチを用いることは必須の要件ではなく、一孔のパンチを用いてグリーンシート１１に穿孔してもよい。
所定パターンに穿孔されたグリーンシート１１を得るには、パンチングの他に、ドリリング、レーザ照射等の方法が適用可能である。
ここで、孔ｈの大きさは、最終的に得たいフォトニック結晶１００の特性等に応じて適宜設定する。グリーンシート１１、つまりシート状部材に対し、上述したパンチング等の方法で孔ｈを穿孔することで、ブロック状部材に対してドライエッチング等の方法で穿孔していた従来の場合よりも、微細な穿孔パターンをグリーンシート１１に形成させることができる。
また、シートパンチング工程で穿孔する孔ｈのサイズは、焼成時の収縮率を考慮して決定する。例えば、焼成後に直径１ｍｍの空隙が形成されたフォトニック結晶１００を得たい場合には、シートパンチング工程では１．１〜１．３ｍｍ程度の孔ｈを穿孔すればよい。焼成前の誘電体ブロック１３が５０〜６０％程度の相対密度をもち、それが焼成により１００％の密度になると仮定すると、その線収縮率は１５．７〜２０．６％となる。この場合に、焼成後に直径１ｍｍの空隙が形成されたフォトニック結晶１００を得たいとすると、シートパンチング工程では１．１９〜１．２６ｍｍ程度の孔ｈを穿孔すればよい。
また、３次元周期構造のフォトニック結晶を最終的に得たい場合には、３次元構造を複数の薄層の積層体と考え、各グリーンシート１１について、各々の層に相当する形状に穿孔すればよい。なお、穿孔方法は、２次元周期構造のフォトニック結晶１００を作製する場合と同様である。
＜シート積層工程＞
第６図（ｃ）に示すように、シート積層工程では、孔ｈが所定パターンで穿孔されたグリーンシート１１を積層し、熱圧着する。この熱圧着は、グリーンシート１１を１枚積層する毎に行ってもよいし、複数枚積層してから行ってもよい。グリーンシート１１の積層および熱圧着により、第６図（ｄ）に示すような所定パターンの空隙が形成された誘電体ブロック１３が最終的に得られる。つまり、熱圧着はグリーンシート１１を一体化するために行う。
熱圧着の際の加熱温度は、グリーンシート１１を作製する際に用いた樹脂成分に依存する。例えば、シート作製に用いた樹脂がアクリル樹脂である場合には、加熱温度を７０〜９０℃に設定すればよい。また、圧力は、シートの厚さに応じて適宜設定すればよいが、２０〜８０ｋｇｆ／ｃｍ２程度に設定すればよい。あまり温度が高すぎると、もしくは圧力が高すぎると、グリーンシート１１に形成した孔ｈの形状が著しく変化し、誘電体ブロック１３中の空隙が潰れてしまう。誘電体ブロック１３中の空隙が潰れると、所望のパターンを有するフォトニック結晶１００を最終的に得ることが困難となる。一方、温度が低すぎると、もしくは圧力が低すぎると、グリーンシート１１同士の結合が不十分となり、剥がれが生じてしまう。グリーンシート１１同士の結合が不十分である場合には、焼成後にデラミネーションやクラックが発生し、やはり所望のパターンを有するフォトニック結晶１００を最終的に得ることが困難となる。
孔ｈが形成されたグリーンシート１１を積層して得られた誘電体ブロック１３には、所定パターンの空隙が形成されることとなる。第６図（ｄ）の例では、円柱状の空隙が、誘電体ブロック１３の表裏面を貫通するようにして多数形成されている。
なお、第６図（ｄ）では、グリーンシート１１の積層数が６枚の例を示したが、積層数は特に限定されるものではなく、最終的に得たいフォトニック結晶１００のサイズおよびグリーンシート１１の厚さに応じて適宜決定する。
以上のように、シート作製工程、シートパンチング工程、シート積層工程を経ることで、誘電体ブロック１３が得られる。
＜切り出し工程＞
切り出し工程では、最終的に得られるフォトニック結晶１００の用途に応じて、誘電体ブロック１３を所定形状に切り出す（なお、所定形状に切り出された後の誘電体ブロック１３を、適宜「成形体」と称する）。
＜脱バインダ処理＞
成形体には、グリーンシート１１に相当する部分に多くの樹脂成分が含有されているため、焼成工程に先立ち、予め脱バインダ処理を行う。脱バインダ処理は通常の条件、つまり、バインダが分解でき、ネックグロスが始まらない条件で行えばよい。例えば、大気中、昇温速度：３０〜１２０℃／ｈ、保持温度：４００〜６００℃、保持時間：０〜２時間で脱バインダ処理を行う。
脱バインダ処理を行った後に得られる成形体をそのままフォトニック結晶１００として用いてもよい。成形体中の誘電体セラミックスは第１誘電体部１を構成し、一方、第１誘電体部１における所定パターンの空隙内に存在する空気が第２誘電体部２を構成する。
以下に示す焼成工程を行い、成形体を焼結体とすることで、機械的強度や比誘電率がさらに向上したフォトニック結晶１００を得ることができる。
＜焼成工程＞
脱バインダ処理を行った後、焼成工程に進む。焼成工程では、成形体を所定の雰囲気温度に加熱保持する。
焼成条件は、誘電体セラミックスの種類等に応じて適宜設定すればよい。例えば、大気中、昇温速度：３００〜１２００℃／ｈ、保持温度：８００〜１０００℃、保持時間：０．１〜３時間で焼成する。
以上、詳述したように、第１の手法では、厚さ方向に貫通する孔ｈをグリーンシート１１に所定パターンで穿孔し、所定パターンの孔ｈが穿孔されたグリーンシート１１を積層することで、所定パターンの空隙が周期的に配置された誘電体ブロック１３を得るようにした。複雑な工程を要しない第１の手法におけるフォトニック結晶１００の製造方法によれば、フォトニック結晶１００を簡易かつ短時間で作製することができる。よって、第１の手法におけるフォトニック結晶１００の製造方法は、量産性に優れる。
第１の手法では、他の誘電体材料よりも比誘電率が高い誘電体セラミックスを使用してフォトニック結晶１００を作製するようにしたので、素子サイズを小さくすることができる。さらに、比誘電率が高い誘電体セラミックスと、比誘電率が１である空気とを使用してフォトニック結晶１００を作製するようにしたので、両誘電体の比誘電率の比率を大きくすることができ、広帯域のバンドギャップを得ることができる。
シート積層工法を採用した第１の手法では、微細な孔ｈがその表裏面を貫通したフォトニック結晶１００を容易に得ることができる。グリーンシート１１それぞれについて穿孔パターンが同一である例を示したが、穿孔パターンを各シート毎に適宜変更させることももちろん可能である。例えば、３次元周期構造のフォトニック結晶を作製する場合には、グリーンシート１１の穿孔パターンを各シート毎に適宜変更すればよい。例えば、第２１図に示したヤブロノバイトを第１の手法により作製する場合には、厚さ方向に貫通する孔ｈが三角格子状に配置されるという穿孔パターンを、各シート毎に適宜変更すればよい。このように、シート積層工法を採用した第１の手法では、パターンの形状を適宜選択することで、所望の周期構造を備えたフォトニック結晶１００を得ることができるため、周期構造の自由度も高い。
次に、いわゆるシート工法を用いて誘電体ブロック１３を形成し、フォトニック結晶１００Ａを得る例を第２の手法として示す。
［第２の手法］
第８図は、第４図に示したフォトニック結晶１００Ａの製造方法の一例を示すフローチャートである。
第８図に示すように、第２の手法では、第１の手法と同様の条件で誘電体ブロック１３を作製する。そして、この誘電体ブロック１３の空隙内に、粉末状の第２の誘電体セラミックスを含む粉末スラリーを充填することで、第１の誘電体セラミックスと第２の誘電体セラミックスとが周期的に配列されたフォトニック結晶１００Ａを作製する。
粉末スラリー充填工程および乾燥工程を経ることで、第２の誘電体セラミックスを含む粉末スラリーが第２誘電体部２Ａとなる。
以下、第２の手法の特徴的な部分について詳述する。
まず、粉末スラリー充填工程に先立ち行われる粉末スラリー作製工程について説明する。
＜粉末スラリー作製工程＞
粉末スラリー作製工程では、第２の誘電体セラミックス、分散媒および分散剤をらいかい機等で混合し、所定の粘度を有する粉末スラリーを作製する。粉末スラリーをバインダレス、具体的にはバインダ樹脂を添加しないものとすることで、粉末スラリーの粘度が高粘度になりすぎることを防止することができる。
第２の誘電体セラミックスとしては、上述した比誘電率が高い誘電体セラミックスを用いることができる。
第１の誘電体セラミックスと同様の理由に基づき、第２の誘電体セラミックスの平均粒径は０．１〜２０μｍ程度とすればよい。第２の誘電体セラミックスの望ましい平均粒径は０．５〜１０μｍ、より望ましい平均粒径は０．５〜５μｍである。
なお、焼成時に、第１の誘電体セラミックスと第２の誘電体セラミックスとの挙動を合わせるために、第１の誘電体セラミックスのサイズと第２の誘電体セラミックスのサイズを略同一としておくことが望ましい。
分散媒としては、ターピネオール、ブチルカルビトール等を用いることができる。分散媒の種類や量を適宜選択することで、粉末スラリーの粘度を調整することができる。例えば、ブチルカルビトールは粘度が低く、一方、ターピネオールは粘度が高いため、両者を適当な比率で混合して分散媒とすることで、粉末スラリーの粘度を適宜、調整することができる。
粉末スラリー中の粉体濃度は、誘電体ブロック１３中の粉体密度と同等となるように設定する。上述した条件で誘電体ブロック１３を作製した場合には、第２の誘電体セラミックスおよび分散媒の比率は、ｖｏｌ％で４０〜５５：４５〜６０程度、望ましくは４５〜５５：４５〜５５程度とすればよい。但し、粉末スラリーの粘度は、グリーンシート１１に形成する孔ｈのサイズに応じて適宜設定する必要がある。また、乾燥工程における乾燥収縮分も考慮して、粉末スラリーの粘度を設定する。
また、必要に応じて、オレイン酸等の分散剤をさらに添加することができる。分散剤を添加する場合には、その添加量を第２の誘電体セラミックスに対し、０．２〜５ｗｔ％程度とすればよい。分散剤の種類は特に限定されるものではないが、粉末スラリーの粘度を低くする上で有効であるという理由から、オレフィンマレイン酸コポリマーが望ましい。分散剤としてオレフィンマレイン酸コポリマーを選択する場合の望ましい添加量は、第２の誘電体セラミックスに対し、０．２〜５ｗｔ％程度である。
なお、上述したように、粉末スラリーをバインダレスとすることで、粉末スラリーの粘度を低いレベル、具体的には後述するスラリー充填工程に適した低粘度のものとすることができる。但し、グリーンシート１１に形成する孔ｈの径やスラリーの充填方法に応じて、適宜、樹脂成分（例えば、エチルセルロース）添加して粉末スラリーの粘度を調整してもよい。
＜粉末スラリー充填工程＞
粉末スラリー充填工程では、誘電体ブロック１３の空隙内に粉末スラリーが充填される。なお、粉末スラリー作製工程は、粉末スラリー充填工程の前に行われればよく、必ずしもシート作製工程と同じ段階で行われる必要はない。
粉末スラリーの充填方法としては吸引が望ましい。吸引により誘電体ブロック１３の空隙内に粉末スラリーを充填するには、まず、金属、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン（商標名：テフロン）等の多孔質の吸引板に、誘電体ブロック１３を載置する。次いで、誘電体ブロック１３の上部、つまり誘電体ブロック１３において吸引板と接していない側に、第２の誘電体セラミックスを含む粉末スラリーを十分のせる。そして、ポンプを用いて、吸引板の下から粉末スラリーを吸引する。これにより、誘電体ブロック１３中の空隙内に、粉末スラリーを密に充填させることができる。吸引完了後に、誘電体ブロック１３上部に残存している粉末スラリーをスキージ等で除去する。
粉末スラリーの粘度は、誘電体ブロック１３の空隙の大きさに応じて適宜設定する。粘度が高すぎると、粉末スラリーの吸引が難しく、一方、粘度が低すぎると、成形体、つまり粉末スラリーを充填させた誘電体ブロック１３を乾燥させることで得られる成形体にポアが発生しやすい。よって、誘電体ブロック１３の空隙内に粉末スラリーを効率よく充填することが可能な程度に、粉末スラリーの粘度を設定する。
なお、粉末スラリーの充填方法として、吸引の他には加圧による充填方法が望ましい。加圧による充填方法を採用するには、まず、誘電体ブロック１３の上部に粉末スラリーを十分のせる。そして、空気圧やスキージによる塗布などの方法を用いて圧力をかけて、粉末スラリーを誘電体ブロック１３の空隙内に充填させればよい。
＜乾燥工程＞
乾燥工程では、粉末スラリーが充填された誘電体ブロック１３を乾燥させることで、成形体を得る。乾燥方法は特に限定されるものではなく、自然乾燥でも加熱乾燥でもよい。
なお、乾燥後に得られた成形体の密度が十分に高くない場合には、乾燥工程後に熱プレスを行ってもよい。但し、第１誘電体部１Ａと第２誘電体部２Ａの弾性挙動が相違するような場合には、熱プレスにより、両材質間に応力が発生して成形体にクラックが発生する場合がある。よって、熱プレスを行う際には、第１誘電体部１Ａと第２誘電体部２Ａとが同等の弾性挙動をもつように、材料の選択等を行う必要がある。例えば、粉末スラリーを作製する際に、グリーンシート１１作製時に使用したバインダ樹脂を所定量含有させることで、第１誘電体部１Ａと第２誘電体部２Ａとの弾性挙動を合わせることができる。
＜切り出し工程＞
切り出し工程では、最終的に得られるフォトニック結晶１００Ａの用途に応じて、誘電体ブロック１３を所定形状に切り出す。
乾燥工程後に行なわれる脱バインダ処理も、第１の手法の箇所で詳述した通りである。脱バインダ処理を経ることで、成形体中の第１の誘電体セラミックスと第２の誘電体セラミックスは、それぞれ第１誘電体部１Ａ、第２誘電体部２Ａを構成することとなる。
乾燥および脱バインダ処理を行った後に得られる成形体をそのままフォトニック結晶１００Ａとして用いてもよいが、成形体を焼結体とすることで、機械的強度や誘電率がさらに向上したフォトニック結晶１００Ａを得ることができる。焼成工程も、第１の手法で示した条件で行なえばよい。
焼成工程において、成形体中の第１の誘電体セラミックスと第２の誘電体セラミックスは同時焼成される。よって、両材質、つまり、第１誘電体部１Ａを構成する材質（第１の誘電体セラミックス）と第２誘電体部２を構成する材質（第２の誘電体セラミックス）との焼成挙動を十分にマッチングさせておく必要がある。仮に、両材質との焼成挙動が相違すると、第１誘電体部１Ａと第２誘電体部２Ａとの間に応力が発生し、フォトニック結晶１００Ａとなる焼結体にクラックが発生する場合があるからである。
なお、誘電体ペーストを塗布したシートを積層し、この積層体を焼成するといういわゆる印刷法によっても、同時焼成は可能ではある。但し、この印刷法によれば、誘電体ペーストがシート上に存在することになるため、積層方向（Ｚ方向）に連続したパターンが形成されたフォトニック結晶を得ることはできない。これに対し、第２の手法では、積層方向に連続した空隙を有する誘電体ブロック１３に粉末スラリーを充填するという新規な手法を採用しているため、積層方向に連続したパターンが形成されたフォトニック結晶１００Ａを得ることができる。つまり、第２の手法によるフォトニック結晶１００Ａの製造方法によれば、印刷法よりも周期構造の自由度が高い。
また、印刷法の場合には、誘電体ペーストの厚さによっては凹凸が激しいシート同士を積層することになる。このため、シートに形成される凹凸に起因して、積層が困難（形状の保持が困難）、焼成時または焼成後に焼結体にクラックが生じやすい、シート同士が焼成後に剥離しやすい、という問題がある。そして、シートに形成される凹凸に起因する問題を最小限にしようとすると、誘電体ペーストの厚さが限定されることになり、これは最終的にはフォトニック結晶の周期構造の自由度の低下を招くことになる。これに対し、第２の手法では、予め孔ｈを形成したグリーンシート１１を積層することで、所定パターンの空隙を誘電体ブロック１３中に形成するようにしたので、焼成時または焼成後に焼結体にクラックが生じにくく、シート同士が焼成後に剥離しやすいという問題も生じにくい。よって、第２の手法によれば、高強度かつ信頼性の高いフォトニック結晶１００Ａを得ることができる。
以上、第２の手法を詳述した。工程数が少なく、かつ複雑な工程も要しないことから、第２の手法によれば、フォトニック結晶１００Ａを簡易かつ短時間で作製することができる。よって、第２の手法も、量産性に優れる。
また２種類の誘電体セラミックスを使用する第２の手法によれば、高強度かつ広帯域のバンドギャップを示すフォトニック結晶１００Ａを得ることができる。
第１の手法および第２の手法では、厚さ方向に貫通する孔ｈをグリーンシート１１、つまりシート状部材に所定パターンで穿孔し、この穿孔されたグリーンシート１１を積層することで、所定パターンの空隙が周期的に配置された誘電体ブロック１３を得るようにした。ある程度の厚さを有するブロック状部材に穿孔するよりも、薄いグリーンシート１１に穿孔する方が容易であり、かつ微細な穿孔パターン（例えば直径２ｍｍ以下、さらには直径０．１〜１．５ｍｍ程度）とすることができる。こうした微細な穿孔パターンが形成されたグリーンシート１１を積層することで、従来法では得ることが困難であった微細なパターンを有する新規なフォトニック結晶１００を得ることも可能となる。
なお、第２図および第４図ではいわゆるハニカム構造のパターンを有するフォトニック結晶１００，１００Ａを示したが、グリーンシート１１の穿孔パターンを変更することで、他の構造パターンを有するフォトニック結晶１００，１００Ａを得ることもできる。
また、上述したシートパンチング工程では、グリーンシート１１に一度に複数の孔ｈを形成する例を示したが、少量多品種に対応する場合には、孔のパターンに対応してパンチの動作を制御して、一孔ずつ穿孔することもできる。孔のサイズを変えるときには、径が異なる複数のパンチを用意し、コンピュータで使用するパンチを選定することができる。
このように、シートパンチングをコンピュータ制御で行うことにより、パターン変更に伴うコストや時間をほとんど要することなく、少量多品種に対応したフォトニック結晶１００，１００Ａを作製することができる。
さらにまた、第２の手法では第１の誘電体セラミックスおよび第２の誘電体セラミックスを用いてフォトニック結晶１００Ａを作製する例を示したが、さらに第３の誘電体を使用してフォトニック結晶を作製することもできる。このように、さらに第３の誘電体を使用してフォトニック結晶を作製することで、新たな周期構造を備えたフォトニック結晶を得ることができる。ここで、第３の誘電体は空気であってもよいし、第３の誘電体セラミックスであってもよい。第３の誘電体を第３の誘電体セラミックスとする場合には、例えば、誘電体ブロック１３の一部の空隙に第２の誘電体セラミックスを含む粉末スラリーを充填し、残りの空隙には第３の誘電体セラミックスを含む粉末スラリーを充填すればよい。
＜第３の手法＞
いわゆる印刷工法を用いて誘電体ブロックを形成し、第２図に示した形状を備えたフォトニック結晶１００を得る例を、第３の手法として示す。
第９図は、第２図に示したフォトニック結晶１００の製造方法のフローチャートである。また、第１０図は、第９図中に示した印刷工程を模式的に示す図である。
第９図に示すように、第３の手法では、誘電体セラミックスおよび樹脂等を混合し誘電体ペーストを作製する誘電体ペースト作製工程、誘電体ペースト作製工程で得られた誘電体ペーストを所定パターンに印刷する印刷工程と、誘電体ペーストを乾燥させてセラミックス組成体とする乾燥工程と、印刷および乾燥を繰り返すことで得られる誘電体ブロックを所定形状に切り出す切り出し工程、所定形状に切り出された成形体を焼成する焼成工程を含む。
以下、第９図に示した各工程について詳述する。
＜誘電体ペースト作製工程＞
誘電体ペースト作製工程では、まず、誘電体セラミックス粉末、バインダ樹脂および分散媒をボールミルやらいかい機等で混合して誘電体ペーストを得る。
誘電体セラミックス粉末としては、上述したＢａＯ−ＴｉＯ２−希土類系セラミックス粉末等を用いることができる。誘電体セラミックス粉末の量は、誘電体ペーストに対して約２０〜６０ｗｔ％とすればよい。また、誘電体セラミックス粉末の平均粒径は、上述の場合と同様に、０．１〜２０μｍ程度とすればよい。
後述する積層工程で熱圧着を行う場合には、バインダ樹脂としては熱可塑性であり、かつ高強度のものを用いる。バインダ樹脂としてはアクリル系樹脂、ブチラール系樹脂、エチルセルロース系樹脂等を用いることができる。バインダ樹脂の量は誘電体セラミックス粉末に対して約４〜１０ｗｔ％とすればよい。
また、分散媒としては、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ターピネオール等の各種有機溶剤を用いることができる。これらを分散媒として用いるのは、上述したバインダ樹脂を溶解でき、かつ比較的、低沸点であるからである。
分散媒の種類や量を適宜選択することで、誘電体ペーストの粘度を調整することができる。例えば、ブチルカルビトールは粘度が低く、一方、ターピネオールは粘度が高い。よって、両者を適当な比率で混合して分散媒とすることで、誘電体ペーストの粘度を印刷工法に適した粘度とすることができる。
誘電体ペーストの粘度が低すぎると、ペーストだれが起き、続く印刷工程で所望の印刷パターンを形成することが困難となる。また、粘度が高すぎると、誘電体ペーストのスクリーン離れが悪くなり、所望のパターンの印刷が困難となる。よって、誘電体ペーストの粘度は注意深く調整する必要がある。なお、誘電体ペーストの粘度は、印刷パターンや印刷工程で用いる印刷工法等も考慮して、適切な範囲に調整する。印刷工法としてスクリーン印刷工法を採用する場合には、誘電体ペーストの粘度は５００〜５００００ｃｐ程度とすればよい。
なお、必要に応じて、分散剤をさらに添加して誘電体ペーストを作製することができる。例えばオレフィンマレイン酸コポリマーやオレイン酸を分散剤として用いることができ、その添加量は誘電体セラミックス粉末に対し、０．１〜５ｗｔ％程度とすればよい。なお、誘電体ペーストに対し、さらに可塑剤を添加してもよい。可塑剤の添加量は、誘電体セラミックス粉末に対し、０．１〜５ｗｔ％程度とすればよい。
＜印刷工程、乾燥工程＞
印刷工程では、スクリーン印刷工法等を用いて誘電体ペーストを所定の印刷パターンで印刷し、続く乾燥工程では誘電体ペーストを乾燥させてセラミックス組成体とする。
第１０図は、印刷工程を模式的に示す断面図である。
まず、第１０図（ａ）に示すように、１層目を構成することとなる誘電体ペーストをフィルム（例えばＰＥＴフィルム）Ｆ上に所望の印刷パターンで印刷する。ここで、印刷パターンは、最終的にどのような周期構造を有するフォトニック結晶１００を得たいか、に応じて決定する。例えば、最終的に第２図に示したようなハニカム構造のフォトニック結晶１００を得たい場合には、第７図に示したような印刷パターンを採用する。第７図に示した印刷パターンを採用した場合には、厚さ方向に貫通した孔ｈが６角格子状に規則的に形成されたセラミックス組成体２１を形成する。印刷後、印刷された誘電体ペーストは、加熱乾燥または自然乾燥される。
続いて、第１０図（ｂ）に示すように、１層目を構成するセラミックス組成体２１の上に、２層目を構成することとなる誘電体ペーストを１層目と同じ印刷パターンで印刷し、１層目と同様に乾燥させる。１層目を構成するセラミックス組成体２１には孔ｈが所望の２次元周期パターンで形成されている。この孔ｈを除く部分に、２層目を構成することとなる誘電体ペーストが重ねて印刷される。これにより、厚さ方向に貫通した孔ｈが所定パターンで形成された新たなセラミックス組成体２１が、１層目を構成するセラミックス組成体２１の上に積層される。
同様の手順で、所望の厚さを有する積層体が得られるまで、印刷および乾燥を繰り返す。これにより、第１０図（ｃ）に示すような、セラミックス組成体２１の積層体、つまり、所定パターンの空隙が形成された誘電体ブロック１３Ａが得られる。なお、原則、印刷工法ではプレスする必要はないが、誘電体ブロック１３Ａに対して熱プレス等を行ってもよい。熱プレスされた状態の誘電体ブロック１３Ａを第１０図（ｄ）に示しておく。
また、印刷工法はスクリーン印刷工法に限定されるものではなく、セラミックス組成体２１の厚さに応じてグラビア印刷、凸版印刷、オフセット印刷等の公知の印刷工法を適宜選択することができる。
＜切り出し工程＞
印刷工程後、基体としてのフィルムＦは誘電体ブロック１３Ａから剥離され、続く切り出し工程に進む。切り出し工程では、最終的に得られるフォトニック結晶１００の用途に応じて、誘電体ブロック１３Ａを所定形状に切り出す（なお、所定形状に切り出された後の誘電体ブロック１３Ａを、適宜「成形体」と称する）。
＜脱バインダ処理＞
切り出し工程後に得られる成形体には、多くの樹脂成分が含有されているため、焼成工程に先立ち、予め脱バインダ処理を行う。脱バインダ処理は、第１の手法の箇所で示したのと同様の条件で行えばよい。
脱バインダ処理を行った後に得られる成形体をそのままフォトニック結晶１００として用いてもよいが、成形体を焼結体とすることで、機械的強度や誘電率がさらに向上したフォトニック結晶１００を得ることができる。焼成工程も、第１の手法の箇所で示したのと同様の条件で行えばよい。
以上、第３の手法を詳述した。印刷工法を採用した第３の手法によっても、微細な孔ｈがその表裏面を貫通したフォトニック結晶１００を容易に得ることができる。
なお、ハニカム構造の周期構造を備えたフォトニック結晶１００を得る例を示したが、印刷パターンを所望の周期構造に合わせて適宜選択することで、他の２次元周期構造のパターンを備えたフォトニック結晶１００を容易に得ることができる。また、印刷工法で作製したセラミックス組成体２１を、印刷工法で積層する例を示したが、印刷工法で作製したセラミックス組成体２１を第１の手法で示したシート積層工程のような要領で積層してもよい。
さらに、第１０図に示した誘電体ブロック１３Ａに、第２の誘電体セラミックスを含む粉末スラリーを第２の手法と同様の手順で充填することにより、第４図に示したフォトニック結晶１００Ａを得ることもできる。
＜第４の手法＞
次に、第４の手法について説明する。
第４の手法では、第１および第２の誘電体セラミックスを含むセラミックス複合体を作製し、このセラミックス複合体を積層して誘電体ブロック（積層体）を形成し、フォトニック結晶１００Ａを作製する。セラミックス複合体では、第１の誘電体セラミックスと第２の誘電体セラミックスが同一面内に周期的に配置されている。
第１１図は、第４の手法によりフォトニック結晶１００Ａを作製する場合のフローチャートである。第１２図は、第１１図中に示したセラミックス複合体作製工程を模式的に示す断面図である。第１３図は、第１１図中に示した積層工程を模式的に示す図である。
第１１図に示すように、第４の手法では、第１および第２の誘電体セラミックス粉末、バインダ樹脂および分散媒等を混合して第１および第２の誘電体ペーストを作製する誘電体ペースト作製工程、第１および第２の誘電体ペーストを用いて第１および第２の誘電体セラミックス粉末を含むセラミックス複合体を作製するセラミックス複合体作製工程、セラミックス複合体を積層し積層体としての誘電体ブロックを得る積層工程、誘電体ブロックを所定形状に切り出す切り出し工程、切り出された成形体を焼成する焼成工程を経ることにより、フォトニック結晶１００Ａを作製する。
以下、第１１図に示した各工程について詳述する。
＜誘電体ペースト作製工程＞
誘電体ペースト作製工程では第１の誘電体セラミックス粉末を含む第１の誘電体ペースト（第１のセラミックス組成物）、第２の誘電体セラミックス粉末を含む第２の誘電体ペースト（第２のセラミックス組成物）をそれぞれ作製する。各ペーストは、第３の手法の箇所で述べた手順で作製すればよい。
なお、第１の誘電体セラミックス粉末と第２の誘電体セラミックス粉末とを区別する必要がある場合を除き、両者を総称して「誘電体セラミックス粉末」という。
第４の手法では、後述する積層工程で熱圧着を行うため、バインダ樹脂としては熱可塑性であり、かつ高強度のものを用いる。バインダ樹脂および分散媒は、第３の手法の箇所で示したものを用いることができる。
第４の手法では、可塑剤や分散剤をさらに添加することが望ましい。可塑剤は、使用するバインダ樹脂の種類に応じて選択する。上述したアクリル系樹脂等をバインダ樹脂とする場合には、例えばフタル酸系の可塑剤を使用することができる。可塑剤を添加する場合には、その添加量を誘電体セラミックス粉末に対し、０．１〜５ｗｔ％程度とすればよい。
分散剤についても、第３の手法の箇所で示したものを用いることができ、その添加量は第１の誘電体セラミックスに対し、０．１〜５ｗｔ％程度とすればよい。
分散媒の種類や量を適宜選択することで、誘電体ペーストの粘度を調整することができる。例えば、粘度が低いブチルカルビトールと、粘度が高いターピネオールとを適当な比率で混合して分散媒とすることで、誘電体ペーストの粘度を印刷工法に適した粘度とすることができる。また、バインダ樹脂の種類や量を適宜選択することで、誘電体ペーストの粘度を調整することもできる。
誘電体ペーストの粘度が低すぎると、印刷だれが起き、印刷工法を用いたセラミックス複合体作製工程で所望の印刷パターンを形成することが困難となる。また、粘度が高すぎると、薄く印刷することができず、得られるセラミックス複合体の厚さが厚くなってしまう。仮に、こうした厚さの厚いセラミックス複合体を積層したとすると、厚さ方向のステップ数が少なくなるため、最終的に得られるフォトニック結晶の厚さ方向の断面形状がいびつになりやすい。よって、誘電体ペーストの粘度は注意深く調整する必要がある。なお、誘電体ペーストの粘度は、印刷パターンや採用する印刷工法等も考慮して、適切な範囲に調整する。印刷工法としてスクリーン印刷工法を採用する場合には、誘電体ペーストの粘度は２Ｐａ・ｓ〜５０Ｐａ・ｓ程度とすればよい。
＜セラミックス複合体作製工程＞
続くセラミックス複合体作製工程では、第１の誘電体ペーストおよび第２の誘電体ペーストをそれぞれ印刷することで、第１および第２の誘電体セラミックスを含むセラミックス複合体を作製する。印刷は、第１の誘電体ペーストが第１誘電体部１Ａに対応する部位に、第２の誘電体ペーストが第２誘電体部２Ａに対応する部位に、それぞれ配設されるように行う。
第１２図は、セラミックス複合体作製工程を模式的に示す断面図である。
まず、第１２図（ａ）に示すように、１層目を構成することとなる第１の誘電体ペーストをフィルム（例えばＰＥＴフィルム）Ｆ上に所望の印刷パターンで印刷する。この印刷は、例えばスクリーン印刷工法を用いて行うことができる。印刷後、印刷された第１の誘電体ペーストは、加熱乾燥または自然乾燥される。
ここで、印刷パターンは、最終的にどのような周期構造を有するフォトニック結晶１００Ａを得たいか、に応じて決定する。例えば、最終的に第４図に示したようなハニカム構造のフォトニック結晶１００Ａを得たい場合には、第７図に示したような印刷パターンを採用する。第７図に示した印刷パターンを採用した場合には、厚さ方向に貫通した孔ｈが６角格子状に規則的に形成された第１のセラミックス組成物１１Ａが得られる。
続いて、第１２図（ｂ）に示すように、１層目の印刷パターンの反転パターンで、第２の誘電体ペーストを印刷する。印刷後、印刷された第２の誘電体ペーストは、加熱乾燥または自然乾燥される。
ここで、第２の誘電体ペーストを反転パターンで印刷するのは、第１のセラミックス組成物１１Ａに形成された孔ｈを、第２の誘電体ペースト、すなわち、第２のセラミックス組成物１２Ａで充填し、第１のセラミックス組成物１１Ａと第２のセラミックス組成物１２Ａとを同一面内に配置させるためである。第１のセラミックス組成物１１Ａおよび第２のセラミックス組成物１２Ａとで構成されるセラミックス複合体Ｃの表面が平滑になるよう、第１のセラミックス組成物１１Ａの厚さおよび第１のセラミックス組成物１１Ａの孔ｈのサイズに基づき、第２の誘電体ペーストの塗布量を制御する必要がある。
基体としてのフィルムＦをセラミックス複合体Ｃから剥離した状態を、第１３図（ａ）に示す。セラミックス複合体Ｃは後述する積層工程で順次積層されることになるが、セラミックス複合体Ｃの厚さが薄すぎると、セラミックス複合体Ｃの強度が低く、ハンドリングが難しい。よって、積層工程におけるハンドリングのしやすさを考慮して、セラミックス複合体Ｃの厚さは１〜８００μｍ、より望ましくは１０〜５００μｍ、さらに望ましくは２０〜２００μｍの範囲内とする。
＜積層工程＞
セラミックス複合体作製工程で所望の厚さを備えたセラミックス複合体Ｃを所定枚数作製した後、積層工程に進む。なお、積層工程に先立ち、予めフィルムＦをセラミックス複合体Ｃから剥離しておく。
積層工程では、第１３図（ｂ）に示すように、第１のセラミックス組成物１１Ａと第２のセラミックス組成物１２Ａとがそれぞれ所定の部位に配置されたセラミックス複合体Ｃを積層し、熱圧着する。この熱圧着は、セラミックス複合体Ｃを１枚積層する毎に行ってもよいし、複数枚積層してから行ってもよい。セラミックス複合体Ｃの積層および熱圧着により、第１３図（ｃ）に示すような誘電体ブロック１３Ｂが最終的に得られる。つまり、熱圧着はセラミックス複合体Ｃを一体化するために行う。
熱圧着の際の加熱温度は、第１の誘電体ペーストおよび第２の誘電体ペーストを作製する際に用いたバインダ樹脂成分に依存する。例えば、ペースト作製に用いたバインダ樹脂がアクリル樹脂である場合には、加熱温度を７０〜９０℃に設定すればよい。熱圧着は、セラミックス複合体Ｃがそれぞれ積層ずれをおこさずにきちんと接着されることが重要なので、大きな圧力を付与する必要はない。圧力は、セラミックス複合体Ｃの厚さに応じて適宜設定すればよいが、２０〜８０ｋｇｆ／ｃｍ２程度に設定すればよい。
セラミックス複合体Ｃの積層体である誘電体ブロック１３Ｂは、所定の周期構造を有する。第１３図（ｃ）の例では、円柱状の第２誘電体部２Ａが、誘電体ブロック１３Ｂの表裏面を貫通するようにして多数配置されて、ハニカムパターンの２次元周期構造を形成している。なお、第１３図（ｃ）では、セラミックス複合体Ｃの積層数が６枚の例を示したが、積層数は特に限定されるものではなく、最終的に得たいフォトニック結晶１００Ａのサイズ等に応じて適宜決定する。
得られた誘電体ブロック１３Ｂの密度を増加させるために、切り出し工程に先立って熱プレスを行ってもよい。熱プレスの条件も、セラミックス複合体Ｃを作製する際に使用したバインダ樹脂等に依存するが、例えば圧力は５００〜２０００ｋｇｆ／ｃｍ２程度に設定すればよい。また、誘電体ペースト作製に用いたバインダ樹脂がアクリル樹脂である場合には、加熱温度を７０〜９０℃に設定すればよい。
但し、第１のセラミックス組成物１１Ａと第２のセラミックス組成物１２Ａの弾性挙動が相違するような場合には、熱プレスにより、両材質間に応力が発生して成形体にクラックが発生する場合がある。よって、熱プレスを行う際には、第１のセラミックス組成物１１Ａと第２のセラミックス組成物１２Ａとが同等の弾性挙動をもつように、材料の選択等を行う必要がある。例えば、第１の誘電体ペースト中のバインダ樹脂と同じ樹脂を用いて第２の誘電体ペーストを作製することで、第１のセラミックス組成物１１Ａと第２のセラミックス組成物１２Ａとの弾性挙動を合わせることができる。
切り出し工程、脱バインダ処理は第１の手法と同様の条件で行えばよい。脱バインダ処理を行った後に得られる成形体をそのままフォトニック結晶１００Ａとして用いてもよい。第１のセラミックス組成物１１Ａを第１誘電体部１Ａに対応する部位に、第２のセラミックス組成物１２Ａを第２誘電体部２Ａに対応する部位に、それぞれ配設してセラミックス複合体Ｃを作製し、このセラミックス複合体Ｃを厚さ方向に積層することで、誘電体ブロック１３Ｂを作製した。よって、第１のセラミックス組成物１１Ａに相当する部分が第１誘電体部１Ａとなり、第２のセラミックス組成物１２Ａに相当する部分の第２誘電体部２Ａとなる。
焼成工程は必須の工程ではないが、成形体を焼結体とすることで、機械的強度や誘電率がさらに向上したフォトニック結晶１００Ａを得ることができる。焼成工程を実施する場合には、焼成条件は第１の手法と同様とすればよい。
以上、第４の手法について詳述した。複雑な工程を要しないことから、第４の手法によれば、フォトニック結晶１００Ａを簡易かつ短時間で作製することができる。よって、第４の手法におけるフォトニック結晶１００Ａの製造方法も量産性に優れる。
なお、セラミックス複合体Ｃを積層する際に、接着層を介在させて、接着強度を増加させてもよい。この場合には、第１３図に示した積層工程で、表面または裏面に薄い接着層を印刷したセラミックス複合体Ｃを順次積層させればよい。
また、上述した積層工程では、フィルムＦからセラミックス複合体Ｃを剥離して、セラミックス複合体Ｃを順次積層する例を示したが、セラミックス複合体Ｃ同士を熱圧着した後、フィルムＦを剥離するようにしてもよい。例えば、第１２図（ｂ）に示したセラミックス複合体Ｃの上に、フィルムＦが付着された状態のセラミックス複合体Ｃを、セラミックス複合体Ｃ同士が対向するように積層し、熱圧着した後に、フィルムＦを剥離するようにしてもよい。この際、セラミックス複合体Ｃ同士の間に接着層を介在させて、一方のセラミックス複合体Ｃが他方のセラミックス複合体Ｃ上に転写されるようにしてもよい。
＜第５の手法＞
第４の手法では、複数のセラミックス複合体Ｃを予め作製した後、このセラミックス複合体Ｃを積層して誘電体ブロック１３Ｂを形成し、第４図に示した形状を備えたフォトニック結晶１００Ａを得る例を示した。第５の手法では、第１のセラミックス組成物１１Ａを配設した後に、第２のセラミックス組成物１２Ａを配設することによりセラミックス複合体Ｃを作製し、このセラミックス複合体Ｃ上に、第１のセラミックス組成物１１Ａを配設した後に第２のセラミックス組成物１２Ａを配設することを繰り返すことによりセラミックス複合体Ｃを積層する。より具体的には、第１の誘電体セラミックスを含む第１の誘電体ペーストと、第２の誘電体セラミックスを含む第２の誘電体ペーストとを交互に印刷することで、セラミックス複合体Ｃの積層体としての誘電体ブロック１３Ｂを形成し、第４図に示した形状を備えたフォトニック結晶１００Ａを得る例を第５の手法として示す。
第１４図は、第５の手法によりフォトニック結晶１００Ａを作製する場合のフローチャートである。また、第１５図は、第１４図中に示した誘電体ブロック作製工程を模式的に示す図である。
第１４図に示すように、第５の手法では、第１および第２の誘電体セラミックス粉末、バインダ樹脂および分散媒等を混合し第１および第２の誘電体ペーストを作製する誘電体ペースト作製工程、誘電体ペースト作製工程で得られた第１の誘電体ペーストを所定パターンに印刷する第１の印刷工程と、誘電体ペースト作製工程で得られた第２の誘電体ペーストを第１の印刷工程における印刷パターンと反転パターンで印刷する第２の印刷工程と、第１の印刷工程および第２の印刷工程を繰り返すことで得られる誘電体ブロックを所定形状に切り出す切り出し工程、所定形状に切り出された成形体を焼成する焼成工程を経ることによりフォトニック結晶１００Ａを作製する。
以下、第１４図に示した各工程について詳述する。
＜誘電体ペースト作製工程＞
可塑剤を添加する必要がない点、バインダ樹脂として以下のものを用いる以外は、基本的に第３および第４の手法と同様の手順で第１の誘電体ペーストおよび第２の誘電体ペーストを作製する。
第５の手法では、第１および第２の誘電体ペーストを交互に印刷してセラミックス複合体Ｃの積層体としての誘電体ブロックを得るため、第４の手法で行った熱圧着は不要となる。よって、熱可塑性であることはバインダ樹脂の選択基準として必須の要件ではなく、高強度であり、かつ粘度調整および脱バインダ処理がしやすいものを、第５の手法におけるバインダ樹脂として選択する。バインダ樹脂としては、エチルセルロース系樹脂、ブチラール系樹脂等を用いることができる。第５の手法でも、バインダ樹脂の量は誘電体セラミックス粉末に対して約４〜１０ｗｔ％とすればよい。
また、分散媒としては、第３および第４の手法と同様に、ターピネオール、ブチルカルビトール等の各種有機溶剤を用いることができる。分散媒の種類や量を適宜選択することで、誘電体ペーストの粘度を調整することができる。誘電体ペーストの粘度が低すぎると、印刷だれが起き、続く印刷工程で所望の印刷パターンを形成することが困難となる。また、粘度が高すぎると、レベリング不良が起きやすい。よって、誘電体ペーストの粘度は、得ようとするセラミックス複合体Ｃの厚さや印刷パターン、印刷工程で用いる印刷工法等も考慮して、適切な範囲に調整する。
＜誘電体ブロック作製工程＞
誘電体ブロック作製工程は、誘電体ペースト作製工程で得られた第１の誘電体ペーストを所定パターンに印刷する第１の印刷工程と、誘電体ペースト作製工程で得られた第２の誘電体ペーストを第１の印刷工程における印刷パターンと反転パターンで印刷する第２の印刷工程とを含む。
第１５図は、誘電体ブロック作製工程を模式的に示す断面図である。
（第１の印刷工程）
まず、第１５図（ａ）に示すように、１層目を構成することとなる第１の誘電体ペーストをフィルム（例えばＰＥＴフィルム）Ｆ上に所望の印刷パターンで印刷する。ここで、印刷パターンは、最終的にどのような周期構造を有するフォトニック結晶１００Ａを得たいか、に応じて決定する。印刷された第１の誘電体ペーストを加熱乾燥または自然乾燥することで、厚さ方向に貫通した孔ｈが規則的に形成された第１のセラミックス組成物１１Ａが得られる。
（第２の印刷工程）
続いて、第１５図（ｂ）に示すように、第１の印刷工程における印刷パターンの反転パターンで、第２の誘電体ペーストを印刷する。印刷後、印刷された第２の誘電体ペーストは、加熱乾燥または自然乾燥され、第２のセラミックス組成物１２Ａとなる。第２のセラミックス組成物１２Ａの厚さが、第１のセラミックス組成物１１Ａの厚さと等しくなるように、第２の印刷工程では、第１のセラミックス組成物１１Ａの厚さおよび第１のセラミックス組成物１１Ａの孔ｈのサイズに基づき、第２の誘電体ペーストの塗布量を制御する。
第１の印刷工程および第２の印刷工程を経ることで、第１５図（ｂ）に示したようなセラミックス複合体ＣがフィルムＦ上に形成される。
続いて、第１５図（ｃ）に示すように、セラミックス複合体Ｃの上に、２層目を構成することとなる第１の誘電体ペーストが印刷され、乾燥される。第１の誘電体ペーストを乾燥することで、セラミックス複合体Ｃの上に、厚さ方向に貫通した孔ｈが規則的に形成された第１のセラミックス組成物１１Ａが新たに配設される。次に、第１５図（ｄ）に示すように、第１の印刷工程における印刷パターンの反転パターンで、第２の誘電体ペーストを印刷する。印刷後、印刷された第２の誘電体ペーストは、加熱乾燥または自然乾燥され、第２のセラミックス組成物１２Ａとなる。
同様の手順で、所望の厚さを有する積層体が得られるまで、印刷および乾燥を繰り返す。これにより、第１５図（ｅ）に示すような、誘電体ブロック１３Ｂ、つまり、セラミックス複合体Ｃの積層体が得られる。積層体中のセラミックス複合体Ｃにおいて、第１誘電体部１Ａに対応する部位に第１のセラミックス組成物１１Ａが、第２誘電体部２Ａに対応する部位に第２のセラミックス組成物１２Ａがそれぞれ配設されている。なお、原則、第５の手法ではプレスする必要はないが、誘電体ブロック１３Ｂに対して熱プレス等を行ってもよい。熱プレスされた状態の誘電体ブロック１３Ｂを第１５図（ｆ）に示しておく。
また、印刷は、第１のセラミックス組成物１１Ａの厚さに応じてスクリーン印刷、グラビア印刷、凸版印刷、オフセット印刷等の公知の印刷工法を適宜選択することができる。
＜切り出し工程、脱バインダ処理、焼成工程＞
印刷工程後、基体としてのフィルムＦは誘電体ブロック１３Ｂから剥離され、続く切り出し工程に進む。切り出し工程、脱バインダ処理、焼成工程は、第１の手法で示したのと同様の条件で行えばよい。なお、第１〜第４の手法と同様に、脱バインダ処理を行った後に得られる成形体をそのままフォトニック結晶１００Ａとして用いてもよい。
以上、第５の手法を詳述した。工程数が少なく、かつ複雑な工程も要しないことから、第５の手法によれば、フォトニック結晶１００Ａを簡易かつ短時間で作製することができる。よって、第５の手法も、量産性に優れる。
なお、印刷工法で作製したセラミックス複合体Ｃを、印刷工法で積層する例を示したが、印刷工法で作製したセラミックス複合体Ｃを第４の手法で示した積層工程のような要領で積層してもよい。
第４の手法および第５の手法によれば、第２誘電体部２Ａを直径２ｍｍ以下の円柱状に形成することができる。これには、第１の誘電体セラミックスを含む第１の誘電体ペーストを直径２ｍｍ以下の複数の孔を含むパターンに印刷するとともに、この反転パターンで第２の誘電体セラミックスを含む第２の誘電体ペーストを印刷して得られたセラミックス複合体を積層してフォトニック結晶１００Ａを作製すればよい。円柱状の第２誘電体部２Ａは、ブロック状の第１誘電体部１Ａの表裏面を貫通するように所定間隔毎に配置される。
なお、フォトニック結晶１００Ａに求められる特性に応じて、第２誘電体部２Ａの配置、サイズ、形状等を適宜、設定することができる。よって、第２誘電体部２Ａのサイズを直径２ｍｍを超えるものとすることもできるし、形状を円柱状ではなく直方体状とすることも、もちろん可能である。
なお、第４の手法または第５の手法において、第２の誘電体ペーストを印刷する工程において、第１のセラミックス組成物１１Ａに形成された複数の孔ｈのうち、一部の孔ｈには第２の誘電体セラミックス粉末を含む第２の誘電体ペーストを印刷し、残りの孔ｈには第３の誘電体セラミックス粉末を含む第３の誘電体ペーストを印刷することもできる。このように、さらに第３の誘電体を使用してフォトニック結晶を作製することで、新たな周期構造を備えたフォトニック結晶を得ることができる。
また、第１のセラミックス組成物１１Ａに形成された複数の孔ｈのうち、一部の孔ｈには第２の誘電体セラミックス粉末を含む第２の誘電体ペーストを印刷し、残りの孔ｈには第３の誘電体としての空気を存在させてもよい。
また、第４および第５の手法では、同一の印刷パターンで作製したシート状のセラミックス複合体Ｃが積層されることで、２次元周期構造を備えたフォトニック結晶１００Ａを得る例を示したが、印刷パターンを各シート毎に適宜変更させることももちろん可能である。例えば、３次元周期構造のフォトニック結晶を作製する場合には、印刷パターンが異なるシートを複数積層するようにすればよい。この場合はシートの厚さをできるだけ薄くすることで、３次元周期構造のパターンを厚さ方向に滑らかに変化するものとすることができる。本発明のフォトニック結晶の製造方法によれば、印刷パターンの形状を適宜選択することで、所望の周期構造を備えたフォトニック結晶１００Ａを得ることができるため、周期構造の自由度も高い。
＜第６の手法＞
上述した第４および第５の手法では、第１のセラミックス組成物１１Ａの配設と第２のセラミックス組成物１２Ａの配設を異なる時期に行う例を示したが、第１のセラミックス組成物１１Ａの配設と第２のセラミックス組成物１２Ａの配設を実質的に同時期に行うようにしてもよい。例えば、第１６図に示すフローチャートに基づき、第１の誘電体ペーストと第２の誘電体ペーストとを同時に印刷するという工程を繰り返すことで、セラミックス複合体Ｃの作製および積層を行うこともできる。なお、第１６図に示した印刷工程以外は、第５の手法と同様に行えばよい。
具体的には、第１７図（ａ）に示すように、１層目を構成することとなる第１の誘電体ペーストおよび第２の誘電体ペーストをフィルム（例えばＰＥＴフィルム）Ｆ上に所望の印刷パターンで印刷、すなわち実質的に同時期に配設する。印刷された第１の誘電体ペーストおよび第２の誘電体ペーストを乾燥させた後、第１７図（ｂ）に示すように、１層目のセラミックス複合体Ｃの上に、第１の誘電体ペーストおよび第２の誘電体ペーストを所望の印刷パターンで同時に印刷する。印刷された第１の誘電体ペーストおよび第２の誘電体ペーストを乾燥することで、２層目のセラミックス複合体Ｃが得られる。
同様の手順で、所望の厚さを有する積層体が得られるまで、ｎ層目の誘電体層の上に、（ｎ＋１）層目を構成することとなる第１の誘電体ペーストおよび第２の誘電体ペーストを印刷し、乾燥するという工程を繰り返す。これにより、第１７図（ｃ）に示すような、誘電体ブロック１３Ｂ、つまり、セラミックス複合体Ｃの積層体が得るようにしてもよい。この形態は、セラミックス複合体Ｃの作製と積層とがほぼ同時に進行するということができる。
ここで、所定領域に対して第１および第２の誘電体ペーストを印刷する場合には、印刷開始から印刷終了までには所定の時間が経過するから、印刷開始時と印刷終了時とでは厳密な意味では第１のセラミックス組成物１１Ａおよび第２のセラミックス組成物１２Ａの配設は同時にはならない。そこで、このような形態を包含する概念として「実質的に同時期」という表現を用いている。
なお、実質的に同時期に得られたセラミックス複合体Ｃを、第４の手法と同様の手順で積層するようにしてもよい。
＜第７の手法＞
例えば、第１８図（ａ）に示すような、孔ｈが所定パターンで形成された第１のセラミックス組成物１１Ａを得る。次いで、孔ｈに第２のセラミックス組成物１２Ａを充填してセラミックス複合体Ｃを得た後、第１８図（ｂ）に示すように、第２のセラミックス組成物１２Ａを印刷、つまり配設する。そして、第１８図（ｃ）に示すように、第２のセラミックス組成物１２Ａの周囲を覆うように、第１のセラミックス組成物１１Ａを印刷、つまり配設するようにしてもよい。もしくは、第１８図（ａ）に示した第１のセラミックス組成物１１Ａを得た後に、第１のセラミックス組成物１１Ａの厚さよりも第２のセラミックス組成物１２Ａの厚さが厚くなるように、第１のセラミックス組成物１１Ａの孔ｈ内に第２のセラミックス組成物１２Ａを充填し、さらに第１８図（ｃ）に示したように、第２のセラミックス組成物１２Ａの周囲を覆うように、第１のセラミックス組成物１１Ａを配設するようにしてもよい。
【実施例】  次に、具体的な実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
【実施例１】  第８図のフローチャートに基づき、穿孔シートを積層後、誘電体シートを充填してフォトニック結晶１００Ａを作製した。
第１の誘電体セラミックスとして、平均粒径が０．７μｍのＢａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３系粉末（比誘電率：６．４）を準備した。また、第２の誘電体セラミックスとして、平均粒径が１．０μｍのＢａＯ−Ｎｄ２Ｏ３−ＴｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ２−ＣｕＯ系粉末（比誘電率：７５．４）を準備した。
はじめに、第１の誘電体セラミックス、分散剤、樹脂および分散媒とをボールミルを用いて混合し、スラリー化した。そして、ドクターブレード法により、スラリーをシート化し、８２ｍｍ×８２ｍｍ×１２０μｍのグリーンシートを作製した。なお、第１の誘電体セラミックス、樹脂および分散媒の比率は、ｖｏｌ％で２３：１１：６６とした。分散剤、樹脂および分散媒の種類および分散剤の添加量は以下の通りとした。
分散剤：オレフィンマレイン酸コポリマー（商品名：共栄（株）製  フローレンＧ−７００）
分散剤の添加量：第１の誘電体セラミックスに対して、１．５ｗｔ％
樹脂：アクリル樹脂
分散媒：トルエン
また、第２の誘電体セラミックス、分散剤および分散媒とを混合し、粉末スラリーを作製した。この際、第２の誘電体セラミックスおよび分散媒の比率は、ｖｏｌ％で５０：５０とした。分散剤および分散媒の種類および分散剤の添加量は以下の通りとした。また、混合はらいかい機を用いて、２時間行った。なお、粉末スラリー作製の際に、樹脂を添加しなかったのは、樹脂の添加により粉末スラリーの粘度が高くなりすぎるのを防止するためである。
分散剤：オレフィンマレイン酸コポリマー（商品名：共栄（株）製  フローレンＧ−７００）
分散剤の添加量：第２の誘電体セラミックスに対して、１ｗｔ％
分散媒：ターピネオール５０ｖｏｌ％、ブチルカルビトール５０ｖｏｌ％の混合溶液
次いで、第７図に示したパターンが形成されたパンチを用いて、グリーンシートにハニカム構造の孔を形成した。なお、孔の直径は１ｍｍとした。
ハニカム構造の孔が形成されたグリーンシートを６０枚積層して、所定の空隙パターンが形成された誘電体ブロックを得た。なお、熱圧着はグリーンシートを１枚積層する毎に行った。熱圧着の条件は以下の通りである。
圧力：４５ｋｇｆ／ｃｍ２
加熱温度：８５℃
保持時間：１秒
こうして得られた誘電体ブロックを吸引板に載置し、第２の誘電体セラミックスを含む粉末スラリーを誘電体ブロックの上部に十分のせた。そして、吸引板の下からポンプで吸引し、誘電体ブロックの空隙内に、粉末スラリーを充填した。粉末スラリーが充填された誘電体ブロックを自然乾燥した後、以下の条件で脱バインダ処理を行い、その後、焼成して試料１を得た。得られた試料１の写真を第１９図に示す。なお、この試料１のサイズは、１０．６ｍｍ×４．３ｍｍ×１８ｍｍである。
第１９図に示すように、誘電体ブロックの空隙内には第２の誘電体セラミックスが密に充填されており、ボイドやクラックは観察されなかった。
＜脱バインダ処理条件＞
雰囲気：空気
昇温速度：６０℃／ｈ
保持温度：５００℃
保持時間：０
＜焼成条件＞
雰囲気：空気
昇温速度：６００℃／ｈ
保持温度：９１０℃
保持時間：１ｈ
得られた試料を導波管内に静置し、ネットワークアナライザ（Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製  ＨＰ−８５１０Ｃ）にて反射および透過特性を測定した。その結果を第２０図に示す。なお、透過特性を測定した試料における、伝播方向の周期数は４．５周期である。
第２０図に示すように、Ｋバンドに属する２１．０〜２６．５ＧＨｚにて、３０ｄＢ以上の減衰が確認され、バンドギャップが生成していることが明らかとなった。
【実施例２】  第１１図のフローチャートに基づきフォトニック結晶１００Ａを作製した。
第１の誘電体セラミックス粉末、分散媒、バインダ樹脂および分散剤とをボールミルを用いて混合し、第１の誘電体ペーストを作製した。この際、第１の誘電体セラミックス粉末および分散媒の比率は、４５：５５（ｗｔ％）とした。また、バインダ樹脂は第１の誘電体セラミックス粉末に対して５ｗｔ％添加し、分散剤は第１の誘電体セラミックス粉末に対して１ｗｔ％添加した。分散剤、バインダ樹脂および分散媒の種類は以下の通りとした。なお、実施例２で使用した第１および第２の誘電体セラミックス粉末の種類は、実施例１で使用したものと同じである。
分散剤：オレフィンマレイン酸コポリマー（商品名：共栄（株）製  フローレンＧ−７００）
バインダ樹脂：エチルセルロース
分散媒：ターピネオール５０ｖｏｌ％、ブチルカルビトール５０ｖｏｌ％の混合溶液
次に、第２の誘電体セラミックス粉末、分散媒、バインダ樹脂および分散剤とをボールミルを用いて混合し、第２の誘電体ペーストを作製した。第２の誘電体セラミックス粉末および分散媒の比率は、第１の誘電体ペーストと同様に４５：５５（ｗｔ％）とした。また、バインダ樹脂は第２の誘電体セラミックス粉末に対して５ｗｔ％添加し、分散剤は第２の誘電体セラミックス粉末に対して１ｗｔ％添加した。分散剤、バインダ樹脂および分散媒の種類も、第１の誘電体ペーストと同様である。なお、第１の誘電体ペーストおよび第２の誘電体ペーストの粘度は、いずれも１５Ｐａ・ｓである。
次いで、スクリーン印刷工法により、第１の誘電体ペーストをＰＥＴフィルム上に印刷した。第１の誘電体ペーストの印刷は、第７図に示したパターンで行い、貫通孔が所定パターンで配置された第１のセラミックス組成物を得た。なお、貫通孔の直径が１ｍｍとなるように、印刷の制御を行った。
第１のセラミックス組成物の貫通孔に、スクリーン印刷工法により、第２の誘電体ペーストを充填した。第１のセラミックス組成物の厚さおよび貫通孔のサイズを考慮して第２の誘電体ペーストの充填量を制御することで、最終的に表面が平滑なセラミックス複合体を得た。
こうして得られたセラミックス複合体を１２０枚積層し、円柱状の第２の誘電体セラミックスがハニカムパターンで配置された誘電体ブロックを得た。なお、熱圧着はセラミックス複合体を１枚積層する毎に行った。熱圧着の条件は実施例１と同様である。
続いて、誘電体ブロックに対して脱バインダ処理を行い、その後、焼成して試料２を得た。試料２のサイズは、１０．６ｍｍ×４．３ｍｍ×１８ｍｍである。なお、脱バインダ処理および焼成条件は実験例１と同様である。
試料２についても試料１と同様に、第２の誘電体から構成される円柱と、この円柱を覆う第１の誘電体との界面には、ボイドやクラックは観察されなかった。
試料２を導波管内に静置し、ネットワークアナライザ（Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製  ＨＰ−８５１０Ｃ）にて反射および透過特性を測定した。その結果、Ｋバンドに属する２０〜２４ＧＨｚにて、２５ｄＢ以上の減衰が確認され、バンドギャップが生成していることが明らかとなった。
【実施例３】  第１４図のフローチャートに基づき、フォトニック結晶１００Ａを作製した。
実施例２と同様の手順で第１の誘電体ペーストと第２の誘電体ペーストを作製した。但し、第１の誘電体ペーストにおいて、第１の誘電体セラミックス粉末および分散媒の比率は５０：５０（ｗｔ％）とした。また、第２の誘電体ペーストにおいても、第２の誘電体セラミックス粉末および分散媒の比率は５０：５０（ｗｔ％）とした。第１の誘電体ペーストおよび第２の誘電体ペーストの粘度はいずれも２０Ｐａ・ｓである。なお、第１の誘電体ペーストおよび第２の誘電体ペースト中のバインダ樹脂および分散剤の添加量は、実施例２と同様である。
次いで、スクリーン印刷工法により、第１の誘電体ペーストをＰＥＴフィルム上に印刷した。第１の誘電体ペーストの印刷は、第７図に示したパターンで行い、貫通孔が所定パターンで配置された第１のセラミックス組成物を得た。なお、貫通孔の直径が１ｍｍとなるように、印刷の制御を行った。
第１のセラミックス組成物の貫通孔に、スクリーン印刷工法により、第２の誘電体ペーストを充填した。第１のセラミックス組成物の厚さおよび貫通孔のサイズを考慮して第２の誘電体ペーストの充填量を制御することで、最終的に表面が平滑なセラミックス複合体を得た。
次いで、セラミックス複合体の上に、第１の誘電体ペーストを印刷、乾燥させて第１のセラミックス組成物を得た後、第１の誘電体ペーストの印刷パターンの反転パターンで第２の誘電体ペーストを印刷した。このように、第１の誘電体ペーストの印刷、乾燥、第２の誘電体ペーストの印刷、乾燥という工程を、６０回繰り返して、円柱状の第２の誘電体セラミックスがハニカムパターンで配置された誘電体ブロックを得た。
続いて、誘電体ブロックに対して脱バインダ処理を行い、その後、焼成して試料３を得た。なお、試料３のサイズは、１０．６ｍｍ×４．３ｍｍ×１８ｍｍである。また、脱バインダ処理の条件および焼成条件は実施例１と同様である。
試料３を導波管内に静置し、実施例１と同様の条件で反射および透過特性を測定した。その結果、Ｋバンドに属する２０〜２４ＧＨｚにて、２０ｄＢ以上の減衰が確認され、バンドギャップが生成していることが明らかとなった。
【実施例４】  第５図のフローチャートに基づき、フォトニック結晶１００を作製した。
誘電体セラミックス粉末として、平均粒径が１．０μｍのＢａＯ−Ｎｄ２Ｏ３−ＴｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系粉末（比誘電率：９５）を準備し、実施例１と同様の条件で誘電体ブロックを得た。得られた誘電体ブロックに対して実験例１と同様の条件で脱バインダ処理および焼成を行い、試料４を得た。なお、試料４のサイズは、１０．６ｍｍ×４．３ｍｍ×１８ｍｍである。
試料４を導波管内に静置し、ネットワークアナライザ（Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製  ＨＰ−８５１０Ｃ）にて反射および透過特性を測定した（Ｓパラメータを測定した）。その結果、Ｋバンドに属する２２〜２５ＧＨｚにて、３０ｄＢ以上の減衰がＴＥ波に対して確認された。
【実施例５】  第９図のフローチャートに基づき、フォトニック結晶１００を作製した。
誘電体セラミックス粉末として、平均粒径が１．０μｍのＢａＯ−Ｎｄ２Ｏ３−ＴｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系粉末（比誘電率：９５）を準備した。
はじめに、誘電体セラミックス粉末、バインダ樹脂、分散媒および分散剤とをらいかい機を用いて混合し、誘電体ペーストを作製した。この際、バインダ樹脂は誘電体セラミックス粉末に対して３ｗｔ％、分散媒は誘電体セラミックス粉末に対して３０ｗｔ％、分散剤は誘電体セラミックス粉末に対して１ｗｔ％添加し、粘度が２００００ｃｐの誘電体ペーストを得た。分散剤、バインダ樹脂および分散媒の種類は以下の通りとした。
そして、スクリーン印刷工法により、誘電体ペーストを基体となるＰＥＴフィルムに印刷し、乾燥させて１層目を構成するセラミックス組成体を得た。得られたセラミックス組成体の上に、誘電体ペーストを重ねて印刷し、乾燥するという工程を繰り返し、誘電体ブロックを得た。なお、印刷パターンは、第７図に示したハニカム構造のものとし、孔の直径は１ｍｍとした。
分散剤：オレフィンマレイン酸コポリマー（商品名：共栄（株）製  フローレンＧ−７００）
バインダ樹脂：エチルセルロース
分散媒：ブチルカルビトールおよびターピネオールの混合溶液（５０ｖｏｌ％：５０ｖｏｌ％）
ハニカム構造の孔が形成された厚さ１００μｍのセラミックス組成体をスクリーン印刷で５０回積層、つまり重ね印刷して、所定の空隙パターンが形成された誘電体ブロックを得た。
誘電体ブロックに対して実施例１と同様の条件で脱バインダ処理を行い、その後、実験例１と同様の条件で焼成して試料５を得た。なお、試料５のサイズは、１０．６ｍｍ×４．３ｍｍ×１８．０ｍｍである。
試料５を導波管内に静置し、ネットワークアナライザ（Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製  ＨＰ−８５１０Ｃ）にて反射および透過特性を測定した（Ｓパラメータを測定した）。その結果、Ｋバンドに属する２２〜２５ＧＨｚにて、２５ｄＢ以上の減衰がＴＥ波に対して確認された。
【産業上の利用可能性】  本発明によれば、量産性に優れたフォトニック結晶の製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、小型、高強度かつ高特性のフォトニック結晶を、簡便に製造することができる。さらに本発明によれば、微細なパターンを備えたフォトニック結晶を得ることができる。
【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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【国際調査報告】
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