(57)【要約】【課題】金属膜に含む誘電体粒を微小開口とすることにより伝搬光を近接場光に変換する、簡易な作製方法で実現可能な近接場光装置およびその作製方法を提供する。【解決手段】伝搬光を近接場光へ変換するために、伝搬光の進行方向に対して、一つの金属膜中で伝搬光の波長未満もしくは波長以上の寸法を有する誘電体粒を少なくとも一つ以上重ね合わせることによって、伝搬光を遮断し近接場光のみを取り出す。金属の微小粒子を含む接着剤に伝搬光の波長未満もしくは波長以上の寸法を有する誘電体粒を混合し、伝搬光の進行方向にその誘電体粒を少なくとも一つ以上重ね合わせて塗布し、焼結することにより、特別な装置を必要とせずに伝搬光を近接場光に変換する光装置を簡易な作製方法で実現することができる。【選択図】図2
2007205779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝搬光を近接場光へ変換するための装置を有する発光装置において、伝搬光の進行方向に、一つの金属膜中で、伝搬光の波長未満の寸法を有する誘電体粒を少なくとも一つ以上重ね合わせて、伝搬光を近接場光へ変換する構造を有することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
伝搬光を近接場光へ変換するための装置を有する発光装置において、伝搬光の進行方向に、一つの金属膜中で、伝搬光の波長以上の寸法を有する誘電体粒を少なくとも一つ以上重ね合わせて、伝搬光を近接場光へ変換する構造を有することを特徴とする発光装置。
【請求項３】
請求項1または請求項2において記載の伝搬光を近接場光へ変換するための装置を有する発光装置において、誘電体粒を含む金属膜を電極とする構造を有する発光装置。
【請求項４】
伝搬光を近接場光へ変換するための装置を有する受光装置において、伝搬光の進行方向に、一つの金属膜中で、伝搬光の波長未満の寸法を有する誘電体粒を少なくとも一つ以上重ね合わせて、伝搬光を近接場光へ変換する構造を有することを特徴とする受光装置。
【請求項５】
伝搬光を近接場光へ変換するための装置を有する受光装置において、伝搬光の進行方向に、一つの金属膜中で、伝搬光の波長以上の寸法を有する誘電体粒を少なくとも一つ以上重ね合わせて、伝搬光を近接場光へ変換する構造を有することを特徴とする受光装置。
【請求項６】
請求項4または請求項5において記載の伝搬光を近接場光へ変換するための装置を有する受光装置において、誘電体粒を含む金属膜を電極とする構造を有する受光装置。
【請求項７】
請求項4または請求項5において記載の伝搬光を近接場光へ変換するための装置を有する受光装置において、誘電体粒を含む金属膜をショットキー電極として、伝搬光を近接場光へ変換する構造を有することを特徴とする受光装置
【請求項８】
伝搬光を近接場光へ変換するための装置を有する、発光および受光装置以外の光装置において、伝搬光の進行方向に、一つの金属膜中で、伝搬光の波長未満の寸法を有する誘電体粒を少なくとも一つ以上重ね合わせて、伝搬光を近接場光へ変換する構造を有することを特徴とする光装置。
【請求項９】
伝搬光を近接場光へ変換するための装置を有する、発光および受光装置以外の光装置において、伝搬光の進行方向に、一つの金属膜中で、伝搬光の波長以上の寸法を有する誘電体粒を少なくとも一つ以上重ね合わせて、伝搬光を近接場光へ変換する構造を有することを特徴とする光装置。
【請求項１０】
請求項8または請求項9において記載の伝搬光を近接場光へ変換するための装置を有する、発光および受光装置以外の光装置において、誘電体粒を含む金属膜を電極とする構造を有する光装置
【請求項１１】
伝搬光を近接場光へ変換するための装置の作製方法において、金属の微小粒子を含む接着剤に伝搬光の波長未満の寸法を有する誘電体粒を混合し、伝搬光の進行方向にその誘電体粒を少なくとも一つ以上重ね合わせて塗布し、焼結することにより、伝搬光を近接場光へ変換する構造である誘電体粒を含む金属膜を作製する方法。
【請求項１２】
伝搬光を近接場光へ変換するための装置の作製方法において、金属の微小粒子を含む接着剤に伝搬光の波長以上の寸法を有する誘電体粒を混合し、伝搬光の進行方向にその誘電体粒を少なくとも一つ以上重ね合わせて塗布し、焼結することにより、伝搬光を近接場光へ変換する構造である誘電体粒を含む金属膜を作製する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、伝搬光から近接場光に変換するための構造として誘電体粒を含む金属膜を有することを特徴とする、近接場光を使用した発光、受光およびそれら以外の光装置、およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常の光装置において寸法および集積は、回折限界という光波の伝播に由来する集光径の縮小限界のため、およそ光の波長以下にすることができない。
【０００３】
これに対して、近接場光を使用した発光、受光およびそれら以外の光装置はその出光および入光部に数百nmから数nmの微小開口を設けることによって、その微小開口から回折限界以下の寸法で近接場光を染み出すことができるため、光の回折限界を超えて光装置を縮小および集積することができる。
【０００４】
近接場光を発生させる微小開口の直径が数百から数nmであることから、従来技術では電子線を用いた微細パターンの形成、エッチング除去、もしくは収束イオンビームを用いた金属膜の直接加工が一般的である（非特許文献1参照）。
【非特許文献１】「Japanese Journal of Applied  Physics」第38号，L1327〜L1329頁，1999年発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術による近接場光を発生または検出するための装置、また、それらの製造方法では、例えば、電子線およびイオンビームを利用する場合、雰囲気を真空にする必要があり、同時に電子線およびイオンビームの制御機構が必要となるため、これらの装置は複雑で高価である。したがって、従来技術では近接場光を利用する装置の作製が困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従来技術において近接場光を利用する装置の作製に複雑で高価な装置が必要とされていたという問題点を克服するために、新たな近接場光を利用する装置とその製造方法を提供する。
【０００７】
伝搬光の進行方向に対して、一つの金属膜中で伝搬光の波長未満の寸法を有する誘電体粒を少なくとも一つ以上重ねあわせることによって、伝搬光を遮断し近接場光のみを取り出す構造を特徴とする装置により伝搬光を近接場光に変換する。
【０００８】
もしくは、伝搬光の進行方向に対して、一つの金属膜中で伝搬光の波長以上の寸法を有する誘電体粒を少なくとも一つ以上重ね合わせることによって、伝搬光を遮断し近接場光のみを取り出す構造を特徴とする装置により伝搬光を近接場光へ変換する。
【０００９】
これらの装置を発光、受光およびそれら以外の光装置に用いることにより、複雑で高価な装置を必要とせずに、伝搬光を近接場光に変換する光装置ができる。
【００１０】
伝搬光の進行方向に対して、一つの金属膜中で伝搬光の波長未満もしくは波長以上の寸法を有する誘電体粒を少なくとも一つ以上重ね合わせることによって、伝搬光を遮断し近接場光のみを取り出す構造を特徴とする伝搬光を近接場光へ変換する装置は、誘電体粒を含む金属膜を発光、受光およびそれら以外の光装置の電極として利用する構造をもつことができる。
【００１１】
とくに受光装置において、誘電体粒を含む金属膜をショットキー電極とする構造をもつことも可能である。伝搬光を近接場光に変換する装置またはその一部を利用する光装置の電極として利用することで、光装置の構造は簡単になり、結果として作製工程も簡略化される。
【００１２】
伝搬光を近接場光へ変換する装置を作製する方法は、伝搬光を近接場光へ変換する構造を有する誘電体粒を含む金属膜を形成するものである。
【００１３】
伝搬光を近接場光へ変換する構造を有する誘電体粒を含む金属膜の形成のために、まず、金属の微粒子を含む接着剤に伝搬光の波長未満の寸法をもつ誘電体粒を混ぜ合わせる。
【００１４】
あるいは、金属の微粒子を含む接着剤に伝搬光の波長以上の寸法をもつ誘電体粒を混合してもよい。
【００１５】
次に、誘電体粒を混合した金属微粒子入りの接着剤を、伝搬光の進行方向にその誘電体粒を少なくとも一つ以上重ね合わさるように塗布する。
【００１６】
最後に、混合された誘電体粒を伝搬光の進行方向に少なくとも一つ以上重ね合わせて塗布された、金属微粒子を含む接着剤を焼結する。以上により、伝搬光を近接場光へ変換する構造をもつ誘電体粒を含む金属膜が形成される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明装置は、電子線および収束イオンビームを用いた複雑で高価な加工装置を使用せずに、金属膜中の誘電体の直径によって制御された微小開口から、近接場光を発生させることができる。
【００１８】
また、微小開口を形成する誘電体粒を含む金属膜は、発光、受光およびそれら以外の光装置の電極として利用できるため、これら近接場光装置の作製工程を短縮することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を説明する。数nm以下の金属微粒子と伝搬光の波長以下もしくは波長以上の直径を有する誘電体粒を接着剤中で混合し、発光、受光およびそれら以外の光装置の入光部もしくは出光部に塗布した後に、金属微粒子を金属膜とするために焼結する。
【００２０】
発光装置の場合、その発光部に微小開口を形成することによって、近接場光の発生ができる。
【００２１】
受光装置の場合、その受光部に微小開口を形成することによって、近接場光の受光ができる。
【００２２】
それら以外の光装置の場合、その入光部・出光部に微小開口を形成することによって、近接場光の入光および出光ができる。
【００２３】
また、誘電体粒を含む金属膜は、近接場光と伝搬光を変換するだけではなく、発光、受光およびそれら以外の光装置の電極に利用できる。
【実施例】
【００２４】
本実施例では、発光装置である半導体レーザ、受光装置であるフォトダイオードに本発明を適用した例を示す。
【００２５】
発光装置として発振波長1550
nmの端面発光型半導体レーザを、金属微粒子として直径数nmの銀微粒子を、誘電体粒として伝搬光の波長1550 nmより小さな500 nm程度から波長1550 nmより大きな2000 nm程度の球状シリカを使用した。
【００２６】
球状シリカと銀微粒子の割合は、球状シリカ同士が接触するかもしくは非常に接近した状態にする必要がある。本実施例では銀微粒子入りの接着剤と球状シリカを重量比1:1で混合し、図1に示すように端面発光型半導体レーザ1のレーザ発光部3に塗布した。
【００２７】
その後、銀微粒子を膜にするため、温度230度で焼結した。図2に銀膜8に含まれる球状シリカ7の分布の模式図を示す。
【００２８】
微小開口から染み出す近接場光を検出するために、微小開口を形成した半導体レーザ端面2の発光部3に光ファイバプローブの先端を近づけながら光強度を測定した。図3に近接場光検出の一例を示すが、微小開口のごく近傍にのみ光強度は検出でき、距離が離れるにつれて急激に減少していることから、伝搬光を遮光しながら近接場光のみを発生させることができた。
【００２９】
受光装置として、図4に示す球状シリカ10を含む銀膜をショットキー電極9とするシリコンフォトダイオードを形成した。球状シリカ10を含む銀膜ショットキー電極9は、銀微粒子入りの接着剤と球状シリカを混合し、塗布し、焼結して作製した。
【００３０】
作製した銀膜をショットキー電極9とするショットキーダイオードの電圧電流特性から、ダイオード特性を確認した。
【００３１】
銀膜中に球状シリカ10を含んでいない場合に光を検出することは無かったが、銀膜中に球状シリカ10を含んでいる場合に光電流の発生を確認することができた。半導体レーザの実施例において、伝搬光の遮光が確認できていることから、近接場光のみの受光ができたといえる。
【００３２】
本実施例では半導体レーザとフォトダイオードについて説明したが、光ファイバおよび導波路等の光装置においても、図5に示すようにそれらの入光部および出光部において同様の構造を形成することによって、伝搬光を近接場光に変換できることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
近接場光を使用して光信号処理をおこなうナノフォトニックデバイスおよびそれらを組み合わせた光集積回路および光電子集積回路。近接場光を使用して試料の観察を行う近接場光学顕微鏡の光源。近接場光を使用して光記録媒体に対する記録再生を行う記録再生装置の光源および受光器。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】端面発光型半導体レーザへの実施例である。
【図２】半導体レーザ端面に作製した銀膜中の球状シリカの分布模式図である。
【図３】端面発光型半導体レーザにおける近接場光の発生例である。
【図４】球状シリカを含む銀膜をショットキー電極としたシリコンフォトダイオードの断面模式図である。
【図５】球状シリカを含む銀膜を有する光ファイバ端面の模式図である。
【符号の説明】
【００３５】
1 端面発光型半導体レーザ
2 半導体レーザ端面
3 レーザ発光部
4 球状シリカを含む銀膜
5 端面発光型半導体レーザ
6 レーザ発光層
7 球状シリカ
8 銀膜
9 銀膜ショットキー電極
10 球状シリカ
11 シリコン基板
12 銅板
13 インジウムオーミック電極
14 光ファイバ
15 クラッド
16 コア
17 球状シリカ
18 銀膜
【図１】
2007205779.tif 000003
【図２】
2007205779.tif 000004
【図３】
2007205779.tif 000005
【図４】
2007205779.tif 000006
【図５】
2007205779.tif 000007