【手続補正書】
【提出日】平成20年1月22日(2008.1.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
図１（ａ）は本発明の３次元周期構造の実施例１の要部概略図である。３次元周期構造１００は、ｘｙ平面を含む層１０１〜１０８の８層を基本周期として構成されている。図１（ｂ）は各層１０１〜１０８のｘｙ断面の一部の概略図を示す。第１の層１０１および第５の層１０５は、第１の媒質（高屈折率）によるｙ軸方向に延びる複数の角柱１０１ａおよび１０５ａが等間隔Ｐでｘ方向に配置されており、角柱１０１ａおよび１０５ａはｘ軸方向にＰ／２（間隔Ｐの半分）ずれた位置に配置されている。また、第３の層１０３および第７の層１０７は、第１の媒質によるｘ軸方向に延びる複数の角柱１０３ａおよび１０７ａが等間隔Ｐでｙ方向に配置されており、角柱１０３ａおよび１０７ａはｙ軸方向にＰ／２ずれた位置に配置されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
次に同様の３次元周期構造で、直方体１０２ａ、１０４ａ、１０６ａ、１０８ａのＸＹ断面における幅Ｗ１および角柱１０１ａ、１０３ａ、１０５ａ、１０７ａのＸＹ断面における幅Ｗを変化させることによって、直方体のＸＹ断面における幅を角柱のＸＹ断面における幅で割った値Ｗ１／Ｗが変化したときの、完全フォトニックバンドギャップ比の変化を図４に示す。図４は横軸に直方体のＸＹ断面における幅を角柱のＸＹ断面における幅で割った値Ｗ１／Ｗ、縦軸に完全フォトニックバンドギャップ比△ω／ω０を示している。同図にはダイヤモンドウッドパイル構造の完全フォトニックバンドギャップ比も示している。ダイヤモンドウッドパイル構造の完全フォトニックバンドギャップ比と比較すると、Ｗ１／Ｗの値を１．２１から２．５３の間の値とすることで、ダイヤモンドウッドパイル構造より良い性能が得られることが分かる。これは、付加層内の直方体が大きくなりすぎると、Ｚ方向に電界成分を有する電磁波に対して、第１の媒質、第２の媒質へのエネルギー集中の度合いが低下し、その結果フォトニックバンドギャップの幅が狭くなるからである。特に、Ｗ１／Ｗの値を１．３４から２．４５の間の値とすることで、Ｚ方向に電界成分を有する電磁波に対して第１の媒質、第２の媒質へのエネルギー集中の度合いをより適切にすることができる。また、同様の３次元周期構造において、すべての付加層内の直方体１０２ａ、１０４ａ、１０６ａ、１０８ａのＸＹ断面の一辺の長さＷ１およびＷ２（付加層内の直方体のＸＹ断面における各方向の長さのうち、いずれか一方の長さがＷ１であり、他方の長さがＷ２である）を変化させることによって、直方体のＸＹ断面の面積Ｗ１×Ｗ２が変化したときの完全フォトニックバンドギャップ比の変化を図５に示す。図５は、横軸に直方体のＸＹ断面における面積を角柱の交差領域の面積で割った値（Ｗ１×Ｗ２）／（Ｗ×Ｗ）、縦軸に完全フォトニックバンドギャップ比△ω／ω０を示している。図５で、ダイヤモンドウッドパイル構造の完全フォトニックバンドギャップ比と比較すると、直方体のＸＹ断面における面積を角柱の交差領域の面積で割った値（Ｗ１×Ｗ２）／（Ｗ×Ｗ）が１よりも大きいとき、すなわちＷ２／Ｗの値がＷ／Ｗ１の値よりも大きいときに、ダイヤモンドウッドパイル構造より広い完全フォトニックバンドギャップを実現できることが分かる。また、角柱のＷを変えることによって、角柱の交差領域の面積を変化させたときについても同様の結果が得られる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
さらに、同様の３次元周期構造で、直方体１０２ａ、１０４ａ、１０６ａ、１０８ａのＸＹ断面における幅Ｗ１および角柱１０１ａ、１０３ａ、１０５ａ、１０７ａのＸＹ断面における幅Ｗを変化させることによって、直方体のＸＹ断面における幅を角柱のＸＹ断面における幅で割った値Ｗ１／Ｗが変化したときの、完全フォトニックバンドギャップ比の変化を図６に示す。図６は横軸に直方体のＸＹ断面における幅を角柱のＸＹ断面における幅で割った値Ｗ１／Ｗ、縦軸に完全フォトニックバンドギャップ比△ω／ω０を示している。同図にはダイヤモンドウッドパイル構造の完全フォトニックバンドギャップ比も示している。図６よりダイヤモンドウッドパイル構造の完全フォトニックバンドギャップ比と比較すると、Ｗ１／Ｗの値が１．１６から２．３９の間の値であることの条件を満足することで高い性能が得られることが分かる。また、Ｗ１／Ｗの値が１．３３から２．１８の間の値であることの条件を満足することでより良い性能を得ることが出来る。また、同様の３次元周期構造で、付加層内の直方体１０２ａ、１０４ａ、１０６ａ、１０８ａのＸＹ断面における幅Ｗ１およびＷ２を変化させることによって、直方体のＸＹ断面における面積Ｗ１×Ｗ２が変化したときの完全フォトニックバンドギャップ比の変化を図７に示す。図７は横軸に直方体のＸＹ断面における面積を角柱の交差領域の面積で割った値（Ｗ１×Ｗ２）／（Ｗ×Ｗ）、縦軸に完全フォトニックバンドギャップ比△ω／ω０を示している。同図にはダイヤモンドウッドパイル構造の完全フォトニックバンドギャップ比も示している。本実施例は、図７より、ダイヤモンドウッドパイル構造の完全フォトニックバンドギャップ比と比較すると、直方体のＸＹ断面における面積を角柱の交差領域の面積で割った値（Ｗ１×Ｗ２）／（Ｗ×Ｗ）が１よりも大きいとき、すなわちＷ２／Ｗの値がＷ／Ｗ１の値よりも大きいときに、ダイヤモンドウッドパイル構造より広い完全フォトニックバンドギャップを実現できることが分かる。また、角柱の幅Ｗを変えることによって、角柱の交差領域の面積を変化させたときについても同様の結果が得られる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
以上のように、本実施例では、直方体３０２ａ、３０４ａ、３０６ａ、３０８ａ、３１０ａ、３１２ａ、３１４ａ、３１６ａのＸＹ断面における幅Ｗ１１、Ｗ１２および角柱のＸＹ断面における幅Ｗを適切に調整することで、従来提案されているウッドパイル構造およびダイヤモンドウッドパイル構造よりも広い完全フォトニックバンドギャップを実現することができる。なお各構造幅を制限する要因については、前記実施例１中で述べた理由と同様である。また、本実施例の３次元周期構造３００は、付加層の数を増加させる為に前記実施例１、２の構造よりもさらに広い完全フォトニックバンドギャップを得ることが出来る。なお、実施例１と同様に角柱、直方体、角柱の方向、間隔、構成する媒質の屈折率はこれに制限されるものではない。また、角柱を含む層の間に設けた３つの付加層中の直方体の持つ回転対称の角度は９０度に制限されるものではなく、さらに回転対称性を有しなくても良い。また、角柱を含む層の間に設けた付加層中の３つの直方体は、ｘｙ平面内において、異なる面積であっても良い。例えば、ｚ方向に順に面積が変化する３つの直方体を含む層からなる付加層であっても良い。また、より広い完全フォトニックバンドギャップを得るためには直方体を含む層を４層以上含ませるとよいが、作成プロセスが煩雑化するので目的によって選択すればよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
次に図１８に本発明の３次元周期構造を用いた機能素子の実施例４を示す。図１８（ａ）、（ｂ）は本発明による周期構造中に線状に周期欠陥（周期欠陥部）を配置した導波路４００の断面図を示したものである。本実施例は、線状の周期欠陥を設けることにより、周期構造が持つフォトニックバンドギャップ内の波長域中の一部の波長域の電磁波に対して、欠陥部のみ電磁波が存在できる状態にすることができ、低損失で急峻な曲げ角度を実現できる導波路を構成している。図１８（ａ）は本発明による３次元周期構造中の角柱を所定の領域除去し、直線状の導波路を構成したものの断面図、図２１（ｂ）は本発明による３次元周期構造中の角柱および直方体を所定の領域を除去し曲げ導波路を構成したものの断面図を示す。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
また、本実施例では、図１９に示した共振器内に活性媒質を充填し、共振器外部から電磁波や電流などでエネルギーを供給する（活性媒質を励起する）ことにより、非常に効率の高いレーザーやＬＥＤなどの発光素子を実現している（レーザー発振する発光素子を実現することができる）。発光作用を呈する活性媒質としては、化合物半導体、無機発光材料、有機発光材料、高分子発光材料、量子ドット、ナノクリスタルなど様々な材料を利用することができる。例えば、前記共振器の共振波長を赤外光通信波長帯域（８００ｎｍ−１８００ｎｍ）に対応させることで光通信用光源に用いることができ、光の三原色である赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）に対応させることで画像表示装置用光源に用いることができ、またＣＤやＤＶＤなどの光ディスクのピックアップ用光源に用いることができる。なお、図１８（ａ）、（ｂ）に示した導波路や図１９に示した共振器、発光素子、フォトニックバンド内の分散異常を用いた偏向素子などの様々な機能素子を組み合わせることで、超小型高機能集積回路を実現することができる。なお、図１８（ａ）、（ｂ）、図１９に示した実施例では、基礎構造として、図１で示した３次元周期構造を用いたが、図８に示したような構造や図１４に示したような構造を用いても良い。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
図２０（ａ）、（ｂ）に示すように、基板５０１上に、第１の媒質によるｙ軸に平行でかつ間隔Ｐに配置された角柱５１１を含み、角柱５１１以外の領域５１２を第２の媒質により充填された２次元周期構造５１０を有する層を形成する。次に図２０（ｃ）、（ｄ）に示すように、ｘｙ方向に間隔Ｐで配置された第１の媒質による直方体５２１を含み、直方体５２１以外の領域５２２を第２の媒質により充填された２次元周期構造５２０を有する層を形成する。次に図２０（ｅ）、（ｆ）に示すように、第１の媒質によるｘ軸に平行でかつ間隔Ｐに配置された角柱５３１を含み、角柱５３１以外の領域５３２を第２の媒質により充填された２次元周期構造５３０を有する層を形成する。次に図２０（ｇ）、（ｈ）に示すように、ｘｙ方向に間隔Ｐで配置された第１の媒質による直方体５４１を含み、直方体５４１以外の領域５４２を第２の媒質により充填された２次元周期構造５４０を有する層を形成する、次に図２０（ｉ）、（ｊ）に示すように、第１の媒質によるｙ軸に平行でかつ間隔Ｐで角柱５１１とはｘ軸方向にＰ／２ずれた位置に配置された角柱５５１を含み、角柱５５１以外の領域５５２を第２の媒質により充填された２次元周期構造５５０を有する層を形成する。このように角柱を含む２次元周期構造を有する層と直方体を含む２次元周期構造を有する層を交互に形成し、順次積層していくことにより図２０（ｋ）に示すように３次元周期構造の基本周期を作製することができ、さらに本工程を繰り返すことにより基本周期の構造を複数積層することで、完全フォトニックバンドギャップの広い３次元周期構造を作製することができる。