【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】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトニックバンドギャップを呈する３次元周期構造であって、
複数の柱状構造が所定の間隔を空けて配列された第１の層と、
該第１の層の前記柱状構造とは異なる方向に延びる複数の柱状構造が、所定の間隔を空けて配列された第２の層と、
該第１の層の前記柱状構造と同じ方向に延びる複数の柱状構造が、所定の間隔を空けて配列された第３の層と、
該第２の層の前記柱状構造と同じ方向に延びる複数の柱状構造が、所定の間隔を空けて配列された第４の層と、
前記４つの層の各層に平行な面内において離散的に配置された離散構造を含む層を１層含む付加層を有し、
該第１の層から該第４の層が各層の間にそれぞれ該付加層を介して順次積層され、
該第１の層と該第３の層に含まれる柱状構造が、相互に該柱状構造の延びる方向と垂直な方向に前記所定の間隔の半分ずれるように積層され、
該第２の層と該第４の層に含まれる柱状構造が、相互に該柱状構造の延びる方向と垂直な方向に前記所定の間隔の半分ずれるように積層され、
該付加層に含まれる離散構造は該柱状構造の交点に相当する位置に配置され、
前記各層に平行な平面内における該離散構造の面積は該柱状構造の交差領域の面積より大きいことを特徴とする３次元周期構造。
【請求項２】
フォトニックバンドギャップを呈する３次元周期構造であって、
複数の柱状構造が所定の間隔を空けて配列された第１の層と、
該第１の層の前記柱状構造とは異なる方向に延びる複数の柱状構造が、所定の間隔を空けて配列された第２の層と、
該第１の層の前記柱状構造と同じ方向に延びる複数の柱状構造が、所定の間隔を空けて配列された第３の層と、
該第２の層の前記柱状構造と同じ方向に延びる複数の柱状構造が、所定の間隔を空けて配列された第４の層と、
前記４つの層の各層に平行な面内において離散的に配置された離散構造を含む層を２層以上含む付加層を有し、
該第１の層から該第４の層が各層の間にそれぞれ該付加層を介して順次積層され、
該第１の層と該第３の層に含まれる柱状構造が、相互に該柱状構造の延びる方向と垂直な方向に前記所定の間隔の半分ずれるように積層され、
該第２の層と該第４の層に含まれる柱状構造が、相互に該柱状構造の延びる方向と垂直な方向に前記所定の間隔の半分ずれるように積層され、
該付加層に含まれる離散構造は該柱状構造の交点に相当する位置に配置されることを特徴とする３次元周期構造。
【請求項３】
前記付加層に平行な平面内における前記離散構造の面積は前記柱状構造の交差領域の面積より大きいことを特徴とする請求項２に記載の３次元周期構造。
【請求項４】
前記付加層は、該付加層に平行な面内において、前記第１の層に含まれる柱状構造の延びる方向の長さと、前記第２の層に含まれる柱状構造の延びる方向の長さが等しい離散構造を含む層を含むことを特徴とする請求項１乃至３に記載の３次元周期構造。
【請求項５】
前記付加層は、該付加層に平行な面内において、前記第１の層に含まれる柱状構造の延びる方向の長さと、前記第２の層に含まれる柱状構造の延びる方向の長さのうち、該離散構造を含む層に隣接する前記柱状構造を含む層に含まれる柱状構造の延びる方向の長さが長い離散構造を含む層を含むことを特徴とする請求項２または３に記載の３次元周期構造。
【請求項６】
前記柱状構造を構成する媒質と、前記付加層に含まれる離散構造を構成する媒質は同じ屈折率を有することを特徴とする請求項１乃至５に記載の３次元周期構造。
【請求項７】
前記付加層は、前記柱状構造を構成する媒質とは異なる屈折率を有する媒質で構成された離散構造を含む層を含むことを特徴とする請求項１乃至５に記載の３次元周期構造。
【請求項８】
前記付加層に含まれる離散構造を構成する媒質は、全て同じ屈折率を有する媒質で構成されていることを特徴とする請求項７に記載の３次元周期構造。
【請求項９】
前記付加層中の離散構造を構成する媒質は、前記柱状構造を構成する媒質の屈折率よりも高い屈折率を有することを特徴とする請求項７に記載の３次元周期構造。
【請求項１０】
前記第１の層に含まれる柱状構造の延びる方向と、前記第２の層に含まれる柱状構造の延びる方向の成す角度は９０度であることを特徴とする請求項１乃至９に記載の３次元周期構造。
【請求項１１】
請求項１乃至１０に記載の３次元周期構造を複数積層した構造を含み、該構造は線状の周期欠陥部を有し、該周期欠陥部は導波路として機能することを特徴とする機能素子。
【請求項１２】
請求項１乃至１０に記載の３次元周期構造を複数積層した構造を含み、該構造は孤立した周期欠陥部を有し、該周期欠陥部は共振器として機能することを特徴とする機能素子。
【請求項１３】
前記周期欠陥部に発光作用を呈する活性媒質を有する請求項１２に記載の機能素子と該活性媒質を励起する励起手段とを有することを特徴とする発光素子。
【請求項１４】
レーザー発振することを特徴とする請求項１３に記載の発光素子。
【手続補正２】
【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（第１の軸）方向に延びる複数の柱状構造１０１ａおよび１０５ａが等間隔（ピッチ）Ｐでｘ方向に配置されており、柱状構造１０１ａおよび１０５ａはｘ軸方向にＰ／２（ピッチ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（第２の軸）方向に延びる複数の柱状構造１０３ａおよび１０７ａが等間隔（ピッチ）Ｐでｙ方向に配置されており、柱状構造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３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
なお、本実施例では、第１の層１０１〜第８の層１０８を基本構成としたが、第１の層１０１と第３の層１０３との間に、離散構造を含む層を１層以上含む付加層を設け、全体として３層若しくは３層以上の層を基本構成としても良い
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
次に本発明の３次元周期構造を用いた機能素子の実施例４を示す。図９（ａ）、（ｂ）は本発明の３次元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を有した機能素子の断面図である。本実施例では、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９（ａ）は本発明の３次元周期構造中の柱状構造を所定の領域だけ除去し直線状の導波路を構成したものの断面図、図９（ｂ）は本発明の３次元周期構造中の柱状構造および離散構造を所定の領域だけ除去し曲げ導波路を構成したものの断面図を示す。線状周期欠陥は、柱状構造部のみでなく、導波波長域など所望の性能の導波路となるように、離散構造部や両構造部を除去、あるいは位置をずらすなどして形成する。これにより、基礎となる周期構造部が広いフォトニックバンドギャップ帯域を有するため、従来の構造を用いたものより、広い波長帯域で動作する導波路を実現することができる。
【手続補正５】
【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】
本実施例において、図１０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）。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出きる。なお、図９（ａ）、（ｂ）に示した導波路や図１０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。また、図９（ａ）、（ｂ）、図１０に示した実施例では、基礎構造として、図１（ａ）、（ｂ）で示した周期構造を用いたが、図５（ａ）、（ｂ）に示したような構造や図７（ａ）、（ｂ）に示したような構造またはそれ以外の３次元周期構造を用いても良い。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
このように柱状構造を含む２次元周期構造を有する層と離散構造を含む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１１（ｋ）に示すように３次元周期構造の基本周期を作製し、さらに本工程を繰り返すことにより、図１（ａ）に示すような、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している。２次元周期構造は、干渉露光法、ナノインプリント法、超短パルス光による多光子吸収過程を用いた方法や、電子ビーム露光、近接場露光などリソグラフィ技術を用いた方法などで作製し、さらにウェハ融着法などで積層することで３次元周期構造を作製する。