JP3449698B2 - Photonic crystal structure and fabrication method - Google Patents
Photonic crystal structure and fabrication methodInfo
- Publication number
- JP3449698B2 JP3449698B2 JP2000059927A JP2000059927A JP3449698B2 JP 3449698 B2 JP3449698 B2 JP 3449698B2 JP 2000059927 A JP2000059927 A JP 2000059927A JP 2000059927 A JP2000059927 A JP 2000059927A JP 3449698 B2 JP3449698 B2 JP 3449698B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photonic crystal
- dimensional
- dimensional photonic
- crystal structure
- periodic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はフォトニック結晶構造及
び作製法、さらに詳細には光情報処理、光伝送等に用い
られるレーザ、光導波路、光集積回路等の様々な光デバ
イス等を構成する基本構造及びその作製法に関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention constitutes a photonic crystal structure and a manufacturing method, more specifically, various optical devices such as lasers, optical waveguides and optical integrated circuits used for optical information processing, optical transmission and the like. The present invention relates to a basic structure and a manufacturing method thereof.
【0002】[0002]
【従来技術】誘電体周期構造中では光は周期的摂動を受
け、周波数の分散関係が結晶中の電子のバンド構造と同
様なバンド構造をとることが知られており、このような
誘電体周期構造はフォトニック結晶と呼ばれている。フ
ォトニック結晶中の光の伝搬はバンド構造によって決定
されるため、結晶構造や周期的摂動の大きさを制御する
ことにより、その光学的性質を自由に設計することが可
能である。2. Description of the Related Art It is known that light is periodically perturbed in a dielectric periodic structure and that the frequency dispersion has a band structure similar to that of electrons in a crystal. The structure is called a photonic crystal. Since the propagation of light in a photonic crystal is determined by the band structure, its optical properties can be freely designed by controlling the crystal structure and the magnitude of periodic perturbation.
【0003】このようなフォトニック結晶の有用性はは
じめ1987年にYablonovitchにより、3
次元的にバンドギャップが開いたフォトニック結晶(フ
ォトニックバンドギャップ材料)を用いて光を完全に閉
じ込めることができるという指摘(E.Yablono
vitch,Phys.Rev.Lett.58205
9(1987))により注目されるようになった。The usefulness of such a photonic crystal was first described by Yablonovitch in 1987.
It has been pointed out that light can be completely confined by using a photonic crystal (photonic bandgap material) having a three-dimensionally open bandgap (E. Yablono).
vitch, Phys. Rev. Lett. 58205
9 (1987)).
【0004】3次元フォトニック結晶はサブミクロンの
3次元周期構造であるため作製が簡単ではないが、今ま
でにいくつかの方法が提案され作製の試みが行われてい
る。Although the three-dimensional photonic crystal has a submicron three-dimensional periodic structure and is not easy to manufacture, several methods have been proposed and attempts have been made so far.
【0005】代表的な2種類の3次元フォトニック結晶
作製法を説明する。図15の構造は一定間隔で並んだロ
ッド1を位相を半周期だけずらしながら90度回転して
重ねていくことにより形成される積み木状の構造であ
る。この構造はマイクロマシン技術を応用した方法(S
−Y.Lin et al.,Nature394,2
51(1998))やウエハ張り付けを繰り返す方法
(S.Noda et al.IEEE J.Ligh
twave Technol.LT17,1948(1
999))によって作製が試みられているが、作製工程
は複雑でかつ工程数が多く、各工程において正確な位置
合わせが必要であるために、まだ十分な大きさの結晶は
作られていない。Two typical three-dimensional photonic crystal manufacturing methods will be described. The structure shown in FIG. 15 is a block-like structure formed by stacking rods 1 arranged at regular intervals by rotating them 90 degrees while shifting their phases by a half cycle. This structure is a method (S
-Y. Lin et al. , Nature394, 2
51 (1998)) and a method of repeating wafer attachment (S. Noda et al. IEEE J. Light).
twew Technol. LT17, 1948 (1
999)), an attempt has been made to produce crystals, but since the production process is complicated and the number of processes is large, and accurate alignment is required in each process, crystals of sufficient size have not yet been produced.
【0006】これと異なる作製法として、はじめに図1
6(a)に示す2次元周期溝2を作製した基板3上に交
互に誘電率の異なる層4、4’を積層することにより図
16(b)に示す3次元周期構造を作製する、という方
法がある。この方法自体はYablonovitchが
1987年の前述の論文で指摘していたが、通常の積層
条件を用いると表面5の平坦化が速やかに起こるために
実際に作製される構造は図17のようになってしまい、
3次元周期構造はこの方法では作製できない。As a manufacturing method different from this, first, referring to FIG.
It is said that the three-dimensional periodic structure shown in FIG. 16 (b) is produced by alternately laminating layers 4 and 4'having different dielectric constants on the substrate 3 having the two-dimensional periodic groove 2 shown in FIG. 6 (a). There is a way. This method itself was pointed out by Yablonovitch in the above-mentioned paper of 1987, but when the normal lamination conditions are used, the surface 5 is rapidly planarized, so that the structure actually produced is as shown in FIG. And
A three-dimensional periodic structure cannot be produced by this method.
【0007】しかし、その後バイアススパッタの特定の
モードを用いることにより基板の凹凸を保存する形状保
存モード(自已クローニングモード)が見つかり、これ
を用いた3次元周期構造の作製が報告された(S.Ka
wakami,Electronics Letter
s 33,1260,1997)。2次元周期構造6が
形成された基板7(図18の(a))上に、この形状保
存モードで交互多層膜8の積層を行うと図18の(b)
に示すようにはじめの基板7の2次元周期構造6を保存
した形状の交互多層膜8が形成される。この方法による
3次元周期構造の形成プロセスを具体的に説明する。However, after that, a shape-preserving mode (automatic cloning mode) for preserving the irregularities of the substrate was found by using a specific mode of bias sputtering, and the fabrication of a three-dimensional periodic structure using this was reported (S. Ka
wakami, Electronics Letter
s 33, 1260, 1997). When the alternate multilayer film 8 is stacked in this shape preservation mode on the substrate 7 ((a) of FIG. 18) on which the two-dimensional periodic structure 6 is formed, (b) of FIG.
As shown in FIG. 5, the alternating multilayer film 8 having the shape in which the two-dimensional periodic structure 6 of the substrate 7 is preserved is formed. The process of forming the three-dimensional periodic structure by this method will be specifically described.
【0008】まず、2次元周期穴構造をリソグラフィ及
びドライエッチング加工により形成し、この2次元周期
構造の上にSi/SiO2の交互積層構造を自已クロー
ニングモードにより積層することにより3次元周期構造
が作製される。40層以上の積層においても表面平坦化
が起こらず、形状保存が保たれていることが既に確認さ
れている。First, a three-dimensional periodic structure is formed by forming a two-dimensional periodic hole structure by lithography and dry etching and stacking an alternating laminated structure of Si / SiO 2 on this two-dimensional periodic structure by an auto cloning mode. It is made. It has already been confirmed that the flattening of the surface does not occur even in the lamination of 40 layers or more and the shape preservation is maintained.
【0009】この方法は、先にあげた方法に比べて遥か
に作製プロセスが単純であり、大きな膜厚の3次元フォ
トニック結晶を比較的容易に作製することができる、と
いう特徴がある。しかし、この方法で作製される構造は
積層方向には大きなギャップが開くが、全ての方向にバ
ンドギャップを開かせることが困難であるという問題が
ある。This method has a feature that the manufacturing process is far simpler than that of the above-mentioned method, and a three-dimensional photonic crystal having a large film thickness can be manufactured relatively easily. However, the structure manufactured by this method has a problem that it is difficult to open the band gap in all directions, although a large gap opens in the stacking direction.
【0010】一方、2次元フォトニック結晶は、図19
の(a)、(b)、(c)に示すようにリソグラフィに
よるマスクパターン9を用いて垂直性の良いドライエッ
チングで転写することにより作製可能であり、3次元フ
ォトニック結晶に比べると作製は容易である。すなわち
リソグラフィによるマスクパターン9を作製し(図19
の(a))、垂直にエッチングして垂直穴10を形成す
る(図19の(b))とともに、マスクパターン9を除
去して、図19の(c)の2次元フォトニック結晶を得
る。なお図19(a)、(b)は結晶の側面図、図19
(c)の上図は側面図、下図は平面図である。On the other hand, the two-dimensional photonic crystal is shown in FIG.
As shown in (a), (b), and (c), it can be produced by transferring by dry etching with good verticality using a mask pattern 9 by lithography, and is produced in comparison with a three-dimensional photonic crystal. It's easy. That is, a mask pattern 9 is formed by lithography (see FIG.
(A)), the vertical hole 10 is formed by vertical etching (FIG. 19 (b)), and the mask pattern 9 is removed to obtain the two-dimensional photonic crystal of FIG. 19 (c). 19 (a) and 19 (b) are side views of the crystal.
The upper view of (c) is a side view, and the lower view is a plan view.
【0011】以上のような方法で2次元及び3次元のフ
ォトニック結晶を作製する試みが行われているが、フォ
トニック結晶をデバイス応用する場合には以上のような
無欠陥の結晶構造だけでは機能を持たせることができな
い。機能を持たせてデバイス動作させるためには、フォ
トニック結晶中に構造欠陥を人為的に導入する必要があ
る。Attempts have been made to fabricate two-dimensional and three-dimensional photonic crystals by the above-mentioned method. However, when the photonic crystal is applied to a device, the above defect-free crystal structure alone is sufficient. It cannot have a function. In order to have a function and operate the device, it is necessary to artificially introduce structural defects into the photonic crystal.
【0012】バンドギャップが開いたフォトニック結晶
中に線欠陥を作製するとその部分には光が伝播可能な導
波路11が形成され(図20の(a))、点欠陥を作製
するとその部分に光が閉じ込められて共振器12が形成
される(図20の(b))。When a line defect is formed in a photonic crystal with an open band gap, a waveguide 11 capable of propagating light is formed in that part (FIG. 20 (a)), and when a point defect is formed, it is formed in that part. The light is confined to form the resonator 12 ((b) of FIG. 20).
【0013】このようにして形成される導波路11や共
振器12では、欠陥部分を光が侵入を許されないフォト
ニック結晶が取り囲んでいることにより、光の閉じ込め
が実現されており、通常の光導波路11や光共振器12
に比べて著しく強い閉じ込めが実現できる。In the waveguide 11 and the resonator 12 formed in this way, the defective portion is surrounded by a photonic crystal which is not allowed to enter light, so that light confinement is realized, and a normal light guide is performed. Waveguide 11 and optical resonator 12
Remarkably stronger confinement can be realized compared to.
【0014】図20の(c)に示すような2次元正方格
子フォトニック結晶中の単一欠陥導波路11に波長オー
ダーの曲げ半径の直角曲げを設けた場合に、曲げ部13
における散乱損失及び反射損失を殆どゼロにできること
が数値計算により示されている(Mekis et a
l.Phys.Rev.Lett.77,3787(1
996))。このようなフォトニック結晶中の欠陥によ
る導波路や共振器により光回路を構成した場合には、そ
れぞれの大きさを波長オーダーにできるため、回路のサ
イズを著しく小型化することができる。In the case where the single defect waveguide 11 in the two-dimensional square lattice photonic crystal as shown in FIG.
Numerical calculations have shown that the scattering loss and the reflection loss can be almost zero (Mekis et a.
l. Phys. Rev. Lett. 77, 3787 (1
996)). When an optical circuit is configured by a waveguide or a resonator due to such a defect in the photonic crystal, each size can be on the order of wavelength, and therefore the size of the circuit can be significantly reduced.
【0015】このような光回路の小型化を目指した場
合、3次元フォトニック結晶は無欠陥の周期構造を作製
すること自体が難しいため複雑な欠陥を含む回路構成を
実現するのは技術的に非常に困難である。When aiming at miniaturization of such an optical circuit, it is technically difficult to realize a circuit configuration including a complicated defect because it is difficult to produce a defect-free periodic structure of a three-dimensional photonic crystal. Very difficult.
【0016】一方、通常電子デバイスでも光デバイスで
も集積回路は2次元面内で閉じていることが多いことか
ら、回路構成自体は2次元フォトニック結晶で実現可能
である。2次元フォトニック結晶は3次元フォトニック
結晶に比べてかなり作製が容易であり、欠陥を導入する
のもそれほど困難ではない。以上のような理由により、
現状では多くの場合2次元フォトニック結晶を用いて導
波路や共振器の研究が行われている。On the other hand, an integrated circuit, which is usually an electronic device or an optical device, is often closed in a two-dimensional plane. Therefore, the circuit configuration itself can be realized by a two-dimensional photonic crystal. The two-dimensional photonic crystal is considerably easier to manufacture than the three-dimensional photonic crystal, and it is not so difficult to introduce defects. For the above reasons
At present, waveguides and resonators are mostly researched using two-dimensional photonic crystals.
【0017】Mekis等の数値計算では理想的な2次
元系で計算を行っており、これは無限に長い2次元フォ
トニック結晶14の場合に相当する(図21)。しか
し、現実的には2次元フォトニック結晶はドライエッチ
ング等の加工技術で作製するために2次元面に垂直方向
の長さはたかだか波長の数倍程度が上限であり、無限に
長いフォトニック結晶とはみなすことができない。In the numerical calculation of Mekis et al., The calculation is performed in an ideal two-dimensional system, which corresponds to the case of the infinitely long two-dimensional photonic crystal 14 (FIG. 21). However, in reality, since the two-dimensional photonic crystal is manufactured by a processing technique such as dry etching, the maximum length in the direction perpendicular to the two-dimensional surface is at most several times the wavelength, and the photonic crystal is infinitely long. Cannot be regarded as
【0018】そのような有限厚さのフォトニック結晶で
有効に回路を作るためには上下の閉じ込め構造をどうす
るかが非常に重要である。実際にこれまで作製されてき
た2次元フォトニック結晶では2次元フォトニック結晶
14の上下を空気やSiO2等の低屈折率材料15で挟
んだスラブ型の構成をとっている場合が多い(図2
2)。なお、16は半導体基板である。In order to effectively form a circuit with such a finite thickness photonic crystal, it is very important how to deal with the upper and lower confinement structures. In many cases, the two-dimensional photonic crystal that has been actually manufactured has a slab structure in which the upper and lower sides of the two-dimensional photonic crystal 14 are sandwiched by air and a low refractive index material 15 such as SiO 2 (see FIG. Two
2). In addition, 16 is a semiconductor substrate.
【0019】単純な直線導波路ではこのスラブ型の2次
元フォトニック結晶中に損失の無い導波モードが存在し
うるが、曲げ導波路の場合には最も放射損失が深刻な2
次元面内への損失は防げるが2次元面から外れた斜方向
に放射損失が生じてしまう。この問題は点欠陥で構成さ
れた共振器の場合も同じで、斜め上面への漏れが生じる
ために共振器としての性能が低下してしまう。In a simple straight waveguide, a lossless waveguide mode may exist in this slab type two-dimensional photonic crystal, but in the case of a bent waveguide, the radiation loss is the most serious.
Although it is possible to prevent the loss in the dimensional plane, radiation loss occurs in an oblique direction deviating from the two-dimensional plane. This problem is the same in the case of a resonator composed of point defects, and the performance as a resonator is deteriorated due to leakage to the obliquely upper surface.
【0020】[0020]
【本発明が解決しようとする問題点】本発明は、フォト
ニック結晶で光回路を構成する場合に3次元フォトニッ
ク結晶のみでは回路を作り込むことが困難であり、2次
元フォトニック結晶では閉じ込めが不十分になるという
問題点を解決する。SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, when an optical circuit is composed of a photonic crystal, it is difficult to build a circuit with only a three-dimensional photonic crystal, and a two-dimensional photonic crystal is confined. Solves the problem that is insufficient.
【0021】[0021]
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明によるフォトニック結晶構造は、第一の3次
元フォトニック結晶、2次元フォトニック結晶、第二の
3次元フォトニック結晶を積層した構造を有することを
特徴とする。In order to solve the above problems, the photonic crystal structure according to the present invention comprises a first three-dimensional photonic crystal, a two-dimensional photonic crystal and a second three-dimensional photonic crystal. It is characterized by having a laminated structure.
【0022】また、本発明によるフォトニック結晶構造
の作製法は、2次元周期構造を形成した基板上に、2種
類以上の屈折率の異なる材料を交互積層することにより
形成した3次元フォトニック結晶構造を形成する工程、
リソグラフィにより2次元の周期構造の加工を施して2
次元フォトニック結晶構造を形成する工程、続いてこの
2次元周期構造の上に2種類以上の屈折率の異なる材料
を交互積層することにより形成した3次元フォトニック
結晶構造を形成することを特徴とする。Further, the method for producing a photonic crystal structure according to the present invention is a three-dimensional photonic crystal formed by alternately laminating two or more kinds of materials having different refractive indexes on a substrate having a two-dimensional periodic structure. Forming a structure,
By processing the two-dimensional periodic structure by lithography, 2
A step of forming a three-dimensional photonic crystal structure, and subsequently forming a three-dimensional photonic crystal structure formed by alternately laminating two or more kinds of materials having different refractive indexes on the two-dimensional periodic structure. To do.
【0023】さらに本発明による第二のフォトニック結
晶構造の作製法は、第一の基板上に、リソグラフィによ
り2次元の周期構造の加工を施して、表裏面に2次元周
期構造を形成した2次元フォトニック結晶構造を形成す
る工程、この表面の2次元周期構造上に2種類以上の屈
折率の異なる材料を交互積層することにより3次元フォ
トニック結晶構造形成する工程、この3次元フォトニッ
ク結晶構造上に、第二の基板を設ける工程、前記第一の
基板を除去する工程、前記2次元フォトニック結晶構造
の裏面の2次元周期構造に2種類以上の屈折率の異なる
材料を交互積層することにより3次元フォトニック結晶
構造形成する工程、を含むことを特徴とする。Further, in the second method for producing a photonic crystal structure according to the present invention, a two-dimensional periodic structure is formed on the first substrate by processing a two-dimensional periodic structure on the first substrate by lithography. Forming a three-dimensional photonic crystal structure, forming a three-dimensional photonic crystal structure by alternately laminating two or more kinds of materials having different refractive indexes on the two-dimensional periodic structure on the surface, the three-dimensional photonic crystal The step of providing a second substrate on the structure, the step of removing the first substrate, and the two-dimensional periodic structure on the back surface of the two-dimensional photonic crystal structure are alternately laminated with two or more kinds of materials having different refractive indexes. Thereby forming a three-dimensional photonic crystal structure.
【0024】本発明では、図1に示すような2次元フォ
トニック結晶14を3次元フォトニック結晶17で挟み
込んだ構造を作製する。この図で2次元フォトニック結
晶14がコアとなり、3次元フォトニック結晶17は光
を閉じ込めるためのクラッドとなる。この構造では光は
基本的に2次元フォトニック結晶部に閉じ込められ、光
回路は2次元フォトニック結晶部に作製する。従って欠
陥等の複雑な構造は全て2次元フォトニック結晶部に作
りこまれ、3次元フォトニック結晶部は単純な無欠陥周
期構造をとる。3次元フォトニック結晶中に欠陥を作る
必要がないため作製プロセスは比較的簡単になる。In the present invention, a structure in which the two-dimensional photonic crystal 14 as shown in FIG. 1 is sandwiched by the three-dimensional photonic crystals 17 is produced. In this figure, the two-dimensional photonic crystal 14 serves as a core, and the three-dimensional photonic crystal 17 serves as a clad for confining light. In this structure, light is basically confined in the two-dimensional photonic crystal part, and the optical circuit is formed in the two-dimensional photonic crystal part. Therefore, all complicated structures such as defects are created in the two-dimensional photonic crystal portion, and the three-dimensional photonic crystal portion has a simple defect-free periodic structure. The fabrication process is relatively simple because it is not necessary to create defects in the three-dimensional photonic crystal.
【0025】また、回路は2次元面内に作製されるた
め、この2次元面内に最も大きなギャップが開いている
必要があるが、この構成ではこの方向には2次元フォト
ニック結晶による大きなギャップが開いている。3次元
フォトニック結晶はフルバンドギャップを持っているこ
とが望ましいが、必ずしもそれが必要では無い。特に2
次元面内方向には2次元フォトニック結晶によって放射
が抑制されているので、3次元フォトニック結晶として
ギャップが開いている必要はない。Since the circuit is formed in a two-dimensional plane, the largest gap must be opened in this two-dimensional plane. In this structure, a large gap due to the two-dimensional photonic crystal is formed in this direction. Is open. It is desirable that the three-dimensional photonic crystal has a full band gap, but it is not always necessary. Especially 2
Since the radiation is suppressed by the two-dimensional photonic crystal in the in-plane direction, it is not necessary to open the gap as the three-dimensional photonic crystal.
【0026】また、曲げ導波路等で問題になる2次元面
に対して斜め方向への放射損失に関しては、3次元フォ
トニック結晶が2次元面から外れた方向には大きなギャ
ップを持っていることから、この放射損失を抑制するこ
とができる。Regarding the radiation loss in the oblique direction with respect to the two-dimensional surface, which is a problem in the bending waveguide, etc., the three-dimensional photonic crystal has a large gap in the direction deviating from the two-dimensional surface. Therefore, this radiation loss can be suppressed.
【0027】本発明では3次元フォトニック結晶部をバ
イアススパッタの自已クローニングモードにより作製
し、2次元フォトニック結晶部をリソグラフィとエッチ
ングにより作製する。In the present invention, the three-dimensional photonic crystal part is produced by the self-cloning mode of bias sputtering, and the two-dimensional photonic crystal part is produced by lithography and etching.
【0028】作製工程として実施例に示すように3次元
フォトニック結晶、2次元フォトニック結晶、3次元フ
ォトニック結晶の順番で作製する場合と2次元フォトニ
ック結晶、3次元フォトニック結晶、3次元フォトニッ
ク結晶の順番で作製する場合が考えられるが、いずれの
場合においても2次元フォトニック結晶上に3次元フォ
トニック結晶を作製する工程が最も技術的に難しい。As a manufacturing process, as shown in the embodiment, a three-dimensional photonic crystal, a two-dimensional photonic crystal and a three-dimensional photonic crystal are manufactured in this order, and a two-dimensional photonic crystal, a three-dimensional photonic crystal and a three-dimensional photonic crystal. Although it may be considered that photonic crystals are produced in this order, in any case, the process of producing a three-dimensional photonic crystal on a two-dimensional photonic crystal is technically the most difficult.
【0029】ところがここで用いるバイアススパッタの
自己クローニングモードによる3次元フォトニック結晶
作製法では、下地の2次元フォトニック結晶の周期を鋳
型にして3次元フォトニック結晶が作製されるため工程
が非常に単純化される。しかも、その過程で2次元フォ
トニック結晶の孔が埋まらずに3次元フォトニック結晶
部が積層することが可能であり、また2次元フォトニッ
ク結晶部に導波路等の欠陥を作っても、上に作製される
3次元フォトニック結晶は均一な無欠陥のフォトニック
結晶になるという特徴がある。However, in the method for producing a three-dimensional photonic crystal by the self-cloning mode of bias sputtering used here, the three-dimensional photonic crystal is produced by using the period of the underlying two-dimensional photonic crystal as a template, and thus the process is very difficult. To be simplified. Moreover, it is possible to stack the three-dimensional photonic crystal portion without filling the holes of the two-dimensional photonic crystal in the process, and even if a defect such as a waveguide is made in the two-dimensional photonic crystal portion, The three-dimensional photonic crystal produced in step 1 is characterized by being a uniform defect-free photonic crystal.
【0030】[0030]
【実施例】以下、図面を用いて本発明のフォトニック結
晶構造作製の実施例を説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the photonic crystal structure fabrication of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0031】[0031]
【実施例1】図2から図6に第1の実施例における本発
明のフォトニック結晶作製工程を示す。はじめの図2か
ら図4までは従来報告されているのと同じバイアススパ
ッタの自己クローニングモードによる3次元フォトニッ
ク結晶作製プロセスである。[Embodiment 1] FIGS. 2 to 6 show a photonic crystal manufacturing process of the present invention in a first embodiment. First, FIGS. 2 to 4 show the same three-dimensional photonic crystal manufacturing process by the self-cloning mode of bias sputtering as has been conventionally reported.
【0032】まずSi基板18上に電子ビーム露光によ
りレジストパターンを作製し、これをマスクとしてドラ
イエッチングを行いSi基板上に2次元周期構造6を作
製する(図2)。First, a resist pattern is formed on the Si substrate 18 by electron beam exposure, and dry etching is performed using this as a mask to form the two-dimensional periodic structure 6 on the Si substrate (FIG. 2).
【0033】続いてこの溝構造の上にバイアススパッタ
によりSi層81とSiO2層82の交互多層膜8を積
層する。ここで自已クローニングモードを用いることに
よりはじめの2次元周期構造が積層過程で保存され、結
果として図に示すような3次元周期構造が形成される
(図3)。Subsequently, an alternate multilayer film 8 of a Si layer 81 and a SiO 2 layer 82 is laminated on this groove structure by bias sputtering. Here, by using the self-cloning mode, the first two-dimensional periodic structure is preserved in the stacking process, and as a result, the three-dimensional periodic structure shown in the figure is formed (FIG. 3).
【0034】3次元周期構造の上にSi層81を同じく
自己クローニングモードで積む(図4)。このSi層8
1上に再び電子ビーム露光により2次元周期マスクパタ
ーンを形成する。このマスクの上からドライエッチング
を施し、Si層81に周期孔19をあけ、この部分をエ
アーホール型2次元フォトニック結晶14とする(図
5)。The Si layer 81 is also stacked on the three-dimensional periodic structure in the self-cloning mode (FIG. 4). This Si layer 8
A two-dimensional periodic mask pattern is formed on 1 again by electron beam exposure. Dry etching is performed on the mask to form periodic holes 19 in the Si layer 81, and this portion is used as the air hole type two-dimensional photonic crystal 14 (FIG. 5).
【0035】次に、この2次元フォトニック結晶の上に
再びバイアススパッタの自己クローニングによりSi/
SiO2交互多層膜8を積層する(図6)。この積層は
基本的にはプロセスbにおける2次元周期溝上への3次
元フォトニック結晶積層と同じプロセスであり、図4と
同じように2次元フォトニック結晶の上に3次元フォト
ニック結晶が形成される。Then, Si / Si was again formed on the two-dimensional photonic crystal by self-cloning of bias sputtering.
The SiO 2 alternating multilayer film 8 is laminated (FIG. 6). This stacking is basically the same process as the stacking of the three-dimensional photonic crystal on the two-dimensional periodic groove in the process b, and the three-dimensional photonic crystal is formed on the two-dimensional photonic crystal as in FIG. It
【0036】以上が作製工程の概要である。このような
作製工程では2次元フォトニック結晶の上に3次元フォ
トニック結晶を積層する工程が最もポイントである。The above is the outline of the manufacturing process. The most important point in such a manufacturing process is a step of stacking a three-dimensional photonic crystal on a two-dimensional photonic crystal.
【0037】まず、この工程において2次元フォトニッ
ク結晶の空気孔部(周期孔19)がSiまたはSiO2
によって埋まってしまうと、結果として2次元フォトニ
ック結晶部の面内の屈折率変調が弱くなり、面内のギャ
ップが狭くなり、場合によってギャップが消失してしま
う。First, in this step, the air holes (periodic holes 19) of the two-dimensional photonic crystal are changed to Si or SiO 2.
As a result, the in-plane refractive index modulation of the two-dimensional photonic crystal portion becomes weak, the in-plane gap becomes narrow, and the gap disappears in some cases.
【0038】しかしここで用いたバイアススパッタによ
る作製法では自已クローニングモードの条件を選ぶこと
により、周期孔19にはSiおよびSiO2が堆積せず
にすみやかに3次元フォトニック結晶を形成することが
可能である。However, in the manufacturing method by bias sputtering used here, the three-dimensional photonic crystal can be formed promptly without depositing Si and SiO 2 in the periodic holes 19 by selecting the conditions of the self-cloning mode. It is possible.
【0039】具体的には、膜に入射するスパッタ粒子の
指向性が弱い自己クローニング条件を用いることで、穴
の深部には粒子を入射させず、穴の縁に膜を堆積させる
ことで、速やかに穴をふさぐことができ、かつ自己クロ
ーニングモードを継続させることが可能である。Specifically, by using the self-cloning condition in which the directivity of the sputtered particles incident on the film is weak, the particles are not incident on the deep part of the hole, and the film is deposited on the edge of the hole, thereby promptly The hole can be closed and the self-cloning mode can be continued.
【0040】また、2次元フォトニック結晶部には回路
を実現するために線欠陥や点欠陥が作り込まれるが、こ
の欠陥の上部に3次元フォトニック結晶が作製できない
と閉じ込めはその分弱くなる。単純に考えると理想的な
自已クローニングモードでは下地をなぞった積層が行わ
れるから、欠陥を持った2次元フォトニック結晶の上に
は欠陥を持った3次元フォトニック結晶が積層されるこ
とになるが、実際には以下に説明する機構により欠陥を
持った2次元フォトニック結晶の上に無欠陥の3次元フ
ォトニック結晶を形成することが可能である。Further, line defects and point defects are formed in the two-dimensional photonic crystal portion in order to realize a circuit, but if a three-dimensional photonic crystal cannot be formed above this defect, the confinement is weakened accordingly. . In simple terms, in the ideal self-cloning mode, the stacking is performed by tracing the base, so that the defective 3D photonic crystal is stacked on the defective 2D photonic crystal. However, in reality, it is possible to form a defect-free three-dimensional photonic crystal on a defective two-dimensional photonic crystal by the mechanism described below.
【0041】図4で3次元フォトニック結晶上に自已ク
ローニングモードで積層されるSi層81の最上面は、
3次元フォトニック結晶部の上面(図3)と同じ2次元
周期構造となっており、この上に交互多層膜8を自已ク
ローニングモードで積層すれば、図3と同じ3次元フォ
トニック結晶が形成される。In FIG. 4, the uppermost surface of the Si layer 81 laminated in the self-cloning mode on the three-dimensional photonic crystal is
It has the same two-dimensional periodic structure as the upper surface of the three-dimensional photonic crystal part (FIG. 3), and if the alternating multilayer film 8 is stacked on this in the self-cloning mode, the same three-dimensional photonic crystal as in FIG. To be done.
【0042】一方、欠陥導波路を作製した場合は、図5
の工程で2回目のリソグラフィを行う時に作り込むこと
になり、エッチング後に形成される構造の形状は図6の
替わりに図7(a)のようになる。On the other hand, when a defective waveguide is manufactured,
In this step, the shape is formed when the second lithography is performed, and the shape of the structure formed after etching is as shown in FIG. 7A instead of FIG.
【0043】この例では60度曲がりを伴った欠陥導波
路が形成されている。この図でわかるように欠陥導波路
部分にはエッチングは施されないので図4と同じ凹凸が
残っており、この上にも3次元フォトニック結晶が作製
可能な状態になっている。In this example, a defect waveguide having a bend of 60 degrees is formed. As can be seen from this figure, since the defective waveguide portion is not etched, the same unevenness as in FIG. 4 remains, and a three-dimensional photonic crystal can be formed on this as well.
【0044】ここで、2回目の自己クローニング積層プ
ロセスの初期段階においてバイアススパッタの条件を適
当に選ぶことにより、孔の深さによらずすみやかに安定
形状が現れるので、結局2次元フォトニック結晶部に欠
陥を設けた部分も設けなかった部分も上部には同じ3次
元フォトニック結晶が形成されることになる(図7
(b))。Here, by appropriately selecting the bias sputtering conditions in the initial stage of the second self-cloning stacking process, a stable shape appears promptly regardless of the depth of the hole, so that the two-dimensional photonic crystal portion is eventually obtained. The same three-dimensional photonic crystal is formed on the upper portion of both the portion with and without the defect (FIG. 7).
(B)).
【0045】この例では導波路部分にはエッチングが全
く施されていない場合であったが、例えば欠陥部分のエ
ッチング穴径を他の部分に比べて小さくすることによっ
ても導波路は形成可能である。この場合についても、こ
こで述べたのと同じ機構によって欠陥を伴なう2次元フ
ォトニック結晶上に無欠陥の3次元フォトニック結晶を
作製可能であることは自明である。In this example, the waveguide portion is not etched at all, but the waveguide can be formed, for example, by making the etching hole diameter of the defective portion smaller than that of the other portions. . Also in this case, it is obvious that a defect-free three-dimensional photonic crystal can be produced on the two-dimensional photonic crystal with defects by the same mechanism as described here.
【0046】[0046]
【実施例2】実施例1において述べた機構で欠陥の上に
無欠陥の3次元フォトニック結晶を作るためには、下層
の3次元フォトニック結晶の面内周期構造とその上に作
製する2次元フォトニック結晶のパターンがずれていて
はいけない。Second Embodiment In order to form a defect-free three-dimensional photonic crystal on a defect by the mechanism described in the first embodiment, the in-plane periodic structure of the lower three-dimensional photonic crystal and the two-dimensional periodic structure are formed on it. The pattern of the two-dimensional photonic crystal must not be misaligned.
【0047】実施例1の方法でこのずれを防ぐには、図
2のリソグラフィ工程と図5のリソグラフィ工程で十分
な位置合わせ精度を確保しなければならない。この場合
のような1回のみの位置合わせであれば、この位置合わ
せは現状の技術で不可能ではないが、作製工程を変える
ことにより以下のように位置合わせを不要にすることも
可能である。In order to prevent this deviation in the method of the first embodiment, it is necessary to secure sufficient alignment accuracy in the lithography process of FIG. 2 and the lithography process of FIG. If the alignment is performed only once as in this case, this alignment is not impossible with the current technology, but it is possible to eliminate the alignment as described below by changing the manufacturing process. .
【0048】図8から図13に実施例2における作製工
程を示す。この方法ではGaAs基板20上にInGa
P層21及びGaAs層(またはGaAs/AlGaA
s半導体量子井戸構造またはInGaAs/GaAs半
導体量子井戸構造)22がエピタキシャル成長された構
造上にリソグラフィによってマスクパターンを作製し、
ドライエッチングによって最上部のGaAs層22に2
次元フォトニック結晶14を作製する(図8)。8 to 13 show the manufacturing process in the second embodiment. In this method, InGa is formed on the GaAs substrate 20.
P layer 21 and GaAs layer (or GaAs / AlGaA
s semiconductor quantum well structure or InGaAs / GaAs semiconductor quantum well structure) 22 is formed on the structure epitaxially grown to form a mask pattern by lithography.
2 on the top GaAs layer 22 by dry etching
A three-dimensional photonic crystal 14 is produced (FIG. 8).
【0049】この上に実施例1と同じ方法でSi/Si
O2交互多層膜8を積層して3次元フォトニック結晶1
7を作製する(図9)。この基板の3次元フォトニック
結晶17の面の上にもう一枚のSi基板18をウエハボ
ンディングの技術を用いて張り付ける(図10)。この
際に3次元フォトニック結晶の上面の凹凸が基板張り付
けの際に問題になることも考えられるが、基板18上に
ポリマー等の柔らかい材料をコーティングしておくこと
により問題なく張り付けが可能である。Then, Si / Si is formed by the same method as in the first embodiment.
Three-dimensional photonic crystal 1 by stacking O 2 alternating multilayer films 8
7 is produced (FIG. 9). Another Si substrate 18 is attached on the surface of the three-dimensional photonic crystal 17 of this substrate by using a wafer bonding technique (FIG. 10). At this time, the unevenness of the upper surface of the three-dimensional photonic crystal may cause a problem when sticking the substrate, but by sticking a soft material such as a polymer on the substrate 18, the sticking can be performed without any problem. .
【0050】続いて裏面のGaAs基板20をInGa
Pに対して選択性のあるエッチング液によって除去し
(図11)、さらにInGaP層21を別の選択エッチ
ング液によって除去することにより、3次元フォトニッ
ク結晶17上に2次元フォトニック結晶14がのった構
造が形成される(図12)。この構造は実施例1におけ
る図5の構造と構造的には殆ど同じである(実際には下
部の3次元フォトニック結晶の対称性が逆転してい
る)。次に実施例1と同じようにこの上に自己クローニ
ング積層により3次元フォトニック結晶17を積層する
ことにより図6と同じ構造が作製される(図13)。Subsequently, the GaAs substrate 20 on the back surface is replaced with InGa.
The two-dimensional photonic crystal 14 is removed from the three-dimensional photonic crystal 17 by removing the InGaP layer 21 with another etching solution having a selectivity for P (FIG. 11). The resulting structure is formed (FIG. 12). This structure is structurally almost the same as the structure of FIG. 5 in Example 1 (actually, the symmetry of the lower three-dimensional photonic crystal is reversed). Then, the same structure as that of FIG. 6 is produced by laminating the three-dimensional photonic crystal 17 thereon by self-cloning lamination as in Example 1 (FIG. 13).
【0051】この方法ではリソグラフィははじめの一回
だけであり、そのため位置合わせの必要がない。また、
実施例1では2次元フォトニック結晶部となる層(実施
例1の場合ではSi層)もバイアススパッタで作製しな
ければならないという材料の制限があり、例えばGaA
s等の化合物半導体を使用することは不可能であった
が、実施例2の方法では2次元フォトニック結晶部はバ
イアススパッタプロセスに先立って形成されるため、バ
イアススパッタとは関係なく自由に材料を選ぶことがで
きる。In this method, the lithography is performed only once, and therefore, alignment is unnecessary. Also,
In the first embodiment, there is a limitation on the material that the layer (the Si layer in the case of the first embodiment) that will be the two-dimensional photonic crystal portion must be formed by bias sputtering.
Although it was impossible to use a compound semiconductor such as s, in the method of Example 2, the two-dimensional photonic crystal portion was formed prior to the bias sputtering process, so that the material was freely formed regardless of the bias sputtering. You can choose.
【0052】従って例えばGaAs中にInGaAs/
GaAs歪量子井戸構造やGaAs/AlGaAs超格
子構造を持ったような2次元フォトニック結晶を使うこ
とも可能であり、2次元フォトニック結晶部に様々なア
クティブな機能を持たせることができるという利点があ
る。Therefore, for example, InGaAs / InGaAs /
It is also possible to use a two-dimensional photonic crystal having a GaAs strained quantum well structure or a GaAs / AlGaAs superlattice structure, and the two-dimensional photonic crystal part can have various active functions. There is.
【0053】ただ、この方法では2次元フォトニック結
晶がまずはじめに作られるために欠陥部には自己クロー
ニングの基点と凹凸が存在しない。そのために図7
(a)と同様に欠陥を作製するとその上には3次元フォ
トニック結晶は形成されない。However, according to this method, since the two-dimensional photonic crystal is first formed, the defective portion has neither the origin of the self-cloning nor the unevenness. For that purpose,
When a defect is created as in (a), a three-dimensional photonic crystal is not formed on it.
【0054】しかし、欠陥として孔径の違いによる欠陥
を用いれば、実施例1に述べたのと同じ理由でこの上に
無欠陥の3次元フォトニック結晶が作製される。実際に
はリソグラフィの段階で欠陥部に非常に小さい孔を描画
しておけば、エッチングの際のローディング効果によっ
て、孔径の小さい部分はエッチングが浅くしか進まない
ため形状は殆ど実施例1と同じ構造が作製される。However, if a defect due to a difference in hole diameter is used as the defect, a defect-free three-dimensional photonic crystal is formed thereon for the same reason as described in the first embodiment. Actually, if a very small hole is drawn in the defect portion at the stage of lithography, the portion having a small hole diameter can be etched only shallowly due to the loading effect at the time of etching, so that the shape is almost the same as that of the first embodiment. Is created.
【0055】[0055]
【実施例3】実施例1及び実施例2では、導波路を全て
2次元フォトニック結晶内に設けたが、本発明の構成で
は2次元フォトニック結晶面に垂直方向に導波路を作製
することも可能であり、2次元面内の導波路とこれに垂
直な導波路を結合することも可能である。このような2
次元面に垂直方向の導波路は特に光の入出力部として有
用である。[Third Embodiment] In the first and second embodiments, all the waveguides are provided in the two-dimensional photonic crystal. However, in the configuration of the present invention, the waveguide is formed in the direction perpendicular to the plane of the two-dimensional photonic crystal. It is also possible to couple the waveguide in the two-dimensional plane with the waveguide perpendicular to the waveguide. 2 like this
The waveguide perpendicular to the plane of dimension is particularly useful as an input / output unit for light.
【0056】この構成を図14に示す。はじめに基板に
2次元周期溝を形成する際に、点欠陥23を設けておく
(図14(a))。この上に自已クローニングによって
多層膜を積層すると、この点欠陥部分には3次元周期構
造ではなく1次元周期構造が形成されるため、この部分
は垂直方向の導波路となる(図14(a))。This structure is shown in FIG. First, the point defects 23 are provided when the two-dimensional periodic groove is formed on the substrate (FIG. 14A). When a multilayer film is stacked on this by self-cloning, a one-dimensional periodic structure is formed in this point defect portion instead of a three-dimensional periodic structure, and this portion becomes a vertical waveguide (FIG. 14A). ).
【0057】この後、実施例1の場合と同じようにこの
上に欠陥導波路を持った2次元フォトニック結晶14を
形成し、この2次元面内の欠陥導波路とはじめの点欠陥
が重なるようにする(図14(b))。この上にさらに
3次元フォトニック結晶17を作製すると(図14
(c))のように垂直方向の取り出し用導波路と持った
導波路構造が作製される。Thereafter, as in the case of the first embodiment, a two-dimensional photonic crystal 14 having a defect waveguide is formed thereon, and the defect waveguide in this two-dimensional plane and the first point defect overlap. (FIG. 14B). If a three-dimensional photonic crystal 17 is further formed on this (FIG.
A waveguide structure having a vertical extraction waveguide as shown in (c) is produced.
【0058】以上の実施例1、2、3では、バイアスス
パッタにより作製する部分の材料としてSiおよびSi
O2を用いたが、この部分はバイアススパッタで成膜可
能な材料であれば基本的に同じ効果が期待できることは
明らかである。In the first, second, and third embodiments described above, Si and Si are used as the material of the portion produced by bias sputtering.
Although O 2 was used, it is clear that basically the same effect can be expected in this portion as long as it is a material capable of forming a film by bias sputtering.
【0059】また、実施例2において2次元フォトニッ
ク結晶部として、InGaP層をエッチングストップ層
として持つGaAs層及び量子井戸構造を用いたが、エ
ッチングストップ層とエッチング加工可能な材料の組み
合わせであれば、任意の材料で同様の効果が期待でき
る。Although the GaAs layer having the InGaP layer as the etching stop layer and the quantum well structure are used as the two-dimensional photonic crystal portion in the second embodiment, any combination of the etching stop layer and the material that can be etched can be used. The same effect can be expected with any material.
【0060】例えばInP基板上にInGaAsP/I
nGaAsなどのInP系量子井戸構造及びInPまた
はInGaAsエッチングストップ層の組み合わせでも
同様の効果が期待できることは自明である。また、2次
元フォトニック結晶部をエアーホール正方格子構造とし
たが、これもピラー構造や三角格子構造でも効果は同じ
である。For example, InGaAsP / I is formed on an InP substrate.
It is obvious that the same effect can be expected with a combination of an InP-based quantum well structure such as nGaAs and an InP or InGaAs etching stop layer. Further, the two-dimensional photonic crystal portion has an air hole square lattice structure, but the same effect can be obtained with a pillar structure or a triangular lattice structure.
【0061】[0061]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるフォ
トニック結晶構造は、2次元フォトニック結晶の表裏面
を3次元フォトニック結晶を形成したため、フォトニッ
ク結晶で光回路を構成する場合に3次元フォトニック結
晶のみでは回路を作り込むことが困難であり、2次元フ
ォトニック結晶では閉じ込めが不十分になるという問題
点を解決することができる。また、本発明によるフォト
ニック結晶構造の製造方法によれば、2次元周期構造上
に自己クローニングによって、交互多層膜を有する3次
元フォトニック結晶が得られるので、容易に前記フォト
ニック結晶構造を作製することができる。As described above, in the photonic crystal structure according to the present invention, the three-dimensional photonic crystal is formed on the front and back surfaces of the two-dimensional photonic crystal. It is possible to solve the problem that it is difficult to build a circuit only with the two-dimensional photonic crystal, and the confinement is insufficient with the two-dimensional photonic crystal. Further, according to the method for producing a photonic crystal structure of the present invention, a three-dimensional photonic crystal having an alternating multilayer film can be obtained by self-cloning on a two-dimensional periodic structure. Therefore, the photonic crystal structure can be easily produced. can do.
【図1】本発明で提案するフォトニック結晶構造を示す
模式図。FIG. 1 is a schematic diagram showing a photonic crystal structure proposed by the present invention.
【図2】本発明の実施例1におけるフォトニック結晶構
造作製工程を示す模式図であって、2次元周期構造を有
する基板の斜視図及び断面図。FIG. 2 is a schematic view showing a photonic crystal structure manufacturing process in Embodiment 1 of the present invention, which is a perspective view and a sectional view of a substrate having a two-dimensional periodic structure.
【図3】本発明の実施例1におけるフォトニック結晶構
造作製工程を示す模式図であって、前記基板に交互多層
膜を積層したときの斜視図及び断面図。3A and 3B are schematic views showing a photonic crystal structure manufacturing process according to the first embodiment of the present invention, which are a perspective view and a cross-sectional view when an alternate multilayer film is laminated on the substrate.
【図4】本発明の実施例1におけるフォトニック結晶構
造作製工程を示す模式図であって、2次元フォトニック
結晶を作製する斜視図及び断面図。FIG. 4 is a schematic view showing a photonic crystal structure manufacturing process in Example 1 of the present invention, which is a perspective view and a cross-sectional view of manufacturing a two-dimensional photonic crystal.
【図5】本発明の実施例1におけるフォトニック結晶構
造作製工程を示す模式図であって、2次元フォトニック
結晶を積層したときの斜視図及び断面図。5A and 5B are schematic views showing a photonic crystal structure manufacturing process according to the first embodiment of the present invention, which are a perspective view and a sectional view when two-dimensional photonic crystals are stacked.
【図6】本発明の実施例1におけるフォトニック結晶構
造作製工程を示す模式図であって、前記2次フォトニッ
ク結晶構造に3次元フォトニック構造を積層したときの
斜視図及び断面図。FIG. 6 is a schematic view showing a photonic crystal structure manufacturing process in Example 1 of the present invention, and is a perspective view and a sectional view when a three-dimensional photonic structure is laminated on the secondary photonic crystal structure.
【図7】本発明における線欠陥を伴ったフォトニック結
晶構造作製工程を示す模式図。FIG. 7 is a schematic diagram showing a photonic crystal structure manufacturing process with line defects in the present invention.
【図8】本発明の実施例2におけるフォトニック結晶構
造作製工程を示す模式図であって、基板上に2次元フォ
トニック結晶を作製したときの斜視図及び断面図。8A and 8B are schematic views showing a photonic crystal structure manufacturing process in Example 2 of the present invention, and are perspective views and cross-sectional views when a two-dimensional photonic crystal is manufactured on a substrate.
【図9】本発明の実施例2におけるフォトニック結晶構
造作製工程を示す模式図であって、2次元フォトニック
結晶上に3次元フォトニック結晶を作製したときの斜視
図及び断面図。FIG. 9 is a schematic view showing a photonic crystal structure manufacturing process in Example 2 of the present invention, and is a perspective view and a sectional view when a three-dimensional photonic crystal is manufactured on a two-dimensional photonic crystal.
【図10】本発明の実施例2におけるフォトニック結晶
構造作製工程を示す模式図であって、3次元フォトニッ
ク結晶上に第二の基板を作製したときの斜視図及び断面
図。FIG. 10 is a schematic view showing a photonic crystal structure manufacturing process in Example 2 of the present invention, and is a perspective view and a sectional view when a second substrate is manufactured on a three-dimensional photonic crystal.
【図11】本発明の実施例2におけるフォトニック結晶
構造作製工程を示す模式図であって、第一の基板を除去
したときの斜視図及び断面図。FIG. 11 is a schematic view showing a photonic crystal structure manufacturing process in Embodiment 2 of the present invention, which is a perspective view and a sectional view when the first substrate is removed.
【図12】本発明の実施例2におけるフォトニック結晶
構造作製工程を示す模式図であって、第一の基板を除去
したときの斜視図及び断面図。12A and 12B are schematic views showing a photonic crystal structure manufacturing process according to a second embodiment of the present invention, showing a perspective view and a sectional view when the first substrate is removed.
【図13】本発明の実施例2におけるフォトニック結晶
構造作製工程を示す模式図であって、2次元フォトニッ
クス結晶の裏面に3次元フォトニック結晶を形成した時
の斜視図及び断面図。FIG. 13 is a schematic view showing a photonic crystal structure manufacturing process in Example 2 of the present invention, which is a perspective view and a sectional view when a three-dimensional photonic crystal is formed on the back surface of the two-dimensional photonic crystal.
【図14】本発明の実施例3における線欠陥及び点欠陥
の導入による垂直方向光導波路と面内方向光導波路を持
つフォトニック結晶構造作製工程を示す模式図。FIG. 14 is a schematic diagram showing a photonic crystal structure manufacturing process having a vertical optical waveguide and an in-plane optical waveguide by introducing line defects and point defects in the third embodiment of the present invention.
【図15】ロッド積み上げ型3次元フォトニック結晶の
作製方法を示す模式図。FIG. 15 is a schematic diagram showing a method for manufacturing a rod-stacked three-dimensional photonic crystal.
【図16a】リソグラフィとエッチングによって2次元
周期溝が形成された基板を示す模式図。FIG. 16a is a schematic view showing a substrate on which two-dimensional periodic grooves are formed by lithography and etching.
【図16b】図16aの構造上に理想的な交互積層を行
うことによって作製される3次元フォトニック結晶構造
を示す模式図。16b is a schematic diagram showing a three-dimensional photonic crystal structure produced by performing ideal alternate stacking on the structure of FIG. 16a.
【図17】通常の積層条件で積層を行った場合に実際に
作製される構造を示す模式図。FIG. 17 is a schematic view showing a structure actually manufactured when stacking is performed under normal stacking conditions.
【図18】形状保存モード(自已クローニングモード)
を用いて周期構造を有する基板上に交互積層を行う工程
と実際に形成される3次元周期構造を示す模式図。Fig. 18 Shape storage mode (automatic cloning mode)
FIG. 3 is a schematic view showing a process of alternately stacking a substrate having a periodic structure using the above method and a three-dimensional periodic structure actually formed.
【図19】リソグラフィとドライエッチングによって半
導体基板上に2次元フォトニック結晶を作製する方法を
示す模式図。FIG. 19 is a schematic diagram showing a method for producing a two-dimensional photonic crystal on a semiconductor substrate by lithography and dry etching.
【図20】2次元フォトニック結晶中に設けられた線欠
陥による光導波路構造(a)及び点欠陥による光共振器
(b)及び曲がり線欠陥による直角曲がり導波路(c)
を示す模式図。FIG. 20 is an optical waveguide structure (a) due to a line defect provided in a two-dimensional photonic crystal, an optical resonator (b) due to a point defect, and a right-angled bend waveguide (c) due to a curved line defect.
FIG.
【図21】理想的に長い2次元フォトニック結晶を示す
模式図。FIG. 21 is a schematic diagram showing an ideally long two-dimensional photonic crystal.
【図22】スラブ型2次元フォトニック結晶の構造を示
す模式図。FIG. 22 is a schematic diagram showing the structure of a slab type two-dimensional photonic crystal.
1 ロッド 2 2次元周期溝 3 基板 4 誘電率の異なる層 4’ 誘電率の異なる層 5 表面 6 2次元周期構造 7 基板 8 交互多層膜 9 マスクパターン 10 垂直穴 11 導波路 12 点欠陥 13 曲げ部 14 2次元フォトニック結晶 15 低屈折率材料 16 半導体基板 17 3次元フォトニック結晶 18 Si基板 19 周期孔 20 GaAs基板 21 InGaP層 22 GaAs層 23 点欠陥 1 rod 2 two-dimensional periodic groove 3 substrates 4 Layers with different permittivity 4'Layer with different permittivity 5 surface 6 Two-dimensional periodic structure 7 substrate 8 Alternate multilayer film 9 Mask pattern 10 vertical holes 11 Waveguide 12 point defect 13 Bend 14 Two-dimensional photonic crystal 15 Low refractive index material 16 Semiconductor substrate 17 Three-dimensional photonic crystal 18 Si substrate 19 periodic holes 20 GaAs substrate 21 InGaP layer 22 GaAs layer 23 point defects
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G02B 6/12 M (72)発明者 玉村 敏昭 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 高橋 千春 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 新家 昭彦 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 川上 彰二郎 宮城県仙台市若林区土樋236番地 (72)発明者 川嶋 貴之 宮城県仙台市青葉区川内三十人町45番5 号 ル・ヴィラージュ203号 (56)参考文献 特開 平11−218627(JP,A) 特開 平10−335758(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/12 C23C 14/06 G02B 6/13 H01S 5/20 H01S 5/343 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI G02B 6/12 M (72) Inventor Toshiaki Tamamura 2-3-1, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72 ) Inventor Chiharu Takahashi 2-3-1 Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Akihiko Shinya 2-3-1 Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72 ) Inventor Shojiro Kawakami, 236, Tohigai, Wakabayashi-ku, Sendai-shi, Miyagi (72) Inventor, Takayuki Kawashima 45-5 Kawauchi, Sanju-cho, Aoba-ku, Sendai-shi, Miyagi 203 (56) References 11-218627 (JP, A) JP 10-335758 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G02B 6/12 C23C 14/06 G02B 6/13 H01S 5 / 20 H01S 5/343
Claims (9)
フォトニック結晶、第二の3次元フォトニック結晶を積
層した構造を有することを特徴とするフォトニック結晶
構造。1. A photonic crystal structure having a structure in which a first three-dimensional photonic crystal, a two-dimensional photonic crystal and a second three-dimensional photonic crystal are laminated.
周期孔を有することを特徴とする請求項1記載のフォト
ニック結晶構造。2. The photonic crystal structure according to claim 1, wherein the two-dimensional photonic crystal has periodic periodic holes.
周期孔の欠陥による導波路を有することを特徴とする請
求項2記載のフォトニック結晶構造。3. The photonic crystal structure according to claim 2, wherein the two-dimensional photonic crystal has a waveguide due to defects of periodic periodic holes.
戸構造又は半導体へテロ構造を有することを特徴とする
請求項1から3記載のいずれかのフォトニック結晶構
造。4. The photonic crystal structure according to claim 1, wherein the two-dimensional photonic crystal has a semiconductor well structure or a semiconductor hetero structure.
に入出力用導波路を有することを特徴とする請求項1か
ら4記載のいずれかのフォトニック結晶構造。5. The photonic crystal structure according to claim 1, wherein the three-dimensional photonic crystal has an input / output waveguide in the stacking direction.
種類以上の屈折率の異なる材料を交互積層することによ
り形成した3次元フォトニック結晶構造を形成する工
程、リソグラフィにより2次元の周期構造の加工を施し
て2次元フォトニック結晶構造を形成する工程、続いて
この2次元周期構造の上に2種類以上の屈折率の異なる
材料を交互積層することにより形成した3次元フォトニ
ック結晶構造を形成することを特徴とするフォトニック
結晶構造の作製法。6. A substrate on which a two-dimensional periodic structure is formed, 2
A step of forming a three-dimensional photonic crystal structure formed by alternately laminating materials of different types or more having different refractive indexes, a step of forming a two-dimensional photonic crystal structure by processing a two-dimensional periodic structure by lithography, Then, a method for producing a photonic crystal structure, which comprises forming a three-dimensional photonic crystal structure by alternately laminating two or more kinds of materials having different refractive indexes on the two-dimensional periodic structure.
次元の周期構造の加工を施して、表裏面に2次元周期構
造を形成した2次元フォトニック結晶構造を形成する工
程、この表面の2次元周期構造上に2種類以上の屈折率
の異なる材料を交互積層することにより3次元フォトニ
ック結晶構造形成する工程、この3次元フォトニック結
晶構造上に、第二の基板を設ける工程、前記第一の基板
を除去する工程、前記2次元フォトニック結晶構造の裏
面の2次元周期構造に2種類以上の屈折率の異なる材料
を交互積層することにより3次元フォトニック結晶構造
形成する工程、を含むことを特徴とするフォトニック結
晶構造の作製法。7. A lithographically formed 2 layer on the first substrate.
Process of three-dimensional periodic structure to form a two-dimensional photonic crystal structure in which two-dimensional periodic structures are formed on the front and back surfaces, and two or more kinds of materials having different refractive indices are formed on the two-dimensional periodic structure A step of forming a three-dimensional photonic crystal structure by alternately stacking, a step of providing a second substrate on the three-dimensional photonic crystal structure, a step of removing the first substrate, the two-dimensional photonic crystal structure And a step of forming a three-dimensional photonic crystal structure by alternately laminating two or more kinds of materials having different refractive indices on the two-dimensional periodic structure on the back surface of the above.
スパッタにおける形状保存モード(自己クローニングモ
ード)によって作製することを特徴とする請求項7又は
8記載のフォトニック結晶構造の作製法。8. The method for producing a photonic crystal structure according to claim 7, wherein the three-dimensional photonic crystal is produced by a shape preservation mode (self-cloning mode) in bias sputtering.
けておくことを特徴とする請求項6記載のフォトニック
結晶構造の作製法。9. The method for producing a photonic crystal structure according to claim 6, wherein point defects are provided in the two-dimensional periodic structure of the substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000059927A JP3449698B2 (en) | 2000-03-06 | 2000-03-06 | Photonic crystal structure and fabrication method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000059927A JP3449698B2 (en) | 2000-03-06 | 2000-03-06 | Photonic crystal structure and fabrication method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001249235A JP2001249235A (en) | 2001-09-14 |
| JP3449698B2 true JP3449698B2 (en) | 2003-09-22 |
Family
ID=18580318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000059927A Expired - Fee Related JP3449698B2 (en) | 2000-03-06 | 2000-03-06 | Photonic crystal structure and fabrication method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3449698B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102517551A (en) * | 2011-12-26 | 2012-06-27 | 常州大学 | Preparation method for three-dimensional photonic crystal |
| CN103033879A (en) * | 2012-12-20 | 2013-04-10 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | Method of manufacturing directional coupler of photonic crystal |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100380178C (en) * | 2003-06-10 | 2008-04-09 | 日本电信电话株式会社 | Electro-optic modulator |
| KR100765346B1 (en) * | 2003-06-10 | 2007-10-10 | 니뽄 덴신 덴와 가부시키가이샤 | Electrooptic modulation element |
| JP4093281B2 (en) | 2004-03-03 | 2008-06-04 | 独立行政法人科学技術振興機構 | Photonic crystal coupling defect waveguide |
| CN100416321C (en) * | 2005-10-26 | 2008-09-03 | 佳能株式会社 | Three-dimensional photonic crystal and functional device including the same |
| JP5713971B2 (en) | 2012-08-22 | 2015-05-07 | 株式会社東芝 | Solid-state imaging device |
-
2000
- 2000-03-06 JP JP2000059927A patent/JP3449698B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102517551A (en) * | 2011-12-26 | 2012-06-27 | 常州大学 | Preparation method for three-dimensional photonic crystal |
| CN102517551B (en) * | 2011-12-26 | 2013-10-30 | 常州大学 | Preparation method for three-dimensional photonic crystal |
| CN103033879A (en) * | 2012-12-20 | 2013-04-10 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | Method of manufacturing directional coupler of photonic crystal |
| CN103033879B (en) * | 2012-12-20 | 2015-04-08 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | Method of manufacturing directional coupler of photonic crystal |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001249235A (en) | 2001-09-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7194174B2 (en) | Integrated photonic crystal structure and method of producing same | |
| EP1255135B1 (en) | Two-dimensional photonic crystal slab and manufacturing method | |
| US4932032A (en) | Tapered semiconductor waveguides | |
| US20100060977A1 (en) | Surface-PlasmonoDielectric-Polaritonic Devices and Systems | |
| US7295745B2 (en) | Method for fabricating periodic structure | |
| JP3449698B2 (en) | Photonic crystal structure and fabrication method | |
| US7680382B2 (en) | Method for fabricating three-dimensional photonic crystal | |
| JP2001074954A (en) | Method for producing three-dimensional photonic crystal structure | |
| EP1780563B1 (en) | Three-dimensional photonic crystal and optical devices including the same | |
| Yamashita et al. | Evaluation of self-collimated beams in photonic crystals for optical interconnect | |
| Kuramochi et al. | A new fabrication technique for photonic crystals: nanolithography combined with alternating-layer deposition | |
| JP4637071B2 (en) | Three-dimensional photonic crystal and functional element using the same | |
| JP2000232258A (en) | Two-dimensional semiconductor photonic crystal element and method of manufacturing the same | |
| JP2004354617A (en) | Photonic crystal and manufacturing method thereof | |
| JP7135739B2 (en) | METHOD FOR MANUFACTURE OF SPOT SIZE CONVERTER AND SPOT SIZE CONVERTER | |
| Ripin et al. | Photonic band gap airbridge microcavity resonances in GaAs/Al x O y waveguides | |
| JP2634687B2 (en) | Tapered semiconductor waveguide and method of forming the same | |
| US20120142170A1 (en) | Method of forming photonic crystals | |
| JP3440306B2 (en) | Method for manufacturing three-dimensional semiconductor photonic crystal device | |
| EP4530714A1 (en) | Hybrid source for generating entangled pairs of photons | |
| JPH11109159A (en) | Manufacturing method of semiconductor wave plate type polarization rotating element | |
| Kuramochi | Fabrication of 2d and 3d Photonic Crystals | |
| Kawakami et al. | Waveguide and guided-wave devices consisting of heterostructured photonic crystals | |
| Yamamoto et al. | Photonic crystal preparation by a wafer bonding approach | |
| JPH05157919A (en) | Semiconductor optical waveguide and its production |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080711 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080711 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090711 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090711 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100711 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100711 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110711 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120711 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130711 Year of fee payment: 10 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |