專利名稱：具有空氣橋結(jié)構(gòu)的二維光子晶體及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及波分復(fù)用通信等領(lǐng)域中復(fù)分接器等所使用的二維光子晶 體。特別涉及一種具有在一部分設(shè)有空間的包覆層上，設(shè)置有二維光子晶 體的薄板的結(jié)構(gòu)的二維光子晶體及其制造方法。在本申請中，將這種結(jié)構(gòu) 稱作"空氣橋結(jié)構(gòu)"，將空間稱為"空氣橋空間"。
背景技術(shù)：
(1)關(guān)于光子晶體近年來，作為具有周期折射率分布的光學(xué)功能材料的光子晶體已被注 目。光子晶體具有如下特征，即通過其周期折射率分布相對光和電磁波的 能量形成帶結(jié)構(gòu)，從而形成不能傳播光和電磁波的能量區(qū)域(光子帶隙)。 另外，在本申請中所使用的"光"中，也包括光以外的電磁波。通過在光子晶體中導(dǎo)入適當(dāng)?shù)娜毕?，可在光子帶隙中形成能?缺陷 能級)。由此，在與光子帶隙中的能量對應(yīng)的波長(頻率)范圍中，僅與 缺陷能級的能量相對應(yīng)的波長的光能夠在該缺陷位置存在?？梢酝ㄟ^將該 缺陷設(shè)為線狀而形成導(dǎo)波路徑，通過設(shè)為點狀而形成光共振器。在該點狀 缺陷中，共振的光的波長(共振波長)依存于其形狀和折射率。正在研究通過使用該共振器和導(dǎo)波路徑來制作各種光器件。例如，通 過將該共振器配置在導(dǎo)波路徑附近，形成既作為分波器而發(fā)揮功能，又作 為合波器而發(fā)揮功能的復(fù)分接器，所述分波器用于將在導(dǎo)波路徑內(nèi)傳播的 各種波長的光中，波長與共振器的共振波長一致的光，通過共振器從導(dǎo)波路徑向外部導(dǎo)出；所述合波器將具有共振器共振波長的光通過共振器從外 部導(dǎo)入到導(dǎo)波路徑。這種復(fù)分接器，例如在光通信領(lǐng)域中能夠被用于波分 復(fù)用方式通信，所述波分復(fù)用方式通信為在一根光纖上傳播多個波長的光， 并在不同波長的光上載置分別的信號。在光子晶體中存在一維晶體、二維晶體、三維晶體，其中二維光子晶 體具有制造比較容易的優(yōu)點。作為其一個例子，在專利文獻(xiàn)1中記載有 在高折射率的板材(薄板)上具有周期性排列比該材料折射率低的物質(zhì)的 二維光子晶體，并以線狀使該周期性排列缺陷的導(dǎo)波路徑；和將該周期性 排列打亂的點狀缺陷與導(dǎo)波路徑鄰接而設(shè)置的二維光子晶體以及復(fù)分接 器。另外，如上所述，在本申請中將形成于二維光子晶體內(nèi)的導(dǎo)波路徑稱 為"晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑"。專利文獻(xiàn)1:特開2001—272555號公報((0019) (0032〕、圖1)。 一般，為了能夠增大射率的差并實現(xiàn)制造上的簡單化，在二維光子晶體中，將周期性配置于高折射率薄板內(nèi)的低折射率區(qū)域設(shè)為空氣(即，空孔)。在專利文獻(xiàn)1記載的二維光子晶體中，薄板在上下均與空氣接觸。如 前所述，由于薄板和空氣之間的折射率之差較大，因而，在晶體內(nèi)導(dǎo)波路 徑內(nèi)傳播的光其大部分會通過全反射而被封閉在薄板內(nèi)部，從而能夠得到 較高的傳播效率。(2) 二維光子晶體的基板和共振器(點狀缺陷)的關(guān)系如專利文獻(xiàn)1所公開那樣，通常由于要求薄板厚度相當(dāng)薄(在實 施例中約為0.25um)，因此厚度方向的強度較低。特別是通過在薄板上設(shè) 置多個空孔而形成的二維光子晶體中，厚度方向的強度會進(jìn)一步降低。若 厚度方向的強度低，則會產(chǎn)生制造上成品率變差等問題。作為提高二維光子晶體強度的結(jié)構(gòu)，可以考慮在基板(薄板)上載置 晶體的二維光子晶體(以下，稱作"帶基板光子晶體")。此時，相對晶 體的上面與空氣接觸，晶體的下面與基板接觸。但是，當(dāng)在這種帶基板光子晶體上設(shè)置點狀缺陷的時候，與在薄板的 上下均為空氣的二維光子晶體(以下，稱"無基板光子晶體")上設(shè)置有 點狀缺陷的情況相比，作為點狀缺陷的共振器的特性會降低。圖1表示對5于除了基板的有無之外，在具有相同形狀的無基板光子晶體(a)和帶基板 光子晶體(b)上分別設(shè)置相同的點狀缺陷的情況下，共振器的共振波長頻 譜的實驗值。(b)的頻譜的半幅值寬度比(a)的寬。因此，帶基板光子 晶體與無基板光子晶體的情況相比，其共振器的波長分辨率低。另外，作為表示共振器性能的值即Q值，在(a)中是Q=3000，而在(b)中小至 Q=250。帶基板光子晶體從共振器損失的光的能量較大。 (3)基板和細(xì)線導(dǎo)波路徑的關(guān)系另外，在二維光子晶體中，為了使光從外部導(dǎo)向晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑，或 者使光從晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑導(dǎo)向外部，本申請的發(fā)明人，對在二維光子晶體 上接連細(xì)線導(dǎo)波路徑的帶細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光子晶體進(jìn)行了研究。圖2 表示其一例。通過在薄板11上周期性地配置空孔12形成二維光子晶體10， 通過使空孔12缺省一列，形成晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑13。細(xì)線導(dǎo)波路徑14接連 在晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑的延長部分上。通過以和薄板相同的材料形成該細(xì)線導(dǎo) 波路徑，可以將二維光子晶體和細(xì)線導(dǎo)波路徑形成為一體。本申請的發(fā)明者，計算了在晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑和細(xì)線導(dǎo)波路徑中導(dǎo)波的 光的頻率和波數(shù)的關(guān)系(導(dǎo)波模式)。結(jié)果得知，如圖2所示，當(dāng)細(xì)線導(dǎo) 波路徑的所有面均與空氣接觸的情況，在細(xì)線導(dǎo)波路徑內(nèi)存在兩種導(dǎo)波模 式。也就是說，在一條導(dǎo)波路徑內(nèi)兩種模式同時導(dǎo)波，從而形成對于一個 頻率能夠存在兩個波數(shù)的光的多重模式。由于兩種模式的光的傳播速度不 同，因此這種多重模式的存在，在光通信時有可能成為障礙。另一方面，當(dāng)如圖3所示，在細(xì)線導(dǎo)波路徑14的一個側(cè)面上設(shè)置包覆 部件15的時候，如圖4所示，細(xì)線導(dǎo)波路徑的導(dǎo)波模式變?yōu)閷τ谝粋€頻率 僅存在一個波數(shù)的光的單一模式，從而不產(chǎn)生上述問題，其中，所述包覆 部件15由具有比細(xì)線導(dǎo)波路徑的折射率低，但比空氣的折射率高的折射率 的材料構(gòu)成。如上所述，在帶細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光子晶體中，優(yōu)選二維光子晶體 在薄板的上下均與空氣接觸(因此，不接觸包覆部件)，另一方面，優(yōu)選 細(xì)線導(dǎo)波路徑與包覆部件接觸。在專利文獻(xiàn)1中，記載了制造無基板光子晶體(不設(shè)細(xì)線導(dǎo)波路徑) 的方法。在該方法中，使用在由InP或Si構(gòu)成的層(以下，稱"薄板層")的下方具有由InGaAs或Si02構(gòu)成的層(以下成包覆層)的基板。首先，通過周期性地形成貫通包覆層的空孔，而形成二維光子晶體。此時，通過 適當(dāng)設(shè)置空孔的大小和配置來形成點狀缺陷和晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑。接著，通 過從形成的空孔導(dǎo)入蝕刻劑，對存在于空孔下的包覆層進(jìn)行蝕刻。此時， 通過以一定時間以上進(jìn)行蝕刻，存在于空孔之間的包覆層也被蝕刻，從而 實現(xiàn)在設(shè)有空孔的區(qū)域，即在二維光子晶體的下部全體形成一個空間(空 氣橋空間)。如此制造的二維光子晶體中，在空氣橋空間上，形成有基于 二維光子晶體的薄板而架設(shè)橋梁的架橋狀結(jié)構(gòu)(空氣橋結(jié)構(gòu))。在一體形成二維光子晶體和細(xì)線導(dǎo)波路徑的情況下，當(dāng)制造帶細(xì)線導(dǎo) 波路徑的二維光子晶體時，在薄板層上一并形成二維光子晶體和細(xì)線導(dǎo)波 路徑的圖案，并可自然地通過蝕刻等一舉制成?？墒?，若在如此形成的帶 細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光子晶體的下部，通過蝕刻設(shè)置空氣橋空間，則蝕刻 劑會從細(xì)線導(dǎo)波路徑的周圍浸入到包覆層中，不僅二維光子晶體的下部被 蝕刻，而且細(xì)線導(dǎo)波路徑的正下也會被蝕刻。因此，細(xì)線導(dǎo)波路徑變?yōu)椴?與包覆層接連，而成為多重模式傳播。并且，由于強度不足，細(xì)線導(dǎo)波接 連有可能會折損。為了防止此種情況，即使屏蔽細(xì)線導(dǎo)波路徑的周圍，也 很難完全防止蝕刻劑從細(xì)線導(dǎo)波路徑和屏蔽物之間的間隙浸入，細(xì)線導(dǎo)波 路徑正下的一部分還是會被蝕刻。而且，若細(xì)線導(dǎo)波路徑從晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑的延長部分上錯離，則晶體 內(nèi)導(dǎo)波路徑和細(xì)線導(dǎo)波路徑之間的導(dǎo)波效率會降低。因此，在制造帶細(xì)線 的二維光子晶體時，需要做到晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑和細(xì)線導(dǎo)波路徑盡可能不從 規(guī)定的位置關(guān)系錯離。這樣，由于包覆部件(基板)對二維光子晶體和設(shè)于其上的共振器(點 狀缺陷)和細(xì)線導(dǎo)波路徑的強度與特性會造成影響，因此，需要對二維光 子晶體中設(shè)置包覆部件的位置進(jìn)行研究。而且，為了在二維光子晶體中的 適當(dāng)位置設(shè)置包覆部件，需要研究二維光子晶體的制造方法。本發(fā)明將要解決的第一課題是，提供一種具有比以往的二維光子晶體 高的機械性能，并且共振性能良好的二維光子晶體，并提供一種制造這種 二維光子晶體的最佳方法。本發(fā)明將要解決的第二課題是，提供一種帶細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光子晶體的制造方法，所述帶細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光子晶體，其二維光子晶體 的薄板在上下均與空氣接觸，并在與二維光子晶體接連的細(xì)線導(dǎo)波路徑的 下部設(shè)置包覆部件。特別是，提供一種二維光子晶體所具有的晶體內(nèi)導(dǎo)波 路徑和細(xì)線導(dǎo)波路徑的位置關(guān)系不發(fā)生錯離的制造方法。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所涉及的具有空氣橋結(jié)構(gòu)的二維光子晶體，是為了解決上述第 一課題而發(fā)明的器件，其特征在于，具有a) 薄板狀的主體；b) 設(shè)置在所述主體下面的包覆層；C)以規(guī)定的周期成格子狀配置在所述主體上，并與主體折射率不同的 多個區(qū)域；d) 以點狀設(shè)置所述不同折射率區(qū)域的缺陷而構(gòu)成的點狀缺陷；以及e) 面向所述點狀缺陷而設(shè)于包覆層的規(guī)定范圍內(nèi)的空間。 本發(fā)明所涉及的具有空氣橋結(jié)構(gòu)的二維光子晶體的制造方法的第一方式，是為了解決上述第一課題而發(fā)明的方法，其特征在于，具有a) 空孔形成工序，用于形成貫通板材的薄板層的蝕刻劑導(dǎo)入用空孔， 所述板材是由薄板層和包覆層層疊而形成；b) 空氣橋空間形成工序，通過經(jīng)由蝕刻劑導(dǎo)入用空孔導(dǎo)入蝕刻劑，對 蝕刻劑導(dǎo)入用空孔周圍的包覆層進(jìn)行蝕刻，從而在該包覆層上形成空間；c) 二維光子晶體形成工序，周期性形成通過僅以規(guī)定的大小除去薄板 層而構(gòu)成的空孔，并面向所述空間在薄板層上形成所述空孔的點狀缺陷。本發(fā)明所涉及的具有空氣橋結(jié)構(gòu)的二維光子晶體的制造方法的第二方 式，是為了解決上述第二課題而發(fā)明的方法，其特征在于，具有a) 二維光子晶體形成工序，在由薄板層和包覆層層疊而形成的板材的 薄板層的規(guī)定范圍內(nèi)，周期性地設(shè)置空孔，并在該規(guī)定范圍內(nèi)形成晶體內(nèi) 導(dǎo)波路徑；b) 空氣橋空間形成工序，通過經(jīng)由所述空孔導(dǎo)入蝕刻劑，對所述規(guī)定 范圍下部的包覆層進(jìn)行蝕刻，從而在該包覆層上形成空間；c) 細(xì)線導(dǎo)波路徑形成工序，從所述規(guī)定范圍的外緣朝向該規(guī)定范圍的外側(cè)，在所述晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑的延長部分上僅以規(guī)定寬度殘留薄板層，并 通過將其周圍的薄板層除去，從而形成細(xì)線導(dǎo)波路徑。本發(fā)明所涉及的具有空氣橋結(jié)構(gòu)的二維光子晶體的制造方法的第三方 式，是為了解決上述第二課題而發(fā)明的方法，其特征在于，具有a) 空孔形成工序，在由薄板層和包覆層層疊形成的板材的薄板層上形成蝕刻劑導(dǎo)入用空孔；b) 空氣橋空間形成工序，通過經(jīng)由蝕刻劑導(dǎo)入用空孔導(dǎo)入蝕刻劑，對蝕刻劑導(dǎo)入用空孔周圍的包覆層進(jìn)行蝕刻，從而在該包覆層上形成空間；c) 帶細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光子晶體形成工序，通過在面向所述空間的 薄板層上周期性地設(shè)置空孔，并從設(shè)有該空孔區(qū)域的外緣朝向其內(nèi)側(cè)形成 晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑，來形成二維光子晶體，并且，通過從設(shè)有該空孔區(qū)域的 外緣朝向其外側(cè)，在所述晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑的延長部分上僅以規(guī)定的寬度殘 留薄板層，除去其周圍的薄板層，來形成細(xì)線導(dǎo)波路徑。


圖1 ^^示設(shè)置在以往的無基板光子晶體(a)和帶基板光子晶體(b)上的點狀缺陷的共振波長頻譜的實驗值。圖2是表示帶細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光子晶體的一個例子的示意圖。 圖3是表示設(shè)置有包覆部件的帶細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光子晶體的一個例子的示意圖。圖4是表示設(shè)置有包覆部件的細(xì)線導(dǎo)波路徑和晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑的導(dǎo)波 模式的圖表。圖5是表示向細(xì)線導(dǎo)波路徑的寬度方向的光擴散的圖表。 圖6是表示面向本發(fā)明的點狀缺陷而架設(shè)有空氣橋空間的二維光子晶 體的一個實施例的結(jié)構(gòu)立體圖、俯視圖和剖面圖。圖7是表示作為點狀缺陷Q值的計算對象的空氣橋空間的示意圖。圖8是表示計算實施例1的點狀缺陷Q值的結(jié)果的圖表。圖9是表示實施例1的點狀缺陷的其他例的俯視圖。圖IO是表示實施例1的導(dǎo)波路徑的一個例子的俯視圖。圖11是表示第一方式的二維光子晶體制造方法的一個實施例(實施例2)的示意圖。圖12是具有在實施例2中制造的空氣橋結(jié)構(gòu)的二維光子晶體的SEM照片。圖13是表示具有在實施例2中制造的空氣橋結(jié)構(gòu)的二維光子晶體和以往的二維光子晶體的分波頻譜的圖表。圖14是表示導(dǎo)波路徑的寬度相同時的導(dǎo)波路徑透過帶域的示意圖。 圖15是表示擴大空氣橋空間正上的導(dǎo)波路徑時的導(dǎo)波路徑通過帶域的 示意圖。圖16是表示當(dāng)在空氣橋空間的正上存在導(dǎo)波路徑的狹窄區(qū)域時的導(dǎo)波 路徑透過帶域的示意圖。圖17是表示當(dāng)在空氣橋空間的外側(cè)存在導(dǎo)波路徑的寬區(qū)域時的導(dǎo)波路 徑透過帶域的示意圖。圖18是表示本發(fā)明第二方式的方法所涉及的帶細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光 子晶體的制造方法的一個實施例(實施例4)的立體圖和剖面圖。圖19是表示在實施例4的制造方法中，設(shè)置點狀缺陷的例子的立體圖。圖20是由實施例4所制造的帶細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光子晶體的掃描電 子顯微鏡照片。圖21是表示本發(fā)明第三方式的方法所涉及的帶細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光 子晶體的制造方法的一個實施例(實施例5)的立體圖。圖22是表示空氣橋空間的一個例子，即帶細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光子晶 體的剖面圖。圖23是表示在實施例5中設(shè)置點狀缺陷的例子的立體圖。 圖24是由實施例5所制造的帶細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光子晶體的掃描電 子顯微鏡照片。圖中10、 91 —二維光子晶體，ll一薄板，12、 35、 45、 51、 62、 72、 85、 96 —空孔，13、 63、 73、 87、 94—晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑，14、 65、 75、 88、 92 —細(xì)線導(dǎo)波路徑，15—包覆部件，31、 611、 711、 811 —薄板層，32、 612、 712、 812 —包覆層，33、 613、 813 —Si層，36、 361、 3621、 3622、 363、 364、 365、 46、 603、 604 —點狀缺陷，37、 371、 372、 373、 374、 375、 376、 44、 49、 52、 54、 64、 74、 83、 93 —空氣橋空洞(空氣橋空間)，38、 47 —導(dǎo)波路徑，41、 61、 81—S01基板，42、 82、 95 —蝕刻劑導(dǎo)入用 空孔，43 —氟化氫水溶液，66、 76、 86、 97—溝槽，68、 69、 891、 892 —抗蝕劑。
具體實施方式
(1)為了解決第一課題所發(fā)明的二維光子晶體在本發(fā)明的二維光子晶體中，與面內(nèi)方向的大小相比厚度十分薄的板 狀體即薄板作為主體。在主體的下面設(shè)置包覆(基板)層。該包覆層是為 了提高二維光子晶體的強度。另外，這里為了方便起見，將設(shè)有包覆層的 面記為主體的"下面"，但是本發(fā)明的二維光子晶體不限于將包覆層設(shè)在 下側(cè)而使用，可以向任意的朝向配置而使用。在該主體內(nèi)，以規(guī)定的周期配置有多個與該主體折射率不同的區(qū)域(不 同折射率區(qū)域)，形成為格子狀。由此，變?yōu)樾纬捎泄庾訋兜亩S光子 晶體，所述光子帶隙可以使由該周期所確定的規(guī)定波長帶域的光在主體的 面內(nèi)方向不能通過。由于通過在該二維光子晶體中形成上述的結(jié)構(gòu)，使得 在主體和主體外(空氣)之間因兩者折射率之差而產(chǎn)生全反射，所以，在 主體和主體外之間不會露光。這里，配置不同折射率區(qū)域的格子是三角格 子或正方格子等。而且，不同折射率區(qū)域也可以是比主體折射率低或高的 材料中任意一種，但是優(yōu)選周期性在主體上打穿空孔而形成。通過在不同 折射率區(qū)域上設(shè)置空孔，能夠增大與主體的折射率之差，同時在制造時可 容易地形成不同折射率區(qū)域，并能夠容易地應(yīng)用后述第一方式的制造方法。通過將該不同折射率區(qū)域的缺陷設(shè)為點狀，來形成點狀缺陷。該點狀 缺陷可以通過使不同折射率區(qū)域具有與其他不同折射率區(qū)域不同的大小， 或使之缺省等來形成。并且，設(shè)置有缺陷的不同折射率區(qū)域可以為一個或 鄰接的多個。在設(shè)置有鄰接的多個不同折射率區(qū)域缺陷的情況下，該多個 缺陷相互結(jié)合而成為一個點狀缺陷。點狀缺陷具有作為共振器的功能，使 由其形狀所確定的波長的光發(fā)生共振。并且，也可以設(shè)置多個點狀缺陷。 通過使點狀缺陷的形狀形成為各自不同的形狀，能夠在點狀缺陷中使各自 不同波長的光共振。面向所述點狀缺陷，在包覆層的規(guī)定范圍內(nèi)設(shè)置空間。該空間也可以僅在點狀缺陷的正下方形成，還可以在與此相比更廣的范圍內(nèi)，即在從點 狀缺陷的外緣向外方偏離一定距離的范圍內(nèi)形成。在設(shè)置有空間的范圍之 外，主體通過包覆層而被支撐。另外，在設(shè)置有多個點狀缺陷的情況下， 也可以按該點狀缺陷來設(shè)置該空間，還可以設(shè)置面向多個點狀缺陷的一個 空間。該結(jié)構(gòu)中，在空間上采用基于主體架設(shè)橋梁的空氣橋結(jié)構(gòu)。而且， 這里將采用上述方法設(shè)置的空間稱為"空氣橋空間"。這樣，通過面向點狀缺陷來設(shè)置空氣橋空間，基于點狀缺陷的光共振 器的性能，能夠比前述帶基板光子晶體高，并且與前述無基板光子晶體等 同。其理由如下。首先，由于在點狀缺陷的位置主體的上下均存在空氣， 所以，即使在主體的包覆層一側(cè)的面也能夠增加與外部的折射率之差，使 得光封閉效果較好。而且，由于點狀缺陷的上下均是空氣，所以與點狀缺 陷的特性相關(guān)的參數(shù)在該位置上下對稱。由此，在共振器內(nèi)存在的光變?yōu)?僅是TE波，從而能夠防止存在于共振器內(nèi)的光因光子帶隙而向晶體的面內(nèi) 方向漏散。另外，由于本發(fā)明的二維光子晶體，在設(shè)有空氣橋空間的范圍以外由 包覆層支撐，因此能夠確保其機械強度。特別是在不同折射率區(qū)域上形成 空孔的情況下，由于設(shè)置空孔而降低了晶體的機械強度，因此本發(fā)明的結(jié) 構(gòu)是有益的。下面，研究空氣橋空間的大小。雖然即使僅在點狀缺陷的正下形成空 氣橋空間，就可以與前述帶基板光子晶體的情況相比改善光共振器的性能， 但是更加優(yōu)選的是不僅在點狀缺陷的正下，而是從點狀缺陷的外緣起到遠(yuǎn) 離不同折射率區(qū)域一個周期以上的區(qū)域設(shè)置空氣橋空間。這樣，通過在更 廣的范圍內(nèi)形成空氣橋空間，能夠得到與所述無基板光子晶體等同的較高 的光共振器性能。另一方面，為了確保晶體的強度，優(yōu)選空氣橋空間的形 成范圍在一定尺寸以下。雖然該范圍因主體的厚度和不同折射率區(qū)域的大 小與材料等而稍有不同，但是，通常優(yōu)選對于主體面內(nèi)的至少一個方向，從點狀缺陷的外緣向外方直至不同折射率區(qū)域的25個周期以下的范圍。由 于在一個方向上只要將該范圍設(shè)為25個周期以下，就可以在該方向被支撐， 因此即使將其他方向設(shè)計為其以上的長度，也能夠確保晶體的強度。而且， 雖然只要空氣橋空間具有很小的深度，就可以與所述帶基板光子晶#1 況相比改善光共振器的性能，但是，為了充分地排除光的漏散和上下非對 稱性對包覆層的影響，優(yōu)選將其設(shè)計為不同折射率區(qū)域的周期的兩倍以上。通過在點狀缺陷附近進(jìn)一步設(shè)置導(dǎo)波路徑，本發(fā)明的二維光子晶體可 以作為復(fù)分接器使用。該導(dǎo)波路徑，通過將不同折射率區(qū)域的缺省設(shè)置為 線狀而形成。特別是，優(yōu)選為通過使不同折射率區(qū)域以線狀缺省，即不設(shè) 置不同折射率區(qū)域而形成。由此，可以作為復(fù)分接器而使用，即從流過導(dǎo) 波路徑的多個波長的重疊光中分波共振波長的光并取出到晶體外部，或者 將共振波長的光從晶體外部合波到導(dǎo)波路徑的重疊光中。在這種導(dǎo)波路徑的一部分面向空氣橋空間的情況下，若在空氣橋上以 相同寬度形成導(dǎo)波路徑和其以外的部分，則空氣橋?qū)Р窂讲康耐高^波長 帶域?qū)⒁葡虮绕湟酝獾牟糠?"基板導(dǎo)波路徑部")的透過波長帶域短的 波長側(cè)。由于導(dǎo)波路徑全體的透過波長帶域是所述兩個部分的透過波長帶 域的共通部分，所以，比沒有空氣橋?qū)Р窂讲康那闆r要狹窄。因此，優(yōu) 選將空氣橋?qū)Р窂讲康膶?dǎo)波路徑的寬度設(shè)定為僅比基板導(dǎo)波路徑的導(dǎo)波 路徑幅度寬規(guī)定大小。由此，因空氣橋?qū)Р窂讲康耐高^波長帶域向長波 長側(cè)移動，故能夠防止這種透過波長帶域的狹窄化。但是，由于二維光子晶體制造上的限制，因此導(dǎo)波路徑面向空氣橋空 間的部分和導(dǎo)波路徑加寬的部分不一致，則在空氣橋?qū)Р窂讲啃纬蓪?dǎo)波 路徑寬度較窄的區(qū)域，在基板導(dǎo)波路徑部形成導(dǎo)波路徑寬度較寬的區(qū)域。 由于若在空氣橋?qū)Р窂讲磕軌蛴袑?dǎo)波路徑寬度較窄的區(qū)域，則由于該區(qū) 域的導(dǎo)波路徑透過帶域依然為上述短波長側(cè)，則不能夠?qū)?dǎo)波路徑全體的 透過波長帶域加寬。另一方面，當(dāng)在基板導(dǎo)波路徑部形成導(dǎo)波路徑寬度較 寬的區(qū)域的情況下，該區(qū)域的導(dǎo)波路徑透過帶域向長波長側(cè)移動，使得短 波長側(cè)的共同透過波長帶域變小。但是，若在短波長側(cè)是TE波和TM波混合的光，則在導(dǎo)波路徑內(nèi)會產(chǎn)生TM波的泄漏，使得在共同透過波長帶域外也能夠?qū)РāＨ艋鍖?dǎo)波路徑部的導(dǎo)波路徑寬度較寬的區(qū)域充其量不過是不同折射率區(qū)域的多個周期，則能夠?qū)M波的泄漏抑制為實用上沒有 問題的程度，從而能夠有效地利用較寬的共同透過波長帶域。因此，設(shè)計 上是通過從空氣橋?qū)Р窂讲康絻H遠(yuǎn)離規(guī)定距離的位置，將導(dǎo)波路徑的寬 度設(shè)定為比其他部分的導(dǎo)波路徑的寬度僅寬規(guī)定的大小，這樣即使制造時變更導(dǎo)波路徑寬度的位置錯離，也能夠防止導(dǎo)波路徑的共同透過波長帶域 變窄。(2)第一方式的制造方法下面，說明本發(fā)明所涉及的二維光子晶體的第一方式的制造方法。該 方法涉及制造本發(fā)明的上述二維光子晶體，即面向點狀缺陷而設(shè)置空氣橋 空間的二維光子晶體的方法，特別涉及一種當(dāng)制造在不同折射率區(qū)域設(shè)置 空孔的二維光子晶體時最佳使用的方法。在本方式的方法中，將薄板(主體)層和包覆(基板)層層疊而形成 的板材作為材料。在薄板層上形成二維光子晶體，在包覆層上形成空氣橋 空間。作為這種板材，例如薄板層由Si構(gòu)成，包覆層中至少設(shè)置空氣橋空 間的部分使用由Si02構(gòu)成的基板。具體地說，可以使用在Si的厚膜上形成Si02薄膜，進(jìn)而在Si02薄膜上形成Si薄膜的市售的SOKSilicon on insulator) 基板。使用SOI基板的話，Si薄膜作為薄板層，Si02薄膜和Si厚膜作為包覆層，包覆層中形成空氣橋空間的是Si02薄膜。首先，在板材上形成貫通薄板層的空孔(空孔形成工序)。這里將該 空孔稱為"蝕刻劑導(dǎo)入用空孔"。該蝕刻劑導(dǎo)入用空孔在完成后的二維光 子晶體中成為不同折射率區(qū)域的一部分。但是，該空孔形成工序中，并不 形成所有的不同折射率區(qū)域，僅形成薄板層的一部分。該蝕刻劑導(dǎo)入用空 孔例如可以通過使用光平板印刷術(shù)(photo l他ography)或電子射線(EB) 描繪和蝕刻技術(shù)而形成。接著，通過蝕刻劑導(dǎo)入用空孔，將蝕刻劑導(dǎo)入包覆層中。由此，蝕刻 劑從蝕刻劑導(dǎo)入用空孔浸入到包覆層，則包覆層被蝕刻。這樣，蝕刻劑導(dǎo) 入用空孔周圍的包覆層被除去，從而在該位置形成空氣橋空間(空氣橋空 間形成工序)。蝕刻劑可以使用現(xiàn)有的蝕刻液或蝕刻氣體。例如當(dāng)包覆層 由Si02構(gòu)成的情況下，可以使用氟化氫溶液。所述蝕刻結(jié)束之后，在薄板層上通過僅將該薄板層除去規(guī)定大小而周 期性形成空孔。按照該工序而形成所有的不同折射率區(qū)域。與此同時，面 向空氣橋空間、在薄板層上形成點狀缺陷。通過設(shè)置與其他空孔不同孔徑 的空孔或使空孔缺省等來形成點狀缺陷。通過這些作業(yè)，在薄板層上形成 二維光子晶體(二維光子晶體形成工序)?？湛缀忘c狀缺陷，與專利文獻(xiàn)l中所記載的方法相同，可以使用光平板印刷術(shù)(photo lithography)或EB 描繪以及蝕刻技術(shù)等形成。通過上述工序，能夠制造在點狀缺陷的下部形 成有空氣橋空間的二維光子晶體。在用于二維光子晶體復(fù)分接器的情況等，即在本發(fā)明的二維光子晶體 上進(jìn)一步設(shè)置晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑的情況下，只要在所述二維光子晶體形成工 序中，將空穴的缺陷設(shè)置為線狀即可。而且，在導(dǎo)波路徑面向所形成的空 氣橋空間的情況下，如上所述，優(yōu)選以該部分(空氣橋?qū)Р窂讲?的導(dǎo) 波路徑的寬度比其他部分寬的方式形成導(dǎo)波路徑。并且，如前所述，優(yōu)選 從空氣橋?qū)Р窂讲康絻H遠(yuǎn)離規(guī)定的距離的位置，導(dǎo)波路徑的寬度形成為 比其他部分的導(dǎo)波路徑的寬度僅寬規(guī)定的大小，使得即使在制造時變更導(dǎo) 波路徑寬度的位置發(fā)生錯位，也能夠防止導(dǎo)波路徑的共同透過波長帶域變 窄。根據(jù)本發(fā)明所涉及的第一方式的制造方法，可以使用半導(dǎo)體制造中所 利用的現(xiàn)有技術(shù)，容易地即低成本制造具有空氣橋結(jié)構(gòu)的二維光子晶體。 (3)第二方式的制造方法 第二方式的制造方法，是具有空氣橋結(jié)構(gòu)的帶細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光 子晶體的制造方法。在該實施方式中，也與第一方式的情況相同，將薄板 (主體)層和包覆(基板)層層疊而形成的板材(例如SOI基板)作為材 料。首先，在包覆層的規(guī)定范圍內(nèi)周期性地設(shè)置空孔。由此，因為形成折 射率的周期性分布，所以設(shè)有空孔的范圍內(nèi)成為二維光子晶體。此時，同 時形成晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑。晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑， 一般是通過空孔的周期性排列 的線狀錯亂而形成，但典型的方法是通過將沒有形成空孔的區(qū)域設(shè)置為線 狀而形成。另外，通過移近其兩側(cè)的空孔配置而將寬度變窄，或者相反使 之?dāng)U展，作為晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑都充分地發(fā)揮作用。而且，通過將與周圍的 空孔不同孔徑的空孔以線狀配置，并埋入其他不同的物質(zhì)，當(dāng)然也能夠形 成晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑?？湛桌缡峭ㄟ^在各種半導(dǎo)體裝置的制造中所使用的 光平板印刷術(shù)、電子射線印刷術(shù)或干蝕刻等而形成。在二維光子晶體中， 根據(jù)需要形成點狀缺陷。另外，在該工序中不形成細(xì)線導(dǎo)波路徑。接著，通過空孔將蝕刻劑導(dǎo)入包覆層。蝕刻劑從空孔浸入到包覆層，15從而蝕刻空孔的下部及其周圍的包覆層。由此，在設(shè)有空孔的范圍，即在 二維光子晶體的下部形成空氣橋空間。此時，通過調(diào)節(jié)進(jìn)行蝕刻的時間， 能夠使空氣橋空間的區(qū)域與二維光子晶體的區(qū)域大致一致。這里，不需要 空氣橋空間的區(qū)域與二維光子晶體的區(qū)域完全一致，比其稍微大或稍小一 點均可以。蝕刻劑可以使用現(xiàn)有的蝕刻液或蝕刻氣。例如在包覆層由Si02 構(gòu)成的情況下，可以使用氟化氫水溶液。然后，從前述的規(guī)定范圍，即二維光子晶體的外緣向其外側(cè)，在晶體 內(nèi)導(dǎo)波路徑的延長部分上形成細(xì)線導(dǎo)波路徑。即，僅留下細(xì)線導(dǎo)波路徑寬 度的薄板層，并除去其周圍的薄板層。由于在空氣橋空間的外側(cè)殘留有包 覆層，所以如此形成的細(xì)線導(dǎo)波路徑其下部與包覆層接觸。薄板層的除去 與形成空孔時相同，可以使用光平板印刷術(shù)、電子射線印刷術(shù)或干蝕刻等 進(jìn)行。這里，由于將要形成的細(xì)線導(dǎo)波路徑，被恰當(dāng)?shù)嘏渲迷谙惹八纬?的晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑的延長部分上，所以也可以使用市售的印刷術(shù)(lithography)裝置所具有的重合功能。該重合功能在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中被 廣泛應(yīng)用，在與前道工序形成的圖案對齊進(jìn)一步形成圖案時，可以將兩圖 案的位置錯離抑制在規(guī)定大小以下。在細(xì)線導(dǎo)波路徑形成工序中除去薄板層時，無需將細(xì)線導(dǎo)波路徑部分 以外的薄板層完全除去，只要除去薄板層使得在細(xì)線導(dǎo)波路徑的兩側(cè)形成 溝槽即可。例如在通過電子射線印刷術(shù)除去薄板層的情況下，與大范圍除 去薄板層相比，如此僅除去溝槽部分的方法較為容易?；谝韵吕碛?，該溝槽的寬度優(yōu)選為空孔配置的1個周期以上。另外， 在本申請中，"空孔配置的周期"表示最鄰近的空孔之間的距離。圖5表示在導(dǎo)波路徑的寬度方向上，在細(xì)線導(dǎo)波路徑中傳播的光的電 場分布。橫軸表示細(xì)線導(dǎo)波路徑寬度方向的位置，圖中的符號21的范圍相 當(dāng)于細(xì)線導(dǎo)波路徑的區(qū)域。縱軸表示電場的振幅，縱軸的絕對值越大表示 電場越大。雖然，電場在細(xì)線導(dǎo)波路徑21的外側(cè)也存在，但是從細(xì)線導(dǎo)波 路徑的端部到僅遠(yuǎn)離空孔配置一個周期a的位置22處，電場大致為0。因 此，只要上述溝槽的寬度為空孔配置的一個周期以上，在細(xì)線導(dǎo)波路徑的 側(cè)部的薄板層中就幾乎沒有光的泄漏。在二維光子晶體中，光從晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑浸透到該導(dǎo)波路徑寬度方向的某種程度的范圍并傳播(但是，由于光不會擴散到比該范圍更靠近外側(cè) 的地方，因此晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑的光不損失)。該浸透范圍為空孔配置的5 個周期左右。若在比細(xì)線導(dǎo)波路徑兩側(cè)的溝槽更靠近外側(cè)殘存的薄板層與 二維光子晶體直接接連，則由于從晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑浸透的光浸入到該殘存 的薄板層中，所以光會產(chǎn)生損失。因此，在所述細(xì)線導(dǎo)波路徑形成工序中， 優(yōu)選從細(xì)線導(dǎo)波路徑起，進(jìn)一步將二維光子晶體的外緣部的薄板層除去空 孔配置的5個周期以上。由此，可以防止從晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑浸透的光浸入 到殘存于溝槽外側(cè)的薄板層中而造成損失。根據(jù)本發(fā)明所涉及的第二方式的制造方法，能夠得到以下的效果。本 發(fā)明中，由于在形成二維光子晶體并在其下部形成空氣橋空間之后，從二 維光子晶體的外緣朝向其外側(cè)形成細(xì)線導(dǎo)波路徑，所以，包覆層能夠可靠 地接觸在細(xì)線導(dǎo)波路徑的下部。因此，通過該方法所制造的細(xì)線導(dǎo)波路徑 中，導(dǎo)波模式為單一模式，不會產(chǎn)生由多重模式所引起的問題。另一方面， 由于在二維光子晶體的下部形成空氣橋空間，因此通過存在于其上下的空 氣和薄板的折射率差，能夠在二維光子晶體內(nèi)將光封閉于與薄板垂直的方 向，從而將光的損失抑制為最小。 (4)第三方式的制造方法第三方式的制造方法與第二方式的制造方法相同，是具有空氣橋結(jié)構(gòu) 的帶細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光子晶體的制造方法。在本方式的制造方法中， 也是將薄板層和包覆層層疊而形成的板材(例如SOI)作為材料。首先，形成貫通薄板層的空孔。這里所設(shè)置的空孔與第二方式的情況 不同，不是作為用于形成二維光子晶體的不同折射率區(qū)域的空孔，而是為 了將蝕刻劑導(dǎo)入包覆層而設(shè)置的。這里，將該空孔稱作"蝕刻劑導(dǎo)入用空 孔"。蝕刻劑導(dǎo)入用空孔，如后所述，優(yōu)選在完成后設(shè)置于變?yōu)閹Ъ?xì)線導(dǎo) 波路徑的二維光子晶體的區(qū)域的外側(cè)。進(jìn)而優(yōu)選以在晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑的兩 側(cè)，從該晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑僅遠(yuǎn)離規(guī)定的距離而大致平行地排列的方式設(shè)置。 但是，也可以如后所述，將該蝕刻劑導(dǎo)入用空孔作為用于形成不同折射率區(qū)域的空孔的一部分。蝕刻劑導(dǎo)入用空孔，通過光平板印刷術(shù)(photo lithography)、電子射線印刷術(shù)或干蝕刻等而形成。接著，通過蝕刻劑導(dǎo)入用空孔，將蝕刻劑導(dǎo)入到包覆層中。蝕刻劑從空孔浸入到包覆層，并對空孔的下部及其周圍的包覆層進(jìn)行蝕刻。由此， 從空孔起在一定范圍內(nèi)形成空氣橋空間。蝕刻劑與第二方式的情況相同， 可以使用現(xiàn)有的蝕刻液或蝕刻氣體。然后，在面向空氣橋空間的薄板層，即空氣橋空間上的薄板層，周期 性地設(shè)置空孔。由于由此形成了折射率的周期分布，所以在設(shè)有空孔的區(qū) 域內(nèi)變成二維光子晶體。這里，設(shè)置空孔的區(qū)域無需與空氣橋空間的區(qū)域 完全一致，可以比其稍微大或稍小一點。而且，設(shè)置空孔之際一并形成晶 體內(nèi)導(dǎo)波路徑。晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑的一端或兩端到達(dá)設(shè)有空孔的區(qū)域的外緣 部。晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑， 一般通過空孔的周期性排列的線狀錯亂而形成，典 型的方法是通過將沒有形成空孔的區(qū)域設(shè)為線狀而形成。另外，通過移近 其兩側(cè)的空孔配置而將寬度變窄，或者相反使其擴展，能夠作為晶體內(nèi)導(dǎo) 波路徑而充分地發(fā)揮作用。并且，通過將與周圍的空孔不同孔徑的空孔以 線狀配置，并埋入其他不同的物質(zhì)，當(dāng)然也能夠形成晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑。在 二維光子晶體中根據(jù)需要形成點狀缺陷。例如，可通過配置與周期性地配 置的空孔不同孔徑的空孔，或者使空孔缺省等來形成點狀缺陷。該工序中 的空孔的形成與蝕刻劑導(dǎo)入用空孔相同，可以通過光平板印刷術(shù)、電子射 線印刷術(shù)或干蝕刻等進(jìn)行。如上所述，在形成二維光子晶體的同時，從所述晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑的端 部朝向空氣橋空間的外側(cè)形成細(xì)線導(dǎo)波路徑。該細(xì)線導(dǎo)波路徑，通過除去 周圍的薄板層，僅殘留其寬度的薄板層而形成。由于在空氣橋空間的外側(cè) 殘留有包覆層，所以如此形成的細(xì)線導(dǎo)波路徑在其下部具有包覆層。包覆 層的除去與形成空孔時相同，可以通過光平板印刷術(shù)、電子射線平板印刷 術(shù)或干蝕刻而等進(jìn)行。由于當(dāng)以不同工序分別形成二維光子晶體和細(xì)線導(dǎo)波路徑的情況時， 在晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑和細(xì)線導(dǎo)波路徑中，以與先前工序中所形成的一方導(dǎo)波 路徑的位置重合的方式，形成另一方導(dǎo)波路徑，所以，在后面的工序中需 要進(jìn)行導(dǎo)波路徑之間的定位。與此相對，由于在該第三方式的制造方法中， 二維光子晶體的形成和細(xì)線導(dǎo)波路徑的形成在同一工序(帶細(xì)線導(dǎo)波路徑 的光子晶體的形成工序)中進(jìn)行，因此無需進(jìn)行這種旨在定位的作業(yè)，從 兒不僅節(jié)省工夫和時間，還能夠可靠地對兩者進(jìn)行定位。蝕刻劑導(dǎo)入用空孔，優(yōu)選在完成后設(shè)于變?yōu)閹в屑?xì)線導(dǎo)波路徑二維光 子晶體的區(qū)域外側(cè)。由此，可以比較隨便地進(jìn)行蝕刻劑導(dǎo)入用空孔的形成 和通過蝕刻劑而進(jìn)行的空氣橋空間的形成，從而使制造工藝簡略化。另一 方面，也可以將蝕刻劑導(dǎo)入用空孔設(shè)于帶細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光子晶體的 區(qū)域內(nèi)，并將該蝕刻劑導(dǎo)入用空孔作為后述所形成的二維光子晶體的空孔 的一部分或點狀缺陷等。但是，該情況下，在帶細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光子 晶體形成工序中，要進(jìn)行蝕刻劑導(dǎo)入用空孔和二維光子晶體圖案的定位。并且，優(yōu)選蝕刻劑導(dǎo)入用空孔為在晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑的兩側(cè)從該晶體內(nèi) 道波路徑僅遠(yuǎn)離規(guī)定距離而大致平行地排列的多個空孔。在僅設(shè)置一個蝕刻劑導(dǎo)入用空孔的情況下，空氣橋空間的外緣形狀為 圓形。另外，在設(shè)置多數(shù)個線狀蝕刻劑導(dǎo)入用空孔的情況下，由于包覆層 從各空孔僅遠(yuǎn)離相同距離而被分別蝕刻，所以，空氣橋空間的外緣形狀為 與蝕刻劑導(dǎo)入用空孔的列平行的帶狀，其帶的端部為以頂端的空孔為中心 的圓弧狀形狀。若將所述晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑的端部配置于這些圓弧形狀的外 緣，則從該位置向該導(dǎo)波路徑的寬度方向不存在空氣橋空間。因此，二維 光子晶體的一部分不與空氣橋空間接連。與此相對，若在晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑的兩側(cè)，從該晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑僅遠(yuǎn)離 規(guī)定距離而大致平行地排列蝕刻劑導(dǎo)入用空孔，則所形成的空氣橋空間變 為其上述空氣橋空間的帶的側(cè)部重合的形狀。此時，在晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑的 端部，變?yōu)樯鲜鰩羁諝鈽蚩臻g的圓弧形狀區(qū)域交叉的形狀。因此，從晶 體內(nèi)導(dǎo)波路徑的端部向該導(dǎo)波路徑的寬度方向也存在空氣橋空間，并且二 維光子晶體全體與空氣橋空間接連。這樣，即使如前所述光從晶體內(nèi)導(dǎo)波 路徑浸透，該光也不會通過包覆層而損失。在第三方式的情況下，與第二方式的情況相同，優(yōu)選在細(xì)線導(dǎo)波路徑 形成工序中，以只要在細(xì)線導(dǎo)波路徑的兩側(cè)形成溝槽即可的方式除去薄板 層(不需將細(xì)線導(dǎo)波路徑部分以外的薄板層完全除去)，并以空孔配置的 一個周期以上設(shè)置該溝槽的寬度。而且，在所述細(xì)線導(dǎo)波路徑形成工序中 也與第二實施方式的情況相同，優(yōu)選從細(xì)線導(dǎo)波路徑起進(jìn)一步將二維光子 晶體的外緣部薄板層除去空孔配置的5個個周期以上，。根據(jù)本發(fā)明所涉及的第三方式的制造方法，能夠得到以下的效果。本發(fā)明中，由于在形成空氣橋空間之后，在空氣橋空間的外側(cè)形成細(xì)線導(dǎo)波 路徑，所以，能夠使包覆層可靠地接連在細(xì)線導(dǎo)波路徑的下部。因此，通 過該方法制造的細(xì)線導(dǎo)波路徑中，導(dǎo)波模式變?yōu)閱我荒Ｊ剑粫a(chǎn)生由多 重模式所引起的問題。而且，由于在形成空氣橋空間之后，在其上部形成 二維光子晶體，所以空氣橋空間能夠可靠地接連在二維光子晶體的下部。 因此，通過存在于二維光子晶體的上下的空氣和薄板的折射率之差，可以 將光封閉于和薄板面垂直的方向，從而將光的損失抑制為最小限度。并且， 由于晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑的形成和細(xì)線導(dǎo)波路徑的形成在同一工序中進(jìn)行，所 以無需進(jìn)行晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑和細(xì)線導(dǎo)波路徑的定位，就可以適當(dāng)?shù)貙⒓?xì)線 導(dǎo)波路徑配置于晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑的延長部分上。 實施例1圖6表示面向點狀缺陷而設(shè)置有空氣橋空間的二維光子晶體的結(jié)構(gòu)例。(a)是其立體圖，(b)是俯視圖，(c)是(b)所示的A-A'方向的剖 面圖(左側(cè))以及B-B'方向的剖面圖(右側(cè))。該器件具有以Si為材 料的薄板層31、以Si02為材料的包覆層32、以及以Si為材料的Si層33。 包覆層32和Si層33重合的層支承薄板層31 。在薄板層31上以三角格子狀的周期配置空孔35。由于由此形成光子帶 隙，所以與光子帶隙內(nèi)的能量相對應(yīng)的波長的光無法在主體層內(nèi)傳播。這 里，三角格子的周期a是0.41pm。另外，通過使以直線狀排列的三個空孔 35缺省，即不設(shè)置三個空孔來形成一個點狀缺陷36。包覆層32中，在點 狀缺陷的下部區(qū)域設(shè)置沒有Si02的空氣橋空間37。由于該空氣橋空間是以 薄板層31、包覆層32和Si層33圍繞其周圍的空洞狀區(qū)域，所以，這里將 空氣橋空間稱為"空氣橋空洞"。至于設(shè)置該空氣橋空洞37的范圍，后面 將詳細(xì)敘述。在薄板層31的下側(cè)與包覆層32接連的區(qū)域中，通過Si(折射率 3.5) 和Si02 (折射率 1.5)的折射率之差，能夠某種程度地將光封閉于垂直于 薄板層31的方向。但是，相比于主體層與空氣接觸的情況，該封閉不夠充 分，若假設(shè)在點狀缺陷36的正下方存在Si02，則光會從點狀缺陷36漏散 到包覆層32。而且，由于在點狀缺陷36的位置產(chǎn)生上下非對稱性，所以會 產(chǎn)生TE波和TM波的結(jié)合，使得光會從點狀缺陷36漏散到薄板層31的面內(nèi)。因此，本實施例中在點狀缺陷36的下部設(shè)置空氣空洞37，防止了光從點狀缺陷36漏散到包覆層32和薄板層31的面內(nèi)。對于具有圖6這樣構(gòu)造的二維光子晶體，通過基于時間區(qū)域差分法(Finite Difference Time Domain method; FDTD法)來計算，求得點狀缺陷 36的Q值。這里，對于設(shè)置空氣橋空洞37的范圍僅在點狀缺陷36的正下 方(圖7 (a))、在從點狀缺陷36到僅偏離格子一個周期的外側(cè)(b)、 以及在從點狀缺陷36到僅偏離格子兩個周期的外側(cè)(c)的情況，分別計 算Q值。另外，空氣橋空洞37的深度設(shè)為2a。而且，為了比較，對于在 薄板31的上下均將整個面形成為空氣的情況(無基板光子晶體)，和在包 含點狀缺陷36的正下方的薄板層31的下部整個面上設(shè)置包覆層32的情況(帶基板光子晶體)，計算Q值。圖8表示這些計算結(jié)果。另外，在圖8 中將無基板光子晶體簡略表示為"無基板"，將帶基板光子晶體簡略表示 為"帶基板"。在(b) 、 (c)的情況下，能夠得到與無基板光子晶體上 設(shè)置的點狀缺陷同等的Q值。因此，空氣橋空洞37在比(b)更廣的范圍 內(nèi)，即能夠確保薄板層31的強度的范圍即可。如上所述可知，能夠?qū)崿F(xiàn)具 有比本實施例的二維光子晶體更高性能的點狀缺陷共振器。形成于薄板層31的點狀缺陷除了圖6所示之外還存在各種方式。圖9 示出了其若干個例子。(a)是通過空孔35中的一個孔徑比其他空孔的孔 徑大而形成點狀缺陷361。這種點狀缺陷，能夠通過變化其孔徑而容易地控 制共振波長。(b)是兩個相同的點狀缺陷并列設(shè)置而形成的點狀缺陷。相 對這兩個點狀缺陷3621和3622設(shè)置一個空氣橋空洞372。兩個點狀缺陷 3621和3622以相同波長的光共振，作為一個共振器而發(fā)揮作用。(c)和(d)是在一個光子晶體上配置不同的多個點狀缺陷363 365。在各點狀缺 陷363 365中，分別對不同波長的光進(jìn)行共振。在(c)中按各點狀缺陷 分別設(shè)置空氣橋空洞373 375。與此相對，在(d)中對這些點狀缺陷363 365的全部設(shè)置一個共同的空氣橋空洞376。雖然該空氣橋空洞376比空氣 橋空洞373 375大，但是由于在與點狀缺陷363 365的排列方向垂直的 面內(nèi)方向的長度L較短，所以能夠確保足夠的強度。圖IO表示在本發(fā)明的二維光子晶體中設(shè)置導(dǎo)波路徑的例子。導(dǎo)波路徑 38是通過使空孔35以線狀缺省，即通過不設(shè)置空孔35而構(gòu)成。而且，也可以單純地使空孔35從排列有空孔35的三角格子的格子點缺省，進(jìn)而通過錯開空孔35的排列來適當(dāng)?shù)卦O(shè)定導(dǎo)波路徑38的寬度，可以調(diào)整透過導(dǎo)波路徑的光的波長帶。通過在點狀缺陷附近設(shè)置這種導(dǎo)波路徑，可作為復(fù) 分接器使用，具體地說從流過導(dǎo)波路徑的多個波長的重疊光中對共振波長 的光進(jìn)行分波，并取出至晶體的外部，或者將共振波長的光從晶體外部合 波到導(dǎo)波路徑的重疊光中。實施例2下面，使用圖11說明第一方式的二維光子晶體的制造方法的一個實施例。準(zhǔn)備SOI基板41，其由以Si為材料的薄板層31、以Si02為材料的包 覆層32、以及以Si為材料的Si層33這三層構(gòu)成。SOI基板41可以使用市 售的材料。首先，在薄板層31上挖空兩個蝕刻劑導(dǎo)入用空孔42 (a)。蝕 刻劑導(dǎo)入用空孔42的形成例如可以通過以下方式進(jìn)行，即在薄板層31的 表面涂布EB抗蝕劑，并在蝕刻劑導(dǎo)入用空孔42的位置進(jìn)行EB描繪后， 使用蝕刻氣體(例如SF》來進(jìn)行干蝕刻。接著，將SOI基板41浸入氟化 氫水溶液43中(b)。從蝕刻劑導(dǎo)入用空孔42浸入的氟化氫水溶液，對薄 板層31和Si層33不產(chǎn)生影響，而僅蝕刻包覆層32。由此，從蝕刻劑導(dǎo)入 用空孔42直至一定距離，包覆層32被蝕刻，從而形成空氣橋空間44?；?于與上述同樣的理由，下面將該空氣橋空間稱作"空氣橋空洞"。然后， 以三角格子狀形成作為不同折射率區(qū)域的空孔45，并以被配置于空氣橋空 洞44上方位置的方式，形成空孔缺省的點狀缺陷46。這里，調(diào)整SOI基 板41的位置，使得蝕刻劑導(dǎo)入用空孔42成為不同折射率區(qū)域空孔中的一 個。該空孔45的形成也與蝕刻導(dǎo)入用空孔42相同，可以使用EB描繪或干 蝕刻法進(jìn)行。進(jìn)而，在設(shè)置導(dǎo)波路徑的時候，替代(c一l)，如圖(c一2)所示只 要在導(dǎo)波路徑47的位置的格子點，不挖出空孔45即可。圖12表示由第二實施例例制造的二維光子晶體的掃描電子顯微鏡 (SEM)照片。(a)和(b)是從薄板層31的上部觀察該二維光子晶體的 照片。在該例中形成有點狀缺陷和導(dǎo)波路徑。因變色而可看到的區(qū)域48是 在該薄板層31的正下方形成的空氣橋空洞。(c)表示從斜上方對區(qū)域48的邊界附近的S0I基板41的剖面進(jìn)行攝影的SEM照片。包覆層32被蝕刻， 形成空氣橋空洞49。而且，之所以包覆層32被斜著蝕刻(符號40)，是 因為接近主體層的包覆層32的上部，能夠從蝕刻劑導(dǎo)入用空孔42起被蝕刻至很遠(yuǎn)的位置，以及根據(jù)Si02的結(jié)晶性的緣故。在圖12的(a)和(b)中，導(dǎo)波路徑和空氣橋空洞之間的位置不同。 與在(a)中導(dǎo)波路徑的一部分通過區(qū)域48相對，在(b)中導(dǎo)波路徑的全 體通過區(qū)域48的外部。但是，對于導(dǎo)波路徑和點狀缺陷的位置關(guān)系，(a) 和(b)沒有不同。在(b)中，為了將點狀缺陷配置于空氣橋空洞上，并 將導(dǎo)波路徑配置于空氣橋空洞以外，將點狀缺陷的外緣配置于大致與區(qū)域 48接連的位置。圖13表示對(a)和(b)的二維光子晶體，測定從導(dǎo)波路徑被點狀缺 陷分波的光的分波頻譜的結(jié)果。在該圖中一并表示了無基板光子晶體和帶 基板光子晶體的分波頻譜的測定結(jié)果。點狀缺陷的Q值，在(a)中為Q二 3000，在(b)中為Q-950。在(a) 、 (b)中均得到了比帶基板光子晶體 的的情況更高的Q值，特別是在(a)中能夠得到與無基板光子晶體的Q 值相同的值。雖然(b)中的Q值比無基板光子晶體的Q值稍低，但可以 認(rèn)為這是由于在(b)中，為了將點狀缺陷的外緣配置在大致與區(qū)域48的 端部接連的位置，會在點狀缺陷的下方多少殘存有Si02的緣故。實施例3下面，在具有空氣橋結(jié)構(gòu)的二維光子晶體中，示出對在空氣橋空間的 正上設(shè)置導(dǎo)波路徑時的導(dǎo)波路徑透過帶域進(jìn)行解析的結(jié)果。首先，如圖14 (a)所示，在Si02基板層的正上區(qū)域501和空氣橋空 間52的正上區(qū)域502的導(dǎo)波路徑寬度相等(寬度為空孔51周期a的1.11 倍)的情況下，光在區(qū)域501和區(qū)域502的導(dǎo)波路徑共同透過的區(qū)域，變 為圖14 (b)所示的共同帶域531。另外，(b)的縱軸表示在光的頻率上 乘以空孔51的周期并除以光速的標(biāo)準(zhǔn)化頻率，橫軸表示光的波數(shù)。而且， 陰影部分表示由于在導(dǎo)波路徑內(nèi)TE波和TM波結(jié)合，使得TM波向面內(nèi) 方向泄漏，因此不優(yōu)選作為導(dǎo)波路徑透過帶域而使用的頻率帶域。與此相對，如圖15 (a)所示，在通過調(diào)節(jié)空孔51的位置使區(qū)域502 的導(dǎo)波路徑的寬度擴展到空孔51周期a的1.16倍時，如圖15 (b)所示，區(qū)域502的導(dǎo)波路徑透過帶域移向低頻側(cè)，與不擴展導(dǎo)波路徑寬度的情況相比，能夠擴大共同帶域532。接著，用與上述同樣的分析，研究在制造具有空氣橋結(jié)構(gòu)的二維光子 晶體時，擴展導(dǎo)波路徑寬度的區(qū)域的邊界從空氣橋空間的邊界錯位的情況。由于如圖16 (a)所示，當(dāng)在空氣橋空間54的正上存在導(dǎo)波路徑狹窄的區(qū) 域551時，如圖16 (b)所示，帶域56的光不能透過區(qū)域551內(nèi)的導(dǎo)波路 徑，所以，導(dǎo)波路徑全體的透過區(qū)域57要比上述沒有錯位的情況窄。與此 相對，由于如圖17 (a)所示，在空氣橋空間54的外側(cè)存在導(dǎo)波路徑較寬 的區(qū)域552時，如圖17 (b)所示，帶域57的光中TM波向薄板的面內(nèi)方 向泄漏，但能夠在導(dǎo)波路徑全體內(nèi)傳播。若區(qū)域552變窄則該泄漏的影響 較小。在此以外的帶域中，不存在區(qū)域552產(chǎn)生影響的情況。因此，即使 在空氣橋空間54的外側(cè)存在導(dǎo)波路徑的較寬區(qū)域552，導(dǎo)波路徑的共同透 過波長帶域59也不會變窄。 實施例4接著，使用圖18和圖19，說明第二實施方式的二維光子晶體的制造方 法，即帶細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光子晶體的制造方法的一個實施例。圖18中， 左側(cè)表示各工序的立體圖，右側(cè)表示A-A，或B-B，的剖面圖。準(zhǔn)備SOI基板61，其由以Si為材料的薄板層611、以Si02為材料的包 覆層612、以及以Si為材料的Si層613這三層構(gòu)成。SOI基板61可以使用 市售的材料。本實施例中所使用的SOI基板61的各層厚度分別是，薄板層 611為0.25[im，包覆層612為1.5pm， Si層613為725pm。首先，在薄板 層611的表面涂布抗蝕劑68，利用電子射線在空孔周期性配置的圖案中將 抗蝕劑68除去(a)。在本實施例中，空孔的半徑為0.12pm，空孔的配置 為三角格子，其格子常數(shù)為0.42,。此時，在成為晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑的位置 不形成空孔。晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑的寬度在本實施例中為0.48pm。另外，晶體 內(nèi)導(dǎo)波路徑，也可以通過將空孔的形狀形成與其他的不同，或錯移空孔的 位置來形成。接著，通過使用蝕刻氣體(SF6氣體)的干蝕刻在薄板層611 中形成空孔612。此時，晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑63 (進(jìn)而，對于設(shè)置點狀缺陷的 情況是該點狀缺陷)的部分不被蝕刻(b)。之后，除去抗蝕劑68。通過進(jìn) 行這里的工序(二維光子晶體形成工序)，在薄板層611上形成二維光子晶體。但是，在該階段，包覆層612與二維光子晶體的下部接連。接著，將SOI基板61在濃度為5%的氟化氫水溶液中浸泡1分30秒。 從空孔62浸入的氟化氫水溶液，對薄板層611和Si層613的Si不產(chǎn)生影 響，而僅對包覆層612的Si02進(jìn)行蝕刻。由此，包覆層612能夠從各空孔 62起被蝕刻到一定距離，在空孔間被蝕刻的區(qū)域相連接。這樣，在二維光 子晶體的下部形成空氣橋空洞64 (c)。另外，本實施例中，在薄板層611 側(cè)端部的一定寬度區(qū)域上不設(shè)置空孔。由此，在側(cè)端部的下部67，包覆層 67僅以一定寬度不被蝕刻而殘留。該包覆層612的殘留部分，起到支承二 維光子晶體的作用。接著，在薄板層611的上面涂布抗蝕劑69，并利用電子射線僅以規(guī)定 寬度，將形成細(xì)線導(dǎo)波路徑的位置兩側(cè)的抗蝕劑除去。此時，通過使用電 子射線描繪裝置的重合(registration:疊合)功能，使形成的(殘留的)細(xì) 線導(dǎo)波路徑恰當(dāng)?shù)丿B合在晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑63的延長部分上。該溝槽的寬度 為空孔配置的一個周期。本實施例中，與形成該空孔同時，在二維光子晶 體的外緣部，于抗蝕劑69上形成大致垂直于細(xì)線導(dǎo)波路徑的方向的溝槽 (d)。該晶體外緣部的溝槽的長度，比空孔配置的5個周期長，作為空孔 列的6列(5.2個周期)，其寬度設(shè)定為與細(xì)線導(dǎo)波路徑的兩側(cè)溝槽的寬度 相同的空孔配置的一個周期。接著，通過使用SF6氣體進(jìn)行干蝕刻，在薄 板層611上形成兩條溝槽66。之后，若除去抗蝕劑69，則殘留于兩條溝槽 66之間的薄板層611成為細(xì)線導(dǎo)波路徑65 (e)。通過以上的工序，可以完成帶細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光子晶體的形成， 其在二維光子晶體的下部具有空氣橋空洞64，在細(xì)線導(dǎo)波路徑65的下部具 有包覆層612。由于在該帶細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光子晶體的晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑 63中，在其下部形成有空氣橋空洞64，所以光不能在Si層613的方向漏 散。而且，通過細(xì)線導(dǎo)波路徑65的下部與包覆層612接連，細(xì)線導(dǎo)波路徑 65的導(dǎo)波模式為單一模式。并且，由于細(xì)線導(dǎo)波路徑兩側(cè)的溝槽66的寬度 為空孔配置的一個周期，所以細(xì)線導(dǎo)波路徑65的光不漏散到該導(dǎo)波路徑65 側(cè)方的薄板層611。進(jìn)而，由于在晶體外緣部在大致垂直于細(xì)線導(dǎo)波路徑 65的方向，以六列空孔列(5.2個周期)形成溝槽66，所以從晶體內(nèi)導(dǎo)波 路徑65向該寬度方向浸透的光，不會漏散到細(xì)線導(dǎo)波路徑65側(cè)方的薄板25層611。當(dāng)設(shè)置點狀缺陷的情況，在圖18 (a)所示的所述工序中，只要不在目 的位置形成空孔即可?；蛘?，還可以將該位置空孔的形狀形成與其他位置 的不同、在打亂周期排列的位置配置空孔。圖19 (a—l)是表示在位置601 沒有形成三個空孔的例子的圖，(a—2)是表示將形成于位置602的空孔 的直徑加工得比其他空孔的直徑大的例子的圖。通過與上述同樣地進(jìn)行此 外的工序，可以得到設(shè)置有三個空孔缺省的點狀缺陷603 (b—l)，或比其 他空孔直徑大的點狀缺陷604 (b—2)的帶細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光子晶體。 另外，關(guān)于這些點狀缺陷，在專利文獻(xiàn)l和特開2003—279764號公報中已 被詳細(xì)記載。圖20表示由本實施例制造的帶細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光子晶體的掃描電 子顯微鏡(SEM)照片。(a)是從斜上方對二維光子晶體部的剖面(對應(yīng) 于圖18的A—A'剖面)進(jìn)行攝影的照片，(b)是其放大照片。在薄板層 711上周期性形成空孔72，并形成缺省一列空孔72的晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑73。 在二維光子晶體的下部形成空氣橋空洞74。另外，包覆層712之所以被傾 斜蝕刻，是因為靠近薄板層711的包覆層712上部從空孔72會被蝕刻到較 遠(yuǎn)的位置，以及根據(jù)Si02的結(jié)晶性。(c)是從斜上方攝影細(xì)線導(dǎo)波路徑部 的剖面(對應(yīng)于圖18的B-B，的剖面)的圖，(d)是從斜側(cè)方攝影該剖 面的圖。通過形成兩條溝槽76，來在其之間形成細(xì)線導(dǎo)波路徑75。而且， 如(c)所示，細(xì)線導(dǎo)波路徑75的下部與包覆層712接連。由此，細(xì)線導(dǎo) 波路徑75的導(dǎo)波模式為單一模式。實施例5接著，使用圖21和圖22,說明第三方式的二維光子晶體的制造方法， 即帶細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光子晶體的制造方法的一個實施例。與實施例4相同，準(zhǔn)備SOI基板81，其由以Si為材料的薄板層8U、 以Si02為材料的包覆層812、以及以Si為材料的Si層813這三層構(gòu)成。首 先，在薄板層811的表面涂布抗蝕劑891，并利用電子射線在蝕刻劑導(dǎo)入用 空孔82的圖案中將抗蝕劑891除去(a)。該圖案是將半徑0.12pm的空孔 以直線形狀大致平行地排列兩列。這兩列間的距離是7.2 pm。接著，通過 使用蝕刻氣體(SF6氣體)進(jìn)行干蝕刻，在薄板層811上形成空孔82。之 后，除去抗蝕劑891 (b)。接著，將SOI基板81在濃度為5%的氟化氫水溶液中浸泡三分鐘。從蝕刻劑導(dǎo)入用空孔82浸入的氟化氫水溶液，對薄板層811和Si層813的 Si不產(chǎn)生影響，而僅對包覆層812的Si02進(jìn)行蝕刻。由此，包覆層812從 各蝕刻劑導(dǎo)入用空孔82被蝕刻到一定距離，從而形成兩條帶的側(cè)部重合形 狀的空氣橋空洞83 (c)。圖22表示從SOI基板81的剖面A-A，(圖5 (c)所示)觀察該空氣橋空洞的圖。接著，在薄板層811的上面涂布抗蝕劑892，并利用電子射線，在空孔 被周期性配置的圖案中將抗蝕劑892除去(d)。該空孔是用于形成二維光 子晶體的周期折射率分布的空孔。在本實施例中，空孔的半徑為0.12)am， 空孔的配置為三角格子，其格子常數(shù)為0.42 pm。此時，在成為晶體內(nèi)導(dǎo)波 路徑的位置不形成空孔。另外，也可以通過將空孔的形狀形成為與其他空 孔的形狀不同，或?qū)⒖湛椎奈恢缅e位來形成晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑。而且，使晶 體內(nèi)導(dǎo)波路徑端部的位置，重合在空氣橋空洞83的圓弧形狀區(qū)域交叉的位 置84?？梢允褂檬惺鄣钠桨逵∷?lithography)裝置所具有的重合功能， 來完成該位置重合。晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑的寬度在本實施例中為0.48)im。與此 同時，利用電子射線僅以規(guī)定寬度將形成細(xì)線導(dǎo)波路徑的位置兩側(cè)的抗蝕 劑892除去(d)。該溝槽的寬度設(shè)定為空孔85的一個周期。在本實施例 中，在形成該溝槽的同時，在二維光子晶體的外緣部，于抗蝕劑892上形 成與細(xì)線導(dǎo)波路徑大致垂直的方向的溝槽(d)。該晶體外緣部溝槽的長度 比空孔85的5個周期長，為空孔85的六個列(5.2個周期)，其寬度為與 細(xì)線導(dǎo)波路徑兩側(cè)的溝槽寬度相同，即空孔85的一個周期。接著，通過使 用SF6氣體進(jìn)行干蝕刻，在包覆層811上形成空孔85和溝槽86。由此，形 成了晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑87和細(xì)線導(dǎo)波路徑88。之后，除去抗蝕劑892 (e)，則完成細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光子晶體的形成。在如此制造的帶細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光子晶體中，晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑87 和細(xì)線導(dǎo)波路徑88在位置84處連接。由于從該位置84起在導(dǎo)波路徑的寬 度方向形成空氣橋空洞83，所以，二維光子晶體其全體與空氣橋空洞連接。 因此，即使在晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑87中傳播的光從該導(dǎo)波路徑浸出到一定的范 圍而傳播，該光也不會因包覆層812而損失。而且，由于在晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑87的下部形成空氣橋空洞83，所以光不漏散到Si層813的方向。并且，通過細(xì)線導(dǎo)波路徑88的下部接連在包覆層812上，細(xì)線導(dǎo)波路徑88的導(dǎo)波模式成為單一模式，從而光能夠在晶體 內(nèi)導(dǎo)波路徑87和細(xì)線導(dǎo)波路徑88之間高效率地進(jìn)行導(dǎo)波。由于細(xì)線導(dǎo)波 路徑88兩側(cè)的溝槽86的寬度為空孔85的一個周期，所以細(xì)線導(dǎo)波路徑88 的光不漏散到該導(dǎo)波路徑側(cè)方的薄板層811。此外，由于在晶體外緣部，在 大致垂直于細(xì)線導(dǎo)波路徑88的光的方向，以5列空孔85形成溝槽86，所 以從晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑87向其寬度方向浸透出的光，不會漏散到細(xì)線導(dǎo)波路 徑88側(cè)方的薄板層811。當(dāng)設(shè)置點狀缺陷時，只要在圖21 (d)所示的所述工序中，不在目的位 置形成空孔即可?；蛘?，也可以將該位置空孔的形狀形成為與其他的不同、 在打亂周期排列的位置上配置空孔。也可以將空孔配置于使周期性排列錯 亂的位置。圖23 (a)是表示在位置80處沒有形成三個空孔的例子的圖， (b)是表示將形成于位置802的空孔直徑加工得比其他空孔的直徑大的例 子的圖。通過與上述相同地進(jìn)行除此以外的工序，可以得到設(shè)置有缺省三 個空孔的點狀缺陷((a)的情況)，或者比其他空孔直徑大的點狀缺陷((b) 的情況)的帶細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光子晶體。另外，形成于位置801的缺 陷與實施例4的形成于位置601 (圖19 (a—l))的缺陷相同，形成于位 置802的缺陷與實施例4的形成于位置602 (圖19 (a—2))的缺陷相同。圖24表示由本實施例制造的帶細(xì)線導(dǎo)波路徑的二維光子晶體的掃描電 子顯微鏡(SEM)照片。(a)是從薄板層的上側(cè)攝影的照片，其表示二維 光子晶體91的全體和細(xì)線導(dǎo)波路徑92的一部分。二維光子晶體91的長度 方向的全長是100pm。圖中，在位于因變色而能夠看到的區(qū)域下部的包覆 層上，形成有空氣橋空洞93。(b)是將晶體內(nèi)導(dǎo)波路徑94和細(xì)線導(dǎo)波路徑93的邊界附近放大的照 片。蝕刻劑導(dǎo)入用空孔95在二維光子晶體的外側(cè)形成為兩列。二維光子晶 體的空孔96排列為三角格子狀，另外，形成缺省一列空孔96的晶體內(nèi)導(dǎo) 波路徑94。在兩條溝槽97之間形成細(xì)線導(dǎo)波路徑92。進(jìn)而，從晶體內(nèi)導(dǎo) 波路徑94和細(xì)線導(dǎo)波路徑92的連接部，在大致垂直于細(xì)線導(dǎo)波路徑的方 向上也形成溝槽97。將該連接部附近擴大顯示如(c)。這些晶體內(nèi)導(dǎo)波路 徑94和細(xì)線導(dǎo)波路徑92，在空氣橋空洞93的外緣，即兩個圓弧981和982的交點99處連接。因此，從連接部起在垂直于導(dǎo)波路徑的方向上也存在空氣橋空洞93，這樣，二維光子晶體全體形成在空氣橋空洞93上。
權(quán)利要求
1、一種具有空氣橋結(jié)構(gòu)的二維光子晶體，備有a)薄板狀的主體；和b)設(shè)置在所述主體下面的包覆層；和c)以規(guī)定的周期成格子狀配置在所述主體上，并與主體折射率不同的多個區(qū)域；和d)以點狀設(shè)置所述不同折射率區(qū)域的缺陷而構(gòu)成的點狀缺陷；以及e)面向所述點狀缺陷而設(shè)于包覆層的規(guī)定范圍內(nèi)的空間。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有空氣橋結(jié)構(gòu)的二維光子晶體，其特征在 于所述不同折射率區(qū)域通過在主體上設(shè)置空孔而形成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有空氣橋結(jié)構(gòu)的二維光子晶體，其特 征在于設(shè)置多個所述點狀缺陷。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有空氣橋結(jié)構(gòu)的二維光子晶體，其特 征在于所述空間的范圍，是對于主體面內(nèi)的至少一個方向，從所述點狀缺陷的外緣向外方的不同折射率區(qū)域的周期的1 25個周期。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有空氣橋結(jié)構(gòu)的二維光子晶體，其特 征在于所述空間的深度是不同折射率區(qū)域周期的兩倍以上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有空氣橋結(jié)構(gòu)的二維光子晶體，其特征在于在所述點狀缺陷附近，還備有導(dǎo)波路徑，其通過將所述不同折射率區(qū)域的缺陷設(shè)置為線狀而形成。
7、 一種具有空氣橋結(jié)構(gòu)的二維光子晶體，由通過薄板層和包覆層層疊 而成的板材形成，并具有在薄板層上被周期性地配置的空孔和導(dǎo)波路徑的 二維光子晶體，以及與該導(dǎo)波路徑連接的細(xì)線導(dǎo)波路徑構(gòu)成，在該二維光 子晶體的下部設(shè)置除去包覆層的空間，且包覆層連接在該細(xì)線導(dǎo)波路徑的 下部，所述細(xì)線導(dǎo)波路徑兩側(cè)的薄板層僅以空孔配置的一個周期以上的寬 度被除去。
8、 一種具有空氣橋結(jié)構(gòu)的二維光子晶體，由通過薄板層和包覆層層疊 而成的板材形成，并具有在薄板層上被周期性地配置的空孔和導(dǎo)波路徑的 二維光子晶體，以及與該導(dǎo)波路徑連接的細(xì)線導(dǎo)波路徑構(gòu)成，在該二維光子晶體的下部設(shè)置除去包覆層的空間，且包覆層連接在該細(xì)線導(dǎo)波路徑的 下部，所述二維光子晶體外緣部的薄板層從細(xì)線導(dǎo)波路徑起以空孔配置的5 個周期以上被除去。
全文摘要
本發(fā)明的二維光子晶體在薄板層(31)的下部配置包覆層(32)。并通過在薄板層上周期性配置與薄板層折射率不同的區(qū)域(35)來形成二維光子晶體。而且，具有缺省了該區(qū)域的一部分的點狀缺陷(36)。點狀缺陷成為使特定波長的光共振的共振器。面對著點狀缺陷，在包覆層的規(guī)定范圍內(nèi)設(shè)置空氣橋空間(37)。在該結(jié)構(gòu)中，由于在設(shè)置空氣橋空間的范圍以外，薄板層由包覆層支承，所以二維光子晶體的機械強度較高。并且，由于在點狀缺陷(36)的下部存在空氣橋空間(37)，所以通過薄板層(31)和空氣的折射率之差使光容易被封閉在點狀缺陷(36)中，點狀缺陷(36)由此成為具有高性能的共振器。
文檔編號G02B6/12GK101261341SQ20081009354
公開日2008年9月10日 申請日期2004年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月29日
發(fā)明者初田蘭子, 宮井英次, 淺野卓, 田中良典, 野田進(jìn) 申請人:國立大學(xué)法人京都大學(xué);Tdk株式會社