CN1784619A - 光子学晶体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光子学晶体装置，其特征在于：是包括基板(201)，在基板(201)内或基板(201)上形成的、且有多个周期排列的孔(2050、2051)的周期结构部分(206)，在基板(201)内或基板(201)上形成的、与(206)周期结构部分相连的至少一个光导波路(202)，以及在基板(201)内或基板(201)上形成的、夹持在周期结构部分(206)具有的孔(2050、2051)的至少一个孔(2051)之间的、在离开光导波路202的位置上形成的至少一个光共振器(203)的光子学晶体装置。周期结构部分(206)具有的所述多个孔(2050、2051)，包含具有与夹持在光导波路(202)和光共振器(203)之间的至少一个孔(2051)的深度不同深度的孔(2050)。

Description

光子学晶体装置
技术领域
本发明是涉及光子学晶体装置，特别是涉及设置有光导波路与光共振器的光子学晶体装置。
背景技术
在介电体及半导体中形成的周期折射率调制结构中，为了接收以光为主的电磁波产生的周期扰动，在晶体中形成与波数及频率之间的关系(分散关系)相同的电子带结构的光带结构。这样的周期折射率调制结构，称为光子学晶体(非专利文献1)。光子学晶体中光的传播，能够由材料及光子学晶体结构所控制。
应用光子学晶体的光导波路，是有希望实现光路元件小型化的技术。在利用光子学晶体的光导波路中，光导波路部分与周期结构部分的折射率的差是重要的。因此，大多数报导的是折射率为3以上的材料，例如镓(折射率3.6)及硅(折射率3.4)等高折射率材料与二氧化硅(折射率1.5)及空气(折射率1)等低折射率材料组合而制作的光子学晶体(例如专利文献1)。
非专利文献2揭示了通过在半导体电路板上设置周期排列的圆柱状的空气孔而生成光带，由此得到光路直角弯折的光导波路。非专利文献3揭示了利用光子学晶体制作的光的波长尺寸的光共振器。非专利文献4揭示了设置有光共振器与光导波路的光子学晶体装置。
以下参照图1对使用光子学晶体结构而制作的现有的光子学晶体装置加以说明。
图1是二维光子学晶体装置的上面图(俯视图)。该二维光子学晶体装置，通过在SOI(绝缘体上硅)基板101的半导体(硅)层上配置多个空气孔102，而形成二维光子学晶体。光子学晶体具有阻止特定波长带域的光的传输的光子学晶体带结构。图1所示的光子学晶体装置，例如是在厚度为250nm的厚片S上以420nm的间隔配置三角格子状的直径为240nm的空气孔而制作。
基板101中的、未形成空气孔102的直线状的部分，具有光导波路103的功能。光导波路103是光子学晶体中的线缺陷，在光导波路103中不形成光子学带结构。
在从光导波路103以至少一个空气孔102为间隔而离开的位置上，设置有不形成空气孔102的空隙104。该空隙104是光子学晶体中的点缺陷(point defects)，能够作为具有光的波长程度的尺寸的超小型光共振器的功能。光共振器长具有空气孔102的直径的整数倍的值。光导波路103中所传输的光中，特定波长带域的光在空隙104处产生共振。空隙104由于其周围是由光子学晶体所包围，所以作为光共振器能够显示出高的Q值。图示的光子学晶体装置，能够用于光滤波器及半导体激光器等多个元件。
在图11中引用非专利文献4中所述的图(图5)。图11是纵坐标为光强度(Intensity：任意单位)、横坐标为波长(Wavelength：nm)的图，图11(a)传输并透过光导波路的光的强度，图11(b)是表示通过光共振器向外部射出的光的强度。通过光共振器向外部射出的光具有共振波长中较窄的光谱，该共振器波长能够通过调整共振器而得到控制。而且，在这样的光子学晶体装置中，通过对光共振器与光导波路之间的结合度的调节，能够控制通过光共振器向外部射出的光的强度。
专利文献1：日本专利特开2002-350657号公报
非专利文献1：J.D.Joannopouls et al，“Photonic crystals”，PrincetonUniversity Press，1995
非专利文献2：Chutinan，et al，Physical Review B，vol.62，No.7，p4488 2000
非专利文献3：Y Akahane et al，“Investigation of high-Q channeldrop filters using donor-type defects in two-dimensional photonic crystalslabs”，Applied Physics Letters，vol.83，p1512，2003
非专利文献4：Y Akahane et al，“Fine-tuned high-Q photonic crystalnanocavity”，OPTICS EXPRESS，vol.13，No.4，p1202，2005
发明内容
在图1所示的历来的光子学晶体装置中，虽然能够通过调节作为光共振器功能的空隙104的长度而控制其频率，光共振器(空隙104)与光导波路103之间的结合度(匹配)也可以通过空隙104与光导波路103的距离而得到调整，但由于该距离是设置为空气孔的配列程度(晶格常数)的整数倍，所以难以对光学结合度进行精密的调整。因此，不能设计使光共振器的Q值、匹配、以及共振频率同时达到所希望的值。
本发明是鉴于上述问题而提出，其目的在于提供一种能够更精密地调节光导波路与光共振器的匹配的光子学晶体装置。
本发明的光子学晶体装置，是包括基板、周期结构部分、至少一个光导波路、以及至少一个光共振器的光子学晶体装置，其周期结构部分是在所述基板内或基板上形成，且有多个周期排列的孔；光导波路在所述基板内或基板上形成，与所述周期结构部分相连；光共振器在所述基板内或基板上形成，夹持在所述周期结构部分具有的上述多个孔的至少一个孔之间，在离开所述光导波路的位置上形成，其中，所述周期结构部分具有的所述多个孔包含具有与夹持在所述光导波路和所述光共振器之间的上述至少一个孔的深度不同深度的孔。
在优选实施方式中，夹持在所述光导波路与所述光共振器之间的所述至少一个孔的深度比所述多个孔的深度要小。
在优选实施方式中，所述周期结构部分所具有的所述多个孔包含具有与夹持在所述光导波路和所述光共振器之间的所述至少一个孔的半径不同半径的孔。
在优选实施方式中，所述基板中的至少形成所述光导波路的导波部分，是由具有光电效应的材料所构成。
在优选实施方式中，所述基板具有形成所述光导波路的导波部分、支撑所述导波部分的基底部分、以及在所述导波部分与所述基底部分之间形成的空隙。
在优选实施方式中，所述周期结构部分在所述光导波路中传送的光的频率内形成光带。
在优选实施方式中，所述光导波路是由光子学晶体的线缺陷所形成，所述光共振器是由光子学晶体的点缺陷所形成。
本发明第一方面的光子学晶体装置，还包括在光导波路附近设置的调制电极，具有光调制元件的功能。
在优选实施方式中，所述光导波路具有马赫-策德尔(Mach-Zehnder)干涉型的光导波路结构。
在优选实施方式中，夹持在所述光导波路与所述光共振器之间的所述至少一个孔的底面上，堆积有减少所述孔的深度的膜。
根据本发明的光子学晶体装置，不是根据光子学晶体中缺陷的有无及孔穴的位置移动，而是通过调节孔的深度而调整光共振器与光导波路的结合度，因此能够提高调整的自由度，实现低的光反射损失、且小型的光学元件。通过将本发明的光子学晶体装置适用于光调制器等光学装置，能够实现设备的小型化与高性能化。
附图说明
图1是表示设置有光导波路及光共振器的历来的光子学晶体装置的平面图。
图2(a)是本发明中光子学晶体装置的第一实施方式的平面图，(b)是沿其A-A′线的截面图，(c)是沿其B-B′线的截面图。
图3(a)～(d)是表示本发明的光子学晶体装置的制造方法的实施方式的工程截面图。
图4(a)是本发明中光子学晶体装置的第二实施方式的平面图，(b)是沿其A-A′线的截面图，(c)是表示第二实施方式的另一结构的平面图，(d)是沿其B-B′线的截面图。
图5(a)是本发明中光子学晶体装置的第三实施方式的平面图，(b)是沿其A-A′线的截面图，(c)是表示上述第三实施方式中另一光导波路结构的平面图，(d)是沿其B-B′线的截面图。
图6(a)是本发明中光子学晶体装置的第四实施方式中多段光共振器的结构的平面图，(b)是表示多段光共振器的另一结构的平面图。
图7(a)是本发明中光子学晶体装置的第五实施方式(光调制元件)的平面图，(b)是沿其A-A′线的截面图。
图8(a)～(e)是表示图7所示的光子学晶体装置的制造工序的截面图。
图9(a)～(d)是表示本发明的光子学晶体装置的制造方法的另一实施方式的工程截面图。
图10(a)及(b)都是表示形成浅孔的配置例。
图11是非专利文献4中所示的图，是表示光子学晶体装置的光透过特性的图。
符号说明：
101-基板
102-空气孔
103-光导波路
104-光共振器
201-基板
202-光导波路
203-光共振器
204-空隙
2050-孔
2051-孔
206-周期结构部分
301-基板201的基底部分
302-基板201的牺牲层
303-基板201的导波部分
304-保护层
305-面罩层
306a-深孔
306b-浅孔
307-空隙(气隙)
402-光导波路部分
403-光共振器(能量存储部)
404-调制电极
501-基板401的基底部分
502-基板401的导波部分
503-面罩层
504-气隙
505-光子学晶体结构
具体实施方式
第一实施方式
参照图2(a)～(c)，对本发明的光子学晶体装置的第一实施方式加以说明。图2(a)是本发明中光子学晶体装置的第一实施方式的平面图，(b)是沿(a)的A-A′线的截面图，(c)是沿(a)的B-B′线的截面图。
本实施方式的光子学晶体装置，设置有基板201、在基板201上形成的周期结构部分206、与周期结构部分206相连接设置的光导波路202、以及在离开光导波路202的位置上形成的光共振器203。周期结构部分206具有沿基板201的主面二维且周期排列的多个孔2050。共振器203之间夹持至少一个孔2051，在离开光导波路202的位置形成。
在本实施方式中，位于夹持在光导波路202与光共振器203之间区域的四个孔2051，具有与位于其它区域的孔2050的深度所不同的深度。在本实施方式中，通过调节光共振器203与光导波路202之间的孔2051的深度，能够控制光共振器203与光导波路202之间的结合度。还有，位于夹持在光导波路202与光共振器203之间区域以外的孔2050，具有大体相等的深度，但没有必要使多个孔2050全部具有严密相等的深度。
以下，对本发明的光子学晶体装置的结构进行更详细的说明。
本实施方式中所使用的基板201，优选是由半导体及介电体的材料所构成。半导体材料，例如包括Si、Ge、Si1-xGex、GaAs、InP、GaN等。介电体材料，例如可以包括蓝宝石、铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、钛酸钾(KTiOPO4)等。基板201没有必要由单一材料所构成，可以包含多层半导体及介电体，例如可以是SOI基板。
在基板201的上面通过二维配置多个孔2050而制作的周期结构部分206，形成光子学晶体结构。在本实施方式中所形成的孔2050、2051是圆柱状，但也可以是其它的形状。
在本实施方式中，孔2050、2051的内部含有空气，在与基板201之间产生等价的折射率差。通过孔2050、2051的配列，在与基板201的上平面平行的平面内产生周期的折射率调制，形成对于电磁波的光子学带的结构。孔2050、2051的内部，也可以用空气以外的材料进行填充，但填充孔2050、2051的材料的折射率，必须与基板的折射率不同。优选基板201与孔2050、2051的内部(在本实施方式中为“空气”)之间的折射率的差较大，因为差值越大，通过孔2051的深度的变化而调节等价折射率的幅度就越大。能够将基板201与孔2050、2051的内部之间的折射率设定在2.0～0.05的范围内，优选能够形成2.0～0.1的折射率差。
在本实施方式中，在形成光子学晶体结构部分(厚片部分)的下方，设置有厚度为1～100μm的空隙204。空隙204对于任意波长的光透明。对于在形成光导波路202及光共振器203的部分与基板本体部分之间设置这样的空隙204的结构，称为“空中桥梁(air bridge)”结构。
在本实施方式中，通过调节孔2051的深度，能够以更高的精密度控制光共振器的结合度及共振频率。
与此相比，在参照图1说明的现有的光子学晶体装置中，是增减空气孔102的数目，来控制光共振器的结合度及共振频率，但控制参数仅是空气孔的有无，所以设计的自由度低，难以对光共振器的结合度及共振频率进行精密的控制。
还有，为了提高光共振器的Q值，已知的有将作为光共振器功能的点缺陷部分的两端的空气孔的位置移动是有效的。但是，为了移动空气孔的位置，必须改变为了由蚀刻空气孔而形成的光掩模的布置，为了进行微调整，必须准备多个光掩模。
在图2的光子学晶体装置中，根据光导波路202与光共振器203之间的结合度，能够有效地改变作为光元件的特性。该结合度与位于光导波路202与光共振器203所夹持区域(光结合部分)的孔2051的形状、尺寸、位置、个数等。如上所述，通过孔2051的个数，仅能够进行离散的粗调节，而且，孔2051的形状及位置的调节，需要高价的光掩模的变更。与此相比，孔2051的尺寸，可以分为在面内水平横方向上的大小(直径)与垂直方向上的大小(深度)，光共振器功能的调整与形状的调整同样，也需要光掩模的变更。因此，现有几乎没有对位于光导波路202与光共振器203所夹持区域的孔2051的形状、尺寸、位置、个数等进行全部调整。
因此，没有实现光导波路202与光共振器203之间的最佳结合，不能够从光导波路202到光共振器203的有效的结合，发生反射损失，不能够得到所希望的特性。
为了解决上述问题，在本实施方式中，通过调整孔2051的深度，能够控制光导波路202与光共振器203的结合度，一般认为孔2051的深度的调整比较困难，但在本实施方式中，通过以下所说明的方法，能够以实用的水准精密地调整2051的深度。
以下，参照图3(a)～(d)，对制造本实施方式的光子学晶体装置的方法最优实施方式加以说明。
首先，如图3(a)所示，在硅基板(基板201的基底部分)301上，准备经由作为牺牲层功能的SiO2层302(厚度1μm)而具有形成硅层(基板201的导波部分)303(厚度0.5μm)的SOI构造的基板201。在本实施方式中所使用的基板201中SiO2层302的厚度为1μm，硅层303的厚度为0.5μm，但这些层的厚度并不限于上述值。
将基板201洗净后，在其上涂敷电子束扫描用的保护层304。保护层304是由通过电子束的照射量(剂量)显影后能够控制去除部分厚度的保护层材料(例如日本ZEON公司生产的保护层，商品名为ZEP-2000)所构成。
接着，由电子束暴光法对规定保护层304中孔2050、2051的部分照射电子束，其后通过显影处理而去除电子束照射部分，形成如图3(b)所示的保护层模式305。电子束的照射量是根据形成的孔的深度(设计值)而调整。在本实施方式中，对于应该形成相对浅的孔的区域，与应该形成相对深的孔的区域相比，照射较少剂量的电子束。因此，在应该形成相对浅的孔的区域，不形成贯通保护层模式305的开口部，在底部残留有保护层。
接着，以保护层模式305作为面罩，使用氯系或SF6等气体，形成孔306a、306b。
通过上述方法，在硅层303上形成具有不同深度的孔306a、306b。如图3(c)所示，相对深的孔306a是贯通硅层303，到达SiO2层302。其后，将基板201侵入氟酸，氟酸到达SiO2层302的深孔306a，使氟酸与SiO2层302接触，将SiO2层302部分去除。这样，形成如图3(d)所示的空隙307，就能够形成“空中桥梁”的结构。
接着，参照图9(a)～(d)，对制造方法的另一实施方式加以说明。
首先，由与上述大体相同的方法，在硅基板301上通过SiO2层302(厚度1μm)而形成的硅层303(厚度0.5μm)上形成多个孔。这些孔是在硅层303上形成具有规定孔的位置及形状的模式的保护面罩之后，对硅层303进行各向异性的蚀刻而形成。其后，去除保护面罩而得到图9(a)所示的结构。这里，全部的孔都到达SiO2层302的表面，具有同样的深度。
接着，如图9(b)所示，在硅层303上形成具有开口部的保护面罩308，深度比其它孔浅而形成的孔从保护面罩308的开口部露出。
其后，如图9(c)所示，在保护面罩308上堆积硅膜309b。此时，在从保护面罩308的开口部露出的区域也堆积硅膜309a。
接着，通过去除保护面罩308而去除在保护面罩308上堆积的硅膜309b，能够在与保护面罩308的开口部相对应的区域选择性地残留硅膜309a。这样，通过在特定的孔的底部形成硅膜309a，能够使该孔的深度相对变浅。
在图9(c)中，虽然在孔的侧面上未形成硅膜309a，但也可以由薄膜堆积法在孔的侧面上形成硅膜309a。
堆积的硅膜309a、309b的厚度，能够通过调节堆积速度与时间而高精度地控制。因此，通过极高精度地调整位于光共振器与光导波路之间的孔的深度，就能够将光共振器与光导波路之间的结合度控制为任意的大小。
其后，通过到达硅层302的孔306a而去除硅层302的一部分，能够形成“空中桥梁”结构。
还有，也可以是在形成保护面罩308之前堆积同样的硅膜，其后在硅膜上形成保护面罩308，再进行蚀刻工序。在这种情况下，由于通过硅膜中保护面罩308的开口部而露出的部分被蚀刻，所以开口部内的孔相对较深。就是说，在这种情况下，形成具有与上述图9(b)所示保护面罩308的相反模式的保护面罩308，存在有应该形成较深孔的区域由保护面罩308的开口部而露出。
在上述方法中，可以由保护面罩308的模式而调节任意位置上的孔的深度。但是，由于孔的直径很小，所以由现在的平版印刷技术还难以仅使一个孔与其它孔的深度发生变化。例如，在图2(a)所示的例中，仅光共振器203与光导波路202之间存在的七个孔的深度比其它孔相对浅，这对于批量生产可能带来不便。其理由在于，在面罩上形成非常小的开口部等模式且正确地进行位置吻合是困难的。
图10(a)是包含光共振器203与光导波路202之间存在的七个孔的保护层开口部形状的一例的模式图。在图10(a)的例中，虚线表示保护层开口部的边缘横截的部分孔。在这样的情况下，一部分的孔的深度，即使是在一个孔中，也可能对应于位置而变化。由于孔的底部没有必要平坦，所以所谓各孔的深度，意味着深度的平均值。
另一方面，图10(b)表示的是形成比较大的保护层开口部，由此，保护层开口部也包含位于由光共振器203与光导波路202所夹持的区域以外的其它孔的例。这种情况下，保护层开口部的位于由光共振器203与光导波路202所夹持的区域以外的其它几个孔，与保护面罩所覆盖的孔的深度相比，深度较浅。如果做更详细的说明，在图10(b)所示的例中，位于关于光导波路202与光共振器203相反一侧的部分孔，其深度也减少。即使是在这样的情况下，由于光导波路202也具有正常的功能，所以没有特别的问题。
如图10(b)所示，即使是由现在的平版印刷技术，也能够对较大区域内包含的孔的深度进行调节。根据这样的理由，相对较浅而形成的孔，也可以位于由光共振器203与光导波路202所夹持的区域之外。
第二实施方式
以下参照图4，对本发明的光子学晶体装置的第二实施方式加以说明。在第一实施方式的光子学晶体装置中，在离开光导波路的位置上设置有光共振器，而在该实施方式的光子学晶体装置中，光共振器却设置在光导波路内。这样，将设置在光导波路内的光共振器称为“光导波路型共振器”。
图4(a)所示的光子学晶体装置设置有基板201、在基板201上周期排列孔2050的周期结构部分206、以及设在基板201上的光导波路202。本发明的特点在于，如图4(b)所示，在光导波路202的中途设置有四个孔2051，在光导波路202的中途形成光共振器203。而且，在光导波路202中形成的孔2051，其深度比周期结构部分206的孔2051要浅，通过调节孔2051的深度，能够调节光导波路202与光共振器203之间的结合度。
图4(c)及(d)所示的光子学晶体装置，与图4(a)及(b)所示的光子学晶体装置相比，其不同点在于，在光导波路202的中途设置有两个孔2051，形成光共振器203，其它部分都具有相同的结构。
第三实施方式
以下参照图5，对本发明的光子学晶体装置的第三实施方式加以说明。
在图5(a)及(b)所示的光子学晶体装置中，在光导波路202的弯曲部设置有两个孔2051。与此相比，在图5(c)及(d)所示的光子学晶体装置中，在光导波路202的弯曲部设置有四个孔2051。在任意的一个光子学晶体装置中，孔2051的深度比周期结构部分206的孔2050要浅，通过调节孔2051的深度，能够对等价折射率进行调节。在本实施方式中，通过调节孔2051的深度，能够控制光导波路202的透过特性。
第四实施方式
以下参照图6，对本发明的光子学晶体装置的第四实施方式加以说明。
图6(a)及(b)都是表示具有多段光共振结构的光子学晶体装置。也就是说，本实施方式的光子学晶体装置，具有相互结合的多个光共振器203，光共振器203与第二实施方式中的光共振器同样，是由光子学晶体的点缺陷所构成。
位于相邻接的光共振器203之间区域的孔2050，与周期结构部分206的孔2051相比相对较浅，通过调节孔2051的深度，不仅能够调节光导波路202与光共振器203之间的结合度，而且还能够调节两个光共振器203之间的结合度。
孔2051的深度对于孔2050的深度的比率，例如设置为30％～95％的范围，根据需要还可以设置为50％～95％的范围。希望孔2051的直径设置为孔2050的配置周期(晶格常数)的1/2以下。
根据本实施方式，由于也能够将两个光共振器203之间的结合度控制为任意的水准，所以能够减低透过带域的波动，从而改善透过特性。
第五实施方式
参照图7，对本发明的光子学晶体装置的第五实施方式加以说明。本实施方式的光子学晶体装置，具有作为马赫-策德尔干涉型的光调制元件的功能。
在图7所示的光调制元件中，在具有钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂(LiNbO3)等单晶的光电效应的基板401的表面部，设置有周期排列多个孔的周期结构部分，由此形成光子学晶体结构。在基板401的表面部，形成与周期结构部分相接的光导波路402。光导波路402由光子学晶体中的线缺陷所构成。
光导波路402的结构是，由两个分支点407a、407b分支为两个分支光导波路402a、402b。从入口侧光导波路部分402c所输入的光由一个分支点407a分支，通过两个分支点407a、407b之后，由另一个分支点402b而进入出口侧光导波路部分402d，作为由光导波路的马赫-策德尔干涉而动作。
在分支光导波路402a、402b上各自形成多个光共振器403a、403b。光共振器403a、403b具有使光导波路402a、402b中传输光的总体速度下降的功能。
在基板401上设置有沿分支光导波路402a、402b的两个电极404a、404b、以及由接地电极406构成的调制电极404。一对调制电极404a、404b，以形成平行结合线路而激励奇模的方式而设置。电极404a、404b的内侧端，分别位于分支光导波路402a、402b的大体中央部的紧接上方。
调制电极404的各线路404a、404b，可以是由使用真空沉积法、光刻法等工艺而形成的铝及金等金属膜所分别构成。
调制电极404a与调制电极404b之间的间隔越小，光导波路402中所形成的电场就越大。而另一方面，分支光导波路402a和分支光导波路402b之间的间隔过小时，双方所传输的光就不能分离。因此，分支光导波路402a、402b中平行部分的间隔，即形成调制电极404的区间内分支光导波路402a、402b的间隔，优选能够设定在2μm～20μm的范围。更优选该间隔能够设定在5μm～15μm的范围。
在本实施方式中，作为基板401，是沿着与z轴(介电主轴方向)垂直的面(z面)而使用LiNbO3晶片。在使用微波等高频带域的情况下，为了抑制基板401内不需要的电磁场产生的共振，优选能够将基板401的厚度设定为50μm～300μm的范围。不使用薄的基板401，而是将基板401的部分厚度降低为10μm～200μm，也能够抑制不需要的共振。
入射光从入射侧光导波路402c导入，在通过分支光导波路402a、402b时，受到以下的光调制作用。
在调制电极404的各线路404a、404b中施加调制信号(高频信号)时，在间隙部405产生电场。而且，由于光电效应，分支光导波路402a、402b的折射率随电场强度而变化。
在本实施方式中，在分支光导波路402a与分支光导波路402b中，由于形成了上下相反方向的电场，所以两个分支光导波路402a与分支光导波路402b所传输的光具有相互相反的相位变化。因此，在出口侧光导波路402d，通过分支光导波路402a与分支光导波路402b的两个光产生干涉。由于由该干涉的有无能够改变输出光的强度，所以在本实施方式中光调制元件能够作为光强度调制器而作用。
由于光导波路402中光共振器403的存在，光导波路402a、402b所传输的光共振，能够多次通过调制电极402。由此，光共振器403a、403b中储蓄光能，提高调制效率。而且，由于由光共振器403a、403b，还能够降低光的总体速度，所以能够进一步提高调制效率。
在本实施方式中，通过在光导波部分402中设置了深度可调节的空气孔，在光导波路402a、402b中形成多个光共振器403a、403b。可以通过将光导波路402a、402b中途设置的孔的深度与为了形成光子学晶体结构的孔的深度调节为不同的深度而控制光导波路402a、402b与光共振器403a、403b之间的结合度。
接着，参照图8(a)～(e)，对本实施方式中光子学晶体装置的制造方法的实施方式加以说明。
首先，如图8(a)所示，准备作为基板401的光导波部分502的功能的LiNbO3基板，将该基板洗净后，在光导波部分502的背面侧形成由光保护层所构成的面罩层503。面罩层503未覆盖的部分，是由后述的工序蚀刻变薄的部分。
接着，如图8(b)所示，对光导波部分502的背面侧中的面罩层503未覆盖的部分进行蚀刻，形成空隙部504。该蚀刻可以由使用氟系气体与氩气的干式蚀刻而进行，蚀刻后去除面罩层503。
如图8(c)所示，在光导波部分502的背面侧与基底部501接触后，由热处理进行接合。图7所示的基板401，由导波部分502与基底部501所构成。
通过对导波部分502的表面进行光学研磨及干式蚀刻，可减少导波部分502的厚度。由此，位于空隙部504上的导波部分502的厚度可减少到3μm，优选该部分的厚度设定为1μm～5μm。
接着，如图8(e)所示，通过在导波部分502上形成多个孔，而形成光子学晶体结构505。光子学晶体结构505，可以由上述实施方式中的说明方法来制造。
本实施方式的光共振器，具有如图4(a)所示光共振器203同样的结构。就是说，通过光导波路中空气孔的深度相对其它空气孔深度的变化，能够调整光共振器203的结合度。由于由这样的结合度能够调整光透过性，所以该调整是非常重要的。在本实施方式中，由上述方法来调节光导波路中孔的深度，能够在维持良好透过性的同时，提高调制效率。
还有，为了形成光子学晶体结构的孔的深度，如果是光导波路中传输的光波的电磁场存在的深度(本次为3μm左右)，就已经足够。光导波路内形成的孔的深度，优选为其它孔深度的30％～95％。
由图7(b)所示基板401中的气隙，可以不是沿着与基板主面垂直的方向而形成折射率差，而是可以通过从基板主面的Ti扩散，来设置上述折射率差。通过由Ti的扩散而设置折射率差，能够在与基板主面垂直的方向上进行光闭合。但是，光的闭合由于前者很强，所以从增强光闭合的观点，希望设置气隙。
根据本实施方式，能够通过在光导波部分设置多个光共振器而增大透过带域。各光共振器的结合度的调整，不会有现有的提案中所述的通过空气孔的有无而进行使透过域的波动增大等问题，根据本实施方式，由于调节了空气孔的深度，能够高精度地调节结合度，从而使光调制器的光学特性提高。
还有，在本实施方式中，是通过改变孔的深度而控制等价折射率，但也可以在此基础上再改变孔的直径、形状、或位置。但是，孔径小的情况下，由光刻法及蚀刻而加工孔的工序中其精细加工也变得相当困难。
还有，也可以不在基板上形成物理的凹部，而是由光学晶体所具有的使折射率变化的光的性质(光刻法)在基板上形成“孔”。例如在铌酸锂晶体中。照射波长为532nm，输出为数百mW的激光时，就能够使照射部分的折射率与未照射部分的折射率变化为不同的值。利用这样的光刻法，能够在光学晶体中形成深度不同的孔，由此制造本发明的光子学晶体装置。
本发明的光子学晶体装置，能够作为消耗电力低的可动光调制元件及小型光滤波器。而且，将本发明的光子学晶体装置中的光共振器作为半导体激光的光共振器而使用时，能够降低激光振荡的边缘值。这样，本发明的光子学晶体装置，还有望实现光通信系统的小型化、高效率化。

Claims (10)

1.一种光子学晶体装置，其特征在于：
是包括基板、周期结构部分、至少一个光导波路、以及至少一个光共振器的光子学晶体装置，其周期结构部分是在所述基板内或基板上形成，且有多个周期排列的孔；光导波路在所述基板内或基板上形成，与所述周期结构部分相连；光共振器在所述基板内或基板上形成，夹持在所述周期结构部分具有的所述多个孔的至少一个孔之间，在离开所述光导波路的位置上形成，其中，
所述周期结构部分具有的所述多个孔，包含具有与夹持在所述光导波路和所述光共振器之间的至少一个孔的深度不同深度的孔。
2.根据权利要求1所述的光子学晶体装置，其特征在于：
夹持在所述光导波路与所述光共振器之间的所述至少一个孔的深度比所述多个孔的深度要小。
3.根据权利要求1所述的光子学晶体装置，其特征在于：
所述周期结构部分所具有的所述多个孔，包含具有与夹持在所述光导波路和所述光共振器之间的所述至少一个孔的半径不同半径的孔。
4.根据权利要求1所述的光子学晶体装置，其特征在于：
所述基板中的至少形成所述光导波路的导波部分，是由具有光电效应的材料所构成。
5.根据权利要求1所述的光子学晶体装置，其特征在于：
所述基板包括形成所述光导波路的导波部分、支撑所述导波部分的基底部分、以及在所述导波部分与所述基底部分之间形成的孔隙。
6.根据权利要求1所述的光子学晶体装置，其特征在于：
所述周期结构部分在所述光导波路中传送的光的频率内形成光带。
7.根据权利要求1所述的光子学晶体装置，其特征在于：
所述光导波路是由光子学晶体的线缺陷所形成，
所述光共振器是由光子学晶体的点缺陷所形成。
8.根据权利要求1所述的光子学晶体装置，其特征在于：
还包括在光导波路附近设置的调制电极，有光调制元件的功能。
9.根据权利要求8所述的光子学晶体装置，其特征在于：
所述光导波路具有马赫-策德尔干涉型的光导波路结构。
10.根据权利要求1所述的光子学晶体装置，其特征在于：
在夹持于所述光导波路与所述光共振器之间的所述至少一个孔的底面上，堆积有减少所述孔的深度的膜。
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