JP2003043274A - ３次元フォトニック結晶およびその製造方法ならびにプローブ - Google Patents

３次元フォトニック結晶およびその製造方法ならびにプローブ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】実用上有効な３次元フォトニック結晶およびそ
の製造方法ならびにプローブを提供する。 【解決手段】貫通孔を備えるとともに、互いに種類の異
なる２次元フォトニック結晶をそれぞれ備えた複数の２
次元フォトニック結晶プレートと、上記複数の２次元フ
ォトニック結晶プレートの上記貫通孔に配置される複数
の位置合わせ部材とを有し、上記複数の２次元フォトニ
ック結晶プレートのうちの互いに隣り合う２次元フォト
ニック結晶プレートの上記貫通孔に上記位置合わせ部材
を配置して位置合わせして、上記複数の２次元フォトニ
ック結晶プレートを光の波長に応じた周期構造になるよ
うに積層した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、３次元フォトニッ
ク結晶およびその製造方法ならびにプローブに関し、さ
らに詳細には、半導体レーザーや光導波路などを構成す
る際に用いて好適な、任意に光位相制御領域（欠陥領
域）を挿入可能な３次元フォトニック結晶およびその製
造方法ならびにプローブに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、固体結晶との類似性を持つ人
工的な周期構造を備えたフォトニック結晶が知られてい
る。より詳細には、フォトニック結晶とは、光の波長程
度の周期で２種類以上の誘電体、半導体、金属または空
気が交互に繰り返すように形成された２次元的または３
次元的な周期構造を有する結晶である。
【０００３】なお、本明細書においては、２次元的な周
期構造を備えたフォトニック結晶を「２次元フォトニッ
ク結晶」と称することとし、３次元的な周期構造を備え
たフォトニック結晶を「３次元フォトニック結晶」と称
することとする。
【０００４】固体結晶では原子が周期的に配列されてお
り、その中で電子の波は結晶の周期性を感じながらある
特殊な振る舞いをする。これと同様に、フォトニック結
晶の周期構造の中では、電子の波ではなく光の波が、フ
ォトニックバンドと称される分散特性によって決定され
るある特殊な振る舞いをする。さらに、フォトニック結
晶においては、フォトニックバンドギャップと称される
光の存在を許さない禁制帯を生じさせることができる。
【０００５】以上のようなことから、半導体デバイスが
電子を自由に制御することができるのと同様に、３次元
フォトニック結晶で構成した光学デバイスは光を自由に
制御することができる可能性が高いものと見なされてい
る。
【０００６】このため、３次元フォトニック結晶で構成
した光学デバイスを製造するための前提として、３次元
フォトニック結晶を製造するための手法の提案がこれま
でになされてきており、例えば、立体エッチング法、基
板融着積層法あるいはオートクローニング法などが知ら
れている。
【０００７】ここで、立体エッチング法とは、基板を様
々な角度からエッチングし、立体的な構造を備えた３次
元フォトニック結晶を作成する手法である。また、基板
融着積層法とは、ストライプ状に形成された複数の半導
体を、レーザー光回折パターンを用いて精密に位置あわ
せして積層し、立体的な構造を備えた３次元フォトニッ
ク結晶を作成する手法である。さらに、オートクローニ
ング法とは、基板に予め凹凸を形成しておき、その凹凸
の上に結晶を成長させて、立体的な構造を備えた３次元
フォトニック結晶を作成する手法である。
【０００８】しかしながら、上記した従来の手法は、い
ずれも光学デバイスを構成するための３次元フォトニッ
ク結晶の製造には十分なものではなく、実用上有効な新
たな手法の提案が強く望まれていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記したよ
うな要望に鑑みてなされたものであり、その目的とする
ところは、実用上有効な３次元フォトニック結晶および
その製造方法ならびにプローブを提供しようとするもの
である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による３次元フォトニック結晶およびその製
造方法ならびにプローブは、２次元フォトニック結晶を
形成した複数のプレートを位置合わせして積層すること
により、立体的な構造を備えた３次元フォトニック結晶
を作成しようとするものである。
【００１１】即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明
は、互いに種類の異なる２次元フォトニック結晶をそれ
ぞれ備えた複数の２次元フォトニック結晶プレートを有
し、上記複数の２次元フォトニック結晶プレートのそれ
ぞれを位置合わせして、光の波長に応じた周期構造にな
るように積層したものである。
【００１２】また、本発明のうち請求項２に記載の発明
は、貫通孔を備えるとともに、互いに種類の異なる２次
元フォトニック結晶をそれぞれ備えた複数の２次元フォ
トニック結晶プレートと、上記複数の２次元フォトニッ
ク結晶プレートの上記貫通孔に配置される複数の位置合
わせ部材とを有し、上記複数の２次元フォトニック結晶
プレートのうちの互いに隣り合う２次元フォトニック結
晶プレートの上記貫通孔に上記位置合わせ部材を配置し
て位置合わせして、上記複数の２次元フォトニック結晶
プレートを光の波長に応じた周期構造になるように積層
したものである。
【００１３】また、本発明のうち請求項３に記載の発明
は、第１の枠に第１の貫通孔を備えるとともに、上記第
１の枠の内側の領域に第１の２次元フォトニック結晶を
備えた平板状の第１の２次元フォトニック結晶プレート
と、第２の枠に上記第１の貫通孔と位置合わせされた第
２の貫通孔を備えるとともに、上記第２の枠の内側の領
域に第２の２次元フォトニック結晶を備えた平板状の第
２の２次元フォトニック結晶プレートと、上記第１の貫
通孔と上記第２の貫通孔とを連通するように配置される
位置合わせ部材とを有し、上記第１の２次元フォトニッ
ク結晶プレートの上記貫通孔と上記第２の２次元フォト
ニック結晶プレートの上記貫通孔とを連通するように上
記位置合わせ部材を配置して位置合わせして、上記第１
の２次元フォトニック結晶プレートと上記第２の２次元
フォトニック結晶プレートとを光の波長に応じた周期構
造になるように積層したものである。
【００１４】また、本発明のうち請求項４に記載の発明
は、本発明のうち請求項３に記載の発明において、上記
第１の貫通孔と上記第２の貫通孔とはそれぞれ円孔であ
り、上記円孔の半径と上記第１の２次元フォトニック結
晶プレートおよび上記と上記第２の２次元フォトニック
結晶プレートとの厚さとが略一致し、上記位置合わせ部
材は直径が上記円孔の半径の略２倍とされた球体状であ
るようにしたものである。
【００１５】また、本発明のうち請求項５に記載の発明
は、互いに種類の異なる２次元フォトニック結晶をそれ
ぞれ備えた複数の２次元フォトニック結晶プレートを、
マイクロマニピュレーションによりプローブの先端に付
着または把持させてそれぞれ移動し、上記プローブの先
端に付着または把持させての移動により、上記複数の２
次元フォトニック結晶プレートのそれぞれを位置合わせ
して、光の波長に応じた周期構造になるように積層して
３次元フォトニック結晶を構成するようにしたものであ
る。
【００１６】また、本発明のうち請求項６に記載の発明
は、本発明のうち請求項５に記載の発明において、上記
プローブに所定電圧をかけることによって、上記２次元
フォトニック結晶プレートを上記プローブの先端に静電
吸着により付着させるようにしたものである。
【００１７】また、本発明のうち請求項７に記載の発明
は、本発明のうち請求項５または請求項６のいずれか１
項に記載の発明において、上記２次元フォトニック結晶
プレートは、ブリッジにより外郭領域と連結されて中空
に保持され、上記プローブにより上記２次元フォトニッ
ク結晶プレートに負荷を加えることにより上記ブリッジ
を破断して、該破断に伴い上記プローブの先端に上記２
次元フォトニック結晶プレートを付着させて移動するよ
うにしたものである。
【００１８】また、本発明のうち請求項８に記載の発明
は、本発明のうち請求項５、請求項６または請求項７の
いずれか１項に記載の発明において、上記複数の２次元
フォトニック結晶プレートのそれぞれの位置合わせは、
上記プローブにより上記複数の２次元フォトニック結晶
プレートのそれぞれを移動し、上記複数の２次元フォト
ニック結晶プレートのそれぞれを所定の形状の構造体に
突き当てて位置合わせするようにしたものである。
【００１９】また、本発明のうち請求項９に記載の発明
は、本発明のうち請求項５、請求項６または請求項７の
いずれか１項に記載の発明において、上記複数の２次元
フォトニック結晶プレートのそれぞれは、枠部位に貫通
孔を形成するとともに、上記枠部位の内側の領域に互い
に種類の異なる２次元フォトニック結晶をそれぞれ備え
た平板状体であり、上記プローブにより、上記複数の２
次元フォトニック結晶プレートのうちの互いに隣り合う
２次元フォトニック結晶プレートの上記貫通孔に位置合
わせ部材を配置して位置合わせして、上記複数の２次元
フォトニック結晶プレートを光の波長に応じた周期構造
になるように積層したものである。
【００２０】また、本発明のうち請求項１０に記載の発
明は、本発明のうち請求項９に記載の発明において、上
記貫通孔は円孔であり、上記円孔の半径と上記複数の２
次元フォトニック結晶プレートのそれぞれの厚さとが略
一致し、上記位置合わせ部材は直径が上記円孔の半径の
略２倍とされた球体状であるようにしたものである。
【００２１】また、本発明のうち請求項１１に記載の発
明は、本発明のうち請求項５、請求項６、請求項７、請
求項８、請求項９または請求項１０のいずれか１項に記
載の発明において、上記複数の２次元フォトニック結晶
プレートを光の波長に応じた周期構造になるように積層
する際に、上記プローブにより光位相制御領域を構成す
るための微小部品を挿入するよにしたものである。
【００２２】また、本発明のうち請求項１２に記載の発
明は、金属よりなる内部芯と、上記内部芯の周囲に形成
された絶縁層と、上記絶縁層の先端部を除く外周上に形
成された外部金属膜とを有し、上記絶縁層の先端部が平
坦面の形状を備えるものであり、上記内部芯と上記外部
金属膜との間に電圧をかけることによって、上記先端部
の縁部付近に電界がかかり物体を静電吸着するようにし
たものであるまた、本発明のうち請求項１３に記載の発
明は、先端部が平坦面とされた絶縁体針と、上記絶縁体
針の上記先端部の上記平坦面において櫛形電極を構成す
るように、上記絶縁体針に配設された第１の電極と第２
の電極と、上記第１の電極と第２の電極を配設された上
記絶縁体針を被覆する絶縁膜と、上記絶縁体針の上記平
坦面とされた上記先端部側を除く上記絶縁膜の外周上に
形成された金属シールドとを有し、上記第１の電極と上
記第２の電極とに、上記金属シールドに対して異なる電
圧をかけることによって、上記絶縁体針の上記先端部の
上記平坦面に電界がかかり物体を静電吸着するようにし
たものである。
【００２３】従って、上記した本発明によれば、実用上
有効な３次元フォトニック結晶およびその製造方法なら
びにプローブを提供することができる。
【００２４】より詳細には、２次元フォトニック結晶の
パターンがどんなに複雑になっても、正確に積層するこ
とが可能である。
【００２５】また、サブミクロン〜ミクロンオーダーの
２次元フォトニック結晶プレートや位置合わせ部材など
のパーツを自由に組み立てることができるため、光制御
領域（欠陥領域）として発光体や屈折率の異なる物質を
点状や任意の領域で導入することができる。このように
３次元の構造を自由に作製することができる手法は、フ
ォトニック結晶の光学デバイス化に不可欠な技術であ
る。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面に基づいて、本
発明による３次元フォトニック結晶およびその製造方法
ならびにプローブの実施の形態の一例を詳細に説明する
ものとする。
【００２７】図１（ａ）（ｂ）には、本発明の実施の形
態の一例による３次元フォトニック結晶が示されてお
り、図１（ａ）は正面斜視図であり、図１（ｂ）は図
（１）（ａ）の分解斜視図である。
【００２８】即ち、３次元フォトニック結晶１０は、互
いに種類の異なる２種類の２次元フォトニック結晶１２
ａと２次元フォトニック結晶１２ｂとをそれぞれ備えた
平板状の２次元フォトニック結晶プレート１４ａと２次
元フォトニック結晶プレート１４ｂとを、光の波長程度
の周期で交互に積層させて形成したものである（２次元
フォトニック結晶プレート１４ａは２次元フォトニック
結晶１２ａを備えており、２次元フォトニック結晶プレ
ート１４ｂは２次元フォトニック結晶１２ｂを備えてい
る。）。
【００２９】ここで、２次元フォトニック結晶プレート
１４ａ、１４ｂは、枠１６ａ、１６ｂの内側の領域に、
光の波長程度の周期で２種類以上の誘電体、半導体、金
属、有機物または空気などが交互に繰り返すようにして
２次元フォトニック結晶１２ａ、１２ｂを形成してい
る。なお、この実施の形態においては、枠１６ａ（１６
ｂ）の内側の領域に形成された２次元フォトニック結晶
１２ａ（１２ｂ）は互いに同一のパターンを備えるもの
であるが、これら同一のパターンの２次元フォトニック
結晶を互いに９０°回転させて積層することにより、２
種類の２次元フォトニック結晶が積層されるようにして
いる。
【００３０】２次元フォトニック結晶プレート１４ａと
２次元フォトニック結晶プレート１４ｂとは、図１
（ａ）に示すように、両者を重ね合わせたときに一致す
るように２次元フォトニック結晶１２ａ、１２ｂならび
に枠１６ａ、１６ｂの領域が寸法設定されている。な
お、２次元フォトニック結晶１２ａ、１２ｂは両者を重
ね合わせたときに一致するように寸法設定する必要があ
るが（即ち、枠１６ａ、１６ｂの内側部位の寸法は両者
を重ね合わせたときに一致するように設定する必要があ
るが）、枠１６ａ、１６ｂの外側部位に関しては、両者
を重ね合わせたときに必ずしも一致する必要はない。
【００３１】また、この実施の形態においては、２次元
フォトニック結晶１２ａ、１２ｂの外側部位（即ち、枠
１６ａ、１６ｂの内側部位）ならびに枠１６ａ、１６ｂ
の外側部位は正方形状に構成されているが、このような
形状に限られるものではないことは勿論である。
【００３２】ここで、２次元フォトニック結晶プレート
１４ａならびに２次元フォトニック結晶プレート１４ｂ
の厚さｔは、例えば、３ｎｍ〜１ｍｍ程度の厚さであ
る。また、正方形状の２次元フォトニック結晶プレート
１４ａならびに２次元フォトニック結晶プレート１４ｂ
の一辺をＬとすると、一辺Ｌの長さは、例えば、１０ｎ
ｍ〜１０ｍｍ程度の大きさである。さらに、「Ｌ×Ｌ」
により得られる２次元フォトニック結晶プレート１４ａ
ならびに２次元フォトニック結晶プレート１４ｂの面積
は、例えば、「１０ｎｍ×１０ｎｍ＝１００ｎｍ２」〜
「１０ｍｍ×１０ｍｍ＝１００ｍｍ２」程度の大きさで
ある。
【００３３】さらに、枠１６ａと枠１６ｂとの適宜の箇
所には、複数の円形状の貫通孔１８がそれぞれ形成され
ている。これら枠１６ａと枠１６ｂとに形成された複数
の貫通孔１８は、２次元フォトニック結晶プレート１４
ａと２次元フォトニック結晶プレート１４ｂと重ね合わ
せたときに、少なくともそれらの一部が互いに一致して
連通するように寸法ならびに配置が設定されている。ま
た、貫通孔１８の半径ｒ（貫通孔１８の直径を２ｒとす
る。）と２次元フォトニック結晶プレート１４ａならび
に２次元フォトニック結晶プレート１４ｂの厚さｔと
は、互いに一致するように寸法設定されている。
【００３４】そして、この３次元フォトニック結晶１０
においては、位置合わせ部材として貫通孔１８の直径２
ｒと一致する直径２ｒを備えた球体状の微小体２０を、
積層した際に互いに隣り合う２次元フォトニック結晶プ
レート１４ａと２次元フォトニック結晶プレート１４ｂ
との貫通孔１８に配置して位置合わせすることにより、
積層した際に互いに隣り合う２次元フォトニック結晶プ
レート１４ａと２次元フォトニック結晶プレート１４ｂ
との位置合わせが行われ、２次元フォトニック結晶プレ
ート１４ａと２次元フォトニック結晶プレート１４ｂと
が適正な位置に積層されることになる。
【００３５】以上の構成を備えた３次元フォトニック結
晶１０は、２次元フォトニック結晶プレート１４ａと２
次元フォトニック結晶プレート１４ｂと重ね合わせるこ
とにより製造するものであるが、その重ね合わせの処理
は、マイクロマニュピュレーションによりプローブを利
用して行われる。
【００３６】即ち、まず、マイクロマニュピュレーショ
ンによりプローブを利用して、微小体２０を２次元フォ
トニック結晶プレート１４ａ（または２次元フォトニッ
ク結晶プレート１４ｂ）の貫通孔１８内に嵌入して配置
する。
【００３７】ここで、プローブとは、先端の径がサブミ
クロン〜ミクロンオーダーに寸法設定された針や、内部
に静電吸着のための電極構造を有するものや、先端に微
細なピンセットなどの把持機構を有するものを含むもの
とする。
【００３８】微小体２０が２次元フォトニック結晶プレ
ート１４ａ（または２次元フォトニック結晶プレート１
４ｂ）の貫通孔１８内に嵌入された際には、微小体２０
の半球分の部位が２次元フォトニック結晶プレート１４
ａ（または２次元フォトニック結晶プレート１４ｂ）の
表面から突出することになる。
【００３９】そして、貫通孔１８内に微小体２０を嵌入
された２次元フォトニック結晶プレート１４ａ（または
２次元フォトニック結晶プレート１４ｂ）の２次元フォ
トニック結晶ａ（または２次元フォトニック結晶１２
ｂ）のパターンとは９０度回転したパターンを備えるよ
うにして、２次元フォトニック結晶プレート１４ａ（ま
たは２次元フォトニック結晶プレート１４ｂ）の表面か
ら突出した微小体２０の半球分の部位に、２次元フォト
ニック結晶プレート１４ｂ（または２次元フォトニック
結晶プレート１４ａ）の貫通孔１８を嵌入させて位置合
わせを行い、２次元フォトニック結晶プレート１４ａと
２次元フォトニック結晶プレート１４ｂとを積層する。
【００４０】上記した作業を繰り返すことにより、３次
元的な周期構造を備えた３次元フォトニック結晶１０を
製造することができる。
【００４１】以下、３次元フォトニック結晶１０の製造
方法について、実施例を示しながら詳細に説明する。
【００４２】（１）結晶成長 まず、はじめに、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照しなが
ら、２次元フォトニック結晶プレート１４ａと２次元フ
ォトニック結晶プレート１４ｂとを製造する際の手法に
ついて説明する。２次元フォトニック結晶プレート１４
ａと２次元フォトニック結晶プレート１４ｂとは、所定
の基板上に結晶層を成長させることにより製造されるも
のである。
【００４３】この実施例においては、 基板 ＩｎＰ（面方位（１００）±０．５度 インジウム源 トリメチルインジウム（ＴＭＩ：Ｉｎ
（ＣＨ３）３） ガリウム源 トリエチルガリウム（ＴＥＧ：Ｇａ（Ｃ
Ｈ２ＣＨ３）３） 燐源 ホスフィン（ＰＦ３） ヒ素源 アルシン（ＡｓＨ３） 成長温度 ６４０度〜６８０度 という条件を用いた。
【００４４】また、結晶成長の手法としては、有機金属
気相反応成長法（ＭＯＶＣＤ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎ
ｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ）を用いた。ＴＭＩは常温で固体であり、また、
ＴＥＧは常温で液体であるので、それぞれが密封された
容器を２０度〜３０度の恒温漕に設置し、内部に水素を
送り込んで、水素にＴＭＩとＴＥＧとを飽和させ、それ
を反応器に送るようにした。ＩｎＰ基板上にインジウム
・ガリウム・ヒ素（ＩｎＧａＡｓ）を１μｍ〜３μｍ成
長させ、その上にインジウム・燐（ＩｎＰ）を０．５μ
ｍ〜２μｍ成長させた（図２（ａ）参照）。
【００４５】（２）マスク作製 後のドライエッチングの際のマスクとして使用するた
め、上記した「（１）結晶成長」で作製した基板上に、
蒸着によりチタンを２０ｎｍ積層し、チタン上にニッケ
ルを４００ｎｍ〜１μｍ積層する。
【００４６】（３）描画 フォトリソグラフィのレジストとしては、ＺＥＰ５２０
−２２（商標）を使用した。上記「（２）マスク作成」
で作成したニッケル層の上にＺＥＰ５２０−２２（商
標）を５００ｎｍの厚さ塗布し、１８０度で２０分間加
熱した。
【００４７】ここで、２次元フォトニック結晶１２ａ、
１２ｂのパターン描画に用いた装置は、ＪＢＸ−５Ｄ
ＩＩ（ＪＥＯＬ製）である。パターンは、図２（ｂ）に
示すように、２次元フォトニック結晶プレート１４ａ
（１４ｂ）が細いブリッジ３２により基板の外郭領域３
０と連結され、ブリッジ３２により支えられた構造であ
る。枠１６ａ（１６ｂ）の部位には、微小体２０を嵌入
するための貫通孔１８を形成するようになされている。
この実施例においては、貫通孔１８としては直径１μｍ
の円孔を作製した。
【００４８】なお、現在までのところ、フォトニックバ
ンドギャップができるのはダイアモンドおよびダイアモ
ンドライク構造だけである。この実施例に示すパター
ン、即ち、図１乃至図２に示す２次元フォトニック結晶
１２ａ、１２ｂのパターンは、所謂、ウッドパイル構造
というダイヤモンドライク構造を構成するためのもので
ある。ウッドパイル構造とは、ストライプ状に並べた角
材の上に、下のストライプに対して直角となるようにス
トライプ状の角材を並べていき、第１層と第３層および
第２層と第４層は半周期ずつずれている構造である。
【００４９】図１に示す２次元フォトニック結晶１２
ａ、１２ｂのパターンは、位置合わせの孔たる貫通孔１
８と位置合わせ部材たる微小体２０により、２次元フォ
トニック結晶プレート１４ａ、１４ｂを正確な位置に固
定しながら積層すると、自動的にウッドパイル構造にな
るように設計されている。ＩｎＰを材料として４μｍ帯
にフォトニックバンドギャップが開くように設計した場
合には、板の厚さを０．５μｍに固定すると、フォトニ
ックバンドギャップが開く角材の幅と周期との関係は図
３に示すようになる。２次元フォトニック結晶プレート
１４ａ、１４ｂの大きさは、一辺Ｌを６０μｍ程度まで
大きくするようにしてもよい。
【００５０】パターンの描画後に、以下の条件でパター
ンの現像を行った。即ち、現像液と洗浄液とは、 現像液：オルトキシレン（ｏ−Ｘｙｌｅｎｅ；ベンゼン
環の隣り合った角にそれぞれメチル基（ＣＨ３−）が結
合した有機化合物）：イソプロピルアルコール（ｉｓｏ
ｐｒｏｐｙｌａｌｃｏｈｏｌ；（ＣＨ３）２ＣＨＯＨ）
＝８：１ 洗浄液：イソプロピルアルコール である。
【００５１】そして、現像液中で２０秒間〜３分間保持
し、その後、洗浄液中で２０秒間〜３分間保持する。そ
の後に、エアーガンで洗浄液中を乾燥させる。
【００５２】（４）ドライエッチング （４−１）レジストから金属マスクへのパターンの転写 金属マスクのドライエッチングには、電子サイクロトロ
ン共鳴（ＥＣＲ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｏｒ
ｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）イオンシャワー装置を用い
た。Ｎｉ層をエッチングするための条件は、 ガス：アルゴン 圧力：０．５×１０−４Ｔｏｒｒ〜１．５×１０−４Ｔ
ｏｒｒ 加速電圧：０．５ｋＶ〜１．０ｋＶ マイクロ波出力：５０Ｗ〜１００Ｗ イオン電流密度：０．４ｍＡ／ｃｍ２〜０．８ｍＡ／ｃ
ｍ２ エッチング時間：５分〜１０分 温度：室温 である。
【００５３】続いて、チタンをエッチングするが、その
ときの条件は、 ガス：四フッ化炭素（ＣＦ４） 圧力：０．５×１０−４Ｔｏｒｒ〜１．５×１０−４Ｔ
ｏｒｒ 加速電圧：０．５ｋＶ〜１．０ｋＶ マイクロ波出力：５０Ｗ〜１００Ｗ イオン電流密度：０．４ｍＡ／ｃｍ２〜０．８ｍＡ／ｃ
ｍ２ エッチング時間：５分〜１０分 温度：室温 である。
【００５４】最後に残ったレジストを完全に除去するた
め、以下の条件でレジストを燃焼させた。
【００５５】ガス：酸素 圧力：０．５×１０−４Ｔｏｒｒ〜１．５×１０−４Ｔ
ｏｒｒ 加速電圧：０．５ｋＶ〜１．０ｋＶ マイクロ波出力：５０Ｗ〜１００Ｗ イオン電流密度：０．４ｍＡ／ｃｍ２〜０．８ｍＡ／ｃ
ｍ２ エッチング時間：５分〜１０分 温度：室温 （４−２）金属マスクからＩｎＰ層へのパターン転写 ＩｎＰのエッチングにはＩＣＰを用いた。塩素（Ｃ
ｌ２）雰囲気下で、３０秒〜３分のエッチングを行っ
た。
【００５６】（５）ウエットエッチング （５−１）金属マスクの剥離 上記（４）で説明したドライエッチング処理で残った金
属マスクを剥離するため、バッファードフッ酸（２０．
８％）中で１０分程度振り、最後に純水洗浄する。バッ
ファードフッ酸にはニッケル層は溶解しないが、下のチ
タン層が溶解するため、金属マスクを完全に除去するこ
とができる。
【００５７】（５−２）ＩｎＧａＡｓ層の部分溶解 ＩｎＰの２次元フォトニック結晶プレート１４ａ（１４
ｂ）の下にあるＩｎＧａＡｓ層を溶出・除去し、ＩｎＰ
の２次元フォトニック結晶プレート１４ａ（１４ｂ）が
ブリッジ３２で外郭領域３０に支えられているのみの状
態（図２（ｃ）参照）にするために、エッチング溶液
（硫酸：過酸化水素：水＝１：１：３）中で１０秒〜６
０秒間振り、その後に純水洗浄する。
【００５８】図４には、上記のようにして得られた２次
元フォトニック結晶プレート１４ａ（１４ｂ）の電子顕
微鏡写真が示されている。
【００５９】なお、本明細書においては、外郭領域３０
に細いブリッジ３０のみで連結されて、ブリッジ３２に
より空中に浮いたように支持された状態の２次元フォト
ニック結晶プレート１４ａ（１４ｂ）を「エアーブリッ
ジ型２次元フォトニック結晶プレート」と称することと
する。
【００６０】（６）積層 上記のように形成されたエアーブリッジ型２次元フォト
ニック結晶プレート１４ａ（１４ｂ）を、マイクロマニ
ピュレーション装置に固定する。
【００６１】ここで、マイクロマニピュレーション装置
とは、サブミクロン〜ミクロンオーダーの物質を操作す
るための装置である。マイクロマニピュレーション装置
には試料台やプローブが設けられており、プローブなど
を自由に操作することにより、エアーブリッジ型２次元
フォトニック結晶プレート１４ａ（１４ｂ）を外郭領域
３０から切り離したり持ち上げることができる。
【００６２】このマイクロマニピュレーション装置を走
査型電子顕微鏡の試料室内に設置し、電子顕微鏡観察下
で、マイクロマニピュレーション装置の可動軸に電気的
に接続されたジョイスティックを操作しながら、２次元
フォトニック結晶プレート１４ａ（１４ｂ）の積層をお
こなった。マイクロマニピュレーション装置には、３本
のプローブを一度に装着できるので、用途別に太さの異
なるプローブを取り付けておき、種々の操作を一々真空
を破ることなく連続して行うことができる。
【００６３】以下、図５〜図７を参照しながら、２次元
フォトニック結晶プレート１４ａ（１４ｂ）を積層して
３次元フォトニック結晶３０を構成する手順について説
明する。
【００６４】（１）手順１ エアーブリッジ型２次元フォトニック結晶プレート１４
ａ（１４ｂ）の周囲に、微小体２０をばらまいておく。
この際に、エアーブリッジ型２次元フォトニック結晶プ
レート１４ａ（１４ｂ）の上に微小体２０が乗らないよ
うに注意する。
【００６５】それから、プローブ４０の先端に微小体２
０を付着させ、微小体２０を付着させたプローブ４０の
移動により、枠１６ａ（１６ｂ）に形成された貫通孔１
８に微小体２０を嵌入する（図５（ａ）参照）。
【００６６】ここで、２次元フォトニック結晶プレート
１４ａ（１４ｂ）に形成された貫通孔１８の半径と２次
元フォトニック結晶プレート１４ａ（１４ｂ）の厚さと
は同じである。つまり、２次元フォトニック結晶プレー
ト１４ａと２次元フォトニック結晶プレート１４ｂとを
二枚重ねたときに、二枚の２次元フォトニック結晶プレ
ート１４ａ（１４ｂ）の同じ位置に開けられた貫通孔１
８が形成する円柱の直径と高さは同じである。微小体２
０の直径は、上記した円柱の直径および高さと一致す
る。微小体２０の材料は、例えば、ポリスチレンなどの
プラスチック、シリカなどの無機化合物あるいは２次元
フォトニック結晶プレート１４ａ（１４ｂ）と同じ材料
の物質である。
【００６７】この微小体２０を操作するためには、先端
の径が０．５μｍ程度のプローブ４０を用いる。プロー
ブ４０で微小体２０の頂部を触ると、静電力および/あ
るいはファンデルワールス力で微小体２０がプローブ４
０の先端に吸着する。これを、第一層目となるエアーブ
リッジ型２次元フォトニック結晶プレート１４ａ（１４
ｂ）の貫通孔１８に嵌入するか（図５（ｂ）参照）、あ
るいはフォトニック結晶パターンがＩｎＰ基板に到達す
るまでエッチングした際は、エアーブリッジ型２次元フ
ォトニック結晶プレート１４ａ（１４ｂ）を取り除き、
ＩｎＰ基板に刻まれた２次元フォトニック結晶パターン
の孔（貫通孔１８に対応する。）に嵌入した（図６
（ａ）参照）。
【００６８】（２）手順２ 次に、第二層目のエアーブリッジ型２次元フォトニック
結晶プレート１４ａ（１４ｂ）にプローブ４０を押しつ
けて、エアーブリッジ型２次元フォトニック結晶プレー
ト１４ａ（１４ｂ）をブリッジ３２から切り離し、プロ
ーブ４０により持ち上げ、微小体２０を挿入済みの第一
層の上に載せる（図６（ａ）（ｂ）または図７（ａ）
（ｂ）参照）。この操作には、先端の径が１０マイクロ
メートル程度のプローブ４０を用いる。
【００６９】なお、エアーブリッジ型２次元フォトニッ
ク結晶プレート１４ａ（１４ｂ）をブリッジ３２から切
り離す際に、予めブリッジ３２の破断したい箇所に鋭い
切り込みを入れておくと、当該切り込みの箇所でブリッ
ジ３２を破断することができるようになるので有効であ
る。
【００７０】２次元フォトニック結晶プレート１４ａ
（１４ｂ）とブリッジ３２との接合部位に切り込みを形
成しておくと、この切り込み部分をプローブ４０で押す
ことにより、２次元フォトニック結晶プレート１４ａ
（１４ｂ）とブリッジ３２とは簡単に切り離される。切
り離した２次元フォトニック結晶プレート１４ａ（１４
ｂ）は、微小体２０をプローブ４０で持ち上げる際と同
様に、プローブ４０の先端で触れればプローブ４０の先
端に吸着される。
【００７１】（３）手順３ ２次元フォトニック結晶プレート１４ａ（１４ｂ）を、
貫通孔１８に微小体２０を挿入済みの２次元フォトニッ
ク結晶プレート１４ｂ（１４ａ）へ積層する際に、微小
体２０の半球分の突出部位が位置合わせのガイドとな
り、正しい積層位置付近に２次元フォトニック結晶プレ
ート１４ａ（１４ｂ）を近づけると、微小体２０と２次
元フォトニック結晶プレート１４ａ（１４ｂ）の貫通孔
１８とが係合し、２次元フォトニック結晶プレート１４
ａ（１４ｂ）は自動的に正しい位置へ固定される。さら
に、積層された２次元フォトニック結晶プレート１４ａ
（１４ｂ）を下のプレートへ押しつけると、２次元フォ
トニック結晶プレート１４ａ（１４ｂ）同士が密着す
る。
【００７２】（４）手順４ 上記した手順１乃至手順３の操作を繰り返す。
【００７３】なお、図８（ａ）には２次元フォトニック
結晶プレート１４ａ（１４ｂ）を１層積層した状態の電
子顕微鏡写真が示されており、図８（ｂ）には図８
（ａ）の白枠部分を拡大した電子顕微鏡写真が示されて
いる。
【００７４】同様に、図９（ａ）には２次元フォトニッ
ク結晶プレート１４ａ（１４ｂ）を２層積層した状態の
電子顕微鏡写真が示されており、図９（ｂ）には図９
（ａ）の白枠部分を拡大した電子顕微鏡写真が示されて
いる。
【００７５】また同様に、図１０（ａ）には２次元フォ
トニック結晶プレート１４ａ（１４ｂ）を３層積層した
状態の電子顕微鏡写真が示されており、図１０（ｂ）に
は図１０（ａ）の白枠部分を拡大した電子顕微鏡写真が
示されている。
【００７６】また、図１１には、ブリッジ３２をプロー
ブ４０で押して、基板の外郭領域３０から２次元フォト
ニック結晶プレート１４ａ（１４ｂ）を切り離して破断
した状態の電子顕微鏡写真が示されている。
【００７７】図１２には、貫通孔１８に位置合わせ用の
微小体２０を挿入してある２次元フォトニック結晶プレ
ート１４ａ（１４ｂ）の上に、破断してプローブ４０に
吸着させた２次元フォトニック結晶１４ｂ（１４ａ）を
持ってきたところを示す電子顕微鏡写真が示されてい
る。
【００７８】図１３には、２枚の２次元フォトニック結
晶プレート１４ａ（１４ｂ）をほぼ完全に重ね合わせた
状態の電子顕微鏡写真が示されている。
【００７９】次に、上記した実施例の光学特性について
説明する。なお、光学特性の測定条件は、 測定装置：反射波のスペクトル測定装置 分解能：１６ｃｍ−１ 入射角：２０度（広がり角度±１０度） ２０度を中心にコーン状の光が試料に入射している状
態。
【００８０】偏光：なし 検出器：ＭＣＴ，７７Ｋ冷却 スキャン回数：１０２４回 走査波長域：１．４３μｍ〜１４．３μｍ 検出した光：反射光 である。
【００８１】実施例に示す３次元フォトニック結晶は、
４μｍ域にフォトニックバンドギャップが開くよう設計
してあるので、反射波を測定した場合には、４μｍ域の
光は３次元フォトニック結晶から完全に反射されるはず
である。
【００８２】図１４は、１層（１／４周期）、３層（３
／４周期）ならびに４ 層（１周期）の２次元フォトニ
ック結晶プレートをそれぞれ積層した際に、１層増える
ごとに上記の条件で反射波を測定したときのスペクトル
である。層が増やされるにつれ、４μｍ帯の波長のピー
クが大きくなった。これは、徐々にフォトニックバンド
ギャップが形成されていることを示す。また、ピークの
中央に現れている鋭いギャップは空気中の二酸化炭素の
Ｃ＝０伸縮よる吸収によるものである。２μｍ帯に現れ
ているピークは、より高次のモードによる反射である。
【００８３】なお、フォトニックバンドギャップの波長
閾は、例えば、１００ｎｍ〜１ｍｍに設定することがで
きる。
【００８４】以上において説明した通り、２次元フォト
ニック結晶プレート１４ａ（１４ｂ）において、プレー
トの面に対して垂直方向の位相を任意に変化させ、それ
設計通りに積層することができる。これは、フォトニッ
クバンド結晶の作製に適した方法である。
【００８５】また、上記した実施の形態においては、リ
ソグラフィの技術を用いているため、任意の光位相制御
領域（欠陥領域）の導入が可能となる。
【００８６】即ち、上記のようにして２次元フォトニッ
ク結晶プレート１４ａ（１４ｂ）を積層して３次元フォ
トニック結晶１０を作製する際に、単にプローブ４０を
用いて２次元フォトニック結晶プレート１４ａ（１４
ｂ）を積層するのみではなく、光位相制御領域（欠陥領
域）を構成するための発光体や欠陥部品などの微小部品
を、プローブ４０を用いて３次元フォトニック結晶を作
製する際の２次元フォトニック結晶プレート１４ａ（１
４ｂ）の積層中に挿入（埋め込み）をすることができ
る。
【００８７】これら微小部品の材質は、積層中の２次元
フォトニック結晶プレート１４ａ（１４ｂ）と同じ材質
である必要はなく、上記した発光体や屈折率の異なる材
質を用いることができる。
【００８８】さらに、上記した実施の形態においては、
リソグラフィの技術を用いているため、サブミクロン程
度の３次元微細構造を構築することができる。その結
果、波長０．２μｍ〜１０μｍの光の波長域に用いる光
学素子に応用可能である。
【００８９】なお、上記した実施の形態ならびに実施例
は、以下の（１）乃至（●）に示すように変形してもよ
い。
【００９０】（１）上記した実施の形態においては、プ
ローブ４０として、ガラスファイバーの周囲を金属コー
ティングしたプローブを用いており、このプローブの先
端（ガラスファイバーの部分）の径が０．５μｍ程度で
あるようにしたが、これに限られるものではないことは
勿論である。例えば、プローブの材質としては、ガラス
や金属などを適宜に用いることができる。また、プロー
ブの先端に２次元フォトニック結晶プレート１４ａ（１
４ｂ）や微小体２０を吸着する際の吸着力を、電界のオ
ン／オフにより制御することができるようなものでもよ
い。さらに、２次元フォトニック結晶プレート１４ａ
（１４ｂ）との接触面積を大きくして吸着能力を向上す
るために、プローブの先端の径をミクロンオーダーより
も大きくしてもよく、例えば、１０ｎｍ〜１ｍｍとする
ことができる。
【００９１】より詳細には、例えば、図１５（ａ）
（ｂ）（ｃ）に示すようなプローブを用いることができ
る。この図１５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すプローブ４０
０は、内部芯４０２と、内部芯４０２の周囲に形成され
た絶縁層４０４と、絶縁層４０４のの先端部Ｔを除く外
周上に形成された外部金属膜４０６とを有して構成され
ている。
【００９２】ここで、内部芯４０２はタングステンなど
のかたい金属を用い、絶縁層４０４はＣＶＤなどを用い
てＳｉＯ２やＳｉＮｘなどを成膜して形成する。また、
外部金属膜４０６は、ＮｉやＡｕを蒸着などの方法で成
膜して形成する。
【００９３】絶縁層４０４により形成されている先端部
Ｔは、平坦面の形状を備えるように構成されており、そ
の大きさは、例えば、先端部Ｔが正方形であるならば、
「１μｍ×１μｍ＝１μｍ２」〜「１０ｍｍ×１０ｍｍ
＝１００ｍｍ２」である。
【００９４】このプローブ４００においては、内部芯４
０２と外部金属膜４０６との間に電圧をかけることによ
って、先端部Ｔの縁部付近に電界がかかり、２次元フォ
トニック結晶プレート１４ａ（１４ｂ）や微小体２０を
静電吸着することができる。
【００９５】ここで、外部金属膜４０６は、外部へ電界
を漏らさないシールドの機能も達成している。なお、シ
ールドがないと、電子顕微鏡で観察する場合に画像を乱
すことになる。このため、シールドを設けるようにする
ことが好ましい。
【００９６】また、外部金属膜４０６は、２次元フォト
ニック結晶プレート１４ａ（１４ｂ）の電位を安定させ
る役割も果たしている。一般に、電子顕微鏡観察下の微
小物体は、そのときの観察条件やそれまでの履歴によ
り、様々な電位に帯電している。従って、必ずしも電圧
を加えたプローブに対して吸着されるとは限らない。
【００９７】しかしながら、外部金属膜４０６が２次元
フォトニック結晶プレート１４ａ（１４ｂ）に接触する
ようにしておけば、２次元フォトニック結晶プレート１
４ａ（１４ｂ）の電位が外部金属膜４０６と等電位に固
定されるので、常に目的通りに再現性よく吸着あるいは
離脱できる。
【００９８】また、図１６（ａ）（ｂ）には、他のプロ
ーブの構成が示されている。このプローブ４１０は、図
１５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すようなプローブの先端電
極を櫛形にして、吸着能力を高めたものである。
【００９９】即ち、このプローブ４１０は、先端部が平
坦面とされた絶縁体針４１２に第１電極４１４と第２電
極４１６とを形成する。この際に、第１電極４１４と第
２電極４１６とは、絶縁体針４１２の先端部の平坦面に
おいて櫛形電極（第１電極４１４と第２電極４１６との
凸部と凹部とが、互いに噛み合うように配置されている
電極である。）を構成するように配設する。
【０１００】上記したように第１電極４１４と第２電極
４１６とを形成した後に、その上にＳｉＯ４などの絶縁
膜４１８を成膜して被覆し、絶縁体針４１２の平坦面と
された先端部側を除く絶縁膜４１８の外周上に金属シー
ルド４２０を形成するようにしたものである。
【０１０１】上記したプローブ４１０においては、第１
電極４１４と第２電極４１６とに、金属シールド４２０
（アース）に対して異なる電圧をかけることによって、
絶縁体針４１２の先端部の平坦面に電界がかかり、２次
元フォトニック結晶プレート１４ａ（１４ｂ）や微小体
２０を静電吸着することができる。
【０１０２】（２）上記した実施の形態においては、２
次元フォトニック結晶プレート１４ａ、１４ｂの枠１６
ａ、１６ｂに形成された貫通孔１８に微小体２０を嵌入
させることにより、２次元フォトニック結晶プレート１
４ａ、１４ｂを重ね合わせるときの位置合わせを行った
が、これに限られるものではないことは勿論である。例
えば、壁面などの所定の形状を備えた構造体に２次元フ
ォトニック結晶プレート１４ａ、１４ｂを突き当てて位
置合わせを行うようにしてもよい。なお、この場合に
は、２次元フォトニック結晶プレート１４ａと２次元フ
ォトニック結晶プレート１４ｂとは、各部位が同一の寸
法に設定されていることが好ましい。
【０１０３】具体的には、図１８（ａ）に示すように、
少なくとも一つの角部を備えるとともに凹凸を形成され
た壁面５００を構築し、この壁面５００に２次元フォト
ニック結晶プレート１４ａ、１４ｂの枠１６ａ、１６ｂ
の外側面を突き当てて位置合わせを行うようにしてもよ
い。なお、この場合にも、２次元フォトニック結晶プレ
ート１４ａと２次元フォトニック結晶プレート１４ｂと
は、各部位が同一の寸法に設定されていることが好まし
い。
【０１０４】同様に、図１８（ｂ）に示すように、少な
くとも一つの角部を備えた平坦な壁面５０２を構築し、
この壁面５０２に２次元フォトニック結晶プレート１４
ａ、１４ｂの枠１６ａ、１６ｂの外側面を突き当てて位
置合わせを行うようにしてもよい。なお、この場合に
も、２次元フォトニック結晶プレート１４ａと２次元フ
ォトニック結晶プレート１４ｂとは、各部位が同一の寸
法に設定されていることが好ましい。
【０１０５】また、図１８（ｃ）に示すように、円柱体
５０４を複数立設し、これら円柱体５０４に２次元フォ
トニック結晶プレート１４ａ、１４ｂの枠１６ａ、１６
ｂの外側面を突き当てて位置合わせを行うようにしても
よい。なお、この場合にも、２次元フォトニック結晶プ
レート１４ａと２次元フォトニック結晶プレート１４ｂ
とは、各部位が同一の寸法に設定されていることが好ま
しい。
【０１０６】また、図１８（ｄ）に示すように、凹所を
形成し、凹所５０９によって形成される壁面５０６ａに
２次元フォトニック結晶プレート１４ａ、１４ｂの枠１
６ａ、１６ｂの外側面を突き当てて位置合わせを行うよ
うにしてもよい。なお、この場合にも、２次元フォトニ
ック結晶プレート１４ａと２次元フォトニック結晶プレ
ート１４ｂとは、各部位が同一の寸法に設定されている
ことが好ましい。
【０１０７】また、図１８（ｄ）に示すように、直方体
５０８を複数立設し、これら直方体５０８に２次元フォ
トニック結晶プレート１４ａ、１４ｂの枠１６ａ、１６
ｂの外側面を突き当てて位置合わせを行うようにしても
よい。なお、この場合にも、２次元フォトニック結晶プ
レート１４ａと２次元フォトニック結晶プレート１４ｂ
とは、各部位が同一の寸法に設定されていることが好ま
しい。
【０１０８】また、図１８（ｅ）に示すように、Ｌ字形
状部材５１０を複数立設し、これらＬ字形状部材５１０
に２次元フォトニック結晶プレート１４ａ、１４ｂの枠
１６ａ、１６ｂの外側面を突き当てて位置合わせを行う
ようにしてもよい。なお、この場合にも、２次元フォト
ニック結晶プレート１４ａと２次元フォトニック結晶プ
レート１４ｂとは、各部位が同一の寸法に設定されてい
ることが好ましい。
【０１０９】上記したような手法によれば、２次元フォ
トニック結晶プレート１４ａ、１４ｂの枠１６ａ、１６
ｂに貫通孔１８などを形成する必要がなく、また微小体
２０を用いる必要もないので、２次元フォトニック結晶
プレート１４ａ、１４ｂの位置合わせを簡便に行うこと
ができる。
【０１１０】（３）２次元フォトニック結晶プレートの
材質としては、例えば、 ・ＩＩＩ−Ｖ族、Ｖ１族、ＩＩ−ＶＩ族半導体 例えば、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ系半導体 Ｓｉ，Ｇｅ、ＳｉＧｅ系半導体 ＡｌＩｎＧａＮ系半導体 ＺｎＭｇＣｄＴｅＳｅ系半導体など ・ＳｉＮｘ，ＳｉＯ２，ＴｉＯ２などの絶縁体 ・ＰＭＭＡ、ポリイミドなどの有機質 などを用いることができる。
【０１１１】（４）上記した実施の形態においては、２
次元フォトニック結晶プレート１４ａ、１４ｂの枠１６
ａ、１６ｂに形成された貫通孔１８の形状を円形とし、
微小体２０を球体状に構成したが、これに限られるもの
ではないことは勿論である。２次元フォトニック結晶プ
レート１４ａ、１４ｂの枠１６ａ、１６ｂに形成された
貫通孔１８の形状は、正方形や長方形などの任意の形状
としてよく、また、微小体２０の形状も、貫通孔１８の
形状に適合するように立方体や直方体などの任意の形状
としてよい。
【０１１２】（５）上記した実施の形態においては、２
次元フォトニック結晶プレート１４ａと２次元フォトニ
ック結晶プレート１４ｂとの２種類の２次元フォトニッ
ク結晶プレートを用い、これらを光の波長に応じた周期
構造になるように交互に積層して３次元フォトニック結
晶１０を形成する場合について説明したが、これに限ら
れるものではないことは勿論である。即ち、３種類以上
の２次元フォトニック結晶プレートを用い、これら３種
類以上の２次元フォトニック結晶プレートを光の波長に
応じた周期構造になるように積層して３次元フォトニッ
ク結晶を構成するようにしてもよい。
【０１１３】（６）上記した実施の形態においては、説
明は省略したが、上記した実施の形態における２次元フ
ォトニック結晶プレート１４ａと２次元フォトニック結
晶プレート１４ｂとのように、三次元フォトニック結晶
を構成するために必要な複数種類の２次元フォトニック
結晶プレートを１枚の基板上に一括して作成してもよい
し、それぞれ異なる基板上に作成するようにしてもよ
い。
【０１１４】（７）上記した実施の形態においては、貫
通孔１８は枠１６ａ、１６ｂに形成したが、これに限ら
れるものではないことは勿論である。
【０１１５】例えば、図１７（ａ）に示すように、複数
の２次元フォトニック結晶プレートのうちの互いに隣り
合う２次元フォトニック結晶プレートを正確に張り合わ
せた場合に、当該張り合わせた２次元フォトニック結晶
プレートの２次元フォトニック結晶のパターンの中で、
当該張り合わせた２次元フォトニック結晶プレートのそ
れぞれを貫通するパターンが一致する箇所を貫通孔とし
て用いてもよい。
【０１１６】また、図１７（ｂ）に示すように、２次元
フォトニック結晶プレートの２次元フォトニック結晶の
パターンに囲まれた領域に貫通孔を形成し、この貫通孔
に位置合わせ部材を配置するようにしてもよい。
【０１１７】（８）上記した実施の形態ならびに上記し
た（１）乃至（７）に示す変形例は、適宜に組み合わせ
るようにしてもよい。
【０１１８】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、実用上有効な３次元フォトニック結晶およ
びその製造方法ならびにプローブを提供することができ
るという優れた効果を奏する。
【０１１９】より詳細には、本発明により３次元フォト
ニック結晶を用いた光学デバイスの実現が可能になる。
３次元フォトニック結晶を用いた光学デバイスとは、例
えば、低閾値レーザー素子、発光素子、無損失回路、分
波器などである。レーザー素子、発光素子などの能動素
子を３次元フォトニック結晶で作製した場合には、低駆
動電力化および第一波長発振などの効果が得られる。ま
た、無損失回路分波器などの受動素子を３次元フォトニ
ック結晶で作製した場合には、従来の光ファイバーなど
に比べて非常に素子が小さいので、光学回路の高集積化
が可能である。
【０１２０】即ち、上記した本発明による３次元フォト
ニック結晶の製造方法は、特に以下の点で優れている。
【０１２１】（１）２次元フォトニック結晶プレートを
積層するという手法を用いるので、作製の際に構造や部
品の変形などがないため、光波長に対応した高精密な３
次元フォトニック結晶を製造することができる。
【０１２２】（２）２次元フォトニック結晶プレートを
積層するという手法を用いるので、任意の構造体を積層
によって作製することができ、ダイアモンドおよびダイ
アモンドライク周期結晶の作成も可能であり、フォトニ
ックバンドギャップ結晶の作製が可能となる。
【０１２３】（３）２次元フォトニック結晶プレートを
積層するという手法を用いるので、３次元フォトニック
結晶中に光位相制御領域（欠陥領域）を簡単に挿入する
ことができる。
【０１２４】従って、本発明による３次元フォトニック
結晶の製造方法は、光学デバイスを作製するのに適して
いる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１には、本発明の実施の形態の一例による３
次元フォトニック結晶が示されており、（ａ）は正面斜
視図であり、（ｂ）は（ａ）の分解斜視図である。
【図２】エアーブリッジ型２次元フォトニック結晶プレ
ートの作製手法を示す説明図である。
【図３】ＩｎＰを材料としてウッドパイル構造を形成し
た場合における、フォトニックバンドギャップが開く角
材の幅と周期との関係を示すグラフである。
【図４】２次元フォトニック結晶プレートの電子顕微鏡
写真である。
【図５】２次元フォトニック結晶プレートを積層して３
次元フォトニック結晶を構成する手法を示す説明図であ
る。
【図６】２次元フォトニック結晶プレートを積層して３
次元フォトニック結晶を構成する手法を示す説明図であ
る。
【図７】２次元フォトニック結晶プレートを積層して３
次元フォトニック結晶を構成する手法を示す説明図であ
る。
【図８】（ａ）は２次元フォトニック結晶プレートを１
層積層した状態の電子顕微鏡写真であり、（ｂ）は
（ａ）の白枠部分を拡大した電子顕微鏡写真である。
【図９】（ａ）は２次元フォトニック結晶プレートを２
層積層した状態の電子顕微鏡写真であり、（ｂ）は
（ａ）の白枠部分を拡大した電子顕微鏡写真である。
【図１０】（ａ）は２次元フォトニック結晶プレートを
３層積層した状態の電子顕微鏡写真であり、（ｂ）は
（ａ）の白枠部分を拡大した電子顕微鏡写真である。
【図１１】ブリッジをプローブで押して、基板の外郭領
域から２次元フォトニック結晶プレートを切り離した状
態の電子顕微鏡写真である。
【図１２】貫通孔に位置合わせ用の微小体を挿入してあ
る２次元フォトニック結晶プレートの上に、切り離して
プローブに吸着させた２次元フォトニック結晶を持って
きたところを示す電子顕微鏡写真である。
【図１３】２枚の２次元フォトニック結晶プレートをほ
ぼ完全に重ね合わせた状態の電子顕微鏡写真である。
【図１４】１層（１／４周期）、３層（３／４周期）な
らびに４ 層（１周期）の２次元フォトニック結晶プレ
ートをそれぞれ積層した際に、１層増えるごとに反射波
を測定したときのスペクトルを示す。
【図１５】他の形態のプローブを示す説明図である。
【図１６】他の形態のプローブを示す説明図である。
【図１７】（ａ）は２次元フォトニック結晶のパターン
の一部を用いて位置合わせを行う場合を示した斜視説明
図であり、（ｂ）は２次元フォトニック結晶のパターン
の中に形成された貫通孔を用いて位置合わせを行う場合
を示した斜視説明図である。
【図１８】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）ならびに（ｄ）は、
それぞれ２次元フォトニック結晶プレートの他の位置合
わせ手法を示す説明図である。
【図１９】（ａ）ならびに（ｂ）は、２次元フォトニッ
ク結晶プレートの他の位置合わせ手法を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
１０ ３次元フォトニック結晶 １２ａ、１２ｂ ２次元フォトニック結晶 １４ａ、１４ｂ ２次元フォトニック結晶プレート １６ａ、１６ｂ 枠 １８ 貫通孔 ２０ 微小体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 6/12 Ｍ (72)発明者 平山 秀樹 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究所 内 (72)発明者 青柳 克信 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究所 内 (72)発明者 宮崎 英樹 茨城県つくば市千現一丁目２番１号 独立 行政法人物質・材料研究機構内 Ｆターム(参考） 2H047 KA03 PA01 QA02 QA04 QA05 5F041 CA21 CA33 CA34 CA35 CA39 CA40 CA41 CA65 CA74

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 互いに種類の異なる２次元フォトニック
    結晶をそれぞれ備えた複数の２次元フォトニック結晶プ
    レートを有し、 前記複数の２次元フォトニック結晶プレートのそれぞれ
    を位置合わせして、光の波長に応じた周期構造になるよ
    うに積層したものである３次元フォトニック結晶。
  2. 【請求項２】 貫通孔を備えるとともに、互いに種類の
    異なる２次元フォトニック結晶をそれぞれ備えた複数の
    ２次元フォトニック結晶プレートと、 前記複数の２次元フォトニック結晶プレートの前記貫通
    孔に配置される複数の位置合わせ部材とを有し、 前記複数の２次元フォトニック結晶プレートのうちの互
    いに隣り合う２次元フォトニック結晶プレートの前記貫
    通孔に前記位置合わせ部材を配置して位置合わせして、
    前記複数の２次元フォトニック結晶プレートを光の波長
    に応じた周期構造になるように積層したものである３次
    元フォトニック結晶。
  3. 【請求項３】 第１の枠に第１の貫通孔を備えるととも
    に、前記第１の枠の内側の領域に第１の２次元フォトニ
    ック結晶を備えた平板状の第１の２次元フォトニック結
    晶プレートと、 第２の枠に前記第１の貫通孔と位置合わせされた第２の
    貫通孔を備えるとともに、前記第２の枠の内側の領域に
    第２の２次元フォトニック結晶を備えた平板状の第２の
    ２次元フォトニック結晶プレートと、 前記第１の貫通孔と前記第２の貫通孔とを連通するよう
    に配置される位置合わせ部材とを有し、 前記第１の２次元フォトニック結晶プレートの前記貫通
    孔と前記第２の２次元フォトニック結晶プレートの前記
    貫通孔とを連通するように前記位置合わせ部材を配置し
    て位置合わせして、前記第１の２次元フォトニック結晶
    プレートと前記第２の２次元フォトニック結晶プレート
    とを光の波長に応じた周期構造になるように積層したも
    のである３次元フォトニック結晶。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の３次元フォトニック結
    晶において、 前記第１の貫通孔と前記第２の貫通孔とはそれぞれ円孔
    であり、 前記円孔の半径と前記第１の２次元フォトニック結晶プ
    レートおよび前記と前記第２の２次元フォトニック結晶
    プレートとの厚さとが略一致し、 前記位置合わせ部材は直径が前記円孔の半径の略２倍と
    された球体状である３次元フォトニック結晶。
  5. 【請求項５】 互いに種類の異なる２次元フォトニック
    結晶をそれぞれ備えた複数の２次元フォトニック結晶プ
    レートを、マイクロマニピュレーションによりプローブ
    の先端に付着または把持させてそれぞれ移動し、 前記プローブの先端に付着または把持させての移動によ
    り、前記複数の２次元フォトニック結晶プレートのそれ
    ぞれを位置合わせして、光の波長に応じた周期構造にな
    るように積層して３次元フォトニック結晶を構成する３
    次元フォトニック結晶の製造方法。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の３次元フォトニック結
    晶の製造方法において、 前記プローブに所定電圧をかけることによって、前記２
    次元フォトニック結晶プレートを前記プローブの先端に
    静電吸着により付着させる３次元フォトニック結晶の製
    造方法。
  7. 【請求項７】 請求項５または請求項６のいずれか１項
    に記載の３次元フォトニック結晶の製造方法において、 前記２次元フォトニック結晶プレートは、ブリッジによ
    り外郭領域と連結されて中空に保持され、 前記プローブにより前記２次元フォトニック結晶プレー
    トに負荷を加えることにより前記ブリッジを破断して、
    該破断に伴い前記プローブの先端に前記２次元フォトニ
    ック結晶プレートを付着させて移動する３次元フォトニ
    ック結晶の製造方法。
  8. 【請求項８】 請求項５、請求項６または請求項７のい
    ずれか１項に記載の３次元フォトニック結晶の製造方法
    において、 前記複数の２次元フォトニック結晶プレートのそれぞれ
    の位置合わせは、 前記プローブにより前記複数の２次元フォトニック結晶
    プレートのそれぞれを移動し、前記複数の２次元フォト
    ニック結晶プレートのそれぞれを所定の形状の構造体に
    突き当てて位置合わせする３次元フォトニック結晶の製
    造方法。
  9. 【請求項９】 請求項５、請求項６または請求項７のい
    ずれか１項に記載の３次元フォトニック結晶の製造方法
    において、 前記複数の２次元フォトニック結晶プレートのそれぞれ
    は、枠部位に貫通孔を形成するとともに、前記枠部位の
    内側の領域に互いに種類の異なる２次元フォトニック結
    晶をそれぞれ備えた平板状体であり、 前記プローブにより、前記複数の２次元フォトニック結
    晶プレートのうちの互いに隣り合う２次元フォトニック
    結晶プレートの前記貫通孔に位置合わせ部材を配置して
    位置合わせして、前記複数の２次元フォトニック結晶プ
    レートを光の波長に応じた周期構造になるように積層し
    たものである３次元フォトニック結晶の製造方法。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載の３次元フォトニック
    結晶の製造方法において、 前記貫通孔は円孔であり、 前記円孔の半径と前記複数の２次元フォトニック結晶プ
    レートのそれぞれの厚さとが略一致し、 前記位置合わせ部材は直径が前記円孔の半径の略２倍と
    された球体状である３次元フォトニック結晶の製造方
    法。
  11. 【請求項１１】 請求項５、請求項６、請求項７、請求
    項８、請求項９または請求項１０のいずれか１項に記載
    の３次元フォトニック結晶の製造方法において、 前記複数の２次元フォトニック結晶プレートを光の波長
    に応じた周期構造になるように積層する際に、前記プロ
    ーブにより光位相制御領域を構成するための微小部品を
    挿入する３次元フォトニック結晶の製造方法。
  12. 【請求項１２】 金属よりなる内部芯と、 前記内部芯の周囲に形成された絶縁層と、 前記絶縁層の先端部を除く外周上に形成された外部金属
    膜とを有し、 前記絶縁層の先端部が平坦面の形状を備えるものであ
    り、 前記内部芯と前記外部金属膜との間に電圧をかけること
    によって、前記先端部の縁部付近に電界がかかり物体を
    静電吸着するプローブ。
  13. 【請求項１３】 先端部が平坦面とされた絶縁体針と、 前記絶縁体針の前記先端部の前記平坦面において櫛形電
    極を構成するように、前記絶縁体針に配設された第１の
    電極と第２の電極と、 前記第１の電極と第２の電極を配設された前記絶縁体針
    を被覆する絶縁膜と、 前記絶縁体針の前記平坦面とされた前記先端部側を除く
    前記絶縁膜の外周上に形成された金属シールドとを有
    し、 前記第１の電極と前記第２の電極とに、前記金属シール
    ドに対して異なる電圧をかけることによって、前記絶縁
    体針の前記先端部の前記平坦面に電界がかかり物体を静
    電吸着するプローブ。
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