JP4677276B2 - 3次元フォトニック結晶の作製方法 - Google Patents
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Description
Physical Review Letters、Vol.58、pp.2059、1987年
所定の波長域でフォトニックバンドギャップを持つ3次元フォトニック結晶における、該屈折率周期構造を含む層の設計厚さHとの誤差ΔHを計測する工程、または、該屈折率周期構造の設計有効屈折率neffとの誤差Δneffを計測する工程を有し、
前記誤差ΔHを計測する工程を行った場合には、以下の式におけるΔneffを満たすように、該屈折率周期構造の形状を調整する調整工程を行い、
前記誤差Δneffを計測する工程を行った場合には、以下の式におけるΔHを満たすように、該屈折率周期構造の厚さを調整する調整工程を行うことを特徴としている。
neff×H=(neff+Δneff)×(H+ΔH)×M
但し、0.5≦M≦2.0
(数2)
neff×H=(neff+Δneff)×(H+ΔH)×M ・・・(1)
を満たすように層内の屈折率周期構造と各層の層の厚さをそれぞれ制御すれば、各層の膜厚と屈折率周期構造の有効屈折率neffの誤差許容範囲を大幅に拡大しながらも、各方向のフォトニック結晶の光学特性は保持できることを見出した。ここで、屈折率周期構造を含む層の厚さをH1、屈折率周期構造の有効屈折率neff1は
H1=H+ΔH
neff1=neff+Δneff
となる。
λ0=(λa+λb)/2
である。
(485+610)/2=547.5(nm)
(465+580)/2=522.5(nm)
であるから、
547.5−522.5=25(nm)
となってフォトニックバンドギャップ中心波長が長波長側に約25nmシフトしていることが分かる。
また、M=1.0の時に(数2)が成り立つように層の厚さHと屈折率周期構造の有効屈折率neffを制御することで、積層方向と平行な方向から光を入射した場合について、設計値と同等の光学性能を有するフォトニック結晶を得ることができる。また、M=0.5及びM=2.0の時に(数2)が成り立つように層の厚さHと屈折率周期構造の形状を制御することで、積層方向と垂直な方向から光を入射した場合について、設計値と同等の光学性能を有するフォトニック結晶を得ることができる。このように図1に示す、層の厚さ誤差ΔHとフォトニックバンドギャップ中心波長のシフト量の関係と、屈折率周期構造の形状誤差とフォトニックバンドギャップ中心波長のシフト量の関係を用いて、(数2)において、0.5≦M≦2.0の範囲でMの値を選ぶことで、任意の方向から光を入射した場合に、設計値と同等の光学性能を有するフォトニック結晶を得ることができる。
このように、各層において(数2)が成り立つように層の厚さと屈折率周期構造の有効屈折率を制御することによって、設計値と同等の光学性能を保持したまま、各層厚と角柱の幅の誤差許容範囲を大幅に拡大することができ、LBL構造を有するフォトニック結晶の作製が容易となる。以上、示したように、本発明による効果はフォトニック結晶を構成する媒質の屈折率に依存するものではない。
また誤差Δneffがあったときは屈折率周期構造を含む層の設計厚さHとの誤差ΔHが式(1)を満足するように屈折率周期構造の厚さを調整する調整工程を用いている。
状を計測する。すなわち設計有効屈折率neffとの誤差Δneffを計測する工程を用いている。
201 第1の層
202 第2の層
203 第3の層
204 第4の層
205 第5の層
206 第6の層
207 第7の層
208 第8の層
209 第9の層
210 第10の層
211 第11の層
212 第12の層
201a 角柱
204a 角柱
207a 角柱
210a 角柱
202a 直方体
203a 直方体
205a 直方体
206a 直方体
208a 直方体
209a 直方体
211a 直方体
212a 直方体
900 ウッドパイル構造
910 角柱
901 第1の層
902 第2の層
903 第3の層
904 第4の層
Claims (7)
- 層の厚さを形成する工程Aと、層内に所定の屈折率周期構造を形成する工程Bとを含む、層内に所定の屈折率周期構造を有する層を複数積層して3次元フォトニック結晶を作製する3次元フォトニック結晶の作製方法であって、
所定の波長域でフォトニックバンドギャップを持つ3次元フォトニック結晶における、該屈折率周期構造を含む層の設計厚さHとの誤差ΔHを計測する工程、または、該屈折率周期構造の設計有効屈折率neffとの誤差Δneffを計測する工程を有し、
前記誤差ΔHを計測する工程を行った場合には、以下の式におけるΔneffを満たすように、該屈折率周期構造の形状を調整する調整工程を行い、
前記誤差Δneffを計測する工程を行った場合には、以下の式におけるΔHを満たすように、該屈折率周期構造の厚さを調整する調整工程を行うことを特徴とする3次元フォトニック結晶の作製方法。
neff×H=(neff+Δneff)×(H+ΔH)×M
但し、0.5≦M≦2.0 - 前記調整工程は、該工程Aにて層の厚さを形成後に、該工程Bにて層内の屈折率周期構造の形状を制御する調整工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の3次元フォトニック結晶の作製方法。
- 前記調整工程は、該工程Bにて屈折率周期構造を形成後に、該工程Aにて層の厚さを制御する調整工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の3次元フォトニック結晶の作製方法。
- 前記複数の層は、複数の柱状構造が所定の間隔を空けて配列された第1の層と、
該第1の層の前記柱状構造とは異なる方向に延びる複数の柱状構造が、所定の間隔を空けて配列された第2の層と、
該第1の層の前記柱状構造と同じ方向に延びる複数の柱状構造が、所定の間隔を空けて配列された第3の層と、
該第2の層の前記柱状構造と同じ方向に延びる複数の柱状構造が、所定の間隔を空けて配列された第4の層を有し、
該第1の層と該第3の層に含まれる柱状構造が、相互に該柱状構造の伸びる方向と垂直な方向に前記所定の間隔の半分ずれるように積層され、
該第2の層と該第4の層に含まれる柱状構造が、相互に該柱状構造の伸びる方向と垂直な方向に前記所定の間隔の半分ずれるように積層され、
該第1の層から該第4の層が順次積層されることを特徴とする、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の3次元フォトニック結晶の作製方法。 - 前記調整工程は、各層の前記柱状構造の形状を制御することを特徴とする請求項4に記載の3次元フォトニック結晶の作製方法。
- 前記複数の層は、複数の柱状構造が所定の間隔を空けて配列された第1の層と、
該第1の層の前記柱状構造とは異なる方向に延びる複数の柱状構造が、所定の間隔を空けて配列された第2の層と、
該第1の層の前記柱状構造と同じ方向に延びる複数の柱状構造が、所定の間隔を空けて配列された第3の層と、
該第2の層の前記柱状構造と同じ方向に延びる複数の柱状構造が、所定の間隔を空けて配列された第4の層と、
前記4つの層の各層に平行な面内において離散的に配置された離散構造を含む層を1層以上含む付加層を有し、
該第1の層と該第3の層に含まれる柱状構造が、相互に該柱状構造の伸びる方向と垂直な方向に前記所定の間隔の半分ずれるように積層され、
該第2の層と該第4の層に含まれる柱状構造が、相互に該柱状構造の伸びる方向と垂直な方向に前記所定の間隔の半分ずれるように積層され、
該第1の層から該第4の層が各層の間にそれぞれ該付加層を介して順次積層されることを特徴とする、
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の3次元フォトニック結晶の作製方法。 - 前記調整工程は、各層の前記柱状構造及び/または前記離散構造の形状を制御することを特徴とする請求項6に記載の3次元フォトニック結晶の作製方法。
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