JP5344530B2 - Etching mask formation method, three-dimensional structure manufacturing method, and three-dimensional photonic crystal laser element manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、斜めエッチング用のマスクの形成方法及び該方法により形成されたマスクによる３次元構造体の製造方法に関するものである。
また、本発明は、３次元フォトニック結晶を利用したレーザー素子の製造方法に関するものである。
The present invention relates to a method for forming a mask for oblique etching and a method for manufacturing a three-dimensional structure using a mask formed by the method.
The present invention also relates to a method for manufacturing a laser element using a three-dimensional photonic crystal.
基板に傾斜した開孔やトレンチパターンを形成して加工する３次元加工は、デバイス設計の自由度と、３次元構造の生産効率を高くすることが可能な加工方法である。
このような傾斜パターンをドライエッチング加工するに際し、基板に対して略垂直に形成されたエッチングマスクを用いて加工した場合には、マスクのシャドウイング（ｓｈａｄｏｗｉｎｇ）効果により、マスクパターンの端部が陰となる。
このため、高精度な傾斜パターン形状を形成することは困難である。
したがって、傾斜パターン形状を高精度に加工するには、エッチングマスクをこのシャドウイング効果を低減する形状に加工する必要がある。
Three-dimensional processing, which is performed by forming an inclined hole or trench pattern on a substrate, is a processing method that can increase the degree of freedom in device design and the production efficiency of a three-dimensional structure.
When such an inclined pattern is processed by dry etching, if the processing is performed using an etching mask formed substantially perpendicular to the substrate, the edge of the mask pattern is hidden due to the shadowing effect of the mask. It becomes.
For this reason, it is difficult to form a highly accurate inclined pattern shape.
Therefore, in order to process the inclined pattern shape with high accuracy, it is necessary to process the etching mask into a shape that reduces this shadowing effect.
このようなことから、特許文献１では、ドライエッチングにより被エッチング材に傾斜したトレンチを形成するようにした斜めエッチング方法が提案されている。
この方法では、図２０に示すように、まず、被エッチング材１１１１上に、トレンチの開口部となる部分を挟んで、加熱流動性を示す第１のマスク材からなる第１のエッチングストッパー層１１１７ｂを形成する。
そして、第１のマスク材からなる層１１１７ａ上に第１のマスク材よりも加熱流動性の低い第２のマスク材からなる層１１１８ａが積層している第２のエッチングストッパー層を形成する（図２０（ａ））。
次に、これらを加熱することで、第１のエッチングストッパー層１１１７ｂを流動化させてその表面を傾斜させ、テーパー１１１７ｃを形成し（図２０（ｂ））、これをマスクとしてドライエッチングする（図２０（ｃ））。
For this reason, Patent Document 1 proposes an oblique etching method in which an inclined trench is formed in a material to be etched by dry etching.
In this method, as shown in FIG. 20, first, a first etching stopper layer 1117b made of a first mask material exhibiting heat fluidity is sandwiched between a portion to be an opening of a trench on a material to be etched 1111. Form.
Then, on the layer 1117a made of the first mask material, a second etching stopper layer in which the layer 1118a made of the second mask material having lower heat fluidity than the first mask material is formed is formed (FIG. 20 (a)).
Next, by heating them, the first etching stopper layer 1117b is fluidized and the surface thereof is inclined to form a taper 1117c (FIG. 20B), and dry etching is performed using this as a mask (FIG. 20). 20 (c)).
一方、従来において、薄膜加工技術として、イオンビーム注入を用いたパターン形成技術が知られている。
このような、薄膜加工技術として、特許文献２ではつぎのような、イオンビーム注入工程と、被エッチング材にドライエッチングを施す工程と、によって薄膜を加工する提案がなされている。
図２１に、特許文献２の薄膜加工における段差パターン形成工程を説明する図を示す。
図２１（ａ）に示すイオンビーム注入工程では、
被エッチング材に集束させるイオンビームの注入位置を変えるとともに加速電圧、イオンの原子種、イオンの価数の少なくとも一つを変えてイオン注入し、前記被エッチング材の深さ方向にイオン濃度ピーク領域を形成する。
図２１（ａ）中、黒く示した領域がイオン注入領域である。
また、図２１（ｂ）に示すドライエッチングを施す工程では、被エッチング材のイオン濃度ピーク領域でイオンとエッチング抑制領域を形成するエッチングガスにより前記被エッチング材をドライエッチングする。
これらの工程により、薄膜加工が実施される。イオン注入領域は、それ以外の領域に比べてエッチング耐性があるため、（ｂ）に示したように段差が形成される。
On the other hand, conventionally, a pattern forming technique using ion beam implantation is known as a thin film processing technique.
As such a thin film processing technique, Patent Document 2 proposes processing a thin film by an ion beam implantation process and a process of dry etching a material to be etched as follows.
FIG. 21 illustrates a step pattern forming process in thin film processing of Patent Document 2.
In the ion beam implantation step shown in FIG.
An ion concentration peak region is formed in the depth direction of the material to be etched by changing the implantation position of the ion beam focused on the material to be etched and changing at least one of acceleration voltage, ion atomic species, and ion valence. Form.
In FIG. 21A, a black area is an ion implantation area.
In the step of performing dry etching shown in FIG. 21B, the material to be etched is dry-etched with an etching gas that forms ions and an etching suppression region in the ion concentration peak region of the material to be etched.
Through these steps, thin film processing is performed. Since the ion implantation region is more resistant to etching than other regions, a step is formed as shown in FIG.
３次元フォトニック結晶において、その代表的な構造例の一つとして、特許文献３に開示されているウッドパイル構造（あるいはロッドパイル構造）が知られている。
この３次元フォトニック結晶におけるウッドパイル構造は、図２２に示すような構造を有している。
図２２において、３次元構造体によるウッドパイル構造は、複数のロッド１３３０を平行に、且つ所定の面内周期で周期的に配置したストライプ層を複数備え、これらを順次積層した構造を有している。
具体的には、３次元構造体は、複数のロッドを平行に、且つ所定の面内周期で周期的に配置した第１のストライプ層と、
上記第１のストライプ層上に、該第１のストライプ層に属する各ロッドと直交するようにして積層された第２のストライプ層と、
上記第２のストライプ層上に、上記第１のストライプ層に属する各ロッドと平行で且つ面内周期の１／２だけずれるようにして積層された第３のストライプ層と、
上記第３のストライプ層上に、上記第２のストライプ層に属する各ロッドと平行で且つ面内周期の１／２だけずれるようにして積層された第４のストライプ層と、からなる４つのストライプ層を有する。
そして、これら４つのストライプ層を一組として、複数組を順次積層して、３次元構造体が構成されている。
In a three-dimensional photonic crystal, a wood pile structure (or a rod pile structure) disclosed in Patent Document 3 is known as one of typical examples of the structure.
The woodpile structure in this three-dimensional photonic crystal has a structure as shown in FIG.
In FIG. 22, the woodpile structure using a three-dimensional structure has a structure in which a plurality of stripe layers in which a plurality of rods 1330 are arranged in parallel and periodically with a predetermined in-plane period are sequentially laminated. Yes.
Specifically, the three-dimensional structure includes a first stripe layer in which a plurality of rods are arranged in parallel and periodically with a predetermined in-plane period;
A second stripe layer laminated on the first stripe layer so as to be orthogonal to each rod belonging to the first stripe layer;
A third stripe layer laminated on the second stripe layer so as to be parallel to each rod belonging to the first stripe layer and shifted by a half of the in-plane period;
Four stripes comprising: a fourth stripe layer laminated on the third stripe layer so as to be parallel to each rod belonging to the second stripe layer and shifted by a half of the in-plane period. Has a layer.
A three-dimensional structure is configured by sequentially stacking a plurality of sets of these four stripe layers.
また、特許文献４では、より広い波長領域で完全フォトニックバンドギャップを呈するために、ウッドパイル構造ロッドの交点に相当する位置に該交差領域の面積より大きいジョイントを配置したジョイントロッド型３次元フォトニック結晶構造が提案されている。
また、特許文献５には、異種部材の熱接着方法が開示されている。以下に、その工程を説明する。
図２３に示すように、３次元フォトニック結晶の主構成層１４２２と発光層１４２４とを、２２０℃の温度で仮接着する（図２３（ａ）、（ｂ））。
発光層１４２４を載置した基板１４２３を機械研磨により薄くする（図２３（ｃ））。
主構成層１４２２と発光層１４２４とを５２５℃の温度で本接着する（２３（ｄ））。
その後、塩酸を用いたエッチングにより基板１４２３を完全に除去（図２３（ｅ））する。これにより、表面に発光層が存在する３次元フォトニック結晶が形成される（図２３（ｆ））。
Patent Document 5 discloses a method for thermally bonding different members. The process will be described below.
As shown in FIG. 23, the main constituent layer 1422 and the light emitting layer 1424 of the three-dimensional photonic crystal are temporarily bonded at a temperature of 220 ° C. (FIGS. 23A and 23B).
The substrate 1423 on which the light emitting layer 1424 is placed is thinned by mechanical polishing (FIG. 23C).
The main constituent layer 1422 and the light emitting layer 1424 are finally bonded at a temperature of 525 ° C. (23 (d)).
Thereafter, the substrate 1423 is completely removed by etching using hydrochloric acid (FIG. 23E). Thereby, a three-dimensional photonic crystal having a light emitting layer on the surface is formed (FIG. 23 (f)).
しかしながら、上記従来例における特許文献１のような斜めエッチング方法では、エッチングマスクの傾斜形状の制御が容易でないため、斜め開孔のパターン形状の制御が困難である。
また、特許文献２に見られる従来の薄膜加工法では、被エッチング材に対して深さ方向の加工が可能とされているが２次元構造の加工であり、犠牲層等の技術を用いていないため、上面から見える部分の加工しかできない。
これらの技術を用いてウッドパイルのような複雑な構造を有する３次元フォトニック結晶の作製を可能とすることについては、解決されていない。
However, in the oblique etching method as in Patent Document 1 in the conventional example, it is difficult to control the inclination shape of the etching mask because the inclination shape of the etching mask is not easy to control.
In addition, in the conventional thin film processing method found in Patent Document 2, processing in the depth direction is possible with respect to the material to be etched, but it is processing of a two-dimensional structure and does not use a technique such as a sacrificial layer. Therefore, only the part visible from the upper surface can be processed.
The use of these techniques to enable the production of a three-dimensional photonic crystal having a complicated structure such as a woodpile has not been solved.
本発明は、上記課題を解決し、斜めエッチングによる加工に際し、斜め開孔のパターン形状の制御を容易に行うことが可能となるエッチングマスクの形成方法、３次元構造体の製造方法及び３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法の提供を目的とする。 The present invention solves the above-described problems and provides a method of forming an etching mask, a method of manufacturing a three-dimensional structure, and a three-dimensional photo, which can easily control the pattern shape of the oblique holes in processing by oblique etching. An object is to provide a method of manufacturing a nick crystal laser element.
本発明は、つぎのように構成したエッチングマスクの形成方法、３次元構造体の製造方法及び３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法を提供するものである。
本発明のエッチングマスクの形成方法は、基板表面に、集束イオンビームを照射し、該照射領域にイオン含有部分を含む斜めエッチングに用いるエッチングマスクを形成するエッチングマスクの形成方法であって、
前記基板を斜め方向からドライエッチングし、前記基板に第１の複数の開孔を形成する際に用いる第１のエッチングマスクと、
前記第１の複数の開孔の深さ方向に対して交差するように、前記基板をドライエッチングして第２の複数の開孔を形成する際に用いる第２のエッチングマスクと、
を形成するに当たり、
前記集束イオンビームに、ガリウム（Ｇａ）イオンによる集束イオンビームを用い、
前記ガリウム（Ｇａ）イオンの濃度の最大値が、基板の表面より深さ方向に５０ｎｍ以内の範囲で分布されているガリウム（Ｇａ）イオン含有部分を含む前記第１と第２のエッチングマスクを、前記照射領域に形成することを特徴とする。
また、本発明の３次元構造体の製造方法は、
基板を準備する工程と、
前記基板表面に、上記したエッチングマスクの形成方法を用い、第１のエッチングマスクを形成する第１のマスク形成工程と、
前記第１のエッチングマスクを用い、前記基板を斜め方向からフッ素系ガスによりドライエッチングして前記基板に第１の複数の開孔を形成する第１のエッチング工程と、
前記基板表面に、上記したエッチングマスクの形成方法を用い、第２のエッチングマスクを形成する第２のマスク形成工程と、
前記第２のエッチングマスクを用い、前記第１の複数の開孔の深さ方向に対して交差するように、前記基板をフッ素系ガスによりドライエッチングして第２の複数の開孔を形成する第２のエッチング工程と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の３次元構造体の製造方法は、上記した３次元構造体の製造方法を用い、ロッド間に界面がない連続体である３次元構造体を形成することを特徴とする。
また、本発明の３次元構造体の製造方法は、前記３次元構造体が、フォトニック結晶であることを特徴とする。
また、本発明の３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法は、
基板上に３次元フォトニック結晶を構成する誘電体膜を成膜する工程と、
前記誘電体膜に、上記したエッチングマスクの形成方法により形成した前記第１と第２のエッチングマスクを用い、前記基板面の垂線に対し斜め方向からのエッチングを少なくとも２回以上行うことで３次元フォトニック結晶構造を形成する工程と、
３次元フォトニック結晶構造内に構造欠陥部を形成する工程と、
前記欠陥部に発光作用を呈する活性部を形成する工程と、
を含むことを特徴とする。
また、本発明の３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法は、前記欠陥部を、集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工により形成することを特徴とする。
また、本発明の３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法は、前記活性部を、電子線誘起化学気相堆積（ＥＢ−ＣＶＤ）法で形成することを特徴とする。また、本発明の３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法は、前記誘電体膜が、ＴｉＯ2膜であることを特徴とする。
The present invention provides an etching mask forming method, a three-dimensional structure manufacturing method, and a three-dimensional photonic crystal laser element manufacturing method configured as follows.
An etching mask forming method of the present invention is a method for forming an etching mask for irradiating a surface of a substrate with a focused ion beam and forming an etching mask used for oblique etching including an ion-containing portion in the irradiation region ,
A first etching mask used for dry etching the substrate from an oblique direction to form a first plurality of openings in the substrate;
A second etching mask used when dry etching the substrate to form the second plurality of openings so as to intersect the depth direction of the first plurality of openings;
In forming
Using a focused ion beam of gallium (Ga) ions as the focused ion beam,
The first and second etching masks containing gallium (Ga) ion-containing portions in which the maximum value of the gallium (Ga) ion concentration is distributed within a range of 50 nm in the depth direction from the surface of the substrate, It forms in the said irradiation area | region, It is characterized by the above-mentioned .
Also, in the manufacturing method of the three-dimensional structure of the present invention,
Preparing a substrate;
A first mask forming step of forming a first etching mask on the substrate surface by using the etching mask forming method described above ;
A first etching step using the first etching mask to dry-etch the substrate with a fluorine-based gas from an oblique direction to form a first plurality of openings in the substrate;
A second mask forming step of forming a second etching mask on the surface of the substrate using the etching mask forming method described above ;
Using the second etching mask, the substrate is dry-etched with a fluorine-based gas so as to intersect the depth direction of the first plurality of openings to form the second plurality of openings. A second etching step;
It is characterized by having .
Also, a method of manufacturing three-dimensional structure of the present invention, using the manufacturing method of the three-dimensional structure as described above, and forming a three-dimensional structure is a continuous body interface is not in between the rods.
In the method for producing a three-dimensional structure according to the present invention, the three-dimensional structure is a photonic crystal.
In addition, the method of manufacturing the three-dimensional photonic crystal laser element of the present invention includes
Forming a dielectric film constituting a three-dimensional photonic crystal on a substrate;
By using the first and second etching masks formed by the above-described etching mask forming method as the dielectric film, etching is performed at least twice from the oblique direction with respect to the perpendicular to the substrate surface, thereby three-dimensionally. Forming a photonic crystal structure;
Forming a structural defect in the three-dimensional photonic crystal structure;
Forming an active portion exhibiting a light emitting action on the defective portion;
It is characterized by including.
In the method for manufacturing a three-dimensional photonic crystal laser element according to the present invention, the defect portion is formed by focused ion beam (FIB) processing.
In the method for producing a three-dimensional photonic crystal laser element according to the present invention, the active portion is formed by an electron beam induced chemical vapor deposition (EB-CVD) method. In the method of manufacturing a three-dimensional photonic crystal laser element according to the present invention, the dielectric film is a TiO2 film.
本発明によれば、斜めエッチングによる加工に際し、斜め開孔のパターン形状の制御を容易に行うことが可能となるエッチングマスクの形成方法、該方法により形成されたマスクによる３次元構造体の製造方法を実現することができる。
また、本発明によれば、３次元フォトニック結晶レーザー素子の活性部を、接合や支持基板の除去等の工程を行うことなく形成可能であることから、３次元フォトニック結晶レーザー素子を容易に作製可能な製造方法を提供することができる。
According to the present invention, a method of forming an etching mask that enables easy control of the pattern shape of the oblique openings in processing by oblique etching, and a method of manufacturing a three-dimensional structure using the mask formed by the method Can be realized.
In addition, according to the present invention, since the active portion of the three-dimensional photonic crystal laser element can be formed without performing steps such as bonding and removal of the support substrate, the three-dimensional photonic crystal laser element can be easily formed. A production method that can be manufactured can be provided.
本発明を実施するための最良の形態を、以下の実施例により説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described by the following examples.
以下、本発明における斜めエッチングに使用するエッチングマスクの形成方法の実施例、およびこれをマスクとして用いた３次元構造体の形成方法の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１においては、本発明を適用した斜めエッチングに使用するエッチングマスクの形成方法について説明する。
図１に、本実施例のエッチングマスクの形成方法を説明する図を示す。
図１において、１００は基板、１０１は集束イオンビーム（ＦＩＢ；Ｆｏｃｕｓ ｉｏｎ ｂｅａｍ）、１０２はエッチングマスクである。
図１に示すように、シリコン基板１００上に、集束イオンビーム（ＦＩＢ）１０１を、基板の面内方向に走査しながら照射することでシリコン基板１００に、斜めエッチングに用いるためのイオン含有部分からなるエッチングマスク１０２を形成する。
このようにして、基板表面に、集束イオンビームを照射し、該照射領域にイオン含有部分からなるエッチングマスクを形成することができる。
Hereinafter, an example of a method for forming an etching mask used for oblique etching in the present invention and an example of a method for forming a three-dimensional structure using the mask will be described.
[Example 1]
In Example 1, a method of forming an etching mask used for oblique etching to which the present invention is applied will be described.
FIG. 1 illustrates a method for forming an etching mask according to this embodiment.
In FIG. 1, 100 is a substrate, 101 is a focused ion beam (FIB), and 102 is an etching mask.
As shown in FIG. 1, a focused ion beam (FIB) 101 is irradiated onto the silicon substrate 100 while scanning in the in-plane direction of the substrate, so that the silicon substrate 100 is exposed from an ion-containing portion for use in oblique etching. An etching mask 102 is formed.
In this way, the substrate surface can be irradiated with a focused ion beam, and an etching mask composed of an ion-containing portion can be formed in the irradiated region.
前記集束イオンビーム（ＦＩＢ）に、ガリウム（Ｇａ）イオンによる集束イオンビームを用いる場合を例にとり、以下に更に説明する。
ガリウム（Ｇａ）イオンによる集束イオンビーム（ＦＩＢ）１０１を、基板１００の面内方向に走査しながら照射することでシリコン基板に、斜めエッチングに用いるためのＧａ含有部分からなるエッチングマスク１０２を形成する。
このようにＧａ含有部分からなるエッチングマスクは、ドライエッチングを行うに際して、フッ素系ガスを用いた場合、イオン注入部においてＧａがフッ素と化学反応して、揮発性の極めて低いＧａフッ化物を形成する。
これによりＧａイオンが注入された領域では高いエッチング耐性が得られ、結果的に高エッチング選択比を得ることが可能となる。
一定の厚さを有するエッチングマスクを基板の上に形成するのではなく、基板の中にイオンを注入することで基板表面にエッチングマスクの機能を与えることができるので、シャドウイング効果の影響が低減された斜めエッチングを行うことができる。
なお、本実施例では、Ｇａを用いた場合を示したが、これ以外にＩｎを用いた場合にも同様の効果が期待できる。
The case where a focused ion beam of gallium (Ga) ions is used as the focused ion beam (FIB) will be further described below.
By irradiating a focused ion beam (FIB) 101 of gallium (Ga) ions while scanning in the in-plane direction of the substrate 100, an etching mask 102 made of a Ga-containing portion for use in oblique etching is formed on the silicon substrate. .
As described above, when a fluorine-based gas is used when performing dry etching, an etching mask composed of a Ga-containing portion causes Ga to chemically react with fluorine in an ion implantation portion to form Ga fluoride having extremely low volatility. .
Thereby, high etching resistance is obtained in the region where Ga ions are implanted, and as a result, a high etching selectivity can be obtained.
Rather than forming an etching mask with a certain thickness on the substrate, the etching mask function can be given to the substrate surface by implanting ions into the substrate, reducing the influence of the shadowing effect. Oblique etching can be performed.
In addition, although the case where Ga was used was shown in this embodiment, the same effect can be expected when In is used in addition to this.
これを更に説明すると、例えば、シリコンの高アスペクト加工が可能な深堀技術として、
Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ（反応性イオンエッチング；Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ、以下これをＤｅｅｐ−ＲＩＥと記す）がある。
これには、例えばＳＦ6ガスを用いたエッチング工程と、Ｃ4Ｆ8ガスを用いた側壁保護膜形成工程を秒単位で交互に行うプロセス（いわゆるＢｏｓｃｈプロセス）がある。
To explain this further, for example, as a deep drilling technology capable of high aspect processing of silicon,
There is Deep-RIE (Reactive Ion Etching; hereinafter referred to as Deep-RIE).
This includes, for example, a process (so-called Bosch process) in which an etching process using SF 6 gas and a sidewall protective film forming process using C 4 F 8 gas are alternately performed in units of seconds.
このプロセスに、上記Ｇａ含有部分からなるエッチングマスクを適用すると、高エッチング選択比が得られる。
エッチングマスク１０２と、シリコン基板１００のエッチング選択比は、条件によるが、例えば８００以上である。
Ｇａイオンの深さ方向の分布はＧａの集束イオンビーム（ＦＩＢ）の加速電圧で、Ｇａイオン密度はＧａのＦＩＢの電流及び注入時間で、それぞれ制御する。
このときの、Ｇａの集束イオンビーム（ＦＩＢ）の条件は、例えば、加速電圧３０ｋＶ、電流５ｎＡである。イオンドーズ量としては、例えば３×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2である。
このときのＧａイオンの基板深さ方向分布は、基板表面から深さ数１０ｎｍにピーク位置がある。
このエッチングマスクの形成方法は、ＧａのＦＩＢで、基板の最表面にＧａイオンを照射することで、基板の表面をわずかに削りながらＧａイオンが基板に注入されるものである。
このため、これは、通常のイオン注入とは異なり、基板の最表面近傍にＧａの濃度がピークを有する領域が形成されるものである。
ここで、上記最表面近傍とは、上記基板の表面から深さ方向におけるＧａの濃度の最大値が、上記基板の最表層（表面より５０ｎｍ以内）に位置するように分布されている領域をいう。
本発明において、上記最表層は、好ましくは０〜５０ｎｍ、より好ましくは０〜２０ｎｍであって、実質的には０〜１０ｎｍ以内の範囲の分布も含むものである。
When an etching mask composed of the Ga-containing portion is applied to this process, a high etching selectivity can be obtained.
The etching selectivity between the etching mask 102 and the silicon substrate 100 is, for example, 800 or more, depending on conditions.
The distribution of Ga ions in the depth direction is controlled by the accelerating voltage of the Ga focused ion beam (FIB), and the Ga ion density is controlled by the Ga FIB current and implantation time.
The conditions of the focused ion beam (FIB) of Ga at this time are, for example, an acceleration voltage of 30 kV and a current of 5 nA. The ion dose is 3 × 10 16 ions / cm 2 , for example.
The substrate depth direction distribution of Ga ions at this time has a peak position at a depth of several tens of nm from the substrate surface.
This etching mask is formed by irradiating the outermost surface of the substrate with Ga ions using Ga FIB, so that Ga ions are implanted into the substrate while slightly shaving the surface of the substrate.
For this reason, unlike normal ion implantation, a region having a Ga concentration peak is formed near the outermost surface of the substrate.
Here, the vicinity of the outermost surface refers to a region in which the maximum value of the Ga concentration in the depth direction from the surface of the substrate is distributed so as to be located on the outermost layer (within 50 nm from the surface) of the substrate. .
In the present invention, the outermost layer is preferably 0 to 50 nm, more preferably 0 to 20 nm, and substantially includes a distribution within a range of 0 to 10 nm.
以上のように、このＧａ含有部分からなるエッチングマスク１０２は、エッチング選択比が高いため厚さが極めて薄くても良い。
そのため、斜めエッチングによって、基板に傾斜した開孔やトレンチパターンを形成するに際し、このＧａ含有部分からなるエッチングマスクを使用することで、シャドウイング効果の影響が低減された、高精度な加工が可能となる。
As described above, the etching mask 102 made of the Ga-containing portion may be extremely thin because of a high etching selectivity.
Therefore, when forming inclined openings and trench patterns in the substrate by oblique etching, high-precision processing with reduced influence of shadowing effect is possible by using an etching mask consisting of this Ga-containing part. It becomes.
［実施例２］
実施例２においては、実施例１の形成方法で形成されたエッチングマスクを用いて、３次元フォトニック結晶におけるウッドパイル型の３次元構造体の製造方法について説明する。
図２に、本実施例における３次元構造体の製造方法について説明する図を示す。図２（ａ）〜（ｄ）は、３次元構造体の製造工程を説明する図である。
図３に、本実施例における３次元構造体の製造方法について説明する図を示す。図３（ｅ）〜（ｊ）は、３次元構造体の製造工程を説明する図２（ｄ）に続く工程を示す図である。
[Example 2]
In Example 2, a method of manufacturing a woodpile type three-dimensional structure in a three-dimensional photonic crystal will be described using the etching mask formed by the formation method of Example 1.
FIG. 2 is a diagram illustrating a method for manufacturing a three-dimensional structure in the present example. 2A to 2D are views for explaining a manufacturing process of a three-dimensional structure.
FIG. 3 is a diagram illustrating a method for manufacturing a three-dimensional structure in the present example. FIGS. 3E to 3J are diagrams illustrating a process subsequent to FIG. 2D for explaining the manufacturing process of the three-dimensional structure.
基板を準備する工程において、まず、図２（ａ）に示すように、シリコンからなる基板２００を準備する。基板２００としては、シリコン以外にもＳｉの酸化物や窒化物を含むＳｉの化合物などが挙げられる。
そして、図２（ｂ）に示すように、基板２００上に例えばアルミ薄膜２０１を例えば電子線蒸着法で２００ｎｍの厚さに成膜する。
In the step of preparing the substrate, first, as shown in FIG. 2A, a substrate 200 made of silicon is prepared. Examples of the substrate 200 include Si compounds including Si oxide and nitride other than silicon.
Then, as shown in FIG. 2B, for example, an aluminum thin film 201 is formed on the substrate 200 to a thickness of 200 nm by, for example, electron beam evaporation.
次に、前記基板表面に、実施例１で説明したエッチングマスクの形成方法を用い、エッチングマスクを形成するマスク形成工程を説明する。
まず、アルミ薄膜２０１上に、フォトリソグラフィを用いてレジストパターンを形成した後、ドライエッチング法でアルミ薄膜２０１をパターニングし、レジストパターンを除去する。
これにより、図２（ｃ）に示すように、シリコン基板２００上に、アルミ薄膜パターン２０２を形成する。
そして、図２（ｄ）に示すように、アルミ薄膜パターン２０２間のシリコン露出部分２０３に、例えば、Ｇａの集束イオンビーム（ＦＩＢ）を基板の面内方向に走査しながらＧａ含有部分からなるエッチングマスク２０４を形成する。
その際、位置合わせマーク（不図示）も形成する。
このエッチングマスク２０４の形成条件は、Ｇａの集束イオンビーム（ＦＩＢ）を、例えば加速電圧３０ｋＶ、電流５ｎＡである。イオンドーズ量としては、例えば３×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2である。このとき、基板内のＧａイオンの深さ分布ピークは、シリコン露出部分２０３表面から、数１０ｎｍ程度となる。
Next, a mask forming process for forming an etching mask on the substrate surface using the etching mask forming method described in the first embodiment will be described.
First, after forming a resist pattern on the aluminum thin film 201 using photolithography, the aluminum thin film 201 is patterned by a dry etching method to remove the resist pattern.
As a result, an aluminum thin film pattern 202 is formed on the silicon substrate 200 as shown in FIG.
Then, as shown in FIG. 2D, the silicon exposed portion 203 between the aluminum thin film patterns 202 is etched with a Ga-containing portion while scanning, for example, a Ga focused ion beam (FIB) in the in-plane direction of the substrate. A mask 204 is formed.
At that time, an alignment mark (not shown) is also formed.
The formation conditions of the etching mask 204 are a Ga focused ion beam (FIB), for example, an acceleration voltage of 30 kV and a current of 5 nA. The ion dose is 3 × 10 16 ions / cm 2 , for example. At this time, the depth distribution peak of Ga ions in the substrate is about several tens of nm from the surface of the silicon exposed portion 203.
次に、前記Ｇａ含有部分からなるエッチングマスク２０４を用い、前記基板を斜め方向からドライエッチングして複数の開孔を形成するエッチング工程を説明する。
図３（ｅ）に示すように、アルミ薄膜パターン２０２とこのＧａイオン含有部分２０４をエッチングマスクとして、シリコン基板２００に対して左斜め上方４５度方向からＤｅｅｐ−ＲＩＥを用いて、シリコン基板２００に深さ３０μｍの斜め開孔２０５を形成する。このＤｅｅｐ−ＲＩＥには、例えば、ＳＦ6ガスとＣ4Ｆ8ガスを用いるＢｏｓｃｈプロセスを適用する。
これにより、シリコン基板２００と、エッチングマスク２０４のエッチング選択比を高くすることができ、エッチングマスクとしては数１０ｎｍ程度でも充分である。
エッチングマスク２０４は、数１０ｎｍ程度と薄いので、斜め開孔形成の際のシャドウイング効果に影響されることは殆どない。
また、アルミ薄膜パターン２０２は、斜めエッチング方向に影響しない向きで配置されているので、これによるシャドウイング効果は発生しない。
Next, an etching process for forming a plurality of holes by dry etching the substrate from an oblique direction using the etching mask 204 made of the Ga-containing portion will be described.
As shown in FIG. 3E, the silicon thin film pattern 202 and the Ga ion-containing portion 204 are used as etching masks, and deep silicon film 200 is formed on the silicon substrate 200 by using Deep-RIE from a 45 ° left oblique direction with respect to the silicon substrate 200. An oblique opening 205 having a depth of 30 μm is formed. For example, a Bosch process using SF 6 gas and C 4 F 8 gas is applied to the Deep-RIE.
As a result, the etching selectivity between the silicon substrate 200 and the etching mask 204 can be increased, and an etching mask of about several tens of nm is sufficient.
Since the etching mask 204 is as thin as several tens of nanometers, it is hardly affected by the shadowing effect in forming the oblique aperture.
Further, since the aluminum thin film pattern 202 is arranged in a direction not affecting the oblique etching direction, a shadowing effect due to this is not generated.
次に、シリコン基板２００上にフォトリソグラフィを用いてレジストパターン（不図示）を形成する。
そしてその後、例えば、リン酸と硝酸と酢酸の混合水溶液によるウェットエッチングでアルミ薄膜パターン２０２を除去して、図３（ｆ）に示すように、シリコン露出部分２０６を形成する。
Next, a resist pattern (not shown) is formed on the silicon substrate 200 using photolithography.
Then, for example, the aluminum thin film pattern 202 is removed by wet etching using a mixed aqueous solution of phosphoric acid, nitric acid, and acetic acid to form a silicon exposed portion 206 as shown in FIG.
次に、図２（ｄ）で形成した位置合わせマーク（不図示）を用いて、位置合わせを行いながら、図３（ｇ）に示すように上記シリコン露出部分２０６に、図２（ｄ）と同様な条件でＧａイオン含有部分２０７によるエッチングマスクを形成する。
図３（ｇ）に示すように、前記エッチングマスクの開孔のシリコン露出部分２０６を、前記開孔パターンの短手方向に隣接した位置に形成しておくことで、後述の３次元フォトニック結晶構造が形成できる。
また、図３（ｇ）に示すように、斜め開孔２０５の内壁のうち、斜め開孔２０５を基板２００の垂直上方向からみて、シリコンが露出している部分にも、同様にしてＧａイオン含有部分２０８によるエッチングマスクを形成する。
このように、Ｇａイオン含有部分２０８からなるエッチングマスクを形成しておくことで、次工程の斜め開孔形成時に、斜め開孔２０５のこの内壁部分がエッチングされないため、後述の３次元フォトニック結晶構造を得ることができる。
Next, while performing alignment using the alignment mark (not shown) formed in FIG. 2 (d), the silicon exposed portion 206 as shown in FIG. An etching mask is formed using the Ga ion-containing portion 207 under similar conditions.
As shown in FIG. 3G, a silicon exposed portion 206 of the opening of the etching mask is formed at a position adjacent to the short side direction of the opening pattern, so that a three-dimensional photonic crystal described later is formed. A structure can be formed.
Further, as shown in FIG. 3G, Ga ions are similarly applied to a portion of the inner wall of the oblique opening 205 where silicon is exposed when the oblique opening 205 is viewed from the vertically upward direction of the substrate 200. An etching mask with the containing portion 208 is formed.
By forming an etching mask composed of the Ga ion-containing portion 208 in this way, the inner wall portion of the oblique opening 205 is not etched when forming the oblique opening in the next process. A structure can be obtained.
次に、図３（ｈ）に示すように、シリコン基板２００に深さ３０μｍの斜め開孔２０９を形成する。
上記Ｇａイオン含有部分からなるエッチングマスク２０４、２０７、２０８を用いて、シリコン基板２００に対して右斜め上方４５度方向からＤｅｅｐ−ＲＩＥを用いて形成する。
このとき、エッチングマスク２０７は、数１０ｎｍ程度と極めて薄いので、斜め開孔形成の際のシャドウイング効果はほとんどない。
また、エッチングマスク２０８は、このＤｅｅｐ−ＲＩＥにおいて、先に形成した斜め開孔２０５の形状を保護する。
Next, as shown in FIG. 3H, an oblique opening 209 having a depth of 30 μm is formed in the silicon substrate 200.
Using the etching masks 204, 207, and 208 made of the Ga ion-containing portion, the silicon substrate 200 is formed using Deep-RIE from a direction obliquely upward to the right by 45 degrees.
At this time, since the etching mask 207 is as thin as about several tens of nanometers, there is almost no shadowing effect when forming oblique holes.
In addition, the etching mask 208 protects the shape of the oblique opening 205 previously formed in the Deep-RIE.
次に、図３（ｉ）に示すようにシリコン基板２００上に残っているアルミ薄膜パターン２０２部分を、例えばリン酸と硝酸と酢酸の混合水溶液によるウェットエッチングで除去する。
このようにして、シリコン基板２００に、斜め開孔２０５と２０９からなる３次元構造体を形成することができる。
なお、必要に応じてシリコン基板２００上のＧａイオン含有部分２０４と２０７と２０８に含まれるＧａは、例えば、オーブンで６００℃程度に加熱した後、塩酸溶液でエッチングすることで除去する。
これにより、図３（ｊ）に示すような３次元構造体が得られる。
Next, as shown in FIG. 3I, the aluminum thin film pattern 202 remaining on the silicon substrate 200 is removed by wet etching using, for example, a mixed aqueous solution of phosphoric acid, nitric acid, and acetic acid.
In this manner, a three-dimensional structure composed of the oblique openings 205 and 209 can be formed in the silicon substrate 200.
If necessary, Ga contained in the Ga ion-containing portions 204, 207, and 208 on the silicon substrate 200 is removed by, for example, heating to about 600 ° C. in an oven and then etching with a hydrochloric acid solution.
Thereby, a three-dimensional structure as shown in FIG.
図４は、図３（ｊ）のＡ−Ａ'断面方向からの模式図である。
基板２００に、斜め開孔２０５、エッチングマスク２０８で形成されたシリコン製ロッドからなるウッドパイル構造による３次元構造体２１０が形成されている。
このときロッドの周期は、例えば１μｍに形成されている。
FIG. 4 is a schematic view from the AA ′ cross-sectional direction of FIG.
A three-dimensional structure 210 having a woodpile structure made of silicon rods formed by oblique openings 205 and an etching mask 208 is formed on the substrate 200.
At this time, the period of the rod is, for example, 1 μm.
以上のように、本実施例による３次元構造の製造方法によれば、斜めエッチングのために用いるマスクを、Ｇａ収束イオンビームによって基板表面近傍へ極めて薄く形成することが可能なため、シャドウイング効果の影響を殆ど無くすことができる。
そのため、フォトニック結晶などの３次元構造体を高精度に製造することが可能となる。
また、本実施例による３次元構造体の形成方法では、３次元フォトニック結晶を構成するロッド間に界面がない連続体による３次元構造体を形成することができる。
したがって、この３次元フォトニック結晶によれば、従来の積層による製造方法によるものと比較して、より良好な光学特性を得ることが可能となる。
As described above, according to the manufacturing method of the three-dimensional structure according to the present embodiment, the mask used for the oblique etching can be formed extremely thin near the substrate surface by the Ga focused ion beam. Can be almost eliminated.
Therefore, a three-dimensional structure such as a photonic crystal can be manufactured with high accuracy.
Further, in the method for forming a three-dimensional structure according to the present embodiment, a three-dimensional structure can be formed by a continuous body having no interface between rods constituting the three-dimensional photonic crystal.
Therefore, according to this three-dimensional photonic crystal, it is possible to obtain better optical characteristics as compared with the conventional manufacturing method using lamination.
［実施例３］
実施例３においては、実施例２と異なる形態の３次元構造体の製造方法について説明する。
図５に、本実施例における３次元構造体の製造方法について説明する図を示す。図５（ａ）〜（ｇ）は、３次元構造体の製造工程を説明する図である。
[Example 3]
In Example 3, a manufacturing method of a three-dimensional structure having a different form from Example 2 will be described.
FIG. 5 is a diagram illustrating a method for manufacturing a three-dimensional structure in the present example. FIGS. 5A to 5G are diagrams illustrating a manufacturing process of a three-dimensional structure.
基板を準備する工程において、まず、図５（ａ）に示すように、例えば、シリコンからなる基板３００を準備する。
次に、前記基板表面に、実施例１で説明したエッチングマスクの形成方法を用い、第１のエッチングマスクを形成する第１のマスク形成工程を説明する。
図５（ｂ）に示すように、基板３００上に、例えばＧａの集束イオンビーム（ＦＩＢ）を基板の面内方向に走査しながら照射することで、Ｇａ含有部分からなるエッチングマスク３０１を形成する。その際、位置合わせパターン（不図示）も形成する。
このＧａ含有部分からなるエッチングマスク３０１の形成条件は、例えば加速電圧３０ｋＶ、電流５ｎＡの条件で照射する。
イオンドーズ量としては、例えば３×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2である。このとき、基板内のＧａイオンの深さ分布ピークは、シリコン基板３００表面から、数１０ｎｍ程度となる。
In the step of preparing the substrate, first, as shown in FIG. 5A, for example, a substrate 300 made of silicon is prepared.
Next, a first mask forming process for forming a first etching mask on the substrate surface using the etching mask forming method described in the first embodiment will be described.
As shown in FIG. 5B, an etching mask 301 composed of a Ga-containing portion is formed on the substrate 300 by, for example, irradiating a focused ion beam (FIB) of Ga while scanning in the in-plane direction of the substrate. . At that time, an alignment pattern (not shown) is also formed.
The formation conditions of the etching mask 301 composed of this Ga-containing portion are, for example, irradiation with an acceleration voltage of 30 kV and a current of 5 nA.
The ion dose is 3 × 10 16 ions / cm 2 , for example. At this time, the depth distribution peak of Ga ions in the substrate is about several tens of nm from the surface of the silicon substrate 300.
次に、前記第１のエッチングマスクを用い、前記基板を斜め方向からドライエッチングして前記基板に第１の複数の開孔を形成する第１のエッチング工程を説明する。
図５（ｃ）に示すように、Ｇａイオン含有部分３０１をエッチングマスクとして、Ｄｅｅｐ−ＲＩＥを用いて、シリコン基板３００に対して左斜め上方４５度方向からシリコン基板３００に深さ２０μｍの斜め開孔３０３を形成する。
その際、位置合わせパターン（不図示）も形成する。
このＤｅｅｐ−ＲＩＥには、例えば、ＳＦ6ガスとＣ4Ｆ8ガスを用いるＢｏｓｃｈプロセスを適用する。
これにより、シリコン基板２００と、エッチングマスク２０４のエッチング選択比を高くすることができ、エッチングマスクとしては、数１０ｎｍ程度でも充分である。
このとき、エッチングマスク３０１は、数１０ｎｍ程度と極めて薄いので、斜め開孔形成の際のシャドウイング効果は殆どない。
Next, a first etching step will be described in which the first etching mask is used to dry-etch the substrate from an oblique direction to form a first plurality of holes in the substrate.
As shown in FIG. 5C, using the Ga ion-containing portion 301 as an etching mask, deep-opening with a depth of 20 μm is formed in the silicon substrate 300 from 45 ° left obliquely upward with respect to the silicon substrate 300 using Deep-RIE. A hole 303 is formed.
At that time, an alignment pattern (not shown) is also formed.
For example, a Bosch process using SF 6 gas and C 4 F 8 gas is applied to the Deep-RIE.
As a result, the etching selectivity between the silicon substrate 200 and the etching mask 204 can be increased, and an etching mask of about several tens of nm is sufficient.
At this time, the etching mask 301 is very thin, about several tens of nanometers, so that there is almost no shadowing effect when forming oblique holes.
次に、図５（ｄ）に示すように、シリコン基板３００上のＧａ含有部分３０１に含まれるＧａを、例えば６００℃程度の熱処理後に塩酸溶液によるエッチングで除去する。
次に、前記基板上に、前述したエッチングマスクの形成方法を用い、第２のエッチングマスクを形成する第２のマスク形成工程を説明する。
図５（ｃ）の位置合わせマーク（不図示）を用いて、位置合わせを行いながら、図５（ｅ）に示すように、シリコン基板３００に、図５（ｂ）と同様な方法でＧａ含有部分３０４からなるエッチングマスクを形成する。
図５（ｅ）に示すように、エッチングマスク３０４の開孔パターンは、前記開孔パターン３０３の短手方向に所定の幅だけ重なる位置に配置されている。
この配置をとることで、後述の矩形の板状構造は、ウッドパイル構造における柱状構造の各交点に形成される。また、この重ね幅は、前記矩形の板状構造の厚みに相当するものである。
また、斜め開孔３０３の内壁を基板３００の垂直方向からみて、シリコンが露出している部分のうち、前記重なり部分を除いた部分に、同様にしてＧａイオン含有部分３０５によるエッチングマスクを形成する。
このように、Ｇａイオン含有部分３０５からなるエッチングマスクを形成しておくことで、次工程の斜め開孔形成時に、斜め開孔３０３のこの内壁部分がエッチングされないため、後述の所望の３次元フォトニック結晶構造を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 5D, Ga contained in the Ga-containing portion 301 on the silicon substrate 300 is removed by etching with a hydrochloric acid solution after heat treatment at about 600 ° C., for example.
Next, a second mask forming step for forming a second etching mask on the substrate using the above-described etching mask forming method will be described.
While performing alignment using the alignment mark (not shown) of FIG. 5C, as shown in FIG. 5E, the silicon substrate 300 is filled with Ga by the same method as in FIG. An etching mask composed of the portion 304 is formed.
As shown in FIG. 5E, the opening pattern of the etching mask 304 is arranged at a position overlapping a predetermined width in the short direction of the opening pattern 303.
By taking this arrangement, a rectangular plate-like structure described later is formed at each intersection of the columnar structures in the woodpile structure. The overlap width corresponds to the thickness of the rectangular plate structure.
Further, when the inner wall of the oblique opening 303 is viewed from the vertical direction of the substrate 300, an etching mask by the Ga ion containing portion 305 is similarly formed on the portion where silicon is exposed except for the overlapping portion. .
By forming an etching mask composed of the Ga ion-containing portion 305 in this way, the inner wall portion of the oblique opening 303 is not etched when forming the oblique opening in the next step. A nick crystal structure can be obtained.
次に、前記第２のエッチングマスクを用い、前記第１の複数の開孔の方向に対して交差する方向から、前記基板をドライエッチングして第２の複数の開孔を形成する第２のエッチング工程を説明する。
図５（ｆ）に示すように、このＧａイオン含有部分３０４及び３０５をエッチングマスクとして、シリコン基板３０６を基板に対して右斜め上方４５度方向からＤｅｅｐ−ＲＩＥで、例えば深さ１０μｍの斜め開孔３０７を形成する。
斜め開孔３０７は、先に形成した斜め開孔３０３に、直交する方向に形成されていることが好ましい。
このとき、エッチングマスク３０４は、数１０ｎｍ程度と薄いので、斜め開孔形成の際のシャドウイング効果は、ほとんどない。
また、Ｇａイオン含有部分３０８がマスクとなることで、先にエッチングマスク３０５で形成した斜め開孔の形状を保護できる。
ここで、斜めエッチング加工部３０８は、基板に対して左斜め上方４５度方向及び右斜め上方４５度方向からＤｅｅｐ−ＲＩＥを用いて加工された部分である。
Next, using the second etching mask, a second plurality of holes are formed by dry etching the substrate from a direction intersecting the direction of the first plurality of openings. The etching process will be described.
As shown in FIG. 5 (f), with the Ga ion containing portions 304 and 305 as an etching mask, the silicon substrate 306 is deep-opened with a depth of 10 μm, for example, by Deep-RIE from 45 degrees diagonally upward to the right. A hole 307 is formed.
The oblique opening 307 is preferably formed in a direction orthogonal to the oblique opening 303 formed earlier.
At this time, since the etching mask 304 is as thin as about several tens of nanometers, there is almost no shadowing effect when forming oblique holes.
In addition, since the Ga ion containing portion 308 serves as a mask, the shape of the oblique opening previously formed by the etching mask 305 can be protected.
Here, the oblique etching processing portion 308 is a portion processed by using Deep-RIE from the left oblique upper 45 ° direction and the right oblique upper 45 ° direction with respect to the substrate.
次に、シリコン基板３００上のＧａイオン含有部分３０４及び３０５に含まれるＧａを、例えば、６００℃程度の熱処理後に塩酸でエッチングすることで除去する。
図５（ｇ）は、このようにして形成されたシリコン製の３次元構造体の平面図である。
図６は、図５（ｇ）のＡ−Ａ'断面方向からの模式図である。
基板３００に、斜め開孔加工から形成されたシリコン製ロッド３０９、３１０及び上記ロッドの交点に位置するシリコン製パッド３１１からなる３次元フォトニック結晶が形成されている。
ロッド３０９、３１０の周期は、例えば、それぞれ１μｍに形成されている。
Next, Ga contained in the Ga ion containing portions 304 and 305 on the silicon substrate 300 is removed by etching with hydrochloric acid after heat treatment at about 600 ° C., for example.
FIG. 5G is a plan view of the three-dimensional structure made of silicon thus formed.
FIG. 6 is a schematic view from the AA ′ cross-sectional direction of FIG.
A three-dimensional photonic crystal composed of silicon rods 309 and 310 formed by oblique opening and a silicon pad 311 located at the intersection of the rods is formed on the substrate 300.
The period of the rods 309 and 310 is, for example, 1 μm.
以上のように、本実施例による３次元構造体の製造方法では、ＧａのＦＩＢ照射により形成するエッチングマスクが数１０ｎｍ程度と極めて薄いため、斜めエッチングでのシャドウイング効果に殆ど影響されることがない。
このため、複雑な３次元構造体を高精度に形成可能となる。
また、本実施例による３次元構造体の形成方法では、３次元フォトニック結晶を構成するロッド−パッド間に界面がない連続体による３次元構造体を形成することができる。
したがって、この３次元フォトニック結晶によれば、従来の積層による製造方法によるものと比較して、より良好な光学特性を得ることが可能となる。
As described above, in the manufacturing method of the three-dimensional structure according to the present embodiment, the etching mask formed by Ga FIB irradiation is as thin as about several tens of nm, so that it is almost affected by the shadowing effect in oblique etching. Absent.
For this reason, a complicated three-dimensional structure can be formed with high accuracy.
Further, in the method for forming a three-dimensional structure according to the present embodiment, a three-dimensional structure can be formed by a continuum having no interface between the rod and the pad constituting the three-dimensional photonic crystal.
Therefore, according to this three-dimensional photonic crystal, it is possible to obtain better optical characteristics as compared with the conventional manufacturing method using lamination.
［実施例４］
実施例４においては、３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法について説明する。
図７〜図１０に、本実施例の３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法を説明する図を示す。
図７の（ａ）〜（ｄ）は３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法の製造工程を説明する平面図である。
また、図８の（ｅ）〜（ｈ）は図７の製造工程に続く製造工程を説明する図である。
また、図９の（ｉ）〜（ｊ）は図８の製造工程に続く製造工程を説明する図である。
また、図１０の（ｋ）〜（ｍ）は図９の製造工程に続く製造工程を説明する図である。
図７〜図１０において、４００は基板、４０１は酸化チタン膜（ＴｉＯ2膜）、４０２、４０５はマスク層、４０３、４０６は開孔パターン、４０４は犠牲層である。４０９は酸化チタンからなる３次元フォトニック結晶構造、４１０は欠陥部、４１１は活性部（活性媒体）である。
本実施例における３次元フォトニック結晶レーザー素子は、３次元フォトニック結晶構造として、例えば、ウッドパイル構造を有するものである。
[Example 4]
In Example 4, a method for manufacturing a three-dimensional photonic crystal laser element will be described.
7 to 10 are views for explaining a method of manufacturing the three-dimensional photonic crystal laser element of this example.
(A)-(d) of FIG. 7 is a top view explaining the manufacturing process of the manufacturing method of a three-dimensional photonic crystal laser element.
FIGS. 8E to 8H are diagrams for explaining a manufacturing process subsequent to the manufacturing process of FIG.
Further, (i) to (j) of FIG. 9 are diagrams for explaining a manufacturing process subsequent to the manufacturing process of FIG.
Further, (k) to (m) of FIG. 10 are diagrams for explaining a manufacturing process subsequent to the manufacturing process of FIG. 9.
7 to 10, 400 is a substrate, 401 is a titanium oxide film (TiO 2 film), 402 and 405 are mask layers, 403 and 406 are aperture patterns, and 404 is a sacrificial layer. 409 is a three-dimensional photonic crystal structure made of titanium oxide, 410 is a defect portion, and 411 is an active portion (active medium).
The three-dimensional photonic crystal laser element in this embodiment has, for example, a woodpile structure as the three-dimensional photonic crystal structure.
まず、図７（ａ）に示す工程において、基板４００を準備する。
ここでは、基板４００の材料として例えば合成石英を用い、基板４００の寸法として例えば直径４ｉｎｃｈ（１００ｍｍ）、厚さ５２５μｍとしている。
次に、図７（ｂ）に示す工程において、例えばスパッタ法を用いて可視光領域のフォトニック結晶材料として酸化チタン膜（ＴｉＯ2膜）４０１を約１０００ｎｍの厚さに成膜する。
このようにして、基板上に３次元フォトニック結晶を構成する誘電体膜が成膜される。
次に、図７（ｃ）に示す工程において、酸化チタン膜（ＴｉＯ2膜）４０１上に、例えばＧａの集束イオンビーム（ＦＩＢ）を基板の面内方向に走査しながら照射することで、Ｇａ含有部分からなるエッチングマスク４０２を形成する。
その際、位置合わせパターン（不図示）も形成する。
このＧａ含有部分からなるエッチングマスク４０２の形成条件は、例えば加速電圧３０ｋＶ、電流５ｎＡの条件で照射する。
イオンドーズ量としては、例えば３×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2である。このとき、基板内のＧａイオンの深さ分布ピークは、酸化チタン膜（ＴｉＯ2膜）４０１表面から、数１０ｎｍ程度となる。
First, in the process shown in FIG. 7A, a substrate 400 is prepared.
Here, for example, synthetic quartz is used as the material of the substrate 400, and the dimensions of the substrate 400 are, for example, 4 inches (100 mm) in diameter and 525 μm in thickness.
Next, in the step shown in FIG. 7B, a titanium oxide film (TiO 2 film) 401 is formed to a thickness of about 1000 nm as a photonic crystal material in the visible light region by using, for example, a sputtering method.
In this manner, a dielectric film constituting the three-dimensional photonic crystal is formed on the substrate.
Next, in the step shown in FIG. 7C, the titanium oxide film (TiO 2 film) 401 is irradiated with, for example, a Ga focused ion beam (FIB) while scanning in the in-plane direction of the substrate. An etching mask 402 made of a containing portion is formed.
At that time, an alignment pattern (not shown) is also formed.
The formation conditions of the etching mask 402 made of this Ga-containing portion are, for example, irradiation with an acceleration voltage of 30 kV and a current of 5 nA.
The ion dose is 3 × 10 16 ions / cm 2 , for example. At this time, the depth distribution peak of Ga ions in the substrate is about several tens of nm from the surface of the titanium oxide film (TiO 2 film) 401.
次に、図７（ｄ）に示す工程において、酸化チタン膜（ＴｉＯ2膜）４０１のＧａ含有部分からなるマスク層４０２をマスクとし、
例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）による反応性イオンエッチングを用いて酸化チタン膜（ＴｉＯ2膜）４０１をパターニングする。
そして、マスクパターン４０２の長手方向を左右方向、基板４００の水平面を０度とする時、左上方から右下方の斜め角度４５度方向に開孔パターン４０３を形成する。
次に、図８（ｅ）に示すように、例えば、オーブンで６００℃程度に加熱した後、塩酸溶液でエッチングすることで酸化チタン膜（ＴｉＯ2膜）４０１のＧａ含有部分４０２からＧａを除去する。
次に、図８（ｆ）に示す工程において、開孔パターン４０３内に犠牲層４０４を埋め込む。
すなわち、まず、開孔パターン４０３内及び酸化チタン膜４０１上に、犠牲層４０４として、例えばアトミックレイヤーデポジション法（ＡＬＤ）により、例えば銅膜を成膜する。
次に、銅膜を例えば、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により酸化チタン膜４０１が露出するまで研磨・平坦化する。
これにより、酸化チタン膜４０１表面の銅膜は除去され、開孔パターン４０３内にのみ犠牲層４０４を設けることができる。
なお、ここでは、犠牲層４０４として銅膜を選択したが、例えば、アルミ膜やクロム膜を用いても良い。
また、必要に応じて、犠牲層と酸化チタン層との密着性を向上させるための、密着膜を導入しても良い。
Next, in the step shown in FIG. 7D, a mask layer 402 made of a Ga-containing portion of the titanium oxide film (TiO 2 film) 401 is used as a mask.
For example, the titanium oxide film (TiO 2 film) 401 is patterned by reactive ion etching using inductively coupled plasma (ICP).
Then, when the longitudinal direction of the mask pattern 402 is the left-right direction and the horizontal plane of the substrate 400 is 0 degree, the opening pattern 403 is formed in the oblique angle direction of 45 degrees from the upper left to the lower right.
Next, as shown in FIG. 8E, for example, after heating to about 600 ° C. in an oven, the Ga is removed from the Ga-containing portion 402 of the titanium oxide film (TiO 2 film) 401 by etching with a hydrochloric acid solution. To do.
Next, in the step shown in FIG. 8F, the sacrificial layer 404 is embedded in the opening pattern 403.
That is, first, for example, a copper film is formed as the sacrificial layer 404 in the opening pattern 403 and on the titanium oxide film 401 by, for example, atomic layer deposition (ALD).
Next, the copper film is polished and planarized by, for example, chemical mechanical polishing (CMP) until the titanium oxide film 401 is exposed.
Thereby, the copper film on the surface of the titanium oxide film 401 is removed, and the sacrificial layer 404 can be provided only in the opening pattern 403.
Although a copper film is selected here as the sacrificial layer 404, for example, an aluminum film or a chromium film may be used.
Moreover, you may introduce | transduce the contact | adherence film | membrane for improving the adhesiveness of a sacrificial layer and a titanium oxide layer as needed.
次に、図８（ｇ）に示す工程において、基板４００上に、例えばＧａの集束イオンビーム（ＦＩＢ）を基板の面内方向に走査しながら照射することで、Ｇａ含有部分からなるエッチングマスク４０５を形成する。
その際、位置合わせパターン（不図示）も形成する。
このＧａ含有部分からなるエッチングマスク４０５の形成条件は、例えば加速電圧３０ｋＶ、電流５ｎＡの条件で照射する。
イオンドーズ量としては、例えば３×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2である。このとき、基板内のＧａイオンの深さ分布ピークは、酸化チタン膜４０１表面から、数１０ｎｍ程度となる。
ここで、マスク層４０５の矩形開孔パターンは、開孔パターン４０３の短手方向に隣接して１つの矩形開孔パターンを形成する位置関係である。次に、図８（ｈ）に示す工程において、開孔パターン４０６を形成する。
その際、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）による反応性イオンエッチングを用いて、酸化チタン膜４０１上のＧａ含有部分からなるマスク層４０５をマスクとし、酸化チタン膜４０１をパターニングする。
そして、マスク層４０５パターンの長手方向を左右方向、基板４００の水平面を０度とする時、右上方から左下方の斜め角度４５度方向に開孔パターン４０６を形成する。
次に、図９（ｉ）に示すように、開孔パターン４０３内の犠牲層４０４をウェットエッチングにより除去する。
次に、図９（ｊ）に示すように、酸化チタン膜４０１上のＧａ含有部分からなるマスク４０５を、例えば、オーブンで６００℃程度に加熱した後、塩酸溶液でエッチングすることで除去する。これで、基板４００上に３次元フォトニック結晶構造４０９が形成される。
これらの工程により、例えば、誘電体膜に、前記基板面の垂線に対し斜め４５度方向からのエッチングを少なくとも２回以上行うことで、３次元フォトニック結晶構造を形成するこができる。
Next, in the step shown in FIG. 8G, the substrate 400 is irradiated with, for example, a Ga focused ion beam (FIB) while scanning in the in-plane direction of the substrate, whereby an etching mask 405 made of a Ga-containing portion. Form.
At that time, an alignment pattern (not shown) is also formed.
The formation conditions of the etching mask 405 composed of the Ga-containing portion are, for example, irradiation with an acceleration voltage of 30 kV and a current of 5 nA.
The ion dose is 3 × 10 16 ions / cm 2 , for example. At this time, the depth distribution peak of Ga ions in the substrate is about several tens of nm from the surface of the titanium oxide film 401.
Here, the rectangular opening pattern of the mask layer 405 is a positional relationship in which one rectangular opening pattern is formed adjacent to the opening pattern 403 in the short direction. Next, in the step shown in FIG. 8H, an opening pattern 406 is formed.
At this time, for example, reactive ion etching using inductively coupled plasma (ICP) is used to pattern the titanium oxide film 401 using the mask layer 405 made of a Ga-containing portion on the titanium oxide film 401 as a mask.
Then, when the longitudinal direction of the mask layer 405 pattern is the left-right direction and the horizontal plane of the substrate 400 is 0 degree, the opening pattern 406 is formed in the direction of the oblique angle of 45 degrees from the upper right to the lower left.
Next, as shown in FIG. 9I, the sacrificial layer 404 in the hole pattern 403 is removed by wet etching.
Next, as shown in FIG. 9J, the mask 405 made of a Ga-containing portion on the titanium oxide film 401 is removed by, for example, heating to about 600 ° C. in an oven and then etching with a hydrochloric acid solution. As a result, a three-dimensional photonic crystal structure 409 is formed on the substrate 400.
Through these steps, for example, a three-dimensional photonic crystal structure can be formed on the dielectric film by performing etching at least twice from a direction at an angle of 45 degrees with respect to the normal of the substrate surface.
図１０（ｋ）は、図９（ｊ）に示す次元フォトニック結晶構造４０９のＡ−Ａ'断面図である。
基板４００上の酸化チタン層４０１に酸化チタンからなるウッドパイル構造を有する３次元フォトニック結晶構造４０９が形成されている。この３次元フォトニック結晶構造４０９の周期は、約２５０ｎｍである。
次に、３次元フォトニック結晶構造内に構造欠陥部を形成する工程において、例えば、図１０（ｌ）に示すように、欠陥部４１０を形成する。
すなわち、集束イオンビーム加工により、例えば、ウッドパイル構造の柱状構造に沿って柱状構造を部分的に除去することで、３次元フォトニック結晶構造４０９内に欠陥部４１０を形成する。
次に、欠陥部に発光作用を呈する活性部を形成する工程において、図１０（ｍ）に示すように、欠陥部４０９内に、光を照射することで発光作用を呈する活性部４１１を形成する。
その際、例えば、活性部として、ＧａＮからなる量子ドットを、電子線誘起化学気相堆積（ＥＢ−ＣＶＤ）法を用いて選択的に形成することにより、パッシブ型の３次元フォトニック結晶レーザー素子を形成することができる。
本実施例において、酸化チタン膜４０１のパターニング方法として、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）による反応性イオンエッチングを用いたが、反応性イオンビームエッチングや高速原子線エッチング等を用いても良い。
FIG. 10K is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of the dimensional photonic crystal structure 409 shown in FIG.
A three-dimensional photonic crystal structure 409 having a woodpile structure made of titanium oxide is formed on a titanium oxide layer 401 on the substrate 400. The period of the three-dimensional photonic crystal structure 409 is about 250 nm.
Next, in the step of forming the structural defect portion in the three-dimensional photonic crystal structure, for example, as shown in FIG.
That is, the defect 410 is formed in the three-dimensional photonic crystal structure 409 by, for example, partially removing the columnar structure along the columnar structure of the woodpile structure by focused ion beam processing.
Next, in the step of forming an active portion that exhibits a light emitting action on the defective portion, as shown in FIG. 10M, an active portion 411 that exhibits a light emitting action is formed in the defective portion 409 by irradiating light. .
At this time, for example, a passive type three-dimensional photonic crystal laser element is formed by selectively forming, as an active part, a quantum dot made of GaN using an electron beam induced chemical vapor deposition (EB-CVD) method. Can be formed.
In this embodiment, reactive ion etching by inductively coupled plasma (ICP) is used as a patterning method for the titanium oxide film 401. However, reactive ion beam etching, high-speed atomic beam etching, or the like may be used.
［実施例５］
実施例５においては、実施例４とは異なる形態の３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法について説明する。
図１１〜図１４に、本実施例の３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法を説明する図を示す。
図１１の（ａ）〜（ｄ）は３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法の製造工程を説明する平面図である。
また、図１２の（ｅ）〜（ｈ）は図１１の製造工程に続く製造工程を説明する図である。また、図１３の（ｉ）〜（ｊ）は図１２の製造工程に続く製造工程を説明する図である。
また、図１４の（ｋ）〜（ｌ）は図１３の製造工程に続く製造工程を説明する図である。
図１１〜図１４において、５００は基板、５０１、５０３は酸化チタン膜、５０２、５０７はマスク層、５０４、５０５、５０８は開孔パターン、５０６は犠牲層である。
５０９は酸化チタンからなる３次元フォトニック結晶構造、５１０は欠陥部、５１１は活性媒体である。
本実施例における３次元フォトニック結晶レーザー素子は、３次元フォトニック結晶構造として、例えば、ウッドパイル構造を有するものである。
[Example 5]
In Example 5, a manufacturing method of a three-dimensional photonic crystal laser element having a different form from Example 4 will be described.
FIGS. 11 to 14 are views for explaining a method of manufacturing the three-dimensional photonic crystal laser element of this embodiment.
(A)-(d) of FIG. 11 is a top view explaining the manufacturing process of the manufacturing method of a three-dimensional photonic crystal laser element.
FIGS. 12E to 12H are diagrams for explaining a manufacturing process subsequent to the manufacturing process of FIG. Moreover, (i)-(j) of FIG. 13 is a figure explaining the manufacturing process following the manufacturing process of FIG.
Further, (k) to (l) of FIG. 14 are diagrams for explaining a manufacturing process subsequent to the manufacturing process of FIG.
11 to 14, 500 is a substrate, 501 and 503 are titanium oxide films, 502 and 507 are mask layers, 504, 505 and 508 are aperture patterns, and 506 is a sacrificial layer.
Reference numeral 509 denotes a three-dimensional photonic crystal structure made of titanium oxide, 510 denotes a defect portion, and 511 denotes an active medium.
The three-dimensional photonic crystal laser element in this embodiment has, for example, a woodpile structure as the three-dimensional photonic crystal structure.
まず、図１１（ａ）に示すように、基板５００を準備する。ここでは、基板５００の材料として例えば合成石英を用い、基板５００の寸法として例えば直径４ｉｎｃｈ（１００ｍｍ）、厚さ５２５μｍとしている。
次に、図１１（ｂ）に示すように、可視光を透過する高屈折率材料として、例えば、酸化チタン膜５０１を例えばスパッタ法を用いて約１０００ｎｍの厚さに成膜する。
このようにして、基板上に３次元フォトニック結晶を構成する誘電体膜が成膜される。
次に、図１１（ｃ）に示すように、エッチングマスク５０２を形成する。
例えば、酸化チタン層５０１をパターニングするときのマスク層５０２として、酸化チタン膜５０１に、例えばＧａの集束イオンビーム（ＦＩＢ）を基板の面内方向に走査しながら照射することで、Ｇａ含有部分からなるエッチングマスク５０２を形成する。
その際、位置合わせパターン（不図示）も形成する。
このＧａ含有部分からなるエッチングマスク５０２の形成条件は、例えば加速電圧３０ｋＶ、電流５ｎＡの条件で照射する。
イオンドーズ量としては、例えば３×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2である。このとき、基板内のＧａイオンの深さ分布ピークは、酸化チタン膜５０１表面から、数１０ｎｍ程度となる。
このとき、３次元フォトニック結晶構造形成のためのマスク５０２の形成と同時に、この構造内に欠陥部を形成する位置に対応した部分の酸化チタン膜５０１を露出するようにマスク形成を行う。
具体的には、酸化チタン膜が露出した５０３の部分は、構造内に欠陥部を形成する位置に対応しており、長手方向（横方向）に隣接した２つの酸化チタン膜の露出部分５０１とその間の境界部分を合せた領域で構成されている。
次の工程の開孔パターン形成によって、５０１に開孔パターンができるのと同時に、この５０３の部分にも開孔パターンが形成されることで、３次元フォトニック結晶構造形成と同時に、５０３内の欠陥部をつくりこむことができる。
First, as shown in FIG. 11A, a substrate 500 is prepared. Here, for example, synthetic quartz is used as the material of the substrate 500, and the dimensions of the substrate 500 are, for example, 4 inches (100 mm) in diameter and 525 μm in thickness.
Next, as shown in FIG. 11B, as a high refractive index material that transmits visible light, for example, a titanium oxide film 501 is formed to a thickness of about 1000 nm using, for example, a sputtering method.
In this manner, a dielectric film constituting the three-dimensional photonic crystal is formed on the substrate.
Next, as shown in FIG. 11C, an etching mask 502 is formed.
For example, as a mask layer 502 when the titanium oxide layer 501 is patterned, the titanium oxide film 501 is irradiated with, for example, a Ga focused ion beam (FIB) while scanning in the in-plane direction of the substrate. An etching mask 502 is formed.
At that time, an alignment pattern (not shown) is also formed.
The formation conditions of the etching mask 502 made of this Ga-containing portion are, for example, irradiation with an acceleration voltage of 30 kV and a current of 5 nA.
The ion dose is 3 × 10 16 ions / cm 2 , for example. At this time, the depth distribution peak of Ga ions in the substrate is about several tens of nm from the surface of the titanium oxide film 501.
At this time, simultaneously with the formation of the mask 502 for forming the three-dimensional photonic crystal structure, the mask is formed so as to expose the portion of the titanium oxide film 501 corresponding to the position where the defect portion is to be formed in the structure.
Specifically, a portion 503 where the titanium oxide film is exposed corresponds to a position where a defect portion is formed in the structure, and two exposed portions 501 of the titanium oxide film adjacent in the longitudinal direction (lateral direction) It consists of a region that combines the boundary portions between them.
By forming an opening pattern in the next step, an opening pattern is formed in 501 and at the same time, an opening pattern is also formed in this portion 503, thereby simultaneously forming a three-dimensional photonic crystal structure and Defects can be created.
次に、図１１（ｄ）に示すように、開孔パターン５０４を形成する。
その際、Ｇａ含有部分からなるマスク層５０２をマスクとし、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）による反応性イオンエッチングを用いて酸化チタン膜５０１をパターニングする。
そして、マスク層５０２パターンの長手方向を左右方向、基板５００の水平面を０度とする時、左上方から右下方の斜め角度４５度方向に酸化チタン開孔パターン５０４を形成する。
このとき、３次元フォトニック結晶構造の形成と同時に、この構造内へ欠陥部５１０が形成される。
次に、図１２（ｅ）に示すように、酸化チタン膜５０１のＧａ含有部分からなるマスク層５０２は、例えば、オーブンで６００℃程度に加熱した後、塩酸溶液でエッチングすることで除去する。
次に、図１２（ｆ）に示すように、犠牲層５０６を埋め込む。この手順は実施例４と同様である。
Next, as shown in FIG. 11D, an opening pattern 504 is formed.
At that time, the titanium oxide film 501 is patterned by using, for example, reactive ion etching by inductively coupled plasma (ICP) using the mask layer 502 made of Ga-containing portions as a mask.
Then, when the longitudinal direction of the mask layer 502 pattern is the left-right direction and the horizontal plane of the substrate 500 is 0 degree, the titanium oxide aperture pattern 504 is formed in the direction of an oblique angle of 45 degrees from the upper left to the lower right.
At this time, simultaneously with the formation of the three-dimensional photonic crystal structure, a defect 510 is formed in the structure.
Next, as shown in FIG. 12E, the mask layer 502 made of the Ga-containing portion of the titanium oxide film 501 is removed, for example, by heating to about 600 ° C. in an oven and then etching with a hydrochloric acid solution.
Next, as shown in FIG. 12F, a sacrificial layer 506 is embedded. This procedure is the same as in Example 4.
次に、図１２（ｇ）に示すように、酸化チタン膜５０１に、例えばＧａの集束イオンビーム（ＦＩＢ）を基板の面内方向に走査しながら照射することで、Ｇａ含有部分からなるエッチングマスク５０７を形成する。
このＧａ含有部分からなるエッチングマスク５０７の形成条件は、例えば加速電圧３０ｋＶ、電流５ｎＡの条件で照射する。
イオンドーズ量としては、例えば３×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2である。このとき、基板内のＧａイオンの深さ分布ピークは、酸化チタン膜５０１表面から、数１０ｎｍ程度となる。
ここで、マスク層５０７の矩形開孔パターンは、開孔パターン５０４、５０５の短手方向に隣接して矩形開孔パターンを形成する位置関係である。
次に、図１２（ｈ）に示すように、開孔パターン５０８を形成する。例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）による反応性イオンエッチングを用いて、酸化チタン膜５０１のＧａ含有部分からなるマスク層５０７をマスクとし、酸化チタン膜５０１をパターニングする。
そして、マスク層５０７パターンの長手方向を左右方向、基板５００の水平面を０度とする時、右上方から左下方の斜め角度４５度方向に酸化チタン開孔パターン５０８を形成する。
次に、図１３（ｉ）に示すように、開孔パターン５０４と５０５と５０８内の犠牲層５０６をウェットエッチングにより除去する。
次に、図１３（ｊ）に示すように、酸化チタン膜５０１のＧａ含有部分からなるマスク層５０７を、例えば、オーブンで６００℃程度に加熱した後、塩酸溶液でエッチングする。
これにより、基板５００上に酸化チタン製の３次元フォトニック結晶構造５０９とその構造内の欠陥部分５１０が形成される。
Next, as shown in FIG. 12G, the titanium oxide film 501 is irradiated with, for example, a Ga focused ion beam (FIB) while scanning in the in-plane direction of the substrate, thereby forming an etching mask made of a Ga-containing portion. 507 is formed.
The formation conditions of the etching mask 507 made of this Ga-containing portion are, for example, irradiation with an acceleration voltage of 30 kV and a current of 5 nA.
The ion dose is 3 × 10 16 ions / cm 2 , for example. At this time, the depth distribution peak of Ga ions in the substrate is about several tens of nm from the surface of the titanium oxide film 501.
Here, the rectangular opening pattern of the mask layer 507 is a positional relationship in which the rectangular opening pattern is formed adjacent to the opening direction of the opening patterns 504 and 505.
Next, as shown in FIG. 12 (h), an opening pattern 508 is formed. For example, reactive ion etching using inductively coupled plasma (ICP) is used to pattern the titanium oxide film 501 using the mask layer 507 made of a Ga-containing portion of the titanium oxide film 501 as a mask.
Then, when the longitudinal direction of the mask layer 507 pattern is the left-right direction and the horizontal plane of the substrate 500 is 0 degree, the titanium oxide aperture pattern 508 is formed in the direction of the oblique angle of 45 degrees from the upper right to the lower left.
Next, as shown in FIG. 13I, the sacrificial layer 506 in the opening patterns 504, 505, and 508 is removed by wet etching.
Next, as shown in FIG. 13J, the mask layer 507 made of the Ga-containing portion of the titanium oxide film 501 is heated to, for example, about 600 ° C. in an oven and then etched with a hydrochloric acid solution.
As a result, a three-dimensional photonic crystal structure 509 made of titanium oxide and a defect portion 510 in the structure are formed on the substrate 500.
図１４（ｋ）は、図１３（ｊ）内のＢ−Ｂ'断面図である。
基板５００上に酸化チタン５０１からなるウッドパイル構造を有する３次元フォトニック結晶構造５０９と、そのウッドパイル構造の柱状構造を一部除去した欠陥部５１０が形成されている。
この３次元フォトニック結晶構造５０９の周期は、約２５０ｎｍである。
次に、図１４（ｌ）に示すように、３次元フォトニック結晶構造５０９の欠陥部５１０内に、光を照射することで発光作用を呈する活性部５１１を形成する。
その際、例えば活性部として、ＧａＮからなる量子ドットを、例えば、電子線誘起化学気相堆積（ＥＢ−ＣＶＤ）法により、選択的に形成することにより、パッシブ型３次元レーザー素子を形成することができる。
なお、本実施例において、酸化チタン膜５０１のパターニング方法としては、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）による反応性イオンエッチングを用いたが、反応性イオンビームエッチングや高速原子線エッチング等を用いても良い。
FIG. 14K is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG.
On the substrate 500, a three-dimensional photonic crystal structure 509 having a woodpile structure made of titanium oxide 501 and a defect 510 obtained by partially removing the columnar structure of the woodpile structure are formed.
The period of the three-dimensional photonic crystal structure 509 is about 250 nm.
Next, as shown in FIG. 14L, an active portion 511 that exhibits a light emitting action is formed in the defect portion 510 of the three-dimensional photonic crystal structure 509 by irradiation with light.
At that time, for example, a quantum dot made of GaN as an active portion is selectively formed by, for example, an electron beam induced chemical vapor deposition (EB-CVD) method to form a passive three-dimensional laser element. Can do.
In this embodiment, reactive ion etching by inductively coupled plasma (ICP) is used as a patterning method for the titanium oxide film 501, but reactive ion beam etching, high-speed atomic beam etching, or the like may be used. .
［実施例６］
実施例６においては、実施例４及び実施例５とは異なる形態の３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法について説明する。
図１５〜図１９に、本実施例の３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法を説明する図を示す。
図１５の（ａ）〜（ｄ）は３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法の製造工程を説明する平面図である。
また、図１６の（ｅ）〜（ｈ）は図１５の製造工程に続く製造工程を説明する図である。
また、図１７の（ｉ）〜（ｌ）は図１６の製造工程に続く製造工程を説明する図である。
また、図１８の（ｍ）は図１７の製造工程に続く製造工程を説明する図である。また、図１９の（ｎ）〜（ｐ）は図１８の製造工程に続く製造工程を説明する図である。
図１５〜図１９において、６００は基板、６０１は酸化チタン膜、６０２、６０５、６０７はマスク層、６０３、６０６、６０８は開孔パターン、６０４は犠牲層である。
６０９は酸化チタンからなる３次元フォトニック結晶構造、６１０は欠陥部、６１１は活性媒体である。
本実施例における３次元フォトニック結晶レーザー素子は、３次元フォトニック結晶構造として、例えば、ウッドパイル構造の柱状構造の交点に、矩形の板状構造を挟み込んだ形状を有するものである。
[Example 6]
In the sixth embodiment, a method for manufacturing a three-dimensional photonic crystal laser element having a different form from the fourth and fifth embodiments will be described.
15 to 19 are views for explaining a method of manufacturing the three-dimensional photonic crystal laser element of this example.
(A)-(d) of FIG. 15 is a top view explaining the manufacturing process of the manufacturing method of a three-dimensional photonic crystal laser element.
FIGS. 16E to 16H are views for explaining a manufacturing process subsequent to the manufacturing process of FIG.
Moreover, (i) to (l) of FIG. 17 are diagrams for explaining a manufacturing process subsequent to the manufacturing process of FIG.
FIG. 18 (m) is a diagram illustrating a manufacturing process subsequent to the manufacturing process of FIG. Moreover, (n)-(p) of FIG. 19 is a figure explaining the manufacturing process following the manufacturing process of FIG.
15 to 19, reference numeral 600 denotes a substrate, 601 denotes a titanium oxide film, 602, 605, and 607 denote mask layers, 603, 606, and 608 denote aperture patterns, and 604 denotes a sacrificial layer.
609 is a three-dimensional photonic crystal structure made of titanium oxide, 610 is a defect portion, and 611 is an active medium.
The three-dimensional photonic crystal laser element in this embodiment has a three-dimensional photonic crystal structure in which a rectangular plate-like structure is sandwiched between intersections of columnar structures of a wood pile structure, for example.
まず、図１５（ａ）に示すように、基板６００を準備する。ここでは、基板６００の材料として例えば合成石英を用い、基板６００の寸法として例えば直径４ｉｎｃｈ（１００ｍｍ）、厚さ５２５μｍとしている。
次に、図１５（ｂ）に示すように、可視光を透過する高屈折率材料として、例えば、酸化チタン膜６０１を例えばスパッタ法を用いて約１０００ｎｍの厚さに成膜する。このようにして、基板上に３次元フォトニック結晶を構成する誘電体膜が成膜される。
次に、図１５（ｃ）に示すように、酸化チタン膜６０１に、例えばＧａの集束イオンビーム（ＦＩＢ）を基板の面内方向に走査しながら照射することで、Ｇａ含有部分からなるエッチングマスク６０２を形成する。
その際、位置合わせパターン（不図示）も形成する。このＧａ含有部分からなるエッチングマスク６０２の形成条件は、例えば加速電圧３０ｋＶ、電流５ｎＡの条件で照射する。
イオンドーズ量としては、例えば３×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2である。このとき、基板内のＧａイオンの深さ分布ピークは、酸化チタン膜６０１表面から、数１０ｎｍ程度となる。
First, as shown in FIG. 15A, a substrate 600 is prepared. Here, for example, synthetic quartz is used as the material of the substrate 600, and the dimensions of the substrate 600 are, for example, 4 inches (100 mm) in diameter and 525 μm in thickness.
Next, as shown in FIG. 15B, as a high refractive index material that transmits visible light, for example, a titanium oxide film 601 is formed to a thickness of about 1000 nm using, for example, a sputtering method. In this manner, a dielectric film constituting the three-dimensional photonic crystal is formed on the substrate.
Next, as shown in FIG. 15C, the titanium oxide film 601 is irradiated with, for example, a Ga focused ion beam (FIB) while scanning in the in-plane direction of the substrate, thereby forming an etching mask composed of a Ga-containing portion. 602 is formed.
At that time, an alignment pattern (not shown) is also formed. The formation conditions of the etching mask 602 composed of the Ga-containing portion are, for example, irradiation with an acceleration voltage of 30 kV and a current of 5 nA.
The ion dose is 3 × 10 16 ions / cm 2 , for example. At this time, the depth distribution peak of Ga ions in the substrate is about several tens of nm from the surface of the titanium oxide film 601.
次に、図１５（ｄ）に示すように、開孔パターン６０３を形成する。
その際、Ｇａ含有部分からなるマスク層６０２をマスクとし、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）による反応性イオンエッチングを用いて酸化チタン膜６０１をパターニングする。
そして、マスク層６０２パターンの長手方向を左右方向、基板６００の水平面を０度とする時、左上方から右下方の斜め角度４５度方向に開孔パターン６０３を形成する。
次に、図１６（ｅ）に示すように、基板６００上のＧａ含有部分からなるマスク層６０２を、例えば、オーブンで６００℃程度に加熱した後、塩酸溶液でエッチングすることで除去する。
次に、図１６（ｆ）に示すように、犠牲層６０４を埋め込む。この手順は実施例４、実施例５と同様である。
Next, as shown in FIG. 15D, an opening pattern 603 is formed.
At that time, the titanium oxide film 601 is patterned by using, for example, reactive ion etching by inductively coupled plasma (ICP) using the mask layer 602 made of a Ga-containing portion as a mask.
Then, when the longitudinal direction of the mask layer 602 pattern is the left-right direction and the horizontal plane of the substrate 600 is 0 degree, the opening pattern 603 is formed in the oblique angle direction of 45 degrees from the upper left to the lower right.
Next, as shown in FIG. 16E, the mask layer 602 made of a Ga-containing portion on the substrate 600 is removed by, for example, heating to about 600 ° C. in an oven and then etching with a hydrochloric acid solution.
Next, as shown in FIG. 16F, a sacrificial layer 604 is embedded. This procedure is the same as in the fourth and fifth embodiments.
次に、図１６（ｇ）に示すように、酸化チタン６０１上に、例えばＧａの集束イオンビーム（ＦＩＢ）を基板の面内方向に走査しながら照射することで、Ｇａ含有部分からなるエッチングマスク６０５を形成する。
このＧａ含有部分からなるエッチングマスク６０５の形成条件は、例えば加速電圧３０ｋＶ、電流５ｎＡの条件で照射する。
イオンドーズ量としては、例えば３×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2である。このとき、基板内のＧａイオンの深さ分布ピークは、酸化チタン膜６０１表面から、数１０ｎｍ程度となる。
エッチングマスク６０５の配置は、実施例４、実施例５と異なり、前記開孔パターン６０３と所定の間隔をあけた位置にマスク開孔６０１を有する。
この配置をとることで、後述のウッドパイル構造における柱状構造の各交点に矩形の板状構造を形成することができる。また、この間隔は、前記矩形の板状構造の厚みに相当するものである。
次に、図１６（ｈ）に示すように、開孔パターン６０６を形成する。その際、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）による反応性イオンエッチングを用いて、酸化チタン膜６０１のＧａ含有部分からなるマスク層６０５をマスクとし、酸化チタン膜６０１をパターニングする。
そして、マスク層６０５パターンの長手方向を左右方向、基板６００の水平面を０度とする時、右上方から左下方の斜め角度４５度方向に酸化チタン開孔パターン６０６を形成する。
次に、酸化チタン層６０１上のＧａ含有部分からなるマスク層６０５を例えば、オーブンで６００℃程度に加熱した後、塩酸溶液でエッチングすることで除去する。
次に、開孔パターン６０６内及び酸化チタン膜６０１上に、犠牲層６０４として、例えばアトミックレイヤーデポジション法（ＡＬＤ）により銅膜を成膜する。
Next, as shown in FIG. 16G, an etching mask composed of a Ga-containing portion is irradiated on the titanium oxide 601 by irradiating, for example, a Ga focused ion beam (FIB) in the in-plane direction of the substrate. 605 is formed.
The formation conditions of the etching mask 605 composed of the Ga-containing portion are, for example, irradiation with an acceleration voltage of 30 kV and a current of 5 nA.
The ion dose is 3 × 10 16 ions / cm 2 , for example. At this time, the depth distribution peak of Ga ions in the substrate is about several tens of nm from the surface of the titanium oxide film 601.
Unlike the fourth and fifth embodiments, the arrangement of the etching mask 605 has a mask opening 601 at a position spaced apart from the opening pattern 603.
By taking this arrangement, a rectangular plate-like structure can be formed at each intersection of columnar structures in a woodpile structure described later. Further, this interval corresponds to the thickness of the rectangular plate-like structure.
Next, as shown in FIG. 16H, an opening pattern 606 is formed. At that time, for example, by using reactive ion etching by inductively coupled plasma (ICP), the titanium oxide film 601 is patterned using the mask layer 605 made of a Ga-containing portion of the titanium oxide film 601 as a mask.
Then, when the longitudinal direction of the mask layer 605 pattern is the left-right direction and the horizontal plane of the substrate 600 is 0 degree, the titanium oxide aperture pattern 606 is formed in the direction of the oblique angle of 45 degrees from the upper right to the lower left.
Next, the mask layer 605 composed of a Ga-containing portion on the titanium oxide layer 601 is removed by, for example, heating to about 600 ° C. in an oven and then etching with a hydrochloric acid solution.
Next, a copper film is formed as the sacrificial layer 604 in the opening pattern 606 and on the titanium oxide film 601 by, for example, atomic layer deposition (ALD).
次に、例えば、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により銅膜を酸化チタン膜６０１が露出するまで研磨・平坦化することにより、図１７（ｉ）に示すように、開孔パターン６０６内に犠牲層６０４を埋め込む。
次に、図１７（ｊ）に示すように、酸化チタン６０１上に、例えばＧａの集束イオンビーム（ＦＩＢ）を基板の面内方向に走査しながら照射することで、Ｇａ含有部分からなるエッチングマスク６０７を形成する。
エッチングマスク６０７の形状は、次工程の２回の開孔パターン形成により、ウッドパイル構造における柱状構造の各交点に、後述の矩形の板状構造形成を可能にするものである。
このＧａ含有部分からなるエッチングマスク６０７の形成条件は、これまでと同様である。
Next, for example, the copper film is polished and planarized by chemical mechanical polishing (CMP) until the titanium oxide film 601 is exposed, thereby sacrificing the hole pattern 606 as shown in FIG. Embed layer 604.
Next, as shown in FIG. 17J, an etching mask composed of a Ga-containing portion is irradiated on the titanium oxide 601 while scanning with, for example, a Ga focused ion beam (FIB) in the in-plane direction of the substrate. 607 is formed.
The shape of the etching mask 607 makes it possible to form a rectangular plate-like structure, which will be described later, at each intersection of the columnar structure in the woodpile structure by forming an opening pattern twice in the next step.
The conditions for forming the etching mask 607 made of this Ga-containing portion are the same as those described above.
次に、図１７（ｋ）に示すように、開孔パターン６０６を形成する。
その際、Ｇａ含有部分からなるマスク層６０７をマスクとし、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）による反応性イオンエッチングを用いて酸化チタン膜６０１をパターニングする。
そして、マスク層６０７のパターンの長手方向を左右方向、基板６００の水平面を０度とする時、左上方から右下方の斜め角度４５度方向に開孔パターン６０６を形成する。
Next, as shown in FIG. 17 (k), an opening pattern 606 is formed.
At that time, the titanium oxide film 601 is patterned by using, for example, reactive ion etching by inductively coupled plasma (ICP) using the mask layer 607 made of a Ga-containing portion as a mask.
Then, when the longitudinal direction of the pattern of the mask layer 607 is the left-right direction and the horizontal plane of the substrate 600 is 0 degree, the opening pattern 606 is formed in the oblique angle direction of 45 degrees from the upper left to the lower right.
次に、図１７（ｌ）に示すように、開孔パターン６０８を形成する。その際、Ｇａ含有部分からなるマスク層６０７をマスクとし、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）による反応性イオンエッチングを用いて酸化チタン膜６０１をパターニングする。
そして、マスク層６０７パターンの長手方向を左右方向、基板６００の水平面を０度とする時、右上方から左下方の斜め角度４５度方向に開孔パターン６０８を形成する。
次に、開孔パターン６０３と開孔パターン６０６内の犠牲層６０４をウェットエッチングにより除去する。
Next, as shown in FIG. 17L, an opening pattern 608 is formed. At that time, the titanium oxide film 601 is patterned by using, for example, reactive ion etching by inductively coupled plasma (ICP) using the mask layer 607 made of a Ga-containing portion as a mask.
Then, when the longitudinal direction of the mask layer 607 pattern is the left-right direction and the horizontal plane of the substrate 600 is 0 degree, the opening pattern 608 is formed in the direction of the oblique angle of 45 degrees from the upper right to the lower left.
Next, the opening pattern 603 and the sacrificial layer 604 in the opening pattern 606 are removed by wet etching.
次に、酸化チタン膜６０１のＧａ含有部分からなるマスク層６０７を、例えば、オーブンで６００℃程度に加熱した後、塩酸溶液でエッチングすることで、図１８（ｍ）に示すように、基板６００上に酸化チタン製の３次元フォトニック結晶構造が形成される。
図１９（ｎ）は、図１８（ｍ）の３次元フォトニック結晶構造におけるＣ−Ｃ'断面図である。
基板６００上に酸化チタン６０１からなるウッドパイル構造の柱状構造の交点に、酸化チタン６０１からなる矩形の板状構造をはさみこんだ形状を有する３次元フォトニック結晶構造６０９が形成されている。
次に、図１９（ｏ）に示すように、集束イオンビーム加工により、例えば、ウッドパイル構造の柱状構造に沿って柱状構造を除去することで、３次元フォトニック結晶構造６０９内に欠陥部６１１を形成する。
次に、図１９（ｐ）に示すように、３次元フォトニック結晶構造６０９の欠陥部６１０内に、光を照射することで発光作用を呈する活性部６１１として、例えばＧａＮからなる量子ドットを形成する。
例えば、活性部として電子線誘起化学気相堆積（ＥＢ−ＣＶＤ）法を用いて選択的に形成することにより、パッシブ型３次元可視光レーザー素子を形成することができる。
本実施例において、酸化チタン膜６０１のパターニング方法としては、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）による反応性イオンエッチングを用いたが、反応性イオンビームエッチングや高速原子線エッチング等を用いても良い。
Next, the mask layer 607 formed of the Ga-containing portion of the titanium oxide film 601 is heated to, for example, about 600 ° C. in an oven, and then etched with a hydrochloric acid solution, whereby a substrate 600 is obtained as shown in FIG. A three-dimensional photonic crystal structure made of titanium oxide is formed thereon.
FIG. 19 (n) is a CC ′ cross-sectional view of the three-dimensional photonic crystal structure of FIG. 18 (m).
A three-dimensional photonic crystal structure 609 having a shape in which a rectangular plate-like structure made of titanium oxide 601 is sandwiched between intersections of columnar structures of a woodpile structure made of titanium oxide 601 is formed on a substrate 600.
Next, as shown in FIG. 19 (o), the defect 611 is formed in the three-dimensional photonic crystal structure 609 by removing the columnar structure along the columnar structure of the woodpile structure, for example, by focused ion beam processing. Form.
Next, as shown in FIG. 19 (p), a quantum dot made of, for example, GaN is formed in the defect portion 610 of the three-dimensional photonic crystal structure 609 as an active portion 611 that exhibits a light emitting action when irradiated with light. To do.
For example, a passive three-dimensional visible light laser element can be formed by selectively forming the active portion using an electron beam induced chemical vapor deposition (EB-CVD) method.
In this embodiment, reactive ion etching by inductively coupled plasma (ICP) is used as a patterning method for the titanium oxide film 601, but reactive ion beam etching, high-speed atomic beam etching, or the like may be used.
１００、２００、３００、４００、５００、６００：基板
１０１：集束イオンビーム（ＦＩＢ）
１０２、２０４、２０７、２０８、３０１、３０４、３０５：エッチングマスク２０１、２０２：アルミ薄膜
２０３、２０６、３０２、３０６：基板露出部
２０５、２０９、３０３、３０７、３０８：斜め開孔パターン
２１０、３１２：３次元構造体
３０９、３１０：ロッド
３１１：パッド４０１、５０１、５０３、６０１：酸化チタン膜
４０２、４０５、５０２、５０７、６０２、６０５、６０７：マスク層
４０３、４０６、５０４、５０５、５０８、６０３、６０６、６０８：開孔パターン
４０４、５０６、６０４：犠牲層
４０９、５０９、６０９：酸化チタンからなる３次元フォトニック結晶構造
４１０、５１０、６１０：欠陥部
４１１、５１１、６１１：活性部（活性媒体、活性媒質）
100, 200, 300, 400, 500, 600: substrate 101: focused ion beam (FIB)
102, 204, 207, 208, 301, 304, 305: Etching mask 201, 202: Aluminum thin films 203, 206, 302, 306: Substrate exposed portions 205, 209, 303, 307, 308: Diagonal aperture patterns 210, 312 : Three-dimensional structure 309, 310: Rod 311: Pads 401, 501, 503, 601: Titanium oxide films 402, 405, 502, 507, 602, 605, 607: Mask layers 403, 406, 504, 505, 508, 603, 606, 608: opening patterns 404, 506, 604: sacrificial layers 409, 509, 609: three-dimensional photonic crystal structures 410, 510, 610 made of titanium oxide: defect portions 411, 511, 611: active portions ( Active medium, active medium)
Claims (8)
前記基板を斜め方向からドライエッチングし、前記基板に第１の複数の開孔を形成する際に用いる第１のエッチングマスクと、
前記第１の複数の開孔の深さ方向に対して交差するように、前記基板をドライエッチングして第２の複数の開孔を形成する際に用いる第２のエッチングマスクと、
を形成するに当たり、
前記集束イオンビームに、ガリウム（Ｇａ）イオンによる集束イオンビームを用い、
前記ガリウム（Ｇａ）イオンの濃度の最大値が、基板の表面より深さ方向に５０ｎｍ以内の範囲で分布されているガリウム（Ｇａ）イオン含有部分を含む前記第１と第２のエッチングマスクを、前記照射領域に形成することを特徴とするエッチングマスクの形成方法。 The board surface, and irradiating the focused ion beam, a method of forming an etching mask to form an etching mask used for oblique etching including ion-containing moiety in the irradiated region,
A first etching mask used for dry etching the substrate from an oblique direction to form a first plurality of openings in the substrate;
A second etching mask used when dry etching the substrate to form the second plurality of openings so as to intersect the depth direction of the first plurality of openings;
In forming
Using a focused ion beam of gallium (Ga) ions as the focused ion beam,
The first and second etching masks containing gallium (Ga) ion-containing portions in which the maximum value of the gallium (Ga) ion concentration is distributed within a range of 50 nm in the depth direction from the surface of the substrate, A method for forming an etching mask, which is characterized by being formed in the irradiation region .
基板を準備する工程と、
前記基板表面に、請求項１に記載のエッチングマスクの形成方法を用い、第１のエッチングマスクを形成する第１のマスク形成工程と、
前記第１のエッチングマスクを用い、前記基板を斜め方向からフッ素系ガスによりドライエッチングして前記基板に第１の複数の開孔を形成する第１のエッチング工程と、
前記基板表面に、請求項１に記載のエッチングマスクの形成方法を用い、第２のエッチングマスクを形成する第２のマスク形成工程と、
前記第２のエッチングマスクを用い、前記第１の複数の開孔の深さ方向に対して交差するように、前記基板をフッ素系ガスによりドライエッチングして第２の複数の開孔を形成する第２のエッチング工程と、
を有することを特徴とする３次元構造体の製造方法。 A method for manufacturing a three-dimensional structure,
Preparing a substrate;
A first mask forming step of forming a first etching mask on the substrate surface using the etching mask forming method according to claim 1 ;
A first etching step using the first etching mask to dry-etch the substrate with a fluorine-based gas from an oblique direction to form a first plurality of openings in the substrate;
A second mask forming step of forming a second etching mask on the substrate surface using the etching mask forming method according to claim 1 ;
Using the second etching mask, the substrate is dry-etched with a fluorine-based gas so as to intersect the depth direction of the first plurality of openings to form the second plurality of openings. A second etching step;
A method for producing a three-dimensional structure characterized by comprising:
基板上に３次元フォトニック結晶を構成する誘電体膜を成膜する工程と、
前記誘電体膜に、請求項１に記載のエッチングマスクの形成方法により形成した前記第１と第２のエッチングマスクを用い、前記基板面の垂線に対し斜め方向からのエッチングを少なくとも２回以上行うことで３次元フォトニック結晶構造を形成する工程と、
３次元フォトニック結晶構造内に構造欠陥部を形成する工程と、
前記欠陥部に発光作用を呈する活性部を形成する工程と、
を含むことを特徴とする３次元フォトニック結晶レーザー素子の製造方法。 A method of manufacturing a three-dimensional photonic crystal laser element,
Forming a dielectric film constituting a three-dimensional photonic crystal on a substrate;
The first and second etching masks formed by the etching mask forming method according to claim 1 are used as the dielectric film, and etching is performed at least twice from an oblique direction with respect to a perpendicular to the substrate surface. A step of forming a three-dimensional photonic crystal structure,
Forming a structural defect in the three-dimensional photonic crystal structure;
Forming an active portion exhibiting a light emitting action on the defective portion;
A method for manufacturing a three-dimensional photonic crystal laser element, comprising:
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