JP5964768B2 - フォノニック導波路とその製造方法 - Google Patents
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Description
また、本発明のフォノニック導波路は、基板と、この基板との間に空間をあけて配置された薄膜からなる導波路部と、前記基板上に形成され、機械振動の伝搬方向と垂直な方向から前記導波路部を支える支持部と、前記導波路部を前記機械振動の伝搬方向と垂直な方向に貫通する複数の第1の孔を備え、これら第1の孔が並ぶ方向に沿って前記導波路部が配置されることを特徴とするものである。
また、本発明のフォノニック導波路の1構成例は、さらに、前記複数の第1の孔の間隔よりも長い間隔だけ隣接する第1の孔から離れた位置に形成された、前記薄膜を前記機械振動の伝搬方向と垂直な方向に貫通する第2の孔と、この第2の孔を中心とする位置に、前記導波路部と連結するように配置された前記薄膜からなる機械振動子とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のフォノニック導波路の1構成例は、さらに、前記導波路部となる薄膜の一部の上に形成された第1の電極を備えることを特徴とするものである。
また、本発明のフォノニック導波路の1構成例は、さらに、前記機械振動子となる薄膜の一部の上に形成された第2の電極を備えることを特徴とするものである。
また、本発明のフォノニック導波路の1構成例において、前記薄膜は、圧電特性をもつ物質からなることを特徴とするものである。
また、本発明のフォノニック導波路の製造方法の1構成例は、さらに、前記犠牲層をエッチングする前に、前記薄膜の一部の上に第2の電極を形成する工程と、前記犠牲層をエッチングする前に、前記複数の第1の孔の間隔よりも長い間隔だけ隣接する第1の孔から離れた位置に、前記薄膜の表面から前記犠牲層まで届く第2の孔を形成する工程とを備え、前記犠牲層をエッチングによって削る距離を、前記第2の孔とこれに隣接する第1の孔の間隔よりも短くすることにより、前記第2の孔を中心とする前記犠牲層に前記第1の空間と部分的に繋がる第2の空間が形成され、前記第2の孔を中心とする位置に前記導波路部と連結するように配置された、前記薄膜からなる機械振動子が形成されることを特徴とするものである。
本実施の形態のフォノニック導波路は、圧電特性をもつ材料(本実施の形態では、GaAs、AlGaAs等の化合物半導体)で作製されている。そのため、一端に配置された電極105aとその下のSiドープGaAs層102との間に交流電圧を印加すると、ピエゾ電気効果によって電極105aの周辺に機械振動が誘起され、この機械振動が導波路部108に沿って伝搬する。そして、その機械振動伝搬波は、ピエゾ電気効果によって電圧に変換されるので、他端に配置された電極105bを介して電気的に検出することができる。
本実施の形態のフォノニック導波路によれば、孔106aの並べ方を変えることで、直線状の導波路だけでなく、図6(A)の平面図で示すような曲線状の導波路や、図6(B)の平面図で示すような円形の導波路を実現することができる。したがって、機械振動を所望の方向に伝搬させることができる。また、導波路の分岐や結合も容易なため、図6(C)の平面図で示すような機械振動の合波器や分波器を実現することができ、図6(D)の平面図で示すような波長分離器も実現することができる。このように合波器や分波器、波長分離器といった情報通信に必要となる装置の実現が期待できる。
本実施の形態のフォノニック導波路は、SAWデバイスと異なり、機械振動を伝搬方向(図1(A)〜図1(C)、図2(A)〜図2(C)、図3(A)〜図3(C)、図4(A)〜図4(C)のX方向)と垂直な方向(Y方向)に強く閉じ込めることができる。そのため、光ファイバや光ワイヤのように、閉じ込めによって顕著に現れる非線形現象を利用して、機械振動の四波混合による波長変換素子や増幅器、高調波振動発生器、スーパーコンティニューム振動発生器の作製も期待される。このように、フォノニック導波路は、様々な機能デバイスとしても利用できる。
(1)エッチングから形成した振動部のみが導波路となるため、指向性の高い機械振動伝搬波が得られる。
(2)孔106aの並べ方を変えることで、直線状の導波路のみならず、直角に曲がった導波路や曲線状の導波路、円形の導波路といった様々な形状のフォノニック導波路が実現可能となる。
(3)孔106aの並べ方を変えることで、機械振動の分波器や合波器の実現が可能である。
(4)伝搬方向と垂直な方向における機械振動の閉じ込めによって増強される非線形効果を利用した、波長変換器や増幅器、スーパーコンティニューム振動発生器といった様々な機械信号処理器の作製が可能となる。
(6)メンブレン機械振動子の共振周波数を圧電的に変調することで、導波路を伝搬する機械振動の制御が可能となる。
(7)メンブレン機械振動子に制御振動を誘起する交流電圧を印加することで、導波路中を伝搬する機械振動の振動情報をメンブレン機械振動子へ書き込んだり、メンブレン機械振動子で保持したり、メンブレン機械振動子から読み出したりすることが可能となる。
(8)メンブレン機械振動子に制御振動を誘起する交流電圧を印加することで、機械振動の伝搬速度を変調することが可能である。
また、本実施の形態では、機械振動子の構造材料としてGaAs、AlGaAs等を用いているが、本発明の趣旨に基づきフォノニック導波路は他の材料を用いても作製可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものでない。
Claims (8)
- 基板と、
この基板との間に空間をあけて配置された薄膜からなる導波路部と、
前記基板上に形成され、機械振動の伝搬方向と垂直な方向から前記導波路部を支える支持部と、
前記導波路部の途中に前記導波路部と連結するように配置された前記薄膜からなる機械振動子とを備えることを特徴とするフォノニック導波路。 - 基板と、
この基板との間に空間をあけて配置された薄膜からなる導波路部と、
前記基板上に形成され、機械振動の伝搬方向と垂直な方向から前記導波路部を支える支持部と、
前記導波路部を前記機械振動の伝搬方向と垂直な方向に貫通する複数の第1の孔とを備え、
これら第1の孔が並ぶ方向に沿って前記導波路部が配置されることを特徴とするフォノニック導波路。 - 請求項2記載のフォノニック導波路において、
さらに、前記複数の第1の孔の間隔よりも長い間隔だけ隣接する第1の孔から離れた位置に形成された、前記薄膜を前記機械振動の伝搬方向と垂直な方向に貫通する第2の孔と、
この第2の孔を中心とする位置に、前記導波路部と連結するように配置された前記薄膜からなる機械振動子とを備えることを特徴とするフォノニック導波路。 - 請求項2または3記載のフォノニック導波路において、
さらに、前記導波路部となる薄膜の一部の上に形成された第1の電極を備えることを特徴とするフォノニック導波路。 - 請求項3記載のフォノニック導波路において、
さらに、前記機械振動子となる薄膜の一部の上に形成された第2の電極を備えることを特徴とするフォノニック導波路。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載のフォノニック導波路において、
前記薄膜は、圧電特性をもつ物質からなることを特徴とするフォノニック導波路。 - 基板上に犠牲層を形成する工程と、
この犠牲層の上に圧電特性を有する物質の薄膜を形成する工程と、
前記薄膜の一部の上に第1の電極を形成する工程と、
前記薄膜の表面から前記犠牲層まで届く複数の第1の孔を形成する工程と、
前記犠牲層を前記第1の孔を中心にして等方的にエッチングする工程とを備え、
前記犠牲層をエッチングによって削る距離を、前記第1の孔の間隔よりも長くすることにより、前記第1の孔が並ぶ方向に沿って前記犠牲層に第1の空間が形成され、
前記基板との間に前記第1の空間をあけて配置された前記薄膜からなる導波路部と、機械振動の伝搬方向と垂直な方向から前記導波路部を支える前記犠牲層からなる支持部とが形成されることを特徴とするフォノニック導波路の製造方法。 - 請求項7記載のフォノニック導波路の製造方法において、
さらに、前記犠牲層をエッチングする前に、前記薄膜の一部の上に第2の電極を形成する工程と、
前記犠牲層をエッチングする前に、前記複数の第1の孔の間隔よりも長い間隔だけ隣接する第1の孔から離れた位置に、前記薄膜の表面から前記犠牲層まで届く第2の孔を形成する工程とを備え、
前記犠牲層をエッチングによって削る距離を、前記第2の孔とこれに隣接する第1の孔の間隔よりも短くすることにより、前記第2の孔を中心とする前記犠牲層に前記第1の空間と部分的に繋がる第2の空間が形成され、
前記第2の孔を中心とする位置に前記導波路部と連結するように配置された、前記薄膜からなる機械振動子が形成されることを特徴とするフォノニック導波路の製造方法。
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JP2013039164A JP5964768B2 (ja) | 2013-02-28 | 2013-02-28 | フォノニック導波路とその製造方法 |
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