JP7285340B2 - フォトニック結晶素子 - Google Patents
フォトニック結晶素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7285340B2 JP7285340B2 JP2021567018A JP2021567018A JP7285340B2 JP 7285340 B2 JP7285340 B2 JP 7285340B2 JP 2021567018 A JP2021567018 A JP 2021567018A JP 2021567018 A JP2021567018 A JP 2021567018A JP 7285340 B2 JP7285340 B2 JP 7285340B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photonic crystal
- substrate
- waveguide
- crystal device
- holes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 title claims description 167
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 153
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 46
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 31
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 6
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011029 spinel Substances 0.000 claims description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005304 joining Methods 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 26
- 239000000463 material Substances 0.000 description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 description 16
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 9
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 8
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 8
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 7
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 6
- CNQCVBJFEGMYDW-UHFFFAOYSA-N lawrencium atom Chemical compound [Lr] CNQCVBJFEGMYDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 5
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 5
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 5
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 5
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 4
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 4
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 4
- 238000007582 slurry-cast process Methods 0.000 description 4
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 3
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- ORQBXQOJMQIAOY-UHFFFAOYSA-N nobelium Chemical compound [No] ORQBXQOJMQIAOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910026161 MgAl2O4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N germanium oxide Inorganic materials O=[Ge]=O YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- PVADDRMAFCOOPC-UHFFFAOYSA-N oxogermanium Chemical compound [Ge]=O PVADDRMAFCOOPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001328 terahertz time-domain spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/21—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour by interference
- G02F1/225—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour by interference in an optical waveguide structure
- G02F1/2257—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour by interference in an optical waveguide structure the optical waveguides being made of semiconducting material
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
- G02F1/025—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction in an optical waveguide structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
- H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2202/00—Materials and properties
- G02F2202/32—Photonic crystals
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Waveguide Connection Structure (AREA)
- Waveguides (AREA)
Description
1つの実施形態においては、上記フォトニック結晶素子は、上記基板の下部に設けられ、該基板を支持する支持基板と;該基板と該支持基板とを一体化する接合部と;該基板の下面と該支持基板の上面と該接合部とにより規定される空洞と;をさらに有する。
1つの実施形態においては、上記セラミックス材料は多結晶またはアモルファスである。
1つの実施形態においては、上記基板における気孔サイズが1μm以上の気孔率は0.5ppm~3000ppmである。
1つの実施形態においては、上記空孔の周期は10μm~1mmである。
1つの実施形態においては、上記基板の100GHz~10THzにおける誘電率は3.6~11.5である。
1つの実施形態においては、上記基板の誘電損失は0.01以下である。
1つの実施形態においては、上記基板の抵抗率は100kΩ・cm以上である。
1つの実施形態においては、上記セラミックス材料は、石英、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、酸化マグネシウム、およびスピネルからなる群から選択される1つである。
1つの実施形態においては、上記フォトニック結晶素子は、上記基板において上記空孔が形成されていない部分に導波路が規定され、該導波路が、周波数が30GHz以上20THz以下である電磁波を導波する。
1つの実施形態においては、上記フォトニック結晶素子は、アンテナ、バンドパスフィルタ、カプラ、遅延線またはアイソレータとして用いることができる。
1つの実施形態においては、上記フォトニック結晶素子は、上記基板の下部に設けられ、該基板を支持する支持基板と、上記電磁波の送信、受信および増幅の少なくともいずれか1つが可能な能動素子であって、該支持基板に支持されている能動素子とを備えている。
1つの実施形態においては、上記フォトニック結晶素子は、上記基板において上記空孔が形成されていない部分に規定される線欠陥の第1導波路と、電磁波の伝搬経路において前記能動素子と前記第1導波路との間に位置し、電磁波を導波可能な第2導波路と、を備えている。
1つの実施形態においては、上記フォトニック結晶素子は、上記基板において上記空孔が形成されていない部分に規定される線欠陥の導波路と、上記基板において上記空孔が形成されていない部分に規定される共振器であって、電磁波の伝搬経路において前記能動素子と前記導波路との間に位置し、電磁波を導波可能な共振器と、を備えている。
1つの実施形態においては、上記基板と上記支持基板とは、直接接合されている。
1つの実施形態においては、上記支持基板は、凹部を有し、上記フォトニック結晶素子は、該基板の下面と該支持基板の凹部とにより規定される空洞を備えている。
1つの実施形態においては、上記フォトニック結晶素子は、上記基板と上記支持基板との間に位置する絶縁層と、該基板の下面と該支持基板の上面と該絶縁層とにより規定される空洞と、を備えている。
(1/7)×(λ/n)≦P≦1.4×(λ/n)
ここで、λは導波路に導入される光または電磁波の波長(nm)であり、nは基板の屈折率である。屈折率εrは誘電率の1/2乗に比例するので、上記式の「n」は「(εr)1/2」に置き換えてもよい。空孔周期Pは、好ましくは10μm~1mmであり、より好ましくは0.2mm~0.8mmである。1つの実施形態においては、空孔周期Pは、焼結体(基板)の厚みと同等であり得る。空孔の直径dは、空孔周期Pに対して好ましくは0.1P~0.9Pであり、より好ましくは0.2P~0.6Pである。格子パターンの幅は、好ましくは10P以上であり、より好ましくは12P~20Pである。なお、格子パターンの幅とは、導波路の一方の側の格子パターンにおける最外の格子列と導波路のもう一方の側の格子パターンにおける最外の格子列との距離である。したがって、図示例のように、導波路の一方の側の格子パターンの幅は4P以上である。空孔の直径d、空孔周期P、格子列の数、1つの格子列における空孔の数、基板の厚み、セラミックス材料の種類(実質的には、屈折率、誘電率、抵抗率等)、線欠陥部分の幅等を適切に組み合わせて調整することにより、所望のフォトニックバンドギャップが得られ得る。なお、図示例では導波路16は帯状(直線状)であるが、格子パターンを変更することにより、所定の形状(したがって、所定の導波方向)の導波路を形成することができる。例えば、導波路は、フォトニック結晶素子の長辺方向または短辺方向に対して所定の角度を有する方向(斜め方向)に延びてもよく、所定の地点で屈曲してもよい(導波方向が所定の地点で変わってもよい)。
このようなフォトニック結晶素子では、能動素子と線路基板とを一体化してウエハープロセスが可能となるので、特性バラツキを低減でき、フォトニック結晶素子の生産性の向上を図ることができる。そのため、安価なフォトニック結晶素子を実現できる。
図3~図5に示すフォトニック結晶素子102は、2次元フォトニック結晶スラブにおいて形成されている線欠陥の第1導波路と、電磁波の伝搬経路において能動素子と第1導波路との間に位置し、電磁波を導波可能な第2導波路(代表的には図示例のコプレーナ導波路)とを備えている。1つの実施形態において、第2導波路は、能動素子から送信された電磁波を第1導波路に導波可能である。
図示例においては、能動素子40は、共鳴トンネルダイオードである。能動素子40は、電磁波を送信可能(生成・放射可能)である。能動素子40は、第1素子電極41と、2つの第2素子電極42とを備えている。第1素子電極41と、2つの第2素子電極42とのそれぞれは、導波路16の導波方向に延びている。2つの第2素子電極42は、導波路16の導波方向と直交する方向に互いに間隔を空けて配置されている。第1素子電極41は、2つの第2素子電極42の間に配置されている。
コプレーナ型電極パターン50は、導波方向において導波路16と並んでいる。コプレーナ型電極パターン50は、導波路16の導波方向に延びる信号電極51と、導波路16に向かって開放される平面視コ字状のグランド電極52とを備えている。信号電極51は、グランド電極52の内側に配置されており、グランド電極52に対して間隔を空けて配置されている。これによって、信号電極51とグランド電極52との間には、導波路16の導波方向に延びる空隙部(スリット)が形成される。信号電極51は、ビア43を介して、能動素子40の第1素子電極41と電気的に接続されている。グランド電極52は、2つのビア44を介して、能動素子40の第2素子電極42と電気的に接続されている。
なお、第2導波路は、コプレーナ導波路に限定されず、例えば、マイクロストリップ導波路、導波管集積型導波路として構成することもできる。
コプレーナ型電極パターン50に電圧が印加されると、信号電極51とグランド電極52との間に電界が生じる。また、能動素子40に電圧が印加されると、能動素子40は、電磁波を送信する。能動素子40から送信された電磁波は、ビア43を介して信号電極51に向かって伝搬された後、信号電極51とグランド電極52との間に形成される電界と結合して、基板10中を線欠陥の導波路16に向かって伝搬する。このように、能動素子40から送信された電磁波は、まず、コプレーナ導波路に伝搬される。次いで、電磁波は、コプレーナ導波路から線欠陥の導波路16に伝搬された後、線欠陥の導波路16に伝搬される。
共振器17は、導波路16の導波方向において導波路16と並んでおり、導波路16と連続している。共振器17の幅(導波路16の導波方向と直交する方向の寸法)は、導波路16の幅より大きい。図示例では、共振器17は、3列の空孔の列に囲まれて形成されている。
フォトニック結晶素子103が備える能動素子40では、電圧が印加されると、第1素子電極41がアンテナとして機能して、電磁波が第1素子電極41から共振器17に向けて送信される。共振器17に到達した電磁波は、共振器17に受け止められた後、共振器17と導波路16との連続部分を介して、共振器17から導波路16に送り出される。その後、電磁波は、導波路16に伝搬される。
図9~図11に示すように、2次元フォトニック結晶スラブは、2つの異なるユニットセルからなる領域の境界が導波路として機能するバレーフォトニック結晶層11であってもよい。
バレーフォトニック結晶層11は、複数の第1ユニットセル18からなる第1領域11aと、複数の第2ユニットセル19からなる第2領域11bとを備えている。第1領域11aと第2領域11bとは隣接しており、第1領域11aおよび第2領域11bの境界部分が、導波路15として構成される。
ハニカム格子における対辺の間の間隔は、例えば周波数300GHzの場合、250μm以上500μm以下であり、とりわけ好ましくは400μmである。
図1に示すようなフォトニック結晶素子を、粉末焼結法(実質的には、スラリー鋳込み成形)のニアネット成形により作製した。具体的には以下のとおりである。空孔パターンに対応する突起部を有する成形型に、アモルファス石英の微粉末と予備焼成によって分解もしくは揮発する親水性分散剤(有機化合物)と分散媒(水)とを十分に混合し、水分が15重量%~30重量%のニアネット成型用スラリーを調製した。このスラリーを成形型に鋳込み、有機化合物の化学反応を利用してスラリーを固化させた。固化物を成形型から離型して、高温で焼成することにより、焼結体に周期的な空孔パターンが形成されたフォトニック結晶素子を作製した。成形型は焼成収縮率を考慮して焼成後に所望の寸法が得られるように設計した。作製したフォトニック結晶素子は、サイズが30mm×30mm、厚み0.5mm、空孔径0.2mm、空孔周期0.5mmとした。中央部に1列空孔を形成しない部分を設けることにより、幅1mmの導波路を形成した。導波路の伝搬損失を測定するために、導波路長さが10mm、30mm、50mmの3つのフォトニック結晶素子を作製した。フォトニック結晶素子を構成する基板の抵抗率は1MΩ・cmであった。
得られた3つのフォトニック結晶素子について、以下のようにして伝搬損失を測定した。300GHz帯のRF信号発生機および送信アンテナをフォトニック結晶素子の入力側に結合し、出力側に受信アンテナおよびRF信号受信機を結合して、RF信号受信機によりRFパワーを測定した。3つのフォトニック結晶素子の測定結果から、伝搬損失(dB/cm)を算出した。また、電気信号の遅延については、RF信号受信機における位相を測定し、導波路長さの異なるフォトニック結晶素子の位相の差から算出し、比較例1の伝送時間(単位:ピコ秒)を1としたときの遅延比を求めた。また、材料の300GHzの誘電体損tanδを測定した。測定は、日邦プレシジョン製テラヘルツ非破壊測定器にて透過測定により測定した。以上の結果を表1に示す。
アモルファス石英の代わりに単結晶石英(水晶)を用いて、図1に示すようなフォトニック結晶素子を作製した。具体的には以下のとおりである。4インチ、厚み0.5mmの水晶ウェハを用意した。このウェハ(基板)は、メインオリフラに平行な方向を常光軸、直交する方向を異常光軸とした。このウェハに、超音波スピンドル加工により、実施例1と同様の空孔パターンおよび導波路を形成した。導波路の方向が常光軸に平行であるフォトニック結晶素子Iと導波路の方向が異常光軸に平行であるフォトニック結晶素子IIを作製した。フォトニック結晶素子IおよびIIについて、それぞれ、導波路長さが10mm、30mm、50mmの3つのフォトニック結晶素子を作製した。フォトニック結晶素子作製後、基板を30mm×30mmに切断した。なお、フォトニック結晶素子を構成する基板の抵抗率は1MΩ・cmであった。得られたフォトニック結晶素子を実施例1と同様の評価に供した。さらに、フォトニック結晶素子IおよびIIの伝搬損失から、異方性に起因する特性ばらつきの有無を評価した。結果を表1に示す。
アモルファス石英の代わりに多結晶窒化アルミニウムを用いて、図1に示すようなフォトニック結晶素子を作製した。具体的には以下のとおりである。4インチ、厚み0.32mmの多結晶窒化アルミニウムウェハを用意した。このウェハ(基板)に、超音波スピンドル加工により、空孔径0.08mm、空孔周期0.32mmの空孔パターンを形成した。中央部に1列空孔を形成しない部分を設けることにより、幅0.64mmの導波路を形成した。導波路の伝搬損失を測定するために、導波路長さが10mm、30mm、50mmの3つのフォトニック結晶素子を作製した。フォトニック結晶素子作製後、基板を30mm×30mmに切断した。なお、フォトニック結晶素子を構成する基板の抵抗率は1MΩ・cmであった。得られたフォトニック結晶素子を実施例1と同様の評価に供した。結果を表1に示す。
アモルファス石英の代わりに単結晶シリコンを用いて、図1に示すようなフォトニック結晶素子を作製した。具体的には以下のとおりである。4インチ、厚み0.3mmの単結晶シリコンを用意した。このウェハ(基板)に、超音波スピンドル加工により、空孔径0.075mm、空孔周期0.3mmの空孔パターンを形成した。中央部に1列空孔を形成しない部分を設けることにより、幅0.6mmの導波路を形成した。導波路の伝搬損失を測定するために、導波路長さが10mm、30mm、50mmの3つのフォトニック結晶素子を作製した。フォトニック結晶素子作製後、基板を30mm×30mmに切断した。なお、フォトニック結晶素子を構成する基板の抵抗率は10kΩ・cmであった。得られたフォトニック結晶素子を実施例1と同様の評価に供した。結果を表1に示す。
12 空孔
14 高屈折率部
16 導波路
100 フォトニック結晶素子
Claims (12)
- セラミックス材料の基板に周期的に空孔が形成されてなる2次元フォトニック結晶スラブを有し、
前記セラミックス材料が、多結晶またはアモルファスであり、かつ、石英、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素およびスピネルからなる群から選択される1つであり、
周波数が30GHz以上20THz以下である電磁波を導波する、
フォトニック結晶素子。 - 前記基板の下部に設けられ、該基板を支持する支持基板と、
該基板と該支持基板とを一体化する接合部と、
該基板の下面と該支持基板の上面と該接合部とにより規定される空洞と、
をさらに有する、請求項1に記載のフォトニック結晶素子。 - 前記基板における気孔サイズが1μm以上の気孔率が0.5ppm~3000ppmである、請求項1または2に記載のフォトニック結晶素子。
- 前記空孔の周期が10μm~1mmである、請求項1から3のいずれかに記載のフォトニック結晶素子。
- 前記基板の100GHz~10THzにおける誘電率が3.6~11.5である、請求項1から4のいずれかに記載のフォトニック結晶素子。
- 前記基板の誘電損失が0.01以下である、請求項1から5のいずれかに記載のフォトニック結晶素子。
- 前記基板の抵抗率が100kΩ・cm以上である、請求項1から6のいずれかに記載のフォトニック結晶素子。
- 前記セラミックス材料が、石英または窒化アルミニウムである、請求項1から7のいずれかに記載のフォトニック結晶素子。
- 前記基板において前記空孔が形成されていない部分に導波路が規定され、該導波路が、周波数が30GHz以上20THz以下である電磁波を導波する、請求項1から8のいずれかに記載のフォトニック結晶素子。
- アンテナ、バンドパスフィルタ、カプラ、遅延線またはアイソレータとして用いることができる、請求項1から9のいずれかに記載のフォトニック結晶素子。
- 前記基板の下部に設けられ、該基板を支持する支持基板と、
前記電磁波の送信、受信および増幅の少なくともいずれか1つが可能な能動素子であって、前記支持基板に支持されている能動素子と、を備えている、請求項1に記載のフォトニック結晶素子。 - 前記基板と前記支持基板とは、直接接合されている、請求項11に記載のフォトニック結晶素子。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021192760A JP7108118B2 (ja) | 2020-07-27 | 2021-11-29 | フォトニック結晶素子 |
JP2021192761A JP7108119B2 (ja) | 2020-07-27 | 2021-11-29 | フォトニック結晶素子 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020126208 | 2020-07-27 | ||
JP2020126208 | 2020-07-27 | ||
PCT/JP2021/027594 WO2022025009A1 (ja) | 2020-07-27 | 2021-07-26 | フォトニック結晶素子 |
Related Child Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021192760A Division JP7108118B2 (ja) | 2020-07-27 | 2021-11-29 | フォトニック結晶素子 |
JP2021192761A Division JP7108119B2 (ja) | 2020-07-27 | 2021-11-29 | フォトニック結晶素子 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2022025009A1 JPWO2022025009A1 (ja) | 2022-02-03 |
JPWO2022025009A5 JPWO2022025009A5 (ja) | 2022-07-11 |
JP7285340B2 true JP7285340B2 (ja) | 2023-06-01 |
Family
ID=80036200
Family Applications (3)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021567018A Active JP7285340B2 (ja) | 2020-07-27 | 2021-07-26 | フォトニック結晶素子 |
JP2021192761A Active JP7108119B2 (ja) | 2020-07-27 | 2021-11-29 | フォトニック結晶素子 |
JP2021192760A Active JP7108118B2 (ja) | 2020-07-27 | 2021-11-29 | フォトニック結晶素子 |
Family Applications After (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021192761A Active JP7108119B2 (ja) | 2020-07-27 | 2021-11-29 | フォトニック結晶素子 |
JP2021192760A Active JP7108118B2 (ja) | 2020-07-27 | 2021-11-29 | フォトニック結晶素子 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20230112992A1 (ja) |
JP (3) | JP7285340B2 (ja) |
DE (1) | DE112021003953T5 (ja) |
WO (1) | WO2022025009A1 (ja) |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003069312A (ja) | 2001-08-23 | 2003-03-07 | Mitsubishi Electric Corp | 高周波用導波路とその製造方法 |
JP2003227953A (ja) | 2002-02-06 | 2003-08-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | フォトニック結晶集光素子、フォトニック結晶集光光源、および光ディスク装置 |
WO2004086102A1 (ja) | 2003-03-26 | 2004-10-07 | Tdk Corporation | 二次元フォトニック結晶、ならびにそれを用いた導波路および共振器 |
US20040264903A1 (en) | 2001-10-19 | 2004-12-30 | Dridi Kim Hakim | Intergrated photonic crystal structure and method of producing same |
JP2005274840A (ja) | 2004-03-24 | 2005-10-06 | Ricoh Co Ltd | 光遅延素子 |
JP2006517735A (ja) | 2003-02-05 | 2006-07-27 | ケンブリッジ ユニバーシティ テクニカル サービシズ リミティド | 小径ロッド及びチューブの作製方法 |
JP2008035017A (ja) | 2006-07-27 | 2008-02-14 | Murata Mfg Co Ltd | 2次元周期構造を有する高周波デバイス |
JP2008299031A (ja) | 2007-05-31 | 2008-12-11 | Canon Inc | フォトニック結晶構造およびその製造方法 |
WO2010073708A1 (ja) | 2008-12-26 | 2010-07-01 | 日本電気株式会社 | 波長フィルタ |
JP2015162787A (ja) | 2014-02-27 | 2015-09-07 | 国立大学法人大阪大学 | 方向性結合器および合分波器デバイス |
JP2015187716A (ja) | 2014-03-12 | 2015-10-29 | 国立大学法人大阪大学 | テラヘルツ波デバイス、およびテラヘルツ波集積回路 |
JP2019082518A (ja) | 2017-10-30 | 2019-05-30 | 有限会社オートクローニング・テクノロジー | 光マトリクススイッチ |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4785194B2 (ja) * | 2006-08-25 | 2011-10-05 | 日本碍子株式会社 | スラブ型2次元フォトニック結晶構造の製造方法 |
JP6281868B2 (ja) | 2013-03-08 | 2018-02-21 | 国立大学法人大阪大学 | フォトニック結晶スラブ電磁波吸収体および高周波金属配線回路、電子部品、および送信器、受信器および近接無線通信システム |
-
2021
- 2021-07-26 WO PCT/JP2021/027594 patent/WO2022025009A1/ja active Application Filing
- 2021-07-26 DE DE112021003953.9T patent/DE112021003953T5/de active Pending
- 2021-07-26 JP JP2021567018A patent/JP7285340B2/ja active Active
- 2021-11-29 JP JP2021192761A patent/JP7108119B2/ja active Active
- 2021-11-29 JP JP2021192760A patent/JP7108118B2/ja active Active
-
2022
- 2022-12-07 US US18/062,733 patent/US20230112992A1/en active Pending
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003069312A (ja) | 2001-08-23 | 2003-03-07 | Mitsubishi Electric Corp | 高周波用導波路とその製造方法 |
US20040264903A1 (en) | 2001-10-19 | 2004-12-30 | Dridi Kim Hakim | Intergrated photonic crystal structure and method of producing same |
JP2003227953A (ja) | 2002-02-06 | 2003-08-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | フォトニック結晶集光素子、フォトニック結晶集光光源、および光ディスク装置 |
JP2006517735A (ja) | 2003-02-05 | 2006-07-27 | ケンブリッジ ユニバーシティ テクニカル サービシズ リミティド | 小径ロッド及びチューブの作製方法 |
WO2004086102A1 (ja) | 2003-03-26 | 2004-10-07 | Tdk Corporation | 二次元フォトニック結晶、ならびにそれを用いた導波路および共振器 |
JP2005274840A (ja) | 2004-03-24 | 2005-10-06 | Ricoh Co Ltd | 光遅延素子 |
JP2008035017A (ja) | 2006-07-27 | 2008-02-14 | Murata Mfg Co Ltd | 2次元周期構造を有する高周波デバイス |
JP2008299031A (ja) | 2007-05-31 | 2008-12-11 | Canon Inc | フォトニック結晶構造およびその製造方法 |
WO2010073708A1 (ja) | 2008-12-26 | 2010-07-01 | 日本電気株式会社 | 波長フィルタ |
JP2015162787A (ja) | 2014-02-27 | 2015-09-07 | 国立大学法人大阪大学 | 方向性結合器および合分波器デバイス |
JP2015187716A (ja) | 2014-03-12 | 2015-10-29 | 国立大学法人大阪大学 | テラヘルツ波デバイス、およびテラヘルツ波集積回路 |
JP2019082518A (ja) | 2017-10-30 | 2019-05-30 | 有限会社オートクローニング・テクノロジー | 光マトリクススイッチ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2022025009A1 (ja) | 2022-02-03 |
JP7108119B2 (ja) | 2022-07-27 |
JP7108118B2 (ja) | 2022-07-27 |
WO2022025009A1 (ja) | 2022-02-03 |
US20230112992A1 (en) | 2023-04-13 |
JP2022036087A (ja) | 2022-03-04 |
JP2022040119A (ja) | 2022-03-10 |
DE112021003953T5 (de) | 2023-06-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Liu et al. | Enhancement of the gain for microstrip antennas using negative permeability metamaterial on low temperature co-fired ceramic (LTCC) substrate | |
Brière et al. | An etching‐free approach toward large‐scale light‐emitting metasurfaces | |
Zheng et al. | A compact waveguide slot filtering antenna based on mushroom-type surface | |
US20240125986A1 (en) | Member for terahertz equipment | |
Torrisi et al. | Design and characterization of a silicon w-band woodpile photonic crystal waveguide | |
JP7108118B2 (ja) | フォトニック結晶素子 | |
JP7319472B2 (ja) | 導波素子 | |
Lee et al. | Directive millimetre-wave antenna based on freeformed woodpile EBG structure | |
Liu et al. | Substrate-Integrated Non-Radiative Dielectric (SINRD) Waveguide for THz Integrated Circuits and Systems | |
Si et al. | Experimental Realization of High Transmittance THz 90$^{\circ} $-Bend Waveguide Using EMXT Structure | |
McKinzie et al. | 60 GHz patch antenna in LTCC with an integrated EBG structure for antenna pattern improvements | |
WO2023017820A1 (ja) | 導波素子 | |
Ren et al. | 3D-printed open-ended waveguide antenna for 60 GHz applications | |
JP7138257B1 (ja) | 導波素子 | |
Beruete et al. | Connection between extraordinary transmission and negative refraction in a prism of stacked sub-wavelength hole arrays | |
JP2023026301A (ja) | 導波素子 | |
WO2023017774A1 (ja) | 導波素子および導波素子の製造方法 | |
JP2023026414A (ja) | 導波素子 | |
Ouassal | Investigation of electromagnetic band-gap structures using metallic open square rings for microwave applications | |
Schuster et al. | Resonant and waveguiding defect modes in a two-dimensional electromagnetic band-gap slab structure for millimeter wave frequencies | |
Müller et al. | Photonic crystals from macroporous silicon | |
Padhi | Improved performance of EBGs on a co‐planar transmission line using tapered distribution | |
CN117693863A (zh) | 波导元件及波导元件的制造方法 | |
JP2023020811A (ja) | フォトニック結晶素子用複合基板 | |
Mo et al. | Design of triple‐mode bandpass filter using novel resonant structure |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20211129 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20211129 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220719 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220819 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20221206 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230120 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230425 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230522 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7285340 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |