KR100670080B1 - 3차원 광자 결정 도파관 구조 - Google Patents

3차원 광자 결정 도파관 구조 Download PDF

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Abstract

3차원(3D) 광자 결정으로 형성되는 도파관 구조가 개시되었다. 3D 광자 결정은 고체 기판 내에 형성되는 공극들의 주기적인 배열을 포함한다. 공극들은 완전 포토닉 밴드갭을 생성하도록 배열된다. 공극들은 "표면 변환"으로 불리는 기술을 사용하여 형성되기도 하는데, 이 기술은 기판 표면에 홀을 형성하고, 공극들을 기판에 형성하기 위해 표면 부근의 기판의 이동을 개시하도록 기판을 어닐링하는 것과 관련된다. 완전 밴드갭에 해당하는 방사를 전송할 수 있는 채널이 3D 광자 결정 내에 형성되어 도파관을 형성한다. 도파관은 2개의 3D 광자 결정 영역들을 맞닿게 함으로써 형성될 수 있는데, 적어도 하나의 영역에는 채널이 형성되어 있다. 밴드갭 파장은 밴드갭 파장의 분수(fraction)인 격자 상수를 갖도록 공극들의 주기적 배열을 배열함으로써 선택될 수 있다.
3D 광자 결정, 도파관, 포토닉 밴드갭, 공극, 완전 밴드갭

Description

3차원 광자 결정 도파관 구조 {THREE-DIMENSIONAL PHOTONIC CRYSTAL WAVEGUIDE STRUCTURE}
본 발명은 도파관에 관한 것으로서, 특히 광자 결정(photonic crystals)을 채용한 도파관 구조 및 방법에 관한 것이다.
전자의 파동 성질과 원자의 주기적 격자는 고체 내에서의 전자의 허용 에너지 밴드와 금지 에너지 갭을 만든다. 금지 갭은 특정 파장 및 방향으로의 전자들의 상쇄 간섭에 기인한다. 금지 갭이 모든 가능한 방향에 대하여 존재하면, 완전 밴드갭으로 지칭된다. 반도체는 가전자대와 전도대 사이에 완전 밴드갭을 갖는다.
광학적 유사성을 광자 결정이라 할 수 있는데, 여기서 대비되는 유전체 구조(즉, 상이한 굴절률)의 주기적인 격자는 원자들이 전자에 대하여 작용하는 빛에 대한 주기적인 포텐셜을 제공한다. 광자 결정은 회절 격자의 연장(즉, 일차원 광자 결정) 또는 X선 결정학에서 사용되는 자연적으로 출현하는 결정으로 간주될 수 있다. 회절 격자 또는 X선 결정과 상호작용하는 빛은 주기적인 구조와 상호 작용하며 "허용되는" 방향으로 재분배되고 "금지된" 방향으로부터 배제된다. 금지된 방향은 그 구조의 "포토닉 밴드갭(photonic bandgaps)"이다.
광자 결정은 특정 파장과 방향을 갖는 빛이 광자 결정 내로 전파되는 것을 방지하는 포토닉 밴드갭을 갖도록 설계될 수 있다. 광자 결정이 모든 편광 및 방향에 대한 파장 범위 내로 빛이 전파되는 것을 허용하지 않으면, 이는 "완전 포토닉 밴드갭(complete photonic bandgap)"을 갖는 것으로 일컬어진다. 완전 포토닉 밴드갭을 위한 필수 조건은 대조적인 유전체 격자가 삼차원(3D)으로 주기적인 것이다.
광자 결정 및 그 거동에 대한 연구는 문헌[Phys. Rev. Lett 58, No. 20, 2059-2062(1987)]에 수록된 "고체 물리 및 전자학에서의 억제 자발 방출"이라는 제목의 야블로노비치의 논문에 의해 촉발되었다. 이론적인 고찰에 기초하여, 보다 나은 레이저로부터 극도로 소형화된 광 스위치 및 도파관에 이르는 다수의 새로운 광학 디바이스들이 이와 같이 상대적으로 새로운 분야에서 작업자들에 의해 제안되었다.
광자 결정이 새로운 디바이스들을 제조하는 데 있어 상당한 가능성을 제시하지만, 그러한 결정을 사전설정된 구조를 갖도록 제조하는 것은 이러한 기대를 꺽게한다. 문헌[Phys. Rev. Lett. 67, No. 17, 2295-2298(1991)]에 수록된 "포토닉 밴드 구조: 비구형 원자를 채용한 체심 입방 케이스"라는 제목의 야블로노비치 등의 논문은 유전체 재료 내에 교차하는 밀리미터 크기의 홀들을 천공함으로써 제1 인공 3D 광자 결정을 형성하는 것을 기재한다. 이러한 광자 결정은 스펙트럼의 마이크로파 범위 내의 밴드갭을 가지며 제한적인 실용성을 갖는다.
야블로노비치에 의한 조기의 선구적인 작업에 의해, 많은 연구가 적외선 및 가시광선에서의 광자 결정의 제조 및 연구에 쏟아졌다. 문헌[Adv. Mater. 13, No. 6, 2001년 3월 16일]에 수록된 "실리콘계 광자 결정"이라는 버너 등의 논문은 2차원(2D) 및 3차원(3D) 광자 결정을 제조하는 것을 기재한다. 2D 광자 결정은 2차원으로 주기성을 가지며 3차원으로는 균일하며 3D 광자 결정보다 제조하기가 훨씬 수월하다. 2D 광자 결정이 엄격한 의미로는 완전한 밴드갭을 갖지 않더라도, 주기 평면으로 정밀하게 제한되는 전파의 모든 방향 및 편광에 대하여 존재하는 금지 갭을 가질 수 있다. 보다 제한적인 의미로, 금지 갭은 "완전한 2D 밴드갭"으로 지칭된다.
완전 밴드갭을 갖는 3D 광자 결정에 대한 하나의 응용은 빛을 안내하는 것이다. 이는 공기 충전된 도파관으로서 작용하도록 그러한 광자 결정 내에 경로를 조각함으로써 달성될 수 있다. 완전 밴드갭 내에서 일정 주파수로 공기 충전된 도파관 안에서 전파되는 빛은 광자 결정에 의해 전반사될 것이며 도파관 내로 완전히 구속되어 이를 따라 안내될 것이다. 이는 종래의 도파관(예를 들어, 광섬유)에 비해 훨씬 양호하게 좁은 굴곡부 주위로 빛을 구속해야 하는데, 도파는 보다 높은 굴절률의 코어와 보다 낮은 굴절률의 클래딩 사이의 계면에서 내부 전반사의 제한된 각도 범위에 좌우된다.
많은 작업이 2D 광자 결정의 영역에서 수행되었다. 예를 들어, 전기화학적 에칭에 의해 실리콘 기판 내에 제조되는 약 1 마이크론 직경의 매우 작은 원통형 홀들의 2차원 어레이의 형성은 문헌[Phys. Status Solids, A 165, 111(1998)]에 수록된 "초미세공 실리콘: 근적외선 스펙트럼 범위에 적당한 2차원 포토닉 밴드갭 재료"라는 제목의 버너 등의 논문에 기재되었다. 문헌[Phys. Rev. B, 60 5751(1999)]에 실린 "광자 결정 널판 내에서의 안내 모드"라는 제목의 존슨의 논문에 기재된 바와 같이, 이러한 기술은 1.25 마이크론의 자유 공간 파장에서 "완전 2D 밴드갭"을 갖는 2D 광자 결정을 생성하기 위해 0.5 마이크론의 피치로 0.36 마이크론 홀의 삼각형 격자를 형성하기 위해 추가로 개발되었다.
문헌[Appl. Phys. Lett., 77, No. 13, 2000년 9월 25일, pp. 2813-2815]에 수록된 "평면 광자 결정 내에서의 도파"라는 제목의 롱카 등의 논문은 이산화 실리콘 상의 실린콘 내에 설계 및 제조되는 2D 광자 결정 회로의 제조에 대해 기재하고 있다. 회로는 1.5 마이크론에서 안내하고 상기 논문의 도 2에 도시된 바와 같이 실리콘에서의 화학적으로 보조되는 이온빔 에칭에 의해 형성되는 원통형 홀들의 삼각형 격자로 구성되는 2D 광자 결정을 이용하는 평면 도파관을 포함한다. 실리콘 판 도파관은 2D 광자 결정으로부터 원통형 홀의 일 열을 생략함으로써 형성된다. 판 도파관과 광자 결정의 상부면과 하부면은 공기와 접촉한다. 구조는 2D 광자 결정에 의해 2D 측방향 구속을 이용하는데, 수직(즉, 3차원)으로의 구속은 상부 및 하부의 Si/공기 계면에서의 종래의 내부 전반사로부터 된다. 상기 논문은 직선 부분과 60°와 90°굴곡부 둘레에서의 전파에 대해 상세히 논한다.
2D 광자 결정 도파관은 평면 회로 및 분산형 피드백(distributed feedback; DFB) 레이저와 같은 특정 애플리케이션에 사용 가능하지만, 3D 광자 결정 도파관을 요구하는 다수의 다른 애플리케이션(예를 들어, 초소형 광학 및 전기광학 집적 회로 및 디바이스의 형성)이 있다. 그러나, 지금까지는 3D 광자 결정 도파관을 용이하게 형성하는 것은 어려운 것으로 판명되었다. 소정 밴드갭 파장이 가시광선 또 는 적외선 범위에 있는 경우에 특히 그러한데, 그 이유는 격자의 치수가 밴드갭 파장의 분수(fraction)이어야 하기 때문이다.
일부 기술은 3D 광자 결정을 제조하기 위해 개발되었지만, 이러한 기술은 개별 유전체 층을 형성하고 나서 이들 층들을 적재 및 접합하여 결정을 제조하는 것과 같은 극한 공정 조건을 요한다. 그러한 결정으로 3D 도파관을 형성하는 것은 또 다른 수준의 복잡성을 더한다.
특정 3D 광자 결정이 완전 또는 불완전 포토닉 밴드갭을 갖느냐는 특정 격자 종류 및 그 파라미터(예를 들어, 크기, 형태 및 공극의 간격)에 좌우된다. 다행히, 소정의 격자 종류(예를 들어, 다이아몬드)로부터 형성되는 광자 결정의 밴드갭 특성은 계산될 수 있다. 격자 파라미터에 기초하여 3D 광자 결정의 밴드갭 특성을 결정하기 위한 하나의 기술은 문헌[Phys. Rev. Lett., 65, No. 25, 3152-3155 (1990)]에 수록된 "주기성 유전체 구조 내의 포토닉 갭의 존재"라는 제목의 호 등의 논문에 제안되었으며, 이 논문은 본 명세서에 참고자료로서 통합되었다. 호의 논문은 특정 결정 격자(예를 들어, 다이아몬드)가 전술한 격자 파라미터에 따라서 완전 또는 불완전 밴드갭을 갖는 3D 광자 결정을 형성할 수 있음을 보여 준다.
따라서, 3D 포토닉 밴드갭 결정으로부터 도파관 및 도파관 기반의 디바이스를 형성하기 위한 개선된 방법이 요구된다.
<발명의 개요>
도파관 구조 및 도파관 구조를 형성하는 방법이 기재되어 있다. 도파관 구조는 제1 3차원(3D) 광자 결정 영역과 완전 포토닉 밴드갭을 갖는 단일 3D 광자 결 정 영역을 형성하도록 결합되는 제2 3D 광자 결정 영역을 포함한다. 도파관 구조는 또한 단일 3D 광자 결정 영역을 통과하며 완전 포토닉 밴드갭에 대응하는 파장의 방사를 수용 및 안내하는 크기로 된 채널을 포함한다.
각각의 제1 및 제2 3D 광자 결정 영역은 불완전 포토닉 밴드갭을 갖는 제1 공극으로부터 형성된 단위 셀의 제1 주기적 배열을 포함하며, 제1 공극은 가상의 결합에 의해 연결된다. 각각의 제1 및 제2 3D 광자 결정 영역은 또한 각 제2 공극이 가상의 결합들 중 하나를 따라 배열되어 완전 포토닉 밴드갭을 갖는 3D 광자 결정을 형성하도록 각각의 단위 셀을 변형시키는 제2 공극의 제2 주기적 배열을 포함한다.
도파관 구조를 형성하는 방법은 제1 3D 광자 결정 영역과 제2 3D 광자 결정 영역을 형성하는 단계를 포함한다. 채널은 제1 3D 광자 결정 영역 내에 형성된다. 제1 및 제2 3D 광자 결정 영역은 채널과 그 채널을 덮는 제2 3D 광자 결정 영역의 일부에 의해 구획되는 3D 도파관을 형성하도록 경계를 이룬다.
본 발명의 이러한 실시예, 관점, 이점 및 특징은 이어지는 설명에 일부 기재될 것이며, 부분적으로는 본 발명에 대한 후속의 설명 및 참조 도면을 참조함으로써 또는 본 발명의 실시에 의해 당해 분야의 숙련자에게 자명할 것이다. 본 발명의 관점, 이점 및 특징은 첨부된 청구의 범위 내에 특히 지적된 수단, 절차 및 조합에 의해 구현 및 달성된다.
도 1은 "원자"로서의 공극을 갖는 14가지의 대표적인 단위 셀을 도시한 것으 로, 단위 셀의 예는 본 발명의 완전 밴드갭 3D 광자 결정 도파관 구조를 형성하기 위한 기초로서 사용될 수 있다.
도 2A는 고체 유전체 기판 내에 형성되는 공기 구체를 포함하는 다이아몬드 결정 구조를 위한 충전률의 함수로서 갭/중간 갭 비율을 도시하는 호 등의 논문에서 취한 도면이다.
도 2B는 충전률이 81％인 경우에 공기 구체를 포함하는 다이아몬드 결정 구조에 대한 공기 구체와 기판의 굴절률 사이의 굴절률 비(비율)의 함수로서 갭/중간 갭 비율을 도시하는 호 등의 논문으로부터의 도표이다.
도 3A는 기판 내에 형성되는 다이아몬드 단위 셀들의 어레이로 구성되는 광자 결정의 등각도이다.
도 3B는 도 3A의 광자 결정을 형성하기 위해 사용되는 다이아몬드 단위 셀들 중 하나를 도시한 것으로, 각 다이아몬드 단위 셀은 고체 기판 내에 생성된 구형 공극 "원자"로부터 형성되는데, "원자"들은 가상의 사면체 "결합"에 의해 연결된다.
도 3C는 입방면 상에 투사된 도 3B의 다이아몬드 단위 셀 내의 구형 공극 위치들을 나타내는 도면으로서, 점선은 격자 상수(a0) 단위 내의 기부 상부로의 높이를 나타낸다.
도 4는 표면 변형을 통해 구형 공극을 형성하기 전에 소정의 길이(L), 반경(R) 및 간격(S)으로 된 원통형 홀들이 내부에 형성된 기판의 하향 사시도이다.
도 5A는 기판 내에 형성된 변형된 다이아몬드 단위 셀의 어레이로 구성되는 광자 결정의 등각도이다.
도 5B는 사면체 결합을 따라 기존의 구형 공극들 사이의 중간 지점에 추가의 구형 공극을 형성함으로써 도 3A의 다이아몬드 단위 셀을 변형시킴으로써 형성되는 변형된 다이아몬드 단위 셀을 도시한다.
도 5C는 도 5A의 변형된 다이아몬드 단위 셀을 제외하고는 도 3C와 동일한 도면이다.
도 6A는 대체로 동일한 3D 광자 결정 영역들이 내부에 각각 형성된 제1 및 제2 기판의 단면도이다.
도 6B는 채널이 3D 광자 결정 영역의 표면 내에 형성되어 있는, 도 6A의 제1 기판의 단면도이다.
도 6C는 채널이 3D 광자 결정 영역 내에 형성된 굴곡부를 갖는, 제1 기판의 하향 사시도이다.
도 6D는 테이퍼진 채널이 3D 광자 결정 영역 내에 형성되어 있는, 제1 기판의 하향 사시도이다.
도 6E는 채널 도파관을 형성하도록 정렬되고 서로 접합된 제1 및 제2 기판들의 단면도이다.
도 6F는 도 6E와 유사하지만 제2 3D 광자 결정 영역도 채널을 갖는 단면도이다.
도 6G는 제2(상부) 기판의 하부면이 제2 기판의 3D 광자 결정 영역 아래 또 는 바로 위로 연마된, 도 6E의 접합된 기판들의 단면도이다.
도 7은 도 6E의 3D 광자 결정 도파관을 포함하는 3D 광자 결정 도파관 광학 시스템의 단면도이다.
도면에 있어서, 참조 번호의 첫 번째 자리는 도면의 번호에 해당한다. 따라서, 상이한 도면들의 동일한 요소들은 도면의 번호를 나타내는 첫 번째 자리만이 다른 참조 번호를 갖는다.
본 발명의 실시예들에 대한 후속의 상세한 설명에서는, 본 발명의 일부를 형성하며 본 발명이 실행될 수 있는 구체적인 실시예들을 설명하기 위해 도시된 첨부 도면을 참조하였다. 이들 실시예들은 당해 분야의 숙련자들이 본 발명을 실행할 수 있도록 충분히 상세하게 기재되었으며, 다른 실시예들이 이용될 수 있으며 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 변경이 수행될 수 있는 것으로 이해된다. 그러므로, 후속의 상세한 설명은 제한적인 의미로 취해져서는 안되며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구의 범위에 의해서만 정의된다.
다음의 설명에서 사용되는 용어 "기판"은 다른 것들 중에서 특히 광학적, 전자적 및 음향적 특성이 이와 같은 재료, 구조 또는 이들의 조합체 내에서의 포토닉 에너지 밴드를 형성 및 재배열함으로써 변형될 수 있는 임의의 재료, 구조 및 재료/구조의 조합체를 포함한다. 따라서, 용어 "기판"은 예를 들어 다른 것들 중에서 특히 선형 및 비선형 광학 재료, 금속, 반도체 및 절연체/유전체, 음향 재료, 자성 재료, 강유전성 재료, 압전 재료 및 초전도 재료를 포함하는 것으로 이해된 다. 추가로, 용어 "기판"은 실리콘, 절연체 상부의 실리콘, 도핑 처리 또는 처리되지 않은 반도체, 베이스 반도체 형성에 의해 지지되는 실리콘의 에피택셜 층, 및 다른 반도체 구조 상에 형성되는 기판을 포함하는 것으로 이해된다. 또한, 다음의 설명에서 반도체 "기판"을 참조하면, 베이스 반도체 구조 또는 기초 내에 영역 또는 접합들을 형성하기 위해 이전 공정 단계들이 이용될 수도 있다.
완전 밴드갭의 3D 광자 결정의 형성
본 발명은 완전히 구속되는 3D 포토닉 밴드갭 도파관 구조를 생성하기 위해 완전 밴드갭 3D 광자 결정을 형성하는 것에 관한 것이다. 도파관 구조를 제조하는 데에 사용되는 완전 밴드갭 3D 광자 결정은 고체 기판 내에 생성되는 공극의 주기적인 배열로 형성된다. 이와 같은 공극을 생성하기 위해 선호되는 기술은 2001년 5월 22일에 출원되었으며 "고체 재료 내에 3차원 포토닉 밴드 구조를 형성하는 방법"이라는 명칭의 미국 특허 출원 제09/861,770호에 상세히 기재된 "빈 공간들의 표면 변환"(또는 간략히, "표면 변환")이라 지칭되며, 상기 특허 출원은 전술한 바와 같이 본 명세서에 참고자료로서 통합되었다.
표면 변환 기술을 사용하여, 임의의 격자 대칭성을 갖는 3D 광자 결정이 제조될 수 있다. 다수의 공간 그룹 대칭성들 중 임의의 하나가 표면 변환에 의해 실제로 임의의 고체 재료의 기판 내에 형성되어, 그 광학적 및 전자기적 특성을 제어할 수 있다. 공간 그룹 대칭성은 소정 깊이 및 소정 격자 위치로 홀을 천공한 다음 기판 재료의 용융점에 근접한 온도로 재료를 가열하여 소정의 격자 위치에 공극 패턴을 자발적으로 형성함으로써 기판 내에 형성되는 복수개의 공극들을 포함한다. 공극들은 다양한 기하학적 형태(예를 들어, 구체, 원통형, 판형 등)를 가질 수 있으며, 예컨대 문헌[Introduction to Solid State Physics, J. Wiley & Sons, 3d Ed., (1996)]에서 씨. 키텔에 의해 기재된 도 1의 대표적인 단위 셀들을 사용한 다양한 공간 그룹 대칭성과 상이한 특성으로 형성될 수 있다.
일반적으로, 포토닉 밴드갭의 파장은 광자 결정의 약 2 주기(즉, 격자 상수(a0))이다. 따라서, 소정 파장(예를 들어, X선, 자외선, 가시광선, 적외선, 마이크로파 등)에 대한 밴드갭을 얻기 위해서, 격자 상수(a0)는 소정 파장의 분수(fraction)이어야 한다. 포토닉 밴드갭의 파장 및 폭은 또한 충전률에 좌우되는데, 이 충전률은 단위 셀의 전체 체적에 대한 단위 셀 내의 공극들의 체적 비율이다.
본 발명에 따르면, 격자 상수(a0)와 "원자"(즉, 공극) 형태 및 크기를 적당히 선택함으로써, 다양한 3D 광자 결정 및 그에 따른 3D 광자 결정 도파관 구조가 해당 파장 영역에 대하여 생산될 수 있다. 포토닉 밴드갭 파장의 하한은 최소 격자 상수(a0)와 특정 기판 내에 형성되는 공극들에 의해 주로 결정된다.
변형된 3D 광자 결정에 의한 도파관 구조
전술한 바와 같이, 본 발명의 3D 광자 결정 도파관 구조는 완전 밴드갭 3D 광자 결정의 형성을 요구한다. 그러나, 특정 공간 그룹 대칭성과 소정의 크기 및/또는 형태로 된 공극을 갖도록 형성된 특정 3D 광자 결정은 하나의 충전률에서는 필수적인 완전 결정 밴드갭을 제공할 수 없지만 다른 충전률에서는 그럴 수 있다. 따라서, 본 발명은 완전 밴드갭을 형성하도록 변형된 3D 광자 결정을 사용하여 도파관 구조를 형성하는 방법을 포함한다.
문헌[Phys. Rev. Lett., 65, No. 25, 1990년 12월 17일, pp. 3152-3155]에 수록된 "주기적인 유전체 구조 내의 포토닉 갭의 존재"라는 제목의 호 등의 논문에서는 유전성 배경에서 다양한 크기로 된 공기 구체(즉, 구형 공극)에 대하여 다이아몬드 격자의 포토닉 밴드 구조를 계산하였으며, 상기 논문은 본 명세서에 참고로 통합되었다. 호 등은 완전 밴드갭이 구형 공극의 다이아몬드 격자에 대하여 존재하는 조건을 식별하였다.
도 2A는 호에 의한 논문에서 발췌되었으며(논문에서는 도 3(a)), 고체 기판 내에 형성된 공기 구체의 경우 충전률에 대한 "갭/중간 갭 비율"을 도시한다. 갭/중간 갭 비율은 중간 갭 주파수로 표준화된 다이아몬드 결정의 계산된 밴드갭(주파수 단위)의 크기 비율이다. 도 2로부터, 약 0.35 이상의 충전률이 완전 밴드갭을 달성하는 데에 요구됨을 알 수 있다. 또한, 갭/중간 갭 비율은 약 0.8의 충전률이 달성될 때까지 성장하며, 0.8의 충전률 지점에서는 갭/중간 갭 비율이 신속하게 감소한다.
도 2B는 공기 구체들 사이의 굴절률 비와 기판의 굴절률의 함수로서 갭/중간 갭 비율을 도표화한 호 등(논문에서는 도 3(b))의 논문에서 발췌한 도면이다. 공기 구체는 81％의 충전률로 다이아몬드 결정 구조 내에 배열된다. 이러한 충전률의 경우에, 기판의 굴절률은 대략 2 이상일 필요가 있다. 또한, 굴절률이 크면 클수록, 갭/중간 갭 비율이 커진다.
도 3A는 기판(324) 내에 형성된 다이아몬드 단위 셀(310)의 열로 구성된 광자 결정(304)의 등각도이다. 다이아몬드 단위 셀(310)의 세부 구조는 도 3B와 도 3C에 도시되었다. 각 다이아몬드 단위 셀(격자)(310)은 기판(324) 내에 형성된 구형 공극(320)으로 구성되며 격자 상수(a0)를 갖는다. 공극(320)은 임의의 형태일 수 있다. 그러나, 구형 공극은 본 명세서에서 설명의 편의를 위한 일 예로서 고려되는 것이다. 구형 공극(320)은 가상의 사면체 "결합"(bond)(330)에 의해 연결된다. 이하에서는 설명의 편의을 위해 기판(324)이 규소(광학 지수, n=3.6)로 가정하며, 기판의 평면 내의 x와 y 축과 기판 평면에 수직인 z 축을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 구형 공극(320)들은 표면 변환에 의해 형성되는 것으로 간주된다. 따라서, 광자 결정(304)은 단위 셀(310)에 의해 구획되는 공극(320)들의 주기적인 배열로 구성된다. 이렇게 형성된 주기적인 배열은 불완전한 밴드갭을 갖는다.
도 4에 도시된 바와 같이, 표면 변환은 특정 반경(R), 깊이(L) 및 간격(S)(예를 들어, 격자 상수(a0)에 해당하는)을 갖는 원통형 홀(436)들의 소정 세트를 기판(424) 내에 천공한 후에 기판을 어닐링(anealing)하는 것과 관련된다. 이하에 기재된 방법은 어닐링 조건을 변경함으로써 GaAs, InP 등과 같은 다른 높은 굴절률(n>2)의 기판 내에 완전 포토닉 밴드갭을 형성하기 위해 적용될 수 있다.
간략히,(x, y) 내의 하나의 단위 셀과 Z 방향으로 N개의 단위 셀을 형성하는 것이 기재되었다. (x, y) 평면 내에서 추가의 단위 셀을 형성하기 위해, a0를 기준으로 x와 y 방향으로의 한 홀 패턴의 반복적인 평행이 요구되는 것이 전부이다.
기판 내에 z 방향으로 격자 주기성(a0)을 갖는 구형 공극을 생성하기 위해서는 원통형 홀들의 반경이 다음과 같아야 한다.
R = a0/8.89 ∼0.11a0
표면 변환 후에, 각 구형 공극(20)의 반경(Rs)은 다음과 같다.
Rs = (1.88/8.99)a0∼0.212a0
N개의 변형된 단위 셀들에 대하여 표면 변환에 의해 각 단위 셀을 구형 공극 격자 위치 (x,y,z)에서 형성하는 데에 필요한 z-방향으로의 초기 원통형 홀의 깊이(L)는 다음과 같다.
(a) (1,0,1)과 (0,1,1)의 단위 셀 위치의 경우:
L1 =(N)a0 = (N) 8.89 R
(b) (3/4,1/4,3/4)와 (1/4,3/4,3/4)의 경우:
L3/4 = (N+1/4)a0
(c) (1/2,0,1/2), (0,1/2,1/2), (1,1/2,1/2) 및 (1/2,1,1/2)의 경우:
L1/2 = (N+1/2)a0
두 개의 격자 지점 (1,1/2,1/2)과 (1/2,1,1/2)는 실제로 다음의 인접한 x-이동 및 y-이동된 단위 셀 내에 각각 있다. 이들은 도 3A 내지 도 3C와 일치하지만, x와 y 방향 기준(a0)으로 단위 셀을 이동하였을 때는 생략된다.
(d) (1/4,1/4,1/4)와 (3/4,3/4,1/4)의 경우:
L1/4 = (N+3/4)a0
(e) (0,0,0), (1/2,1/2,0)와 (1,1,0)의 경우:
L0 = (N+1)a0
어닐링(예를 들어, 수소의 10 토르 기압에서 1100 ℃) 중에, 구형 공극(320)은 도 3A에 도시된 바와 같이, 다이아몬드 격자(310)의 수직으로 적재된 N개의 단위 셀들내 각각의 격자 위치에서 실리콘 기판(324) 내에 형성된다.
다이아몬드 격자(310) 내에서 가장 가깝게 근접한 이웃은 사면체 결합(330)의 방향들을 따른 0.433a0 거리이며 구형 공극 반경(Rs)은 0.21a0이므로, 표면 변환 형성된 다이아몬드 격자는 단지 0.32의 충전률을 갖는다.
도 2의 도표를 다시 참조하면, 0.32의 충전률은 완전 밴드갭(즉, 0.32의 충전률에서는, 갭 크기가 0 이다)을 생산하기에 불충분하다. 그러나, 충전률이 약 0.35보다 크게 증가하면, 완전 밴드갭이 달성될 수 있다.
도 5A는 기판(514) 내에 형성된 단위 셀(510)들로 구성된 완전 밴드갭 광자 결정(504)의 등각도이다. 도 5B와 도 5C를 참조하면, 각 단위 셀(510)은 도 3B의 단위 셀(310)과 동일한 다이아몬드 단위 셀을 형성하는 사면체 결합(530)에 의해 연결되는 구형 공극(520)들을 포함한다. 그러나, 단위 셀(510)은 각 사면체 결합(530)을 따라 중간 지점에서 반경(0.212a0)의 추가 구형 공극(540)들을 포함하도록 더 변형된다. 구형 공극(540)들은 다이아몬드 대칭성을 변경하지는 않지만, 충전률을 0.48까지 증가시켜서, 갭/중간 갭 비율이 약 0.1이 되는 완전 밴드갭을 초래한다. 도 5B와 도 5C에 도시된 단위 셀(510)은 "변형된 다이아몬드 단위 셀"과 "변형된 다이아몬드 결정"으로 본 명세서에서 지칭된다.
N개의 변형된 단위 셀들에 대하여 각 단위 셀 격자 위치(x,y,z)에서 표면 변환에 의해 구형 공극(520, 540)을 형성하는 데에 필요한 z-방향으로의 초기 원통형 홀의 깊이(L)는 다음과 같다.
(A) (1,0,1)과 (0,1,1)의 격자 위치의 경우
L1 = (N)a0
(B) (7/8,1/8,7/8), (5/8,3/8,7/8), (3/8,5/8,7/8) 및 (1/8,7/8,7/8)의 경우
L7/8 = (N+1/8)a0
(C) (3/4,1/4,3/4)와 (1/4,3/4,3/4)의 경우
L3/4 = (N+1/4)a0
(D) (5/8,1/8,5/8), (7/8,3/8,5/8), (1/8,5/8,5/8) 및 (3/8,7/8,5/8)의 경우
L5/8 = (N+3/8)a0
(E) (1/2,0,1/2), (0,1/2,1/2), (1,1/2,1/2) 및 (1/2,1,1/2)의 경우
L1/2 = (N+1/2)a0
전술한 바와 같이, 격자 위치 (1,1/2,1/2) 및 (1/2,1,1/2)는 실제로 x 이동되고 y 이동된 단위 셀들에 인접한 다음 단위 내에 각각 있다. 이들은 도 5A 내지 도 5C와 일치하지만, x와 y 방향 기준(a0)으로 단위 셀을 이동시킬 때는 생략될 필 요가 있다.
(F) (3/8,1/8,3/8), (1/8,3/8,3/8), (7/8,5/8,3/8) 및 (5/8,7/8,3/8)의 경우
L3/8 = (N+5/8)a0
(G) (1/4,1/4,1/4)와 (3/4,3/4,1/4)의 경우
L1/4 = (N+3/4)a0
(H) (1/8,1/8,1/8), (3/8,3/8,1/8), (5/8,5/8,1/8) 및 (7/8,7/8,1/8)의 경우
L1/8 = (N+7/8)a0
(I) (0,0,0), (1/2,1/2,0) 및 (1,1,0)의 경우
L0 = (N+1)a0
전술한 원통형 홀 패턴이 있는 기판(524)을 어닐링(예를 들어, 10 토르 수소 기압에서 1100 ℃)하면 사면체 결합(530)의 정점에 위치되는 구형 공극(520)과 도 5A 내지 도 5C에 도시된 바와 같이 변형된 다이아몬드 격자의 수직으로 적재된 N개의 단위 셀들 내의 사면체 결합(530)을 따른 구형 공극(520)들 중간에 위치되는 구형 공극(540)들이 생성된다.
N개의(z 방향 적재된) 단위 셀들을 형성하기 위해 필요한 어닐링 시간은 예를 들어 "고체 상태 디바이스 및 재료에 관한 2000 국제 회의", 일본, 도쿄, pp 198-199(2000)에 수록된 증보 초록 내에 제시된 마쯔다케와 우시쿠에 의한 논문에서 기재된 방법을 사용하여 산정할 수 있다. a0 ∼ 1 마이크론과 R ∼ 0.1 마이크 론의 경우, N개의(z 방향 적재된) 단위 셀들의 형성을 위한 어닐링 시간(초 단위)은 약 N ×40으로 추정한다.
불완전한 밴드갭 결정 격자로부터 완전 밴드갭 3D 결정 격자를 형성하는 것을 실리콘 기판 내에 형성된 구형 공극들의 다이아몬드 격자를 변형시키는 것과 관련하여 설명하였지만, 이 방법은 임의의 불완전한 밴드갭 결정 격자를 변경시키는 것에 일반적으로 적용된다. 결정 구조가 완전 밴드갭을 생산하도록 변형될 수 있다면, 호 등의 논문에 기재된 방법은 특정 결정 구조가 완전한 밴드갭을 갖는지 여부를 결정하기 위해 채용될 수 있다. 선택적으로, 특정 결정 구조가 완전 밴드갭을 산출하는지 여부 또는 특정 결정 구조가 완전 밴드갭을 달성하도록 변형될 수 있는지 여부는 경험적으로 결정될 수 있다.
3D 광자 결정 도파관 형성
이하, 완전 구속형 3D 포토닉 밴드갭 도파관 구조를 형성하는 방법을 도 6A 내지 도 6C를 참조하여 설명하기로 한다.
도 6A에 있어서, 각각의 상부면(610, 612) 및 각각의 하부면(618, 620)이 구비된 제1 및 제2 기판(600, 604)이 구비된다. 상부면(632)과 완전 밴드갭을 갖는 제1 3D 광자 결정 영역(630)이 적어도 10 내지 15의 격자 상수(a0)의 깊이와 적어도 20 내지 30 격자 상수의 폭으로 제1 기판(600) 내에 형성된다. 상부면(642)과 완전 밴드갭을 갖는 제2 3D 광자 결정 영역(640)은 제2 기판(604) 내에 형성된다. 제2 3D 광자 결정 영역(640)은 양호하게는 제1 3D 광자 결정 영역(630)과 일치한다(또는 약 0.1a0 내에서 대체로 동일하다).
예시적인 실시예에 있어서, 제1 및 제2 3D 광자 결정 영역(630, 640)은 표면 변환에 의해 형성된다. 또한 예시적인 실시예에 있어서, 제1 및 제2 3D 광자 결정 영역들은 변형된 다이아몬드 결정 구조의 예와 관련하여 이상에서 논의한 바와 같이 완전 밴드갭을 갖는 변형된 결정 구조를 갖도록 형성된다. 일반적으로, 제1 및 제2 3D 광자 결정 영역은 완전 밴드갭을 제공하는 임의의 공극 배열을 가질 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 기판(600)의 상부면(610)은 제1 3D 광자 결정 영역(630)에 인접하여 정렬 마크(650)를 포함하며, 기판(604)의 상부면(612)은 제2 3D 광자 결정 영역(640)에 인접하여 정렬 마크(656)를 포함한다. 정렬 마크(650, 656)는 이하에 기술된 바와 같이 3D 광자 결정 영역(630, 640)의 상호 정렬을 촉진하도록 설계된다.
도 6B에 있어서, 채널(660)이 수평(Y 방향)으로 몇 개(예를 들어, 1 내지 4개)의 단위 셀과 수직(Z 방향)으로 몇 개(예를 들어, 1 내지 4 개)의 단위 셀들을 제거함으로써 3D 광자 결정 영역(630)의 상부면(632) 내에 형성된다. 제거되는 단위 셀의 정확한 개수는 격자 상수와 안내하고자 하는 빛의 파장에 좌우된다. 일반적으로 말해서, 채널(660)은 3D 광자 결정 영역(630, 640)의 완전 밴드갭에 해당하는 파장의 빛을 전송하기 위한 치수를 갖는다. 에칭과 같이 여러 표준 석판술 중 임의의 하나가 채널(660)을 형성하는 데에 사용될 수 있다. 채널(660)은 하부 벽(660)과 대향하는 측벽(666)을 포함한다. 예시적인 실시예에 있어서, 채널(660)은 도시된 바와 같이 직사각형 단면을 갖는다. 도 6C에 도시된 다른 예시적인 실시예에 있어서, 채널(660)은 굴곡부(670)를 포함한다. 채널(660)의 단면이 직사각형으로 도시되었을지라도, 도 6D에 도시된 바와 같은 테이퍼진 채널(672)을 포함한 다른 형태들이 형성될 수 있다.
도 6E에 있어서, 기판(600, 604)은 그 상부면(610, 612)들이 대면하도록 위치된다. 3D 광자 결정 영역(630, 640)은 그후(예를 들어, 정렬 마크(650, 656)를 사용하여) 서로 정렬되며 상부면(610, 612)들은 서로 접촉하여 표준적인 기판 접합 기술을 사용하여 상호 접합된다. 접합된 구조는 결과적으로 하부벽(662), 채널(660)의 대향하는 측벽(666) 및 채널을 덮는 제2 3D 광자 결정 영역(640)의 상부면(642)의 일부에 의해 구획되는 3D 채널 도파관(680)이 구비된 단일한 3D 광자 결정을 생성한다.
도 6F에 있어서, 다른 예시적인 실시예가 도시된 바, 채널(660)과 동일한 폭을 갖는 직사각형 채널(688)이 영역(640) 내에 형성되어, 채널 도파관(690)이 각각의 3D 광자 결정 영역(630, 640) 내의 채널로부터 형성된다.
도 6G에 있어서, 기판(604)의 하부면(620) 및/또는 기판(600)의 하부면(618)은 3D 광자 결정 영역(640) 및/또는 3D 광자 결정 영역(630)에 근접하여 선택적으로 연마된다. 일부 경우에, 3D 광자 결정 영역(640, 630)들 중 하나 또는 모두의 상부까지 연마하거나 또는 3D 광자 결정 영역들 중 하나 또는 모두를 도파관(680)에 근접한 아래까지 연마하는 것이 바람직하다.
3D 광자 결정 도파관 광학 시스템
본 발명은 바로 앞서 설명하고 예를 들어 도 6E와 도 6G에 도시된 3D 광자 결정 도파관을 사용하여 형성되는 3D 광자 결정 도파관 광학 시스템(701)을 포함한다.
도 7을 참조하면, 도파관 광학 시스템(701)은 3D 포토닉 도파관(780)의 입력 단부(707)에 작동식으로 결합된 방사원(703)을 포함하여 방사원으로부터 방출된 방사(721)가 도파관 아래로 전달된다. 방사(721)는 도파관(780)을 구획하는 3D 광자 결정 영역(730, 740)의 포토닉 밴드갭 내의 파장을 갖는다. 예시적인 실시예에 있어서, 방사원(703)은 다이오드 레이저이거나 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)와 같은 레이저이다.
방사(721)는 각 완전 밴드갭 결정 표면, 예를 들어 하부 채널 벽(732), 채널 측벽(도시되지 않음; 도 6G의 666 참조) 및 도파관(780)을 형성하는 상부면(742)에 의한 전방향 반사에 기인하는 가능한 전파 각도의 전체 범위에 걸쳐 3D 내에 구속된다. 도파관(780)이 공기, 다른 기체(예를 들어, 질소) 또는 진공을 포함할 수 있기 때문에, 도파관은 장거리 광통신에 사용되는 오늘날의 저손실 섬유(킬로미터 당 0.3 dB)에 비견할만하거나 그보다 양호한 전송 손실을 갖는 것으로 기대된다. 또한, 굴곡부(예를 들어, 도 6C의 굴곡부(670))에서의 굴곡 손실(bending loss)은 종래의 도파관에 비해서 현저하게 낮아야 하는데, 그 이유는 완전 밴드갭 광자 결정의 반사 기구가 입사각에 민감하지 않기 때문이다. 이는 도파관이 최대 90도에 이르는 굴곡부를 가질 수 있게 하여, 커플러, Y 이음부, 애드 드럽 멀티플렉서(분 기/결합 다중화기, add/drop multiplexer) 등과 같은 도파관 기반의 직접 광학 시스템을 제조하는 데에 있어서 보다 넓은 설계 범위를 제공한다.
계속해서 도 7을 참조하면, 광검출기(777)는 도파관 아래로 이동한 방사(721)를 수용 및 검출하고, 이에 반응하여 전기 신호(즉, 광전류)(787)를 생성하도록 도파관(780)의 출력 단부(783)에 작동식으로 결합된다. 전기 신호(787)을 수용 및 처리하도록 작동 가능한 전자 시스템(791)이 광검출기(777)에 연결된다.
결론
본 발명은 3D 광자 결정 도파관 구조과 이를 형성하는 방법이다. 본 발명에 사용되는 3D 광자 결정은 공극들의 주기적인 배열을 포함하고, 예시적인 실시예에 있어서, 이는 표면 변환 기술을 사용하여 형성된다. 또한, 도파관 구조를 형성하는 데에 있어서, 2개의 3D 광자 결정 영역들이 단일한 3D 광자 결정을 형성하도록 맞닿아 접합된다. 이는 3D 광자 결정 영역들 중 적어도 하나에 채널을 형성함으로써 도파관 구조가 용이하게 제조될 수 있게 한다.
본 발명의 방법은 또한 매우 작은(예를 들어, 자외선 이하) 파장으로부터 비교적 큰(적외선 이상) 파장에 이르는 파장에서 완전 밴드갭을 갖는 다양한 3D 광자 결정 도파관을 형성할 수 있게 한다. 또한, 본 발명은 3D 도파관 구조를 형성하기 위해 완전 밴드갭을 갖도록 변형되는 3D 광자 결정 구조를 이용하는 것을 제공한다.
본 발명을 양호한 실시예들과 관련하여 설명하였으나, 이로 제한되지 않음을 이해해야 한다. 반대로, 첨부된 청구의 범위에 규정된 본 발명의 정신 및 범위 내 에 포함될 수 있는 모든 대안물, 변형물 및 균등물을 포함하고자 한다.

Claims (27)

  1. 도파관 구조에 있어서,
    제1 3차원(3D) 광자 결정 영역과,
    제2 3D 광자 결정 영역 - 상기 제1 및 제2 3D 광자 결정 영역은 완전 포토닉 밴드갭을 갖는 단일 3D 광자 결정 영역을 형성하도록 결합됨 - 과,
    상기 단일 3D 광자 결정 영역을 통과하며 상기 완전 포토닉 밴드갭에 대응하는 파장의 방사를 수용 및 안내하는 크기로 형성된 공동(hollow) 채널
    을 포함하는 도파관 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 3D 광자 결정 영역은,
    불완전 포토닉 밴드갭을 갖는 제1 공극들 - 상기 제1 공극들은 가상의 결합에 의해 연결됨 - 로 형성되는 단위 셀들의 제1 주기적 배열과,
    제2 공극들 - 각각의 제2 공극은 완전 포토닉 밴드갭을 갖는 상기 제1 3D 광자 결정 영역을 형성하기 위해 각각의 단위 셀들을 변경시키도록 가상의 결합 중 하나를 따라 배열됨 - 의 제2 주기적 배열
    을 포함하는 도파관 구조.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 3D 광자 결정 영역은,
    불완전 포토닉 밴드갭을 갖는 제1 공극들 - 상기 제1 공극들은 가상의 결합에 의해 연결됨 - 로 형성되는 단위 셀들의 제1 주기적 배열과,
    제2 공극들 - 각각의 제2 공극은 완전 포토닉 밴드갭을 갖는 상기 제2 3D 광자 결정 영역을 형성하기 위해 각각의 단위 셀들을 변경시키도록 가상의 결합들 중 하나를 따라 배열됨 - 의 제2 주기적 배열
    을 포함하는 도파관 구조.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 3D 광자 결정 영역들 각각의 상기 제1 및 제2 공극들은 구형인 도파관 구조.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 3D 광자 결정 영역들 각각의 상기 제1 및 제2 공극들은 변형된 다이아몬드 결정 구조를 형성하는 도파관 구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 3D 광자 결정 영역은 표면을 포함하고,
    상기 제2 3D 광자 결정 영역은 표면을 포함하되, 상기 제1 및 제2 3D 광자 결정 영역들은 상기 제1 및 제2 3D 광자 결정 영역의 표면들에서 결합되는 도파관 구조.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 3D 광자 결정 영역이 형성되는 제1 기판과,
    상기 제2 3D 광자 결정 영역이 형성되는 제2 기판
    을 더 포함하는 도파관 구조.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 기판들 중 하나는 선형 광학 재료, 비선형 광학 재료, 금속, 반도체, 절연체, 유전체, 음향 재료, 자성 재료, 강자성 재료, 압전 재료 및 초전도체 재료로 구성되는 재료들의 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는 도파관 구조.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 공동 채널에 연결된 방사원을 더 포함하는 도파관 구조.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 공동 채널은 굴곡부(bend)를 포함하는 도파관 구조.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 공동 채널은 테이퍼(taper)를 포함하는 도파관 구조.
  12. 3차원(3D) 광자 결정 도파관 구조를 형성하는 방법에 있어서,
    제1 3D 광자 결정 영역을 형성하는 단계와,
    제2 3D 광자 결정 영역을 형성하는 단계와,
    상기 제1 3D 광자 결정 영역 내에 제1 공동 채널을 형성하는 단계와,
    상기 제1 공동 채널과 상기 제1 공동 채널을 덮는 상기 제2 3D 광자 결정 영역의 일부에 의해 구획되는 3D 도파관을 형성하도록 상기 제1 및 제2 3D 광자 결정 영역을 맞닿게 하는 단계
    를 포함하는 3D 광자 결정 도파관 구조 형성 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 3D 광자 결정 영역을 형성하는 단계는,
    불완전 포토닉 밴드갭을 갖는 제1 공극들 - 상기 제1 공극들은 가상의 결합에 의해 연결됨 - 로 형성된 단위 셀들의 제1 주기적 배열을 제1 기판에 형성하는 단계와,
    제2 공극들 - 각각의 제2 공극은 완전 포토닉 밴드갭을 갖는 상기 제1 3D 광자 결정 영역을 형성하기 위해 가상의 결합들 중 하나를 따라 각각 배열됨 - 의 제2 주기적 배열을 형성하는 단계
    를 포함하는 3D 광자 결정 도파관 구조 형성 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 공극들 중 하나는 2개의 상기 제1 공극들 중간에 형성되는 3D 광자 결정 도파관 구조 형성 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 3D 광자 결정 영역들의 상기 제1 및 제2 공극들은 표면 변환에 의해 형성되는 3D 광자 결정 도파관 구조 형성 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    완전 포토닉 밴드갭을 갖는 상기 제1 3D 광자 결정 영역을 형성하기 위해 필요한 공극들의 충전률을 결정하는 단계를 더 포함하는 3D 광자 결정 도파관 구조 형성 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 기판은 선형 광학 재료, 비선형 광학 재료, 금속, 반도체, 절연체, 유전체, 음향 재료, 자성 재료, 강자성 재료, 압전 재료 및 초전도체 재료로 구성되는 재료들의 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는 3D 광자 결정 도파관 구조 형성 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 제2 3D 광자 결정 영역을 형성하는 단계는,
    불완전 포토닉 밴드갭을 갖는 제1 공극들 - 상기 제1 공극들은 가상의 결합에 의해 연결됨 - 로 형성된 단위 셀들의 제1 주기적 배열을 제2 기판 내에 형성하는 단계와,
    제2 공극들 - 각각의 제2 공극은 완전 포토닉 밴드갭을 갖는 상기 제2 3D 광자 결정 영역을 형성하기 위해 가상의 결합들 중 하나를 따라 각각 배열됨 - 의 제2 주기적 배열을 형성하는 단계
    를 포함하는 3D 광자 결정 도파관 구조 형성 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 각각의 제1 및 제2 3D 광자 결정 영역들 중 상기 제1 및 제2 공극들은 구형인 3D 광자 결정 도파관 구조 형성 방법.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 제2 3D 광자 결정 영역 내에 제2 공동 채널을 형성하는 단계와,
    3D 도파관이 상기 제1 및 제2 공동 채널들에 의해 구획되도록 상기 제1 및 제2 3D 광자 결정들을 맞닿게 할 때 상기 제1 공동 채널을 상기 제2 공동 채널과 정렬시키는 단계
    를 더 포함하는 3D 광자 결정 도파관 구조 형성 방법.
  21. 제12항에 있어서,
    상기 제1 공동 채널은 직사각형 단면을 갖는 3D 광자 결정 도파관 구조 형성 방법.
  22. 제12항에 있어서,
    상기 제1 공동 채널은 굴곡부를 포함하는 3D 광자 결정 도파관 구조 형성 방법.
  23. 제12항에 있어서,
    상기 제1 공동 채널은 테이퍼를 포함하는 3D 광자 결정 도파관 구조 형성 방법.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 공동 채널은 공기로 채워진 도파관 구조.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 공동 채널은 기체로 채워진 도파관 구조.
  26. 제12항에 있어서,
    상기 제1 공동 채널을 공기로 채우는 단계를 더 포함하는 3D 광자 결정 도파관 구조 형성 방법.
  27. 제12항에 있어서,
    상기 제1 공동 채널을 기체로 채우는 단계를 더 포함하는 3D 광자 결정 도파관 구조 형성 방법.
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