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3次元フォトニック結晶製造方法 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P04P001155
整理番号 A112P71
掲載日 2004年9月14日
出願番号 特願2003-006678
公開番号 特開2004-219688
登録番号 特許第4187096号
出願日 平成15年1月15日(2003.1.15)
公開日 平成16年8月5日(2004.8.5)
登録日 平成20年9月19日(2008.9.19)
発明者
  • 野田 進
  • 今田 昌宏
  • 小川 新平
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 3次元フォトニック結晶製造方法 コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】3次元フォトニック結晶の製造において、異なる材料から成る部材同士を剥離が生じることなく、且つ位置ずれが生じることなく熱接着することができる方法を提供する。
【解決手段】3次元フォトニック結晶の主構成層22と発光層24とを、220℃の温度で仮接着する((a)、(b))。発光層24を載置した基板23を機械研磨により薄くする((c))。主構成層22と発光層24とを525℃の温度で本接着する((d))。これにより、基板21と基板23との熱膨張の差により主構成層22-発光層24間に生じる力は、仮接着時には温度が低いため、また本接着時には基板23が薄いために、共に小さくなる。そのため、熱接着により主構成層22と発光層24とが剥離することはない。また、本接着時においても基板23が残存するため、位置ずれが生じることもない。
【選択図】 図3
従来技術、競合技術の概要


近年、新しい光デバイスとして、フォトニック結晶が注目されている。フォトニック結晶とは周期屈折率分布をもった機能材料であり、光や電磁波のエネルギーに対してバンド構造を形成する。特に、光や電磁波の伝播が不可能となるエネルギー領域(フォトニックバンドギャップ)が形成されることが特徴である。



フォトニック結晶中の屈折率分布に適切な欠陥を導入することにより、フォトニックバンドギャップ中にこの欠陥によるエネルギー準位(欠陥準位)が形成される。これによって、フォトニックバンドギャップ中のエネルギーに対応する波長範囲のうち、欠陥準位のエネルギーに対応する波長の光のみが、この欠陥位置において存在可能になる。これにより、フォトニック結晶内に、線状の欠陥から成る光導波路や点状の欠陥から成る光共振器等の光回路素子を設けることができる。1個のフォトニック結晶内にこれらの光回路素子を多数設けて光集積回路を構成することにより、このフォトニック結晶は光IC素子となる。これまでの光通信等の分野においてはディスクリートな光回路素子を個々に接続して用いているが、光IC素子によりこれらを超小型化することができる。



フォトニック結晶には、2次元結晶あるいは3次元結晶がある。このうち3次元フォトニック結晶は、2次元フォトニック結晶と比較して、欠陥位置に存在する光が外部に漏出し難いという特長を有する。本願発明者らは非特許文献1において、複数のロッドを平行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積層し、各ストライプ層に属する各ロッドが最隣接のストライプ層に属する各ロッドと直交し、各ストライプ層に属する各ロッドが2層離れたストライプ層に属する各ロッドと平行且つ面内周期の1/2だけずれる構成の3次元フォトニック結晶を提案している。



【非特許文献1】
野田進他、ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジックス、(日本)、社団法人応用物理学会、1996年、第35巻、L909~L912ページ(S. Noda et al., Japanese Journal of Applied Physics, vol. 35, p. L909~L912 (1996))



3次元フォトニック結晶において、点状欠陥により光共振器を形成する場合、その位置、形状、大きさ等を調整することにより共振周波数を制御することができる。この点状欠陥による光共振器を発光させるためには、その点状欠陥の共振周波数の光で発光する材料をフォトニック結晶中に導入する必要がある。非特許文献2では、前記のストライプ層のうちの1層を、他のストライプ層の材料と同程度の屈折率を有し、且つその波長の光で発光する材料から成るロッドで構成する発光層とすることが提案されている。この場合、結晶全体としては発光層を導入しない場合と同様にフォトニックバンドギャップが形成され、その発光層内に点状欠陥を設けることにより、所定の波長で発光する光共振器となる。その点状欠陥の近傍に導波路を設けることにより、光共振器の発光を外部に取り出すことができる。非特許文献2には、発光層にInGaAsPを用い、その他の層にGaAsを用いる例が記載されている。



【非特許文献2】
小川新平他、「3次元フォトニック結晶による自然放出光制御-無欠陥発光体の導入とPL特性」、第49回応用物理学関係連合講演会講演予稿集、(日本)、社団法人応用物理学会、2002年、第3巻、p. 1031



非特許文献1には、発光層を含まない3次元フォトニック結晶の製造方法が記載されている。それによれば、図1に示すように、以下の(a)~(c)の工程を行う。(a)基板11上に薄膜を形成し、フォトリソグラフィーと反応性イオンエッチングによりストライプ構造を形成し、1層分のストライプ層12を作製する。(b)2組のストライプ層121及び122を、両ストライプ層が接するように重ね合わせ、それを加熱することにより熱接着する。(c)エッチング等により一方の基板112を除去する。更に(b)-(c)の工程を繰り返すことにより、ストライプ層の積層数を増加させることができる。

産業上の利用分野


本発明は、半導体デバイス等の製造において、熱膨張率が異なる部材同士を熱接着する方法に関する。特に、光IC素子等に適用することができる3次元フォトニック結晶の製造において好適に用いることができる。

特許請求の範囲 【請求項1】
a)第1基板上に所定の周期で配列されたロッドから成る第1層の上に、前記第1基板とは熱膨張係数が異なる第2基板上に所定の周期で配列されたロッドから成る第2層を載置し、仮接着温度に加熱する仮接着工程と、
b)前記第2基板を所定の厚さまで薄くする基板減厚工程と、
c)仮接着されている前記第1層と前記第2層とを、前記仮接着温度よりも高い本接着温度に加熱する本接着工程と、
d)前記第2基板を除去する基板除去工程と、
を含むことを特徴とする3次元フォトニック結晶製造方法。

【請求項2】
a)第1基板上に所定の周期で固定されたロッドから成る第1層の上に、前記第1基板とは熱膨張係数が異なる第2基板を載置し、仮接着温度に加熱する仮接着工程と、
b)前記第1基板を所定の厚さまで薄くする基板減厚工程と、
c)仮接着されている前記第1層と前記第2基板とを、前記仮接着温度よりも高い本接着温度に加熱する本接着工程と、
d)前記第1基板を除去する基板除去工程と、
を含むことを特徴とする3次元フォトニック結晶製造方法。

【請求項3】
前記第1層及び前記第1基板がGaAsから、前記第2層がInGaAsPから、前記第2基板がInPからそれぞれ成ることを特徴とする請求項1に記載の3次元フォトニック結晶製造方法。

【請求項4】
前記仮接着温度を100~300℃とすることを特徴とする請求項3に記載の3次元フォトニック結晶製造方法。

【請求項5】
前記本接着温度を400~700℃とすることを特徴とする請求項3又は4に記載の3次元フォトニック結晶製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2003006678thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) CREST 電子・光子等の機能制御 領域
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