JPH09304611A - 屈折率多次元周期構造の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 化合物半導体材料で構成され所望の厚さを有
した屈折率多次元周期構造を簡易に作製できる方法を提
供する。 【解決手段】 周期的な凹凸構造１１ｘを表面に有した
ＧａＡｓ基板１１を用意する。この基板１１の表面上
に、屈折率が異なる２種類の薄膜としてＡｌＡｓ薄膜１
３およびＧａＡｓ薄膜を、交互にかつそれぞれの膜厚が
前記凹凸における段差Ｈと等しいか実質的に等しい膜厚
となるように積層する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体光デバイ
スの作製等への適用が期待できる、屈折率多次元周期構
造の作製方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】屈折率の異なる２つの領域が交互にかつ
ある周期をもつて然も少なくとも二次元方向それぞれに
生じている構造は、屈折率多次元周期構造といえる。こ
の構造は、例えば量子効率１００％の半導体レーザ等、
有用な光素子を実現する可能性を持つと考えられている
（例えば文献Ｉ：「応用物理」第63巻、第６号,pp.604-
6079(1994)）。屈折率多次元周期構造のうち、屈折率二
次元周期構造を作製するための従来方法として、例えば
文献II（Applied Physics Letters vol.64,pp.687-689
(1994))に開示の方法がある。これは円形開口部を周期
的に有したレジストパタンを半導体基板表面上に形成
し、次に、反応性イオンエッチング技術等のエッチング
手段により該基板の前記レジストで覆われていない部分
をエッチングして、該基板の所定部分ごとに円柱形穴を
形成するという方法である。この方法で得られた構造で
は、円柱形穴の部分が空気（低屈折率部分）、その他の
部分が基板のまま（高屈折率部分）であるので、両者に
より屈折率二次元周期構造が構成される。また、屈折率
三次元周期構造を作製するための従来方法として、例え
ば文献III （Physical Review Letters vol.67,pp.2295
-2298(1993))に開示の方法がある。これは誘電体基板の
表面から該基板に円柱形穴をドリル手段によりしかも３
方向にそれぞれ形成するという方法である。この方法で
得られた構造では、円柱形穴の部分が空気（低屈折率部
分）、その他の部分が基板のまま（高屈折率部分）であ
るので、両者により屈折率三次元周期構造が構成され
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、文献II
に開示の従来方法の場合は、ドライエッチングにより円
柱形穴を形成するので深い穴を開けることが難しい。そ
のため、厚さが厚い屈折率二次元周期構造を作製するの
が困難であるという問題点がある。

【０００４】また、文献III に開示の従来方法の場合で
あって、ドリル手段として同文献のＦｉｇ．２の説明文
中にあるように反応性イオンエッチングを用いる場合
は、文献IIの場合と同様に深い穴を開けることが難しい
から、厚さが厚い屈折率三次元周期構造を作製するのが
困難であるという問題点がある。さらに、３方向の穴開
けのために３回の反応性イオンエッチングを実施する必
要があるから、目的の屈折率三次元周期構造を作製する
際の歩留りや再現性は極めて悪いものになると考えられ
る。さらに、文献III に開示の従来方法の場合であっ
て、ドリル手段として同文献のＦｉｇ．２の説明文中に
あるように機械的なドリルを用いる場合は、誘電体基板
として例えば化合物半導体基板のような機械的強度に乏
しいものを用いることが出来ないという問題が生じる。

【０００５】所望の厚さを有した屈折率多次元周期構造
を簡易に作製でき、然も、光素子作製用の代表的な材料
である化合物半導体材料を用いる場合も所望の屈折率多
次元周期構造を簡易に作製できる方法の実現が望まれ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明の屈折
率多次元周期構造の作製方法によれば、周期的な凹凸構
造を表面に有した下地を用意し、該下地の前記表面上
に、屈折率が異なる２種類の薄膜を、交互にかつそれぞ
れの膜厚が前記凹凸における段差と等しいか実質的に等
しい膜厚（以下、「所定の膜厚」ともいう）となるよう
に積層することを特徴とする。

【０００７】この発明によれば、所定の下地表面上に、
屈折率が異なる２種類の薄膜を交互に積層し、かつ、こ
れら２種類の薄膜の膜厚を所定の膜厚としているので、
下地面に垂直な方向では２種類の薄膜がほぼ同じ膜厚で
交互に積層され、かつ、下地面に平行な方向に沿って２
種類の薄膜が交互に出現する構造が形成される。ここ
で、下地表面の凹凸構造が下地面に平行な一方向に沿っ
ている場合は、この方向に沿う屈折率周期構造と下地面
に垂直な方向に沿う屈折率周期構造とから成る屈折率二
次元周期構造が得られる。また、下地表面の凹凸構造が
下地面に平行な二方向に沿っている場合は、この二方向
に沿う屈折率周期構造と下地面に垂直な方向に沿う屈折
率周期構造とから成る屈折率三次元周期構造が得られ
る。そして、下地面に垂直な方向における２種類の薄膜
の周期は、下地表面に形成する凹凸構造における段差の
寸法により制御出来、一方、下地面に平行な方向におけ
る２種類の薄膜の出現周期は、下地表面に形成する凹凸
構造における凹部の幅および凸部の幅の一方または双方
により制御出来るので、屈折率周期構造の制御も容易に
行なうことが出来る。なお、屈折率周期構造における周
期は該構造の使用目的に応じた任意の周期とできる。例
えば文献Ｉに示されているフォトニックバンドギャップ
構造を作製する場合であれば、扱う光の波長と同程度の
寸法にこの発明でいう周期を設定する。この場合は、自
然放出光を人為的に制御し得るような光デバイスの実現
が期待出来る。

【０００８】なお、この発明において、下地の構成材料
および２種類の薄膜それぞれの構成材料は、屈折率多次
元周期構造の用途に応じた任意のものとできる。典型的
には、少なくとも２種類の薄膜は化合物半導体材料とす
るのが良い。光素子の用途に適合するからである。ま
た、２種類の薄膜は例えば格子定数が近いもの同士とす
る等、結晶成長が良好になされる材料からなるものとす
るのが良い。品質の優れた屈折率多次元周期構造が得ら
れるからである。下地も、２種類の薄膜のいずれか一方
の構成材料と同じ材料からなる下地とするか、異なる材
料であっても薄膜の結晶成長が良好になされる材料から
なる下地とするのが良い。その方が、下地上に形成され
る２種類の薄膜の品質が良好になるので、良好な屈折率
多次元周期構造が得られるからである。また、下地を２
種類の薄膜のうちの一方と同じ材料で構成された下地と
し、この下地上に２種類の薄膜のうちの他方の薄膜から
積層を開始すれば、下地表面の凸部分自体が屈折率周期
構造の一部を構成するようになる。

【０００９】また、この発明では、周期的な凹凸構造を
表面に有した下地上に、後処理により少なくとも一方の
屈折率が変化するような２種類の薄膜を、交互にかつそ
れぞれの膜厚が所定の膜厚となるように積層し、該積層
の済んだ試料に対し当該後処理を行なうようしても良
い。この場合において、２種類の薄膜は、最初から互い
に屈折率が異なっていてかつ後処理により少なくとも一
方の薄膜の屈折率がさらに変化するようなものでも良
く、或は、２種類の薄膜ともに最初は屈折率が同じであ
るが後処理の後に少なくとも一方の薄膜の屈折率が変化
するようなものでも良い。後の実施の形態では、下地上
に形成される２種類の薄膜が最初から互いに屈折率が異
なっていてかつそのうちの一方の屈折率が後処理により
（具体的には酸化処理により）さらに変化する例を示
す。

【００１０】また、この発明では、周期的な凹凸構造が
表面に形成されている下地上に、後に行なうエッチング
方法によってエッチングされる第１の薄膜と該エッチン
グ方法によってはエッチングされないか実質的にエッチ
ングされない第２の薄膜とを、交互にかつ所定の膜厚と
なるように積層し、該積層の済んだ試料に対し当後エッ
チングを行なうようにしても良い。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
屈折率多次元周期構造の作製方法の実施の形態について
説明する。しかしながら、説明に用いる各図はこの発明
を理解出来る程度に概略的に示してあるにすぎない。ま
た、各図において同様の構成成分については同一の番号
を付して示し、その重複する説明を省略することもあ
る。また、詳細は後述するが各図では、ＧａＡｓ薄膜と
ＡｌＡｓ薄膜とを区分けするために、ＡｌＡｓ薄膜その
ものあるいは、それに関連する酸化膜（図５（Ｂ））や
空孔（図７（Ｂ））に網点模様を付して示してある。

【００１２】１．第１の実施の形態 先ず、下地として、基板表面に平行な一方向に凹凸構造
が繰り返されているＧａＡｓ基板を用い、かつ、屈折率
が異なる２種類の薄膜として、ＧａＡｓ薄膜およびＡｌ
Ａｓ薄膜を用いて、屈折率二次元周期構造を作製する例
を説明する。図１および図２はその説明に供する工程図
であって、製造工程中の主な工程での試料の様子をそれ
ぞれ斜視図により示した工程図である。なおＧａＡｓお
よびＡｌＡｓを用いるこの例の場合、ＧａＡｓの屈折率
が約３．５であり、ＡｌＡｓの屈折率が約２．９である
ので、ＧａＡｓ薄膜が高屈折率薄膜、ＡｌＡｓ薄膜が低
屈折率薄膜にそれぞれ当たる。

【００１３】はじめに、ＧａＡｓ基板の表面に、リッジ
状の凸部１１ａがその幅方向（図１（Ａ）中Ｙで示す方
向）に沿って周期Ｐで並置形成されるように、該ＧａＡ
ｓ基板表面を通常のフォトリソグラフィ技術とエッチン
グ技術とを用いて加工する。この加工の済んだＧａＡｓ
基板１１は、該基板表面に平行な一方向（図１（Ａ）中
のＹ方向）に沿って凸部１１ａおよび凹部１１ｂが繰り
返された周期構造（一次元周期構造）１１ｘを表面に有
したＧａＡｓ基板１１すなわちこの発明でいう下地１１
になる（図１（Ａ））。ここで、凸部１１ａの幅Ｗ１、
凹部１１ｂの幅Ｗ２、凹凸における段差Ｈの各値は、屈
折率周期構造をどのような構造のものにするかに応じ、
任意の値にできる。具体的にはＷ１およびＷ２は、周期
構造１１ｘにおける周期Ｐ（図１（Ａ）参照）をどのよ
うな周期にするかに応じ決めることが出来、Ｈは、Ｇａ
Ａｓ基板１１の表面に対し垂直な方向に後に形成される
周期構造の周期Ｐｚ（図１（Ｂ）参照）をどのような周
期とするかに応じ決めることが出来る。例えばＷ１＝Ｗ
２＝Ｈとすれば、ＧａＡｓ基板１１の表面に平行な方向
での屈折率周期構造と、ＧａＡｓ基板１１の表面に垂直
な方向での屈折率周期構造とが同じ周期となった屈折率
二次元周期構造の作製が可能になる。また、凸部１１ａ
の側壁（凹部１１ｂの側壁）はできるだけＧａＡｓ基板
表面に対し垂直になるようにするのが良い。そうした方
が、凹凸構造が、下地１１上に薄膜を形成した後でも良
好に保存され易いからである。

【００１４】このように凹凸構造を表面に有したＧａＡ
ｓ基板１１上に、第１の薄膜としてのＡｌＡｓ薄膜１３
と、第２の薄膜としてのＧａＡｓ薄膜１５とを交互にか
つそれぞれの膜厚が前記凹凸における段差Ｈと等しいか
実質的に等しい膜厚となるように積層する（図１
（Ｂ）、（図２（Ａ））。これら薄膜１３、１５の積層
数は、希望する厚さの屈折率周期構造が作製できる数と
する。これら薄膜１３、１５の成膜方法は、下地１１の
凹凸構造１１ｘを転写し易い成膜方法が好ましい。例え
ば分子線成長法（ＭＢＥ法）は好ましい成膜方法の１つ
として挙げられる。

【００１５】各薄膜１３、１５の形成工程においてＡｌ
Ａｓ薄膜１３およびＧａＡｓ薄膜１５それぞれは、凹部
１１ｂ上の成長部分と凸部１１ａ上の成長部分とが凹凸
の段差Ｈ分ずれた状態で成長する。そのため交互積層が
済んだ試料では、ＧａＡｓ基板１１表面に平行でかつ凹
凸に沿う方向においても、基板１１表面に垂直な方向に
おいても、ＧａＡｓ薄膜とＡｌＡｓ薄膜とが交互にかつ
周期的に存在する構造が作製されるので、屈折率二次元
周期構造１７が作製できる（図２（Ｂ））。

【００１６】２．第２の実施の形態 次に、下地として、基板表面に平行な二方向に凹凸構造
が繰り返されているＧａＡｓ基板を用い、かつ、屈折率
が異なる２種類の薄膜として、ＧａＡｓ薄膜およびＡｌ
Ａｓ薄膜を用いて、屈折率三次元周期構造を作製する例
を説明する。図３および図４はその説明に供する工程図
であって、製造工程中の主な工程での試料の様子をそれ
ぞれ斜視図により示した工程図である。なお、ここでい
う基板表面に平行な二方向とは、互いが１８０°反対向
きである場合は除く方向である。ここでは上記二方向が
互いに直交する２方向（図３（Ａ）中にＸ、Ｙで示す各
方向）である例を説明する。

【００１７】はじめに、ＧａＡｓ基板の表面に、凸部２
１ａおよび凹部２１ｂが基板表面に平行な二方向それぞ
れで交互に生じるように、該ＧａＡｓ基板表面を通常の
フォトリソグラフィ技術とエッチング技術とを用いて加
工する。具体的には、開口部の平面形状が正方形または
長方形となっていてかつ深さ（段差）がＨである凹部２
１ｂがＧａＡｓ基板に多数形成されるように、しかも、
それぞれの凹部２１ｂが千鳥状にかつその四隅には別の
凹部２１ｂの隅が接する配列となるように、ＧａＡｓ基
板を加工する。この加工の済んだＧａＡｓ基板２１は、
該基板表面に平行な二方向それぞれに沿って凸部２１ａ
および凹部２１ｂが繰り返された周期構造（二次元周期
構造）２１ｘを表面に有したＧａＡｓ基板２１すなわち
この発明でいう下地２１になる（図３（Ａ））。またこ
こでは、凸部２１ａの頂面の大きさおよび形状と、凹部
２１ｂの開口部の大きさ及び形状とを、同じとしてあ
る。すなわち凸部２１ａの頂面におけるＸ方向の寸法
と、凹部２１ｂの開口部におけるＸ方向の寸法とを、い
ずれもＷｘとし、凸部２１ａの頂面におけるＹ方向の寸
法と、凹部２１ｂの開口部におけるＹ方向の寸法とを、
いずれもＷｙとしてある。またこれらＷｘ、Ｗｙ、Ｈの
各値は、屈折率周期構造をどのような構造のものにする
かに応じ、任意の値にできる。具体的にはＷｘおよびＷ
ｙは、周期構造２１ｘにおけるＸ方向の周期Ｐｘおよび
Ｐｙ（図３（Ａ）参照）をそれぞれどのような周期とす
るかに応じ決めることが出来、Ｈは、ＧａＡｓ基板１１
の表面に対し垂直な方向に後に形成される周期構造の周
期Ｐｚ（図３（Ｂ）参照）をどのような周期とするかに
応じ決めることが出来る。例えばＷｘ＝Ｗｙ＝Ｈとすれ
ば、ＧａＡｓ基板１１の表面に平行な二方向それぞれで
の屈折率周期構造すなわちＸ方向の屈折率周期構造と、
Ｙ方向の屈折率周期構造と、ＧａＡｓ基板１１の表面に
垂直な方向での屈折率周期構造とが同じ周期となった屈
折率三次元周期構造の作製が可能になる。また、凸部２
１ａの側壁（凹部２１１ｂの側壁）はできるだけＧａＡ
ｓ基板表面に対し垂直になるようにするのが良い。そう
した方が凹凸構造が、下地２１上に薄膜を形成した後で
も良好に保存され易いからである。

【００１８】このように凹凸構造を表面に有したＧａＡ
ｓ基板２１上に、ＡｌＡｓ薄膜１３と、ＧａＡｓ薄膜１
５とを交互にかつそれぞれの膜厚が段差Ｈと等しいか実
質的に等しい膜厚となるように積層する（図３（Ｂ）、
図４（Ａ））。これら薄膜１３、１５の積層数は、希望
する厚さの屈折率周期構造が作製できる数とする。これ
ら薄膜１３、１５の成膜方法は、下地２１の凹凸構造２
１ｘを転写し易い成膜方法が好ましい。例えば分子線成
長法（ＭＢＥ法）は好ましい成膜方法の１つとして挙げ
られる。

【００１９】各薄膜１３、１５の形成工程においてＡｌ
Ａｓ薄膜１３およびＧａＡｓ薄膜１５それぞれは、凹部
２１ｂ内の成長部分と凸部２１ａ上の成長とが凹凸の段
差分ずれた状態で、成長する。そのため交互積層が済ん
だ試料では、ＧａＡｓ基板２１表面に平行な二方向
（Ｘ，Ｙ方向）それぞれに沿う方向においても、基板２
１表面に垂直な方向においても、ＧａＡｓ薄膜とＡｌＡ
ｓ薄膜とが交互にかつ周期的に存在する構造が作製され
るので、屈折率三次元周期構造２３が作製できる（図４
（Ｂ））。

【００２０】３．第３の実施の形態 次に、周期的な凹凸構造を表面に有した下地上に、後処
理により互いに異なる屈折率となるような２種類の薄膜
を交互に所定の膜厚で積層し、そして当該後処理をする
発明について説明する。ただし、ここでは、この技術思
想を第１の実施の形態で説明した方法にさらに適用する
例を説明する。上述の第１の実施の形態では所定のＧａ
Ａｓ下地１１上に、ＡｌＡｓ薄膜１３およびＧａＡｓ薄
膜１５を交互に積層して所望の屈折率多次元周期構造を
作製する例を説明した。この場合はＧａＡｓの屈折率が
約３．５、ＡｌＡｓの屈折率が約２．９であるので、屈
折率差が約０．６となっている屈折率多次元周期構造が
得られる。しかし、さらに大きな屈折率差を有した屈折
率多次元周期構造が作製できれば、そのような用途の屈
折率多次元周期構造を容易に作製できるので好ましい。
そこで、この第３の実施の形態では以下の様な手順をと
る。この説明を図５を主に参照して説明する。

【００２１】まず第１の実施の形態において説明した手
順により屈折率二次元周期構造１７を作成する（図５
（Ａ））。次に、屈折率二次元周期構造１７中のＡｌＡ
ｓ各層の一部が外部にそれぞれ露出されるように適正な
加工をこの屈折率二次元周期構造に対し実施する。この
加工は例えば劈開により行なえる。もちろん、ＡｌＡｓ
各層の一部が外部に既に露出されている場合は、この加
工は無用である。

【００２２】次に、この試料を酸化促進雰囲気例えば水
蒸気雰囲気でかつ高温（例えば４００℃程度の温度）の
雰囲気の中に数時間入れる。この処理では、それぞれの
ＧａＡｓ薄膜１５は変化しないが各ＡｌＡｓ薄膜１３は
酸化されて屈折率が１．５程度の酸化膜１３ｘに変わる
（図５（Ｂ））。そのため、ＧａＡｓ（基板１１および
ＧａＡｓ薄膜１５双方）と酸化膜１３ｘとで構成される
屈折率二次元周期構造１７ｘが作製できる。この構造の
場合は、ＧａＡｓの屈折率が約３．５、酸化膜１３ｘの
屈折率が約１．５であるので、屈折率差が約２．０とな
っている屈折率二次元周期構造になり、第１の実施の形
態の場合より屈折率差が大きい屈折率二次元周期構造が
得られる。なお、上記の熱酸化プロセスの詳細について
は、例えば文献IV（Applied Physics Letters(アフ゜ライト゛
フィシ゛ックス レタース゛),1990,Vol.57,pp.2844〜2846）に開示さ
れている。

【００２３】なお、上述の説明では、屈折率二次元周期
構造に対し酸化処理をする例を説明したが、例えば図４
（Ｂ）に示した屈折率三次元周期構造に対して酸化処理
をしてＡｌＡｓ薄膜１３を酸化膜に変えることも可能と
考える。ただしその場合は、図６に示したように、被酸
化膜であるＡｌＡｓ薄膜１３の膜厚Ｄを意図的に凹凸に
おける段差Ｈよりも僅かに厚くしてＡｌＡｓ薄膜１３が
二次元的に繋がった状態にしておく。ただし、ＡｌＡｓ
薄膜における段差Ｈより厚くなっている部分の膜厚ｔ
は、光学的に無視出来る程度の膜厚である必要がある。
たとえば、段差Ｈが０．５μｍであるとしたなら、膜厚
ｔは厚くとも数百Å程度と考える。したがって、ＡｌＡ
ｓ薄膜の膜厚Ｄは厚くとも０．５μｍ＋数百Å程度の膜
厚にすれば良いと考える。こうしておけば、屈折率三次
元周期構造の場合でも後の酸化処理によりＡｌＡｓ薄膜
１３の酸化が可能と考える。

【００２４】また、この第３の実施の形態においては、
第一の薄膜および第２の薄膜それぞれが最初から屈折率
が異なったものである例を説明したが、後処理を行なう
前まで第一及び第二の薄膜の屈折率が同じであり後処理
で少なくとも一方の薄膜の屈折率が変化するような構成
も、この発明は含む。

【００２５】４．第４の実施の形態 次に、周期的な凹凸構造が表面に形成されている下地上
に、後に行なうエッチング方法によってエッチングされ
る第１の薄膜と該エッチング方法によってはエッチング
されないか実質的にエッチングされない第２の薄膜と
を、交互にかつ所定の膜厚となるように積層し、そして
この試料に対し当後エッチングを行なう発明について説
明する。この説明を図７を主に参照して説明する。

【００２６】まず第１の実施の形態において説明した手
順により屈折率二次元周期構造１７を作成する（図７
（Ａ））。次に、屈折率二次元周期構造１７中のＡｌＡ
ｓ各層の一部が外部にそれぞれ露出されるように適正な
加工をこの屈折率二次元周期構造に対し実施する。この
加工は例えば劈開により行なえる。もちろん、ＡｌＡｓ
各層の一部が外部に既に露出されている場合は、この加
工は無用である。

【００２７】次に、この試料を、ＡｌＡｓを溶解するが
ＧａＡｓは溶解しない（実質的に溶解しない場合も含
む）エッチング方法によりエッチングする。これは例え
ばふっ酸中に試料を浸漬することで行なえる。この処理
では、各ＡｌＡｓ薄膜１３はその露出部から除去されて
ゆくので、試料のＡｌＡｓ薄膜が存在していた部分は最
終的には空孔３１になる（図７（Ｂ））。そのため、Ｇ
ａＡｓ（基板１１およびＧａＡｓ薄膜１５双方）と空孔
３１とで構成される屈折率二次元周期構造１７ｙが作製
できる。この構造の場合は、ＧａＡｓの屈折率が約３．
５、空孔の屈折率が約１であるので、屈折率差が約２．
５となっている屈折率二次元周期構造が得られる。この
第４の実施の形態では、第１の実施の形態、第３の実施
に形態いずれのの場合より屈折率差が大きい屈折率二次
元周期構造が得られる。

【００２８】上述においてはこの発明のいくつかの実施
の形態について説明した。しかしこの発明は上述の実施
の形態に限られない。

【００２９】例えば上述の第１、第２の実施の形態それ
ぞれでは下地をＧａＡｓ基板とし、屈折率が異なる２種
類の薄膜をＡｌＡｓ薄膜およびＧａＡｓ薄膜とした例を
説明した。また、第３の実施の形態では下地をＧａＡｓ
基板とし、後処理により少なくとも一方の屈折率が変化
する２種類の薄膜をＡｌＡｓ薄膜およびＧａＡｓ薄膜と
した例を説明した。また、第４の実施の形態では、下地
をＧａＡｓ基板とし、後のエッチング方法によりエッチ
ングされる薄膜およびされない薄膜をＡｌＡｓ薄膜およ
びＧａＡｓ薄膜とした例を説明した。しかし、これら材
料はこの発明の目的を達成し得る他の好適な材料に置換
出来る。例えば、第１の実施の形態において屈折率が異
なる２種類の薄膜をＡｌＡｓ薄膜およびＡｌＧａＡｓ薄
膜としたり、組成が異なる２種類のＡｌＧａＡｓ薄膜と
した場合も第１の実施の形態と同様な効果が得られる。
また、第３の実施の形態の場合も、２種類の薄膜をＡｌ
Ａｓ薄膜およびＡｌＧａＡｓ薄膜としたり、組成が異な
る２種類のＡｌＧａＡｓ薄膜としても良いと考える。そ
の場合は、両者が酸化されることになるがその程度が違
うので屈折率周期構造が確保されると考える。

【００３０】また、上述の実施の形態であって屈折率三
次元周期構造を作製する例においては、基板表面に平行
な二方向が互いに直交する２方向（図３（Ａ）中にＸ、
Ｙで示す各方向）である例を説明した。しかし、該二方
向は直交する方向でなくとも良く、互いが鋭角をなす方
向や鈍角をなす方向でも良い。その場合は、凸部２１
ａ、凹部２１ｂの平面形状を平行四辺形状にする等の手
当をすれば良い。

【００３１】

【発明の効果】上述した説明から明らかなように、この
発明の屈折率多次元周期構造の作製方法によれば、周期
的な凹凸構造を表面に有した下地を用意し、該下地の前
記表面上に、屈折率が異なる２種類の薄膜等の所定の薄
膜を、交互にかつそれぞれの膜厚が前記凹凸における段
差と等しいか実質的に等しい膜厚となるように積層す
る。この方法の場合、凹凸構造を有した下地を形成する
際にドライエッチングを使用する場合もあり得るがその
エッチング深さは浅くて済む。また、その後は、２種類
の薄膜を交互に所定の膜厚で積層するのみで良い。した
がって、所望の厚さを有した屈折率多次元周期構造を簡
易に作製でき、然も、光素子作製用の代表的な材料であ
る化合物半導体材料を用いる場合も所望の屈折率多次元
周期構造を簡易に作製できる。また、従来より高い信頼
性および高い再現性で屈折率多次元周期構造を作製出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の説明図（その１）である。

【図２】第１の実施の形態の説明図（その２）である。

【図３】第２の実施の形態の説明図（その１）である。

【図４】第２の実施の形態の説明図（その２）である。

【図５】第３の実施の形態の説明図である。

【図６】第３の実施の形態の他の例の説明図である。

【図７】第４の実施の形態の説明図である。

【符号の説明】

１１：一次元周期構造を有した下地（ＧａＡｓ基板） １１ａ：凸部（リッジ状の凸部） １１ｂ：凹部 １３：第１の薄膜（ＡｌＡｓ薄膜） １３ｘ：酸化膜（ＡｌＡｓを酸化した膜） １５：第２の薄膜（ＧａＡｓ薄膜） １７，１７ｘ，１７ｙ：屈折率二次元周期構造 ２１：二次元周期構造を有した下地 ２１ａ：凸部（例えば立方形状の凸部） ２１ｂ：凹部（例えば立方形状の凹部） ２３：屈折率三次元周期構造 ３１：空孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 浩 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内 (72)発明者 上條 健 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周期的な凹凸構造を表面に有した下地を
   用意し、 該下地の前記表面上に、屈折率が異なる２種類の薄膜
   を、交互にかつそれぞれの膜厚が前記凹凸における段差
   と等しいか実質的に等しい膜厚となるように積層するこ
   とを特徴とする屈折率多次元周期構造の作製方法。
2. 【請求項２】 周期的な凹凸構造を表面に有した下地を
   用意し、 該下地の前記表面上に、後処理により少なくとも一方の
   屈折率が変化するような２種類の薄膜を、交互にかつそ
   れぞれの膜厚が前記凹凸における段差と等しいか実質的
   に等しい膜厚となるように積層し、 該積層の済んだ試料に対し当該後処理を行なうことを特
   徴とする屈折率多次元周期構造の作製方法。
3. 【請求項３】 周期的な凹凸構造が表面に形成されてい
   る下地を用意し、 該下地の前記表面上に、後に行なう酸化処理によって酸
   化される第１の薄膜と該第１の薄膜に比べ酸化の程度が
   少ないか実質的に酸化されない第２の薄膜とを、交互に
   かつそれぞれの膜厚が前記凹凸における段差と等しいか
   実質的に等しい膜厚となるように積層し、 該積層の済んだ試料に対し当後酸化処理を行なうことを
   特徴とする屈折率多次元周期構造の作製方法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項に記載の屈
   折率多次元周期構造の作製方法において、 前記下地として、前記周期的な凹凸構造が下地表面に平
   行な一方向に沿って繰り返されている下地を用い屈折率
   二次元周期構造を作製することを特徴とする屈折率多次
   元周期構造の作製方法。
5. 【請求項５】 請求項１〜３のいずれか１項に記載の屈
   折率多次元周期構造の作製方法において、 前記下地として、前記周期的な凹凸構造が下地表面に平
   行な二方向それぞれに沿って繰り返されている下地を用
   い屈折率三次元周期構造を作製することを特徴とする屈
   折率多次元周期構造の作製方法（ただし、前記二方向と
   は、互いが１８０°反対向きである場合を除く。）。
6. 【請求項６】 周期的な凹凸構造が表面に形成されてい
   る下地であって該凹凸構造が該下地表面に平行な一方向
   に沿って繰り返されている下地を用意し、 該下地の前記表面上に、後に行なうエッチング方法によ
   ってエッチングされる第１の薄膜と該エッチング方法に
   よってはエッチングされないか実質的にエッチングされ
   ない第２の薄膜とを、交互にかつそれぞれの膜厚が前記
   凹凸における段差と等しいか実質的に等しい膜厚となる
   ように積層し、 該積層の済んだ試料に対し当後エッチングを行なうこと
   を特徴とする屈折率多次元周期構造の作製方法。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１項に記載の屈
   折率多次元周期構造の作製方法において、 前記凹凸構造の凹凸が繰り返される方向における凹部の
   幅、凸部の幅、該凹凸における段差の各寸法を制御する
   ことにより、屈折率多次元周期構造における各次元の周
   期を制御することを特徴とする屈折率多次元周期構造の
   作製方法。