フォトニック結晶の技術紹介ページ

1. フォトニック結晶とは?

フォトニック結晶とは、屈折率の異なる材料が周期的に並んだ構造体を指す言葉です。 例えばテレビ画面やメガネの反射防止膜などに広く利用されている光学多層膜も、 １次元のフォトニック結晶といえます。しかし一般的には、２次元や３次元の周期構造体を指して、フォトニック結晶とよびます。
　構造の周期は通常、使用する光の波長の半分程度に設計されます。例えば可視光領域で利用される フォトニック結晶は、周期が300nm程度になるように設計・作製されます。

光学多層膜と同様に、フォトニック結晶も主に光の透過/反射/屈折特性を制御する目的で使わます。 通常の(１次元の)光学多層膜ではこうした特性は厚さ方向に伝わる光に対してのみ得られますが、 ２次元や３次元のフォトニック結晶では様々な方向から入射する光を制御することが出来るようになるのです。
　また、フォトニック結晶を用いると、従来の光学材料では実現不可能な、様々な不思議な現象が見られることも知られています。 その例は後の『機能』のページで紹介します。

2. 様々なフォトニック結晶

上述のように、２種類以上の光学材料(もしくは１種類の材料と空気)が周期的に配置されていれば フォトニック結晶といえます。１次元の周期構造は異なる材料を順に成膜することにより容易に作製することが出来ます。 しかしながら、２次元や３次元のフォトニック結晶を作ることはとても難しく、これまでに様々な構造と作製方法が提案されてきました。

ウッドパイル型フォトニック結晶は、最初に提唱された３次元フォトニック結晶の一つです。井桁のように 光学材料を積み上げた構造が名前の由来です。複雑な半導体プロセスを繰り返して一層ずつ積み上げてゆく製造工程が必要です。
　オパール型フォトニック結晶は、ビーズが積み重なった構造をしています。 液中に光学材料の粒を自然放置して作製するなどの手法がありますが、とても時間が掛かります。
　当社の自己クローニング型フォトニック結晶は、凹凸のある多層膜で構成されており、 通常のスパッタリング成膜機を用いて作製することができ、量産技術の確立した唯一の多次元フォトニック結晶であるといえます。