DE112015002127B4

DE112015002127B4 - Herstellungsverfahren für eine Aufnahmestruktur für Gitterelemente

Info

Publication number: DE112015002127B4
Application number: DE112015002127.2T
Authority: DE
Inventors: Keiichiro Asai; Shoichiro Yamaguchi; Jungo Kondo; Naotake Okada; Tetsuya Ejiri
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2014-05-07
Filing date: 2015-04-22
Publication date: 2022-01-13
Anticipated expiration: 2035-04-23
Also published as: WO2015170590A1; JP6491646B2; DE112015002127T5; CN106233176A; CN106233176B; US9874694B2; JPWO2015170590A1; US20170031097A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Aufnahmestruktur, die ein Aufnahmesubstrat (3) und eine Mehrzahl von Gitterelementen (1), die auf dem Aufnahmesubstrat (3) bereitgestellt sind, umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:Bilden einer Mehrzahl von Bragg-Gittern (9) an vorgegebenen Stellen eines Laminats, welches das Aufnahmesubstrat (3), eine Beschichtungsschicht (4), die auf dem Aufnahmesubstrat (3) bereitgestellt ist, und eine optische Materialschicht (8), die auf der Beschichtungsschicht (4) bereitgestellt ist, umfasst,Bilden von Lichtwellenleitern, die jeweils mindestens jedes der Bragg-Gitter (9) umfassen,Bilden von Masken (18), die jeweils einen Bereich bedecken, der jedem der Gitterelemente (1) auf der optischen Materialschicht (8) entspricht,Ätzen der optischen Materialschicht (8) und der Beschichtungsschicht (4) zum Formen einer Endfläche jedes der Gitterelemente (1), undBilden einer Beschichtungsschicht (25) der Oberseite auf der optischen Materialschicht (8) und eines Einschichtfilms (26A, 26B) auf der Endfläche des Gitterelements (1) aus einer Atmosphäre durch ein Filmbildungsverfahren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Sputtern, Gasphasenabscheidung, chemischer Gasphasenabscheidung und metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung, nach dem Formen der Endfläche von jedem der Gitterelemente (1) durch Ätzen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine Aufnahmestruktur für Gitterelemente, in denen Bragg-Gitter verwendet werden.
Bei der Massenproduktion von Elementen, wobei in jedem davon Lichtwellenleiter ausgebildet sind, ist es bevorzugt, deren Herstellungskosten zu senken. Gemäß dem PATENTDOKUMENT 1 werden lange und schmale streifenförmige Lichtwellenleiter durch aufeinander folgendes Filmbilden einer Beschichtungsschicht und einer optischen Materialschicht auf einem Siliziumwafer und anschließend Ätzen der optischen Materialschicht herausgeschnitten. Dann werden Lichtwellenleiterelemente jeweils durch Bilden von langen und schmalen Rillen durch Ätzen auf dem Siliziumwafer getrennt, wobei die Rillen jeweils den Siliziumwafer erreichen, nachdem sie die optische Materialschicht und die Beschichtungsschicht durchdrungen haben. Als nächstes wird der Siliziumwafer entlang der vorstehend genannten Rillen getrennt, so dass eine Mehrzahl von Lichtwellenleiterelementchips erhalten wird.
Ein Verfahren zur Bildung einer Anzahl von Lichtwellenleiterelementen, in denen Lichtwellenleiter ausgebildet sind, auf einem Siliziumwafer wurde im PATENTDOKUMENT 1 offenbart. Es wurde jedoch kein Verfahren zur Bildung einer vorgegebenen feinen optischen Struktur in jedem Lichtwellenleiterelement darin offenbart.
Andererseits wurde die Verwendung eines Nanoprägeverfahrens als Verfahren zur Bildung von Beugungsgittern und Bragg-Gittern einer Halbleiterlaservorrichtung in Betracht gezogen. Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers mit verteilter Rückkopplung unter Verwendung eines Nanoprägeverfahrens wurde im PATENTDOKUMENT 1 offenbart. In diesem Verfahren wird die Strukturierung einer Halbleiterschicht für ein Beugungsgitter des Halbleiterlasers mit verteilter Rückkopplung durch das Nanoprägeverfahren durchgeführt. Ferner wurde die Herstellung einer Breitbandwellenplatte mit einer Subwellenlängenstruktur unter Verwendung eines Nanoprägeverfahrens in jedem des NICHT-PATENTDOKUMENTS 1 und des NICHT-PATENTDOKUMENTS 2 offenbart. Ferner wurde in dem NICHT-PATENTDOKUMENT 3 offenbart, dass eine Nanoprägetechnologie zur Herstellung optischer Vorrichtungen angewandt wird. Ein wellenlängenselektives Element, ein Reflexionssteuerungselement, eine Mottenaugenstruktur, usw., sind Beispiele für solche optischen Vorrichtungen. Ein optisches Halbleiterelement ist ferner in PATENTDOKUMENT 4 beschrieben. Darüber hinaus beschreibt PATENTDOKUMENT 2 ein Verfahren zur Herstellung eines Abtastgitters sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers.

PATENTDOKUMENT 1: JP 2002-277661 A
PATENTDOKUMENT 2: JP 2013 - 16 650 A
PATENTDOKUMENT 3: JP 2009-111423 A
PATENTDOKUMENT 4: JP H04-10 582 A

NICHT-PATENTDOKUMENT 1: „MIYAKOSHI, Hiroshi [et al.]: Polymeric wide-band wave plate produced via nanoimprint subwavelength grating. In: Konica Minolta technology report, Vol. 2, 2005, S. 97-100. - ISSN 1880-7216 wavelength Grating“
NICHT-PATENTDOKUMENT 2: NISHII, Junji: A challenge to the low-cost production of highly functional optical elements: fabrication of sub-wavelength periodic structures via glass-imprinting process. In: Synthesiology, Vol. 1, 2008, No. 1, S. 24-30. - ISSN 1883-0978
NICHT-PATENTDOKUMENT 3: FURUTA, Tomonobu: Nanoimprint technology and its application to optical devices. In: Display, 2007, S. 54-61. - ISSN 1341-3961

Die vorliegenden Erfinder haben festgestellt, dass optische Elemente, bei denen die Funktion einer feinen Struktur genutzt wird, durch Bilden einer Anzahl von optischen Elementen auf einem Wafer in einer Massenproduktion hergestellt werden, wobei in jedem der optischen Elemente eine feine optische Struktur auf der Oberfläche eines Lichtwellenleiters ausgebildet ist. Bezüglich einer solchen feinen optischen Struktur ist eine große Anzahl von Typen bekannt, wobei eine Breitbandwellenplatte mit einer Subwellenlängenstruktur, ein wellenlängenselektives Element, ein Reflexionssteuerungselement, eine Mottenaugenstruktur, ein Bragg-Gitter, usw., beispielhaft genannt werden können.
Bei der Ausbildung verschiedener feiner optischer Strukturen, die für Lichtwellenleiter angewandt werden, wurde gefunden, dass die optische Wirkung abhängig von dem Typ der feinen Strukturen verschlechtert wird und das gewünschte emittierte Licht nicht erhalten wird.
Ein durch die vorliegende Erfindung zu lösendes Problem ist die Bereitstellung einer Massenproduktion von optischen Elementen, die Lichtwellenleiter aufweisen, die durch Bilden von optisch funktionellen feinen Strukturen erhalten werden.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer Aufnahmestruktur bereit, die ein Aufnahmesubstrat und eine Mehrzahl von Gitterelementen, die auf dem Aufnahmesubstrat bereitgestellt sind, umfasst. Das Verfahren umfasst die Schritte:

Bilden einer Mehrzahl von Bragg-Gittern an vorgegebenen Stellen eines Laminats, welches das Aufnahmesubstrat, eine Beschichtungsschicht, die auf dem Aufnahmesubstrat bereitgestellt ist, und eine optische Materialschicht, die auf der Beschichtungsschicht bereitgestellt ist, umfasst,
Bilden von Kanallichtwellenleitern, die jeweils mindestens jedes der Bragg-Gitter umfassen,
Bilden von Masken, die jeweils einen Bereich bedecken, der jedem der Gitterelemente auf der optischen Materialschicht entspricht,
Ätzen der optischen Materialschicht und der Beschichtungsschicht zum Formen einer Endfläche jedes der Gitterelemente, und
Bilden einer Beschichtungsschicht der Oberseite auf der optischen Materialschicht und eines Einschichtfilms auf der Endfläche des Gitterelements aus einer Atmosphäre durch ein Filmbildungsverfahren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Sputtern, Gasphasenabscheidung, chemischer Gasphasenabscheidung und metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung, nach dem Formen der Endfläche von jedem der Gitterelemente durch Ätzen.

Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Aufnahmestruktur bereit, die ein Aufnahmesubstrat und eine Mehrzahl von Gitterelementen, die auf dem Aufnahmesubstrat bereitgestellt sind, umfasst. Das Verfahren umfasst die Schritte:

Bilden einer Mehrzahl von Bragg-Gittern an vorgegebenen Stellen eines Laminats, welches das Aufnahmesubstrat, eine Beschichtungsschicht, die auf dem Aufnahmesubstrat bereitgestellt ist, und eine optische Materialschicht, die auf der Beschichtungsschicht bereitgestellt ist, umfasst,
Bilden von Kanallichtwellenleitern, die jeweils mindestens jedes der Bragg-Gitter umfassen,
Bilden einer Pufferschicht auf der optischen Materialschicht nach dem Bilden der Lichtwellenleiter,
Bilden von Masken, die jeweils einen Bereich bedecken, der jedem der Gitterelemente auf der Pufferschicht entspricht,
Ätzen der Pufferschicht, der optischen Materialschicht und der Beschichtungsschicht zum Formen einer Endfläche jedes der Gitterelemente, und
Bilden einer Beschichtungsschicht der Oberseite auf der Pufferschicht und eines Einschichtfilms auf der Endfläche des Gitterelements aus einer Atmosphäre durch ein Filmbildungsverfahren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Sputtern, Gasphasenabscheidung, chemischer Gasphasenabscheidung und metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung, nach dem Formen der Endfläche von jedem der Gitterelemente durch Ätzen.

Nach dem Herausschneiden von optischen Elementen mittels einer Schneidverarbeitung eines Wafers, auf dem eine Mehrzahl von optischen Elementen bereitgestellt ist, wurde versucht, Endflächen jedes Lichtwellenleiters des optischen Elements einem Spiegelglanzpolierverfahren zu unterziehen. In dem Fall dieses Verfahrens kann das optische Element jedoch nur schwer gehandhabt, angebracht und ausgerichtet werden, wodurch eine Massenproduktion bei hohen Kosten resultiert.
Aus diesem Grund haben die Erfinder eine Untersuchung dahingehend durchgeführt, dass verschiedene feine optische Strukturen auf einer optischen Materialschicht gebildet werden, anschließend Lichtwellenleiter durch Ätzen der optischen Materialschicht und einer Beschichtungsschicht gebildet werden und dann jedes optische Element auf einem Aufnahmesubstrat durch Ätzen gebildet wird. In diesem Fall wurde jedoch gefunden, dass die optische Wirkung abhängig von dem Typ der feinen Strukturen verschlechtert wird und das gewünschte emittierte Licht nicht erhalten wird.
Beispielsweise wurde in Fällen, bei denen nach der Bildung einer Subwellenlängen-Gitterstruktur in einer optischen Materialschicht Lichtwellenleiter durch Ätzen der optischen Materialschicht und einer Beschichtungsschicht zum Erhalten eines optischen Elements gebildet worden sind, die schließlich erhaltene Laserausgangsleistung unter Verwendung des resultierenden optischen Elements in Kombination mit einem Halbleiterlaser oder einer Lichtleitfaser zur Bildung eines Lichtquellenmoduls vermindert war.
In dem Fall der Subwellenlängen-Gitterstruktur wird die Periode oder die Tiefe von feinen Strukturen eine Größe von etwa λ/n (oder λ/n_eff) und eine signifikante Größe aufweisen, wobei die Betriebswellenlänge als λ bezeichnet wird und der Brechungsindex eines Materials, in dem sich Licht mit einer Wellenlänge λ ausbreitet, als n bezeichnet wird (oder als effektiver Brechungsindex neff). Aus diesem Grund wird die Lichtausbreitung eines Lichtwellenleiters durch diese feine Struktur gestreut und von dem Lichtwellenleiter abgestrahlt, was zu einem größeren Verlust führt.
Nach der Bildung von Bragg-Gittern in einer optischen Materialschicht haben die vorliegenden Erfinder Gitterelemente durch Ätzen der optischen Materialschicht und einer Beschichtungsschicht zur Bildung von Lichtwellenleitern erhalten und anschließend die Gitterelemente durch Abschneiden eines Trägersubstrats zum Erhalten von Chips voneinander getrennt. Ferner wurde gefunden, dass Laserlicht, das eine gewünschte Wellenlänge aufweist, mit einer hohen Ausgangsleistung durch die Verwendung des resultierenden Gitterelements in Kombination mit einem Halbleiterlaser erhalten wird, und folglich ein zurückkehrendes Reflexionslicht auf der Endfläche des Lichtwellenleiters spezifisch unterdrückt wird.
Bezüglich der vorliegenden Struktur betragen die Periode A und die Tiefe von feinen Strukturen vorzugsweise 1/2 oder weniger von λ/n (oder λ/n_eff) bezüglich des Brechungsindex n (oder des effektiven Brechungsindex n_eff) einer optischen Materialschicht, in der eine Ausbreitung stattfindet.
Dies bedeutet, dass die Endfläche des optischen Wellenleiters, die durch Ätzen gebildet wird, eine mäßige Spiegelglanzoberfläche wird und folglich einfallendes Licht von dem Halbleiterlaser oder der Lichtleitfaser mit dem Lichtwellenleiter mit einer hohen Effizienz kombiniert wird, und das durch Bragg-Gitter gebeugte Ausbreitungslicht, das mit einer geringen Reflexion emittiert worden ist, mit einem Laser oder einer Lichtleitfaser mit einer hohen Effizienz rekombiniert wird. Die Endfläche, die durch Ätzen gebildet wird, weist im Hinblick auf die herkömmlich polierte Oberfläche einen geringeren Spiegelglanz auf, jedoch scheint es, dass ein Phänomen aufgetreten ist, bei dem Licht, das auf dieser Endfläche reflektiert worden ist, wieder in den Laser und die Lichtleitfaser eintritt und aufgrund des Ausbildens einer mäßigen Spiegelglanzoberfläche nur schwer wieder in den Lichtwellenleiter eintritt, und dies ist spezifisch für die Erzeugung von Gitterelementen geeignet.
Figurenliste

1(a) ist eine perspektivische Ansicht, die ein Gitterelement 1 zeigt, und 1(b) ist ein schematisches Diagramm, das einen Zustand zeigt, bei dem eine Anzahl von Gitterelementen 1 auf einem Aufnahmesubstrat 3 bereitgestellt ist.
2(a) ist eine Vorderansicht, die schematisch ein Aufnahmesubstrat 3 zeigt, 2(b) ist eine Vorderansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem eine Beschichtungsschicht 4 und eine optische Materialschicht 8 auf dem Aufnahmesubstrat 3 ausgebildet sind, und 2(c) ist eine Draufsicht des Aufnahmesubstrats 3, auf dem die Beschichtungsschicht 4 und die optische Materialschicht 8 ausgebildet sind.
3(a) ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, bei dem Bragg-Gitter 9 in einer optischen Materialschicht 8A ausgebildet sind, und 3(b) ist eine Vorderansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem die Bragg-Gitter 9 in der optischen Materialschicht 8A ausgebildet sind.
4(a) zeigt einen Zustand, bei dem ein Formwerkzeug 10 auf einer Harzschicht 11 angeordnet ist, 4(b) zeigt einen Zustand, bei dem durch das Formwerkzeug 10 Druck auf die Harzschicht 11 ausgeübt wird, und 4(c) zeigt einen Zustand, bei dem eine Gestaltungsstruktur P2 auf eine Harzschicht 11A übertragen worden ist.
5(a) zeigt einen Zustand, bei dem eine Harzmaske 12 ausgebildet ist, und 5(b) zeigt einen Zustand, bei dem eine Struktur P3 von Bragg-Gittern in einer optischen Materialschicht 8A ausgebildet ist.
6(a) ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, bei dem Steglichtwellenleiter („ridge optical waveguides“) 16 und Stegrillen 7 ausgebildet sind, und 6(b) ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Zustand zeigt, bei dem die Steglichtwellenleiter 16 und die Stegrillen 7 ausgebildet sind.
7(a) ist eine Draufsicht, die schematisch einen Zustand zeigt, bei dem eine Maske 18, die jedem der Gitterelemente entspricht, auf einer optischen Materialschicht 8A angeordnet ist, und 7(b) ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Zustand zeigt, bei dem die Maske 18, die jedem der Gitterelemente entspricht, auf der optischen Materialschicht 8A angeordnet ist.
8(a) ist eine Draufsicht, die schematisch einen Zustand zeigt, bei dem die äußere Form jedes der Gitterelemente durch Ätzen ausgebildet worden ist, und 8(b) ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Zustand zeigt, bei dem die äußere Form jedes der Gitterelemente durch Ätzen ausgebildet worden ist.
9(a) ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, bei dem eine Oberseitenpufferschicht auf der oberen Fläche jedes der Gitterelemente ausgebildet ist und Einschichtfilme 26A und 26B auf Endflächen jedes der Lichtwellenleiter ausgebildet sind, und 9(b) ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem die Oberseitenpufferschicht auf der oberen Fläche jedes der Gitterelemente ausgebildet ist.
10 zeigt einen Zustand, bei dem ferner eine Laserlichtquelle 28 auf einem Aufnahmesubstrat 3 bereitgestellt ist.

Wie es in der 1 gezeigt ist, ist in der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von Gitterelementen 1 auf einem Aufnahmesubstrat 3 bereitgestellt. Die Anzahl von Gitterelementen 1, die auf einem Aufnahmesubstrat 3 bereitgestellt sind, ist nicht spezifisch beschränkt. Beispielsweise ist ein Paar von Stegrillen 7 in jedem Gitterelement 1 ausgebildet und ein Steglichtwellenleiter 16 ist zwischen den Stegrillen 7 ausgebildet.
In dem vorliegenden Beispiel sind Bragg-Gitter 9 auf der gesamten Länge eines Steglichtwellenleiters 16 ausgebildet. Zwischen den Bragg-Gittern 9 und einer Einfallsebene 16a des Lichtwellenleiters kann ein einfallsseitiger Ausbreitungsabschnitt ohne Beugungsgitter bereitgestellt sein. Ferner kann zwischen den Bragg-Gittern 9 und einer Emissionsebene 16b des Lichtwellenleiters ein emissionsseitiger Ausbreitungsabschnitt ohne Beugungsgitter bereitgestellt sein.
Ferner wird das Verfahren zur Herstellung einer Aufnahmesubstrats in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Wie es in der 2(a) gezeigt ist, wird ein Aufnahmesubstrat 3 hergestellt bzw. bereitgestellt. Das spezifische Material für das Aufnahmesubstrat ist nicht speziell beschränkt und Lithiumniobat, Lithiumtantalat, AIN, SiC, ZnO, Glas, wie z.B. Quarzglas oder dergleichen, synthetischer Quarz, ein Quarzkristall, Si, usw., können als Beispiele genannt werden.
Im Hinblick auf die Handhabung weist das Aufnahmesubstrat vorzugsweise eine Dicke von 250 µm oder mehr auf und das Aufnahmesubstrat weist ferner im Hinblick auf eine Verkleinerung eine Dicke von 1 mm oder weniger auf.
Als nächstes wird, wie es in den 2(b) und 2(c) gezeigt ist, eine Beschichtungsschicht 4 auf der oberen Fläche 3a des Aufnahmesubstrats 3 gebildet und eine optische Materialschicht 8 wird anschließend auf der oberen Fläche 4a der Beschichtungsschicht 4 gebildet. Das Symbol 8a stellt die obere Fläche der optischen Materialschicht 8 dar.
Dabei ist die Beschichtungsschicht aus einem Material ausgebildet, das einen niedrigeren Brechungsindex aufweist als derjenige eines Materials der optischen Materialschicht, und sie kann z.B. aus Siliziumoxid, Tantaloxid und Zinkoxid ausgebildet sein. Ferner kann die Beschichtungsschicht zur Einstellung des Brechungsindex dotiert sein. P, B, AI und Ga können als Dotierstoff beispielhaft genannt werden.
In Fällen, bei denen eine Beschichtungsschicht bereitgestellt wird, wird ein Austreten von Ausbreitungslicht zu einem Trägersubstrat durch Erhöhen der Dicke der Beschichtungsschicht unterdrückt und folglich weist die Beschichtungsschicht im Hinblick darauf vorzugsweise eine Dicke von 0,5 µm oder mehr auf.
Die optische Materialschicht wird vorzugsweise aus einem optischen Material wie z.B. Siliziumoxid, Zinkoxid, Tantaloxid, Lithiumniobat, Lithiumtantalat, Titanoxid, Aluminiumoxid, Niobpentoxid, Magnesiumoxid oder dergleichen ausgebildet. Ferner weist die optische Materialschicht vorzugsweise einen Brechungsindex von 1,7 oder mehr auf und sie weist mehr bevorzugt einen Brechungsindex von 2 oder mehr auf.
Zu weiteren Verbesserung der optischen Beschädigungsbeständigkeit des Lichtwellenleiters kann mindestens eine Art von Metallelement, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Magnesium (Mg), Zink (Zn), Scandium (Sc) und Indium (In), in der optischen Materialschicht enthalten sein, und in diesem Fall ist Magnesium besonders bevorzugt. Ferner kann in einem Kristall als eine Dotierkomponente ein Seltenerdelement enthalten sein. Nd, Er, Tm, Ho, Dy und Pr sind als das Seltenerdelement besonders bevorzugt.
Die Dicke der optischen Materialschicht ist nicht spezifisch beschränkt, wobei jedoch eine Dicke von 0,5 bis 3 µm im Hinblick auf die Verminderung eines Lichtausbreitungsverlusts bevorzugt ist.
Die optische Materialschicht und die Beschichtungsschicht können durch ein Dünnfilmbildungsverfahren als Film gebildet werden. Ein Sputtern, eine Gasphasenabscheidung, eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD) und eine metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) können als Beispiele für ein solches Dünnfilmbildungsverfahren genannt werden.
Als nächstes werden, wie es in der 3 gezeigt ist, Bragg-Gitter 9 in der optischen Materialschicht gebildet, so dass die optische Materialschicht 8A mit den darin vorliegenden Bragg-Gittern 9 erhalten wird. Die Bildungsposition jedes der Bragg-Gitter ist so gestaltet, dass sie im Vorhinein bei einer gewünschten Bildungsposition von jedem der Wellenleiter in jedem Gitterelement ausgerichtet ist.
In der vorliegenden Erfindung sind das Bildungsverfahren und die Struktur der Bragg-Gitter 9 nicht spezifisch beschränkt, wobei deren Strukturierung durch eine Elektronenstrahlbelichtung (EB-Belichtung), einen Stepper, ein Nanoprägen oder eine direkte Laserbelichtung gebildet werden kann. Im Hinblick auf eine Massenproduktion werden Bragg-Gitter jedoch vorzugsweise durch das Nanoprägeverfahren gebildet.
Das Nanoprägeverfahren wird beispielsweise wie folgt durchgeführt. D.h., wie es beispielsweise in der 4(a) gezeigt ist, wird eine Harzschicht 11 auf der Oberfläche 8a der optischen Materialschicht 8 gebildet und die Formoberfläche eines Formwerkzeugs 10 zeigt auf die Oberfläche 11a der Harzschicht 11A. Eine Gestaltungsstruktur P1 ist auf der Formoberfläche des Formwerkzeugs 10 bereitgestellt. In dem vorliegenden Beispiel ist die Gestaltungsstruktur P1 aus Rillenabschnitten 10b und Höckerabschnitten 10a zusammengesetzt, die abwechselnd bei festgelegten Abständen ausgebildet sind.
Wenn die Gestaltungsstruktur P1 des Formwerkzeugs 10 übertragen wird, wie es in der 4(b) beispielhaft gezeigt ist, wird die Formoberfläche des Formwerkzeugs 10 mit der Harzschicht 11 in Kontakt gebracht und die Gestaltungsstruktur P1 wird auf die Harzschicht übertragen. Dann wird das Formwerkzeug von der Harzschicht abgelöst und die Übertragungsstruktur P2, die aus Höckerabschnitten 11b und Rillenabschnitten 11c zusammengesetzt ist, wird in der Harzschicht 11A ausgebildet, wie es in der 4(c) gezeigt ist.
Wenn ein Prägen durchgeführt wird, wird in dem Fall, bei dem die Harzschicht 11 aus einem thermoplastischen Harz ausgebildet ist, die Harzschicht durch Erwärmen der Harzschicht 11 auf eine Temperatur gleich dem Erweichungspunkt des Harzes oder höher als dieser erweicht und das Harz kann durch Aufdrücken des Formwerkzeugs verformt werden. Die Harzschicht 11A wird durch anschließendes Abkühlen erstarren gelassen. In dem Fall, bei dem die Harzschicht 11 aus einem wärmeaushärtenden Harz ausgebildet ist, wird das Harz durch Aufdrücken des Formwerkzeugs auf eine nicht ausgehärtete Harzschicht 11 verformt und kann anschließend durch Erwärmen der Harzschicht auf eine Temperatur, die gleich der Polymerisationstemperatur des Harzes oder höher als diese ist, ausgehärtet werden. In dem Fall, bei dem die Harzschicht 11 aus einem lichtaushärtbaren Harz ausgebildet ist, wird eine Verformung durch Aufdrücken des Formwerkzeugs auf die nicht ausgehärtete Harzschicht 11 erzeugt, die Gestaltungsstruktur wird darauf übertragen und ein Aushärten kann durch Belichten der Harzschicht durchgeführt werden.
Nach dem Übertragen der Gestaltungsstrukturen auf die Harzschicht werden durch Ätzen feine Strukturen auf der optischen Materialschicht geformt. In diesem Fall kann die Harzschicht maskiert werden, jedoch kann auch eine weitere Maskenmaterialschicht zwischen der Harzschicht und der optischen Materialschicht bereitgestellt werden.
Als erstes wird der Fall beschrieben, bei dem die Harzschicht als Maske genutzt wird. Wie es in der 4(c) gezeigt ist, verbleibt ein Harz an dem Boden jedes Rillenabschnitts 11c der Harzschicht 11A. Dieses verbleibende Harz wird durch Veraschen davon entfernt und die in der 5(a) gezeigte Form wird gebildet. In der 5(a) ist eine Anzahl von Durchgangslöchern 12a in einer Harzmaske 12 ausgebildet und die Oberfläche 8a einer optischen Materialschicht 8 liegt am Boden jedes dieser Durchgangslöcher 12a frei. Als nächstes wird die Harzmaske 12 als Maske einem Ätzen unterzogen und die optische Materialschicht 8 wird zur Bildung der Rillenabschnitte 15 teilweise davon entfernt. Bereiche unmittelbar unterhalb der Harzmaske 12 werden keinem Ätzen unterzogen und folglich verbleiben sie als Höckerabschnitte 14 {5(b)}.
Als nächstes wird die Harzmaske davon entfernt, so dass die optische Materialschicht 8A erhalten wird, wie es in der 5(b) gezeigt ist. Eine Bragg-Gitterstruktur P3 ist aus Höckerabschnitten 14 und Rillenabschnitten 15 zusammengesetzt, die periodisch in der optischen Materialschicht 8A ausgebildet worden sind.
Ferner wird der Fall beschrieben, bei dem eine weitere Maskenmaterialschicht zwischen der Harzschicht und der optischen Materialschicht bereitgestellt ist. Auch in diesem Fall wird, wie es vorstehend erwähnt worden ist, die Gestaltungsstruktur auf die Harzschicht übertragen. Als nächstes wird das Harz, das am Boden des Rillenabschnitts der Harzschicht verblieben ist, durch Veraschen davon entfernt, so dass die Maskenmaterialschicht als eine Basis freigelegt wird. Dadurch wird die Maskenmaterialschicht durch das in der Harzschicht ausgebildete Durchgangsloch zu einem Raum hin freigelegt.
Als Material für die Maskenmaterialschicht können Cr, Ni, Ti, WSi und AI und Mehrschichtfilme davon beispielhaft genannt werden.
Als nächstes wird die Maskenmaterialschicht einem Ätzen unterzogen und eine Anzahl von Durchgangslöchern wird in der Maskenmaterialschicht abhängig von der Gestaltungsstruktur zum Erhalten einer Maske gebildet. Als nächstes wird das Material der optischen Materialschicht unmittelbar unterhalb des Durchgangslochs der Maske durch Ätzen davon entfernt und Rillenabschnitte 15, wie sie in der 5(b) gezeigt sind, werden gebildet. Ein Trägersubstrat bleibt unverändert, da es sich unmittelbar unterhalb der Maske befindet, so dass Höckerabschnitte 14 gebildet werden. Anschließend werden die Harzschicht und die Maske, die unnötig sind, davon entfernt, so dass die in der 5(b) gezeigte optische Materialschicht 8A erhalten wird.
Ein Trockenätzen und ein Nassätzen können als das Verfahren zum Ätzen der optischen Materialschicht genannt werden.
Beispiele für das Trockenätzen umfassen ein Reaktivätzen, usw., und als gasförmige Spezies können solche auf Fluorbasis und auf Chlorbasis beispielhaft genannt werden.
Bezüglich des Nassätzens können z.B. solche auf Fluorwasserstoffsäurebasis und TMAH-Basis beispielhaft genannt werden.
Als nächstes werden Lichtwellenleiter, die jeweils das Bragg-Gitter umfassen, in der optischen Materialschicht gebildet. Der Lichtwellenleiter ist vorzugsweise ein Steglichtwellenleiter, wobei es sich jedoch auch um einen Protonenaustausch-Lichtwellenleiter, einen Lichtwellenleiter mit verteiltem Ti oder dergleichen handeln kann. Ferner kann der Lichtwellenleiter auch ein planarer Lichtwellenleiter sein.
Beispielsweise ist in dem Beispiel von 6 ein Paar von Stegrillen 7 in der optischen Materialschicht ausgebildet und ein Steglichtwellenleiter 16 ist durch ein Paar der Stegrillen 7 ausgebildet. In dem vorliegenden Beispiel sind Bragg-Gitter 9 auf der gesamten Länge des Steglichtwellenleiters 16 ausgebildet. Das Verfahren zur Bildung eines solchen Steglichtwellenleiters ist nicht beschränkt und ein Photolithographieverfahren unter Verwendung eines Maskenjustiersystems, ein Laserabtragungsverfahren, eine Schleifbearbeitung und ein Nanoprägeverfahren können beispielhaft genannt werden.
Als nächstes wird eine Maske bei einem Bereich gebildet, der jedem der Gitterelemente entspricht, und eine optische Materialschicht wird durch die Maske bedeckt. Beispielsweise ist in dem Beispiel von 7 jede der Masken 18 in dem vorgegebenen Bereich auf der optischen Materialschicht 8A ausgebildet, so dass sie jeden von entsprechenden Elementbereichen bedeckt. Der Lichtwellenleiter und das Bragg-Gitter für jede Maske sind so ausgebildet, dass sie sich unter jeder der Masken 18 befinden.
Als nächstes werden Bereiche, die nicht durch Masken bedeckt sind, durch Ätzen davon entfernt, so dass Gitterelemente geformt werden. Beispielsweise werden Abschnitte der optischen Materialschicht 8A und der Beschichtungsschicht 4, die nicht durch die Masken 18 bedeckt sind, durch Ätzen davon entfernt, so dass Zwischenräume 24 gebildet werden, wie sie in der 8 gezeigt sind. Dadurch werden die Seitenfläche 1a und die Endfläche 1b jedes der Gitterelemente 1 geformt und die optische Materialschicht 23 und die Beschichtungsschicht 22 werden ebenfalls geformt. Das Symbol 23b stellt einen Dünnschichtabschnitt unter jeder der Stegrillen dar und das Symbol 23a stellt einen Verlängerungsteil dar, der auf der Außenseite jedes Dünnschichtabschnitts bereitgestellt ist.
Eine Mehrzahl der vorliegenden Gitterelemente 1 ist auf einem Aufnahmesubstrat 3 ausgebildet und ein Zwischenraum 24 ist zwischen den benachbarten Gitterelementen 1 ausgebildet. In dem vorliegenden Beispiel liegt die Oberfläche 3a des Aufnahmesubstrats 3 zu dem Zwischenraum 24 hin frei und die freiliegende Oberfläche 3a, die zu dem Zwischenraum 24 hin freiliegt, ist eine flache Oberfläche. Darüber hinaus sind in dem vorliegenden Beispiel drei Gitterelemente gezeigt, jedoch ist die große Zahl von Gitterelementen, die auf einem Aufnahmesubstrat ausgebildet sind, nicht beschränkt und folgt Auslegungsbestimmungen.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Ätzen eines solchen Gitterelements ist wie folgt. Beispielsweise kann ein Trockenätzen, wie z.B. ein Reaktivätzen oder dergleichen, beispielhaft genannt werden und als gasförmige Spezies können Spezies auf Fluorbasis und Chlorbasis beispielhaft genannt werden.
Es wurde gefunden, dass nahezu die gesamte Bearbeitungsoberfläche, wie in dem Fall, bei dem jede Endfläche des Lichtwellenleiters einem Endflächenspiegelglanzpolieren unterzogen wird, durch Ausschneiden der Endfläche des Gitterelements durch Ätzen gebildet werden kann, ohne die Endfläche einem Spiegelglanzpolieren oder einem optischen Polieren zu unterziehen.
Der Winkel einer solchen Lichtwellenleiterendfläche in Bezug auf die optische Achse beträgt vorzugsweise 90° ± 10°.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist auf einem Aufnahmesubstrat ein Zwischenraum zwischen aneinander angrenzenden Gitterelementen bereitgestellt und die Oberfläche des Aufnahmesubstrats, die zu dem Zwischenraum hin freiliegt, ist eine flache Oberfläche. In diesem Fall können die aneinander angrenzenden Gitterelemente an jedweder Stelle dieses Zwischenraums voneinander getrennt werden und folglich müssen die Ebenenabmessungen des Gitterelements nicht zu Verformungsebenenabmessungen eines Aufnahmesubstratchips passen, der mit diesem verbunden ist. Demgemäß kann die Bearbeitungstoleranz während des Ätzens der Gitterelemente verbessert werden, was zu einer Senkung der Herstellungskosten führt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nach der Bildung der Endfläche jedes Gitterelements eine Beschichtungsschicht der Oberseite auf der oberen Fläche des Gitterelements gebildet und ein Einschichtfilm wird auf der Endfläche des Gitterelements gebildet.
Wenn die Endfläche des Elements durch Ätzen gebildet wird, wie dies erfindungsgemäß der Fall ist, kann gleichzeitig die Seitenfläche des Elements gebildet werden. Folglich wird eine Struktur gebildet, in der Gitterelemente in Inselformen eingestreut sind und eine Belastung, die durch die Bildung von Gitterelementen verursacht wird, kann vermindert werden, wodurch die Bildung eines Wafers mit einem verminderten Verzug ermöglicht wird.
So können nach dem Formen einer Mehrzahl von Gitterelementen 1 auf einem Aufnahmesubstrat 3, wie es in der 8 gezeigt ist, Beschichtungsschichten 25 der Oberseite jeweils auf der oberen Fläche eines Elements gebildet werden, wie es in der 9 gezeigt ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist dieses Filmbildungsverfahren aus der Gruppe, bestehend aus Sputtern, Gasphasenabscheidung, chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) und metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung (MOCVD), ausgewählt.
Wenn eine Filmbildung der oberen Beschichtungsschicht durch ein Dünnfilmbildungsverfahren durchgeführt wird, wie dies erfindungsgemäß der Fall ist, können die Einschichtfilme 26A und 26B auf der einfallsseitigen Endfläche bzw. der emissionsseitigen Endfläche des Lichtwellenleiters ausgebildet sein, und zwar dadurch, dass die einfallsseitige Endfläche 16a bzw. die emissionsseitige Endfläche 16b jedes Elements der Atmosphäre ausgesetzt werden. Folglich wird das Reflexionsrückkehrausmaß auf der einfallsseitigen Endfläche bzw. der emissionsseitigen Endfläche des Lichtwellenleiters weiter vermindert und die Abstrahlung von Licht mit einer gewünschten Wellenlänge, das von dem Element emittiert wird, kann weiter stabilisiert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in dem vorstehenden Beispiel beschrieben, werden nach der Bildung von Lichtwellenleitern und der Bildung von Masken auf einer optischen Materialschicht die Seitenfläche und die Endfläche jedes Gitterelements durch Ätzen der optischen Materialschicht und der Beschichtungsschicht geformt.
Nach der Bildung einer Pufferschicht auf der optischen Materialschicht wird jedoch eine Maske zum Bedecken eines Bereichs, der dem Gitterelement entspricht, auf der Pufferschicht gebildet, und anschließend können auch die Seitenfläche und die Endfläche jedes Gitterelements durch Ätzen der Pufferschicht, der optischen Materialschicht und der Beschichtungsschicht geformt werden. Auch in diesem Fall kann der gleiche Effekt erhalten werden, wie er in dem vorstehenden Beispiel beschrieben worden ist.
In der vorliegenden Ausführungsform werden ferner gleichzeitig eine Beschichtungsschicht der Oberseite auf einer Pufferschicht und ein Einschichtfilm auf einer Endfläche gebildet, wodurch die Reflexion auf der Endfläche vermindert werden kann. Dabei gibt es Fälle, bei denen die Dicke der Beschichtungsschicht der Oberseite aufgrund der Abhängigkeit von der Filmdicke der Endfläche beschränkt ist, und folglich kann eine Dicke, die als Beschichtung ausreichend ist, nicht erhalten werden. Die Pufferschicht kann als die Beschichtung dienen und die erforderliche Dicke kann in dem Schritt der Pufferschicht gebildet werden. Aus diesem Grund kann die Filmdicke von jeder der oberen Beschichtung und der Endfläche auf einen optimalen Zahlenwert eingestellt werden. Sie muss auf eine Dicke eingestellt werden, durch welche die Reflexion auf der Endfläche kleiner ist als die Reflexion durch die Gitter und folglich werden gleichzeitig eine Verbesserung der Gittereigenschaften und eine Verminderung der Reflexion auf der Endfläche möglich.
Die optische Materialschicht, die Beschichtungsschicht, die Pufferschicht und die Beschichtungsschicht der Oberseite sind vorzugsweise jeweils eine Einzelschicht, können jedoch ein Mehrschichtfilm sein. Ferner muss das Material von jeder der Beschichtungsschicht, der Pufferschicht und der Beschichtungsschicht der Oberseite eine geringere Reflexion aufweisen als diejenige der optischen Materialschicht und Beispiele dafür können z.B. Siliziumoxid, Tantaloxid und Zinkoxid umfassen.
Ferner ist der Brechungsindex der Beschichtungsschicht der Oberseite vorzugsweise mit dem Brechungsindex der Pufferschicht identisch oder niedriger als dieser. Folglich kann die Reflexion der Endfläche sicher kleiner gemacht werden als diejenige der optischen Materialschicht.
Ferner können, wie es in der 10 gezeigt ist, das Gitterelement 1 (oder 1A) in dem vorliegenden Beispiel und eine Lichtquelle 28 auf dem Aufnahmesubstrat 3 bereitgestellt werden. Dann wird eine Lichtquellenvorrichtung, mit der ein Laserlicht mit einer vorgegebenen Wellenlänge emittiert wird, durch Durchführen einer Ausrichtung der optischen Achse der Lichtquelle 28 und des Gitterelements 1 (1A) bereitgestellt. Darüber hinaus stellt der Pfeil A zu dem Element einfallendes Licht dar und der Pfeil B stellt von dem Element emittiertes Licht dar.
BEISPIELE
Beispiel 1, nicht erfindungsgemäß
Die in der 8 gezeigten optischen Elemente wurden mit dem Verfahren hergestellt, das unter Bezugnahme auf die 2 bis 8 erläutert worden ist.
Insbesondere wurde ein Quarzsubstrat als Aufnahmesubstrat 3 verwendet. Als nächstes wurde eine Beschichtungsschicht 4 auf dem Aufnahmesubstrat 3 gebildet. SiO₂ wurde als Beschichtungsmaterial verwendet, die Dicke der Beschichtungsschicht wurde auf 1 µm eingestellt und die Beschichtungsschicht wurde durch ein Sputterverfahren gebildet.
Als nächstes wurde eine optische Materialschicht 8, die aus Ta₂O₅ hergestellt war, auf der Beschichtungsschicht 4 gebildet. Die Dicke dieser optischen Materialschicht wurde auf 2 µm eingestellt und ein Sputterverfahren wurde als Filmbildungsverfahren angewandt.
Als nächstes wurden Bragg-Gitter 9 in der optischen Materialschicht 8 gebildet. D.h., es wurde eine Strukturierung von Rillen und Höckern mit einem Abstand von 205 nm in einer Harzschicht durch ein Nanoprägeverfahren durchgeführt und die Gitter 9 mit einer Tiefe von 100 nm wurden durch Trockenätzen unter Verwendung eines Gases auf Fluorbasis gebildet. Die Länge der Gitter 9 wurde auf 50 µm eingestellt. Die Tiefe der Rillenabschnitte hängt von dem Reflexionsausmaß ab, wobei die Rillen für eine Stabilität der Laseroszillationswellenlänge jedoch mit einer Tiefe von etwa 100 nm gebildet werden können.
Als nächstes wurde, wie es in der 6 gezeigt ist, ein Paar von Stegrillen 7 in den vorgegebenen Bereichen zur Bildung eines Stegabschnitts 16 gebildet. In dem vorliegenden Beispiel wurde die Breite des Stegabschnitts auf 3 µm eingestellt und die Tiefe der Stegrillen wurde auf 1 µm eingestellt. Bei der Bildung der Stegrillen wurden nach der Filmbildung einer Metallmaske und anschließender Photolackbeschichtung Strukturen der Stegrillen durch ein Maskenjustiersystem gebildet und jeder Lichtwellenleiter wurde durch Trockenätzen unter Verwendung eines Gases auf Fluorbasis gebildet.
Als nächstes wurden Metallmasken 18, wie sie in der 7 gezeigt sind, durch eine Filmbildung gebildet, worauf ein Photolack aufgebracht wurde, Strukturen, die jeweils eine Elementlänge von 10 mm und eine Breite von 2 mm aufwiesen, wurden durch ein Maskenjustiersystem gebildet und ein Trockenätzen unter Verwendung eines Gases auf Fluorbasis wurde angewandt, so dass ein Ätzen durchgeführt wurde, bis das Quarzsubstrat erreicht wurde, so dass jedes der Gitterelemente 1 gebildet wurde. Es wurde bestätigt, dass die einfallsseitige Endfläche und die emissionsseitige Endfläche jedes Lichtwellenleiters einen Winkel von 89° oder mehr in Bezug auf die optische Achse aufwies und dass die einfallsseitige Endfläche und die emissionsseitige Endfläche jeweils Spiegelglanzoberflächen waren.
Bezüglich der optischen Eigenschaften des resultierenden Gitterelements wurde abgestrahltes Licht mit einem optischen Spektrumanalysegerät durch Einstrahlen von Licht auf das Gitterelement unter Verwendung einer superstrahlenden Leuchtdiode (SLD) als eine Breitbandwellenlängenlichtquelle zur Bewertung der Reflexionseigenschaften aufgrund dessen Durchlässigkeitseigenschaften analysiert. Als Ergebnis wurden die Eigenschaften einer zentralen Wellenlänge von 848,3 nm in Bezug auf TE-polarisiertes Licht, eine maximale Reflexion von 15 % und eine Halbwertsbreite ΔλG von 4 nm erhalten. Ferner wurde durch Messung des Eintritts/Austritts-Ausbreitungsverlusts ein Wert von 1 dB/cm erhalten.
Beispiel 2, erfindungsgemäß
Eine Anzahl von Gitterelementen wurde so auf einem Aufnahmesubstrat 3 hergestellt, wie es im Beispiel 1 beschrieben worden ist.
Als nächstes wurden Beschichtungsschichten 25 der Oberseite, die jeweils eine Dicke von 250 nm aufwiesen und jeweils aus SiO₂ hergestellt waren, durch eine Filmbildung mittels eines Sputterverfahrens von der Seite der oberen Fläche her gebildet. In diesem Fall wurden auch Einschichtfilme 26A und 26B, die jeweils eine Dicke von 79 nm aufwiesen, auf der einfallsseitigen Endfläche und der emissionsseitigen Endfläche des Lichtwellenleiters gebildet.
Bezüglich der optischen Eigenschaften des resultierenden Gitterelements wurde abgestrahltes Licht mit einem optischen Spektrumanalysegerät durch Einstrahlen von Licht auf das Gitterelement unter Verwendung einer superstrahlenden Leuchtdiode (SLD) als eine Breitbandwellenlängenlichtquelle zur Bewertung der Reflexionseigenschaften aufgrund dessen Durchlässigkeitseigenschaften analysiert. Als Ergebnis wurden die Eigenschaften einer zentralen Wellenlänge von 848,3 nm in Bezug auf TE-polarisiertes Licht, eine maximale Reflexion von 20 % und eine Halbwertsbreite ΔλG von 3 nm erhalten. Ferner wurde durch Messung des Eintritts/Austritts-Ausbreitungsverlusts ein Wert von 0,8 dB/cm erhalten.
Es war möglich, eine Lichtquelle, bei der die Oszillationswellenlänge bei einer vorgegebenen Wellenlänge stabilisiert ist, unter Verwendung eines Elements des vorliegenden Beispiels in Kombination z.B. mit einer Halbleiterlaserlichtquelle mit einer Wellenlänge von 850 nm zu erhalten. Ferner konnte unter Verwendung dieses Elements in Kombination mit einer Wellenlängenumwandlungselementphase, die auf 848,3 nm abgestimmt war, eine Blau-grün-Frequenzverdoppelungslichtquelle (SHG) erhalten werden, durch welche die Austrittswellenlänge und die Ausgangsleistung stabilisiert wurden.
Vergleichsbeispiel 1
Ein Wellenlängenumwandlungselement mit einer Subwellenlängen-Gitterstruktur wurde mit dem Verfahren erzeugt, das unter Bezugnahme auf die 2 bis 8 erläutert worden ist.
Ein Quarzsubstrat wurde als Aufnahmesubstrat 3 verwendet. Als nächstes wurde eine Beschichtungsschicht 4 auf dem Montagesubstrat 3 gebildet. SiO₂ wurde als Beschichtungsmaterial verwendet, wobei die Dicke der Beschichtungsschicht auf 1 µm eingestellt war, und die Beschichtungsschicht wurde durch ein Sputterverfahren gebildet.
Als nächstes wurde eine aus Lithiumniobat hergestellte optische Materialschicht 8 durch ein direktes Verbindungsverfahren an der Beschichtungsschicht 4 angebracht, worauf ein Präzisionspolieren durchgeführt wurde, bis 3 µm erreicht wurden.
Die Subwellenlängen-Gitterstruktur wurde auf der optischen Materialschicht 8 ausgebildet. Die Strukturierung von Rillen und Höckern bei einem Abstand von 1,5 µm für eine Harzschicht wurde durch ein Nanoprägeverfahren durchgeführt und die Subwellenlängen-Gitterstruktur mit einer Tiefe von 1,5 µm wurde durch Trockenätzen unter Verwendung eines Gases auf Fluorbasis gebildet. Die Länge der Subwellenlängen-Gitterstruktur wurde auf 8 mm eingestellt.
Als nächstes wurde, wie es in der 6 gezeigt ist, ein Paar von Stegrillen 7 in den vorgegebenen Bereichen zur Bildung eines Stegabschnitts 16 gebildet. In dem vorliegenden Beispiel wurde die Breite des Stegabschnitts auf 7 µm eingestellt und die Tiefe der Stegrillen wurde auf 2 µm eingestellt. Bei der Bildung der Stegrillen wurden nach der Filmbildung einer Metallmaske und einem anschließenden Photolackaufbringen Strukturen der Stegrillen durch ein Maskenjustiersystem gebildet und jeder Lichtwellenleiter wurde durch Trockenätzen unter Verwendung eines Gases auf Fluorbasis gebildet.
Als nächstes wurden Metallmasken 18, wie sie in der 7 gezeigt sind, durch eine Filmbildung gebildet, worauf ein Photolack aufgebracht wurde, Strukturen, die jeweils eine Elementlänge von 10 mm und eine Breite von 2 mm aufwiesen, wurden durch ein Maskenjustiersystem gebildet und ein Trockenätzen unter Verwendung eines Gases auf Fluorbasis wurde angewandt, so dass ein Ätzen durchgeführt wurde, bis das Quarzsubstrat erreicht wurde, so dass jedes Element gebildet wurde. Es wurde bestätigt, dass die einfallsseitige Endfläche und die emissionsseitige Endfläche jedes Lichtwellenleiters einen Winkel von 89° oder mehr in Bezug auf die optische Achse aufwies und dass die einfallsseitige Endfläche und die emissionsseitige Endfläche jeweils Spiegelglanzoberflächen waren.
Halbleiterlaser mit einer Wellenlänge von 780 nm und einer Wellenlänge von 1064 nm wurden auf das resultierende Wellenlängenumwandlungselement eingestrahlt und mittlere Infrarotstrahlen mit einer Wellenlänge von 2,92 µm wurden durch eine Differenzfrequenzerzeugung erzeugt. Herkömmlich wurde dieses Infrarotlicht so gestaltet, dass es durch Cherenkov-Strahlung in der Richtung von 46° abgestrahlt wird und die Fresnel-Reflexion an der Endfläche so ausgebildet ist, dass sie durch die Subwellenlängen-Gitterstruktur unterdrückt wird. Wenn jedoch der Ausbreitungsverlust in Bezug auf die zwei eingestrahlten Wellenlängen gemessen wurde, wurde ein Wert von 5 dB/cm erhalten. Folglich wurden mittlere Infrarotstrahlen, die durch die Differenzfrequenz erzeugt wurden, unterdrückt, was zu einer geringeren Ausgangsleistung wie derjenigen eines Wellenlängenumwandlungselements führte, das kein Subwellenlängengitter aufweist.
D.h., in Fällen, bei denen Wellenlängenumwandlungselemente, die jeweils eine Subwellenlängen-Gitterstruktur aufwiesen, erzeugt wurden, wurde der Effekt der vorliegenden Erfindung nicht erzeugt.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Aufnahmestruktur, die ein Aufnahmesubstrat (3) und eine Mehrzahl von Gitterelementen (1), die auf dem Aufnahmesubstrat (3) bereitgestellt sind, umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bilden einer Mehrzahl von Bragg-Gittern (9) an vorgegebenen Stellen eines Laminats, welches das Aufnahmesubstrat (3), eine Beschichtungsschicht (4), die auf dem Aufnahmesubstrat (3) bereitgestellt ist, und eine optische Materialschicht (8), die auf der Beschichtungsschicht (4) bereitgestellt ist, umfasst, Bilden von Lichtwellenleitern, die jeweils mindestens jedes der Bragg-Gitter (9) umfassen, Bilden von Masken (18), die jeweils einen Bereich bedecken, der jedem der Gitterelemente (1) auf der optischen Materialschicht (8) entspricht, Ätzen der optischen Materialschicht (8) und der Beschichtungsschicht (4) zum Formen einer Endfläche jedes der Gitterelemente (1), und Bilden einer Beschichtungsschicht (25) der Oberseite auf der optischen Materialschicht (8) und eines Einschichtfilms (26A, 26B) auf der Endfläche des Gitterelements (1) aus einer Atmosphäre durch ein Filmbildungsverfahren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Sputtern, Gasphasenabscheidung, chemischer Gasphasenabscheidung und metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung, nach dem Formen der Endfläche von jedem der Gitterelemente (1) durch Ätzen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Lichtwellenleiter einen Lichtwellenleiter des Stegtyps umfasst, wobei das Verfahren ferner den Schritt des Ätzens der optischen Materialschicht (8) zur Bildung von Stegrillen (7) zum Formen des Steglichtwellenleiters (16) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das ferner den Schritt des Bildens der Bragg-Gitter (9) durch ein Nanoprägeverfahren umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem ein Zwischenraum (24) zwischen den Gitterelementen (1), die auf dem Aufnahmesubstrat (3) aneinander angrenzen, bereitgestellt ist, und bei dem eine Oberfläche des Aufnahmesubstrats (3) zu dem Zwischenraum (24) hin freiliegt und eine flache Oberfläche umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Aufnahmestruktur, die ein Aufnahmesubstrat (3) und eine Mehrzahl von Gitterelementen (1), die auf dem Aufnahmesubstrat (3) bereitgestellt sind, umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bilden einer Mehrzahl von Bragg-Gittern (9) an vorgegebenen Stellen eines Laminats, welches das Aufnahmesubstrat (3), eine Beschichtungsschicht (4), die auf dem Aufnahmesubstrat (3) bereitgestellt ist, und eine optische Materialschicht (8), die auf der Beschichtungsschicht (4) bereitgestellt ist, umfasst, Bilden von Lichtwellenleitern, die jeweils mindestens jedes der Bragg-Gitter (9) umfassen, Bilden einer Pufferschicht auf der optischen Materialschicht (8) nach dem Bilden des Lichtwellenleiters, Bilden von Masken (18), die jeweils einen Bereich bedecken, der jedem der Gitterelemente (1) auf der Pufferschicht entspricht, Ätzen der Pufferschicht, der optischen Materialschicht (8) und der Beschichtungsschicht (4) zum Formen einer Endfläche jedes der Gitterelemente (1), und Bilden einer Beschichtungsschicht (25) der Oberseite auf der Pufferschicht und eines Einschichtfilms (26A, 26B) auf der Endfläche des Gitterelements (1) aus einer Atmosphäre durch ein Filmbildungsverfahren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Sputtern, Gasphasenabscheidung, chemischer Gasphasenabscheidung und metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung, nach dem Formen der Endfläche von jedem der Gitterelemente (1) durch Ätzen.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Lichtwellenleiter einen Lichtwellenleiter des Stegtyps umfasst, wobei das Verfahren ferner den Schritt des Ätzens der optischen Materialschicht (8) zur Bildung von Stegrillen (7) zum Formen des Steglichtwellenleiters (16) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, das ferner den Schritt des Bildens der Bragg-Gitter (9) durch ein Nanoprägeverfahren umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem ein Zwischenraum (24) zwischen den Gitterelementen (1), die auf dem Aufnahmesubstrat (3) aneinander angrenzen, bereitgestellt ist, und bei dem eine Oberfläche des Aufnahmesubstrats (3) zu dem Zwischenraum (24) hin freiliegt und eine flache Oberfläche umfasst.