JP2002341393A - Manufacturing method for optical waveguide device - Google Patents

Manufacturing method for optical waveguide device

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JP2002341393A
JP2002341393A JP2002063832A JP2002063832A JP2002341393A JP 2002341393 A JP2002341393 A JP 2002341393A JP 2002063832 A JP2002063832 A JP 2002063832A JP 2002063832 A JP2002063832 A JP 2002063832A JP 2002341393 A JP2002341393 A JP 2002341393A
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optical waveguide
ridge
substrate
manufacturing
waveguide device
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Yoshino
隆史 吉野
Tatsuo Kawaguchi
竜生 川口
Minoru Imaeda
美能留 今枝
Kenji Kato
賢治 加藤
Takashi Oguchi
貴司 小口
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NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve productivity of a ridge type optical waveguide, to improve the stability of its optical characteristics and the stability of its shape, to prevent a process degenerating layer on the surface of the optical waveguide, and to control the angle of the flank of the ridge type optical waveguide to the main surface of a substrate. SOLUTION: In a method for manufacturing an optical waveguide device equipped with a substrate 1 and the ridge type optical waveguide 3 projecting on the main surface 1a of the substrate 1, the optical waveguide device is a second higher harmonic generating device and the ridge type optical waveguide has a dummy phase matching type cyclic polarization inversion structure and is formed by an abrasion processing method. Light having <=350 nm wavelength is preferably used as the light source for the abrasion processing and light having 150 to 300 nm wavelength is more preferably used.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の技術分野】本発明は、疑似位相整合方式の第二
高調波発生デバイスや光変調素子として好適に使用でき
る、リッジ型光導波路を備えた光導波路デバイスの製造
方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an optical waveguide device having a ridge type optical waveguide, which can be suitably used as a quasi phase matching type second harmonic generation device or an optical modulation device.

【0002】[0002]

【従来の技術】いわゆるリッジ型光導波路が、光変調
器、光スイッチング素子等において期待されている。ま
た、光ピックアップ等に用いられる青色レーザー用光源
として、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウム単結晶
に周期的な分極反転構造を形成した光導波路を使用した
疑似位相整合(Quasi-Phase-Matched :QPM)方式の
第二高調波発生(Second-Harmonic-Generation:SHG)デ
バイスが期待されている。第二高調波発生デバイスは、
光ディスクメモリー用、医学用、光化学用、各種光計測
用等の幅広い応用が可能である。
2. Description of the Related Art A so-called ridge-type optical waveguide is expected in an optical modulator, an optical switching element and the like. Quasi-Phase-Matched (QPM) using an optical waveguide having a periodic domain-inverted structure formed on a single crystal of lithium niobate or lithium tantalate as a light source for a blue laser used in an optical pickup or the like. A second-harmonic-generation (SHG) device is expected. The second harmonic generation device is
A wide range of applications are possible, such as for optical disk memory, medical use, photochemistry, and various optical measurements.

【0003】従来、リッジ型の構造を形成する方法とし
ては、フォトリソグラフィー技術によって基板上にマス
クパターンを転写し、このマスクパターン以外の部分
を、例えば反応性イオンエッチング法(RIE法)によ
って除去する方法が常識であった。リッジ型の光導波路
に対して変調用の交番電界を印加する電極を形成し、光
の強度、位相、波長等を変調する光変調器の場合には、
リッジ角が90°に近づくほど、電界補正係数が増大
し、駆動電圧を低減できることが理論的には知られてい
る(特開平4−123018号公報)。特開平4−12
3018号公報においては、リッジ型光導波路のd/W
を0.1以上、1.0以下とし、かつリッジ角を90°
±10°とすることによって、電界補正係数を可能な限
り大きくすることを試みている。
Conventionally, as a method of forming a ridge-type structure, a mask pattern is transferred onto a substrate by photolithography, and portions other than the mask pattern are removed by, for example, a reactive ion etching (RIE) method. The method was common sense. In the case of an optical modulator that forms an electrode for applying an alternating electric field for modulation to a ridge type optical waveguide and modulates light intensity, phase, wavelength, etc.
It is theoretically known that as the ridge angle approaches 90 [deg.], The electric field correction coefficient increases and the drive voltage can be reduced (Japanese Patent Laid-Open No. 4-123018). JP-A-4-12
No. 3018 discloses that the ridge-type optical waveguide has a d / W
0.1 to 1.0, and the ridge angle is 90 °
By setting the angle to ± 10 °, an attempt is made to increase the electric field correction coefficient as much as possible.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法で
は、次の問題が残っていた。即ち、反応性イオンエッチ
ング法においては、例えば3インチウエハーの全体を均
一に数μmの深さまでエッチングしようとした場合に
は、非常に長時間を要するため、加工コストが高かっ
た。また、高エネルギーのイオンを基板に照射するため
に、基板にダメージを与えやすく、肝心の光が通る光導
波路部分に加工変質層が形成されてしまい、光屈折率等
の特性が変化するという問題があった。光導波路デバイ
スのシュミレーションを行う際には、こうした加工変質
層の形成は考慮されていないので、実際の光導波路デバ
イスの特性がシミュレーションの結果と食い違い、劣化
する原因になっていた。
However, this method has the following problems. That is, in the reactive ion etching method, for example, when it is attempted to uniformly etch the entire 3-inch wafer to a depth of several μm, it takes a very long time, and the processing cost is high. In addition, since the substrate is irradiated with high-energy ions, the substrate is liable to be damaged, and a damaged layer is formed in an optical waveguide portion through which essential light passes, resulting in a change in characteristics such as a light refractive index. was there. When the simulation of the optical waveguide device is performed, the formation of such a processed deteriorated layer is not taken into consideration, so that the characteristics of the actual optical waveguide device are different from the results of the simulation and cause deterioration.

【0005】更に、こうした従来技術の光変調器におい
ては、電界補正係数の向上には限界があった。即ち、リ
ッジ型光導波路の表面は、ほぼ平坦であり、リッジ型光
導波路の側面は傾斜しているが、この傾斜した側面およ
びエピタキシャル膜の主面にわたって、変調用の電極膜
が形成される。このために、(社団法人、電子通信学会
資料、OQE77−57、「リッジ形光導波路」197
7年10月24日)で理論的に検討されているように、
光導波路へと変調用の交番電界を印加したときに、リッ
ジ角が90°の場合に比べて、この交番電界による変調
の効率が低くなり、このために駆動電圧が低下する。
[0005] Further, in such a conventional optical modulator, there is a limit to the improvement of the electric field correction coefficient. That is, although the surface of the ridge-type optical waveguide is substantially flat and the side surface of the ridge-type optical waveguide is inclined, an electrode film for modulation is formed over the inclined side surface and the main surface of the epitaxial film. For this purpose, (Incorporated Association, IEICE document, OQE77-57, “Ridge type optical waveguide” 197
As discussed theoretically on October 24, 7),
When an alternating electric field for modulation is applied to the optical waveguide, the efficiency of modulation by this alternating electric field is lower than when the ridge angle is 90 °, and therefore the drive voltage is reduced.

【0006】リッジ型光導波路の側面が傾斜してくる理
由は次のように考えられる。エピタキシャル膜の主面に
リッジ型光導波路が突出するが、この際、リッジ型光導
波路の高さdの幅Wに対する比率d/Wを大きくするた
めには、即ち、リッジ型光導波路を細長く突出させるた
めには、リッジ型光導波路の周囲を、できる限り深くエ
ッチングする必要がある。しかし、基板側とマスクとの
エッチングレートの比率は通常2〜5:1程度であるた
めに、リッジ型光導波路の周囲を深くエッチングするた
めには、これに相応して厚さの大きいマスクを使用する
必要がある。しかし、このように厚いマスクを使用する
と、今度はマスクの周囲でエッチングレートが低下して
くるために、リッジ角θが90°よりも著しく小さくな
ってくる。例えば、リッジ型光導波路の高さWを2μm
以上としたときには、リッジ角θを90°に近くするこ
とは困難であった。
The reason why the side surface of the ridge type optical waveguide is inclined is considered as follows. The ridge-type optical waveguide protrudes from the main surface of the epitaxial film. In this case, in order to increase the ratio d / W of the height d of the ridge-type optical waveguide to the width W, the ridge-type optical waveguide is elongated. For this purpose, it is necessary to etch the periphery of the ridge-type optical waveguide as deeply as possible. However, since the ratio of the etching rate between the substrate side and the mask is usually about 2 to 5: 1, in order to deeply etch the periphery of the ridge-type optical waveguide, a mask having a correspondingly large thickness is required. Must be used. However, when such a thick mask is used, the ridge angle θ becomes significantly smaller than 90 ° because the etching rate is reduced around the mask. For example, the height W of the ridge-type optical waveguide is 2 μm.
In this case, it was difficult to make the ridge angle θ close to 90 °.

【0007】本発明の課題は、基板と、この基板の主面
上に突出するリッジ型光導波路とを備えている光導波路
デバイスを製造するのに際して、リッジ型光導波路の形
成に必要な時間を短縮して加工コストを減少させること
であり、この加工時の基板へのダメージを減少させて、
光導波路部分における加工変質層の生成を防止すること
である。更には、リッジ型光導波路の側面を、基板の主
面に対して垂直方向に近づけることである。
An object of the present invention is to reduce the time required for forming a ridge-type optical waveguide when manufacturing an optical waveguide device having a substrate and a ridge-type optical waveguide protruding above the main surface of the substrate. Shortening the processing cost to reduce the damage to the substrate during this processing,
An object of the present invention is to prevent the formation of a damaged layer in the optical waveguide portion. Furthermore, the side surface of the ridge-type optical waveguide is made to approach in the direction perpendicular to the main surface of the substrate.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の視点は、
基板と、この基板の主面上に突出するリッジ型光導波路
とを備えている光導波路デバイスを製造する方法であっ
て、前記光導波路デバイスが第二高調波発生デバイス
で、前記リッジ形光導波路が擬似位相整合型の周期分極
反転構造を有し、アブレーション加工法によって前記リ
ッジ型光導波路を形成することを特徴とする、光導波路
デバイスの製造方法に関する。本発明の第2の視点は、
基板と、この基板の主面上に突出するリッジ型光導波路
とを備えている光導波路デバイスを製造する方法であっ
て、前記基板の材質として、ニオブ酸リチウム、タンタ
ル酸リチウムおよびニオブ酸リチウム−タンタル酸リチ
ウム固溶体からなる群より選ばれた一種以上の酸化物単
結晶あるいはニオブ酸リチウムカリウムおよびタンタル
酸リチウムカリウムからなる群より選ばれた一種以上の
酸化物単結晶を使用し、前記リッジ型光導波路をアブレ
ーション加工法によって形成することを特徴とする、光
導波路デバイスの製造方法に関する。
Means for Solving the Problems A first aspect of the present invention is as follows.
A method for manufacturing an optical waveguide device, comprising: a substrate; and a ridge-type optical waveguide protruding above a main surface of the substrate, wherein the optical waveguide device is a second harmonic generation device; Has a quasi phase matching type periodically poled structure, and forms the ridge type optical waveguide by an ablation processing method. According to a second aspect of the present invention,
A method for manufacturing an optical waveguide device comprising a substrate and a ridge-type optical waveguide protruding above a main surface of the substrate, wherein the material of the substrate includes lithium niobate, lithium tantalate, and lithium niobate. The ridge-type photoconductor is formed using one or more oxide single crystals selected from the group consisting of lithium tantalate solid solution or one or more oxide single crystals selected from the group consisting of lithium potassium niobate and lithium potassium tantalate. The present invention relates to a method for manufacturing an optical waveguide device, wherein a waveguide is formed by an ablation method.

【0009】本発明者は、酸化物単結晶等からなる基板
にリッジ型光導波路を形成する方法について、研究を重
ねていたが、この過程で、基板を、エキシマレーザーを
使用して、直接にアブレーション加工することで、リッ
ジ型光導波路を形成することを想到した。
The present inventor has been studying a method of forming a ridge type optical waveguide on a substrate made of an oxide single crystal or the like. In this process, the substrate is directly connected to the substrate using an excimer laser. We have conceived of forming a ridge-type optical waveguide by ablation processing.

【0010】エキシマレーザーとは、波長が150〜3
00nmである紫外領域のレーザー光であり、封入する
ガスの種類によって波長を選択できるという特徴があ
る。アブレーション加工とは、エキシマレーザー光のよ
うな高エネルギーの光を加工対象の材質に照射すること
によって、光の当たった部分を瞬時に分解および気化さ
せ、目的の形状を得る加工方法である。
An excimer laser has a wavelength of 150 to 3
It is a laser beam in the ultraviolet region of 00 nm, and has a feature that the wavelength can be selected depending on the type of gas to be sealed. Ablation processing is a processing method in which high-energy light such as excimer laser light is applied to a material to be processed, thereby instantaneously decomposing and vaporizing a portion irradiated with light, thereby obtaining a target shape.

【0011】本発明者は、エキシマレーザーによるアブ
レーション加工技術を、リッジ型光導波路の形成に利用
することを検討した。また、これと同時に、液中アシス
トエッチング加工法等も、あわせて検討した。
The present inventors have studied the use of an ablation processing technique using an excimer laser for forming a ridge-type optical waveguide. At the same time, an in-liquid assisted etching method was also studied.

【0012】この結果、エキシマレーザーを使用したア
ブレーション加工によると、特にリッジ型光導波路の形
成に有効であり、極めて高い生産性でリッジ型光導波路
を製作できることを発見した。しかも、得られたリッジ
型光導波路について、著しい光学特性の安定性と形状の
安定性とが得られた。
As a result, it has been found that ablation using an excimer laser is particularly effective for forming a ridge-type optical waveguide, and that a ridge-type optical waveguide can be manufactured with extremely high productivity. In addition, the obtained ridge-type optical waveguide exhibited remarkable stability in optical characteristics and shape stability.

【0013】そして、こうして得られたリッジ型光導波
路について、光を伝搬させて見たところ、光の吸収特
性、消光比特性が良好であり、光導波路の表面に加工変
質層も形成されないことを発見し、本発明に到達した。
The ridge-type optical waveguide obtained as described above shows that, when light is propagated, the ridge-type optical waveguide has good light absorption characteristics and extinction ratio characteristics, and that no modified layer is formed on the surface of the optical waveguide. Discovered and reached the present invention.

【0014】本発明によれば、更に、リッジ型光導波路
のd/Wまたはリッジ部(後述)のd/Wを、従来より
も極めて大きい値(1以上、100以下)とすることが
できることが判った。特に、これがd/Wが2以上であ
る細長いリッジ型の光導波路は、前記した理由からイオ
ンエッチング法等によっては作成できなかったものであ
る。しかも、この光導波路のリッジ角をほぼ90°とす
ることができることも確認した。
According to the present invention, the d / W of the ridge type optical waveguide or the d / W of the ridge portion (described later) can be set to an extremely large value (1 or more and 100 or less) as compared with the conventional art. understood. In particular, an elongated ridge type optical waveguide having a d / W of 2 or more cannot be formed by the ion etching method or the like for the above-described reason. In addition, it was confirmed that the ridge angle of this optical waveguide can be set to approximately 90 °.

【0015】本発明者は、前記した作用効果が得られた
理由について更に検討した。即ち、光学特性の安定性に
ついては、アブレーション加工では、光の照射された部
分では、基板の材質が瞬時に分解および気化するので、
光が直接には当たらない周辺部分には、熱・応力等の影
響がほとんどなく、このためリッジ型光導波路の側面に
加工変質層がまったく生成しなかったものと考えられ
る。例えば、RIE法によるエッチングを行うと、厚さ
数μmの加工変質層が生成するため、この加工変質層の
部分を予め考慮してリッジ型光導波路の設計を行う必要
がある上、光学的な安定性が低くなっていた。
The present inventor has further studied the reason why the above-mentioned effects are obtained. That is, regarding the stability of the optical characteristics, in the ablation processing, the material of the substrate is instantaneously decomposed and vaporized in the portion irradiated with light,
It is considered that there was almost no influence of heat, stress, and the like on the peripheral portion where the light did not directly hit, and therefore, no altered layer was formed on the side surface of the ridge-type optical waveguide at all. For example, when etching is performed by the RIE method, a damaged layer having a thickness of several μm is generated. Therefore, it is necessary to design a ridge-type optical waveguide in consideration of the portion of the damaged layer in advance, and furthermore, it is necessary to design optically Stability was low.

【0016】また、リッジ型光導波路の形状安定性につ
いては、RIE法によって作製したリッジ型光導波路
は、その側面が基板の主面に対して70〜80度の傾き
を有していた。しかし、本発明によれば、レーザー光の
照射装置のレンズの傾きを最適位置に調整することによ
って、リッジ型光導波路の側面の基板主面に対する傾き
を正確に制御できる。
Regarding the shape stability of the ridge type optical waveguide, the side surface of the ridge type optical waveguide manufactured by the RIE method has an inclination of 70 to 80 degrees with respect to the main surface of the substrate. However, according to the present invention, the inclination of the side surface of the ridge-type optical waveguide with respect to the main surface of the substrate can be accurately controlled by adjusting the inclination of the lens of the laser light irradiation device to the optimum position.

【0017】アブレーション加工用の光源としては、基
板の材質の吸収端よりも短波長側の光を使用する必要が
ある。しかし、通常は、350nm以下の波長を有する
光が好ましい。特に、酸化物単結晶からなる基板を加工
する場合には、350nm以下の波長を有する光を使用
することによって、基板に対して照射された光が、極表
面層中で吸収されるために、表面層のみを分解し、基板
の内部には加工ダメージを与えない。
As a light source for ablation processing, it is necessary to use light on the shorter wavelength side than the absorption edge of the material of the substrate. However, usually, light having a wavelength of 350 nm or less is preferred. In particular, when processing a substrate made of an oxide single crystal, by using light having a wavelength of 350 nm or less, light emitted to the substrate is absorbed in the extremely surface layer. It decomposes only the surface layer and does not damage the inside of the substrate.

【0018】このようなアブレーション加工に好適な波
長領域は、加工対象となる結晶の光吸収端の位置によっ
て変動するため、一律には規定できない。しかし、一般
的に光導波路用途に使用される酸化物単結晶は、350
nm以下の波長の領域に光吸収端を有している。このた
め、例えば波長512nmのアルゴンレーザーを使用し
た場合には、良好なアブレーション加工は不可能であっ
た。この理由としては、基板の材質の吸収端よりも長波
長の光であるために、光が酸化物単結晶の内部まで透過
し、表面での吸収によるアブレーションが起こりにくい
からである。
Since the wavelength region suitable for such ablation processing varies depending on the position of the light absorption edge of the crystal to be processed, it cannot be uniformly defined. However, an oxide single crystal generally used for an optical waveguide is 350
It has a light absorption edge in a wavelength region of nm or less. Therefore, for example, when an argon laser having a wavelength of 512 nm was used, good ablation processing was not possible. The reason for this is that since the light has a longer wavelength than the absorption edge of the material of the substrate, the light is transmitted to the inside of the oxide single crystal, and ablation due to absorption on the surface hardly occurs.

【0019】アブレーション加工用の光の波長は、30
0nm以下とすることが一層好ましい。ただし、実用的
な観点からは、150nm以上とすることが好ましい。
また、現実の光源としては、エキシマレーザー光源の他
に、YAGの四次高調波(266nmのレーザー光)、
エキシマランプ等が、現在のところ実用的である。
The wavelength of light for ablation processing is 30
More preferably, it is 0 nm or less. However, from a practical viewpoint, the thickness is preferably 150 nm or more.
As actual light sources, in addition to excimer laser light sources, fourth harmonics of YAG (laser light of 266 nm),
Excimer lamps and the like are currently practical.

【0020】アブレーション加工用の光照射装置として
は、いわゆる一括露光方式の装置と多重反射方式の装置
とが知られている。多重反射方式の場合には、マスクの
開孔率が小さい場合にも、光の利用率が高いという特徴
を有している。本発明においては、多重反射系によるア
ブレーション加工装置を使用することが一層好ましく、
これによって、1インチ以上の寸法を有するウエハーの
全体にわたって形成されたチッブパターンについて、短
時間で加工することができる。
As a light irradiation apparatus for ablation processing, a so-called batch exposure type apparatus and a multiple reflection type apparatus are known. The multiple reflection method has a feature that the light utilization rate is high even when the aperture ratio of the mask is small. In the present invention, it is more preferable to use an ablation processing apparatus using a multiple reflection system,
As a result, a chip pattern formed over the entire wafer having a dimension of 1 inch or more can be processed in a short time.

【0021】ここで、エキシマレーザーについて更に説
明する。エキシマレーザーは、紫外線のパルス繰り返し
発振レーザーであり、ArF(波長193nm)、Kr
F(波長248nm)、XeCl(波長308nm)な
どの気体状の化合物が発振する紫外光を、光共振機によ
り方向性を揃えて取り出したものである。エキシマレー
ザーは、紫外線の短波長レーザーであるため、物質を構
成する原子や分子の結合をフォトンのエネルギーで分解
することができ、この化学的作用に基づいた応用が展開
されてきている。
Here, the excimer laser will be further described. An excimer laser is a pulse repetition oscillation laser of ultraviolet light, and has ArF (wavelength 193 nm), Kr
Ultraviolet light oscillated by a gaseous compound such as F (wavelength: 248 nm) and XeCl (wavelength: 308 nm) is extracted by using an optical resonator with uniform directionality. Since an excimer laser is a short-wavelength laser of ultraviolet light, it can decompose the bonds of atoms and molecules constituting a substance with the energy of photons, and applications based on this chemical action have been developed.

【0022】エキシマレーザーを用いたアブレーション
加工は、例えば、ポリイミド等の微細加工のために孔を
開けるのに使用され、良好な形状の微細な孔の形成が可
能であることが報告されている。エキシマレーザーの応
用技術に関する文献としては、「O plus E」1
995年11月号、第64〜108頁の特集「実用期に
入ったエキシマレーザー」を挙げることができる。
Ablation using an excimer laser is used to form holes for fine processing of, for example, polyimide, and it has been reported that fine holes with good shapes can be formed. As a literature on applied technology of excimer laser, "O plus E" 1
A special feature, “Excimer Laser Entering the Practical Use Period”, Nov. 995, pp. 64-108, can be mentioned.

【0023】本発明において、エキシマレーザーによっ
てリッジ型光導波路を形成する方法としては、次の三つ
の態様を挙げることができる。 (1)スポットスキャン加工。これは、図1に模式的に
示す方法である。図1において、基板1の主面1aに対
してレーザーの光軸が垂直となるように、スポット状の
光束5を照射し、光束5を、例えば側面1bに垂直な方
向と向かって、矢印Aのように進行させる。この結果、
光束が通過した部分には、横断面が長方形状の溝2Aが
形成される。これと同様にして、溝2Aと平行な溝2B
を形成する。ただし、4の破線は加工予定の部分を示す
ものである。溝2Aと2Bとの間に細長いリッジ型光導
波路3を形成する。この光導波路3の上面3aは基板の
表面と平行であり、一対の側面3bは、基板の主面に対
して略垂直である。
In the present invention, the following three embodiments can be cited as a method for forming a ridge-type optical waveguide by using an excimer laser. (1) Spot scan processing. This is a method schematically shown in FIG. In FIG. 1, a spot-shaped light beam 5 is irradiated so that the optical axis of the laser is perpendicular to the main surface 1a of the substrate 1, and the light beam 5 is directed, for example, in the direction perpendicular to the side surface 1b by an arrow A. Proceed as follows. As a result,
A groove 2A having a rectangular cross section is formed in a portion where the light beam has passed. Similarly, groove 2B parallel to groove 2A
To form However, the broken line 4 indicates a portion to be processed. An elongated ridge type optical waveguide 3 is formed between the grooves 2A and 2B. The upper surface 3a of the optical waveguide 3 is parallel to the surface of the substrate, and the pair of side surfaces 3b are substantially perpendicular to the main surface of the substrate.

【0024】こうした方法であれば、加工後のエッチン
グ加工によって、加工堆積層を除去できる。また、スポ
ット状の光束5の走査によって溝のパターンを形成して
いるので、任意の平面的形状を有するリッジ型光導波路
を形成できる。
According to such a method, the processed deposited layer can be removed by etching after the processing. Further, since the groove pattern is formed by scanning the spot-shaped light beam 5, a ridge-type optical waveguide having an arbitrary planar shape can be formed.

【0025】(2)一括転写加工。これは、図2に模式
的に示す方法である(図1に示した各部分と同じ部分に
は、同じ符号を付け、その説明は省略する)所定の転写
パターンを有するマスクを予め通過した光束6を、基板
1の主面1aに直接に照射し、光束6を移動させること
なく、所定の平面的パターンのリッジ型光導波路3を形
成する。
(2) Batch transfer processing. This is a method schematically shown in FIG. 2 (the same parts as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted). A light beam that has passed through a mask having a predetermined transfer pattern in advance 6 is directly applied to the main surface 1a of the substrate 1 to form the ridge type optical waveguide 3 having a predetermined planar pattern without moving the light flux 6.

【0026】こうした方法であれば、マスクの平面的転
写パターンを一括して基板上に転写しているので、加工
能率が高く、かつリッジ型光導波路の平面的形状の再現
性が極めて良好である。ただし、大面積のレーザービー
ムを発振させる必要があり、かつレーザービームを透過
させるためのマスクの作製精度を高くし、光学系の精度
も高くする必要がある。
According to such a method, since the planar transfer pattern of the mask is collectively transferred onto the substrate, the processing efficiency is high, and the reproducibility of the planar shape of the ridge type optical waveguide is extremely good. . However, it is necessary to oscillate a large-area laser beam, and it is necessary to increase the manufacturing accuracy of a mask for transmitting the laser beam and the accuracy of the optical system.

【0027】(3)スリットスキャン加工。これは、図
3に模式的に示す方法である。レーザーを、細長いパタ
ーンのスリットを有するマスクに透過させ、細長い長方
形の平面的形状を有するレーザー光束7を得る。この光
束7を基板1の主面1aに照射し、矢印B方向へと移動
させる。この方法によれば、加工によって形成された溝
2Aおよび2Bの底面の形状が特に滑らかになる。ただ
し、この方法では、平面的に見て直線形状である溝しか
形成できず、従って直線形状のリッジ型光導波路しか形
成できない。また、リッジ型光導波路の側面のエッジが
不明瞭になり易い。
(3) Slit scan processing. This is a method schematically shown in FIG. The laser is transmitted through a mask having slits of an elongated pattern to obtain a laser beam 7 having an elongated rectangular planar shape. The light beam 7 is irradiated on the main surface 1a of the substrate 1 and is moved in the direction of arrow B. According to this method, the shapes of the bottom surfaces of the grooves 2A and 2B formed by processing are particularly smooth. However, in this method, only a linear groove can be formed in a plan view, and therefore, only a linear ridge type optical waveguide can be formed. Further, the edge of the side surface of the ridge-type optical waveguide tends to be unclear.

【0028】本発明によって得られるリッジ型光導波路
は、基板から直接に突出していてよい。また、基板から
突出するリッジ部を形成し、このリッジ部の基部の方
を、基板と同じ酸化物単結晶によって形成し、リッジ部
の頂部の方に、エピタキシャル膜からなるリッジ型光導
波路を形成できる。これによって、後述する理由から、
光導波路中における光の歪みがなくなり、光の伝搬損失
や光ファイバーとの結合損失が一層減少し、かつ消光比
が減少した。
The ridge type optical waveguide obtained according to the present invention may project directly from the substrate. In addition, a ridge protruding from the substrate is formed, the base of the ridge is formed of the same oxide single crystal as the substrate, and a ridge-type optical waveguide made of an epitaxial film is formed on the top of the ridge. it can. Thereby, for the reasons described below,
Distortion of light in the optical waveguide was eliminated, light propagation loss and coupling loss with the optical fiber were further reduced, and the extinction ratio was reduced.

【0029】以下、本発明のこの態様に係る各光導波路
デバイスについて、図4〜図7を参照しつつ、説明す
る。図4(a)の光導波路基板11Aにおいては、基板
16の主面16aから突出するようにリッジ部12Aが
形成されている。ここで、16bは他方の主面であり、
14dは側面である。リッジ部12Aの基部15は、基
板16の材質と同じ酸化物単結晶からなる。基部15の
上に、エピタキシャル膜からなるリッジ型光導波路13
が形成されている。この例においては、エピタキシャル
膜を光導波路として使用するので、エピタキシャル膜の
屈折率を基板16の屈折率よりも大きくする必要があ
る。
Hereinafter, each optical waveguide device according to this aspect of the present invention will be described with reference to FIGS. In the optical waveguide substrate 11A of FIG. 4A, a ridge 12A is formed so as to protrude from the main surface 16a of the substrate 16. Here, 16b is the other main surface,
14d is a side surface. The base 15 of the ridge 12A is made of the same oxide single crystal as the material of the substrate 16. A ridge type optical waveguide 13 made of an epitaxial film is provided on the base 15.
Are formed. In this example, since the epitaxial film is used as the optical waveguide, the refractive index of the epitaxial film needs to be larger than the refractive index of the substrate 16.

【0030】図4(b)の光導波路基板11Bにおいて
は、基板16の主面16aから突出するようにリッジ部
12Bが形成されている。リッジ部12Bの基部15
は、基板材料16を構成する酸化物単結晶からなり、基
部15の上に、エピタキシャル膜17およびリッジ型光
導波路13が形成されている。
In the optical waveguide substrate 11B shown in FIG. 4B, a ridge portion 12B is formed so as to protrude from the main surface 16a of the substrate 16. Base 15 of ridge 12B
Comprises an oxide single crystal constituting a substrate material 16, and an epitaxial film 17 and a ridge-type optical waveguide 13 are formed on a base 15.

【0031】こうしたリッジ部12A、12Bをアブレ
ーション加工法によって形成することで、d/Wの比率
が1以上、特には2以上であって、リッジ角がほぼ90
°となるような光導波路またはリッジ部を形成できる。
By forming these ridge portions 12A and 12B by an ablation process, the ratio of d / W is 1 or more, particularly 2 or more, and the ridge angle is approximately 90%.
The optical waveguide or the ridge can be formed so as to have a degree of °.

【0032】こうした光導波路基板においては、光導波
路13の中を伝搬する光のビーム14の断面形状がほぼ
円形となり、光ビームの歪みが生じない。これは、基部
15が基板16から突出しているのと共に、基部15の
上に光導波路13が形成されているために、光のビーム
が基板16の方に向かって漏れたり、拡散したりしない
からである。更に、光導波路13の側面13bが互いに
平行であって、光導波路13の断面形状が正方形もしく
は長方形であるために、光のビーム14の対称性が高
く、その伝搬の効率が最も高くなるからである。
In such an optical waveguide substrate, the cross-sectional shape of the light beam 14 propagating through the optical waveguide 13 is substantially circular, and the light beam is not distorted. This is because the light beam does not leak or diffuse toward the substrate 16 because the base 15 protrudes from the substrate 16 and the optical waveguide 13 is formed on the base 15. It is. Further, since the side surfaces 13b of the optical waveguide 13 are parallel to each other and the cross-sectional shape of the optical waveguide 13 is a square or a rectangle, the symmetry of the light beam 14 is high, and the propagation efficiency is highest. is there.

【0033】こうした光導波路基板を使用して、光の強
度、位相を変調するための光変調器なしい光スイッチン
グ素子を作製できる。この際、光を変調するための電極
の形態は特に制限されないが、例えば図5(a)、
(b)および図6に示すような形態の電極を形成するこ
とが好ましい。図5(a)の光導波路デバイスにおいて
は、光導波路基板11Bにおいて、光導波路13の頂面
ないし上面13aに電極20Aを形成すると共に、基板
16の他方の主面ないし底面16b上に、電極20Aと
対向する電極20Bを形成している。これらの一対の電
極20Aと20Bとを、それぞれ電線21によって電力
供給手段(好ましくは交流電源)22に対して、電気的
に接続する。これによって、リッジ部12Bに対して、
その長さ方向(高さ方向)に対してほぼ平行に電圧が印
加され、これによる電界が光導波路13に対して印加さ
れる。
Using such an optical waveguide substrate, an optical switching element such as an optical modulator for modulating the intensity and phase of light can be manufactured. At this time, although the form of the electrode for modulating light is not particularly limited, for example, FIG.
It is preferable to form an electrode as shown in FIG. 6B and FIG. In the optical waveguide device of FIG. 5A, an electrode 20A is formed on the top surface or upper surface 13a of the optical waveguide 13 in the optical waveguide substrate 11B, and the electrode 20A is formed on the other main surface or bottom surface 16b of the substrate 16. And an electrode 20B opposed to. The pair of electrodes 20 </ b> A and 20 </ b> B are electrically connected to power supply means (preferably an AC power supply) 22 by electric wires 21. Thereby, with respect to the ridge portion 12B,
A voltage is applied substantially parallel to the length direction (height direction), and an electric field due to this is applied to the optical waveguide 13.

【0034】図5(b)の光導波路デバイスにおいて
は、光導波路基板11Bの光導波路13の頂面13aに
電極20Aを形成すると共に、基部15の表面15aお
よび基板16の主面16aにわたって延びるように、電
極20Cを形成する。一対の電極20Aと20Cとが、
電線21によって電力供給手段22に対して電気的に接
続されている。これによって、光導波路13に対して、
その高さ方向に向かって電圧が印加される。
In the optical waveguide device of FIG. 5B, an electrode 20A is formed on the top surface 13a of the optical waveguide 13 of the optical waveguide substrate 11B, and extends over the surface 15a of the base 15 and the main surface 16a of the substrate 16. Next, the electrode 20C is formed. The pair of electrodes 20A and 20C
It is electrically connected to a power supply means 22 by an electric wire 21. Thereby, for the optical waveguide 13,
A voltage is applied in the height direction.

【0035】図6の光導波路デバイスにおいては、リッ
ジ部12Bの光導波路13のうち、基板16の主面16
aに対して垂直な一対の側面13b上に、それぞれ電極
20Dが形成されており、各電極20Dがそれぞれ電線
21によって電力供給手段22に対して電気的に接続さ
れている。これによって、光導波路13に対して各電極
20Dによって電圧が印加される。
In the optical waveguide device shown in FIG. 6, of the optical waveguide 13 of the ridge portion 12B, the main surface 16 of the substrate 16 is formed.
An electrode 20D is formed on each of a pair of side surfaces 13b perpendicular to a, and each electrode 20D is electrically connected to the power supply means 22 by an electric wire 21. Thereby, a voltage is applied to the optical waveguide 13 by each electrode 20D.

【0036】なお、図4(a)の光導波路基板11Aを
使用した場合でも、図5(a)、(b)および図6に示
す各形態の光導波路デバイスを作製できることは、言う
までもない。むろん、図5(a)、(b)の場合には、
光導波路13の頂面13aに電極20Aを形成し、図6
の場合には、光導波路13の一対の側面13bにそれぞ
れ電極20Dを形成する。
It is needless to say that, even when the optical waveguide substrate 11A shown in FIG. 4A is used, the optical waveguide devices of the respective forms shown in FIGS. 5A, 5B and 6 can be manufactured. Of course, in the case of FIGS. 5A and 5B,
An electrode 20A is formed on the top surface 13a of the optical waveguide 13, and FIG.
In this case, the electrodes 20D are formed on the pair of side surfaces 13b of the optical waveguide 13, respectively.

【0037】図7は、本発明の第1の視点に関する光導
波路デバイスであって、該光導波路デバイスを疑似位相
整合型の周期分極反転構造を有する第二高調波発生デバ
イスとした場合を斜視図で示す。この第二高調波発生デ
バイス26は、光導波路基板11Bからなっている。光
導波路13内に、周期分極反転構造25が形成されてい
る。即ち、図7に模式的に示すように、光導波路13に
は多数の分極反転部分25aおよび25bが形成されて
おり、かつ隣り合う分極反転部分25aと25bとは、
分極の方向が逆転している。
FIG. 7 is a perspective view showing an optical waveguide device according to a first aspect of the present invention, in which the optical waveguide device is a second harmonic generation device having a quasi-phase matching type periodically poled structure. Indicated by This second harmonic generation device 26 is composed of the optical waveguide substrate 11B. In the optical waveguide 13, a periodically poled structure 25 is formed. That is, as schematically shown in FIG. 7, a large number of domain-inverted portions 25a and 25b are formed in the optical waveguide 13, and the adjacent domain-inverted portions 25a and 25b are
The direction of polarization is reversed.

【0038】第二高調波発生デバイス26を製造するた
めには、基板16を一定の方向に分極させ(好ましくは
主面16aに対して垂直の方向に分極させ)、次いで基
板16上にエピタキシャル膜を形成し、このエピタキシ
ャル膜および基板16の所定部分を、前記のようにアブ
レーション加工する。この際には、エピタキシャル膜の
分極方向は、基板16の分極方向に対して逆転してい
る。次いで、公知の方法に従って、光導波路中に周期分
極反転構造を形成する。
To manufacture the second harmonic generation device 26, the substrate 16 is polarized in a certain direction (preferably in a direction perpendicular to the main surface 16a), and then an epitaxial film is formed on the substrate 16. Is formed, and the epitaxial film and a predetermined portion of the substrate 16 are ablated as described above. At this time, the polarization direction of the epitaxial film is opposite to the polarization direction of the substrate 16. Next, a periodically poled structure is formed in the optical waveguide according to a known method.

【0039】本発明では、前記基板の材質として、ニオ
ブ酸リチウム、タンタル酸リチウムおよびニオブ酸リチ
ウム−タンタル酸リチウム固溶体からなる群より選ばれ
た一種以上の酸化物単結晶あるいはニオブ酸リチウムカ
リウムおよびタンタル酸リチウムカリウムからなる群よ
り選ばれた一種以上の酸化物単結晶を使用することがで
きる。
In the present invention, the material of the substrate may be one or more oxide single crystals selected from the group consisting of lithium niobate, lithium tantalate, and a lithium niobate-lithium tantalate solid solution, or lithium potassium niobate and tantalum. One or more oxide single crystals selected from the group consisting of lithium potassium oxide can be used.

【0040】光導波路の断面形状は特に限定はされない
が、光のビームの対称性を向上させ、光の伝搬損失を最
も減少させるためには、略正方形とすることが好まし
い。またリッジ部のd/Wを2以上とすることによっ
て、リッジ部内の光導波路に加わる電界が基板の方へと
広がりにくくなるので、好ましい。また、リッジ部のd
/Wを100以下とすることによって、このリッジ部を
備えた光導波路基板の取扱いが容易となり、基板の取扱
いの最中にリッジ部分の破損が生じにくくなる。
The cross-sectional shape of the optical waveguide is not particularly limited, but is preferably substantially square in order to improve the symmetry of the light beam and minimize the light propagation loss. In addition, it is preferable that the d / W of the ridge portion is 2 or more, because the electric field applied to the optical waveguide in the ridge portion hardly spreads toward the substrate. In addition, d of the ridge portion
By setting / W to 100 or less, the handling of the optical waveguide substrate having the ridge portion is facilitated, and the ridge portion is less likely to be damaged during the handling of the substrate.

【0041】[0041]

【実施例】(実施例1)Zカットした3インチウエハー
のLiNbO 単結晶基板(光学グレード)を準備し
た。この寸法は直径3インチ、厚さ1mmであった。こ
の基板上に、液相エピタキシャル法によってニオブ酸リ
チウム−タンタル酸リチウム単結晶膜を形成した。具体
的には、LiNbO−LiTaO−LiVO
三元系の溶融体を準備した。この溶融体の仕込み組成
は、LiNbO :LiTaO:LiVO =4:
16:80とした。この溶融体を、1200℃で3時間
以上撹拌し、十分均一な液相の状態とした。その後、溶
融体を950℃まで冷却した後、12時間以上保持し
た。この結果、溶融体の内部で、過飽和分の固溶体が核
発生し、固相がルツボの壁面に析出した。
EXAMPLES Example 1 A Z-cut 3-inch wafer LiNbO 3 single crystal substrate (optical grade) was prepared. This dimension was 3 inches in diameter and 1 mm thick. On this substrate, a lithium niobate-lithium tantalate single crystal film was formed by a liquid phase epitaxial method. Specifically, it was prepared LiNbO 3 -LiTaO 3 -LiVO 3 pseudo ternary melt. The charge composition of this melt was LiNbO 3 : LiTaO 3 : LiVO 3 = 4:
16:80. This melt was stirred at 1200 ° C. for 3 hours or more to obtain a sufficiently uniform liquid phase. Then, after cooling the melt to 950 ° C., it was kept for 12 hours or more. As a result, a supersaturated solid solution nucleated inside the melt, and a solid phase was deposited on the wall of the crucible.

【0042】その後、溶融体の温度を、950℃から成
膜温度940℃まで冷却した。ただちにニオブ酸リチウ
ム単結晶基板を液相部分に接触させ、成膜を行った。得
られた固溶体膜は、LiNb0.70Ta0.30
の組成を有していた。また膜の厚さは10μmであっ
た。
Thereafter, the temperature of the melt was reduced from 950 ° C. to a film forming temperature of 940 ° C. Immediately, a lithium niobate single crystal substrate was brought into contact with the liquid phase portion to form a film. The resulting solid solution film was LiNb 0.70 Ta 0.30 O 3
Having the following composition: The thickness of the film was 10 μm.

【0043】この固溶体膜の上に、液相エピタキシャル
法によって、ニオブ酸リチウム膜を形成した。具体的に
は、LiNbO−LiVO 擬二元系の溶融体を準
備した。この溶融体の仕込み組成は、LiNbO3 :
LiVO3 =20:80とした。この溶融体を120
0℃で3時間以上撹拌し、十分均一な液相の状態とし
た。その後、溶融体を905℃まで冷却した後、12時
間以上保持した。
On this solid solution film, a lithium niobate film was formed by a liquid phase epitaxial method. Specifically, it was prepared LiNbO 3 -LiVO 3 pseudo-binary system melt. The charge composition of this melt was LiNbO3:
LiVO3 = 20: 80. 120
The mixture was stirred at 0 ° C. for 3 hours or longer to obtain a sufficiently uniform liquid phase. Thereafter, the melt was cooled to 905 ° C. and held for 12 hours or more.

【0044】その後、溶融体の温度を、905℃から成
膜温度900℃まで冷却した。ただちにニオブ酸リチウ
ム単結晶基板を液相部分に接触させ、成膜を行った。得
られたニオブ酸リチウム単結晶膜の厚さは約10μmで
あった。
Thereafter, the temperature of the melt was cooled from 905 ° C. to a film forming temperature of 900 ° C. Immediately, a lithium niobate single crystal substrate was brought into contact with the liquid phase portion to form a film. The thickness of the obtained lithium niobate single crystal film was about 10 μm.

【0045】この基板のエピタキシャル膜側についてア
ブレーション加工を行った。ニオブ酸リチウム単結晶の
吸収端よりも波長の短いKrFエキシマレーザー(波長
248nm)を光源として使用し、図1に示す方法でア
ブレーション加工を行った。この照射した光束の平面的
形状を図8に示す。図8において、8が照射した部分な
いしスポットであり、9が2つの照射スポット8の間に
ある間隙であって、リッジ型光導波路に対応する。aを
200μmとし、bを10μmとし、cを1.0mmと
した。照射エネルギー密度が6J/cm となるよう
に光学系を調節し、パルス幅を15nsecとし、パル
ス周波数を600Hzとし、走査速度を1.2mm/秒
とした。長さ20mmのリッジ型光導波路3を形成する
のに必要な時間は、17秒であった。
Ablation processing was performed on the epitaxial film side of this substrate. Using a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm) having a shorter wavelength than the absorption edge of lithium niobate single crystal as a light source, ablation was performed by the method shown in FIG. FIG. 8 shows the planar shape of the irradiated light beam. In FIG. 8, reference numeral 8 denotes an irradiated portion or spot, and reference numeral 9 denotes a gap between the two irradiated spots 8, which corresponds to a ridge-type optical waveguide. a was 200 μm, b was 10 μm, and c was 1.0 mm. The optical system was adjusted so that the irradiation energy density was 6 J / cm 2 , the pulse width was 15 nsec, the pulse frequency was 600 Hz, and the scanning speed was 1.2 mm / sec. The time required to form the ridge type optical waveguide 3 having a length of 20 mm was 17 seconds.

【0046】作製されたリッジ型光導波路の断面形状を
走査型電子顕微鏡によって観察したところ、溝2A、2
Bの深さは20μmであり、幅は10μmであり、導波
路3の側面3bの主面1aに対する傾斜角度は88〜9
0度であった。波長1.55μmのTE波をリッジ型光
導波路中に入射させ、導波特性を評価した。この結果、
導波光はシングルモードであり、伝搬損失は0.6dB
/cmであった。
When the cross-sectional shape of the manufactured ridge-type optical waveguide was observed with a scanning electron microscope, it was confirmed that the grooves 2A, 2A
The depth of B is 20 μm, the width is 10 μm, and the inclination angle of the side surface 3 b of the waveguide 3 with respect to the main surface 1 a is 88 to 9
It was 0 degrees. A TE wave having a wavelength of 1.55 μm was made incident on the ridge-type optical waveguide, and the waveguide characteristics were evaluated. As a result,
The guided light is single mode, and the propagation loss is 0.6 dB
/ Cm.

【0047】(実施例2)Zカットした寸法30mm×
30mmのKLNT(組成K3.0 Li2.2Nb
4.6 Ta0.212)単結晶基板上に、液相エピ
タキシャル法によって厚さ5μmのKLNエピタキシャ
ル膜(組成K3.0 Li2.2 Nb4.812)を
形成した。この基板のエピタキシャル膜側について、ア
ブレーション加工を行った。KLNT単結晶の吸収端よ
りも波長の短いArFエキシマレーザー(波長193n
m)を光源として使用し、図1に示す方法でアブレーシ
ョン加工を行った。この照射した光束の平面的形状を、
図8に示す。ここで、aを200μmとし、bを5μm
とし、cを1.0mmとした。照射エネルギー密度が6
J/cm となるように光学系を調節し、パルス幅を
15nsecとし、パルス周波数を300Hzとし、走
査速度を1.2mm/秒とした。長さ7mmのリッジ型
光導波路3を形成するのに必要な時間は、6秒であっ
た。
(Example 2) Z-cut size 30 mm ×
30 mm KLNT (composition K 3.0 Li 2.2 Nb
A KLN epitaxial film (composition K 3.0 Li 2.2 Nb 4.8 O 12 ) having a thickness of 5 μm was formed on a 4.6 Ta 0.2 O 12 ) single crystal substrate by a liquid phase epitaxial method. Ablation processing was performed on the epitaxial film side of this substrate. ArF excimer laser (wavelength 193n) having a shorter wavelength than the absorption edge of KLNT single crystal
m) was used as a light source, and ablation processing was performed by the method shown in FIG. The planar shape of this irradiated light beam is
As shown in FIG. Here, a is 200 μm and b is 5 μm
And c was set to 1.0 mm. Irradiation energy density is 6
The optical system was adjusted to J / cm 2 , the pulse width was 15 nsec, the pulse frequency was 300 Hz, and the scanning speed was 1.2 mm / sec. The time required to form the ridge type optical waveguide 3 having a length of 7 mm was 6 seconds.

【0048】作製されたリッジ型光導波路の断面形状を
走査型電子顕微鏡によって観察したところ、溝2A、2
Bの深さは8μmであり、幅は5μmであり、導波路3
の側面3bの主面1aに対する傾斜角度は90度であっ
た。波長0.85μmのTE波をリッジ型光導波路中に
入射させ、導波特性を評価した。この結果、導波光はシ
ングルモードであり、伝搬損失は0.8dB/cmであ
った。
When the cross-sectional shape of the manufactured ridge-type optical waveguide was observed with a scanning electron microscope, the grooves 2A, 2A
B has a depth of 8 μm, a width of 5 μm, and a waveguide 3.
Of the side surface 3b with respect to the main surface 1a was 90 degrees. A TE wave having a wavelength of 0.85 μm was made incident on the ridge-type optical waveguide, and the waveguide characteristics were evaluated. As a result, the guided light was single mode, and the propagation loss was 0.8 dB / cm.

【0049】(比較例1)実施例1と同様にして、基板
上にニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体膜と
ニオブ酸リチウム膜とを順次形成した。リフトオフ法に
よって、幅10μm、厚さ400オングストロームの、
チタン膜のマスクを形成した。C3 F6ガスを使用し
て反応性イオンエッチングを行い、深さ10μm、厚さ
20mmのリッジ型光導波路を形成した。ガスの圧力を
0.01Torrとした。エッチングレートは40nm
/分であった。
Comparative Example 1 In the same manner as in Example 1, a lithium niobate-lithium tantalate solid solution film and a lithium niobate film were sequentially formed on a substrate. By the lift-off method, the width of 10 μm and the thickness of 400 Å,
A titanium film mask was formed. Reactive ion etching was performed using C3F6 gas to form a ridge type optical waveguide having a depth of 10 μm and a thickness of 20 mm. The gas pressure was set to 0.01 Torr. Etching rate is 40nm
/ Min.

【0050】こうして得られたリッジ型光導波路の断面
形状を走査型電子顕微鏡によって観察したところ、リッ
ジ型光導波路は台形をしており、光導波路の側面の基板
主面に対する傾斜角度は60〜70度であり、上面の幅
は10μmであり、底面の幅は22μmであった。波長
1.55μmのTE波をリッジ型光導波路中に入射さ
せ、導波特性を評価した。この結果、導波光はマルチモ
ードとなり、伝搬損失は1.9dB/cmであった。
Observation of the cross-sectional shape of the thus obtained ridge-type optical waveguide with a scanning electron microscope revealed that the ridge-type optical waveguide had a trapezoidal shape, and the inclination angle of the side surface of the optical waveguide with respect to the main substrate surface was 60 to 70. Degree, the width of the top surface was 10 μm, and the width of the bottom surface was 22 μm. A TE wave having a wavelength of 1.55 μm was made incident on the ridge-type optical waveguide, and the waveguide characteristics were evaluated. As a result, the guided light became multimode, and the propagation loss was 1.9 dB / cm.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、極
めて高い生産性でリッジ型光導波路を製作でき、得られ
たリッジ型光導波路について、著しい光学特性の安定性
と形状の安定性とが得られた。そして、こうして得られ
たリッジ型光導波路について、光を伝搬させて見たとこ
ろ、光の吸収特性、消光比特性が良好であり、光導波路
の表面に加工変質層も形成されなかった。しかも、基板
の主面に対するリッジ型光導波路の側面の角度を自由に
制御でき、特に垂直にすることができた。
As described above, according to the present invention, a ridge-type optical waveguide can be manufactured with extremely high productivity, and the obtained ridge-type optical waveguide has remarkable stability in optical characteristics and shape stability. And was obtained. The ridge-type optical waveguide thus obtained was observed by propagating light. As a result, it was found that the light absorption characteristics and the extinction ratio characteristics were good, and that no modified layer was formed on the surface of the optical waveguide. Moreover, the angle of the side surface of the ridge-type optical waveguide with respect to the main surface of the substrate could be freely controlled, and in particular, could be made vertical.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】スポットスキャン方式によって、基板の主面1
aに対してスポット状の光束5を照射している状態を模
式的に示す斜視図である。
FIG. 1 shows a principal surface 1 of a substrate by a spot scan method.
It is a perspective view which shows typically the state which irradiates the spot-shaped light beam 5 with respect to a.

【図2】一括転写加工方式によって、基板の主面1aに
対して光束6を照射している状態を模式的に示す斜視図
である。
FIG. 2 is a perspective view schematically showing a state in which a light beam 6 is irradiated on a main surface 1a of the substrate by a batch transfer processing method.

【図3】スリットスキャン方式によって、基板の主面1
aに対してスリット状の光束7を照射している状態を模
式的に示す斜視図である。
FIG. 3 shows a main surface 1 of a substrate by a slit scan method.
It is a perspective view which shows typically the state which irradiates the slit-shaped light beam 7 with respect to a.

【図4】(a)、(b)は、それぞれ、本発明によって
製作できる光導波路基板11A、11Bを模式的に示す
正面図である。
FIGS. 4A and 4B are front views schematically showing optical waveguide substrates 11A and 11B that can be manufactured according to the present invention.

【図5】(a)、(b)は、それぞれ、本発明によって
製作できる光導波路デバイスを模式的に示す正面図であ
る。
FIGS. 5A and 5B are front views schematically showing an optical waveguide device that can be manufactured according to the present invention.

【図6】本発明によって製作できる光導波路デバイスを
模式的に示す正面図である。
FIG. 6 is a front view schematically showing an optical waveguide device that can be manufactured by the present invention.

【図7】本発明によって製作できる、周期分極反転構造
を有する、疑似位相整合による第二高調波発生デバイス
を模式的に示す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view schematically showing a second harmonic generation device based on quasi-phase matching and having a periodically poled structure, which can be manufactured according to the present invention.

【図8】本発明の実施例において使用したエキシマレー
ザーのスポットの形状を示す平面図である。
FIG. 8 is a plan view showing the shape of a spot of an excimer laser used in an example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、16 基板 1a、16a 基板の主面 1b
基板の側面 5 スポット状の光束 2A、2B
溝 3、13 リッジ型光導波路 6 所定の転
写パターンを有するマスクを予め通過した光束6 7
スリット状の光束 11A、11B 光導波路基板
12A、12B リッジ部 15 基部 14
光導波路13の中を伝搬する光のビーム 26第二高
調波発生デバイス 25 周期分極反転構造 25
a、25b 分極反転部分
1, 16 substrate 1a, 16a main surface of substrate 1b
Side surface of substrate 5 Spot-shaped luminous flux 2A, 2B
Grooves 3, 13 Ridge type optical waveguide 6 Light flux 6 7 that has passed through a mask having a predetermined transfer pattern in advance
Slit-shaped light beam 11A, 11B Optical waveguide substrate
12A, 12B Ridge part 15 Base part 14
Light Beam Propagating in Optical Waveguide 13 26 Second Harmonic Generation Device 25 Periodically Poled Structure 25
a, 25b Polarization inversion part

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今枝 美能留 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内 (72)発明者 加藤 賢治 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内 (72)発明者 小口 貴司 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内 Fターム(参考) 2H047 KA05 NA02 PA06 PA22 QA03 TA41 2K002 AB12 BA03 CA03 EA04 EA07 FA27 HA20 4G077 AA03 BC32 BC37 CG02 CG07 EA02 ED06 EF01 HA01 QA04 QA26  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Minoru 2-56, Sudacho, Mizuho-ku, Nagoya, Aichi Prefecture Inside Nihon Insulators Co., Ltd. (72) Inventor Kenji Kato 2, Sudacho, Mizuho-ku, Nagoya, Aichi Prefecture No. 56 Nippon Insulators Co., Ltd. (72) Inventor Takashi Oguchi No. 2-56, Suda-cho, Mizuho-ku, Nagoya-shi, Aichi F-term in Nippon Insulators Co., Ltd. 2H047 KA05 NA02 PA06 PA22 QA03 TA41 2K002 AB12 BA03 CA03 EA04 EA07 FA27 HA20 4G077 AA03 BC32 BC37 CG02 CG07 EA02 ED06 EF01 HA01 QA04 QA26

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板と、この基板の主面上に突出するリッ
ジ型光導波路とを備えている光導波路デバイスを製造す
る方法であって、前記光導波路デバイスが第二高調波発
生デバイスで、前記リッジ形光導波路が擬似位相整合型
の周期分極反転構造を有し、アブレーション加工法によ
って前記リッジ型光導波路を形成することを特徴とす
る、光導波路デバイスの製造方法。
1. A method of manufacturing an optical waveguide device comprising a substrate and a ridge-type optical waveguide projecting on a main surface of the substrate, wherein the optical waveguide device is a second harmonic generation device, The method for manufacturing an optical waveguide device, wherein the ridge-type optical waveguide has a quasi-phase-matching type periodically poled structure, and the ridge-type optical waveguide is formed by ablation processing.
【請求項2】前記アブレーション加工の光源として、3
50nm以下の波長を有する光を用いることを特徴とす
る、請求項1記載の光導波路デバイスの製造方法。
2. A light source for the ablation processing, comprising:
2. The method of manufacturing an optical waveguide device according to claim 1, wherein light having a wavelength of 50 nm or less is used.
【請求項3】前記アブレーション加工の光源として、1
50〜300nmの波長を有する光を用いることを特徴
とする、請求項2記載の光導波路デバイスの製造方法。
3. A light source for the ablation processing, wherein
The method for manufacturing an optical waveguide device according to claim 2, wherein light having a wavelength of 50 to 300 nm is used.
【請求項4】前記基板の材質として、酸化物単結晶を使
用することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一つ
の請求項に記載の光導波路デバイスの製造方法。
4. The method of manufacturing an optical waveguide device according to claim 1, wherein an oxide single crystal is used as a material of said substrate.
【請求項5】前記酸化物単結晶として、ニオブ酸リチウ
ム、タンタル酸リチウムおよびニオブ酸リチウム−タン
タル酸リチウム固溶体からなる群より選ばれた一種以上
の酸化物単結晶を使用することを特徴とする、請求項4
記載の光導波路デバイスの製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein the oxide single crystal is at least one oxide single crystal selected from the group consisting of lithium niobate, lithium tantalate and a solid solution of lithium niobate-lithium tantalate. , Claim 4
A manufacturing method of the optical waveguide device according to the above.
【請求項6】前記酸化物単結晶として、ニオブ酸リチウ
ムカリウムおよびタンタル酸リチウムカリウムからなる
群より選ばれた一種以上の酸化物単結晶を使用すること
を特徴とする、請求項4記載の光導波路デバイスの製造
方法。
6. The photoconductor according to claim 4, wherein at least one oxide single crystal selected from the group consisting of lithium potassium niobate and lithium potassium tantalate is used as said oxide single crystal. Manufacturing method of waveguide device.
【請求項7】前記リッジ部が、酸化物単結晶からなる基
部と、この基部上に形成されている酸化物単結晶のエピ
タキシャル膜からなる光導波路とを備えていることを特
徴とする、請求項1〜6のいずれか一つの請求項に記載
の光導波路デバイスの製造方法。
7. The ridge portion includes a base made of an oxide single crystal, and an optical waveguide made of an oxide single crystal epitaxial film formed on the base. The method for manufacturing an optical waveguide device according to claim 1.
【請求項8】前記リッジ部の高さdと幅Wとの比率d/
Wが2以上、100以下であることを特徴とする、請求
項7記載の光導波路デバイスの製造方法。
8. A ratio d / h of a height d and a width W of the ridge portion.
The method of manufacturing an optical waveguide device according to claim 7, wherein W is 2 or more and 100 or less.
【請求項9】基板と、この基板の主面上に突出するリッ
ジ型光導波路とを備えている光導波路デバイスを製造す
る方法であって、前記基板の材質として、ニオブ酸リチ
ウム、タンタル酸リチウムおよびニオブ酸リチウム−タ
ンタル酸リチウム固溶体からなる群より選ばれた一種以
上の酸化物単結晶あるいはニオブ酸リチウムカリウムお
よびタンタル酸リチウムカリウムからなる群より選ばれ
た一種以上の酸化物単結晶を使用し、前記リッジ型光導
波路をアブレーション加工法によって形成することを特
徴とする、光導波路デバイスの製造方法。
9. A method for manufacturing an optical waveguide device comprising a substrate and a ridge-type optical waveguide projecting on a main surface of the substrate, wherein the substrate is made of lithium niobate or lithium tantalate. And one or more oxide single crystals selected from the group consisting of lithium niobate-lithium tantalate solid solution or one or more oxide single crystals selected from the group consisting of lithium potassium niobate and lithium potassium tantalate. Forming the ridge-type optical waveguide by an ablation method.
【請求項10】前記アブレーション加工の光源として、
350nm以下の波長を有する光を用いることを特徴と
する、請求項9記載の光導波路デバイスの製造方法。
10. A light source for the ablation processing,
The method for manufacturing an optical waveguide device according to claim 9, wherein light having a wavelength of 350 nm or less is used.
【請求項11】前記アブレーション加工の光源として、
150〜300nmの波長を有する光を用いることを特
徴とする、請求項10記載の光導波路デバイスの製造方
法。
11. A light source for the ablation processing,
The method for manufacturing an optical waveguide device according to claim 10, wherein light having a wavelength of 150 to 300 nm is used.
【請求項12】前記リッジ部が、酸化物単結晶からなる
基部と、この基部上に形成されている酸化物単結晶のエ
ピタキシャル膜からなる光導波路とを備えていることを
特徴とする、請求項9〜11のいずれか一つの請求項に
記載の光導波路デバイスの製造方法。
12. The method according to claim 1, wherein the ridge portion includes a base made of an oxide single crystal and an optical waveguide made of an oxide single crystal epitaxial film formed on the base. A method for manufacturing an optical waveguide device according to any one of claims 9 to 11.
【請求項13】前記リッジ部の高さdと幅Wとの比率d
/Wが2以上、100以下であることを特徴とする、請
求項12記載の光導波路デバイスの製造方法。
13. A ratio d between a height d and a width W of the ridge portion.
The method for manufacturing an optical waveguide device according to claim 12, wherein / W is 2 or more and 100 or less.
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