JP2003270467A

JP2003270467A - 光導波路デバイスの製造方法、光導波路デバイス並びに当該光導波路デバイスを用いたコヒーレント光源及び光学装置

Info

Publication number: JP2003270467A
Application number: JP2002372932A
Authority: JP
Inventors: Toshifumi Yokoyama; 敏史横山; Kiminori Mizuuchi; 公典水内
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-01-09
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2003-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】光導波路デバイスを製造する際の光学基板の
厚みを高精度に制御する。【解決手段】まず、基板２の表面に、ストッパー部６
を形成する領域（基板２の幅方向の左右両側）以外にレ
ジストを塗布することにより、マスキングを行う。次い
で、基板２の表面に、Ｃｒをスパッタ蒸着することによ
り、ストッパー部６を形成し、その後、レジストを除去
する。紫外線硬化剤３を用いて、基板２の表面の左右一
対のストッパー部６の間にＭｇドープＬｉＮｂＯ₃ 光学
基板１を貼り付ける。このようにして非線形光学材料で
ある光学基板１を基板２に貼り付けた後、光学基板１の
研磨を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路デバイス
の製造方法、光導波路デバイス並びに当該光導波路デバ
イスを用いたコヒーレント光源及び光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光情報記録再生装置においては、より短
波長の光源を用いることによって、高密度化を達成する
ことができる。例えば、従来から普及しているコンパク
トディスク（ＣＤ）装置においては、波長７８０ｎｍの
近赤外光が用いられているのに対し、より高密度の情報
の再生を実現したディジタルバーサタイルディスク（Ｄ
ＶＤ）装置においては、波長６５０ｎｍの赤色半導体レ
ーザが用いられている。また、さらに高密度の次世代光
ディスク装置を実現するために、さらに短波長の青色レ
ーザ光源の開発が盛んに行われている。例えば、小型で
かつ安定な青色レーザ光源を実現するために、非線形光
学物質を用いた波長変換素子が開発されており、非線形
光学結晶を用いたデバイスとして、擬似位相整合方式の
光導波路型波長変換デバイスがある。

【０００３】光導波路型波長変換デバイスを実現する一
つの方式として、図１２に示すリッジ型光導波路デバイ
スがある。この光導波路デバイス４８は、Ｘ板Ｍｇドー
プＬｉＮｂＯ₃ 基板４９上に設けられた、リッジ部５２
と周期状の分極反転領域５１とにより構成されている。
リッジ部５２の屈折率はその周囲の屈折率よりも高いた
め、リッジ部５２の近傍が光導波路５０として機能し、
光が当該光導波路５０中を導波する。光導波路５０中を
導波したレーザ光は、２分の１の波長を有する光に波長
変換される。リッジ部５２が形成された光導波路デバイ
ス４８は、導波層に結晶自体を用いることが可能である
ため、従来のイオン交換等を利用した光導波路で生じて
いた非線形性の劣化等の問題を引き起こすことなく、高
効率の波長変換を実現している。そして、リッジ型光導
波路デバイス４８を用いることにより、波長８２０ｎｍ
の入力赤外光から波長４１０ｎｍの紫色光出力が得られ
ている。

【０００４】ここで、リッジ型光導波路デバイスの製造
方法について、図１３を参照しながら簡単に説明する。
まず、図１３Ａに示すように、紫外線硬化樹脂３を用い
て、厚みが１ｍｍ程度の基板２の表面に光学基板１を貼
り付ける。次に、図１３Ｂに示すように、光学基板１の
表面を研磨する。この場合、基板２に貼り付けられた光
学基板１は、厚みが３．５μｍとなるように研磨され
る。最後に、図１３Ｃに示すように、レーザ加工によ
り、研磨された光学基板１の表面に溝４を形成する。こ
れにより、リッジ型光導波路５が得られ、リッジ型光導
波路デバイスが完成する。

【０００５】ところで、リッジ型光導波路を形成するた
めには、研磨工程において光学基板の厚みを高精度に制
御する必要がある。光学基板の厚みが高精度に制御され
なければ、リッジ型光導波路中を光が導波できなくなる
からである。

【０００６】尚、従来、半導体デバイスの平坦化を目的
として、研磨停止層を用いた誘電体コーティングの平坦
化方法が提案されている（特許文献１参照）。

【０００７】

【特許文献１】特許第３２１３２３５号公報

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、実際の研磨工
程においては、光学基板１の厚みが高精度に制御され
ず、厚みのばらつきが±１μｍ以上もあり、歩留りが非
常に悪かった。また、高精度に研磨を行うために光学基
板１の厚みを測定しながら研磨を行っていたため、リッ
ジ型光導波路の形成に長時間を要していた。加えて、研
磨時間の管理も必要であった。

【０００９】尚、上記公報に記載の平坦化方法において
は、研磨停止層の硬さが考慮されていないため、当該方
法を用いることによっては、光学基板１の厚みを高精度
に制御することは困難である。

【００１０】さらに、作製された光導波路デバイスに
は、以下のような問題があった。

【００１１】光導波路を利用した光波長変換素子を用い
れば、高効率の波長変換が可能となるが、変換効率の向
上と高出力特性を実現するためには、光導波路内に高い
パワー密度の導波光を伝搬させる必要がある。例えば数
１０ｍＷの第二高調波光（ＳＨＧ光）を得るためには、
基本波として倍以上のパワーが必要となる。現在、光デ
ィスク装置等に求められている光源は、数１０ｍＷの短
波長光源であり、さらなる高出力化も要求されている。
また、光導波路デバイス自体にも高いパワーの導波光が
必要とされている。例えば、通信やセンサーに利用され
る光導波路型のスイッチや変調器においても、導波光の
パワーを上げることにより、利用用途が大きく広がる。

【００１２】ところが、光導波路を伝搬する導波光のパ
ワーが増大した場合には、導波光の吸収によって光導波
路の温度が上昇してしまう。数ｍＷの導波光ではそれほ
ど問題とならないが、数１０ｍＷの導波光の場合には、
僅かな吸収であっても、パワー密度の高い光導波路に対
して大きな温度上昇の原因となる。そして、この導波光
の吸収による温度上昇の問題は、短波長化によってさら
に深刻となる。本発明者らは、高出力の光波長変換素子
を開発する過程において、光導波路の温度上昇が光波長
変換素子の出力を劣化させる原因となることを見出し
た。また、本発明者らは、従来の光導波路デバイスにお
いては、導波光のパワーが増大した場合に、導波光の吸
収によって導波層の温度が上昇し、特性の劣化やデバイ
ス寿命への影響が問題となることを見出した。

【００１３】本発明は、従来技術における前記課題を解
決するためになされたものであり、光導波路デバイスを
製造する際の光学基板の厚みを高精度に制御することが
できると共に、製造時間の短縮を図ることのできる光導
波路デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、導波光の吸収による温度上昇に起因す
る特性の劣化を防止することができると共に、導波光の
吸収があった場合であっても、温度上昇を抑え、温度分
布の均一化を可能にして、特性の安定化を図ることので
きる光導波路デバイス、特に、高強度の導波光を必要と
するリッジ型光導波路デバイス並びに当該光導波路デバ
イスを用いたコヒーレント光源及び光学装置を提供する
ことを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る光導波路デバイスの第１の製造方法
は、光学基板を所望の厚みに研磨する工程を含む光導波
路デバイスの製造方法であって、前記光学基板の研磨
を、前記光学基板の厚みを規制するストッパー部を用い
て行うことを特徴とする。

【００１５】この光導波路デバイスの第１の製造方法に
よれば、光学基板の厚みがストッパー部によって制御さ
れるので、光学基板の厚みのばらつきを低減することが
可能となる。その結果、光導波路デバイスの製造歩留り
が大幅に向上する。また、光学基板の厚みを測定しなが
ら研磨を行う必要がなくなるので、研磨時間の調整が容
易となり、製造時間の大幅な短縮が図られる。

【００１６】また、前記本発明の光導波路デバイスの第
１の製造方法においては、前記ストッパー部の硬度が前
記光学基板の硬度よりも大きいのが好ましい。この好ま
しい例によれば、光学基板の研磨時において、ストッパ
ー部にさしかかったところで研磨レートが大きく低下す
るので、光学基板の厚みがストッパー部の厚みで高精度
に制御される。

【００１７】また、前記本発明の光導波路デバイスの第
１の製造方法においては、前記ストッパー部が蒸着法又
はメッキにより形成されているのが好ましい。

【００１８】また、前記本発明の光導波路デバイスの第
１の製造方法においては、前記ストッパー部が前記光学
基板中に埋設されているのが好ましい。また、この場合
には、前記ストッパー部が前記光学基板に形成された溝
中に埋設されているのが好ましい。この場合にはさら
に、前記溝がイオンミリング法又はエッチング法により
形成されているのが好ましい。

【００１９】また、前記本発明の光導波路デバイスの第
１の製造方法においては、前記ストッパー部の厚みが
０．１μｍ以上１０μｍ以下であるのが好ましい。

【００２０】また、前記本発明の光導波路デバイスの第
１の製造方法においては、前記ストッパー部の材料が、
Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ｓｉ及びＳｉＯ₂ からなる群か
ら選ばれる１つであるのが好ましい。

【００２１】また、前記本発明の光導波路デバイスの第
１の製造方法においては、前記ストッパー部が、ストラ
イプ状に形成され、かつ、光導波路に対して平行となる
ように配置されているのが好ましい。

【００２２】また、前記本発明の光導波路デバイスの第
１の製造方法においては、前記ストッパー部が、光導波
路との間隔が２０μｍ以上１００μｍ以下となるように
配置されているのが好ましい。

【００２３】また、本発明に係る光導波路デバイスの第
２の製造方法は、光学基板を所望の厚みに研磨する工程
を含む光導波路デバイスの製造方法であって、前記光学
基板に反射面を形成し、前記反射面を用いて光学的に前
記光学基板の厚みを計測しながら、前記光学基板の研磨
を行うことを特徴とする。

【００２４】この光導波路デバイスの第２の製造方法に
よれば、反射面からの反射光が無くなった時点で、光学
基板の研磨を終了させることにより、光学基板の厚みが
高精度に制御され、光学基板の厚みのばらつきを低減す
ることが可能となる。その結果、光導波路デバイスの製
造歩留りが大幅に向上する。また、光学基板の厚みを測
定しながら研磨を行う必要がなくなるので、研磨時間の
調整が容易となり、製造時間の大幅な短縮が図られる。

【００２５】また、前記本発明の光導波路デバイスの第
２の製造方法においては、前記反射面が前記光学基板内
に複数形成されているのが好ましい。

【００２６】また、本発明に係る光導波路デバイスの第
３の製造方法は、光学基板を所望の厚みに研磨する工程
を含む光導波路デバイスの製造方法であって、前記光学
基板に凹部を形成すると共に、前記凹部と噛み合う凸部
が形成された基板を準備し、前記光学基板の前記凹部が
形成された面と前記基板の前記凸部が形成された面の少
なくとも一方の面に金属膜を成膜し、前記光学基板と前
記基板とを、前記凹部と前記凸部が噛み合うように貼り
合わせた後、前記光学基板の研磨を行うことを特徴とす
る。

【００２７】この光導波路デバイスの第３の製造方法に
よれば、光学基板の厚みが金属膜によって制御されるの
で、光学基板の厚みのばらつきを低減することが可能と
なる。その結果、光導波路デバイスの製造歩留りが大幅
に向上する。また、光学基板の厚みを測定しながら研磨
を行う必要がなくなるので、研磨時間の調整が容易とな
り、製造時間の大幅な短縮が図られる。

【００２８】また、前記本発明の光導波路デバイスの第
３の製造方法においては、前記金属膜の硬度が前記光学
基板の硬度よりも大きいのが好ましい。この好ましい例
によれば、光学基板の研磨時において、金属膜にさしか
かったところで研磨レートが大きく低下するので、光学
基板の厚みが金属膜によって高精度に制御される。

【００２９】また、前記本発明の光導波路デバイスの第
３の製造方法においては、前記光学基板と前記基板とが
メタルボンディング法を用いて貼り合わされているのが
好ましい。

【００３０】また、前記本発明の光導波路デバイスの第
３の製造方法においては、前記凸部の厚みが０．１μｍ
以上１０μｍ以下であるのが好ましい。

【００３１】また、前記本発明の光導波路デバイスの第
３の製造方法においては、前記金属膜の材料が、Ｔａ、
Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ及びＳｉからなる群から選ばれる１つで
あるのが好ましい。

【００３２】また、前記本発明の光導波路デバイスの第
３の製造方法においては、前記凸部が、ストライプ状に
形成され、かつ、光導波路に対して平行となるように配
置されているのが好ましい。

【００３３】また、前記本発明の光導波路デバイスの第
３の製造方法においては、前記凸部が、光導波路との間
隔が２０μｍ以上１００μｍ以下となるように配置され
ているのが好ましい。

【００３４】また、本発明に係る光導波路デバイスの構
成は、導波層と、前記導波層の一方の面に形成されたバ
ッファ層と、前記バッファ層の表面に接合層を介して接
合された基板とを備えた光導波路デバイスであって、前
記接合層が金属からなることを特徴とする。

【００３５】この光導波路デバイスの構成によれば、導
波層と基板を接合する接合層として金属を用いることに
より、導波層の伝搬方向に発生した温度分布を大幅に低
減することが可能となり、例えば、光導波路デバイスを
ＳＨＧ素子として使用した場合の高出力特性を大幅に向
上させることができる。また、このように接合層として
金属を用いることにより、接合層の厚みのばらつきが小
さくなる。その結果、導波層の厚みのばらつきを低減し
て、例えば、光導波路デバイスを光波長変換素子として
使用した場合の変換効率の向上と歩留りの向上を図るこ
とが可能となる。

【００３６】また、前記本発明の光導波路デバイスの構
成においては、前記導波層の表面又は裏面の少なくとも
いずれかにストライプ状の凸部を有し、前記凸部を含む
導波層が、入射光に対してシングルモード伝搬の条件を
満たしているのが好ましい。また、この場合には、前記
接合層は、その所定部分が除去されて形成された窓部を
有し、前記窓部が、前記ストライプ状の凸部の直下以外
の部分に設けられているのが好ましい。

【００３７】また、前記本発明の光導波路デバイスの構
成においては、前記バッファ層は、前記導波層を伝搬す
る導波光に対する吸収係数が１０^-4以下の誘電体材料か
らなり、前記バッファ層の屈折率及び厚みは、前記導波
層を伝搬する導波光の電界分布が前記接合層内に存在し
ない値に設定されているのが好ましい。

【００３８】また、前記本発明の光導波路デバイスの構
成においては、前記接合層は、種類の異なる金属が積層
された多層構造を有し、前記接合層を構成する前記金属
に低融点金属が含まれているのが好ましい。

【００３９】また、前記本発明の光導波路デバイスの構
成においては、前記基板と前記導波層の熱膨張係数が、
接合面内でほぼ等しいのが好ましい。

【００４０】また、前記本発明の光導波路デバイスの構
成においては、前記導波層が、周期状の分極反転構造を
有するのが好ましい。また、この場合には、前記光導波
路デバイスが、基本波を第二高調波に波長変換する波長
変換デバイスであり、前記バッファ層が、前記基本波及
び前記第二高調波に対して透明な材料からなるのが好ま
しい。

【００４１】また、前記本発明の光導波路デバイスの構
成においては、前記導波層の入射端面近傍の前記接合層
が除去されているのが好ましい。

【００４２】また、前記本発明の光導波路デバイスの構
成においては、前記導波層は、オフカット基板のＭｇド
ープＬｉＮｂＯ₃ からなると共に、周期状の分極反転構
造を有し、かつ、前記導波層を伝搬する基本波を第二高
調波に波長変換し、前記バッファ層は、前記基本波及び
前記第二高調波に対する吸収係数が１０^-4以下であると
共に、前記基本波及び前記第二高調波の電界分布が前記
接合層内に存在しない程度に厚いのが好ましい。

【００４３】また、本発明に係るコヒーレント光源の構
成は、サブマウントと、前記サブマウント上に固定され
た半導体レーザ及び前記本発明の光導波路デバイスとを
備え、前記半導体レーザからの光が前記光導波路デバイ
スの導波層に入射することを特徴とする。

【００４４】このコヒーレント光源の構成によれば、Ｓ
ＨＧ素子として使用した場合に高出力特性が向上し、光
波長変換素子として使用した場合に変換効率が向上する
前記本発明の光導波路デバイスが用いられているので、
短波長の高出力コヒーレント光源を実現することが可能
となる。

【００４５】また、前記本発明のコヒーレント光源の構
成においては、前記光導波路デバイスが紫外線硬化樹脂
を用いて前記サブマウント上に固定されているのが好ま
しい。

【００４６】また、前記本発明のコヒーレント光源の構
成においては、前記光導波路デバイスの表面に保護膜を
有するのが好ましい。

【００４７】また、前記本発明のコヒーレント光源の構
成においては、前記光導波路デバイスが、熱伝導率が３
０Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以上の物質によって被われているのが
好ましい。

【００４８】また、本発明に係る光学装置の構成は、前
記本発明のコヒーレント光源と、前記コヒーレント光源
からの出射光を被観測物体上に集光する集光光学系とを
備えていることを特徴とする。

【００４９】この光学装置の構成によれば、前記本発明
の短波長の高出力コヒーレント光源が用いられているの
で、低出力の光源では困難な二層光ディスクへの書き込
みが可能となる。

【００５０】また、前記本発明の光学装置の構成におい
ては、前記被観測物体が光ディスクであるのが好まし
い。

【００５１】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態を用いて本発明
をさらに具体的に説明する。

【００５２】［第１の実施の形態］まず、本発明の第１
の実施の形態について、図１を参照しながら説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態における光導波路デバ
イスの製造方法を示す工程図である。本実施の形態にお
いては、光学基板１として、厚み０．５ｍｍ、幅１ｍｍ
のＭｇドープＬｉＮｂＯ₃ 基板が用いられている。ま
た、基板２としても、厚みが１ｍｍ程度のＭｇドープＬ
ｉＮｂＯ₃ 基板が用いられている。

【００５３】まず、基板２の表面に、ストッパー部６を
形成する領域（基板２の幅方向の左右両側）以外の領域
にレジストを塗布することにより、マスキングを行っ
た。次いで、基板２の表面に、Ｃｒをスパッタ蒸着する
ことにより、ストッパー部６を形成し、その後、レジス
トを除去した。そして、紫外線硬化樹脂３を用いて、基
板２の表面の左右一対のストッパー部６の間に光学基板
１を貼り付けた（以上、図１Ａ）。ここで、紫外線硬化
樹脂３の厚みは０．５μｍ、ストッパー部６の厚みは４
μｍ、幅は５０μｍに設定されている。光の閉じ込めの
良好なリッジ型光導波路１２（図１Ｄ参照）を得るため
には、ストッパー部６の厚みは１０μｍ以下であるのが
望ましい。また、ストッパー部６の厚みが０．１μｍよ
りも小さくなると、得られた光導波路を光が導波し難く
なって、望ましくない。尚、ストッパー部６の材料とし
ては、Ｃｒのほかに、Ｓｉ、ＳｉＯ₂ 、Ｔａ等を用いる
こともできる。これらの材料は、スパッタ用の材料とし
て容易に入手可能であると共に、蒸着によってストッパ
ー部６の厚みを高精度に制御することができる。また、
光学基板１の材料としては、ＬｉＮｂＯ₃ のほか、Ｌｉ
ＴａＯ₃ 、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄ ）、ＫＮｂＯ₃ 、Ｋ
ＬｉＮｂＯ₃ 、ＢＢＯ（ＢａＢ₂ Ｏ₄ ）、ＬＢＯ（Ｌｉ
Ｂ₃ Ｏ₅ ）、ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ₆ Ｏ₁₀）等が挙げら
れる。また、ストッパー部６を、スパッタ蒸着法を用い
て形成しているが、蒸着法を用いることにより、ストッ
パー部６の厚みが分子レベルで制御され、ストッパー部
６の厚み制御を高精度に行うことが可能となる。尚、ス
トッパー部６の厚みを高精度に制御する方法としては、
スパッタ等の蒸着法のほかに、メッキが挙げられる。ス
トッパー部６をメッキによって形成した場合にも、スト
ッパー部６の厚みが分子レベルで制御される。

【００５４】次に、図１Ｂに示すように、上記のように
非線形光学材料である光学基板１を基板２に貼り付けた
後、光学基板１の研磨を行った。ストッパー部６の材料
であるＣｒは、光学基板１の材料であるＭｇドープＬｉ
ＮｂＯ₃ よりも硬度が大きいため、研磨時の研磨される
割合（以下『研磨レート』という）は光学基板１に比べ
てストッパー部６の方が小さい。具体的にモース硬度で
比較すると、ＬｉＮｂＯ₃ の硬度は４．５であり、Ｃｒ
の硬度は９である。Ｃｒ以外でＬｉＮｂＯ₃ よりも硬度
の大きな材料としては、Ｓｉ（硬度７程度）、ＳｉＯ₂
（硬度６．５）、Ｔａ（硬度６．５）、Ｗ（硬度８．
９）、Ｔｉ（硬度６．５）等が挙げられる。

【００５５】光学基板１の研磨時において、ストッパー
部６にさしかかったところで研磨レートは大きく低下す
るため、光学基板１の厚みはストッパー部６の厚みで高
精度に制御される。ストッパー部６の厚みが４μｍ、紫
外線硬化剤３の厚みが０．５μｍであるため、光学基板
１の厚みは３．５μｍに制御された（図１Ｃ）。

【００５６】最後に、図１Ｄに示すように、レーザ加工
により、光学基板１の表面に溝４を形成した。これによ
り、リッジ型光導波路１２が得られた。

【００５７】尚、ストッパー部６は、ストライプ状に形
成され、かつ、リッジ型光導波路１２に対して平行とな
るように配置されているのが望ましい。

【００５８】また、リッジ型光導波路１２とストッパー
部６との間隔は、２０μｍ以上１００μｍ以下であるの
が望ましい。リッジ型光導波路１２とストライプ状のス
トッパー部６との間隔が２０μｍ未満の場合には、スト
ッパー部６がリッジ型光導波路１２を導波する導波光に
影響を与え、導波ロスの増加を招くおそれがある。ま
た、リッジ型光導波路１２とストライプ状のストッパー
部６との間隔が１００μｍよりも大きくなると、研磨に
よる光学基板１の厚みの均一性を向上させることが困難
になる。

【００５９】上記したように、光学基板１よりも硬度の
大きい材料を用いてストッパー部６を形成した後、光学
基板１の研磨を行うことにより、光学基板１の厚みが高
精度に制御され、光学基板１の厚みのばらつきは±０．
１μｍ程度になる。その結果、リッジ型光導波路デバイ
スの製造歩留りが大幅に向上する。

【００６０】また、ストッパー部６にさしかかったとこ
ろで研磨の進行が急激に遅くなり、光学基板１の厚みは
ストッパー部６の厚みでしばらく保持される。さらに、
研磨の方法をケミカルポリッシングとし、化学反応的な
要因を強くすることにより、光学基板１とストッパー部
６との研磨の選択比を大きくすることができる。化学的
に研磨を行う場合、ストッパー部６の材料としてはＮｉ
が適している。Ｎｉは、化学的に安定しており、研磨さ
れにくいからである。また、Ｎｉは、無電界メッキによ
り、硬度を大きくして光学基板１に定着させることも可
能である。

【００６１】従って、本実施の形態の光導波路デバイス
の製造方法を用いれば、光学基板１の厚みを測定しなが
ら研磨を行う必要がなくなるので、研磨時間の調整が容
易となり、製造時間の大幅な短縮が図られる。

【００６２】［第２の実施の形態］次に、本発明の第２
の実施の形態について、図２を参照しながら説明する。
図２は本発明の第２の実施の形態における光導波路デバ
イスの製造方法を示す工程図である。本実施の形態にお
いては、光学基板１として、厚み０．５ｍｍ、幅３ｍｍ
のＭｇドープＬｉＮｂＯ₃ 基板が用いられている。ま
た、基板２としては、上記第１の実施の形態と同様に、
厚みが１ｍｍ程度のＭｇドープＬｉＮｂＯ₃ 基板が用い
られている。

【００６３】まず、光学基板１の表面に、その幅方向の
左右両側に位置させて溝１ａを形成した。溝１ａの形成
には、イオンミリング法を用いた。イオンミリング法を
用いることにより、溝１ａの深さが分子レベルで制御さ
れるため、溝１ａを高精度に形成することが可能とな
る。溝１ａの形成方法としては、イオンミリング法のほ
かに、ドライエッチング等のエッチング法が挙げられ
る。ここで、溝１ａの深さは３．５μｍ、幅は５０μｍ
に設定されている。次いで、光学基板１の溝１ａが形成
された面に、溝１ａが形成された領域以外にレジストを
塗布することにより、マスキングを行った。そして、光
学基板１の溝１ａが形成された面に、Ｃｒを蒸着するこ
とにより、ストッパー部７を形成し、その後、レジスト
を除去した（以上、図２Ａ）。以上により、ストッパー
部７が光学基板１中に埋設された状態となる。尚、スト
ッパー部７の材料としては、上記第１の実施の形態と同
様に、Ｃｒのほかに、Ｓｉ、ＳｉＯ₂ 、Ｔａ等を用いる
こともできる。また、上記第１の実施の形態と同様に、
光の閉じ込めの良好なリッジ型光導波路１２（図２Ｄ参
照）を得るためには、ストッパー部７の厚みは１０μｍ
以下であるのが望ましい。また、ストッパー部７の厚み
が０．１μｍよりも小さくなると、得られた光導波路を
光が導波し難くなって、望ましくない。

【００６４】次に、図２Ｂに示すように、紫外線硬化樹
脂３を用いて、光学基板１のストッパー部７が形成され
た側の面を基板２に貼り付けた。そして、このように非
線形光学材料である光学基板１を基板２に貼り付けた
後、光学基板１の研磨を行った。ストッパー部７の材料
であるＣｒは、光学基板１の材料であるＭｇドープＬｉ
ＮｂＯ₃ よりも硬度が大きいため、研磨レートは光学基
板１に比べてストッパー部７の方が小さい。光学基板１
の研磨時において、ストッパー部７にさしかかったとこ
ろで研磨レートは大きく低下するため、光学基板１の厚
みはストッパー部７の厚みで高精度に制御される。スト
ッパー部７の厚み（光学基板１の溝１ａの深さ）が３．
５μｍであるため、光学基板１の厚みは３．５μｍに制
御された（図２Ｃ）。

【００６５】最後に、図２Ｄに示すように、レーザ加工
により、光学基板１の表面に溝４を形成した。これによ
り、リッジ型光導波路１２が得られた。

【００６６】尚、ストッパー部７は、ストライプ状に形
成され、かつ、リッジ型光導波路１２に対して平行とな
るように配置されているのが望ましい。

【００６７】また、リッジ型光導波路１２とストッパー
部７との間隔は、２０μｍ以上１００μｍ以下であるの
が望ましい。リッジ型光導波路１２とストライプ状のス
トッパー部７との間隔が２０μｍ未満の場合には、スト
ッパー部７がリッジ型光導波路１２を導波する導波光に
影響を与え、導波ロスの増加を招くおそれがある。ま
た、リッジ型光導波路１２とストライプ状のストッパー
部７との間隔が１００μｍよりも大きくなると、研磨に
よる光学基板１の厚みの均一性を向上させることが困難
になる。

【００６８】上記したように、光学基板１に溝１ａを形
成し、溝１ａ内に光学基板１よりも硬度の大きい材料を
用いてストッパー部７を形成した後、ストッパー部７が
形成された側と反対の側から光学基板１の研磨を行うこ
とにより、光学基板１の厚みが高精度に制御され、厚み
のばらつきは±０．１μｍ程度となる。その結果、リッ
ジ型光導波路デバイスの製造歩留りが大幅に向上する。
また、光学基板１に形成した溝１ａ内にストッパー部７
を設けることにより、厚みの制御された光学基板１の面
積が増加するので、より多くのリッジ型光導波路１２を
形成することが可能となる。さらに、光学基板１に形成
される溝１ａの位置は、マスク処理によって高精度に制
御されているため、光学基板１の位置合わせ用マーカー
として利用することも可能である。

【００６９】また、ストッパー部７にさしかかったとこ
ろで研磨の進行が急激に遅くなり、光学基板１の厚みは
ストッパー部７の厚みでしばらく保持される。さらに、
上記第１の実施の形態と同様に、研磨の方法をケミカル
ポリッシングとし、化学反応的な要因を強くすることに
より、光学基板１とストッパー部７との研磨の選択比を
大きくすることができる。

【００７０】従って、本実施の形態の光導波路デバイス
の製造方法を用いれば、上記第１の実施の形態と同様
に、光学基板１の厚みを測定しながら研磨を行う必要が
なくなるので、研磨時間の調整が容易となり、製造時間
の大幅な短縮が図られる。

【００７１】［第３の実施の形態］次に、本発明の第３
の実施の形態について、図３を参照しながら説明する。
図３は本発明の第３の実施の形態における光導波路デバ
イスの製造方法を示す工程図である。本実施の形態にお
いては、光学基板１として、厚み０．５ｍｍ、幅３ｍｍ
のＭｇドープＬｉＮｂＯ₃ 基板が用いられている。ま
た、基板２としては、上記第１の実施の形態と同様に、
厚みが１ｍｍ程度のＭｇドープＬｉＮｂＯ₃ 基板が用い
られている。

【００７２】まず、図３Ａに示すように、光学基板１の
表面に、その幅方向の左右両側に位置させて溝１ｂを形
成した。溝１ｂの形成には、上記第２の実施の形態と同
様に、イオンミリング法を用いた。ここで、溝１ｂの深
さは３．５μｍ、幅は５０μｍに設定されている。

【００７３】次に、光学基板１の溝１ｂが形成された面
に、溝１ｂが形成された領域以外の領域にレジストを塗
布することにより、マスキングを行った。そして、光学
基板１の溝１ｂが形成された面にＴａを蒸着することに
より、溝１ｂの底面に反射面１１ａ、１１ｂを形成し、
その後、レジストを除去した（以上、図３Ｂ）。

【００７４】次に、紫外線硬化樹脂３を用いて、光学基
板１の溝１ｂが形成された側の面を基板２に貼り付け
た。そして、このように非線形光学材料である光学基板
１を基板２に貼り付けた後、光学基板１の研磨を行っ
た。ここでは、光源１３から反射面１１ａ、１１ｂにレ
ーザ光を照射し、受光素子１４を用いてその反射光をモ
ニターしながら、光学基板１の研磨を行った。そして、
レーザ光が反射面１１ａ、１１ｂによって反射されなく
なった時点で、光学基板１の研磨を終了した。このと
き、光学基板１の厚みは、光学基板１に形成された溝１
ｂの深さとほぼ同じ約３．５μｍに制御された（以上、
図３Ｃ、Ｄ）。最後に、上記第１及び第２の実施の形態
と同様に、レーザ加工により、光学基板１の表面に溝を
形成した。これにより、リッジ型光導波路が得られた。

【００７５】本実施の形態のように、反射光をモニター
しながら光学基板１の研磨を行う場合、反射面１１ａ、
１１ｂとして利用される反射膜の硬さはそれほど問題と
ならない。また、反射膜の材料が金属である必要もな
い。但し、反射面１１ａ、１１ｂは一般的に反射率が高
い方が望ましく、従って、反射膜の材料としては、Ａ
ｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ等の反射率の
高い金属を用いるのが望ましい。

【００７６】上記したように、光学基板１に形成した溝
１ｂの底面に反射膜を蒸着し、レーザ光を用いて反射膜
の存在をモニターしながら光学基板１の研磨を行うこと
により、光学基板１の厚みは高精度に制御され、厚みの
ばらつきは±０．１μｍ程度となる。その結果、リッジ
型光導波路デバイスの製造歩留りが大幅に向上する。ま
た、図３に示すように、反射面を光学基板１内に複数配
置することにより（１１ａ、１１ｂ）、光学基板１の厚
みをより高精度に制御することができる。すなわち、光
学基板１の研磨時において、一方の反射面１１ａからの
反射光が無くなった時点で他方の反射面１１ｂからの反
射光の有無をチェックすることにより、研磨がフラット
な状態で行われているかどうかを判別することができ
る。反射面１１ｂからの反射光が確認された場合には、
研磨が傾いた状態で行われたことになる。この場合に
は、傾きを補正し、反射面１１ｂからの反射光が無くな
るまで研磨を行うことにより、光学基板１を基板２に対
して平行に研磨することが可能となる。

【００７７】以上のような本実施の形態の光導波路デバ
イスの製造方法を用いれば、上記第１及び第２の実施の
形態と同様に、光学基板１の厚みを測定しながら研磨を
行う必要がなくなるので、研磨時間の調整が容易とな
り、製造時間の大幅な短縮が図られる。

【００７８】［第４の実施の形態］次に、本発明の第４
の実施の形態について、図４を参照しながら説明する。
図４は本発明の第４の実施の形態における光導波路デバ
イスの製造方法を示す工程図である。本実施の形態にお
いては、光学基板１として、厚み０．５ｍｍ、幅３ｍｍ
のＭｇドープＬｉＮｂＯ₃ 基板が用いられている。ま
た、基板２としては、厚みが１ｍｍ程度のＭｇドープＬ
ｉＮｂＯ₃ 基板が用いられている。

【００７９】まず、基板２の表面に、その幅方向の左右
両側に位置させて凸部８を形成した後、金属膜９として
Ｃｒ膜を蒸着した。凸部８の形成には、イオンミリング
法を用いた。ここで、凸部８の厚みは３．５μｍ、幅は
５０μｍに設定されており、Ｃｒ膜の厚みは０．５μｍ
に設定されている。一方、光学基板１の表面にも金属膜
１０としてＣｒ膜を０．５μｍの膜厚で蒸着した後、光
学基板１の金属膜１０が形成された側の面に凸部８に対
応させて凹部１ｃを形成した。凹部１ｃはダイシングに
よって形成した。ここで、凹部１ｃの深さは１００μ
ｍ、幅は２００μｍに設定されている。尚、金属膜９、
１０の材料としては、Ｃｒのほかに、Ｔａ、Ｓｉ、Ｔ
ｉ、Ｗ等を用いることもできる。また、光の閉じ込めの
良好なリッジ型光導波路１２（図４Ｄ参照）を得るため
には、凸部８の厚みは１０μｍ以下であるのが望まし
い。また、凸部８の厚みが０．１μｍよりも小さくなる
と、得られた光導波路を光が導波し難くなって、望まし
くない。

【００８０】次に、図４Ｂに示すように、光学基板１に
形成した凹部１ｃと基板２に形成した凸部８とが噛み合
うように、光学基板１と基板２の位置合わせを行った
後、両者の貼り合わせを行った。光学基板１と基板２の
貼り合わせには、メタルボンディング法を用いた。すな
わち、真空中で光学基板１及び基板２へ加圧し、金属膜
９、１０の温度を高温にすることにより、Ｃｒからなる
金属膜９、１０を接合させた。このようにメタルボンデ
ィング法を用いることにより、光学基板１と基板２を強
力に接合させることができる。また、凸部８を含む基板
２の表面に形成される金属膜９の厚みは、金属膜９の形
成に蒸着法を用いることにより、高精度に制御される。
尚、光学基板１と基板２とを貼り合わせる方法として
は、光学基板１に半田材料などの低融点金属を金属膜と
して蒸着し、熱処理によって両者を接合させる方法もあ
る。また、高温処理では光学基板１に歪みが入り易くな
るため、金属膜としては光学基板１と熱膨張係数の近い
ものを用いるのが望ましい。また、接合層の厚みを導波
層の厚みの１／１０以下に薄くすることにより、接合層
と導波層の温度変化によって生じる歪みを低減すること
ができる。次いで、上記のように非線形光学材料である
光学基板１と基板２とを貼り合わせた後、光学基板１の
研磨を行った。金属膜９の材料であるＣｒは、光学基板
１の材料であるＭｇドープＬｉＮｂＯ₃ よりも硬度が大
きいため、研磨レートは光学基板１に比べて金属膜９の
方が小さい。

【００８１】光学基板１の研磨時において、金属膜９に
さしかかったところで研磨レートは大きく低下するた
め、光学基板１の厚みは金属膜９により高精度に制御さ
れる。基板２の表面に形成された凸部８及び金属膜９の
厚みがそれぞれ４μｍ、０．５μｍ、光学基板１の表面
に形成された金属膜１０の厚みが０．５μｍであるた
め、光学基板１の厚みは３．５μｍに制御された（図４
Ｃ）。

【００８２】最後に、図４Ｄに示すように、レーザ加工
により、光学基板１の表面に溝４を形成した。これによ
り、リッジ型光導波路１２が得られた。

【００８３】尚、凸部８は、ストライプ状に形成され、
かつ、リッジ型光導波路１２に対して平行となるように
配置されているのが望ましい。そして、この場合、凹部
１ｃは、ストライプ状の凸部８に合わせて溝状に形成さ
れる。

【００８４】また、リッジ型光導波路１２と凸部８との
間隔は２０μｍ以上１００μｍ以下であるのが望まし
い。リッジ型光導波路１２とストライプ状の凸部８との
間隔が２０μｍ未満の場合には、凸部８がリッジ型光導
波路１２を導波する導波光に影響を与え、導波ロスの増
加を招くおそれがある。また、リッジ型光導波路１２と
ストライプ状の凸部８との間隔が１００μｍよりも大き
くなると、研磨による光学基板１の厚みの均一性を向上
させることが困難となる。

【００８５】上記したように、基板２の表面に凸部８を
形成すると共に、金属膜９としてＣｒ膜を成膜し、光学
基板１の表面に金属膜１０としてＣｒを成膜すると共
に、凹部１ｃを形成し、凹部１ｃと凸部８とを噛み合わ
せた状態で、光学基板１と基板２を貼り合わせた後、光
学基板１の研磨を行うことにより、光学基板１の厚みは
高精度に制御され、光学基板１の厚みのばらつきは±
０．１μｍ程度となる。その結果、リッジ型光導波路デ
バイスの製造歩留りが大幅に向上する。また、この場
合、光学基板１と基板２を貼り合わせる方法としてメタ
ルボンディング法を用い、金属膜９、１０を蒸着法を用
いて形成すれば、光学基板１と基板２との接合部分の厚
みを、より高精度かつ容易に制御することができる。

【００８６】また、金属膜９にさしかかったところで研
磨の進行が急激に遅くなり、光学基板１の厚みは金属膜
９の上面位置でしばらく保持される。さらに、研磨の方
法をケミカルポリッシングとし、化学反応的な要因を強
くすることにより、光学基板１と金属膜９との研磨の選
択比を大きくすることができる。化学的に研磨を行う場
合、金属膜９の材料としてはＮｉが適している。Ｎｉ
は、化学的に安定しており、研磨されにくいからであ
る。

【００８７】従って、本実施の形態の光導波路デバイス
の製造方法を用いれば、光学基板１の厚みを測定しなが
ら研磨を行う必要がなくなるので、研磨時間の調整が容
易となり、製造時間の大幅な短縮が図られる。

【００８８】［第５の実施の形態］次に、本発明の第５
の実施の形態について、図５を参照しながら説明する。
図５は本発明の第５の実施の形態における光導波路デバ
イスを示す断面図である。

【００８９】図５に示すように、厚みが０．５ｍｍのＭ
ｇドープＬｉＮｂＯ₃ 基板２１の上には、接合層２４を
介してバッファ層２３と導波層２２が順次積層されてい
る。ここで、バッファ層２３は、接合層２４が導波層２
２を伝搬する導波光に影響を与えない程度の屈折率及び
厚みを有している。すなわち、バッファ層２３の屈折率
及び厚みは、導波層２２を伝搬する導波光の電界分布が
接合層２４内に存在しない値に設定されている。導波層
２２の材料としてはＭｇドープＬｉＮｂＯ₃ を用い、バ
ッファ層２３の材料としてはＳｉＯ₂ を用いた。このと
き、バッファ層２３の厚みとしては、０．２μｍ以上が
必要であった。尚、この場合、基板２１の材料としてＭ
ｇドープＬｉＮｂＯ₃ が用いられ、導波層２２の材料と
してもＭｇドープＬｉＮｂＯ₃ が用いられているため、
基板２１と導波層２２の熱膨張係数は、接合面内で等し
くなっている。基板２１と導波層２２の熱膨張係数が大
きく異なると、温度サイクル試験時に導波層２２の破損
が生じる。熱膨張係数が等しいことにより、温度変化時
のストレスが低減され、光導波路デバイスの信頼性が向
上する。また、接合層２４の材料としてはＴａを用い
た。従来、接合層２４としては接着剤を用いていたが、
接合層２４として金属を用いることにより、導波層２２
内で発生する熱の放熱性及び均熱性が大幅に向上した。
尚、接合層２４の材料としては、Ｔａのほかに、Ｃｒ、
Ｓｉ、Ｗ、Ｔｉ等を用いることもできる。以下に、本光
導波路デバイスを光波長変換素子、特に第二高調波発生
（ＳＨＧ）素子として使用した場合の特性を例に挙げ
て、本光導波路デバイスの有する効率向上の効果につい
て説明する。

【００９０】光導波路を用いたＳＨＧ素子は、導波光を
高いパワー密度で長距離閉じ込めることにより、高効率
の波長変換を可能にする。ところが、この高いパワー密
度によって導波層２２内に温度分布が発生することが、
本発明者らの行った実験において確認された。ここで
は、ＳＨＧ素子として、周期状の分極反転構造を利用し
た擬似位相整合型のＳＨＧ素子が用いられ、基本波とし
て、波長８２０ｎｍ帯の赤外光が用いられている。この
基本波及びＳＨＧ素子を用いれば、光波長変換によって
波長４１０ｎｍ帯の紫色光（ＳＨＧ光）が得られる。

【００９１】ＳＨＧ素子の変換効率は数％〜数１０％程
度であり、５０ｍＷ程度の基本波パワーで数ｍＷ程度、
１００ｍＷの基本波パワーで２０ｍＷ以上のＳＨＧ光が
得られる。このとき、光導波路内の導波光のパワー密度
は数ＭＷ／ｍｍ² となり、導波光の僅かな吸収によって
光導波路の温度が上昇する。実際のＳＨＧ素子において
も、１０ｍＷ以上のＳＨＧ光の発生時に数℃の温度上昇
が観測された。ＳＨＧ素子内で数℃の温度分布が発生す
ると、ＳＨＧ素子内で０．１ｎｍ程度の位相整合波長分
布が生じる。ところが、ＳＨＧ素子の波長許容度は０．
１ｎｍ程度しかないので、ＳＨＧ素子内で数℃の温度分
布が発生すると、波長変換特性が大きな影響を受け、出
力の低下が生じる。これを防止するためには、ＳＨＧ素
子の温度分布を均一化する必要がある。

【００９２】そこで、本実施の形態のＳＨＧ素子（光導
波路デバイス）においては、導波層２２と基板２１を接
合する接合層２４として金属を用いている。金属は熱伝
導率が高いため、接合層２４として金属を用いることに
より、導波層２２の伝搬方向に発生した温度分布を大幅
に低減することが可能となり、ＳＨＧ素子の高出力特性
が大幅に向上した。すなわち、光波長変換によって得ら
れる紫色光（ＳＨＧ光）の出力が３０ｍＷを超えても、
温度分布による効率の低下や出力の不安定性もなく、安
定な出力動作が可能となった。温度分布によるＳＨＧ素
子の特性劣化を防ぐためには、ＳＨＧ素子（光導波路デ
バイス）の全面を、熱伝導率κが３０Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以
上の物質によって被うのが望ましい。熱伝導率κが３０
Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以上の物質としては、Ａｕ−Ｓｎ、Ｓｎ
−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｉｎなどの鉛フリー
半田が挙げられる。

【００９３】バッファ層２３は、導波損失の低減には必
要不可欠である。接合層２４として金属を用いる場合に
は、導波層２２の伝搬損失が大幅に増大する。従って、
接合層２４としての金属が導波層２２に影響を与えない
ようにするために、バッファ層２３が必要となる。バッ
ファ層２３は、導波層２２を伝搬する導波光に対して吸
収係数の小さい特性（透明性）を有する必要があり、バ
ッファ層２３の材料としては吸収係数が１０^-4以下の材
料を用いる必要がある。これ以上大きな吸収係数のバッ
ファ層２３を用いると、導波層２２の伝搬損失が１ｄＢ
／ｃｍ² 以上になり、ＳＨＧ素子の特性が劣化してしま
う。バッファ層２３の材料としては、ＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂
Ｏ₃ 、Ｔａ₂ Ｏ₅ 、ＺｒＯ₂ 等の導波層２２よりも屈折
率が小さくかつ吸収係数の小さい材料が望ましい。

【００９４】また、導波層２２は、入射光に対してシン
グルモード伝搬の条件を満たしているのが望ましい。伝
搬モードがマルチモードの場合には、変換効率の大幅な
低下が発生するからである。

【００９５】さらに、本実施の形態の構成によれば、素
子特性の向上も可能となる。ＳＨＧ素子の特性は、導波
層２２の均一化に大きく影響される。変換効率を向上さ
せるためには、導波層２２の伝搬損失をその全体にわた
って均一に保つ必要があり、導波層２２の厚み精度もば
らつきを１％以下に抑える必要がある。このため、接合
層２４の厚みにも高い精度が要求される。接合層２４と
して金属薄膜を用いることにより、接合層２４の厚みを
０．１μｍ以下にすることができる。さらに、接合層２
４として金属薄膜を用いることにより、接合層２４の厚
みのばらつきも小さくなる。その結果、導波層２２の厚
みのばらつきを低減して、変換効率の向上と歩留りの向
上を図ることが可能となった。

【００９６】さらに、接合層２４として金属膜を用いる
ことにより、ＳＨＧ素子の信頼性が大幅に向上した。す
なわち、従来の接着剤による接合では、接合層の強度に
問題があった。また、従来の接着剤による接合では、導
波層２２が歪み応力を受けやすく、これがＳＨＧ素子の
信頼性劣化の要因となっていた。接合層２４として金属
膜を用いることにより、接合層２４の硬度が大幅に向上
し、これらの問題が解消された。その結果、信頼性の高
いＳＨＧ素子を実現することが可能となった。

【００９７】接合層２４として金属膜を用いる場合の有
効な方法として、半田材料のような低融点金属を積層し
て用いる方法が挙げられる。具体的には、Ａｕ及びＳｎ
を交互に蒸着し、Ａｕ−Ｓｎ半田として機能させること
により、放熱性及び接合強度を向上させることができ
る。

【００９８】［第６の実施の形態］本実施の形態におい
ては、実際にＳＨＧ素子をモジュール等に利用する場合
について説明する。ＳＨＧ素子及び光導波路デバイスに
おいて、光導波路に光を入射させる結合部分は重要であ
る。外部から光導波路内に光を結合させるためには、光
ファイバーや集光光学系が利用されるが、いずれの場合
においても、結合部分でミスマッチが生じ、ロスが発生
する。そして、この結合部分での損失がデバイスとして
使用する上で大きな問題となる。

【００９９】第１の問題は、戻り光の問題である。光源
として半導体レーザを用いる場合、結合部分で発生した
損失に起因して戻り光が発生する。戻り光が光源である
半導体レーザに帰還すると、半導体レーザの発振状態が
不安定となり、ノイズが発生する。通常、反射防止膜に
よって端面反射を防止することにより、ノイズの発生は
低減可能であるが、上記第５の実施の形態のように導波
層２２の入射端面に金属膜が存在する場合には、反射防
止膜による端面反射の防止が困難となる。

【０１００】第２の問題は、端面破壊の問題である。数
１０ｍＷ以上の高いパワーの光を光導波路に結合させる
場合に、端面破壊の問題が発生した。原因を解明したと
ころ、上記第５の実施の形態のように導波層２２の入射
端面近傍に金属膜が存在すると、この部分で光が吸収さ
れて、局所的に温度が上昇し、このことが原因で端面破
壊の問題が発生することが判明した。

【０１０１】これらの問題はともに、光導波路の結合部
分において、導波光と結合する光との僅かなモードマッ
チのずれによって発生するが、結合部分でのモードを完
全に一致させることは困難であり、たとえ完全なモード
の一致が可能となっても、僅かな位置ずれで同様の問題
が発生することが明らかとなった。すなわち、導波層の
入射端面近傍に金属膜が存在することが、光導波路への
光の結合を困難にしている。以上のことに鑑み、本発明
者らは、図６に示すような構造を採用することを考え
た。図６に示す構造においては、光導波路の入射部２６
近傍の接合層（金属膜）２４が除去されており、これに
より上記問題が回避されている。

【０１０２】また、図７に示す構造を採用することによ
っても、上記問題を回避することができる。図７に示す
構造は、バッファ層２３（第１のバッファ層）と接合層
（金属膜）２４との間に、厚膜のバッファ層である第２
のバッファ層２５を介在させたものである。第２のバッ
ファ層２５の厚みを１μｍ以上とすることにより、接合
層２４としての金属膜を光導波路から遠ざけることが可
能となり、結合部分において入射光が金属膜に接触しな
い構造を実現することができる。但し、厚膜のバッファ
層を用いる場合には、膜の堆積に時間がかかるため、高
速の成膜方法が利用される。成膜速度の速い膜は、一般
的に、光学薄膜として用いるには伝搬損失が大きいとい
う問題がある。そこで、第１のバッファ層２３として低
損失の膜を堆積し、第２のバッファ層２５を介して基板
２１に導波層２２を接合している。

【０１０３】もう一つの問題は、素子を固定する場合の
問題である。光導波路を用いたデバイスは、何らかの形
で固定して使用する必要がある。これは、光導波路の形
状が数ミクロン程度と小さいために、サブミクロンの精
度での位置合わせが必要となり、必然的に安定な固定が
必要となるからである。さらに、集光光学系や半導体レ
ーザとの直接結合、光ファイバーとの結合等において
も、結合の調整にサブミクロンの精度が必要となり、調
整後の固定には、結合のずれが小さく、短時間で完了す
る方法が要求される。これらの方法としては、通常、紫
外線硬化樹脂を用いる方法が採用されている。

【０１０４】図８に、半導体レーザと光導波路デバイス
とをモジュール化した本実施の形態のコヒーレント光源
を示す。図８に示すように、半導体レーザ３２と光導波
路デバイスであるＳＨＧ素子４７がＳｉサブマウント５
３上に固定されている。ここで、半導体レーザ３２は、
半田を用いてＳｉサブマウント５３上に固定されてお
り、ＳＨＧ素子４７は、紫外線硬化樹脂（接着剤）３１
を用いてＳｉサブマウント５３上に接着固定されてい
る。

【０１０５】ところが、接合層２４として金属を用いた
場合に、光導波路デバイスであるＳＨＧ素子４７とＳｉ
サブマウント５３（モジュール基台）との接着が困難に
なるという問題が生じた。これは、接合層２４としての
金属が紫外線を吸収するために、紫外線が紫外線硬化樹
脂３１に有効に照射されなくなるからである。そこで、
本実施の形態においては、図６〜図８に示すように、接
合層２４に紫外線を透過させるための窓部２７を設ける
構成が採用されている。窓部２７を設けることにより、
紫外線の透過が可能となり、ＳＨＧ素子４７のＳｉサブ
マウント５３への接着固定が可能となった。

【０１０６】ここで、窓部２７は、光導波路の直下以外
の部分に設けられている。これは、光導波路で発生する
熱の均熱性が接合層２４としての金属によって促進され
ることが妨げられないようにするためである。さらに、
本発明者らは、光導波路以外の部分、すなわち窓部２７
でのみ接着を行うことにより、モジュールの作製時に発
生していた歪みによる素子特性の劣化が防止されること
を見出した。この素子特性の劣化は、Ｓｉサブマウント
５３にＳＨＧ素子４７を接着固定した場合に、接着応力
によって光導波路に歪みが与えられ、屈折率分布が発生
するために生じる現象である。窓部２７を設けて、光導
波路以外の部分で接着を行うことにより、光導波路への
接着応力の影響を低減して、素子特性の劣化を防止する
ことができる。

【０１０７】また、図８に示すように、光導波路デバイ
スであるＳＨＧ素子４７とＳｉサブマウント５３（モジ
ュール基台）とを紫外線硬化樹脂（接着剤）３１を用い
て接着固定する場合には、接合層２４として低融点の金
属を用いることも有効である。低融点の金属を用いるこ
とにより、ＳＨＧ素子４７の温度分布の均一化が促進さ
れ、高出力時にも安定な素子特性を実現することができ
た。接合層２４として低融点の金属を用いる場合には、
ＳＨＧ素子４７の表面を金属薄膜で覆うと接着強度が増
して好ましい。また、この場合には、図８Ｂに示すよう
に、導波層２２の上面にバッファ層３０を堆積し、バッ
ファ層３０の上に金属薄膜５４を堆積することが必要で
ある。

【０１０８】ＳＨＧ素子としては、図７に示すような周
期状の分極反転領域２８を利用した擬似位相整合型のＳ
ＨＧ素子を用いるのが望ましい。周期状の分極反転領域
２８を備えることにより、高効率な波長変換が実現され
る。以下に、周期状の分極反転領域の形成方法につい
て、図９、図１０を参照しながら説明する。周期状の分
極反転領域の形成方法は、光学基板の結晶方位によって
大きく異なる。

【０１０９】図９を用いて説明するのは、光学基板５５
がｚ板の場合である。ｚ板の場合、結晶の分極方向は基
板の表面に対して垂直となっている。この場合には、ま
ず、図９Ａに示すように、光学基板５５の＋Ｃ面に周期
状電極３３のパターンを形成し、−Ｃ面に平面電極３４
を形成する。ここで、電極材料としては金属を用い、周
期状電極３３のパターンはフォトリソグラフィ法を用い
て形成した。次に、図９Ｂに示すように、周期状電極３
３と平面電極３４との間に高電圧を印加することによ
り、光学基板５５の結晶の自発分極を反転させる。印加
電圧はパルス状の電界であり、数ｍｓから数１００ｍｓ
程度のパルス又は直流電圧にパルス電圧を重畳した電圧
を印加することにより、結晶の自発分極が反転して、周
期状の分極反転領域３５が形成される。印加電圧の大き
さは、結晶の種類に依存する。分極反転領域の形成が容
易な結晶としては、例えば、ＬｉＮｂＯ₃ 、ＬｉＴａＯ
₃ があり、これらの結晶に対しては、２０ｋＶ／ｍｍ程
度の電圧を印加する必要がある。一方、ＭｇドープのＬ
ｉＮｂＯ₃ 、又はストイキオメトリックなＬｉＮｂＯ
₃ 、ＬｉＴａＯ₃ 等の結晶の場合には、印加電圧は数ｋ
Ｖ程度で足りる。以上のようにして周期状の分極反転領
域３５を形成した後、光学基板５５を本発明の研磨方法
によって研磨することにより、光導波路を形成する。

【０１１０】図１０を用いて説明するのは、光学基板５
６がＸ、Ｙカット基板又はオフカット基板の場合であ
る。Ｘ、Ｙカット基板の場合、結晶の分極方向は基板の
表面に対して平行となっている。また、オフカット基板
の場合、結晶の分極方向は基板の表面に対して或る角度
をもって傾いている。この場合には、電極は光学基板５
６の表面に形成される。具体的には、まず、図１０Ａに
示すように、光学基板５６の表面に金属膜３６を成膜す
る。ここでは、一例としてＴａ膜を成膜した。次に、図
１０Ｂに示すように、フォトリソグラフィ法を用いて、
金属膜３６を、櫛形電極３７とストライプ電極３８とに
加工する。ここで、櫛形電極３７とストライプ電極３８
は結晶の分極方向に電界を印加することができるように
形成し、櫛形電極３７は結晶の＋Ｃ軸側に形成する。次
に、図１０Ｃに示すように、櫛形電極３７とストライプ
電極３８を絶縁体３９で覆う。このように櫛形電極３７
とストライプ電極３８を絶縁体３９で覆うことにより、
得られる分極反転領域３５（図１０Ｄ参照）の周期構造
の均一性が大幅に向上する。次に、図１０Ｄに示すよう
に、櫛形電極３７とストライプ電極３８との間に高電圧
を印加することにより、結晶の自発分極が反転して、周
期状の分極反転領域３５が形成される。以上のようにし
て周期状の分極反転領域３５を形成した後、光導波路を
形成することにより、ＳＨＧ素子が得られる。

【０１１１】［第７の実施の形態］次に、本発明の第７
の実施の形態について、図１１を参照しながら説明す
る。図１１は本発明の第７の実施の形態における光学装
置を示す概略図である。

【０１１２】図１１に示すように、本実施の形態の光学
装置は、図８に示した半導体レーザと光波長変換素子と
からなるコヒーレント光源４０と、コリメートレンズ４
１と、偏光ビームスプリッタ４２と、１／４波長板４３
と、コヒーレント光源４０からの出射光を被観測物体で
ある光ディスク４５上に集光する集光光学系としての集
光レンズ４４と、光ディスク４５からの反射光を検出す
る光検出器４６とにより構成されている。

【０１１３】コヒーレント光源４０から出射された光
は、コリメートレンズ４１によって平行光に変換され、
集光レンズ４４によって光ディスク４５の表面に集光さ
れる。光ディスク４５で反射された光は、１／４波長板
４３によって偏光角が９０°回転するため、偏光ビーム
スプリッタ４２によって光検出器４６の方向へ反射され
る。光ディスク４５からの反射光は、光検出器４６によ
って検出され、これにより光ディスク４５上の情報が再
生される。

【０１１４】コヒーレント光源４０は、波長４１０ｎｍ
の短波長光を発生させることができるため、高密度の光
情報記録が可能となる。また、光導波路デバイスとして
の光波長変換素子の接合層として金属を用いることによ
り、高出力のコヒーレント光源４０を実現することがで
きた。すなわち、出力５０ｍＷ以上の短波長光を発生さ
せることが可能となり、低出力の光源では困難な二層光
ディスクへの書き込みが可能となった。さらに、高倍速
の書き込みも可能となった。

【０１１５】尚、本実施の形態においては、光学装置と
して光ピックアップ光学系を例に挙げて説明したが、本
発明の光学装置は、レーザ走査顕微鏡など、他のコヒー
レント光学系にも適用可能である。

【０１１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光導波路
デバイスの製造方法によれば、光学基板の厚みが高精度
に制御され、光学基板の厚みのばらつきを低減すること
が可能となる。その結果、光導波路デバイスの製造歩留
りが大幅に向上する。また、光学基板の厚みを測定しな
がら研磨を行う必要がなくなるので、研磨時間の調整が
容易となり、製造時間の大幅な短縮が図られる。また、
本発明の光導波路デバイスの構成によれば、導波層と基
板を接合する接合層として金属を用いることにより、導
波層の伝搬方向に発生した温度分布を大幅に低減するこ
とが可能となり、例えば、光導波路デバイスをＳＨＧ素
子として使用した場合の高出力特性を大幅に向上させる
ことができる。また、このように接合層として金属を用
いることにより、接合層の厚みのばらつきが小さくな
る。その結果、導波層の厚みのばらつきを低減して、例
えば、光導波路デバイスを光波長変換素子として使用し
た場合の変換効率の向上と歩留りの向上を図ることが可
能となる。また、本発明のコヒーレント光源の構成によ
れば、ＳＨＧ素子として使用した場合に高出力特性が向
上し、光波長変換素子として使用した場合に変換効率が
向上する前記本発明の光導波路デバイスが用いられてい
るので、短波長の高出力コヒーレント光源を実現するこ
とが可能となる。また、本発明の光学装置の構成によれ
ば、前記本発明の短波長の高出力コヒーレント光源が用
いられているので、低出力の光源では困難な二層光ディ
スクへの書き込みが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における光導波路デ
バイスの製造方法を示す工程図

【図２】本発明の第２の実施の形態における光導波路デ
バイスの製造方法を示す工程図

【図３】本発明の第３の実施の形態における光導波路デ
バイスの製造方法を示す工程図

【図４】本発明の第４の実施の形態における光導波路デ
バイスの製造方法を示す工程図

【図５】本発明の第５の実施の形態における光導波路デ
バイスを示す断面図

【図６】図６Ａは本発明の第６の実施の形態における光
導波路デバイスを示す平面図、図６Ｂはその断面図

【図７】図７Ａは本発明の第６の実施の形態における光
導波路デバイスの他の例を示す平面図、図７Ｂはその斜
視図

【図８】図８Ａは本発明の第６の実施の形態におけるコ
ヒーレント光源を示す平面図、図８Ｂはその断面図

【図９】本発明の第６の実施の形態における光導波路デ
バイスとしてのＳＨＧ素子の周期状の分極反転領域の形
成方法を示す工程図

【図１０】本発明の第６の実施の形態における光導波路
デバイスとしてのＳＨＧ素子の周期状の分極反転領域の
他の形成方法を示す工程図

【図１１】本発明の第７の実施の形態における光学装置
を示す概略図

【図１２】リッジ型光導波路デバイスの構成を示す斜視
図

【図１３】リッジ型光導波路の製造方法を示す工程図

【符号の説明】

１、５５、５６光学基板１ａ、１ｂ溝１ｃ凹部２基板３、３１紫外線硬化樹脂４溝６、７ストッパー部８凸部９、１０、３６金属膜１１ａ、１１ｂ反射面１２リッジ型光導波路１３光源１４受光素子２１基板２２導波層２３、２５、３０バッファ層２４接合層２６光導波路の入射部２７窓部２８、３５周期状の分極反転領域３３周期状電極３４平面電極３７櫛形電極３８ストライプ電極３９絶縁体４０コヒーレント光源４１コリメートレンズ４２偏光ビームスプリッタ４３１／４波長板４４集光レンズ４５光ディスク４６光検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H047 KA05 PA02 PA03 PA21 PA24 QA03 QA04 TA42 TA43 2K002 AA05 AB12 BA03 CA03 DA06 HA20 5D119 AA22 AA33 FA16 JA29 JA37 NA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学基板を所望の厚みに研磨する工程を
含む光導波路デバイスの製造方法であって、前記光学基板の研磨を、前記光学基板の厚みを規制する
ストッパー部を用いて行うことを特徴とする光導波路デ
バイスの製造方法。
【請求項２】前記ストッパー部の硬度が前記光学基板
の硬度よりも大きい請求項１に記載の光導波路デバイス
の製造方法。
【請求項３】前記ストッパー部が蒸着法又はメッキに
より形成されている請求項１に記載の光導波路デバイス
の製造方法。
【請求項４】前記ストッパー部が前記光学基板中に埋
設されている請求項１に記載の光導波路デバイスの製造
方法。
【請求項５】前記ストッパー部が前記光学基板に形成
された溝中に埋設されている請求項４に記載の光導波路
デバイスの製造方法。
【請求項６】前記溝がイオンミリング法又はエッチン
グ法により形成されている請求項５に記載の光導波路デ
バイスの製造方法。
【請求項７】前記ストッパー部の厚みが０．１μｍ以
上１０μｍ以下である請求項１に記載の光導波路デバイ
スの製造方法。
【請求項８】前記ストッパー部の材料が、Ｔａ、Ｃ
ｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ｓｉ及びＳｉＯ₂ からなる群から選ばれ
る１つである請求項１に記載の光導波路デバイスの製造
方法。
【請求項９】前記ストッパー部が、ストライプ状に形
成され、かつ、光導波路に対して平行となるように配置
されている請求項１に記載の光導波路デバイスの製造方
法。
【請求項１０】前記ストッパー部が、光導波路との間
隔が２０μｍ以上１００μｍ以下となるように配置され
ている請求項１に記載の光導波路デバイスの製造方法。
【請求項１１】光学基板を所望の厚みに研磨する工程
を含む光導波路デバイスの製造方法であって、前記光学基板に反射面を形成し、前記反射面を用いて光
学的に前記光学基板の厚みを計測しながら、前記光学基
板の研磨を行うことを特徴とする光導波路デバイスの製
造方法。
【請求項１２】前記反射面が前記光学基板内に複数形
成されている請求項１１に記載の光導波路デバイスの製
造方法。
【請求項１３】光学基板を所望の厚みに研磨する工程
を含む光導波路デバイスの製造方法であって、前記光学基板に凹部を形成すると共に、前記凹部と噛み
合う凸部が形成された基板を準備し、前記光学基板の前
記凹部が形成された面と前記基板の前記凸部が形成され
た面の少なくとも一方の面に金属膜を成膜し、前記光学
基板と前記基板とを、前記凹部と前記凸部が噛み合うよ
うに貼り合わせた後、前記光学基板の研磨を行うことを
特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
【請求項１４】前記金属膜の硬度が前記光学基板の硬
度よりも大きい請求項１３に記載の光導波路デバイスの
製造方法。
【請求項１５】前記光学基板と前記基板とがメタルボ
ンディング法を用いて貼り合わされている請求項１３に
記載の光導波路デバイスの製造方法。
【請求項１６】前記凸部の厚みが０．１μｍ以上１０
μｍ以下である請求項１３に記載の光導波路デバイスの
製造方法。
【請求項１７】前記金属膜の材料が、Ｔａ、Ｃｒ、
Ｗ、Ｔｉ及びＳｉからなる群から選ばれる１つである請
求項１３に記載の光導波路デバイスの製造方法。
【請求項１８】前記凸部が、ストライプ状に形成さ
れ、かつ、光導波路に対して平行となるように配置され
ている請求項１３に記載の光導波路デバイスの製造方
法。
【請求項１９】前記凸部が、光導波路との間隔が２０
μｍ以上１００μｍ以下となるように配置されている請
求項１３に記載の光導波路デバイスの製造方法。
【請求項２０】導波層と、前記導波層の一方の面に形
成されたバッファ層と、前記バッファ層の表面に接合層
を介して接合された基板とを備えた光導波路デバイスで
あって、前記接合層が金属からなることを特徴とする光導波路デ
バイス。
【請求項２１】前記導波層の表面又は裏面の少なくと
もいずれかにストライプ状の凸部を有し、前記凸部を含
む導波層が、入射光に対してシングルモード伝搬の条件
を満たしている請求項２０に記載の光導波路デバイス。
【請求項２２】前記バッファ層は、前記導波層を伝搬
する導波光に対する吸収係数が１０^-4以下の誘電体材料
からなり、前記バッファ層の屈折率及び厚みは、前記導
波層を伝搬する導波光の電界分布が前記接合層内に存在
しない値に設定されている請求項２０に記載の光導波路
デバイス。
【請求項２３】前記接合層は、種類の異なる金属が積
層された多層構造を有し、前記接合層を構成する前記金
属に低融点金属が含まれる請求項２０に記載の光導波路
デバイス。
【請求項２４】前記接合層は、その所定部分が除去さ
れて形成された窓部を有し、前記窓部が、前記ストライ
プ状の凸部の直下以外の部分に設けられている請求項２
１に記載の光導波路デバイス。
【請求項２５】前記基板と前記導波層の熱膨張係数
が、接合面内でほぼ等しい請求項２０に記載の光導波路
デバイス。
【請求項２６】前記導波層が、周期状の分極反転構造
を有する請求項２０に記載の光導波路デバイス。
【請求項２７】前記光導波路デバイスが、基本波を第
二高調波に波長変換する波長変換デバイスであり、前記
バッファ層が、前記基本波及び前記第二高調波に対して
透明な材料からなる請求項２６に記載の光導波路デバイ
ス。
【請求項２８】前記導波層の入射端面近傍の前記接合
層が除去されている請求項２０に記載の光導波路デバイ
ス。
【請求項２９】前記導波層は、オフカット基板のＭｇ
ドープＬｉＮｂＯ₃ からなると共に、周期状の分極反転
構造を有し、かつ、前記導波層を伝搬する基本波を第二
高調波に波長変換し、前記バッファ層は、前記基本波及
び前記第二高調波に対する吸収係数が１０^-4以下である
と共に、前記基本波及び前記第二高調波の電界分布が前
記接合層内に存在しない程度に厚い請求項２０に記載の
光導波路デバイス。
【請求項３０】サブマウントと、前記サブマウント上
に固定された半導体レーザ及び請求項２０〜２９のいず
れかに記載の光導波路デバイスとを備え、前記半導体レ
ーザからの光が前記光導波路デバイスの導波層に入射す
るコヒーレント光源。
【請求項３１】前記光導波路デバイスが紫外線硬化樹
脂を用いて前記サブマウント上に固定されている請求項
３０に記載のコヒーレント光源。
【請求項３２】前記光導波路デバイスの表面に保護膜
を有する請求項３０に記載のコヒーレント光源。
【請求項３３】前記光導波路デバイスが、熱伝導率が
３０Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1以上の物質によって被われている請
求項３０に記載のコヒーレント光源。
【請求項３４】請求項３０〜３３のいずれかに記載の
コヒーレント光源と、前記コヒーレント光源からの出射
光を被観測物体上に集光する集光光学系とを備えた光学
装置。
【請求項３５】前記被観測物体が光ディスクである請
求項３４に記載の光学装置。