JP2005300678A - 無機光学結晶導波路及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工プロセスの簡略化を行い、かつ十分に精度の高い加工法を適用できる無機光学結晶導波路及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】 ＫＴａ_０．３５Ｎｂ_０．６６Ｏ_３基板１１と、このＫＴａ_０．３５Ｎｂ_０．６６Ｏ_３基板１１上に、エピタキシャル成長させるとともに、溝１２ａを設けたアンダークラッド層１２と、このアンダークラッド層１２上にエピタキシャル成長により形成された、このアンダークラッド層１２よりも屈折率が高く光を導波させるコア層１３とから構成され、コア層１３を逆リッジ状にアンダークラッド層１２に突き出すように構成されている。これにより、従来方法に比較して高品質の光導波路を作製することができ、光デバイスの特性を向上させるので非常に有益である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無機光学結晶導波路及びその製造方法に関し、より詳細には、光通信用、光計測用に使用する光スイッチ，光変調器及びレーザ等を作製するための無機光学結晶導波路及びその製造方法に関する。

ペロブスカイトやガーネットは、極めて良好な光学的特性を有し、光スイッチ，光変調器及び固体レーザ等の光デバイスを作るための材料として、工業的に重要な位置を占めている。様々な研究機関や企業において、デバイス化の研究が行われており、製品化されたものもいくつかある。しかしながら、これらの良好な光学的特性を最大限に引き出すためには、バルク結晶を用いるのでは不十分であり、導波構造を作ったうえで光の閉じ込めをおこなって、光と電場、磁場等との相互作用の効率を良くすることが必要となる。

通常、２次元への光の閉じ込め（スラブ導波路）は、無機光学結晶基板等の上に基板より屈折率の大きい薄膜を成長させることによって得ることが出来る。しかし、スラブ導波路では光の閉じ込めが不十分であるために、十分に効率を上げることが出来ない。

十分に光の閉じ込めをおこなうためには、３次元の導波構造を作る事が必要となる。３次元導波構造を作る方法としては、イオン打ち込み法やプロトン交換法等が用いられているが、クラッドとコアの屈折率差が十分につかないために、光のエネルギー密度を十分に高めることが出来なかった。また、コアの断面形状が矩形にならず、そのために偏波依存性が出てしまうなどの問題点があった。ウェットエッチングによる加工も試みられたが、通常、等方性エッチングとなってしまうため、コア断面が矩形にならないために、導波光の制御が十分に出来ず、また、他の光部品との接続の際に、接続損失が大きくなってしまっていた。

これらの導波路作製方法と比較して、優位性を持つ加工の方法としてドライエッチング法によるコアの切り出しがある。ところが、ペロブスカイト及びガーネットは難加工性材料であるため、通常、半導体の加工に用いられるようなレジストをマスクとした加工法によっては、十分な加工を行うことが出来ない。この点を解決する手段として３層マスクによる加工法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

Yujiro Katoh et al. "Formation of Ridges on Gd3Ga5O12 by Ion-Beam Etching and Subsequent Phosphoric Acid treatment Utilizing Tri-Layered Etching Mask" Jpn.J.Appl.Phys.,Vol.31,Part1,No.12A.pp.3888-3894,1992

しかしながら、非特許文献１に示されている方法によると、比較的矩形に近い導波路を作製することは出来るのであるが、ドライエッチングを行った後に、その側壁に残渣が残ってしまい、埋め込み導波路を作製する際に、オーバークラッド層の成長の妨げとなる。それによって、コアとオーバークラッドの界面に隙間が出来てしまい、伝搬損失の原因となっていた。また、残渣を後工程で除去する方法としてウェットエッチングを用いる方法があるが、工程数が増える上、条件の最適化が非常に難しいという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、加工プロセスの簡略化を行い、かつ十分に精度の高い加工法を適用できる無機光学結晶導波路及びその製造方法を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、無機光学結晶基板又は該無機光学結晶基板上にエピタキシャル成長させるアンダークラッド層に溝を形成し、少なくとも前記溝に前記無機光学結晶基板又は前記アンダークラッド層よりも屈折率が高く光を導波させるコア層をエピタキシャル成長させ、該コア層を逆リッジ状に前記無機光学結晶基板又は前記アンダークラッド層に突き出すように形成することを特徴とする。（図１〜６に対応）

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記無機光学結晶基板上に前記アンダークラッド層をエピタキシャル成長させ、該アンダークラッド層に前記溝を形成し、さらに該アンダークラッド層上に該アンダークラッド層よりも屈折率が高く光を導波させる前記コア層をエピタキシャル成長させることを特徴とする。（図１に対応）

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記無機光学結晶基板上に前記溝を形成し、該無機光学結晶基板上に該無機光学結晶基板よりも屈折率が高く光を導波させる前記コア層をエピタキシャル成長させることによって埋め込みを行い、さらに該コア層上に該コア層よりも屈折率が低いオーバークラッド層をエピタキシャル成長させることを特徴とする。（図２に対応）

また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記無機光学結晶基板上に前記アンダークラッド層をエピタキシャル成長させ、該アンダークラッド層に前記溝を形成し、さらに該溝に該アンダークラッド層よりも屈折率が高く光を導波させる前記コア層をエピタキシャル成長させることによって埋め込みを行い、さらに前記コア層の厚みを調整した後、さらに前記アンダークラッド層上にオーバークラッド層をエピタキシャル成長することを特徴とする。（図３に対応）

また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記無機光学結晶基板上に前記溝を形成し、該無機光学結晶基板上に該無機光学結晶基板よりも屈折率が高く光を導波させる前記コア層をエピタキシャル成長させることを特徴とする。（図４に対応）

また、請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記無機光学結晶基板上に前記アンダークラッド層をエピタキシャル成長させ、該アンダークラッド層に前記溝を形成し、さらに該溝に該アンダークラッド層よりも屈折率が高く光を導波させる前記コア層をエピタキシャル成長させることによって埋め込みを行い、さらに前記コア層が前記アンダークラッド層の表面を覆わないように該コア層の厚みを調整することを特徴とする。（図５に対応）

また、請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記無機光学結晶基板上に前記アンダークラッド層をエピタキシャル成長させ、該アンダークラッド層に前記溝を形成し、さらに該アンダークラッド層上に該アンダークラッド層よりも屈折率が高く光を導波させる前記コア層をエピタキシャル成長させ、さらに該コア層上に該コア層より屈折率の低いオーバークラッド層を成長させることを特徴とする。（図６に対応）

また、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記無機光学結晶基板及び前記アンダークラッド層及び前記オーバークラッド層並びに前記コア層が、立方晶でかつペロブスカイト（ＡＢＯ_３）の組成を有することを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記無機光学結晶基板及び前記アンダークラッド層及び前記オーバークラッド層並びに前記コア層が、立方晶でかつＫ_１−ｙＬｉ_ｙＴａ_１−ｘＮｂ_ｙＯ_３の（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）組成を有することを特徴とする。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記無機光学結晶基板及び前記アンダークラッド層及び前記オーバークラッド層並びに前記コア層が、立方晶でかつガーネット（Ｃ_３Ａ_２Ｄ_３Ｏ_１２）の組成を有することを特徴とする。

また、請求項１１に記載の発明は、光を導波させる部分に溝を設けた、無機光学結晶基板又は該無機光学結晶基板上のアンダークラッド層と、少なくとも前記溝を埋めるように配置され、前記無機光学結晶基板又は前記アンダークラッド層よりも屈折率が高く光を導波させるコア層とを備え、該コア層を逆リッジ状に前記無機光学結晶基板又は前記アンダークラッド層に突き出すように設けたことを特徴とする。（図１〜６に対応）

また、請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の発明において、前記無機光学結晶基板上に設けられ、光を導波させる部分に前記溝を有するアンダークラッド層と、該アンダークラッド層に設けられた前記溝を埋めるとともに、該アンダークラッド層の表面を覆うように配置され、該アンダークラッド層よりも屈折率が高く光を導波させる前記コア層とを備えたことを特徴とする。（図１）

また、請求項１３に記載の発明は、請求項１１に記載の発明において、前記溝を有する前記無機光学結晶基板上に、該溝を埋めるとともに、該無機光学結晶基板の表面を覆うように配置され、該無機光学結晶基板よりも屈折率が高く光を導波させる前記コア層を備えたことを特徴とする。（図４）

また、請求項１４に記載の発明は、請求項１１に記載の発明において、前記無機光学結晶基板上に設けられ、前記溝を有するアンダークラッド層と、該アンダークラッド層に設けられた前記溝を埋めるように配置された該アンダークラッド層よりも屈折率が高い前記コア層を備えたことを特徴とする。（図５）

また、請求項１５に記載の発明は、請求項１１乃至１４のいずれかに記載の発明において、前記コア層の表面を覆うように、該コア層よりも屈折率の低いオーバークラッド層を備えたことを特徴とする。（図２，図３，図６）

また、請求項１６に記載の発明は、請求項１１乃至１５のいずれかに記載の発明において、前記無機光学結晶基板，前記アンダークラッド層，前記コア層及び前記オーバークラッド層が、ペロブスカイト結晶であることを特徴とする。

また、請求項１７に記載の発明は、請求項１１乃至１５のいずれかに記載の発明において、前記無機光学結晶基板，前記アンダークラッド層，前記コア層及び前記オーバークラッド層が、立方晶でかつ組成がＫ_１−ｙＬｉ_ｙＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３の（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）であることを特徴とする。

また、請求項１８に記載の発明は、請求項１１乃至１５のいずれかに記載の発明において、前記無機光学結晶基板，前記アンダークラッド層，前記コア層及び前記オーバークラッド層が、ガーネット結晶であることを特徴とする。

本発明によれば、無機光学結晶基板又は無機光学結晶基板上にエピタキシャル成長させるアンダークラッド層に溝を形成し、少なくとも溝に前記無機光学結晶基板又はアンダークラッド層よりも屈折率が高く光を導波させるコア層をエピタキシャル成長させ、コア層を逆リッジ状に無機光学結晶基板又はアンダークラッド層に突き出すように形成したので、加工プロセスの簡略化を行い、かつ十分に精度の高い加工法を適用できる無機光学結晶導波路及びその製造方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
まず、個々の実施例について説明する前に、本発明に用いられるペロブスカイト結晶に関して以下に説明する。

ペロブスカイト結晶とは、一般式ＡＢＯ_３で記述される無機光学結晶である。Ａのサイトには、アルカリ金属及びアルカリ土類金属及び希土類元素などが占めることが多く、Ｂサイトに関しては、遷移金属元素が占めることが多い。通常、各サイトにおいて、そのサイトに入りうる元素の化学量論係数の和が１になるような混晶を形成する。その際に、価数の違う元素がサイトに混在する場合には、以下の関係を満たすように混晶を形成する。

サイトＡを占める元素の種類：ａ_１，ａ_２，…，ａ_ｍ
サイトＢを占める元素の種類：ｂ_１，ｂ_２，…，ｂ_ｎ
元素ｘの化学量論係数：χ（ｘ）
元素ｘの価数：μ（ｘ）
とする時、

以下に説明する実施例１乃至３は、上述したようなペロブスカイト結晶で、かつ立方晶の結晶構造を有するものを対象としている。

図１は、本発明の無機光学結晶導波路の実施例１を説明するための構成図で、図中符号１１は無機光学結晶基板であるＫＴａ_０．３５Ｎｂ_０．６５Ｏ_３基板、１２はアンダークラッド層、１２ａはアンダークラッド層１２に設けられた溝、１３はコア層を示している。

実施例１の無機光学結晶導波路は、ＫＴａ_０．３５Ｎｂ_０．６５Ｏ_３基板１１と、このＫＴａ_０．３５Ｎｂ_０．６５Ｏ_３基板１１上に、エピタキシャル成長させるとともに、溝１２ａを設けたアンダークラッド層１２と、このアンダークラッド層１２上にエピタキシャル成長により形成された、このアンダークラッド層１２よりも屈折率が高く光を導波させるコア層１３とから構成されている。このコア層１３は、逆リッジ状にアンダークラッド層１２に突き出すように形成されている。

このような構成を有する無機光学結晶導波路を製造するために、まず、ＫＴａ_０．３５Ｎｂ_０．６５Ｏ_３基板１１上にＫの一部をＬｉで置換したＫ_０．９０Ｌｉ_０．１０Ｔａ_０．３５Ｎｂ_０．６５Ｏ_３の組成からなるアンダークラッド層１２を、格子整合を図って２０μｍの厚さになるよう液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ）させた。その上に、スピンコーティングによってポリマーを３μｍ厚さに塗布した。更にその上に、厚さ９００ÅのＴａ膜を電子ビーム蒸着によって形成した。更にその上に、レジストをスピンコートし、２００℃で３０分間ベークした。ベークした後に露光器を用いてパターンを転写し、レジストパターンを形成した。

次に、ＣＦ_４ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって、Ｔａ膜のパターン化を行った。次に、パターン化されたＴａ膜を用いてＯ_２ガスを用いたＲＩＥにより、ポリマーのパターン化を行った。次に、パターン化されたポリマーを用いて、Ａｒガスによるドライエッチングを行った。この条件での加工を１時間行ったところ、溝１２ａの形状が矩形に近い加工を行うことが出来た。この時の溝１２ａの深さは７μｍであった。

この後に、アンダークラッド層１２より屈折率がΔｎ＝０．５高いコア層１３（組成：Ｋ_０．９５Ｌｉ_０．０５Ｔａ_０．３５Ｎｂ_０．６５Ｏ_３）をＬＰＥによって溝１２ａの底面から１５μｍ成長を行った。このようにして作製した無機光学結晶導波路を長さ５ｍｍに切断して波長１．５５μｍにおける挿入損失を計測したところ、３．３ｄＢと良好な値を示した。

図２は、本発明の無機光学結晶導波路の実施例２を説明するための構成図で、図中符号２１は無機光学結晶基板であるＫＴａＯ_３基板、２１ａはＫＴａＯ_３基板２１に設けられた溝、２２はコア層、２３はオーバークラッド層を示している。

実施例２の無機光学結晶導波路は、溝２１ａを設けたＫＴａＯ_３基板２１と、このＫＴａＯ_３基板２１上にエピタキシャル成長させた、ＫＴａＯ_３基板２１よりも屈折率が高く光を導波させるコア層２２と、このコア層２２上にエピタキシャル成長させた、コア層２２よりも屈折率が低いオーバークラッド層２３とから構成されている。

このような構成を有する無機光学結晶導波路を製造するために、まず、ＫＴａＯ_３基板（１ｍｍ厚）２１の上にスピンコーティングによってポリマーを４μｍの厚さに塗布した。更にその上に、Ｔａ膜を電子ビーム蒸着によって９００Åの厚さに蒸着した。その上にレジストをスピンコートし、２００℃で３０分間ベークした。ベークした後に露光器を用いてパターンを転写し、レジストパターンを形成した。

次に、ＣＦ_４ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって、Ｔａ膜のパターン化を行った。次に、パターン化されたＴａ膜を用いてＯ_２ガスを用いたＲＩＥにより、ポリマーのパターン化を行った。次に、パターン化されたポリマーを用いて、Ａｒガスによるドライエッチングを行った。この条件での加工を１時間行ったところ、溝２１ａの形状が矩形に近い加工を行うことが出来た。この時の溝２１ａの深さは７μｍであった。

この後に、基板２１より屈折率がΔｎ＝０．５高いコア層２２（組成：ＫＴａ_０．３５Ｎｂ_０．６５Ｏ_３）をＬＰＥによって溝２１ａの底面から１５μｍ成長を行った。更にその後、液相エピタキシャル成長によりオーバークラッド層２３（組成：ＫＴａＯ_３）を３０μｍ成長させた。このようにして作製した無機光学結晶導波路を長さ５ｍｍに切断して１．５５μｍにおける挿入損失を計測したところ、４．２ｄＢと良好な値を示した。

図３は、本発明の無機光学結晶導波路の実施例３を説明するための構成図で、図中符号３１は無機光学結晶基板であるＫＴａ_０．３０Ｎｂ_０．７０Ｏ_３基板、３２はアンダークラッド層、３２ａはアンダークラッド層３２に設けられた溝、３３はコア層、３４はオーバークラッド層を示している。

実施例３の無機光学結晶導波路は、ＫＴａ_０．３０Ｎｂ_０．７０Ｏ_３基板３１と、このＫＴａ_０．３０Ｎｂ_０．７０Ｏ_３基板３１上に、エピタキシャル成長させるとともに、溝３２ａを設けたアンダークラッド層３２と、この溝３２ａにエピタキシャル成長により埋め込まれ、このアンダークラッド層３２よりも屈折率が高く光を導波させるコア層３３と、このコア層３３の厚みを調整した後、アンダークラッド層３２上にエピタキシャル成長により形成されたオーバークラッド層３４とから構成されている。

このような構成を有する無機光学結晶導波路を製造するために、まず、ＫＴａ_０．３０Ｎｂ_０．７０Ｏ_３基板３１上にＫの一部をＬｉで置換したＫ_０．９０Ｌｉ_０．１０Ｔａ_０．３０Ｎｂ_０．７０Ｏ_３の組成からなるアンダークラッド層３２を、格子整合を図って２０μｍの厚さになるように液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ）させた。その上に、スピンコーティングによって厚さ１０μｍのポリマーを塗布した。更にその上に、厚さ５００ÅのＴａ膜を電子ビーム蒸着によって蒸着を行った。その上にレジストをスピンコートし、２００℃３０分でベークした。ベークした後に露光器を用いてパターンを転写し、レジストパターンを形成した。

次に、ＣＦ_４ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって、Ｔａ膜のパターン化を行った。次に、パターン化されたＴａ膜を用いてＯ_２ガスを用いたＲＩＥにより、ポリイミドのパターン化を行った。次に、パターン化されたポリマーを用いて、Ａｒガスによるドライエッチングを行った。この条件での加工を１時間行ったところ、溝３２ａの形状が矩形に近い加工を行うことが出来た。この時の溝３２ａの深さは７μｍであった。

この後に、アンダークラッド層３２より屈折率がΔｎ＝０．５高いコア層３３（組成：Ｋ_０．９５Ｌｉ_０．０５Ｔａ_０．３５Ｎｂ_０．６５Ｏ_３）をＬＰＥによって溝の底面から１５μｍ成長を行った。その後に、コア層部分を８μｍ前述と同じ条件でイオンビームエッチングを２時間半行い、コア層３３を必要な部分だけ残して除去した。更にその後、液相エピタキシャル成長によりアンダークラッド層３２と同じ組成のオーバークラッド層３４（組成：Ｋ_０．９０Ｌｉ_０．１０Ｔａ_０．３０Ｎｂ_０．７０Ｏ_３）を３０μｍ成長させた。このようにして作製した無機光学結晶導波路を長さ５ｍｍに切断して１．５５μｍにおける挿入損失を計測したところ、３．４ｄＢと良好な値を示した。

次に、本発明に用いられるガーネット結晶について以下に説明し、その後でこのガーネット結晶に関する実施例４〜６について説明する。

ガーネット結晶は、一般式Ｃ_３Ａ_２Ｄ_３Ｏ_１２で記述される結晶で、Ｄサイトを占める元素がＧａ、Ａｌ、Ｆｅの場合が特に工業的価値が高く、それぞれガリウムガーネット、アルミニウムガーネット、鉄ガーネットと呼ばれる。各サイトを占める元素は主に以下の通りである。
Ｃサイト：希土類
Ａサイト：Ａｌ、Ｇａ、Ｆｅ、Ｓｃ
Ｄサイト：Ａｌ、Ｇａ、Ｆｅ

これら、各サイトに占める元素は混晶を形成することが出来、その場合は、各サイトにおける化学量論係数の条件を満たし、かつ各元素の化学量論係数と価数の積を足し合わせたものが、２４となるような組成で混晶を形成する。

サイトＣを占める元素の種類：ｃ_１，ｃ_２，…，ｃ_ｌ
サイトＡを占める元素の種類：ａ_１，ａ_２，…，ａ_ｍ
サイトＤを占める元素の種類：ｄ_１，ｄ_２，…，ｄ_ｎ
元素ｘの化学量論係数：χ（ｘ）
元素の価数：μ（ｘ）
とする時、

工業的な用途としては、希土類をドープしたアルミニウムガーネットやガリウムガーネットがレーザ結晶として、鉄ガーネットはアイソレータやサーキュレータとして利用されている。

図４は、本発明の無機光学結晶導波路の実施例４を説明するための構成図で、図中符号４１は無機光学結晶基板であるＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２基板、４１ａはＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２基板に設けられた溝、４２はコア層を示している。

実施例４の無機光学結晶導波路は、溝４１ａを設けたＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２基板４１と、このＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２基板４１上にエピタキシャル成長された、このＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２基板４１よりも屈折率が高く光を導波させるコア層４２とから構成されている。

このような構成を有する無機光学結晶導波路を製造するために、まず、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２基板４１（１ｍｍ厚）の上に、スピンコーティングによって厚さ１０μｍのポリマーを塗布した。更にその上に、Ｔａ膜を電子ビーム蒸着によって５００Å蒸着を行った。その上にレジストをスピンコートし、２００℃３０分でベークした。ベークした後に露光器を用いてパターンを転写し、レジストパターンを形成した。

次に、ＣＦ_４ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって、Ｔａ膜のパターン化を行った。次に、パターン化されたＴａ膜を用いてＯ_２ガスを用いたＲＩＥにより、ポリマーのパターン化を行った。次に、パターン化されたポリマーを用いて、Ａｒガスによるドライエッチングを行った。この条件での加工を１時間行ったところ、溝４１ａの形状が矩形に近い加工を行うことができた。この時の溝４１ａの深さは７μｍであった。

この基板４１に形成された溝４１ａの上に、Ｙの一部をＮｄとＬｕで置換したＹ_２．０７Ｎｄ_０．１２Ｌｕ_０．８１Ａｌ_３Ｏ_１２の組成からなる基板４１より、屈折率がΔｎ＝０．５高い厚さ１５μｍのコア層４２をエピタキシャル成長によって溝の底面から成長を行った。このようにして作製した無機光学結晶導波路を長さ５ｍｍに切断して１．５５μｍにおける挿入損失を計測したところ、３．８ｄＢと良好な値を示した。

図５は、本発明の無機光学結晶導波路の実施例５を説明するための構成図で、図中符号５１は無機光学結晶基板であるＧｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２基板、５２はアンダークラッド層、５２ａはアンダークラッド層５２に設けられた溝、５３はコア層を示している。

実施例５の無機光学結晶導波路は、Ｇｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２基板５１と、このＧｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２基板５１上にエピタキシャル成長させるとともに、溝５２ａを設けたアンダークラッド層５２と、この溝５２ａにエピタキシャル成長により埋め込まれ、このアンダークラッド層５２よりも屈折率が高く光を導波させるコア層５３とから構成され、コア層５３がアンダークラッド層５２の表面を覆わないようにコア層５３の厚みが調整されるようになっている。

このような構成を有する無機光学結晶導波路を製造するために、まず、Ｇｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２基板５１（ＧＧＧ）上にＧｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２アンダークラッド層５２を、格子整合を図って２０μｍの厚さになるように液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ）させた。その上に、スピンコーティングによって厚さ１０μｍのポリマーを塗布した。更にその上に、厚さ５００ÅのＴａ膜を電子ビーム蒸着によって蒸着を行った。その上にレジストをスピンコートし、２００℃で３０分間ベークした。ベークした後に露光器を用いてパターンを転写し、レジストパターンを形成した。

次に、ＣＦ_４ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって、Ｔａ膜のパターン化を行った。次に、パターン化されたＴａ膜を用いてＯ_２ガスを用いたＲＩＥにより、ポリイミドのパターン化を行った。次に、パターン化されたポリマーを用いて、Ａｒガスによるドライエッチングを行った。この条件での加工を１時間行ったところ、溝５２ａの形状が矩形に近い加工を行うことが出来た。この時の溝５２ａの深さは６μｍであった。

この後に、アンダークラッド層５２より屈折率がΔｎ＝０．５高く、Ｇａの一部をＦｅで置換した厚さ１５μｍのコア層５３（組成：Ｇｄ_３Ｇａ_４．８Ｆｅ_０．２Ｏ_１２）をＬＰＥによって溝５２ａの底面から成長を行った。その後に、コア層部分を８μｍ前述と同じ条件でドライエッチングを２時間半行い、コア層５３を必要な部分だけ残して除去した。このようにして作製した無機光学結晶導波路を長さ５ｍｍに切断して１．５５μｍにおける挿入損失を計測したところ、３．４ｄＢと良好な値を示した。

図６は、本発明の無機光学結晶導波路の実施例６を説明するための構成図で、図中符号６１は無機光学結晶基板であるＧｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２基板、６２はアンダークラッド層、６２ａはアンダークラッド層６２に設けられた溝、６３はコア層、６４はオーバークラッド層を示している。

実施例６の無機光学結晶導波路は、Ｇｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２基板６１と、このＧｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２基板６１上にエピタキシャル成長させるとともに、溝６２ａを設けたアンダークラッド層６２と、このアンダークラッド層６２上に、エピタキシャル成長により形成された、このアンダークラッド層６２よりも屈折率が高く光を導波させるコア層６３と、このコア層６３上に形成されたこのコア層６３より屈折率の低いオーバークラッド層６４とから構成されている。

このような構成を有する無機光学結晶導波路を製造するために、まず、Ｇｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２基板６１（ＧＧＧ）上にＧＧＧの組成からなるアンダークラッド層６２を、格子整合を図って２０μｍの厚さになるよう液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ）させた。その上に、スピンコーティングによってポリマーを３μｍ厚さ塗布した。更にその上に、厚さ９００ÅのＴａ膜を電子ビーム蒸着によって形成した。更にその上にレジストをスピンコートし、２００℃で３０分間ベークした。ベークした後に露光器を用いてパターンを転写し、レジストパターンを形成した。

次に、ＣＦ_４ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって、Ｔａ膜のパターン化を行った。次に、パターン化されたＴａ膜を用いてＯ_２ガスを用いたＲＩＥにより、ポリマーのパターン化を行った。次に、パターン化されたポリマーを用いて、Ａｒガスによるドライエッチングを行った。この条件での加工を１時間行ったところ、溝６２ａの形状が矩形に近い加工を行うことが出来た。この時の溝６２ａの深さは７μｍであった。

この後に、アンダークラッド層６２より屈折率がΔｎ＝０．５高いＧａの一部をＦｅで置換した厚さ１５μｍのコア層６３（組成：Ｇｄ_３Ｇａ_４．８Ｆｅ_０．２Ｏ_１２）をＬＰＥによって溝の底面から成長を行った。更にその後、ＧＧＧからなる厚さ３０μｍのオーバークラッド層６４を液相エピタキシャル成長により成長させた。このようにして作製した無機光学結晶導波路を長さ５ｍｍに切断して１．５５μｍにおける挿入損失を計測したところ、１．８ｄＢと良好な値を示した。

本発明は、光通信用、光計測用に使用する光スイッチ，光変調器及びレーザ等を作製するための無機光学結晶導波路及びその製造方法に関するもので、従来方法に比較して高品質の光導波路を作製することができ、光デバイスの特性を向上させるので非常に有益である。

本発明の無機光学結晶導波路の実施例１を説明するための構成図である。 本発明の無機光学結晶導波路の実施例２を説明するための構成図である。 本発明の無機光学結晶導波路の実施例３を説明するための構成図である。 本発明の無機光学結晶導波路の実施例４を説明するための構成図である。 本発明の無機光学結晶導波路の実施例５を説明するための構成図である。 本発明の無機光学結晶導波路の実施例６を説明するための構成図である。

符号の説明

１１ ＫＴａ_０．３５Ｎｂ_０．６５Ｏ_３基板
１２，３２，５２，６２ アンダークラッド層
１２ａ，２１ａ，３２ａ，４１ａ，５２ａ，６２ａ 溝
１３，２２，３３，４２，５３，６３ コア層
２１ ＫＴａＯ_３基板
２３，３４，６４ オーバークラッド層
３１ ＫＴａ_０．３０Ｎｂ_０．７０Ｏ_３基板
４１ Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２基板
５１ Ｇｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２基板
６１ Ｇｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２基板

Claims (18)

1. 無機光学結晶基板又は該無機光学結晶基板上にエピタキシャル成長させるアンダークラッド層に溝を形成し、少なくとも前記溝に前記無機光学結晶基板又は前記アンダークラッド層よりも屈折率が高く光を導波させるコア層をエピタキシャル成長させ、該コア層を逆リッジ状に前記無機光学結晶基板又は前記アンダークラッド層に突き出すように形成することを特徴とする無機光学結晶導波路の製造方法。
2. 前記無機光学結晶基板上に前記アンダークラッド層をエピタキシャル成長させ、該アンダークラッド層に前記溝を形成し、さらに該アンダークラッド層上に該アンダークラッド層よりも屈折率が高く光を導波させる前記コア層をエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項１に記載の無機光学結晶導波路の製造方法。
3. 前記無機光学結晶基板上に前記溝を形成し、該無機光学結晶基板上に該無機光学結晶基板よりも屈折率が高く光を導波させる前記コア層をエピタキシャル成長させることによって埋め込みを行い、さらに該コア層上に該コア層よりも屈折率が低いオーバークラッド層をエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項１に記載の無機光学結晶導波路の製造方法。
4. 前記無機光学結晶基板上に前記アンダークラッド層をエピタキシャル成長させ、該アンダークラッド層に前記溝を形成し、さらに該溝に該アンダークラッド層よりも屈折率が高く光を導波させる前記コア層をエピタキシャル成長させることによって埋め込みを行い、さらに前記コア層の厚みを調整した後、さらに前記アンダークラッド層上にオーバークラッド層をエピタキシャル成長することを特徴とする請求項１に記載の無機光学結晶導波路の製造方法。
5. 前記無機光学結晶基板上に前記溝を形成し、該無機光学結晶基板上に該無機光学結晶基板よりも屈折率が高く光を導波させる前記コア層をエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項１に記載の無機光学結晶導波路の製造方法。
6. 前記無機光学結晶基板上に前記アンダークラッド層をエピタキシャル成長させ、該アンダークラッド層に前記溝を形成し、さらに該溝に該アンダークラッド層よりも屈折率が高く光を導波させる前記コア層をエピタキシャル成長させることによって埋め込みを行い、さらに前記コア層が前記アンダークラッド層の表面を覆わないように該コア層の厚みを調整することを特徴とする請求項１に記載の無機光学結晶導波路の製造方法。
7. 前記無機光学結晶基板上に前記アンダークラッド層をエピタキシャル成長させ、該アンダークラッド層に前記溝を形成し、さらに該アンダークラッド層上に該アンダークラッド層よりも屈折率が高く光を導波させる前記コア層をエピタキシャル成長させ、さらに該コア層上に該コア層より屈折率の低いオーバークラッド層を成長させることを特徴とする請求項１に記載の無機光学結晶導波路の製造方法。
8. 前記無機光学結晶基板及び前記アンダークラッド層及び前記オーバークラッド層並びに前記コア層が、立方晶でかつペロブスカイト（ＡＢＯ_３）の組成を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の無機光学結晶導波路の製造方法。
9. 前記無機光学結晶基板及び前記アンダークラッド層及び前記オーバークラッド層並びに前記コア層が、立方晶でかつＫ_１−ｙＬｉ_ｙＴａ_１−ｘＮｂ_ｙＯ_３の（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）組成を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の無機光学結晶導波路の製造方法。
10. 前記無機光学結晶基板及び前記アンダークラッド層及び前記オーバークラッド層並びに前記コア層が、立方晶でかつガーネット（Ｃ_３Ａ_２Ｄ_３Ｏ_１２）の組成を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の無機光学結晶導波路の製造方法。
11. 光を導波させる部分に溝を設けた、無機光学結晶基板又は該無機光学結晶基板上のアンダークラッド層と、少なくとも前記溝を埋めるように配置され、前記無機光学結晶基板又は前記アンダークラッド層よりも屈折率が高く光を導波させるコア層とを備え、該コア層を逆リッジ状に前記無機光学結晶基板又は前記アンダークラッド層に突き出すように設けたことを特徴とする無機光学結晶導波路。
12. 前記無機光学結晶基板上に設けられ、光を導波させる部分に前記溝を有するアンダークラッド層と、該アンダークラッド層に設けられた前記溝を埋めるとともに、該アンダークラッド層の表面を覆うように配置され、該アンダークラッド層よりも屈折率が高く光を導波させる前記コア層とを備えたことを特徴とする請求項１１に記載の無機光学結晶導波路。
13. 前記溝を有する前記無機光学結晶基板上に、該溝を埋めるとともに、該無機光学結晶基板の表面を覆うように配置され、該無機光学結晶基板よりも屈折率が高く光を導波させる前記コア層を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の無機光学結晶導波路。
14. 前記無機光学結晶基板上に設けられ、前記溝を有するアンダークラッド層と、該アンダークラッド層に設けられた前記溝を埋めるように配置された該アンダークラッド層よりも屈折率が高い前記コア層を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の無機光学結晶導波路。
15. 前記コア層の表面を覆うように、該コア層よりも屈折率の低いオーバークラッド層を備えたことを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれかに記載の無機光学結晶導波路。
16. 前記無機光学結晶基板，前記アンダークラッド層，前記コア層及び前記オーバークラッド層が、ペロブスカイト結晶であることを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれかに記載の無機光学結晶導波路。
17. 前記無機光学結晶基板，前記アンダークラッド層，前記コア層及び前記オーバークラッド層が、立方晶でかつ組成がＫ_１−ｙＬｉ_ｙＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３の（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）であることを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれかに記載の無機光学結晶導波路。
18. 前記無機光学結晶基板，前記アンダークラッド層，前記コア層及び前記オーバークラッド層が、ガーネット結晶であることを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれかに記載の無機光学結晶導波路。
    

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