JP2008216869A - 光学素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の光学素子は分極反転領域と光導波路との位置合わせが難しかった。
【解決手段】強誘電体基板１０１の第１面に所定のパターンのクラッド層１１１を形成する工程と、第１面を支持基板に貼り合わせる工程と、第１面とは反対側の第２面を平面研磨して所定の厚みにする工程と、研磨された第２面側に所定の電極パターンを形成し電界を印加することにより周期的分極反転領域を形成する工程と、第２面側をさらに平面研磨して所定の厚みにする第５の工程と、第２面側に所定のレジストパターンを形成した後ドライエッチングによりトレンチ加工する工程とを備え、第１の工程で形成したクラッド層のパターンにより位置合わせを行ないレジストパターンを形成したものであり、これにより容易に位置合わせができる。
【選択図】図１

Description

本発明は強誘電体基板に周期的な分極反転領域を形成し、その領域とオーバラップするような光導波路を有する光学素子の製造方法に関するものである。

近年、ＤＶＤなどの光記録媒体用のレーザ光発生手段としては、レーザダイオードなどの発光デバイスが用いられるが、さらなる高密度化の要求のために小型短波長のコヒーレント光源として、光第２高調波発生素子（以下、光第２高調波発生素子をＳＨＧ素子と略記する）を用いたレーザ光が注目されている。

このＳＨＧ素子は、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムなどの無機酸化物からなり、いずれも大きな非線形光学定数を有している。このＳＨＧ素子に入射させる光の入力波と出力波との波数を擬似的に整合させることにより、出てくる光の出力を増幅させる手法として、周期分極反転構造を利用する方法が提案されている。

この周期分極反転構造を作製する方法として、櫛型電極に高電圧を印加する方法などが知られている。

しかし、この方法で高電圧を櫛型電極などの微細パターンに印加する場合、電極先端より分極反転領域が成長するため、分極反転領域と光導波路を形成する位置を正確に合わせる必要がある。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００３−２７０６８９号公報

分極反転領域の位置を特定するために、櫛型電極の周囲をオーバーエッチングして櫛型電極の形を強誘電体基板に転写する、あるいは分極反転を行なった後にウェットエッチングにより強誘電体基板に凹凸配列を形成するというようなことが行なわれてきた。しかしながらこのようにして分極反転領域を形成した強誘電体基板を支持基板に貼り合わせようとすると、強誘電体基板の凹凸により貼り合わせがうまくできない、凹凸面で光が乱反射し光導波路として光の透過性が悪くなるという課題があった。

本発明の光学素子の製造方法は、単一分極化された強誘電体基板の第１面に所定のパターンのクラッド層を形成する第１の工程と、強誘電体基板の第１面を支持基板に貼り合わせる第２の工程と、強誘電体基板の第１面とは反対側の第２面を平面研磨して所定の厚みにする第３の工程と、研磨された第２面側に所定の電極パターンを形成し電界を印加することにより周期的分極反転領域を形成する第４の工程と、第２面側をさらに平面研磨して所定の厚みにする第５の工程と、第２面側に所定のレジストパターンを形成した後ドライエッチングによりトレンチ加工する第６の工程とを備え、第３の工程および第６の工程において第１の工程で形成したクラッド層のパターンにより位置合わせを行なうものであり、このようにすることにより、分極反転領域と光導波路との位置関係を正確に合わせることができる。

本発明によると、分極反転領域と光導波路との位置関係を正確に合わせることができるため、変換効率の良い光学素子を得ることができる。

（実施の形態１）
ここでは、本発明の光学素子の製造方法の一例を図１（Ａ）〜（Ｆ）を用いて説明する。

図１（Ａ）において用いた第１の基板１０１は強誘電体基板でありＭｇを５ｍｏｌ％ドープしたＬｉＮｂＯ₃基板である。この例では、矢印ｄで示す方向に単分域化されており、結晶の切り出し方向はＸオフカットである。オフカット基板はＸカット基板に対して数度ずれた方向に分極軸をずらした基板であるが、特に光導波路型の光波長変換素子において効率の高い波長変換を行なうためには、光導波路の断面において導波光の電界分布と周期的分極反転領域が重複することが重要であった。ＬｉＮｂＯ₃の場合は非線形光学定数ｄ３３を用いる場合第二高調波の変換効率が有効的に利用できる、分極反転の深さを確保するためにはオフカット角度が大きいほど分極反転の深さを確保しやすい。一方、半導体レーザの電界分布と導波路の電界分布を一致させる必要があり、半導体レーザの電界分布はＴＥ（Transverse Electric）モードであるため、オフカット角はゼロに近いほうが望ましい。そこで、Ｘオフカット基板は通常３度から１０度程度の角度を用いるのが一般的である。

図１（Ａ）において、第一の基板１０１の裏面１０１Ｒ（−Ｃ面）にＴａＯ₅をスパッタで形成しクラッド層１１１を形成する。クラッド層の厚みは導波する光の波長に依存するが１μｍの基本波の波長の場合０．３μｍから０．５μｍにすることが望ましい。またこのクラッド層には分極反転層とオーバーラップするリッジ型光導波路１０９を形成する基準となるアライメントマーク１１３をあらかじめフォトリソグラフィーによって形成する。

図１（Ｂ）において、支持基板としての第２の基板１０２の主面１０２Ｓに接着層１１２を塗布し第１の基板１０１のクラッド層１１１を形成した裏面１０１Ｒと貼り合わせる。接着にはエポキシ系の接着剤を用いて２５０℃に加熱して硬化させた。その後、第１の基板１０１の主面１０１Ｓを研磨して第１の基板の厚みを約５μｍに仕上げた。

図１（Ｃ）に示すように、まず第１の基板１０１の主面１０１Ｓに最終的に得る分極反転構造のピッチ、幅に相当するパターンに形成された櫛型電極を有する第１の電極１０３をフォトリソグラフィーによってアルミニウムで形成する。

第１の電極１０３はアライメントマーク１１３を基準に配置される。ＬｉＮｂＯ₃基板は透明であり、研磨面が鏡面となっているため、１０１Ｓ側からでもアライメントマークの形状を容易に認識することができる。

次に第２の基板１０２の裏面１０２Ｒに第２の電極１０４を形成する。第１の電極１０３と第２の電極１０４の間に電源１０５を使用してパルス電界を印加する。このように周期的分極反転領域を形成する際に分極の方向と印加する電界の方向が一致しない場合、櫛型電極先端に結晶破壊する確率が高い。すなわち、第１の基板１０１には分極反転領域１０６が形成されると同時に電極１０３の櫛型電極先端には電界集中が発生し場合によっては結晶破壊１０７が発生する。

次に図１（Ｄ）において、電極１０３、電極１０４を取り除き、第１の基板１０１をさらに約４．５μｍの厚さまで研磨加工して鏡面に仕上げる。

周期的分極反転領域を形成する際に第１の電極１０３の櫛型電極先端部に結晶破壊１０７が発生し、光導波路の近くに存在すると、その付近で光の散乱が発生し、光の透過性を劣化させる原因となる。本発明では、第１の電極１０３の櫛型電極先端部を含む領域を研磨加工によって、結晶破壊した領域が第１の基板内に残らないようにすることができ、光の透過性劣化を抑制することができる。通常ＬｉＮｂＯ₃基板に分極反転領域を形成する電極をかけた場合、０．１μｍ程度の深さまで結晶破壊が発生することが多く、周期的分極反転領域を形成後の研磨加工代は０．２μｍ以上に設定することが望ましい。

研磨加工によって、分極に用いた電極１０３の痕跡は完全に消失し導波路に近接する部分の凹凸を除去することで伝達ロスの少ない導波路が得られる。

図１（Ｅ）において、光導波路を形成する部分にレジストパターン１１４を形成する。レジストパターンを形成する際に、再びクラッド層１１１に設けたアライメントマーク１１３を基準にして第１の基板１０１の主面１０１Ｓにレジストパターン１１４を形成する。

次に研磨加工によって分極反転の位置を特定するための電極の痕跡は完全に消失しているがクラッド層に設けたアライメントマークによって、レジストパターンの位置と分極反転部の位置を正確に位置合わせすることができる。

次にレジストパターンをマスクにフッ素系のガスを用いて第１の基板１０１をドライエッチングする。すなわち、ドライエッチングを用いて、第１の基板１０１に幅約１０μｍで約１．５μｍのトレンチ１１０を加工することによってリッジ光導波路１０９を幅約５μｍに仕上げる。

基板をドライエッチングした後、レジストパターンを除去し、図１（Ｆ）を得る。

以上のように行なうことにより、分極反転領域と光導波路との位置を正確に合わせることができ、また分極反転領域形成時に発生した結晶破壊による光の散乱もなくすことができ、変換効率の高い光学素子を得ることができる。

本発明の光学素子の製造方法は、分極反転領域と光導波路との位置関係を正確に合わせることができ、ＳＨＧ素子等の光導波路を有する光学素子の性能を向上させることができる。

本発明の実施の形態１における光学素子の製造方法と構造を示す図

符号の説明

１０１ 第１の基板
１０１Ｓ 第１の基板の主面
１０１Ｒ 第１の基板の裏面
１０２ 第２の基板
１０２Ｓ 第２の基板の主面
１０２Ｒ 第２の基板の裏面
１０３ 第１の電極
１０４ 第２の電極
１０５ 電源
１０６ 分極反転領域
１０７ 結晶破壊部
１０９ リッジ光導波路
１１０ トレンチ
１１１ クラッド層
１１２ 接着層
１１３ アライメントマーク
１１４ レジストパターン

Claims (1)

1. 単一分極化された強誘電体基板の第１面に所定のパターンのクラッド層を形成する第１の工程と、
   前記強誘電体基板の第１面を支持基板に貼り合わせる第２の工程と、
   前記強誘電体基板の前記第１面とは反対側の第２面を平面研磨して所定の厚みにする第３の工程と、
   前記研磨された第２面側に所定の電極パターンを形成し電界を印加することにより周期的分極反転領域を形成する第４の工程と、
   前記第２面側をさらに平面研磨して所定の厚みにする第５の工程と、
   前記第２面側に所定のレジストパターンを形成した後ドライエッチングによりトレンチ加工する第６の工程とを備え、前記第３の工程および前記第６の工程において前記第１の工程で形成した前記クラッド層のパターンにより位置合わせを行なう光学素子の製造方法。

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