JP2010210900A - 光導波路及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】単純な構成及び製造方法によって、光のパワー密度の低下及び重なり積分の低下をともに防止する。
【解決手段】基板面１１ａから凸状に突出したリッジ部１３を一体的に有する基板１１を具え、リッジ部は、屈折率が等しい第１クラッド２３及び第２クラッド２５と、これら第１クラッド及び第２クラッドと比して高屈折率であるコア２７とを有する光導波路構造２１を含み、コアは、第１クラッド及び第２クラッド間に、リッジ部の厚み方向に沿って挟み込まれている。
【選択図】図１

Description

この発明は、光導波路に関し、特に疑似位相整合を利用した波長変換素子として使用される光導波路に関する。

近年、光通信ネットワークにおいて使用される波長変換素子として、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ_３：ニオブ酸リチウム）結晶を基板とし、このＬＮ結晶基板に作り込んだ光導波路を用いる技術が注目されている。

ＬＮ結晶基板に形成された光導波路（以下、ＬＮ−光導波路とも称する）では、例えば周期電極による電界印加によって形成された周期的な分極反転、すなわち周期分極反転構造によって、疑似位相整合（ＱＰＭ：Ｑｕａｓｉ Ｐｈａｓｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ）を実現している。そして、このような疑似位相整合型の光導波路は、例えばＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：第二高調波発生）、ＳＦＧ（Ｓｕｍ Ｆｒｅｑｅｎｃｙ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：和周波発生）、ＤＦＧ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｆｒｅｑｅｎｃｙ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：差周波発生）等の２次の非線形光学効果を利用することによって様々な波長の光を取り出すことができるため、波長変換素子として好適に使用することができる。

ここで、ＬＮ結晶基板に光導波路を形成する場合には、例えば周知のＴｉ（チタン）拡散法またはプロトン交換法等を用いてＬＮ結晶基板に高屈折部を作り込み、この高屈折部を光の伝送通路、すなわちコアとする方法が知られている（例えば非特許文献１参照）。

ところで、このようなＬＮ−光導波路を波長変換素子として使用する場合には、光損傷を抑制することが重要である。

光損傷とは、ＬＮ結晶等の電気光学結晶に可視レーザ光が照射されたとき、結晶中の不純物準位によって電子が励起され、この励起電子がトラップされることによって生じる現象である。すなわち、励起電子がトラップ準位に落ち込むことにより、結晶中に正と負とに帯電した部分が生じ、その結果、空間電界が発生する。この空間電界による、屈折率が変化する現象が光損傷である（例えば非特許文献１参照）。

そして、ＬＮ−光導波路において、この光損傷により屈折率が変化した場合には、疑似位相整合条件が変化し、その結果、波長変換効率が低下するため、波長変換素子としての性能低下に繋がる。

そこで、この光損傷を抑制するために、ＬＮ結晶にＭｇ（マグネシウム）を添加する方法が周知である（例えば非特許文献２参照）。

非特許文献２によれば、光導波路の基板として用いるＬＮ結晶について、一致溶融組成ＬＮ（ＣＬＮ：Ｃｏｎｇｒｕｅｎｔ ＬｉＮｂＯ_３）では５ｍｏｌ％以上、また、定比組成ＬＮ（ＳＬＮ：Ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｙ ＬｉＮｂＯ_３）では１．８ｍｏｌ％以上の濃度でＭｇをドープすることによって、上述した光損傷が抑制されることが開示されている。

また、光損傷を抑制するために、上述したＴｉ拡散法またはプロトン交換法の代わりに、ＬＮ結晶基板にＺｎ（亜鉛）を拡散することによって、このＺｎ拡散領域から光導波路のコアを形成する方法、すなわちＺｎ拡散法が周知である（例えば非特許文献３参照）。

また、ＬＮ−光導波路について、伝播する光のパワー密度の低下を防止するために、光導波路をいわゆるリッジ構造とする技術が周知である（例えば特許文献１参照）。

特許文献１によれば、ＬＮ−光導波路の上側表面に凸状に突出したリッジ部を形成し、このリッジ部を光の伝送通路、すなわち高屈折率部であるコアとする。このような構成とすることによって、リッジ部は、その上面及び光伝播方向に沿った両側面が外気、すなわちコアに対して低屈折率である空気によって包含される。その結果、伝播する光をコアに閉じ込めることができ、光のパワー密度の低下を防止することができる。

また、ＬＮ−光導波路について、コアが形成されたＬＮ基板表面部に、コアと比して低屈折率なクラッド膜を形成する技術が周知である（例えば非特許文献４参照）。

非特許文献４に開示の技術によれば、ＬＮ結晶基板に、このＬＮ結晶基板の他の部分、すなわち低屈折率部と比して高屈折率で作り込まれたコアが、ＬＮ結晶基板の低屈折率部及びクラッド膜間に、基板の厚み方向に沿って挟み込まれている。そして、ＬＮ結晶基板の低屈折率部とコアとの屈折率差、及びコアとクラッド膜との屈折率差が同程度に設定されている。これによって、コアを伝播する光の電界分布が厚み方向において対称となる。その結果、非特許文献４によるＬＮ−光導波路では、光導波路に入力された入力光と、この入力光がコアを伝播して出力された出力光との電界分布のピークが一致しており、従って、入力光と出力光との重なり積分の低下が防止されている。そのため、この非特許文献４によるＬＮ−光導波路では、良好な変換効率を有する波長変換素子として使用することが可能である。

特開２００２−３６５６８０号公報

西原、春名、栖原「光集積回路」オーム社、ｐ．１７１−１７９、１９９３ Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．４１（２００２）ｐｐ．Ｌ４９−Ｌ５１，Ｐａｒｔ２，Ｎｏ．１Ａ／Ｂ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ， ＶＯＬ．１０，ＮＯ．９，ｐｐ．１２３８−１２４６，１９９２ ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ， ＶＯＬ．１５，ＮＯ．４，ｐｐ．５６９−５７１，２００３

しかしながら、特許文献１によるＬＮ−光導波路では、上述した重なり積分の低下を、また、非特許文献４によるＬＮ−光導波路では、光のパワー密度の低下を、それぞれ防止することができない。

これら光のパワー密度の低下及び重なり積分の低下をともに防止し、さらに光損傷が抑制されたＬＮ−光導波路として、例えば上述した非特許文献１、非特許文献２、特許文献１、及び非特許文献４にそれぞれ開示されている技術を組み合わせた構造が想定される。すなわち、非特許文献１、非特許文献２、及び特許文献１に開示の技術を用いて、Ｍｇが添加されたＬＮ結晶基板に、上述したリッジ部を形成し、このリッジ部に例えば上述したＴｉ拡散法によってコアを形成する。さらに、非特許文献４に開示の技術を用いて、コアを伝播する光の電界分布を厚み方向において対称とするために、リッジ部の上側表面に、屈折率を調整するためのクラッド膜を設ける。このような構造を採用することによって、ＬＮ−光導波路について、光のパワー密度の低下及び重なり積分の低下をともに防止し、さらに光損傷を抑制することができると考えられる。

しかし、上述の構成では、例えば重なり積分の低下を防止するために屈折率調整用のクラッド膜を形成する必要があり、構成及びその製造工程が複雑化する。

そこで、この発明の目的は、従来と比してより単純な構成及び製造方法によって、上述した光のパワー密度の低下及び重なり積分の低下がともに防止された光導波路を提供することにある。

上述の目的の達成を図るため、この発明による光導波路は以下の特徴を有している。

すなわち、この発明による光導波路は、基板面から凸状に突出したリッジ部を一体的に有する基板を具えている。

リッジ部は、屈折率が等しい第１クラッド及び第２クラッドと、これら第１クラッド及び第２クラッドと比して高屈折率であるコアとを有する光導波路構造を含んでいる。

コアは、第１クラッド及び第２クラッド間に、リッジ部の厚み方向に沿って挟み込まれて形成されている。

また、この発明による光導波路の製造方法は、以下の第１工程から第４工程までの各工程を含む。

すなわち、まず、第１工程では、基板面から凸状に突出したリッジ部を一体的に有する基板を用意する。

次に、第２工程では、リッジ部の上面を被覆する第１屈折率調整物質膜とともに、基板面を被覆する第２屈折率調整物質膜を形成する。

次に、第３工程では、第１屈折率調整物質膜及び第２屈折率調整物質膜を構成する屈折率調整物質を、リッジ部内に拡散させる。これによって、リッジ部上部に、第１屈折率調整物質膜からの屈折率調整物質が添加された第１クラッド、リッジ部下部に、第２屈折率調整物質膜からの屈折率調整物質が、第１クラッドと等しい濃度で添加された第２クラッド、及びこれら第１クラッド及び第２クラッド間に、リッジ部の厚み方向に沿って挟み込まれ、かつ第１クラッド及び第２クラッドと比して低濃度で屈折率調整物質が添加されたコアを形成する。

この発明による光導波路では、第１クラッドとコアとの屈折率差、及びコアと第２クラッドとの屈折率差が等しくなるため、この光導波路に入力された入力光と、入力光がコアを伝播して出力された出力光との電界分布のピークが一致し、その結果、入力光と出力光との重なり積分の低下が防止される。

そして、この発明による光導波路では、上述したように、凸状のリッジ部内に第１クラッド、コア、及び第２クラッドが作り込まれて光導波路構造が構成されている。従って、従来とは異なり、個別のクラッド膜をリッジ部に設ける必要がないため、構造が複雑化することなく、光のパワー密度の低下及び重なり積分の低下を防止することができる。

また、この発明による光導波路の製造方法では、上述したように、第３工程において、第１屈折率調整物質膜及び第２屈折率調整物質膜を構成する屈折率調整物質をリッジ部内に拡散させ、この拡散によるリッジ部内における屈折率調整物質濃度の高低から第１クラッド、コア、及び第２クラッドを形成する。

従って、この発明による光導波路の製造方法では、１つの工程によって第１クラッド及び第２クラッドとコアとを形成することができる。そのため、従来とは異なり、それぞれ個別にコア及びクラッド膜を形成する必要がないため、良好なスループットで上述した構造の光導波路を製造することができる。

この発明の第１の実施の形態による光導波路を概略図に示す斜視図である。 この発明の第１の実施の形態による光導波路を概略的に示す図であり、図１に示すＩ−Ｉ線に沿って切り取った切り口を矢印方向から見た端面図である。 第１の実施の形態による光導波路のリッジ部における厚み方向に沿った屈折率の大きさの分布を示す図であり、図１に示すＩＩ−ＩＩに沿った屈折率の大きさの分布を示す図である。 第１の実施の形態による光導波路のリッジ部のコアの短手方向に沿った屈折率の大きさの分布を示す図であり、図１に示すＩＩＩ−ＩＩＩに沿った屈折率の大きさの分布を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の第１の実施の形態による光導波路の製造方法を説明する工程図であり、（Ａ）は、この製造方法の第１工程で得られた構造体を、光伝播方向に直交する短手方向に沿って、厚み方向に切り取った切り口で示してあり、（Ｂ）は、この製造方法の第１工程で得られた構造体を、光伝播方向に沿って厚み方向に切り取った切り口で示してある。 （Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の第１の実施の形態による光導波路の製造方法を説明する工程図であり、図５（Ａ）に続く工程図である。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態に係る光導波路について説明する。なお、各図は、この発明が理解できる程度に、各構成要素の形状、大きさ、及び配置関係を概略的に示してあるに過ぎない。従って、この発明の構成は、何ら図示の構成例にのみ限定されるものではない。

〈第１の実施の形態〉
第１の実施の形態では、リッジ部を具え、かつこのリッジ部内に第１クラッド、コア、及び第２クラッドを有する光導波路構造が作り込まれている光導波路及びその製造方法について説明する。

図１は、この発明の第１の実施の形態による光導波路を概略図に示す斜視図である。また、図２は、この発明の第１の実施の形態による光導波路を概略的に示す図であり、図１に示すＩ−Ｉ線に沿って切り取った切り口を矢印方向から見た端面図である。

第１の実施の形態による光導波路は、基板面１１ａから凸状に突出したリッジ部１３を一体的に有する基板１１を具えている。

ここで、この第１の実施の形態による光導波路は、上述したＱＰＭによる波長変換素子として使用される。そのために、基板１１を以下のような構成とするのが好ましい。

すなわち、基板１１は、例えばＣＬＮ、ＳＬＮ等のＬＮ結晶を材料として構成されている。

そして、基板１１は、基板１１を構成するＬＮ結晶の自発分極１５の方向に沿って、基板１１の厚み方向が設定されている。

基板１１には、上述したＱＰＭを実現するために、周期分極反転構造が作り込まれている。すなわち、基板１１を構成するＬＮ結晶は、一定方向に沿って周期的に自発分極１５の方向が反転した領域が形成されている。従って、基板１１では、自発分極１５の方向が反転していない領域１７ａと自発分極１５の方向が反転した領域１７ｂとが互いに交互に配列して形成されている。そのため、領域１７ａにおける自発分極１５ａと領域１７ｂにおける１５ｂとは、互いに反対の方向を向いている（図２参照）。

このような周期分極反転構造を形成することによって、第１の実施の形態による光導波路では、領域１７ａ及び領域１７ｂの配列方向、すなわち周期分極反転方向に沿って光が伝播する。従って、この周期分極反転方向が矢印で示す光伝播方向１９となる（図１及び図２参照）。

また、リッジ部１３は、光伝播方向１９に沿って延在して形成されている。

そして、リッジ部１３には、第１クラッド２３、第２クラッド２５、及びコア２７によって構成された光導波路構造２１が作り込まれている。

コア２７は、第１クラッド２３及び第２クラッド２５間に、リッジ部１３の厚み方向に沿って挟み込まれて配設されている。このコア２７は、第１クラッド２３及び第２クラッド２５と比して高屈折率に調整されている。

また、第１クラッド２３及び第２クラッド２５は、屈折率が等しく調整されている。

そして、リッジ部１３の厚みを例えば１０μｍとした場合には、コア２７の厚みを６μｍ程度、また、リッジ部１３内における第１クラッド２３及び第２クラッド２５の厚みをそれぞれ例えば２μｍとするのが好ましい。

このように、リッジ部１３内に高屈折領域としてのコア２７、及びこのコア２７を挟み込む低屈折率領域としての第１クラッド２３及び第２クラッド２５を作り込むことによって、入力された光は、光伝播方向１９に沿ってコア２７を伝播する。従って、この第１の実施の形態による光導波路では、このような光導波路構造２１を含むリッジ部１３が、実質的な光導波路部として機能する。

また、リッジ部１３に入力された光を確実にコア２７内に閉じ込めて伝播するために、コア２７の屈折率を、第１クラッド２３及び第２クラッド２５よりも０．０３程度高く設定するのが好ましい。より具体的な一例としては、コア２７の屈折率を例えば２．２０程度、また、第１クラッド２３及び第２クラッド２５の屈折率を例えば２．１７程度とするのが好ましい。

ここで、この第１の実施の形態による光導波路では、これら第１クラッド２３及び第２クラッド２５とコア２７との屈折率の差を、Ｍｇの添加濃度を以って調整する。

すなわち、コア２７には第１クラッド２３及び第２クラッド２５と比して低濃度で、また、第１クラッド２３及び第２クラッド２５にはコア２７と比して高濃度で、Ｍｇが添加されたＭｇ含有領域としてそれぞれ構成すればよい。

なお、リッジ部１３内において第１クラッド２３、第２クラッド２５、及びコア２７の屈折率調節物質としてＭｇを作用させるためには、このＭｇを単体のＭｇとしてのみではなく、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）の状態で添加してもよい。

そして、この第１の実施の形態による光導波路では、上述したようにコア２７の屈折率を第１クラッド２３及び第２クラッド２５よりも０．０３高く設定するために、コア２７にはＭｇが例えばＭｇＯの状態で５ｍｏｌ％程度の濃度で、また、第１クラッド２３及び第２クラッド２５にはＭｇが例えばＭｇＯの状態で１０ｍｏｌ％程度の濃度で、それぞれ添加されている。

なお、この第１の実施の形態による光導波路は、基板１１の、リッジ部１３以外の部分、すなわち基板本体部２９にもＭｇが添加されている構成としてもよい。

さらに、この第１の実施の形態による光導波路は、基板本体部２９内の上部に、基板面１１ａから、第２クラッド２５と連続的にＭｇが添加された低屈折率部を具える構成としてもよい。その場合には、この低屈折率部は、第２クラッド２５と等しい濃度でＭｇが添加され、従って、第２クラッド２５と等しい屈折率に調整される。なお、図１及び図２では、基板本体部２９の上部にこの低屈折率部、すなわち低屈折率部３１を設けた構成例を示している。

次に、図３及び図４を参照して、第１の実施の形態による光導波路おけるリッジ部１３の屈折率の大きさの分布について説明する。

図３は、第１の実施の形態による光導波路のリッジ部１３における厚み方向に沿った屈折率の大きさの分布を示す図であり、図１に示すＩＩ−ＩＩに沿った屈折率の大きさの分布を示す図である。

図３において、曲線３５は、図１の構造体のＩＩ−ＩＩに沿った屈折率の大きさを示す曲線である。また、図３において、横軸は屈折率の大きさを、また、縦軸はリッジ部１３の厚み方向に沿った位置を任意スケールで目盛ってある。そして、図３に示す領域３７は第１クラッド２３に、領域３９はコア２７に、また、領域４１は第２クラッド２５にそれぞれ対応した屈折率の大きさを示している。

既に説明したように、第１クラッド２３及び第２クラッド２５は、等しい屈折率ｎ２に調整されている。そして、コア２７の屈折率ｎ１は、第１クラッド２３及び第２クラッド２５と比して高屈折率に調整されている。

このようにリッジ部１３内の屈折率を調整して第１クラッド２３、第２クラッド２５、及びコア２７作り込むことによって、この第１の実施の形態による光導波路では、第１クラッド２３とコア２７との屈折率の差、及び第２クラッド２５とコア２７との屈折率の差が等しくなる。従って、第１の実施の形態による光導波路では、コア２７を伝播する光の電界分布が厚み方向において対称となるため、上述した入力光と出力光との重なり積分の低下が防止される。

また、図４は、第１の実施の形態による光導波路のリッジ部１３のコア２７の、厚み方向及び光伝播方向１９に直交する方向、すなわち図１に矢印で示す短手方向４３に沿った屈折率の大きさの分布を示す図であり、図１に示すＩＩＩ−ＩＩＩに沿った屈折率の大きさの分布を示す図である。

図４において、曲線４５は、図１の構造体のＩＩＩ−ＩＩＩに沿った屈折率の大きさを示す曲線である。また、図４において、縦軸は屈折率の大きさを、また、横軸はコア２７の短手方向４３に沿った位置を任意スケールで目盛ってある。そして、図４に示す領域４７はコア２７に、領域４９及び領域５１はリッジ部１３の光伝播方向１９に沿った両側面１３ｂ及び１３ｃ側の空気にそれぞれ対応した屈折率の大きさを示している。

第１の実施の形態による光導波路では、リッジ部１３は、その上面１３ａ及び光伝播方向１９に沿った両側面１３ｂ及び１３ｃが外気、すなわちコア２７に対して低屈折率である空気（屈折率：１．００）によって包含されている（図１参照）。

そのため、図４に示すように、コア２７の光伝播方向１９に沿った両側面１３ａ及び１３ｂ側において、コア２７と空気との間に大きな屈折率差が生じる。

その結果、第１の実施の形態による光導波路では、伝播する光を確実にコア２７に閉じ込めることができるため、光のパワー密度の低下が防止される。

なお、この第１の実施の形態による光導波路では、同様の効果を得るために、すなわちコア２７を伝播する光のパワー密度を低下させないために、リッジ部１３を、空気と同程度に低屈折率である例えば有機樹脂や石英ガラス等の物質で被覆する構成としてもよい（図示せず）。

以上に説明したように、第１の実施の形態による光導波路では、凸状のリッジ部１３内に、Ｍｇの添加濃度差を以って第１クラッド２３、コア２７、及び第２クラッド２５が作り込まれている。従って、従来とは異なり、個別のクラッド膜をリッジ部１３に設ける必要がないため、構造が複雑化することなく、光のパワー密度の低下及び重なり積分の低下を防止することができる。

さらに、第１の実施の形態による光導波路では、第１クラッド２３、コア２７、及び第２クラッド２５の屈折率を調整するための屈折率調整物質として、Ｍｇを添加しているため、上述した光損傷を防止することができる。

従って、第１の実施の形態による光導波路では、光のパワー密度の低下、重なり積分の低下、及び光損傷を同時に、かつ単純な構造で防止することができるため、波長変換素子として好適に使用することができる。

次に、この第１の実施の形態による光導波路の製造方法について説明する。この製造方法は、第１工程から第３工程までを含んでいる。以下、第１工程から順に各工程につき説明する。

図５（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明の第１の実施の形態による光導波路の製造方法を説明する工程図である。図５（Ａ）は、この製造方法の第１工程で得られた構造体を、光伝播方向に直交する短手方向に沿って、厚み方向に切り取った切り口で示してある。また、図５（Ｂ）は、この製造方法の第１工程で得られた構造体を、光伝播方向に沿って厚み方向に切り取った切り口で示してある。また、図６（Ａ）及び（Ｂ）は、図５（Ａ）に続く工程図である。これらの各図は、それぞれ、各製造段階で得られた構造体を、光伝播方向に沿って厚み方向に切り取った切り口で示してある。

まず、第１工程では、基板面１１ａから凸状に突出したリッジ部１３を有する基板１１を用意する（図５（Ａ）及び（Ｂ）参照）。

既に説明したように、第１の実施の形態による光導波路は、上述したＱＰＭによる波長変換素子として使用される。そのために、この第１工程において用意する基板１１を以下のような構成とする。

まず、基板１１は、例えばＣＬＮ、ＳＬＮ等のＬＮ結晶を材料として構成された基板とする。

そして、上述したＱＰＭを実現するために、基板１１に、予め周期分極反転構造を作り込んでおく。すなわち、周知の方法、例えば周期電極による電界印加等の方法を用いて、基板１１を構成するＬＮ結晶に、一定方向に沿って周期的に自発分極１５の方向が反転した領域を形成する。その結果、基板１１では、自発分極１５の方向が反転していない領域１７ａと自発分極１５の方向が反転した領域１７ｂとが互いに交互に配列して形成される。従って、領域１７ａにおける自発分極１５ａと領域１７ｂにおける１５ｂとは、互いに反対の方向を向いている（図５（Ｂ）参照）。

このような周期分極反転構造を形成することによって、基板１１では、領域１７ａ及び領域１７ｂの配列方向、すなわち周期分極反転方向に沿って光が伝播する。従って、この周期分極反転方向が矢印で示す光伝播方向１９となる（図５（Ｂ）参照）。

また、リッジ部１３は、自発分極１５の方向を基板１１の厚み方向として、基板面１１ａ上に、光伝播方向１９に沿って延在させて形成しておく。

なお、この実施の形態では、リッジ部１３を、例えば周知のダイシング、イオンミリング、ドライエッチング、レーザーアブレーション等を用いて、表面側から基板を掘削加工することによって形成するのが好ましい。これによって、基板１１は、基板面１１ａから凸状に突出して形成されたリッジ部１３、及び上側にリッジ部１３が形成された基板本体部２９を一体的に有する構成となる。

また、この第１工程では、製造される光導波路の光損傷を防止する目的、及びリッジ部１３内の屈折率を調整する目的で、予めＭｇが添加された基板１１を用いる。

なお、これら光損傷の防止及び屈折率の調整という効果を得るに当たり、基板１１に添加しておくＭｇは、単体のＭｇのみではなく、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）の状態で添加しておいてもよい。そして、この第１の実施の形態では、Ｍｇを例えばＭｇＯの状態で５ｍｏｌ％程度の濃度で、基板１１に添加しておくのが好ましい。

次に、第２工程では、リッジ部１３の上面１３ａを被覆する第１屈折率調整物質膜５３とともに、基板面１１ａを被覆する第２屈折率調整物質膜５５を形成して図６（Ａ）に示すような構造体を得る。

これら第１屈折率調整物質膜５３及び第２屈折率調整物質膜５５は、続く第３工程において、リッジ部１３内に屈折率調整物質を拡散させることによって光導波路構造を形成する際に、屈折率調整物質の拡散ソースとして用いられる。

そのために、この第２工程では、これら第１屈折率調整物質膜５３及び第２屈折率調整物質膜５５を、屈折率調整物質を材料として基板１１上に形成する。

この第１の実施の形態では、リッジ部１３内に添加する屈折率調整物質としてＭｇを用いる。そこで、第１屈折率調整物質膜５３及び第２屈折率調整物質膜５５を、Ｍｇ含有物質、すなわち例えば単体のＭｇまたはＭｇＯ等を材料として形成する。この実施の形態では、例えばリッジ部１３の厚みを１０μｍ及びリッジ部１３の短手方向４３に沿った幅を６μｍとした場合において、上述したようにコアを、厚みが６μｍ程度で、かつ第１クラッド及び第２クラッドよりも屈折率が０．０３高くなるように形成するために、これら第１屈折率調整物質膜５３及び第２屈折率調整物質膜５５を、ＭｇＯを材料として例えば０．０５μｍの膜厚で形成するのが好ましい。

また、この第２工程では、第１屈折率調整物質膜５３及び第２屈折率調整物質膜５５を形成するために、好ましくは例えば周知の電子ビームによる蒸着法、またはスパッタ法等を用いて、材料である屈折率調整物質を基板１１の上側から堆積させる。これによって、リッジ部１３の上面１３ａに堆積した屈折率調整物質から第１屈折率調整物質膜５３を、また、基板面１１ａに堆積した屈折率調整物質から第２屈折率調整物質膜５５を同時に形成する。

次に、第３工程では、第１屈折率調整物質膜５３及び第２屈折率調整物質膜５５を構成する屈折率調整物質を、リッジ部１３内に拡散させることによって、第１クラッド２３、コア２７、及び第２クラッド２５を形成して、図６（Ｂ）に示すような構造体を得る。

既に説明したように、この第１の実施の形態では、第１クラッド２３、コア２７、及び第２クラッド２５の屈折率差を、添加する屈折率調整物質、すなわちＭｇの濃度差を以って調整する。そのために、この第３工程では、上述した第２工程で得た構造体（図６（Ａ）参照）に対して熱処理を行うことによって、第１屈折率調整物質膜５３及び第２屈折率調整物質膜５５を構成する屈折率調整物質膜、すなわちＭｇ含有物質をリッジ部１３内に拡散させる。

そして、この熱処理の結果、リッジ部１３上部には、第１屈折率調整物質膜５３から拡散した屈折率調整物質が、また、リッジ部１３下部には、第２屈折率調整物質膜５５からの屈折率調整物質が、それぞれ拡散する。

ここで、既に説明したように、リッジ部１３を含む基板１１には、上述した第１工程の時点で既に例えばＭｇＯ等の状態でＭｇが添加されている。従って、この第３工程において、第１屈折率調整物質膜５３及び第２屈折率調整物質膜５５から屈折率調整物質、すなわちＭｇ含有物質が拡散することによって、リッジ部１３上部及びリッジ部１３下部には、Ｍｇが高濃度で添加された領域が形成される。

その結果、第１屈折率調整物質膜５３から拡散した屈折率調整物質が添加されて、リッジ部１３上部に第１クラッド２３が形成される。また、同時に、第２屈折率調整物質膜５５から拡散した屈折率調整物質が、第１クラッド２３と等しい濃度で添加されて、リッジ部１３下部に第２クラッド２５が形成される。

また、これら第１クラッド２３及び第２クラッド２５間には、第１屈折率調整物質膜５３及び第２屈折率調整物質膜５５からの屈折率調整物質が、第１クラッド２３及び第２クラッド２５と比して低濃度で拡散した領域、または拡散が及ばない領域が形成される。この領域は、上述した第１工程の時点でのＭｇ添加濃度が残存するため、Ｍｇが第１クラッド２３及び第２クラッド２５と比して低濃度で添加されたコア２７となる。

このように、リッジ部１３内におけるＭｇ濃度を調整することによって、第１クラッド２３、第２クラッド２５、及びこれら第１クラッド２３及び第２クラッド２５間にリッジ部１３の厚み方向に沿って第１クラッド２３及び第２クラッド２５間に挟み込まれたコア２７が形成される。

そして、このように、コア２７のＭｇ濃度を、第１クラッド２３及び第２クラッド２５と比して低濃度とすることによって、コア２７の屈折率は、第１クラッド２３及び第２クラッド２５と比して高くなる。

また、第１クラッド２３、コア２７、及び第２クラッド２５を形成するためには、第２工程で得た構造体を、例えば８００〜１０００℃の温度で、長くとも１０時間程度熱処理を行うのが好ましい。

より詳細には、上述した構成、すなわち例えば厚み１０μｍのリッジ部１３内において、コア２７の厚みを６μｍ程度、また、リッジ部１３内における第１クラッド２３及び第２クラッド２５の厚みをそれぞれ例えば２μｍとし、かつコア２７の屈折率を第１クラッド２３及び第２クラッド２５と比して０．０３高く調整するためには、第１屈折率調整物質膜５３及び第２屈折率調整物質膜５５を上述したように膜厚０．０５μｍのＭｇＯ膜とし、屈折率調整物質としてＭｇＯを用い、かつ湿潤酸素雰囲気中において、例えば１０００℃の温度で３時間熱処理するのが好ましい。

このような条件において熱処理することによって、５ｍｏｌ％程度の濃度でＭｇＯが添加されたコア２７が６μｍ程度の厚みで、また、１０ｍｏｌ％程度の濃度でＭｇＯが添加された第１クラッド２３及び第２クラッド２５がそれぞれ２μｍ程度の厚みで形成される。

なお、この第３工程において、上述した熱処理による第２屈折率調整物質膜５５からの屈折率調整物質は、基板面１１ａから基板本体部２９内の上部にも拡散する。その結果、基板本体部２９内の上部には、第２クラッド２５と連続的に高濃度でＭｇが添加された低屈折率部３１が形成される。

以上説明したように、この第１の実施の形態による光導波路の製造方法では、第３工程において、第１屈折率調整物質膜５３及び第２屈折率調整物質膜５５を構成する屈折率調整物質をリッジ部１３内に拡散させ、リッジ部１３内における屈折率調整物質濃度の高低から第１クラッド２３、コア２７、及び第２クラッド２５を形成する。

従って、この第１の実施の形態による光導波路の製造方法では、１つの工程によって第１クラッド２３及び第２クラッド２５とコア２７とを形成することができる。そのため、従来とは異なり、それぞれ個別にコア及びクラッド膜を形成する必要がないため、良好なスループットで上述した構造の光導波路（図１参照）を製造することができる。

なお、上述した製造方法では、第１工程においてＭｇが添加された基板１１を用意する製造工程例について説明した。

しかし、この第１の実施の形態による光導波路の製造方法では、上述した第２工程において形成する第１屈折率調整物質膜５３及び第２屈折率調整物質膜５５の膜厚、及び上述した第３工程における熱処理の条件を適宜設定することによって、Ｍｇが無添加のＬＮ結晶を材料とした基板を用いた場合でも、この実施の形態の光導波路を製造することが可能である。

すなわち、第１工程において、基板１１としてＭｇが無添加のＬＮ結晶基板を用いる場合には、第２工程において、ＭｇＯを材料として第１屈折率調整物質膜５３及び第２屈折率調整物質膜５５を、好ましくは例えば０．１μｍの膜厚で形成する。

そして、第３工程において、好ましくは例えば湿潤酸素雰囲気中で、１０００℃の温度で４時間熱処理する。

このような条件で第２工程及び第３工程を行うことによって、基板１１としてＭｇ無添加のＬＮ結晶基板を用いた場合においても、上述の構成、すなわち例えば厚み１０μｍのリッジ部１３内に５ｍｏｌ％程度の濃度でＭｇＯが添加されたコア２７が６μｍ程度の厚みで、また、１０ｍｏｌ％程度の濃度でＭｇＯが添加された第１クラッド２３及び第２クラッド２５がそれぞれ２μｍ程度の厚みで形成された光導波路を得ることができる。

Ｍｇ無添加のＬＮ結晶は、Ｍｇが添加されたＬＮ結晶と比して安価に手に入れることができるため、基板１１としてＭｇ無添加のＬＮ結晶を用いた場合には、材料コストの低減を図ることができる。

１１：基板
１３：リッジ部
２１：光導波路構造
２３：第１クラッド
２５：第２クラッド
２７：コア
２９：基板本体部
３１：低屈折率部
５３：第１屈折率調整物質膜
５５：第２屈折率調整物質膜

Claims (9)

1. 基板面から凸状に突出したリッジ部を一体的に有する基板を具え、
   前記リッジ部は、屈折率が等しい第１クラッド及び第２クラッドと、該第１クラッド及び第２クラッドと比して高屈折率であるコアとを有する光導波路構造を含み、
   前記コアは、前記第１クラッド及び第２クラッド間に、前記リッジ部の厚み方向に沿って挟み込まれている
   ことを特徴とする光導波路。
2. 請求項１に記載の光導波路であって、
   前記コアは、前記第１クラッド及び第２クラッドよりも屈折率が０．０３高い
   ことを特徴とする光導波路。
3. 請求項１または２に記載の光導波路であって、
   前記基板は、ＬｉＮｂＯ_３結晶を材料として構成されており、
   前記コア、前記第１クラッド及び第２クラッドは、前記ＬｉＮｂＯ_３結晶にＭｇが添加されて構成されており、
   前記第１クラッド及び第２クラッドには、前記コアと比して高濃度でＭｇが添加されている
   ことを特徴とする光導波路。
4. 請求項３に記載の光導波路であって、
   前記コアにはＭｇが５ｍｏｌ％程度の濃度で、また、前記第１クラッド及び第２クラッドにはＭｇが１０ｍｏｌ％程度の濃度で、それぞれ添加されている
   ことを特徴とする光導波路。
5. 基板面から凸状に突出したリッジ部を一体的に有する基板を用意する第１工程と、
   前記リッジ部の上面を被覆する第１屈折率調整物質膜とともに、前記基板面を被覆する第２屈折率調整物質膜を形成する第２工程と、
   前記第１屈折率調整物質膜及び前記第２屈折率調整物質膜を構成する屈折率調整物質を、前記リッジ部内に拡散させることによって、前記リッジ部上部に、前記第１屈折率調整物質膜からの前記屈折率調整物質が添加された第１クラッド、前記リッジ部下部に、前記第２屈折率調整物質膜からの前記屈折率調整物質が、前記第１クラッドと等しい濃度で添加された第２クラッド、及び該第１クラッド及び第２クラッド間に、前記リッジ部の厚み方向に沿って挟み込まれ、かつ該第１クラッド及び第２クラッドと比して低濃度で前記屈折率調整物質が添加されたコアを形成する第３工程と
   を含むことを特徴とする光導波路の製造方法。
6. 請求項５に記載の光導波路の製造方法であって、
   Ｍｇが添加されたＬｉＮｂＯ_３結晶を材料とした前記基板を用意する
   ことを特徴とする光導波路の製造方法。
7. 請求項５に記載の光導波路の製造方法であって、
   Ｍｇが無添加のＬｉＮｂＯ_３結晶を材料とした前記基板を用意する
   ことを特徴とする光導波路の製造方法。
8. 請求項６または７に記載の光導波路の製造方法であって、
   Ｍｇ含有物質を材料として、前記第１屈折率調整物質膜及び前記第２屈折率調整物質膜を形成し、前記屈折率調整物質としてＭｇを拡散する
   ことを特徴とする光導波路の製造方法。
9. 請求項８に記載の光導波路の製造方法であって、
   前記コアのＭｇ濃度が５ｍｏｌ％程度となるように、また、前記第１クラッド及び第２クラッドのＭｇ濃度が１０ｍｏｌ％程度となるように、前記Ｍｇを拡散する
   ことを特徴とする光導波路の製造方法。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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