JP2020148896A - 光導波路素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1) 基板の一面に光導波路が形成され、該基板の端部には、該光導波路へ光を入射する入射部又は該光導波路から光を出射する出射部が配置され、該入射部又は該出射部の少なくとも一方とその近傍の光導波路上に誘電体膜が形成された光導波路素子において、該誘電体膜は、該基板の屈折率より高い屈折率をもつ第1の材料の誘電体膜と、該基板の屈折率よりも低い屈折率をもつ第2の材料の誘電体膜とを含む誘電体膜が、互に積層されていることを特徴とする。
まず、特許文献2に示されるような従来例の問題は、上述したように、ニオブ酸リチウム(LN)基板の上にLN膜を積層し、LN基板とLN膜の両方に対してTiの熱拡散を行っているが、両者の熱拡散速度が異なるため、非対称なモードフィールド径が十分緩和できないことである。しかも、LN膜のテーパ部分では、光導波路の断面形状が歪な非対称形状となり易く、特に光伝搬損失も大きくなる。
本発明の光導波路素子の製造プロセスの条件を確認するため、以下の試験を行った。
LN基板として、市販の直径4インチ、厚さ0.5mmのニオブ酸リチウムウェハ(X板、品質:オプティカルグレード)を用いた。
LN基板上に形成するチタン膜のパターン幅を3.0μm,3.5μm,4.0μm,4.5μm,5.0μm,5.5μm,6.0μm,7.0μm,及び8.0μmとし、Ti膜の高さを1000Åに設定した。
LN基板上でチタンを熱拡散させるため、電気炉内の温度を1000℃に設定し、拡散時間として15時間を設けた。
ターゲットと対向して配置されているウェハが装置内で回転しており、ターゲット上を通過する度に成膜されるため、誘電体膜は積層構造の酸化膜で構成されている。
また、急激なMFD変動による光損失の増加を防ぐため、光導波路の進行方向に対する誘電体膜の膜厚を緩やかに変化させている(図3のテーパ部参照)。
熱拡散後のパターン幅も本システムで測定可能であり、熱拡散前後でパターン幅に大きな差異は生じなかった。
MFDは、高機能型ニアフィールドパターン(NFP)計測光学系(シナジーオプトシステムズ社製,M−Scope type S)を用いて、波長1550nmで測定した。
屈折率に対する組成変化の影響を考慮した場合、酸化ニオブと酸化タンタルのように屈折率差の少ない材料を組み合わせることが好ましい(図9)。
また、図10に、誘電体膜の規格化屈折率(n/ns)を0.970〜1.003の範囲内に設定可能な材料の組合せの例と、組合せ材料毎の組成比率による規格化屈折率の変化を示す。
しかし、酸化ジルコニウムは高強度で破壊靭性も高いため、スパッタによる成膜速度が遅いことがプロセス上の課題になる。
また、光導波路の形成方法としては、ニオブ酸リチウム基板(LN基板)上にチタン(Ti)などの高屈折率物質を熱拡散する方法だけでなく、プロトン交換法などにより形成される場合にも、本発明が適用できることは言うまでもない。
Claims (9)
- 基板の一面に光導波路が形成され、
該基板の端部には、該光導波路へ光を入射する入射部又は該光導波路から光を出射する出射部が配置され、
該入射部又は該出射部の少なくとも一方とその近傍の光導波路上に誘電体膜が形成された光導波路素子において、
該誘電体膜は、該基板の屈折率より高い屈折率をもつ第1の材料の誘電体膜と、該基板の屈折率よりも低い屈折率をもつ第2の材料の誘電体膜とを含む誘電体膜が、互に積層されていることを特徴とする光導波路素子。 - 請求項1に記載の光導波路素子において、該誘電体膜の平均屈折率をn、該基板の屈折率をnsとしたときに、n/nsが0.970以上、1.003以下であることを特徴とする光導波路素子。
- 請求項1又は2に記載の光導波路素子において、該誘電体膜の厚さが0.5μm以上であることを特徴とする光導波路素子。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載の光導波路素子において、該基板の厚みが20μm以下であることを特徴とする光導波路素子。
- 請求項4に記載の光導波路素子において、該基板が樹脂層を介して補強基板に接合されていることを特徴とする光導波路素子。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載の光導波路素子において、該誘電体膜は、該光導波路が該端部から離れるに従い、徐々に膜厚が減少する部分を有することを特徴とする光導波路素子。
- 請求項1乃至6のいずれかに記載の光導波路素子において、該基板がニオブ酸リチウムであり、該誘電体膜がニオブ、タンタル、シリコン、チタン、ジルコニア、イットリア、テルル、ハフニウム、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、ゲルマニウムの内、少なくとも一つ以上の元素を含有する酸化膜もしくは窒化膜で構成されていることを特徴とする光導波路素子。
- 請求項7に記載の光導波路素子において、該誘電体膜の第1の材料又は第2の材料の少なくとも一つの材料の線膨張係数が、ニオブ酸リチウムのa軸とc軸の線膨張係数の間の値であることを特徴とする光導波路素子。
- 基板の一面に光導波路が形成された光導波路素子の製造方法において、
該光導波路を形成した後に、該光導波路へ光を入射する入射部又は該光導波路から光を出射する出射部の少なくとも一方とその近傍の光導波路上に、誘電体膜を形成すると共に、
該誘電体膜は、該基板の屈折率より高い屈折率をもつ第1の材料の誘電体膜と、該基板の屈折率よりも低い屈折率をもつ第2の材料の誘電体膜とを含む誘電体膜が、互に積層されていることを特徴とする光導波路素子の製造方法。
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