JP2787324B2

JP2787324B2 - チャンネル型光導波路の製造方法

Info

Publication number: JP2787324B2
Application number: JP1025922A
Authority: JP
Inventors: 亮榎本; 一行大槻; 靖史酒井
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1989-02-06
Filing date: 1989-02-06
Publication date: 1998-08-13
Anticipated expiration: 2013-08-13
Also published as: JPH02205805A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、基板表面上に屈折率差を有する領域を設
け、その領域のみ導波するようにした、所謂チャンネル
型光導波路の製造方法に関する。

（従来の技術及び解決すべき課題）光導波路には、基板表面上に厚さ数μｍの平面状薄膜
を設けたスラブ（平面）型光導波路と、更に基板表面に
帯状に屈折率差を設け、帯状領域のみ導波するチャンネ
ル型光導波路がある。そして、このチャンネル型光導波
路は、その断面構造の相違により埋め込み形、ストリッ
プ型、リブ型などがある。

基板表面上に帯状に薄膜を設けたストリップ型のチャ
ンネル型光導波路は、従来は通常、基板表面上に結晶膜
を生成させ、この上に光導波路の形状のマスクパターン
を施し、次いでエッチングを行ないマスクパターン以外
の結晶膜を除去して光導波路を作成していた。しかし、
この方法では、光導波路の形状の制御が難しく、エッチ
ングによる光導波路への影響が懸念され、また基板に影
響を与えることなく結晶膜のみを選択的にエッチングす
る必要があるなど種々の問題点が存在する。

本発明は、上記従来法の欠点がない、チャンネル型光
導波路の製造方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明者等は、液相エピタキシャル法などにより基板
表面上に形成させた結晶膜の結晶の性質、状態は、基板
表面の粗さの程度に著しく影響され、その粗さの程度に
より結晶膜が形成されないか、或は形成されてもその膜
の結晶の質は劣悪でエッチング等で簡単に除去されるこ
とを知見し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、基板表面の光導波路形成部分の
みを鏡面状態となし、基板表面のその他の部分を粗面状
態となし、次いで該基板表面に結晶膜形成を行なわせる
ことを特徴とするチャンネル型光導波路の製造方法であ
る。また、本発明では、上記の結晶膜形成は、液相エピ
タキシャル法、化学堆積法（CVD法）、分子線エピタキ
シャル法（MBE法）、真空蒸着法又はスパッタリング法
により行なうことができる。

本発明においては、チャンネル型光導波路を形成させ
ようとする基板表面に鏡面状態部分の粗面状態部分とを
形成させる。このように、鏡面状態部分の粗面状態部分
とを形成させた基板表面に液相エピタキシャル法、CVD
法、又はMBE法により結晶成長を行なわせると、上記の
鏡面状態の部分には良品な結晶膜が育成するが、粗面状
態の部分には膜が育成されないが、育成されてもその膜
は劣悪で簡単にエッチングで除去できる。したがって、
本発明方法によれば、基板表面の光導波路を形成すべき
部分を鏡面状態にし、基板表面のその他の部分を粗面状
態にし結晶成長により結晶膜を形成させるという簡単な
手段の採用により、基板に容易に光導波路を形成でき、
従ってチャンネル型光導波路を容易に作成することがで
きる。粗面状態の部分、すなわち光導波路形成部分以外
の部分に膜が育成された場合にも、この膜は劣悪である
ので、光導波路形成部をマスクすることなくそのままリ
ン酸などでエッチングすると光導波路形成部以外の部分
の膜は除去され、光導波路が形成される。

また、基板表面上に生成した結晶膜の性質及び状態が
基板表面の粗さに影響されるのは、基板上に真空蒸着法
又はスパッタリング法により、結晶膜を形成させる場合
にも云えることを本発明者等は知見した。この真空蒸着
法又はスパッタリング法による場合においては、真空蒸
着又はスパッタリングで基板の鏡面状態の部分に形成さ
れた膜は、作成条件により真空蒸着又はスパッタリング
のみで単結晶膜となるか、或は真空蒸着又はスパッタリ
ング後の熱処理によって単結晶化されるが、粗面状態の
部分に生成した膜は熱処理の有無にかかわらず単結晶化
されず、熱処理の後、剥離してしまう。従って、基板上
に簡単に光導波路が形成でき、チャンネル型光導波路を
容易に製造することができる。

以上のように、本発明によると、一旦基板表面全面に
良品の結晶膜を育成させ、これにマスクしてエッチング
を行い、光導波路形成のみ残存させる従来法が有する前
記の種々の問題点を解消することができる。

本発明方法で適用できる基板は、ガドリニウム・ガリ
ウム・ガーネット（GGG,Gd₃Ga₅O₁₂）、サマリウム・ガ
リウム・ガーネット（GmGG,Sm₃Ga₅O₁₂）、ネオジウム・
ガリウム・ガーネット（NdGG,Nd₃Ga₅O₁₂）、サファイア
（Al₂O₃）、ニオブ酸リチウム（LiNbO₃）、タンタル酸
リチウム（LiTaO₃）などである。

基板表面上に鏡面状態の部分（光導波路形成部分）と
粗面状態の部分を形成させるには、すなわち結晶膜を育
成させるに当っての基板の準備には、種々の方法が採用
できる。例えば、先ず、基板表面全体の鏡面仕上げし、
光導波路形成部分以外の部分にレジストパターンによ
り、レジスト膜をつくり、次に基板表面全面にスパッタ
リング法でチタンなどの金属膜を形成し、次いでレジス
ト膜部分の金属膜をレジストと共に除去して露出させ、
その面を研磨紙でラッピングして粗面状態となし、最後
に金属膜を除去して鏡面状態部分を露出させて作成す
る。また、この逆に先ず基板表面全体を粗面状態とな
し、光導波路形成部分にレジストパターンによりレジス
ト膜を形成し、次に基板表面全面に金属膜を形成し、そ
の後レジスト膜部分の金属膜をレジストと共に除去し、
光導波路形成部分を露出させ鏡面仕上げし、最後に金属
膜を除去して露出させて作成することもできる。

本発明で光導波路を形成させる材料としては、イット
リウム鉄ガーネット（YIG,Y₃Fe₅O₁₂）、イットリウムア
ルミニウムガーネット（YAG,Y₃Al₅O₁₂）、またはその置
換体（ガドリウム鉄ガーネット（GdIG）など）、部分置
換体（（Bi,Y）₃Fe₅O₁₂など）のガーネット結晶膜、Zn
O,SiO₂,Al₂O₃などの酸化物結晶膜、或はLiNbO₃,LiTaO₃,
Ba₂NaNb₅O₁₅などの複合酸化物結晶膜などが用いられ
る。

本発明は、チャンネル型光導波路、特にストリップ型
のチャンネル型光導波路の製造に適する。また、本発明
はチャンネル型光導波路の製造のみならず、基板表面上
に部分的に結晶膜を構成させて製造する薄膜型プリズ
ム、導波路型レンズ、フィルター及びグレーティング
（回析格子）を用いた光デバイス（波長フィルター、光
路変換器、グレーティングレンズ、集光グレーティング
カップラ）など各種の光デバイスの製造にも適用でき
る。

実施例 A.結晶膜育成に当っての基板準備の実施例例１１）直径２インチ、厚さ0.5mmのGGG（Gd₃Ga₅O₁₂、ガド
リニウム・ガリウム・ガーネット）単結晶ウエハの片面
を♯2000の耐水研磨紙でラッピングした後、超音波洗
浄、乾燥した。

２）次いで、ラップ研磨面にフォトレジストを塗布し、
露光および現像処理により、10μｍの幅のレジストパタ
ーン（光導波路形成部分にレジストが残っている）を形
成した。

３）次いで、RF（高周波）スパッタリング法によりTi金
属膜を形成し、その後レジストパターン上にTi金属膜を
レジストと共に除去する。すなわち、10μｍの幅の光導
波路部分はGGGラップ研磨面であり、その他の面はTi金
属膜により被覆されている状態となる。

４）この状態のまま、露出したGGGラップ面を鏡面状態
となるよう研磨した後、Ti金属膜をフッ酸：硝酸：水＝
1:1:50の水溶液で除去して、ラップ研磨面を露出させ
た。

これにより、ウエハ全体は♯2000ラップ研磨面である
が、光導波路形成部分においては、鏡面研磨により表面
が鏡面状態に整えられた状態となる。

例２１）直径２インチ、厚さ0.5mmのGGG（Gd₃Ga₅O₁₂、ガド
リニウム・ガリウム・ガーネット）単結晶ウエハの片面
を鏡面研磨した後、フォトレジストを塗布し、露光およ
び現像処理により、10μｍの幅のレジストパターン（光
導波路形成部分にレジストが残っている）を形成した。

２）次いでRFスパッタリング法によりTi金属膜を形成
し、その後レジストパターン上のTi金属膜をレジストと
共に除去する。すなわち、10μｍの幅の光導波路部分は
Ti金属膜により被覆されている状態であり、その他の面
はGGG鏡面研磨面の状態である。

３）この状態のまま、♯1000の耐水研磨紙でTi金属膜の
全てがなくならないようにラッピングした後、超音波洗
浄し、Ti金属膜をフッ酸：硝酸：水＝1:1:50の水溶液で
除去する。

これにより、光導波路形成部分は鏡面研磨された状態
で、それ以外の面は♯1000ラップ研磨面状態となる。

例３１）20mm×20mm、厚さ0.5mmのサファイア（Al₂O₃）の単
結晶ウエハを鏡面研磨した後、フォトレジストを塗布
し、露光および現像処理により、10μｍの幅のレジスト
パターン（光導波路形成部分以外の部分にレジストが残
っている）を形成した。

２）次いでRFスパッタリング法によりTi金属膜を形成
し、その後レジストパターン上のTi金属膜をレジストと
共に除去する。すなわち、10μｍの幅の光導波路形成部
分はTi金属膜により被覆されている状態で、その他の面
はサファイア鏡面研磨面の状態となる。

B.チャンネル型光導波路作成の実施例例１１）基板準備の実施例の例２で得たウエハを、基板の融
液中に回転させながら浸漬して基板上に結晶膜を育成さ
せるLPE成長育成装置にセットし、PbO,Bi₂O₃,B₂O₃をフ
ラックス成分としたBi₁Y₂Fe₄Al₁O₁₂＋PbO＋Bi₂O₃＋B₂O₃
の混合物融液中で、（Bi,Y）_３（Fe,Al）₅O₁₂単結晶薄
膜をウエハ上に育成した。育成条件は、基板回転数100r
pm、育成温度840℃、育成時間10分であった。次いで前
記融液上で基板を回転数1000rpm、30秒間の条件で回転
させ、融液を振り切った。徐冷の後、酢酸に12時間浸漬
することにより余剰な付着物であるフラックス成分を除
去した。

２）光導波路部分である鏡面研磨面には、８〜12μｍの
良質な（Bi,Y）_３（Fe,Al）₅O₁₂単結晶薄膜が成長した
が、光導波路以外の部分であるラップ研磨面には何ら成
長せず、ラップ研磨面のままであった。

３）これにより、良好な（Bi,Y）_３（Fe,Al）₅O₁₂単結
晶薄膜チャンネル型光導波路を得た。

例２１）基板準備の実施例の例１で得たウエハをRFスパッタ
リング装置にセットし、Bi,Y,Fe,Alの各酸化物を原料と
して作成したBi₁Y₂Fe₄Al₁O₁₂焼結体をターゲットとして
用いて（Bi,Y）_３（Fe,Al）₅O₁₂薄膜を育成した。

スパッタ条件ガス圧基板温度 500℃ 時間 20hr これにより、膜厚２μｍの（Bi,Y）_３（Fe,Al）₅O₁₂
単結晶含有多結晶薄膜を得た。

２）次いで、単結晶化を図るために、酸素雰囲気中700
℃、15時間熱処理を行ったところ、鏡面状態である光導
波路部分の膜のみが単結晶化しウエハ上に残ったが、他
の部分は単結晶化されず剥離除去された。これにより良
好な（Bi,Y）_３（Fe,Al）₅O₁₂単結晶薄膜チャンネル型
光導波路を得た。

例３１）基板準備の実施例の例３で得たウエハをRFスパッタ
リング装置にセットし、Li₂CO₃とNb₂O₅の混合物の焼結
体をターゲットとして用いて、LiNbO₃薄膜を育成した。

スパッタ条件ガス圧 Ar;5mTorr、 O₂:5mTorr 基板温度 500℃ 時間 20hr これにより、膜厚１μｍのLiNbO₃単結晶含有多結晶薄
膜を得た。

２）次いで、単結晶化を図るために、酸素雰囲気中700
℃、15時間熱処理を行ったところ、鏡面状態である光導
波路部分の膜のみが単結晶化しウエハ上に残ったが、他
の部分は単結晶化されず剥離除去された。これにより良
好なLiNbO₃単結晶薄膜チャンネル型光導波路を得た。

（発明の効果）本発明によれば、基板表面の光導波路形成部分を鏡面
状態にし、その他の部分を粗面状態にして、該基板に液
相エピタキシャル法、CVD法、MBE法又は真空蒸着法或は
スパッタリング法により結晶膜を形成させるという簡単
な手段により光導波路を形成できるので、容易にチャン
ネル型光導波路を製造することができる。また、本発明
方法によると、単結晶膜をエッチングにより光導波路を
形成する従来方法の有する各種の問題点が解消できるも
ので、工業的に極めて有用である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 6/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板表面の光導波路形成部分のみを鏡面状
態となし、基板表面のその他の部分を粗面状態となし、
次いで該基板表面に結晶膜形成を行なわせることを特徴
とするチャンネル型光導波路の製造方法。
【請求項２】結晶膜形成を液相エピタキシャル法、化学
堆積法（CVD法）、分子線エピタキシャル法（MBE法）、
真空蒸着法又はスパッタリング法で行う請求項第１項記
載のチャンネル型光導波路の製造方法。