JP2903474B2 - チャンネル型光導波路の作成方法 - Google Patents

チャンネル型光導波路の作成方法

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JP2903474B2
JP2903474B2 JP1052103A JP5210389A JP2903474B2 JP 2903474 B2 JP2903474 B2 JP 2903474B2 JP 1052103 A JP1052103 A JP 1052103A JP 5210389 A JP5210389 A JP 5210389A JP 2903474 B2 JP2903474 B2 JP 2903474B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、基板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、更にその面内にも帯
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型、ストリップ
型、リブ型などがある。
従来、埋め込み型のチャンネル型光導波路は、選択的
な熱拡散、イオン交換、イオン注入などの方法で、基板
表面の近くの結晶の改質を行うことにより、高屈折率を
有する導波路が形成されている。これらの埋め込み型の
チャンネル型光導波路は、導波路表面が平滑で、しかも
低損失であるという特徴を有するが、拡散プロセスによ
り製造されるため、導波路形状の制御が困難で、しかも
基板と類似の材質からなる導波路しか製造することがで
きないという欠点があった。
一方、リッジ型、リブ型などのチャンネル型光導波路
は、導波層と基板が異なる結晶(例えば、YILGとGGGと
の組み合わせ)により形成されるものである。これらの
リッジ型、リブ型などのチャンネル型光導波路は、従来
基板上にまず目的とする導波層結晶を形成した後、パタ
ーンニング、エッチングの方法で不用部分を除去するこ
とにより製造されていた。しかしながら、このパターン
ニング、エッチングの方法では、良好な形状を有する導
波路が得難く、化学エッチングを適用するときにはエッ
チング液などの選択が難しい欠点があった。更にパター
ンニング、エッチング工程では不良品ができやすいの
で、従来の方法では貴重な単結晶を無駄にし易く、また
研磨操作して仕上げる際に平行度を精度良く出すため高
度な加工技術が要求されている。
本発明は、前記した従来のチャンネル型光導波路の製
造方法の欠点を解消し、極めて簡単に且つ能率的に、チ
ャンネル型光導波路特に埋め込み型のチャンネル型光導
波路を製造する方法を提供することを課題とする。
(課題を解決するための手段) 本発明者等は、表面に凹型の溝(凹溝)を有する基板
に単結晶成長を行なわせたところ、凹溝の中にも良質な
単結晶膜が形成されることを知見し、この現象を巧みに
チャンネル型光導波路の製造方法に利用し、本発明を完
成した。
すなわち、本発明は、(1)基板表面にフォトレジス
ト膜を形成させる工程、(2)上記フォトレジスト膜を
露光、現像処理して、基板表面にレジストパターンを形
成させる工程、(3)レジストパターンを形成させた上
記基板表面全面に金属膜を形成させる工程、(3)レジ
ストパターン上に形成させた金属膜をレジストと共に除
去して、基板表面の光導波路形成部分を露出させる工
程、(5)基板表面の露出部分にイオンビームエッチン
グによって光導波路形状の凹溝部を形成する工程、
(6)次いで、基板表面の金属膜を除去する工程、
(7)その後、該基板表面に単結晶膜を育成する工程、
(8)次いで、凹溝部以外の部分に育成した単結晶膜を
除去する工程、からな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。
本発明によれば、基板表面に所望とする光導波路形状
の凹溝を形成すれば、その形状の光導波路が得られるの
で、導波路の形状制御が容易である。また、本発明によ
れば、側壁が平滑な光導波路形状の凹溝を形成できるの
で、クラックの発生しない良品の結晶を凹溝内に形成さ
せることができる。またパターンニングによる光導波路
形状の凹溝の形成の際に不良が生じても基板の損失のみ
で済む有利がある。更に、従来法のように単結晶膜をエ
ッチングにより整形する必要がないので製造操作が簡単
である。
本発明方法で用いる基板は、ガドリウム・ガリウム・
ガーネット(GGG、Cd3Ga5O12)、サマリウム・ガリウム
・ガーネット(SmGG、Sm3Ga5O12)、ネオジウム・ガリ
ウム・ガーネット(NdGG、Nd3Ga5O12)、サファイア(A
l2O3)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、タンタル酸リチ
ウム(LiTaO3)などである。
基板表面上に光導波路形状の凹溝を形成するには、基
板表面にフォトレジストで光導波路形成部分にレジスト
パターンを形成し、次いで基板全面にスパッタリングな
どでチタン等の金属膜を形成し、その後レジストパター
ン上の金属膜をレジストと共に除去し、すなわち光導波
路形成部分のみを露出させ、イオンビームエッチングで
光導波路形成部分を凹溝になし、そして最後に残った金
属膜を除去することにより行なう。図を用いて凹溝を形
成する工程について説明すると、 (1)基板1表面にフォトレジスト膜2を形成させる工
程(第1図)、(2)上記フォトレジスト膜を露光、現
像処理して、基板1表面にレジストパターン2′を形成
させる工程(第2図)、(3)上記レジストパターン
2′を形成させた基板1表面全面に金属膜3を形成させ
る工程(第3図)、(4)レジストパターン2′上に形
成させた金属膜3をレジスト2′と共に除去して、基板
1表面の光導波路形成部分4を露出させる工程(第4
図)、(5)基板1表面の露出部分4にイオンビームエ
ッチングによって光導波路形状の凹溝部5を形成する工
程(第5図)、(6)基板1表面の金属膜3を除去する
工程(第6図)からなる。これによって、基板1表面上
に光導波路形状の凹溝5を形成することができる。
フォトレジスト膜の形成、及び露出、現像によるレジ
ストパターンの形成は従来採用されている方法で行え
る。金属表面全面への金属膜の形成では、スパッタリン
グなどでチタン等の金属膜を形成させる。その後レジス
トパターン上の金属膜をレジストと共に除去するが、こ
れも従来方法が採用できる。本発明によると、レジスト
パターンの側面が垂直且つ平滑に形成でき、そのためこ
のパターンに基づいて形成された金属膜の側面も垂直且
つ平滑に形成できる。そして、基板表面の露出部分にイ
オンビームエッチングで光導波路形状の凹溝を形成する
と、凹溝は金属膜の側面をトレースするため、凹溝の側
壁が平滑なものとなる。この側壁が平滑であることによ
り凹溝内に良品の単結晶を育成することができ、伝搬損
失の少ない光導波路を形成することができる。
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、Z
nO、SiO2、Al2O3などの酸化物結晶膜或はLiNbO3、LiTaO
3、Ba2NaNb5O15などの複合酸化物結晶膜などが用いられ
る。これらの単結晶膜の育成は、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(M
BE法)、真空蒸着法、スパッタリング法などで行なう。
この単結晶の育成操作によって、単結晶膜は例えば第
7図に示す様に育成する。すなわち、前述した光導波路
形状の凹溝部5を形成した第6図の基板1表面に単結晶
膜を育成させると、第7図の如く、光導波路形成部分の
凹溝5内にも単結晶膜6が育成し、また凹溝5以外の部
分にも単結晶膜6が育成する。したがって、この光導波
路形成部分の凹溝5以外の部分に形成された単結晶膜6
を除去すると、第8図に示すごとき、単結晶膜で構成さ
れた埋め込み型のチャンネル型光導波路7を形成するこ
とができる。
光導波路形成部分の凹溝5以外の部分に形成された単
結晶膜6の除去は、研磨により行なう。この研磨に当っ
ては、研磨液を用いて行なうのが好ましい。そして研磨
液として、基板より硬度が小さい研磨材粒子のスラリー
を用いると、基板の平行度がそのまま光導波路の平行度
となるので非常に有利である。この研磨材粒子としては
例えばAl2O3が用いられる。
本発明は、チャンネル型光導波路、特に埋め込み型の
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1 基板の作成 1)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)単結晶ウエハを鏡面
研磨した後、フォトレジストを塗布し、露光及び現像処
理により、10μmの幅のレジストパターン(光導波路の
部分にレジストが残っている)を形成した。
2)その後、Rf(高周波)スパッタリング法によりTi金
属膜を形成し、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、前記の10μmの幅の光導
波路以外の部分はTi金属膜により被覆されている状態
で、光導波路部分は単結晶鏡面研磨面の状態となる。
3)次いで、イオンビームエッチング装置にセットし、
光導波路部分が深さ5μmとなるようにウエハ全面をエ
ッチングし、その後、残ったTi金属膜をフッ酸:硝酸:
水=1:1:50の割合で水溶液で除去した。
4)これにより、基板に凹型の光導波路パターンを形成
した。
チャンネル型光導波路の作成 1)上記基板の作成で得たGGGウエハを液相エピタキシ
ャル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
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100rpm、育成
温度840℃、育成時間10分であった。次いで基板5分間1
000rpmで回転させ、フラックス成分を振り切って除去し
た後、徐冷し、さらに酢酸に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)これにより、ウエハの全面に良質な(Bi,Y)3(Fe,Al)
5O12単結晶薄膜が成長した。次いで、光導波路以外の部
分に成長した単結晶薄膜をAl2O3スラリー(粒度3、1
及び0.5μmのものを順次用いた)で研磨により除去し
た。この際、ウエハはスラリーではほとんど研磨されな
いため、光導波路の形状は当初の凹部分の形状に依存す
る。
3)以上により、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。
実施例2 基板の作成 20mm×20mm、厚さ0.5mmのサファイア(Al2O3)単結晶
ウエハに実施例1と同じ操作により凹型の光導波路パタ
ーンを形成した。ただし、光導波路部分の深さは1μm
とした。
チャンネル型光導波路の作成 1)上記基板の作成で得たAl2O3ウエハをRfスパッタリ
ング装置にセットし、Nb2O5及びLi2CO3を原料として作
成したLiNbO3焼結体をターゲットとして用いて、LiNbO3
薄膜を育成した。
スパッタ条件は、ガス圧をAr;5mTorr、O2;5mTorr、基
板温度を500℃、時間を20時間とした。
これにより、膜厚1μmのLiNbO3単結晶薄膜を得た。
2)この操作により、ウエハ全面に良質なLiNbO3単結晶
薄膜が成長した。次いで、光導波路以外の部分に成長し
た単結晶薄膜をAl2O3スラリー(粒度3、1及び0.5μm
のものを順次用いた)で研磨により除去した。この際、
ウエハはスラリーではほとんど研磨されないため、光導
波路の形状は当初の凹部分の形状に依存する。
3)以上により、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) 本発明では、基板に光導波路形状にしたがって凹溝を
形成し、この基板全面に単結晶膜を形成させ、次いで、
凹溝以外に育成した単結晶膜を除去すればよいので、本
発明によれば、簡単に且つ能率的に精度良くチャンネル
型光導波路を製造することができ、また本発明方法によ
るパターニング、エッチング処理工程の対象は従来方法
のように貴重な育成させた結晶膜ではなく、基板である
ので、この工程を失敗しても基板の損失のみで済むとい
う利点がある。
本発明によると、レジストパターンの側面が垂直且つ
平滑に形成でき、そのためこのパターンに基づいて形成
された金属膜の側面も垂直且つ平滑に形成される。しか
して、基板表面の露出部分にイオンビームエッチングで
凹溝を形成すると、凹溝は金属膜の側面をトレースする
ため、凹溝の側壁が平滑なものとなる。したがって、本
発明によると、凹溝に単結晶を育成したとき、クラック
が発生しにくくなり、そのため伝搬損失を小さくするこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1〜8図は本発明のチャンネル型光導波路の製造過程
を示した図面で、第1図は表面にフォトレジスト膜を形
成させた基板の断面図、第2図は表面にレジストパター
ンを形成させた基板の断面図、第3図は表面全面に金属
膜を形成させた基板の断面図、第4図は光導波路形成部
分を露出させた基板の断面図、第5図は光導波路形状の
凹溝部を形成した金属膜を有する基板の断面図、第6図
は光導波路形状の凹溝を形成した基板の断面図、第7図
は該基板に単結晶膜を育成させた断面図、第8図は本発
明方法で得られたチャンネル型光導波路の断面図であ
る。 1…基板、2…フォトレジスト膜、2′…レジストパタ
ーン、3…金属膜、5…凹溝、6…単結晶膜、7…光導
波路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 酒井 靖史 岐阜県大垣市河間町3丁目200番地 イ ビデン株式会社河間工場内 (56)参考文献 特開 昭52−23355(JP,A) 特開 昭59−37504(JP,A) 特開 昭60−156012(JP,A) 特開 昭60−156014(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(1)基板表面にフォトレジスト膜を形成
    させる工程、(2)上記フォトレジスト膜を露光、現像
    処理して、基板表面にレジストパターンを形成させる工
    程、(3)レジストパターンを形成させた上記基板表面
    全面に金属膜を形成させる工程、(4)レジストパター
    ン上に形成させた金属膜をレジストと共に除去して、基
    板表面の光導波路形成部分を露出させる工程、(5)基
    板表面の露出部分にイオンビームエッチングによって光
    導波路形状の凹溝部を形成する工程、(6)次いで、基
    板表面の金属膜を除去する工程、(7)その後、該基板
    表面に単結晶膜を育成する工程、(8)次いで、凹溝部
    以外の部分に育成した単結晶膜を除去する工程、からな
    ることを特徴とするチャンネル型光導波路の製造方法。
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JPS5223355A (en) * 1975-08-18 1977-02-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Process for fabricating a flush type light wave guiding path
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