JP3079264B1 - 光導波路素子及びその製造方法 - Google Patents
光導波路素子及びその製造方法Info
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Abstract
その形状及び寸法を正確に制御することが可能な光導波
路素子及びその製造方法を提供すること。 【解決手段】本発明の光導波路素子は、単結晶下地層と
単結晶の磁性ガーネットから実質的になり前記単結晶下
地層上に形成された光導波路とを具備し、前記光導波路
は順テーパー状の断面形状を有すること及び前記光導波
路の側面は平面で構成されたことを特徴とする。
Description
その製造方法に係り、特に磁性ガーネットで構成された
光導波路を有する光導波路素子及びその製造方法に関す
る。
の導波路型光非相反素子において、磁性ガーネットから
なる光導波路は必要不可欠である。このような光導波路
は、例えば、以下に示す方法により形成することができ
る。
晶基板上に液相エピタキシにより磁性ガーネット層を成
膜する。次に、この磁性ガーネット層上に金属パターン
を形成する。さらに、この金属パターンをマスクとして
用いて、磁性ガーネット層をドライエッチングする。こ
れにより、磁性ガーネットからなる光導波路を得る。
光導波路を形成することができる。しかしながら、磁性
ガーネット層のドライエッチングの際にマスクとして金
属パターンを用いた場合、光導波路の光損失が増大する
ことが判明している。そのため、通常、磁性ガーネット
光導波路は図5に示す方法により形成されている。
磁性ガーネット光導波路の形成方法を概略的に示す断面
図である。従来の方法によると、まず、図5(a)に示
すように、ガーネットからなる単結晶基板11上に液相
エピタキシにより磁性ガーネット層12を成膜する。
ット層12上にシリコン酸化物層13を成膜する。シリ
コン酸化物層13上にレジスト層14を成膜した後、図
5(c)に示すように、フォトリソグラフィー技術を用
いてレジスト層14に導波路パターンに対応した開口部
を形成する。
が形成された面に対して金属を蒸着させ、さらにレジス
ト層14をリフトオフすることにより、図5(d)に示
す金属パターン15を形成する。次に、この金属パター
ン15をマスクとして用い、反応性イオンエッチング等
を行う。これにより、図5(e)に示すように、シリコ
ン酸化物層13をパターニングし、さらに金属パターン
15を除去する。
物層13をマスクとして用い、ドライエッチングにより
磁性ガーネット層12を図5(f)に示すようにパター
ニングする。以上のようにして、磁性ガーネットからな
る光導波路を得る。
のエッチングマスクとしてパターニングしたシリコン酸
化物層13を用いているため、金属パターンを用いた場
合に比べて光導波路の光損失は少ない。
ーネット層12はドライエッチングによりパターニング
されるので、光導波路の側壁はダメージを受ける。すな
わち、光散乱損失の一因である光導波路側壁の荒れを生
じてしまう。また、この方法は、上記から明らかなよう
に、極めて多くの工程を必要とする。
エッチングによりパターニングした場合、そのエッチン
グマスクとして金属パターンを用いたとしても光損失が
過剰となることはない。したがって、この場合、比較的
少ない工程数で光導波路を形成することができる。
的に進行するため、エッチングマスク下部のサイドエッ
チングによりアンダーカットが生じ、光導波路の形状を
正確に制御することは困難である。また、エッチレート
は温度のような環境からの影響を受け易いため、上述し
た方法によると、高い再現性で光導波路を形成すること
ができない。一方、ドライエッチングではサイドエッチ
ングは生じにくいが、エッチングの進行に伴いエッチマ
スクの端部が徐々にエッチングされ、マスク幅が細くな
ることにより、やはり高い再現性で光導波路を形成する
ことができない。すなわち、エッチングを用いた方法に
よると、光導波路の寸法を正確に制御することが困難で
ある。
に鑑みてなされたものであり、磁性ガーネットで構成さ
れた光導波路を有し、その形状及び寸法を正確に制御す
ることが可能な光導波路素子及びその製造方法を提供す
ることを目的とする。
れた光導波路を有し、少ない工程数で製造することが可
能な光導波路素子及びその製造方法を提供することを目
的とする。
に、本発明は、単結晶下地層と単結晶の磁性ガーネット
から実質的になり上記単結晶下地層上に形成された光導
波路とを有し、この光導波路は順テーパー状の断面形状
を有すること及びこの光導波路の側面は平面で構成され
たことを特徴とする光導波路素子を提供する。
パターンの開口部を有する金属層を形成する工程と、こ
の金属層が形成された単結晶下地層の露出面上で液相エ
ピタキシにより磁性ガーネットの結晶成長を生じさせて
磁性ガーネットから実質的になる光導波路を形成する工
程とを有することを特徴とする光導波路素子の製造方法
を提供する。
照しながらより詳細に説明する。図1(a)〜(c)
は、それぞれ、本発明の一実施形態に係る光導波路素子
の製造方法を概略的に示す断面図である。
図1(a)に示すように、単結晶下地層であるガーネッ
ト基板1上にレジスト層2を形成し、これをフォトリソ
グラフィー技術をはじめとするリソグラフィー技術を用
いてパターニングする。このレジスト層2のパターン
は、最終的に形成される光導波路のパターンと対応して
いる。
て、例えば金属を蒸着することにより金属層3を形成
し、さらにリフトオフプロセスによりレジスト層2を除
去する。これにより、金属層3にはレジスト層2のパタ
ーンに対応した開口部が形成される。
に、液相エピタキシにより磁性ガーネット層4を成膜す
る。磁性ガーネットの結晶成長は基板1の露出面上で選
択的に生ずるので、磁性ガーネット層4は金属層3の開
口部のパターンと対応したパターンに形成される。
ので、通常、金属層3は時間の経過とともに溶融して最
終的には消滅する。したがって、磁性ガーネット層4
は、必ずしも金属層3の開口部だけに形成される訳では
ない。
エピタキシの初期においてはマスクとして機能する。そ
のため、液相エピタキシの初期において、磁性ガーネッ
トの結晶成長は金属層3の開口部内で露出した基板1の
表面上で選択的に生ずる。
ピタキシの際に荒らされる。そのため、そこに成長する
磁性ガーネットは単結晶とはならず、アモルファス(非
晶質)と微量の結晶とが混在する多結晶となる。通常、
単結晶と多結晶とでは成長速度が異なる。
ネット層4の形状には、金属層3の開口部のパターンが
反映される。すなわち、図1(c)に示すリブ導波路構
造を得ることができる。本実施形態に係る方法による
と、以上のようにして、磁性ガーネット層4で構成され
た光導波路5を有する光導波路素子を得る。このように
して得られた光導波路素子は、さらに所定の加工を施す
ことにより、例えば、光アイソレータや光サーキュレー
タなどの導波路型光非相反素子とすることができる。
エッチングすることなく光導波路5を形成することが可
能である。そのため、光導波路5の側壁がエッチングに
よりダメージを受けることがない。したがって、本方法
によると、光散乱損失が低減された光導波路5を形成す
ることができる。
2が形成する開口部内に金属を堆積させることにより形
成されるため、当然の如く、そのパターン形成時にレジ
スト層がエッチングされることは殆どない。また、レジ
スト層2が形成するレジストパターンの線幅は、公知の
フォトリソグラフィー技術等を用いることにより高精度
に制御することが可能である。したがって、本方法によ
ると、金属層3の寸法及び形状を極めて高い精度で制御
することができる。
4は液相エピタキシにより形成されるので、光導波路5
の幅はその形成初期段階における金属層3の開口部の寸
法と極めて高い相関を有している。すなわち、本方法に
おいては、液相エピタキシにおいて金属層3が溶融した
としても、それが光導波路5の幅に与える影響は極めて
少ない。したがって、上述した方法によると、光導波路
5の幅を高い精度で制御することが可能である。
形成に、選択成長法の1つである液相エピタキシが用い
られる。公知のように、選択成長法によると、極めて高
い精度で膜厚を制御することが可能である。したがっ
て、本方法によると、光導波路5の高さも高い精度で制
御することができる。
波路5の幅及び高さの双方を高い精度で制御することが
できる。すなわち、本方法によると、光導波路5の寸法
を正確に制御することが可能である。
は、順テーパー状の断面形状を有しており、その側面は
平面で構成される。なお、ここで順テーパー状の断面形
状とは、例えば、図1(c)に示すような等脚台形或い
は二等辺三角形を意味する。
合、そのサイズに関わらず薄膜の断面形状は順テーパー
状となる。また、この場合、薄膜の側面にはある特定の
結晶面が現れるため、側面は平面状となる。このような
断面形状は、液相エピタキシにより形成した薄膜をパタ
ーニングする従来の方法を用いた場合においても観察さ
れる。
1の全面に磁性ガーネット層12を液相エピタキシによ
り成膜した場合、磁性ガーネット層12の断面形状は極
めて偏平ではあるが巨視的に見れば順テーパー状であ
り、その側面は平面となる。
ネット層12を成膜した場合には、エッチング法を用い
てパターニングを行う必要がある。そのため、このよう
な場合、最終的に形成される光導波路には、液相エピタ
キシにより形成された特徴的な断面形状は残されない。
すなわち、最終的に形成される光導波路の断面形状は、
エッチング工程で決定される。
或いはウェットエッチングを用いてパターニングした場
合、得られる光導波路の断面形状はエッチング条件等に
応じて多様である。しかしながら、これら方法は、磁性
ガーネット層12の露出部を等方的にエッチングするも
のであるので、それにより得られる光導波路の側面は曲
面となるものと考えられる。
性を有しているため、矩形状の断面形状を得るのには適
している。しかしながら、反応性イオンエッチングによ
り順テーパー状の断面形状を得ることは困難であると考
えられる。
及び平面で構成された側面、より詳細には、所定の結晶
面で構成された側面を有する光導波路5が得られること
は、本方法において特徴的であるといえる。
の幅に特に制限はないが、通常はサブミクロンのオーダ
ー〜数10μmの範囲内である。また、光導波路5の高
さについても特に制限はないが、通常はサブミクロンの
オーダー〜10μmの範囲内である。
とがなす角度の範囲は、磁性ガーネット層4に用いる材
料等に応じて異なる。通常、この角度は0°より大きく
90°よりも小さい。
光導波路5は等脚台形状或いは二等辺三角形状の断面形
状を有する。光導波路5がいずれの断面形状をとるかは
光導波路5の幅や高さ及び光導波路5の側面と単結晶下
地層1の主面とがなす角度に応じて決定される。例え
ば、光導波路5は、その幅が広い場合には等脚台形状の
断面形状を有し、その幅が狭い場合には二等辺三角形状
の断面形状を有する。
磁性ガーネット層4と格子整合をとることができ且つ液
相エピタキシの際に磁性ガーネット層4が形成されるも
のであれば特に制限はなく、例えば、Gd3Ga5O12等
のガーネットを挙げることができる。通常、単結晶下地
層1は、単結晶基板である。
トとしては、上記単結晶下地層1上に液相エピタキシに
より成長可能な材料であれば特に制限はなく、例えば、
(LuNdBi)3(FeAl)5O12等を挙げることが
できる。
ォトリソグラフィー技術において一般に使用されるフォ
トレジスト等を使用することができる。また、金属層3
の材料としては、例えば、Tiのような金属を挙げるこ
とができる。
2(a)〜(e)は、それぞれ、本発明の実施例に係る
光導波路素子の製造方法を概略的に示す断面図である。
図2(e)に示す光導波路素子を、以下に示す方法によ
り作製した。
a5O12で示される組成のガーネット基板1上に、電子
ビーム露光用のポジ型レジストであるOEBR−100
0をスピナーにより塗布して厚さ0.5μmの塗布膜を
形成した。この塗布膜を180℃で30分間ベーキング
することにより、レジスト層2を形成した。
スト層2上に、真空蒸着装置を用いて厚さ約0.2μm
のAl膜6を成膜した。このAl膜6は、後述する電子
ビーム露光時に基板1が帯電するのを防止するものであ
る。
路が形成されない領域を電子ビームで露光した。露光
後、Al膜6をNaOH水溶液を用いて除去した。その
後、レジスト層2をメチルイソブチルケトンとイソプロ
ピルアルコール(IPA)とを1:1の比で混合してな
る現像液で現像し、IPAでリンスした。さらに、現像
後に僅かに残留する不所望なレジストをO2プラズマア
ッシングにより除去した。なお、アッシングは、入射電
力を50Wとし、45秒間行った。以上のようにして、
図2(c)に示すレジスト層2からなるレジストパター
ンを形成した。
て、基板1上に厚さ約90nmのTi膜3を成膜した。
なお、Ti膜3は、E−gunを用いて、すなわち、電
子ビームを用いた蒸着法により成膜した。
浸漬させることによりリフトオフを行った。レジスト層
2上に成膜されたTi膜3はレジストとともに除去さ
れ、基板1上に成膜されたTi膜3のみが残留し、その
結果、図2(d)に示す構造が得られた。
(e)に示すように、基板1上に(LuNdBi)
3(FeAl)5O12で示される組成の磁性ガーネットか
らなる光導波路5を液相エピタキシャル成長法により形
成した。なお、成長温度は755℃とし、成長時間は3
0秒〜1分とした。また、Ti膜3は、磁性ガーネット
の成長の際に、上記磁性ガーネットの液晶エピタキシャ
ル成長に用いた溶融液中に溶け込み、基板1上から消失
した。
す光導波路素子の光導波路5の膜厚は約0.45〜0.
62μmであり、波長1.55μmの光についての屈折
率は約2.25〜2.26であった(膜厚及び屈折率は
m−line法により測定した)。また、光導波路5の
露出面は平坦であり且つ結晶面で構成されていた。
た光導波路素子の電子顕微鏡写真である。図3に示す光
導波路素子において、光導波路5は等脚台形状の断面形
状を有している。一方、図4に示す光導波路素子におい
て、光導波路5は二等辺三角形状の断面形状を有してい
る。図3に示す光導波路素子はレジストパターンの線幅
をより広くした場合に得られたものであり、図4に示す
光導波路素子はレジストパターンの線幅をより狭くした
場合に得られたものである。以上から、金属マスク3の
開口幅に応じて、光導波路5の断面形状及び寸法を制御
可能であることが確認された。
約22°の角度をなしており、且つ(3 2 1)面に
相当することが確認された。
側壁がエッチングダメージを受けていないため、光損失
が極めて低減されていることが確認された。
光導波路は、所定のパターンの開口部を有する金属層が
形成された単結晶下地層上で結晶成長を生じさせること
により形成される。そのため、エッチングを用いた場合
とは異なり、その形状及び寸法を正確に制御することが
可能であり、且つ光導波路素子を少ない工程数で製造す
ることが可能である。
トで構成された光導波路を有し、その形状及び寸法を正
確に制御することが可能な光導波路素子及びその製造方
法が提供される。また、本発明によると、磁性ガーネッ
トで構成された光導波路を有し、少ない工程数で製造す
ることが可能な光導波路素子及びその製造方法が提供さ
れる。
形態に係る光導波路素子の製造方法を概略的に示す断面
図。
に係る光導波路素子の製造方法を概略的に示す断面図。
鏡写真図。
鏡写真図。
ネット光導波路の形成方法を概略的に示す断面図。
Claims (5)
- 【請求項1】 単結晶下地層と前記単結晶下地層上に形
成された磁性ガーネット層とを具備し、前記磁性ガーネ
ット層は前記単結晶下地層上に単結晶の磁性ガーネット
から実質的になる単結晶部と多結晶の磁性ガーネットか
らなる多結晶部とが並置された構造を有し、前記単結晶
部は光導波路を構成していることを特徴とする光導波路
素子。 - 【請求項2】 前記単結晶部は前記多結晶部に比べてよ
り厚く形成されたことを特徴とする請求項1に記載の光
導波路素子。 - 【請求項3】 前記光導波路の露出部は順テーパー状の
断面形状を有すること及び前記光導波路の露出した側面
は平面で構成されたことを特徴とする請求項2に記載の
光導波路素子。 - 【請求項4】 単結晶下地層上に所定のパターンの開口
部を有する金属層を形成する工程と、 前記金属層が形成された単結晶下地層の露出面上で液相
エピタキシにより磁性ガーネットの結晶成長を生じさせ
つつ前記金属層の溶融を生じさせて前記単結晶下地層の
前記開口部に対応する領域に単結晶の磁性ガーネットか
ら実質的になる光導波路を形成するとともに前記金属層
を前記単結晶下地層上から除去する工程とを具備するこ
とを特徴とする光導波路素子の製造方法。 - 【請求項5】 前記光導波路を形成するとともに前記金
属層を除去する工程は、前記単結晶下地層の前記金属層
を除去することにより露出した面上で多結晶の磁性ガー
ネットを成長させることを含む請求項4に記載の光導波
路素子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14638499A JP3079264B1 (ja) | 1999-05-26 | 1999-05-26 | 光導波路素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14638499A JP3079264B1 (ja) | 1999-05-26 | 1999-05-26 | 光導波路素子及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP3079264B1 true JP3079264B1 (ja) | 2000-08-21 |
JP2000338346A JP2000338346A (ja) | 2000-12-08 |
Family
ID=15406492
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14638499A Expired - Lifetime JP3079264B1 (ja) | 1999-05-26 | 1999-05-26 | 光導波路素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3079264B1 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9687962B2 (en) | 2012-06-29 | 2017-06-27 | Saint-Gobain Abrasives, Inc. | Abrasive article and method of forming |
US9862041B2 (en) | 2009-08-14 | 2018-01-09 | Saint-Gobain Abrasives, Inc. | Abrasive articles including abrasive particles bonded to an elongated body |
US9878382B2 (en) | 2015-06-29 | 2018-01-30 | Saint-Gobain Abrasives, Inc. | Abrasive article and method of forming |
US9902044B2 (en) | 2012-06-29 | 2018-02-27 | Saint-Gobain Abrasives, Inc. | Abrasive article and method of forming |
-
1999
- 1999-05-26 JP JP14638499A patent/JP3079264B1/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US9862041B2 (en) | 2009-08-14 | 2018-01-09 | Saint-Gobain Abrasives, Inc. | Abrasive articles including abrasive particles bonded to an elongated body |
US9687962B2 (en) | 2012-06-29 | 2017-06-27 | Saint-Gobain Abrasives, Inc. | Abrasive article and method of forming |
US9902044B2 (en) | 2012-06-29 | 2018-02-27 | Saint-Gobain Abrasives, Inc. | Abrasive article and method of forming |
US10596681B2 (en) | 2012-06-29 | 2020-03-24 | Saint-Gobain Abrasives, Inc. | Abrasive article and method of forming |
US9878382B2 (en) | 2015-06-29 | 2018-01-30 | Saint-Gobain Abrasives, Inc. | Abrasive article and method of forming |
US10137514B2 (en) | 2015-06-29 | 2018-11-27 | Saint-Gobain Abrasives, Inc. | Abrasive article and method of forming |
US10583506B2 (en) | 2015-06-29 | 2020-03-10 | Saint-Gobain Abrasives, Inc. | Abrasive article and method of forming |
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