JP3885939B2

JP3885939B2 - Manufacturing method of optical waveguide device

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Publication number: JP3885939B2
Application number: JP2002067931A
Authority: JP
Inventors: 省一郎山口; 隆智根萩; 真岩井
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2022-03-13
Also published as: JP2003270689A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路と、光導波路内に形成された周期分極反転構造とを備えている光導波路デバイスの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光情報処理技術全般において、高密度光記録を実現するためには、波長４００−４３０ｎｍ程度の青色光を，３０ｍＷ以上の出力で安定的に発振する青色光レーザーが要望されており、開発競争が行われている。青色光光源としては、赤色光を基本波として発振するレーザーと、ＱＰＭグレーディングが形成された光導波路デバイスとを組み合わせた光導波路型の波長変換素子が期待されている。
【０００３】
光導波路デバイスにおいては、所定の周期を有する周期分極反転構造によって、ＱＰＭグレーディングが実現されており、周期分極反転構造の形成方法としては、いわゆる電圧印加法が知られている。電圧印加法においては、金属で形成された電極パターンに沿って、周期分極反転構造が形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
周期分極反転構造は外観によりその位置を特定することができない。そこで、周期分極反転構造の位置を特定する場合には、電極パターンとの位置関係を利用することが考えられる。
【０００５】
しかし、周期分極反転構造の近くに金属電極が存在すると、光導波路の損失が大きくなり、高出力の光導波路デバイスを得ることが困難となる。そのため、光導波路の形成前または形成後に金属を除去することが好ましい。
【０００６】
ところが、光導波路形成前に金属電極が除去されると、電極電極による周期分極反転構造の位置特定ができなくなるため、光導波路のアライメントが難しくなってしまう。
【０００７】
本発明の課題は、光導波路と、光導波路内に形成された周期分極反転構造とを備えている光導波路デバイスを製造するのに際して、金属電極による光導波路の損失を抑えつつ、光導波路を精度よくアライメントすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光導波路と、光導波路内に形成された周期分極反転構造とを備えている光導波路デバイスの製造方法であって、
エッチング処理によって、基板に櫛型電極を形成する電極形成工程、
櫛型電極を用いて電圧印加法によって基板内に周期分極反転構造を形成する周期分極反転構造形成工程、
周期分極反転構造が形成された後に、櫛型電極を除去する電極除去工程、および
前記基板に設けられた、周期分極反転構造の位置を特定する位置特定手段を基準として光導波路を形成する光導波路形成工程を備えており、前記エッチング処理のときにオーバーエッチングすることにより、櫛型電極の周りに凹部を形成し、かつ櫛型電極の下に突起部を形成し、位置特定手段は突起部であることを特徴とする。
また、本発明は、光導波路と、光導波路内に形成された周期分極反転構造とを備えている光導波路デバイスの製造方法であって、
複数の電極片を有する櫛型電極を用いて、電圧印加法によって強誘電体単結晶基板内に前記周期分極反転構造を形成する周期分極反転構造形成工程、
周期分極反転構造が形成された後に、電極片の先端部を除去することにより櫛型アライメントマークを形成する先端除去工程、および
前記基板に設けられた、周期分極反転構造の位置を特定する位置特定手段を基準として光導波路を形成する光導波路形成工程を備えており、
位置特定手段は櫛型アライメントマークであることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、光導波路内に形成された周期分極反転構造とを備えている光導波路デバイスを製造するのに際して、金属電極による光導波路の損失を抑えつつ、光導波路を精度よくアライメントすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、光導波路デバイス製造工程の一例を説明するための図である。光導波路デバイス製造工程においては、まず、電極印加法により基板１に周期分極反転構造２０を形成する。基板１としては、強誘電体単結晶からなるオフカット基板を使用する。強誘電体単結晶の方向Ｂは、表面１ａおよび裏面１ｂに対して所定角度、例えば５°傾斜しているので、この基板１は、オフカット基板と呼ばれている。
【００１１】
基板１の表面１ａに櫛型電極３０および第三の電極６を形成し、裏面１ｂに第二の電極（一様電極）５を形成する。櫛型電極３０は、周期的に配列された複数の細長い電極片３４と、多数の電極片３４を接続する細長い給電電極３２とからなる櫛型の電極である。第三の電極６は細長い対向電極片６ａからなっており、対向電極片６ａは、電極片３４の先端３７に対向するように設けられている。
【００１２】
最初に基板１の全体を方向Ｂ、すなわち非分極反転方向４Ｂに分極させておく。そして、例えば櫛型電極３０と第三の電極６との間にＶ１の電圧を印加し、櫛型電極３０と第二の電極５との間にＶ２の電圧を印加すると、分極反転部２２が各電極片３４の先端から方向Ｂと平行に徐々に進展する。分極反転部２２の分極の方向である分極反転方向４Ａは、非分極反転方向４Ｂとは正反対になる。なお、電極片３４に対応しない位置、すなわち隣接する分極反転部２２の間には、分極反転していない非分極反転部２４が形成されている。このようして、分極反転部２２と非分極反転部２４とが交互に配列された周期分極反転構造２０が形成される。
【００１３】
光導波路デバイスにおいては、周期分極反転構造２０が形成された位置に光導波路１５ａが形成される。従って、光導波路デバイスの製造工程において光導波路１５ａを形成する場合、光導波路１５ａを形成する位置、すなわち周期分極反転構造２０の位置を特定する必要がある。
【００１４】
以下、周期分極反転構造２０を特定するために利用される位置特定手段について説明する。
【００１５】
位置特定手段は、基板上で周期分極反転構造との相対的な位置関係が定まっており、かつ光導波路形成時に参照可能な目印を意味する。従って、これらの条件を満足する限り、特に限定されない。
【００１６】
第一の実施形態においては、エッチング処理によって、基板に櫛型電極を形成する電極形成工程、櫛型電極を用いて電圧印加法によって基板内に周期分極反転構造を形成する工程、および周期分極反転構造が形成された後に、櫛型電極を除去する電極除去工程をさらに備え、エッチング処理のときにオーバーエッチングすることにより、櫛型電極の周りに凹部を形成し、かつ櫛型電極の下に突起部を形成し、電極を除去した後に突起部を露出させる。この突起部を位置特定手段として参照しつつ、光導波路を形成する。
【００１７】
図２および図３を参照して、第一の実施形態に係る位置特定手段４０について説明する。図２（Ａ）は、櫛型電極３０が形成された後の表面１ａを示す平面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のIIＢ−IIＢ線断面図である（拡大図）。図３は、櫛型電極３０が除去された後の位置特定手段４０を示す。図３（Ａ）は、位置特定手段４０を含む表面１ａを示す平面図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のIIIＢ−IIIＢ線断面図である（拡大図）。
【００１８】
以下、図２を参照しつつ、位置特定手段４０の形成工程について説明する。櫛型電極３０および第三の電極６は、表面１ａに金属膜を形成し、エッチング処理することによって形成される。このとき、さらにオーバーエッチングすることにより、櫛型電極３０および第三の電極６の周りに凹部５０が形成され、櫛型電極３０の下には突起部４１が形成される。
【００１９】
図３に示すように、櫛型電極３０が除去された後は、突起部４１の表面４５が露出する。このように、櫛型電極３０が除去された後に、突起部４１で構成される位置特定手段４０が形成される。位置特定手段４０は、給電電極３２に対応する位置に設けられた軸部４２と、電極片３４に対応する位置に設けられた反転特定部４４とを有している。また、図３（Ｂ）に示すように、位置特定手段４０の側面４６は、櫛型電極３０の側面３６に沿って形成されており、位置特定手段４０の表面４５は、櫛型電極３０の底面３８に接している。底面５０ａは、表面４５よりも裏面１ｂ側に設けられている。
【００２０】
表面４５と底面５０ａは、Ｄだけ異なる高さに設けられているので、顕微鏡を観察することにより、分極反転部２２の位置に対応する位置に設けられた反転特定部４４の位置を特定することができる。従って、位置特定手段４０を用いて、周期分極反転構造２０の位置を特定することができる。
【００２１】
好適な実施形態においては、Ｄは１０ｎｍ以上である。Ｄが十分に大きくないと、顕微鏡で位置特定手段４０を観察するのが困難になってしまう。従って、顕微鏡での観察に十分な深さまでオーバーエッチングすることが好ましい。
【００２２】
一方、好適な実施形態においては、Ｄは３０ｎｍ以下である。深くエッチングするにつれて顕微鏡での観察は容易になるが、櫛型電極３０の線幅にばらつきが生じ、周期分極反転構造２０の形状にばらつきが生じてしまう。また、エッチングによる表面１ａの凹凸が大きくなると、光導波路１５ａの損失が大きくなってしまう。
【００２３】
本発明外の参考実施形態においては、基板に周期分極反転構造が形成された後に、周期分極反転構造をエッチング処理することによって凹凸配列を形成するエッチング処理工程をさらに備える。そして、凹凸配列を位置特定手段として参照しながら、光導波路を形成する。
【００２４】
図４および図５を参照して、参考実施形態に係る位置特定手段６０について説明する。図４（Ａ）は、位置特定手段６０を含む表面１ａを示す平面図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のIVＢ−IVＢ線断面図である。図５は、図４（Ａ）のV−V線断面である（拡大図）。
【００２５】
図４（Ａ）に示すように、位置特定手段６０は、先端３７近傍に設けられている。位置特定手段６０は、凹凸配列６１で構成されている。凹凸配列６１は、エッチング処理によって形成される。分極反転部２２は、非分極反転部２４に比べて、エッチング速度が速い。従って、両者をともにエッチング処理すると、図５に示すように高さの異なる凹部６１ａおよび凸部６１ｂが、それぞれ分極反転部２２および非分極反転部２４に対応する位置に形成される。基板１の分極反転方向４Ａは、裏面１ｂの方向に傾斜している。従って、図４（Ｂ）に示すように、分極反転部２２は、先端３７から第三の電極６に向けて分極反転方向４Ａに沿って形成される。従って、先端３７から離れた位置では、分極反転部２２は基板１の内部に形成されている。基板１の内部に形成された分極反転部２２はエッチングされないので、表面１ａ近傍に形成された分極反転部２２、すなわち先端３７近傍に形成された分極反転部２２の部分に凹部６１ａが形成される。
【００２６】
好適な実施形態としては、基板１としては、ｙカットまたはオフｙカット基板を使用する。また、好適な実施形態としては、エッチング処理には、フッ硝酸溶液を使用する。なお、この第二の実施形態については、第一の実施形態に比べて、分極反転構造を直接観察することができるので、最適な位置で導波路を加工することができ、高出力のＳＨＧ導波路を形成することができ、かつ、高歩留りで導波路を得ることができる。
【００２７】
第二の実施形態においては、複数の電極片を有する櫛型電極を用いて、電圧印加法によって基板内に周期分極反転構造を形成する周期分極反転構造形成工程、および周期分極反転構造が形成された後に、電極片の先端部を除去することにより櫛型アライメントマークを形成する先端除去工程をさらに備えている。
【００２８】
図６は、第二の形態に係る位置特定手段７０を示す。位置特定手段７０は、櫛型アライメントマーク７１で構成されている。櫛型アライメントマーク７１は、各電極片３４の先端部３４Ａを除去して形成される。周期分極反転構造２０が形成された後、櫛型電極３０の先端部３７Ａをマスキング処理した状態でエッチングすることにより、先端部３７Ａが除去される。位置特定手段７０は、軸部７２、および軸部７２から分極反転部２２の位置に向かって延びる複数の反転特定部７４を備えている。反転特定部７４は、電極片３４に対応する位置に設けられている。
【００２９】
櫛型電極３０が残されていると、櫛型電極３０を形成する金属の影響により光導波路１５ａにおける損失が大きくなることが問題であった。しかし、位置特定手段７０は光導波路１５ａから十分に離れた位置に設けられているので、位置特定手段７０を形成する金属の影響による光導波路１５ａにおける損失は問題にならない。
【００３０】
好適な実施形態としては、光導波路１５ａの中心と先端７７との距離Ｌは、１０μｍ以上である。さらに好適な実施形態としては、２０μｍ以上である。これにより、光導波路１５ａにおける光損失を、無視できるレベルまで低減することができる。なお、第二の実施形態は第一の実施形態に比べて、基板表面１ａの凹凸を大きく形成しなくてもよい。
【００３１】
本発明外の参考実施形態においては、基板に櫛型電極を形成する電極形成工程、櫛型電極を用いて電圧印加法によって基板内に周期分極反転構造を形成する周期分極反転構造形成工程、および周期分極反転構造が形成された後に、櫛型電極を除去する電極除去工程をさらに備え、電極形成工程において、基板における周期分極反転構造の位置を特定可能な位置にアライメントマークをさらに形成する。
【００３２】
図７は、参考実施形態に係る位置特定手段９０A、９０Bを示す。本実施の形態においては、光導波路１５ａの一端１５ｄおよび他端１５ｅに形成される第一のアライメントマーク９２および第二のアライメントマーク９３が位置特定手段９０A、９０Bとして利用される。
【００３３】
第一のアライメントマーク９２および第二のアライメントマーク９３は、櫛型電極３０および第三の電極６と同時に形成される。櫛型電極３０および第三の電極６は、周期分極反転構造２０を形成した後、エッチング処理により除去されるが、このとき位置特定手段９０A、９０Bをマスキング処理して残す。
【００３４】
上記した第一の実施形態から第二の実施形態に係る位置特定手段のうち、いずれかの、または複数の位置特定手段を形成できる。
【００３５】
以下、図８および図９を参照しつつ、周期分極反転構造２０および位置特定手段が形成された後の、光導波路デバイス製造工程について説明する。
【００３６】
図８は、光導波路デバイス製造工程において、基板１に固定用基板７が接合された状態を示す。基板１の表面１ａに、固定用基板７が接合層８を介して接合される。この段階では、光を厚さ方向に閉じ込め得る寸法まで基板１を薄くすることは困難である。このため、光導波路１５ａの両端となる縁１５ｂから縁１５ｃまでを残して、その両端の除去部１８ｂおよび除去部１８ｃを除去する。このとき、基板１に形成された位置特定手段を利用して、光導波路１５ａの両端となる縁１５ｂおよび縁１５ｃを形成する位置を特定する。
【００３７】
この加工の際に光導波路１５ａの厚さを調節する。こうした加工は、例えばダイシング加工装置やレーザー加工装置によって可能であるが、ダイシング加工のような機械的加工が好ましい。
【００３８】
なお、周期分極反転構造２０を特定する際には、裏面１ｂ側から位置特定手段４０を観察する。このとき基板１は薄く研削されているので、裏面１ｂ側からでも位置特定手段を観察することができる。
【００３９】
例えば、第一の実施形態に係る位置特定手段４０として利用される突起部４１と、基板１における他の部分とは凹凸を形成している。顕微鏡では、凸部分は凹部分に比べて明るく見えるので、突起部４１と他の部分に対応するコントラストが観察される。従って、顕微鏡で観察されるコントラストの位置から、周期分極反転構造２０の位置を特定することができる。
【００４０】
第二の実施形態に係る位置特定手段７０に係る位置特定手段９０は、いずれも金属で形成されているので、金属光沢を観察することができる。従って、顕微鏡で観察される金属光沢から、周期分極反転構造２０の位置を特定することができる。また、金属膜の部分が周囲よりも暗く見える場合もあり、この場合にはコントラストによって位置特定手段を観察できる。
【００４１】
図９は、リッジ型の光導波路１５ａが形成された基板１、すなわち光導波路デバイス１０を示す図である。基板１から除去部１８ｂおよび除去部１８ｃが除去され、平板部１６、１７とリッジ型の光導波路１５ａとが形成されている。平板部１６の１６ａおよび平板部１７の１７ａは加工面である。
【００４２】
むろん、基板の表面側から加工を行い、光導波路を形成することもできる。また、光導波路は、プロトン交換光導波路のようなイオン交換法によって形成された光導波路であってよい。また、チタン拡散光導波路のような、内拡散法によって形成された光導波路であってよい。これらの場合にも、光導波路のパターニングの際に本発明を利用できる。
【００４３】
上記の実施形態においては、基板１を接合層８によって固定用基板７に対して接着している。この場合には、接合層８の屈折率は基板１の屈折率よりも低いことが好ましく、また接合層８は非晶質であることが好ましい。接合層８の屈折率と基板１の屈折率との屈折率差は、５％以上であることが好ましく、１０％以上であることが更に好ましい。
【００４４】
接合層８の材質は、有機樹脂やガラス（特に好ましくは低融点ガラス）が好ましい。有機樹脂としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン樹脂等を例示できる。ガラスとしては、酸化珪素を主成分とする低融点ガラスが好ましい。
【００４５】
なお、強誘電体単結晶の種類は限定されない。しかし、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、Ｋ_３Ｌｉ_２Ｎｂ_５Ｏ_１５の各単結晶が特に好ましい。
【００４６】
強誘電体単結晶中には、三次元光導波路の耐光損傷性を更に向上させるために、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、スカンジウム（Ｓｃ）及びインジウム（Ｉｎ）からなる群より選ばれる１種以上の金属元素を含有させることができ、マグネシウムが特に好ましい。
【００４７】
分極反転特性（条件）が明確であるとの観点からは、ニオブ酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウムータンタル酸リチウム固溶体単結晶、又はこれらにマグネシウムを添加したものが特に好ましい。
【００４８】
強誘電体単結晶中には、ドープ成分として、希土類元素を含有させることができる。この希土類元素は、レーザー発振用の添加元素として作用する。この希土類元素としては、特にＮｄ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｐｒが好ましい。
【００４９】
周期分極反転構造２０を形成するためのマスクパターンを形成する材質としては、レジスト、ＳｉＯ_２、Ｔａ等を例示できる。マスクパターンを形成する方法としては、フォトリソグラフィー法を例示できる。
【００５０】
固定用基板の材質は特に限定されず、所定の構造強度を有していればよい。ただし、光導波路と熱膨張係数等の物性値が近い方が好ましく、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、Ｋ_３Ｌｉ_２Ｎｂ_５Ｏ_１５の各単結晶が特に好ましい。
【００５１】
本発明の素子を第二高調波発生装置として使用した場合には、高調波の波長は３３０−１６００ｎｍが好ましく、４００−４３０ｎｍが特に好ましい。
【００５２】
上記の各例においては、強誘電体単結晶基板を、例えば５°オフカット基板としたが、このオフカット角度は特に限定されない。特に好ましくは、オフカット角度は１°以上であり、あるいは、２０°以下である。
【００５３】
また、基板１として、いわゆるＸカット基板、Ｙカット基板、Ｚカット基板を使用可能である。Ｘカット基板やＹカット基板を使用する場合には、第二の電極を裏面１ｂに設けず、一表面１ａ上に設け、第一の電極と第二の電極との間に電圧を印加することができる。この場合には、第三の電極はなくともよいが、浮動電極として残しておいても良い。また、Ｚカット基板を使用する場合には、第二の電極を裏面１ｂ上に設け、第一の電極と第二の電極との間に電圧を印加することができる。この場合には、第三の電極は必ずしも必要ないが、浮動電極として残しておいても良い。
【００５４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、光導波路デバイスを製造するのに際して、位置特定手段を利用することにより、金属パターンによる光導波路の損失を抑えつつ、光導波路を精度よくアライメントすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光導波路デバイス製造工程を説明するための図である。
【図２】第一の実施形態における位置特定手段４０を示す図である。
【図３】櫛型電極３０が除去された後の、位置特定手段４０を示す図である。
【図４】参考実施形態における位置特定手段６０を示す図である。
【図５】図４（Ａ）に示す基板１の横断面図である。
【図６】第二の実施形態における位置特定手段７０を示す図である。
【図７】参考実施形態における位置特定手段９０を示す図である。
【図８】光導波路デバイス製造工程において、基板１に固定用基板７が接合された状態を示す図である。
【図９】光導波路デバイス１０を示す図である。
【符号の説明】
１基板１ａ表面１ｂ裏面４Ａ分極反転方向４Ｂ非分極反転方向５第二の電極６第三の電極１０光導波路デバイス１５ａ光導波路２０周期分極反転構造２２分極反転部２４非分極反転部３０第一の電極３２給電電極３４電極片３４ａ表面３４ｂ側面３４ｃ先端３７Ａ先端部４０位置特定手段４１突起部４反転特定部５０凹部５０ａ底面６０位置特定手段６１凹凸配列６１ａ凹部６１ｂ凸部７０位置特定手段７１櫛型アライメントマーク７４反転特定部７７先端９０Ａ，９０Ｂ位置特定手段９２第一のアライメントマーク９３第二のアライメントマーク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical waveguide device manufacturing method including an optical waveguide and a periodically poled structure formed in the optical waveguide.
[0002]
[Prior art]
In general optical information processing technology, in order to realize high-density optical recording, there is a demand for a blue light laser that stably oscillates blue light having a wavelength of about 400 to 430 nm with an output of 30 mW or more. Has been done. As a blue light source, an optical waveguide type wavelength conversion element combining a laser that oscillates with red light as a fundamental wave and an optical waveguide device formed with QPM grading is expected.
[0003]
In an optical waveguide device, QPM grading is realized by a periodically poled structure having a predetermined period, and a so-called voltage application method is known as a method for forming a periodically poled structure. In the voltage application method, a periodic polarization inversion structure is formed along an electrode pattern formed of metal.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The position of the periodically poled structure cannot be specified by appearance. Therefore, when specifying the position of the periodically poled structure, it is conceivable to use the positional relationship with the electrode pattern.
[0005]
However, if a metal electrode is present near the periodically poled structure, the loss of the optical waveguide increases, making it difficult to obtain a high-power optical waveguide device. Therefore, it is preferable to remove the metal before or after the formation of the optical waveguide.
[0006]
However, if the metal electrode is removed before the optical waveguide is formed, the position of the periodically poled structure cannot be specified by the electrode electrode, so that the alignment of the optical waveguide becomes difficult.
[0007]
An object of the present invention is to manufacture an optical waveguide device including an optical waveguide and a periodically poled structure formed in the optical waveguide, while suppressing the loss of the optical waveguide due to the metal electrode and accurately adjusting the optical waveguide. Align well.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is an optical waveguide device manufacturing method comprising an optical waveguide and a periodically poled structure formed in the optical waveguide,
An electrode forming step of forming a comb-shaped electrode on the substrate by etching;
Periodic polarization reversal structure forming step of forming a periodic polarization reversal structure in the substrate by a voltage application method using a comb-shaped electrode,
An electrode removal step of removing the comb-shaped electrode after the periodic domain-inverted structure is formed; and
Provided on the substrate provided with an optical waveguide forming step of forming an optical waveguide the position specifying means for specifying the position of the periodically poled structure as a reference, by over-etching during the etching process, the comb A concave portion is formed around the electrode, and a protrusion is formed under the comb-shaped electrode, and the position specifying means is a protrusion .
Further, the present invention is an optical waveguide device manufacturing method comprising an optical waveguide and a periodically poled structure formed in the optical waveguide,
Periodic polarization inversion structure forming step of forming the periodic polarization inversion structure in a ferroelectric single crystal substrate by a voltage application method using a comb-shaped electrode having a plurality of electrode pieces,
A tip removal step of forming a comb-shaped alignment mark by removing the tip of the electrode piece after the periodic domain-inverted structure is formed; and
An optical waveguide forming step of forming an optical waveguide with reference to a position specifying means for specifying a position of a periodically poled structure provided on the substrate;
The position specifying means is a comb-shaped alignment mark.
[0009]
According to the present invention, when manufacturing an optical waveguide device having a periodically poled structure formed in an optical waveguide, the optical waveguide is accurately aligned while suppressing loss of the optical waveguide due to metal electrodes. Can do.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram for explaining an example of an optical waveguide device manufacturing process. In the optical waveguide device manufacturing process, first, the periodically poled structure 20 is formed on the substrate 1 by an electrode application method. As the substrate 1, an off-cut substrate made of a ferroelectric single crystal is used. Since the direction B of the ferroelectric single crystal is inclined at a predetermined angle, for example, 5 °, with respect to the front surface 1a and the back surface 1b, the substrate 1 is called an off-cut substrate.
[0011]
A comb electrode 30 and a third electrode 6 are formed on the front surface 1a of the substrate 1, and a second electrode (uniform electrode) 5 is formed on the back surface 1b. The comb-shaped electrode 30 is a comb-shaped electrode including a plurality of elongated electrode pieces 34 periodically arranged and elongated power supply electrodes 32 that connect the many electrode pieces 34. The third electrode 6 is composed of an elongated counter electrode piece 6 a, and the counter electrode piece 6 a is provided so as to face the tip 37 of the electrode piece 34.
[0012]
First, the entire substrate 1 is polarized in the direction B, that is, the non-polarization inversion direction 4B. For example, when a voltage V1 is applied between the comb electrode 30 and the third electrode 6 and a voltage V2 is applied between the comb electrode 30 and the second electrode 5, the polarization inversion unit 22 is It progresses gradually from the tip of each electrode piece 34 in parallel with direction B. The polarization reversal direction 4A, which is the polarization direction of the polarization reversal unit 22, is opposite to the non-polarization reversal direction 4B. A non-polarization inversion portion 24 that is not polarization-inverted is formed at a position not corresponding to the electrode piece 34, that is, between the adjacent polarization inversion portions 22. In this way, the periodic polarization inversion structure 20 in which the polarization inversion portions 22 and the non-polarization inversion portions 24 are alternately arranged is formed.
[0013]
In the optical waveguide device, the optical waveguide 15a is formed at the position where the periodically poled structure 20 is formed. Therefore, when forming the optical waveguide 15a in the manufacturing process of the optical waveguide device, it is necessary to specify the position where the optical waveguide 15a is formed, that is, the position of the periodically poled structure 20.
[0014]
Hereinafter, the position specifying means used for specifying the periodically poled structure 20 will be described.
[0015]
The position specifying means means a mark that has a relative positional relationship with the periodically poled structure on the substrate and can be referred to when forming the optical waveguide. Accordingly, there is no particular limitation as long as these conditions are satisfied.
[0016]
In the first embodiment, an electrode forming step of forming a comb-shaped electrode on the substrate by etching, a step of forming a periodic polarization reversal structure in the substrate by a voltage application method using the comb-shaped electrode, and a periodic polarization reversal After the structure is formed, an electrode removing step for removing the comb-shaped electrode is further provided, and a recess is formed around the comb-shaped electrode by over-etching during the etching process, and a protrusion is formed under the comb-shaped electrode. After forming the part and removing the electrode, the protruding part is exposed. The optical waveguide is formed while referring to the protrusion as the position specifying means.
[0017]
With reference to FIG. 2 and FIG. 3, the position specification means 40 which concerns on 1st embodiment is demonstrated. FIG. 2A is a plan view showing the surface 1a after the comb electrode 30 is formed. 2B is a cross-sectional view taken along the line IIB-IIB in FIG. 2A (enlarged view). FIG. 3 shows the position specifying means 40 after the comb electrode 30 is removed. FIG. 3A is a plan view showing the surface 1 a including the position specifying means 40. 3B is a cross-sectional view taken along the line IIIB-IIIB in FIG. 3A (enlarged view).
[0018]
Hereinafter, the formation process of the position specifying means 40 will be described with reference to FIG. The comb electrode 30 and the third electrode 6 are formed by forming a metal film on the surface 1a and performing an etching process. At this time, by further over-etching, a recess 50 is formed around the comb electrode 30 and the third electrode 6, and a protrusion 41 is formed under the comb electrode 30.
[0019]
As shown in FIG. 3, after the comb-shaped electrode 30 is removed, the surface 45 of the protrusion 41 is exposed. Thus, after the comb-shaped electrode 30 is removed, the position specifying means 40 composed of the protrusions 41 is formed. The position specifying means 40 includes a shaft portion 42 provided at a position corresponding to the power supply electrode 32 and an inversion specifying portion 44 provided at a position corresponding to the electrode piece 34. Further, as shown in FIG. 3B, the side surface 46 of the position specifying means 40 is formed along the side surface 36 of the comb electrode 30, and the surface 45 of the position specifying means 40 is formed on the comb electrode 30. It is in contact with the bottom surface 38. The bottom surface 50 a is provided on the back surface 1 b side with respect to the front surface 45.
[0020]
Since the surface 45 and the bottom surface 50a are provided at different heights by D, the position of the inversion specifying unit 44 provided at the position corresponding to the position of the polarization inversion unit 22 is specified by observing the microscope. Can do. Accordingly, the position of the periodically poled structure 20 can be specified using the position specifying means 40.
[0021]
In a preferred embodiment, D is 10 nm or more. If D is not sufficiently large, it will be difficult to observe the position specifying means 40 with a microscope. Therefore, it is preferable to over-etch to a depth sufficient for observation with a microscope.
[0022]
On the other hand, in a preferred embodiment, D is 30 nm or less. As deep etching is performed, observation with a microscope becomes easier, but the line width of the comb-shaped electrode 30 varies, and the shape of the periodically poled structure 20 varies. Moreover, when the unevenness | corrugation of the surface 1a by etching becomes large, the loss of the optical waveguide 15a will become large.
[0023]
The reference embodiment outside the present invention further includes an etching process step of forming an uneven arrangement by etching the periodic polarization reversal structure after the periodic polarization reversal structure is formed on the substrate. Then, the optical waveguide is formed while referring to the concave / convex arrangement as the position specifying means.
[0024]
With reference to FIGS. 4 and 5, the position specifying means 60 according to the reference embodiment will be described. FIG. 4A is a plan view showing the surface 1 a including the position specifying means 60. FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line IVB-IVB in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line V-V in FIG.
[0025]
As shown in FIG. 4A, the position specifying means 60 is provided in the vicinity of the tip 37. The position specifying means 60 is composed of a concavo-convex array 61. The uneven arrangement 61 is formed by an etching process. The polarization inversion part 22 has a higher etching rate than the non-polarization inversion part 24. Therefore, when both are etched, as shown in FIG. 5, the concave portions 61a and the convex portions 61b having different heights are formed at positions corresponding to the polarization inversion portions 22 and the non-polarization inversion portions 24, respectively. The polarization inversion direction 4A of the substrate 1 is inclined in the direction of the back surface 1b. Therefore, as shown in FIG. 4B, the polarization inversion portion 22 is formed along the polarization inversion direction 4 </ b> A from the tip 37 toward the third electrode 6. Therefore, the polarization inversion part 22 is formed inside the substrate 1 at a position away from the tip 37. Since the domain-inverted portion 22 formed in the substrate 1 is not etched, a recess 61a is formed in the domain-inverted portion 22 formed in the vicinity of the surface 1a, that is, the portion of the domain-inverted portion 22 formed in the vicinity of the tip 37. .
[0026]
In a preferred embodiment, the substrate 1 is a y-cut or off-y-cut substrate. In a preferred embodiment, a hydrofluoric acid solution is used for the etching process. In this second embodiment, since the domain-inverted structure can be directly observed compared to the first embodiment, the waveguide can be processed at an optimum position, and a high-power SHG waveguide can be processed. A waveguide can be formed, and a waveguide can be obtained with a high yield.
[0027]
In the second embodiment, a periodic polarization reversal structure forming step for forming a periodic polarization reversal structure in a substrate by a voltage application method using a comb-shaped electrode having a plurality of electrode pieces, and a periodic polarization reversal structure are formed. And a tip removing step of forming a comb-shaped alignment mark by removing the tip of the electrode piece.
[0028]
FIG. 6 shows position specifying means 70 according to the second embodiment. The position specifying means 70 includes a comb-shaped alignment mark 71. The comb-shaped alignment mark 71 is formed by removing the tip 34A of each electrode piece 34. After the periodic polarization reversal structure 20 is formed, the tip portion 37A is removed by etching the tip portion 37A of the comb-shaped electrode 30 in a masked state. The position specifying means 70 includes a shaft part 72 and a plurality of inversion specifying parts 74 extending from the shaft part 72 toward the position of the polarization inversion part 22. The inversion specifying part 74 is provided at a position corresponding to the electrode piece 34.
[0029]
If the comb electrode 30 is left, there is a problem that the loss in the optical waveguide 15a increases due to the influence of the metal forming the comb electrode 30. However, since the position specifying means 70 is provided at a position sufficiently away from the optical waveguide 15a, the loss in the optical waveguide 15a due to the influence of the metal forming the position specifying means 70 does not matter.
[0030]
In a preferred embodiment, the distance L between the center of the optical waveguide 15a and the tip 77 is 10 μm or more. In a more preferred embodiment, it is 20 μm or more. Thereby, the optical loss in the optical waveguide 15a can be reduced to a negligible level. In the second embodiment, the unevenness of the substrate surface 1a may not be formed larger than that in the first embodiment.
[0031]
In a reference embodiment outside the present invention, an electrode forming step of forming a comb electrode on the substrate, a periodic polarization inversion structure forming step of forming a periodic polarization inversion structure in the substrate by a voltage application method using the comb electrode, and After the periodic polarization reversal structure is formed, the method further includes an electrode removal step of removing the comb-shaped electrode. In the electrode formation step, an alignment mark is further formed at a position where the position of the periodic polarization reversal structure on the substrate can be specified.
[0032]
FIG. 7 shows position specifying means 90A and 90B according to the reference embodiment. In the present embodiment, the first alignment mark 92 and the second alignment mark 93 formed on the one end 15d and the other end 15e of the optical waveguide 15a are used as the position specifying means 90A and 90B.
[0033]
The first alignment mark 92 and the second alignment mark 93 are formed simultaneously with the comb-shaped electrode 30 and the third electrode 6. The comb-shaped electrode 30 and the third electrode 6 are removed by etching after forming the periodically poled structure 20, but at this time, the position specifying means 90A and 90B are left masked.
[0034]
Among the position specifying means according to the first to second embodiments described above, any or a plurality of position specifying means can be formed.
[0035]
Hereinafter, the optical waveguide device manufacturing process after the periodic polarization reversal structure 20 and the position specifying means are formed will be described with reference to FIGS. 8 and 9.
[0036]
FIG. 8 shows a state in which the fixing substrate 7 is bonded to the substrate 1 in the optical waveguide device manufacturing process. A fixing substrate 7 is bonded to the surface 1 a of the substrate 1 via a bonding layer 8. At this stage, it is difficult to reduce the thickness of the substrate 1 to a size that can confine light in the thickness direction. For this reason, the removal part 18b and the removal part 18c of the both ends are removed leaving the edge 15b to the edge 15c used as the both ends of the optical waveguide 15a. At this time, the position specifying means formed on the substrate 1 is used to specify the positions at which the edges 15b and 15c forming the both ends of the optical waveguide 15a are formed.
[0037]
During the processing, the thickness of the optical waveguide 15a is adjusted. Such processing can be performed by, for example, a dicing apparatus or a laser processing apparatus, but mechanical processing such as dicing is preferable.
[0038]
When specifying the periodically poled structure 20, the position specifying means 40 is observed from the back surface 1b side. At this time, since the substrate 1 is thinly ground, the position specifying means can be observed even from the back surface 1b side.
[0039]
For example, the protrusion 41 used as the position specifying unit 40 according to the first embodiment and other portions of the substrate 1 form irregularities. In the microscope, since the convex portion looks brighter than the concave portion, the contrast corresponding to the protrusion 41 and other portions is observed. Therefore, the position of the periodically poled structure 20 can be specified from the contrast position observed with a microscope.
[0040]
Since all of the position specifying means 90 according to the position specifying means 70 according to the second embodiment are made of metal, it is possible to observe metallic luster. Therefore, the position of the periodically poled structure 20 can be specified from the metallic luster observed with a microscope. In addition, the metal film portion may appear darker than the surroundings. In this case, the position specifying means can be observed by contrast.
[0041]
FIG. 9 is a diagram showing the substrate 1, that is, the optical waveguide device 10, on which the ridge type optical waveguide 15a is formed. The removal portion 18b and the removal portion 18c are removed from the substrate 1, and the flat plate portions 16 and 17 and the ridge type optical waveguide 15a are formed. 16a of the flat plate part 16 and 17a of the flat plate part 17 are processed surfaces.
[0042]
Of course, the optical waveguide can also be formed by processing from the surface side of the substrate. The optical waveguide may be an optical waveguide formed by an ion exchange method such as a proton exchange optical waveguide. Further, it may be an optical waveguide formed by an internal diffusion method, such as a titanium diffusion optical waveguide. Also in these cases, the present invention can be used in patterning the optical waveguide.
[0043]
In the above embodiment, the substrate 1 is bonded to the fixing substrate 7 by the bonding layer 8. In this case, the refractive index of the bonding layer 8 is preferably lower than the refractive index of the substrate 1, and the bonding layer 8 is preferably amorphous. The refractive index difference between the refractive index of the bonding layer 8 and the refractive index of the substrate 1 is preferably 5% or more, and more preferably 10% or more.
[0044]
The material of the bonding layer 8 is preferably organic resin or glass (particularly preferably low-melting glass). Examples of the organic resin include acrylic resins, epoxy resins, and silicone resins. As the glass, low melting glass mainly composed of silicon oxide is preferable.
[0045]
The type of ferroelectric single crystal is not limited. However, single crystals of lithium niobate (LiNbO ₃ ), lithium tantalate (LiTaO ₃ ), lithium niobate-lithium tantalate solid solution, and K ₃ Li ₂ Nb ₅ O ₁₅ are particularly preferable.
[0046]
The ferroelectric single crystal is selected from the group consisting of magnesium (Mg), zinc (Zn), scandium (Sc) and indium (In) in order to further improve the light damage resistance of the three-dimensional optical waveguide. More than one metal element can be contained, and magnesium is particularly preferred.
[0047]
From the viewpoint that the domain inversion characteristics (conditions) are clear, lithium niobate single crystals, lithium niobate-lithium tantalate solid solution single crystals, or those obtained by adding magnesium to these are particularly preferable.
[0048]
The ferroelectric single crystal can contain a rare earth element as a doping component. This rare earth element acts as an additive element for laser oscillation. As this rare earth element, Nd, Er, Tm, Ho, Dy, and Pr are particularly preferable.
[0049]
Examples of a material for forming a mask pattern for forming the periodically poled structure 20 include resist, SiO ₂ , and Ta. As a method for forming the mask pattern, a photolithography method can be exemplified.
[0050]
The material of the fixing substrate is not particularly limited as long as it has a predetermined structural strength. However, it is preferable that the optical waveguide and the physical property values such as thermal expansion coefficients are close to each other, and lithium niobate (LiNbO ₃ ), lithium tantalate (LiTaO ₃ ), lithium niobate-lithium tantalate solid solution, K ₃ Li ₂ Nb ₅ O ₁₅ single crystals are particularly preferred.
[0051]
When the element of the present invention is used as a second harmonic generator, the wavelength of the harmonic is preferably 330 to 1600 nm, particularly preferably 400 to 430 nm.
[0052]
In each of the above examples, the ferroelectric single crystal substrate is, for example, a 5 ° offcut substrate, but the offcut angle is not particularly limited. Particularly preferably, the off-cut angle is 1 ° or more, or 20 ° or less.
[0053]
As the substrate 1, a so-called X-cut substrate, Y-cut substrate, or Z-cut substrate can be used. When using an X-cut substrate or a Y-cut substrate, the second electrode is not provided on the back surface 1b, but is provided on the one surface 1a, and a voltage is applied between the first electrode and the second electrode. Can do. In this case, the third electrode may not be provided, but may be left as a floating electrode. Moreover, when using a Z cut board | substrate, a 2nd electrode can be provided on the back surface 1b, and a voltage can be applied between a 1st electrode and a 2nd electrode. In this case, the third electrode is not necessarily required, but it may be left as a floating electrode.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when an optical waveguide device is manufactured, the optical waveguide can be accurately aligned while suppressing the optical waveguide loss due to the metal pattern by using the position specifying means. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view for explaining an optical waveguide device manufacturing process according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing position specifying means 40 in the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing the position specifying means 40 after the comb-shaped electrode 30 is removed.
FIG. 4 is a diagram showing position specifying means 60 in the reference embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view of the substrate 1 shown in FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a position specifying means 70 in the second embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing position specifying means 90 in the reference embodiment.
FIG. 8 is a view showing a state where a fixing substrate 7 is bonded to a substrate 1 in an optical waveguide device manufacturing process.
FIG. 9 is a diagram showing an optical waveguide device 10;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 1a Front surface 1b Back surface 4A Polarization inversion direction 4B Non-polarization inversion direction 5 Second electrode 6 Third electrode 10 Optical waveguide device 15a Optical waveguide 20 Periodic polarization inversion structure 22 Polarization inversion unit 24 Non-polarization inversion unit 30 First Electrode 32 Feeding electrode 34 Electrode piece 34a Surface 34b Side surface 34c Tip 37A Tip 40 Position specifying means 41 Protrusion 4 Reversal specifying part 50 Recess 50a Bottom surface 60 Position specifying means 61 Concavity and convexity arrangement 61a Recess 61b Projection 70 Position specifying means 71 Alignment mark 74 Inversion specifying portion 77 Tip 90A, 90B Position specifying means 92 First alignment mark 93 Second alignment mark

Claims

A method of manufacturing an optical waveguide device comprising an optical waveguide and a periodically poled structure formed in the optical waveguide,
An electrode forming step of forming a comb-shaped electrode on the ferroelectric single crystal substrate by etching;
A periodic polarization reversal structure forming step of forming the periodic polarization reversal structure in the substrate by a voltage application method using the comb electrode;
An electrode removing step of removing the comb-shaped electrode after the periodic domain-inverted structure is formed; and
Provided on said substrate, said comprises an optical waveguide forming step of forming the optical waveguide the position specifying means for specifying the position of the periodically poled structure as a reference, by over-etching during the etching process, A method of manufacturing an optical waveguide device , wherein a concave portion is formed around the comb-shaped electrode, and a protruding portion is formed under the comb-shaped electrode, and the position specifying means is the protruding portion .

A method of manufacturing an optical waveguide device comprising an optical waveguide and a periodically poled structure formed in the optical waveguide,
Periodic polarization inversion structure forming step of forming the periodic polarization inversion structure in a ferroelectric single crystal substrate by a voltage application method using a comb-shaped electrode having a plurality of electrode pieces,
A tip removal step of forming a comb-shaped alignment mark by removing a tip of the electrode piece after the periodic polarization reversal structure is formed; and
Provided on the substrate provided with the optical waveguide forming step of forming the optical waveguide with respect to the position specifying means for specifying the location of the periodically poled structure,
The method for manufacturing an optical waveguide device, wherein the position specifying means is the comb-shaped alignment mark .