JP4333534B2

JP4333534B2 - 光導波路製造方法

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Publication number: JP4333534B2
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Inventors: 健太小西
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Publication date: 2009-09-16
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Description

本発明は、強誘電体材料を用いたリッジ型の光導波路製造方法に関し、さらに詳細には、結晶構造に起因して表面と裏面とのエッチング速度が異なる強誘電体結晶に、プロトン交換処理を施すことによりエッチング速度が改善できることを利用した光導波路製造方法に関する。
本発明は、例えば光導波路を用いた光スイッチや強誘電体に周期構造を形成した波長変換素子、第２高調波発生素子などの光導波路デバイスに用いられる。

光情報通信システム、干渉計などの測定装置、光ディスク用のピックアップレーザ、印刷装置などの分野において、各種の光デバイスが使用されている。
これらの光デバイスのひとつとして、強誘電体材料に光導波路を形成することにより作られる光導波路デバイスが、光スイッチや波長変換素子として利用されている。例えば、波長変換素子として用いられる擬似位相整合素子は、ＬｉＮｂＯ_３やＬｉＴａＯ_３などの強誘電体バルク結晶の内部に周期分極反転構造を形成し、さらに、周期分極反転構造を横断するように光導波路を形成することにより、光導波路を通過する光に対して擬似的に位相整合を行うものである。擬似位相整合素子は、分極反転層の周期を調整することにより、所望の波長に対応した位相整合素子を作成することができる。

強誘電体材料の基板に、光導波路を形成する従来例として、特許文献１が開示されている。この文献によれば、基板の加工面（の全面）に、プロトン交換処理を施して交換処理部を形成し、この交換処理部の一部に機械加工、イオンミリング、ドライエッチング、レーザーアブレーションなどの加工法で、リッジ型構造体（上面が平面、左右側面が斜面となる山形に加工された構造体）を形成し、続いて交換処理部を熱拡散処理することにより、（下地層よりも高屈折率である）プロトン交換層を光導波路とする光導波路デバイスを形成する。

強誘電体結晶に光導波路を形成する場合、光の導波層となるコア層を加工する必要があるが、この加工には、上述したように、直接機械加工、イオンミリング、レーザーアブレーション、ドライエッチングなど種々の方法が用いられる。しかしながら、製造コストを安価にするには、できるだけ製造設備コストを抑え、設置スペースを小さくし、さらに、スループットを高くし、生産効率を高める必要がある。そのためには、ウェットエッチング法を利用することが望ましい。

強誘電体結晶基板には、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）のように、結晶構造に起因して、結晶軸方位のプラス側の面であるか、マイナス側の面であるかにより、プラス側面とマイナス側面との間で、エッチング速度が相対的に異なる場合がある。このような結晶では、結晶軸方位プラス面はエッチング速度が遅い「難エッチング面」となり、結晶軸方位マイナス面は、エッチング速度が速い「易エッチング面」となる。
この選択エッチング性を利用し、ウェットエッチング（あるいはドライエッチング）法により光導波路を製造する方法が、特許文献２に開示されている。
すなわち、強誘電体結晶基板の易エッチング面をエッチングする際に、その一部をプロトン交換処理して分極反転領域を形成することで、その部分をエッチング速度が遅い難エッチング面とし、難エッチング面の部分をマスクとして利用することで、分極反転領域以外の易エッチング面をエッチングしてリッジ型の光導波路を形成することが開示されている。
特開２００３−３６５６８０号公報特開平１０−２４６９００号公報

上述したように、特許文献２の方法では、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）のような強誘電体結晶を用いる。この結晶の加工面として易エッチング面（結晶軸方位マイナス面）を選び、光導波路を形成する部分にプロトン交換処理を行うようにし、これによって易エッチング面上の一部を、難エッチング面、すなわち、分極反転層を形成する。そして、ウェットエッチングを行うことにより、リッジ型光導波路を形成している。

このようにして形成したリッジ構造の内部は、表面付近側がプロトン交換による難エッチング面、すなわち分極反転面であり、その下の深部側は、プロトン交換がなされていない易エッチング面（結晶軸方位マイナス面）となり、リッジ構造内に不均一性が生じてしまう。また、境界面の屈折率が急峻にできないなどの不都合が生じる。

また、光導波路層（コア層）がプロトン交換領域で構成される場合とプロトン非交換領域で構成される場合とを比較すると、一般に、プロトン交換領域で構成される光導波路層は、非線形光学定数や耐光損傷性などの特性が劣化しやすい性質を有する。

さらに、リッジ構造内に導波路表面側が結晶軸方位プラス面、深部側が反対極性の結晶軸方位マイナス面となる場合には、そのような２重層形成後に、リッジ構造の上部と下部との間に電圧を印加して導波路の長手方向に向けて周期分極反転構造を形成することが困難であり、擬似位相整合素子にすることができない。

そこで本発明は、製造コストを下げるため、ウェットエッチングを用いた光導波路の製造方法であって、リッジ型構造内の表面領域から深部領域にかけて、誘電体の分極極性が一様であって不均一性が生じていない光導波路を製造することができる光導波路製造方法を提供することを目的とする。

また、光導波路層をプロトン非交換領域で構成することにより、劣化しにくい光導波路層を有する光導波路製造方法を提供することを目的とする。
さらに、光導波路層を形成後に、周期分極反転構造の形成が可能な光導波路製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の光導波路製造方法は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）系、または、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）系、または、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ_３）系の結晶、または、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ_４）、または、ＬｉＮｂ_{（１−ｘ）}Ｔａ_ｘＯ_３（ただし、０≦ｘ≦１）のいずれかの強誘電体結晶基板のＺカット基板からなり、ウェットエッチングが困難な難エッチング面であるＺカット基板の＋Ｚ面およびウェットエッチングが容易な易エッチング面であるＺカット基板の−Ｚ面がそれぞれ露出されたＺカット基板を用いて、前記Ｚカット基板の＋Ｚ面にリッジ型構造の光導波路を形成する光導波路製造方法であって、（ａ）前記−Ｚ面に対し、前記強誘電体結晶基板の屈折率より小さい屈折率を有する接着剤を用いて支持基板を貼り付けて−Ｚ面を覆う工程、（ｂ）前記リッジ型構造部分の厚さになるまで強誘電体結晶基板の厚さを薄片化する工程、（ｃ）前記＋Ｚ面に対し、形成しようとする光導波路の幅および位置に合わせてマスクを形成する工程、（ｄ）前記＋Ｚ面に形成された前記マスクの両側の部分に対してプロトン交換処理を行う工程、（ｅ）前記マスクを除去する工程、（ｆ）前記プロトン交換部分のウェットエッチングを行ってリッジ型構造の光導波路を形成する工程とがこの順序で実行される。
また、上記課題を解決するためになされた本発明の光導波路製造方法は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）系、または、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）系、または、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ_３）系の結晶、または、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ_４）、または、ＬｉＮｂ_{（１−ｘ）}Ｔａ_ｘＯ_３（ただし、０≦ｘ≦１）のいずれかの強誘電体結晶基板のＺカット基板からなり、ウェットエッチングが困難な難エッチング面であるＺカット基板の＋Ｚ面およびウェットエッチングが容易な易エッチング面であるＺカット基板の−Ｚ面がそれぞれ露出されたＺカット基板を用いて、前記Ｚカット基板の＋Ｚ面にリッジ型構造の光導波路を形成する光導波路の製造方法であって、（ａ’）前記−Ｚ面に対し、前記強誘電体結晶基板の屈折率より小さい屈折率を有する樹脂基板を固着して−Ｚ面を覆う工程、（ｂ）前記リッジ型構造部分の厚さになるまで強誘電体結晶基板の厚さを薄片化する工程、（ｃ）前記＋Ｚ面に対し、形成しようとする光導波路の幅および位置に合わせてマスクを形成する工程、（ｄ）前記＋Ｚ面に形成された前記マスクの両側の部分に対してプロトン交換処理を行う工程、（ｅ）前記マスクを除去する工程、（ｆ）前記プロトン交換部分のウェットエッチングを行ってリッジ型構造の光導波路を形成する工程とがこの順序で実行される。

これにより、マスクで覆われた部分（光導波路を形成しようとする部分）のみがプロトン非交換領域となっているので、この部分を残してプロトン交換領域がエッチングにより除去され、その結果、マスクに対応したリッジ型の光導波路層（コア層）が形成される。

本発明の光導波路製造方法によれば、リッジ型構造の領域内の表面領域から深部領域にかけて、誘電体の分極極性が一様であって不均一性が生じていない光導波路を製造することができる。
また、光導波路層がプロトン非交換領域で構成できるので、劣化しにくい光導波路層を製造することができる。
また、上記に加えて、光導波路層を形成後に、周期分極反転構造の形成が可能となる。

上記光導波路製造方法において、結晶軸方位マイナス面に、この強誘電体結晶基板の屈折率より小さい屈折率を有する接着剤を用いて支持基板を貼り付ける工程を追加するようにすれば、強誘電体結晶を支持基板で支持できるので、エッチング加工を行う強誘電体結晶自身の厚みを薄くすることができる。また、接着剤との間で下部側の境界を形成することとなり、結晶軸方位マイナス面を接着剤（さらには支持基板）により被覆してこの面のエッチングが進行しないようにすることができる。また、接着剤と強誘電体結晶の屈折率差により、光導波路の下部側の境界が形成されることになるので、光導波路の他の境界面も接着剤で被覆するようにすれば、周囲を同じ材料で囲まれた光導波路を形成することができる。

上記光導波路製造方法において、結晶軸方位マイナス面に、強誘電体結晶基板の屈折率より小さい屈折率を有する樹脂基板を固着する工程を追加するようにすれば、強誘電体結晶を樹脂基板で支持できるので、エッチング加工を行う強誘電体結晶自身の厚みを薄くすることができる。また、樹脂基板との間で下部側の境界を形成することとなり、結晶軸方位マイナス面を樹脂基板により被覆してこの面のエッチングが進行しないようにすることができる。また、樹脂基板と強誘電体結晶の屈折率差により、光導波路の下部側の境界が形成されることになるので、光導波路の他の境界面も同じ材料の樹脂層で被覆するようにすれば、周囲を同じ材料で囲まれた光導波路を形成することができる。

上記光導波路製造方法に用いる強誘電体結晶基板が、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）系、または、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）系、または、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ_３）系の結晶、または、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ_４）、または、ＬｉＮｂ_{（１−ｘ）}Ｔａ_ｘＯ_３（ただし、０≦ｘ≦１）からなり、かつ、結晶軸方位プラス面がこれらの結晶基板のＺカット基板の＋Ｚ面となるようにすれば、ウェットエッチングにより、基板に光導波路層を形成することができる。

また、上記光導波路製造方法において、マスクを形成する工程でエッチング加工面に形成されるマスクは、一方向に沿って形成されるとともに、この方向はウェットエッチング工程でのウェットエッチングの際に、マスク下に形成される光導波路の段差部分の形状が対象になる結晶方位に沿うようにすれば、ウェットエッチングの際に、光導波路の側面（段差部分）の形状が対称になり、対称性に優れた質のよい光導波路を形成することができる。

また、上記光導波路製造方法において、強誘電体結晶基板が、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）系基板、または、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）系基板であるとともに、結晶軸方位プラス面（エッチング加工面）が、これら結晶基板のＺカット基板の＋Ｚ面であり、さらに、エッチング加工面に形成するマスクは、結晶基板のＹ軸方位、または、Ｚ軸を中心としてＹ軸から１２０度回転させた方位、または、Ｚ軸を中心としてＹ軸から２４０度回転させた方位のいずれかの結晶方位に沿って帯状に形成されるようにすれば、エッチング速度が同等となる結晶方位に沿ってマスクを帯状に形成することができるので、プロトン交換処理後のウェットエッチングの際に、光導波路の側面（段差部分）のエッチングが均一に行われ、対称性に優れた質のよい光導波路を形成することができる。

以下本発明の光導波路製造方法について図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態である光導波路デバイスの構成図である。この光導波路デバイス１０は、第一基板１１、第二基板１２、接着層１３、屈折率調整層１４により構成される。

第一基板１１は、光導波路層となるリッジ型構造１５が形成される基板であり、強誘電体材料により構成される。強誘電体材料としては、例えばＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、ＫＮ（ＫＮｂＯ_３）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ_４）、または，ＬｉＮｂ_{（１−ｘ）}Ｔａ_ｘＯ_３（ただし、０≦ｘ≦１）などの非線形結晶光学効果を有する結晶を使用することができる。
これらの結晶基板は、結晶面の切出し方向により、エッチャントに対して、エッチングされやすい結晶軸方位マイナス面（以下、易エッチング面という）と、エッチングが困難である結晶軸方位プラス面（以下、難エッチング面という）とを形成することができる。すなわち、結晶のＺ軸方向に切出したときのＺカット基板（法線方向がＺ軸でＸ−Ｙ平面を含む表面を有する基板）の＋Ｚ面が難エッチング面、Ｚカット基板の−Ｚ面が易エッチング面となる。

さらに、これらの材料からなる第一基板１１は、難エッチング面に対してプロトン交換処理を行うと、プロトン交換処理された領域のエッチング速度が大きくなり、エッチングが容易に進行する性質を有している。
なお、ここで用いるエッチャントしては、フッ硝酸（フッ化水素酸１：硝酸２の混合液）を用いることができる。

第二基板１２は、第一基板１１を支持するために用いられる基板であり、第一基板１１を支持することが可能な堅牢性を有し、かつ、接着層１３に対して接着性を有する材料であればよい。具体的には、ガラス基板、プラスチック基板、金属基板、半導体基板などを用いることができる。
第一基板１１と第二基板１２とを、同一材料にしてもよい。同一材料とすることにより、温度変化に対する膨張率が等しくなるとともに、接着層１３に対する２つの基板の付着力が等しくなり、剥離しにくくなるとともに、歪が生じにくい構造となる。

接着層１３は、ＵＶ硬化剤、エポキシ樹脂等の接着剤で形成される。ただし、接着層１３の材料としては、第一基板１１の材料よりも屈折率が小さい材料を用いるようにして、第一基板１１のリッジ型構造１５を通過する光を、第一基板１１と接着層１３との境界で全反射させるようにしてある。すなわち、接着層１３は、第一基板１１と第二基板１２とを接着させるとともに、第一基板１１内を通過する光を閉じ込めることができるようにしてある。

屈折率調整層１４は、第一基板１１のリッジ型構造１５が形成されたリッジ形成面１７上に形成され、第一基板１１のリッジ型構造１５を挟んで上下の界面での屈折率差が同一となるように、接着層１２と同一材料、あるいは、屈折率が同一の材料を用いるようにしている。
なお、この屈折率調整層１４は、光導波路として必ず必要というものではない（空気層が境界となる）が、リッジ型構造１５と周囲との境界面の屈折率差を同じにして、光導波路としての対称性を改善するために形成するものである。

次に、この光導波路デバイスの製造方法について説明する。図２は、光導波路デバイス１０の製造工程を説明するフロー図である。図３は製造工程中のデバイス断面の模式図である。

まず、図３（ａ）に示すように、第一基板１１と、第二基板１２とを準備する。例えば、基板材料としてＬｉＮｂＯ_３を用いる。第一基板１１は、Ｚカットの＋Ｚ面、すなわち、難エッチング面(結晶軸方位プラス面)を上面（加工面）とする。第二基板１２にも同
一材料のＬｉＮｂＯ_３を用いる。
次に、図３（ｂ）に示すように、第一基板１１と第二基板１２とを接着層１３により接着する（ｓ１０１）。このとき、第一基板１１の易エッチング面（結晶軸方位マイナス面）を第二基板１２の片面に接着する。接着層１３は、第一基板１１の易エッチング面１６の全面を覆うようにして、後の工程で、第一基板１１がエッチャントに浸漬されたときに、易エッチング面１６によりエッチングが進行しないようにしておく。

次に、図３（ｃ）に示すように、第一基板１１の薄片化処理、研磨処理をする。第一基板１１の厚さは、リッジ型構造１５（図３（ｄ）参照）部分の厚さにする（ｓ１０２）。
次に、図３（ｄ）に示すように、マスク２１としてタンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）などの金属膜を、難エッチング面１７上にパターン形成する（ｓ１０３）。マスクの形状は、形成しようとする帯状の光導波路の幅（例えば２μｍ）に合わせる。
なお、このときに、基板を構成する結晶のＹ軸方位、Ｙ軸から１２０度回転させた方位方向、Ｙ軸から２４０度回転させた方向のいずれかの方向に、帯状のマスク２１の長手方向（長軸方向）が向くようにする。これは、ＬｉＮｂＯ_３などの強誘電体結晶基板の場合に、マスク２１の長軸方向と結晶方位との関係によって、微妙にマスク下の導波路側面のエッチング速度の均一性が異なっており、上述したいずれかの方向に向けてマスク２１を形成し、ウェットエッチングにより光導波路を形成したときに、光導波路の側面（段差部分）のエッチングが均一に行われ、マスク２１の下に形成される段差部分の形状の対称性に優れた導波路を得ることができることが実験的に判明したためである（実験結果は後述する）。

次に、図３（ｅ）に示すように、摂氏２００度〜２６０度に加熱したピロリン酸あるいは安息香酸溶媒中に基板１１を浸漬し、溶媒中のプロトンと基板表面近傍のＬｉとを交換させることで、プロトン交換処理を行う（ｓ１０４）。プロトン交換領域の深さは、処理時間の長短により調整する。

次に、図３（ｆ）に示すように、マスク２１を除去する（ｓ１０５）。
次に、図３（ｇ）に示すように、ウェットエッチング処理を行う（ｓ１０６）。摂氏７０度程度に加熱したフッ硝酸（フッ酸：硝酸＝１：２）に浸漬することにより、プロトン交換領域を除去し、リッジ型構造１５を形成する。

ここで、本光導波路デバイス１０を、擬似位相整合素子、高調波発生素子として使用する場合（図４）には、光導波路となるリッジ型構造１５の部分に、周期反転構造を形成する。周期反転構造は、周知の反転形成方法、すなわち、図３（ｇ）で形成したリッジ型構造１５の長手方向（横方向）に沿って一定周期パターンの電極を形成し、電極に電圧を印加することにより形成する。

次に、図３（ｈ）に示すように、屈折率調整層１４を形成する（ｓ１０７）。屈折率調整層１４は、接着層１３に用いた接着剤を、リッジ型構造１５を覆うように付着するようにして形成する。

以上の工程により作製された光導波路デバイスは、リッジ型構造１５の部分がプロトン非交換処理領域であり、リッジ型構造１５が同じ分極極性である。さらには、リッジ型構造１５を形成後に、図４に示すように、周期分極反転構造にすることが可能である。

また、図５は、基板１１の難エッチング面１７（＋Ｚ面）において、面内のいろいろな方向に、帯状のマスク２１の長手方向が向くようにして、帯状のマスクが放射状に配置されたパターンを形成し、エッチングにより、光導波路を形成したときのＳＥＭ像である。図に見られるように、基板１１のＹ軸方向、Ｙ軸から１２０度回転させた方向、Ｙ軸から２４０度回転させた方向に伸びる光導波路は、リッジ型構造１５の側面（段差部分）の対称性が優れている。これは、マスク２１で覆われる領域（すなわち光導波路となる領域）と覆われていない領域との境界に沿って、エッチングが行われる際に、結晶方位との関係で、ある特定の方向に沿ってマスクが形成されている場合に、エッチングにより形成される導波路側面（段差部分）についてのエッチング速度が同等となる方位があり、その方向に沿ってマスクを形成した場合には、対称性のよい光導波路が形成されるものと考えられる。したがって、予め、実験的に導波路側面（段差部分）が対称となる方位を求めておき、その方位に沿ってマスクを形成するようにするのが好ましい。このように、対称性のよい導波路側面を形成することができる特定方向の存在は、特に、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３を基板とする場合に顕著に現れる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。図６は、本発明の他の一実施形態である光導波路デバイスの構成図である。この光導波路デバイス３０は、結晶基板３１、樹脂基板３６により構成される。

基板３１は、光導波路層となるリッジ型構造３２が形成されるものであり、実施例１において説明した第一基板１１と同様の強誘電体材料、すなわち、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、ＫＮ（ＫＮｂＯ_３）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ_４）、または、ＬｉＮｂ_{（１−ｘ）}Ｔａ_ｘＯ_３（ただし、０≦ｘ≦１）などの非線形結晶光学効果を有する結晶が使用される。
また、基板３１は、実施例１と同様に、Ｚカット基板（法線方向がＺ軸でＸ−Ｙ平面を含む表面を有する基板）が用いられ、上面側３３が＋Ｚ面（難エッチング面）、下面側３４が−Ｚ面（易エッチング面）となるようにしてある。
樹脂基板３６は、ＵＶ硬化剤、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等のような基板３１に接着可能な材料により構成される。

次に、この光導波路デバイス３０の製造方法について説明する。図７は、光導波路デバイス１０の製造工程を説明するフロー図である。図８は製造工程中のデバイス断面の模式図である。

まず、図８（ａ）に示すように、強誘電体結晶の基板３１を準備する。例えば、基板材料としてＫＮ（ＬｉＮｂＯ_３）を用いる。基板３１は、Ｚカットの＋Ｚ面、すなわち、難エッチング面を上面３３（加工面）、易エッチング面を下面３４とする（ｓ２０１）。
次に、図８（ｂ）に示すように、基板３１の下面３４に樹脂基板３６を固着する（ｓ２０２）。すなわち、樹脂基板３６の材料を溶融させた溶融樹脂層を用意しておき、下面３４を溶融樹脂層に接触させた状態で、溶融樹脂層の温度を下げて固化することにより、下面３１に樹脂基板３６を固着する。
次に、図８（ｃ）に示すように、基板３１の薄片化処理、研磨処理をする（ｓ２０３）。
次に、図８（ｄ）に示すように、マスク３５としてタンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）などの金属膜を、難エッチング面３３上にパターン形成する（ｓ２０４）。マスクの形状は形成しようとする光導波路の幅（例えば２μｍ）に合わせる。
なお、実施形態１と同様の理由により、基板３１を構成する結晶のＹ軸方位、Ｙ軸から１２０度回転させた方位方向、Ｙ軸から２４０度回転させた方向のいずれかの方向に、帯状のマスク２１の軸方向（長軸方向）が向くようにして、ウェットエッチングにより光導波路を形成した際に、光導波路の側面（段差部分）のエッチングが均一に行われ、対称性に優れた導波路を得ることができるようにする。

次に、図８（ｅ）に示すように、摂氏２００度〜２６０度に加熱したピロリン酸あるいは安息香酸溶媒中に基板３１を浸漬し、溶媒中のプロトンと基板表面近傍のＬｉとを交換させることで、プロトン交換処理を行う（ｓ２０５）。プロトン交換領域３７の深さは、処理時間の長短により調整する。

次に、図８（ｆ）に示すように、マスク３５を除去する（ｓ２０６）。
次に、図８（ｇ）に示すように、ウェットエッチング処理を行う（ｓ２０７）。摂氏７０度程度に加熱したフッ硝酸（フッ酸：硝酸＝１：２）に浸漬することにより、プロトン交換領域３７を除去し、リッジ型構造３２を形成する。

ここで、本光導波路デバイス３０を、擬似位相整合素子、高調波発生素子として使用する場合には、光導波路となるリッジ型構造３２の部分に、周期反転構造を形成する。周期反転構造は、周知の反転形成方法、すなわち、図８（ｆ）で形成したリッジ型構造３２の長手方向（横方向）に沿って一定周期パターンの電極を形成し、電極に電圧を印加することにより形成する。

実施例２の工程により作製された光導波路デバイス３０は、実施例１の場合と同様、リッジ型構造３２の部分がプロトン非交換処理領域であり、リッジ型構造１５が同じ分極極性である。さらには、リッジ型構造１５を形成後に、図４に示した場合と同様に、周期分極反転構造にすることが可能である。

本発明は、光導波路デバイスの製造に利用することができる。

本発明の一実施形態である光導波路デバイスの構成を示す図。本発明の一実施形態である光導波路デバイスの製造工程を説明するフロー図。本発明の一実施形態である光導波路デバイスの製造工程を説明する模式図。本発明の一実施形態である光導波路デバイスを用いた擬似位相整合素子の構成を示す図。本発明により形成された光導波路のリッジ型構造を示すＳＥＭ像。本発明の他の一実施形態である光導波路デバイスの構成を示す図。本発明の他の一実施例である光導波路デバイスの製造工程を説明するフロー図。本発明の他の一実施例である光導波路デバイスの製造工程を説明する模式図。

１０光導波路デバイス
１１第一基板（強誘電性結晶基板）
１２第二基板（支持基板）
１３接着層
１４屈折率調整層
１５リッジ型構造
１６結晶軸方位マイナス面（−Ｚ面）（易エッチング面）
１７結晶軸方位プラス面（＋Ｚ面）（難エッチング面）
２１マスク
２２プロトン交換領域
３１基板
３２リッジ型構造
３３結晶軸方位プラス面（＋Ｚ面）（難エッチング面）
３４結晶軸方位マイナス面（−Ｚ面）（易エッチング面）
３５マスク
３６樹脂基板

Claims

ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）系、または、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）系、または、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ_３）系の結晶、または、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ_４）、または、ＬｉＮｂ_{（１−ｘ）}Ｔａ_ｘＯ_３（ただし、０≦ｘ≦１）のいずれかの強誘電体結晶基板のＺカット基板からなり、ウェットエッチングが困難な難エッチング面であるＺカット基板の＋Ｚ面およびウェットエッチングが容易な易エッチング面であるＺカット基板の−Ｚ面がそれぞれ露出されたＺカット基板を用いて、前記Ｚカット基板の＋Ｚ面にリッジ型構造の光導波路を形成する光導波路製造方法であって、
（ａ）前記−Ｚ面に対し、前記強誘電体結晶基板の屈折率より小さい屈折率を有する接着剤を用いて支持基板を貼り付けて−Ｚ面を覆う工程、
（ｂ）前記リッジ型構造部分の厚さになるまで強誘電体結晶基板の厚さを薄片化する工程、
（ｃ）前記＋Ｚ面に対し、形成しようとする光導波路の幅および位置に合わせてマスクを形成する工程、
（ｄ）前記＋Ｚ面に形成された前記マスクの両側の部分に対してプロトン交換処理を行う工程、
（ｅ）前記マスクを除去する工程、
（ｆ）前記プロトン交換部分のウェットエッチングを行ってリッジ型構造の光導波路を形成する工程とがこの順序で実行されることを特徴とする光導波路製造方法。
ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）系、または、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）系、または、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ_３）系の結晶、または、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ_４）、または、ＬｉＮｂ_{（１−ｘ）}Ｔａ_ｘＯ_３（ただし、０≦ｘ≦１）のいずれかの強誘電体結晶基板のＺカット基板からなり、ウェットエッチングが困難な難エッチング面であるＺカット基板の＋Ｚ面およびウェットエッチングが容易な易エッチング面であるＺカット基板の−Ｚ面がそれぞれ露出されたＺカット基板を用いて、前記Ｚカット基板の＋Ｚ面にリッジ型構造の光導波路を形成する光導波路の製造方法であって、
（ａ’）前記−Ｚ面に対し、前記強誘電体結晶基板の屈折率より小さい屈折率を有する樹脂基板を固着して−Ｚ面を覆う工程、
（ｂ）前記リッジ型構造部分の厚さになるまで強誘電体結晶基板の厚さを薄片化する工程、
（ｃ）前記＋Ｚ面に対し、形成しようとする光導波路の幅および位置に合わせてマスクを形成する工程、
（ｄ）前記＋Ｚ面に形成された前記マスクの両側の部分に対してプロトン交換処理を行う工程、
（ｅ）前記マスクを除去する工程、
（ｆ）前記プロトン交換部分のウェットエッチングを行ってリッジ型構造の光導波路を形成する工程とがこの順序で実行されることを特徴とする光導波路製造方法。
前記強誘電体結晶基板が、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）系基板、または、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）系基板であるとともに、さらに、（ｃ）工程で＋Ｚ面に形成するマスクは、強誘電体結晶基板の＋Ｚ面上におけるＹ軸方位、または、Ｚ軸を中心としてＹ軸から１２０度回転させた方位、または、Ｚ軸を中心としてＹ軸から２４０度回転させた方位のいずれかの方向に沿って帯状に形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光導波路製造方法。