JPH02251913A - チヤンネル型光導波路の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。所謂チャンネル型先導波
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先導波路は、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
ャンネル型先導波路は、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り、さらに、このため導波路部分と
周囲の基板部分との境界面がシャープでなく、しかも屈
折率差が小さくなる場合が多く、従って光の閉じ込め効
果が低くなる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先導波路は
、導波層と基板が異なる結晶（例えば、ＹＩＧとＧＧＧ
との組み合わせ）により形成されるものであり、上記埋
め込み型チャンネル型導波路に比べて導波路形状の制御
が容易で、界面がシャープであり、かつ屈折率差を大き
くできるため、光の閉じ込め効率を高くできるという特
徴を有する。

これらのリッジ型、リブ型などのチャンネル型先導波路
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、エツ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、エツチングの方法では、良好な形状を
有する導波路が得難く、化学エツチングを適用するとき
にはエツ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、エツ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膜を無駄にし易
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、光の
閉じ込め効率の高いチャンネル型先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た。

又本発明者らは、基板上に液相エピタキシャル法などで
結晶膜を成長させた時に、その結晶膜の性質、状態は、
基板の表面の粗さに影響され、その粗さが大きくなると
、結晶膜が形成されなかったり、或いは形成され−でも
その膜の結晶の質は劣悪でエツチング等により簡単に除
去し得ることを知った。

本発明は、上述したこの二つの現象を巧みに組み合わせ
て完成したものである。

即ち、本発明は、基板表面に先導波路形状で且つ内面が
鏡面状態の凹溝を形成し、また基板表面の上記凹溝以外
の部分を粗面状態となし、その後基板表面全面に結晶膜
育成操作を施し、凹溝内のみに結晶膜を形成させること
を特徴とするチャンネル型導波路の製造方法である。

本発明について、工程の順を追って更に詳しく説明する
。

まず、本発明方法で用いる基板は、ガドリニウム・ガリ
ウム・ガーネット（ＧＧＧ、　Ｇｄ、Ｇａ、Ｏ，、、）
、サマリウム・ガリウム・ガーネット（ＳｍＧＧ、　Ｓ
＋ｕ、Ｇａ、飢、）、ネオジム・ガリウム・ガーネット
（ＮｄＧＧ％Ｎｄ、Ｇａ、０．、）、イツトリウム・ア
ルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ。

Ｙ、１．０．、）、サファイア（Ａ［、Ｏ，）、ニオブ
酸リチウム（ＬｉＮｂＯ，）、タンタル酸リチウム（Ｌ
ｉＴａＯ，）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化亜鉛
（ＺｎＯ）、二酸化ケイ素（Ｓｉｎ、）、ソーダガラス
、パイレックスガラス、ガリウム・アルミニウム・ひ素
（ＧａＡ　Ｑ　Ａｓ）、インジウムリん（ｒｎＰ）など
である。

基板上（こ光導波路形状の凹溝を形成するには、基板に
レジストパターンで先導波路形成部分にフォトレジスト
膜を形成し、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、すなわち先導波路形成
部分のみを露出させ、イオンビームエツチングなどで光
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。この凹溝の内表面は鏡
面状態にある。なお、格子歪などが予測される場合には
、化学エツチングを適用することが好ましい。

次いで、この凹溝を形成した基板の凹溝以外の部分を粗
面状態にする。粗面状態にするための粗面加工は、機械
的に処理して粗面にする機械的方法、凹溝部を保護して
化学薬品で処理して粗面にする化学的方法があるが、機
械的方法を採用するのが簡単であり好ましい。機械的方
法は研磨紙で擦る方法が能率的である。研磨紙としては
＃３０００より粗いものを用いるのが好ましい。

光導波路を形成させる材料としては、イツトリウム・鉄
ガーネット（ＹＩＧ％Ｙ、　Ｆｅ、飢、）、イツトリウ
ム・アルミニウムガーネット（ＹＡＧ、　Ｙ、Ａα６０
１．）、又はその置換体（ガドリニウム・鉄ガーネット
（Ｃ，ｄｌＧ）など）、部分置換体（（Ｂ１．Ｙ）、Ｆ
ｅ、Ｏ，ｊなど）のガーネット結晶膜、ＺｎＯ１ＳｉＱ
、、Ａｌ１，０．などの酸化物結重膜或はＬｉＮｂ０．
、ＬｉＴａ０．、　Ｂａ、ＮａＮｂ、Ｏ，、、ＫＮｂＯ
３ＫＴｉＯＰＯ４などの複合酸化物結晶膜、Ｇａ、　−
、Ａ　Ｑ　、Ａｓ。

ＧａＡｓ、−、Ｓｂ、、ＩｎｘＧａ、−、Ａｓ、Ｐ、な
どの半導体結晶膜、メタ−ニトロアニリン（ＭＮＡ）な
どの有機物結晶膜などが用いられる。

本発明における単結晶膜の育成は、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
（ＭＢＥ法）、真空蒸着法、スパッタリング法などで行
なうことができる。

そして、内面が鏡面状態の凹溝部分と粗面状態部分とを
持つ基板全面に液相エピタキシャル法、ＣＶＤ法又はＭ
ＢＥ法により結晶成長を行わせると、上記凹溝内には良
質な結晶膜が育成して凹溝内を埋めるが、粗面状態にし
た部分には膜が育成されてないか、育成されてもその膜
は劣悪でリン酸などによる弱いエツチング処理で簡単に
除去できる。

従って、粗面状態にした部分、即ち凹溝以外の部分に膜
が育成された場合でも、この膜を、凹溝部分即ち先導波
路部をマスクすることなくそのままエツチング液でエツ
チング処理する簡単な方法で除去できる。斯くして、基
板上に簡単に光導波路を形成することができる。

また、スパッタリング法又は真空蒸着法によって結晶膜
形成を行わせることもできる。この場合、基板の凹溝の
部分に形成されて凹溝を埋めた膜は、作成条件によりス
パッタリング又は真空蒸着のみで単結晶膜となるか、あ
るいはスパッタリング又は真空蒸着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、簡単に基板表面の凹溝のみに結
晶膜を設けて光導波路を形成することができる。

以上のとおり、本発明方法によれば、光導波路を形成す
べき部分を凹溝にし、他の部分を粗面状態にした基板表
面に、結晶膜育成操作を施すという簡単な方法により、
凹溝内のみに結晶膜を成長させることができ、もってチ
ャンネル型光導波路を製造することができる。

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
ャンネル型先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（回折格子）
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）　ＧＧＧ単結晶ウェ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、先導波路を
形成させる部分に幅ｌＯμｍのレジストパターンを形成
した。

２）その後、Ｒｆ（高周波）スパッタリング法によりＴ
ｉ金属膜を形成し、次いで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、幅ＩＯμｍ
の導波路を形成させる部分は単結晶鏡面研磨面の状態と
なり、その他の部分はＴｉ金属膜で被覆されている状態
となる。

３）次いで、イオンビームエツチング装置にセットし、
導波路を形成させる部分の深さが５μｍとなるようにウ
ェハ全面をエツチングし、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即ち凹
溝が形成された。

５）かくして得たＧＧＧウェハを平行度がく２μｍとな
るように＃８００の耐水研磨紙でラッピングし凹溝部以
外の部分を粗面状態にした後、超音波洗浄、乾燥した。

６）このウェハを液相エピタキシャル成長育成装置にセ
ットし、ＰｂＯ，Ｂｉ　、　Ｏ，、Ｂ、　Ｏ，をフラッ
クス成分としたＢｉ、　Ｙ、Ｆｅ４Ａ　Ｑ　、　Ｏ１＋
ＰｂＯ＋Ｂｉ　、　Ｏ，＋１３．　ｏ、の混合物融液中
で、（Ｂｉ、　Ｙ）　、　（Ｆｅ、　Ａ　Ｑ　）、　Ｏ
，、単結晶薄膜をウェハ上に育成した。育成条件は、基
板回転数１０゜ｒｐｍ、育成温度８４０℃、育成時間５
分であった。次いで基板を回転数１１００ｏｒｐ、　５
分間回転させ、フラックスを振り切り、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。

７）凹溝の導波路を形成させる部分には、厚さ５〜６μ
ｍの良質な（Ｂｘ、　ｙ）ｓ　（Ｆｅ、　Ａ　ＩＪ’　
Ｌ　０１　＋単結晶薄膜が成長したが、ラップ研磨した
粗面には何等成長せず、ラップ研磨面のままであった。

８）次いで、０．５μｍのアルミナスラリーで研磨した
ところ、良好な形状を有する（Ｂｉ、　Ｙ）　、　（Ｆ
ｅ、　Ａ　Ｑ　）。

飢、単結晶薄膜型導波路を得た。

（発明の効果） 本発明では、基板表面に光導波路形状で且つ内面が鏡面
状態の凹溝を形成し、又この凹溝以外の部分は粗面状態
になし、この基板全面に結晶膜育成操作を施し、これに
よって凹溝内のみに結晶膜を形成させたので、本発明に
よれば、簡単に且つ能率的に精度良く、光の閉じ込め効
率の高い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とパターニング、エツチング処理
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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、基板表面に光導波路形状で且つ内面が鏡面状態の凹
   溝を形成し、また基板表面の上記凹溝以外の部分を粗面
   状態となし、その後基板表面全面に結晶膜育成操作を施
   し、凹溝内のみに結晶膜を形成させることを特徴とする
   チャンネル型導波路の製造方法。