JPH04251804A - 光導波路の形成方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬｉＮｂＯ３等の光導
波路用の基板に３次元光導波路を形成する方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】導波形光デバイスの基礎となる光導波路
用基板は、種々の材料で作られている。このうち、高性
能光制御素子用として、ニオブ酸リチウム単結晶　Ｌｉ
ＮｂＯ３　がよく使われている。また、導波路を形成す
るには、チタン内拡散法、リチウム外拡散法、プロント
交換法などの方法があり、チタン内拡散法が最も普及し
ている。

【０００３】こうした基板に３次元光導波路を形成する
には、例えば、図４に示すように基板１の表面に拡散種
４を接触させ、一定時間基板１を加熱し、図５に示すよ
うに拡散種を基板１内へと拡散させ、周囲よりも高屈折
率の領域である光導波路６を形成する。この際、光導波
路６の深さと幅とは、基板１の加熱温度、加熱時間を変
えることによって調整する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、拡散現象の一
般法則により、拡散種４は、いわゆるガウス分布に従っ
て基板１内へと拡散していく。このため、光導波路６の
深さと幅との比率は一定の範囲に限定され、光導波路６
の深さと幅とを別々に制御することはできない。また、
現実の製造工程において、拡散種の拡散に要する温度、
時間を変更しても、光導波路６の深さ、幅それぞれにμ
ｍ　オーダーのバラツキが発生した。更に、拡散種の拡
散領域の境界付近では、周囲との屈折率差が顕著ではな
く、境界がはっきりしない傾向があり、光の伝送損失の
原因となっている。

【０００５】本発明の課題は、３次元光導波路を拡散に
よって形成するに際し、光導波路の深さと幅とをそれぞ
れ単独に制御でき、また光導波路の深さ、幅のバラツキ
をなくし、光導波路とその周囲との境界を明瞭にして光
の伝搬特性を向上させうるような、光導波路の形成方法
を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板に３次元
光導波路を形成する方法において、前記基板の表面に所
定パターンに沿って粒子注入を行うことによって前記所
定パターンに従った改質領域を形成し、次いでこの改質
領域の表面から拡散種を前記基板内部へと拡散させて３
次元光導波路を形成する、光導波路の形成方法に係るも
のである。粒子注入としては、イオン注入が好ましいが
、イオン交換等も含む。

【０００７】

【実施例】まず、図１〜図３を参照しながら順を追って
本発明の実施例を説明する。まず、光導波路用の基板１
を準備する。そして、イオンビーム３を基板１の表面に
照射し、イオン注入を行う。このイオン注入の際には、
形成すべき光導波路の所定パターンに沿ってイオンビー
ム３を照射し、この所定パターンの改質領域２を形成す
る。

【０００８】ここでイオン注入とは、イオンを静電的に
もしくは、高周波誘導的に加速して必要なエネルギーを
持たせ、基板１の表面へと注入することである。そして
、イオンの添加量と基板表面からの深さ方向の濃度分布
は、注入イオン電流、注入時間、加速電圧等の電気量で
制御できるため、極めて精度が高く、再現性が良い。 しかも、イオンビーム４は原理的に微小径に絞れ、また
偏向可能であるからマスクなしに所定パターンに従って
選択的にドーピングできる。

【０００９】上記のようにして改質領域２を形成した後
、改質領域２の表面２ａに拡散種４を接触させる。そし
て、後は通常の拡散手順に従い、拡散種４を改質領域２
の表面２ａから基板１の内部へと向って拡散させる。こ
の際、改質領域２内では、注入イオンのドーピング及び
イオン打ち込みの際に発生する格子欠陥により、拡散種
４の拡散速度が周囲にくらべて非常に大きくなっている
。 このため、図３に示すように、拡散種の拡散領域５はほ
ぼ改質領域２に沿った断面形状か、あるいは改質領域２
よりも若干外側へと拡がった断面形状となる。そして、
拡散種の拡散領域５に周囲の基板よりも大きな屈折率を
与えることで、この拡散領域５が３次元光導波路を形成
することになる。

【００１０】以上述べた例によれば、前記したイオン注
入の特性により、改質領域２の深さと幅とを極めて精度
良く制御することができ、またこの後に３次元光導波路
を形成する際に拡散種４の拡散領域５の形状が改質領域
２に近似するので、これらの結果、３次元光導波路５の
深さと幅との精度を従来よりも遥かに高めることができ
る。また、上記したように、イオンビーム３を電気的に
制御することで改質領域２の幅と深さとをそれぞれ自由
に変えることが可能であり、また拡散種４が改質領域２
内を高速で拡散することから、結果として拡散領域５の
深さと幅とを従来のような制約なしに自由に変更するこ
とができる。言い換えると、拡散領域５の深さと幅とを
、拡散時のガウス分布に伴う制約から離れて設定するこ
とができる。

【００１１】しかも、イオン注入により形成した改質領
域２は、周囲との境界が図５に示す光導波路６の場合よ
りも明瞭であり、光の閉じ込め効果が高い。従って、光
の伝送損失を少なくすることができる。

【００１２】改質領域２の表面２ａから拡散種を拡散さ
せるには、表面２ａ以外をマスクで覆い、拡散種の溶融
塩を表面２ａに接触させ、プロトン交換を行ってもよい
。

【００１３　】イオン注入に用いるイオンとしては、　
Ｃ＋　，　　Ｎ＋　，　　Ｂ＋　，　　Ｐ＋　，　　Ｐ
２＋，　Ｏ＋　，Ｈｅ＋　等が好ましい。表面２ａから
拡散させる拡散種としては、Ｔｉ等が好ましい。基板１
の材質としては、ガラス、強誘電体結晶（ＬｉＮｂＯ３
等）　、強磁性体結晶（ＧＧＧ等）　、半導体結晶　（
Ｇａ，　Ａｓ，　ＩｎＰ，　Ｓｉ　等）　、樹脂を例示
できる。

【００１４】現在、このうち、ＬｉＮｂＯ３基板が種々
の点で好ましい。本発明者は、ＬｉＮｂＯ３基板を準備
し、この表面に　Ｈｅ　＋　を０〜１ＭｅＶ　で打ち込
み、深さ３ｍｍの改質領域を形成した。そして、この改
質領域の表面からチタンを熱によって拡散させ、３次元
光導波路を形成した。また、プロトン交換法によっても
改質領域を形成し、チタンを拡散させることができた。 また、ＬｉＮｂＯ３基板の表面に　Ｌｉ　＋　イオンを
注入し、周囲より屈折率の高い改質領域を形成した。次
いで、この改質領域２にチタンを接触させ、基板を加熱
してチタンを拡散させた。これにより、Ｌｉ−Ｔｉ系酸
化物のドーピングされた拡散領域を形成し、光導波路と
した。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、基板の表面に所定パタ
ーンに沿って粒子注入を行うことによって所定パターン
に従った改質領域を形成し、この改質領域の表面から拡
散種を基板内部へと拡散させる。そして、改質領域内で
は、注入イオンのドーピング及び格子欠陥により、拡散
種の拡散速度が周囲にくらべて大きくなっている。この
ため、拡散種の拡散領域は、ほぼ拡散速度に沿った形状
となり、この拡散領域が３次元光導波路を形成する。

【００１６】そして、粒子の注入パワーと注入量は極め
て精度良く制御することができるので、粒子注入による
改質領域の深さと幅とは精度良く制御できる。この結果
、３次元光導波路の深さと幅とを極めて精度よく加工し
、制御することができる。また、粒子ビームを電気的に
制御することで改質領域の幅と深さとを自由に変えるこ
とが可能であり、この結果、光導波路の深さと幅とを従
来のような制約なしに自由に変更することができる。 しかも、粒子ビームにより形成した改質領域は、周囲と
の境界が明瞭であり、光の閉じ込め効果が高く、従って
光の伝送損失を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】基板にイオンビームを照射している状態を示す
概略断面図である。

【図２】改質領域の表面に拡散種を接触させた状態を示
す概略断面図である。

【図３】改質領域の表面から拡散種を基板内部へと拡散
させた状態を示す概略断面図である。

【図４】基板の表面に拡散種を接触させた状態を示す概
略断面図である。

【図５】基板内部へと拡散種を拡散させた状態を示す概
略断面図である。

【符号の説明】

１　　基板 ２　　改質領域 ２ａ　　改質領域の表面 ３　　イオンビーム ４　　拡散種 ５　　本発明の方法により形成した光導波路（拡散種の
拡散領域） ６　　従来の方法により形成した光導波路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基板に３次元光導波路を形成する方法
   において、前記基板の表面に所定パターンに沿って粒子
   注入を行うことによって前記所定パターンに従った改質
   領域を形成し、次いでこの改質領域の表面から拡散種を
   前記基板内部へと拡散させて３次元光導波路を形成する
   、光導波路の形成方法。