JPH05142438A - 光素子形成方法 - Google Patents
光素子形成方法Info
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- JPH05142438A JPH05142438A JP4097601A JP9760192A JPH05142438A JP H05142438 A JPH05142438 A JP H05142438A JP 4097601 A JP4097601 A JP 4097601A JP 9760192 A JP9760192 A JP 9760192A JP H05142438 A JPH05142438 A JP H05142438A
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- Japan
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- refractive index
- substrate
- index layer
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 LiNbxTa1-xO3(０≦x≦１) 基板に高屈折率層
を形成する。 【構成】 LiNbO3基板１はリン酸８中に浸されてる。リ
ン酸８が入れられた石英ビーカ５は温度コントローラ付
のヒータ６により常にTc＝250℃の温度に保たれてい
る。LiNbO3基板１に熱処理を行い、引き出した後流水で
洗浄を行う。このようにして高屈折率層７が形成され
る。
を形成する。 【構成】 LiNbO3基板１はリン酸８中に浸されてる。リ
ン酸８が入れられた石英ビーカ５は温度コントローラ付
のヒータ６により常にTc＝250℃の温度に保たれてい
る。LiNbO3基板１に熱処理を行い、引き出した後流水で
洗浄を行う。このようにして高屈折率層７が形成され
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はコヒーレント光を利用す
る光情報処理分野、あるいは光応用計測制御分野に使用
する光導波路およびマイクロレンズの製造に用いる光素
子形成方法に関するものである。
る光情報処理分野、あるいは光応用計測制御分野に使用
する光導波路およびマイクロレンズの製造に用いる光素
子形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、強誘電体基板であるLiNbO3基板に
CrまたはAl膜などを蒸着しフォトプロセスおよびエッチ
ングにより幅数μmのスリットを開けたものを安息香酸
中で熱処理を行い高屈折率層（屈折率差Δn＝0.13程
度）を形成していた(シ゛ェー・エル・シ゛ャッケル,シー・イー・ライス及びシ゛ェ
ー・シ゛ェー・ヘ゛セルカ、フ゜ロトン イクスチェンシ゛ フォア ハイーインテ゛ックス ウェイフ゛カ゛
イツ゛インLiNbO3",アフ゜ライト゛ フィシ゛ックスレター,41巻、７号、607−6
08頁（1982年）(J.L.Jackel,C.E.Rice and J.J.Veselk
a, Proton Exchange for High−index Waveguides in L
iNbO3",Appl.Phys.Lett,Vol 41,No.7.pp607−608(1982)
参照）。
CrまたはAl膜などを蒸着しフォトプロセスおよびエッチ
ングにより幅数μmのスリットを開けたものを安息香酸
中で熱処理を行い高屈折率層（屈折率差Δn＝0.13程
度）を形成していた(シ゛ェー・エル・シ゛ャッケル,シー・イー・ライス及びシ゛ェ
ー・シ゛ェー・ヘ゛セルカ、フ゜ロトン イクスチェンシ゛ フォア ハイーインテ゛ックス ウェイフ゛カ゛
イツ゛インLiNbO3",アフ゜ライト゛ フィシ゛ックスレター,41巻、７号、607−6
08頁（1982年）(J.L.Jackel,C.E.Rice and J.J.Veselk
a, Proton Exchange for High−index Waveguides in L
iNbO3",Appl.Phys.Lett,Vol 41,No.7.pp607−608(1982)
参照）。
【０００３】以下、光素子として光導波路形成について
説明する。図４に従来のプロトン交換方法を用いた光導
波路形成の具体的構成を示す。１は強誘電体基板である
LiNbO3基板,２は保護マスクとなるAl膜,３はフォトプロ
セスおよびエッチングにより保護マスク２上に形成され
たスリットである。上記LiNbO3基板１は安息香酸４中に
浸されている。ちなみに安息香酸４の解離指数は4.12で
融点122℃,沸点248℃である。安息香酸４が入れられた
石英ビーカ５はヒータ６により熱処理温度Tcが200℃の
温度に保たれており安息香酸４はこの温度では液体であ
る。この安息香酸４中でLiNbO3基板１を60分熱処理を行
った後、メタノールにより洗浄を行う。こうして安息香
酸４中の水素とLiNbO3基板１中のリチウムが交換し、高
屈折率層７が形成される。この高屈折率層７が0.5μm程
度の光導波路となる。
説明する。図４に従来のプロトン交換方法を用いた光導
波路形成の具体的構成を示す。１は強誘電体基板である
LiNbO3基板,２は保護マスクとなるAl膜,３はフォトプロ
セスおよびエッチングにより保護マスク２上に形成され
たスリットである。上記LiNbO3基板１は安息香酸４中に
浸されている。ちなみに安息香酸４の解離指数は4.12で
融点122℃,沸点248℃である。安息香酸４が入れられた
石英ビーカ５はヒータ６により熱処理温度Tcが200℃の
温度に保たれており安息香酸４はこの温度では液体であ
る。この安息香酸４中でLiNbO3基板１を60分熱処理を行
った後、メタノールにより洗浄を行う。こうして安息香
酸４中の水素とLiNbO3基板１中のリチウムが交換し、高
屈折率層７が形成される。この高屈折率層７が0.5μm程
度の光導波路となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のような酸として
安息香酸を用いた光素子形成方法では、安息香酸の解離
指数PKaが4.12と大きく溶液中の水素濃度が低いため屈
折率差Δnを0.13以上大きくするのが困難である。また
沸点が248℃にあるためそれ以上高温にして拡散定数を
高めることが困難となり素子の作製に時間がかかるなど
の問題もあった。
安息香酸を用いた光素子形成方法では、安息香酸の解離
指数PKaが4.12と大きく溶液中の水素濃度が低いため屈
折率差Δnを0.13以上大きくするのが困難である。また
沸点が248℃にあるためそれ以上高温にして拡散定数を
高めることが困難となり素子の作製に時間がかかるなど
の問題もあった。
【０００５】そこで本発明は、LiNbxTa1-xO3(０≦x≦
１)基板に高屈折率層を形成する光素子形成方法を提供
することを目的とする。
１)基板に高屈折率層を形成する光素子形成方法を提供
することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の光素子形成方法
は上記問題点を解決するため解離指数PKaが1.0≦PKa≦
4.0の範囲であり、また250℃以上の温度で液体であり、
なおかつ水に可溶な酸中でLiNbxTa1-xO3(０≦x≦１)基
板に温度Tが170℃≦T≦300℃の範囲で熱処理を行い前記
LiNbxTa1-xO3(０≦x≦１)基板に高屈折率層を形成する
ものである。
は上記問題点を解決するため解離指数PKaが1.0≦PKa≦
4.0の範囲であり、また250℃以上の温度で液体であり、
なおかつ水に可溶な酸中でLiNbxTa1-xO3(０≦x≦１)基
板に温度Tが170℃≦T≦300℃の範囲で熱処理を行い前記
LiNbxTa1-xO3(０≦x≦１)基板に高屈折率層を形成する
ものである。
【０００７】
【作用】本発明は上記手段により酸中での熱処理時にお
いて水素濃度が高いため容易に0.13以上の屈折率差Δn
を持つ高屈折率層を形成できる。しかも高温処理が可能
となるため素子の作製時間を大幅に短縮することができ
る。
いて水素濃度が高いため容易に0.13以上の屈折率差Δn
を持つ高屈折率層を形成できる。しかも高温処理が可能
となるため素子の作製時間を大幅に短縮することができ
る。
【０００８】
【実施例】本発明の光素子形成方法の第１の実施例を図
１を用いて説明する。この第１の実施例では光素子とし
て光導波路の形成について説明する。
１を用いて説明する。この第１の実施例では光素子とし
て光導波路の形成について説明する。
【０００９】１は強誘電体基板であるLiNbO3基板,２はL
iNbO3基板１の＋Ｚ面上に形成された保護マスクとなるT
i−Au膜でTiの膜厚500Å,Auの膜厚500Åである。３はフ
ォトプロセスおよびエッチングにより保護マスク２上に
形成されたスリットである。上記LiNbO3基板１はリン酸
８中に浸されてる。リン酸はオルトリン酸（H3PO4）、
ピロリン酸(H4P2O7）の総称であり、ちなみに215℃以上
の温度ではリン酸８はオルトリン酸(PKa＝2.2)とピロリ
ン酸(PKa＝1.7)が混在している。リン酸８が入れられた
石英ビーカ５は温度コントローラ付のヒータ６により常
にTc＝250℃の温度に保たれている。LiNbO3基板１を４
分間熱処理を行い引き出した後流水で洗浄を行う。この
ようにして厚み0.5μmの高屈折率層７が形成され、この
高屈折率層７が光導波路となる。
iNbO3基板１の＋Ｚ面上に形成された保護マスクとなるT
i−Au膜でTiの膜厚500Å,Auの膜厚500Åである。３はフ
ォトプロセスおよびエッチングにより保護マスク２上に
形成されたスリットである。上記LiNbO3基板１はリン酸
８中に浸されてる。リン酸はオルトリン酸（H3PO4）、
ピロリン酸(H4P2O7）の総称であり、ちなみに215℃以上
の温度ではリン酸８はオルトリン酸(PKa＝2.2)とピロリ
ン酸(PKa＝1.7)が混在している。リン酸８が入れられた
石英ビーカ５は温度コントローラ付のヒータ６により常
にTc＝250℃の温度に保たれている。LiNbO3基板１を４
分間熱処理を行い引き出した後流水で洗浄を行う。この
ようにして厚み0.5μmの高屈折率層７が形成され、この
高屈折率層７が光導波路となる。
【００１０】リン酸８は解離指数PKaが２程度と低く、
水素濃度が高いためΔn＝0.14程度の高屈折率層を形成
できる。またリン酸８は水に可溶なためプロトン交換後
の洗浄も容易である。さらにリン酸４は安価である。ま
た300℃以上の高温でさえもリン酸４は蒸発が少い上に
融点が室温以下であるのでたとえ蒸発しても固化して周
囲に付着し作業を防げることもない。これに対して、安
息香酸は蒸発物が固化して周囲に付着し作業を妨げるだ
けでなく、水に不溶なため水洗もできず問題となる。
水素濃度が高いためΔn＝0.14程度の高屈折率層を形成
できる。またリン酸８は水に可溶なためプロトン交換後
の洗浄も容易である。さらにリン酸４は安価である。ま
た300℃以上の高温でさえもリン酸４は蒸発が少い上に
融点が室温以下であるのでたとえ蒸発しても固化して周
囲に付着し作業を防げることもない。これに対して、安
息香酸は蒸発物が固化して周囲に付着し作業を妨げるだ
けでなく、水に不溶なため水洗もできず問題となる。
【００１１】なおLiNbO3１の＋Ｚ面または−Ｚ面は酸に
よる特に化学損傷を受けにくく長時間のプロトン交換を
行うには有利である。
よる特に化学損傷を受けにくく長時間のプロトン交換を
行うには有利である。
【００１２】次に本発明の光素子形成方法の第２の実施
例について図２を用いて説明する。第２の実施例では光
素子としてマイクロレンズを形成する方法を示してい
る。図２はマイクロレンズ形成工程を示す断面図で、図
１におけるLiNbO3基板１上のスリット３がレンズとなる
円形部９に変わっている。第１の実施例と同様にリン酸
８中でプロトン交換を行う。
例について図２を用いて説明する。第２の実施例では光
素子としてマイクロレンズを形成する方法を示してい
る。図２はマイクロレンズ形成工程を示す断面図で、図
１におけるLiNbO3基板１上のスリット３がレンズとなる
円形部９に変わっている。第１の実施例と同様にリン酸
８中でプロトン交換を行う。
【００１３】図３にプロトン交換時間に対するプロトン
交換深さの関係を示す。図３よりT＝280℃の温度では6.
3時間の熱処理を行うことにより10μmの深さの高屈折率
層７が得られる。これに対して10μmの深さを得るため
にはT＝230℃の安息香酸ではほぼ100時間かかり、高温
処理が製造時間の短縮に大いに寄与していることがわか
る。また同様にフレネルレンズ,グレーティングレンズ
などの形成にも使用できる。
交換深さの関係を示す。図３よりT＝280℃の温度では6.
3時間の熱処理を行うことにより10μmの深さの高屈折率
層７が得られる。これに対して10μmの深さを得るため
にはT＝230℃の安息香酸ではほぼ100時間かかり、高温
処理が製造時間の短縮に大いに寄与していることがわか
る。また同様にフレネルレンズ,グレーティングレンズ
などの形成にも使用できる。
【００１４】なお実施例では強誘電体基板として良質の
結晶が得易いLiNbO3基板を用いたが他にLiTaO3なども使
用できる。LiTaO3はLiNbO3に比べて拡散定数が小さいた
め高温処理が極めて有効となる。また解離指数PKaが1.0
≦PKa≦4.0で250℃以上の温度で液体であり、なおかつ
水に可溶な酸としてリン酸を用いたが、他のヒ酸（解離
指数2.2）などでも可能である。ただし解離指数PKaが１
以下の酸では化学損傷を起こし易く使用できない。また
250℃以上で液体の酸を用いることにより蒸気も少なく
安定に再現性良く高温でのプロトン交換が行える。ま
た、高屈折率層（Δne＝0.14以上）を化学損傷をほとん
ど受けずに得るためには酸の解離指数PKaが1.0≦PKa≦
4.0の範囲であることは望ましい。特に解離指数2.2以下
の酸は作製される屈折率層の屈折率変化が大きく効果が
ある。
結晶が得易いLiNbO3基板を用いたが他にLiTaO3なども使
用できる。LiTaO3はLiNbO3に比べて拡散定数が小さいた
め高温処理が極めて有効となる。また解離指数PKaが1.0
≦PKa≦4.0で250℃以上の温度で液体であり、なおかつ
水に可溶な酸としてリン酸を用いたが、他のヒ酸（解離
指数2.2）などでも可能である。ただし解離指数PKaが１
以下の酸では化学損傷を起こし易く使用できない。また
250℃以上で液体の酸を用いることにより蒸気も少なく
安定に再現性良く高温でのプロトン交換が行える。ま
た、高屈折率層（Δne＝0.14以上）を化学損傷をほとん
ど受けずに得るためには酸の解離指数PKaが1.0≦PKa≦
4.0の範囲であることは望ましい。特に解離指数2.2以下
の酸は作製される屈折率層の屈折率変化が大きく効果が
ある。
【００１５】ところで熱処理を行う温度が170℃以下で
は拡散定数が低く工業的に問題である。また熱処理を行
う温度が300℃以上では酸の状態が大きく変化し易く再
現性が悪くなる。
は拡散定数が低く工業的に問題である。また熱処理を行
う温度が300℃以上では酸の状態が大きく変化し易く再
現性が悪くなる。
【００１６】
【発明の効果】本発明の光素子形成方法によれば解離指
数PKaが1.0≦PKa≦4.0の範囲で、250℃以上で液体であ
り、なおかつ水に可溶な酸を用いてプロトン交換を行う
ことでLiNbxTa1-xO3(０≦x≦１)基板に従来得られなか
った屈折率変化量のおおきな高屈折率層を形成できる上
に、高温処理ができプロトン交換時間を大幅に短縮でき
る。
数PKaが1.0≦PKa≦4.0の範囲で、250℃以上で液体であ
り、なおかつ水に可溶な酸を用いてプロトン交換を行う
ことでLiNbxTa1-xO3(０≦x≦１)基板に従来得られなか
った屈折率変化量のおおきな高屈折率層を形成できる上
に、高温処理ができプロトン交換時間を大幅に短縮でき
る。
【００１７】また、この方法は高屈折率変化層を作製で
きるために、より閉じ込めの良い光導波路や位相変化量
が大きなマイクロレンズ等が作製できる。
きるために、より閉じ込めの良い光導波路や位相変化量
が大きなマイクロレンズ等が作製できる。
【図１】本発明の光素子形成方法の第１の実施例を説明
するための図
するための図
【図２】本発明の光素子形成方法の第２の実施例を用い
たマイクロレンズ形成工程を説明するための図
たマイクロレンズ形成工程を説明するための図
【図３】プロトン交換時間に対するプロトン交換深さの
関係を示す図
関係を示す図
【図４】従来の光素子形成方法を説明するための図
１ LiNbO3 ２ 保護マスク ３ スリット ７ 高屈折率層 ８ リン酸
Claims (2)
- 【請求項１】解離指数PKaが1.0≦PKa≦4.0の範囲であ
り、また250℃以上の温度で液体であり、なおかつ水に
可溶な酸中でLiNbxTa1-xO3(０≦x≦１)基板に温度Tが17
0℃≦T≦300℃の範囲で熱処理を行い前記LiNbxTa1-xO
3(０≦x≦１)基板に高屈折率層を形成することを特徴と
する光素子形成方法。 - 【請求項２】LiNbxTa1-xO3(０≦x≦１)基板の＋Ｚ面ま
たは−Ｚ面を用いることを特徴とする請求項１記載の光
素子形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4097601A JP2538161B2 (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 光導波路およびレンズの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4097601A JP2538161B2 (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 光導波路およびレンズの製造方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60118309A Division JPS61275806A (ja) | 1985-05-31 | 1985-05-31 | 光素子形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05142438A true JPH05142438A (ja) | 1993-06-11 |
| JP2538161B2 JP2538161B2 (ja) | 1996-09-25 |
Family
ID=14196759
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4097601A Expired - Lifetime JP2538161B2 (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 光導波路およびレンズの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2538161B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6831342B2 (en) * | 2001-08-30 | 2004-12-14 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Optical device for converting incident light into a second harmonic |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS607403A (ja) * | 1983-06-28 | 1985-01-16 | Canon Inc | 薄膜光導波路の作成方法 |
-
1992
- 1992-04-17 JP JP4097601A patent/JP2538161B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS607403A (ja) * | 1983-06-28 | 1985-01-16 | Canon Inc | 薄膜光導波路の作成方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6831342B2 (en) * | 2001-08-30 | 2004-12-14 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Optical device for converting incident light into a second harmonic |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2538161B2 (ja) | 1996-09-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |