JPH05273418A - リッジ型三次元光導波路とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は幾何的形状因子による伝搬損失を低減
させ、低伝搬損失リッジ型三次元導波路の作製を目指す
ものである。 【構成】 単一分極化された誘電体材料の少なくとも一
部分の分極方向を反転させエッチングによりリッジ構造
を形成した後、光導波路を形成するか、二次元導波路上
の少なくとも一部分の分極方向を反転させエッチングに
より三次元導波路を形成するリッジ型三次元導波路の製
造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リッジ型三次元光導波
路, とくに第２高調波発生（ＳＨＧ）素子、光偏向器、
光変調器、光スイッチ、光増幅器あるいは光集積回路な
どの光デバイスとして有用なリッジ型光導波路とその製
造方法に関し、とりわけリッジ部側面の荒れが少なく、
低伝搬損失で光の閉じ込め性に優れた光導波路とそれの
製造方法に関して提案する。

【０００２】

【従来の技術】近年、レーザ光を利用した光情報処理装
置の発展にはめざましいものがあるが、なかでも、光偏
向器、光変調器、光増幅素子、光スイッチなどの光デバ
イスについては、電気光学効果や非線形光学効果、磁気
光学効果などの光学的特性に優れ、伝搬損失の低い高品
質の光導波路の使用が不可欠である。

【０００３】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るか、あるいは段差すな
わち膜厚差を設け、帯状領域のみ導波するようにしたチ
ャンネル型光導波路とがあるが、チャンネル型光導波路
の方が光の閉じ込め効率が高くできるため有利とされて
いる。

【０００４】チャンネル型光導波路の基本的な形状とし
ては、埋め込み型、リッジ型、装荷型があるが、光変調
器などの光デバイスに応用した場合、リッジ型の光導波
路とすることが望ましい。それは、この形状の光導波路
の方が光の閉じ込め効率が高く、加工も容易にできるか
らである。

【０００５】従来、リッジ型三元導波路は、西原、春
名、栖原著、「光集積回路」Ｐ195 オーム社（１９８
５）に示されているように、フォトリソグラフィー技術
と蒸着、リフトオフにより二次元導波路上にリッジ型導
波路にしたい部分のみＴｉ等のマスクが蒸着された状態
とし、ついで、Ａｒ等のプラズマで物理的にドライエッ
チングを行なって作製していた。Ｔｉ下の材料は、Ｔｉ
が完全に消失するまではエッチングされないのでリッジ
型三次元導波路となる。

【０００６】他の物理的エッチングによる三次元化方法
としては、マスクとしてＴｉの変わりにＮｉ，エッチン
グガスとしてＣＣｌ₂ Ｆ₂ ，Ａｒ，Ｏ₂ を用い物理的エ
ッチングに化学的エッチング作用を加えＬｉＮｂＯ₃ の
結晶性に与えるダメージの低減やマスクとＬｉＮｂＯ₃
のエッチング比（ＬｉＮｂＯ₃ エッチング速度／マスク
のエッチング速度）を大きくしようとする反応性イオン
エッチングが、「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ Ｌｅｔｔ．」Ｖ
ｏｌ．３８ No. １１（１９８１）に示されている。さ
らに反応性ガスをビームにして試料に照射することでさ
らにエッチング比を大きくしようとする試みが「Ｊｏｕ
ｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅｔｅｃｈ．」Ｖｏ
ｌ．ＬＴ−２，No. ４（１９８４）に示されている。

【０００７】一方、弗酸、硝酸／弗酸混合液等を用い
て、化学的なエッチングで三次元導波路を形成する方法
も試みられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
物理的、または化学的エッチング法で三次元導波路を作
製する技術は、以下に述べる問題点がある。

【０００９】物理的ドライエッチング法でリッジ型三次
元導波路を作製する場合、エッチング速度が概して遅
く、かつ装置のスループット、すなわち処理能力が低く
経済的に不利となる、エッチングプロセス中に反応生成
物あるいは反応容器に起因する汚染物が試料表面に付着
する、加速イオン衝撃によって試料に損傷を与える、電
極間の放電状態あるいは反応ガスの流形によってエッチ
ング速度が不均一となるなどの欠点あった。

【００１０】さらに、エッチングマスクとＬｉＮｂＯ₃
のエッチング比が小さいために、マスク材の膜厚は厚く
する必要があった。エッチングマスクの形成には一般的
にリフトオフ法が採用されているが、リフトオフ法で厚
いエッチングマスクを作成すると側壁は非常に荒れた面
となってしまう。

【００１１】物理的ドライエッチング法ではエッチング
機構が物理的なエッチングのみであるので、マスクの側
壁の形状がそのまま導波路のリッジ部に転写されるの
で、リッジ型三次元導波路の側壁は非常に荒れたものと
なってしまう。このリッジ部の側壁の荒れが散乱損失の
原因となり伝搬損失が大きくなってしまう。

【００１２】このほか反応性イオンエッチングや反応性
イオンビームエッチングが行われているが、装置が非常
に高価, 大面積化が困難, 大きなエッチング比が得られ
ていない等の問題がある。

【００１３】一方、化学的なエッチングで三次元導波路
を形成する方法においては、エッチングマスクとして適
当なものがなく、さらに、エッチング速度の充分な再現
性を得ることが困難で、また等方的であることから、１
μｍ以下の加工精度が要求される場合には満足な結果が
得られないという欠点があった。

【００１４】本発明の目的は、従来技術の上述した問題
点を解決し、リッジ型三次元導波路の側壁の荒れを無く
し、伝搬損失の低いリッジ型三次元導波路を簡単な工程
で、経済的に作成する方法を提案するものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来技術
の問題点を克服するために鋭意研究を重ねた結果、単一
分極化された誘電体の＋分極面と−分極面のエッチング
速度比が大きく異なることを利用して異方性化学エッチ
ングをし、この方法によってリッジ型形状を作成すれ
ば、再現性、膜厚均一性に優れ、かつ薄膜結晶性が全く
劣化せず、側壁の荒れを低減し、伝搬損失の低いリッジ
型光導波路が極めて容易に得られることを新規に見出し
た。

【００１６】すなわち、本発明は、単一分極化された誘
電体材料上にリッジ型導波路を形成すると共に、そのリ
ッジ部の分極方向が当該リッジ部以外のスラブ部におけ
る分極方向とは逆向きに形成されてなるるリッジ型三次
元光導波路であって、前記リッジ型導波路は、このリッ
ジ部の分極方向を周辺のスラブ部の分極方向とは逆方向
に反転させて得たものであり、そして、前記リッジ型三
次元光導波路の表面がプラス分極面であり、その周辺の
スラブ部の表面がマイナス分極面である光導波路であ
る。

【００１７】また、本発明は、少なくとも以下の工程；
単一分極化された誘電体材料からなる二次元導波路上に
導電性薄膜を用いてパターンを形成する工程、熱処理を
行い前記単一分極化された誘電体の分極方向の一部を反
転せしめる工程、化学的ウェットエッチングによりリッ
ジ形状を形成する工程、を経て製造することを特徴とす
るリッジ型三次元光導波路の製造方法、および、少なく
とも以下の工程；単一分極化された誘電体材料上に導電
性薄膜を用いてパターンを形成する工程、熱処理を行い
前記単一分極化された誘電体の分極方向の一部を反転せ
しめる工程、化学的ウェットエッチングによりリッジ形
状を形成する工程、誘電体材料上の少なくとも一部に光
導波路を形成する工程、を経て製造することを特徴とす
るリッジ型三次元光導波路の製造方法、を提案する。

【００１８】

【作用】本発明の製造方法では、少なくとも次のような
工程；すなわち、単一分極化された誘電体の一方の分極
面上に導電性薄膜を用いて所望のパターンを形成する工
程、熱処理を行い前記単一分極化された誘電体の分極方
向の一部を反転せしめる工程、化学的ウェットエッチン
グによりリッジ形状を形成する工程、またはさらに誘電
体の少なくとも一部に光導波路を形成する工程を経るこ
とが必要である。

【００１９】このような製造方法によることが本発明光
導波路の作成において不可欠となる理由は次のように説
明される。単一分極化された誘電体に導体パターンを形
成し、これを熱処理すれば、単一分極化された誘電体に
はピロ電気が誘発される。さらに、その導体パターンの
形成により、誘電体表面電荷分布が不均一となり、部分
的に電界が強くなる部分を生成し、その強い電界部で部
分分極反転が生じる。次に、この分極反転が生じた誘電
体を、化学的ウェットエッチングすると、プラス分極面
とマイナス分極面のエッチング速度が異なるために、必
然的にリッジ構造を形成することができるようになるの
である。

【００２０】ところで、分極反転技術は、従来Ｔｉ拡散
法、ＳｉＯ₂ 装荷法、電子線照射法等が知られている
が、Ｔｉ拡散法、ＳｉＯ₂ 装荷法では異種元素の混入に
よる誘電体結晶の特性の変化（例えば屈折率の変化、結
晶性の低下等）が起こり、電子線照射法ではかなり大掛
かりな装置が必要となり経済的でなかった。これに対
し、本発明の分極反転法では、Ｔｉ拡散やプロトン交換
のように、結晶構造に影響を与えないため、光学的特性
に優れた導波路を製造でき、また、その工程も極めて簡
単であり、コストパフォーマンスに優れる。

【００２１】次に、本発明の三次元導波路の作成方法を
説明するが、本発明は表１に示されるように、エッチン
グ速度比と導電性薄膜を形成する面の分極方向の組合せ
によって４つの組合せが存在する。ここでは組合せ番号
４を例にして、図１を用いて説明する。

【表１】

【００２２】まず、誘電体からなるマイナス分極面をも
った二次元導波路を作成する。ここでマイナス分極面を
もった二次元導波路とは、リッジ型三次元導波路を形成
する面がマイナス分極を持っていることを示す。

【００２３】二次導波路の作成方法としては、単一分極
化された誘電体のマイナス分極面をイオン交換法、イオ
ン拡散法を用いて作製することが可能である。イオン交
換法で用いるイオン源としては、プロトンが挙げられ
る。また、イオン拡散法の拡散源としては、チタン、酸
化マグネシウム、ナトリウム等が挙げられる。または、
任意の基板上にＰＶＤ法、ＣＶＤ法、液相エピタキシャ
ル成長法等により単一分極化された−分極面をもつ誘電
体を形成することも可能である。

【００２４】本発明では、二次元導波路を作成した後、
分極反転させるだけなく、分極反転を行い、エッチング
処理によりリッジ部を形成した後、イオン交換法やイオ
ン拡散法により二次元導波路を作成し、三次元導波路と
してもよい。

【００２５】本発明の光導波路は、液相エピタキシャル
成長法によって形成された二次元導波路であり、基板と
薄膜導波層の結晶格子を互いに整合（格子整合）された
ものであることが望ましい。それは、このように基板と
薄膜導波層とを格子整合させると、格子の歪みや結晶欠
陥が極めて少なくなり、マイクロクラックなどのない高
品質の薄膜導波層を形成することができるからである。

【００２６】このような格子整合に当たって、前記薄膜
導波層の格子定数は、基板の格子定数の９９．８１〜１
００．０３％であることが望ましい。この理由は、薄膜
導波層の格子定数が、基板の格子定数の９９．８１％よ
り小さくなると薄膜導波層にクラックが発生し、また、
薄膜導波層の格子定数が、基板の格子定数の１００．０
３％より大きくなると薄膜導波層にファセットが発生す
るため、いずれの場合においても光学用途に使用できる
高品質の薄膜導波層を得ることが困難となるためであ
る。

【００２７】本発明において、前記薄膜導波層と基板と
の組み合せは、特に限定されるものではないが、例え
ば、薄膜導波層としては、ＬｉＮｂＯ₃ 、α−石英、Ｋ
ＴｉＯＰＯ₄ （ＫＴＰ）、β−ＢａＢ₂ Ｏ₄ （ＢＢ
Ｏ）、ＫＨ₂ ＰＯ₄ （ＫＤＰ）、ＫＤ₂ ＰＯ₄ （ＫＤ^*
Ｐ）、ＮＨ₄ Ｈ₂ ＰＯ₄ （ＡＤＰ）、Ｃ₅ Ｈ₂ ＡｓＯ₄
（ＣＤＡ）、Ｃ₂ Ｄ₂ ＡｓＯ₄ （ＣＤ^* Ａ）、ＲｂＨ₂
ＰＯ₄ （ＲＤＰ）、ＲｂＨ₂ＡｓＯ₄ （ＲＤＡ）、Ｂｅ
ＳＯ₄ ・４Ｈ₂ Ｏ、ＬｉＣｌＯ₄ ・３Ｈ₂ Ｏ、ＬｉＣｌ
Ｏ₃ 、α−ＬｉＣｄＢＯ₃ 、ＬｉＢ₃ Ｏ₅ （ＬＢＯ）、
Ｙ₃ Ｆｅ₅ Ｏ₁₂、（Ｂｉ，Ｙ）₃ （Ａｌ，Ｆｅ）₅ Ｏ₁₂
などのガーネット、Ｂａ₂ ＮａＮｂ₅ Ｏ₁₅（ＢＮＮ）、
（Ｓｒ，Ｂａ）Ｎｂ₂ Ｏ₆ などが使用でき、この薄膜導
波層に組み合わせて用いる基板としては、例えば、Ｌｉ
ＴａＯ₃ 、ＬｉＴａＯ₃ 薄膜が形成されたＬｉＮｂ
Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂ 、α−サファイア、ＢｅＯ、ＺｎＯ、Ｇ
ｄ₃ Ｇａ₅ Ｏ ₁₂などのガーネット、ＫＴＰ、ＢＢＯ、Ｌ
ＢＯ、ＫＤＰおよび類似化合物、ソーダガラス、パイレ
ックスガラスなどが用いられる。

【００２８】特に、薄膜導波層としてＬｉＮｂＯ₃ を用
い、基板としてＬｉＴａＯ₃ を用いる組み合せは最も望
ましい形態である。それは、これらの単結晶は、結晶構
造が互いに類似しており、格子整合させやすいからであ
る。

【００２９】本発明で使用される単一分極化された誘電
体の導体パターンを形成する面は、各誘電体結晶のＣ面
（結晶軸の（００１）方向を法線ベクトルとする面）で
あることが望ましい。この理由は、Ｃ面は種々のデバイ
スに適応性が高く、また前述の液相エピタキシャル成長
が容易であるからである。

【００３０】ついで、加工後リッジ型三次元導波路とな
る部分を除き、導電性薄膜でマスクする。その際のパタ
ーニングは、フォトリソグラフ技術、蒸着技術、リフト
オフ法やエッチング技術を組み合わせて行う。中でも導
電性薄膜を蒸着し、ついでフォトリソグラフィーにより
エッチングレジストを形成し、化学エッチングによりリ
ッジ型三次元導波路となる部分の導電性薄膜を溶解除去
する方法が作業性や工程の簡便性から優れている。

【００３１】ここで使用される導電性薄膜は次の熱処理
工程で酸化され導電性を失わず、かつ二次元導波路中に
拡散されないものであれば特に限定されない。このよう
な性質を有する物質としては、金、銀、チタン、タンタ
ル、銅、アルミニウム、クロム、ニッケル、白金、鉄等
が挙げられる。中でも金、タンタル、クロムが高温での
安定性や薄膜形成が容易であることから望ましい。

【００３２】ついで導電性薄膜が形成された試料を熱処
理する。誘電体を加熱する事によりピロ電気（誘電体の
ピロ電気効果により発生する電気成分。以下同様）の発
生とそれに伴う電界のエッジ効果により導電性薄膜が形
成されていない部分の誘電体が分極反転する。

【００３３】熱処理温度は３００℃以上で誘電体のキュ
リー点未満であることが望ましい。その理由は、３００
℃未満であると十分なピロ電気の発生が期待できず、キ
ュリー点以上ではピロ電気効果そのものが消失してしま
うためである。熱処理温度は、導体を構成する元素の急
激な拡散が生じる温度より低いことが望ましい。

【００３４】熱処理雰囲気は前記導電性薄膜を熱処理中
に酸化させたり、ピロ電気を放電させたりしなければ特
に限定されない。乾燥空気、窒素、アルゴンなどが推奨
される。

【００３５】また、熱処理時間は１０分〜３時間が望ま
しい。この理由は熱処理時間が１０分より短いと十分に
分極反転が起こらず、また、３時間より長いと誘電体の
光学特性に悪影響を与える場合があるからである。

【００３６】分極反転層の厚みはリッジ型三次元導波路
最大段差に相当するため、光の閉じ込め性から考えて、
少なくとも二次元導波路厚みの半分は分極反転される必
要がある。

【００３７】次にプラス分極面とマイナス分極面では腐
食液に対するエッチング速度が大きく異なることを利用
し、二次元導波路内にプラス面とマイナス面が存在する
場合、その二次元導波路をエッチングすることによりリ
ッジ型三次元導波路となる。この説明ではエッチング速
度がマイナス分極面＞＞プラス分極面の関係にあるの
で、エッチングすることによりマイナス分極面が溶解除
去されプラス分極面からなるリッジ型三次元導波路がで
きる。

【００３８】本発明で使用されるエッチング方法として
は、ＨＦ−ＨＮＯ₃ 、ＨＣｌ−ＨＮＯ₃ 、ＨＦ、ＨＣ
ｌ、などの腐食液によるエッチングが挙げられる。

【００３９】本方法ではドメイン反転処理でプラス分極
域とマイナス分極域の界面が平滑に形成されたため、ウ
ェットエッチングによる二次元導波路からリッジ型三次
元導波路への加工で導波路部の側壁の荒れが極めて少な
いリッジ型三次元導波路が得られる。

【００４０】ついで本発明の三次元導波路について説明
する。本発明の導波路は、単一分極化された誘電体材料
上に形成された三次元導波路であって、その周囲の分極
方向と逆向きの分極方向を有する三次元導波路であるこ
とが必要である。

【００４１】この理由は、本発明の三次元導波路の加工
方法がプラス分極面とマイナス分極面のウェットエッチ
ング速度が異なることによっているためである。

【００４２】本発明の三次元導波路は、その分極方向が
導波路周囲のスラブ部の分極方向とは逆方向に反転させ
たものであることが望ましい。この理由は、誘電体全面
と比べ導波路部分の面積が小さく、反転処理がより低温
度、短時間で実現でき、誘電体の光学特性を劣化させな
いからである。

【００４３】本発明の三次元導波路は、その表面は、プ
ラス分極面、非三次元光導波路部分の表面がマイナス分
極面であることが望ましい。この理由は、以下の実験事
実に基づいている。 （１）ＬｉＮｂＯ₃ 単結晶の−Ｃ面および＋Ｃ面上にス
ピナによりポジレジストを１μｍ塗布し、フォトリソグ
ラフィーにより導波路となる部分にのみレジストが残る
ようにパターンを作成した。次に基板全面にＴａをスパ
ッタリングにより厚さ７５０Å蒸着した。続いて有機溶
剤に浸すことによりレジストを溶解除去した。この時、
レジスト上のＴａも同時に除去され導波路となる部分に
幅８μｍの窓が開いたマスクパターンを作成した。 （２）続いて二つのサンプルを、乾燥空気中６５０℃で
４５分熱処理を行い導波路となる部分のみ分極方向を反
転させる処理をおこなった。 （３）ＨＦ：ＨＮＯ₃ ＝１：２の沸騰液中にて化学エッ
チングして分極状態を確認した結果、−Ｃ面上にＴａ膜
を形成したサンプルは分極反転を起こしていたが、＋Ｃ
面上にＴａ膜を形成したサンプルは分極反転が確認でき
なかった。 この結果より、本発明の方法においてはマイナス分極面
からプラス分極面に反転するのは比較的容易であるが、
プラス分極面からマイナス分極面に反転するのは容易で
ない。このため、三次元導波路の表面は、プラス分極
面、非三次元光導波路部分の表面がマイナス分極面であ
る構成にすることが高精度の三次元導波路を作成する上
で必要である。

【００４４】本発明の三次元導波路は、リッジ型導波路
であることが望ましい。この理由は、光を導波路に閉じ
込めやすいからである。

【００４５】前記リッジ部の幅は、１〜１５μｍが望ま
しい。この理由は、１μｍ以下では光の閉じ込め性が悪
く、１５μｍ以上では導波される光がマルチモードとな
ってしまい実用的でない。

【００４６】

【実施例】

実施例１ （１）２インチＬｉＮｂＯ₃ 単結晶の−Ｃ面に厚さ０．
０５μｍのＴｉ膜をスパッタリングにより形成した。 （２）ついでこの試料を１０００℃で６０分間熱処理
し、Ｔｉ拡散二次元導波路を形成した。硝酸中で洗浄す
ることにより残留したＴｉ膜を溶解除去した。これらの
処理を施しても分極方向は変化しなかった。 （３）次に基板の−Ｃ面に導電性薄膜であるクロムを
０．５μｍスパッタリングにより付着させた。その後ス
ピンコート法によりエッチングレジストをコートし、次
いでフォトリソグラフィーにより導波路となる部分のみ
幅５μｍの窓が開いたエッチングマスクを形成した。最
後に濃塩酸中でクロムをエッチングし導波路となる部分
のみ窓の開いた導電性薄膜を形成した。 （４）続いてアルゴン雰囲気中４５０℃で５０分熱処理
を行い導波路となる部分のみ分極方向を反転させた。 （５）上記（４）まで処理を行った試料を濃塩酸中でエ
ッチングしクロムを溶解除去した。 （６）引続きＨＦ：ＨＮＯ₃ ＝１：２の沸騰液中にて３
分間化学エッチングしたところマイナス分極面の部分が
より多くエッチングされ幅５μｍ，リッジ高さ１μｍの
ＬｉＮｂＯ₃ リッジ型三次元導波路となった。 （７）上記（６）で作製したＬｉＮｂＯ₃ 三次元導波路
のリッジ部側壁の荒れを非接触式表面粗さ計と走査型電
子顕微鏡を用いて測定したところ、最大表面粗さは０．
０４μｍであった。 （８）また、カットバック法およびプリズム移動法を用
いて作成した三次元導波路の伝搬損失を測定したところ
伝搬損失は、０．９ｄＢ／cmであった。

【００４７】実施例２ （１）ＬｉＴａＯ₃ 単結晶の−Ｃ面上にスピナによりポ
ジレジストを１μｍ塗布し、フォトリソグラフィーによ
り導波路となる部分にのみレジストが残るようにパター
ンを作成した。次に基板全面にＴａをスパッタリングに
より厚さ８００Å蒸着した。続いて有機溶剤に浸すこと
によりレジストを溶解除去した。この時、レジスト上の
Ｔａも同時に除去され導波路となる部分に幅１０μｍの
窓が開いたマスクパターンを作成した。 （２）続いて乾燥空気中５００℃で５０分熱処理を行い
導波路となる部分のみ分極方向を反転させた。 （３）上記（２）まで処理を行った試料を２５０℃ピロ
リン酸中で１時間処理してプロトン交換を行った。引続
き空気中３００℃で２時間熱処理した。 （４）試料を硝酸中でエッチングしＴａ膜を溶解除去し
た。 （５）ＨＦ：ＨＮＯ₃ ＝１：２の沸騰液中にて３分間化
学エッチングしたところ＋分極面の部分がより多くエッ
チングされ幅１０μｍ，リッジ高さ０．８μｍのＬｉＴ
ａＯ₃ リッジ型三次元導波路となった。 （６）上記（５）で作製したＬｉＴａＯ₃ 三次元導波路
の特性を実施例１と同様に評価したところ、リッジ部側
壁の最大表面粗さは０．０７μｍであり、伝搬損失は、
１．６ｄＢ／cmであった。

【００４８】実施例３ （１） Ｌｉ₂ ＣＯ₃ １９．６ｇ、Ｖ₂ Ｏ₅ ５１．９
ｇ，Ｎｂ₂ Ｏ₅ １８．９ｇ、Ｎａ₂ ＣＯ₃ ９．７ｇ、Ｍ
ｇＯ ０．３ｇ秤量（Ｌｉ₂ ＣＯ₃ ４２．７モル％、Ｖ
₂ Ｏ₅ ４５．９モル％、Ｎｂ₂ Ｏ₅ １１．４モル％、Ｎ
ａ₂ ＣＯ₃ をＬｉ₂ＣＯ₃ に対して２５．６モル％、Ｍ
ｇＯを前記溶融物組成から析出可能なＬｉＮｂＯ₃ の理
論量に対して５モル％添加（ＭｇＯ／（ＬｉＮｂＯ₃ ＋
ＭｇＯ）×１００＝５モル％を満たすようにＭｇＯを添
加）した混合物を白金ルツボに入れ、エピタキシャル成
長装置中で空気雰囲気下で１０５０℃まで加熱してルツ
ボの内容物を溶解させ、１９．５時間攪拌した。溶融体
を１時間当たり１２０℃の冷却速度で１０００℃まで、
さらに１時間当たり６０℃の冷却速度で９３９℃まで徐
冷した。 （２） ２インチφ、厚さ１mmのＬｉＴａＯ₃ 単結晶１
の（０００１）面を光学研磨した後、液相エピタキシャ
ル成長法によりＬｉＮｂＯ₃ 単結晶薄膜２を３μｍの膜
厚でエピタキシャル成長させた。（図１ 工程Ａ） （３） 得られた薄膜結晶表面は鏡面であり、薄膜の結
晶性を２結晶法ロッキングカーブにて評価したところ、
ピーク半価幅は２５ｓｅｃであった。得られた薄膜結晶
の、波長０．８３μｍの半導体レーザに対する伝搬損失
をプリズム移動法によって測定したところ、０．８ｄＢ
／cmであった。また、薄膜の分極状態は単分極化されて
いて、その分極方向はマイナス面であった。 （４）ＬｉＮｂＯ₃ 二次元導波路上にスピナによりポジ
レジストを１μｍ塗布し、フォトリソグラフィーにより
導波路となる部分にのみレジストが残るようにパターン
を作成した。次に基板全面にＴｉをスパッタリングによ
り厚さ０．３μｍ蒸着した。続いて有機溶剤に浸すこと
によりレジストを溶解除去した。この時、レジスト上の
Ｔｉも同時に除去され導波路となる部分に幅５μｍの窓
が開いたマスクパーンが作成された。 （５）続いて窒素雰囲気中３８０℃で１時間熱処理を行
い導波路となる部分のみ分極方向を反転させた。 （６）上記（５）まで処理を行った試料を硝酸中でエッ
チングしチタンを溶解除去した。 （７）引続き５０℃のＨＦ：ＨＮＯ₃ ＝１：２の溶液中
にて１４分間化学エッチングしたところ−分極面の部分
がより多くエッチングされ幅５μｍ，リッジ高さ１．２
μｍのＬｉＮｂＯ₃ リッジ型三次元導波路となった。 （８）上記（７）で作製したＬｉＮｂＯ₃ 三次元導波路
の特性を実施例１と同様に評価したところ、リッジ部側
壁の最大表面粗さは０．０３μｍであり、伝搬損失は、
０．９ｄＢ／cmであった。 （９） 得られた導波路の結晶性を２結晶法ロッキング
カーブにて評価したところ、ピーク半価幅は２６ｓｅｃ
であり殆ど劣化していなかった。

【００４９】比較例１ （１）１インチＬｉＮｂＯ₃ 単結晶の−Ｃ面にＴｉ膜を
０．０５μｍスパッタリングにより形成した。 （２）ついでこの試料を１０００℃で３０分間熱処理
し、ついで硝酸中で洗浄して残留したＴｉ膜を溶解除去
してチタン拡散二次元導波路を形成した。 （３）ＬｉＮｂＯ₃ ２次元導波路上にレジストを塗布
し、フォトリソグラフィ技術によりレジストに10μｍの
窓開けを行った。 （４）基板全面にＴｉを１μｍスパッタリングにより蒸
着した。続いて、その基板を溶剤に浸し、レジスト上の
マスクを除去（リフトオフ）した。 （５）リフトオフ後の基板全面をドライエッチングし、
リッジ型三次元導波路とした。 （６）上記（５）で作製したＬｉＮｂＯ₃ 三次元導波路
のリッジ部側壁の荒れを非接触式表面粗さ計と走査型電
子顕微鏡を用いて測定したところ、最大表面粗さは０．
５μｍであった。 （７）また、カットバック法およびプリズム移動法を用
いて作成した三次元導波路の伝搬損失を測定したところ
伝搬損失は、７．０ｄＢ／cmであった。

【００５０】比較例２ （１） ２インチφ、厚さ１mmのＬｉＴａＯ₃ 単結晶の
（０００１）面を光学研磨した後、液相エピタキシャル
成長法によりＬｉＮｂＯ₃ 単結晶薄膜を３μｍの膜厚で
エピタキシャル成長させた。 （２）ＬｉＮｂＯ₃ ２次元導波路上に耐弗酸レジストを
塗布し、フォトリソグラフィ技術によりレジストに５μ
ｍのパターンを作製した。 （３）基板全体を５０℃のＨＦ：ＨＮＯ₃ ＝１：２の溶
液中にて１４分間化学エッチングし幅４．５μｍ，リッ
ジ高さ１．２μｍの三次元導波路を得た。 （４）レジストを取り除き、三次元導波路の状態を調べ
たところ、サイドエッチングにより導波路幅がマスクよ
りも狭くなっていた。また、三次元導波路の特性を比較
例１と同様に評価したところ、リッジ部の側壁の最大表
面粗さは０．９μｍであり伝搬損失は６ｄＢ／cmであっ
た。

【００５１】比較例３ 本比較例は、基本的には、比較例１と同じであるが、分
極反転方法として、コロナ放電法を使用した。 （１）１インチのＬＮ単結晶の−Ｃ面に厚さ０．０４μ
ｍのＴｉ膜をスパッタリングにより形成した。 （２）酸素雰囲気中、１０００℃で６０min 熱処理し、
ついでＨＦ−ＨＮＯ₃ 溶液で試料表面を洗浄して、チタ
ン拡散二次元導波路を形成した。 （３）この二次元導波路上にレジストを塗布し、通常の
フォトリソグラフィ技術により、５μｍレジストパター
ンを形成した。 （５）真空スパッタ装置でＴａ膜を０．３μｍ形成し、
リフトオフにより窓幅５μｍのＴａ膜パターンを形成し
た。 （５）針状Ｗ電極を用い、電圧７０００Ｖ，電流６０μ
Ａ，電極距離１０mm基板温度３００℃の条件でコロナ放
電を２時間行った。 （６）ＨＦ−ＨＮＯ₃ 溶液中，５０℃で３０min エッチ
ングし、導波路が形成されなかった。

【００５２】

【発明の効果】パターン制御性に優れるドメイン反転処
理と選択性の大きな異方性化学エッチングを利用して三
次元導波路が作製できるため、従来問題となっていたリ
ッジ部の側壁の荒れが解消されることにより導波光の伝
搬損失が低下する。また、微細加工が可能であり、工程
が簡便なため経済的に有利となる。さらに、分極反転工
程で異種元素の拡散が無く、誘電体の特性を損なうこと
が無い。このためこのリッジ型三次元導波路は光の閉じ
込めが良く光デバイス一般に広く使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は単分極化された誘電体材料からなる二次
元導波路にリッジ型三次元導波路を形成する方法であ
る。

【図２】図２は単分極化された誘電体材料にリッジ型三
次元導波路を形成する方法である。

【符号の説明】

１基板 ２二次元導波路 ３導電性薄膜 ４分極反転領域 ５誘電体結晶 ６イオン交換導波路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単一分極化された誘電体材料上にリッジ
   型導波路を形成すると共に、そのリッジ部の分極方向が
   当該リッジ部以外のスラブ部における分極方向とは逆向
   きに形成されてなるるリッジ型三次元光導波路。
2. 【請求項２】 前記リッジ型導波路は、このリッジ部の
   分極方向を周辺のスラブ部の分極方向とは逆方向に反転
   させて得たものである請求項１に記載の光導波路。
3. 【請求項３】 前記リッジ型三次元光導波路の表面がプ
   ラス分極面であり、その周辺のスラブ部の表面がマイナ
   ス分極面である請求項１または２に記載の光導波路。
4. 【請求項４】 少なくとも下記の工程；単一分極化され
   た誘電体材料からなる二次元導波路上に導電性薄膜を用
   いてパターンを形成する工程、熱処理を行い前記単一分
   極化された誘電体の分極方向の一部を反転せしめる工
   程、化学的ウェットエッチングによりリッジ形状を形成
   する工程、を経て製造することを特徴とするリッジ型三
   次元光導波路の製造方法。
5. 【請求項５】 少なくとも下記の工程；単一分極化され
   た誘電体材料上に導電性薄膜を用いてパターンを形成す
   る工程、熱処理を行い前記単一分極化された誘電体の分
   極方向の一部を反転せしめる工程、化学的ウェットエッ
   チングによりリッジ形状を形成する工程、誘電体材料上
   の少なくとも一部に光導波路を形成する工程、を経て製
   造することを特徴とするリッジ型三次元光導波路の製造
   方法。
6. 【請求項６】 前記導電性薄膜を用いて形成されたパタ
   ーンは、誘電体材料のマイナス分極面に形成される請求
   項４または５に記載の製造方法。