JPH06222233A - Manufacture of laminated type garnet crystal optical waveguide - Google Patents

Manufacture of laminated type garnet crystal optical waveguide

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JPH06222233A
JPH06222233A JP1468993A JP1468993A JPH06222233A JP H06222233 A JPH06222233 A JP H06222233A JP 1468993 A JP1468993 A JP 1468993A JP 1468993 A JP1468993 A JP 1468993A JP H06222233 A JPH06222233 A JP H06222233A
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optical waveguide
waveguide
crystal
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garnet crystal
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雄二郎 加藤
Naoto Sugimoto
直登 杉本
Atsushi Shibukawa
篤 渋川
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Abstract

PURPOSE:To provide a high quality laminated type garnet crystal optical waveguide by making crystal growth of and working a second waveguide core layer and a second waveguide upper clad layer on the side opposite to a first waveguide core layer of a lower clad layer to facilitate the formation of the second waveguide. CONSTITUTION:With a first optical waveguide core ridge 1, an intermediate clad layer 2, and an upper clad layer on an optical waveguide used as substrate for crystal growth, a second optical waveguide core ridge 4 formed by working a garnet crystal film of which crystal is grown on the intermediate clad layer 2 and an upper clad layer 5 on the second optical waveguide comprising the garnet crystal film are provided. Because the core ridge 4 is formed on the flat clad layer 2, it is not broken and the working form of it is made square easily. Thus the final film thickness of the first clad layer 2 grown on a crystal substrate can be selected arbitrarily, and the first waveguide 1 and second waveguide 4 can be moved closely to each other easily through the intermediate clad layer 2.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光学アイソレータや光
増幅素子等に用いられるガーネット結晶光導波路の製造
方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a garnet crystal optical waveguide used for optical isolators, optical amplifiers and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、導波型デバイスに対する高機能化
の要求が大きくなり、高密度集積化・多機能化そして方
向性結合器等の性能の制御性の向上等が不可欠となって
きている。このために、第1の光導波路を形成した後、
第2の光導波路をその直上に形成して、第1の光導波路
と第2の光導波路との間で適宜光信号を結合させること
のできる構造、すなわち、光導波路を多段に積層した構
造が提案されている。この高密度集積化・多機能化そし
て方向性結合器等の性能の制御性の向上といった要求
は、ガーネット結晶光導波路にもあてはまる。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been an increasing demand for higher functionality in waveguide devices, and it has become indispensable to achieve high-density integration, multi-functionality, and improved controllability of the performance of directional couplers and the like. . For this purpose, after forming the first optical waveguide,
A structure in which the second optical waveguide is formed immediately above and a light signal can be appropriately coupled between the first optical waveguide and the second optical waveguide, that is, a structure in which the optical waveguides are laminated in multiple stages, Proposed. The demands for high-density integration, multi-functionality, and improved controllability of the performance of directional couplers and the like also apply to garnet crystal optical waveguides.

【0003】従来から、光学デバイス等に用いるガーネ
ット結晶導波路は、ガーネット結晶基板上に下部クラッ
ド層、続いてコア層を液相エピタキシャル成長法(LP
E法)等により成長し、コア層をイオンビームエッチン
グ等の手法により2次元的に加工し、しかる後、上部ク
ラッド層をLPE法等を用いて成長させることにより形
成している。
Conventionally, a garnet crystal waveguide used for an optical device or the like has a lower clad layer on a garnet crystal substrate, and subsequently a core layer formed by a liquid phase epitaxial growth method (LP).
E method) and the like, the core layer is two-dimensionally processed by a method such as ion beam etching, and then the upper clad layer is grown by using the LPE method or the like.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来技術によりガーネ
ット結晶光導波路の高密度集積化・多機能化そして方向
性結合器等の性能の制御性の向上を図るために、第1の
光導波路上に第2の光導波路を配置した積層型の光導波
路を作製しようとすると次のような問題点が生ずる。従
来技術により、第1のガーネット結晶光導波路、そして
その上に第2のガーネット結晶光導波路を作製する工程
の例を図10〜図16に示す。
In order to achieve high-density integration and multi-functionalization of the garnet crystal optical waveguide and to improve the controllability of the performance of the directional coupler and the like by the conventional technique, the garnet crystal optical waveguide is formed on the first optical waveguide. The following problems arise when trying to manufacture a laminated optical waveguide in which the second optical waveguide is arranged. 10 to 16 show an example of a process of manufacturing the first garnet crystal optical waveguide and the second garnet crystal optical waveguide thereon by the conventional technique.

【0005】先ず、図10に示すように、ガーネット基
板結晶(ガドリニウムガリウムガーネット等)6上に、
第1の光導波路の下部クラッド層となる数μmの膜厚の
ガーネット結晶膜2をPbOおよびB23を融剤とする
液相エピタキシャル法(LPE法)等により形成する。
次に、図11に示すように、第1の光導波路コア層とな
る約5μmの膜厚のガーネット結晶膜7を同様にLPE
法等により形成する。引続き、図12に示すように、マ
スク8を利用してイオンビームエッチング等により、線
幅約5μmのコア層リッジ1を2次元的に加工する。
First, as shown in FIG. 10, on a garnet substrate crystal (gadolinium gallium garnet etc.) 6,
A garnet crystal film 2 having a thickness of several μm, which will be the lower clad layer of the first optical waveguide, is formed by a liquid phase epitaxial method (LPE method) using PbO and B 2 O 3 as a flux.
Next, as shown in FIG. 11, a garnet crystal film 7 having a film thickness of about 5 μm, which becomes the first optical waveguide core layer, is similarly formed by LPE.
It is formed by the method. Subsequently, as shown in FIG. 12, the core layer ridge 1 having a line width of about 5 μm is two-dimensionally processed by ion beam etching or the like using the mask 8.

【0006】その後、図13に示すように、コア層リッ
ジ1まで形成した基板上に、第1の光導波路に対しては
上部クラッド層として、第2の光導波路に対しては下部
クラッド層として作用する、すなわち中間クラッド層と
なる数μmの膜厚のガーネット結晶膜11をやはりLP
E法等により形成する。この際、ガーネット結晶膜11
には、その膜厚が数μmと比較的薄い場合には、基板結
晶面と同方位の面以外にコアリッジの直上部にはコアリ
ッジの方位に依存して数種の結晶面が出現する。以上の
第1の光導波路の作製だけであれば、格段の問題は生じ
ない。
Thereafter, as shown in FIG. 13, on the substrate on which the core layer ridge 1 has been formed, an upper clad layer for the first optical waveguide and a lower clad layer for the second optical waveguide are formed. The garnet crystal film 11 having a thickness of several μm, which acts as an intermediate clad layer, is also used as an LP.
It is formed by the E method or the like. At this time, the garnet crystal film 11
In addition, when the film thickness is relatively thin, such as several μm, several kinds of crystal planes appear just above the core ridge, depending on the orientation of the core ridge, in addition to the plane having the same orientation as the substrate crystal plane. If only the above-mentioned first optical waveguide is manufactured, no significant problem occurs.

【0007】更に、図14に示すように、中間クラッド
層11の上に第2の光導波路コア層となる約5μmの膜
厚のガーネット結晶膜12を同様にLPE法等により形
成する。ガーネット膜12には中間クラッド層11表面
の結晶方位に従って凹凸を伴う数種の結晶面が出現す
る。引続き、図15に示すように、第1の光導波路と同
様に、第2の光導波路コアリッジ13をマスク14を利
用してイオンビームエッチング等の手法により加工す
る。この際、第1の光導波路コアリッジの近傍において
は、中間クラッド層11の表面がが平坦でないため、コ
アリッジ13の形状を方形に加工しにくいことは避けら
れない。
Further, as shown in FIG. 14, a garnet crystal film 12 having a film thickness of about 5 μm to be a second optical waveguide core layer is similarly formed on the intermediate cladding layer 11 by the LPE method or the like. In the garnet film 12, several types of crystal planes with irregularities appear according to the crystal orientation of the surface of the intermediate cladding layer 11. Subsequently, as shown in FIG. 15, similarly to the first optical waveguide, the second optical waveguide core ridge 13 is processed by a method such as ion beam etching using the mask 14. At this time, in the vicinity of the first optical waveguide core ridge, since the surface of the intermediate cladding layer 11 is not flat, it is inevitable that the core ridge 13 is difficult to be processed into a square shape.

【0008】最後に、図16に示すように、第2の光導
波路コアリッジ13の上に、上部クラッド層となる数μ
mの膜厚のガーネット結晶膜15をLPE法等により形
成し、切断後、導波路端面を研磨して積層型ガーネット
結晶光導波路の作製を終わる。このような積層型ガーネ
ット結晶光導波路においては、中間のクラッド層11が
平坦でないため、第2の光導波路コアリッジの加工形状
が不良となり、また、第2の光導波路コアリッジの断線
が生ずる場合があること、さらに第2の光導波路コアリ
ッジの加工形状に伴い、第1の光導波路と第2の光導波
路の結合条件の不良が生ずる場合があること等が避けが
たいという欠点がある。
Finally, as shown in FIG. 16, on the second optical waveguide core ridge 13, a few μm which becomes an upper clad layer is formed.
The garnet crystal film 15 having a thickness of m is formed by the LPE method or the like, and after cutting, the end face of the waveguide is polished to complete the production of the laminated garnet crystal optical waveguide. In such a laminated garnet crystal optical waveguide, since the intermediate clad layer 11 is not flat, the processed shape of the second optical waveguide core ridge may become defective, and the second optical waveguide core ridge may be broken. In addition, there is a drawback in that it is unavoidable that a defective coupling condition between the first optical waveguide and the second optical waveguide may occur due to the processed shape of the second optical waveguide core ridge.

【0009】尚、第2の光導波路コアリッジの加工形状
の不良および断線を防止するには、中間クラッド層11
を平坦化すれば良いが、中間クラッド層11にガーネッ
ト結晶膜を用いるかぎり、平坦化するには膜厚を数10
μm以上にしなければ実現できない。しかし、中間クラ
ッド層11を数10μm以上にすると、第1の光導波路
と第2の光導波路との間で光信号の結合を行なうことが
実効上できなくなり、積層型の光導波路を作製する意味
がなくなってしまう。
In order to prevent the defective shape of the second optical waveguide core ridge and the disconnection thereof, the intermediate cladding layer 11 is used.
Should be flattened. However, as long as a garnet crystal film is used for the intermediate cladding layer 11, a flattening of a film thickness of several tens is required for flattening.
It cannot be realized unless the thickness is more than μm. However, if the intermediate clad layer 11 has a thickness of several tens of μm or more, it is practically impossible to couple optical signals between the first optical waveguide and the second optical waveguide, which means that a laminated optical waveguide is manufactured. Disappears.

【0010】また、ガーネット結晶は加工そのものが困
難な材料であり、イオンビームエッチング等の手法を用
いても、2次元的な構造の方向性結合器を形成する場
合、結合部の2本のコアリッジの間隔(通常は2〜4μ
m)を正確にかつ再現性良く加工することは困難であ
る。この様な問題点のため、積層型のガーネット結晶光
導波路を従来技術を用いて作製すること、あるいは、方
向性結合器の性能の制御性向上を図ることは事実上でき
なかった。
Further, the garnet crystal is a material which is difficult to process itself, and even when a method such as ion beam etching is used to form a directional coupler having a two-dimensional structure, the two core ridges of the coupling portion are formed. Interval (usually 2-4μ
It is difficult to process m) accurately and with good reproducibility. Due to such problems, it was practically impossible to manufacture a laminated garnet crystal optical waveguide by using the conventional technique or to improve the controllability of the performance of the directional coupler.

【0011】本発明は、上記従来技術に鑑みて成された
ものであり、第1の光導波路と第2の光導波路とが積層
された基本構造を有する積層型ガーネット結晶光導波路
の形成において、従来技術において問題となっていた、
第2の光導波路の形成に対して、結晶成長面の平坦化と
第1の光導波路との間の光信号の結合とを同時にかつ容
易に達成することのできる積層型のガーネット結晶光導
波路の製法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned prior art, and in forming a laminated garnet crystal optical waveguide having a basic structure in which a first optical waveguide and a second optical waveguide are laminated, It was a problem in the conventional technology,
For the formation of the second optical waveguide, a laminated garnet crystal optical waveguide that can simultaneously and easily achieve flattening of the crystal growth surface and coupling of optical signals with the first optical waveguide The purpose is to provide a manufacturing method.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の請求項1に係る構成は、一般式R3512(Rは
イットリウム、ランタン、ビスマスおよび3価の価数を
有する希土類元素のいずれか一種を表し、Bは鉄、ガリ
ウム、アルミニウム、スカンジウムのいずれか一種を表
し、Oは酸素を表す)で示されるガーネット又は前記ガ
ーネットの酸素以外の構成元素の一部を等価な価数を有
する一種以上の元素で置き換えた置換型ガーネットの結
晶を用いたガーネット結晶光導波路において、最下部か
ら結晶基板、下部クラッド、コア層、上部クラッド層の
順に結晶成長および加工により形成した第1の光導波路
に対して、結晶基板を除去あるいは十分薄く加工した
後、下部クラッド層の第1の導波路のコア層と反対側に
第2の導波路コア層および第2の導波路の上部クラッド
層を結晶成長および加工により形成することを特徴とす
る。
The structure according to claim 1 of the present invention which achieves the above object has a general formula R 3 B 5 O 12 (R is yttrium, lanthanum, bismuth and a trivalent valence. Represents one of rare earth elements, B represents one of iron, gallium, aluminum and scandium, and O represents oxygen), or a part of constituent elements other than oxygen of the garnet equivalent to In a garnet crystal optical waveguide using a substitutional garnet crystal in which one or more elements having a valence is replaced, a crystal substrate, a lower clad, a core layer, and an upper clad layer are formed in this order by crystal growth and processing. For the optical waveguide of No. 1, after removing the crystal substrate or processing it sufficiently thin, the second waveguide core is provided on the side of the lower cladding layer opposite to the core layer of the first waveguide. The layer and the upper cladding layer of the second waveguide are formed by crystal growth and processing.

【0013】上記目的を達成する本発明の請求項2に係
る構成は、一般式R3512(Rはイットリウム、ラン
タン、ビスマスおよび3価の価数を有する希土類元素の
いずれか一種を表し、Bは鉄、ガリウム、アルミニウ
ム、スカンジウムのいずれか一種を表し、Oは酸素で表
す)で示されるガーネット又は前記ガーネットの酸素以
外の構成元素の一部を等価な価数を有する一種以上の元
素で置き換えた置換型ガーネットの結晶を用いたガーネ
ット結晶光導波路において、最下部から結晶基板、下部
クラッド、コア層そして十分厚い上部クラッド層の順に
結晶成長および加工により形成した第1の光導波路に対
して、上部クラッド層を十分薄く機械的あるいは化学的
に研磨加工して平坦化した後、その研磨したクラッド層
の上部に第2の導波路コア層および第2の導波路の上部
クラッド層を結晶成長および加工により形成することを
特徴とする。
The structure according to claim 2 of the present invention which achieves the above object is defined by the general formula R 3 B 5 O 12 (wherein R is yttrium, lanthanum, bismuth and one of rare earth elements having a valence of 3). , B represents any one of iron, gallium, aluminum, and scandium, and O represents oxygen), or a part or more of the constituent elements other than oxygen of the garnet, which have an equivalent valence. In a garnet crystal optical waveguide using a substitutional garnet crystal replaced with an element, a crystal substrate, a lower clad, a core layer and a sufficiently thick upper clad layer are sequentially formed into a first optical waveguide formed by crystal growth and processing. On the other hand, after the upper clad layer is sufficiently thinly mechanically or chemically polished to be planarized, a second conductive layer is formed on the polished clad layer. The waveguide core layer and the upper cladding layer of the second waveguide are formed by crystal growth and processing.

【0014】[0014]

【作用】本発明の請求項1に係る積層型ガーネット結晶
光導波路の作用について、図1を参照して説明する。
The operation of the laminated garnet crystal optical waveguide according to claim 1 of the present invention will be described with reference to FIG.

【0015】図1において、1は、ガーネット結晶膜を
加工して形成される第1のガーネット結晶光導波路のコ
アリッジである。2は、ガーネット結晶基板上に結晶成
長したクラッド層であり、結晶成長に用いた結晶基板は
すでに除去されている。3は、ガーネット結晶膜からな
る第1の導波路の上部クラッド層である。4は、1と2
および3を結晶成長用基板として、2の上に結晶成長し
たガーネット結晶膜を加工して形成される第2のガーネ
ット結晶光導波路のコアリッジである。5は、ガーネッ
ト結晶膜からなる第2の導波路の上部クラッド層であ
る。
In FIG. 1, reference numeral 1 is a core ridge of a first garnet crystal optical waveguide formed by processing a garnet crystal film. Reference numeral 2 is a clad layer in which crystals are grown on the garnet crystal substrate, and the crystal substrate used for crystal growth has already been removed. Reference numeral 3 is an upper clad layer of the first waveguide formed of a garnet crystal film. 4 is 1 and 2
3 and 3 are substrates for crystal growth, and are core ridges of a second garnet crystal optical waveguide formed by processing a garnet crystal film on which crystal growth is performed. Reference numeral 5 is an upper clad layer of the second waveguide made of a garnet crystal film.

【0016】第2の光導波路のコアリッジ4は、平坦な
クラッド層2の上に形成されるので、断線することもな
く、また加工形状を方形にすることも容易となる。図1
の構造においては、結晶基板上に成長する最初のクラッ
ド層2の最終的な膜厚を任意に選ぶことができ、この中
間クラッド層として作用するクラッド層2を介して、第
1の導波路1と第2の導波路4とを近接させることも容
易にできるので、中間クラッド層2の膜厚を例えば2〜
4μm程度に選べば、方向性結合器の性能の制御性も大
幅に向上する。図1に見られる直線状の光導波路以外の
曲線で構成される導波路についても本発明は適用でき
る。
Since the core ridge 4 of the second optical waveguide is formed on the flat clad layer 2, there is no disconnection and it is easy to make the processed shape square. Figure 1
In the above structure, the final film thickness of the first clad layer 2 grown on the crystal substrate can be arbitrarily selected, and the first waveguide 1 is formed through the clad layer 2 acting as the intermediate clad layer. Since it is easy to bring the second waveguide 4 and the second waveguide 4 into close proximity to each other, the thickness of the intermediate cladding layer 2 is set to, for example, 2 to
If the thickness is selected to be about 4 μm, the controllability of the performance of the directional coupler will be greatly improved. The present invention can be applied to a waveguide constituted by a curved line other than the linear optical waveguide shown in FIG.

【0017】本発明の請求項1に係る積層型ガーネット
結晶光導波路の製造方法について、図2〜図9を参照し
て説明する。先ず、図2に示すように、ガーネット結晶
基板6上に、第1および第2の光導波路の下部クラッド
層すなわち中間クラッド層となるべき2〜4μm程度の
膜厚のガーネット結晶膜2を形成する。
A method of manufacturing a laminated garnet crystal optical waveguide according to claim 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 2, a garnet crystal film 2 having a thickness of about 2 to 4 μm to be a lower clad layer of the first and second optical waveguides, that is, an intermediate clad layer is formed on the garnet crystal substrate 6. .

【0018】次に、図3に示すように、基板6と反対側
に、つまり、中間クラッド層であるガーネット結晶膜2
の上に第1の導波路コアとなるべき約5μmの膜厚のガ
ーネット結晶膜7を形成する。引続き、図4に示すよう
に、第1の導波路のコアリッジ1を、マスク8を利用し
て、イオンビームエッチング等により加工する。その
後、図5に示すように、第1の導波路のコアリッジ1ま
で形成した基板上に厚さ50〜300μm程度の第1の
導波路の上部クラッド層として作用するガーネット結晶
膜3を形成する。更に、図6に示すように、基板結晶6
を機械的研磨等の手法により除去し、中間クラッド層2
の損傷のない平坦な下面を化学的研磨等の手法により得
る。
Next, as shown in FIG. 3, on the side opposite to the substrate 6, that is, the garnet crystal film 2 which is an intermediate cladding layer.
A garnet crystal film 7 having a film thickness of about 5 μm to serve as a first waveguide core is formed on the above. Subsequently, as shown in FIG. 4, the core ridge 1 of the first waveguide is processed by ion beam etching or the like using the mask 8. Thereafter, as shown in FIG. 5, a garnet crystal film 3 having a thickness of about 50 to 300 μm and acting as an upper cladding layer of the first waveguide is formed on the substrate on which the core ridge 1 of the first waveguide is formed. Further, as shown in FIG.
Are removed by a method such as mechanical polishing, and the intermediate clad layer 2
A flat lower surface without damage is obtained by a method such as chemical polishing.

【0019】そして、図7に示すように、第1の導波路
の上部クラッド層3を基板として捉え、中間クラッド層
2を結晶成長面として、第2の導波路のコアとなるべき
ガーネット結晶膜9を約5μmの厚さに結晶成長する。
その後、図8に示すように、第2の導波路のコアリッジ
1を、マスク10を利用して、イオンビームエッチング
等により加工する。最後に、図9に示すように、第2の
導波路のコアリッジまで形成した上に第2の導波路の上
部クラッド層として作用するガーネット結晶膜5を形成
する。この工程により、第1の光導波路と全く同様にし
て、第2の光導波路の形成ができるので、従来技術にお
いて問題となっていた第2の光導波路の形成は、従来と
は比較にならないほど容易となる。
Then, as shown in FIG. 7, the upper clad layer 3 of the first waveguide is taken as a substrate, the intermediate clad layer 2 is used as a crystal growth surface, and the garnet crystal film to be the core of the second waveguide is formed. 9 is grown to a thickness of about 5 μm.
After that, as shown in FIG. 8, the core ridge 1 of the second waveguide is processed by ion beam etching or the like using the mask 10. Finally, as shown in FIG. 9, a garnet crystal film 5 acting as an upper clad layer of the second waveguide is formed on the core ridge of the second waveguide. By this step, the second optical waveguide can be formed in exactly the same way as the first optical waveguide, so that the formation of the second optical waveguide, which has been a problem in the conventional technique, is incomparable to the conventional one. It will be easy.

【0020】本発明の請求項1に係る積層型ガーネット
結晶光導波路を構成するガーネット結晶基板、クラッド
層、コア層としてのガーネット結晶としては、一般式R
3512(Rはイットリウム、ランタン、ビスマスおよ
び3価の価数を有する希土類元素のいずれか一種を表
し、Bは鉄、ガリウム、アルミニウム、スカンジウムの
いずれか一種を表す)で示されるガーネット又は前記ガ
ーネットの酸素以外の構成元素の一部を等価な価数を有
する一種以上の元素で置き換えた置換型ガーネットの結
晶を用いることができる。
The garnet crystal as the garnet crystal substrate, the clad layer and the core layer constituting the laminated garnet crystal optical waveguide according to claim 1 of the present invention has the general formula R
Garnet represented by 3 B 5 O 12 (R represents any one of yttrium, lanthanum, bismuth, and a rare earth element having a trivalent valence, and B represents any one of iron, gallium, aluminum, and scandium) Alternatively, a substitutional garnet crystal in which a part of the constituent elements other than oxygen of the garnet is replaced by one or more elements having an equivalent valence can be used.

【0021】具体例としては、ガドリニウムガリウムガ
ーネット(GGG)、イットリウムアルミニウムガーネ
ット(YAG)等が挙げられる。置換型ガーネットとし
ては、結晶成長時のメルトの希土類元素にイットリウム
に加えてビスマス、ランタン、セリウム、プラセオジ
ム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウ
ム、テレビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビ
ウム、ツリウム、イッテルビウムが適宜混合され、ガリ
ウムあるいはアルミニウムに加えて鉄あるいはスカンジ
ウムが適宜混合されたものを用いて形成したガーネット
結晶が挙げられる。もちろん、メルトを作成するには白
金坩堝を用いてPbO,B23中に原料を溶かし込むた
め形成されたガーネット結晶中にそれら元素を不純物と
して混入するが、これら不純物を含むガーネット結晶に
ついても本発明は適用される。
Specific examples thereof include gadolinium gallium garnet (GGG) and yttrium aluminum garnet (YAG). As the substitutional garnet, bismuth, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, television, dysprosium, holmium, erbium, thulium, and ytterbium are appropriately mixed in addition to yttrium in the rare earth element of the melt during crystal growth. In addition to gallium or aluminum, a garnet crystal formed using an appropriate mixture of iron or scandium can be used. Of course, in order to create a melt, a platinum crucible is used to dissolve the raw materials in PbO, B 2 O 3 and the garnet crystals formed are mixed with those elements as impurities, but garnet crystals containing these impurities are also included. The invention applies.

【0022】本発明の請求項2に係る積層型ガーネット
結晶光導波路の作用について、図17を参照して説明す
る。図17において、21は、ガーネット結晶膜を加工
して形成される第1のガーネット結晶光導波路のコアリ
ッジである。22は、ガーネット結晶基板上に結晶成長
した第1の導波路21に対する下部クラッド層である。
23は、ガーネット結晶厚膜を研磨して十分薄くした、
第1の導波路21に対する上部クラッド層であると同時
に第2の導波路24に対する下部クラッド層であり、混
乱を避けるため、以下、中間クラッド層と呼ぶ。24
は、中間クラッド層23の上に結晶成長したガーネット
結晶膜を加工して形成される第2のガーネット結晶光導
波路のコアリッジである。25は、ガーネット結晶膜か
らなる第2の導波路24の上部クラッド層である。
The operation of the laminated garnet crystal optical waveguide according to claim 2 of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 17, reference numeral 21 denotes a core ridge of a first garnet crystal optical waveguide formed by processing a garnet crystal film. Reference numeral 22 is a lower clad layer for the first waveguide 21 crystal-grown on the garnet crystal substrate.
In No. 23, the garnet crystal thick film was polished to be sufficiently thin,
It is an upper clad layer for the first waveguide 21 and at the same time a lower clad layer for the second waveguide 24, and is hereinafter referred to as an intermediate clad layer in order to avoid confusion. 24
Is a core ridge of a second garnet crystal optical waveguide formed by processing a garnet crystal film crystal-grown on the intermediate cladding layer 23. Reference numeral 25 is an upper clad layer of the second waveguide 24 made of a garnet crystal film.

【0023】第2の光導波路のコアリッジ24は、平坦
化された中間クラッド層23の上に形成されるので、断
線することもなく、また加工形状を方形にすることも容
易となる。図17の構造においては、研磨により最終的
に薄くする中間クラッド層23の膜厚を任意に選ぶこと
ができ、この中間クラッド層23を介して、第1の導波
路21と第2の導波路24とを近接させることも容易に
できるので、中間クラッド層23の膜厚を例えば2〜4
μm程度に選べば、方向性結合器の性能の制御性も大幅
に向上する。当然のことながら、図17に見られる直線
状の光導波路以外の曲線で構成される光導波路について
も本発明を適用することができる。
Since the core ridge 24 of the second optical waveguide is formed on the flattened intermediate clad layer 23, there is no disconnection and it is easy to make the processed shape square. In the structure of FIG. 17, the film thickness of the intermediate cladding layer 23 to be finally thinned by polishing can be arbitrarily selected, and the first waveguide 21 and the second waveguide 21 can be interposed via this intermediate cladding layer 23. Since it is also possible to easily bring the intermediate clad layer 24 into close proximity,
If it is selected to be about μm, the controllability of the performance of the directional coupler is also greatly improved. As a matter of course, the present invention can be applied to an optical waveguide formed of a curved line other than the linear optical waveguide shown in FIG.

【0024】本発明の請求項2に係る積層型ガーネット
結晶光導波路の製造方法について、図18〜図25を参
照して説明する。先ず、図18に示すように、ガーネッ
ト結晶基板26上に、第1の光導波路の下部クラッド層
22として2〜4μm程度の膜厚のガーネット結晶膜を
形成する。
A method of manufacturing a laminated garnet crystal optical waveguide according to claim 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 18, a garnet crystal film having a thickness of about 2 to 4 μm is formed on the garnet crystal substrate 26 as the lower clad layer 22 of the first optical waveguide.

【0025】次に、図19に示すように、この下部クラ
ッド層22の上に、第1の導波路コアとなるべき約5μ
mの膜厚のガーネット結晶膜27を形成する。引き続
き、図20に示すように、マスク28を利用したイオン
ビームエッチング等により第1の導波路のコアリッジ2
1を加工する。その後、図21に示すように、第1の導
波路のコアリッジ21まで形成した基板上に、中間クラ
ッド層となるべきガーネット結晶厚膜29を十分厚く、
厚さ50〜300μm程度に形成する。
Next, as shown in FIG. 19, about 5 μm to be the first waveguide core is formed on the lower clad layer 22.
A garnet crystal film 27 having a thickness of m is formed. Subsequently, as shown in FIG. 20, the core ridge 2 of the first waveguide is formed by ion beam etching or the like using the mask 28.
Process 1. After that, as shown in FIG. 21, a garnet crystal thick film 29 to be an intermediate cladding layer is sufficiently thick on the substrate on which the core ridge 21 of the first waveguide is formed.
The thickness is about 50 to 300 μm.

【0026】更に、図22に示すように、ガーネット結
晶厚膜29を機械的あるいは化学的研磨等の手法によ
り、第1の導波路のコアリッジ21から1〜3μm程度
だけ厚くなるように加工し、化学的研磨等の手法により
損傷のない平坦な面を中間クラッド層23として得る。
そして、図23に示すように、中間クラッド層23を結
晶成長面として、第2の導波路のコアとなるべきガーネ
ット結晶膜30を約5μmの厚さに結晶成長する。その
後、図24に示すように、マスク31を利用したイオン
ビームエッチング等により、第2の導波路のコアリッジ
24を加工する。
Further, as shown in FIG. 22, the garnet crystal thick film 29 is processed by a method such as mechanical or chemical polishing so as to be thickened from the core ridge 21 of the first waveguide by about 1 to 3 μm. A flat surface without damage is obtained as the intermediate cladding layer 23 by a method such as chemical polishing.
Then, as shown in FIG. 23, the garnet crystal film 30 to be the core of the second waveguide is crystal-grown to a thickness of about 5 μm, using the intermediate cladding layer 23 as a crystal growth surface. Then, as shown in FIG. 24, the core ridge 24 of the second waveguide is processed by ion beam etching or the like using the mask 31.

【0027】最後に、図25に示すように、第2の導波
路のコアリッジ24まで形成した上に第2の導波路の上
部クラッド層としてガーネット結晶厚膜25を形成す
る。この工程により、第1の光導波路21と全く同様に
して、第2の光導波路24の形成ができるので、従来技
術において問題となっていた第2の光導波路24の形成
は、従来とは比較にならないほど容易となる。本発明の
請求項2に係る積層型ガーネット結晶光導波路を構成す
るガーネット結晶基板、クラッド層、コア層としてのガ
ーネット結晶としては、一般式R3512(Rはイット
リウム、ランタン、ビスマスおよび3価の価数を有する
希土類元素のいずれか一種を表し、Bは鉄、ガリウム、
アルミニウム、スカンジウムのいずれか一種を表す)で
示されるガーネット又は前記ガーネットの酸素以外の構
成元素の一部を等価な価数を有する一種以上の元素で置
き換えた置換型ガーネットの結晶を用いることができ
る。
Finally, as shown in FIG. 25, a garnet crystal thick film 25 is formed as an upper cladding layer of the second waveguide on the core ridge 24 of the second waveguide. By this step, the second optical waveguide 24 can be formed in the same manner as the first optical waveguide 21, so that the formation of the second optical waveguide 24, which has been a problem in the conventional technique, is different from the conventional one. It will be easier than ever. The garnet crystal substrate, the clad layer, and the core layer that form the laminated garnet crystal optical waveguide according to claim 2 of the present invention include garnet crystals of the general formula R 3 B 5 O 12 (R is yttrium, lanthanum, bismuth and Represents one of rare earth elements having a valence of 3, B is iron, gallium,
A garnet represented by any one of aluminum and scandium) or a substitutional garnet crystal in which a part of constituent elements other than oxygen of the garnet is replaced with one or more elements having an equivalent valence can be used. .

【0028】具体例としては、ガドリニウムガリウムガ
ーネット(GGG)、イットリウムアルミニウムガーネ
ット(YAG)等が挙げられる。置換型ガーネットとし
ては、結晶成長時のメルトの希土類元素にイットリウム
に加えてビスマス、ランタン、セリウム、プラセオジ
ム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウ
ム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビ
ウム、ツリウム、イッテルビウムが適宜混合され、ガリ
ウムあるいはアルミニウムに加えて鉄あるいはスカンジ
ウムが適宜混合されたものを用いて形成したガーネット
結晶が挙げられる。もちろん、メルトを作成するには白
金坩堝を用いてPbO,B23中に原料を溶かし込むた
め形成されたガーネット結晶中にそれら元素が不純物と
して混入するが、これら不純物を含むガーネット結晶に
ついても本発明を適用することができる。
Specific examples include gadolinium gallium garnet (GGG) and yttrium aluminum garnet (YAG). As the substitutional garnet, bismuth, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, and ytterbium are appropriately mixed in addition to yttrium in the rare earth element of the melt during crystal growth. In addition to gallium or aluminum, a garnet crystal formed using an appropriate mixture of iron or scandium can be used. Of course, in order to create a melt, these elements are mixed as impurities in the garnet crystal formed because the raw material is dissolved in PbO, B 2 O 3 using a platinum crucible, but the garnet crystal containing these impurities is also included. The present invention can be applied.

【0029】[0029]

【実施例】以下、本発明について、実施例を参照して詳
細に説明する。 [実施例1]本発明の請求項1に係る積層型ガーネット
結晶光導波路製造方法の一実施例について、図2〜図9
を参照して詳細に説明する。先ず、直径2インチ(約5
cm)で厚さが約400μmのガドリニウム・ガリウム・
ガーネット結晶基板{GGG基板:(111)方位で鏡
面仕上げ}6上にGGG基板結晶と格子定数が一致する
ように制御された中間クラッド層2となる厚さ約2μm
のY3-xLaxFe5-yGay12(0≦x≦1、0≦y≦
2)ガーネット結晶膜をPbOおよびB23を融剤とす
る液相エピタキシャル成長法(LPE法)により、約9
00℃の温度で形成した(図2)。
EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples. [Embodiment 1] FIGS. 2 to 9 show one embodiment of the method for producing a laminated garnet crystal optical waveguide according to claim 1 of the present invention.
Will be described in detail with reference to. First, the diameter is 2 inches (about 5
cm) with a thickness of about 400 μm gadolinium gallium
Garnet crystal substrate {GGG substrate: mirror-finished in (111) orientation} 6 and a thickness of about 2 μm, which becomes the intermediate clad layer 2 controlled so that the lattice constant matches that of the GGG substrate crystal
Of Y 3-x La x Fe 5 -y Ga y O 12 (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦
2) The garnet crystal film was formed by a liquid phase epitaxial growth method (LPE method) using PbO and B 2 O 3 as a flux to obtain about 9
It was formed at a temperature of 00 ° C. (FIG. 2).

【0030】次に、中間クラッド層2を形成した基板6
上に、第1の光導波路コア層となるべき、中間クラッド
層2と格子定数は一致し、屈折率をわずかに大きくする
ために、中間クラッド層2に比較してその組成の鉄をわ
ずかに多くし、ガリウムをわずかに少なくしたガーネッ
ト結晶膜7を約5μmの厚さに、中間クラッド層2と同
じくLPE法により形成した(図3)。ガーネット結晶
膜7上に、幅約5μmで高さ約10μmの加工用マスク
8をフォトレジストで形成し、このマスク8を利用し
て、アルゴンガスを用いたイオンビームエッチング(加
速電圧約600V、イオンビーム電流密度約1mA/cm2)
により、第1の光導波路コアリッジ1の加工を行ない、
方形のコアリッジ1を形成した(図4)。
Next, the substrate 6 on which the intermediate cladding layer 2 is formed
On the upper side, the lattice constant is the same as that of the intermediate cladding layer 2, which is to be the first optical waveguide core layer, and in order to increase the refractive index slightly, iron of the composition is slightly increased compared to the intermediate cladding layer 2. The garnet crystal film 7 containing a large amount of gallium and a little less gallium was formed to a thickness of about 5 μm by the LPE method similarly to the intermediate cladding layer 2 (FIG. 3). A processing mask 8 having a width of about 5 μm and a height of about 10 μm is formed on the garnet crystal film 7 with a photoresist, and the mask 8 is used to perform ion beam etching using an argon gas (accelerating voltage about 600 V, ion Beam current density about 1mA / cm 2 )
To process the first optical waveguide core ridge 1.
A rectangular core ridge 1 was formed (FIG. 4).

【0031】続いて、第1の光導波路のコアリッジ1ま
で形成・加工した基板上に、中間クラッド層2と同一の
組成の上部クラッド層3を約300μmの厚さにLPE
法により形成し、良好な埋め込み形状を得た(図5)。
さらに、今度は、GGG結晶基板6を機械的研磨により
約5μmの厚さまで削り落とした後、140℃の熱燐酸
中で残りの約5μmをエッチングして除去することで、
極めて容易に中間クラッド層2の下側の平坦な結晶面を
出すことができた(図6)。
Subsequently, an upper clad layer 3 having the same composition as the intermediate clad layer 2 is formed on the substrate having the core ridge 1 of the first optical waveguide formed and processed to a thickness of about 300 μm by LPE.
And a good embedded shape was obtained (FIG. 5).
Further, this time, after the GGG crystal substrate 6 is mechanically polished to a thickness of about 5 μm, the remaining about 5 μm is removed by etching in hot phosphoric acid at 140 ° C.,
A flat crystal plane on the lower side of the intermediate cladding layer 2 could be formed very easily (FIG. 6).

【0032】次に、第1の光導波路の上部クラッド層3
をハンドリングの為の基板として用い、中間クラッド層
2の第1の光導波路コアリッジと反対側の面に、第1の
光導波路コア層7と同一の条件で、第2の光導波路コア
層9を形成したところ、組成・結晶性その他、第1の光
導波路コア層7と同様の導波路コアとしての性質上極め
て良好な特性を有していることが確認できた(図7)。
第1の光導波路コアリッジの加工と同様にして、マスク
10を利用して、第2の光導波路コアリッジ4をイオン
ビームエッチングにより加工したところ、第1の光導波
路コアリッジ1と同様に方形に加工できた(図8)。
Next, the upper clad layer 3 of the first optical waveguide
Is used as a substrate for handling, and the second optical waveguide core layer 9 is formed on the surface of the intermediate cladding layer 2 opposite to the first optical waveguide core ridge under the same conditions as the first optical waveguide core layer 7. When it was formed, it was confirmed that the composition and crystallinity and other properties were extremely good in terms of properties as a waveguide core similar to the first optical waveguide core layer 7 (FIG. 7).
When the second optical waveguide core ridge 4 was processed by ion beam etching using the mask 10 in the same manner as the processing of the first optical waveguide core ridge, it was possible to process it into a rectangular shape like the first optical waveguide core ridge 1. (Fig. 8).

【0033】最後に、第2の光導波路コアリッジ4の上
に、中間クラッド層2と同一の組成のガーネット結晶膜
5を第2の光導波路の上部クラッド層としてLPE法に
より、約10μmの厚さに形成し、良好な埋め込み形状
を得て、本発明による積層型ガーネット結晶光導波路が
実現できた(図9)。本実施例においては、第2の光導
波路の形成は、第1の光導波路の形成と同じく、極めて
容易に行なうことができた。この光導波路は、断線もな
く、コアリッジの形状も良好であり、第1の光導波路と
第2の光導波路との間の光信号の結合も十分であった。
Finally, a garnet crystal film 5 having the same composition as that of the intermediate clad layer 2 is formed on the second optical waveguide core ridge 4 as an upper clad layer of the second optical waveguide by the LPE method to a thickness of about 10 μm. Then, the laminated garnet crystal optical waveguide according to the present invention can be realized by obtaining a good buried shape (FIG. 9). In the present example, the formation of the second optical waveguide could be performed extremely easily, as with the formation of the first optical waveguide. The optical waveguide had no disconnection, the core ridge had a good shape, and the optical signal was sufficiently coupled between the first optical waveguide and the second optical waveguide.

【0034】[実施例2]実施例1に対して、すべての
結晶成長時のメルトの希土類元素に対応する元素とし
て、イットリウムに加えてビスマス、ランタン、セリウ
ム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウ
ム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホル
ミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウムが適宜
混合され、鉄およびガリウムに加えてアルミニウムある
いはスカンジウムが適宜混合されたものを用いて形成し
たガーネット結晶により形成した積層型ガーネット結晶
光導波路においても、断線もなく、コアリッジの形状も
良好であり、第1の光導波路と第2の光導波路との間の
光信号の結合も十分である特性を確認した。
Example 2 As compared with Example 1, as elements corresponding to all rare earth elements of the melt during crystal growth, in addition to yttrium, bismuth, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium. , Terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium is also appropriately mixed, even in a laminated garnet crystal optical waveguide formed by a garnet crystal formed using a mixture of aluminum or scandium in addition to iron and gallium It was confirmed that there was no disconnection, the shape of the core ridge was good, and the coupling of optical signals between the first optical waveguide and the second optical waveguide was sufficient.

【0035】[実施例3]本発明の請求項2に係る積層
型ガーネット結晶光導波路製造方法の一実施例を図18
〜図25を参照して詳細に説明する。先ず、直径2イン
チ(約5cm)で厚さが約400μmのガドリニウム・
ガリウム・ガーネット結晶基板{GGG基板:(11
1)方位で鏡面仕上げ}26上にGGG基板結晶と格子
定数が一致するように制御された、第1の導波路21の
下部クラッド層22として厚さ約2μmのY3-XLax
e5-yGay12(0≦x≦1,0≦y≦2)ガーネット
結晶膜をPbOおよびB23を融剤とする液相エピタキ
シャル成長法(LPE法)により、約900℃の温度で
形成した(図18)。
[Embodiment 3] An embodiment of a method of manufacturing a laminated garnet crystal optical waveguide according to claim 2 of the present invention is shown in FIG.
~ It demonstrates in detail with reference to FIG. First, gadolinium with a diameter of 2 inches (about 5 cm) and a thickness of about 400 μm
Gallium garnet crystal substrate {GGG substrate: (11
1) Mirror finish in azimuth} 26 Y 3 -X La x F with a thickness of about 2 μm as the lower clad layer 22 of the first waveguide 21 controlled to have the same lattice constant as the GGG substrate crystal.
e 5-y Ga y O 12 (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 2) garnet crystal film of PbO and B 2 O 3 liquid phase epitaxial growth method to flux the the (LPE method) of about 900 ° C. Formed at temperature (Figure 18).

【0036】次に、下部クラッド層22を形成した基板
26上に、下部クラッド層と格子定数を一致させ、屈折
率をわずかに大きくするために、下部クラッド層22に
比較して、鉄の組成をわずかに多くし、ガリウムをわず
かに少なくしたガーネット結晶膜27を約5μmの厚さ
に、下部クラッド層22と同じくLPE法により形成し
た(図19)。ガーネット結晶膜27上に、幅約5μm
で高さ約10μmの加工用マスク28をフォトレジスト
で形成し、このマスク28を利用して、アルゴンガスを
用いたイオンビームエッチング(加速電圧約600V、
イオンビーム電流密度約1mA/cm2 )により、第1
の光導波路コアリッジ21の加工を行ない、方形のコア
リッジ21を形成した(図20)。
Next, on the substrate 26 on which the lower clad layer 22 is formed, in order to make the lattice constant of the lower clad layer coincide with that of the lower clad layer 22 and slightly increase the refractive index, the composition of iron is smaller than that of the lower clad layer 22. The garnet crystal film 27 with a slightly increased amount of gallium and a slightly reduced amount of gallium was formed to a thickness of about 5 μm by the LPE method similarly to the lower clad layer 22 (FIG. 19). Width of about 5 μm on garnet crystal film 27
And a mask 28 for processing having a height of about 10 μm is formed of photoresist, and using this mask 28, ion beam etching using argon gas (acceleration voltage of about 600 V,
Ion beam current density of about 1 mA / cm 2 )
The optical waveguide core ridge 21 was processed to form a rectangular core ridge 21 (FIG. 20).

【0037】続いて、第1の光導波路のコアリッジ21
まで形成・加工した基板26上に、下部クラッド層22
と同一の組成の中間クラッド層3となるべきガーネット
結晶厚膜29を十分厚く、約300μmの厚さにLPE
法により形成し、良好な埋め込み形状を得た(図2
1)。さらに、今度は、ガーネット結晶厚膜29を機械
的研磨により約12μmの厚さまで削り落とした後、1
40℃の熱燐酸中でさらに約5μmをエッチングして除
去することで、極めて容易に平坦な結晶面を有する中間
クラッド層23を形成できた(図22)。
Next, the core ridge 21 of the first optical waveguide.
The lower clad layer 22 is formed on the substrate 26 formed and processed up to
The garnet crystal thick film 29 to be the intermediate clad layer 3 having the same composition as that of LPE is thick enough to have a thickness of about 300 μm.
And a good embedded shape was obtained (FIG. 2).
1). Further, this time, the garnet crystal thick film 29 was mechanically polished down to a thickness of about 12 μm, and then 1
By further removing about 5 μm by etching in hot phosphoric acid at 40 ° C., the intermediate cladding layer 23 having a flat crystal plane could be formed extremely easily (FIG. 22).

【0038】次に、中間クラッド層23の上に、第1の
光導波路コア層27と同一の条件で、第2の光導波路コ
ア層30を形成したところ、組成・結晶性その他第1の
光導波路コア層27と同様の導波路コアとしての性質上
極めて良好な特性を有していることが確認できた(図2
3)。そして、第1の光導波路コアリッジ21の加工と
同様にして、マスク31を利用して、第2の光導波路コ
アリッジ24をイオンビームエッチングにより加工した
ところ、第1の光導波路コアリッジ21と同様に方形に
加工できた(図24)。
Next, a second optical waveguide core layer 30 was formed on the intermediate clad layer 23 under the same conditions as the first optical waveguide core layer 27. It has been confirmed that the waveguide core layer 27 has very good properties as a waveguide core similar to the waveguide core layer 27 (FIG. 2).
3). Then, when the second optical waveguide core ridge 24 was processed by ion beam etching using the mask 31 in the same manner as the processing of the first optical waveguide core ridge 21, a rectangular shape was obtained like the first optical waveguide core ridge 21. Could be processed (Fig. 24).

【0039】最後に、第2の光導波路コアリッジ24の
上に、中間クラッド層23と同一の組成のガーネット結
晶膜を、第2の光導波路の上部クラッド層25としてL
PE法により、約20μmの厚さに形成し、良好な埋め
込み形状を得て、本発明による積層型ガーネット結晶光
導波路が実現できた(図25)。本実施例においては、
第2の光導波路24の形成は、第1の光導波路21の形
成と同じく、極めて容易に行なうことができた。この光
導波路は、断線もなく、コアリッジの形状も良好であ
り、第1の光導波路と第2の光導波路との間の光信号の
結合もコアリッジの垂直距離がわずか2μmであるため
に十分であった。
Finally, a garnet crystal film having the same composition as that of the intermediate cladding layer 23 is formed on the second optical waveguide core ridge 24 as an upper cladding layer 25 of the second optical waveguide.
By the PE method, the laminated garnet crystal optical waveguide according to the present invention could be realized by forming it to a thickness of about 20 μm and obtaining a good embedded shape (FIG. 25). In this embodiment,
The formation of the second optical waveguide 24, like the formation of the first optical waveguide 21, could be performed extremely easily. This optical waveguide has no disconnection and the shape of the core ridge is good, and the coupling of optical signals between the first optical waveguide and the second optical waveguide is sufficient because the vertical distance of the core ridge is only 2 μm. there were.

【0040】[実施例4]実施例3に対して、すべての
結晶成長時のメルトの希土類元素に対応する元素とし
て、イットリウムに加えてビスマス、ランタン、セリウ
ム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウ
ム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホル
ミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウムが適宜
混合され、鉄およびガリウムに加えてアルミニウムある
いはスカンジウムが適宜混合されたものを用いて形成し
たガーネット結晶により形成した積層型ガーネット結晶
光導波路においても、断線もなく、コアリッジの形状も
良好であり、第1の光導波路と第2の光導波路との間の
光信号の結合も十分である特性を確認した。
[Embodiment 4] In comparison with Embodiment 3, as elements corresponding to all rare earth elements of the melt during crystal growth, in addition to yttrium, bismuth, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium. , Terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium is also appropriately mixed, even in a laminated garnet crystal optical waveguide formed by a garnet crystal formed using a mixture of aluminum or scandium in addition to iron and gallium It was confirmed that there was no disconnection, the shape of the core ridge was good, and the coupling of optical signals between the first optical waveguide and the second optical waveguide was sufficient.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したように、置換型ガーネット
の結晶を用いたガーネット結晶光導波路において、最下
部から結晶基板、下部クラッド、コア層、上部クラッド
層の順に結晶成長および加工により形成した第1の光導
波路に対して、結晶基板を除去した後、下部クラッド層
の第1の導波路コア層と反対側に第2の導波路コア層お
よび第2の導波路の上部クラッド層を結晶成長および加
工により形成する本発明によれば、従来技術においては
困難を極めた第2の光導波路の形成が容易となり、高品
質の積層型ガーネット結晶光導波路が実現でき、産業上
の利点が大きいものである。また、置換型ガーネットの
結晶を用いたガーネット結晶光導波路において、最下部
から結晶基板、下部クラッド、コア層、上部クラッド層
の順に結晶成長および加工により形成した第1の光導波
路に対して、上部クラッドを研磨により平坦に加工した
後、第2の導波路コア層および第2の導波路の上部クラ
ッド層を結晶成長および加工により形成する本発明によ
れば、従来技術においては困難を極めた第2の光導波路
の形成が容易となり、高品質の積層型ガーネット結晶光
導波路が実現でき、産業上の利点が大きいものである。
As described above, in the garnet crystal optical waveguide using the substitutional garnet crystal, the crystal substrate, the lower clad, the core layer, and the upper clad layer are formed in this order by crystal growth and processing. After removing the crystal substrate from the first optical waveguide, the second waveguide core layer and the upper cladding layer of the second waveguide are crystal-grown on the side of the lower cladding layer opposite to the first waveguide core layer. According to the present invention, which is formed by processing, it is easy to form the second optical waveguide, which is extremely difficult in the prior art, and a high-quality laminated garnet crystal optical waveguide can be realized, which is a great industrial advantage. Is. Further, in a garnet crystal optical waveguide using a substitutional garnet crystal, a crystal substrate, a lower clad, a core layer, and an upper clad layer are formed in this order from the bottom to the first optical waveguide formed by crystal growth and processing, and According to the present invention, in which the second waveguide core layer and the upper cladding layer of the second waveguide are formed by crystal growth and processing after the cladding is processed to be flat by polishing, The second optical waveguide can be easily formed, and a high-quality laminated garnet crystal optical waveguide can be realized, which is a great industrial advantage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による積層型ガーネット結晶光導波路の
一実施例を示す模式的斜視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an embodiment of a laminated garnet crystal optical waveguide according to the present invention.

【図2】本発明による積層型ガーネット結晶光導波路の
製造方法の一実施例を示す工程図である。
FIG. 2 is a process drawing showing an example of a method for manufacturing a laminated garnet crystal optical waveguide according to the present invention.

【図3】本発明による積層型ガーネット結晶光導波路の
製造方法の一実施例を示す工程図である。
FIG. 3 is a process drawing showing an embodiment of a method of manufacturing a laminated garnet crystal optical waveguide according to the present invention.

【図4】本発明による積層型ガーネット結晶光導波路の
製造方法の一実施例を示す工程図である。
FIG. 4 is a process drawing showing an example of a method for manufacturing a laminated garnet crystal optical waveguide according to the present invention.

【図5】本発明による積層型ガーネット結晶光導波路の
製造方法の一実施例を示す工程図である。
FIG. 5 is a process drawing showing an example of a method for manufacturing a laminated garnet crystal optical waveguide according to the present invention.

【図6】本発明による積層型ガーネット結晶光導波路の
製造方法の一実施例を示す工程図である。
FIG. 6 is a process drawing showing an example of a method for manufacturing a laminated garnet crystal optical waveguide according to the present invention.

【図7】本発明による積層型ガーネット結晶光導波路の
製造方法の一実施例を示す工程図である。
FIG. 7 is a process drawing showing an example of a method for manufacturing a laminated garnet crystal optical waveguide according to the present invention.

【図8】本発明による積層型ガーネット結晶光導波路の
製造方法の一実施例を示す工程図である。
FIG. 8 is a process chart showing an embodiment of a method for manufacturing a laminated garnet crystal optical waveguide according to the present invention.

【図9】本発明による積層型ガーネット結晶光導波路の
製造方法の一実施例を示す工程図である。
FIG. 9 is a process drawing showing an example of a method for manufacturing a laminated garnet crystal optical waveguide according to the present invention.

【図10】従来技術による積層型ガーネット結晶光導波
路の製造方法の一例を示す工程図である。
FIG. 10 is a process chart showing an example of a method of manufacturing a laminated garnet crystal optical waveguide according to a conventional technique.

【図11】従来技術による積層型ガーネット結晶光導波
路の製造方法の一例を示す工程図である。
FIG. 11 is a process chart showing an example of a method of manufacturing a laminated garnet crystal optical waveguide according to a conventional technique.

【図12】従来技術による積層型ガーネット結晶光導波
路の製造方法の一例を示す工程図である。
FIG. 12 is a process chart showing an example of a method of manufacturing a laminated garnet crystal optical waveguide according to a conventional technique.

【図13】従来技術による積層型ガーネット結晶光導波
路の製造方法の一例を示す工程図である。
FIG. 13 is a process chart showing an example of a method of manufacturing a laminated garnet crystal optical waveguide according to a conventional technique.

【図14】従来技術による積層型ガーネット結晶光導波
路の製造方法の一例を示す工程図である。
FIG. 14 is a process chart showing an example of a method of manufacturing a laminated garnet crystal optical waveguide according to a conventional technique.

【図15】従来技術による積層型ガーネット結晶光導波
路の製造方法の一例を示す工程図である。
FIG. 15 is a process chart showing an example of a method of manufacturing a laminated garnet crystal optical waveguide according to a conventional technique.

【図16】従来技術による積層型ガーネット結晶光導波
路の製造方法の一例を示す工程図である。
FIG. 16 is a process chart showing an example of a method of manufacturing a laminated garnet crystal optical waveguide according to a conventional technique.

【図17】本発明による積層型ガーネット結晶光導波路
の一例を示す模式的斜視図である。
FIG. 17 is a schematic perspective view showing an example of a laminated garnet crystal optical waveguide according to the present invention.

【図18】本発明による積層型ガーネット結晶光導波路
の製造方法の一例を示す工程図である。
FIG. 18 is a process chart showing an example of a method for manufacturing a laminated garnet crystal optical waveguide according to the present invention.

【図19】本発明による積層型ガーネット結晶光導波路
の製造方法の一例を示す工程図である。
FIG. 19 is a process chart showing an example of a method for manufacturing a laminated garnet crystal optical waveguide according to the present invention.

【図20】本発明による積層型ガーネット結晶光導波路
の製造方法の一例を示す工程図である。
FIG. 20 is a process drawing showing an example of a method for manufacturing a laminated garnet crystal optical waveguide according to the present invention.

【図21】本発明による積層型ガーネット結晶光導波路
の製造方法の一例を示す工程図である。
FIG. 21 is a process drawing showing an example of a method for manufacturing a laminated garnet crystal optical waveguide according to the present invention.

【図22】本発明による積層型ガーネット結晶光導波路
の製造方法の一例を示す工程図である。
FIG. 22 is a process chart showing an example of a method for manufacturing a laminated garnet crystal optical waveguide according to the present invention.

【図23】本発明による積層型ガーネット結晶光導波路
の製造方法の一例を示す工程図である。
FIG. 23 is a process drawing showing an example of a method for manufacturing a laminated garnet crystal optical waveguide according to the present invention.

【図24】本発明による積層型ガーネット結晶光導波路
の製造方法の一例を示す工程図である。
FIG. 24 is a process drawing showing an example of a method for manufacturing a laminated garnet crystal optical waveguide according to the present invention.

【図25】本発明による積層型ガーネット結晶光導波路
の製造方法の一例を示す工程図である。
FIG. 25 is a process drawing showing an example of a method for manufacturing a laminated garnet crystal optical waveguide according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1の光導波路コアリッジ 2 中間クラッド層 3 第1の光導波路の上部クラッド層 4 第2の光導波路のコアリッジ 5 第2の光導波路の上部クラッド層 6 第1の光導波路を形成するための結晶基板 7 第1の光導波路コア層 8 第1の光導波路コアリッジを加工するためのマスク 9 第2の光導波路コア層 10 第2の光導波路コアリッジを加工するためのマス
ク 11 第1の光導波路の上部クラッド層 12 第2の光導波路コア層 13 第2の光導波路コアリッジ 14 第2の光導波路コアリッジを加工するためのマス
ク 15 第2の光導波路の上部クラッド層 21 第1の光導波路コアリッジ 22 下部クラッド層 23 中間クラッド層 24 第2の光導波路のコアリッジ 25 第2の光導波路の上部クラッド層 26 第1の光導波路を形成するための結晶基板 27 第1の光導波路コア層 28 第1の光導波路コアリッジを加工するためのマス
ク 29 第1の光導波路の上部クラッド結晶厚膜 30 第2の光導波路コア層 31 第2の光導波路コアリッジを加工するためのマス
1 First Optical Waveguide Core Ridge 2 Intermediate Cladding Layer 3 Upper Cladding Layer of First Optical Waveguide 4 Core Ridge of Second Optical Waveguide 5 Upper Cladding Layer of Second Optical Waveguide 6 For Forming First Optical Waveguide Crystal substrate 7 First optical waveguide core layer 8 Mask for processing first optical waveguide core ridge 9 Second optical waveguide core layer 10 Mask for processing second optical waveguide core ridge 11 First optical waveguide Upper clad layer of 12 Second optical waveguide core layer 13 Second optical waveguide core ridge 14 Mask for processing second optical waveguide core ridge 15 Upper clad layer of second optical waveguide 21 First optical waveguide core ridge 22 Lower cladding layer 23 Intermediate cladding layer 24 Core ridge of second optical waveguide 25 Upper cladding layer of second optical waveguide 26 Forming first optical waveguide Crystal substrate for use 27 First optical waveguide core layer 28 Mask for processing first optical waveguide core ridge 29 Upper clad crystal thick film of first optical waveguide 30 Second optical waveguide core layer 31 Second Mask for processing optical waveguide core ridge

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一般式R3512(Rはイットリウム、
ランタン、ビスマスおよび3価の価数を有する希土類元
素のいずれか一種を表し、Bは鉄、ガリウム、アルミニ
ウム、スカンジウムのいずれか一種を表し、Oは酸素を
表す)で示されるガーネット又は前記ガーネットの酸素
以外の構成元素の一部を等価な価数を有する一種以上の
元素で置き換えた置換型ガーネットの結晶を用いたガー
ネット結晶光導波路において、最下部から結晶基板、下
部クラッド層、コア層、上部クラッド層の順に結晶成長
および加工により形成した第1の光導波路に対して、結
晶基板を除去した後、下部クラッド層の第1の導波路コ
ア層と反対側に第2の導波路コア層および第2の導波路
の上部クラッド層を結晶成長および加工により形成する
ことを特徴とする積層型ガーネット結晶光導波路の製
法。
1. The general formula R 3 B 5 O 12 (R is yttrium,
A garnet represented by lanthanum, bismuth, or a rare earth element having a trivalent valence, B represents any one of iron, gallium, aluminum, and scandium, and O represents oxygen; In a garnet crystal optical waveguide using a substitutional garnet crystal in which a part of constituent elements other than oxygen is replaced by one or more elements having an equivalent valence, a crystal substrate, a lower clad layer, a core layer, an upper part from the bottom. After removing the crystal substrate from the first optical waveguide formed by crystal growth and processing in the order of the clad layer, the second waveguide core layer and the second waveguide core layer are formed on the side of the lower clad layer opposite to the first waveguide core layer. A method for producing a laminated garnet crystal optical waveguide, characterized in that the upper clad layer of the second waveguide is formed by crystal growth and processing.
【請求項2】 一般式R3512(Rはイットリウム、
ランタン、ビスマスおよび3価の価数を有する希土類元
素のいずれか一種を表し、Bは鉄、ガリウム、アルミニ
ウム、スカンジウムのいずれか一種を表し、Oは酸素で
表す)で示されるガーネット又は前記ガーネットの酸素
以外の構成元素の一部を等価な価数を有する一種以上の
元素で置き換えた置換型ガーネットの結晶を用いたガー
ネット結晶光導波路において、最下部から結晶基板、下
部クラッド、コア層、上部クラッド層の順に結晶成長お
よび加工により形成した第1の光導波路に対して、上部
クラッド層を機械的あるいは化学的に研磨した後、その
研磨した上部クラッド層を下部クラッド層とする第2の
導波路コア層および第2の導波路の上部クラッド層を結
晶成長および加工により形成することを特徴とする積層
型ガーネット結晶光導波路の製法。
2. The general formula R 3 B 5 O 12 (R is yttrium,
A garnet represented by lanthanum, bismuth, and one of rare earth elements having a trivalent valence, B represents any one of iron, gallium, aluminum, and scandium, and O represents oxygen; In a garnet crystal optical waveguide using a substitutional garnet crystal in which a part of constituent elements other than oxygen is replaced by one or more elements having an equivalent valence, a crystal substrate, a lower clad, a core layer, an upper clad from the bottom. A second waveguide in which the upper clad layer is mechanically or chemically polished with respect to the first optical waveguide formed by crystal growth and processing in the order of layers, and then the polished upper clad layer is used as a lower clad layer. Stacked garnet crystal characterized in that the core layer and the upper clad layer of the second waveguide are formed by crystal growth and processing. Preparation of the waveguide.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100348602B1 (en) * 1999-07-30 2002-08-13 송재원 Vertical asymmetric optical device
CN1308715C (en) * 2004-11-26 2007-04-04 中国科学院上海光学精密机械研究所 Preparation of Yb-Gd-Ga doped garnet planar optical waveguide
JP2020134845A (en) * 2019-02-25 2020-08-31 京セラ株式会社 Isolator, light source device, optical transmitter, optical switch, optical amplifier, and data center
CN114035269A (en) * 2021-11-30 2022-02-11 中国科学院半导体研究所 Spot converter and method of making the same

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CN114035269B (en) * 2021-11-30 2024-03-15 中国科学院半导体研究所 Spot-size converter and method for producing same

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