JPH06317718A - リッジ型光導波路の製造方法 - Google Patents
リッジ型光導波路の製造方法Info
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- JPH06317718A JPH06317718A JP13001293A JP13001293A JPH06317718A JP H06317718 A JPH06317718 A JP H06317718A JP 13001293 A JP13001293 A JP 13001293A JP 13001293 A JP13001293 A JP 13001293A JP H06317718 A JPH06317718 A JP H06317718A
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- Japan
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- cutting
- refractive index
- optical waveguide
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 リッジ型光導波路を効率よく製造する。
【構成】 基板上に高屈折率層を形成した材料１の表
面に、所定の間隔を有する２本の溝３，３を切断具２で
切削して、リッジ４を形成する。 【効果】 機械的な切削を行なうことにより、形状精
度の優れたリッジを基板上に効率よく形成でき、作業効
率が飛躍的に向上する。
面に、所定の間隔を有する２本の溝３，３を切断具２で
切削して、リッジ４を形成する。 【効果】 機械的な切削を行なうことにより、形状精
度の優れたリッジを基板上に効率よく形成でき、作業効
率が飛躍的に向上する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、オプトエレクトロニ
クス分野において、光伝送に用いられる導波路部分を基
板上にリッジ型に形成するリッジ型光導波路の製造方法
に関するものである。
クス分野において、光伝送に用いられる導波路部分を基
板上にリッジ型に形成するリッジ型光導波路の製造方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、オプトエレクトロニクスの分野に
おいては各種の光学素子の小型化や高集積化を実現する
ために良好な光導波路を形成する研究が盛んに行われて
いる。光導波路は屈折率の高い材料の周囲を屈折率の低
い材料で取り囲んだ構成となっており、この屈折率の高
い領域に臨界角よりも大きな入射角で光が入射すると異
種材料の境界面で全反射を繰り返しながら伝送される。
光導波路にはいくつかのタイプのものがあるが、その中
で基板上に光の集中する狭い帯状部分をリッジ形に設け
たものをリッジ型光導波路という。この導波路は、屈折
率ｎ１の基板上に、屈折率ｎ２の帯状薄膜が形成された
構造となっており、屈折率の大きさはｎ１＜ｎ２の関係
を満たしている。この構造によれば、帯状の薄膜部分に
入射した光は、下方では基板との屈折率差で、また上方
と左右方向では空気との屈折率差により全反射して、薄
膜内に閉じこめられながら伝播する。
おいては各種の光学素子の小型化や高集積化を実現する
ために良好な光導波路を形成する研究が盛んに行われて
いる。光導波路は屈折率の高い材料の周囲を屈折率の低
い材料で取り囲んだ構成となっており、この屈折率の高
い領域に臨界角よりも大きな入射角で光が入射すると異
種材料の境界面で全反射を繰り返しながら伝送される。
光導波路にはいくつかのタイプのものがあるが、その中
で基板上に光の集中する狭い帯状部分をリッジ形に設け
たものをリッジ型光導波路という。この導波路は、屈折
率ｎ１の基板上に、屈折率ｎ２の帯状薄膜が形成された
構造となっており、屈折率の大きさはｎ１＜ｎ２の関係
を満たしている。この構造によれば、帯状の薄膜部分に
入射した光は、下方では基板との屈折率差で、また上方
と左右方向では空気との屈折率差により全反射して、薄
膜内に閉じこめられながら伝播する。
【０００３】上述のようなリッジ型光導波路は、一般的
にはエッチングにより製造されている。エッチングによ
ってリッジ型光導波路を形成するプロセスの一例につい
て、図７を用いて説明する。ＬｉＴａＯ3単結晶基板２
０は、光導波路となるＬｉＮｂＯ3よりも屈折率が低
く、結晶の格子定数がＬｉＮｂＯ3と近い値を有してお
り、この単結晶基板２０上にエピタキシャルＬｉＮｂＯ
3膜２１を形成し、この上層にＴｉを被着して金属層２
２を形成し、次いでこの金属層２２の上にフォトレジス
ト層２３を写真露出技術により選択的に形成する（ａ
図）。
にはエッチングにより製造されている。エッチングによ
ってリッジ型光導波路を形成するプロセスの一例につい
て、図７を用いて説明する。ＬｉＴａＯ3単結晶基板２
０は、光導波路となるＬｉＮｂＯ3よりも屈折率が低
く、結晶の格子定数がＬｉＮｂＯ3と近い値を有してお
り、この単結晶基板２０上にエピタキシャルＬｉＮｂＯ
3膜２１を形成し、この上層にＴｉを被着して金属層２
２を形成し、次いでこの金属層２２の上にフォトレジス
ト層２３を写真露出技術により選択的に形成する（ａ
図）。
【０００４】次ぎに、このフォトレジスト層２３をマス
クとするウェットエッチングにより、上記金属層２２の
パターニングを行う（ｂ図）。続いて上記フォトレジス
ト層２３を除去し、パターニングにより残された金属層
２２ａをマスクとして、例えばエッチングガスとしてＣ
3Ｆ8を使用するＥＣＲ−ＩＲＥ（電子サイクロトロン共
鳴型−反応性イオンエッチング）を行う（ｃ図）。この
ようにしてＬｉＮｂＯ3膜２１ａとＴｉ層２２ａが積層
されたリッジが形成される（ｄ図）。次ぎにこのＴｉ層
２２ａを除去することにより、ＬｉＮｂＯ3薄膜からな
るリッジ型光導波路が得られる（ｅ図）。
クとするウェットエッチングにより、上記金属層２２の
パターニングを行う（ｂ図）。続いて上記フォトレジス
ト層２３を除去し、パターニングにより残された金属層
２２ａをマスクとして、例えばエッチングガスとしてＣ
3Ｆ8を使用するＥＣＲ−ＩＲＥ（電子サイクロトロン共
鳴型−反応性イオンエッチング）を行う（ｃ図）。この
ようにしてＬｉＮｂＯ3膜２１ａとＴｉ層２２ａが積層
されたリッジが形成される（ｄ図）。次ぎにこのＴｉ層
２２ａを除去することにより、ＬｉＮｂＯ3薄膜からな
るリッジ型光導波路が得られる（ｅ図）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記エッチン
グによってリッジ型光導波路を形成する方法には、次の
ような問題点がある。すなわち工程数が多くかつ複雑で
あり、時間がかかることである。また各工程に必要な設
備の種類も多く、それぞれに付帯する設備も含めると必
要な金額は相当な額になる。このような設備を使用して
作られた素子の製造コストは高く、工業的には必ずしも
ベストの方法とはいえない。また、リッジの特性とし
て、全長にわたり幅が均一であること、側面および上面
は平滑であること、リッジ角が可能な限り９０℃に近い
こと、リッジの角のダレ（角が丸くなること）が極力少
ないこと、リッジの角に最大長さで０．１μｍ以上の欠
けがないことなどが要求される。しかし、前記した方法
では、これらの特性を十分に満足することは困難であ
る。
グによってリッジ型光導波路を形成する方法には、次の
ような問題点がある。すなわち工程数が多くかつ複雑で
あり、時間がかかることである。また各工程に必要な設
備の種類も多く、それぞれに付帯する設備も含めると必
要な金額は相当な額になる。このような設備を使用して
作られた素子の製造コストは高く、工業的には必ずしも
ベストの方法とはいえない。また、リッジの特性とし
て、全長にわたり幅が均一であること、側面および上面
は平滑であること、リッジ角が可能な限り９０℃に近い
こと、リッジの角のダレ（角が丸くなること）が極力少
ないこと、リッジの角に最大長さで０．１μｍ以上の欠
けがないことなどが要求される。しかし、前記した方法
では、これらの特性を十分に満足することは困難であ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような状
況においてなされたものであり、リッジの両側に溝を形
成する際に機械的な手段を用いることに特徴を有してい
る。すなわち本願発明のリッジ型光導波路の製造方法
は、基板上に高屈折率層を形成し、この高屈折率層の表
面に、互いに所定の間隔を有する２本の溝を切断具で切
削して、基板上にリッジを形成することを特徴とする。
また、第２の発明は、切断具が砥石またはワイヤである
ことを特徴とする。さらに、第３の発明は、２本の溝の
形成を同時に行うことを特徴とする。
況においてなされたものであり、リッジの両側に溝を形
成する際に機械的な手段を用いることに特徴を有してい
る。すなわち本願発明のリッジ型光導波路の製造方法
は、基板上に高屈折率層を形成し、この高屈折率層の表
面に、互いに所定の間隔を有する２本の溝を切断具で切
削して、基板上にリッジを形成することを特徴とする。
また、第２の発明は、切断具が砥石またはワイヤである
ことを特徴とする。さらに、第３の発明は、２本の溝の
形成を同時に行うことを特徴とする。
【０００７】第４の発明は、切断具の高屈折率層表面と
接触する切断面に、高屈折率層における２本の溝の間隔
に相当する幅を有し、かつ形成予定のリッジ高さ以上の
深さを有す溝が形成されていることを特徴とする。機械
的な切断方法の一つとしては、例えば回転する幅にダイ
ヤモンド粒子を含む切断砥石を取り付け、これを回転さ
せながら材料の必要な部分に溝を形成する方法が例示さ
れる。また他の方法として、ダイヤモンド粒子を塗布し
てある切断ワイヤで材料を擦り、その部分を削り取って
溝を形成する方法も例示することができる。
接触する切断面に、高屈折率層における２本の溝の間隔
に相当する幅を有し、かつ形成予定のリッジ高さ以上の
深さを有す溝が形成されていることを特徴とする。機械
的な切断方法の一つとしては、例えば回転する幅にダイ
ヤモンド粒子を含む切断砥石を取り付け、これを回転さ
せながら材料の必要な部分に溝を形成する方法が例示さ
れる。また他の方法として、ダイヤモンド粒子を塗布し
てある切断ワイヤで材料を擦り、その部分を削り取って
溝を形成する方法も例示することができる。
【０００８】
【作用】すなわち本発明によれば、切断具で高屈折率層
表面の目的の部分に、リッジ高さとして必要な量だけの
２本の切込みを所定の間隔で入れる。リッジの長さは一
般的には材料を低速で必要な長さだけ移動させることに
より得られる。このようにして平坦な高屈折率層膜面に
２本の溝を加工することにより、必要な幅と高さを有す
るリッジが簡易な工程によって容易に得られる。そし
て、切断具の回転（例えば空気軸受の採用による芯ブレ
の防止等）やワーク等の送りや位置制御をサブミクロン
単位で精密に制御することにより、リッジを精密に加工
することができ、光伝播損失を低減できる。このリッジ
に、その端面から光を導入することによりリッジ内を通
して効率よく光を伝送することができる。
表面の目的の部分に、リッジ高さとして必要な量だけの
２本の切込みを所定の間隔で入れる。リッジの長さは一
般的には材料を低速で必要な長さだけ移動させることに
より得られる。このようにして平坦な高屈折率層膜面に
２本の溝を加工することにより、必要な幅と高さを有す
るリッジが簡易な工程によって容易に得られる。そし
て、切断具の回転（例えば空気軸受の採用による芯ブレ
の防止等）やワーク等の送りや位置制御をサブミクロン
単位で精密に制御することにより、リッジを精密に加工
することができ、光伝播損失を低減できる。このリッジ
に、その端面から光を導入することによりリッジ内を通
して効率よく光を伝送することができる。
【０００９】
【実施例】次に本発明の方法による実施例を説明する。
強誘電体であるＬｉＴａＯ3単結晶基板１ａ上に、屈折
率の高いＬｉＮｂＯ3薄膜１ｂを形成して導波路用材料
１を用意した。一方、切断具として円周部分にダイヤモ
ンド微粒子を固定した切断砥石２を用意し、０．５μｍ
以下の砥粒を数％混入した冷却水を用いながら切断砥石
２を高速回転させて、材料１表面の目的の部分にリッジ
高さとして必要な量だけ切込みを入れるとともに、材料
１を低速で必要な長さだけ移動させて溝３の加工を行な
った。この溝加工を位置を変えて２回行なうことによ
り、幅３μｍで高さ１００μｍ、長さ２５ｍｍのリッジ
４を正確に形成することができた。位置の変更は、切断
具、材料のいずれかを移動することによって行なうこと
ができる。
強誘電体であるＬｉＴａＯ3単結晶基板１ａ上に、屈折
率の高いＬｉＮｂＯ3薄膜１ｂを形成して導波路用材料
１を用意した。一方、切断具として円周部分にダイヤモ
ンド微粒子を固定した切断砥石２を用意し、０．５μｍ
以下の砥粒を数％混入した冷却水を用いながら切断砥石
２を高速回転させて、材料１表面の目的の部分にリッジ
高さとして必要な量だけ切込みを入れるとともに、材料
１を低速で必要な長さだけ移動させて溝３の加工を行な
った。この溝加工を位置を変えて２回行なうことによ
り、幅３μｍで高さ１００μｍ、長さ２５ｍｍのリッジ
４を正確に形成することができた。位置の変更は、切断
具、材料のいずれかを移動することによって行なうこと
ができる。
【００１０】なお、使用した切断砥石２のダイヤモンド
粒子の大きさは＃６０００、切断砥石２の回転数は１
０，０００ｒｐｍ、材料１の送り速度は０．１ｍｍ／ｓ
ｅｃであった。得られたリッジの角の部分および側面の
状況をＳＥＭ（走査電子顕微鏡）で観察した結果、欠け
のないシャープなエッジが得られており、側面のソーマ
ークは若干あるものの光の導波には影響のないものであ
った。特に前記した砥粒を混入した冷却水の使用によっ
てソーマークを非常に少なくすることができた。上記切
断砥石では、リッジの形状や材質などに従って、ダイヤ
モンド粒子の大きさ、回転数、材料の送り速度、切込み
量の相互関係を、適性化することによりリッジの角の欠
けのない、しかも平滑な側面を有するリッジを形成する
ことができる。上記リッジ型導波路の製造は約１０分間
で終了しており、フォトエッチングによる従来法では約
２日間要したのに比べると大幅な時間短縮が実現され
た。
粒子の大きさは＃６０００、切断砥石２の回転数は１
０，０００ｒｐｍ、材料１の送り速度は０．１ｍｍ／ｓ
ｅｃであった。得られたリッジの角の部分および側面の
状況をＳＥＭ（走査電子顕微鏡）で観察した結果、欠け
のないシャープなエッジが得られており、側面のソーマ
ークは若干あるものの光の導波には影響のないものであ
った。特に前記した砥粒を混入した冷却水の使用によっ
てソーマークを非常に少なくすることができた。上記切
断砥石では、リッジの形状や材質などに従って、ダイヤ
モンド粒子の大きさ、回転数、材料の送り速度、切込み
量の相互関係を、適性化することによりリッジの角の欠
けのない、しかも平滑な側面を有するリッジを形成する
ことができる。上記リッジ型導波路の製造は約１０分間
で終了しており、フォトエッチングによる従来法では約
２日間要したのに比べると大幅な時間短縮が実現され
た。
【００１１】次に、他の実施例を図３に基づいて説明す
ると、切断具である切断砥石５の外周面には、幅３μｍ
で深さ２０μｍの凹状の溝６が円周方向に沿って形成さ
れている。この実施例の切断砥石５にも前記実施例と同
様に、溝６を含む外周面にダイヤモンド微粒子が固定さ
れている。この切断砥石５を用いて、材料１の表面を深
さ１０μｍで切削しつつ、材料１を低速で移動させるこ
とにより、材料１の表面に２本の溝７，７が一度に形成
された。この結果、材料１には、幅３μｍで高さ１０μ
ｍのリッジが得られた。溝を加工する工程は前記実施例
では通常２回行って１本のリッジが得られるが、本実施
例では凹状の溝を有する切断砥石を用いたので、１回の
加工で同時に２本の溝を形成することができ、リッジ形
状を効率よく得ることができる。
ると、切断具である切断砥石５の外周面には、幅３μｍ
で深さ２０μｍの凹状の溝６が円周方向に沿って形成さ
れている。この実施例の切断砥石５にも前記実施例と同
様に、溝６を含む外周面にダイヤモンド微粒子が固定さ
れている。この切断砥石５を用いて、材料１の表面を深
さ１０μｍで切削しつつ、材料１を低速で移動させるこ
とにより、材料１の表面に２本の溝７，７が一度に形成
された。この結果、材料１には、幅３μｍで高さ１０μ
ｍのリッジが得られた。溝を加工する工程は前記実施例
では通常２回行って１本のリッジが得られるが、本実施
例では凹状の溝を有する切断砥石を用いたので、１回の
加工で同時に２本の溝を形成することができ、リッジ形
状を効率よく得ることができる。
【００１２】さらに、他の実施例を図４，５に基づいて
説明する。この実施例では、切断具として厚さ０．２ｍ
ｍで両端を連結した輪状のワイヤ９を用意し、ワイヤ９
の表面に前記実施例と同様のダイヤモンド粒子を固定す
るとともに、回転駆動可能なプーリー１０，１１に掛け
渡した。このワイヤ９を材料１の目的の部分に当て、適
当な条件で前記プーリ１０，１１を回転させてワイヤ９
を回転移動させ、材料１表面を擦ることにより、深さ１
００μｍの溝１２を形成した。次いで、材料１又はワイ
ヤを移動させ、前記溝１２と３μｍの間隔で、上記と同
様にワイヤ９を回転移動させて溝を形成し、溝間に幅３
μｍ、高さ１００μｍのリッジを形成した。このリッジ
も前記実施例と同様に良好な形状を有していた。なお、
この実施例でも前記の砥粒を混入した冷却水を用いるの
が望ましい。
説明する。この実施例では、切断具として厚さ０．２ｍ
ｍで両端を連結した輪状のワイヤ９を用意し、ワイヤ９
の表面に前記実施例と同様のダイヤモンド粒子を固定す
るとともに、回転駆動可能なプーリー１０，１１に掛け
渡した。このワイヤ９を材料１の目的の部分に当て、適
当な条件で前記プーリ１０，１１を回転させてワイヤ９
を回転移動させ、材料１表面を擦ることにより、深さ１
００μｍの溝１２を形成した。次いで、材料１又はワイ
ヤを移動させ、前記溝１２と３μｍの間隔で、上記と同
様にワイヤ９を回転移動させて溝を形成し、溝間に幅３
μｍ、高さ１００μｍのリッジを形成した。このリッジ
も前記実施例と同様に良好な形状を有していた。なお、
この実施例でも前記の砥粒を混入した冷却水を用いるの
が望ましい。
【００１３】上記ワイヤを変更した実施例を図６に基づ
いて説明する。この実施例のワイヤ１４は、その外周面
に、幅３μｍで深さ２０μｍの凹状の溝１５が円周方向
に沿って形成されており、その溝１５を含む表面には、
前記実施例と同様にダイヤモンド粒子が固定されてい
る。このワイヤ１４を上記実施例と同様にプーリー（図
示しない）で回転移動させながら材料１に当てて表面を
擦る。この結果、材料１の表面には、１回の加工で形状
の良好なリッジが効率よく形成された。
いて説明する。この実施例のワイヤ１４は、その外周面
に、幅３μｍで深さ２０μｍの凹状の溝１５が円周方向
に沿って形成されており、その溝１５を含む表面には、
前記実施例と同様にダイヤモンド粒子が固定されてい
る。このワイヤ１４を上記実施例と同様にプーリー（図
示しない）で回転移動させながら材料１に当てて表面を
擦る。この結果、材料１の表面には、１回の加工で形状
の良好なリッジが効率よく形成された。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように本願発明のリッジ型
光導波路の製造方法によれば、基板上に高屈折率層を形
成し、この高屈折率層の表面に、互いに所定の間隔を有
する２本の溝を切断具で切削して、基板上にリッジを形
成するので、形状精度の優れたリッジを効率よく形成す
ることができる。また、切断具の高屈折率層表面と接触
する切断面に、高屈折率層における２本の溝の間隔に相
当する幅を有し、かつ形成予定のリッジ高さ以上の深さ
を有す溝が形成された切断具を用いることにより、２本
の溝が一度に正確に形成され、作業効率、形状精度とも
に向上する効果がある。
光導波路の製造方法によれば、基板上に高屈折率層を形
成し、この高屈折率層の表面に、互いに所定の間隔を有
する２本の溝を切断具で切削して、基板上にリッジを形
成するので、形状精度の優れたリッジを効率よく形成す
ることができる。また、切断具の高屈折率層表面と接触
する切断面に、高屈折率層における２本の溝の間隔に相
当する幅を有し、かつ形成予定のリッジ高さ以上の深さ
を有す溝が形成された切断具を用いることにより、２本
の溝が一度に正確に形成され、作業効率、形状精度とも
に向上する効果がある。
【図１】図１は、この発明の一実施例を示す側面図であ
る。
る。
【図２】図２は、同じく工程順を示す一部断面正面図で
ある。
ある。
【図３】図３は、他の実施例を示す一部断面正面図であ
る。
る。
【図４】図４は、さらに他の実施例を示す側面図であ
る。
る。
【図５】図５は、同じく工程順を示す一部正面断面図で
ある。
ある。
【図６】図６は、他の実施例を示す一部断面正面図であ
る。
る。
【図７】図７は、従来のリッジ型光導波路の製造工程を
示す一部断面図である。
示す一部断面図である。
１ 光導波路用材料 ２ 切断砥石 ３ 溝 ４ リッジ ５ 切断砥石 ６ 凹状溝 ７ 溝 ９ ワイヤ １２ 溝 １４ ワイヤ １５ 凹状溝
Claims (4)
- 【請求項１】 基板上に高屈折率層を形成し、この高屈
折率層の表面に、互いに所定の間隔を有する２本の溝を
切断具で切削して、基板上にリッジを形成することを特
徴とするリッジ型光導波路の製造方法 - 【請求項２】 切断具は砥石またはワイヤであることを
特徴とする請求項１記載のリッジ型光導波路の製造方法 - 【請求項３】 ２本の溝の形成は、同時に行うことを特
徴とする請求項１または２記載のリッジ型光導波路の製
造方法 - 【請求項４】 切断具の高屈折率層表面と接触する切断
面に、高屈折率層における２本の溝の間隔に相当する幅
を有し、かつ形成予定のリッジ高さ以上の深さを有す溝
が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいず
れかに記載のリッジ型光導波路の製造方法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13001293A JPH06317718A (ja) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | リッジ型光導波路の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13001293A JPH06317718A (ja) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | リッジ型光導波路の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06317718A true JPH06317718A (ja) | 1994-11-15 |
Family
ID=15023974
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13001293A Pending JPH06317718A (ja) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | リッジ型光導波路の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06317718A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0803747A2 (en) * | 1996-03-29 | 1997-10-29 | Ngk Insulators, Ltd. | A process for producing optical waveguide-provided substrate |
| EP0816880A2 (en) * | 1996-06-26 | 1998-01-07 | Ngk Insulators, Ltd. | A process for producing optical waveguide substrate |
| EP0828168A2 (en) * | 1996-09-06 | 1998-03-11 | Ngk Insulators, Ltd. | Optical waveguide device, process of producing the same and second harmonic generation device |
| JP2008256812A (ja) * | 2007-04-03 | 2008-10-23 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 加工用ブレードの製造方法及び加工用ブレード、並びにそれを用いた光学素子の製造方法及び光学素子 |
| JP2008292823A (ja) * | 2007-05-25 | 2008-12-04 | Fuji Xerox Co Ltd | 光導波路の製造方法 |
-
1993
- 1993-05-07 JP JP13001293A patent/JPH06317718A/ja active Pending
Cited By (11)
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