JPH07159637A - 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

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JPH07159637A
JPH07159637A JP5310289A JP31028993A JPH07159637A JP H07159637 A JPH07159637 A JP H07159637A JP 5310289 A JP5310289 A JP 5310289A JP 31028993 A JP31028993 A JP 31028993A JP H07159637 A JPH07159637 A JP H07159637A
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JP
Japan
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optical waveguide
substrate
proton exchange
region
ridge
Prior art date
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JP5310289A
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English (en)
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Masaaki Doi
正明 土肥
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Nikon Corp
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Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 リッジ構造の光導波路でありながら、作製工
程が少なく、かつ、リッジ構造と光導波路との位置ずれ
が起こらないようにする。 【構成】 基板表面1に金属2を光導波路パターンと同
じ形状に形成する第1の工程と、光導波路パターン形状
に形成された金属2をマスクとして金属2が形成されて
いない基板1をプロトン交換する第2の工程と、プロト
ン交換が行われた基板の領域3をエッチングする第3の
工程と、金属2を前記基板中に拡散する第4の工程とか
ら構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信、光計測等に用
いられるリッジ型光導波路の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、光通信、光計測等の分野で光導波
路デバイスが注目されている。その理由は光導波路デバ
イスを用いることにより光学系の小型、軽量化を図るこ
とができ、また、光軸の調整が不要になるという利点を
有しているからである。光導波路デバイスの基板に電気
光学効果を有する結晶を用いた場合、光の変調、スイッ
チング等を行なうことができる。電気光学効果を有する
結晶としては、LiNbO3(ニオブ酸リチウム)がよ
く用いられている。
【0003】光導波路の構造には、埋め込み型、リッジ
型、装荷型等があるが、中でもリッジ型光導波路は光の
閉じ込め効果が大きいため、低電圧駆動光変調器、光ス
イッチへの応用が期待できる。また、光導波路をリッジ
構造にすることによって、光変調器、光スイッチで問題
になっているDCドリフトを大幅に低減できるという宮
澤らの報告もある(1993年電子情報通信学会秋季大
会C−174)。DCドリフトとは、一定の直流電圧印
加の下でもデバイスの出力光強度が時間の経過とともに
変化してしまうという現象である。
【0004】図4(a)〜(h)にリッジ型光導波路の
作製方法の従来例の工程図を示す。(a)〜(h)は工
程順を示すものであり、光導波路の断面を示した図であ
る。LiNbO3基板21上にリフトオフ法により光導
波路の形状にTi膜22が形成されたものである
(a)。これを電気炉中で加熱するとTiがLiNbO
3基板21中へ拡散し、光導波路23が形成される
(b)。LiNbO3基板21表面にポジ形レジスト2
4を塗布し(c)、リッジ構造加工用のフォトマスク2
5を重ね、紫外線26を照射し露光する(d)。現像す
るとフォトマスクのパターンがレジスト24に転写され
る(e)。Ar+CF6ガスを用いてケミカルアシステ
ッドECRエッチング法で、レジスト24が装荷されて
いない部分のLiNbO3をエッチングする(f)。最
後にレジストを取り除く(g)。
【0005】上記の方法によりリッジ型光導波路が作製
される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来の
作製方法ではリッジ構造の作製工程で、リッジ構造加工
用のフォトマスクを別途用意し、露光時に光導波路の位
置に合わせてアライメントしなければならず、手間がか
かった。また、アライメントがずれることによりリッジ
と光導波路との位置が相対的にずれ、光導波路を伝搬す
る導波光の伝搬損失が増加したり、光導波路デバイスの
特性にばらつきがでるという問題点があった。
【0007】本発明は上記問題点を鑑みて成されたもの
であり、リッジ構造の光導波路でありながら、作製工程
が少なく、かつ、リッジ構造と光導波路との位置ずれの
起こらないリッジ型光導波路の製造方法を提供すること
を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意研究の
結果、HF溶液に対しては、プロトン交換された基板
(例えば、LiNbO3基板等)は、通常の基板に比べ
て約1000倍のエッチングレートを有するということ
を見出した。また、光導波路を形成する材料(例えば、
Ti等)をマスクとして、この光導波路を形成する材料
が無い部分をプロトン交換することができることを見出
した。
【0009】従って、光導波路を形成する基板上に光導
波路を形成する材料をパターニングし、その後、この材
料をマスクとしてプロトン交換する。その後、この基板
全体をHF溶液でエッチングすることによって、リッジ
構造と光導波路を形成する部分の位置ずれが起こらず、
作製工程を少なくして、リッジ型光導波路を製造するこ
とができることを見出し、本発明をなすに至った。
【0010】従って、本発明のリッジ型光導波路の製造
方法は、第1に『基板表面に金属を光導波路パターンと
同じ形状に形成する第1の工程と、前記光導波路パター
ン形状に形成された金属をマスクとして前記金属が形成
されていない基板をプロトン交換する第2の工程と、前
記プロトン交換が行われた基板の領域をエッチングする
第3の工程と、前記金属を前記基板中に拡散する第4の
工程と(請求項1)』から構成する。
【0011】また、好ましくは、第2に『前記金属はT
iであり、前記基板はLiNbO3であること(請求項
2)』から構成する。また、基板にプロトン交換を行っ
てプロトン交換領域を形成して、このプロトン交換領域
の一部をエッチングすることによってリッジ型光導波路
を形成しても作製工程を少なくして、かつ、リッジ構造
と光導波路を形成する部分の位置ずれが起きないことを
見出した。
【0012】従って、第3に『基板表面にプロトン交換
を行いプロトン交換領域を形成する第1の工程と、前記
プロトン交換領域の上に光導波路パターンと同じ形状に
プロトン交換領域保護層を形成する第2の工程と、前記
プロトン交換領域保護層で覆われていない前記プロトン
交換領域をエッチングする第3の工程と、前記プロトン
交換領域保護層をエッチングする第4の工程と(請求項
3)』から構成する。
【0013】また、基板にリッジ型光導波路を形成する
パターンと同じ形状に金属を形成して、この金属をマス
クとしてプロトン交換を行う。その後、この金属とプロ
トン交換を行った領域とをエッチングすることによって
リッジ構造を形成する。その後、基板全面にプロトン交
換を行うことによってリッジ構造と光導波路を形成する
部分との位置ずれの起こらないリッジ型光導波路を製造
することができることを見出した。
【0014】従って、第4に『基板表面に金属を光導波
路パターンと同じ形状に形成する第1の工程と、前記光
導波路パターン形状に形成された金属をマスクとして前
記金属が形成されていない基板をプロトン交換する第2
の工程と、前記プロトン交換が行われた領域と前記金属
をエッチングする第3の工程と、前記第3の工程が終了
した基板を再度プロトン交換を行う第4の工程と(請求
項4)』から構成する。
【0015】
【作用】本発明は、熱拡散する前の、光導波路の形状に
パターニングされた光導波路材料(Ti等)膜をマスク
とし、基板(LiNbO3等)に周知のプロトン交換を
行う。HF溶液に対しては、プロトン交換された基板
は、プロトン交換されていない基板に比べて約1000
倍のエッチングレートを有するという特徴を利用し、H
F溶液でプロトン交換された領域をエッチングし、リッ
ジ構造を形成する。最後に、光導波路材料を基板中へ熱
拡散することにより、リッジ型光導波路が形成される。
【0016】以下、実施例により本発明をより具体的に
説明するが、本発明はこれに限るものではない。
【0017】
【実施例】図1(a)〜(d)は、本発明の第1の実施
例による光導波路の作製方法の工程図である。(a)〜
(d)は工程順に示すものであり、光導波路デバイスの
断面を示した図である。図1(a)は、前述した従来例
〔図4(a)〕と同様にLiNbO3基板1に光導波路
の形状にTi膜2がリフトオフ法により形成されたもの
である。尚、Ti膜の形成方法はリフトオフ方ではなく
てもよい。
【0018】Ti膜2をマスクとして、LiNbO3
板1に周知のプロトン交換を行う。プロトン交換は安息
香酸を用いて行い、約235℃の安息香酸溶液に所定の
時間LiNbO3基板1を浸す。Ti膜2で覆われた部
分以外の領域3がプロトン交換され、また、Ti膜2は
酸化して、TiO2膜4となる(b)。プロトン交換
後、LiNbO3基板1をHF溶液に浸す。HF溶液に
対しては、プロトン交換されたLiNbO3は、プロト
ン交換されていないLiNbO3に比べて約1000倍
のエッチングレートを有する。従って、LiNbO3
板1はプロトン交換された領域3のみがエッチングさ
れ、リッジ構造5が形成される(c)。
【0019】LiNbO3基板1を電気炉中で約100
0℃で加熱するとTiがLiNbO3基板1中へ拡散
し、リッジ型光導波路6となる(d)。上記の方法によ
りリッジ型光導波路が形成される。熱拡散法で光導波路
を作製するためのTi膜をLiNbO3基板のエッチン
グ時のマスクとして用いることにより、リッジ加工専用
のフォトマスクを新たに用意することなく、露光時にア
ライメントする必要がなくなり、量産性が向上する。ま
た、光導波路とリッジの相対的な位置ずれがまったくな
いため、光導波路を伝搬する導波光の伝搬損失が増加す
ることはなく、光導波路デバイスの特性のばらつきを少
なくすることができる。
【0020】本発明による光導波路を用いて、光変調器
や光スイッチを作製する場合には、リッジ型光導波路上
にバッファ層を形成した後、電極を形成すればよい。
尚、第1の実施例では、基板にLiNbO3を用いて説
明したが、LiTaO3基板等を用いてもよい。また、
プロトン交換のマスクとなりかつ光導波路を形成する材
料としては、AlやCr等でもよい。
【0021】また、プロトン交換源としては、ピロリン
酸、硝酸銀等を用いることもできる。図2は、本発明の
第2の実施例によるリッジ型光導波路の製造方法を示す
図である。(a)〜(d)は、その製造方法の工程順を
示すものであり、リッジ型光導波路の断面図を示す。
【0022】まず、LiNbO3 基板1の全面にプロト
ン交換を行いプロトン交換領域8を形成する(a)。そ
の後、LiNbO3 基板1上に、光導波路を形成するパ
ターン状にSiO2 膜7(プロトン交換領域保護層)を
形成する(b)。その後、LiNbO3 基板1をHF溶
液に浸し、SiO2 膜7(プロトン交換領域保護層)で
覆われていないプロトン交換領域8をエッチングする
(c)。その後、SiO 2 膜7(プロトン交換領域保護
層)をイオンエッチング等によって取り除けば、リッジ
型光導波路9が形成される(d)。
【0023】第2の実施例で用いる基板材料もLiTa
3基板等を用いてもよい。また、プロトン交換領域8
を残すためのマスクであるSiO2 膜7は、プロトン交
換領域をエッチングする際にエッチングされない膜であ
れば良い。また、プロトン交換源としては、ピロリン
酸、硝酸銀等を用いることもできる。図3は、本発明の
第3の実施例によるリッジ型光導波路の製造方法う示す
図である。(a)〜(d)は、その製造方法の工程順を
示すものであり、リッジ型光導波路の断面図を示す。
【0024】LiNbO3 基板1上に、光導波路を形成
するパターン状にAl膜10を形成する(a)。Al膜
10をマスクとして、プロトン交換を行いプロトン交換
領域11を形成する(b)。その後、LiNbO3 基板
1をHF溶液に浸し、プロトン交換領域11とAl膜1
0をエッチングしてリッジ構造12を形成する(c)。
その後、LiNbO3 基板1に再度プロトン交換を行っ
て、リッジ型光導波路13が形成される(d)。
【0025】第3の実施例で用いる基板材料もLiTa
3基板等を用いてもよい。また、プロトン交換領域8
を残すためのマスクであるAl膜10は、プロトン交換
領域を形成する際にマスクとなるものであれば良い。ま
た、プロトン交換源としては、ピロリン酸、硝酸銀等を
用いることもできる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればリ
ッジ型光導波路の作製において、リッジ構造加工の量産
性の向上を図るとともに、アライメントの誤差による導
波光の伝搬損失の増加や特性のばらつきを少なくするこ
とが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例によるリッジ型光導波路
の作製方法の工程図であって、(a)〜(d)は工程順
を示すものである。
【図2】本発明の第2の実施例によるリッジ型光導波路
の作製方法の工程図であって、(a)〜(d)は工程順
を示すものである。
【図3】本発明の第3の実施例によるリッジ型光導波路
の作製方法の工程図であって、(a)〜(d)は工程順
を示すものである。
【図4】従来のリッジ型光導波路の作製方法の工程図で
あって、(a)〜(g)は工程順を示すものである。
【符号の説明】
1、21・・・LiNbO3基板 2、22・・・Ti膜 5、12・・・リッジ構造 8、11・・・プロトン交換領域 7・・・SiO2 膜 9、13・・・リッジ型光導波路 10・・・Al膜 24・・・レジスト 23・・・光導波路 25・・・リッジ構造加工用のフォトマスク

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板表面に金属を光導波路パターンと同
    じ形状に形成する第1の工程と、 前記光導波路パターン形状に形成された金属をマスクと
    して前記金属が形成されていない基板をプロトン交換す
    る第2の工程と、 前記プロトン交換が行われた基板の領域をエッチングす
    る第3の工程と、 前記金属を前記基板中に拡散する第4の工程とからなる
    リッジ型光導波路の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記金属はTiであり、 前記基板はLiNbO3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。
  3. 【請求項3】 基板表面にプロトン交換を行いプロトン
    交換領域を形成する第1の工程と、 前記プロトン交換領域の上に光導波路パターンと同じ形
    状にプロトン交換領域保護層を形成する第2の工程と、 前記プロトン交換領域保護層で覆われていない前記プロ
    トン交換領域をエッチングする第3の工程と、 前記プロトン交換領域保護層をエッチングする第4の工
    程とからなるリッジ型光導波路の製造方法。
  4. 【請求項4】 基板表面に金属を光導波路パターンと同
    じ形状に形成する第1の工程と、 前記光導波路パターン形状に形成された金属をマスクと
    して前記金属が形成されていない基板をプロトン交換す
    る第2の工程と、 前記プロトン交換が行われた領域と前記金属をエッチン
    グする第3の工程と、 前記第3の工程が終了した基板を再度プロトン交換を行
    う第4の工程とからなるリッジ型光導波路の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0851244A1 (en) * 1996-12-27 1998-07-01 Ngk Insulators, Ltd. Optical waveguide device and method of manufacturing same
EP0936481A2 (en) * 1998-02-17 1999-08-18 Ngk Insulators, Ltd. A method of processing a substrate made of a ferroelectric single crystalline material

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