JPH08304863A

JPH08304863A - 光デバイスの製造方法

Info

Publication number: JPH08304863A
Application number: JP10531395A
Authority: JP
Inventors: Koji Takemura; 浩二竹村; Hirohiko Katsuta; 洋彦勝田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1995-04-28
Filing date: 1995-04-28
Publication date: 1996-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】特にプロセス上におけるハンドリングの容易
な比較的厚い基板においても、良好な周期微細分極反転
構造を均一にかつ再現性良く形成することが可能な光デ
バイスの製造方法を提供すること。【構成】単一分域化された強誘電体から成る基板１の
一主面に、帯状の絶縁膜３を所定間隔を空けて複数配列
するとともに、絶縁膜３を含む基板１の一主面に導電膜
４を被着させ、次に基板１の他主面側の表層を除去し、
しかる後、基板１の他主面に共通電極７を配置するとと
もに、共通電極７と導電膜４との間に電界を印加し、基
板１に分極反転を生ぜしめることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば高密度光記録装
置、レーザープリンタ、カラーレーザーディスプレイ等
に用いられる光第２高調波発生素子（以下、ＳＨＧ素子
という）や光変調器などの光デバイスの製造方法に関
し、特に厚みの薄い基板に電圧印加法を施して歩留り良
く作製するのに好適な光デバイスの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、青色発光半導体レーザーととも
に、光第２高調波発生（ＳＨＧ）を用いたコヒーレント
な青色光源の研究が盛んに行われている。なかでも周期
分域反転構造を用いた疑似位相整合（以下、ＱＰＭとい
う）ＳＨＧ素子は、高い変換効率が得られることから最
も注目されている。さらに、このＱＰＭ−ＳＨＧ素子の
要素技術である周期分極反転構造の作製方法として、Ｔ
ｉ拡散法、Ｌｉ₂Ｏ外拡散法、ＳｉＯ₂装荷熱処理法等
が提案されているが、強誘電体基板の両主面に所望の電
極を形成し、直流電圧またはパルス状の電圧を印加する
ことにより、局所的に基板の分極方向を反転させる直接
電界印加法は、室温で微細かつ深い分極反転構造が作製
できることから注目されている（例えば、M.Yamada et
al.;Appl.Phys.Lett.62(5) P.435-436等を参照）。

【０００３】ここで、室温で電圧印加法により分極反転
を行う際に重要な問題は、基板の絶縁破壊を如何に回避
するかにある。そこで、基板を薄くすることにより絶縁
破壊を極力防止することが提案されている（山田他、電
子情報通信学会論文誌Ｃ−Ｉ，Vol.J77-C-I,No.5,P.206
-213、1994年）。すなわち、基板厚みを薄くすることに
より基板の絶縁破壊電界を高くし、一方、抗電界は基板
の厚さに依存せず約２００ｋＶ／cmと一定であるので、
約２００μm 以下の基板厚で直流電圧印加での破壊電界
が分極反転電界よりも大きくなり、直接電界印加により
分極反転が可能となるのである。

【０００４】次に、図２に基づき従来のＳＨＧ素子の製
造方法について説明する。図２（ａ）に示すように、ま
ず単分域化した強誘電性の基板１、例えばＺカットのニ
オブ酸リチウム単結晶の基板を用意し、図２（ｂ）に示
すように、その一方の主面、例えば＋Ｚ面に第１の金属
膜をリフトオフ法もしくはエッチング法により所望の櫛
状または梯子状の形状にパターニングする。なお、この
金属膜の材料としては高価な白金等の耐熱性の貴金属を
使用する必要はなく、アルミニウム等の安価な材料で充
分である。そして、図２（ｃ）に示すように、基板の他
方の主面（例えば−Ｚ主面）に一様に第２の金属膜を被
着形成する。

【０００５】このようにして基板１の両主面に電極用の
金属膜を被着形成した後に、図２（ｄ）に示すように、
第１及び第２の金属膜の間に直流電圧またはパルス電圧
を印加し、所望の分極反転領域８を形成する。そして、
しかる後に図２（ｅ）に示すように、エッチング法によ
りこれら第１及び第２の金属膜を除去し、図２（ｆ）に
示すように、プロトン交換法等を用いて導波路２を形成
することによりＳＨＧ素子を完成させるのである。

【０００６】なお、本出願人は大面積で安定した分極反
転領域を形成するための方法を既に提案している。この
方法は、第１の金属膜を基板に直接パターニングするの
ではなく、ＳｉＯ₂などの絶縁膜の分極反転用パターン
を形成した後に、基板の全面に金属膜を形成する工程を
除き、概ね上記図２と同様な方法でＳＨＧ素子等の光デ
バイスを作製する方法である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな製造方法では、基板厚みを薄くすると、熱処理等が
伴う各プロセス工程において、基板の破損する確率が高
くなり、製品歩留りが極端に悪化するといった問題が生
じる。

【０００８】特に、本出願人らの研究の結果、基板厚み
が約３００μm 以下になると顕著にその傾向が見られる
ようになることが判明した。

【０００９】そこで、本発明は上記諸問題を克服し、特
にプロセス上におけるハンドリングの容易な比較的厚い
基板を用いて、製品歩留りが良くしかも絶縁破壊を極力
防止し得る優れた光デバイスの製造方法を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
めに、本発明の光デバイスの製造方法は、単一分域化さ
れた強誘電体から成る基板の一主面に、帯状の絶縁膜を
所定間隔を空けて複数配列するとともに、該絶縁膜を含
む基板の一主面に導電膜を被着させ、次に前記基板の他
主面側の表層を除去し、しかる後、前記基板の他主面に
共通電極を配置するとともに、該共通電極と前記導電膜
との間に電界を印加し、前記基板に分極反転を生ぜしめ
ることを特徴とする。

【００１１】また、前記導電膜上に導電性接着剤を介し
て導電板を載置し、該導電板と前記共通電極との間に電
界を印加することによって、前記基板に分極反転を生ぜ
しめるようにしたことを特徴とする。

【００１２】また、前記絶縁膜はＳｉＯ₂またはＳｉ₃
Ｎ₄から成り、かつ厚さが５０００Å以下であることを
特徴とする。

【００１３】さらに、前記基板の厚みを０．５〜１．０
mmとし、該基板の他の主面を基板厚み約３００μm 以下
にまで薄くするとよい。

【００１４】

【作用】請求項１の発明によれば、従来のような３００
μm 以下の基板厚みの薄い強誘電体の基板を用いて長い
プロセスを行うことがないため、基板の取扱に際しての
作業性が向上するだけでなく、基板の破損等による歩留
りの低下を防止することができる。

【００１５】

【実施例】以下、図面に基づき本発明に係る実施例につ
いて説明する。まず、図１（ａ）に示すように、非線形
強誘電体の基板、すなわち、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮ
ｂＯ₃）の０．５mm厚程度の基板１を用意する。次に、
図１（ｂ）に示すように、基板１の＋Ｚ面上にタンタル
マスク等を用いてプロトン交換法により、所望形状のチ
ャンネル導波路２を形成する。

【００１６】そして、図１（ｃ）に示すように、安定な
絶縁膜３を最終的に形成した分極反転領域と略反転形状
にパターニングする。この絶縁膜３としてはＳｉＯ₂膜
またはＳｉ₃Ｎ₄膜を、スパッタリング法で５０００Å
以下に成膜し、しかる後にパターニングする。ここで、
絶縁膜３の膜厚は分極反転比に応じて適宜変更するもの
とする。また、パターニングはフォトリソグラフとフッ
酸系のバッファエッチャントを利用し、微細な周期電極
が材料に接する部分のパターン膜を除去する。この時の
除去パターンは、例えば約１．５μm 幅の梯子状や櫛形
状にするが、必ずしも連続体である必要はなく、リッジ
状でも構わない。なお、絶縁膜３の成膜はスパッタリン
グ法の代わりにＣＶＤ法等の周知の方法によって行うよ
うにしてもよい。

【００１７】次に、図１（ｄ）に示すように、パターニ
ングされた安定な絶縁膜３上に、低抵抗の第１の導電膜
４、すなわち、ここではアルミニウムを蒸着法により一
様に成膜する。なお、この第１の導電膜４は蒸着法以外
にスパッタリング法等の周知の成膜法により形成しても
よい。

【００１８】このように形成された第１の導電膜４の上
に、図１（ｅ）に示すように、平行度がでた０．５mm程
度のアルミ金属板の導電板６を導電性接着剤５を用いて
接着する。ここで、導電性接着剤としてはペーストタイ
プ，フィルムタイプ，スピンコートタイプ等が使用可能
であり、この実施例ではＳＴＡＹＳＴＩＫ社製の高分子
系熱可塑性接着剤を使用した。

【００１９】そして、図１（ｆ）に示すように、基板１
の他方の主面を研磨し、基板１の厚みを３００μm 以
下、すなわち１００〜２００μm 程度にまで加工する。
ここで、研磨は片面ラップ盤により行った。基板１の厚
みは貼り合わせ前の作業性と貼り合わせ後の研磨工程で
の作業コストや時間を考慮すると０．５〜１．０mmが適
当であると思われる。

【００２０】次に、図１（ｇ）に示すように、研磨した
基板の他方の主面にも第２の導電膜７を成膜させる。す
なわち、第１の導電膜４と同様にアルミニウムを成膜さ
せる。ここで、第１の導電膜４及び第２の導電膜７の厚
みは両方とも厚いほど抵抗が下がる。また、第１の導電
膜４の領域面積はそのまま微細分極反転構造の面積とな
るが、例えば８mm×１０mm程度でも可能である。

【００２１】そして、図１（ｈ）に示すように、例えば
室温で第１の導電膜４が正、第２の導電膜７が負になる
ように、２０ｋＶ／mm程度の電界を直流電圧源９によっ
て、直流もしくはパルス状の電圧を印加する。ここで、
電界の印加は好ましくは真空中あるいはシリコーンオイ
ル等の絶縁油中等で行う。すなわち、電極間に高電圧が
印加されても放電が生じないように真空中などの絶縁媒
体中で行うとよいのである。

【００２２】その後、図１（ｉ）に示すように、導電板
６をＩＰＡに浸漬し超音波洗浄器にかけて剥離後、第１
の導電膜４及び第２の導電膜７を相応のエッチング液
（例えばアルミニウムであれば、Ｈ₂ＰＯ₄：ＨＮ
Ｏ₃：ＣＨ₃ＣＯＯＨ：Ｈ₂Ｏを１６：１：２：１の割
合で混合したもの）で除去する。このようにして、微細
でかつ均一な周期分極反転構造を長さ約１０mmに渡って
形成することができた。

【００２３】なお、図１（ｊ）に示すように、必要に応
じて絶縁膜３をバッファフッ酸にて除去してもよい（た
だし、この場合は絶縁膜３がＳｉＯ₂の場合）。

【００２４】上記実施例において、図１（ａ）〜（ｈ）
はウエハ単位で行い、ダイシング等により所望のチップ
サイズにした後に、図１（ｉ），（ｊ）において、導電
板６、第１の導電膜４、第２の導電膜７、及び絶縁膜３
の剥離、エッチングを行えば、プロセスの全てにおいて
基板１の厚みが薄くなりすぎることはなく、基板１の取
扱が容易で製品歩留りが良好となる。

【００２５】なお、上記実施例では基板としてニオブ酸
リチウムを用いた例について説明したが、タンタル酸リ
チウム（ＬｉＴａＯ₃）の単結晶基板を用いてもよい。
また、第１の導電膜を基板とは別体に用意し、第１の導
電膜に相当する電極体にストライプ状に絶縁膜を形成し
てもよい。また、分極反転後に電気モーメントをバラバ
ラにする可能性の無い導波路形成（イオン交換法やキュ
リー点以下の温度での金属熱拡散）を行い、電界印加に
より周期分極反転を行わせた後に導波路作製するように
してもよい。また、第２の導電膜はアースとして使用で
きエッチング等で除去してもしなくともよい。この場合
には−Ｚ面に分極反転構造を作製するようにすると好適
に分極反転構造が得られる。

【００２６】

【発明の効果】本発明の光デバイスの製造方法によれ
ば、容易に大面積の分極反転を安定に行えるとともに、
基板の厚みが薄くなっても、効率よくかつ楽に作業を行
うことができ、製品歩留りの低下を極力抑えることがで
きる。

【００２７】また、周期電極を共通電極のごとく帯状の
絶縁膜上に形成すれば、従来のような複雑な電極の微細
パターニングを不要とすることができる。

【００２８】さらに、周期電極，絶縁膜，共通電極を基
板とは別体に形成して、電極間に基板を挟むようにすれ
ば、電極や絶縁膜等の剥離工程により素子を損傷させる
ことがなくなる上、連続的大量に光デバイスを製造する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｊ）はそれぞれ本発明に係る一実施
例を説明する概略断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ従来例を説明する概
略断面図である。

【符号の説明】

１・・・基板２・・・光導波路３・・・絶縁膜４・・・第１の導電膜５・・・導電性接着剤６・・・導電板７・・・第２の導電膜９・・・直流電圧源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単一分域化された強誘電体から成る基板
の一主面に、帯状の絶縁膜を所定間隔を空けて複数配列
するとともに、該絶縁膜を含む基板の一主面に導電膜を
被着させ、次に前記基板の他主面側の表層を除去し、し
かる後、前記基板の他主面に共通電極を配置するととも
に、該共通電極と前記導電膜との間に電界を印加し、前
記基板に分極反転を生ぜしめることを特徴とする光デバ
イスの製造方法。
【請求項２】前記導電膜上に導電性接着剤を介して導
電板を載置し、該導電板と前記共通電極との間に電界を
印加することによって、前記基板に分極反転を生ぜしめ
るようにしたことを特徴とする請求項１に記載の光デバ
イスの製造方法。
【請求項３】前記絶縁膜はＳｉＯ₂またはＳｉ₃Ｎ₄
から成り、かつ厚さが５０００Å以下であることを特徴
とする請求項１乃至２に記載の光デバイスの製造方法。