JPH11162255A - 強誘電体結晶基板の加工方法 - Google Patents
強誘電体結晶基板の加工方法Info
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- JPH11162255A JPH11162255A JP9322747A JP32274797A JPH11162255A JP H11162255 A JPH11162255 A JP H11162255A JP 9322747 A JP9322747 A JP 9322747A JP 32274797 A JP32274797 A JP 32274797A JP H11162255 A JPH11162255 A JP H11162255A
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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- C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光導波路素子、特に、埋め込み型光導波路素
子の結合効率を高めるのに有効な、ほぼ半円形の溝形状
を有する凹凸パターンが形成された強誘電体結晶基板を
提供する。 【解決手段】 強誘電体結晶基板に、プロトン交換によ
って所定のプロトン交換層パターンを形成し、前記プロ
トン交換層パターンを選択的に除去して、略半円形の凹
凸パターンを形成する方法において、前記プロトン交換
層パターンを形成する際のプロトン交換温度を、１２０
〜１８０℃に設定してプロトン交換を行う。
子の結合効率を高めるのに有効な、ほぼ半円形の溝形状
を有する凹凸パターンが形成された強誘電体結晶基板を
提供する。 【解決手段】 強誘電体結晶基板に、プロトン交換によ
って所定のプロトン交換層パターンを形成し、前記プロ
トン交換層パターンを選択的に除去して、略半円形の凹
凸パターンを形成する方法において、前記プロトン交換
層パターンを形成する際のプロトン交換温度を、１２０
〜１８０℃に設定してプロトン交換を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体結晶基板
の加工方法に関し、さらに詳しくは、擬似位相整合方式
の第２高調波発生デバイスや、光変調器、光スイッチ等
に利用される埋め込み型光導波路素子に適した強誘電体
結晶基板の加工方法に関する。
の加工方法に関し、さらに詳しくは、擬似位相整合方式
の第２高調波発生デバイスや、光変調器、光スイッチ等
に利用される埋め込み型光導波路素子に適した強誘電体
結晶基板の加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ピックアップなどに用いることのでき
る青色レーザ用光源として、ニオブ酸リチウムやタンタ
ル酸リチウム単結晶に周期的な分極反転構造を形成した
光導波路を使用した擬似位相整合（Ｑｕａｓｉ−Ｐｈａ
ｓｅ−Ｍａｔｃｈｅｄ：以下、ＱＰＭと略すことがあ
る）方式の第２高調波発生（Ｓｅｃｏｎｄ−Ｈａｒｍｏ
ｎｉｃ−Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：以下、ＳＨＧと略すこ
とがある）デバイスが期待されている。このデバイス
は、光ディスクメモリ用、医学用、光化学用、及び各種
光計測用の光ピックアップなどに幅広く使用することが
できる。また、ニオブ酸リチウム単結晶に形成した光導
波路を使用した光変換器、光スイッチが、光通信や情報
処理の分解で期待される。
る青色レーザ用光源として、ニオブ酸リチウムやタンタ
ル酸リチウム単結晶に周期的な分極反転構造を形成した
光導波路を使用した擬似位相整合（Ｑｕａｓｉ−Ｐｈａ
ｓｅ−Ｍａｔｃｈｅｄ：以下、ＱＰＭと略すことがあ
る）方式の第２高調波発生（Ｓｅｃｏｎｄ−Ｈａｒｍｏ
ｎｉｃ−Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：以下、ＳＨＧと略すこ
とがある）デバイスが期待されている。このデバイス
は、光ディスクメモリ用、医学用、光化学用、及び各種
光計測用の光ピックアップなどに幅広く使用することが
できる。また、ニオブ酸リチウム単結晶に形成した光導
波路を使用した光変換器、光スイッチが、光通信や情報
処理の分解で期待される。
【０００３】このＳＨＧデバイス及び光変調デバイスな
どに使用する光導波路デバイスは、一般には以下のよう
な方法によって製造している。すなわち、ニオブ酸リチ
ウムなどの強誘電体単結晶の基板を、安息香酸溶液やピ
ロリン酸溶液に浸漬することによりプロトン交換し、所
定のプロトン交換層パターンを形成した後、基板を３０
０〜４００℃で０．１〜５時間アニーリング処理してプ
ロトンを基板内部に拡散させ、光導波路を形成する方法
である。あるいは、ニオブ酸リチウムなどの強誘電体結
晶基板にチタンなどの金属を蒸着してパターン形成し、
基板を９００〜１１００℃で４〜４０時間加熱し、チタ
ンなどの金属を基板内部へ熱拡散させて光導波路を形成
する方法である。
どに使用する光導波路デバイスは、一般には以下のよう
な方法によって製造している。すなわち、ニオブ酸リチ
ウムなどの強誘電体単結晶の基板を、安息香酸溶液やピ
ロリン酸溶液に浸漬することによりプロトン交換し、所
定のプロトン交換層パターンを形成した後、基板を３０
０〜４００℃で０．１〜５時間アニーリング処理してプ
ロトンを基板内部に拡散させ、光導波路を形成する方法
である。あるいは、ニオブ酸リチウムなどの強誘電体結
晶基板にチタンなどの金属を蒸着してパターン形成し、
基板を９００〜１１００℃で４〜４０時間加熱し、チタ
ンなどの金属を基板内部へ熱拡散させて光導波路を形成
する方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法では、光の閉じ込め効果の大きなステップ型の屈
折率分布をもつ光導波路を形成するのが難しく、十分な
大きさの光ファイバ結合効率（光導波路デバイスへの入
射光に対する出射光の割合）を得ることは難しく、さら
にはＳＨＧデバイスを作製した場合には、耐光損傷性
や、交換効率が低下するなどの問題もあった。さらに
は、上記の方法はいずれも長時間の加熱を必要とするた
め、導波路の屈折率分布が、グレーティッドとなり、光
の閉じ込め効果が小さいなどの好ましくない結果を生じ
ていた。
の方法では、光の閉じ込め効果の大きなステップ型の屈
折率分布をもつ光導波路を形成するのが難しく、十分な
大きさの光ファイバ結合効率（光導波路デバイスへの入
射光に対する出射光の割合）を得ることは難しく、さら
にはＳＨＧデバイスを作製した場合には、耐光損傷性
や、交換効率が低下するなどの問題もあった。さらに
は、上記の方法はいずれも長時間の加熱を必要とするた
め、導波路の屈折率分布が、グレーティッドとなり、光
の閉じ込め効果が小さいなどの好ましくない結果を生じ
ていた。
【０００５】そこで、出願人は、ＳＨＧデバイスなどに
好適に使用することのできる新たな光導波路デバイスの
製造方法を発明し、特願平９−５２６７９号において出
願している。すなわち、ニオブ酸リチウムなどの強誘電
体単結晶の基板を、安息香酸溶液やピロリン酸溶液に浸
漬することによりプロトン交換し、得られたプロトン交
換層にフッ酸溶液や硝酸溶液を用いて湿式エッチングを
施すことにより、このプロトン交換が行われた部分を選
択的に除去して、略半円形の凹部を形成した後、この凹
部が形成された基板上に強誘電体結晶の薄膜を液相エピ
タキシャルによって形成する方法である。
好適に使用することのできる新たな光導波路デバイスの
製造方法を発明し、特願平９−５２６７９号において出
願している。すなわち、ニオブ酸リチウムなどの強誘電
体単結晶の基板を、安息香酸溶液やピロリン酸溶液に浸
漬することによりプロトン交換し、得られたプロトン交
換層にフッ酸溶液や硝酸溶液を用いて湿式エッチングを
施すことにより、このプロトン交換が行われた部分を選
択的に除去して、略半円形の凹部を形成した後、この凹
部が形成された基板上に強誘電体結晶の薄膜を液相エピ
タキシャルによって形成する方法である。
【０００６】しかしながら、この方法では、基板に略半
円形の凹部を形成することは困難であり、形成される凹
部は総て半楕円形状を呈していた。本発明の課題は、強
誘電体結晶基板に、ほぼ半円形の凹部を形成する強誘電
体結晶基板の加工方法を提供するものである。
円形の凹部を形成することは困難であり、形成される凹
部は総て半楕円形状を呈していた。本発明の課題は、強
誘電体結晶基板に、ほぼ半円形の凹部を形成する強誘電
体結晶基板の加工方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述したよう
に、強誘電体結晶基板に、プロトン交換によって所定の
プロトン交換層を形成し、前記プロトン交換層を選択的
に除去して、略半円形の凹部を形成する際に、前記プロ
トン交換層を形成する際のプロトン交換温度が１２０〜
１８０℃であることを特徴とする強誘電体結晶基板の加
工方法である。
に、強誘電体結晶基板に、プロトン交換によって所定の
プロトン交換層を形成し、前記プロトン交換層を選択的
に除去して、略半円形の凹部を形成する際に、前記プロ
トン交換層を形成する際のプロトン交換温度が１２０〜
１８０℃であることを特徴とする強誘電体結晶基板の加
工方法である。
【０００８】本発明の強誘電体結晶基板の加工方法によ
れば、強誘電体結晶基板に、ほぼ半円形の凹部を形成す
ることができる。この原因については明らかではない
が、以下のように推察される。一般に、拡散係数は温度
に依存して変化するとともに、基板の結晶方向にも依存
する。したがって、本発明のように、強誘電体結晶基板
に比較的低い温度でプロトン交換を実施することによ
り、基板のＸ方向及びＺ方向に対するプロトンの拡散係
数の結晶方向依存性と、同じく拡散係数の温度依存性と
がバランスし、基板のＸ方向の拡散係数とＺ方向の拡散
係数とが等しくなる。
れば、強誘電体結晶基板に、ほぼ半円形の凹部を形成す
ることができる。この原因については明らかではない
が、以下のように推察される。一般に、拡散係数は温度
に依存して変化するとともに、基板の結晶方向にも依存
する。したがって、本発明のように、強誘電体結晶基板
に比較的低い温度でプロトン交換を実施することによ
り、基板のＸ方向及びＺ方向に対するプロトンの拡散係
数の結晶方向依存性と、同じく拡散係数の温度依存性と
がバランスし、基板のＸ方向の拡散係数とＺ方向の拡散
係数とが等しくなる。
【０００９】すなわち、このように形成されるプロトン
交換層は、プロトンがほぼ半円形状に拡散して存在して
いるため、これを選択的に除去するとほぼ半円形状の凹
部が形成される。また、プロトン交換のプロセス時間を
短縮化するという観点より、前記プロトン交換温度は、
１３０〜１８０℃であることが好ましい。さらに、光導
波路デバイスとして完成させた場合において、さらに高
い光ファイバの結合効率を得るためには、前記加工方法
において、前記プロトンの拡散時間が１０〜３００時間
であることが好ましい。
交換層は、プロトンがほぼ半円形状に拡散して存在して
いるため、これを選択的に除去するとほぼ半円形状の凹
部が形成される。また、プロトン交換のプロセス時間を
短縮化するという観点より、前記プロトン交換温度は、
１３０〜１８０℃であることが好ましい。さらに、光導
波路デバイスとして完成させた場合において、さらに高
い光ファイバの結合効率を得るためには、前記加工方法
において、前記プロトンの拡散時間が１０〜３００時間
であることが好ましい。
【００１０】さらに、前記加工方法において、強誘電体
結晶基板に形成する凹部をほぼ完全な半円形状に形成す
るためには、前記プロトン交換によって所定のプロトン
交換層を形成する際における、前記強誘電体結晶基板の
基板面に平行な方向のプロトンの拡散係数Ｄ1 と、基板
面に垂直な深さ方向の拡散係数Ｄ2 とが、 ０．９≦（Ｄ1 ／Ｄ2 ）1/2 ≦１．１ なる関係を満たすことが好ましい。
結晶基板に形成する凹部をほぼ完全な半円形状に形成す
るためには、前記プロトン交換によって所定のプロトン
交換層を形成する際における、前記強誘電体結晶基板の
基板面に平行な方向のプロトンの拡散係数Ｄ1 と、基板
面に垂直な深さ方向の拡散係数Ｄ2 とが、 ０．９≦（Ｄ1 ／Ｄ2 ）1/2 ≦１．１ なる関係を満たすことが好ましい。
【００１１】また、ピロリン酸は、解離定数が大きく、
プロント交換速度が速いため、前記加工方法において、
前記プロトン交換層パターンの形成が、前記強誘電体結
晶基板上にプロテクト・マスクパターンを形成した後、
ピロリン酸を用いてプロトン交換することにより形成す
ることが好ましい。さらに、電気光学定数や非線形光学
定数が大きく、光導波路基板として優れているため、前
記加工方法において、前記強誘電体結晶基板として、Ｌ
ｉＮｂ1-xＴａx Ｏ3 （０≦ｘ≦１）なる組成で示され
る単結晶を使用することが好ましい。
プロント交換速度が速いため、前記加工方法において、
前記プロトン交換層パターンの形成が、前記強誘電体結
晶基板上にプロテクト・マスクパターンを形成した後、
ピロリン酸を用いてプロトン交換することにより形成す
ることが好ましい。さらに、電気光学定数や非線形光学
定数が大きく、光導波路基板として優れているため、前
記加工方法において、前記強誘電体結晶基板として、Ｌ
ｉＮｂ1-xＴａx Ｏ3 （０≦ｘ≦１）なる組成で示され
る単結晶を使用することが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を、図１に示す埋め
込み型光導波路デバイスの製造方法と関連させながら詳
細に説明する。強誘電体結晶基板１へのプロトン交換
は、特に限定されるものではないが、一般には、プロト
ン交換する部分に対して窓を設けたマスク・パターンを
強誘電体結晶基板１に施し、この基板をプロトン交換源
の溶液中に浸漬することによって、図１（ａ）に示すよ
うなプロトン交換層２を強誘電体結晶基板１の表面に形
成する。
込み型光導波路デバイスの製造方法と関連させながら詳
細に説明する。強誘電体結晶基板１へのプロトン交換
は、特に限定されるものではないが、一般には、プロト
ン交換する部分に対して窓を設けたマスク・パターンを
強誘電体結晶基板１に施し、この基板をプロトン交換源
の溶液中に浸漬することによって、図１（ａ）に示すよ
うなプロトン交換層２を強誘電体結晶基板１の表面に形
成する。
【００１３】この場合のプロトン交換温度は、このプロ
トン交換源の溶液温度に相当する。プロトン交換温度
は、基板のＺ方向及びＸ方向に対するプロトンの拡散速
度をほぼ等しくするために、その上限は１８０℃である
ことが必要であり、好ましくは１７０℃、さらに好まし
くは１６０℃である。
トン交換源の溶液温度に相当する。プロトン交換温度
は、基板のＺ方向及びＸ方向に対するプロトンの拡散速
度をほぼ等しくするために、その上限は１８０℃である
ことが必要であり、好ましくは１７０℃、さらに好まし
くは１６０℃である。
【００１４】また、強誘電体結晶基板１中へプロトンを
有効に拡散させる必要があることから、プロトン交換温
度の下限は、１２０℃であることが必要であり、好まし
くは１３０℃、さらに好ましくは１４０℃である。
有効に拡散させる必要があることから、プロトン交換温
度の下限は、１２０℃であることが必要であり、好まし
くは１３０℃、さらに好ましくは１４０℃である。
【００１５】さらに、プロトン交換に要する時間、すな
わち、プロトン拡散時間は、プロテクスマスクの劣化を
防ぐためには、その上限は３００時間であることが好ま
しく、さらに好ましくは２００時間である。また、光導
波路デバイスの光ファイバの結合効率をさらに高めるべ
く、十分な形状及び大きさの基板凹部３を強誘電体結晶
基板１に形成するためには、その下限は１０時間である
ことが好ましく、さらに好ましくは４０時間である。
わち、プロトン拡散時間は、プロテクスマスクの劣化を
防ぐためには、その上限は３００時間であることが好ま
しく、さらに好ましくは２００時間である。また、光導
波路デバイスの光ファイバの結合効率をさらに高めるべ
く、十分な形状及び大きさの基板凹部３を強誘電体結晶
基板１に形成するためには、その下限は１０時間である
ことが好ましく、さらに好ましくは４０時間である。
【００１６】このようにして強誘電体結晶基板１へプロ
トン交換を行う場合、さらに完全な基板凹部３を形成す
るという観点から、基板に対する、基板面に平行な方向
のプロトン拡散係数Ｄ1 と、基板面に垂直な深さ方向の
拡散係数Ｄ2 との比の１／２乗（Ｄ1 ／Ｄ2 ）1/2 の上
限が、１．１であることが好ましく、さらに好ましく
は、１．０５である。同様に（Ｄ1 ／Ｄ2 ）1/2 の下限
は、０．９であることが好ましく、さらに好ましくは
０．９５である。
トン交換を行う場合、さらに完全な基板凹部３を形成す
るという観点から、基板に対する、基板面に平行な方向
のプロトン拡散係数Ｄ1 と、基板面に垂直な深さ方向の
拡散係数Ｄ2 との比の１／２乗（Ｄ1 ／Ｄ2 ）1/2 の上
限が、１．１であることが好ましく、さらに好ましく
は、１．０５である。同様に（Ｄ1 ／Ｄ2 ）1/2 の下限
は、０．９であることが好ましく、さらに好ましくは
０．９５である。
【００１７】また、このようにして得ることのできるプ
ロトン交換層２の大きさは、開口幅が１μｍ〜５０μｍ
であり、深さが０．５μｍ〜２５μｍであることが好ま
しい。
ロトン交換層２の大きさは、開口幅が１μｍ〜５０μｍ
であり、深さが０．５μｍ〜２５μｍであることが好ま
しい。
【００１８】本発明の強誘電体結晶基板１として使用す
ることのできる材料は、強誘電体単結晶であれば特に限
定されるものではなく、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ
3 ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3 ）、ニオブ酸
カリウムリチウム（ＫＬＮ）、及びニオブ酸リチウムー
タンタル酸リチウム固溶体（ＬｉＮｂ1-xＴａx Ｏ
3 （０≦ｘ≦１））などが挙げられる。
ることのできる材料は、強誘電体単結晶であれば特に限
定されるものではなく、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ
3 ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3 ）、ニオブ酸
カリウムリチウム（ＫＬＮ）、及びニオブ酸リチウムー
タンタル酸リチウム固溶体（ＬｉＮｂ1-xＴａx Ｏ
3 （０≦ｘ≦１））などが挙げられる。
【００１９】さらには、基板の耐光損傷性を向上させる
ために、これらの基板材料にマグネシウム（Ｍｇ）、亜
鉛（Ｚｎ）、スカンジウム（Ｓｃ）及びインジウム（Ｉ
ｎ）からなる群より選ばれる１種以上の金属元素を含有
させることもできる。
ために、これらの基板材料にマグネシウム（Ｍｇ）、亜
鉛（Ｚｎ）、スカンジウム（Ｓｃ）及びインジウム（Ｉ
ｎ）からなる群より選ばれる１種以上の金属元素を含有
させることもできる。
【００２０】同様に、レーザ発振用の元素として、ラン
タノイド系列のネオジウム（Ｎｄ）、エルビウム（Ｅ
ｒ）、ツムリウム（Ｔｍ）、ホルビウム（Ｈｏ）、ディ
スプロシウム（Ｄｙ）、及びプラセオジム（Ｐｒ）など
の群から選ばれる１種以上の元素を添加することもでき
る。
タノイド系列のネオジウム（Ｎｄ）、エルビウム（Ｅ
ｒ）、ツムリウム（Ｔｍ）、ホルビウム（Ｈｏ）、ディ
スプロシウム（Ｄｙ）、及びプラセオジム（Ｐｒ）など
の群から選ばれる１種以上の元素を添加することもでき
る。
【００２１】プロトン交換に使用することのできるプロ
トン交換源としては、ピロリン酸、安息香酸、オクタン
酸、ステアリン酸、及びパリミチン酸などを使用するこ
とができるが、解離定数が大きく、蒸発しにくいという
理由から、ピロリン酸を使用することが好ましい。
トン交換源としては、ピロリン酸、安息香酸、オクタン
酸、ステアリン酸、及びパリミチン酸などを使用するこ
とができるが、解離定数が大きく、蒸発しにくいという
理由から、ピロリン酸を使用することが好ましい。
【００２２】次に、図１（ｂ）に示すように、プロトン
交換により形成したプロトン交換層２を、好ましくは、
フッ酸及び硝酸などの溶液に浸漬し、湿式のエッチング
を施すことにより、プロトン交換層２の形成された部分
を選択的に除去し、ほぼ半円形状の基板凹部３を基板上
に形成する。
交換により形成したプロトン交換層２を、好ましくは、
フッ酸及び硝酸などの溶液に浸漬し、湿式のエッチング
を施すことにより、プロトン交換層２の形成された部分
を選択的に除去し、ほぼ半円形状の基板凹部３を基板上
に形成する。
【００２３】このようなプロトン交換層２の選択的除去
は、好ましくは１０〜５０℃において、０．１〜１０時
間エッチング溶液に浸漬することにより行う。
は、好ましくは１０〜５０℃において、０．１〜１０時
間エッチング溶液に浸漬することにより行う。
【００２４】また、この時に使用するフッ酸及び硝酸な
どは、前記プロトン交換源の場合と同様に、１００％溶
液として使用することもできるし、水で希釈することに
より１〜４０％の希釈溶液として使用することもでき
る。
どは、前記プロトン交換源の場合と同様に、１００％溶
液として使用することもできるし、水で希釈することに
より１〜４０％の希釈溶液として使用することもでき
る。
【００２５】埋め込み型光導波路デバイスを形成するに
は、さらに、図１（ｃ）に示すように、強誘電体結晶基
板１上に強誘電体結晶結晶薄膜４を液相エピタキシャル
法を用いて形成する。
は、さらに、図１（ｃ）に示すように、強誘電体結晶基
板１上に強誘電体結晶結晶薄膜４を液相エピタキシャル
法を用いて形成する。
【００２６】液相エピタキシャル法による薄膜形成は、
約９００℃の成膜温度で約１μｍ／ｍｉｎの成長程度と
なるように行う。続いて、図１（ｄ）に示すように、化
学機械研磨によって溝部以外の強誘電体単結晶薄膜の大
部分を除去した後、端面を光学研磨することにより、埋
め込み型の光導波路デバイスを得ることができる。
約９００℃の成膜温度で約１μｍ／ｍｉｎの成長程度と
なるように行う。続いて、図１（ｄ）に示すように、化
学機械研磨によって溝部以外の強誘電体単結晶薄膜の大
部分を除去した後、端面を光学研磨することにより、埋
め込み型の光導波路デバイスを得ることができる。
【００２７】上記基板加工により形成された基板凹部３
に対して、外部から導入した光を有効に伝搬させるべ
く、光導波路の形成に使用することのできる強誘電体結
晶材料としては、基板に使用する強誘電体単結晶材料よ
りも屈折率の高いことが必要である。
に対して、外部から導入した光を有効に伝搬させるべ
く、光導波路の形成に使用することのできる強誘電体結
晶材料としては、基板に使用する強誘電体単結晶材料よ
りも屈折率の高いことが必要である。
【００２８】具体的には、ニオブ酸リチウム、タンタル
酸リチウム、ニオブ酸カリウムリチウム及びニオブ酸リ
チウムータンタル酸リチウム固溶体などを使用すること
ができる。中でも、ニオブとタンタルの比率を変えて、
屈折率をコントロールできるため、好ましくはニオブ酸
リチウムータンタル酸リチウム固溶体を用いることがで
きる。
酸リチウム、ニオブ酸カリウムリチウム及びニオブ酸リ
チウムータンタル酸リチウム固溶体などを使用すること
ができる。中でも、ニオブとタンタルの比率を変えて、
屈折率をコントロールできるため、好ましくはニオブ酸
リチウムータンタル酸リチウム固溶体を用いることがで
きる。
【００２９】また、上記基板の場合と同様に、レーザ発
振用の添加元素として、ランタノイド系列の元素を１種
以上添加することができる。このニオブ酸リチウムータ
ンタル酸リチウム固溶体は、８００〜１１００℃の温度
範囲に保った、酸化リチウム（Ｌｉ2 Ｏ）、五酸化二ニ
オブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）、及び五酸化二タンタル（Ｔａ2 Ｏ
5 ）、五酸化二バナジウム（Ｖ2 Ｏ5 ）からなる溶融体
に、基板を１分〜３０分接触させて形成する。
振用の添加元素として、ランタノイド系列の元素を１種
以上添加することができる。このニオブ酸リチウムータ
ンタル酸リチウム固溶体は、８００〜１１００℃の温度
範囲に保った、酸化リチウム（Ｌｉ2 Ｏ）、五酸化二ニ
オブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）、及び五酸化二タンタル（Ｔａ2 Ｏ
5 ）、五酸化二バナジウム（Ｖ2 Ｏ5 ）からなる溶融体
に、基板を１分〜３０分接触させて形成する。
【００３０】以上では、基板凹部を形成した基板上に、
光導波路を形成する強誘電体結晶薄膜を直接形成する場
合について説明したが、加工した基板に対して基板の強
誘電体単結晶の上に第１の強誘電体単結晶薄膜を形成し
た後、光導波路を構成する、第１の強誘電体単結晶薄膜
よりも屈折率の大きい第２の強誘電体単結晶薄膜を形成
することもできる。
光導波路を形成する強誘電体結晶薄膜を直接形成する場
合について説明したが、加工した基板に対して基板の強
誘電体単結晶の上に第１の強誘電体単結晶薄膜を形成し
た後、光導波路を構成する、第１の強誘電体単結晶薄膜
よりも屈折率の大きい第２の強誘電体単結晶薄膜を形成
することもできる。
【００３１】
【実施例】以下、本発明を実施例に則してさらに詳細に
説明する。 実験例１ 基板として、ニオブ酸リチウム単結晶基板を用い、この
基板のＺカット面に、膜厚約５０ｎｍのタンタル膜をス
パッタリング法にて形成した。次に、このタンタル膜を
フォトリソグラフィ及びエッチングの技術を用いること
により、幅約０．５μｍの開口幅のマスクパターンを形
成した。プロトン交換源として１００％ピロリン酸を用
い、１７０℃に保持したピロリン酸にマスクパターンの
施されたニオブ酸リチウム単結晶基板を１００時間浸漬
させることにより、プロトン交換を実施した。その後、
４０℃に保持したフッ酸及び硝酸の混合液（混合比１：
２）に、ニオブ酸リチウム単結晶基板を２時間浸漬させ
て、マスクパターンとニオブ酸リチウム単結晶基板のプ
ロトン交換が実施された部分を選択的に除去して、凹凸
パターンを形成する。形成された凹凸パターンの溝形状
は、開口半幅（開口幅の半分の大きさ）３．３μｍ、深
さ３．３μｍであり、完全な半円形を呈していた。ま
た、基板面に平行な方向のプロトンの拡散係数Ｄ1 と、
基板面に垂直な深さ方向の拡散係数Ｄ2との比の平方根
（Ｄ1 ／Ｄ2 ）1/2 の値は、１．０であった。
説明する。 実験例１ 基板として、ニオブ酸リチウム単結晶基板を用い、この
基板のＺカット面に、膜厚約５０ｎｍのタンタル膜をス
パッタリング法にて形成した。次に、このタンタル膜を
フォトリソグラフィ及びエッチングの技術を用いること
により、幅約０．５μｍの開口幅のマスクパターンを形
成した。プロトン交換源として１００％ピロリン酸を用
い、１７０℃に保持したピロリン酸にマスクパターンの
施されたニオブ酸リチウム単結晶基板を１００時間浸漬
させることにより、プロトン交換を実施した。その後、
４０℃に保持したフッ酸及び硝酸の混合液（混合比１：
２）に、ニオブ酸リチウム単結晶基板を２時間浸漬させ
て、マスクパターンとニオブ酸リチウム単結晶基板のプ
ロトン交換が実施された部分を選択的に除去して、凹凸
パターンを形成する。形成された凹凸パターンの溝形状
は、開口半幅（開口幅の半分の大きさ）３．３μｍ、深
さ３．３μｍであり、完全な半円形を呈していた。ま
た、基板面に平行な方向のプロトンの拡散係数Ｄ1 と、
基板面に垂直な深さ方向の拡散係数Ｄ2との比の平方根
（Ｄ1 ／Ｄ2 ）1/2 の値は、１．０であった。
【００３２】実験例２ マスクパターンの開口幅を約１μｍとし、さらにピロリ
ン酸への浸漬時間を２００時間、並びにフッ酸及び硝酸
混合液への浸漬時間を３時間とした以外は、実験例１と
同様にして実施した。形成された凹凸パターンの溝形状
は、開口半幅５．５μｍ、深さ５．４μｍであり、ほぼ
完全に半円形を呈していた。また、実験例１と同様（Ｄ
1 ／Ｄ2 ）1/ 2 の値は、１．０１であった。
ン酸への浸漬時間を２００時間、並びにフッ酸及び硝酸
混合液への浸漬時間を３時間とした以外は、実験例１と
同様にして実施した。形成された凹凸パターンの溝形状
は、開口半幅５．５μｍ、深さ５．４μｍであり、ほぼ
完全に半円形を呈していた。また、実験例１と同様（Ｄ
1 ／Ｄ2 ）1/ 2 の値は、１．０１であった。
【００３３】実験例３ ピロリン酸の温度を１５０℃及びこのピロリン酸への浸
漬時間を１００時間とし、さらにフッ酸及び硝酸混合液
への浸漬時間を１時間とした以外は実験例１と同様にし
て実施した。形成された凹凸パターンの溝形状は、開口
半幅２．５μｍ、深さ２．５μｍであり、半円形を有し
ていた。（Ｄ1 ／Ｄ2 ）1/2 の値は、１．０であった。
漬時間を１００時間とし、さらにフッ酸及び硝酸混合液
への浸漬時間を１時間とした以外は実験例１と同様にし
て実施した。形成された凹凸パターンの溝形状は、開口
半幅２．５μｍ、深さ２．５μｍであり、半円形を有し
ていた。（Ｄ1 ／Ｄ2 ）1/2 の値は、１．０であった。
【００３４】実験例４ ピロリン酸の温度を１３０℃及びこのピロリン酸への浸
漬時間を２００時間とし、さらにフッ酸及び硝酸混合液
への浸漬時間を１時間とした以外は実験例１と同様にし
て実施した。形成された凹凸パターンの溝形状は、開口
半幅１．６μｍ、深さ１．６μｍであり、半円形を有し
ていた。また、（Ｄ1 ／Ｄ2 ）1/2 の値は、１．０であ
った。
漬時間を２００時間とし、さらにフッ酸及び硝酸混合液
への浸漬時間を１時間とした以外は実験例１と同様にし
て実施した。形成された凹凸パターンの溝形状は、開口
半幅１．６μｍ、深さ１．６μｍであり、半円形を有し
ていた。また、（Ｄ1 ／Ｄ2 ）1/2 の値は、１．０であ
った。
【００３５】実験例５ ピロリン酸の温度を２７０℃及びこのピロリン酸への浸
漬時間を２時間とし、さらにフッ酸及び硝酸混合液への
浸漬時間を２時間とした以外は実験例１と同様にして実
施した。形成された凹凸パターンの溝形状は、開口半幅
４．７μｍ、深さ３．４μｍであり、半楕円形状であっ
た。また、（Ｄ1 ／Ｄ2 ）1/2 の値は、１．４であっ
た。
漬時間を２時間とし、さらにフッ酸及び硝酸混合液への
浸漬時間を２時間とした以外は実験例１と同様にして実
施した。形成された凹凸パターンの溝形状は、開口半幅
４．７μｍ、深さ３．４μｍであり、半楕円形状であっ
た。また、（Ｄ1 ／Ｄ2 ）1/2 の値は、１．４であっ
た。
【００３６】実験例６ ピロリン酸の温度を２６０℃及びこのピロリン酸への浸
漬時間を４時間とし、さらにフッ酸及び硝酸混合液への
浸漬時間を２時間とした以外は実験例１と同様にして実
施した。形成された凹凸パターンの溝形状は、開口半幅
５．５μｍ、深さ４．１μｍの半楕円形状であった。
（Ｄ1 ／Ｄ2 ）1/2 の値は、１．３５であった。
漬時間を４時間とし、さらにフッ酸及び硝酸混合液への
浸漬時間を２時間とした以外は実験例１と同様にして実
施した。形成された凹凸パターンの溝形状は、開口半幅
５．５μｍ、深さ４．１μｍの半楕円形状であった。
（Ｄ1 ／Ｄ2 ）1/2 の値は、１．３５であった。
【００３７】実験例７ ピロリン酸の温度を２００℃及びこのピロリン酸への浸
漬時間を５０時間とし、さらにフッ酸及び硝酸混合液へ
の浸漬時間を３時間とした以外は実験例１と同様にして
実施した。形成された凹凸パターンの溝形状は、開口半
幅６．０μｍ、深さ４．７μｍの半楕円形状であった。
また、（Ｄ1 ／Ｄ2 ）1/2 の値は、１．３であった。
漬時間を５０時間とし、さらにフッ酸及び硝酸混合液へ
の浸漬時間を３時間とした以外は実験例１と同様にして
実施した。形成された凹凸パターンの溝形状は、開口半
幅６．０μｍ、深さ４．７μｍの半楕円形状であった。
また、（Ｄ1 ／Ｄ2 ）1/2 の値は、１．３であった。
【００３８】実施例１〜４及び比較例１〜３ 上記の実験例１〜７において得られた凹凸パターンの形
成されたニオブ酸リチウム単結晶基板に、Ｌｉ2 Ｏ，Ｎ
ｂ2 Ｏ5 ，Ｖ2 Ｏ5 からなる溶融体を用いて成膜温度９
００℃で液相エピタキシャル法によって、ニオブ酸リチ
ウム単結晶薄膜を形成した。その後、化学機械研磨によ
って溝部以外のニオブ酸リチウム単結晶薄膜を除去した
後、端面を光学研磨し、基板上に光導波路を形成した。
さらに光ファイバを入出射口に光学結合して埋め込み型
光導波路デバイスを製造した。
成されたニオブ酸リチウム単結晶基板に、Ｌｉ2 Ｏ，Ｎ
ｂ2 Ｏ5 ，Ｖ2 Ｏ5 からなる溶融体を用いて成膜温度９
００℃で液相エピタキシャル法によって、ニオブ酸リチ
ウム単結晶薄膜を形成した。その後、化学機械研磨によ
って溝部以外のニオブ酸リチウム単結晶薄膜を除去した
後、端面を光学研磨し、基板上に光導波路を形成した。
さらに光ファイバを入出射口に光学結合して埋め込み型
光導波路デバイスを製造した。
【００３９】入射口側の光ファイバから波長８３０ｎｍ
のレーザ光を入射させ、出射口の光ファイバにおいて出
射光パワーを測定し、埋め込み型光導波路素子の結合効
率を評価した。結果を表１に示す。
のレーザ光を入射させ、出射口の光ファイバにおいて出
射光パワーを測定し、埋め込み型光導波路素子の結合効
率を評価した。結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】実施例１〜４に示すように、本発明の強誘
電体結晶基板の加工方法にしたがって形成した基板の凹
部は、溝形状がほぼ完全な半円形をしており、これに強
誘電体単結晶薄膜を形成して製造した埋め込み型光導波
路デバイスは、極めて高い結合効率を示すことが分か
る。
電体結晶基板の加工方法にしたがって形成した基板の凹
部は、溝形状がほぼ完全な半円形をしており、これに強
誘電体単結晶薄膜を形成して製造した埋め込み型光導波
路デバイスは、極めて高い結合効率を示すことが分か
る。
【００４２】一方、比較例１〜３に示すように、本発明
の強誘電体結晶基板の加工方法とは異なり、従来のよう
に、２００℃程度以上の高い温度でプロトン交換を行っ
た場合は、基板の凹部の溝形状は半楕円形状を示し、こ
の結果、結合効率もあまり高いものを得ることができな
いことが分かる。
の強誘電体結晶基板の加工方法とは異なり、従来のよう
に、２００℃程度以上の高い温度でプロトン交換を行っ
た場合は、基板の凹部の溝形状は半楕円形状を示し、こ
の結果、結合効率もあまり高いものを得ることができな
いことが分かる。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の強誘電体
結晶基板の加工方法を使用することにより、ほぼ完全な
半円形状の凹凸パターンが形成された強誘電体結晶基板
を得ることができ、その結果、この基板に対して強誘電
体単結晶薄膜を形成して埋め込み型光導波路デバイスを
製造した場合において、優れた結合効率を有する埋め込
み型光導波路デバイスを得ることができる。
結晶基板の加工方法を使用することにより、ほぼ完全な
半円形状の凹凸パターンが形成された強誘電体結晶基板
を得ることができ、その結果、この基板に対して強誘電
体単結晶薄膜を形成して埋め込み型光導波路デバイスを
製造した場合において、優れた結合効率を有する埋め込
み型光導波路デバイスを得ることができる。
【図１】埋め込み型光導波路デバイスの製造工程を示す
断面図である。
断面図である。
【符号の説明】 １ 強誘電体結晶基板、２ プロトン交換層、３ 基板
凹部、４ 強誘電体単結晶薄膜
凹部、４ 強誘電体単結晶薄膜
Claims (9)
- 【請求項１】強誘電体結晶基板に、プロトン交換によっ
て所定のプロトン交換層を形成し、前記プロトン交換層
を選択的に除去して、略半円形の凹部を形成する際に、
前記プロトン交換層を形成する際のプロトン交換温度が
１２０〜１８０℃であることを特徴とする強誘電体結晶
基板の加工方法。 - 【請求項２】前記プロトン交換温度が、１３０〜１８０
℃であることを特徴とする請求項１に記載の強誘電体結
晶基板の加工方法。 - 【請求項３】前記プロトン交換におけるプロトンの拡散
時間が、１０〜３００時間であることを特徴とする請求
項１又は２に記載の強誘電体結晶基板の加工方法。 - 【請求項４】前記プロトン交換によって所定のプロトン
交換層を形成する際における、前記強誘電体結晶基板の
基板面に平行な方向のプロトンの拡散係数Ｄ1 と、基板
面に垂直な深さ方向の拡散係数Ｄ2 とが、 ０．９≦（Ｄ1 ／Ｄ2 ）1/2 ≦１．１ なる関係を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいず
れか一に記載の強誘電体結晶基板の加工方法。 - 【請求項５】前記プロトン交換層を、前記強誘電体結晶
基板上にプロテクト・マスクパターンを形成した後、ピ
ロリン酸を用いてプロトン交換することにより形成する
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の
強誘電体結晶基板の加工方法。 - 【請求項６】前記強誘電体結晶基板が、ＬｉＮｂ1-x Ｔ
ａx Ｏ3 （０≦ｘ≦１）なる組成で示される単結晶から
なることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一に記載
の強誘電体結晶基板の加工方法。 - 【請求項７】請求項１〜６のいずれかの方法により形成
された強誘電体結晶基板上に、前記強誘電体結晶基板よ
りも屈折率の大きい強誘電体結晶薄膜を液相エピタキシ
ャル成長させて製造することを特徴とする、埋め込み型
光導波路素子の製造方法。 - 【請求項８】請求項７の製造方法により製造する埋め込
み型光導波路素子。 - 【請求項９】強誘電体結晶基板に、プロトン交換によっ
て所定のプロトン交換層を形成し、前記プロトン交換層
を選択的に除去して、略半円形の凹部を形成する際に、
前記プロトン交換によって所定のプロトン交換層を形成
する際における、前記強誘電体結晶基板の基板面に平行
な方向のプロトンの拡散係数Ｄ1 と、基板面に垂直な深
さ方向の拡散係数Ｄ2 とが、 ０．９≦（Ｄ1 ／Ｄ2 ）1/2 ≦１．１ なる関係を満たすことを特徴とする強誘電体結晶基板の
加工方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9322747A JPH11162255A (ja) | 1997-11-25 | 1997-11-25 | 強誘電体結晶基板の加工方法 |
| EP98309646A EP0922793A3 (en) | 1997-11-25 | 1998-11-25 | A method of processing a substrate made of a ferroelectric crystalline material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9322747A JPH11162255A (ja) | 1997-11-25 | 1997-11-25 | 強誘電体結晶基板の加工方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11162255A true JPH11162255A (ja) | 1999-06-18 |
Family
ID=18147195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9322747A Pending JPH11162255A (ja) | 1997-11-25 | 1997-11-25 | 強誘電体結晶基板の加工方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0922793A3 (ja) |
| JP (1) | JPH11162255A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3863277B2 (ja) | 1998-02-17 | 2006-12-27 | 日本碍子株式会社 | 強誘電体結晶基板の加工方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR920005445B1 (ko) * | 1989-08-10 | 1992-07-04 | 한국과학기술원 | 광도파로 제작방법 및 구조 |
| EP0425076A3 (en) * | 1989-10-27 | 1991-10-30 | Litton Systems Inc. | Process for making intergrated optics chips having high electro-optic coefficients |
-
1997
- 1997-11-25 JP JP9322747A patent/JPH11162255A/ja active Pending
-
1998
- 1998-11-25 EP EP98309646A patent/EP0922793A3/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0922793A3 (en) | 2000-08-09 |
| EP0922793A2 (en) | 1999-06-16 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20060712 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070619 |
|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20071016 |