WO2015170590A1 - グレーティング素子の実装構造の製造方法 - Google Patents

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WO2015170590A1
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grating
material layer
optical
forming
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PCT/JP2015/062189
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浅井　圭一郎
山口　省一郎
近藤　順悟
直剛 岡田
哲也 江尻
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日本碍子株式会社
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    • G02B2006/12083—Constructional arrangements
    • G02B2006/12097—Ridge, rib or the like

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a grating element mounting structure using a Bragg grating.
  • Patent Document 1 a clad layer and an optical material layer are sequentially formed on a silicon wafer, and then the optical material layer is etched to cut out an elongated striped optical waveguide. Then, an elongated groove that penetrates the optical material layer and the cladding layer and reaches the silicon wafer is provided by etching, whereby each optical waveguide element is cut on the silicon wafer. Next, the silicon wafer is divided along the grooves to obtain a large number of optical waveguide device chips.
  • Patent Document 1 discloses a method of forming a large number of optical waveguide elements on which an optical waveguide is formed on a silicon wafer, but describes a method of forming a predetermined optical fine pattern on each optical waveguide element. It has not been.
  • Patent Document 1 describes a method of manufacturing a distributed feedback semiconductor laser using a nanoimprint method. In this method, patterning of a semiconductor layer for a diffraction grating of a distributed feedback semiconductor laser is performed by a nanoimprint method.
  • Non-Patent Documents 1 and 2 describe the production of a subwavelength structured broadband waveplate using nanoimprint technology.
  • Non-Patent Document 3 describes that a nanoimprint technique is applied to produce an optical device. Examples of such an optical device include a wavelength selection element, a reflection control element, and a moth / eye structure.
  • the present inventor studied mass production of optical elements utilizing the function of fine patterns by providing a large number of optical elements having optical fine patterns formed on the surface of the optical waveguide on the wafer.
  • Many kinds of such optical fine patterns are known, and examples include sub-wavelength structure broadband wave plates, wavelength selection elements, reflection control elements, moth-eye structures, Bragg gratings, and the like.
  • An object of the present invention is to enable mass production of an optical element having an optical waveguide in which a fine pattern having an optical function is formed.
  • the present invention is a method for manufacturing a mounting substrate, and a mounting structure including a plurality of grating elements provided on the mounting substrate, A step of forming a plurality of Bragg gratings at predetermined locations of a laminate having a mounting substrate, a cladding layer on the mounting substrate, and an optical material layer on the cladding layer; Forming each of the channel-type optical waveguides so as to include at least each Bragg grating; Forming a mask covering a region corresponding to the grating element on the optical material layer; and etching the optical material layer and the cladding layer to form end faces of the grating elements. To do.
  • the present invention also includes a step of forming a plurality of Bragg gratings at a predetermined location of a laminate having a mounting substrate, a cladding layer on the mounting substrate, and an optical material layer on the cladding layer; Forming each of the channel-type optical waveguides so as to include at least each Bragg grating; Forming a buffer layer on the optical material layer after forming the optical waveguide; Forming a mask covering a region corresponding to the grating element on the buffer layer; and forming an end face of each grating element by etching the buffer layer, the optical material layer, and the cladding layer. To do.
  • the inventor tried to perform mirror polishing of the end face of each optical waveguide of the optical element after cutting out a wafer mounting a large number of optical elements to cut out the optical element.
  • this method it is difficult to handle, fix and align the optical element, and the cost is high for mass production.
  • the present inventor forms various optical fine patterns on the optical material layer, then etches the optical material layer and the clad layer to form an optical waveguide, and then etches each optical element on the mounting substrate by etching. Considered to form. However, in this case, depending on the type of the fine pattern, it has been found that the optical action of the fine pattern is deteriorated, and the desired emitted light cannot be obtained.
  • the optical material layer and the cladding layer are etched to form an optical waveguide to obtain an optical element.
  • the laser output finally obtained is low.
  • the period or depth of the fine pattern is ⁇ / n (where the used wavelength ⁇ is the refractive index n (or effective refractive index neff) of the material through which light of the wavelength ⁇ propagates.
  • the size is about ⁇ / neff) and is relatively large. For this reason, light propagating through the optical waveguide is scattered by the fine pattern, and is emitted from the optical waveguide, resulting in a large loss.
  • the inventor after forming the Bragg grating in the optical material layer, the inventor obtains a grating element by etching the optical material layer and the cladding layer to form an optical waveguide, and then cutting the support substrate to individually The grating element was cut off to obtain a chip. Then, when the obtained grating element was combined with a semiconductor laser, it was found that laser light having a desired wavelength can be obtained with high output, and that reflected return light on the end face of the optical waveguide is suppressed.
  • the period ⁇ and depth of the fine pattern are less than or equal to 1 ⁇ 2 of ⁇ / n (or ⁇ / neff) with respect to the refractive index n (or effective refractive index neff) of the propagating optical material layer. It is preferable that
  • the end face of the optical waveguide formed by etching is moderately mirrored, and the light incident from the semiconductor laser or optical fiber is coupled to the optical waveguide with high efficiency, and the propagation light diffracted by the Bragg grating is low reflected. It means that the light is emitted at a rate and re-coupled to a laser or optical fiber with high efficiency.
  • the end surface formed by etching is less specular than a normal polished surface, but the light reflected by this end surface reenters the laser or optical fiber or re-enters the optical waveguide because it is moderately mirror-finished. This phenomenon is considered to be difficult to be incident, and is particularly suitable for manufacturing a grating element.
  • (A) is a perspective view showing the grating element 1, and (b) is a schematic diagram showing a state in which a large number of grating elements 1 are mounted on the mounting substrate 3.
  • (A) is a front view schematically showing the mounting substrate 3
  • (b) is a front view showing a state in which the cladding layer 4 and the optical material layer 8 are formed on the mounting substrate 3
  • (c) These are top views of the mounting substrate 3 on which the cladding layer 4 and the optical material layer 8 are formed.
  • (A) is a top view which shows the state in which the Bragg grating 9 was formed in 8 A of optical material layers
  • (b) is a front view which shows the state in which the Bragg grating 9 was formed in 8 A of optical material layers.
  • (A) shows the state which installed the mold 10 on the resin layer 11
  • (b) shows the state which pressurized the mold 10 to the resin layer 11
  • (c) shows the design pattern P2 in the resin layer 11A.
  • the state which transferred is shown.
  • (A) shows the state where the resin mask 12 is formed
  • (b) shows the state where the Bragg grating pattern P3 is formed on the optical material layer 8A.
  • (A) is a top view which shows the state in which the ridge type
  • (b) is sectional drawing which shows the state in which the ridge type optical waveguide 16 and the ridge groove 7 were formed typically It is.
  • (A) is a top view which shows typically the state which installed the mask 18 corresponding to each grating element on the optical material layer 8A
  • (b) is the state which installed the mask 18 corresponding to each grating element It is sectional drawing which shows this typically.
  • (A) is a top view which shows typically the state which formed the external shape of each grating element by etching
  • (b) is sectional drawing which shows the state which formed the external shape of each grating element by etching is there.
  • (A) is a plan view showing a state in which an upper buffer layer is formed on the upper surface of each grating element, and single-layer films 26A and 26B are formed on the end face of each optical waveguide
  • (b) is a diagram of each grating element. It is sectional drawing which shows the state which formed the upper side buffer layer on the upper surface. A state in which the laser light source 28 is further mounted on the mounting substrate 3 is shown.
  • a plurality of grating elements 1 are mounted on a mounting substrate 3.
  • the number of grating elements 1 mounted on one mounting substrate 3 is not particularly limited.
  • a pair of ridge grooves 7 is formed in each grating element 1, and a ridge type optical waveguide 16 is formed between the ridge grooves 7.
  • the Bragg grating 9 is formed over the entire length of the ridge type optical waveguide 16.
  • an incident-side propagation part without a diffraction grating can be provided between the Bragg grating 9 and the optical waveguide incident surface 16a.
  • an exit-side propagation part without a diffraction grating can be provided between the Bragg grating 9 and the optical waveguide exit surface 16b.
  • a mounting substrate 3 is prepared.
  • the specific material of the mounting substrate is not particularly limited, and examples thereof include lithium niobate, lithium tantalate, AlN, SiC, ZnO, quartz glass, synthetic quartz, quartz, Si, and the like.
  • the thickness of the mounting substrate is preferably 250 ⁇ m or more from the viewpoint of handling, and is preferably 1 mm or less from the viewpoint of miniaturization.
  • the cladding layer 4 is formed on the upper surface 3 a of the mounting substrate 3, and then the optical material layer 8 is formed on the upper surface 4 a of the cladding layer 4.
  • 8 a is the upper surface of the optical material layer 8.
  • the clad layer is formed of a material having a refractive index lower than that of the optical material layer, and can be formed of, for example, silicon oxide, tantalum oxide, or zinc oxide.
  • the refractive index can be adjusted by doping the cladding layer. Examples of such dopants include P, B, Al, and Ga.
  • the thickness of the clad layer can be increased to suppress the spread of propagating light to the support substrate.
  • the thickness of the clad layer is preferably 0.5 ⁇ m or more. .
  • the optical material layer is preferably formed from an optical material such as silicon oxide, zinc oxide, tantalum oxide, lithium niobate, lithium tantalate, titanium oxide, aluminum oxide, niobium pentoxide, and magnesium oxide. Further, the refractive index of the optical material layer is preferably 1.7 or more, and more preferably 2 or more.
  • one or more metals selected from the group consisting of magnesium (Mg), zinc (Zn), scandium (Sc), and indium (In) are used to further improve the optical damage resistance of the optical waveguide. Elements may be included, in which case magnesium is particularly preferred.
  • the crystal can contain a rare earth element as a doping component. As the rare earth element, Nd, Er, Tm, Ho, Dy, and Pr are particularly preferable.
  • the thickness of the optical material layer is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 3 ⁇ m from the viewpoint of reducing light propagation loss.
  • the optical material layer and the clad layer may be formed by a thin film forming method.
  • a thin film forming method examples include sputtering, vapor deposition, chemical vapor deposition (CVD), and metal organic chemical vapor deposition (MOCVD).
  • a Bragg grating 9 is formed on the optical material layer to obtain an optical material layer 8A having the Bragg grating.
  • the formation position of each Bragg grating is designed according to the formation position of each optical waveguide of each target grating element.
  • the formation method and structure of the Bragg grating 9 are not particularly limited, and the patterning can be performed by electron beam drawing (EB drawing), stepper, nanoimprint, or laser direct exposure. However, from the viewpoint of mass production, it is preferable to form the Bragg grating by the nanoimprint method.
  • the nanoimprint method is performed as follows, for example. That is, for example, as shown in FIG. 4A, the resin layer 11 is formed on the surface 8 a of the optical material layer 8, and the molding surface of the mold 10 is opposed to the surface 11 a of the resin layer 11.
  • a design pattern P ⁇ b> 1 is provided on the molding surface of the mold 10.
  • the design pattern P1 is composed of concave portions 10b and convex portions 10a that are alternately formed at a constant period.
  • the molding surface of the mold 10 is brought into contact with the resin layer 11, and the design pattern P1 is transferred to the resin layer. Then, the mold is peeled from the resin layer, and as shown in FIG. 4C, a transfer pattern P2 composed of the convex portions 11b and the concave portions 11c is formed on the resin layer 11A.
  • the resin layer 11 When performing imprinting, if the resin layer 11 is made of a thermoplastic resin, the resin layer 11 is softened by heating the resin layer 11 to a temperature higher than the softening point of the resin, and the mold is pressed to deform the resin. Can do. During the subsequent cooling, the resin layer 11A is cured.
  • the resin layer 11 is made of a thermosetting resin, the mold can be pressed against the uncured resin layer 11 to deform the resin, and then the resin layer can be heated to a temperature higher than the polymerization temperature of the resin to be cured. .
  • the resin layer 11 When the resin layer 11 is formed of a photocurable resin, the mold can be pressed against the uncured resin layer 11 to be deformed, the design pattern can be transferred, and the resin layer can be irradiated with light and cured.
  • a fine pattern is formed on the optical material layer by etching.
  • the resin layer can be masked, but a separate mask material layer can be provided between the resin layer and the optical material layer.
  • the resin layer is used as a mask.
  • the resin remains on the bottom of the recess 11c of the resin layer 11A. This remaining resin is removed by ashing to obtain the form shown in FIG.
  • FIG. 5A a large number of through holes 12a are formed in the resin mask 12, and the surface 8a of the optical material layer 8 is exposed under the through holes 12a.
  • etching is performed using the resin mask 12 as a mask to partially remove the material of the optical material layer 8, thereby forming the recess 15. Since the portion directly under the resin mask 12 is not etched, it remains as a convex portion 14 (FIG. 5B).
  • the resin mask is removed to obtain an optical material layer 8A as shown in FIG.
  • a Bragg grating pattern P3 composed of periodically formed convex portions 14 and concave portions 15 is formed.
  • the design pattern is transferred to the resin layer as described above.
  • the resin remaining on the bottom of the concave portion of the resin layer is removed by ashing to expose the mask material layer as a base.
  • the mask material layer is exposed to the space through the through hole formed in the resin layer.
  • the material of the mask material layer include Cr, Ni, Ti, WSi, Al, and multilayer films thereof.
  • the mask material layer is etched, and a large number of through holes are formed in the mask material layer according to the design pattern to obtain a mask.
  • the material of the optical material layer immediately under the through-hole of the mask is removed by etching to form a recess 15 as shown in FIG.
  • the support substrate remains as it is immediately below the mask, and the convex portion 14 is formed.
  • unnecessary resin layers and masks are removed to obtain an optical material layer 8A shown in FIG.
  • optical material layer etching method examples include dry etching and wet etching.
  • Dry etching includes, for example, reactive etching, and examples of the gas species include fluorine and chlorine.
  • gas species include fluorine and chlorine.
  • wet etching include hydrofluoric acid and TMAH.
  • optical waveguide including a Bragg grating is formed in the optical material layer.
  • the optical waveguide is preferably a ridge optical waveguide, but may be a proton exchange optical waveguide or a titanium diffusion optical waveguide. Further, it may be a slab optical waveguide.
  • a pair of ridge grooves 7 is formed in the optical material layer, and a ridge type optical waveguide 16 is formed by the pair of ridge grooves 7.
  • the Bragg grating 9 is formed over the entire length of the ridge-type optical waveguide 16.
  • the method for forming such a ridge-type optical waveguide is not particularly limited, and examples thereof include a photolithography method using a mask aligner, a laser ablation method, a grinding process, and a nanoimprint method.
  • a mask is formed in a region corresponding to each grating element, and the optical material layer is covered with the mask.
  • a mask 18 is formed in each predetermined region on the optical material layer 8A to cover each corresponding element region. Under each mask 18, each optical waveguide and Bragg grating are positioned.
  • etching is performed to remove regions not covered by the mask, and a grating element is formed.
  • the portion of the optical material layer 8A and the cladding layer 4 that is not covered with the mask 18 is removed by etching, thereby forming the gap 24 as shown in FIG.
  • the side surface 1a and the end surface 1b of the grating element 1 are molded, and the optical material layer 23 and the cladding layer 22 are also molded.
  • Reference numeral 23b denotes a thin layer portion under the ridge groove
  • reference numeral 23a denotes an extending portion provided outside the thin layer portion.
  • a plurality of the grating elements 1 are formed on the mounting substrate 3, and a gap 24 is formed between the adjacent grating elements 1.
  • the surface 3a of the mounting substrate 3 is exposed to the gap 24, and the exposed surface 3a exposed to the gap 24 is flat.
  • three grating elements are displayed in this example, the number of grating elements formed on one mounting substrate is not limited and conforms to design specifications.
  • etching method for such a grating element.
  • dry etching such as reactive etching can be exemplified, and examples of gas species include fluorine and chlorine.
  • a processed surface substantially equivalent to that obtained by end face mirror polishing can be formed on each end face of the optical waveguide without mirror polishing or optical polishing of the end face.
  • the angle of the end face of the optical waveguide with respect to the optical axis is preferably 90 ° ⁇ 10 °.
  • a gap is provided between adjacent grating elements on the mounting board, and the exposed surface of the mounting board with respect to the gap is a flat surface.
  • the adjacent grating elements can be separated at an arbitrary position of the gap, it is not necessary to match the planar dimensions of the grating elements with the surface dimensions of the mounting substrate chip bonded thereto. Therefore, it is possible to increase the processing margin when etching the grating element, and to reduce the manufacturing cost.
  • an upper cladding layer is formed on the upper face of the grating element and a single layer film is formed on the end face of the grating element.
  • the end face of the element When forming the end face of the element by etching, it is also possible to form the side face of the element at the same time. As a result, the grating elements are scattered in an island shape, the stress due to the grating element formation can be relieved, and a wafer with less warpage can be formed.
  • the upper clad layer 25 can be formed on the upper surface of the element.
  • the film forming method is not particularly limited, and examples thereof include sputtering, vapor deposition, chemical vapor deposition (CVD), and metal organic chemical vapor deposition (MOCVD).
  • the incident side end face 16a and the output side end face 16b of each element are also exposed to the atmosphere, so that each of the upper clad layer is formed on the incident side end face and the output side end face of the optical waveguide.
  • the layer films 26A and 26B can be formed. As a result, the amount of reflected return at the incident-side end face and the exit-side end face of the optical waveguide can be further reduced, and the light output of the desired wavelength emitted from the element can be further stabilized.
  • the optical material layer and the cladding layer were etched to form the side surfaces and end surfaces of each grating element.
  • the buffer layer is formed on the optical material layer
  • a mask covering the region corresponding to the grating element is formed on the buffer layer, and then each of the buffer layer, the optical material layer, and the cladding layer is etched.
  • the side surface and end surface of the grating element can also be molded. Also in this case, the same effect as the above example can be obtained.
  • the reflectance of the end face can be reduced by forming the upper cladding layer on the buffer layer and simultaneously forming the single layer film on the end face.
  • the thickness of the upper clad layer is restricted because it depends on the film thickness of the end face, and there is a case where a sufficient thickness for functioning as a clad cannot be obtained.
  • the buffer layer can function as a clad, and a necessary thickness can be formed in the buffer layer process. For this reason, the film thicknesses of the upper clad and the end face can be set to optimum values, respectively.
  • the reflectivity of the end face needs to be set to a thickness for making it smaller than the reflectivity by the grating, which makes it possible to improve the grating characteristics and reduce the end face reflectivity at the same time.
  • the optical material layer, the cladding layer, the buffer layer, and the upper cladding layer are each preferably a single layer, but may be a multilayer film.
  • the clad layer, buffer layer, and upper clad layer need to have a refractive index lower than that of the optical material layer, and can be, for example, silicon oxide, tantalum oxide, or zinc oxide.
  • the refractive index of the upper cladding layer is preferably equal to or less than that of the buffer layer. Thereby, the reflectance of an end surface can be reliably made smaller than an optical material layer.
  • the light source 28 can be mounted on the mounting substrate 3 together with the grating element 1 (or 1A) of this example.
  • a light source device that emits laser light of a predetermined wavelength can be provided by aligning the optical axis of the light source 28 and the grating element 1 (1A). Note that arrow A is incident light on the element, and arrow B is outgoing light from the element.
  • Example 1 The optical element shown in FIG. 8 was manufactured by the method described with reference to FIGS. However, specifically, a quartz substrate was used as the mounting substrate 3. Next, the cladding layer 4 was formed on the mounting substrate 3. As the cladding material, SiO 2 was used, the thickness of the cladding layer was 1 ⁇ m, and the cladding layer was formed by sputtering.
  • an optical material layer 8 made of Ta 2 O 5 was formed on the cladding layer 4.
  • the thickness of the optical material layer was 2 ⁇ m, and the film formation method was a sputtering method.
  • a Bragg grating 9 was formed on the optical material layer 8. That is, unevenness patterning was performed on the resin layer at a pitch of 205 nm by a nanoimprint method, and a grating 9 having a depth of 100 nm was formed by dry etching with a fluorine-based gas.
  • the length of the grating 9 was 50 ⁇ m. The depth of the recess depends on the amount of reflection, but it may be formed to about 100 nm for stabilizing the oscillation wavelength of the laser.
  • a pair of ridge grooves 7 are formed in each predetermined region, thereby forming a ridge portion 16.
  • the width of the ridge portion is 3 ⁇ m
  • the depth of the ridge groove is 1 ⁇ m.
  • a metal mask 18 as shown in FIG. 7 is formed, and after applying a resist, a pattern with an element length of 10 mm and a width of 2 mm is formed with a mask aligner, and etching is performed up to the quartz substrate by dry etching with a fluorine-based gas.
  • Each grating element 1 was formed. It was confirmed that the incident-side end surface and the exit-side end surface of each optical waveguide are at an angle of 89 ° or more with respect to the optical axis and are mirror surfaces.
  • the optical characteristics of the obtained grating element can be measured by transmitting light into the grating element using a super luminescence diode (SLD), which is a broadband wavelength light source, and analyzing the output light with an optical spectrum analyzer.
  • SLD super luminescence diode
  • the reflection characteristics were evaluated from the characteristics.
  • a characteristic with a center wavelength of 848.3 nm, a maximum reflectance of 15%, and a full width at half maximum ⁇ G of 4 nm with respect to TE polarized light was obtained.
  • the input / output propagation loss was measured and found to be 1 dB / cm.
  • Example 2 As described in Example 1, many grating elements were produced on the mounting substrate 3.
  • an upper clad layer 25 made of SiO 2 and having a thickness of 250 nm was formed by sputtering from the upper surface side.
  • single-layer films 26A and 26B having a thickness of 79 nm were also formed on the incident-side end face and the emission-side end face of the optical waveguide.
  • the optical characteristics of the obtained grating element can be measured by transmitting light into the grating element using a super luminescence diode (SLD), which is a broadband wavelength light source, and analyzing the output light with an optical spectrum analyzer.
  • SLD super luminescence diode
  • the reflection characteristics were evaluated from the characteristics. As a result, it was found that the TE wavelength was 848.3 nm, the maximum reflectance was 20%, and the full width at half maximum ⁇ G was 3 nm.
  • the input / output propagation loss was measured and found to be 0.8 dB / cm.
  • a light source having a stable oscillation wavelength at a predetermined wavelength can be obtained. Further, by combining this element with a wavelength conversion element that is phase-matched at 848.3 nm, a blue-green second harmonic generation (SHG) light source with stable output wavelength and output power could be obtained.
  • a semiconductor laser light source having a wavelength of, for example, 850 nm a light source having a stable oscillation wavelength at a predetermined wavelength can be obtained.
  • a wavelength conversion element that is phase-matched at 848.3 nm a blue-green second harmonic generation (SHG) light source with stable output wavelength and output power could be obtained.
  • SHG blue-green second harmonic generation
  • a wavelength conversion element having a subwavelength grating structure was manufactured by the method described with reference to FIGS.
  • a quartz substrate was used as the mounting substrate 3.
  • the cladding layer 4 was formed on the mounting substrate 3.
  • the cladding material SiO 2 was used, the thickness of the cladding layer was 1 ⁇ m, and the cladding layer was formed by sputtering.
  • the optical material layer 8 made of lithium niobate was bonded to the clad layer 4 by a direct bonding method, and then precisely polished to 3 ⁇ m.
  • a sub-wavelength grating structure was formed in the optical material layer 8.
  • the resin layer was patterned with irregularities at a pitch of 1.5 ⁇ m by the nanoimprint method, and a sub-wavelength grating structure having a depth of 1.5 ⁇ m was formed by dry etching with a fluorine-based gas.
  • the length of the subwavelength grating structure was 8 mm.
  • a pair of ridge grooves 7 are formed in each predetermined region, thereby forming a ridge portion 16.
  • the width of the ridge portion is 7 ⁇ m
  • the depth of the ridge groove is 2 ⁇ m.
  • a metal mask 18 as shown in FIG. 7 is formed, and after applying a resist, a pattern with an element length of 10 mm and a width of 2 mm is formed with a mask aligner, and etching is performed up to the quartz substrate by dry etching with a fluorine-based gas. Each element was formed. It was confirmed that the incident-side end surface and the exit-side end surface of each optical waveguide are at an angle of 89 ° or more with respect to the optical axis and are mirror surfaces.
  • a semiconductor laser having a wavelength of 780 nm and a wavelength of 1064 nm was incident on the obtained wavelength conversion element, and a mid-infrared ray of 2.92 ⁇ m was generated by difference frequency generation.
  • this infrared light is designed to radiate in the direction of 46 ° by Cherenkov radiation, and has a structure that suppresses Fresnel reflection on the end face by a subwavelength grating structure.
  • the propagation loss for the two input wavelengths was measured and found to be 5 dB / cm. For this reason, mid-infrared light generated by the difference frequency wave was also suppressed, and the output was lower than that without the sub-wavelength grating. That is, when the wavelength conversion element having the sub-wavelength grating structure is manufactured, the effect of the present invention cannot be obtained.

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Abstract

　実装基板３、実装基板３上のクラッド層２２およびクラッド層上の光学材料層２３を有する積層体の所定箇所に複数のブラッググレーティング９を形成し、各ブラッググレーティングを含むようにそれぞれチャンネル型光導波路１６を形成し、グレーティング素子に対応する領域を被覆するマスクを光学材料層上に形成し、光学材料層およびクラッド層をエッチングすることによって各グレーティング素子１の側面１ａおよび端面１ｂを成形する。

Description

グレーティング素子の実装構造の製造方法
　本発明は、ブラッググレーティングを利用したグレーティング素子の実装構造の製造方法に関するものである。
　光導波路を形成した素子を量産することによって、その製造コストを低減することが望まれている。特許文献１によれば、シリコンウエハー上にクラッド層と光学材料層とを順次成膜し、次いで光学材料層をエッチングすることによって、細長いストライプ状の光導波路を切り出している。そして、光学材料層およびクラッド層を貫通し、シリコンウエハーに達する細長い溝をエッチングで設けることで、各光導波路素子をシリコンウエハー上で切り分ける。次いで、シリコンウエハーを前記の溝に沿って分割することで、多数の光導波路素子のチップを得る。
　しかし、特許文献１では、光導波路を形成した光導波路素子をシリコンウエハー上に多数形成する方法を開示しているが、各光導波路素子にそれぞれ所定の光学的な微細パターンを形成する方法が記載されていない。
　一方、半導体レーザ素子が有する回折格子やブラッググレーティングを形成する方法として、ナノインプリント法を採用することが検討されている。特許文献１には、ナノインプリント法を用いた分布帰還型半導体レーザの製造方法が記載されている。この方法では、分布帰還型半導体レーザの回折格子のための半導体層のパターニングを、ナノインプリント法で行っている。また、非特許文献１、２には、ナノインプリント技術を利用したサブ波長構造広帯域波長板の製作が記載されている。更に、非特許文献３には、光学デバイスを作製するためにナノインプリント技術を応用することが記載されている。こうした光学デバイスとしては、波長選択素子、反射制御素子、モス・アイ構造などが例示されている。
特開２００２－２７７６６１ 特開２０１３－０１６６５０ 特開２００９－１１１４２３
「KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT」 Vol. 2 (2005) 97～100頁「ナノインプリント技術を利用したサブ波長構造広帯域波長板の製作」 「Synthesiology」 Vol. 1, No. 1 (2008） 24～30頁「高機能光学素子の低コスト製造へのチャレンジ ―ガラスインプリント法によるサブ波長周期構造の実現― 古田著、「ナノインプリント技術と光学デバイスへの応用」、月刊ディスプレイ　2007年6月号　５４～６１頁
　本発明者は、光学的な微細パターンを光導波路表面に形成した光学素子を多数ウエハー上に設けることで、微細パターンの機能を利用した光学素子を量産することを検討した。こうした光学的な微細パターンは多くの種類が知られているが、サブ波長構造広帯域波長板、波長選択素子、反射制御素子、モス・アイ構造、ブラッググレーティングなどを例示できる。
　しかし、各種の光学的微細パターンを光導波路に形成した場合、微細パターンの種類によっては、その光学的作用が劣化し、所望の出射光が得られないことがわかった。
　本発明の課題は、光学的機能を有する微細パターンの形成された光導波路を有する光学素子を量産できるようにすることである。
　本発明は、実装基板、およびこの実装基板上に設けられた複数のグレーティング素子を備えている実装構造を製造する方法であって、
　実装基板、実装基板上のクラッド層およびクラッド層上の光学材料層を有する積層体の所定箇所に複数のブラッググレーティングを形成する工程；
　少なくとも各ブラッググレーティングを含むようにそれぞれチャンネル型光導波路を形成する工程；
　グレーティング素子に対応する領域を被覆するマスクを光学材料層上に形成する工程；および
　前記光学材料層および前記クラッド層をエッチングすることによって前記各グレーティング素子の端面を成形する工程
を有することを特徴とする。
　また、本発明は、　実装基板、実装基板上のクラッド層およびクラッド層上の光学材料層を有する積層体の所定箇所に複数のブラッググレーティングを形成する工程；
　少なくとも各ブラッググレーティングを含むようにそれぞれチャンネル型光導波路を形成する工程；
　光導波路形成後に光学材料層上にバッファ層を形成する工程；
　グレーティング素子に対応する領域を被覆するマスクをバッファ層上に形成する工程；および
　バッファ層、光学材料層、およびクラッド層をエッチングすることによって各グレーティング素子の端面を成形する工程を有することを特徴とする。
　本発明者は、多数の光学素子を実装するウエハーを切り出し加工して光学素子を切り出した後、光学素子の各光導波路の端面を鏡面研磨加工することを試みた。しかし、この方法では、光学素子のハンドリングや固定、位置合わせが難しく、量産するにはコストが高い。
　このため、本発明者は、各種の光学的微細パターンを光学材料層上に形成し、次いで光学材料層およびクラッド層をエッチングして光導波路を形成し、次いで各光学素子をエッチングによって実装基板上に形成することを検討した。しかし、この場合、微細パターンの種類によっては、その光学的作用が劣化し、所望の出射光が得られないことがわかった。
　例えば、サブ波長格子構造を光学材料層に形成した後に、光学材料層およびクラッド層をエッチングして光導波路を形成して光学素子を得た場合には、得られた光学素子を半導体レーザや光ファイバと組み合わせて光源モジュールを構成すると、最終的に得られるレーザの出力が低くなった。
　サブ波長格子構造の場合、微細パターンの周期あるいは深さは、使用波長λ、その波長λの光が伝搬する材料の屈折率ｎ（あるいは、実効屈折率ｎeff）としたときに、λ／ｎ（あるいは、λ／ｎeff）程度のサイズになり、比較的大きい。このため光導波路を伝搬する光がこの微細パターンによって散乱されてしまい、光導波路から放射され、損失が大きくなる。
　ここで、本発明者は、ブラッググレーティングを光学材料層に形成した後に、光学材料層およびクラッド層をエッチングして光導波路を形成することによってグレーティング素子を得、次いで支持基板を切断することによって個々のグレーティング素子を切り離してチップを得た。そして、得られたグレーティング素子を半導体レーザと組み合わせてみると、所望波長のレーザ光が高出力で得られ、特に光導波路端面における反射戻り光が抑制されることを発見した。
　本構造は、微細パターンの周期Λおよび深さが、伝搬する光学材料層の屈折率ｎ（あるいは、実効屈折率ｎeff）に対して、λ／ｎ（あるいは、λ／ｎeff）の１／２以下であることが好ましい。
　これは、エッチングによって形成された光導波路端面が適度に鏡面になっており、半導体レーザや光ファイバから入射する光を高効率で光導波路へ結合し、ブラッググレーティングによって回折された伝搬光を低反射率で出射し高効率でレーザや光ファイバに再結合させることを意味している。エッチングによって形成される端面は、通常の研磨面よりも鏡面度は劣るが、適度に鏡面になっていることでこの端面で反射する光はレーザや光ファイバに再入射したり、光導波路に再入射しにくい現象がおこっているものと考えられ、特にグレーティング素子の製造に適していることを示している。
（ａ）は、グレーティング素子１を示す斜視図であり、（ｂ）は、多数のグレーティング素子１を実装基板３上に実装した状態を示す模式図である。 （ａ）は、実装基板３を模式的に示す正面図であり、（ｂ）は、実装基板３上にクラッド層４および光学材料層８を形成した状態を示す正面図であり、（ｃ）は、クラッド層４および光学材料層８の形成された実装基板３の上面図である。 （ａ）は、光学材料層８Ａにブラッググレーティング９を形成した状態を示す平面図であり、（ｂ）は、光学材料層８Ａにブラッググレーティング９を形成した状態を示す正面図である。 （ａ）は、樹脂層１１上にモールド１０を設置した状態を示し，（ｂ）は、モールド１０を樹脂層１１に加圧した状態を示し、（ｃ）は、樹脂層１１Ａに設計パターンＰ２を転写した状態を示す。 （ａ）は、樹脂マスク１２を形成した状態を示し、（ｂ）は、光学材料層８ＡにブラッググレーティングのパターンＰ３を形成した状態を示す。 （ａ）は、リッジ型光導波路１６およびリッジ溝７を形成した状態を示す平面図であり、（ｂ）は、リッジ型光導波路１６およびリッジ溝７を形成した状態を模式的に示す断面図である。 （ａ）は、各グレーティング素子に対応するマスク１８を光学材料層８Ａ上に設置した模式的に状態を示す平面図であり、（ｂ）は、各グレーティング素子に対応するマスク１８を設置した状態を模式的に示す断面図である。 （ａ）は、各グレーティング素子の外形をエッチングによって形成した状態を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は、各グレーティング素子の外形をエッチングによって形成した状態を模式的に示す断面図である。 （ａ）は、各グレーティング素子の上面に上側バッファ層を形成し、各光導波路の端面に単層膜２６Ａ，２６Ｂを形成した状態を示す平面図であり、（ｂ）は、各グレーティング素子の上面に上側バッファ層を形成した状態を示す断面図である。 実装基板３上に更にレーザ光源２８を実装した状態を示す。
　図１に示すように、本発明においては、実装基板３上に複数のグレーティング素子１が実装されている。一つの実装基板３に実装されたグレーティング素子１の個数は特に限定されない。各グレーティング素子１には、例えば一対のリッジ溝７が形成されており、リッジ溝７の間にリッジ型光導波路１６が形成されている。
　本例では、リッジ型光導波路１６の全長にわたってブラッググレーティング９が形成されている。しかし、ブラッググレーティング９と光導波路入射面１６ａとの間に、回折格子の無い入射側伝搬部を設けることができる。また、ブラッググレーティング９と光導波路出射面１６ｂとの間に、回折格子の無い出射側伝搬部を設けることができる。
　本実施形態の実装基板の製法について更に述べる。
　図２（ａ）に示すように、実装基板３を準備する。実装基板の具体的材質は特に限定されず，ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＺｎＯ、石英ガラスなどのガラス、合成石英、水晶、Ｓｉ、などを例示することができる。
　実装基板の厚さは、ハンドリングの観点からは、２５０μｍ以上が好ましく、また小型化という観点からは、１ｍｍ以下が好ましい。
　次いで、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、実装基板３の上面３ａ上にクラッド層４を形成し、次いでクラッド層４の上面４ａ上に光学材料層８を形成する。８ａは、光学材料層８の上面である。
　ここで、クラッド層は、光学材料層の材質よりも低い屈折率を有する材質から形成するが、たとえば酸化珪素、酸化タンタル、酸化亜鉛によって形成することができる。また、クラッド層にドーピングすることによって、その屈折率を調整することができる。こうしたドーパントとしては、Ｐ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａを例示できる。
　クラッド層を設ける場合には、クラッド層の厚さを厚くすることによって、伝搬光の支持基板への染み出しを抑制できるので、この観点からは、クラッド層の厚さは０．５μｍ以上が好ましい。
　光学材料層は、酸化珪素、酸化亜鉛、酸化タンタル、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、五酸化ニオブ、酸化マグネシウム等の光学材料から形成することが好ましい。また、光学材料層の屈折率は、１．７以上が好ましく、２以上がさらに好ましい。
　光学材料層中には、光導波路の耐光損傷性を更に向上させるために、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、スカンジウム（Ｓｃ）及びインジウム（Ｉｎ）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てもよく、この場合、マグネシウムが特に好ましい。また結晶中には、ドープ成分として、希土類元素を含有させることができる。希土類元素としては、特にＮｄ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｐｒが好ましい。
　光学材料層の厚さは、特に限定されないが、光の伝搬損失を低減するという観点からは、０．５～３μｍが好ましい。
　また、光学材料層、クラッド層は、薄膜形成法によって成膜して形成してよい。こうした薄膜形成法としては、スパッタ、蒸着、化学的気相成長（ＣＶＤ）、有機金属化学的気相成長（ＭＯＣＶＤ）を例示できる。
　次いで、図３に示すように、光学材料層にブラッググレーティング９を形成し、ブラッググレーティングを有する光学材料層８Ａを得る。各ブラッググレーティングの形成位置は、目的とする各グレーティング素子の各光導波路の形成位置に予め合わせて設計しておく。
　本発明では、ブラッググレーティング９の形成方法および構造は特に限定されず、そのパターニングは、電子ビーム描画（ＥＢ描画）、ステッパー、ナノインプリント、レーザ直接露光によって形成することができる。ただし、量産上の観点からは、ナノインプリント法によってブラッググレーティングを形成することが好ましい。
　ナノインプリント法は、例えば以下のようにして実施する。すなわち、例えば図４（ａ）に示すように、光学材料層８の表面８ａに樹脂層１１を形成し、モールド１０の成形面を樹脂層１１の表面１１ａに対向させる。モールド１０の成形面には設計パターンＰ１が設けられている。本例では、設計パターンＰ１は、一定周期で交互に形成された凹部１０ｂと凸部１０ａからなる。
　モールド１０の設計パターンＰ１を転写する際には、図４（ｂ）に例示するように、モールド１０の成形面を樹脂層１１に接触させ、樹脂層に設計パターンＰ１を転写する。そして、モールドを樹脂層から剥離し、図４（ｃ）に示すように、樹脂層１１Ａに、凸部１１ｂと凹部１１ｃとからなる転写パターンＰ２を形成する。
　インプリントを行う際には、樹脂層１１が熱可塑性樹脂からなる場合には、樹脂層１１を樹脂の軟化点以上に加熱することによって樹脂層を軟化させ、モールドを押しつけて樹脂を変形させることができる。この後の冷却時に樹脂層１１Ａが硬化する。樹脂層１１が熱硬化性樹脂からなる場合には、未硬化の樹脂層１１に対してモールドを押しつけて樹脂を変形させ，次いで樹脂層を樹脂の重合温度以上に加熱して硬化させることができる。樹脂層１１を光硬化性樹脂によって形成した場合には、未硬化の樹脂層１１にモールドを押しつけて変形させ、設計パターンを転写し、樹脂層に光を照射して硬化させることができる。
　樹脂層に設計パターンを転写した後、エッチングによって光学材料層に微細パターンを成形する。この際には、樹脂層をマスクすることができるが、樹脂層と光学材料層との間に別体のマスク材料層を設けることもできる。
　まず、樹脂層をマスクとして利用する場合について述べる。図４（ｃ）に示すように、樹脂層１１Ａの凹部１１ｃの底には樹脂が残留する。この残留する樹脂をアッシングによって除去し、図５（ａ）に示す形態とする。図５（ａ）において、樹脂マスク１２には貫通孔１２ａが多数形成されており、この貫通孔１２ａの下に光学材料層８の表面８ａを露出させる。次いで、樹脂マスク１２をマスクとしてエッチングを行い、光学材料層８の材質を一部除去し、凹部１５を形成する。樹脂マスク１２の直下はエッチングされないので、凸部１４として残る（図５（ｂ））。
　次いで、樹脂マスクを除去し、図５（ｂ）に示すような光学材料層８Ａを得る。光学材料層８Ａには、周期的に形成された凸部１４と凹部１５とからなるブラッググレーティングパターンＰ３が形成されている。
　また、樹脂層と光学材料層との間に別のマスク材料層を設ける場合について述べる。この場合にも、前述のように樹脂層に設計パターンを転写する。次いで、樹脂層の凹部の底に残った樹脂をアッシングによって除去し、下地であるマスク材料層を露出させる。マスク材料層は、樹脂層に形成された貫通孔を通して空間に露出することになる。
　マスク材料層の材質としては、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、ＷＳｉ、Ａｌ、およびその多層膜が例示できる。
　次いで、マスク材料層をエッチングし、設計パターンに応じてマスク材料層に多数の貫通孔を形成し、マスクを得る。次いで、エッチングによってマスクの貫通孔直下の光学材料層の材質を除去し、図５（ｂ）に示すような凹部１５を形成する。マスクの直下には支持基板がそのまま残り、凸部１４を形成する。ついで、不要な樹脂層およびマスクを除去し、図５（ｂ）に示す光学材料層８Ａを得る。
　光学材料層のエッチング方法としては、ドライエッチング及びウェットエッチングが例示できる。
　ドライエッチングは例えば、反応性エッチング等が有り、ガス種としてフッ素系・塩素系が例示できる。
　ウェットエッチングは例えば、フッ酸系やTMAH系が例示できる。
　次いで、ブラッググレーティングを含む光導波路を光学材料層に形成する。光導波路は、リッジ型光導波路が好ましいが、プロトン交換型光導波路やチタン拡散型光導波路などであってもよい。また、スラブ光導波路であってもよい。
　例えば図６の例では、光学材料層に一対のリッジ溝７を形成し、一対のリッジ溝７によってリッジ型光導波路１６を形成する。本例では、リッジ型光導波路１６の全長にわたってブラッググレーティング９が形成されている。こうしたリッジ型光導波路の形成方法は特に限定されず、マスクアライナーによるフォトリソグラフィー法、レーザアブレーション法、研削加工、ナノインプリント法を例示できる。
　次いで、各グレーティング素子に対応する領域にマスクを形成し、マスクによって光学材料層を被覆する。例えば、図７の例では、光学材料層８Ａ上の所定領域にそれぞれマスク１８を形成し、対応する各素子領域を被覆する。各マスク１８の下には、それぞれ各光導波路およびブラッググレーティングが位置するようにする。
　次いで、エッチングを行うことによって、マスクによって被覆されていない領域を除去し、グレーティング素子を成形する。例えば、光学材料層８Ａおよびクラッド層４のうちマスク１８によって被覆されていない部分をエッチングによって除去することによって、図８に示すように空隙２４を形成する。この結果、グレーティング素子１の側面１ａ、端面１ｂが成形されると共に、その光学材料層２３、クラッド層２２も成形される。２３ｂはリッジ溝下の薄層部であり、２３ａは薄層部の外側に設けられる延在部である。
　本グレーティング素子１は、実装基板３上に複数形成され、隣り合うグレーティング素子１間に空隙２４が形成される。本例では、空隙２４に対して実装基板３の表面３ａが露出し、空隙２４に露出する露出面３ａが平坦である。なお、本例ではグレーティング素子を三個表示したが、一つの実装基板上に形成されるグレーティング素子の多数は限定されず、設計仕様に従う。
　こうしたグレーティング素子のエッチング方法としては以下が好ましい。例えば、反応性エッチング等のドライエッチングが例示でき、ガス種としてフッ素系、塩素系が例示できる。
　グレーティング素子の端面をエッチングにて切り出すことによって、端面を鏡面研磨ないし光学研磨することなく、光導波路の各端面に対して、端面鏡面研磨した場合とほぼ同等の加工面を形成できることがわかった。
　こうした光導波路端面の光軸に対する角度は、９０°±１０°であることが好ましい。
　好適な実施形態においては、実装基板上において、隣り合うグレーティング素子の間に空隙が設けられており、実装基板の空隙に対する露出面が平坦面である。この場合には、この空隙の任意の場所で隣り合うグレーティング素子を切り離すことができるので、グレーティング素子の平面的寸法とこれに接合する実装基板チップの変面的寸法とを合わせる必要がない。従って、グレーティング素子のエッチング時の加工裕度を高くすることができ、製造コストを低減できる。
　好適な実施形態においては、各グレーティング素子の端面を形成した後に、グレーティング素子の上面に上側クラッド層を形成するとともにグレーティング素子の端面に単層膜を形成する。
　エッチングによって素子の端面を形成する際に、同時に素子の側面を形成することも可能である。これにより、グレーティング素子がアイランド状に点在する構造となり、グレーティング素子形成による応力を緩和することができ、反りの少ないウエハを形成することができる。
　例えば、図８に示すように、実装基板３上でグレーティング素子１を多数成形した後、図９に示すように、素子の上面に上側クラッド層２５を形成することができる。この成膜方法は特に限定されず、スパッタ、蒸着、化学的気相成長（ＣＶＤ）、有機金属化学的気相成長（ＭＯＣＶＤ）を例示できる。
　上側クラッド層を薄膜形成法によって成膜する際には、各素子の入射側端面１６ａおよび出射側端面１６ｂをも雰囲気に曝露することによって、光導波路の入射側端面および出射側端面上にそれぞれ単層膜２６Ａ、２６Ｂを形成することができる。これによって、光導波路の入射側端面、出射側端面における反射戻り量を一層低減し、素子から出射する所望波長の光出力を一層安定させることができる。
　上述の例では、光導波路を形成し、マスクを光学材料層上に形成した後、光学材料層およびクラッド層をエッチングすることによって各グレーティング素子の側面および端面を成形した。
　しかし、光学材料層上にバッファ層を形成した後に、グレーティング素子に対応する領域を被覆するマスクをバッファ層上に形成し、次いで、バッファ層、光学材料層、およびクラッド層をエッチングすることによって各グレーティング素子の側面および端面を成形することもできる。この場合にも、上述の例と同様の効果を得ることができる。
　本実施形態においては、更に、バッファ層上に上側クラッド層を形成し、同時に端面にも単層膜を形成することにより端面の反射率を小さくすることができる。このとき上側クラッド層の厚みは、端面の膜厚に依存するために制約をうけ、クラッドとして機能するための十分な厚みを得ることができない場合がある。バッファ層は、クラッドとして機能させることができ、必要な厚みをバッファ層の工程で形成することができる。このため上部のクラッドと端面の膜厚をそれぞれ最適な数値に設定することができる。端面の反射率はグレーティングによる反射率よりも小さくするための厚みにする必要があり、これによりグレーティング特性の向上と端面反射率の低減が同時に可能となる。
　光学材料層、クラッド層、バッファ層、上側クラッド層は、それぞれ、単層が好ましいが、多層膜であっても良い。また、クラッド層、バッファ層、上側クラッド層の材質は、光学材料層よりも屈折率を小さくする必要があり、たとえば酸化珪素、酸化タンタル、酸化亜鉛とすることができる。
　上側クラッド層の屈折率は、さらにバッファ層の屈折率と同等、あるいは、それ以下が好ましい。これにより端面の反射率を確実に光学材料層よりも小さくできる。
　また、図１０に示すように、実装基板３上には、本例のグレーティング素子１（あるいは１Ａ）とともに、光源２８を実装することができる。そして、光源２８とグレーティング素子１（１Ａ）とを光軸合わせすることによって、所定波長のレーザ光を出射する光源装置を提供することができる。なお、矢印Ａは素子への入射光であり、矢印Ｂは素子からの出射光である。
（実施例１）
　図２～図８を参照しつつ説明した方法によって、図８に示す光学素子を製造した。
　ただし、具体的には、実装基板３としては石英基板を使用した。次いで、実装基板３上にクラッド層４を形成した。クラッド材料としては、ＳｉＯ２を用い、クラッド層の厚さは１μｍとし、クラッド層はスパッタ法によって形成した。
　次いで、クラッド層４上に、Ｔａ２Ｏ５からなる光学材料層８を形成した。この光学材料層の厚さは２μｍとし、成膜方法はスパッタ法とした。
　次いで、光学材料層８にブラッググレーティング９を形成した。すなわち、ナノインプリント法によって、ピッチ２０５ｎｍで樹脂層に凹凸のパターニングを行い、フッ素系ガスのドライエッチングにより深さ１００ｎｍのグレーティング９を形成した。グレーティング９の長さは５０μｍとした。凹部の深さは反射量に依存するが、レーザの発振波長安定用には１００ｎｍ程度形成すればよい。
　次いで、図６に示すように、所定領域にそれぞれ一対のリッジ溝７を形成することによって、リッジ部１６を形成した。本例では、リッジ部の幅を３μｍとし、リッジ溝の深さを１μｍとした。リッジ溝を形成する際には、メタルマスクを成膜し、レジスト塗布後、マスクアライナーにてリッジ溝のパターンを形成し、フッ素系ガスのドライエッチングにより各光導波路を形成した。
　次いで、図７に示すようなメタルマスク１８を成膜し、レジスト塗布後、マスクアライナーにて素子長１０ｍｍ、幅２ｍｍのパターンを形成し、フッ素系ガスのドライエッチングにより石英基板上までエッチングし、各グレーティング素子１を形成した。各光導波路の入射側端面および出射側端面が、光軸に対して89°以上の角度をなしており、かつ鏡面である事を確認した。
　得られたグレーティング素子の光学特性は、広帯域波長光源であるスーパ・ルミネッセンス・ダイオード（SLD）を使用して、グレーティング素子に光を入力して出力光を光スペクトルアナライザで分析することにより、その透過特性から反射特性を評価した。その結果、ＴＥ偏光に対して中心波長848.3nm、最大反射率は１５％で、半値全幅△λGは４ｎｍの特性を得た。また入出力の伝搬損失を測定したところ、１ｄＢ／ｃｍであった。
（実施例２）
　実施例１に記載したようにして、実装基板３上に多数のグレーティング素子を作製した。
　次いで、上面側からスパッタ法にて、ＳｉＯ２からなる厚さ２５０ｎｍの上側クラッド層２５を成膜した。この際、光導波路の入射側端面および出射側端面にも、厚さ７９ｎｍの単層膜２６Ａ、２６Ｂが形成されていた。
　得られたグレーティング素子の光学特性は、広帯域波長光源であるスーパ・ルミネッセンス・ダイオード（SLD）を使用して、グレーティング素子に光を入力して出力光を光スペクトルアナライザで分析することにより、その透過特性から反射特性を評価した。その結果、ＴＥ偏光に対して中心波長848.3nm、最大反射率は２０％で、半値全幅△λGは3nmの特性を得た。また入出力の伝搬損失を測定したところ、０．８ｄＢ／ｃｍであった。
　本例の素子を、例えば波長８５０ｎｍの半導体レーザ光源とを組合せることで、所定波長で発振波長が安定する光源を得ることが可能となった。また、この素子に対して、848.3nmで位相整合する波長変換素子と組み合わせることで、出力波長、出力パワーが安定する青緑色の第二高調波発生（ＳＨＧ）光源を得ることができた。
（比較例１）
　図２～図８を参照しつつ説明した方法によって、サブ波長格子構造を有した波長変換素子を製造した。
　実装基板３としては石英基板を使用した。次いで、実装基板３上にクラッド層４を形成した。クラッド材料としては、ＳｉＯ２を用い、クラッド層の厚さは１μｍとし、クラッド層はスパッタ法によって形成した。
　次いで、クラッド層４上に、ニオブ酸リチウムからなる光学材料層８を直接接合法によって貼り合わせを行い、その後、３μｍまで精密に研磨した。
　次いで、光学材料層８にサブ波長格子構造を形成した。ナノインプリント法によって、ピッチ１．５μｍで樹脂層に凹凸のパターニングを行い、フッ素系ガスのドライエッチングにより深さ１．５μｍのサブ波長格子構造を形成した。サブ波長格子構造の長さは８ｍｍとした。
　次いで、図６に示すように、所定領域にそれぞれ一対のリッジ溝７を形成することによって、リッジ部１６を形成した。本例では、リッジ部の幅を７μｍとし、リッジ溝の深さを２μｍとした。リッジ溝を形成する際には、メタルマスクを成膜し、レジスト塗布後、マスクアライナーにてリッジ溝のパターンを形成し、フッ素系ガスのドライエッチングにより各光導波路を形成した。
　次いで、図７に示すようなメタルマスク１８を成膜し、レジスト塗布後、マスクアライナーにて素子長１０ｍｍ、幅２ｍｍのパターンを形成し、フッ素系ガスのドライエッチングにより石英基板上までエッチングし、各素子を形成した。各光導波路の入射側端面および出射側端面が、光軸に対して89°以上の角度をなしており、かつ鏡面である事を確認した。
　得られた波長変換素子に波長７８０ｎｍと波長１０６４ｎｍの半導体レーザを入射して差周波発生により２．９２μｍの中赤外線を発生した。通常、この赤外線光はチェレンコフ放射によって４６°の方向に放射するように設計されており、サブ波長格子構造によって端面のフレネル反射を抑制する構造としている。しかし、入力した２つの波長に対しての伝搬損失を測定したところ、５ｄＢ／ｃｍであった。このため差周波波によって発生する中赤外光も抑制され、サブ波長格子のないものよりも低出力になった。
　すなわち、サブ波長格子構造を有した波長変換素子を製造した場合には、本発明の効果が得られなかった。

Claims (10)

  1. 　実装基板、およびこの実装基板上に設けられた複数のグレーティング素子を備えている実装構造を製造する方法であって、
    　実装基板、前記実装基板上のクラッド層および前記クラッド層上の光学材料層を有する積層体の所定箇所に複数のブラッググレーティングを形成する工程；
    　少なくとも前記の各ブラッググレーティングを含むようにそれぞれ光導波路を形成する工程；
    　前記グレーティング素子に対応する領域を被覆するマスクを前記光学材料層上に形成する工程；および
    　前記光学材料層および前記クラッド層をエッチングすることによって前記各グレーティング素子の端面を成形する工程
    を有することを特徴とする、実装構造の製造方法。
  2. 　前記各グレーティング素子の前記端面を形成した後に、前記光学材料層上に上側クラッド層を形成するとともに前記グレーティング素子の前記端面に単層膜を形成することを特徴とする、請求項１記載の方法。
  3. 　前記光導波路がリッジ型光導波路であり、前記光学材料層をエッチングすることによって、前記リッジ型光導波路を成形するリッジ溝を設けることを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
  4. 　前記ブラッググレーティングをナノインプリント法によって形成することを特徴とする、請求項１～３のいずれか一つの請求項に記載の方法。
  5. 　前記実装基板上において、隣り合う前記グレーティング素子の間に空隙が設けられており、前記実装基板の前記空隙に対する露出面が平坦面であることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一つの請求項に記載の方法。
  6. 　実装基板、およびこの実装基板上に設けられた複数のグレーティング素子を備えている実装構造を製造する方法であって、
    　実装基板、前記実装基板上のクラッド層および前記クラッド層上の光学材料層を有する積層体の所定箇所に複数のブラッググレーティングを形成する工程；
    　少なくとも前記の各ブラッググレーティングを含むようにそれぞれ光導波路を形成する工程；
    　前記光導波路形成後に前記光学材料層上にバッファ層を形成する工程；
    　前記グレーティング素子に対応する領域を被覆するマスクを前記
    バッファ層上に形成する工程；および
    　前記バッファ層、前記光学材料層、および前記クラッド層をエッチングすることによって前記各グレーティング素子の端面を成形する工程
    を有することを特徴とする、実装構造の製造方法。
  7. 　前記各グレーティング素子の前記端面を形成した後に、前記バッファ層上に上側クラッド層を形成するとともに前記グレーティング素子の前記端面に単層膜を形成することを特徴とする、請求項６記載の方法。
  8. 　前記光導波路がリッジ型光導波路であり、前記光学材料層をエッチングすることによって、前記リッジ型光導波路を成形するリッジ溝を設けることを特徴とする、請求項６または７記載の方法。
  9. 　前記ブラッググレーティングをナノインプリント法によって形成することを特徴とする、請求項６～８のいずれか一つの請求項に記載の方法。
  10. 　前記実装基板上において、隣り合う前記グレーティング素子の間に空隙が設けられており、前記実装基板の前記空隙に対する露出面が平坦面であることを特徴とする、請求項６～９のいずれか一つの請求項に記載の方法。
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