(57)【要約】【課題】  強誘電体材料およびその他の材料からなる張り合わせ型の光導波路の製造方法において、熱接合による不具合を回避する。【解決手段】  複数の基材が接合され且つ少なくとも光が伝播される側の基材が強誘電体材料からなる光導波路の作製手法であって、接合面の主成分がいずれも二酸化シリコンとなるよう基体を選択するか或いは薄膜層を形成し、接合面にフッ化水素酸を含む溶液またはアルカリ溶液を滴下して基材を溶融させることにより常温にて接合可能とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基材が接合され且つ少なくとも光が伝播される側の基材が強誘電体材料からなる光導波路の作製手法であって、接合面の主成分をいずれも二酸化シリコンとし、接合面に基材を溶融させるための溶液を介在させて接合することを特徴とする光導波路の作製方法。
【請求項２】
前記基材を溶融させるための溶液がフッ化水素酸を含む溶液またはアルカリ溶液であることを特徴とする請求項１記載の光導波路の作製方法。
【請求項３】
強誘電体材料が分極を周期的に反転させたものであることを特徴とする請求項１または２記載の光導波路の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の方法により作製されてなることを特徴とする光導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路の作製方法およびこの方法により作製された光導波路に関し、特に基材の張り合わせによって作製される強誘電体材料を用いたリッジ型光導波路に好適に利用される。
【背景技術】
【０００２】
光情報通信システム、干渉計などの測定装置、光ディスク用のピックアップレーザ、印刷装置などの分野において、各種の光デバイスが使用されている。
これらの光デバイスのひとつとして、光導波路がある。光導波路は一般にコアとクラッドと呼ばれる部分から成り、コアがクラッドに対して屈折率が大きくなるように設計することにより、光をコア内に閉じ込めて伝播させている。
あるいは、こうした光導波路を強誘電体材料に形成することにより、光スイッチや波長変換素子として利用されている。波長変換素子として用いられる擬似位相整合素子は、ＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3などの強誘電体バルク結晶の内部に周期分極反転構造を形成し、さらに、周期分極反転構造を横断するように光導波路を形成することにより、この光導波路を通過する光に対して位相整合を行うものである。擬似位相整合素子は、分極反転層の周期を調整することにより、所望の波長に対応した位相整合素子が作成される。
【０００３】
このように、光導波路、波長変換素子などのデバイスとして光導波路を作製する場合、光導波路層（コア）とその周囲の層との屈折率差が重要になる。すなわち、光導波路層と周囲層との境界面での屈折率差が急峻であれば、光を導波路内に完全に閉じ込めることができるが、境界で屈折率が緩やかに変化する場合は、光導波路内を通過する光がしみ出し、減衰することになる。
【０００４】
また同時にデバイスへの応用面からの要求により、光導波路を通過する光の形状（導波光モード形状）を、できるだけ上下、左右の対称性のよい光にすることが求められるため、光導波路層と周囲層との境界面（屈折率差が生じる境界面）の形状を、上下左右対称にする必要がある。理想的には、光ファイバーのコア層とクラッド層のように、光導波路層の断面形状を、円形にすることが望ましいが、強誘電体結晶基体上に形成される光導波路は、平坦な基板上に作る必要があり、半導体プロセスで用いるパターンエッチングなどのプロセスにより製造しなければならないことから、光導波路層の断面形状を円形にすることができない。そのため、通常は、特許文献１に記載されるように、光導波路層断面が山形に加工されたリッジ型構造体とされている。リッジ型光導波路では、左右方向には基板層が空気層に挟設された構成となり、屈折率差と左右対称性を兼ねた構成が実現されている一方、上下方向での実現が難しい。
【０００５】
上下方向における屈折率差を形成する方法の従来例として、特許文献１のように、基体の加工面側からプロトン交換処理を施して交換処理部を形成し、この交換処理部の一部にリッジ型構造体を形成し、その次にプロトン交換処理部を熱拡散処理することにより、光導波路を形成することが知られている。しかし、この方法では上面が空気層−プロトン交換層の境界面であるのに対し、下面ではプロトン交換層−プロトン非交換層の境界であり、明確な境界とはなっていない。そのため、上面での屈折率差は急峻で屈折率差が大きいのに対し、下端面では上端面に比べて屈折率変化が急峻ではなくしかも屈折率差が小さく、上下方向での境界面の形状が異なり、光導波路としての上下対称性が良くないものであった。
【０００６】
そこで、上下対称性を改善するため、屈折率の異なる別基板を上下方向に張り合わせた光導波路が考案されている（例えば特許文献２、３）。
【特許文献１】特開２００２−３６５６８０号公報
【特許文献２】特許２５７４５９４号公報
【特許文献３】特開２００４−１４５２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に記載された張り合わせ型のリッジ型光導波路素子では、SiO2を介して水酸基または酸素による熱処理結合がなされているが、光導波路を形成する強誘電体材料、特に分極反転を用いた擬似位相整合波長変換素子においては、熱処理によって分極が乱れ、変換効率が低下するなどの悪影響が出てしまう。
また、特許文献３に記載された張り合わせ型のリッジ型光導波路素子では、Ta2O5などの薄膜層を介して接合し、屈折率の小さい層を挟み込む手法が提案されているが、これも熱処理を行うことが前提となっており、熱処理による悪影響が避けられない。
【０００８】
本発明では、熱処理を行うことなしに張り合わせ型の光導波路を作製し、熱による悪影響の出ない、擬似位相整合波長変換素子にも適した光導波路の作製方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた本発明の光導波路作製方法は、複数の基材が接合され且つ少なくとも光が伝播される側の基材が強誘電体材料からなる光導波路の作製手法であって、接合面の主成分をいずれも二酸化シリコンとし、接合面に基材を溶融させるための溶液を介在させて接合することを特徴としている。
【００１０】
この方法によれば、熱処理工程を経ることなく常温で基体を接合させることができ、作製が容易で且つ熱処理のための設備が不要で、強誘電体材料を基材とした光導波路の作製において熱処理による分極不均一性を生じることがない。また特に擬似位相整合を利用した周期分極反転を用いた光導波路において、熱処理による周期分極反転の乱れが生じさせることがないため、変換効率に優れた光導波路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る光導波路とその作製方法について図１を用いて説明する。なお、以下に説明する実施形態では強誘電体材料を基材とした高調波波長変換素子として使用されるリッジ型光導波路の作製方法を例に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適用しうるものである。
【００１２】
（ａ）
光導波路が形成される第１基体となる強誘電体材料Ａを準備する。材質としてはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）の他、ＫＮｂＯ3系の非線形結晶光学効果を有する結晶を使用することができる。ただし、材料はこれらに限られるのではなく、光導波路デバイスとして適用可能な強誘電体材料であれば使用できる。
また、第１基体には高調波波長変換素子として機能させるため、電圧印加などの公知の手法により、所望する波長に整合させるように事前に周期的分極反転が施されている。周期分極反転構造は、例えば基体表面に電極パターニングを行い、電圧を印加して周期分極反転層を形成することによって得られる。強誘電体材料に周期分極反転層を形成する方法については、周知の技術であるので説明を省略する。
【００１３】
（ｂ）
次に、第１基体Ａの少なくとも接合面側（図では下側）に、ＳｉＯ2もしくはＳｉＯ2を主成分とする薄膜Ｂを形成する。形成する厚さは、光が閉じ込め得る厚さ（例えば０．５μｍ程度）で良い。薄膜を形成する手法としては、スパッタ成膜装置やＣＶＤ装置など、公知の成膜手法で良い。
【００１４】
（ｃ）
第２基体Ｃを準備する。第２基体Ｃは第１基体Ａを支持するために用いられる部材であり、第１基体Ａを支持することが可能な堅牢性を有する材料であればよい。第２基体としては、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、鉛ガラス、ホウケイ酸ガラスなどガラス基板全般の他、第１基体と同様に接合面にシリコン酸化膜を施したその他の材質のもの、例えばプラスチック基板、金属基板、半導体基板などが使用できる。
なお、第２基体Ｃを第１基体Ａと同一材料とし，（ｂ）同様に接合面側にＳｉＯ2もしくはＳｉＯ2を主成分とする薄膜Ｂを形成することとすると、温度変化に対する膨張率が等しくなり、剥離や歪が生じにくい構造とすることができる。
【００１５】
（ｄ）
第１基体Ａと第２基体Ｃとを接合する。接合面は接合に先立って洗浄されることが望ましい。洗浄には、アセトン、メタノールによる有機洗浄、Ｈ2ＳＯ4とＨ2Ｏ2 の混合液を用いた洗浄、ＮＨ3 とＨ2Ｏ2と水の混合液を用いた洗浄、純水を用いた洗浄を組み合わせることにより行われる。
次に、両基体の接合面にフッ化水素酸を含む溶液またはアルカリ溶液を滴下する。滴下された溶液は両基体の接合面に沿って拡散する。 なお、ここで用いるフッ化水素酸を含む溶液は、フッ化水素酸と水との混合液、例えば１％の混合比のものや、バッファードフッ化水素酸（フッ化アンモニウムとフッ化水素酸の混合液）、あるいは市販されているフッ化水素酸原液（４６％）を用いることができ、また、アルカリ溶液は、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＮＨ4ＯＨなどの無機アルカリ溶液、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）などの有機アルカリ溶液等を用いることができる。 
溶液が塗布された接合面を室温下において適宜位置合わせを行って重ね合わせる。好ましくは基体に荷重、例えば３１ｇｆ／ｃｍ2 を加え、適当な時間、例えば２４時間放置して接合が完了する。
【００１６】
（ｅ）
接合が完了した基体のうち光導波路が形成される第１基体Ａ側を研磨して薄片化する。研磨後の厚みは最終的な光導波路の厚みとなるため、使用目的に応じた波長によって決まる一定の厚さとなるようにする。
【００１７】
（ｆ）
導波路の幅となる幅に、フォトリソグラフィの手法を用いてマスク材Ｄをパターニングする。強誘電体材料は一般にドライエッチングなどの手法ではエッチングレートが遅いため、レジストの他、一旦CrやNiなどの金属材料をレジストにてパターニングして強誘電体材料基板のマスク材として使用するとなお良い。
【００１８】
（ｇ）
ドライエッチングなどの手法により、第１基体Ａを公知のリッジ型構造体となるようにエッチング加工する。加工方法については、ドライエッチングの他、直接機械加工、イオンミリング、レーザアブレーション等の公知の加工方法でも勿論構わない。
【００１９】
（ｈ）
マスク材Ｄを除去する。リッジ形状部分（光導波路Ｅ）に導入される光は、リッジ形状の左右と上の空気層、及び下面の層Ｂ（第１基体Ａよりも屈折率が小さい）との境界で全反射しながら導光される。光導波路はこれで完成されているが、光導波路は上下の屈折率を同じに揃えることが対称性が確保され性能が上がるため、完成したリッジ形状の上に屈折率調整層としてSiO2層Ｆを成膜した。これにより上下左右ともに対称性の良い光導波路とすることができる。ここでは光導波路部分には周期分極反転構造が形成されており、擬似位相整合素子として機能する。
【００２０】
（変形実施例）
光導波路の形状は上記実施例のものに限定されるものではない。光導波路の上下の界面での屈折率が同一となるように設定するため、上例では導波路上面にSiO2層Ｆを形成したが、逆に、図２に示すように、第２基体Ｃ側に空隙Ｇを形成し、光導波路の上下が空気層となるようにして対象性を確保するようにしても良い。但し、用途や要求性能によっては近似値でも十分許容できる場合もある。また、光導波路の形状もリッジ型に限定されず公知の溝型などでも良い。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、光情報通信システム、干渉計などの測定装置、光ディスク用のピックアップレーザ、印刷装置等の分野において使用される光導波路を用いた光スイッチや強誘電体に周期構造を形成した波長変換素子、第２高調波発生素子、各種光デバイスなどの光導波路および光導波路デバイスの作製に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る光導波路の作製方法を説明する図である。
【図２】本発明に係る光導波路の別の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
Ａ  第１基体
Ｂ  薄膜
Ｃ  第２基体
Ｄ  マスク材
Ｅ  光導波路（リッジ型構造）
Ｆ  屈折率調整層
Ｇ  空隙
【図１】
2006098716.tif 000003
【図２】
2006098716.tif 000004