(57)【特許請求の範囲】
【請求項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；
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、および
前記グレーティング素子の前記端面をエッチングによって成形した後に、スパッタリング法、蒸着法、化学的気相成長法および有機金属化学的気相成長法からなる群より選ばれた成膜法によって、雰囲気から前記光学材料層上に上側クラッド層を形成すると共に前記グレーティング素子の前記端面上に単層膜を形成する工程
を有することを特徴とする、実装構造の製造方法。
【請求項２】
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記載の方法。
【請求項３】
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または２記載の方法。
【請求項４】
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１〜３のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項５】
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；
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、および
前記グレーティング素子の前記端面をエッチングによって成形した後に、スパッタリング法、蒸着法、化学的気相成長法および有機金属化学的気相成長法からなる群より選ばれた成膜法によって、雰囲気から前記バッファ層上に上側クラッド層を形成すると共に前記グレーティング素子の前記端面上に単層膜を形成する工程
を有することを特徴とする、実装構造の製造方法。
【請求項６】
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５記載の方法。
【請求項７】
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５または６記載の方法。
【請求項８】
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５〜７のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２７７６６１
【特許文献２】特開２０１３−０１６６５０
【特許文献３】特開２００９−１１１４２３
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「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」
【非特許文献２】「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―
【非特許文献３】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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。【０００８】
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。【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、および
前記グレーティング素子の前記端面をエッチングによって成形した後に、スパッタリング法、蒸着法、化学的気相成長法および有機金属化学的気相成長法からなる群より選ばれた成膜法によって、雰囲気から前記光学材料層上に上側クラッド層を形成すると共に前記グレーティング素子の前記端面上に単層膜を形成する工程
を有することを特徴とする。
【００１１】
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；
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、および
前記グレーティング素子の前記端面をエッチングによって成形した後に、スパッタリング法、蒸着法、化学的気相成長法および有機金属化学的気相成長法からなる群より選ばれた成膜法によって、雰囲気から前記バッファ層上に上側クラッド層を形成すると共に前記グレーティング素子の前記端面上に単層膜を形成する工程
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
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。【００１３】
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。【００１４】
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。【００１５】
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。【００１６】
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。【００１７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（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。
【図２】（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。
【図３】（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。
【図４】（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。
【図５】（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。
【図６】（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。
【図７】（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。
【図８】（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。
【図９】（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。
【図１０】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。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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））。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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】
【００５９】
（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。【００６０】
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。【００６１】
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。【００６２】
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。【００６３】
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。【００６４】
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。【００６５】
（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。【００６６】
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。【００６７】
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。【００６８】
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。【００６９】
（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。【００７０】
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。【００７１】
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。【００７２】
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。【００７３】
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。【００７４】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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