(57)【要約】【課題】本発明は、歩留まりを向上させることができる波長変換素子用基板およびその製造方法を提供することを目的とするものである。【解決手段】第１の基板１１と、この第１の基板１１を保持するための第２の基板１２と、前記第１の基板１１と第２の基板１２との間に形成された酸化珪素からなる接着層１３とを備え、前記接着層１３の厚みを、前記第１の基板１１の厚みの１／４より薄く、かつ入射光の波長の１／２より厚くしたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光の波長を別の波長に変換する波長変換素子に使用する波長変換素子用基板であって、二次の非線形効果を有し、かつ非線形定数が周期的に変調する構造をもつ第１の基板と、この第１の基板を保持するための第２の基板と、前記第１の基板と第２の基板との間に形成された酸化珪素からなる接着層とを備え、前記接着層の厚みを、前記第１の基板の厚みの１／４より薄く、かつ前記入力光の波長の１／２より厚くした波長変換素子用基板。
【請求項２】
二次の非線形効果を有し、かつ非線形定数が周期的に変調する構造をもつ第１の基板とこの第１の基板を保持するための第２の基板のそれぞれに酸化珪素をスパッタすることによって酸化珪素膜を形成する工程と、前記酸化珪素膜の表面を真空中でプラズマクリーニング処理する工程と、前記酸化珪素膜同士を加熱せずに接着させて接着層を形成し、この接着層により前記第１の基板と第２の基板とを貼り合わせる工程とを備えた波長変換素子用基板の製造方法。
【請求項３】
スパッタ後の酸化珪素の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）を１ｎｍ以下とした請求項２記載の波長変換素子用基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非線形光学媒質中で生じる差周波発生効果を用いて信号光の波長を別の波長に変換する波長変換素子に使用する波長変換素子用基板およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の波長変換素子用基板は、図３に示すように、第１の基板１と第２の基板２とを接着層である低融点ガラス３を介して貼り合わせていた。
【０００３】
また、第１の基板１と第２の基板２との貼り合わせは、熱処理することによって行っていた。
【０００４】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２００３−１４０２１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した従来の波長変換素子用基板においては、第１の基板１と第２の基板２とを昇温させて貼り合わせているため、常温までに冷却すると第１の基板１と第２の基板２との接合面に残留応力が発生し、これにより、第１の基板１を研削し研磨する過程の中で第１の基板１の厚みを高精度に仕上げることが困難であった。また、光導波路の厚みを均一に加工することで光導波路の入射部から出射部にわたって波長変換素子の位相整合波長を一致させることによって、高い変換効率の波長変換素子が得られるが、上記した残留応力によって発生する研磨加工時の厚みムラによって第１の基板１に形成される光導波路に導波される信号光の位相整合波長が場所によって異なるため、高い変換効率の素子を製作することが困難となり、これにより、歩留まりが向上しないという課題を有していた。
【０００６】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、歩留まりを向上させることができる波長変換素子用基板およびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。
【０００８】
本発明の請求項１に記載の発明は、二次の非線形効果を有し、かつ非線形定数が周期的に変調する構造をもつ第１の基板と、この第１の基板を保持するための第２の基板と、前記第１の基板と第２の基板との間に形成された酸化珪素からなる接着層とを備え、前記接着層の厚みを、前記第１の基板の厚みの１／４より薄く、かつ入射光の波長の１／２より厚くしたもので、接着を安定させるとともに、第１の基板内の光の閉じ込めを十分にできるという作用効果が得られるものである。
【０００９】
本発明の請求項２に記載の発明は、二次の非線形効果を有し、かつ非線形定数が周期的に変調する構造をもつ第１の基板とこの第１の基板を保持するための第２の基板のそれぞれに酸化珪素をスパッタすることによって酸化珪素膜を形成する工程と、前記酸化珪素膜の表面を真空中でプラズマクリーニング処理する工程と、前記酸化珪素膜同士を加熱せずに接着させて接着層を形成し、この接着層により前記第１の基板と第２の基板とを貼り合わせる工程とを備えたもので、この製造方法によれば、加熱せずに酸化珪素膜同士を接着させて接着層を形成しているため、第１の基板と第２の基板との接合面に残留応力が発生するのを防ぐことができ、これにより、第１の基板に形成される光導波路に入射される信号光の位相整合波長を安定化させることができるという作用効果が得られるものである。
【００１０】
本発明の請求項３に記載の発明は、特に、スパッタ後の酸化珪素の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）を１ｎｍ以下としたもので、この製造方法によれば、酸化珪素膜同士の接合が可能になるという作用効果が得られるものである。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように本発明は波長変換素子用基板は、二次の非線形効果を有し、かつ非線形定数が周期的に変調する構造をもつ第１の基板と、この第１の基板を保持するための第２の基板と、前記第１の基板と第２の基板との間に形成された酸化珪素からなる接着層とを備え、前記接着層の厚みを、前記第１の基板の厚みの１／４より薄く、かつ入射光の波長の１／２より厚くしたもので、第１の基板と第２の基板との接合面に残留応力が発生するのを防ぐことができ、かつ接着層を屈折率が異なるクラッド層として使えるため、第１の基板内に効率的に入射光を閉じ込めることができ、第１の基板に形成される光導波路に入射される信号光の位相整合波長を安定化させることができるという優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明の一実施の形態における波長変換素子用基板の正面図を示したものであり、二次の非線形効果を有し、かつ非線形定数が周期的に変調する構造をもつ第１の基板１１と、この第１の基板１１を保持するための第２の基板１２と、第１の基板１１と第２の基板１２との間に形成された酸化珪素からなる接着層１３とを備えている。
【００１３】
前記第１の基板１１は、分極反転構造を有するＭｇ添加ＬｉＮｂＯ3からなり、この第１の基板１１は、研磨、切削、エッチング等によって厚みを約４μｍまで薄くし、光導波路を形成する。この光導波路に所定の波長の信号光が入射したとき、この信号光は別の波長の光に変換される。
【００１４】
さらに、第１の基板１１の一面には接着層１３として酸化珪素が形成されているもので、この酸化珪素はＬｉＮｂＯ3より屈折率が小さいため、光導波路に光を閉じ込めることができる。
【００１５】
前記第２の基板１２は、第１の基板１１を保持するために設けられているもので、この第２の基板１２はＬｉＮｂＯ3からなり、その厚みは約５００μｍとなっている。
【００１６】
前記接着層１３は、第１の基板１１と第２の基板１２との間に形成された酸化珪素からなるもので、第１の基板１１と第２の基板１２とを貼り合わせるために形成し、その厚さを約０．６μｍとしている。
【００１７】
次に、本発明の一実施の形態における波長変換素子用基板の製造方法について説明する。
【００１８】
まず、図２に示すように、あらかじめ分極反転構造が作製されたＭｇ添加ＬｉＮｂＯ3からなる第１の基板１１の一面とこの第１の基板１１を保持するためのＬｉＮｂＯ3からなる第２の基板１２の一面のそれぞれ酸化珪素をスパッタすることによって酸化珪素膜１３ａをそれぞれ約０．３μｍの厚さで形成する。この場合、スパッタで形成することによって均一な厚みの酸化珪素膜１３ａを設けることができる。
【００１９】
一方、酸化珪素膜１３ａを第１の基板１１（ＬｉＮｂＯ3基板）の上に堆積させる方法としては、ＥＢ蒸着によるものやＣＶＤによるものがある。ＥＢ蒸着の場合は基板に飛翔する酸化珪素の粒子の衝突エネルギーが少ないため、十分な密着性が得られなかった。また、液体ソースを使用したＣＶＤは装置では３インチウエハ面内の均一性が安定して得られなかった。
【００２０】
これに対し、スパッタによって形成した酸化珪素膜１３ａは、膜厚均一性および繰返しの再現性を１％以下の精度で実現できた。
【００２１】
次に、酸化珪素膜１３ａの表面をプラズマクリーニング処理する。この場合は、真空中でラジカルおよびイオンの作用によって基板の表面を化学的もしくは物理的にクリーニング処理する。これにより、表面にマイクロパーティクルが極力存在しないようにして、酸化珪素膜１３ａ同士の接着をより強固にする。
【００２２】
最後に、加熱することなく（常温で）、酸化珪素膜１３ａ同士を共有結合によって接着させて接着層１３を形成し、第１の基板１１と第２の基板１２とを貼り合わせる。
【００２３】
なお、第２の基板１２の表面に酸化珪素膜１３ａを形成せずにＬｉＮｂＯ3からなる第２の基板１２の面に直接第１の基板１１の酸化珪素膜１３ａを接合した場合は良好な接合強度が得られなかったが、本発明の一実施の形態のように、第１の基板１１の酸化珪素膜１３ａと第２の基板１２の酸化珪素膜１３ａとを接合した場合には良好な接合強度が得られた。
【００２４】
また、接着層１３を構成する酸化珪素膜１３ａの表面粗さは、スパッタにより酸化珪素を堆積させる温度、速度、真空度などのスパッタ条件や、酸化珪素を堆積させる基板表面の状態によって変化する。接合実験の結果、スパッタ後の酸化珪素膜１３ａの表面粗さ（算術平均粗さＲａ）が１ｎｍ以下の場合、酸化珪素膜１３ａ同士の接合が可能であったが、表面粗さが１ｎｍを超えると接合が難しくなった。
【００２５】
上記した本発明の一実施の形態においては、第１の基板１１と、第１の基板１１を保持するための第２の基板１２とを貼り合わせるために、第１の基板１１と第２の基板１２との間に形成された酸化珪素からなる接着層１３とを備えているもので、接着層１３として酸化珪素を用いているため、第１の基板１１と第２の基板１２とを貼り合わせる際に加熱して拡散接合する必要はなく、これにより、第１の基板１１と第２の基板１２とを加熱しないで貼り合わせることができるため、第１の基板１１と第２の基板１２との接合面に残留応力が発生するのを防ぐことができる。これにより、第１の基板１１に形成される導波路に入射される信号光の位相整合波長を安定化させることができるため、歩留まりを向上させることができるという効果が得られるものである。
【００２６】
また、接着層１３の厚みを、第１の基板１１の厚みの１／４より薄くしているため、接着層１３が第１の基板１１に与える応力は小さく、これにより、酸化珪素からなる接着層１３とＬｉＮｂＯ3からなる第１、第２の基板１１，１２との熱膨張率の違いによってクラックが生じるのも防止できるものである。
【００２７】
そしてまた、接着層１３の厚みを第１の基板１１の厚みの１／４より薄くすれば、第１の基板１１の厚みを高精度に仕上げることができるものである。すなわち、光導波路を伝搬する入力光をシングルモードで伝搬させる条件を考慮して光導波路の厚み（第１の基板１１の厚み）を決定するが、接着層１３の厚みバラツキが第１の基板１１を研削し研磨する過程の中で第１の基板１１の厚みを高精度に仕上げることに影響を及ぼすため、接着層１３の厚みを薄くすることによって接着層１３の厚みバラツキを小さくできるからである。
【００２８】
そしてまた、接着層１３の厚みを第１の基板１１の厚みの１／４より薄くすれば、第１の基板１１と第２の基板１２の接合の信頼性を確保することができるものである。すなわち、第１の基板に酸化珪素膜１３ａをスパッタで堆積させる場合、堆積する厚みによって表面の粗さが変化する。堆積する膜厚が増加するにつれて表面粗さが大きくなる傾向がある。第１の基板１１にスパッタによって堆積する酸化珪素膜１３ａの厚みは第１の基板１１の厚みの１／８より薄くし、かつ同様に第２の基板１２にスパッタによって堆積する酸化珪素膜１３ａの厚みは第１の基板１１の厚みの１／８より薄くすることで、接合した後の接着層１３の厚みを第１の基板１１の厚みの１／４より薄くすれば、接着層１３の表面粗さの悪化を生じさせることなく接着界面部の接合信頼性を確保することが可能になる。酸化珪素膜１３ａの表面粗さを膜厚の如何にかかわらず制御する方法にはスパッタで酸化珪素膜１３ａを堆積したのちポリッシュによって表面の凹凸を除去する方法が考えられるが、スパッタによって酸化膜を堆積する場合、堆積速度が遅く時間がかかることに加えてポリッシュによる除去加工を追加するとさらに製作工数が増加するため望ましくない。そこで、接着層１３の厚みを第１の基板１１の厚みの１／４より薄くすることが酸化珪素膜１３ａの表面粗さを制御して接合の信頼性の確保を合理的に行う上で望ましい。
【００２９】
さらに、前記接着層１３の厚みは、入力光の波長の１／２より厚くしているため、伝搬する基本波が接着層１３を透過、染み出しによる伝搬ロスを発生させることなく、第１の基板１１（光導波路）に光を閉じ込めることができる。
【００３０】
９７６ｎｍの入射光において、接着層１３の厚みを５００ｎｍ以上に設定した場合に第２の基板１２への放射光を抑えることができた。
【００３１】
そして、残留応力によって熱衝撃試験の信頼性試験において位相整合波長が変化するということも防止できる。
【００３２】
そしてまた、接着層１３として無機質のものを使用しているため、熱やレーザにより分解して光導波路に析出し、光量が低下するということもない。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明に係る波長変換素子用基板は、歩留まりを向上させることができるという効果を有するものであり、非線形光学媒質中で生じる差周波発生効果を用いて信号光の波長を別の波長に変換する波長変換素子に使用する波長変換素子用基板およびその製造方法において有用となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施の形態における波長変換素子用基板の正面図
【図２】同波長変換素子用基板の途中工程の状態を示す正面図
【図３】従来の波長変換素子用基板の正面図
【符号の説明】
【００３５】
１１  第１の基板
１２  第２の基板
１３  接着層
１３ａ  酸化珪素膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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