(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路と、前記光導波路内に形成された周期分極反転構造とを備えている光導波路デバイスの製造方法であって、
エッチング処理によって、強誘電体単結晶基板に櫛型電極を形成する電極形成工程、
前記櫛型電極を用いて電圧印加法によって前記基板内に前記周期分極反転構造を形成する周期分極反転構造形成工程、
前記周期分極反転構造が形成された後に、前記櫛型電極を除去する電極除去工程、および
前記基板に設けられた、前記周期分極反転構造の位置を特定する位置特定手段を基準として前記光導波路を形成する光導波路形成工程
を備えており、前記エッチング処理のときにオーバーエッチングすることにより、前記櫛型電極の周りに凹部を形成し、かつ前記櫛型電極の下に突起部を形成し、前記位置特定手段は、前記突起部であることを特徴とする、光導波路デバイスの製造方法。
【請求項２】
光導波路と、前記光導波路内に形成された周期分極反転構造とを備えている光導波路デバイスの製造方法であって、
複数の電極片を有する櫛型電極を用いて、電圧印加法によって強誘電体単結晶基板内に前記周期分極反転構造を形成する周期分極反転構造形成工程、
前記周期分極反転構造が形成された後に、前記電極片の先端部を除去することにより櫛型アライメントマークを形成する先端除去工程、および
前記基板に設けられた、前記周期分極反転構造の位置を特定する位置特定手段を基準として前記光導波路を形成する光導波路形成工程を備えており、
前記位置特定手段は、前記櫛型アライメントマークであることを特徴とする、光導波路デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路と、光導波路内に形成された周期分極反転構造とを備えている光導波路デバイスの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光情報処理技術全般において、高密度光記録を実現するためには、波長４００−４３０ｎｍ程度の青色光を，３０ｍＷ以上の出力で安定的に発振する青色光レーザーが要望されており、開発競争が行われている。青色光光源としては、赤色光を基本波として発振するレーザーと、ＱＰＭグレーディングが形成された光導波路デバイスとを組み合わせた光導波路型の波長変換素子が期待されている。
【０００３】
光導波路デバイスにおいては、所定の周期を有する周期分極反転構造によって、ＱＰＭグレーディングが実現されており、周期分極反転構造の形成方法としては、いわゆる電圧印加法が知られている。電圧印加法においては、金属で形成された電極パターンに沿って、周期分極反転構造が形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
周期分極反転構造は外観によりその位置を特定することができない。そこで、周期分極反転構造の位置を特定する場合には、電極パターンとの位置関係を利用することが考えられる。
【０００５】
しかし、周期分極反転構造の近くに金属電極が存在すると、光導波路の損失が大きくなり、高出力の光導波路デバイスを得ることが困難となる。そのため、光導波路の形成前または形成後に金属を除去することが好ましい。
【０００６】
ところが、光導波路形成前に金属電極が除去されると、電極電極による周期分極反転構造の位置特定ができなくなるため、光導波路のアライメントが難しくなってしまう。
【０００７】
本発明の課題は、光導波路と、光導波路内に形成された周期分極反転構造とを備えている光導波路デバイスを製造するのに際して、金属電極による光導波路の損失を抑えつつ、光導波路を精度よくアライメントすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光導波路と、光導波路内に形成された周期分極反転構造とを備えている光導波路デバイスの製造方法であって、
エッチング処理によって、基板に櫛型電極を形成する電極形成工程、
櫛型電極を用いて電圧印加法によって基板内に周期分極反転構造を形成する周期分極反転構造形成工程、
周期分極反転構造が形成された後に、櫛型電極を除去する電極除去工程、および
前記基板に設けられた、周期分極反転構造の位置を特定する位置特定手段を基準として光導波路を形成する光導波路形成工程を備えており、前記エッチング処理のときにオーバーエッチングすることにより、櫛型電極の周りに凹部を形成し、かつ櫛型電極の下に突起部を形成し、位置特定手段は突起部であることを特徴とする。
また、本発明は、光導波路と、光導波路内に形成された周期分極反転構造とを備えている光導波路デバイスの製造方法であって、
複数の電極片を有する櫛型電極を用いて、電圧印加法によって強誘電体単結晶基板内に前記周期分極反転構造を形成する周期分極反転構造形成工程、
周期分極反転構造が形成された後に、電極片の先端部を除去することにより櫛型アライメントマークを形成する先端除去工程、および
前記基板に設けられた、周期分極反転構造の位置を特定する位置特定手段を基準として光導波路を形成する光導波路形成工程を備えており、
位置特定手段は櫛型アライメントマークであることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、光導波路内に形成された周期分極反転構造とを備えている光導波路デバイスを製造するのに際して、金属電極による光導波路の損失を抑えつつ、光導波路を精度よくアライメントすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、光導波路デバイス製造工程の一例を説明するための図である。光導波路デバイス製造工程においては、まず、電極印加法により基板１に周期分極反転構造２０を形成する。基板１としては、強誘電体単結晶からなるオフカット基板を使用する。強誘電体単結晶の方向Ｂは、表面１ａおよび裏面１ｂに対して所定角度、例えば５°傾斜しているので、この基板１は、オフカット基板と呼ばれている。
【００１１】
基板１の表面１ａに櫛型電極３０および第三の電極６を形成し、裏面１ｂに第二の電極（一様電極）５を形成する。櫛型電極３０は、周期的に配列された複数の細長い電極片３４と、多数の電極片３４を接続する細長い給電電極３２とからなる櫛型の電極である。第三の電極６は細長い対向電極片６ａからなっており、対向電極片６ａは、電極片３４の先端３７に対向するように設けられている。
【００１２】
最初に基板１の全体を方向Ｂ、すなわち非分極反転方向４Ｂに分極させておく。そして、例えば櫛型電極３０と第三の電極６との間にＶ１の電圧を印加し、櫛型電極３０と第二の電極５との間にＶ２の電圧を印加すると、分極反転部２２が各電極片３４の先端から方向Ｂと平行に徐々に進展する。分極反転部２２の分極の方向である分極反転方向４Ａは、非分極反転方向４Ｂとは正反対になる。なお、電極片３４に対応しない位置、すなわち隣接する分極反転部２２の間には、分極反転していない非分極反転部２４が形成されている。このようして、分極反転部２２と非分極反転部２４とが交互に配列された周期分極反転構造２０が形成される。
【００１３】
光導波路デバイスにおいては、周期分極反転構造２０が形成された位置に光導波路１５ａが形成される。従って、光導波路デバイスの製造工程において光導波路１５ａを形成する場合、光導波路１５ａを形成する位置、すなわち周期分極反転構造２０の位置を特定する必要がある。
【００１４】
以下、周期分極反転構造２０を特定するために利用される位置特定手段について説明する。
【００１５】
位置特定手段は、基板上で周期分極反転構造との相対的な位置関係が定まっており、かつ光導波路形成時に参照可能な目印を意味する。従って、これらの条件を満足する限り、特に限定されない。
【００１６】
第一の実施形態においては、エッチング処理によって、基板に櫛型電極を形成する電極形成工程、櫛型電極を用いて電圧印加法によって基板内に周期分極反転構造を形成する工程、および周期分極反転構造が形成された後に、櫛型電極を除去する電極除去工程をさらに備え、エッチング処理のときにオーバーエッチングすることにより、櫛型電極の周りに凹部を形成し、かつ櫛型電極の下に突起部を形成し、電極を除去した後に突起部を露出させる。この突起部を位置特定手段として参照しつつ、光導波路を形成する。
【００１７】
図２および図３を参照して、第一の実施形態に係る位置特定手段４０について説明する。図２（Ａ）は、櫛型電極３０が形成された後の表面１ａを示す平面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のIIＢ−IIＢ線断面図である（拡大図）。図３は、櫛型電極３０が除去された後の位置特定手段４０を示す。図３（Ａ）は、位置特定手段４０を含む表面１ａを示す平面図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のIIIＢ−IIIＢ線断面図である（拡大図）。
【００１８】
以下、図２を参照しつつ、位置特定手段４０の形成工程について説明する。櫛型電極３０および第三の電極６は、表面１ａに金属膜を形成し、エッチング処理することによって形成される。このとき、さらにオーバーエッチングすることにより、櫛型電極３０および第三の電極６の周りに凹部５０が形成され、櫛型電極３０の下には突起部４１が形成される。
【００１９】
図３に示すように、櫛型電極３０が除去された後は、突起部４１の表面４５が露出する。このように、櫛型電極３０が除去された後に、突起部４１で構成される位置特定手段４０が形成される。位置特定手段４０は、給電電極３２に対応する位置に設けられた軸部４２と、電極片３４に対応する位置に設けられた反転特定部４４とを有している。また、図３（Ｂ）に示すように、位置特定手段４０の側面４６は、櫛型電極３０の側面３６に沿って形成されており、位置特定手段４０の表面４５は、櫛型電極３０の底面３８に接している。底面５０ａは、表面４５よりも裏面１ｂ側に設けられている。
【００２０】
表面４５と底面５０ａは、Ｄだけ異なる高さに設けられているので、顕微鏡を観察することにより、分極反転部２２の位置に対応する位置に設けられた反転特定部４４の位置を特定することができる。従って、位置特定手段４０を用いて、周期分極反転構造２０の位置を特定することができる。
【００２１】
好適な実施形態においては、Ｄは１０ｎｍ以上である。Ｄが十分に大きくないと、顕微鏡で位置特定手段４０を観察するのが困難になってしまう。従って、顕微鏡での観察に十分な深さまでオーバーエッチングすることが好ましい。
【００２２】
一方、好適な実施形態においては、Ｄは３０ｎｍ以下である。深くエッチングするにつれて顕微鏡での観察は容易になるが、櫛型電極３０の線幅にばらつきが生じ、周期分極反転構造２０の形状にばらつきが生じてしまう。また、エッチングによる表面１ａの凹凸が大きくなると、光導波路１５ａの損失が大きくなってしまう。
【００２３】
本発明外の参考実施形態においては、基板に周期分極反転構造が形成された後に、周期分極反転構造をエッチング処理することによって凹凸配列を形成するエッチング処理工程をさらに備える。そして、凹凸配列を位置特定手段として参照しながら、光導波路を形成する。
【００２４】
図４および図５を参照して、参考実施形態に係る位置特定手段６０について説明する。図４（Ａ）は、位置特定手段６０を含む表面１ａを示す平面図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のIVＢ−IVＢ線断面図である。図５は、図４（Ａ）のV−V線断面である（拡大図）。
【００２５】
図４（Ａ）に示すように、位置特定手段６０は、先端３７近傍に設けられている。位置特定手段６０は、凹凸配列６１で構成されている。凹凸配列６１は、エッチング処理によって形成される。分極反転部２２は、非分極反転部２４に比べて、エッチング速度が速い。従って、両者をともにエッチング処理すると、図５に示すように高さの異なる凹部６１ａおよび凸部６１ｂが、それぞれ分極反転部２２および非分極反転部２４に対応する位置に形成される。基板１の分極反転方向４Ａは、裏面１ｂの方向に傾斜している。従って、図４（Ｂ）に示すように、分極反転部２２は、先端３７から第三の電極６に向けて分極反転方向４Ａに沿って形成される。従って、先端３７から離れた位置では、分極反転部２２は基板１の内部に形成されている。基板１の内部に形成された分極反転部２２はエッチングされないので、表面１ａ近傍に形成された分極反転部２２、すなわち先端３７近傍に形成された分極反転部２２の部分に凹部６１ａが形成される。
【００２６】
好適な実施形態としては、基板１としては、ｙカットまたはオフｙカット基板を使用する。また、好適な実施形態としては、エッチング処理には、フッ硝酸溶液を使用する。なお、この第二の実施形態については、第一の実施形態に比べて、分極反転構造を直接観察することができるので、最適な位置で導波路を加工することができ、高出力のＳＨＧ導波路を形成することができ、かつ、高歩留りで導波路を得ることができる。
【００２７】
第二の実施形態においては、複数の電極片を有する櫛型電極を用いて、電圧印加法によって基板内に周期分極反転構造を形成する周期分極反転構造形成工程、および周期分極反転構造が形成された後に、電極片の先端部を除去することにより櫛型アライメントマークを形成する先端除去工程をさらに備えている。
【００２８】
図６は、第二の形態に係る位置特定手段７０を示す。位置特定手段７０は、櫛型アライメントマーク７１で構成されている。櫛型アライメントマーク７１は、各電極片３４の先端部３４Ａを除去して形成される。周期分極反転構造２０が形成された後、櫛型電極３０の先端部３７Ａをマスキング処理した状態でエッチングすることにより、先端部３７Ａが除去される。位置特定手段７０は、軸部７２、および軸部７２から分極反転部２２の位置に向かって延びる複数の反転特定部７４を備えている。反転特定部７４は、電極片３４に対応する位置に設けられている。
【００２９】
櫛型電極３０が残されていると、櫛型電極３０を形成する金属の影響により光導波路１５ａにおける損失が大きくなることが問題であった。しかし、位置特定手段７０は光導波路１５ａから十分に離れた位置に設けられているので、位置特定手段７０を形成する金属の影響による光導波路１５ａにおける損失は問題にならない。
【００３０】
好適な実施形態としては、光導波路１５ａの中心と先端７７との距離Ｌは、１０μｍ以上である。さらに好適な実施形態としては、２０μｍ以上である。これにより、光導波路１５ａにおける光損失を、無視できるレベルまで低減することができる。なお、第二の実施形態は第一の実施形態に比べて、基板表面１ａの凹凸を大きく形成しなくてもよい。
【００３１】
本発明外の参考実施形態においては、基板に櫛型電極を形成する電極形成工程、櫛型電極を用いて電圧印加法によって基板内に周期分極反転構造を形成する周期分極反転構造形成工程、および周期分極反転構造が形成された後に、櫛型電極を除去する電極除去工程をさらに備え、電極形成工程において、基板における周期分極反転構造の位置を特定可能な位置にアライメントマークをさらに形成する。
【００３２】
図７は、参考実施形態に係る位置特定手段９０A、９０Bを示す。本実施の形態においては、光導波路１５ａの一端１５ｄおよび他端１５ｅに形成される第一のアライメントマーク９２および第二のアライメントマーク９３が位置特定手段９０A、９０Bとして利用される。
【００３３】
第一のアライメントマーク９２および第二のアライメントマーク９３は、櫛型電極３０および第三の電極６と同時に形成される。櫛型電極３０および第三の電極６は、周期分極反転構造２０を形成した後、エッチング処理により除去されるが、このとき位置特定手段９０A、９０Bをマスキング処理して残す。
【００３４】
上記した第一の実施形態から第二の実施形態に係る位置特定手段のうち、いずれかの、または複数の位置特定手段を形成できる。
【００３５】
以下、図８および図９を参照しつつ、周期分極反転構造２０および位置特定手段が形成された後の、光導波路デバイス製造工程について説明する。
【００３６】
図８は、光導波路デバイス製造工程において、基板１に固定用基板７が接合された状態を示す。基板１の表面１ａに、固定用基板７が接合層８を介して接合される。この段階では、光を厚さ方向に閉じ込め得る寸法まで基板１を薄くすることは困難である。このため、光導波路１５ａの両端となる縁１５ｂから縁１５ｃまでを残して、その両端の除去部１８ｂおよび除去部１８ｃを除去する。このとき、基板１に形成された位置特定手段を利用して、光導波路１５ａの両端となる縁１５ｂおよび縁１５ｃを形成する位置を特定する。
【００３７】
この加工の際に光導波路１５ａの厚さを調節する。こうした加工は、例えばダイシング加工装置やレーザー加工装置によって可能であるが、ダイシング加工のような機械的加工が好ましい。
【００３８】
なお、周期分極反転構造２０を特定する際には、裏面１ｂ側から位置特定手段４０を観察する。このとき基板１は薄く研削されているので、裏面１ｂ側からでも位置特定手段を観察することができる。
【００３９】
例えば、第一の実施形態に係る位置特定手段４０として利用される突起部４１と、基板１における他の部分とは凹凸を形成している。顕微鏡では、凸部分は凹部分に比べて明るく見えるので、突起部４１と他の部分に対応するコントラストが観察される。従って、顕微鏡で観察されるコントラストの位置から、周期分極反転構造２０の位置を特定することができる。
【００４０】
第二の実施形態に係る位置特定手段７０に係る位置特定手段９０は、いずれも金属で形成されているので、金属光沢を観察することができる。従って、顕微鏡で観察される金属光沢から、周期分極反転構造２０の位置を特定することができる。また、金属膜の部分が周囲よりも暗く見える場合もあり、この場合にはコントラストによって位置特定手段を観察できる。
【００４１】
図９は、リッジ型の光導波路１５ａが形成された基板１、すなわち光導波路デバイス１０を示す図である。基板１から除去部１８ｂおよび除去部１８ｃが除去され、平板部１６、１７とリッジ型の光導波路１５ａとが形成されている。平板部１６の１６ａおよび平板部１７の１７ａは加工面である。
【００４２】
むろん、基板の表面側から加工を行い、光導波路を形成することもできる。また、光導波路は、プロトン交換光導波路のようなイオン交換法によって形成された光導波路であってよい。また、チタン拡散光導波路のような、内拡散法によって形成された光導波路であってよい。これらの場合にも、光導波路のパターニングの際に本発明を利用できる。
【００４３】
上記の実施形態においては、基板１を接合層８によって固定用基板７に対して接着している。この場合には、接合層８の屈折率は基板１の屈折率よりも低いことが好ましく、また接合層８は非晶質であることが好ましい。接合層８の屈折率と基板１の屈折率との屈折率差は、５％以上であることが好ましく、１０％以上であることが更に好ましい。
【００４４】
接合層８の材質は、有機樹脂やガラス（特に好ましくは低融点ガラス）が好ましい。有機樹脂としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン樹脂等を例示できる。ガラスとしては、酸化珪素を主成分とする低融点ガラスが好ましい。
【００４５】
なお、強誘電体単結晶の種類は限定されない。しかし、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、Ｋ３Ｌｉ２Ｎｂ５Ｏ１５の各単結晶が特に好ましい。
【００４６】
強誘電体単結晶中には、三次元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ることができ、マグネシウムが特に好ましい。
【００４７】
分極反転特性（条件）が明確であるとの観点からは、ニオブ酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウムータンタル酸リチウム固溶体単結晶、又はこれらにマグネシウムを添加したものが特に好ましい。
【００４８】
強誘電体単結晶中には、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。この希土類元素は、レーザー発振用の添加元素として作用する。この希土類元素としては、特にＮｄ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｐｒが好ましい。
【００４９】
周期分極反転構造２０を形成するためのマスクパターンを形成する材質としては、レジスト、ＳｉＯ２、Ｔａ等を例示できる。マスクパターンを形成する方法としては、フォトリソグラフィー法を例示できる。
【００５０】
固定用基板の材質は特に限定されず、所定の構造強度を有していればよい。ただし、光導波路と熱膨張係数等の物性値が近い方が好ましく、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、Ｋ３Ｌｉ２Ｎｂ５Ｏ１５の各単結晶が特に好ましい。
【００５１】
本発明の素子を第二高調波発生装置として使用した場合には、高調波の波長は３３０−１６００ｎｍが好ましく、４００−４３０ｎｍが特に好ましい。
【００５２】
上記の各例においては、強誘電体単結晶基板を、例えば５°オフカット基板としたが、このオフカット角度は特に限定されない。特に好ましくは、オフカット角度は１°以上であり、あるいは、２０°以下である。
【００５３】
また、基板１として、いわゆるＸカット基板、Ｙカット基板、Ｚカット基板を使用可能である。Ｘカット基板やＹカット基板を使用する場合には、第二の電極を裏面１ｂに設けず、一表面１ａ上に設け、第一の電極と第二の電極との間に電圧を印加することができる。この場合には、第三の電極はなくともよいが、浮動電極として残しておいても良い。また、Ｚカット基板を使用する場合には、第二の電極を裏面１ｂ上に設け、第一の電極と第二の電極との間に電圧を印加することができる。この場合には、第三の電極は必ずしも必要ないが、浮動電極として残しておいても良い。
【００５４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、光導波路デバイスを製造するのに際して、位置特定手段を利用することにより、金属パターンによる光導波路の損失を抑えつつ、光導波路を精度よくアライメントすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る光導波路デバイス製造工程を説明するための図である。
【図２】  第一の実施形態における位置特定手段４０を示す図である。
【図３】  櫛型電極３０が除去された後の、位置特定手段４０を示す図である。
【図４】  参考実施形態における位置特定手段６０を示す図である。
【図５】  図４（Ａ）に示す基板１の横断面図である。
【図６】  第二の実施形態における位置特定手段７０を示す図である。
【図７】  参考実施形態における位置特定手段９０を示す図である。
【図８】  光導波路デバイス製造工程において、基板１に固定用基板７が接合された状態を示す図である。
【図９】  光導波路デバイス１０を示す図である。
【符号の説明】
１  基板        １ａ  表面        １ｂ  裏面        ４Ａ  分極反転方向        ４Ｂ  非分極反転方向        ５  第二の電極        ６  第三の電極        １０  光導波路デバイス        １５ａ  光導波路        ２０  周期分極反転構造        ２２  分極反転部        ２４  非分極反転部        ３０  第一の電極        ３２  給電電極        ３４  電極片        ３４ａ  表面        ３４ｂ  側面        ３４ｃ  先端        ３７Ａ  先端部        ４０  位置特定手段        ４１  突起部        ４  反転特定部        ５０  凹部        ５０ａ  底面        ６０  位置特定手段        ６１  凹凸配列        ６１ａ  凹部        ６１ｂ  凸部        ７０  位置特定手段        ７１  櫛型アライメントマーク        ７４  反転特定部        ７７  先端        ９０Ａ，９０Ｂ  位置特定手段        ９２  第一のアライメントマーク        ９３  第二のアライメントマーク
【図１】
0003885939.tif 000002
【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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