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技術 リッジ型光導波路素子の製造方法

出願人 日本碍子株式会社
発明者 川口竜生今枝美能留
出願日 2001年9月27日 (19年2ヶ月経過) 出願番号 2001-295409
公開日 2003年4月9日 (17年7ヶ月経過) 公開番号 2003-107545
状態 拒絶査定
技術分野 光集積回路 光集積回路 光偏向、復調、非線型光学、光学的論理素子
主要キーワード 基準盤 機械切削加工 機械研削加工 サイズオーバー 薄板化処理 単結晶部材 電圧印加法 機械加工処理
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重要な関連分野

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図面 (10)

課題

貼り合わせ型のリッジ型光導波路素子を安定的に供給することのできる新規な製造方法を提供する。

解決手段

周期状分極反転構造2が形成された強誘電体単結晶基板1の裏面1Bを接着層4を介してベース基板3と貼り合わせ、光導波路アセンブリ5を作製する。次いで、光導波路素子アセンブリ5を基準盤6に接着層6を介して固定する。その後、強誘電体単結晶基板1の裏面1B側から研削処理及びこれに続いて研磨処理を施し、強誘電体単結晶基板1を薄板化する。次いで、周期状分極反転構造2をリッジ型に加工し、目的とするリッジ型の光導波路素子を得る。

概要

背景

印刷光情報処理、及び光応用計測制御分野などにおいては、小型の短波長光源の実現が強く望まれており、この短波長光源を実現足らしめるものとしてSHGデバイスが注目を浴びている。このSHGデバイスは、半導体レーザから出射された光を通過させることによって、非線型光学効果を利用して2次高調波を生成する。この2次高調波は前記半導体レーザから出射された光に対して周波数が2倍であり、したがって波長は1/2となっている。すなわち、前記SHGデバイスを利用することによって、前記半導体レーザからの出射光に対して1/2の波長を有する短波長の光を得ることができる。

前記SHGデバイスは、ニオブ酸リチウム(以下、「LN」と略す場合がある)やタンタル酸リチウム(以下、「LT」と略す場合がある)などの強誘電体単結晶基板を具え、この基板内において光の進行方向と略垂直に、分極状態周期状に反転してなる分極構造を有する光導波路素子から構成される。この光導波路素子は、周期状分極反転構造内にプロトン交換法などを用いることに形成された、あるいは前記周期状分極反転構造をリッジ型に加工して形成された光導波路を有している。その後、前記光導波路素子に対して保護膜形成などの実装工程を施し、目的とする前記SHGデバイスを得る。

そして、前記SHGデバイスを構成する、前記プロトン交換光導波路又はリッジ型光導波路内に所定の基本波入射させると、前記周期状分極反転構造内を進行する間に、非線型光学効果によって波長変換が行なわれ、前記基本波に対する2次高調波を生成することができ、目的とする短波長の光を得ることができる。

近年においては、上述したSHGデバイスなどの実用デバイスに用いる光導波路素子として、光導波路の境界においてステップ状の屈折率変化を有し、導入した光波の閉じ込めをより強固に行なうことができることからリッジ型の光導波路を有する、いわゆるリッジ型の光導波路素子が注目を浴びている。

このリッジ型光導波路素子には、いわゆるエピタキシャル成長型と張り合わせ型の2種類が存在する。

エピタキシャル成長型は、所定の強誘電体単結晶基板上に、周期状分極反転構造が形成され、リッジ型に加工された強誘電体単結晶薄膜を具えることを特徴とするものである。一方、貼り合わせ型は、強誘電体単結晶基板自体に周期状分極反転構造が形成され、リッジ型に加工されるとともに、このリッジ型の強誘電体単結晶基板が所定のベース基板上に接着層を介して固定されていることを特徴とする。

概要

貼り合わせ型のリッジ型光導波路素子を安定的に供給することのできる新規な製造方法を提供する。

周期状分極反転構造2が形成された強誘電体単結晶基板1の裏面1Bを接着層4を介してベース基板3と貼り合わせ、光導波路アセンブリ5を作製する。次いで、光導波路素子アセンブリ5を基準盤6に接着層6を介して固定する。その後、強誘電体単結晶基板1の裏面1B側から研削処理及びこれに続いて研磨処理を施し、強誘電体単結晶基板1を薄板化する。次いで、周期状分極反転構造2をリッジ型に加工し、目的とするリッジ型の光導波路素子を得る。

目的

本発明は、貼り合わせ型のリッジ型光導波路素子を安定的に供給することのできる新規な製造方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
4件

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請求項1

周期状分極反転構造が形成された強誘電体単結晶基板と、ベース基板とを接着し、貼り合わせて光導波路素子アセンブリを作製する工程と、前記ベース基板を基準盤に接着し、前記光導波路素子アセンブリを前記基準盤に固定する工程と、前記基準盤を基準にして、前記強誘電体単結晶基板を研削処理及びこれに続いて研磨処理を施すことにより、前記強誘電体単結晶基板を薄板化する工程と、薄板化された前記強誘電体単結晶基板の、前記周期状分極反転構造部分をリッジ型に加工し、リッジ型光導波路を形成する工程と、を含むことを特徴とする、リッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項2

前記強誘電体単結晶基板と前記ベース基板とは、同一の強誘電体単結晶材料から作製されていることを特徴とする、請求項1に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項3

前記強誘電体単結晶基板と前記ベース基板とは、同一の結晶方位を有する同一の強誘電体単結晶部材から構成されることを特徴とする、請求項2に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項4

前記強誘電体単結晶部材は、ニオブ酸リチウム単結晶部材であることを特徴とする、請求項3に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項5

前記強誘電体単結晶基板の厚さが0.3mm〜1mmであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項6

前記強誘電体単結晶基板の平行度が0.3μm以下であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項7

前記ベース基板の厚さが0.3mm〜2mmであることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項8

前記ベース基板の平行度が0.5μm以下であることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項9

前記ベース基板の平面度が1μm以下であることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項10

前記ベース基板の、前記強誘電体単結晶基板と接着すべき面の大きさが、前記強誘電体単結晶基板の、前記ベース基板と接着すべき面の大きさの1.1〜2倍であることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項11

前記強誘電体単結晶基板と前記ベース基板との接着は、接着・硬化状態において、前記リッジ型光導波路素子内を導波する光波に対して1cm−1以下の光吸収係数接着剤を用いて行なうことを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項12

前記接着剤の光吸収係数が、0.1cm−1以下であることを特徴とする、請求項11に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項13

前記強誘電体単結晶基板と前記ベース基板との接着は、100cp以下の粘度の接着剤を用いて行なうことを特徴とする、請求項1〜12のいずれか一に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項14

前記強誘電体単結晶基板と前記ベース基板とを接着した際の接着層の厚みが、0.01μm〜10μmであることを特徴とする、請求項1〜13のいずれか一に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項15

前記強誘電体単結晶基板と前記ベース基板とを接着した際の接着層の厚みの変動幅を、前記接着層の光干渉縞数を制御することによって低減することを特徴とする、請求項1〜14のいずれか一に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項16

波長633nmの光を用いた場合において、前記光干渉縞の縞数が2以下となるように制御して、前記接着層の厚みの変動幅を低減させることを特徴とする、請求項15に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項17

前記接着層の厚みの前記変動幅が、前記接着層の接着面内において0.3μm以下であることを特徴とする、請求項15又は16に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項18

前記基準盤の平面度が1μm以下であることを特徴とする、請求項1〜17のいずれか一に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項19

前記基準盤の平面度が0.3μm以下であることを特徴とする、請求項18に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項20

前記ベース基板の接着面と前記基準盤の接着面との平行度が1μm以下であることを特徴とする、請求項1〜19のいずれか一に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項21

前記ベース基板の接着面と前記基準盤の接着面との平行度が0.3μm以下であることを特徴とする、請求項20に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項22

前記ベース基板と前記基準盤との接着は、ホットメルト樹脂を用いて行なうことを特徴とする、請求項1〜21のいずれか一に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項23

前記ベース基板と前記基準盤との接着は、オプティカルコンタクトを用いて行なうことを特徴とする、請求項1〜21のいずれか一に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項24

前記強誘電体単結晶基板に対する研削処理は、粗研削加工処理及びこれと連続する精密ラップ加工処理とからなることを特徴とする、請求項1〜23のいずれか一に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項25

前記粗研削加工処理によって、前記強誘電体単結晶基板を厚さ50μmまで研削することを特徴とする、請求項24に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項26

前記精密ラップ加工処理によって、前記強誘電体単結晶基板を厚さ5μmまで研削することを特徴とする、請求項25に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項27

前記研磨処理によって、前記強誘電体単結晶基板を厚さ3μmまで研磨することを特徴とする、請求項26に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項28

前記研磨処理において、前記強誘電体単結晶基板の厚さの変動幅を、前記強誘電体単結晶基板を含む前記光導波路素子アセンブリの光干渉縞の縞数を制御することによって低減することを特徴とする、請求項27に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項29

波長633nmの光を用いた場合において、前記光干渉縞の縞数が2以下となるように制御して、前記強誘電体単結晶基板の厚さの前記変動幅を低減させることを特徴とする、請求項28に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項30

前記強誘電体単結晶基板の厚さの前記変動幅が±0.2μmであることを特徴とする、請求項29に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項31

前記研磨処理は、コロイダルシリカ砥粒を用いて行なうことを特徴とする、請求項1〜30のいずれか一に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項32

前記コロイダルシリカ砥粒の粒径が0.01μm〜0.1μmであることを特徴とする、請求項31に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項33

前記周期状分極反転構造をリッジ型に加工するに際して、機械研削加工レーザ加工、及びエッチング加工の少なくとも一つを用いて行なうことを特徴とする、請求項1〜32のいずれか一に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項34

前記リッジ型光導波路のリッジ部分の幅が2μm〜10μmであり、リッジ部分の高さが0.5μm〜2.5μmであることを特徴とする、請求項1〜33のいずれか一に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

請求項35

前記リッジ型光導波路を覆うように、薄板化された前記強誘電体単結晶基板上にオーバーコート層を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項1〜34のいずれか一に記載のリッジ型光導波路素子の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、リッジ型光導波路素子の製造方法に関し、詳しくは、ニオブ酸リチウムタンタル酸リチウムなどの強誘電体単結晶基板を用いるSHG(Second Harmonic Generation)デバイスなどに好適に用いることのできる、リッジ型光導波路素子の製造方法に関する。

背景技術

0002

印刷光情報処理、及び光応用計測制御分野などにおいては、小型の短波長光源の実現が強く望まれており、この短波長光源を実現足らしめるものとしてSHGデバイスが注目を浴びている。このSHGデバイスは、半導体レーザから出射された光を通過させることによって、非線型光学効果を利用して2次高調波を生成する。この2次高調波は前記半導体レーザから出射された光に対して周波数が2倍であり、したがって波長は1/2となっている。すなわち、前記SHGデバイスを利用することによって、前記半導体レーザからの出射光に対して1/2の波長を有する短波長の光を得ることができる。

0003

前記SHGデバイスは、ニオブ酸リチウム(以下、「LN」と略す場合がある)やタンタル酸リチウム(以下、「LT」と略す場合がある)などの強誘電体単結晶基板を具え、この基板内において光の進行方向と略垂直に、分極状態周期状に反転してなる分極構造を有する光導波路素子から構成される。この光導波路素子は、周期状分極反転構造内にプロトン交換法などを用いることに形成された、あるいは前記周期状分極反転構造をリッジ型に加工して形成された光導波路を有している。その後、前記光導波路素子に対して保護膜形成などの実装工程を施し、目的とする前記SHGデバイスを得る。

0004

そして、前記SHGデバイスを構成する、前記プロトン交換光導波路又はリッジ型光導波路内に所定の基本波入射させると、前記周期状分極反転構造内を進行する間に、非線型光学効果によって波長変換が行なわれ、前記基本波に対する2次高調波を生成することができ、目的とする短波長の光を得ることができる。

0005

近年においては、上述したSHGデバイスなどの実用デバイスに用いる光導波路素子として、光導波路の境界においてステップ状の屈折率変化を有し、導入した光波の閉じ込めをより強固に行なうことができることからリッジ型の光導波路を有する、いわゆるリッジ型の光導波路素子が注目を浴びている。

0006

このリッジ型光導波路素子には、いわゆるエピタキシャル成長型と張り合わせ型の2種類が存在する。

0007

エピタキシャル成長型は、所定の強誘電体単結晶基板上に、周期状分極反転構造が形成され、リッジ型に加工された強誘電体単結晶薄膜を具えることを特徴とするものである。一方、貼り合わせ型は、強誘電体単結晶基板自体に周期状分極反転構造が形成され、リッジ型に加工されるとともに、このリッジ型の強誘電体単結晶基板が所定のベース基板上に接着層を介して固定されていることを特徴とする。

発明が解決しようとする課題

0008

いずれの型のリッジ型光導波路素子においてもミクロンオーダの加工技術が要求されるが、特に貼り合わせ型のリッジ型光導波路素子においては、高精度な貼り合わせ技術及びこれに伴う高精度な加工技術が要求される。このため、貼り合わせ型のリッジ型光導波路素子を安定的に供給することのできる技術は今だ確立されていないのが現状である。

0009

本発明は、貼り合わせ型のリッジ型光導波路素子を安定的に供給することのできる新規な製造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

0010

上記目的を達成すべく、本発明は、周期状分極反転構造が形成された強誘電体単結晶基板と、ベース基板とを接着し、貼り合わせて光導波路素子アセンブリを作製する工程と、前記ベース基板を基準盤に接着し、前記光導波路素子アセンブリを前記基準盤に固定する工程と、前記基準盤を基準にして、前記強誘電体単結晶基板を研削処理及びこれに続いて研磨処理を施すことにより、前記強誘電体単結晶基板を薄板化する工程と、薄板化された前記強誘電体単結晶基板の、前記周期状分極反転構造部分をリッジ型に加工し、リッジ型光導波路を形成する工程と、を含むことを特徴とする、リッジ型光導波路素子の製造方法に関する。

0011

上述した本発明の製造方法によれば、貼り合わせ型のリッジ型光導波路素子を安定的に供給することのできる。

0012

本発明のリッジ型光導波路素子の製造方法における詳細な要件は、以下の発明の実施の形態において、具体例とともに詳述する。

発明を実施するための最良の形態

0013

(強誘電体単結晶基板)本発明の製造方法においては、周期状分極反転構造が形成された強誘電体単結晶基板を用いる。前記周期状分極反転構造は、例えば電圧印加法又はコロナ放電法などの公知の方法を用いて形成することができる。得られたリッジ型光導波路素子からSHGデバイスを作製し、波長820nmの基本光から波長410nmのSHG光を得る場合は、前記周期状分極反転構造の反転周期を約2.8μmにする。

0014

また、前記強誘電体単結晶基板は、任意の強誘電体単結晶材料及び部材から作製することができる。しかしながら、大きな電気光学効果を有し、前記周期状分極反転構造を形成した場合において、比較的大きな非線型光学特性を安定して呈するようになることから、ニオブ酸リチウム(LN)及びタンタル酸リチウム(LT)などの単結晶材料及び単結晶部材を用いることが好ましく、特にLN単結晶材料及び単結晶部材を用いることが好ましい。

0015

なお、このような強誘電体単結晶材料及び部材には、耐光損傷性を向上させるべく、Mg、Zn、Sc、及びInなどの元素を添加することができる。酸化物であるLNなどを用いる場合においては、前記各元素は通常酸化物の形で添加する。

0016

なお、前記単結晶部材としては、前記LN単結晶Xカット板、Yカット板、Zカット板、及びオフカット板などを用いることができる。

0017

図1は、LN単結晶のXカット板からなる強誘電体単結晶基板内に周期状分極反転構造が形成された状態を示す図であり、図2は、LN単結晶のZカット板からなる強誘電体単結晶基板内に周期状分極反転構造が形成された状態を示す図である。一般に、図1に示すように、強誘電体単結晶基板1をLN単結晶のXカット板から構成した場合は、その表面層部分に周期状分極反転構造2が形成され、図2に示すように、強誘電体単結晶基板1をLN単結晶のZカット板から構成した場合は、その厚さ方向全体に亘って周期状分極反転構造2が形成される。

0018

上述したLN単結晶などを用いる場合、前記強誘電体単結晶基板は、LN単結晶ウエハから構成することができ、前記ウエハが円形状の場合は必要に応じて方形形状、あるいはその他任意の形状に加工して使用することができる。

0019

前記LN単結晶ウエハはcmオーダで大きさを有し、前記周期状分極反転構造はmmオーダの大きさを有するため、この場合においては、同一ウエハ上に図1及び図2に示すような周期状分極反転構造が複数形成され、最終的な光導波路素子を得る際に反転構造単位に切断し、分断される。

0020

また、前記強誘電体単結晶基板の厚さは0.3mm〜1mmであることが好ましい。前記強誘電体単結晶基板の厚さが0.3mmより小さくなると、ハンドリングの際に割れてしまう場合がある。また、前記強誘電体単結晶基板の厚さが1mmより大きくなると、後の薄板化工程において長時間を要するようになり、タクトタイムを増大させてしまう。

0021

また、前記強誘電体単結晶基板の平行度は0.3μm以下であることが好ましい。これによって、後の薄板化工程において、加工後の前記強誘電体単結晶基板の厚さの変動幅簡易に低減することができる。なお、前記「平行度」とは、前記強誘電体単結晶基板の上面と下面との距離の変動幅、すなわち前記強誘電体単結晶基板の厚さの変動幅を意味し、この値が小さいほど前記強誘電体単結晶基板の前記上面と前記下面とが完全な平行に近づくことを意味する。

0022

(ベース基板)前記強誘電体単結晶基板と貼り合わせるためのベース基板は、前記強誘電単結晶基板を構成する強誘電体単結晶材料、さらには同一の結晶方位を有する強誘電体単結晶部材から構成することが好ましい。前記強誘電体単結晶基板と前記ベース基板とを貼り合せて光導波路素子アセンブリを作製し、この光導波路素子アセンブリを後の薄板化工程などに処すると、様々な環境温度に晒される場合がある。

0023

この場合、前記強誘電体単結晶基板と前記ベース基板とが異なる強誘電体単結晶材料から構成されていたり、たとえ両者が同じ材料から構成されていても、それらの結晶方位が異なったりすると、熱膨張差などに起因した応力によって前記光導波路素子アセンブリが反ったりしてしまう場合がある。このように前記光導波路素子アセンブリ内に反りが発生すると、後の薄板化工程に処するべく、前記光導波路素子アセンブリを基準盤に固定した際、十分な平行度を得ることができなくなる。したがって、前記強誘電体単結晶基板を十分に薄板化することができないとともに、たとえ薄板化できたとしても前記強誘電体単結晶基板の厚さを実用に供することが出来るレベルまでに均一化することができない。

0024

したがって、上述したように、前記強誘電体単結晶基板及びベース基板を同じ強誘電体単結晶材料、さらには同一の結晶方位を有する同一の強誘電体単結晶部材から構成することにより、上述したような光導波路素子アセンブリの反りに起因した不都合を回避することができる。

0025

また、前記ベース基板の厚さは、0.3mm〜2mmであることが好ましく具体的には1mm前後であることが好ましい。前記ベース基板の厚さが0.3mmより小さくなると、ハンドリングの際に割れてしまう場合がある。また、2mmを超えて厚くなると、最終的に得られるリッジ型光導波路素子の厚みが全体的に大きくなってしまい、SHGデバイスとして使用するに際してサイズオーバーとなってしまう場合がある。

0026

さらに、前記ベース基板の平行度は0.5μm以下であることが好ましい。これによって、上述したように、加工後の前記強誘電体単結晶基板の厚さの変動幅を簡易に低減することができる。なお、前記「平行度」とは、前記ベース基板の上面と下面との距離の変動幅、すなわち前記ベース基板の厚さの変動幅を意味し、この値が小さいほど前記ベース基板の前記上面と前記下面とが完全な平行に近づくことを意味する。

0027

また、前記ベース基板の平面度は1μm以下であることが好ましい。前記ベース基板は、後の薄板化工程に処する際に基準盤に接着剤で固定されるが、前記平面度が1μmを超えると前記接着剤の厚み精度が低下し、結果として、加工後の前記強誘電体単結晶基板の厚さの変動幅を十分に低減できない場合がある。なお、前記「平面度」とは、前記ベース基板の一平面内、例えば、前記基準盤と接着固定される平面の、幾何学的に正しい平面からのひら度合いを意味し、この値が小さいほど平面が平らであることを意味する。

0028

さらに、前記ベース基板の、前記強誘電体単結晶基板と接着すべき面の大きさが、前記強誘電体単結晶基板の、前記ベース基板と接着すべき面の大きさの1.1〜2倍であることが好ましい。これによって、前記強誘電体単結晶基板の全面を前記ベース基板に対して簡易に接着固定することができる。また、後に詳述するように、前記ベース基板を前記基準盤に接着固定する際に、接着層の厚みを簡易に制御することができる。

0029

(強誘電体単結晶基板とベース基板との貼り合わせ)図3は、強誘電体単結晶基板とベース基板とを貼り合わせた状態、すなわち光導波路素子アセンブリを示す側面図である。本発明の製造方法においては、強誘電体単結晶基板1とベース基板3とを所定の接着剤を用いて貼り合わせて、図3に示すような光導波路素子アセンブリ5を作製する。なお、前記接着剤は、接着層4として残存する。

0030

強誘電体単結晶基板1を、例えばLN単結晶のXカット板などから構成した場合においては、薄板化した後に周期状分極反転構造2が残存するように、強誘電体単結晶基板1の主面1Aをベース基板3と接着固定させる。一方、LN単結晶のZカット板などから構成した場合においては、周期状分極反転構造2は、基板1の厚さ方向の全体に形成されている。このため、主面1A及び裏面1Bのいずれの側から薄板化を実施しても周期状分極反転構造2が残存するようになるので、主面1A及び裏面1Bのいずれをベース基板3と接着させても良い。

0031

例えば、Zカット基板に周期状分極反転構造を電圧印加法によって形成する場合には、周期状電極パターンを+Z面側に形成し、この+Z面側から分極反転が形成されるため、+Z面側に近いほど反転部分形状精度が高くなる場合が多い。このため、このようにしてZカット基板に周期状分極反転構造を形成した場合は、その+Z面側を接着することが好ましい。

0032

強誘電体単結晶基板1とベース基板3とを貼り合わせるために用いる前記接着剤は、接着・硬化状態において光吸収係数が小さいことが好ましく、特に完成したリッジ型光導波路素子内を導波する光波の吸収ロスを低減すべき、これら光波の波長に対しては吸収係数が小さいことが好ましい。具体的には、1cm−1以下であることが好ましく、さらには0.1cm−1以下であることが好ましい。

0033

また、前記接着剤が接着・硬化して形成された接着層4の厚さの分布を均一にすべく、前記接着剤の粘度は小さい方が好ましく、具体的には100cp以下の粘度であることが好ましい。

0034

前記接着剤としては、加熱硬化タイプ、UV硬化タイプ、及び室温硬化タイプなど公知の接着剤の中で、好ましくは上記条件を満足するものを任意に選択することができる。また、強誘電体単結晶基板1及びベース基板3の反りなどを極力防止すべく、上記公知の接着剤の中でも室温近傍で接着できるものを用いることが好ましい。具体的には、アクリル樹脂エポキシ樹脂シリコーン樹脂及びポリイミド樹脂を例示することができる。

0035

また、接着層4の厚さは0.01μm〜10μmであることが好ましい。接着層4の厚さが0.01μmより小さくなると、最終的に得たリッジ型光導波路素子の光導波路内を所定の光波を伝搬播させた際、前記光波がベース基板3側に漏れ易くなり、光伝搬損失が増加する場合がある。一方、接着層4の厚さが10μmを超えて大きくなると、接着層4自体の厚さ精度が低下し、変動幅が大きくなるため、後の強誘電体単結晶基板1に対する薄板化工程が困難になり、最終的な薄板化された強誘電体単結晶基板1の厚さの変動幅を所定の範囲内に収めることができなくなる。

0036

接着層4の厚さの変動幅は、好ましくは強誘電体単結晶基板1側又はベース基板3側から所定の光を接着層4に照射し、得られた光干渉縞数を制御することによって低減することが好ましい。

0037

図4は、接着層4において得られる光干渉縞の状態の一例を示す図である。接着層4に対して所定の光を導入した場合に得られる干渉縞は、例えば図4(a)あるいは図4(b)に示すような状態を呈する。これら干渉縞においては、地形図における等高線と同様に、前記光の波長との関係から一定の大きさの厚さの相違に起因して一本の干渉縞が形成される。すなわち、干渉縞の数が多いほど接着層4の厚さの変動幅が大きいことを示し、干渉縞の数が小さいほど接着層4の厚さの変動幅が小さいことを示す。

0038

また、厚さの変動は地形図における等高線と同様に、例えば図4(a)においては、地形図の尾根に相当する各干渉縞の凸部を結んで形成された線を矢印で示す方向に辿ると、接着層4の厚さが大きくなる。一方、図4(b)に示す場合においては、上側に配置された島状の部分において接着層4の厚さが大きくなっている。

0039

図5は、本発明において、接着層4の厚さの変動幅が好ましい状態に設定された場合の干渉縞の状態を示す図である。本発明においては、633nmの光を用いた場合において、その干渉縞の数が、例えば図5に示すような状態で2本あるいはそれ以下になっていることが好ましい。633nmの光を用いた場合、接着層の屈折率nが約2であるとすると、図5に示すように2本の干渉縞によって、その間に接着層4の厚さの変動幅が0.15μm存在することになる。

0040

したがって、この場合において前記干渉縞の数を2本以下とすることにより、接着層4の厚さの変動幅を、後に薄板化工程を施すに際して理想的な0.3μm以下に設定することができる。

0041

(光導波路素子アセンブリと基準盤との接着固定)図6は、図3に示す光導波路素子アセンブリ5を基準盤6に接着固定した状態を示す側面図である。図6に示すように、光導波路素子アセンブリ5は所定の接着剤によって基準盤6に接着固定され、前記接着剤は接着層7として残留する。強誘電体単結晶基板1に対して後の薄板化工程を施す際して、光導波路素子アセンブリ5を基準盤6に固定することによって以下のような利点を得る。

0042

光導波路素子アセンブリ5には、強誘電体単結晶基板1とベース基板3とを貼り合せて形成しているため、両者の熱膨脹の程度の相違や接着層に起因した応力などと推定される諸原因によって、0.1μm〜1μm程度の反りが発生する場合がある。この反りは非常に小さいものではあるが、本発明においては0.1μmのオーダでの加工精度が要求されるため、このような微少な反りでも加工精度の低下や歩留まり低下の原因となる場合がある。したがって、図6に示すように、光導波路素子アセンブリ5を基準盤6に固定し、前記微少な反りを極力低減した後に、強誘電体単結晶基板1の薄板化処理を実施することが好ましい。

0043

このような観点から、基準盤6の平面度は1μm以下であることが好ましく、さらには0.3μm以下であることが好ましい。なお、前記「平面度」とは、基準盤6の一平面内、例えば、光導波路素子アセンブリ5と接着固定される平面の、幾何学的に正しい平面からのひらき度合いを意味し、この値が小さいほど平面が平らであることを意味する。

0044

また、基準盤6の平行度は1μm以下であることが好ましく、さらには0.3 μm以下であることが好ましい。基準盤の平行度が1μmを超えて大きくなると、後の強誘電体単結晶基板1に対する薄板化工程において、強誘電体単結晶基板1の加工精度を劣化させてしまう場合がある。なお、前記「平行度」とは、基準盤6の上面と下面との距離の変動幅、すなわち基準盤の厚さの変動幅を意味し、この値が小さいほど基準盤の前記上面と前記下面とが完全な平行に近づくことを意味する。

0045

光導波路素子アセンブリ5と基準盤6とを固定する際に用いる接着剤としては、ホットメルト樹脂を用いることができる。この場合、光導波路素子アセンブリ5において、ベース基板3の、強誘電体単結晶基板1に対する接着面3Aの面積を、強誘電体単結晶基板1の、ベース基板3に対する接着面に相当する主面1Aよりも大きく、具体的には1.1〜2倍とする。すると、ベース基板3の端部が強誘電体単結晶基板1より露出するので、矢印で示すようにベース基板3の端部を押圧することのみよって、接着層7の厚さを調整することができる。

0046

すなわち、接着層7の厚さを調整する際において、強誘電体単結晶基板1を押圧する必要がなくなるので、強誘電体単結晶基板1に割れなどのダメージの発生を防止することができる。したがって、後の薄板化工程に供するための光導波路素子アセンブリ5の精度、及び光導波路素子アセンブリ5と基準盤6との接着固定精度を十分に高く保持することができる。

0047

また、このようなホットメルト樹脂を用いることなく、オプティカルコンタクトによって光導波路素子アセンブリ5と基準盤6とを固定することができる。この場合においては、接着層7は明確な形では残留しない。

0048

(強誘電体単結晶基板の薄板化処理)図7は、薄板化処理によって強誘電体単結晶基板1が薄板化された状態を示す側面図である。図7においては、ベース基板3上において接着層4を介して薄板化された強誘電体単結晶基板11が形成されている。

0049

本発明においては、図6に示すように光導波路素子アセンブリ5と基準盤とを接着固定した後、強誘電体単結晶基板1に対して薄板化処理を施す。この薄板化処理は、研削処理工程とこれに続く研磨処理工程とから構成される。そして、前記研磨処理は、強誘電体単結晶基板1の裏面1B側から実施される。

0050

本発明において、前記研削処理は、粗研削加工処理とこれに続く精密ラップ加工処理とから構成することが好ましい。前記粗研削加工処理は、フライスなどを用いた機械加工処理である。前記研削処理をこのような2段階処理とすることにより、強誘電体単結晶基板1の厚さが比較的厚い場合においても、研磨処理に供するべく所定の厚さまで比較的短時間に、精度良く薄板化することができる。

0051

最終的に得たリッジ型光導波路素子から基本波長820nm、SHG波長410nmのQPM−SHGデバイスを作製する場合、強誘電体単結晶基板1の厚さを最終的には3μmまで薄板化する必要がある。すなわち、図7に示す薄板化された強誘電体単結晶基板11の厚さhを3μmに設定する必要がある。

0052

したがって、この場合においては、前記粗研削加工処理によって強誘電体単結晶基板1を厚さ50μmまで薄くし、その後精密ラップ加工処理によって強誘電体単結晶基板1を厚さ5μmまで薄板化する。その後、研磨処理を施すことによって強誘電体単結晶基板1を厚さ3μmまで薄板化し、厚さhが3μmの薄板化された強誘電体単結晶基板11を得る。

0053

なお、研磨処理によっては強誘電体単結晶基板1を5μmから3μmまで薄板化するが、この研磨処理においては極めて高度な加工精度が要求される。したがって、この研磨処理工程においては、前述したように強誘電体単結晶基板1に所定の光を照射し、この光干渉縞の縞数を制御することによって前記加工精度を向上させることが好ましい。

0054

得られる干渉縞に形態は図4に示すものと同様であり、この場合においても633nmの波長の光を用いた場合、その干渉縞数が2本以下となるようにすることが好ましい。図5に示すように、2本の干渉縞の間隔は0.15μmの厚さの変動幅に相当する。したがって、この干渉縞の数を2本以下とすることにより、最終的に薄板化された強誘電体単結晶基板1の厚さの変動幅を約±0.2μm以内にすることができる。

0055

上述した研磨処理は、好ましくはオスカー型の研磨装置において、好ましくはコロイダルシリカ砥粒を用いて行なうことが好ましい。これによって、上述した高精度の研磨処理を比較的簡易に行なうことができる。また、コロイダルシリカ砥粒の粒径は0.01μm〜0.1μmであることが好ましい。

0056

(リッジ型光導波路の形成)図8及び図9は、上述したようにして薄板化された強誘電体単結晶基板11に対して所定の加工処理を施すことにより、リッジ型の光導波路8を形成した状態を示す図である。図8は、強誘電体単結晶基板1が例えばLN単結晶のXカット板などから構成され、図1に示すような周期状分極反転構造2が形成されている場合を示している。図9は、強誘電体単結晶基板1が例えばLN単結晶のZカット板などから構成され、図2に示すような周期状分極反転構造2が形成されている場合を示している。

0057

なお、図8及び図9においてはリッジ型光導波路8の形態上の特徴を明確にすべく、その大きさなどについては実際のものと異なるようにして描いている。

0058

図8及び図9に示すリッジ型光導波路8は、好ましくは機械切削加工レーザ加工、及びエッチング加工の少なくとも一つを用いて行なう。機械切削加工、例えばダイシング装置などを用いて行なう。レーザ加工はエキシマレーザなどを用いて行なう。エッチング加工は反応性イオンエッチングRIE)などを用いて行なう。

0059

ダイシング処理においては、所定の回転ブレードを薄板化された強誘電体単結晶基板11の両端部に接触させ、例えば回転数1000rpm、及び進行速度0.1mm/secなる条件で加工を行なうことにより、リッジ型光導波路8に相当する部分を残して切削除去する。同様に、レーザ加工においては、所定のエネルギー密度、例えば1J/cm2のレーザ光を薄板化された強誘電体単結晶基板11の両端部に照射し、リッジ型光導波路8に相当する部分を残して蒸発させて除去する。

0060

一方、RIEなどにおける場合は、薄板化された強誘電体単結晶基板11をフッ素ガスなどの所定の雰囲気中に配置し、前記フッ素ガスなどをプラズマ化し、このプラズマ化した反応性イオンガスをリッジ型光導波路8に相当する部分をマスクして強誘電体単結晶基板11に照射する。すると、この反応性イオンガスが強誘電体単結晶基板11の露出した端部と反応し、この部分をエッチング除去し、目的とするリッジ型光導波路素子8を得る。

0061

上述したような基本波長820nm、SHG波長410nmのQPM−SHGデバイスを作製する場合、リッジ型光導波路8のリッジ部分の幅Wは2μm〜10μmであることが好ましく、リッジ部分の高さdは0.5μm〜2.5μmであることが好ましい。

0062

なお、リッジ型光導波路8の形成は、図7に示すように、薄板化された強誘電体単結晶基板11を有する光導波路素子アセンブリ5を基準盤6に固定した状態で行なうこともできるし、基準盤6から取り外した後に行なうこともできる。

0063

また、強誘電体単結晶基板1から両側にはみ出しているベース基板3の部分は、必要に応じて切削除去する。一般に、強誘電体単結晶基板1には、LN単結晶などのウエハが用いられるため、一つのウエハ上に複数のリッジ型光導波路8が形成されることになる。したがって、実際の光導波路素子として使用すべく、リッジ型光導波路単位にチップ切り出す際にベース基板3の余分な部分は切削除去される。ベース基板3の切削除去は、以下に示すようなオーバーコート層を形成する場合、このオーバーコート層を形成した後に、余分なオーバーコート層ごと除去する。

0064

(オーバーコート層の形成)本発明においては、図8及び図9に示すようなリッジ型光導波路8を形成した後、これを覆うようにして図示しないオーバーコート層を形成することが好ましい。これによって、リッジ型光導波路8の外部的な要因による損傷を低減することができる。オーバーコート層は、例えばスパッタリング法蒸着法などを用いて形成したSiO2膜などから構成することができる。また、所定の樹脂材溶剤などに溶解させて溶液を得、これをスピンコート法などを用いて塗布することによって形成することもできる。

0065

(研磨処理及び切断など)上述のようにしてオーバーコート層を形成した後は、必要に応じてリッジ型光導波路8の端面に対して光学的研磨処理を施す。薄板化された強誘電体単結晶基板11上に単一のリッジ型光導波路8が形成されている場合は、この研磨処理を施すことによって最終的なリッジ型光導波路素子を得る。一方、強誘電体単結晶基板1をウエハから構成し、このウエハ上に複数のリッジ型光導波路を形成した場合は、光導波路毎にチップ状に切断することによって目的とするリッジ型光導波路素子を得る。

0066

このようにして得たリッジ型光導波路素子を上述したQPM−SHGデバイスとして用いる場合は、好ましくはリッジ型光導波路の端面にARコート反射防止膜)を形成し、入射及び出射する光の反射率を低減して光の入射効率及び出射効率を向上させる。また、QPM−SHGデバイスの場合、前記ARコートは基本光及びSHG光の2種類の波長の光に対処すべく、2波長ARコートとして行なうことが好ましい。

0067

上述したQPM−SHGデバイスは、半導体レーザを基本光の光源として用いることができ、具体的には波長可変DBRレーザなどを用い、SHGの位相整合波長に一致するようにチューニングすることが望ましい。

0068

以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない範囲において、あらゆる変更や変形が可能である。

発明の効果

0069

以上説明したように、本発明によれば、貼り合わせ型のリッジ型光導波路素子を安定的に供給することのできる新規な製造方法を提供することはできる。

図面の簡単な説明

0070

図1LN単結晶のXカット板からなる強誘電体単結晶基板内に周期状分極反転構造が形成された状態を示す図である。
図2LN単結晶のZカット板からなる強誘電体単結晶基板内に周期状分極反転構造が形成された状態を示す図である。
図3強誘電体単結晶基板とベース基板とを貼り合わせた光導波路素子アセンブリを示す側面図である。
図4接着層4又は強誘電体単結晶基板1において得られる光干渉縞の状態の一例を示す図である。
図5接着層4又は強誘電体単結晶基板1の厚さの変動幅が好ましい状態に設定された場合の干渉縞の状態を示す図である。
図6図3に示す光導波路素子アセンブリ5を基準盤6に接着固定した状態を示す側面図である。
図7薄板化処理によって強誘電体単結晶基板1が薄板化された状態を示す側面図である。
図8薄板化された強誘電体単結晶基板11にリッジ型光導波路8が形成された状態を示す図である。
図9薄板化された強誘電体単結晶基板11にリッジ型光導波路8が形成された状態を示す図である。

--

0071

1強誘電体単結晶基板、2周期状分極反転構造、3ベース基板、4,7接着層、5光導波路素子アセンブリ、8リッジ型光導波路、11薄板化された強誘電体単結晶基板

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