JPH0574802B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0574802B2 JPH0574802B2 JP60118309A JP11830985A JPH0574802B2 JP H0574802 B2 JPH0574802 B2 JP H0574802B2 JP 60118309 A JP60118309 A JP 60118309A JP 11830985 A JP11830985 A JP 11830985A JP H0574802 B2 JPH0574802 B2 JP H0574802B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- linbo
- refractive index
- phosphoric acid
- index layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はコヒーレント光を利用する光情報処理
分野、あるいは光応用計測制御分野に使用する光
導波路およびマイクロレンズの製造に用いる光素
子形成方法に関するものである。
分野、あるいは光応用計測制御分野に使用する光
導波路およびマイクロレンズの製造に用いる光素
子形成方法に関するものである。
従来の技術
従来、強誘電体基板であるLiNbO3基板にCrま
たはAl膜などを蒸着しフオトプロセスおよびエ
ツチングにより幅数μｍのスリツトを開けたもの
を安息香酸中で熱処理を行い高屈折率層（屈折率
差Δn＝0.13程度）を形成していた。（ジエー・エ
ル・ジヤツケル、シー・イー・ライス及びジエ
ー・ジエー・ベセルカ プロトン イクスチエン
ジ フオア ハイーインデツクス ウエイブガイ
ツ インLiNbO3”、アプライド フイジツクス
レター、41巻、７号、607−608貢（1982年）（J.
L.Jackel、C.E.Rice and J.J.Veselka、Proton
Exchange for High−index Waveguides in
LiNbO3”、Appl.Phys.Lett、Vol41、No.７、
pp607−608（1982）参照）以下光素子として光導
波路形成について説明する。第４図に従来のプロ
トン交換方法を用いた光導波路形成の具体的構成
を示す。１は強誘電体基板であるLiNbO3基板、
２は保護マスクとなるAl膜、３はフオトプロセ
スおよびエツチングにより保護マスク２上に形成
されたスリツトである。上記LiNbO3基板１は安
息香酸４中に浸されている。ちなみに安息香酸４
の解離指数は4.12で融点122℃、沸点248℃であ
る。安息香酸４が入れられた石英ビーカ５はヒー
タ６により熱処理温度Tcが200℃の温度に保たれ
ており安息香酸４はこの温度では液体である。こ
の安息香酸４中でLiNbO3基板１を60分熱処理を
行つた後、メタノールにより洗浄を行う。こうし
て安息香酸４中の水素とLiNbO3基板１中のリチ
ウムが交換し、高屈折率層７が形成される。この
高屈折率層７が0.5μｍ程度の光導波路となる。
たはAl膜などを蒸着しフオトプロセスおよびエ
ツチングにより幅数μｍのスリツトを開けたもの
を安息香酸中で熱処理を行い高屈折率層（屈折率
差Δn＝0.13程度）を形成していた。（ジエー・エ
ル・ジヤツケル、シー・イー・ライス及びジエ
ー・ジエー・ベセルカ プロトン イクスチエン
ジ フオア ハイーインデツクス ウエイブガイ
ツ インLiNbO3”、アプライド フイジツクス
レター、41巻、７号、607−608貢（1982年）（J.
L.Jackel、C.E.Rice and J.J.Veselka、Proton
Exchange for High−index Waveguides in
LiNbO3”、Appl.Phys.Lett、Vol41、No.７、
pp607−608（1982）参照）以下光素子として光導
波路形成について説明する。第４図に従来のプロ
トン交換方法を用いた光導波路形成の具体的構成
を示す。１は強誘電体基板であるLiNbO3基板、
２は保護マスクとなるAl膜、３はフオトプロセ
スおよびエツチングにより保護マスク２上に形成
されたスリツトである。上記LiNbO3基板１は安
息香酸４中に浸されている。ちなみに安息香酸４
の解離指数は4.12で融点122℃、沸点248℃であ
る。安息香酸４が入れられた石英ビーカ５はヒー
タ６により熱処理温度Tcが200℃の温度に保たれ
ており安息香酸４はこの温度では液体である。こ
の安息香酸４中でLiNbO3基板１を60分熱処理を
行つた後、メタノールにより洗浄を行う。こうし
て安息香酸４中の水素とLiNbO3基板１中のリチ
ウムが交換し、高屈折率層７が形成される。この
高屈折率層７が0.5μｍ程度の光導波路となる。
発明が解決しようとする課題
上記のような酸として安息香酸を用いた光素子
形成方法では、安息香酸の解離指数PKaが4.12と
大きく溶液中の水素濃度が低いため屈折率差Δn
を0.13以上大きくするのが困難である。また沸点
が248℃にあるためそれ以上高温にして拡散定数
を高めることが困難となり素子の作製に時間がか
かるなどの問題もあつた。
形成方法では、安息香酸の解離指数PKaが4.12と
大きく溶液中の水素濃度が低いため屈折率差Δn
を0.13以上大きくするのが困難である。また沸点
が248℃にあるためそれ以上高温にして拡散定数
を高めることが困難となり素子の作製に時間がか
かるなどの問題もあつた。
課題を解決するための手段
本発明の光素子形成方法は上記問題点を解決す
るため、リン酸中でLiNbxTa1-xO3（０≦ｘ≦１）
基板に熱処理を行い、前記基板に高屈折率層を形
成するものである。
るため、リン酸中でLiNbxTa1-xO3（０≦ｘ≦１）
基板に熱処理を行い、前記基板に高屈折率層を形
成するものである。
作 用
本発明は上記手段によりリン酸中での熱処理時
において水素濃度が高いため容易に0.13以上の屈
折率差Δnを持つ高屈折率層を形成できる。しか
も高温処理が可能となるため素子の作製時間を大
幅に短縮することができる。
において水素濃度が高いため容易に0.13以上の屈
折率差Δnを持つ高屈折率層を形成できる。しか
も高温処理が可能となるため素子の作製時間を大
幅に短縮することができる。
実施例
本発明の光素子形成方法の第１の実施例を第１
図を用いて説明する。この第１の実施例では光素
子として光導波路の形成について説明する。１は
強誘電体基板であるLiNbO3基板、２はLiNbO3
基板１の＋Ｚ面上に形成された保護マスクとなる
Ti−Au膜でTiの膜厚500Å、Auの膜厚500Åで
ある。３はフオトプロセスおよびエツチングによ
り保護マスク２上に形成されたスリツトである。
上記LiNbO3基板１はリン酸８中に浸されてい
る。
図を用いて説明する。この第１の実施例では光素
子として光導波路の形成について説明する。１は
強誘電体基板であるLiNbO3基板、２はLiNbO3
基板１の＋Ｚ面上に形成された保護マスクとなる
Ti−Au膜でTiの膜厚500Å、Auの膜厚500Åで
ある。３はフオトプロセスおよびエツチングによ
り保護マスク２上に形成されたスリツトである。
上記LiNbO3基板１はリン酸８中に浸されてい
る。
リン酸はオルトリン酸（H3PO4）、ピロリン酸
（H4P2O7）の総称であり、ちなみに215℃以上の
温度ではリン酸８はオルトリン酸（PKa＝2.2）
とピロリン酸（PKa＝1.7）が混在している。リ
ン酸８が入れられた石英ビーカ５は温度コントロ
ーラ付のヒータ６により常にTc＝250℃の温度に
保たれている。LiNbO3基板１を４分間熱処理を
行い引き出した後流水で洗浄を行う。このように
して厚み0.5μｍの高屈折率層７が形成され、この
高屈折率層７が光導波路となる。
（H4P2O7）の総称であり、ちなみに215℃以上の
温度ではリン酸８はオルトリン酸（PKa＝2.2）
とピロリン酸（PKa＝1.7）が混在している。リ
ン酸８が入れられた石英ビーカ５は温度コントロ
ーラ付のヒータ６により常にTc＝250℃の温度に
保たれている。LiNbO3基板１を４分間熱処理を
行い引き出した後流水で洗浄を行う。このように
して厚み0.5μｍの高屈折率層７が形成され、この
高屈折率層７が光導波路となる。
リン酸８は解離指数PKaが２程度と低く、水
素濃度が高いためΔn＝0.14程度の高屈折率層を
形成できる。またリン酸８は水に可溶なためプロ
トン交換後の洗浄も容易である。さらにリン酸４
は安価である。またリン酸４は蒸発が少い上に融
点が室温以下であるので蒸発しても固化して周囲
に付着し作業を妨げることもない。
素濃度が高いためΔn＝0.14程度の高屈折率層を
形成できる。またリン酸８は水に可溶なためプロ
トン交換後の洗浄も容易である。さらにリン酸４
は安価である。またリン酸４は蒸発が少い上に融
点が室温以下であるので蒸発しても固化して周囲
に付着し作業を妨げることもない。
なおLiNbO3１の＋Ｚ面または−Ｚ面は酸によ
る化学損傷を受けにくくプロトン交換を行うには
有利である。
る化学損傷を受けにくくプロトン交換を行うには
有利である。
次に本発明の光素子形成方法の第２の実施例に
ついて第２図を用いて説明する。第２の実施例で
は光素子としてマイクロレンズを形成する方法を
示している。第２図はマイクロレンズ形成工程を
示す断面図で、第１図におけるLiNbO3基板１上
のスリツト３がレンズとなる円形部９に変わつて
いる。第１の実施例と同様にリン酸８中でプロト
ン交換を行う。第３図にプロトン交換時間に対す
るプロトン交換深さの関係を示す。第３図よりＴ
＝280℃の温度では6.3時間の熱処理を行うことに
より10μｍの深さの高屈折率層７が得られる。こ
れに対して10μｍの深さを得るためにはＴ＝230
℃の安息香酸ではほぼ100時間かかり、高温処理
が製造時間の短縮に大いに寄与していることがわ
かる。また同様にフレネルレンズ、グレーテイン
グレンズなどの形成にも使用できる。
ついて第２図を用いて説明する。第２の実施例で
は光素子としてマイクロレンズを形成する方法を
示している。第２図はマイクロレンズ形成工程を
示す断面図で、第１図におけるLiNbO3基板１上
のスリツト３がレンズとなる円形部９に変わつて
いる。第１の実施例と同様にリン酸８中でプロト
ン交換を行う。第３図にプロトン交換時間に対す
るプロトン交換深さの関係を示す。第３図よりＴ
＝280℃の温度では6.3時間の熱処理を行うことに
より10μｍの深さの高屈折率層７が得られる。こ
れに対して10μｍの深さを得るためにはＴ＝230
℃の安息香酸ではほぼ100時間かかり、高温処理
が製造時間の短縮に大いに寄与していることがわ
かる。また同様にフレネルレンズ、グレーテイン
グレンズなどの形成にも使用できる。
なお実施例では強誘電対基板として良質の結晶
が得易いLiNbO3基板を用いたが他にLiTaO3な
ども使用できる。LiTaO3はLiNbO3に比べて拡
散定数が小さいため高温処理が極めて有効とな
る。
が得易いLiNbO3基板を用いたが他にLiTaO3な
ども使用できる。LiTaO3はLiNbO3に比べて拡
散定数が小さいため高温処理が極めて有効とな
る。
また、300℃以上の温度でも液体であるリン酸
を用いることにより蒸気も少なく安定かつ再現性
良く高温でのプロトン交換が行える。また、リン
酸を用いたプロトン交換により高屈折率層（Δn
＝0.14）を化学損傷をほとんど受けずに得ること
ができる。なお、解離指数PKaが１以下の酸で
は化学損傷を起こし易く使用できない。
を用いることにより蒸気も少なく安定かつ再現性
良く高温でのプロトン交換が行える。また、リン
酸を用いたプロトン交換により高屈折率層（Δn
＝0.14）を化学損傷をほとんど受けずに得ること
ができる。なお、解離指数PKaが１以下の酸で
は化学損傷を起こし易く使用できない。
ところで熱処理を行う温度が170℃以下では拡
散定数が低く工業的に問題である。また熱処理を
行う温度が300℃以上では酸の状態が大きく変化
し易く再現性が悪くなる。
散定数が低く工業的に問題である。また熱処理を
行う温度が300℃以上では酸の状態が大きく変化
し易く再現性が悪くなる。
発明の効果
本発明による光素子形成方法のように、リン酸
中でLiNbxTa1-xO3（０≦ｘ≦１）基板を熱処理
し、プロトン交換を行うことでLiNbxTa1-xO3
（０≦ｘ≦１）基板に従来得られなかつた高屈折
率層を形成できる上に、高温処理ができプロトン
交換時間を大幅に短縮できる。
中でLiNbxTa1-xO3（０≦ｘ≦１）基板を熱処理
し、プロトン交換を行うことでLiNbxTa1-xO3
（０≦ｘ≦１）基板に従来得られなかつた高屈折
率層を形成できる上に、高温処理ができプロトン
交換時間を大幅に短縮できる。
第１図は本発明の光素子形成方法の第１の実施
例を説明するための図、第２図は本発明の光素子
形成方法の第２の実施例を用いたマイクロレンズ
形成工程を説明するための図、第３図はプロトン
交換時間に対するプロトン交換深さの関係を示す
図、第４図は従来の光素子形成方法を説明するた
めの図である。 １……LiNbO3、２……保護マスク、３……ス
リツト、７……高屈折率層、８……リン酸。
例を説明するための図、第２図は本発明の光素子
形成方法の第２の実施例を用いたマイクロレンズ
形成工程を説明するための図、第３図はプロトン
交換時間に対するプロトン交換深さの関係を示す
図、第４図は従来の光素子形成方法を説明するた
めの図である。 １……LiNbO3、２……保護マスク、３……ス
リツト、７……高屈折率層、８……リン酸。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ リン酸中でLiNbxTa1-xO3（０≦ｘ≦１）基
板に熱処理を行い、前記基板に高屈折率層を形成
すること特徴とする光素子形成方法。 ２ 熱処理を行う温度Ｔが170℃≦Ｔ≦300℃の範
囲であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の光素子形成方法。 ３ LiNbxTa1-xO3（０≦ｘ≦１）の＋Ｚ面また
は−Ｚ面を用いることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の光素子形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60118309A JPS61275806A (ja) | 1985-05-31 | 1985-05-31 | 光素子形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60118309A JPS61275806A (ja) | 1985-05-31 | 1985-05-31 | 光素子形成方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4097601A Division JP2538161B2 (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 光導波路およびレンズの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61275806A JPS61275806A (ja) | 1986-12-05 |
| JPH0574802B2 true JPH0574802B2 (ja) | 1993-10-19 |
Family
ID=14733487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60118309A Granted JPS61275806A (ja) | 1985-05-31 | 1985-05-31 | 光素子形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61275806A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1324261C (en) * | 1988-05-03 | 1993-11-16 | Jeffrey Bruce Bindell | Proton-exchange method of forming optical waveguides |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS607403A (ja) * | 1983-06-28 | 1985-01-16 | Canon Inc | 薄膜光導波路の作成方法 |
-
1985
- 1985-05-31 JP JP60118309A patent/JPS61275806A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61275806A (ja) | 1986-12-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |