JPH07209534A - 水素交換光導波路素子の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ニオブ酸リチウムあるいはタンタル酸リチウ
ム基板の表面に水素交換法により光導波路を形成し、さ
らに光導波路上にバッファー層を介して電極を設けてな
る光導波路素子を作製する方法において、光導波路と電
極との位置合せが簡単で、位置ズレが生じない作製方法
を提供する。 【構成】 基板の表面にバッファー層、さらにバッファ
ー層上に電極を形成した後、光導波路の幅に等しい間隙
の溝を、バッファー層、電極を貫通して基板の表面まで
形成し、その後水素交換法により基板に光導波路を作製
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光計測、光通信に応用
される光導波路素子の作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ニオブ酸リチウム（以下ＬＮとい
う）基板を用いた光集積回路は、金属Ｔｉを約１０００
度で拡散して導波路を得るＴｉ拡散法により作製してき
た。最近、光導波路素子において、光導波路自体が偏光
子機能を有すること、作製方法がＴｉ拡散法に比べて低
温であること等の理由により、水素交換法による光導波
路の要望が高まっている。

【０００３】水素交換法は通常安息香酸の融液中に基板
を浸漬して行う。ＬＮ基板中のＬｉイオンが融液中に溶
け出し、同時に安息香酸中の水素イオンが基板中に侵入
する。この作製方法により水素交換の起こった領域は屈
折率が基板に比して増加し光導波路としての機能を持
つ。光変調器、光スイッチ等は実用上３次元導波路が必
要とされ、これを作製するためには、基板上で水素交換
を起こさせたい領域、即ち光導波路に対応する領域のみ
に窓を開けた構造の交換用マスクを形成し、基板表面を
被覆した状態で水素交換を行うことが必要となる。交換
用マスクとして金属Ａｌ膜、Ｃｒ膜、あるいは絶縁体Ｓ
ｉＯ₂ がよく知られている。この光導波路作製方法はＬ
Ｎ、タンタル酸リチウム（以下ＬＴという）のあらゆる
基板方位、即ちａ−カット、ｂ−カット、ｃ−カット、
に対して有効であることが知られている。

【０００４】たとえばレーザー光波長１．３ミクロンに
対して単一モードの光導波路を作製するためには通常、
交換マスクに幅６ミクロン程度のストライプ状の窓を設
け、約２００度の融液中で１時間程度の水素交換を行
い、その後、約３５０度で数時間アニールを行えばよい
ことが知られている。水素交換のための融液としては上
記の安息香酸に限られるものではなく、それ以外にピロ
リン酸等他の酸でも可能である。

【０００５】電気光学効果あるいは音響光学効果を用い
る光導波路素子の場合は水素交換光導波路の作製後、外
部から電圧を印加するため電極の装荷が必要である。図
４に示すように、この電極は導波路の両脇に位置する場
合、設計値どおりの駆動電圧および挿入光損失が得られ
るためには、導波路と電極の相対的位置合せが重要であ
る。電極の導波路に対する位置合わせにおいて、導波路
の位置を目視で確認することは極めて困難であるため、
導波路作製に先立って基板上にＴｉ，Ａｕ等の金属物質
を蒸着して合わせマークとし、かつ、導波路形成用フォ
トマスクと電極形成用フォトマスクの双方に合わせマー
クを設け、これらを基板上の合わせマークと合わせるこ
とで導波路と電極の位置合わせが行われる。

【０００６】電極が光導波路の両脇に位置する場合、電
極として用いられる金属材料により、光導波路中を伝搬
する光が吸収され伝搬損失が起こり、とくに電極間の間
隙が光導波路幅と同一あるいは２μｍ程度しか大きくな
い場合は伝搬損失は無視できない。このため通常基板と
電極との間には絶縁体膜からなるバッファー層が設けら
れる。

【０００７】図４を参照しながら従来の水素交換法を用
いた光導波路素子の作製法を説明する。ステップ（Ａ）
において導波路形成用フォトマスクを用いて導波路幅に
相当する幅のレジストパターンを形成する。ステップ
（Ｂ）において交換用マスク材料、例えばＣｒを蒸着
し、ステップ（Ｃ）でレジストと不要なＣｒ膜領域を除
去することにより交換用マスクが形成される。次にステ
ップ（Ｄ）で水素交換を行ない、ステップ（Ｅ）におい
て交換用マスクを除去する。ステップ（Ｆ）でアニール
により水素イオン分布の適正化を行なう。ステップ
（Ｇ）でバッファー層（通常ＳｉＯ₂ 膜）を蒸着する。
ステップ（Ｈ）において電極形成用フォトマスクを用い
てリフトオッフ法ないしエッチング法によりパターン化
された電極を装荷する。この時、導波路と電極との位置
合わせが行われる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の作製法
による導波路と電極の位置合せでは０．４μｍ程度の位
置ズレが生ずる。このため、各光導波路素子ごとに駆動
電圧が異なるという問題があった。また、位置合せに時
間がかるという問題があった。本発明は光導波路と電極
との位置合わせが省略でき、このため簡単で、かつ位置
ズレのない水素交換光導波路の作製方法を提供すること
を目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ニオブ酸リチ
ウム基板又はタンタル酸リチウム基板の表面にバッファ
ー層を形成した後、該バッファー層上に電極を形成し、
次いで、光導波路の幅に等しい間隙の溝を、該バッファ
ー層と該電極を貫通して該基板の表面まで形成した後、
水素交換法により該基板の溝部分に該光導波路を形成す
ることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明においては、水素交換法により基板に光
導波路を形成する前に予め基板の表面にバッファー層お
よび電極を装荷し、これらバッファー層および電極を貫
通して光導波路の幅に等しい溝を形成した後に、バッフ
ァー層および電極を交換マスクとして利用して、光導波
路を形成するので、光導波路と電極との位置合せは必要
がなくなり、また位置ズレも生じない。また、光導波路
を形成する前に電極パターンが形成され、電極パターン
が交換マスクになるので、光導波路と電極との相対的位
置合せが自動的に決まり、このため、光導波路を形成し
た後に電極を位置合せする従来のステップ（Ｈ）が省略
され、光導波路素子の作製が簡単になる。

【００１１】

【実施例】図２に示すように直径３インチのａ−カット
ＬＮ基板上にｂ−軸方向に沿って、３ｍｍおきに伝搬損
失を評価するためのモニター用としての直線導波路と半
波長電圧を評価するためのＹ−分岐導波路とからなる２
０個の導波路素子が形成されるようフォトマスクパター
ンを設計した。以下に、図１を参照しながら本発明によ
る導波路素子の作製方法を説明する。 １）先ず、バッファー層２としてＳｉＯ₂ を２０００Ａ
の厚さに蒸着する（ステップＡ）。 ２）ＬＮ基板上に電極材料としてＣｒ膜を約５０Ａの厚
さ、続いてＡｕ膜を２０００Ａの厚さに蒸着する（ステ
ップＢ）。但しＣｒ膜は、ＳｉＯ₂ バッファー層とＡｕ
膜の接着強度増強のためのバインダーとしての副次的役
割しか持たないため図１では省略している。 ３）感光性のレジスト４を一面に塗布する（ステップ
Ｃ）。 ４）光導波路幅を５μｍとするパターンを持つ導波路形
成用フォトマスクを基板上に密着させて露光を行ない、
その後有機溶剤によって感光された部分のレジスト４を
除去する（ステップＤ）。 ５）基板を王水液（１：３）に浸漬して夫々Ａｕ膜の部
分的除去、塩酸（１：３）によってＣｒ膜の部分的除
去、続いてフッ酸（１：２０）に浸漬してＳｉＯ₂ バッ
ファー層の部分的除去を行なう（ステップＥ）。 ６）Ｌｉ安息香酸１％を含む安息香酸を融液として交換
温度を摂氏２００度、交換時間を６０分として水素交換
を行なうことにより光導波路５が得られる（ステップ
Ｆ）。 ７）アニール温度を摂氏３５０度、アニール時間を３．
５時間として大気中でアニールを行なう（ステップ
Ｇ）。

【００１２】以上に述べたステップ（Ａ）〜（Ｇ）の工
程によって作製した導波路素子は隣り合う導波路素子の
真ん中をダイジングして分割した。基板表面に平行な直
線偏波を持つ波長０．８５ミクロンのレーザー光を入射
し、２本の出力導波路からの出射パワーを計測すること
により挿入損失Ｌを測定した。挿入損失Ｌの値は２．５
ｄＢであり、従来の方法で作製した同一構造の素子の挿
入損失と同程度であった。また、挿入損失Ｌから入力フ
ァイバーと光導波路のモードミスマッチ損失０．７ｄ
Ｂ、空気と光導波路の屈折率差により生ずるブルネル損
失０．６ｄＢを差し引いて導波路長３ｃｍで割ることに
より求めた伝搬損失は０．４ｄＢ／ｃｍであった。図１
に示す本発明の構造と図３に示す従来構造を比較すれ
ば、本発明ではバッファー層が電極間隙に存在しないの
に対して、図３では電極間隙にも存在する。この差異
は、バッファー層の膜厚が充分大きい限り損失には影響
しない。本実施例では、バッファー層を２０００ＡのＳ
ｉＯ₂ 膜としたので伝搬損失は０．４ｄＢ／ｃｍであ
り、従来構造に対して得られている伝搬損失の値０．４
ｄＢ／ｃｍと比較して遜色無いものであった。また、作
製した２０個の光導波路素子で半波長電圧のバラツキは
０．５ボルトであった。

【００１３】実施例では基板としてａ−カットＬＮ基板
を用い、融液としてＬｉ安息香酸によって希釈した安息
香酸を用いたが、他の方位カットしたＬＮ基板を使用し
た場合、あるいは融液として他の酸を用いた場合にも同
様である。

【００１４】図１のステップ（Ｇ）に示した構造では電
極が基板の左右の端まで延びているがこれは本質的な問
題ではない。導波路素子に於て、電極間インピーダンス
の観点から電極幅を１０ミクロン程度の幅に形成する必
要ある場合も多く、このような電極幅を達成する方法と
して、第一の方法として、ステップ（Ｄ）（Ｅ）の段階
で電極間隙以外の領域にもバッファー層及び電極が存在
しない領域を作ればよい。この方法では、導波路以外の
領域にも水素交換領域、ないし導波路領域が生成される
こととなる。しかし、必要な導波路とこの不要な水素交
換領域との間隔が１０ミクロン以上隔たっていれば何ら
機能に悪影響は無い。第二の方法として、一旦ステップ
（Ｇ）進んだ後にエッチングによって除去すればよい。
この第二の方法では位置ズレが生ずる可能性はある。し
かし、最も高精度な位置合せが要求されるのは、電極間
隙部分と導波路の位置関係であり、電極の幅はさほど精
度が要求されない。このように、ステップ（Ｇ）後のエ
ッチングによって導波路幅を調節する方法は光導波路と
電極との自動的位置合せができる。

【００１５】

【発明の効果】本発明の光導波路作製方法によれば、従
来必要であった導波路と電極の精密な位置合わせは全く
不要となり、また、位置ズレもなく作製工程の簡易化が
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水素交換光導波路素子の作製方法を示
す図である。

【図２】本発明により作製される光導波路素子の特性を
評価するための光導波路配置を示す図である。

【図３】従来の電極を持つ光導波路素子の構造を示す図
である。

【図４】従来の水素交換光導波路の作製方法を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 基板 ２ バッファー層 ３ 電極 ４ 感光レジスト ５ 光導波路 ５ａ 直線光導波路 ５ｂ Ｙ−分岐光導波路 ６ ダイシング部分

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ニオブ酸リチウム基板又はタンタル酸リ
   チウム基板の表面にバッファー層を形成した後、該バッ
   ファー層上に電極を形成し、次いで、光導波路の幅に等
   しい間隙の溝を、該バッファー層と該電極を貫通して該
   基板の表面まで形成した後、水素交換法により該基板の
   溝部分に該光導波路を形成することを特徴とする水素交
   換光導波路素子の作製方法。