JPH0756039A - プロトン交換導波路作製法 - Google Patents
プロトン交換導波路作製法Info
- Publication number
- JPH0756039A JPH0756039A JP5205937A JP20593793A JPH0756039A JP H0756039 A JPH0756039 A JP H0756039A JP 5205937 A JP5205937 A JP 5205937A JP 20593793 A JP20593793 A JP 20593793A JP H0756039 A JPH0756039 A JP H0756039A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- waveguide
- proton exchange
- substrate
- exchange
- melt
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- 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.)
- Pending
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウム基
板上にプロトン交換導波路を作製する方法において、融
液中のＬｉ濃度を一定に保ち、導波路特性を安定化する
と同時に、交換後の工程で基板が割れない作製法を提供
する。 【構成】 プロトン交換工程において、基板の光導波路
領域を除く表面及び裏面の全領域を、プロトン交換率の
低い材料で被覆する。
板上にプロトン交換導波路を作製する方法において、融
液中のＬｉ濃度を一定に保ち、導波路特性を安定化する
と同時に、交換後の工程で基板が割れない作製法を提供
する。 【構成】 プロトン交換工程において、基板の光導波路
領域を除く表面及び裏面の全領域を、プロトン交換率の
低い材料で被覆する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光計測、光通信に応用
される光導波路デバイスの作製方法に関する。
される光導波路デバイス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
℃で拡散して導波路を得るＴｉ拡散法により作製されて
きた。最近、導波路自体が偏光子機能を有すること、作
製プロセスがＴｉ拡散法に比べて低温であり簡単である
こと等の理由により、プロトン交換法による導波路を用
いることへの要望が高まっている。
う）基板を用いた光集積回路は、金属Ｔｉを約１０００
℃で拡散して導波路を得るＴｉ拡散法により作製されて
きた。最近、導波路自体が偏光子機能を有すること、作
製プロセスがＴｉ拡散法に比べて低温であり簡単である
こと等の理由により、プロトン交換法による導波路を用
いることへの要望が高まっている。
【０００３】プロトン交換は通常安息香酸等の酸の融液
中に基板を浸漬して行う。以下、安息香酸を例に取って
説明する。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（プロトン）が基板
中に侵入する。このプロセスにより交換の起こった領域
は屈折率が増加し導波路としての機能を持つ。光変調
器、光スイッチ等の実用上重要な３次元導波路を作製す
るためには、基板上で交換を起こさせたい領域、即ち導
波路領域のみに窓を開けた構造の交換用マスクで基板表
面を被覆した状態で交換を行う。交換用マスクとしては
金属Ａｌ膜がよく用いられる。この導波路作製方法はＬ
Ｎ、タンタル酸リチウム（以下ＬＴという）のあらゆる
基板方位であるａ−カット，ｂ−カット，ｃ−カット、
に対して有効である。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導波路を作製するためには
通常、交換用マスクに幅６ミクロン程度のストライプ状
の窓を設け、約２００℃の融液中で１時間程度の交換を
行い、その後、約３５０℃で数時間アニールを行う。
中に基板を浸漬して行う。以下、安息香酸を例に取って
説明する。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（プロトン）が基板
中に侵入する。このプロセスにより交換の起こった領域
は屈折率が増加し導波路としての機能を持つ。光変調
器、光スイッチ等の実用上重要な３次元導波路を作製す
るためには、基板上で交換を起こさせたい領域、即ち導
波路領域のみに窓を開けた構造の交換用マスクで基板表
面を被覆した状態で交換を行う。交換用マスクとしては
金属Ａｌ膜がよく用いられる。この導波路作製方法はＬ
Ｎ、タンタル酸リチウム（以下ＬＴという）のあらゆる
基板方位であるａ−カット，ｂ−カット，ｃ−カット、
に対して有効である。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導波路を作製するためには
通常、交換用マスクに幅６ミクロン程度のストライプ状
の窓を設け、約２００℃の融液中で１時間程度の交換を
行い、その後、約３５０℃で数時間アニールを行う。
【０００４】融液として純粋安息香酸を用いるよりも安
息香酸とＬｉ安息香酸の混合物を用いた方が低損失な導
波路が得られる。この理由として、プロトン交換は結晶
構造の変化を引き起こす（Ｊ．Ｌ．Ｊａｃｋｅｌ ａｎ
ｄ Ｃ．Ｅ．Ｒｉｃｅ，ＳＰＩＥ−４６０，ｐｐ４３−
４９，１９８４）が、Ｌｉ添加により交換速度が低下す
る結果として、基板結晶からの構造変化の少ない導波路
が得られるためと考えられている。
息香酸とＬｉ安息香酸の混合物を用いた方が低損失な導
波路が得られる。この理由として、プロトン交換は結晶
構造の変化を引き起こす（Ｊ．Ｌ．Ｊａｃｋｅｌ ａｎ
ｄ Ｃ．Ｅ．Ｒｉｃｅ，ＳＰＩＥ−４６０，ｐｐ４３−
４９，１９８４）が、Ｌｉ添加により交換速度が低下す
る結果として、基板結晶からの構造変化の少ない導波路
が得られるためと考えられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】プロトン交換導波路を
作製する交換工程において、基板の裏面からＬｉイオン
が融液中へ流出し、Ｌｉ濃度が変化する。これによっ
て、融液中のＬｉ濃度は上昇し、交換回数を重ねて行く
と次第に交換速度が遅くなり、初期に設定した一定の交
換時間では十分に交換が行われなくなる。交換量が一定
でなければ、設計どおりの導波路特性を得ることが出来
ないという問題が生ずる。導波路特性として例えば方向
性結合器の完全結合長Ｉｃは、Ｌｉ濃度に最も敏感な変
化を示す。方向性結合器の完全結合長Ｉｃは、一方の導
波路に入射した光波パワーが、干渉により他方の導波路
に完全に移行するに必要な距離であり、導波路の作製条
件、例えば導波路幅、交換温度と交換時間、アニール温
度とアニール時間によっても変化を示す。とくに、Ｉｃ
はプロトン交換量あるいはその空間的分布によって決ま
る導波路からの光波のしみ出し度合によって左右され、
しみ出し度合が大きい程、導波路の結合が強くなり、１
ｃは小さくなる。
作製する交換工程において、基板の裏面からＬｉイオン
が融液中へ流出し、Ｌｉ濃度が変化する。これによっ
て、融液中のＬｉ濃度は上昇し、交換回数を重ねて行く
と次第に交換速度が遅くなり、初期に設定した一定の交
換時間では十分に交換が行われなくなる。交換量が一定
でなければ、設計どおりの導波路特性を得ることが出来
ないという問題が生ずる。導波路特性として例えば方向
性結合器の完全結合長Ｉｃは、Ｌｉ濃度に最も敏感な変
化を示す。方向性結合器の完全結合長Ｉｃは、一方の導
波路に入射した光波パワーが、干渉により他方の導波路
に完全に移行するに必要な距離であり、導波路の作製条
件、例えば導波路幅、交換温度と交換時間、アニール温
度とアニール時間によっても変化を示す。とくに、Ｉｃ
はプロトン交換量あるいはその空間的分布によって決ま
る導波路からの光波のしみ出し度合によって左右され、
しみ出し度合が大きい程、導波路の結合が強くなり、１
ｃは小さくなる。
【０００６】また、表面のみ交換マスクで被覆された状
態でプロトン交換が行なわれるので、裏面と表面でプロ
トン交換の度合いに差異が生じ、その結果プロトン交換
による格子定数変化が基板の表と裏で非対称となり基板
全体に歪が生ずる。この歪により、基板を融液から取り
出す際、あるいはその後のアニール工程において基板割
れが発生し易いという問題がある。
態でプロトン交換が行なわれるので、裏面と表面でプロ
トン交換の度合いに差異が生じ、その結果プロトン交換
による格子定数変化が基板の表と裏で非対称となり基板
全体に歪が生ずる。この歪により、基板を融液から取り
出す際、あるいはその後のアニール工程において基板割
れが発生し易いという問題がある。
【０００７】本発明は、融液中のＬｉ濃度を一定に保
ち、導波路特性を安定にすると同時に、交換後の工程に
おいて基板が割れないプロトン交換導波路の作製法を提
供するものである。
ち、導波路特性を安定にすると同時に、交換後の工程に
おいて基板が割れないプロトン交換導波路の作製法を提
供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板の光導波
路領域を除く表面の領域及び裏面の全領域をプロトン交
換率の低い材料で被覆することを特徴とする。
路領域を除く表面の領域及び裏面の全領域をプロトン交
換率の低い材料で被覆することを特徴とする。
【０００９】
【作用】図１に本発明の導波路作製法の手順を示す。図
１のステップ（Ａ）で裏面全体をＳｉＯ2 膜３によって
被覆する。ステップ（Ｂ）で、リソグラフィーによって
導波路幅のレジストパターンを形成する。ステップ
（Ｃ）で表面にＳｉＯ2 膜３を蒸着する。ステップ
（Ｄ）でレジストパターン２および不要のＳｉＯ2 を除
去し、交換用マスク４を作製する。ステップ（Ｅ）で融
液に浸漬しプロトン交換を行う。ステップ（Ｆ）で表面
および裏面のＳｉＯ2 膜３を除去する。ステップ（Ｇ）
でアニールすることにより、導波路作製工程が終わる。
１のステップ（Ａ）で裏面全体をＳｉＯ2 膜３によって
被覆する。ステップ（Ｂ）で、リソグラフィーによって
導波路幅のレジストパターンを形成する。ステップ
（Ｃ）で表面にＳｉＯ2 膜３を蒸着する。ステップ
（Ｄ）でレジストパターン２および不要のＳｉＯ2 を除
去し、交換用マスク４を作製する。ステップ（Ｅ）で融
液に浸漬しプロトン交換を行う。ステップ（Ｆ）で表面
および裏面のＳｉＯ2 膜３を除去する。ステップ（Ｇ）
でアニールすることにより、導波路作製工程が終わる。
【００１０】本発明では、プロトン交換工程において導
波路基板の表面の光導波路領域を除く大部分のみなら
ず、導波路を形成しない裏面をもプロトン交換率の低い
材料で被覆した後に交換を行う。これによって、裏面の
プロトン交換に伴って起こるＬｉイオンの融液中への流
出が防止でき、その結果交換液中のＬｉ濃度が一定に保
たれ、繰り返し同一の融液を用いても再現性よく導波路
特性を得ることが出来る。裏面からのＬｉイオン流出を
防止するために、裏面全体を、交換マスクとして用いた
のと同一のプロトン交換率の低い材料で被覆すればよ
い。たとえば、金属Ａｌ、誘電体ＳｉＯ2 がプロトン交
換率の低い材料として有効である。
波路基板の表面の光導波路領域を除く大部分のみなら
ず、導波路を形成しない裏面をもプロトン交換率の低い
材料で被覆した後に交換を行う。これによって、裏面の
プロトン交換に伴って起こるＬｉイオンの融液中への流
出が防止でき、その結果交換液中のＬｉ濃度が一定に保
たれ、繰り返し同一の融液を用いても再現性よく導波路
特性を得ることが出来る。裏面からのＬｉイオン流出を
防止するために、裏面全体を、交換マスクとして用いた
のと同一のプロトン交換率の低い材料で被覆すればよ
い。たとえば、金属Ａｌ、誘電体ＳｉＯ2 がプロトン交
換率の低い材料として有効である。
【００１１】
【実施例】以下交換条件と導波路パターンについて述べ
る。図２に示すように、長さ７５ｍｍ厚さ１ｍｍのａ−
カットＬＮ基板１上に幅５ミクロンの導波路からなり、
結合部の導波路間隔５ミクロンの方向性結合器のレジス
トパターン２を形成し、通常のリフトオッフ手法によっ
て交換用マスク４を形成した。これに先立って、Ｌｉイ
オン流出防止を目的としてこの基板の裏面にＳｉＯ2 膜
３を８００ｎｍの厚さで蒸着した。この状態で基板を、
石英容器に入った２００℃の１％Ｌｉ添加の安息香酸に
６０分間浸した。同様に作製した新たなＬＮ基板を、同
一の融液を用いて計５回のプロトン交換を行った。試料
名をそれぞれ＃１，＃２，＃３，＃４，＃５と名付け
た。全ての試料に対して、交換後３５０℃、３時間の空
気中でのアニールを施した。その後基板割れは認められ
なかったので各試料について完全結合長Ｉｃを測定し
た。
る。図２に示すように、長さ７５ｍｍ厚さ１ｍｍのａ−
カットＬＮ基板１上に幅５ミクロンの導波路からなり、
結合部の導波路間隔５ミクロンの方向性結合器のレジス
トパターン２を形成し、通常のリフトオッフ手法によっ
て交換用マスク４を形成した。これに先立って、Ｌｉイ
オン流出防止を目的としてこの基板の裏面にＳｉＯ2 膜
３を８００ｎｍの厚さで蒸着した。この状態で基板を、
石英容器に入った２００℃の１％Ｌｉ添加の安息香酸に
６０分間浸した。同様に作製した新たなＬＮ基板を、同
一の融液を用いて計５回のプロトン交換を行った。試料
名をそれぞれ＃１，＃２，＃３，＃４，＃５と名付け
た。全ての試料に対して、交換後３５０℃、３時間の空
気中でのアニールを施した。その後基板割れは認められ
なかったので各試料について完全結合長Ｉｃを測定し
た。
【００１２】方向性結合器のＩｃの測定は、片方の導波
路に波長０．８３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の比 Ｒ＝ｓｉｎ2 （π
／２Ｌ／Ｉｃ）を求めることによって求めた。ここでＬ
は相互作用長と呼ばれ、実際には各種のＬを有する導波
路を用意した実験から、ａｒｃｓｉｎＲ対Ｌのプロット
によりＩｃが決められる。ここでは試料として基板上
に、Ｌが１ｍｍから２０ｍｍまで０．５ｍｍおきにとっ
た導波路を形成した。
路に波長０．８３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の比 Ｒ＝ｓｉｎ2 （π
／２Ｌ／Ｉｃ）を求めることによって求めた。ここでＬ
は相互作用長と呼ばれ、実際には各種のＬを有する導波
路を用意した実験から、ａｒｃｓｉｎＲ対Ｌのプロット
によりＩｃが決められる。ここでは試料として基板上
に、Ｌが１ｍｍから２０ｍｍまで０．５ｍｍおきにとっ
た導波路を形成した。
【００１３】図３に測定の結果得られた方向性結合器の
Ｉｃを各試料ごとに示す。図から、５回の交換を重ねて
も、Ｉｃはほぼ一定の値が保たれていることが分かる。
また、導波路用基板としてａ−カットＬＮ基板を用い、
融液として安息香酸を用いたが、本発明の方法は、ＬＮ
の他の方位カットを使用した場合、あるいは融液として
他の酸を用いた場合、さらにＬＴ基板を用いた場合にも
同様に有効である。
Ｉｃを各試料ごとに示す。図から、５回の交換を重ねて
も、Ｉｃはほぼ一定の値が保たれていることが分かる。
また、導波路用基板としてａ−カットＬＮ基板を用い、
融液として安息香酸を用いたが、本発明の方法は、ＬＮ
の他の方位カットを使用した場合、あるいは融液として
他の酸を用いた場合、さらにＬＴ基板を用いた場合にも
同様に有効である。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、ＬＮ又はＬＴ基板の表
面に形成されるプロトン交換導波路の導波路特性は融液
中のＬｉ濃度が一定に保たれるので、安定しており、さ
らに交換後の工程における基板割れを防止することがで
きる。
面に形成されるプロトン交換導波路の導波路特性は融液
中のＬｉ濃度が一定に保たれるので、安定しており、さ
らに交換後の工程における基板割れを防止することがで
きる。
【図１】本発明のプロトン交換導波路の作製法の手順を
示す図である。
示す図である。
【図２】方向性結合器の導波路パターンを示す図であ
る。
る。
【図３】本発明により作製した試料について測定した完
全結合長を示す図である。
全結合長を示す図である。
１ 基板 ２ レジストパターン ３ ＳｉＯ2 膜 ４ 交換用マスク（ＳｉＯ2 膜） ５ プロトン交換導波路
Claims (1)
- 【請求項１】 ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウ
ム基板の表面にプロトン交換法により光導波路を作製す
る際の交換工程において、光導波路領域を除く基板の表
面領域及び基板の裏面領域を、プロトン交換率の低い材
料で被覆することを特徴とするプロトン交換導波路作製
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5205937A JPH0756039A (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | プロトン交換導波路作製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5205937A JPH0756039A (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | プロトン交換導波路作製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0756039A true JPH0756039A (ja) | 1995-03-03 |
Family
ID=16515202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5205937A Pending JPH0756039A (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | プロトン交換導波路作製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0756039A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107490824A (zh) * | 2017-09-29 | 2017-12-19 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种高偏振消光比铌酸锂波导及其制作方法 |
| CN120428380A (zh) * | 2025-07-08 | 2025-08-05 | 北京世维通科技股份有限公司 | 一种薄膜铌酸锂的起偏器及其制备方法 |
-
1993
- 1993-08-20 JP JP5205937A patent/JPH0756039A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107490824A (zh) * | 2017-09-29 | 2017-12-19 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种高偏振消光比铌酸锂波导及其制作方法 |
| WO2019061900A1 (zh) * | 2017-09-29 | 2019-04-04 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种高偏振消光比铌酸锂波导及其制作方法 |
| CN120428380A (zh) * | 2025-07-08 | 2025-08-05 | 北京世维通科技股份有限公司 | 一种薄膜铌酸锂的起偏器及其制备方法 |
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