JP4521859B2 - 分極反転形成方法 - Google Patents
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Description
波長変換素子の例としては、以下の特許文献1に示すように、強誘電体LiNbO3などの電気光学効果を有する基板上に周期的な分極反転構造を形成しているものがある。
また、光変調器の例としては、以下の特許文献2に示すように、電気光学効果を有する基板上に光導波路を形成すると共に、該光導波路に係る基板の一部を分極反転させ、チャープ発生の抑制や変調強度の消光比の向上を図るものが提案されている。
特に、電界の印加による分極反転は、分極反転領域を正確に形成できると共に、形成方法が簡便であることなどの理由から、分極反転形成方法として良く利用されている。
これらの方法により、図1の場合には、電極2のパターンに応じた分極反転領域が、また、図2の場合には、マスクパターン5が形成されていない領域に対応した分極反転領域が、各々形成される。
図3(a)は、リッジ構造を有する光学素子を示す斜視図であり、図3(b)は、図3(a)の一点鎖線Aにおける基板の断面図を示す。なお、図面では、光学素子を制御するための電極等は省略されている。
図3では、強誘電体基板1に、光導波路12を形成すると共に、該光導波路12を含む部分にリッジ10が形成されている。さらに、光導波路12の一部に、分極反転領域11を形成する構成を図示している。
その後、基板上の電極20,21を除去すると共に、基板1の表面に形成するリッジの形状に対応して、マスクを形成し、該マスク以外の基板表面を、ドライエッチング、ウエットエッチングなどにより化学的に除去、あるいは、サンドブラストや切削加工などにより機械的に除去することで、リッジ23を形成する(図4(b)参照)。なお、図4以降の図面においては、本発明の説明を容易にするため、図3(b)に相当する基板の断面図では、光導波路が形成される基板領域以外における基板表面の凹凸を省略して記載する。
図5では、リッジ形成後に分極反転を行う場合の方法を図示したものである。
最初に、基板1の表面に光導波路30を形成し(図5(a)参照)、次に、基板1の表面のリッジを形成する領域にマスク部材31を設け、エッチング等によりマスク部材31が形成された領域以外を除去し、リッジ32を形成する。
分極反転後は、電極33,34を除去することにより、図5(e)のように、リッジを有する基板の一部を分極反転したものを得ることができる。
図6では、基板1の表面に分極反転の形成領域以外に絶縁性マスク40を形成し、図2と同様に、電極42及び43により、シール部材41を介して該基板を狭持すると共に、基板1と各電極42,43との間に導電性液体45,46を充填し、電極42,43に高電圧44を印加する。
これにより、絶縁性マスク40が形成されていない領域の基板を分極反転47することが可能となる。分極反転後、絶縁性マスクは剥離される。
そして、絶縁性マスク50が形成されていない領域の基板を分極反転57し、その後、絶縁性マスク50は除去される。
しかも、絶縁性マスクとして一般に広く利用されているレジストマスクを利用する場合には、レジストマスクの抵抗値を高めるため、ハードベーク処理が有効手段となるが、分極反転後のレジストマスク剥離が困難となる上、加熱処理により意図しない微小の分極反転領域(マイクロドメイン)が基板全体に導入され、分極反転領域の制御精度が低下するとともに、波長変換素子や光変調器など分極反転構造を利用したデバイスの動作不良や特性劣化が懸念されることとなる。
これにより、該凸部を含む領域の基板に対しても、正確に分極反転を形成することが可能となる。
本発明の特徴は、強誘電体基板に分極反転を形成する際に、予め基板の表面に、リッジなどの凹凸構造が形成されている場合に、凸部の一部を含む領域の基板を、精度良く分極反転することを可能とする分極反転形成方法を提供するものである。
これにより、分極反転を形成する領域の基板にリッジなどの凸部が形成されている場合でも、該凸部の領域の基板の厚みを、他の領域の基板の厚みと同じ又は、それ以下とすることが可能となるため、分極反転形成時に電圧を印加した場合でも、該凸部の領域において電界の強さが他の領域と同じ又はそれ以上となるため、分極反転領域を精度良く制御することが可能となる。
W<1.0wの場合には、リッジの幅全体に分極反転領域を形成するのが難しくなる。
他方、W>1.0wの場合には、リッジの裾の基板が、リッジの領域より薄くなるため、分極反転形成時の電界が、リッジの領域より、これらの裾でより強くなるため、リッジの裾の領域に優先的に分極反転が形成される。そして、その後、リッジ領域にも分極反転が形成され、分極反転領域をより明確に制御することが可能となる。
ただし、W>1.5wの場合には、リッジの周辺領域に、リッジ領域より基板の薄い領域が形成されることとなるため、これらの周辺領域を中心に分極反転が進行し、リッジ領域だけでなく、リッジの周辺領域の外側にも分極反転が形成される。このため、分極反転領域をリッジ領域のみに精度良く制御することが困難となる。しかしながら、例えば光変調器などの構成上、リッジ周辺領域を含んでより広範囲に分極反転を形成したい場合にはこの限りではない。
また、弗酸系ケミカルエッチングや、ECR,ICP方式などのドライエッチングなどを利用することも可能であり、例えば、弗酸系ケミカルエッチングにおいては、基板裏面上の分極反転領域外をポリイミド系レジストなどで被覆し、弗酸エッチングを行う。
この場合には、基板裏面に凹部が形成され、リッジの領域の基板に掛る電界の強さを高めることが可能となっているため、絶縁性マスクとしても多種多様な材料を利用することが可能となると共に、絶縁性マスクの抵抗率を高めるための熱プロセスも不要となるなど、本発明を利用する利便性が高い。
基板裏面に凹部が形成された状態で、強誘電体基板を各種の用途に利用することも可能であるが、該凹部が局所的に形成されているため、例えば、基板の温度が変化するに伴い、基板にかかる熱応力の分布が不均一となり、強誘電体基板の機械的特性や電気光学的特性が劣化する原因ともなる。また、光変調器などの光学素子に多用されるマイクロ波により、強誘電体基板に電界を印加する場合には、マイクロ波の伝搬特性が、該凹部の存在により変化することも危惧される。
また、図10(b)に示すように、基板裏面の凹部の全部又は一部に、該基板の誘電率または熱膨張率がほぼ等しい材料を充填することにより、基板裏面の凹部の影響を緩和することも可能である。
2 パターン電極
3 裏面電極
4 印加電圧
5 絶縁性マスクパターン
6,7,62,63 電極
8,9,61 シール部材
30 光導波路
32 リッジ
60 凹部
65,66 導電性液体
67 分極反転領域
70 切除部
71 充填部
Claims (3)
- 強誘電体基板と、該基板表面に凹凸構造を形成し、その後、該凸部の一部を含む領域の基板を分極反転する分極反転形成方法において、
分極反転する領域の内、少なくとも該凸部が形成された領域の基板裏面に凹部を形成し、該凹部の深さは、該凹部が形成された基板表面の凸部の高さより大きく、かつ該凹部の幅は、該基板裏面の凹部を形成する領域における基板表面の凸部の幅より広くなるよう設定され、
該基板に分極反転のための電界を液体電極を介して印加することを特徴とする分極反転形成方法。 - 請求項1に記載の分極反転形成方法において、分極反転を形成した後、該基板裏面における該凹部以外の領域の少なくとも一部の基板裏面を除去することを特徴とする分極反転形成方法。
- 請求項1に記載の分極反転形成方法において、分極反転を形成した後、該基板裏面の凹部の全部又は一部に、該基板の誘電率または熱膨張率がほぼ等しい材料を充填することを特徴とする分極反転形成方法。
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