JP2000056344A - 光導波路素子およびその製造方法 - Google Patents
光導波路素子およびその製造方法Info
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- JP2000056344A JP2000056344A JP11029725A JP2972599A JP2000056344A JP 2000056344 A JP2000056344 A JP 2000056344A JP 11029725 A JP11029725 A JP 11029725A JP 2972599 A JP2972599 A JP 2972599A JP 2000056344 A JP2000056344 A JP 2000056344A
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- optical waveguide
- thin film
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、低駆動電圧特性と低伝搬損失特性を
同時に解決できる光導波路素子構造を提供することを目
的とする。 【解決手段】抵抗率０．０５Ω・ｃｍ、吸収係数１７４
のＮｂ０．５％ドープＳｒＴｉＯ３単結晶導電性の下部
電極基板２上へ、膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰＬ
ＺＴバッファ層４を成長させ、次に膜厚１０００ｎｍの
エピタキシャルＰＺＴ薄膜光導波路１を成長させ、さら
に膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴクラッド層
３を成長させ、最後にＰｔプリズム型電極７を形成する
ことによってＥＯ偏向素子が作製される。レーザ光源９
から６３３ｎｍの波長のレーザー・ビームをレンズ１０
でコリメートした後、プリズム５を介してＰＺＴ薄膜光
導波路へ導入し、下部ＮｂドープＳｒＴｉＯ３基板電極
２とＰｔ上部プリズム電極７間に電圧を印加することに
より、導入されたレーザー・ビーム６が偏向される。
同時に解決できる光導波路素子構造を提供することを目
的とする。 【解決手段】抵抗率０．０５Ω・ｃｍ、吸収係数１７４
のＮｂ０．５％ドープＳｒＴｉＯ３単結晶導電性の下部
電極基板２上へ、膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰＬ
ＺＴバッファ層４を成長させ、次に膜厚１０００ｎｍの
エピタキシャルＰＺＴ薄膜光導波路１を成長させ、さら
に膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴクラッド層
３を成長させ、最後にＰｔプリズム型電極７を形成する
ことによってＥＯ偏向素子が作製される。レーザ光源９
から６３３ｎｍの波長のレーザー・ビームをレンズ１０
でコリメートした後、プリズム５を介してＰＺＴ薄膜光
導波路へ導入し、下部ＮｂドープＳｒＴｉＯ３基板電極
２とＰｔ上部プリズム電極７間に電圧を印加することに
より、導入されたレーザー・ビーム６が偏向される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路と、この
光導波路内に入射されたレーザ・ビームを電気光学効果
によって偏向、スイッチング、あるいは変調するための
電極が備えられた光導波路素子及びその製造方法に関す
る。本発明は特に、レーザ・プリンター、デジタル複写
機、ファクシミリ用の光偏向素子、光通信や光コンピュ
ーター用の光スイッチおよび光変調素子、光ディスク用
のピックアップなどを含むオプト・エレクトロニクス全
般に適用可能な光導波路素子に関する。
光導波路内に入射されたレーザ・ビームを電気光学効果
によって偏向、スイッチング、あるいは変調するための
電極が備えられた光導波路素子及びその製造方法に関す
る。本発明は特に、レーザ・プリンター、デジタル複写
機、ファクシミリ用の光偏向素子、光通信や光コンピュ
ーター用の光スイッチおよび光変調素子、光ディスク用
のピックアップなどを含むオプト・エレクトロニクス全
般に適用可能な光導波路素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ・ビーム・プリンター、デジタル
複写機、ファクシミリなどに用いられるレーザ・ビーム
光偏向装置として、気体レーザや半導体レーザからのビ
ームをを偏向するポリゴンミラーと呼ばれる回転多面鏡
と、その回転多面鏡により反射されたレーザ・ビームを
感光体などの結像面上において、等速度直線運動の状態
に集光するｆθレンズとで構成されたものが代表的に用
いられている。このようなポリゴンミラーを用いる光偏
向装置はポリゴンミラーをモーターによって高速回転さ
せるために耐久性に問題があるとともに騒音が発生し、
また光走査速度がモーターの回転数によって制限される
問題がある。
複写機、ファクシミリなどに用いられるレーザ・ビーム
光偏向装置として、気体レーザや半導体レーザからのビ
ームをを偏向するポリゴンミラーと呼ばれる回転多面鏡
と、その回転多面鏡により反射されたレーザ・ビームを
感光体などの結像面上において、等速度直線運動の状態
に集光するｆθレンズとで構成されたものが代表的に用
いられている。このようなポリゴンミラーを用いる光偏
向装置はポリゴンミラーをモーターによって高速回転さ
せるために耐久性に問題があるとともに騒音が発生し、
また光走査速度がモーターの回転数によって制限される
問題がある。
【０００３】一方、固体型のレーザ・ビーム光偏向装置
としては、音響光学効果を利用した光偏向素子があり、
なかでも光導波路型素子が期待されている。この光導波
路素子はポリゴンミラーを用いたレーザ・ビーム光走査
装置の欠点を解決するレーザ・ビーム光走査素子とし
て、プリンターなどへの応用が検討されている。この光
導波路型の光偏向素子は、ＬｉＮｂＯ３やＺｎＯなどよ
りなる光導波路と、この光導波路内にレーザ光ビームを
カップリング（入射）させる手段を有し、さらに光導波
路中の光ビームを音響光学効果により偏向するための表
面弾性波を励起するくし形の電極と偏向された光ビーム
を光導波路中よりアウトプットするための手段が備えら
れたものであり、このほかに必要に応じて薄膜レンズな
どが素子へ付加される。しかしながら、音響光学効果を
利用した光偏向素子は一般に偏向速度限界によるレーザ
偏向速度の上限の問題があり、レーザ・プリンター、デ
ジタル複写機、ファクシミリなどの画像形成装置への応
用には限界が存在する。
としては、音響光学効果を利用した光偏向素子があり、
なかでも光導波路型素子が期待されている。この光導波
路素子はポリゴンミラーを用いたレーザ・ビーム光走査
装置の欠点を解決するレーザ・ビーム光走査素子とし
て、プリンターなどへの応用が検討されている。この光
導波路型の光偏向素子は、ＬｉＮｂＯ３やＺｎＯなどよ
りなる光導波路と、この光導波路内にレーザ光ビームを
カップリング（入射）させる手段を有し、さらに光導波
路中の光ビームを音響光学効果により偏向するための表
面弾性波を励起するくし形の電極と偏向された光ビーム
を光導波路中よりアウトプットするための手段が備えら
れたものであり、このほかに必要に応じて薄膜レンズな
どが素子へ付加される。しかしながら、音響光学効果を
利用した光偏向素子は一般に偏向速度限界によるレーザ
偏向速度の上限の問題があり、レーザ・プリンター、デ
ジタル複写機、ファクシミリなどの画像形成装置への応
用には限界が存在する。
【０００４】これに対して、音響光学効果と比較して変
調速度の速い電気光学効果を有する酸化物強誘電体材料
を用いた、例えば「A.Yariv,Optical Electronics,4th
ed.(New York,Rinehart and Winston,1991)３３６〜３
３９頁」等に解説されたプリズム型光偏向素子が知られ
ている。このような素子としてはセラミックや単結晶を
用いたバルク素子があるが、寸法が大きく、また、駆動
電圧がかなり高いために実用的な偏向角度を得ることが
できなかった。また、Ｔｉ拡散型光導波路やプロトン交
換型光導波路を作製したＬｉＮｂＯ３単結晶ウエハーを
用いてカスケード型にプリズムを配したプリズム型ドメ
イン反転光偏向素子またはプリズム型電極光偏向素子が
「Q.Chen,et al.,J.Lightwave Tech.vol.12(1994)１４
０１頁」（文献１）や特開平１−２４８１４１号公報な
どに示されている。しかし、ＬｉＮｂＯ３単結晶ウエハ
の厚さである０．５ｍｍ程度の電極間隔が必要となるた
めに依然として駆動電圧が高く、上記の文献１では±６
００Ｖの駆動電圧でもわずか０．２度程度の偏向角度し
か得られておらず、実用的な偏向角度を得ることはでき
ないという問題がある。
調速度の速い電気光学効果を有する酸化物強誘電体材料
を用いた、例えば「A.Yariv,Optical Electronics,4th
ed.(New York,Rinehart and Winston,1991)３３６〜３
３９頁」等に解説されたプリズム型光偏向素子が知られ
ている。このような素子としてはセラミックや単結晶を
用いたバルク素子があるが、寸法が大きく、また、駆動
電圧がかなり高いために実用的な偏向角度を得ることが
できなかった。また、Ｔｉ拡散型光導波路やプロトン交
換型光導波路を作製したＬｉＮｂＯ３単結晶ウエハーを
用いてカスケード型にプリズムを配したプリズム型ドメ
イン反転光偏向素子またはプリズム型電極光偏向素子が
「Q.Chen,et al.,J.Lightwave Tech.vol.12(1994)１４
０１頁」（文献１）や特開平１−２４８１４１号公報な
どに示されている。しかし、ＬｉＮｂＯ３単結晶ウエハ
の厚さである０．５ｍｍ程度の電極間隔が必要となるた
めに依然として駆動電圧が高く、上記の文献１では±６
００Ｖの駆動電圧でもわずか０．２度程度の偏向角度し
か得られておらず、実用的な偏向角度を得ることはでき
ないという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】これに対し、本発明者
らは導電性基板上に設けられた電気光学効果を有する酸
化物光導波路と、この光導波路内に光ビームを入射させ
る光源を有し、光導波路上には光導波路よりも小さい屈
折率を有する酸化物電極、あるいは光導波路よりも小さ
い屈折率を有するクラッド層を介して電極が設けられ、
さらに光導波路中の光ビームを電気光学効果によって偏
向するための電極が備えられた薄膜光導波路を用いて駆
動電圧の問題を解決したプリズム型光偏向素子を発明
し、これを特開平９−５７９７号公報に開示した。
らは導電性基板上に設けられた電気光学効果を有する酸
化物光導波路と、この光導波路内に光ビームを入射させ
る光源を有し、光導波路上には光導波路よりも小さい屈
折率を有する酸化物電極、あるいは光導波路よりも小さ
い屈折率を有するクラッド層を介して電極が設けられ、
さらに光導波路中の光ビームを電気光学効果によって偏
向するための電極が備えられた薄膜光導波路を用いて駆
動電圧の問題を解決したプリズム型光偏向素子を発明
し、これを特開平９−５７９７号公報に開示した。
【０００６】しかし、光導波路を伝搬するレーザ光の電
磁界分布は基板への染みだしが起こる。実用的な抵抗率
を有する基板の吸収係数は大きく、多くの場合には染み
だし成分は導電性基板中のキャリアによって強く吸収さ
れるため、薄膜光導波路中の伝搬損失は光導波路自体の
散乱による損失に加えて、吸収により数十ｄＢ／ｃｍと
なり、実用的には不十分であるという問題があった。ま
た、上部電極に酸化物を用いた場合には透明性が十分で
ないためにやはり伝搬損失が増加したり、金属と比べて
微細加工が容易でない場合があるなどの問題があった。
磁界分布は基板への染みだしが起こる。実用的な抵抗率
を有する基板の吸収係数は大きく、多くの場合には染み
だし成分は導電性基板中のキャリアによって強く吸収さ
れるため、薄膜光導波路中の伝搬損失は光導波路自体の
散乱による損失に加えて、吸収により数十ｄＢ／ｃｍと
なり、実用的には不十分であるという問題があった。ま
た、上部電極に酸化物を用いた場合には透明性が十分で
ないためにやはり伝搬損失が増加したり、金属と比べて
微細加工が容易でない場合があるなどの問題があった。
【０００７】一般に、上部電極についてはコプレーナ型
電極配置を有する素子において、光導波路上の金属電極
と光導波路間にはＳｉＯ２によるクラッド層が挿入さ
れ、金属電極への電磁界の染みだしを防ぎ、伝搬光の吸
収を回避する方法がとられている。そこで、それと同様
にクラッド層を導入し、金属電極を用いると金属電極へ
の電磁界の染みだしを防ぎ、伝搬光の吸収を回避するこ
とが可能となるが、電気光学効果を有する酸化物光導波
路材料の比誘電率は数十から数千におよび、ＳｉＯ２の
比誘電率３．９と比べると極めて大きく、さらに、上記
の導電性基板上薄膜光導波路構造においては等価回路と
して直列コンデンサを形成するため、薄膜光導波路にか
かる実効電圧は印加電圧に対して数％以下にしかなら
ず、結局駆動電圧の大幅な増加を招くこととなってしま
う問題があった。また、化合物半導体であるｉ−ＧａＡ
ｓ導波路において、ｉ−ＧａＡｓ導波路とｎ−ＡｌＧａ
Ａｓ下部クラッド層との間にｉ−ＡｌＧａＡｓクラッド
層が挿入され、ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層への電
磁界の染みだしを防ぐことにより、ｎ−ＡｌＧａＡｓ下
部クラッド層のフリー・キャリアによる吸収を回避する
方法が文献(K. Hamamoto, et al., Electron. Lett. Vo
l. 28 (1992) 441)に示されている。しかし、化合物半
導体とは全く異なる材料であり、エピタキシャル成長が
容易ではなく、比誘電率は数十から数千におよぶ電気光
学効果を有する酸化物光導波路において同様の構造を設
ける方法は知られていなかった。一方、シリコン基板上
にスピネル層を形成し、その上にＰＬＺＴバッファ層
と、さらにその上にバッファ層よりも屈折率の大きいＰ
ＬＺＴ光導波路層を設けた構造により低電圧で駆動する
素子を提供する方法が特公平６−７０６９３号公報に示
されている。しかし、スピネル層の比誘電率はＰＬＺＴ
薄膜の２０００近くに達する比誘電率と比較して８程度
と小さいため、スピネル層を１０ｎｍ程度の極薄膜にし
なければ駆動電圧は大幅に増加してしまう問題と、この
ような極薄膜スピネル層の上にＰＬＺＴ薄膜を成長させ
るとＰＬＺＴ薄膜の結晶性の低下やＰｂのＳｉ基板への
拡散などが起こる問題、そしてシリコンの屈折率が３．
４５と大きいため、屈折率が２．６前後であるＰＬＺＴ
によって光導波路層とそれより低い屈折率を有するバッ
ファ層の構造を設けても、屈折率が１．７５であるスピ
ネル層を１０ｎｍより１桁以上厚くしなければ光はシリ
コン基板にリークし、実際にはＰＬＺＴ光導波路層にお
ける光減衰が極めて大きくなってしまう問題とがあっ
た。
電極配置を有する素子において、光導波路上の金属電極
と光導波路間にはＳｉＯ２によるクラッド層が挿入さ
れ、金属電極への電磁界の染みだしを防ぎ、伝搬光の吸
収を回避する方法がとられている。そこで、それと同様
にクラッド層を導入し、金属電極を用いると金属電極へ
の電磁界の染みだしを防ぎ、伝搬光の吸収を回避するこ
とが可能となるが、電気光学効果を有する酸化物光導波
路材料の比誘電率は数十から数千におよび、ＳｉＯ２の
比誘電率３．９と比べると極めて大きく、さらに、上記
の導電性基板上薄膜光導波路構造においては等価回路と
して直列コンデンサを形成するため、薄膜光導波路にか
かる実効電圧は印加電圧に対して数％以下にしかなら
ず、結局駆動電圧の大幅な増加を招くこととなってしま
う問題があった。また、化合物半導体であるｉ−ＧａＡ
ｓ導波路において、ｉ−ＧａＡｓ導波路とｎ−ＡｌＧａ
Ａｓ下部クラッド層との間にｉ−ＡｌＧａＡｓクラッド
層が挿入され、ｎ−ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層への電
磁界の染みだしを防ぐことにより、ｎ−ＡｌＧａＡｓ下
部クラッド層のフリー・キャリアによる吸収を回避する
方法が文献(K. Hamamoto, et al., Electron. Lett. Vo
l. 28 (1992) 441)に示されている。しかし、化合物半
導体とは全く異なる材料であり、エピタキシャル成長が
容易ではなく、比誘電率は数十から数千におよぶ電気光
学効果を有する酸化物光導波路において同様の構造を設
ける方法は知られていなかった。一方、シリコン基板上
にスピネル層を形成し、その上にＰＬＺＴバッファ層
と、さらにその上にバッファ層よりも屈折率の大きいＰ
ＬＺＴ光導波路層を設けた構造により低電圧で駆動する
素子を提供する方法が特公平６−７０６９３号公報に示
されている。しかし、スピネル層の比誘電率はＰＬＺＴ
薄膜の２０００近くに達する比誘電率と比較して８程度
と小さいため、スピネル層を１０ｎｍ程度の極薄膜にし
なければ駆動電圧は大幅に増加してしまう問題と、この
ような極薄膜スピネル層の上にＰＬＺＴ薄膜を成長させ
るとＰＬＺＴ薄膜の結晶性の低下やＰｂのＳｉ基板への
拡散などが起こる問題、そしてシリコンの屈折率が３．
４５と大きいため、屈折率が２．６前後であるＰＬＺＴ
によって光導波路層とそれより低い屈折率を有するバッ
ファ層の構造を設けても、屈折率が１．７５であるスピ
ネル層を１０ｎｍより１桁以上厚くしなければ光はシリ
コン基板にリークし、実際にはＰＬＺＴ光導波路層にお
ける光減衰が極めて大きくなってしまう問題とがあっ
た。
【０００８】このため、本発明者らは導電性基板上に高
誘電率のエピタキシャルまたは単一配向性のバッファ層
を設け、その上にエピタキシャルまたは単一配向性の電
気光学効果を有する酸化物薄膜光導波路を設け、さらに
その上にクラッド層を設け、さらにその上に電極を設け
た構造を発明してこれを特許出願し（特願平９−３０３
４３６号）、低駆動電圧特性と低光伝播損失特性とを両
立することを可能にしたが、基板、バッファ層、光導波
路、クラッド層の各材料の組み合わせによってそれらの
特性が大きく影響し、適切な組み合わせを見出すことが
必要であった。
誘電率のエピタキシャルまたは単一配向性のバッファ層
を設け、その上にエピタキシャルまたは単一配向性の電
気光学効果を有する酸化物薄膜光導波路を設け、さらに
その上にクラッド層を設け、さらにその上に電極を設け
た構造を発明してこれを特許出願し（特願平９−３０３
４３６号）、低駆動電圧特性と低光伝播損失特性とを両
立することを可能にしたが、基板、バッファ層、光導波
路、クラッド層の各材料の組み合わせによってそれらの
特性が大きく影響し、適切な組み合わせを見出すことが
必要であった。
【０００９】本発明の目的は、光導波路素子において、
低駆動電圧特性と低伝搬損失特性を同時に解決できる構
造を提供することにある。また、本発明の目的は、光導
波路素子を各種の偏向素子、スイッチング素子、あるい
は変調素子へ利用可能とすることである。
低駆動電圧特性と低伝搬損失特性を同時に解決できる構
造を提供することにある。また、本発明の目的は、光導
波路素子を各種の偏向素子、スイッチング素子、あるい
は変調素子へ利用可能とすることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、不純物
元素を０．０１重量％から５．０重量％ドープした導電
性または半導電性の下部電極となるＳｒＴｉＯ３単結晶
基板と、単結晶基板表面に設けられたエピタキシャルま
たは単一配向性の酸化物バッファ層と、バッファ層上に
設けられたエピタキシャルまたは単一配向性の電気光学
効果を有する酸化物薄膜光導波路と、薄膜光導波路上に
設けられた酸化物クラッド層と、クラッド層上に設けら
れた導電性薄膜または半導電性薄膜の上部電極とを備え
たことを特徴とする光導波路素子によって達成できる。
また、本発明の光導波路素子は上部電極と下部電極との
間に電圧を印加することにより、光導波路に入射する光
ビームを変調、スイッチング、または偏向することがで
きる。つまり本発明の光導波路素子は、不純物元素を
０．０１重量％から５．０重量％ドープすることによっ
て導電性または半導電性としたＳｒＴｉＯ３単結晶基
板、あるいは不純物元素を０．０５重量％から５．０重
量％ドープすることによって導電性または半導電性とし
たエピタキシャルまたは単一配向性のＳｒＴｉＯ３薄膜
を表面に有する単結晶基板上へ作製されたエピタキシャ
ルまたは単一配向性の高誘電率バッファ層と、さらにそ
の上に作製されたエピタキシャルまたは単一配向性の電
気光学効果を有する光導波路と、この光導波路上にはク
ラッド層と、さらにこのクラッド層上には金属薄膜の上
部電極が設置され、上部電極と下部電極との間に電圧を
印加することにより異なる屈折率をもつ部分を発生させ
てレーザー・ビームを電圧に応じて偏向、スイッチン
グ、または変調する。ここで、単一配向性とは薄膜のＸ
線回折パターンにおいて基板面に平行な特定の結晶面の
強度が他の結晶面の強度に対して１％以下である場合を
指し、エピタキシャルとは単一配向性の薄膜がさらに基
板の面内方向にも単一配向性を有している場合を指す。
元素を０．０１重量％から５．０重量％ドープした導電
性または半導電性の下部電極となるＳｒＴｉＯ３単結晶
基板と、単結晶基板表面に設けられたエピタキシャルま
たは単一配向性の酸化物バッファ層と、バッファ層上に
設けられたエピタキシャルまたは単一配向性の電気光学
効果を有する酸化物薄膜光導波路と、薄膜光導波路上に
設けられた酸化物クラッド層と、クラッド層上に設けら
れた導電性薄膜または半導電性薄膜の上部電極とを備え
たことを特徴とする光導波路素子によって達成できる。
また、本発明の光導波路素子は上部電極と下部電極との
間に電圧を印加することにより、光導波路に入射する光
ビームを変調、スイッチング、または偏向することがで
きる。つまり本発明の光導波路素子は、不純物元素を
０．０１重量％から５．０重量％ドープすることによっ
て導電性または半導電性としたＳｒＴｉＯ３単結晶基
板、あるいは不純物元素を０．０５重量％から５．０重
量％ドープすることによって導電性または半導電性とし
たエピタキシャルまたは単一配向性のＳｒＴｉＯ３薄膜
を表面に有する単結晶基板上へ作製されたエピタキシャ
ルまたは単一配向性の高誘電率バッファ層と、さらにそ
の上に作製されたエピタキシャルまたは単一配向性の電
気光学効果を有する光導波路と、この光導波路上にはク
ラッド層と、さらにこのクラッド層上には金属薄膜の上
部電極が設置され、上部電極と下部電極との間に電圧を
印加することにより異なる屈折率をもつ部分を発生させ
てレーザー・ビームを電圧に応じて偏向、スイッチン
グ、または変調する。ここで、単一配向性とは薄膜のＸ
線回折パターンにおいて基板面に平行な特定の結晶面の
強度が他の結晶面の強度に対して１％以下である場合を
指し、エピタキシャルとは単一配向性の薄膜がさらに基
板の面内方向にも単一配向性を有している場合を指す。
【００１１】本発明の光導波路素子において、下部電極
基板としてドープしたＳｒＴｉＯ３単結晶半導体基板、
あるいはエピタキシャルまたは単一配向性のドープした
ＳｒＴｉＯ３半導体薄膜の不純物ドーパントとして用い
ることが可能な元素は、ＳｒＴｉＯ３のＳｒサイトある
いはＴｉサイトを置換することが可能なイオン半径を有
し、かつＳｒあるいはＴｉと原子価が異なる元素であれ
ば良いが、望ましくはＳｒサイトに対しては酸素イオン
に対して１２配位をとることが可能なＳｃ、Ｌｕ、Ｙ
ｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｙ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｂｉ、Ｇｄ、
Ｎａ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｚｎ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｉ
ｎ、Ｋ、Ｔｌ、Ｒｂ、Ｃｓなど、Ｔｉサイトに対しては
酸素イオンに対して６配位をとることが可能なＡｌ、Ａ
ｓ、Ｖ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｓｂ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔａ、Ｒｈ、
Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｂｉ、Ｒｕ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｓｎ、Ｐ
ｕ、Ｎｐ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｕ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｐａ、Ｈｏ、
Ｙ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｔｌ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｐｍ、Ａ
ｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｔｈ、Ａｃなどが挙げら
れ、さらに望ましくは周期率表のＩＩＩ族の元素である
Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅ
ｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌ
ｕ、Ａｃ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、またはＶ族の元素である
Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐａ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉより選ばれ、
さらに望ましくはＬａまたはＮｂを用いることができ
る。
基板としてドープしたＳｒＴｉＯ３単結晶半導体基板、
あるいはエピタキシャルまたは単一配向性のドープした
ＳｒＴｉＯ３半導体薄膜の不純物ドーパントとして用い
ることが可能な元素は、ＳｒＴｉＯ３のＳｒサイトある
いはＴｉサイトを置換することが可能なイオン半径を有
し、かつＳｒあるいはＴｉと原子価が異なる元素であれ
ば良いが、望ましくはＳｒサイトに対しては酸素イオン
に対して１２配位をとることが可能なＳｃ、Ｌｕ、Ｙ
ｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｙ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｂｉ、Ｇｄ、
Ｎａ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｚｎ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｉ
ｎ、Ｋ、Ｔｌ、Ｒｂ、Ｃｓなど、Ｔｉサイトに対しては
酸素イオンに対して６配位をとることが可能なＡｌ、Ａ
ｓ、Ｖ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｓｂ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔａ、Ｒｈ、
Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｂｉ、Ｒｕ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｓｎ、Ｐ
ｕ、Ｎｐ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｕ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｐａ、Ｈｏ、
Ｙ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｔｌ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｐｍ、Ａ
ｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｔｈ、Ａｃなどが挙げら
れ、さらに望ましくは周期率表のＩＩＩ族の元素である
Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅ
ｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌ
ｕ、Ａｃ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、またはＶ族の元素である
Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｐａ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉより選ばれ、
さらに望ましくはＬａまたはＮｂを用いることができ
る。
【００１２】ドーピングを行ったＳｒＴｉＯ３半導体の
抵抗率としては１０４Ω・ｃｍ以下、望ましくは１０２
Ω・ｃｍ以下がＲＣ時定数、および電圧降下の点から有
効である。このため、不純物ドーパントの量としては
０．０１重量％から５．０重量％ドープ、望ましくは
０．１重量％から１．０重量％ドープが有効である。
０．０１重量％よりも少なくドープしたＳｒＴｉＯ３単
結晶基板は抵抗率を１０４Ω・ｃｍ以下にすることが難
しく、５．０重量％よりも多くドープしたＳｒＴｉＯ ３
単結晶基板を用いることは、結晶性の低下やドーパント
の均一性などの点で困難となる。ＳｒＴｉＯ３半導体の
屈折率は、波長０．６３３ｕｍで２．４０程度、波長
１．３ｕｍで２．３１程度と、３．４５程度の大きな屈
折率を有するシリコン基板などと異なって通常のバッフ
ァ層や光導波路材料よりも屈折率が低いため、基板への
光のリークを阻止するためのバッファ層の膜厚を低減し
易く、低電圧駆動化するために望ましい。
抵抗率としては１０４Ω・ｃｍ以下、望ましくは１０２
Ω・ｃｍ以下がＲＣ時定数、および電圧降下の点から有
効である。このため、不純物ドーパントの量としては
０．０１重量％から５．０重量％ドープ、望ましくは
０．１重量％から１．０重量％ドープが有効である。
０．０１重量％よりも少なくドープしたＳｒＴｉＯ３単
結晶基板は抵抗率を１０４Ω・ｃｍ以下にすることが難
しく、５．０重量％よりも多くドープしたＳｒＴｉＯ ３
単結晶基板を用いることは、結晶性の低下やドーパント
の均一性などの点で困難となる。ＳｒＴｉＯ３半導体の
屈折率は、波長０．６３３ｕｍで２．４０程度、波長
１．３ｕｍで２．３１程度と、３．４５程度の大きな屈
折率を有するシリコン基板などと異なって通常のバッフ
ァ層や光導波路材料よりも屈折率が低いため、基板への
光のリークを阻止するためのバッファ層の膜厚を低減し
易く、低電圧駆動化するために望ましい。
【００１３】基板と光導波路の間に設けた不純物元素を
０．０１重量％から５．０重量％ドープしたエピタキシ
ャルまたは単一配向性のＳｒＴｉＯ３半導体薄膜の基板
として用いることが可能な材料は、ＳｒＴｉＯ３、Ｂａ
ＴｉＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＬａＡｌＯ３、ＺｒＯ２、Ｙ
２Ｏ３８％−ＺｒＯ２、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４などの
酸化物、Ｓｉ、Ｇｅ、ダイアモンドなどの単体半導体、
ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＡｌＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、Ｉ
ｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＡｌＧａＰ、ＡｌＬｎＰ、
ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＡｓＳｂ、ＧａＩｎ
Ａｓ、ＧａＩｎＳｂ、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＡｓＳｂなど
のＩＩＩ−Ｖ系の化合物半導体、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、Ｚ
ｎＴｅ、ＣａＳｅ、Ｃｄｔｅ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、Ｃ
ｄＳなどのＩＩ−ＶＩ系の化合物半導体などを用いるこ
とができるが、ＳｒＴｉＯ３を用いることが上部に配置
する酸化物薄膜光導波路の膜質にとって有利なことが多
い。
０．０１重量％から５．０重量％ドープしたエピタキシ
ャルまたは単一配向性のＳｒＴｉＯ３半導体薄膜の基板
として用いることが可能な材料は、ＳｒＴｉＯ３、Ｂａ
ＴｉＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＬａＡｌＯ３、ＺｒＯ２、Ｙ
２Ｏ３８％−ＺｒＯ２、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４などの
酸化物、Ｓｉ、Ｇｅ、ダイアモンドなどの単体半導体、
ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＡｌＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、Ｉ
ｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＡｌＧａＰ、ＡｌＬｎＰ、
ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＡｓＳｂ、ＧａＩｎ
Ａｓ、ＧａＩｎＳｂ、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＡｓＳｂなど
のＩＩＩ−Ｖ系の化合物半導体、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、Ｚ
ｎＴｅ、ＣａＳｅ、Ｃｄｔｅ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、Ｃ
ｄＳなどのＩＩ−ＶＩ系の化合物半導体などを用いるこ
とができるが、ＳｒＴｉＯ３を用いることが上部に配置
する酸化物薄膜光導波路の膜質にとって有利なことが多
い。
【００１４】バッファ層は望ましくは基板材料よりも大
きい屈折率を有し、また、薄膜光導波路材料よりも小さ
い屈折率を有し、かつバッファ層の比誘電率と前記光導
波路の比誘電率の比が０．００２以上、望ましくはバッ
ファ層の比誘電率と前記光導波路の比誘電率の比が０．
００６以上であり、かつバッファ層の比誘電率が８以上
である材料が選ばれる。また、バッファ層材料は導電性
基板材料と光導波路材料とのエピタキシ関係を保持でき
ることが必要である。このエピタキシ関係を保持できる
条件としては、バッファ層材料が導電性基板材料と光導
波路材料の結晶構造に類似で、格子常数の差が１０％以
下であることが望ましいが、必ずしもこの関係に従わな
くともエピタキシ関係を保持できれば良い。具体的に
は、ＡＢＯ ３型のペロブスカイト型酸化物では、正方
晶、三方晶、斜方晶または擬立方晶系として例えばＳｒ
ＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）ＴｉＯ
３（０＜ｘ＜１．０）、ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ１−ｘＬａ
ｘ（ＺｒｙＴｉ１−ｙ）１−ｘ ／４Ｏ３（０＜ｘ＜０．
３、０＜ｙ＜１．０、ｘおよびｙの値によりＰＺＴ、Ｐ
ＬＴ、ＰＬＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）
Ｏ３、ＫＮｂＯ３など、六方晶系として例えばＬｉＮｂ
Ｏ３、ＬｉＴａＯ３などに代表される強誘電体、タング
ステンブロンズ型酸化物ではＳｒｘＢａ１−ｘＮｂ２Ｏ
６、ＰｂｘＢａ１−ｘＮｂ２Ｏ６など、またこのほか
に、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、Ｐｂ２ＫＮｂ５Ｏ１５、Ｋ３
Ｌｉ２Ｎｂ５Ｏ１５、ＺｎＯさらに以上の置換誘導体よ
り選ばれる。しかし、ドープしたＳｒＴｉＯ３単結晶半
導体基板またはドープしたＳｒＴｉＯ３半導体薄膜に対
して同様のペロブスカイト構造を有し、これらに対する
格子常数の差が小さく、これらの屈折率２．３９９より
も屈折率が大きいＰｂ１−ｘＬａｘ（ＺｒｙＴ
ｉ１−ｙ）１−ｘ／４Ｏ３を用いることが最も望まし
い。バッファ層の膜厚と前記光導波路の膜厚の比は０．
１以上、望ましくは０．５以上であり、かつバッファ層
の膜厚が１０ｎｍ以上であることが有効である。
きい屈折率を有し、また、薄膜光導波路材料よりも小さ
い屈折率を有し、かつバッファ層の比誘電率と前記光導
波路の比誘電率の比が０．００２以上、望ましくはバッ
ファ層の比誘電率と前記光導波路の比誘電率の比が０．
００６以上であり、かつバッファ層の比誘電率が８以上
である材料が選ばれる。また、バッファ層材料は導電性
基板材料と光導波路材料とのエピタキシ関係を保持でき
ることが必要である。このエピタキシ関係を保持できる
条件としては、バッファ層材料が導電性基板材料と光導
波路材料の結晶構造に類似で、格子常数の差が１０％以
下であることが望ましいが、必ずしもこの関係に従わな
くともエピタキシ関係を保持できれば良い。具体的に
は、ＡＢＯ ３型のペロブスカイト型酸化物では、正方
晶、三方晶、斜方晶または擬立方晶系として例えばＳｒ
ＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）ＴｉＯ
３（０＜ｘ＜１．０）、ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ１−ｘＬａ
ｘ（ＺｒｙＴｉ１−ｙ）１−ｘ ／４Ｏ３（０＜ｘ＜０．
３、０＜ｙ＜１．０、ｘおよびｙの値によりＰＺＴ、Ｐ
ＬＴ、ＰＬＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）
Ｏ３、ＫＮｂＯ３など、六方晶系として例えばＬｉＮｂ
Ｏ３、ＬｉＴａＯ３などに代表される強誘電体、タング
ステンブロンズ型酸化物ではＳｒｘＢａ１−ｘＮｂ２Ｏ
６、ＰｂｘＢａ１−ｘＮｂ２Ｏ６など、またこのほか
に、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、Ｐｂ２ＫＮｂ５Ｏ１５、Ｋ３
Ｌｉ２Ｎｂ５Ｏ１５、ＺｎＯさらに以上の置換誘導体よ
り選ばれる。しかし、ドープしたＳｒＴｉＯ３単結晶半
導体基板またはドープしたＳｒＴｉＯ３半導体薄膜に対
して同様のペロブスカイト構造を有し、これらに対する
格子常数の差が小さく、これらの屈折率２．３９９より
も屈折率が大きいＰｂ１−ｘＬａｘ（ＺｒｙＴ
ｉ１−ｙ）１−ｘ／４Ｏ３を用いることが最も望まし
い。バッファ層の膜厚と前記光導波路の膜厚の比は０．
１以上、望ましくは０．５以上であり、かつバッファ層
の膜厚が１０ｎｍ以上であることが有効である。
【００１５】薄膜光導波路材料としては酸化物から選択
され、具体的にはＡＢＯ３型のペロブスカイト型では正
方晶、三方晶、斜方晶または擬立方晶系として例えばＢ
ａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ１−ｘＬａｘ（Ｚｒｙ
Ｔｉ１−ｙ）１−ｘ／４Ｏ３、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ
２／３）Ｏ３、ＫＮｂＯ３など、六方晶系として例えば
ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３などに代表される強誘電
体、タングステンブロンズ型ではＳｒｘＢａ１−ｘＮｂ
２Ｏ６、ＰｂｘＢａ１−ｘＮｂ２Ｏ６など、またこのほ
かに、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、Ｐｂ２ＫＮｂ５Ｏ１５、Ｋ
３Ｌｉ２Ｎｂ５Ｏ１ ５、さらに以上の置換誘導体などよ
り選ばれる。しかし、バッファ層を介すもののドープし
たＳｒＴｉＯ３単結晶半導体基板またはドープしたＳｒ
ＴｉＯ３半導体薄膜に対して同様のペロブスカイト構造
を有し、これらに対する格子常数の差が小さく、これら
の屈折率２．３９９よりも屈折率が大きく、かつ高い電
気光学係数を有するＰｂ１−ｘＬａｘ（ＺｒｙＴｉ
１−ｙ）１−ｘ／４Ｏ３を用いることが最も望ましい。
薄膜光導波路の膜厚は通常０．１μｍから１０μｍの間
に設定されるが、これは目的によって適当に選択するこ
とができる。
され、具体的にはＡＢＯ３型のペロブスカイト型では正
方晶、三方晶、斜方晶または擬立方晶系として例えばＢ
ａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ１−ｘＬａｘ（Ｚｒｙ
Ｔｉ１−ｙ）１−ｘ／４Ｏ３、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ
２／３）Ｏ３、ＫＮｂＯ３など、六方晶系として例えば
ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３などに代表される強誘電
体、タングステンブロンズ型ではＳｒｘＢａ１−ｘＮｂ
２Ｏ６、ＰｂｘＢａ１−ｘＮｂ２Ｏ６など、またこのほ
かに、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、Ｐｂ２ＫＮｂ５Ｏ１５、Ｋ
３Ｌｉ２Ｎｂ５Ｏ１ ５、さらに以上の置換誘導体などよ
り選ばれる。しかし、バッファ層を介すもののドープし
たＳｒＴｉＯ３単結晶半導体基板またはドープしたＳｒ
ＴｉＯ３半導体薄膜に対して同様のペロブスカイト構造
を有し、これらに対する格子常数の差が小さく、これら
の屈折率２．３９９よりも屈折率が大きく、かつ高い電
気光学係数を有するＰｂ１−ｘＬａｘ（ＺｒｙＴｉ
１−ｙ）１−ｘ／４Ｏ３を用いることが最も望ましい。
薄膜光導波路の膜厚は通常０．１μｍから１０μｍの間
に設定されるが、これは目的によって適当に選択するこ
とができる。
【００１６】クラッド層はバッファ層と同様のものを用
いることができる。すなわち、薄膜光導波路材料よりも
小さい屈折率を有し、かつクラッド層の比誘電率と前記
光導波路の比誘電率の比が０．００２以上、望ましくは
クラッド層の比誘電率と前記光導波路の比誘電率の比が
０．００６以上であり、かつクラッド層の比誘電率が８
以上である材料が選ばれる。クラッド層材料については
光導波路に対してエピタキシ関係を保持できることは必
ずしも必要ではなく多結晶薄膜でも良いが、均一な界面
を得る必要がある場合には光導波路材料とのエピタキシ
関係を保持できることが必要である。このエピタキシ関
係を保持できる条件としては、クラッド層材料が薄膜光
導波路材料の結晶構造に類似で、格子常数の差が１０％
以下であることが望ましいが、必ずしもこの関係に従わ
なくともエピタキシ関係を保持できれば良い。具体的に
は、ＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物では、正方
晶、三方晶、斜方晶または擬立方晶系として例えばＳｒ
ＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）ＴｉＯ
３、ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ１−ｘＬａｘ（ＺｒｙＴｉ１
−ｙ）１−ｘ／４Ｏ３、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）
Ｏ３、ＫＮｂＯ３など、六方晶系として例えばＬｉＮｂ
Ｏ３、ＬｉＴａＯ３などに代表される強誘電体、タング
ステンブロンズ型酸化物ではＳｒｘＢａ１−ｘＮｂ２Ｏ
６、ＰｂｘＢａ１ −ｘＮｂ２Ｏ６など、またこのほか
に、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、Ｐｂ２ＫＮｂ５Ｏ １５、Ｋ３
Ｌｉ２Ｎｂ５Ｏ１５、ＺｎＯさらに以上の置換誘導体よ
り選ばれる。しかし、バッファ層および薄膜光導波路を
介すもののドープしたSrTiO３単結晶半導体基板または
ドープしたＳｒＴｉＯ３半導体薄膜に対して同様のペロ
ブスカイト構造を有し、これらに対する格子常数の差が
小さいＰｂ１−ｘＬａｘ（Ｚｒ ｙＴｉ１−ｙ）
１−ｘ／４Ｏ３を用いることが最も望ましい。クラッド
層の膜厚と前記光導波路の膜厚の比は０．１以上、望ま
しくは０．５以上であり、かつクラッド層の膜厚が１０
ｎｍ以上であることが有効である。
いることができる。すなわち、薄膜光導波路材料よりも
小さい屈折率を有し、かつクラッド層の比誘電率と前記
光導波路の比誘電率の比が０．００２以上、望ましくは
クラッド層の比誘電率と前記光導波路の比誘電率の比が
０．００６以上であり、かつクラッド層の比誘電率が８
以上である材料が選ばれる。クラッド層材料については
光導波路に対してエピタキシ関係を保持できることは必
ずしも必要ではなく多結晶薄膜でも良いが、均一な界面
を得る必要がある場合には光導波路材料とのエピタキシ
関係を保持できることが必要である。このエピタキシ関
係を保持できる条件としては、クラッド層材料が薄膜光
導波路材料の結晶構造に類似で、格子常数の差が１０％
以下であることが望ましいが、必ずしもこの関係に従わ
なくともエピタキシ関係を保持できれば良い。具体的に
は、ＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物では、正方
晶、三方晶、斜方晶または擬立方晶系として例えばＳｒ
ＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）ＴｉＯ
３、ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ１−ｘＬａｘ（ＺｒｙＴｉ１
−ｙ）１−ｘ／４Ｏ３、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）
Ｏ３、ＫＮｂＯ３など、六方晶系として例えばＬｉＮｂ
Ｏ３、ＬｉＴａＯ３などに代表される強誘電体、タング
ステンブロンズ型酸化物ではＳｒｘＢａ１−ｘＮｂ２Ｏ
６、ＰｂｘＢａ１ −ｘＮｂ２Ｏ６など、またこのほか
に、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、Ｐｂ２ＫＮｂ５Ｏ １５、Ｋ３
Ｌｉ２Ｎｂ５Ｏ１５、ＺｎＯさらに以上の置換誘導体よ
り選ばれる。しかし、バッファ層および薄膜光導波路を
介すもののドープしたSrTiO３単結晶半導体基板または
ドープしたＳｒＴｉＯ３半導体薄膜に対して同様のペロ
ブスカイト構造を有し、これらに対する格子常数の差が
小さいＰｂ１−ｘＬａｘ（Ｚｒ ｙＴｉ１−ｙ）
１−ｘ／４Ｏ３を用いることが最も望ましい。クラッド
層の膜厚と前記光導波路の膜厚の比は０．１以上、望ま
しくは０．５以上であり、かつクラッド層の膜厚が１０
ｎｍ以上であることが有効である。
【００１７】バッファ層、薄膜光導波路層、クラッド層
の材料の組み合わせとしては上記の条件を満たす各種の
ものが可能であるが、ドープしたＳｒＴｉＯ３単結晶半
導体基板またはドープしたＳｒＴｉＯ３半導体薄膜に対
して同様のペロブスカイト構造を有し、これらに対する
格子常数の差が小さく、これらの屈折率２．３９９より
も屈折率が大きく、かつ高い電気光学係数を有し、組
成、すなわちＰｂ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｔｉの比を変化させる
だけでそれぞれの層として利用可能なＰｂ１−ｘＬａｘ
（ＺｒｙＴｉ１−ｙ）１−ｘ／４Ｏ３を用いることが最
も有効である。
の材料の組み合わせとしては上記の条件を満たす各種の
ものが可能であるが、ドープしたＳｒＴｉＯ３単結晶半
導体基板またはドープしたＳｒＴｉＯ３半導体薄膜に対
して同様のペロブスカイト構造を有し、これらに対する
格子常数の差が小さく、これらの屈折率２．３９９より
も屈折率が大きく、かつ高い電気光学係数を有し、組
成、すなわちＰｂ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｔｉの比を変化させる
だけでそれぞれの層として利用可能なＰｂ１−ｘＬａｘ
（ＺｒｙＴｉ１−ｙ）１−ｘ／４Ｏ３を用いることが最
も有効である。
【００１８】上部電極はＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃ
ｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、
Ａｕなどの各種金属電極や合金、ＡｌドープＺｎＯ、Ｉ
ｎ２Ｏ ３、ＲｕＯ２、ＢａＰｂＯ３、ＳｒＲｕＯ３、Ｙ
Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ、ＳｒＶＯ３、ＬａＮｉＯ３、Ｌ
ａ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３、ＺｎＧａ２Ｏ４、ＣｄＧ
ａ２Ｏ４、ＣｄＧａ２Ｏ４、Ｍｇ２ＴｉＯ４、ＭｇＴｉ
２Ｏ４などの酸化物を用いることが可能であるが、クラ
ッド層を用いるため微細加工が容易な金属を用いること
が望ましい。動作時間に伴って疲労やＤＣドリフトなど
が生じる場合には酸化物を用いることが有効である。
ｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、
Ａｕなどの各種金属電極や合金、ＡｌドープＺｎＯ、Ｉ
ｎ２Ｏ ３、ＲｕＯ２、ＢａＰｂＯ３、ＳｒＲｕＯ３、Ｙ
Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ、ＳｒＶＯ３、ＬａＮｉＯ３、Ｌ
ａ０．５Ｓｒ０．５ＣｏＯ３、ＺｎＧａ２Ｏ４、ＣｄＧ
ａ２Ｏ４、ＣｄＧａ２Ｏ４、Ｍｇ２ＴｉＯ４、ＭｇＴｉ
２Ｏ４などの酸化物を用いることが可能であるが、クラ
ッド層を用いるため微細加工が容易な金属を用いること
が望ましい。動作時間に伴って疲労やＤＣドリフトなど
が生じる場合には酸化物を用いることが有効である。
【００１９】前記のクラッド層、薄膜光導波路、および
バッファ層は電子ビーム蒸着、フラッシュ蒸着、イオン
・プレーティング、Ｒｆ−マグネトロン・スパッタリン
グ、イオン・ビーム・スパッタリング、レーザー・アブ
レーション、ＭＢＥ、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、ＭＯＣ
ＶＤなどより選ばれる気相成長法およびゾルゲル法、Ｍ
ＯＤ法などのウエット・プロセスにより作製された薄膜
の固相成長法によって作製される。このうちゾルゲル法
やＭＯＤ法などのウエット・プロセスにより金属アルコ
キシドや有機金属塩などの金属有機化合物の溶液を基板
に塗布し、さらに焼成することによって前記バッファ層
と前記薄膜光導波路を固相エピタキシャル成長すること
が最も有効である。これらの固相エピタキシャル成長
は、各種気相成長法と比較して設備コストが低く、基板
面内での均一性が良いだけでなく、バッファ層と光導波
路層の構造制御にとって重要な屈折率の制御が、バッフ
ァ層および光導波路層に必用な屈折率を有する薄膜組成
に応じて金属有機化合物前駆体の組成を配合するだけで
容易に、再現性良く実現でき、さらに光伝搬損失も低い
バッファ層と光導波路層の成長が可能である。ゾルゲル
法やＭＯＤ法などを用いた固相エピタキシャル成長にお
いて、有機金属化合物は各種の金属と、有機化合物、望
ましくは常圧での沸点が８０℃以上である有機化合物と
の反応生成物である金属アルコキシドまたは金属塩より
選ばれるがこれに限られるわけではない。金属アルコキ
シド化合物の有機配位子としては、Ｒ１Ｏ−またはＲ２
ＯＲ３Ｏ−より選ばれる（式中、Ｒ１およびＲ２は脂肪
族炭化水素基を表し、Ｒ３はエーテル結合を有してもよ
い２価の脂肪族炭化水素基を表す）。これらの原料は所
定の組成にて望ましくは常圧での沸点が８０℃以上であ
るアルコール類、ジケトン類、ケトン酸類、アルキルエ
ステル類、オキシ酸類、オキシケトン類、及び酢酸など
より選ばれた溶媒と反応され、または溶媒中に溶解され
たのち、基板への塗布をされる。これら有機金属化合物
は加水分解をした後に塗布をすることも可能であるが、
エピタキシャル強誘電体薄膜を得るためには加水分解を
しないことが望ましい。さらに、これらの反応工程は、
乾燥した窒素やアルゴン雰囲気中にて行うことが得られ
る薄膜の品質の点より望ましい。金属アルコキシド化合
物はＲ１ＯＨまたはＲ２ＯＲ３ＯＨで表される有機溶媒
中で蒸留や還流によって合成することができ、Ｒ１およ
びＲ２の脂肪族炭化水素基としては、炭素数１〜４のア
ルキル基が好ましく、Ｒ３は、炭素数２〜４のアルキレ
ン基、炭素数２〜４のアルキレン基がエーテル結合によ
って結合している全炭素数４〜８の２価の基が好まし
い。沸点が８０℃以上である溶媒としては具体的には、
金属アルコキシドのアルコール交換反応が容易な例えば
（ＣＨ３）２ＣＨＯＨ（沸点８２．３℃）、ＣＨ３（Ｃ
２Ｈ５）ＣＨＯＨ（沸点９９．５℃）、（ＣＨ３）２Ｃ
ＨＣＨ２ＯＨ（沸点１０８℃）、Ｃ４Ｈ９ＯＨ（沸点１
１７．７℃）、（ＣＨ３）２ＣＨＣ２Ｈ４ＯＨ（沸点１
３０．５℃）、ＣＨ３ＯＣＨ２ＣＨ２ＯＨ（沸点１２
４．５℃）、Ｃ２Ｈ５ＯＣＨ２ＣＨ２ＯＨ（沸点１３５
℃）、Ｃ４Ｈ９ＯＣＨ２ＣＨ２ＯＨ（沸点１７１℃）な
どのアルコール類が最も望ましが、これらに限定される
ものではなくＣ２Ｈ５ＯＨ（沸点７８．３℃）なども使
用可能である。この溶液を単結晶基板上にスピンコート
法、ディッピング法、スプレー法、スクリーン印刷法、
インクジェット法より選ばれた方法にて塗布する。これ
らの塗布の工程は、乾燥した窒素やアルゴン雰囲気中に
て行うことが得られる薄膜の品質の点より望ましい。こ
の後、必要に応じて、前処理として酸素を含む雰囲気
中、望ましくは酸素中にて、０．１〜１０００℃／秒の
昇温速度、望ましくは１〜１００℃／秒の昇温速度で基
板を加熱し、１００℃〜５００℃、望ましくは２００℃
〜４００℃の結晶化の起こらない温度範囲で塗布層を熱
分解することによりアモルファス状の薄膜を形成する。
さらに、酸素を含む雰囲気中、望ましくは酸素中にて、
１０〜５００℃／秒の昇温速度、望ましくは２０〜１０
０℃／秒の昇温速度で高速加熱し、６５０℃〜１２００
℃、望ましくは７００℃〜９００℃の温度範囲で強誘電
体薄膜を基板表面より固相エピタキシャル成長させる。
このエピタキシャル結晶化においては、上記の温度にて
１秒間から２４時間、望ましくは１０秒間から１２時間
の加熱を行う。これらの酸素雰囲気としては少なくとも
一定時間乾燥した酸素雰囲気を用いることが得られる薄
膜の品質の点より望ましいが、必要に応じて加湿するこ
とも可能である。これらのエピタキシャル結晶化工程に
おいて、一層の膜厚が１０ｎｍから１０００ｎｍ、望ま
しくは膜厚５０ ｎｍから２００ｎｍの強誘電体薄膜層
を単結晶基板上に固相エピタキシャル成長することを一
回以上行う。それぞれのエピタキシャル成長の後には
０．０１〜１００Ｃ／秒の冷却速度で冷却を行なう。
バッファ層は電子ビーム蒸着、フラッシュ蒸着、イオン
・プレーティング、Ｒｆ−マグネトロン・スパッタリン
グ、イオン・ビーム・スパッタリング、レーザー・アブ
レーション、ＭＢＥ、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、ＭＯＣ
ＶＤなどより選ばれる気相成長法およびゾルゲル法、Ｍ
ＯＤ法などのウエット・プロセスにより作製された薄膜
の固相成長法によって作製される。このうちゾルゲル法
やＭＯＤ法などのウエット・プロセスにより金属アルコ
キシドや有機金属塩などの金属有機化合物の溶液を基板
に塗布し、さらに焼成することによって前記バッファ層
と前記薄膜光導波路を固相エピタキシャル成長すること
が最も有効である。これらの固相エピタキシャル成長
は、各種気相成長法と比較して設備コストが低く、基板
面内での均一性が良いだけでなく、バッファ層と光導波
路層の構造制御にとって重要な屈折率の制御が、バッフ
ァ層および光導波路層に必用な屈折率を有する薄膜組成
に応じて金属有機化合物前駆体の組成を配合するだけで
容易に、再現性良く実現でき、さらに光伝搬損失も低い
バッファ層と光導波路層の成長が可能である。ゾルゲル
法やＭＯＤ法などを用いた固相エピタキシャル成長にお
いて、有機金属化合物は各種の金属と、有機化合物、望
ましくは常圧での沸点が８０℃以上である有機化合物と
の反応生成物である金属アルコキシドまたは金属塩より
選ばれるがこれに限られるわけではない。金属アルコキ
シド化合物の有機配位子としては、Ｒ１Ｏ−またはＲ２
ＯＲ３Ｏ−より選ばれる（式中、Ｒ１およびＲ２は脂肪
族炭化水素基を表し、Ｒ３はエーテル結合を有してもよ
い２価の脂肪族炭化水素基を表す）。これらの原料は所
定の組成にて望ましくは常圧での沸点が８０℃以上であ
るアルコール類、ジケトン類、ケトン酸類、アルキルエ
ステル類、オキシ酸類、オキシケトン類、及び酢酸など
より選ばれた溶媒と反応され、または溶媒中に溶解され
たのち、基板への塗布をされる。これら有機金属化合物
は加水分解をした後に塗布をすることも可能であるが、
エピタキシャル強誘電体薄膜を得るためには加水分解を
しないことが望ましい。さらに、これらの反応工程は、
乾燥した窒素やアルゴン雰囲気中にて行うことが得られ
る薄膜の品質の点より望ましい。金属アルコキシド化合
物はＲ１ＯＨまたはＲ２ＯＲ３ＯＨで表される有機溶媒
中で蒸留や還流によって合成することができ、Ｒ１およ
びＲ２の脂肪族炭化水素基としては、炭素数１〜４のア
ルキル基が好ましく、Ｒ３は、炭素数２〜４のアルキレ
ン基、炭素数２〜４のアルキレン基がエーテル結合によ
って結合している全炭素数４〜８の２価の基が好まし
い。沸点が８０℃以上である溶媒としては具体的には、
金属アルコキシドのアルコール交換反応が容易な例えば
（ＣＨ３）２ＣＨＯＨ（沸点８２．３℃）、ＣＨ３（Ｃ
２Ｈ５）ＣＨＯＨ（沸点９９．５℃）、（ＣＨ３）２Ｃ
ＨＣＨ２ＯＨ（沸点１０８℃）、Ｃ４Ｈ９ＯＨ（沸点１
１７．７℃）、（ＣＨ３）２ＣＨＣ２Ｈ４ＯＨ（沸点１
３０．５℃）、ＣＨ３ＯＣＨ２ＣＨ２ＯＨ（沸点１２
４．５℃）、Ｃ２Ｈ５ＯＣＨ２ＣＨ２ＯＨ（沸点１３５
℃）、Ｃ４Ｈ９ＯＣＨ２ＣＨ２ＯＨ（沸点１７１℃）な
どのアルコール類が最も望ましが、これらに限定される
ものではなくＣ２Ｈ５ＯＨ（沸点７８．３℃）なども使
用可能である。この溶液を単結晶基板上にスピンコート
法、ディッピング法、スプレー法、スクリーン印刷法、
インクジェット法より選ばれた方法にて塗布する。これ
らの塗布の工程は、乾燥した窒素やアルゴン雰囲気中に
て行うことが得られる薄膜の品質の点より望ましい。こ
の後、必要に応じて、前処理として酸素を含む雰囲気
中、望ましくは酸素中にて、０．１〜１０００℃／秒の
昇温速度、望ましくは１〜１００℃／秒の昇温速度で基
板を加熱し、１００℃〜５００℃、望ましくは２００℃
〜４００℃の結晶化の起こらない温度範囲で塗布層を熱
分解することによりアモルファス状の薄膜を形成する。
さらに、酸素を含む雰囲気中、望ましくは酸素中にて、
１０〜５００℃／秒の昇温速度、望ましくは２０〜１０
０℃／秒の昇温速度で高速加熱し、６５０℃〜１２００
℃、望ましくは７００℃〜９００℃の温度範囲で強誘電
体薄膜を基板表面より固相エピタキシャル成長させる。
このエピタキシャル結晶化においては、上記の温度にて
１秒間から２４時間、望ましくは１０秒間から１２時間
の加熱を行う。これらの酸素雰囲気としては少なくとも
一定時間乾燥した酸素雰囲気を用いることが得られる薄
膜の品質の点より望ましいが、必要に応じて加湿するこ
とも可能である。これらのエピタキシャル結晶化工程に
おいて、一層の膜厚が１０ｎｍから１０００ｎｍ、望ま
しくは膜厚５０ ｎｍから２００ｎｍの強誘電体薄膜層
を単結晶基板上に固相エピタキシャル成長することを一
回以上行う。それぞれのエピタキシャル成長の後には
０．０１〜１００Ｃ／秒の冷却速度で冷却を行なう。
【００２０】以上の構造を具備する光導波路素子は下部
電極となる導電性または半導電性の基板あるいは薄膜と
上部電極間に電圧を印加することにより異なる屈折率を
もつ部分を発生させてレーザー・ビームを電圧に応じて
偏向、スイッチング、または変調する。そのような素子
はさらに具体的には、プリズム型偏向素子、マッハツェ
ンダ干渉スイッチ、方向性結合スイッチ、全反射型スイ
ッチ、ブラッグ反射型スイッチ、デジタル型スイッチ、
位相変調素子、モード変換素子、波長フィルター素子な
どＥＯ効果を用いるすべての光導波路素子が対象とな
り、本発明よって低駆動電圧特性と低伝搬損失特性を同
時に満足できる光導波路素子が提供される。
電極となる導電性または半導電性の基板あるいは薄膜と
上部電極間に電圧を印加することにより異なる屈折率を
もつ部分を発生させてレーザー・ビームを電圧に応じて
偏向、スイッチング、または変調する。そのような素子
はさらに具体的には、プリズム型偏向素子、マッハツェ
ンダ干渉スイッチ、方向性結合スイッチ、全反射型スイ
ッチ、ブラッグ反射型スイッチ、デジタル型スイッチ、
位相変調素子、モード変換素子、波長フィルター素子な
どＥＯ効果を用いるすべての光導波路素子が対象とな
り、本発明よって低駆動電圧特性と低伝搬損失特性を同
時に満足できる光導波路素子が提供される。
【００２１】次に、本発明の光導波路素子の基本原理に
ついて図１乃至図１３を用いて詳細に説明する。図１は
抵抗率０．０５Ω・ｃｍ、吸収係数α＝１７４を有す
る、ＮｂドープＳｒＴｉＯ３導電性基板（ｎ２＝２．４
０）１２上に６００ｎｍの厚さのＰＺＴ（５２／４８）
薄膜光導波路（ｎ１＝２．５６）１１が設けられ、その
上に媒質１３が設けられた構造における、波長６３３ｎ
ｍでのＴＥ０モードの強度分布の模式図を示す。計算値
は全光強度の３．６％が基板へ染みだすことを示した。
この際、基板１２の光吸収により光導波路１１中の光伝
搬にともない基板１２へ染みだした成分が吸収され、伝
搬損失となる。このとき光導波路表面や光導波路中の粒
界などによる散乱、および光導波路自身の吸収による損
失に加えて、基板吸収によって生じる伝搬損失が生じ
る。この伝搬損失は光導波路の膜厚に依存し、光導波路
膜厚が厚いほうが電界の光導波路中での閉じ込めが強く
なり、基板へ染みだす割合が少なくなるために伝搬損失
は図２に示すように小さくなる。
ついて図１乃至図１３を用いて詳細に説明する。図１は
抵抗率０．０５Ω・ｃｍ、吸収係数α＝１７４を有す
る、ＮｂドープＳｒＴｉＯ３導電性基板（ｎ２＝２．４
０）１２上に６００ｎｍの厚さのＰＺＴ（５２／４８）
薄膜光導波路（ｎ１＝２．５６）１１が設けられ、その
上に媒質１３が設けられた構造における、波長６３３ｎ
ｍでのＴＥ０モードの強度分布の模式図を示す。計算値
は全光強度の３．６％が基板へ染みだすことを示した。
この際、基板１２の光吸収により光導波路１１中の光伝
搬にともない基板１２へ染みだした成分が吸収され、伝
搬損失となる。このとき光導波路表面や光導波路中の粒
界などによる散乱、および光導波路自身の吸収による損
失に加えて、基板吸収によって生じる伝搬損失が生じ
る。この伝搬損失は光導波路の膜厚に依存し、光導波路
膜厚が厚いほうが電界の光導波路中での閉じ込めが強く
なり、基板へ染みだす割合が少なくなるために伝搬損失
は図２に示すように小さくなる。
【００２２】しかし、この染みだしている領域の厚さ分
を図３および表１に示すように吸収の少ないノンドープ
ＳｒＴｉＯ３バッファ層１４で置き換えればＮｂドープ
ＳｒＴｉＯ３導電性基板１２による吸収はなくなり、伝
搬損失の低減が可能となる。
を図３および表１に示すように吸収の少ないノンドープ
ＳｒＴｉＯ３バッファ層１４で置き換えればＮｂドープ
ＳｒＴｉＯ３導電性基板１２による吸収はなくなり、伝
搬損失の低減が可能となる。
【００２３】
【表１】
【００２４】バッファ層１４がこのように薄膜光導波路
１１と導電性基板１２の隔離層として機能するために
は、一般に、バッファ層材料の屈折率が薄膜光導波路材
料の屈折率よりも小さいことが必要である。また、光導
波路表面や光導波路中の粒界などによる散乱に起因する
光伝播損失を実用レベルに低減するためには、バッファ
層材料は導電性基板材料と光導波路材料とのエピタキシ
関係を保持できることが必要である。このエピタキシ関
係を保持できる条件としては、バッファ層材料が導電性
基板材料と光導波路材料の結晶構造に類似で、格子常数
の差が１０％以下であることが望ましいが、必ずしもこ
の関係に従わなくともエピタキシ関係を保持できる場合
がある。また、光導波路材料は高い電気光学係数を有す
ることが望ましく、導電性基板材料は低い抵抗率を有す
ることが望ましい。
１１と導電性基板１２の隔離層として機能するために
は、一般に、バッファ層材料の屈折率が薄膜光導波路材
料の屈折率よりも小さいことが必要である。また、光導
波路表面や光導波路中の粒界などによる散乱に起因する
光伝播損失を実用レベルに低減するためには、バッファ
層材料は導電性基板材料と光導波路材料とのエピタキシ
関係を保持できることが必要である。このエピタキシ関
係を保持できる条件としては、バッファ層材料が導電性
基板材料と光導波路材料の結晶構造に類似で、格子常数
の差が１０％以下であることが望ましいが、必ずしもこ
の関係に従わなくともエピタキシ関係を保持できる場合
がある。また、光導波路材料は高い電気光学係数を有す
ることが望ましく、導電性基板材料は低い抵抗率を有す
ることが望ましい。
【００２５】このような関係を満たすバッファ層材料お
よび光導波路材料と導電性基板材料の組み合わせとして
は、バッファ層材料および光導波路材料としてＰｂ
１−ｘＬａｘ（ＺｒｙＴｉ１−ｙ）１−ｘ／４Ｏ３、基
板としては不純物元素をドープすることによって導電性
または半導電性としたＳｒＴｉＯ３単結晶基板が最も適
切であることが数多くの材料の鋭意検討によってわかっ
た。ＳｒＴｉＯ３は電気光学効果を有する酸化物材料で
あるぺロブスカイト構造を有し、不純物のドープによっ
て半導体化し、さらに良好な単結晶を作製することが可
能な材料である。Ｐｂ１−ｘＬａｘ（ＺｒｙＴ
ｉ１−ｙ）１−ｘ／４Ｏ３は不純物をドープしたＳｒＴ
ｉＯ３単結晶半導体基板またはドープしたＳｒＴｉＯ３
半導体薄膜に対して同様のペロブスカイト構造を有し、
これらに対する格子常数の差が小さく、これらの屈折率
２．３９９よりも屈折率が大きく、かつ高い電気光学係
数を有する材料である。不純物ドープＳｒＴｉＯ３導電
性基板と例えばＰＺＴ（５２／４８）の格子常数の差は
３％と極めて小さい。
よび光導波路材料と導電性基板材料の組み合わせとして
は、バッファ層材料および光導波路材料としてＰｂ
１−ｘＬａｘ（ＺｒｙＴｉ１−ｙ）１−ｘ／４Ｏ３、基
板としては不純物元素をドープすることによって導電性
または半導電性としたＳｒＴｉＯ３単結晶基板が最も適
切であることが数多くの材料の鋭意検討によってわかっ
た。ＳｒＴｉＯ３は電気光学効果を有する酸化物材料で
あるぺロブスカイト構造を有し、不純物のドープによっ
て半導体化し、さらに良好な単結晶を作製することが可
能な材料である。Ｐｂ１−ｘＬａｘ（ＺｒｙＴ
ｉ１−ｙ）１−ｘ／４Ｏ３は不純物をドープしたＳｒＴ
ｉＯ３単結晶半導体基板またはドープしたＳｒＴｉＯ３
半導体薄膜に対して同様のペロブスカイト構造を有し、
これらに対する格子常数の差が小さく、これらの屈折率
２．３９９よりも屈折率が大きく、かつ高い電気光学係
数を有する材料である。不純物ドープＳｒＴｉＯ３導電
性基板と例えばＰＺＴ（５２／４８）の格子常数の差は
３％と極めて小さい。
【００２６】上記の構造（表１）におけるバッファ層膜
厚と基板吸収による伝搬損失の関係を図４に示す。バッ
ファ層膜厚ゼロすなわちバッファ層がない場合伝搬損失
は６２．９ｄＢ／ｃｍにもなるが、膜厚３００ｎｍの膜
厚のバッファ層を挿入すると伝搬損失はわずか０．６ｄ
Ｂ／ｃｍにまで低減できる。また、図５には各波長にお
けるＰＺＴ（５２／４８）薄膜光導波路／ノンドープＳ
ｒＴｉＯ３バッファ層／ＮｂドープＳｒＴｉＯ３基板構
造における、基板吸収による伝搬損失が１ｄＢ／ｃｍと
なる光導波路膜厚とバッファ層膜厚の関係を示す。一般
に、波長が長いほうが屈折率の波長分散による低下と実
効屈折率の低下とにより電界の光導波路中での閉じ込め
が弱くなり、基板への染みだしが多くなるが、この図５
の例の様にバッファ層の膜厚を適切に選択することによ
って伝搬損失を小さくすることができる。バッファ層と
光導波路の膜厚比は伝搬損失を１ｄＢ／ｃｍ以下に低減
するために少なくとも０．１以上が必要である。また、
ＴＥ０のシングルモードでの動作を前提とする際には
０．５以上とすることが適切である。バッファ層と光導
波路の膜厚比の上限としては、光導波路のＴＥ０モード
のカットオフ膜厚において最大となり、一般に１０程度
となる。
厚と基板吸収による伝搬損失の関係を図４に示す。バッ
ファ層膜厚ゼロすなわちバッファ層がない場合伝搬損失
は６２．９ｄＢ／ｃｍにもなるが、膜厚３００ｎｍの膜
厚のバッファ層を挿入すると伝搬損失はわずか０．６ｄ
Ｂ／ｃｍにまで低減できる。また、図５には各波長にお
けるＰＺＴ（５２／４８）薄膜光導波路／ノンドープＳ
ｒＴｉＯ３バッファ層／ＮｂドープＳｒＴｉＯ３基板構
造における、基板吸収による伝搬損失が１ｄＢ／ｃｍと
なる光導波路膜厚とバッファ層膜厚の関係を示す。一般
に、波長が長いほうが屈折率の波長分散による低下と実
効屈折率の低下とにより電界の光導波路中での閉じ込め
が弱くなり、基板への染みだしが多くなるが、この図５
の例の様にバッファ層の膜厚を適切に選択することによ
って伝搬損失を小さくすることができる。バッファ層と
光導波路の膜厚比は伝搬損失を１ｄＢ／ｃｍ以下に低減
するために少なくとも０．１以上が必要である。また、
ＴＥ０のシングルモードでの動作を前提とする際には
０．５以上とすることが適切である。バッファ層と光導
波路の膜厚比の上限としては、光導波路のＴＥ０モード
のカットオフ膜厚において最大となり、一般に１０程度
となる。
【００２７】次に、図６はＮｂドープＳｒＴｉＯ３透明
導電性基板（ｎ２＝２．４０）１２上に６００ｎｍの厚
さのＰＺＴ（５２／４８）薄膜光導波路（ｎ１＝２．５
６）１１が設けられ、さらにその上に上部Ａｌ電極１７
が設けられた構造における、波長６３３ｎｍにおけるＴ
Ｅ０モードの強度分布の模式図を示す。この際、薄膜光
導波路中の光の振動数がＡｌ電極のプラズマ振動数を越
えると、光伝搬にともないＡｌ電極中へ染みだした成分
がＡｌ中のキャリアによって強く吸収され、伝搬損失と
なる。このとき光導波路表面や光導波路中の粒界などに
よる散乱、および光導波路自身の吸収による損失に加え
て、金属電極吸収によって生じる伝搬損失は光導波路の
膜厚に依存し、光導波路膜厚が厚いほうが電界の光導波
路中での閉じ込めが強くなり、基板へ染みだす割合が少
なくなるために伝搬損失は図７に示すように小さくな
る。
導電性基板（ｎ２＝２．４０）１２上に６００ｎｍの厚
さのＰＺＴ（５２／４８）薄膜光導波路（ｎ１＝２．５
６）１１が設けられ、さらにその上に上部Ａｌ電極１７
が設けられた構造における、波長６３３ｎｍにおけるＴ
Ｅ０モードの強度分布の模式図を示す。この際、薄膜光
導波路中の光の振動数がＡｌ電極のプラズマ振動数を越
えると、光伝搬にともないＡｌ電極中へ染みだした成分
がＡｌ中のキャリアによって強く吸収され、伝搬損失と
なる。このとき光導波路表面や光導波路中の粒界などに
よる散乱、および光導波路自身の吸収による損失に加え
て、金属電極吸収によって生じる伝搬損失は光導波路の
膜厚に依存し、光導波路膜厚が厚いほうが電界の光導波
路中での閉じ込めが強くなり、基板へ染みだす割合が少
なくなるために伝搬損失は図７に示すように小さくな
る。
【００２８】しかし、この染みだしの起こる領域を図８
および表２のように吸収の小さいＳｒＴｉＯ３クラッド
層１３で置き換えれば上部Ａｌ電極１７による吸収はな
くなり、伝搬損失の低減が可能となる。クラッド層１３
がこのように薄膜光導波路１１と金属電極１７の隔離層
として機能するためには、一般に、クラッド層材料の屈
折率が薄膜光導波路材料の屈折率よりも小さいことが必
要である。
および表２のように吸収の小さいＳｒＴｉＯ３クラッド
層１３で置き換えれば上部Ａｌ電極１７による吸収はな
くなり、伝搬損失の低減が可能となる。クラッド層１３
がこのように薄膜光導波路１１と金属電極１７の隔離層
として機能するためには、一般に、クラッド層材料の屈
折率が薄膜光導波路材料の屈折率よりも小さいことが必
要である。
【００２９】
【表２】
【００３０】一方、導電性基板と薄膜光導波路の間にバ
ッファ層が存在すると、上下電極間に印加した電圧は薄
膜光導波路とバッファ層のそれぞれの容量に従って分配
され、薄膜光導波路に印加できる実効電圧は低下する。
図９は等価回路であり、薄膜光導波路１１の容量Ｃｗと
バッファ層１４の容量Ｃｂからなる直列回路で表され、
容量の関係は次のようになる。
ッファ層が存在すると、上下電極間に印加した電圧は薄
膜光導波路とバッファ層のそれぞれの容量に従って分配
され、薄膜光導波路に印加できる実効電圧は低下する。
図９は等価回路であり、薄膜光導波路１１の容量Ｃｗと
バッファ層１４の容量Ｃｂからなる直列回路で表され、
容量の関係は次のようになる。
【００３１】 １／Ｃ０＝１／Ｃｗ＋１／Ｃｂ＝（Ｃｗ＋Ｃｂ）／（Ｃｗ・Ｃｂ） ・・・ ［１］ または、薄膜光導波路の比誘電率をεｗ、膜厚をｄｗ、
バッファ層の比誘電率をεｂ、膜厚をｄｂ、ε０を真空
の誘電率で８．８５４×１０−１４（Ｆ／ｃｍ）、Ｓを
電極面積とすると次式のようになる。
バッファ層の比誘電率をεｂ、膜厚をｄｂ、ε０を真空
の誘電率で８．８５４×１０−１４（Ｆ／ｃｍ）、Ｓを
電極面積とすると次式のようになる。
【００３２】 １／Ｃ０＝１／Ｃｗ＋１／Ｃｂ＝（εｗｄｂ＋εｂｄｗ）／（ε０εｗεｂ・Ｓ ） ・・・［１’］ 電荷は同じなので、 Ｑ＝Ｃ０Ｖ０＝ＣｗＶｗ ・・・［２］ （Ｃｗ・Ｃｂ）／（Ｃｗ＋Ｃｂ）×Ｖ０＝ＣｗＶｗ ・・・［３］ 従って、薄膜光導波路に印加される実効電圧は、薄膜光
導波路の比誘電率をε ｗ、膜厚をｄｗ、バッファ層の比
誘電率をεｂ、膜厚をｄｂとすると次式のようになる。 Ｖｗ＝Ｃｂ／（Ｃｗ＋Ｃｂ）×Ｖ０＝εｂｄｗ／（εｗｄｂ＋εｂｄｗ）×Ｖ０ ・・・［４］
導波路の比誘電率をε ｗ、膜厚をｄｗ、バッファ層の比
誘電率をεｂ、膜厚をｄｂとすると次式のようになる。 Ｖｗ＝Ｃｂ／（Ｃｗ＋Ｃｂ）×Ｖ０＝εｂｄｗ／（εｗｄｂ＋εｂｄｗ）×Ｖ０ ・・・［４］
【００３３】先の、ＮｂドープＳｒＴｉＯ３基板上（ε
ｓ＝３００）に６００ｎｍの厚さのＰＺＴ薄膜光導波路
（εｗ＝９００）が設けられた場合に、基板と同じ屈折
率と比誘電率を有する３００ｎｍの厚さのＳｒＴｉＯ３
バッファ層（εｂ＝３００）を設けた場合には、 Ｖｗ＝εｂｄｗ／（εｗｄｂ＋εｂｄｗ）×Ｖ０＝３０
０×６００／（９００×３００＋３００×６００）×Ｖ
０＝０．４０×Ｖ０ と印加電圧の４０％を実効電圧として光導波路に印加可
能となる。
ｓ＝３００）に６００ｎｍの厚さのＰＺＴ薄膜光導波路
（εｗ＝９００）が設けられた場合に、基板と同じ屈折
率と比誘電率を有する３００ｎｍの厚さのＳｒＴｉＯ３
バッファ層（εｂ＝３００）を設けた場合には、 Ｖｗ＝εｂｄｗ／（εｗｄｂ＋εｂｄｗ）×Ｖ０＝３０
０×６００／（９００×３００＋３００×６００）×Ｖ
０＝０．４０×Ｖ０ と印加電圧の４０％を実効電圧として光導波路に印加可
能となる。
【００３４】［４］式は、さらに下記のように変形でき
る。 Ｖｗ／Ｖ０＝（εｂ／εｗ）／｛（ｄｂ／ｄｗ）＋（εｂ／εｗ）｝＝１／｛（ ｄｂ／ｄｗ）／（εｂ／εｗ）＋１｝ １／（Ｖｗ／Ｖ０）＝（ｄｂ／ｄｗ）／（εｂ／εｗ）＋１ εｂ／εｗ＝（ｄｂ／ｄｗ）／｛１／（Ｖｗ／Ｖ０）−１｝ ・・・［５］
る。 Ｖｗ／Ｖ０＝（εｂ／εｗ）／｛（ｄｂ／ｄｗ）＋（εｂ／εｗ）｝＝１／｛（ ｄｂ／ｄｗ）／（εｂ／εｗ）＋１｝ １／（Ｖｗ／Ｖ０）＝（ｄｂ／ｄｗ）／（εｂ／εｗ）＋１ εｂ／εｗ＝（ｄｂ／ｄｗ）／｛１／（Ｖｗ／Ｖ０）−１｝ ・・・［５］
【００３５】ｄｂ／ｄｗとεｂ／εｗの関係を各Ｖｗ／
Ｖ０の値について図１０および図１１に示す。本発明に
おいてはｄｂ／ｄｗは０．１以上であるので、Ｖｗ／Ｖ
０が０．０２以上の値、すなわち実効電圧が印加電圧の
２％以上となるεｂ／εｗとして０．００２以上の領
域、望ましくはＶｗ／Ｖ０が０．１以上の値、すなわち
実効電圧が印加電圧の１０％以上となるεｂ／εｗとし
て０．００６以上の領域となる。εｂ／εｗの上限とし
ては、バッファ層と薄膜光導波路に用いることができる
材料の組合せで決まり、１０程度となる。バッファ層の
比誘電率は、光導波路の比誘電率として４０００近くの
材料があるため、εｂ／εｗとして０．００２以上を確
保できる８以上の値を有することが望ましい。バッファ
層と薄膜光導波路に用いることができる材料の組合せ
は、実効電圧が印加電圧の１％以下となる条件では、導
電性基板上に電気光学効果を有するエピタキシャル光導
波路を設け、駆動電圧を大幅に低減する目的に対し有効
ではなくなる。すなわち、実効電圧が印加電圧の２％以
下となる条件ではバッファ層を有する膜厚１．０μｍの
光導波路素子へ印加する電圧は、バッファ層がなく、拡
散光導波路を有する厚さ５０．０μｍのウエハー素子へ
印加する電圧と等しくなり、このような厚さ５０．０μ
ｍまでのウエハーは研磨などによって加工可能であるた
め、導電性基板上に電気光学効果を有するエピタキシャ
ル光導波路を設けるメリットがなくなる。以上の原理は
クラッド層についても全く同様である。
Ｖ０の値について図１０および図１１に示す。本発明に
おいてはｄｂ／ｄｗは０．１以上であるので、Ｖｗ／Ｖ
０が０．０２以上の値、すなわち実効電圧が印加電圧の
２％以上となるεｂ／εｗとして０．００２以上の領
域、望ましくはＶｗ／Ｖ０が０．１以上の値、すなわち
実効電圧が印加電圧の１０％以上となるεｂ／εｗとし
て０．００６以上の領域となる。εｂ／εｗの上限とし
ては、バッファ層と薄膜光導波路に用いることができる
材料の組合せで決まり、１０程度となる。バッファ層の
比誘電率は、光導波路の比誘電率として４０００近くの
材料があるため、εｂ／εｗとして０．００２以上を確
保できる８以上の値を有することが望ましい。バッファ
層と薄膜光導波路に用いることができる材料の組合せ
は、実効電圧が印加電圧の１％以下となる条件では、導
電性基板上に電気光学効果を有するエピタキシャル光導
波路を設け、駆動電圧を大幅に低減する目的に対し有効
ではなくなる。すなわち、実効電圧が印加電圧の２％以
下となる条件ではバッファ層を有する膜厚１．０μｍの
光導波路素子へ印加する電圧は、バッファ層がなく、拡
散光導波路を有する厚さ５０．０μｍのウエハー素子へ
印加する電圧と等しくなり、このような厚さ５０．０μ
ｍまでのウエハーは研磨などによって加工可能であるた
め、導電性基板上に電気光学効果を有するエピタキシャ
ル光導波路を設けるメリットがなくなる。以上の原理は
クラッド層についても全く同様である。
【００３６】さらに、薄膜光導波路素子が基板と上部電
極で挟まれた構造での偏向速度、スイッチング速度、あ
るいは変調速度を次式のＲＣ時定数で決まる周波数応答
の３ｄｂポイントｆで基板の抵抗率の許容範囲を検討す
る。なお、実際には駆動系のインピーダンスが加わり、
ＲＣ時定数はさらに大きくなる。
極で挟まれた構造での偏向速度、スイッチング速度、あ
るいは変調速度を次式のＲＣ時定数で決まる周波数応答
の３ｄｂポイントｆで基板の抵抗率の許容範囲を検討す
る。なお、実際には駆動系のインピーダンスが加わり、
ＲＣ時定数はさらに大きくなる。
【００３７】 ｆ＝１／（２π・Ｒ・Ｃ） ＝１／（２π・ρｄｓ／Ｓ×ε０εｒＳ／ｄｗ） ＝１／（２π・ρ・ε０εｒ×ｄｓ／ｄｗ） ・・・［６］ または、 ｆ＝１／（２π・Ｒ・Ｃ０） ＝１／（２π・ρｄｓ／Ｓ×(ε０εｗεｂ・Ｓ）／（εｗｄｂ＋εｂｄｗ） ） ・・・［６’］
【００３８】ここで、Ｒは基板の抵抗、ρは基板の抵抗
率、ｄｓは基板の厚さ、Ｃは光導波路の静電容量、εｒ
は比誘電率、ｄｗは光導波路の厚さである。基板の厚さ
は５０μｍ程度が薄さの限界であるためｄｓを５０μ
ｍ、光導波路の厚さは一般に１μｍ程度であるためｄｗ
を１μｍとした場合の抵抗率と周波数応答の関係を図１
２に示す。強誘電体材料の比誘電率は数１０から数１０
００であるが、このような強誘電体材料からなる光導波
路素子でも１ｋＨｚ以上の応答を示すためには基板の抵
抗率は１０４Ω・ｃｍ以下が必要になる。光導波路素子
の応答が１ｋＨｚ以下である場合は機械的素子の応答速
度のレベルであり、本来高速である電気光学効果を用い
た素子の意義がなくなる。以上の原理もクラッド層があ
る場合についても全く同様である。
率、ｄｓは基板の厚さ、Ｃは光導波路の静電容量、εｒ
は比誘電率、ｄｗは光導波路の厚さである。基板の厚さ
は５０μｍ程度が薄さの限界であるためｄｓを５０μ
ｍ、光導波路の厚さは一般に１μｍ程度であるためｄｗ
を１μｍとした場合の抵抗率と周波数応答の関係を図１
２に示す。強誘電体材料の比誘電率は数１０から数１０
００であるが、このような強誘電体材料からなる光導波
路素子でも１ｋＨｚ以上の応答を示すためには基板の抵
抗率は１０４Ω・ｃｍ以下が必要になる。光導波路素子
の応答が１ｋＨｚ以下である場合は機械的素子の応答速
度のレベルであり、本来高速である電気光学効果を用い
た素子の意義がなくなる。以上の原理もクラッド層があ
る場合についても全く同様である。
【００３９】また、偏向、スイッチング、あるいは変調
のための電圧を薄膜光導波路素子が基板と上部電極で挟
まれた構造へ印加した場合、多くの場合、薄膜光導波路
には１０−７Ａ／ｃｍ２以上のリーク電流が流れる。こ
のため基板抵抗が大きいと基板での電圧降下が著しくな
り薄膜光導波路にかかる電圧が低下する。基板での電圧
降下ΔＶは次式の関係で検討する。 ΔＶ＝ＩＲ＝ｊ・Ｓ×ρ・ｄｓ／Ｓ＝ｊ×ρ・ｄｓ ・・・［７］
のための電圧を薄膜光導波路素子が基板と上部電極で挟
まれた構造へ印加した場合、多くの場合、薄膜光導波路
には１０−７Ａ／ｃｍ２以上のリーク電流が流れる。こ
のため基板抵抗が大きいと基板での電圧降下が著しくな
り薄膜光導波路にかかる電圧が低下する。基板での電圧
降下ΔＶは次式の関係で検討する。 ΔＶ＝ＩＲ＝ｊ・Ｓ×ρ・ｄｓ／Ｓ＝ｊ×ρ・ｄｓ ・・・［７］
【００４０】ここで、Ｉはリーク電流、ｊはリーク電流
密度、Ｒは基板の抵抗、ρは基板の抵抗率、ｄｓは基板
の厚さ、Ｓは電極面積である。基板の厚さは５００μｍ
程度以下であるためｄｓを５００μｍとした場合の抵抗
率と電圧降下の関係を図１３に示す。導電性基板上薄膜
光導波路素子構造においては低電圧駆動が可能であるた
め、駆動電圧は少なくとも１００Ｖ以下、多くの場合１
０Ｖ以下となる。このような駆動電圧に対して基板での
電圧降下ΔＶが無視できる領域となる１％以下、すなわ
ち駆動電圧が１０Ｖの場合にリーク電流密度が１０−４
Ａ／ｃｍ２程度でも電圧降下が０．１Ｖ以下とするため
には基板の抵抗率は１０４Ω・ｃｍ以下が必要となるこ
とがわかる。しかし、これらのリーク電流密度は定常状
態における電流密度であり、光導波路の充放電の瞬間に
おける電流密度はもっと大きいため、望ましくは抵抗率
は１０２Ω・ｃｍ以下が必要となる。
密度、Ｒは基板の抵抗、ρは基板の抵抗率、ｄｓは基板
の厚さ、Ｓは電極面積である。基板の厚さは５００μｍ
程度以下であるためｄｓを５００μｍとした場合の抵抗
率と電圧降下の関係を図１３に示す。導電性基板上薄膜
光導波路素子構造においては低電圧駆動が可能であるた
め、駆動電圧は少なくとも１００Ｖ以下、多くの場合１
０Ｖ以下となる。このような駆動電圧に対して基板での
電圧降下ΔＶが無視できる領域となる１％以下、すなわ
ち駆動電圧が１０Ｖの場合にリーク電流密度が１０−４
Ａ／ｃｍ２程度でも電圧降下が０．１Ｖ以下とするため
には基板の抵抗率は１０４Ω・ｃｍ以下が必要となるこ
とがわかる。しかし、これらのリーク電流密度は定常状
態における電流密度であり、光導波路の充放電の瞬間に
おける電流密度はもっと大きいため、望ましくは抵抗率
は１０２Ω・ｃｍ以下が必要となる。
【００４１】このような抵抗値の要求を満足できる不純
物元素をドープすることによって導電性または半導電性
としたＳｒＴｉＯ３材料は、不純物元素を０．０１重量
％から５．０重量％ドープしたＳｒＴｉＯ３である。
０．０１重量％よりも少なくドープしたＳｒＴｉＯ３は
抵抗率を１０４Ω・ｃｍ以下にすることが難しく、５．
０重量％よりも多くドープしたＳｒＴｉＯ３は、結晶性
の低下やドーパントの均一性などの点で使用が困難とな
る。
物元素をドープすることによって導電性または半導電性
としたＳｒＴｉＯ３材料は、不純物元素を０．０１重量
％から５．０重量％ドープしたＳｒＴｉＯ３である。
０．０１重量％よりも少なくドープしたＳｒＴｉＯ３は
抵抗率を１０４Ω・ｃｍ以下にすることが難しく、５．
０重量％よりも多くドープしたＳｒＴｉＯ３は、結晶性
の低下やドーパントの均一性などの点で使用が困難とな
る。
【００４２】
【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態による
光導波路素子を図１４および図１５を用いて説明する。
図１４は本実施の形態による光導波路素子の上面図であ
り、図１５はその側面図である。本実施の形態において
は表３に示すように抵抗率が０．０５Ω・ｃｍ、吸収係
数１７４のＮｂ０．５％ドープＳｒＴｉＯ３（１００）
単結晶導電性の下部電極基板２上へ、膜厚５００ｎｍの
エピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）バッファ層
４を成長させ、次に膜厚１０００ｎｍのエピタキシャル
ＰＺＴ（５２／４８）薄膜光導波路１を成長させ、さら
に膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５
／３５）クラッド層３を成長させ、最後にＰｔプリズム
型電極７を形成することによってＥＯ偏向素子を作製し
た。ＰＬＺＴ光導波路層はゾルゲル法を用いた固相エピ
タキシャル成長によって作製した。まず、無水酢酸鉛Ｐ
ｂ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ランタン・イソプロポキシドＬ
ａ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）３、ジルコニウム・イソプロポ
キシドＺｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）４、およびチタン・イ
ソプロポキシドＴｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）４を出発原料
として、２−メトキシエタノールに溶解し、６時間の蒸
留を行ったのち１８時間の還流を行い、最終的にＰｂ濃
度で０．６ＭのＰＬＺＴ用前駆体溶液を得た。さらに、
この前駆体溶液をＮｂドープＳｒＴｉＯ３基板へスピン
コーティングを行った。以上の操作はすべてＮ２雰囲気
中にて行った。次に、加湿Ｏ２雰囲気中で２０℃／ｓｅ
ｃにて昇温して３５０℃にて保持の後、７５０℃に保持
し、最後に電気炉の電源を切り冷却した。これにより膜
厚１００ｎｍの第一層目のＰＬＺＴ薄膜を固相エピタキ
シャル成長した。これをさらに４回繰り返すことにより
総膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴバッファ層
が得られた。ＰＺＴ光導波路層は同様にして作製したＰ
ＺＴ用前駆体溶液をＰＬＺＴバッファ層表面へスピンコ
ーティングを行い、加湿Ｏ２雰囲気中で２０℃／ｓｅｃ
にて昇温して３５０℃にて保持の後、６５０℃に保持
し、最後に電気炉の電源を切り冷却した。これにより膜
厚１００ｎｍの第一層目のＰＺＴ薄膜を固相エピタキシ
ャル成長した。これをさらに９回繰り返すことにより総
膜厚１０００ ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ薄膜光導波
路が得られた。ＰＬＺＴクラッド層はＰＬＺＴ用前駆体
溶液をＰＺＴ光導波路層表面へスピンコーティングを行
い、加湿Ｏ２雰囲気中で２０℃／ｓｅｃにて昇温して３
５０℃にて保持の後、７５０℃に保持し、最後に電気炉
の電源を切り冷却した。これにより膜厚１００ｎｍの第
一層目のＰＬＺＴ薄膜を固相エピタキシャル成長した。
これをさらに４回繰り返すことにより総膜厚５００ｎｍ
のエピタキシャルＰＬＺＴクラッド層が得られた。
光導波路素子を図１４および図１５を用いて説明する。
図１４は本実施の形態による光導波路素子の上面図であ
り、図１５はその側面図である。本実施の形態において
は表３に示すように抵抗率が０．０５Ω・ｃｍ、吸収係
数１７４のＮｂ０．５％ドープＳｒＴｉＯ３（１００）
単結晶導電性の下部電極基板２上へ、膜厚５００ｎｍの
エピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）バッファ層
４を成長させ、次に膜厚１０００ｎｍのエピタキシャル
ＰＺＴ（５２／４８）薄膜光導波路１を成長させ、さら
に膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５
／３５）クラッド層３を成長させ、最後にＰｔプリズム
型電極７を形成することによってＥＯ偏向素子を作製し
た。ＰＬＺＴ光導波路層はゾルゲル法を用いた固相エピ
タキシャル成長によって作製した。まず、無水酢酸鉛Ｐ
ｂ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、ランタン・イソプロポキシドＬ
ａ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）３、ジルコニウム・イソプロポ
キシドＺｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）４、およびチタン・イ
ソプロポキシドＴｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）４を出発原料
として、２−メトキシエタノールに溶解し、６時間の蒸
留を行ったのち１８時間の還流を行い、最終的にＰｂ濃
度で０．６ＭのＰＬＺＴ用前駆体溶液を得た。さらに、
この前駆体溶液をＮｂドープＳｒＴｉＯ３基板へスピン
コーティングを行った。以上の操作はすべてＮ２雰囲気
中にて行った。次に、加湿Ｏ２雰囲気中で２０℃／ｓｅ
ｃにて昇温して３５０℃にて保持の後、７５０℃に保持
し、最後に電気炉の電源を切り冷却した。これにより膜
厚１００ｎｍの第一層目のＰＬＺＴ薄膜を固相エピタキ
シャル成長した。これをさらに４回繰り返すことにより
総膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴバッファ層
が得られた。ＰＺＴ光導波路層は同様にして作製したＰ
ＺＴ用前駆体溶液をＰＬＺＴバッファ層表面へスピンコ
ーティングを行い、加湿Ｏ２雰囲気中で２０℃／ｓｅｃ
にて昇温して３５０℃にて保持の後、６５０℃に保持
し、最後に電気炉の電源を切り冷却した。これにより膜
厚１００ｎｍの第一層目のＰＺＴ薄膜を固相エピタキシ
ャル成長した。これをさらに９回繰り返すことにより総
膜厚１０００ ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ薄膜光導波
路が得られた。ＰＬＺＴクラッド層はＰＬＺＴ用前駆体
溶液をＰＺＴ光導波路層表面へスピンコーティングを行
い、加湿Ｏ２雰囲気中で２０℃／ｓｅｃにて昇温して３
５０℃にて保持の後、７５０℃に保持し、最後に電気炉
の電源を切り冷却した。これにより膜厚１００ｎｍの第
一層目のＰＬＺＴ薄膜を固相エピタキシャル成長した。
これをさらに４回繰り返すことにより総膜厚５００ｎｍ
のエピタキシャルＰＬＺＴクラッド層が得られた。
【００４３】
【表３】
【００４４】結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ （１
００）／／ ＰＺＴ（１００）／／ＰＬＺＴ（１００）
／／Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３（１００）、面内方位ＰＬＺＴ
［００１］／／ＰＺＴ［００１］／／ＰＬＺＴ［００
１］／／Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３［００１］の構造が得られ
た。ＰＬＺＴクラッド層上にはスパッタリング法によっ
て成膜した膜厚１００ｎｍのＰｔ薄膜による底辺１００
μｍ、高さ１０００μｍのプリズム形上部電極をリフト
・オフ法によって形成し、プリズム型ＥＯ偏向素子を作
製した。また、ＮｂドープＳｒＴｉＯ３基板へのオーミ
ック・コンタクトはＩｎによって得た。
００）／／ ＰＺＴ（１００）／／ＰＬＺＴ（１００）
／／Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３（１００）、面内方位ＰＬＺＴ
［００１］／／ＰＺＴ［００１］／／ＰＬＺＴ［００
１］／／Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３［００１］の構造が得られ
た。ＰＬＺＴクラッド層上にはスパッタリング法によっ
て成膜した膜厚１００ｎｍのＰｔ薄膜による底辺１００
μｍ、高さ１０００μｍのプリズム形上部電極をリフト
・オフ法によって形成し、プリズム型ＥＯ偏向素子を作
製した。また、ＮｂドープＳｒＴｉＯ３基板へのオーミ
ック・コンタクトはＩｎによって得た。
【００４５】ここで、一般に電気光学効果を有する材料
に電場を加えると、その部分の屈折率の低下が起こる。
本実施の形態においては、上面三角形の電極が図１４よ
び図１５のプリズム電極７の位置に配置され、距離ｄの
下部電極であるＮｂドープＳｒＴｉＯ３基板２と上部電
極であるＩＴＯ電極７との間に電圧Ｖが印加されると、 Δｎ＝−１／２・ｒ・ｎ３・（Ｖ／ｄ） ・・・［８］ の屈折率変化が生じ、プリズムの長さをＬ、幅をＷとすると θ＝−Δｎ×Ｌ／Ｗ＝１／２・ｒ・ｎ３・（Ｖ／ｄ）・（Ｌ／Ｗ） ・・・ ［９］ の偏向が生じる。なお、二次の電気光学効果であるＫｅ
ｒｒ効果を有する強誘電体を用いたプリズム型光偏向素
子において次のようになる。 θ＝１／２・ｒ・ｎ３・（Ｖ／ｄ）２・（Ｌ／Ｗ） ・・・［１０］
に電場を加えると、その部分の屈折率の低下が起こる。
本実施の形態においては、上面三角形の電極が図１４よ
び図１５のプリズム電極７の位置に配置され、距離ｄの
下部電極であるＮｂドープＳｒＴｉＯ３基板２と上部電
極であるＩＴＯ電極７との間に電圧Ｖが印加されると、 Δｎ＝−１／２・ｒ・ｎ３・（Ｖ／ｄ） ・・・［８］ の屈折率変化が生じ、プリズムの長さをＬ、幅をＷとすると θ＝−Δｎ×Ｌ／Ｗ＝１／２・ｒ・ｎ３・（Ｖ／ｄ）・（Ｌ／Ｗ） ・・・ ［９］ の偏向が生じる。なお、二次の電気光学効果であるＫｅ
ｒｒ効果を有する強誘電体を用いたプリズム型光偏向素
子において次のようになる。 θ＝１／２・ｒ・ｎ３・（Ｖ／ｄ）２・（Ｌ／Ｗ） ・・・［１０］
【００４６】まず、光導波路特性の評価を行なうため、
プリズム・カップリングによって６３３ｎｍのレーザ光
を本実施例のＰＺＴ薄膜光導波路に導入し、光伝搬方向
のＴＥ０モードの散乱光強度分布を光ファイバーによっ
て測定した。散乱光強度の対数と光伝搬距離の関係の傾
きより、光伝搬損失を求めたところ、３．８ｄＢ／ｃｍ
と良好な値を示した。また、ＮｂドープＳｒＴｉＯ３基
板上へそれぞれ直接成長したＰＬＺＴバッファ層の比誘
電率測定値１９００、ＰＺＴ薄膜光導波路の比誘電率測
定値９００、およびＰＬＺＴクラッド層の比誘電率測定
値１９００より、式［４］より求められるＰＺＴ薄膜光
導波路の実効電圧は６８％となった。また、Ｎｂドープ
ＳｒＴｉＯ３基板上へ直接成長したＰＺＴ薄膜光導波路
において電気光学係数、および屈折率を測定した結果、
ＰＺＴ薄膜光導波路の電気光学係数および屈折率はｒ＝
５０ ｐｍ／Ｖ、およびｎ＝２．５６であった。
プリズム・カップリングによって６３３ｎｍのレーザ光
を本実施例のＰＺＴ薄膜光導波路に導入し、光伝搬方向
のＴＥ０モードの散乱光強度分布を光ファイバーによっ
て測定した。散乱光強度の対数と光伝搬距離の関係の傾
きより、光伝搬損失を求めたところ、３．８ｄＢ／ｃｍ
と良好な値を示した。また、ＮｂドープＳｒＴｉＯ３基
板上へそれぞれ直接成長したＰＬＺＴバッファ層の比誘
電率測定値１９００、ＰＺＴ薄膜光導波路の比誘電率測
定値９００、およびＰＬＺＴクラッド層の比誘電率測定
値１９００より、式［４］より求められるＰＺＴ薄膜光
導波路の実効電圧は６８％となった。また、Ｎｂドープ
ＳｒＴｉＯ３基板上へ直接成長したＰＺＴ薄膜光導波路
において電気光学係数、および屈折率を測定した結果、
ＰＺＴ薄膜光導波路の電気光学係数および屈折率はｒ＝
５０ ｐｍ／Ｖ、およびｎ＝２．５６であった。
【００４７】本実施の形態のプリズム型ＥＯ偏向素子へ
レーザ光源９からの６３３ｎｍの波長のレーザー・ビー
ムをレンズ１０で幅１００μｍにコリメートした後、プ
リズム５を介してＰＺＴ薄膜光導波路へ導入し、下部Ｎ
ｂドープＳｒＴｉＯ３基板電極２とＰｔ上部プリズム電
極７間に電圧を印加することにより、導入されたレーザ
ー・ビーム６が偏向された。偏向されたレーザー・ビー
ム８は端面から出射され、投影面上でのレーザ・スポッ
ト位置の変位より偏向角度を求めると、５Ｖ印加、すな
わち実効電圧３．４Ｖで０．８３度の偏向が確認され
た。先に求めた＝５０ｐｍ／Ｖ、およびｎ＝２．５６
と、設計値となるｄ＝１０００ｎｍ、Ｗ＝１００μｍ、
Ｌ＝１０００μｍより実効電圧３．４Ｖでの偏向角度を
逆に求めると実測とほぼ同じ０．８２度となった。
レーザ光源９からの６３３ｎｍの波長のレーザー・ビー
ムをレンズ１０で幅１００μｍにコリメートした後、プ
リズム５を介してＰＺＴ薄膜光導波路へ導入し、下部Ｎ
ｂドープＳｒＴｉＯ３基板電極２とＰｔ上部プリズム電
極７間に電圧を印加することにより、導入されたレーザ
ー・ビーム６が偏向された。偏向されたレーザー・ビー
ム８は端面から出射され、投影面上でのレーザ・スポッ
ト位置の変位より偏向角度を求めると、５Ｖ印加、すな
わち実効電圧３．４Ｖで０．８３度の偏向が確認され
た。先に求めた＝５０ｐｍ／Ｖ、およびｎ＝２．５６
と、設計値となるｄ＝１０００ｎｍ、Ｗ＝１００μｍ、
Ｌ＝１０００μｍより実効電圧３．４Ｖでの偏向角度を
逆に求めると実測とほぼ同じ０．８２度となった。
【００４８】偏向速度を測定すると周波数応答は１０．
１ＭＨｚを示した。本実施の形態のＮｂドープＳｒＴｉ
Ｏ３基板上へ成長したＰＬＺＴバッファ層の比誘電率測
定値１９００、ＰＺＴ薄膜光導波路の比誘電率測定値９
００、ＰＬＺＴクラッド層の比誘電率測定値１９００、
および式［１’］より合成容量を求め、さらに式
［６’］よりＲＣ時定数に測定系の抵抗５０Ωを考慮す
ることによって決まる周波数応答と求めると１０．７Ｍ
Ｈｚと、実測値にほぼ一致した。また、リーク電流密度
は８×１０−８Ａ／ｃｍ２であり、式［７］より求めら
れる基板での電圧降下ΔＶは２×１０−１０Ｖと無視で
きるレベルであった。
１ＭＨｚを示した。本実施の形態のＮｂドープＳｒＴｉ
Ｏ３基板上へ成長したＰＬＺＴバッファ層の比誘電率測
定値１９００、ＰＺＴ薄膜光導波路の比誘電率測定値９
００、ＰＬＺＴクラッド層の比誘電率測定値１９００、
および式［１’］より合成容量を求め、さらに式
［６’］よりＲＣ時定数に測定系の抵抗５０Ωを考慮す
ることによって決まる周波数応答と求めると１０．７Ｍ
Ｈｚと、実測値にほぼ一致した。また、リーク電流密度
は８×１０−８Ａ／ｃｍ２であり、式［７］より求めら
れる基板での電圧降下ΔＶは２×１０−１０Ｖと無視で
きるレベルであった。
【００４９】次に本実施の形態に対する第１の比較例を
説明する。本比較例においては抵抗率が５×１０４Ω・
ｃｍ、厚さが５００μｍのＮｂ０．００５％ドープＳｒ
ＴｉＯ３（１００）単結晶導電性の下部電極基板上へ、
第１の実施の形態と同様にして膜厚５００ｎｍのエピタ
キシャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）バッファ層を成長
させ、次に膜厚１０００ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ
（５２／４８）薄膜光導波路を成長させ、さらに膜厚５
００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）
クラッド層を成長させ、最後に第１の実施の形態と同様
のプリズム型電極を形成することによってＥＯ偏向素子
を作製した。
説明する。本比較例においては抵抗率が５×１０４Ω・
ｃｍ、厚さが５００μｍのＮｂ０．００５％ドープＳｒ
ＴｉＯ３（１００）単結晶導電性の下部電極基板上へ、
第１の実施の形態と同様にして膜厚５００ｎｍのエピタ
キシャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）バッファ層を成長
させ、次に膜厚１０００ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ
（５２／４８）薄膜光導波路を成長させ、さらに膜厚５
００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）
クラッド層を成長させ、最後に第１の実施の形態と同様
のプリズム型電極を形成することによってＥＯ偏向素子
を作製した。
【００５０】第１の実施の形態と同様にして光伝搬損失
を求めたところ、本比較例のＰＺＴ光導波路の光伝搬損
失は３．５ｄＢ／ｃｍと、実用レベルに入る特性を示し
た。次に、第１の実施の形態と同様にして本比較例のプ
リズム型ＥＯ偏向素子へ６３３ｎｍの波長のレーザー・
ビームをＰＺＴ薄膜光導波路へプリズムを介して導入
し、下部ＮｂドープＳｒＴｉＯ３基板電極とＰｔ上部プ
リズム電極の間に電圧を印加することにより、レーザー
・ビームを偏向した。端面から出射された投影面上での
レーザ・スポット位置の変位より偏向角度を求めると、
５Ｖ印加で０．７７度の偏向が確認された。
を求めたところ、本比較例のＰＺＴ光導波路の光伝搬損
失は３．５ｄＢ／ｃｍと、実用レベルに入る特性を示し
た。次に、第１の実施の形態と同様にして本比較例のプ
リズム型ＥＯ偏向素子へ６３３ｎｍの波長のレーザー・
ビームをＰＺＴ薄膜光導波路へプリズムを介して導入
し、下部ＮｂドープＳｒＴｉＯ３基板電極とＰｔ上部プ
リズム電極の間に電圧を印加することにより、レーザー
・ビームを偏向した。端面から出射された投影面上での
レーザ・スポット位置の変位より偏向角度を求めると、
５Ｖ印加で０．７７度の偏向が確認された。
【００５１】一方、偏向速度を測定すると周波数応答は
１２２Ｈｚと非常に遅い値を示した。本比較例のＮｂド
ープＳｒＴｉＯ３基板上へ成長したＰＬＺＴバッファ層
の比誘電率測定値１９００、ＰＺＴ薄膜光導波路の比誘
電率測定値９００、およびＰＬＺＴクラッド層の比誘電
率測定値１９００より合成容量を求め、さらにＲＣ時定
数に測定系の抵抗５０Ωを考慮することによって決まる
周波数応答と求めると１１８Ｈｚと、実測値にほぼ一致
した。また、リーク電流密度７×１０−８Ａ／ｃｍ２よ
り求められる基板での電圧降下ΔＶは２×１０−４Ｖと
第１の実施の形態に比較してかなり大きかった。
１２２Ｈｚと非常に遅い値を示した。本比較例のＮｂド
ープＳｒＴｉＯ３基板上へ成長したＰＬＺＴバッファ層
の比誘電率測定値１９００、ＰＺＴ薄膜光導波路の比誘
電率測定値９００、およびＰＬＺＴクラッド層の比誘電
率測定値１９００より合成容量を求め、さらにＲＣ時定
数に測定系の抵抗５０Ωを考慮することによって決まる
周波数応答と求めると１１８Ｈｚと、実測値にほぼ一致
した。また、リーク電流密度７×１０−８Ａ／ｃｍ２よ
り求められる基板での電圧降下ΔＶは２×１０−４Ｖと
第１の実施の形態に比較してかなり大きかった。
【００５２】次に、本発明の第２の実施の形態による光
導波路素子について説明する。本実施の形態においては
表４に示すように抵抗率が０．０５Ω・ｃｍ、吸収係数
１７４のＮｂ０．５％ドープＳｒＴｉＯ３（１００）単
結晶導電性の下部電極基板上へ、膜厚３００ｎｍのエピ
タキシャルＳｒＴｉＯ３バッファ層を成長させ、次に膜
厚９００ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ（５２／４８）薄
膜光導波路を成長させ、次に膜厚３００ｎｍのＳｒＴｉ
Ｏ３クラッド層を成長させ、さらにＡｌプリズム型電極
を形成することによってＥＯ偏向素子を作製した。
導波路素子について説明する。本実施の形態においては
表４に示すように抵抗率が０．０５Ω・ｃｍ、吸収係数
１７４のＮｂ０．５％ドープＳｒＴｉＯ３（１００）単
結晶導電性の下部電極基板上へ、膜厚３００ｎｍのエピ
タキシャルＳｒＴｉＯ３バッファ層を成長させ、次に膜
厚９００ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ（５２／４８）薄
膜光導波路を成長させ、次に膜厚３００ｎｍのＳｒＴｉ
Ｏ３クラッド層を成長させ、さらにＡｌプリズム型電極
を形成することによってＥＯ偏向素子を作製した。
【００５３】
【表４】
【００５４】ＳｒＴｉＯ３バッファ層およびクラッド層
はＲｆスパッタリングにより成長させた。膜厚３００ｎ
ｍのＳｒＴｉＯ３バッファ層を成長の後、第１の実施の
形態と同様にゾルゲル法を用いた固相エピタキシャル成
長によって総膜厚９００ ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ
薄膜を得た。結晶学的関係は単一配向のＰＺＴ（１０
０）／／ＳｒＴｉＯ３（１００）／／Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ
３（１００）、面内方位ＰＺＴ［００１］／／ＳｒＴｉ
Ｏ３［００１］／／Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３［００１］の構
造が得られた。このＰＺＴ薄膜光導波路上に、さらに膜
厚約３００ｎｍのＳｒＴｉＯ３クラッド層を得た。Ｓｒ
ＴｉＯ３クラッド層上にはスパッタリング法によって成
膜した膜厚１００ｎｍのＡｌ薄膜による底辺１００μ
ｍ、高さ１０００μｍのプリズム形上部電極をリフト・
オフ法によって形成し、ＥＯ偏向素子を作製した。
はＲｆスパッタリングにより成長させた。膜厚３００ｎ
ｍのＳｒＴｉＯ３バッファ層を成長の後、第１の実施の
形態と同様にゾルゲル法を用いた固相エピタキシャル成
長によって総膜厚９００ ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ
薄膜を得た。結晶学的関係は単一配向のＰＺＴ（１０
０）／／ＳｒＴｉＯ３（１００）／／Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ
３（１００）、面内方位ＰＺＴ［００１］／／ＳｒＴｉ
Ｏ３［００１］／／Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３［００１］の構
造が得られた。このＰＺＴ薄膜光導波路上に、さらに膜
厚約３００ｎｍのＳｒＴｉＯ３クラッド層を得た。Ｓｒ
ＴｉＯ３クラッド層上にはスパッタリング法によって成
膜した膜厚１００ｎｍのＡｌ薄膜による底辺１００μ
ｍ、高さ１０００μｍのプリズム形上部電極をリフト・
オフ法によって形成し、ＥＯ偏向素子を作製した。
【００５５】プリズム・カップリングによって６３３ｎ
ｍのレーザ光を本実施の形態のＰＺＴ薄膜光導波路に導
入し、ＴＥ０モードの伝搬損失を測定した所、４．０ｄ
Ｂ／ｃｍと良好な値を示した。一方、本実施の形態のＳ
ｒＴｉＯ３バッファ層のみをＮｂドープＳｒＴｉＯ３基
板上へ成長した状態で膜厚３００ｎｍのＳｒＴｉＯ３バ
ッファ層の比誘電率を測定したところ、予想の３００よ
りも若干低い２５０を示した。また、ＳｒＴｉＯ３クラ
ッド層のみをＮｂドープＳｒＴｉＯ３基板上へ直接成膜
した状態で膜厚３００ｎｍのＳｒＴｉＯ３クラッド層の
比誘電率を測定したところやはり２５０を示した。一
方、第１の実施の形態と同様にＮｂドープＳｒＴｉＯ３
基板上へ直接成長したＰＺＴ薄膜光導波路において比誘
電率を測定した結果、９００であった。従って、ＰＺＴ
薄膜光導波路の実効電圧の見積もりは３３％となった。
ｍのレーザ光を本実施の形態のＰＺＴ薄膜光導波路に導
入し、ＴＥ０モードの伝搬損失を測定した所、４．０ｄ
Ｂ／ｃｍと良好な値を示した。一方、本実施の形態のＳ
ｒＴｉＯ３バッファ層のみをＮｂドープＳｒＴｉＯ３基
板上へ成長した状態で膜厚３００ｎｍのＳｒＴｉＯ３バ
ッファ層の比誘電率を測定したところ、予想の３００よ
りも若干低い２５０を示した。また、ＳｒＴｉＯ３クラ
ッド層のみをＮｂドープＳｒＴｉＯ３基板上へ直接成膜
した状態で膜厚３００ｎｍのＳｒＴｉＯ３クラッド層の
比誘電率を測定したところやはり２５０を示した。一
方、第１の実施の形態と同様にＮｂドープＳｒＴｉＯ３
基板上へ直接成長したＰＺＴ薄膜光導波路において比誘
電率を測定した結果、９００であった。従って、ＰＺＴ
薄膜光導波路の実効電圧の見積もりは３３％となった。
【００５６】第１の実施の形態と同様に本実施の形態の
プリズム型ＥＯ偏向素子へ６３３ｎｍの波長のレーザー
・ビームをプリズムを介してＰＺＴ薄膜光導波路へ導入
し、下部ＮｂドープＳｒＴｉＯ３基板電極と上部Alプリ
ズム電極間に電圧を印加することによりレーザー・ビー
ムが偏向された。偏向されたレーザー・ビームは端面か
ら出射され、投影面上でのレーザ・スポット位置の変位
より偏向角度を求めると、５０Ｖ印加、すなわち実効電
圧１６．５Ｖで４．４０度の偏向が確認された。先に求
めたｒ＝５０ｐｍ／Ｖ、およびｎ＝２．５６と、設計値
となるｄ＝９００ｎｍ、Ｗ＝１００μｍ、Ｌ＝１０００
μｍより実効電圧１６．５Ｖでの偏向角度を逆に求める
と実測と同じ４．４０度となった。
プリズム型ＥＯ偏向素子へ６３３ｎｍの波長のレーザー
・ビームをプリズムを介してＰＺＴ薄膜光導波路へ導入
し、下部ＮｂドープＳｒＴｉＯ３基板電極と上部Alプリ
ズム電極間に電圧を印加することによりレーザー・ビー
ムが偏向された。偏向されたレーザー・ビームは端面か
ら出射され、投影面上でのレーザ・スポット位置の変位
より偏向角度を求めると、５０Ｖ印加、すなわち実効電
圧１６．５Ｖで４．４０度の偏向が確認された。先に求
めたｒ＝５０ｐｍ／Ｖ、およびｎ＝２．５６と、設計値
となるｄ＝９００ｎｍ、Ｗ＝１００μｍ、Ｌ＝１０００
μｍより実効電圧１６．５Ｖでの偏向角度を逆に求める
と実測と同じ４．４０度となった。
【００５７】偏向速度を測定すると周波数応答は２１．
０ＭＨｚを示した。本実施の形態のＮｂドープＳｒＴｉ
Ｏ３基板上へ成長したＳｒＴｉＯ３バッファ層の比誘電
率測定値２５０、ＰＺＴ薄膜光導波路の比誘電率測定値
９００、ＳｒＴｉＯ３クラッド層の比誘電率測定値２５
０より合成容量を求め、さらにＲＣ時定数に測定系の抵
抗５０Ωを考慮することによって決まる周波数応答と求
めると２２．２ＭＨｚと、実測値にほぼ一致した。ま
た、リーク電流密度１×１０−７Ａ／ｃｍ２より求めら
れる基板での電圧降下ΔＶは２×１０−１０Ｖと無視で
きるレベルであった。
０ＭＨｚを示した。本実施の形態のＮｂドープＳｒＴｉ
Ｏ３基板上へ成長したＳｒＴｉＯ３バッファ層の比誘電
率測定値２５０、ＰＺＴ薄膜光導波路の比誘電率測定値
９００、ＳｒＴｉＯ３クラッド層の比誘電率測定値２５
０より合成容量を求め、さらにＲＣ時定数に測定系の抵
抗５０Ωを考慮することによって決まる周波数応答と求
めると２２．２ＭＨｚと、実測値にほぼ一致した。ま
た、リーク電流密度１×１０−７Ａ／ｃｍ２より求めら
れる基板での電圧降下ΔＶは２×１０−１０Ｖと無視で
きるレベルであった。
【００５８】次に本実施の形態に対する第２の比較例を
説明する。本比較例においては第２の実施の形態と同様
に抵抗率が０．０５Ω・ｃｍ、吸収係数１７４のＮｂ
０．５％ドープＳｒＴｉＯ３ （１００）単結晶導電性
の下部電極基板上へ、膜厚１２ｎｍのエピタキシャルＳ
ｒＴｉＯ３バッファ層を成長させ、次に膜厚９００ｎｍ
のエピタキシャルＰＺＴ（５２／４８）薄膜光導波路、
次に膜厚１２ｎｍのＳｒＴｉＯ３バッファ層を成長さ
せ、さらに第２の実施の形態と同様のＡｌプリズム型電
極を形成することによってＥＯ偏向素子を作製した。
説明する。本比較例においては第２の実施の形態と同様
に抵抗率が０．０５Ω・ｃｍ、吸収係数１７４のＮｂ
０．５％ドープＳｒＴｉＯ３ （１００）単結晶導電性
の下部電極基板上へ、膜厚１２ｎｍのエピタキシャルＳ
ｒＴｉＯ３バッファ層を成長させ、次に膜厚９００ｎｍ
のエピタキシャルＰＺＴ（５２／４８）薄膜光導波路、
次に膜厚１２ｎｍのＳｒＴｉＯ３バッファ層を成長さ
せ、さらに第２の実施の形態と同様のＡｌプリズム型電
極を形成することによってＥＯ偏向素子を作製した。
【００５９】ＳｒＴｉＯ３バッファ層およびクラッド層
はＲｆスパッタリングにより成長させた。膜厚１２ｎｍ
のＳｒＴｉＯ３バッファ層を成長の後、ＰＺＴ（５２／
４８）光導波路層も第１の実施の形態と同様にゾルゲル
法を用いた固相エピタキシャル成長によって総膜厚９０
０ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ薄膜を得た。結晶学的関
係は単一配向のＰＺＴ（１００）／／ＳｒＴｉＯ３（１
００）／／Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３（１００）、面内方位Ｐ
ＺＴ［００１］／／ＳｒＴｉＯ３［００１］／／Ｎｂ−
ＳｒＴｉＯ３［００１］の構造が得られた。この後、さ
らに膜厚１２ｎｍのＳｒＴｉＯ３バッファ層をＲｆスパ
ッタリングにより成長させを成長させた。
はＲｆスパッタリングにより成長させた。膜厚１２ｎｍ
のＳｒＴｉＯ３バッファ層を成長の後、ＰＺＴ（５２／
４８）光導波路層も第１の実施の形態と同様にゾルゲル
法を用いた固相エピタキシャル成長によって総膜厚９０
０ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ薄膜を得た。結晶学的関
係は単一配向のＰＺＴ（１００）／／ＳｒＴｉＯ３（１
００）／／Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３（１００）、面内方位Ｐ
ＺＴ［００１］／／ＳｒＴｉＯ３［００１］／／Ｎｂ−
ＳｒＴｉＯ３［００１］の構造が得られた。この後、さ
らに膜厚１２ｎｍのＳｒＴｉＯ３バッファ層をＲｆスパ
ッタリングにより成長させを成長させた。
【００６０】プリズム・カップリングによって６３３ｎ
ｍのレーザ光を本比較例のＰＺＴ薄膜光導波路に導入
し、ＴＥ０モードの伝搬損失を測定した所、４２ｄＢ／
ｃｍとバッファ層の挿入効果はほとんど見られず、シュ
ミレーションから予想されるように、バッファ層を挿入
してもバッファ層と光導波路の膜厚比が０．０５以下の
領域では実用レベルの伝搬損失は得られないことがわか
った。
ｍのレーザ光を本比較例のＰＺＴ薄膜光導波路に導入
し、ＴＥ０モードの伝搬損失を測定した所、４２ｄＢ／
ｃｍとバッファ層の挿入効果はほとんど見られず、シュ
ミレーションから予想されるように、バッファ層を挿入
してもバッファ層と光導波路の膜厚比が０．０５以下の
領域では実用レベルの伝搬損失は得られないことがわか
った。
【００６１】さらに、ＳｒＴｉＯ３クラッド層上にスパ
ッタリング法によって成膜した膜厚１００ｎｍのＡｌ薄
膜による底辺１００μｍ、高さ１０００μｍのプリズム
形上部電極をリフト・オフ法によって形成した。しか
し、プリズム・カップリングによって６３３ｎｍのレー
ザ光を本比較例のＰＺＴ薄膜光導波路に導入し、ＴＥ０
モードの伝搬損失を測定した所、ＮｂドープＳｒＴｉＯ
３基板による損失に加えてＡｌ電極による大きな損失が
加わり、伝搬損失は求めることができなかった。
ッタリング法によって成膜した膜厚１００ｎｍのＡｌ薄
膜による底辺１００μｍ、高さ１０００μｍのプリズム
形上部電極をリフト・オフ法によって形成した。しか
し、プリズム・カップリングによって６３３ｎｍのレー
ザ光を本比較例のＰＺＴ薄膜光導波路に導入し、ＴＥ０
モードの伝搬損失を測定した所、ＮｂドープＳｒＴｉＯ
３基板による損失に加えてＡｌ電極による大きな損失が
加わり、伝搬損失は求めることができなかった。
【００６２】次に本実施の形態に対する第３の比較例を
説明する。本比較例においては第１の実施の形態と同様
に抵抗率が５×１０４Ω・ｃｍ、Ｎｂ０．００５％ドー
プＳｒＴｉＯ３（１００）単結晶透明導電性の下部電極
基板上へ、膜厚９００ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ（５
２／４８）薄膜光導波路を成長させ、その上に屈折率が
１．４６、比誘電率が３．９である膜厚３００ｎｍのＳ
ｉＯ２クラッド層を成長させ、さらに第２の実施の形態
と同様のプリズム型Ａｌ上部電極を形成することによっ
てＥＯ偏向素子を作製した。
説明する。本比較例においては第１の実施の形態と同様
に抵抗率が５×１０４Ω・ｃｍ、Ｎｂ０．００５％ドー
プＳｒＴｉＯ３（１００）単結晶透明導電性の下部電極
基板上へ、膜厚９００ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ（５
２／４８）薄膜光導波路を成長させ、その上に屈折率が
１．４６、比誘電率が３．９である膜厚３００ｎｍのＳ
ｉＯ２クラッド層を成長させ、さらに第２の実施の形態
と同様のプリズム型Ａｌ上部電極を形成することによっ
てＥＯ偏向素子を作製した。
【００６３】ＰＺＴ（５２／４８）光導波路層は第１の
実施の形態と同様にしてゾルゲル法を用いた固相エピタ
キシャル成長によって、総膜厚９００ｎｍのエピタキシ
ャルＰＺＴ薄膜を作製した。その後、ＳｉＯ２クラッド
層はゾルゲル法を用いて形成した。この場合、プリズム
・カップリングによって６３３ｎｍのレーザ光を本比較
例のＰＺＴ薄膜光導波路に導入し、ＴＥ０モードの伝搬
損失測定を行った所、Ａｌ上部電極による吸収の影響が
低減され、３．９ｄＢ／ｃｍと良好な伝搬損失を示し
た。しかし、ＰＺＴ薄膜光導波路の実効電圧は、ＰＺＴ
（５２／４８）薄膜光導波路の膜厚９００ｎｍ、比誘電
率９００、およびＳｉＯ２クラッド層の膜厚３００ｎ
ｍ、比誘電率３．９よりわずか１．３％となり、１００
Ｖを印加しても実効電圧は１．３Ｖにしかならないこと
がわかった。
実施の形態と同様にしてゾルゲル法を用いた固相エピタ
キシャル成長によって、総膜厚９００ｎｍのエピタキシ
ャルＰＺＴ薄膜を作製した。その後、ＳｉＯ２クラッド
層はゾルゲル法を用いて形成した。この場合、プリズム
・カップリングによって６３３ｎｍのレーザ光を本比較
例のＰＺＴ薄膜光導波路に導入し、ＴＥ０モードの伝搬
損失測定を行った所、Ａｌ上部電極による吸収の影響が
低減され、３．９ｄＢ／ｃｍと良好な伝搬損失を示し
た。しかし、ＰＺＴ薄膜光導波路の実効電圧は、ＰＺＴ
（５２／４８）薄膜光導波路の膜厚９００ｎｍ、比誘電
率９００、およびＳｉＯ２クラッド層の膜厚３００ｎ
ｍ、比誘電率３．９よりわずか１．３％となり、１００
Ｖを印加しても実効電圧は１．３Ｖにしかならないこと
がわかった。
【００６４】次に、本発明の第３の実施の形態による光
導波路素子について説明する。本実施の形態においては
第１の実施の形態とほぼ同様に表５に示すように抵抗率
が３０Ω・ｃｍのＮｂ０．０５％ドープＳｒＴｉＯ
３（１００）単結晶導電性の下部電極基板上へ、膜厚３
００ｎｍのエピタキシャルＳｒＴｉＯ３バッファ層を成
長させ、次に膜厚９００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ
（９／６５／３５）薄膜光導波路を成長させ、次に膜厚
３００ｎｍのＳｒＴｉＯ３クラッド層を成長させ、さら
に第１の実施の形態と同様のプリズム型Ｐｔ電極を形成
することによってＥＯ偏向素子を作製した。
導波路素子について説明する。本実施の形態においては
第１の実施の形態とほぼ同様に表５に示すように抵抗率
が３０Ω・ｃｍのＮｂ０．０５％ドープＳｒＴｉＯ
３（１００）単結晶導電性の下部電極基板上へ、膜厚３
００ｎｍのエピタキシャルＳｒＴｉＯ３バッファ層を成
長させ、次に膜厚９００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ
（９／６５／３５）薄膜光導波路を成長させ、次に膜厚
３００ｎｍのＳｒＴｉＯ３クラッド層を成長させ、さら
に第１の実施の形態と同様のプリズム型Ｐｔ電極を形成
することによってＥＯ偏向素子を作製した。
【００６５】
【表５】
【００６６】ＳｒＴｉＯ３バッファ層およびクラッド層
はＲｆスパッタリングにより作製した。膜厚３００ｎｍ
のＳｒＴｉＯ３バッファ層を成長の後、第１の実施の形
態と同様にゾルゲル法を用いた固相エピタキシャル成長
によって総膜厚９００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ薄
膜を得た。結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ（１０
０）／／ＳｒＴｉＯ３（１００）／／Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ
３（１００）、面内方位ＰＬＺＴ［００１］／／ＳｒＴ
ｉＯ３［００１］／／Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３［００１］の
構造が得られた。この後、さらに膜厚３００ｎｍのＳｒ
ＴｉＯ３バッファ層を成長させ、ＳｒＴｉＯ３バッファ
層上にはＰｔ薄膜によるプリズム形電極を形成した。
はＲｆスパッタリングにより作製した。膜厚３００ｎｍ
のＳｒＴｉＯ３バッファ層を成長の後、第１の実施の形
態と同様にゾルゲル法を用いた固相エピタキシャル成長
によって総膜厚９００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ薄
膜を得た。結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ（１０
０）／／ＳｒＴｉＯ３（１００）／／Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ
３（１００）、面内方位ＰＬＺＴ［００１］／／ＳｒＴ
ｉＯ３［００１］／／Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ３［００１］の
構造が得られた。この後、さらに膜厚３００ｎｍのＳｒ
ＴｉＯ３バッファ層を成長させ、ＳｒＴｉＯ３バッファ
層上にはＰｔ薄膜によるプリズム形電極を形成した。
【００６７】プリズム・カップリングによって７８０ｎ
ｍのレーザ光を本実施の形態のＰＬＺＴ薄膜光導波路に
導入し、ＴＥ０モードの伝搬損失を測定した所、２．５
ｄＢ／ｃｍと良好な値を示した。Ｒｆスパッタリング条
件を変更することにより、ＳｒＴｉＯ３バッファ層およ
びクラッド層の比誘電率測定値は３００となり、ＰＬＺ
Ｔ薄膜光導波路の比誘電率測定値１９００とより求めら
れるＰＬＺＴ薄膜光導波路の実効電圧は２０％となっ
た。また、ＰＬＺＴ薄膜光導波路の電気光学係数、およ
び屈折率を測定した結果、二次の係数Ｒ＝３×１０
−１６ｍ２／Ｖ２、およびｎ＝２．４９であった。
ｍのレーザ光を本実施の形態のＰＬＺＴ薄膜光導波路に
導入し、ＴＥ０モードの伝搬損失を測定した所、２．５
ｄＢ／ｃｍと良好な値を示した。Ｒｆスパッタリング条
件を変更することにより、ＳｒＴｉＯ３バッファ層およ
びクラッド層の比誘電率測定値は３００となり、ＰＬＺ
Ｔ薄膜光導波路の比誘電率測定値１９００とより求めら
れるＰＬＺＴ薄膜光導波路の実効電圧は２０％となっ
た。また、ＰＬＺＴ薄膜光導波路の電気光学係数、およ
び屈折率を測定した結果、二次の係数Ｒ＝３×１０
−１６ｍ２／Ｖ２、およびｎ＝２．４９であった。
【００６８】第１の実施の形態と同様に本実施の形態の
プリズム型ＥＯ偏向素子へ６３３ｎｍの波長のレーザー
・ビームをプリズムを介してＰＬＺＴ薄膜光導波路へ導
入し、下部ＮｂドープＳｒＴｉＯ３基板電極とＰｔ上部
プリズム電極間に電圧を印加することにより導入された
レーザー・ビームが偏向された。偏向されたレーザー・
ビームは端面から出射され、投影面上でのレーザ・スポ
ット位置の変位より偏向角度を求めると、５Ｖ印加、す
なわち実効電圧１．０Ｖで１．７０度の偏向が確認され
た。先に求めたＲ＝３×１０−１６ｍ２／Ｖ２、および
ｎ＝２．４９と、設計値となるｄ＝９００ｎｍ、Ｗ＝１
００μｍ、Ｌ＝１０００μｍより実効電圧１．０Ｖでの
偏向角度を逆に求めると実測とほぼ同じ１．６４度とな
った。
プリズム型ＥＯ偏向素子へ６３３ｎｍの波長のレーザー
・ビームをプリズムを介してＰＬＺＴ薄膜光導波路へ導
入し、下部ＮｂドープＳｒＴｉＯ３基板電極とＰｔ上部
プリズム電極間に電圧を印加することにより導入された
レーザー・ビームが偏向された。偏向されたレーザー・
ビームは端面から出射され、投影面上でのレーザ・スポ
ット位置の変位より偏向角度を求めると、５Ｖ印加、す
なわち実効電圧１．０Ｖで１．７０度の偏向が確認され
た。先に求めたＲ＝３×１０−１６ｍ２／Ｖ２、および
ｎ＝２．４９と、設計値となるｄ＝９００ｎｍ、Ｗ＝１
００μｍ、Ｌ＝１０００μｍより実効電圧１．０Ｖでの
偏向角度を逆に求めると実測とほぼ同じ１．６４度とな
った。
【００６９】偏向速度を測定すると周波数応答は３００
ｋＨｚを示した。本実施の形態のＮｂドープＳｒＴｉＯ
３基板上へ成長したＳｒＴｉＯ３バッファ層の比誘電率
測定値３００と、ＰＬＺＴ薄膜光導波路の比誘電率測定
値１９００より合成容量を求め、さらにＲＣ時定数に測
定系の抵抗５０Ωを考慮することによって決まる周波数
応答と求めると２９２ｋＨｚと、実測値にほぼ一致し
た。また、リーク電流密度７×１０−８Ａ／ｃｍ２より
求められる基板での電圧降下ΔＶは１×１０−７Ｖと無
視できるレベルであった。
ｋＨｚを示した。本実施の形態のＮｂドープＳｒＴｉＯ
３基板上へ成長したＳｒＴｉＯ３バッファ層の比誘電率
測定値３００と、ＰＬＺＴ薄膜光導波路の比誘電率測定
値１９００より合成容量を求め、さらにＲＣ時定数に測
定系の抵抗５０Ωを考慮することによって決まる周波数
応答と求めると２９２ｋＨｚと、実測値にほぼ一致し
た。また、リーク電流密度７×１０−８Ａ／ｃｍ２より
求められる基板での電圧降下ΔＶは１×１０−７Ｖと無
視できるレベルであった。
【００７０】次に、本発明の第４の実施の形態による光
導波路素子について説明する。本実施の形態においては
第１の実施の形態とほぼ同様に表６に示すように抵抗率
が０．００２Ω・ｃｍのＬａ１．０％ドープＳｒＴｉＯ
３（１００）単結晶導電性の下部電極基板上へ、膜厚５
００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）
バッファ層を成長させ、次に膜厚１０００ｎｍのエピタ
キシャルＰＺＴ（５２／４８）薄膜光導波路を成長さ
せ、次に膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ（８５
／１５）クラッド層を成長させ、さらにプリズム型ＩＴ
Ｏ電極を形成することによってＥＯ偏向素子を作製し
た。
導波路素子について説明する。本実施の形態においては
第１の実施の形態とほぼ同様に表６に示すように抵抗率
が０．００２Ω・ｃｍのＬａ１．０％ドープＳｒＴｉＯ
３（１００）単結晶導電性の下部電極基板上へ、膜厚５
００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）
バッファ層を成長させ、次に膜厚１０００ｎｍのエピタ
キシャルＰＺＴ（５２／４８）薄膜光導波路を成長さ
せ、次に膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ（８５
／１５）クラッド層を成長させ、さらにプリズム型ＩＴ
Ｏ電極を形成することによってＥＯ偏向素子を作製し
た。
【００７１】
【表６】
【００７２】ＰＬＺＴ（９／６５／３５）バッファ層、
ＰＺＴ（５２／４８）薄膜光導波路、およびＰＺＴ（８
５／１５）クラッド層は、第１の実施の形態と同様にゾ
ルゲル法を用いた固相エピタキシャル成長によってＰＬ
ＺＴ（９／６５／３５）バッファ層の積層の後、ＰＺＴ
（５２／４８）薄膜光導波路を積層し、さらにＰＺＴ
（８５／１５）クラッド層を積層することによって得
た。結晶学的関係は単一配向のＰＺＴ（１００）／／Ｐ
ＺＴ（１００）／／ＰＬＺＴ（１００）／／Ｎｂ−Ｓｒ
ＴｉＯ３（１００）、面内方位ＰＺＴ［００１］／／Ｐ
ＺＴ［００１］／／ＰＬＺＴ［００１］／／Ｎｂ−Ｓｒ
ＴｉＯ３［００１］の構造が得られた。ＰＺＴ薄膜光導
波路上には膜厚１００ｎｍのＩＴＯ薄膜による底辺１０
０μｍ、高さ１０００μｍのプリズム形上部電極を形成
し、プリズム型ＥＯ偏向素子を作製した。プリズム・カ
ップリングによって６３３ｎｍのレーザ光を本実施形態
のＰＺＴ薄膜光導波路に導入し、ＴＥ０モードの伝搬損
失を測定した所、５．０ｄＢ／ｃｍと良好な値を示し
た。また、偏向角度および偏向速度とも先の実施の形態
と同様に良好な特性を示した。
ＰＺＴ（５２／４８）薄膜光導波路、およびＰＺＴ（８
５／１５）クラッド層は、第１の実施の形態と同様にゾ
ルゲル法を用いた固相エピタキシャル成長によってＰＬ
ＺＴ（９／６５／３５）バッファ層の積層の後、ＰＺＴ
（５２／４８）薄膜光導波路を積層し、さらにＰＺＴ
（８５／１５）クラッド層を積層することによって得
た。結晶学的関係は単一配向のＰＺＴ（１００）／／Ｐ
ＺＴ（１００）／／ＰＬＺＴ（１００）／／Ｎｂ−Ｓｒ
ＴｉＯ３（１００）、面内方位ＰＺＴ［００１］／／Ｐ
ＺＴ［００１］／／ＰＬＺＴ［００１］／／Ｎｂ−Ｓｒ
ＴｉＯ３［００１］の構造が得られた。ＰＺＴ薄膜光導
波路上には膜厚１００ｎｍのＩＴＯ薄膜による底辺１０
０μｍ、高さ１０００μｍのプリズム形上部電極を形成
し、プリズム型ＥＯ偏向素子を作製した。プリズム・カ
ップリングによって６３３ｎｍのレーザ光を本実施形態
のＰＺＴ薄膜光導波路に導入し、ＴＥ０モードの伝搬損
失を測定した所、５．０ｄＢ／ｃｍと良好な値を示し
た。また、偏向角度および偏向速度とも先の実施の形態
と同様に良好な特性を示した。
【００７３】次に、本発明の第５の実施の形態による光
導波路素子について説明する。第４の実施の形態と同様
に表６に示すように抵抗率が０．００２Ω・ｃｍのＬａ
１．０％ドープＳｒＴｉＯ３（１００）単結晶導電性の
下部電極基板上へ、膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰ
ＬＺＴ（９／６５／３５）バッファ層を成長させ、次に
膜厚１０００ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ（５２／４
８）薄膜光導波路を成長させ、次に膜厚５００ｎｍのエ
ピタキシャルＰＺＴ（８５／１５）クラッド層を成長さ
せ、その後、薄膜光導波路のパターンニングによるチャ
ンネルの形成と電極の設置によってマッハツェンダ干渉
スイッチを作製することができ、低伝搬損失で低駆動電
圧である良好な光導波路特性およびスイッチング特性を
有する光導波路構造を得ることができる。
導波路素子について説明する。第４の実施の形態と同様
に表６に示すように抵抗率が０．００２Ω・ｃｍのＬａ
１．０％ドープＳｒＴｉＯ３（１００）単結晶導電性の
下部電極基板上へ、膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰ
ＬＺＴ（９／６５／３５）バッファ層を成長させ、次に
膜厚１０００ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ（５２／４
８）薄膜光導波路を成長させ、次に膜厚５００ｎｍのエ
ピタキシャルＰＺＴ（８５／１５）クラッド層を成長さ
せ、その後、薄膜光導波路のパターンニングによるチャ
ンネルの形成と電極の設置によってマッハツェンダ干渉
スイッチを作製することができ、低伝搬損失で低駆動電
圧である良好な光導波路特性およびスイッチング特性を
有する光導波路構造を得ることができる。
【００７４】次に、本発明の第６の実施の形態による光
導波路素子について説明する。第４の実施の形態と同様
に表６に示すように抵抗率が０．００２Ω・ｃｍのＬａ
１．０％ドープＳｒＴｉＯ３（１００）単結晶導電性の
下部電極基板上へ、膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰ
ＬＺＴ（９／６５／３５）バッファ層を成長させ、次に
膜厚１０００ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ（５２／４
８）薄膜光導波路を成長させ、次に膜厚５００ｎｍのエ
ピタキシャルＰＺＴ（８５／１５）クラッド層を成長さ
せ、その後、薄膜光導波路のパターンニングによるチャ
ンネルの形成と電極の設置によって方向性結合スイッチ
を作製することができ、低伝搬損失で低駆動電圧である
良好な光導波路特性およびスイッチング特性を有する光
導波路構造を得ることができる。
導波路素子について説明する。第４の実施の形態と同様
に表６に示すように抵抗率が０．００２Ω・ｃｍのＬａ
１．０％ドープＳｒＴｉＯ３（１００）単結晶導電性の
下部電極基板上へ、膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰ
ＬＺＴ（９／６５／３５）バッファ層を成長させ、次に
膜厚１０００ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ（５２／４
８）薄膜光導波路を成長させ、次に膜厚５００ｎｍのエ
ピタキシャルＰＺＴ（８５／１５）クラッド層を成長さ
せ、その後、薄膜光導波路のパターンニングによるチャ
ンネルの形成と電極の設置によって方向性結合スイッチ
を作製することができ、低伝搬損失で低駆動電圧である
良好な光導波路特性およびスイッチング特性を有する光
導波路構造を得ることができる。
【００７５】なお、第１乃至第６の実施の形態と同様に
不純物元素をドープすることによって導電性または半導
電性としたＳｒＴｉＯ３単結晶基板上にバッファ層を配
し、その上に薄膜光導波路を設け、さらにクラッド層を
設けた構造の他の実施の形態を表７から表１２に示す
が、このような構造はこれらに限られるものではない。
不純物元素をドープすることによって導電性または半導
電性としたＳｒＴｉＯ３単結晶基板上にバッファ層を配
し、その上に薄膜光導波路を設け、さらにクラッド層を
設けた構造の他の実施の形態を表７から表１２に示す
が、このような構造はこれらに限られるものではない。
【００７６】
【表７】
【００７７】
【表８】
【００７８】
【表９】
【００７９】
【表１０】
【００８０】
【表１１】
【００８１】
【表１２】
【００８２】次に、本発明の第７の実施の形態による光
導波路素子について説明する。表１３に示すようにＭｇ
Ｏ単結晶基板上へ、膜厚２００ｎｍのエピタキシャルＮ
ｂ０．５％ドープＳｒＴｉＯ３（１００）導電層を成長
させ、次に膜厚３００ｎｍのＳｒＴｉＯ３バッファ層を
成長させ、次に膜厚１０００ｎｍのエピタキシャルＰＺ
Ｔ（５２／４８）薄膜光導波路を成長させ、次に膜厚３
００ｎｍのＳｒＴｉＯ ３クラッド層を成長させ、さらに
薄膜光導波路のパターンニングによるチャンネルの形成
とＸ交差部への電極の設置によって全反射型スイッチを
作製することができる。
導波路素子について説明する。表１３に示すようにＭｇ
Ｏ単結晶基板上へ、膜厚２００ｎｍのエピタキシャルＮ
ｂ０．５％ドープＳｒＴｉＯ３（１００）導電層を成長
させ、次に膜厚３００ｎｍのＳｒＴｉＯ３バッファ層を
成長させ、次に膜厚１０００ｎｍのエピタキシャルＰＺ
Ｔ（５２／４８）薄膜光導波路を成長させ、次に膜厚３
００ｎｍのＳｒＴｉＯ ３クラッド層を成長させ、さらに
薄膜光導波路のパターンニングによるチャンネルの形成
とＸ交差部への電極の設置によって全反射型スイッチを
作製することができる。
【００８３】
【表１３】
【００８４】導電層，バッファ層、導波路層、クラッド
層の各層はターゲット表面をＵＶレーザー・パルスによ
り瞬間的に加熱し蒸着を行うエキシマ・レーザー・デポ
ジション法によって成長させることができる。結晶学的
関係は単一配向のＳｒＴｉＯ ３（１００）／／ＰＺＴ
（１００）／／ＳｒＴｉＯ３（１００）／／Ｎｂ−Ｓｒ
ＴｉＯ３（１００）／／ＭｇＯ（１００）を有し、低伝
搬損失で低駆動電圧である良好な光導波路特性およびス
イッチング特性を有する光導波路構造を得ることができ
る。
層の各層はターゲット表面をＵＶレーザー・パルスによ
り瞬間的に加熱し蒸着を行うエキシマ・レーザー・デポ
ジション法によって成長させることができる。結晶学的
関係は単一配向のＳｒＴｉＯ ３（１００）／／ＰＺＴ
（１００）／／ＳｒＴｉＯ３（１００）／／Ｎｂ−Ｓｒ
ＴｉＯ３（１００）／／ＭｇＯ（１００）を有し、低伝
搬損失で低駆動電圧である良好な光導波路特性およびス
イッチング特性を有する光導波路構造を得ることができ
る。
【００８５】本実施の形態と同様に基板上に不純物元素
をドープすることによって導電性または半導電性とした
ＳｒＴｉＯ３導電層とバッファ層を配し、その上に薄膜
光導波路を設けた構造の他の実施の形態を表１４に示す
が、このような構造はこれらに限られるものではない。
をドープすることによって導電性または半導電性とした
ＳｒＴｉＯ３導電層とバッファ層を配し、その上に薄膜
光導波路を設けた構造の他の実施の形態を表１４に示す
が、このような構造はこれらに限られるものではない。
【００８６】
【表１４】
【００８７】また、以上の実施の形態ではプリズム型偏
向素子、マッハツェンダ干渉スイッチ、方向性結合スイ
ッチ、および全反射型スイッチを示したが、本発明の思
想は言うまでもなくブラッグ反射型スイッチ、デジタル
型スイッチ、位相変調素子、モード変換素子、波長フィ
ルター素子などＥＯ効果を用いるすべての光導波路素子
において同様に適応可能であり、これらの薄膜光導波路
素子においても同じく低駆動電圧特性と低伝搬損失特性
を同時に解決できる構造が提供される。
向素子、マッハツェンダ干渉スイッチ、方向性結合スイ
ッチ、および全反射型スイッチを示したが、本発明の思
想は言うまでもなくブラッグ反射型スイッチ、デジタル
型スイッチ、位相変調素子、モード変換素子、波長フィ
ルター素子などＥＯ効果を用いるすべての光導波路素子
において同様に適応可能であり、これらの薄膜光導波路
素子においても同じく低駆動電圧特性と低伝搬損失特性
を同時に解決できる構造が提供される。
【００８８】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、低駆動電
圧特性と低伝搬損失特性を同時に解決できる電気光学効
果を有する薄膜光導波路素子が実現できる。本発明の光
導波路素子は各種の偏向素子、スイッチング素子、ある
いは変調素子などを含む電気光学効果を利用する光導波
路素子全般へ利用可能となる。
圧特性と低伝搬損失特性を同時に解決できる電気光学効
果を有する薄膜光導波路素子が実現できる。本発明の光
導波路素子は各種の偏向素子、スイッチング素子、ある
いは変調素子などを含む電気光学効果を利用する光導波
路素子全般へ利用可能となる。
【図１】本発明の光導波路素子における電界分布を示す
図である。
図である。
【図２】吸収係数が１７４のＳｒＴｉＯ３基板上のＰＺ
Ｔ光導波路の伝搬損失と膜厚の関係を示す図である。
Ｔ光導波路の伝搬損失と膜厚の関係を示す図である。
【図３】バッファ層を有する光導波路における電界分布
を示す図である。
を示す図である。
【図４】吸収係数が１７４のＳｒＴｉＯ３基板上の膜厚
６００ｎｍのＰＺＴ光導波路の伝搬損失とＳｒＴｉＯ３
バッファ層の膜厚の関係を示す図である。
６００ｎｍのＰＺＴ光導波路の伝搬損失とＳｒＴｉＯ３
バッファ層の膜厚の関係を示す図である。
【図５】吸収係数が１７４のＳｒＴｉＯ３基板上による
吸収伝搬損失が１ｄＢ／ｃｍとなるＰＺＴ光導波路の膜
厚とＳｒＴｉＯ３バッファ層の膜厚の関係を示す図であ
る。
吸収伝搬損失が１ｄＢ／ｃｍとなるＰＺＴ光導波路の膜
厚とＳｒＴｉＯ３バッファ層の膜厚の関係を示す図であ
る。
【図６】表面にＡｌ電極を有する光導波路における電界
分布の原理図である。
分布の原理図である。
【図７】表面にＡｌ電極を有するＰＺＴ光導波路の伝搬
損失と膜厚の関係を示す図である。
損失と膜厚の関係を示す図である。
【図８】クラッド層を有する光導波路における電界分布
の原理図である。
の原理図である。
【図９】光導波路／バッファ層／基板の等価回路を示す
図である。
図である。
【図１０】実効電圧と印加電圧の比が０．０２〜０．４
の範囲のバッファ層膜厚／光導波路膜厚対バッファ層誘
電率／光導波路誘電率の関係を示す図である。
の範囲のバッファ層膜厚／光導波路膜厚対バッファ層誘
電率／光導波路誘電率の関係を示す図である。
【図１１】実効電圧と印加電圧の比が０．４〜０．９の
範囲のバッファ層膜厚／光導波路膜厚対バッファ層誘電
率／光導波路誘電率の関係を示す図である。
範囲のバッファ層膜厚／光導波路膜厚対バッファ層誘電
率／光導波路誘電率の関係を示す図である。
【図１２】基板の抵抗率とＲＣ時定数による駆動周波数
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
【図１３】基板の抵抗率と電圧降下の関係を示す図であ
る。
る。
【図１４】第１の実施の形態による光導波路素子のＥＯ
プリズム型偏向素子の上面図である。
プリズム型偏向素子の上面図である。
【図１５】第１の実施の形態による光導波路素子のＥＯ
プリズム型偏向素子の側面図である。
プリズム型偏向素子の側面図である。
１ 薄膜光導波路 ２ 導電性基板 ３ クラッド層 ４ バッファ層 ５ 入射プリズム ６ 入射ビーム ７ プリズム電極 ８ 出射ビーム ９ レーザ光源 １０ レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森山 弘朗 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなかい 富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者 中村 滋年 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなかい 富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者 長ケ部 英資 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなかい 富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者 森川 尚 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなかい 富士ゼロックス株式会社内
Claims (16)
- 【請求項１】不純物元素を０．０１重量％から５．０重
量％ドープした導電性または半導電性の下部電極となる
ＳｒＴｉＯ３単結晶基板と、 前記単結晶基板表面に設けられたエピタキシャルまたは
単一配向性の酸化物バッファ層と、 前記バッファ層上に設けられたエピタキシャルまたは単
一配向性の電気光学効果を有する酸化物薄膜光導波路
と、 前記薄膜光導波路上に設けられた酸化物クラッド層と、 前記クラッド層上に設けられた導電性薄膜または半導電
性薄膜の上部電極とを備えたことを特徴とする光導波路
素子。 - 【請求項２】請求項１記載の光導波路素子において、 前記単結晶半導体基板は、表面に不純物元素を０．０１
重量％から５．０重量％ドープしたエピタキシャルまた
は単一配向性のＳｒＴｉＯ３半導体薄膜を有しているこ
とを特徴とする光導波路素子。 - 【請求項３】請求項１または２に記載の光導波路素子に
おいて、 前記不純物元素は、ＩＩＩ族またはＶ族の元素であるこ
とを特徴とする光導波路素子。 - 【請求項４】請求項３記載の光導波路素子において、 前記不純物元素は、Ｎｂであることを特徴とする光導波
路素子。 - 【請求項５】請求項３記載の光導波路素子において、 前記不純物元素は、Ｌａであることを特徴とする光導波
路素子。 - 【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載の光導波
路素子において、 前記単結晶半導体基板の抵抗率は、１０４Ω・ｃｍ以下
であることを特徴とする光導波路素子。 - 【請求項７】請求項１乃至６のいずれかに記載の光導波
路素子において、 前記バッファ層は、前記光導波路よりも小さい屈折率を
有する酸化物であることを特徴とする光導波路素子。 - 【請求項８】請求項１乃至７のいずれかに記載の光導波
路素子において、 前記バッファ層は、Ｐｂ１−ｘＬａｘ（ＺｒｙＴｉ
１−ｙ）１−ｘ／４Ｏ３（０＜ｘ＜０．３、０＜ｙ＜
１．０）であることを特徴とする光導波路素子。 - 【請求項９】請求項１乃至８のいずれかに記載の光導波
路素子において、 前記薄膜光導波路は、酸化物強誘電体であることを特徴
とする光導波路素子。 - 【請求項１０】請求項１乃至９のいずれかに記載の光導
波路素子において、 前記強誘電体薄膜光導波路は、Ｐｂ１−ｘＬａｘ（Ｚｒ
ｙＴｉ１−ｙ）１−ｘ ／４Ｏ３（０＜ｘ＜０．３、０＜
ｙ＜１．０）であることを特徴とする光導波路素子。 - 【請求項１１】請求項１乃至１０のいずれかに記載の光
導波路素子において、 前記クラッド層は、前記光導波路よりも小さい屈折率を
有する酸化物であることを特徴とする光導波路素子。 - 【請求項１２】請求項１乃至１１のいずれかに記載の光
導波路素子において、 前記クラッド層は、Ｐｂ１−ｘＬａｘ（ＺｒｙＴｉ
１−ｙ）１−ｘ／４Ｏ３（０＜ｘ＜０．３、０＜ｙ＜
１．０）であることを特徴とする光導波路素子。 - 【請求項１３】請求項１乃至１２のいずれかに記載の光
導波路素子において、 前記上部電極は、金属であることを特徴とする光導波路
素子。 - 【請求項１４】請求項１乃至１３のいずれかに記載の光
導波路素子において、 前記上部電極と前記下部電極との間に電圧を印加するこ
とにより、前記光導波路に入射する光ビームを変調、ス
イッチング、または偏向することを特徴とする光導波路
素子。 - 【請求項１５】請求項１４記載の光導波路素子におい
て、 前記上部電極と前記下部電極との間に電圧を印加するこ
とにより、前記光導波路に入射する光ビームをプリズム
型偏向、マッハツェンダ干渉スイッチング、方向性結合
スイッチング、全反射型スイッチング、ブラッグ反射型
スイッチング、デジタル型スイッチング、位相変調、モ
ード変換、または波長フィルタリングすることを特徴と
する光導波路素子。 - 【請求項１６】酸化物バッファ層と、酸化物薄膜光導波
路と、酸化物クラッド層とがこの順に積層された光導波
路素子の製造方法において、 前記酸化物バッファ層、前記酸化物薄膜光導波路、及び
前記クラッド層は、金属有機化合物を塗布した後、焼成
による固相エピタキシャル成長で形成することを特徴と
する光導波路素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11029725A JP2000056344A (ja) | 1998-06-05 | 1999-02-08 | 光導波路素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10-157610 | 1998-06-05 | ||
| JP15761098 | 1998-06-05 | ||
| JP11029725A JP2000056344A (ja) | 1998-06-05 | 1999-02-08 | 光導波路素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000056344A true JP2000056344A (ja) | 2000-02-25 |
Family
ID=26367960
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11029725A Pending JP2000056344A (ja) | 1998-06-05 | 1999-02-08 | 光導波路素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000056344A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004071933A (ja) * | 2002-08-08 | 2004-03-04 | Canon Inc | アクチュエータおよび液体噴射ヘッドならびに前記液体噴射ヘッドの製造方法 |
| JP2004279970A (ja) * | 2003-03-18 | 2004-10-07 | Fujitsu Ltd | 光偏向素子及びそれを用いた光デバイス |
| JPWO2004068235A1 (ja) * | 2003-01-27 | 2006-05-25 | 富士通株式会社 | 光偏向素子およびその製造方法 |
| WO2006137408A1 (ja) * | 2005-06-20 | 2006-12-28 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | 電気光学素子 |
| JP2007047345A (ja) * | 2005-08-09 | 2007-02-22 | Fujitsu Ltd | 光スイッチ |
| JP2010505942A (ja) * | 2006-10-09 | 2010-02-25 | デウン カンパニー，リミテッド | 上皮細胞増殖因子を含有する安定な口内炎治療用液状組成物 |
-
1999
- 1999-02-08 JP JP11029725A patent/JP2000056344A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004071933A (ja) * | 2002-08-08 | 2004-03-04 | Canon Inc | アクチュエータおよび液体噴射ヘッドならびに前記液体噴射ヘッドの製造方法 |
| JPWO2004068235A1 (ja) * | 2003-01-27 | 2006-05-25 | 富士通株式会社 | 光偏向素子およびその製造方法 |
| JP2004279970A (ja) * | 2003-03-18 | 2004-10-07 | Fujitsu Ltd | 光偏向素子及びそれを用いた光デバイス |
| JP4560273B2 (ja) * | 2003-03-18 | 2010-10-13 | 富士通株式会社 | 光偏向素子及びそれを用いた光デバイス |
| JP4751389B2 (ja) * | 2005-06-20 | 2011-08-17 | 日本電信電話株式会社 | ビーム偏向器 |
| WO2006137408A1 (ja) * | 2005-06-20 | 2006-12-28 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | 電気光学素子 |
| US8654167B2 (en) | 2005-06-20 | 2014-02-18 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Electrooptic device |
| JPWO2006137408A1 (ja) * | 2005-06-20 | 2009-01-22 | 日本電信電話株式会社 | 電気光学素子 |
| US8648893B2 (en) | 2005-06-20 | 2014-02-11 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Electrooptic device |
| US7764302B2 (en) | 2005-06-20 | 2010-07-27 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Electrooptic device |
| JP4573726B2 (ja) * | 2005-08-09 | 2010-11-04 | 富士通株式会社 | 光スイッチ |
| JP2007047345A (ja) * | 2005-08-09 | 2007-02-22 | Fujitsu Ltd | 光スイッチ |
| JP2010505942A (ja) * | 2006-10-09 | 2010-02-25 | デウン カンパニー，リミテッド | 上皮細胞増殖因子を含有する安定な口内炎治療用液状組成物 |
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