JP2002202483A

JP2002202483A - 光導波路素子の作製方法

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Publication number: JP2002202483A
Application number: JP2000399927A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Miyama; 靖之深山; Hirotoshi Nagata; 裕俊永田; Toshihiro Sakamoto; 敏弘坂本
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2002-07-19

Abstract

(57)【要約】【課題】バッファ層をエッチングして基板の主面を露
出することにより形成される開口部が、少なくとも動作
点制御のためにＤＣバイアスが印加される電極を構成す
る電極間に位置する構造を有する光導波路素子の、ＤＣ
ドリフトの増大を防止する。【解決手段】電気光学効果を有する基板１の主面１Ａ
上にバッファ層３を形成する。次いで、バッファ層３を
非反応性ドライエッチングによって部分的に除去し、基
板１の主面１Ａが露出した開口部８を形成する。次い
で、基板１を酸素含有雰囲気中でアニーリングする。そ
の後、バッファ層３の残部上に変調用のＲＦ電圧及び動
作点制御用のＤＣ電圧を印加する信号電極５及び接地電
極６を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路素子の作
製方法に関し、さらに詳しくは、長距離、大容量の光フ
ァイバ通信システムにおける光変調器や光計測器などに
用いられる光導波路素子の作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ニオブ酸リチウム（ＬＮ）などの電気光
学効果を有する材料からなる基板上に光導波路やバッフ
ァ層、電極などを集積させて構成した光導波路素子は、
長距離、大容量の光ファイバ通信システムや光計測器な
どに広く用いられている。このような光導波路素子はＬ
Ｎなどの基板上にＴｉ熱拡散法などを用いて光導波路を
形成した後、前記基板上にＳｉＯ_２などからなるバッフ
ァ層、導波光を制御するための変調用電極などを順次形
成してウエハを作製する。その後、ダイサーなどを用い
て前記ウエハを素子ごとに切り分け、各素子をケースに
マウントした後、光ファイバを接続して作製する。

【０００３】バッファ層は、光導波路中を導波する光波
と、変調用電極に印加される高周波変調用電気信号との
速度整合を取ることなどの目的から形成されているもの
である。しかしながら、この場合においては、変調用電
極が基板上にバッファ層を介して形成されることにな
る。このため、基板上に直接形成した場合に比較して、
光導波路中を導波する光波を変調するために要する変調
用電気信号の印加電圧値が増大してしまう。

【０００４】そこで、特に、変調用電極を構成する信号
電極と接地電極との間のバッファ層を除去したり、さら
には接地電極のみを直接基板上に形成し、信号電極を従
来どおりにバッファ層上に形成することにより、変調用
電気信号の低電圧化と速度整合との両方を同時に達成し
ようとする試みがなされている。この様な光導波路素子
においては、通常、その動作点制御のため高速の変調用
信号に加えてＤＣ成分をバイアスとして前記変調用電極
に印加する。

【０００５】さらに、光導波路素子のより安定な動作を
可能とすべく、光導波路素子に変調用電極とは別体でＤ
Ｃ電極を設ける場合がある。このＤＣ電極は、光導波路
に所定のバイアス電圧を印加することにより動作点を制
御するものである。基板としてＬＮのＸカット板を用い
る場合においては、電極間に光導波路が設置されるため
に、電極層による吸収がないこと、さらには速度整合を
取る必要がなく、駆動電圧の低減をより効果的に行うこ
とができるため、基板上に直接ＤＣ電極を形成すること
が普通である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、変調用
電極間のバッファ層を除去したり、接地電極及びＤＣ電
極を基板上に直接的に形成するに際しては、一般に、基
板の主面上にバッファ層を均一に形成した後、このバッ
ファ層の一部をエッチング除去して基板の主面を露出さ
せて開口部を形成する。そして、この前記開口部内に接
地電極又はＤＣ電極を形成することによって実施する。
また、変調用電極間のバッファ層を除去するに際して
は、この除去する部分に対応して開口部を形成する。

【０００７】しかしながら、バッファ層のエッチングを
不活性ガスを用いたＥＣＲプラズマなどのドライエッチ
ングにより実施して、開口部を形成した場合において
は、ＤＣバイアス印加により制御される変調器の動作点
が経時的に変化してしまう現象であるＤＣドリフトが、
ドライエッチング法を用いずに作製された変調器のドリ
フト量に比べ、著しく増大するという問題があった。

【０００８】本発明は、変調用電気信号の低電圧化を図
る目的、若しくは動作点制御を効果的に行う目的で、バ
ッファ層をエッチングして基板の主面を露出させて形成
される開口部が、少なくとも動作点制御のためにＤＣバ
イアスが印加される電極を構成する電極間に位置する構
造を有する光導波路素子の作製方法において、前記光導
波路素子のＤＣドリフトの増大を防止することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明の光導波路素子の作製方法は、電気光学効果を有
する材料からなる基板に光導波路を形成する工程と、前
記基板の主面上にバッファ層を形成する工程と、前記バ
ッファ層を非反応性ドライエッチングによって部分的に
除去することにより、前記基板の前記主面の少なくとも
一部が露出した開口部を形成する工程と、前記基板を酸
素含有雰囲気中でアニーリングする工程と、前記バッフ
ァ層の残部上及び前記開口部内の少なくとも一方に、少
なくともＤＣ成分を印加するための電極を形成する工程
と、を含むことを特徴とする。

【００１０】本発明者らは、不活性ガスなどを用いたド
ライエッチングによってバッファ層の一部を除去して基
板の主面を露出させて開口部を形成し、この開口部が少
なくともＤＣ成分を印加するための電極（以下、「ＤＣ
印加電極」と略す場合がある）間に位置するように形成
した光導波路素子において、極めて大きいＤＣドリフト
が発生する原因を探るべく鋭意検討を行った。

【００１１】そして、バッファ層を形成することなく、
基板上にＤＣ印加電極を直接形成した場合においてはＤ
Ｃドリフトが極めて小さいこと、さらにはバッファ層上
にＤＣ印加電極を形成した場合においても、基板上に直
接的に形成した場合よりも若干大きいＤＣドリフトが見
られるものの、上記のような経時的変化が見られないこ
とを見出した。

【００１２】そこで、本発明者らは、バッファ層をドラ
イエッチングすることにより開口部を形成した場合にお
ける、その露出した基板主面の状態を詳細に検討した。
その結果、バッファ層のオーバーエッチングによって基
板主面が若干エッチングされ、上記ＤＣ印加電極を形成
すべき開口部内において酸素欠乏の状態となっているこ
とを見出した。

【００１３】この事実から、本発明者らは、基板主面に
おける酸素欠陥に起因してキャリアが発生し、このキャ
リアが上記光導波路素子のＤＣドリフト特性に影響を及
ぼしているものと判断するに至った。したがって、ＤＣ
印加電極を形成する以前に、基板主面の酸素欠陥を補う
ことにより上述したような問題を解決できることを見出
した。本発明は上述したような長期に渡る研究の結果と
してなされたものである。

【００１４】本発明によれば、バッファ層を具える光導
波路素子構成において、変調用電気信号の低電圧化並び
に動作点制御の効率化の目的で、前記バッファ層の一部
を除去することにより基板主面を露出させた開口部を形
成し、この開口部がＤＣ印加電極の電極間に位置するよ
うに、あるいは前記開口部内にＤＣ印加電極が直接的に
位置するように光導波路素子を形成する場合において、
そのＤＣドリフトの増大を効果的に防止することができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を発明の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の光導波路
素子の作製方法により作製した光導波路素子の一例を示
す斜視図であり、図２は、図１に示す光導波路素子１０
のＡ−Ａ線に沿って切った断面図である。

【００１６】図１に示す光導波路素子１０は、電気光学
効果を有する材料からなる基板１と、この基板１に形成
された光導波路２と、変調用電極を構成する信号電極５
及び接地電極６とを具えている。さらに、基板１と信号
電極５及び接地電極６との間には、バッファ層３が形成
されている。

【００１７】信号電極５には、光導波路２中を導波する
光波を変調するためのＲＦ成分と、光導波路素子１０の
動作点を制御するためのＤＣ成分とが印加されるように
なっている。すなわち、信号電極５は変調用電極を構成
するとともに、ＤＣ印加電極としても作用するものであ
る。また、信号電極５と接地電極６との間には開口部８
が形成され、これらの間にはバッファ層が存在しないよ
うになっている。

【００１８】光導波路素子１０は、本発明にしたがって
以下のように形成する。最初に、基板１に光導波路２を
形成する。光導波路２は、Ｔｉ熱拡散法、プロトン交換
法、エピタキシャル成長法、及びイオン注入法などいず
れの方法をも用いることができる。

【００１９】次いで、基板１の主面１Ａ上にバッファ層
３を形成する。バッファ層３は、ＳｉＯ_２などの公知の
材料から、蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーテ
ィング法、ＣＶＤ法などの公知の成膜法により、厚さ
０．２〜２．０μｍに形成することができる。

【００２０】次いで、非反応性ドライエッチングにより
バッファ層３を部分的に除去し、基板１の主面１Ａを露
出させて開口部８を形成する。具体的には、バッファ層
３上にクロムマスクを蒸着法などにより、バッファ層よ
りも若干厚く、例えば、厚さ０．３〜２．１μｍに形成
する。そして、前記クロムマスク上にフォトレジストを
厚さ０．７〜１．０μｍに形成した後、フォトリソグラ
フィによって前記フォトレジストをパターニングする。
次いで、前記クロムマスクの開口部８に相当する部分を
ケミカルエッチングによって除去する。残ったフォトレ
ジストは、有機溶剤により除去する。

【００２１】その後、例えば、ＥＣＲプラズマ源を用い
たドライエッチング装置内に前記クロムマスクを有する
基板を設置し、バッファ層３をドライエッチングする。
すると、バッファ層３の、前記クロムマスクの形成され
ていない開口部８に相当する部分のみがエッチング除去
され、開口部８が形成される。残ったクロムマスクはケ
ミカルエッチングなどによって除去する。

【００２２】非反応性ドライエッチングに用いることの
できるエッチングガスは、非反応性のプラズマイオン種
を形成するものであれば特には限定されない。しかしな
がら、エッチングレートが比較的高いこと、及び化学的
に安定で取り扱い易いことから、不活性ガスを用いるこ
とが好ましい。特に入手しやすく価格が安いこと、エッ
チングレートの制御が容易であるとの観点から、アルゴ
ンガスを用いることが好ましい。

【００２３】次いで、開口部８が形成された基板１を酸
素含有雰囲気中でアニーリングする。具体的には、基板
１を管状炉などの電気炉内に設置し、酸素含有雰囲気
中、１００〜９００℃において１〜２０時間加熱処理を
行うことにより実施する。なお、ここでいう酸素含有雰
囲気とは、酸素ガス雰囲気の他、合成空気や大気中など
所定量の酸素を含む雰囲気をいう。

【００２４】次いで、バッファ層３の残部上に信号電極
５及び接地電極６を、Ａｕなどの導電性材料から蒸着法
並びにメッキ法、又は両者を併用することによって、厚
さ１５μｍ〜３０μｍに形成する。以上のような工程を
経ることにより、図１に示すような光導波路素子１０を
得ることができる。

【００２５】図１及び２に示す光導波路素子１０におい
ては、信号電極５及び接地電極６の両方をバッファ層３
の残部上に形成している。しかしながら、図３に示すよ
うに、開口部８を拡大させて形成し、信号電極５のみを
バッファ層３の残部上に形成するとともに、接地電極６
を信号電極５と所定の間隔を隔てて開口部８内に形成す
ることもできる。これによって、信号電極５に印加する
ＲＦ成分及びＤＣ成分の電圧値を低減することができ
る。

【００２６】さらには、図４に示すように、開口部８を
さらに拡大させて形成し、信号電極５及び接地電極６の
両方を所定の間隔を隔てて開口部８内に形成することも
できる。

【００２７】図５は、本発明の光導波路素子の作製方法
により作製した光導波路素子の他の例を示す斜視図であ
る。図５に示す光導波路素子２０は、電気光学効果を有
する材料からなる基板１１と、この基板１１に形成され
た光導波路１２と、変調用電極を構成する信号電極１５
及び接地電極１６とを具えている。さらに、基板１１と
信号電極１５及び接地電極１６との間には、バッファ層
１３が形成されている。また、基板１１の右端には開口
部１８が設けられ、基板１１の主面１１Ａと直接接触す
るようにして、ＤＣ電極ホット部１７−１及びＤＣ電極
グランド部１７−２からなるＤＣ電極１７が形成されて
いる。

【００２８】すなわち、図５に示す光導波路素子２０
は、信号電極１５及び接地電極１６からなる本来の高速
変調用電極に対して、動作点を制御するためのＤＣ成分
を印加するＤＣ電極１７を別体で設けている。

【００２９】図５に示す光導波路素子２０を形成する場
合においても、ＤＣ電極１７を設けた開口部１８を、非
反応性ドライエッチングによって形成した後に、上述し
たように、酸素含有雰囲気でアニーリング処理する。し
たがって、基板１１の主面１１Ａの酸素欠陥に起因した
動作点シフトを防止することができる。なお、光導波路
素子２０を構成する光導波路１２などについては、上記
同様にして形成することができ、また、開口部１８につ
いても図１及び２に示す開口部８と同様にして形成する
ことができる。さらに、作製工程を簡略化すべく、信号
電極１５、接地電極１６、及びＤＣ電極１７は所定のマ
スクを用いて同時に形成することが好ましい。

【００３０】また、図５においては、ＤＣ電極１７を構
成するＤＣ電極ホット部１７−１及びＤＣ電極グランド
部１７−２を共に開口部１８内に形成しているが、図１
〜４に示した場合と同様に、ＤＣ電極ホット部１７−１
をバッファ層１３の残部上に形成することもできるし、
ＤＣ電極ホット部１７−１及びＤＣ電極グランド部１７
−２の両方をバッファ層１３の残部上に形成し、これら
電極間に開口部１８が位置するように形成することもで
きる。

【００３１】本発明の作製方法は、特に、リチウムを含
有した強誘電性材料からなる基板に対してその効果を顕
著に発現する。したがって、本発明の作製方法において
は、高品位の結晶が比較的安価に入手でき、Ｔｉ熱拡散
法などによる光導波路の作製が容易であるなどの理由か
ら、光導波路素子における基板をニオブ酸リチウムから
構成することが好ましい。

【００３２】

【実施例】以下実施例により、本発明を具体的に説明す
る。（実施例）本実施例においては、本発明の作製方法を用
いることにより、図１に示すような光導波路素子１０を
形成した。基板１には、ニオブ酸リチウム単結晶のＸカ
ット板を用いた。基板１内にＴｉ熱拡散法により光導波
路２を形成した。次いで、基板１上に、蒸着法によって
ＳｉＯ_２からなるバッファ層３を厚さ０．５μｍに形成
した。次いで、バッファ層の機械的強度の向上や、酸欠
部分への酸素補給の目的からバッファ層３が形成された
基板１を酸素雰囲気中、６００℃で５時間アニーリング
した。

【００３３】次いで、ＥＣＲプラズマ源を具えるドライ
エッチング装置を用いるとともに、エッチングガスとし
てアルゴンガスを用い、「発明の実施の形態」で述べた
手順にしたがって開口部８を形成した。次いで、開口部
８が形成された基板１を電気炉内に設置し、酸素ガス雰
囲気中において、６００℃、５時間の加熱処理によるア
ニーリングを実施した。その後、バッファ層３上及び開
口部内に下地層としてＴｉ層及びＡｕ層を蒸着法により
形成した後、電極層としてＡｕ層をメッキ法によって厚
く形成した。さらに前記Ｔｉ層及びＡｕ層にケミカルエ
ッチングを行うことによって分離し、信号電極５及び接
地電極６を厚さ２０μｍに形成した。

【００３４】このようにして得られた光導波路素子１０
に光ファイバを接続し、信号電極５に所定のＤＣ電圧を
印加して動作点を制御した後、８０℃、１００時間の温
度加速条件下におけるＤＣドリフトを調べた。その結
果、上記試験後のＤＣドリフト量は１．７Ｖであること
が判明した。

【００３５】（比較例）開口部８を形成した後、アニー
リングを実施しなかった以外は、実施例と同様にして図
１に示すような光導波路素子１０を作製した。このよう
にして作製した光導波路素子に対して光ファイバを接続
し、実施例と同じ温度加速試験を実施して、そのＤＣド
リフト量を調べた。その結果、試験後のＤＣドリフト量
は１５Ｖであることが判明した。

【００３６】以上、実施例及び比較例から明らかなよう
に、本発明の方法にしたがって作製した実施例における
光導波路素子は、温度加速試験後のＤＣドリフト量が
１．７Ｖと極めて小さいが、本発明の方法と異なり、開
口部を形成した後にアニーリングを行わなかった場合に
おいては、温度加速試験後のＤＣドリフト量が１５Ｖま
で上昇していることが分かる。すなわち、アニーリング
処理を実施しなかったことにより、開口部内の基板主面
に生じたキャリアによってＤＣ電極内にＤＣドリフトが
生じ、これによって当初に設定した動作点がシフトした
ものと考えられる。

【００３７】以上、具体例を挙げながら発明の実施の形
態に基づいて本発明を説明してきたが、本発明は上記内
容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しな
い限りにおいて、あらゆる変更や変形が可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の作製方法
によれば、変調用電気信号の低電圧化を図る目的、若し
くは動作点制御を効果的に行う目的で、バッファ層をエ
ッチングして基板の主面を露出することにより形成され
る開口部が、少なくとも動作点制御のためにＤＣバイア
スが印加される電極を構成する電極間に位置する構造を
有する光導波路素子を作製した場合においても、前記光
導波路素子のＤＣドリフトの増大を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法にしたがって作製した光導波路
素子の一例を示す斜視図である。

【図２】図１に示す光導波路素子のＡ―Ａ線に沿って
切った場合の断面図である。

【図３】本発明の方法にしたがって作製した光導波路
素子の他の例を示す断面図である。

【図４】本発明の方法にしたがって作製した光導波路
素子のその他の例を示す断面図である。

【図５】本発明の方法にしたがって作製した光導波路
素子の他の例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１、１１基板２、１２光導波路３、１３バッファ層５、１５信号電極６、１６接地電極８、１８開口部１０、２０光導波路素子１７ＤＣ電極１７−１ＤＣ電極ホット部１７−２ＤＣ電極グランド部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂本敏弘千葉県船橋市豊富町585 住友大阪セメント株式会社光電子事業部内Ｆターム(参考） 2H047 KA04 NA02 PA00 PA24 QA03 RA08 TA00 2H079 AA02 AA13 BA01 CA04 DA03 EA03 EB04 HA12 HA23 JA04 JA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光導波路素子の作製方法であって、電気光学効果を有する材料からなる基板に光導波路を形
成する工程と、前記基板の主面上にバッファ層を形成する工程と、前記バッファ層を非反応性ドライエッチングによって部
分的に除去することにより、前記基板の前記主面の少な
くとも一部が露出した開口部を形成する工程と、前記基板を酸素含有雰囲気中でアニーリングする工程
と、前記バッファ層の残部上及び前記開口部内の少なくとも
一方に、少なくともＤＣ成分を印加するための電極を形
成する工程と、を含むことを特徴とする、光導波路素子
の作製方法。
【請求項２】前記電極は信号電極と接地電極とからな
り、この信号電極及び接地電極を前記バッファ層の残部
上に形成したことを特徴とする、請求項１に記載の光導
波路素子の作製方法。
【請求項３】前記電極は信号電極と接地電極とからな
り、前記信号電極を前記バッファ層の残部上に形成し、
前記接地電極を前記開口部内に形成したことを特徴とす
る、請求項１に記載の光導波路素子の作製方法。
【請求項４】前記電極は信号電極と接地電極とからな
り、この信号電極及び接地電極を前記開口部内に形成し
たことを特徴とする、請求項１に記載の光導波路素子の
作製方法。
【請求項５】光導波路素子の作製方法であって、電気光学効果を有する材料からなる基板に光導波路を形
成する工程と、前記基板の主面上にバッファ層を形成する工程と、前記バッファ層を非反応性ドライエッチングによって部
分的に除去することにより、前記基板の主面の少なくと
も一部が露出した開口部を形成する工程と、前記基板を酸素含有雰囲気中でアニーリングする工程
と、前記バッファ層上に変調用電極を形成する工程と、前記バッファ層上及び前記開口部内の少なくとも一方に
ＤＣ電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする、光導波路素子の作製方法。
【請求項６】前記非反応性ドライエッチングは、不活
性ガスを用いて行うことを特徴とする、請求項１〜５の
いずれか一に記載の光導波路素子の作製方法。
【請求項７】前記アニーリングは、１００〜９００℃
において１〜２０時間行うことを特徴とする、請求項１
〜６のいずれか一に記載の光導波路素子の作製方法。
【請求項８】前記基板はニオブ酸リチウムからなるこ
とを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の光
導波路素子の作製方法。
【請求項９】所定の基板の主面上に膜体を形成し、こ
の膜体を非反応性ドライエッチングによって部分的に除
去して前記基板の主面の少なくとも一部を露出させ、こ
の露出した基板の主面上に所定の素子を形成する素子構
造の作製方法において、前記基板の主面の少なくとも一
部を露出させた後であって、前記素子構造を形成する前
において、前記基板をアニーリングすることを特徴とす
る、素子構造の作製方法。