JP2003021850A - 導波路型光制御デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
導波路型光制御デバイスおよびその製造方法Info
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- JP2003021850A JP2003021850A JP2001204721A JP2001204721A JP2003021850A JP 2003021850 A JP2003021850 A JP 2003021850A JP 2001204721 A JP2001204721 A JP 2001204721A JP 2001204721 A JP2001204721 A JP 2001204721A JP 2003021850 A JP2003021850 A JP 2003021850A
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- optical waveguide
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光導波路中の光伝搬損失を増加させることな
く、スイッチング電圧が低い導波路型光制御デバイスお
よびその製造方法を提供すること。 【解決手段】 少なくとも、電気光学効果を有する強誘
電体からなる光導波路と、前記光導波路に接して設けた
制御用電極を有する導波路型光制御デバイスにおいて、
前記制御用電極が、吸光係数が２０００より小さい上部
導電層と強誘電体光導波路との界面において電気的障壁
を形成しない光透過性の下部導電層を積層した制御用電
極であることを特徴とする導波路型光制御デバイス、お
よび上部および下部導電層を、密度が９０％以上のター
ゲットを用いるスパッタリング法により形成する導波路
型光制御デバイスの製造方法。
く、スイッチング電圧が低い導波路型光制御デバイスお
よびその製造方法を提供すること。 【解決手段】 少なくとも、電気光学効果を有する強誘
電体からなる光導波路と、前記光導波路に接して設けた
制御用電極を有する導波路型光制御デバイスにおいて、
前記制御用電極が、吸光係数が２０００より小さい上部
導電層と強誘電体光導波路との界面において電気的障壁
を形成しない光透過性の下部導電層を積層した制御用電
極であることを特徴とする導波路型光制御デバイス、お
よび上部および下部導電層を、密度が９０％以上のター
ゲットを用いるスパッタリング法により形成する導波路
型光制御デバイスの製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路素子の構
造およびその製造方法に関し、詳しくは、強誘電体から
なる光導波路に接触して透明導電電極が形成された導波
路型光制御デバイスの製造方法に関する。
造およびその製造方法に関し、詳しくは、強誘電体から
なる光導波路に接触して透明導電電極が形成された導波
路型光制御デバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】導波路型光制御デバイスには、音響工学
効果を利用したもの（Ｃ．Ｓ．Ｔｓａｉ ａｎｄ Ｐ．Ｌ
ｅ， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． Ｖｏｌ ６０
（１９９２） ４３１．）の他に、電気光学効果を用い
たものが存在する。電気光学効果を利用した光制御デバ
イスは、Ｐｂ1-xＬａx（Ｚｒ1-yＴｉy）1-x/4Ｏ3，Ｌｉ
ＮｂＯ3、ＫＮｂＯ3等の強誘電体上に電極を形成し電圧
を印可することにより光導波路中の屈折率を変化させ
る。かかる光制御デバイスとしては、従来、プリズム偏
向素子（Ａ．Ｙａｒｉｖ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，Ｒｉｎ ｅ
ｈ ａｒｔ ａｎｄ Ｗｉｎｓｔｏｎ（１９９１）３３
６．）や、Ｔｉ拡散導波路やプロトン交換光導波路を作
製したＬｉＮｂＯ3ウェハーを用いて形成したドメイン
反転光偏向素子（Ｑ．Ｃｈｅｎ， ｅｔ．ａｌ．，Ｊ．
Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈ．Ｖｏｌ．１２（１９９
４）１４０１）やプリズム型電極偏向素子（特開昭６２
−４７６２７）等いくつか提案されている。更には、電
気光学結晶の一部領域に所定の電界を形成する一対の電
極によりコヒーレント光を偏向する光制御素子（特開平
５−１３４２７５号公報）、電気光学結晶上に装荷型ク
ラッド層と電極を形成することで光の偏向分離やスイッ
チングを行う光制御素子（特開平５−２８１５８３公
報）が開示されている。前記特開平５−１３４２７５号
公報および特開平５−２８１５８３公報に記載の光制御
素子における電極の材料として金属を用いると、光導波
路上に積層した金属層により導波光の一部が吸収される
という問題が生じる。導波光には導波路面に電界の方向
が平行なＴＥモード光と垂直なＴＭモード光の二つがあ
るが、特にＴＭモード光に関して、この金属による伝搬
損失が大きくなる。
効果を利用したもの（Ｃ．Ｓ．Ｔｓａｉ ａｎｄ Ｐ．Ｌ
ｅ， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． Ｖｏｌ ６０
（１９９２） ４３１．）の他に、電気光学効果を用い
たものが存在する。電気光学効果を利用した光制御デバ
イスは、Ｐｂ1-xＬａx（Ｚｒ1-yＴｉy）1-x/4Ｏ3，Ｌｉ
ＮｂＯ3、ＫＮｂＯ3等の強誘電体上に電極を形成し電圧
を印可することにより光導波路中の屈折率を変化させ
る。かかる光制御デバイスとしては、従来、プリズム偏
向素子（Ａ．Ｙａｒｉｖ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，Ｒｉｎ ｅ
ｈ ａｒｔ ａｎｄ Ｗｉｎｓｔｏｎ（１９９１）３３
６．）や、Ｔｉ拡散導波路やプロトン交換光導波路を作
製したＬｉＮｂＯ3ウェハーを用いて形成したドメイン
反転光偏向素子（Ｑ．Ｃｈｅｎ， ｅｔ．ａｌ．，Ｊ．
Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈ．Ｖｏｌ．１２（１９９
４）１４０１）やプリズム型電極偏向素子（特開昭６２
−４７６２７）等いくつか提案されている。更には、電
気光学結晶の一部領域に所定の電界を形成する一対の電
極によりコヒーレント光を偏向する光制御素子（特開平
５−１３４２７５号公報）、電気光学結晶上に装荷型ク
ラッド層と電極を形成することで光の偏向分離やスイッ
チングを行う光制御素子（特開平５−２８１５８３公
報）が開示されている。前記特開平５−１３４２７５号
公報および特開平５−２８１５８３公報に記載の光制御
素子における電極の材料として金属を用いると、光導波
路上に積層した金属層により導波光の一部が吸収される
という問題が生じる。導波光には導波路面に電界の方向
が平行なＴＥモード光と垂直なＴＭモード光の二つがあ
るが、特にＴＭモード光に関して、この金属による伝搬
損失が大きくなる。
【０００３】この伝搬損失の問題に対し、特開平４−３
４４１９号公報には、光導波路を伝搬する光が電極（上
部電極）の金属層に吸収されるのを防ぐために、上部電
極を透明導電材料から形成し、また上部電極と光導波路
の間にバッファ層を形成し、かつ、該バッファ層を薄膜
化することが提案されている。バッファ層を薄膜化する
理由は、一般にバッファ層は光導波路が設けられる結晶
基板に比べて誘電率がかなり小さく、電界がバッファ層
に集中し、その結果スイッチング電圧が上昇するので、
バッファ層を薄膜化することによりスイッチング電圧の
上昇を防止するためである。しかし、バッファ層を薄膜
化しても、依然として、電界がバッファ層に集中するこ
とは避けられないため、スイッチング電圧を有効に低減
させることは困難であった。
４４１９号公報には、光導波路を伝搬する光が電極（上
部電極）の金属層に吸収されるのを防ぐために、上部電
極を透明導電材料から形成し、また上部電極と光導波路
の間にバッファ層を形成し、かつ、該バッファ層を薄膜
化することが提案されている。バッファ層を薄膜化する
理由は、一般にバッファ層は光導波路が設けられる結晶
基板に比べて誘電率がかなり小さく、電界がバッファ層
に集中し、その結果スイッチング電圧が上昇するので、
バッファ層を薄膜化することによりスイッチング電圧の
上昇を防止するためである。しかし、バッファ層を薄膜
化しても、依然として、電界がバッファ層に集中するこ
とは避けられないため、スイッチング電圧を有効に低減
させることは困難であった。
【０００４】前記の伝搬損失とスイッチング電圧の２つ
の点を有効に解決するためには、上部電極の材料とし
て、光吸収係数が小さくかつ光導波路に対して低い屈折
率を持つ透明導電材料を用いて、電極による伝搬損失を
著しく低減すると同時に、導波路へ印可される実効電圧
の低下を防止する方法が考えられる。しかしながら、十
分に低い吸収係数を持つ透明導電材料からなる上部電極
を、光導波路を形成する強誘電体上に設けた場合、キャ
リア濃度が低減される等の理由により強誘電体との界面
に電気的障壁が現れ、良好なコンタクトが形成されず電
気的特性および電気光学特性に大きく影響を与えること
が判明した。
の点を有効に解決するためには、上部電極の材料とし
て、光吸収係数が小さくかつ光導波路に対して低い屈折
率を持つ透明導電材料を用いて、電極による伝搬損失を
著しく低減すると同時に、導波路へ印可される実効電圧
の低下を防止する方法が考えられる。しかしながら、十
分に低い吸収係数を持つ透明導電材料からなる上部電極
を、光導波路を形成する強誘電体上に設けた場合、キャ
リア濃度が低減される等の理由により強誘電体との界面
に電気的障壁が現れ、良好なコンタクトが形成されず電
気的特性および電気光学特性に大きく影響を与えること
が判明した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記問題点
に鑑みて為されたものであり、その目的は、光導波路中
の光伝搬損失を増加させることなく、スイッチング電圧
が低い導波路型光制御デバイスおよびその製造方法を提
供することにある。
に鑑みて為されたものであり、その目的は、光導波路中
の光伝搬損失を増加させることなく、スイッチング電圧
が低い導波路型光制御デバイスおよびその製造方法を提
供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的は、以下の導波
路型光制御デバイスおよびその製造方法を提供すること
により達成される。 （１）少なくとも、電気光学効果を有する強誘電体から
なる光導波路と、前記光導波路に接して設けた制御用電
極を有する導波路型光制御デバイスにおいて、前記制御
用電極が、吸光係数が２０００より小さい上部導電層と
強誘電体光導波路との界面において電気的障壁を形成し
ない光透過性の下部導電層を積層した制御用電極である
ことを特徴とする導波路型光制御デバイス。 （２）前記制御用電極の２つの導電層が、酸化インジウ
ムに錫または酸化錫を添加した材料からなることを特徴
とする前記（１）に記載の導波路型光制御デバイス。
路型光制御デバイスおよびその製造方法を提供すること
により達成される。 （１）少なくとも、電気光学効果を有する強誘電体から
なる光導波路と、前記光導波路に接して設けた制御用電
極を有する導波路型光制御デバイスにおいて、前記制御
用電極が、吸光係数が２０００より小さい上部導電層と
強誘電体光導波路との界面において電気的障壁を形成し
ない光透過性の下部導電層を積層した制御用電極である
ことを特徴とする導波路型光制御デバイス。 （２）前記制御用電極の２つの導電層が、酸化インジウ
ムに錫または酸化錫を添加した材料からなることを特徴
とする前記（１）に記載の導波路型光制御デバイス。
【０００７】（３）前記上部導電層は、酸化インジウム
中の錫または酸化錫濃度が１０質量％以下であり、かつ
下部導電層よりも錫または酸化錫濃度が多いことを特徴
とする前記（１）または（２）に記載の導波路型光制御
デバイス。 （４）前記上部導電層の膜厚は１０ｎｍ以上５μｍ以下
であり、下部導電層の膜厚は１００ｎｍ以下であること
を特徴とする前記（１）ないし（３）のいずれか１に記
載の導波路型光制御デバイス。 （５）少なくとも、電気光学効果を有する強誘電体から
なる光導波路の上に、強誘電体光導波路との界面におい
て電気的障壁を形成しない光透過性の下部導電層と、吸
光係数が２０００より小さい上部導電層とを順次積層し
て、制御用電極を設ける導波路型光制御デバイスの製造
方法であって、前記上部導電層および下部導電層を、密
度が９０％以上のターゲットを用いるスパッタリング法
により形成することを特徴とする導波路型光制御デバイ
スの製造方法。
中の錫または酸化錫濃度が１０質量％以下であり、かつ
下部導電層よりも錫または酸化錫濃度が多いことを特徴
とする前記（１）または（２）に記載の導波路型光制御
デバイス。 （４）前記上部導電層の膜厚は１０ｎｍ以上５μｍ以下
であり、下部導電層の膜厚は１００ｎｍ以下であること
を特徴とする前記（１）ないし（３）のいずれか１に記
載の導波路型光制御デバイス。 （５）少なくとも、電気光学効果を有する強誘電体から
なる光導波路の上に、強誘電体光導波路との界面におい
て電気的障壁を形成しない光透過性の下部導電層と、吸
光係数が２０００より小さい上部導電層とを順次積層し
て、制御用電極を設ける導波路型光制御デバイスの製造
方法であって、前記上部導電層および下部導電層を、密
度が９０％以上のターゲットを用いるスパッタリング法
により形成することを特徴とする導波路型光制御デバイ
スの製造方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の導波路型光制御デバイス
は制御用電極として、２つの導電層すなわち、吸光係数
が２０００より小さい上部導電層（以下において単に
「上部導電層」ということがある。）と、強誘電体光導
波路との界面において電気的障壁を形成しない光透過性
の下部導電層（以下において単に「上部導電層」という
ことがある。）を、下部導電層が光導波路に接するよう
に積層したものである。本発明の導波路型光制御デバイ
スは、電極をこのような積層構造としたために、光導波
路を通る光の伝搬損失を少なくすることができるととも
に、スイッチング電圧（駆動電圧）を有効に低下させる
ことができる。
は制御用電極として、２つの導電層すなわち、吸光係数
が２０００より小さい上部導電層（以下において単に
「上部導電層」ということがある。）と、強誘電体光導
波路との界面において電気的障壁を形成しない光透過性
の下部導電層（以下において単に「上部導電層」という
ことがある。）を、下部導電層が光導波路に接するよう
に積層したものである。本発明の導波路型光制御デバイ
スは、電極をこのような積層構造としたために、光導波
路を通る光の伝搬損失を少なくすることができるととも
に、スイッチング電圧（駆動電圧）を有効に低下させる
ことができる。
【０００９】図を用いて、本発明の導波路型光制御デバ
イスについて説明する。図１は本発明の導波路型光制御
デバイスの一例を示す斜視図である。図１中、１０は導
波路型光制御デバイス、１２は下部電極としても機能す
る単結晶基板であり、単結晶基板１２の上に、２つの円
形レンズ１４ａ，１４ｂが設けられ、単結晶基板１２と
円形レンズ１４ａ，１４ｂを覆うように光導波路層１６
が設けられている。光導波路層１６の上には、プリズム
型の制御用電極２２が設けられ、制御用電極２２は上部
導電層２３ａと下部導電層２３ｂから構成されている。
光制御デバイスの入射側にはチャンネル型光導波路２４
ａ、２４ｂおよび２４ｃが設けられ、出射側にはチャン
ネル型光導波路２８ａ、２８ｂおよび２８ｃが設けられ
ている。また、単結晶基板１２と制御用電極の間に電圧
を印加する電圧印加手段２９が設けられている。
イスについて説明する。図１は本発明の導波路型光制御
デバイスの一例を示す斜視図である。図１中、１０は導
波路型光制御デバイス、１２は下部電極としても機能す
る単結晶基板であり、単結晶基板１２の上に、２つの円
形レンズ１４ａ，１４ｂが設けられ、単結晶基板１２と
円形レンズ１４ａ，１４ｂを覆うように光導波路層１６
が設けられている。光導波路層１６の上には、プリズム
型の制御用電極２２が設けられ、制御用電極２２は上部
導電層２３ａと下部導電層２３ｂから構成されている。
光制御デバイスの入射側にはチャンネル型光導波路２４
ａ、２４ｂおよび２４ｃが設けられ、出射側にはチャン
ネル型光導波路２８ａ、２８ｂおよび２８ｃが設けられ
ている。また、単結晶基板１２と制御用電極の間に電圧
を印加する電圧印加手段２９が設けられている。
【００１０】この導波路型光制御デバイスを用い、チャ
ンネル導波路２４ｂの端面から、集光したレーザービー
ムを出射させると、レーザー光は光導波路層１６内で発
散し、円形レンズ１４ａを通過してコリメートされる。
下部電極でもある単結晶基板１２と制御用電極２２との
間に電圧を印可しない場合には、コリメートされたレー
ビームは、実線で示す通り、二つ目の円形レンズ１４ｂ
を通過して集光され、チャンネル導波路２８ｂの端面を
通って出射する。一方、単結晶基板１２と制御用電極２
２との間に電圧を印可する場合には、電気光学効果によ
って、光導波路層１６のうち制御用電極２２が接触する
部分とそれ以外の部分において屈折率差が生じ、破線で
示す通り、レーザービームは偏向される。偏向されたレ
ーザービームは二つめの円形レンズ１４ｂを通過すると
集光されて、チャンネル導波路２８ｃの端面を通って出
射する。このように制御用電極をスイッチングすること
により、レーザビームを偏向させることができる。
ンネル導波路２４ｂの端面から、集光したレーザービー
ムを出射させると、レーザー光は光導波路層１６内で発
散し、円形レンズ１４ａを通過してコリメートされる。
下部電極でもある単結晶基板１２と制御用電極２２との
間に電圧を印可しない場合には、コリメートされたレー
ビームは、実線で示す通り、二つ目の円形レンズ１４ｂ
を通過して集光され、チャンネル導波路２８ｂの端面を
通って出射する。一方、単結晶基板１２と制御用電極２
２との間に電圧を印可する場合には、電気光学効果によ
って、光導波路層１６のうち制御用電極２２が接触する
部分とそれ以外の部分において屈折率差が生じ、破線で
示す通り、レーザービームは偏向される。偏向されたレ
ーザービームは二つめの円形レンズ１４ｂを通過すると
集光されて、チャンネル導波路２８ｃの端面を通って出
射する。このように制御用電極をスイッチングすること
により、レーザビームを偏向させることができる。
【００１１】また、図２に、Ｙ分岐型チャンネル光導波
路を設けた光制御デバイスの一例を示す。図２中、３０
は光制御デバイス、３２は下部電極としても機能する単
結晶基板であり、３４は単結晶基板３２の上に設けたバ
ッファ層、３６はバッファ層３４の上に設けた光導波路
層、４０は光導波路層３６に形成されたＹ分岐型チャン
ネル光導波路、４２ａおよび４２ｂはＹ分岐型チャンネ
ル光導波路をスイッチングするための制御用電極であ
る。４４、４６および４８は、チャンネル光導波路の入
射端または出射端である。また、５０ａおよび５０ｂは
制御用電極４２ａおよび４２ｂと単結晶基板３２の間に
電圧を印加する電圧印加手段である。前記光制御デバイ
ス３０において、下部電極でもある単結晶基板３２と制
御用電極４２ａとの間に電圧を印可し、単結晶基板３２
と制御用電極４２ｂとの間には電圧を印可しないと、電
気光学効果によって、Ｙ分岐型チャンネル光導波路４０
のうち電圧が印加されているチャンネルと、電圧が印可
されていないチャンネルとの間で屈折率差が生じ、その
結果、チャンネル導波路の端面４８からは出射されなく
なり、端面４６からのみ出射し、光のスイッチングが行
われる。
路を設けた光制御デバイスの一例を示す。図２中、３０
は光制御デバイス、３２は下部電極としても機能する単
結晶基板であり、３４は単結晶基板３２の上に設けたバ
ッファ層、３６はバッファ層３４の上に設けた光導波路
層、４０は光導波路層３６に形成されたＹ分岐型チャン
ネル光導波路、４２ａおよび４２ｂはＹ分岐型チャンネ
ル光導波路をスイッチングするための制御用電極であ
る。４４、４６および４８は、チャンネル光導波路の入
射端または出射端である。また、５０ａおよび５０ｂは
制御用電極４２ａおよび４２ｂと単結晶基板３２の間に
電圧を印加する電圧印加手段である。前記光制御デバイ
ス３０において、下部電極でもある単結晶基板３２と制
御用電極４２ａとの間に電圧を印可し、単結晶基板３２
と制御用電極４２ｂとの間には電圧を印可しないと、電
気光学効果によって、Ｙ分岐型チャンネル光導波路４０
のうち電圧が印加されているチャンネルと、電圧が印可
されていないチャンネルとの間で屈折率差が生じ、その
結果、チャンネル導波路の端面４８からは出射されなく
なり、端面４６からのみ出射し、光のスイッチングが行
われる。
【００１２】（制御用電極）次に、本発明の制御用電極
およびその製造方法について説明する。本発明の制御用
電極は、上部導電層と下部導電層を積層した構造を有す
る。上部導電層は吸光係数（波長領域４００〜２０００
ｎｍ）が２０００以下の光吸収が少ない導電層である。
特に光通信に用いる赤外領域（１４００〜１８００ｎ
ｍ）の吸光係数が１０００以下のものが好ましい。ま
た、下部導電層は、強誘電体光導波路との界面において
電気的障壁を形成しない光透過性導電層である。下部導
電層は、導電率が１０-5〜１０-1Ωｃｍ程度のものが好
ましい。制御用電極に用いられる材料としては、ＳｎＯ
2にＳｂ、Ｚｎ、またはこれらの酸化物、またはＦ等を
添加したもの、Ｉｎ2Ｏ3にＳｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｇ
ｅ、またはこれらの酸化物、またはＦ等を添加したも
の、ＺｎＯにＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｇｅ、またはこれらの
酸化物等を添加したもの、ＩｎＧａＯ2、ＭｇＩｎ
2Ｏ4、ＣｄＯ、ＣｄＳｎＯ4、ＣｄＧａＯ4、Ｃｄ2Ｓｎ
Ｏ4等の無機材料や有機材料での透明導電材料が用いら
れる。また、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｔ
ａ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ等の金属も極
薄膜とすることで透過性を持たせた導電膜として用いる
こともできる。
およびその製造方法について説明する。本発明の制御用
電極は、上部導電層と下部導電層を積層した構造を有す
る。上部導電層は吸光係数（波長領域４００〜２０００
ｎｍ）が２０００以下の光吸収が少ない導電層である。
特に光通信に用いる赤外領域（１４００〜１８００ｎ
ｍ）の吸光係数が１０００以下のものが好ましい。ま
た、下部導電層は、強誘電体光導波路との界面において
電気的障壁を形成しない光透過性導電層である。下部導
電層は、導電率が１０-5〜１０-1Ωｃｍ程度のものが好
ましい。制御用電極に用いられる材料としては、ＳｎＯ
2にＳｂ、Ｚｎ、またはこれらの酸化物、またはＦ等を
添加したもの、Ｉｎ2Ｏ3にＳｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｇ
ｅ、またはこれらの酸化物、またはＦ等を添加したも
の、ＺｎＯにＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｇｅ、またはこれらの
酸化物等を添加したもの、ＩｎＧａＯ2、ＭｇＩｎ
2Ｏ4、ＣｄＯ、ＣｄＳｎＯ4、ＣｄＧａＯ4、Ｃｄ2Ｓｎ
Ｏ4等の無機材料や有機材料での透明導電材料が用いら
れる。また、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｔ
ａ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ等の金属も極
薄膜とすることで透過性を持たせた導電膜として用いる
こともできる。
【００１３】加工の容易性の観点からは、上部導電層と
下部導電層を同様な材料で作製することが好ましいが、
上記の材料はその添加成分（たとえばＳｎＯ2に対して
は、Ｓｂ、Ｚｎ、またはこれらの酸化物、またはＦ等）
の添加量を調節することにより、上部導電層と下部導電
層の光吸収性（特に光通信に用いる赤外領域の光）と導
電性を制御することが可能である。一般的に、前記添加
成分を多くすると、導電層の導電率が高くなる一方光吸
収性は増し、反対に、前記添加成分を少なくすると、導
電率が低くなる一方光吸収が小さくなる。したがって、
上部導電層では添加成分を１０〜０質量％、好ましくは
１〜５質量％程度、下部導電層では添加成分を３〜２０
質量％、好ましくは５〜１０質量％程度とし、かつ、上
部導電層より下部導電層の添加成分を多くすることによ
り、所望の性質をもつ上部および下部導電層を容易に作
製することができる。また、添加成分の添加量は、各導
電層に要求される光透過性および導電率によって適宜定
めることができる。さらに、下部導電層において、導電
性が増すと同時に光吸収も増すが、これに対しては、下
部導電層の膜厚を小さくすることにより光透過性を大き
くさせることが可能である。このように添加成分の量を
変えることにより上部および下部導電層を形成するだけ
でなく、全く異なる材料で上部導電層と下部導電層を構
成することができることは勿論である。
下部導電層を同様な材料で作製することが好ましいが、
上記の材料はその添加成分（たとえばＳｎＯ2に対して
は、Ｓｂ、Ｚｎ、またはこれらの酸化物、またはＦ等）
の添加量を調節することにより、上部導電層と下部導電
層の光吸収性（特に光通信に用いる赤外領域の光）と導
電性を制御することが可能である。一般的に、前記添加
成分を多くすると、導電層の導電率が高くなる一方光吸
収性は増し、反対に、前記添加成分を少なくすると、導
電率が低くなる一方光吸収が小さくなる。したがって、
上部導電層では添加成分を１０〜０質量％、好ましくは
１〜５質量％程度、下部導電層では添加成分を３〜２０
質量％、好ましくは５〜１０質量％程度とし、かつ、上
部導電層より下部導電層の添加成分を多くすることによ
り、所望の性質をもつ上部および下部導電層を容易に作
製することができる。また、添加成分の添加量は、各導
電層に要求される光透過性および導電率によって適宜定
めることができる。さらに、下部導電層において、導電
性が増すと同時に光吸収も増すが、これに対しては、下
部導電層の膜厚を小さくすることにより光透過性を大き
くさせることが可能である。このように添加成分の量を
変えることにより上部および下部導電層を形成するだけ
でなく、全く異なる材料で上部導電層と下部導電層を構
成することができることは勿論である。
【００１４】また、上部導電層の膜厚は１０ｎｍ〜５μ
ｍ、好ましくは１００ｎｍ〜１μｍが、パターン形成性
や導電性の点からみて適切である。下部導電層の膜厚は
１〜１００ｎｍ、好ましくは１０〜５０ｎｍ程度が、光
透過性、電気的特性改善の点からみて適切である。
ｍ、好ましくは１００ｎｍ〜１μｍが、パターン形成性
や導電性の点からみて適切である。下部導電層の膜厚は
１〜１００ｎｍ、好ましくは１０〜５０ｎｍ程度が、光
透過性、電気的特性改善の点からみて適切である。
【００１５】前記電極材料のうち、酸化インジウムに錫
または酸化錫を添加した材料（ＩＴＯ）は、光導波路と
の屈折率差、光透過率、導電率、または加工性の容易さ
から、最も望ましい。ＩＴＯを用いて形成した薄膜で
は、材料中の錫濃度を変化させることにより、光吸収率
（特に光通信領域で用いられる赤外領域でのもの）を変
化させることが可能で、同時にその導電性も制御するこ
とができる。上部導電層では、錫の濃度を１０質量％以
下、望ましくは５質量％以下程度とすることにより、光
吸収性が小さい薄膜を形成することができる。また、下
部導電層は、上部導電層よりも錫または酸化錫の濃度を
高くし、その場合膜厚を上部導電層より薄くすることが
好ましい。このような上部および下部導電層を積層した
制御用電極を用いることにより、導波路型光制御デバイ
スにおいて、電気的障壁の無いコンタクトを持った良好
な電気特性を得ることができる。
または酸化錫を添加した材料（ＩＴＯ）は、光導波路と
の屈折率差、光透過率、導電率、または加工性の容易さ
から、最も望ましい。ＩＴＯを用いて形成した薄膜で
は、材料中の錫濃度を変化させることにより、光吸収率
（特に光通信領域で用いられる赤外領域でのもの）を変
化させることが可能で、同時にその導電性も制御するこ
とができる。上部導電層では、錫の濃度を１０質量％以
下、望ましくは５質量％以下程度とすることにより、光
吸収性が小さい薄膜を形成することができる。また、下
部導電層は、上部導電層よりも錫または酸化錫の濃度を
高くし、その場合膜厚を上部導電層より薄くすることが
好ましい。このような上部および下部導電層を積層した
制御用電極を用いることにより、導波路型光制御デバイ
スにおいて、電気的障壁の無いコンタクトを持った良好
な電気特性を得ることができる。
【００１６】これらの上部および下部導電膜を形成する
方法としては、電子ビーム蒸着、フラッッシュ蒸着、イ
オンプレーティング、Ｒ−Ｆ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（分子線エピタキシャル）、ＣＶ
Ｄ（気相成長法）、プラズマＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ（有機
気相成長法）などの気相法、ゾルゲル法、およびＭＯＤ
法などのウェット・プロセスのいずれの方法も用いるこ
とができるが、スループットを上げることができ、平滑
な膜を効率良く得られる点で、スパッタリング法を用い
ることが好ましい。
方法としては、電子ビーム蒸着、フラッッシュ蒸着、イ
オンプレーティング、Ｒ−Ｆ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（分子線エピタキシャル）、ＣＶ
Ｄ（気相成長法）、プラズマＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ（有機
気相成長法）などの気相法、ゾルゲル法、およびＭＯＤ
法などのウェット・プロセスのいずれの方法も用いるこ
とができるが、スループットを上げることができ、平滑
な膜を効率良く得られる点で、スパッタリング法を用い
ることが好ましい。
【００１７】スパッタリング法を用いる場合に、安定し
て良好な特性を得る為には、ターゲットの密度を９０％
以上にすることが好ましい。特に電極材料として酸化イ
ンジウムに錫または酸化錫を添加した材料（ＩＴＯ）を
用いる場合には、ターゲットの密度が６０〜７０％程度
の低密度のものでは、ターゲット中の組成が不均一であ
るなどにより、電極形成時の特性にバラツキが生じ、所
望の電気的光学的特性を安定して得ることができなくな
る。またスパッタリング法を用いる場合、成膜中に流す
ガスは、アルゴン、酸素、水素、窒素等のガスを用いる
ことが好ましい。特にＩＴＯの成膜を行う場合は、酸素
とアルゴンの流量比を０〜０．５の間にするのが好まし
い。
て良好な特性を得る為には、ターゲットの密度を９０％
以上にすることが好ましい。特に電極材料として酸化イ
ンジウムに錫または酸化錫を添加した材料（ＩＴＯ）を
用いる場合には、ターゲットの密度が６０〜７０％程度
の低密度のものでは、ターゲット中の組成が不均一であ
るなどにより、電極形成時の特性にバラツキが生じ、所
望の電気的光学的特性を安定して得ることができなくな
る。またスパッタリング法を用いる場合、成膜中に流す
ガスは、アルゴン、酸素、水素、窒素等のガスを用いる
ことが好ましい。特にＩＴＯの成膜を行う場合は、酸素
とアルゴンの流量比を０〜０．５の間にするのが好まし
い。
【００１８】上部および下部導電膜をスパッタリング法
で成膜する際の基板温度は、０℃以上７００℃以下とす
ることが好ましく。特に、基板温度が１５０℃以下で成
膜した場合には、成膜後にアニール処理をすることによ
り特性の改善を図ることも可能となる。また、上部およ
び下部導電膜からなる制御用電極を光導波路の上に作製
する方法としては、リフトオフ法、ウェットエッチング
法、ドライエッチング法等が挙げられ、特にウェットエ
ッチング法、ドライエッチング法では透明導電薄膜の組
成を制御することによりエッチングレートを制御するこ
とも可能となる。
で成膜する際の基板温度は、０℃以上７００℃以下とす
ることが好ましく。特に、基板温度が１５０℃以下で成
膜した場合には、成膜後にアニール処理をすることによ
り特性の改善を図ることも可能となる。また、上部およ
び下部導電膜からなる制御用電極を光導波路の上に作製
する方法としては、リフトオフ法、ウェットエッチング
法、ドライエッチング法等が挙げられ、特にウェットエ
ッチング法、ドライエッチング法では透明導電薄膜の組
成を制御することによりエッチングレートを制御するこ
とも可能となる。
【００１９】また、制御用電極の抵抗を低下させ、光制
御デバイスの動作速度を向上させる為に、透明導電薄膜
の上部にＴｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｗ，Ｎｉ，Ｔａ，Ｇａ，Ｉ
ｎ，Ａｌ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ等の金属または、Ｔ
ｉ−Ａｌ，Ａｌ−Ｃｕ，Ｔｉ−Ｎ，Ｎｉ−Ｃｒ等の合金
を、単層もしくは多層構造に積層することも可能であ
る。この金属層の膜厚は１ｎｍ以上１ｍｍ以下とするこ
とが好ましい。
御デバイスの動作速度を向上させる為に、透明導電薄膜
の上部にＴｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｗ，Ｎｉ，Ｔａ，Ｇａ，Ｉ
ｎ，Ａｌ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ等の金属または、Ｔ
ｉ−Ａｌ，Ａｌ−Ｃｕ，Ｔｉ−Ｎ，Ｎｉ−Ｃｒ等の合金
を、単層もしくは多層構造に積層することも可能であ
る。この金属層の膜厚は１ｎｍ以上１ｍｍ以下とするこ
とが好ましい。
【００２０】（光導波路）本発明の導波路型光制御デバ
イスにおける光導波路の一例として、単結晶基板上に設
けた強誘電体光導波路の例を以下に示すが、本発明の光
導波路はこれに限定されるものではない。単結晶基板と
しては、SrTiO3、NbドープSrTiO3、LaドープSrTiO3、Ba
TiO3、BaZrO3、LaAlO3、ZrO2、Y2O38%-ZrO2、MgO、MgAl
2O4、LiNbO3、LiTaO3、Al2O3、ZnO、AlドープZnO、In2O
3、RuO2、BaPbO3、SrRuO3、YBa2Cu3O7-x、SrVO3、LaNiO
3、La0.5Sr0.5CoO3、ZnGa2O4、CdGa2O4、CdGa2O4、Mg2T
iO4、MgTi2O4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, InP, In
As, InSb, AlGaP, AlLnP, AlGaAs, AlInAs, AlAsSb, Ga
InAs, GaInSb, GaAsSb, InAsSbなどのIII-V系の化合物
半導体、ZnS, ZnSe, ZnTe, CaSe, Cdte, HgSe, HgTe, C
dSなどのII-VI系の化合物半導体などが用いられる。こ
れらの単結晶基板上に光導波路として用いることが可能
な強誘電体材料を形成する。それらの材料としては、具
体的にはABO3型のペロブスカイト型では正方晶、斜方晶
または擬立方晶系として例えばBaTiO3、PbTiO3、Pb1-x
Lax(ZryTi1-y)1-x/4O3 (0<x<30、0<y<100、xおよびyの
値によりPZT、PLT、PLZT)、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、Bi4Ti
3O12、Pb2KNb5O15、K3Li2Nb5O15、さらに以上の置換誘
導体などより選ばれる。これら薄膜光導波路は単結晶基
板に対してエピタキシャルまたは単一配向性を有するた
め、薄膜光導波路材料は単結晶基板材料の結晶構造に類
似で、格子定数の差が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。また、薄膜光導波路材料は単結晶基
板よりも大きい屈折率を有することが薄膜光導波路層に
光を閉じ込めるために必要である。強誘電体薄膜の膜厚
は通常0.1 μmから10 μm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。また、光導
波路はＹ分岐型チャンネル光導波路のごときチャンネル
型光導波路であることもでき、チャンネル型光導波路は
薄膜光導波路をドライエッチング、ウエットエッチング
などにより形成することができる。
イスにおける光導波路の一例として、単結晶基板上に設
けた強誘電体光導波路の例を以下に示すが、本発明の光
導波路はこれに限定されるものではない。単結晶基板と
しては、SrTiO3、NbドープSrTiO3、LaドープSrTiO3、Ba
TiO3、BaZrO3、LaAlO3、ZrO2、Y2O38%-ZrO2、MgO、MgAl
2O4、LiNbO3、LiTaO3、Al2O3、ZnO、AlドープZnO、In2O
3、RuO2、BaPbO3、SrRuO3、YBa2Cu3O7-x、SrVO3、LaNiO
3、La0.5Sr0.5CoO3、ZnGa2O4、CdGa2O4、CdGa2O4、Mg2T
iO4、MgTi2O4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, InP, In
As, InSb, AlGaP, AlLnP, AlGaAs, AlInAs, AlAsSb, Ga
InAs, GaInSb, GaAsSb, InAsSbなどのIII-V系の化合物
半導体、ZnS, ZnSe, ZnTe, CaSe, Cdte, HgSe, HgTe, C
dSなどのII-VI系の化合物半導体などが用いられる。こ
れらの単結晶基板上に光導波路として用いることが可能
な強誘電体材料を形成する。それらの材料としては、具
体的にはABO3型のペロブスカイト型では正方晶、斜方晶
または擬立方晶系として例えばBaTiO3、PbTiO3、Pb1-x
Lax(ZryTi1-y)1-x/4O3 (0<x<30、0<y<100、xおよびyの
値によりPZT、PLT、PLZT)、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、Bi4Ti
3O12、Pb2KNb5O15、K3Li2Nb5O15、さらに以上の置換誘
導体などより選ばれる。これら薄膜光導波路は単結晶基
板に対してエピタキシャルまたは単一配向性を有するた
め、薄膜光導波路材料は単結晶基板材料の結晶構造に類
似で、格子定数の差が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。また、薄膜光導波路材料は単結晶基
板よりも大きい屈折率を有することが薄膜光導波路層に
光を閉じ込めるために必要である。強誘電体薄膜の膜厚
は通常0.1 μmから10 μm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。また、光導
波路はＹ分岐型チャンネル光導波路のごときチャンネル
型光導波路であることもでき、チャンネル型光導波路は
薄膜光導波路をドライエッチング、ウエットエッチング
などにより形成することができる。
【００２１】これらの強誘電体薄膜の作製方法として
は、電子ビーム蒸着、フラッッシュ蒸着、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（分子線エピタキシャル）、ＣＶＤ（気相成
長法）、プラズマＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ（有機気相成長
法）などの気相法、ゾルゲル法、およびＭＯＤ法などの
ウェット・プロセスのいずれの方法も用いることができ
る。強誘電体の膜厚は、目的に応じて選択されるが、通
常は０．１μｍから１０μｍの間に設定される。
は、電子ビーム蒸着、フラッッシュ蒸着、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（分子線エピタキシャル）、ＣＶＤ（気相成
長法）、プラズマＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ（有機気相成長
法）などの気相法、ゾルゲル法、およびＭＯＤ法などの
ウェット・プロセスのいずれの方法も用いることができ
る。強誘電体の膜厚は、目的に応じて選択されるが、通
常は０．１μｍから１０μｍの間に設定される。
【００２２】以上の方法で形成された、本発明の構造お
よび製造方法により得られる導波路型光制御デバイス
は、光通信や光コンピューター用の光スィッチおよび光
変調素子、光ディスク用のピックアップ、レーザー・プ
リンタ、ディジタル複写機、フアクシミリ用の光偏向素
子などの各種用途に使用され、良好な電気的光学的特性
を示す。
よび製造方法により得られる導波路型光制御デバイス
は、光通信や光コンピューター用の光スィッチおよび光
変調素子、光ディスク用のピックアップ、レーザー・プ
リンタ、ディジタル複写機、フアクシミリ用の光偏向素
子などの各種用途に使用され、良好な電気的光学的特性
を示す。
【００２３】
【実施例】以下に実施例を示し本発明をさらに具体的に
説明するが、本発明はこれらの実施例により限定される
ものではない。 実施例 １ 図１に示す構造の導波路型光制御デバイス（光偏向素
子）を作製した。 （光導波路の形成）まず、予め、洗浄、エッチングおよ
び乾燥を行ったＮｂドープＳｒＴｉＯ3（１００）から
なる単結晶基板上に、Ｐｂ濃度で０．６ＭのＰＺＴ（３
０／７０）用前駆体溶液をスピンコートにより塗布し、
該塗布層をＯ2雰囲気中で３００℃まで昇温し同温度に
て保持、その後冷却する工程を５回繰り返すことによ
り、アモルファスＰＺＴ（３０／７０）薄膜を得た。こ
れを直径８００μｍの円形レンズ形状にエッチングし
て、焼成処理することにより、膜厚５００ｎｍのエピタ
キシャルＰＺＴ（３０／７０）薄膜からなる円形レンズ
を形成した。次に、円形レンズが形成された単結晶基板
上に、Ｐｂ濃度で０．６ＭのＰＬＺＴ（９／６５／３
５）用前駆体をスピンコーティングにより塗布した。塗
布後に焼成することで、膜厚６００ｎｍのエピタシャル
ＰＬＺＴ（９／６５／３５）薄膜からなる光導波路を形
成した。結晶学的関係は、単一配向のＰＬＺＴ（１０
０）／／ＰＺＴ（１００）／／Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ3（１
００）、面内方位ＰＬＺＴ［００１］／／ＰＺＴ［００
１］／／Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ3［００１］の構造が得られ
た。次に、この薄膜光導波路のポーリングを行った。
説明するが、本発明はこれらの実施例により限定される
ものではない。 実施例 １ 図１に示す構造の導波路型光制御デバイス（光偏向素
子）を作製した。 （光導波路の形成）まず、予め、洗浄、エッチングおよ
び乾燥を行ったＮｂドープＳｒＴｉＯ3（１００）から
なる単結晶基板上に、Ｐｂ濃度で０．６ＭのＰＺＴ（３
０／７０）用前駆体溶液をスピンコートにより塗布し、
該塗布層をＯ2雰囲気中で３００℃まで昇温し同温度に
て保持、その後冷却する工程を５回繰り返すことによ
り、アモルファスＰＺＴ（３０／７０）薄膜を得た。こ
れを直径８００μｍの円形レンズ形状にエッチングし
て、焼成処理することにより、膜厚５００ｎｍのエピタ
キシャルＰＺＴ（３０／７０）薄膜からなる円形レンズ
を形成した。次に、円形レンズが形成された単結晶基板
上に、Ｐｂ濃度で０．６ＭのＰＬＺＴ（９／６５／３
５）用前駆体をスピンコーティングにより塗布した。塗
布後に焼成することで、膜厚６００ｎｍのエピタシャル
ＰＬＺＴ（９／６５／３５）薄膜からなる光導波路を形
成した。結晶学的関係は、単一配向のＰＬＺＴ（１０
０）／／ＰＺＴ（１００）／／Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ3（１
００）、面内方位ＰＬＺＴ［００１］／／ＰＺＴ［００
１］／／Ｎｂ−ＳｒＴｉＯ3［００１］の構造が得られ
た。次に、この薄膜光導波路のポーリングを行った。
【００２４】（制御用電極の形成）光導波路の薄膜表面
に、フォトレジストをスピンコートし、プリベークの
後、底辺５００μｍ、高さ１０００μｍのプリズム形状
に露光した。さらにポストベークを行い、これに続いて
現像を行うことにより、プリズム形状のレジストパター
ンを形成した。このレジストパターンを用いて、ＤＣマ
グネトロンスパッタリング装置により、Ｏ2／Ａｒガス
流量比が０．０５、圧力０．５Ｐａ，基板温度１００
℃、ＤＣパワー３００Ｗの条件で、酸化インジウムに錫
を５質量％添加した密度９５％のターゲットから、ＩＴ
Ｏ薄膜（下部導電層）を１０ｎｍ形成した。次に、真空
を破ること無くＯ2／Ａｒガス流量比が０．０５、圧力
０．５Ｐａ，基板温度１００℃、ＤＣパワー３００Ｗの
条件で、酸化インジウムに錫を１質量％添加した密度９
５％のターゲットから、ＩＴＯ薄膜（上部導電層）を５
００ｎｍ形成した。ここで、リフトオフを行い、膜厚５
１０ｎｍ、底辺５００μｍ、高さ１０００μｍのプリズ
ム型の制御用電極を形成した。ＩＴＯ制御用電極がパタ
ーニング形成された基板を、３００℃の温度にて酸素雰
囲気中でアニール処理し、その後単結晶基板の裏面にＴ
ｉ−Ａｕからなる電極（図示せず）を形成し、オーミッ
クコンタクトを得た。
に、フォトレジストをスピンコートし、プリベークの
後、底辺５００μｍ、高さ１０００μｍのプリズム形状
に露光した。さらにポストベークを行い、これに続いて
現像を行うことにより、プリズム形状のレジストパター
ンを形成した。このレジストパターンを用いて、ＤＣマ
グネトロンスパッタリング装置により、Ｏ2／Ａｒガス
流量比が０．０５、圧力０．５Ｐａ，基板温度１００
℃、ＤＣパワー３００Ｗの条件で、酸化インジウムに錫
を５質量％添加した密度９５％のターゲットから、ＩＴ
Ｏ薄膜（下部導電層）を１０ｎｍ形成した。次に、真空
を破ること無くＯ2／Ａｒガス流量比が０．０５、圧力
０．５Ｐａ，基板温度１００℃、ＤＣパワー３００Ｗの
条件で、酸化インジウムに錫を１質量％添加した密度９
５％のターゲットから、ＩＴＯ薄膜（上部導電層）を５
００ｎｍ形成した。ここで、リフトオフを行い、膜厚５
１０ｎｍ、底辺５００μｍ、高さ１０００μｍのプリズ
ム型の制御用電極を形成した。ＩＴＯ制御用電極がパタ
ーニング形成された基板を、３００℃の温度にて酸素雰
囲気中でアニール処理し、その後単結晶基板の裏面にＴ
ｉ−Ａｕからなる電極（図示せず）を形成し、オーミッ
クコンタクトを得た。
【００２５】（前記光偏向素子による光スイッチング）
得られた光偏向素子を用い、チャンネル導波路（２４
ｂ）の端面に６３３ｎｍの波長のレーザービームを集光
し、薄膜光導波路（１６）内へ導入した。入射したレー
ザービームはチャンネル導波路（２４ｂ）から出射する
と薄膜光導波路（１６）内で発散し、円形レンズ（１４
ａ）を通過すると０．４ｍｍにコリメートされた。下部
電極でもある単結晶基板（１２）とＩＴＯ制御用電極
（２２）との間に電圧を印可しない場合には、コリメー
トされたレービームは、図１の実線で示す通り、二つ目
の円形レンズ（１４ｂ）を通過すると集光され、チャン
ネル導波路（２８ｂ）の端面を通って出射した。単結晶
基板１２とＩＴＯ電極２２との間に電圧２０Ｖを印可し
た場合には、電気光学効果によって、光導波路１６のう
ちＩＴＯ電極２２が接触する部分とそれ以外の部分にお
いて屈折率差が生じ、破線で示す通り、レーザービーム
が偏向され、偏向されたレーザービームは二つめの円形
レンズ１４ｂを通過すると集光されて、チャンネル導波
路２８ｃの端面を通って出射した。 （誘電率−電圧特性（Ｃ−Ｖ特性））前記光偏向素子の
Ｃ−Ｖ特性を調べた。図３（Ａ）に示すように、整った
ヒステリシス曲線を示した。このようなヒステリシス曲
線は、光導波路と制御用電極との界面に電気的障壁が存
在しないことを示している。
得られた光偏向素子を用い、チャンネル導波路（２４
ｂ）の端面に６３３ｎｍの波長のレーザービームを集光
し、薄膜光導波路（１６）内へ導入した。入射したレー
ザービームはチャンネル導波路（２４ｂ）から出射する
と薄膜光導波路（１６）内で発散し、円形レンズ（１４
ａ）を通過すると０．４ｍｍにコリメートされた。下部
電極でもある単結晶基板（１２）とＩＴＯ制御用電極
（２２）との間に電圧を印可しない場合には、コリメー
トされたレービームは、図１の実線で示す通り、二つ目
の円形レンズ（１４ｂ）を通過すると集光され、チャン
ネル導波路（２８ｂ）の端面を通って出射した。単結晶
基板１２とＩＴＯ電極２２との間に電圧２０Ｖを印可し
た場合には、電気光学効果によって、光導波路１６のう
ちＩＴＯ電極２２が接触する部分とそれ以外の部分にお
いて屈折率差が生じ、破線で示す通り、レーザービーム
が偏向され、偏向されたレーザービームは二つめの円形
レンズ１４ｂを通過すると集光されて、チャンネル導波
路２８ｃの端面を通って出射した。 （誘電率−電圧特性（Ｃ−Ｖ特性））前記光偏向素子の
Ｃ−Ｖ特性を調べた。図３（Ａ）に示すように、整った
ヒステリシス曲線を示した。このようなヒステリシス曲
線は、光導波路と制御用電極との界面に電気的障壁が存
在しないことを示している。
【００２６】比較例 １
実施例１の光偏向素子において、下部導電層を形成せ
ず、また、上部導電層を５００ｎｍ形成する代わりに、
５１０ｎｍ形成する他は、実施例１と同様にして図１に
示す構造の光偏向素子を作製した。 （前記光偏向素子による光スイッチング）作製した光偏
向素子を用い、実施例１と同様にして光スイッチングを
試みた。単結晶基板と制御用電極との間に実施例１と同
じ電圧を印可したが、入射したレーザービームは通常の
偏向角度の７０％程度しか偏向せず、偏向効率が落ちて
おり、印可電圧に対して充分な偏向角度を得ることがで
きなかった。 （誘電率−電圧特性（Ｃ−Ｖ特性））光偏向素子の電気
的特性をＣ−Ｖ特性評価法により評価した。図３（Ｂ）
に示すように、ヒステリシスが崩れた形が現れた。この
ように対称性がないヒステリシス曲線は、光導波路と制
御用電極との界面に電気的障壁が存在する場合に見られ
るものであり、誘電率自体も小さくなった。
ず、また、上部導電層を５００ｎｍ形成する代わりに、
５１０ｎｍ形成する他は、実施例１と同様にして図１に
示す構造の光偏向素子を作製した。 （前記光偏向素子による光スイッチング）作製した光偏
向素子を用い、実施例１と同様にして光スイッチングを
試みた。単結晶基板と制御用電極との間に実施例１と同
じ電圧を印可したが、入射したレーザービームは通常の
偏向角度の７０％程度しか偏向せず、偏向効率が落ちて
おり、印可電圧に対して充分な偏向角度を得ることがで
きなかった。 （誘電率−電圧特性（Ｃ−Ｖ特性））光偏向素子の電気
的特性をＣ−Ｖ特性評価法により評価した。図３（Ｂ）
に示すように、ヒステリシスが崩れた形が現れた。この
ように対称性がないヒステリシス曲線は、光導波路と制
御用電極との界面に電気的障壁が存在する場合に見られ
るものであり、誘電率自体も小さくなった。
【００２７】実施例２
この例では図２に示す構造の光スイッチを作製した。
（光導波路の作製）ＮｂドープＳｒＴｉＯ3（１００）
からなる単結晶基板上へ、ＰＺＴバッファ層を２２００
ｎｍの膜厚で固相エピタキシャル成長させた。次に、Ｐ
ＺＴバッファ層の上にＰＺＴ光導波路層を２３７０ｎｍ
の膜厚で固相エピタキシャル成長させ、さらにこの上
に、ＰＺＴ層を４３０ｎｍ固相成長させた。その後、ド
ライエッチング法により、５μｍの開口を有するＹ分岐
型チャンネル光導波路を形成した。 （制御用電極の形成）光導波路層の上に、フォトレジス
トをスピンコートし、プリベークの後、図２において斜
線を付して示す電極の形状に露光した。さらにポストベ
ークを行い、これに続いて現像を行うことにより、所定
形状のテーパ状レジストパターンを形成した。このレジ
ストパターンを用いて、ＤＣマグネトロンスパッタリン
グ法により、Ｏ2／Ａｒガス流量比が０．０９、圧力
０．５Ｐａ，基板温度１００℃の条件で、酸化インジウ
ムに錫を３質量％添加した密度９０％以上のターゲット
から、ＩＴＯ薄膜（下部導電層）を２０ｎｍの膜厚でス
パッタリング形成した。さらに、Ｏ2／Ａｒガス流量比
が０．０９、圧力０．５Ｐａ，基板温度１００℃の条件
で、酸化インジウムに錫を１質量％添加した密度９０％
以上のターゲットから、ＩＴＯ薄膜（上部導電層）を６
００ｎｍの膜厚でスパッタリング形成した。この上部導
電層の上に、１００ｎｍの膜厚のＡｕ薄膜（図示せず）
を、Ａｒガス流量が２００ｓｃｃｍ，圧力０．５Ｐａ，
基板温度１００℃の条件でスパッタリング形成した。こ
の後、リフトオフを行い、Ａｕ薄膜が積層された制御用
電極を形成した。前記のようにして単結晶基板に光導波
路および制御用電極等を設けたものを、２８０℃の温度
にてアニール処理し、その後、単結晶基板の裏面にＡｌ
−Ｃｕからなる電極（図示せず）を形成し、オーミック
コンタクトを得、光偏向素子とした。
からなる単結晶基板上へ、ＰＺＴバッファ層を２２００
ｎｍの膜厚で固相エピタキシャル成長させた。次に、Ｐ
ＺＴバッファ層の上にＰＺＴ光導波路層を２３７０ｎｍ
の膜厚で固相エピタキシャル成長させ、さらにこの上
に、ＰＺＴ層を４３０ｎｍ固相成長させた。その後、ド
ライエッチング法により、５μｍの開口を有するＹ分岐
型チャンネル光導波路を形成した。 （制御用電極の形成）光導波路層の上に、フォトレジス
トをスピンコートし、プリベークの後、図２において斜
線を付して示す電極の形状に露光した。さらにポストベ
ークを行い、これに続いて現像を行うことにより、所定
形状のテーパ状レジストパターンを形成した。このレジ
ストパターンを用いて、ＤＣマグネトロンスパッタリン
グ法により、Ｏ2／Ａｒガス流量比が０．０９、圧力
０．５Ｐａ，基板温度１００℃の条件で、酸化インジウ
ムに錫を３質量％添加した密度９０％以上のターゲット
から、ＩＴＯ薄膜（下部導電層）を２０ｎｍの膜厚でス
パッタリング形成した。さらに、Ｏ2／Ａｒガス流量比
が０．０９、圧力０．５Ｐａ，基板温度１００℃の条件
で、酸化インジウムに錫を１質量％添加した密度９０％
以上のターゲットから、ＩＴＯ薄膜（上部導電層）を６
００ｎｍの膜厚でスパッタリング形成した。この上部導
電層の上に、１００ｎｍの膜厚のＡｕ薄膜（図示せず）
を、Ａｒガス流量が２００ｓｃｃｍ，圧力０．５Ｐａ，
基板温度１００℃の条件でスパッタリング形成した。こ
の後、リフトオフを行い、Ａｕ薄膜が積層された制御用
電極を形成した。前記のようにして単結晶基板に光導波
路および制御用電極等を設けたものを、２８０℃の温度
にてアニール処理し、その後、単結晶基板の裏面にＡｌ
−Ｃｕからなる電極（図示せず）を形成し、オーミック
コンタクトを得、光偏向素子とした。
【００２８】（前記光偏向素子による光スイッチング）
得られた光偏向素子を用い、チャンネル光導波路の端面
（４４）に１．５５μｍの波長のレーザービームを集光
し、チャンネル光導波路（４０）内へ導入した。入射し
たレーザービームはチャンネル光導波路の各端面（４６
および４８）から出射した。単結晶基板（３２）と制御
用電極（４２ａ）との間には電圧（２０Ｖ）を印可し、
単結晶基板と制御用電極（４２ｂ）との間には電圧を印
可しなかったところ、電気光学効果によって、チャンネ
ル光導波路のうち、電圧が印加されている制御用電極
（４２ａ）が接触するチャンネルと、電圧が印可されて
いない制御用電極（４２ｂ）が接触するチャンネルとの
間で屈折率差が生じ、チャンネル光導波路の端面（４
７）からは出射されなくなり、端面（４６）からのみ出
射した。
得られた光偏向素子を用い、チャンネル光導波路の端面
（４４）に１．５５μｍの波長のレーザービームを集光
し、チャンネル光導波路（４０）内へ導入した。入射し
たレーザービームはチャンネル光導波路の各端面（４６
および４８）から出射した。単結晶基板（３２）と制御
用電極（４２ａ）との間には電圧（２０Ｖ）を印可し、
単結晶基板と制御用電極（４２ｂ）との間には電圧を印
可しなかったところ、電気光学効果によって、チャンネ
ル光導波路のうち、電圧が印加されている制御用電極
（４２ａ）が接触するチャンネルと、電圧が印可されて
いない制御用電極（４２ｂ）が接触するチャンネルとの
間で屈折率差が生じ、チャンネル光導波路の端面（４
７）からは出射されなくなり、端面（４６）からのみ出
射した。
【００２９】比較例 ２
制御用電極の形成時に、ＩＴＯ薄膜を、酸化インジウム
に錫を１０質量％添加した密度９５％のターゲットから
のみ６２０ｎｍの膜厚で形成する他は、実施例２と同様
にして図２に示す構造の光偏向素子を作製した。この光
偏向素子に１．５５μｍの波長のレーザービームを集光
し、チャンネル光導波路（４０）内へ導入した。チャン
ネル光導波路の各端面４６、４８から出射したレーザー
ビームの光強度を測定したところ、実施例２の場合と比
較して１／４程度に減少していた。これは、錫を１０質
量％添加した酸化インジウム薄膜がレーザービームを吸
収したことにより生じたもので、光スイッチの出力とし
ては充分ではなかった。
に錫を１０質量％添加した密度９５％のターゲットから
のみ６２０ｎｍの膜厚で形成する他は、実施例２と同様
にして図２に示す構造の光偏向素子を作製した。この光
偏向素子に１．５５μｍの波長のレーザービームを集光
し、チャンネル光導波路（４０）内へ導入した。チャン
ネル光導波路の各端面４６、４８から出射したレーザー
ビームの光強度を測定したところ、実施例２の場合と比
較して１／４程度に減少していた。これは、錫を１０質
量％添加した酸化インジウム薄膜がレーザービームを吸
収したことにより生じたもので、光スイッチの出力とし
ては充分ではなかった。
【００３０】実施例 ３
実施例２と同様にしてチャンネル光導波路を作製した。
次に、チャンネル光導波路の上に、ＤＣマグネトロンス
パッタリング法により、Ｏ2／Ａｒガス流量比が０．０
９、圧力０．５Ｐａ，基板温度１００℃の条件で、酸化
インジウムに錫を３質量％添加した密度９０％以上のタ
ーゲットからＩＴＯ薄膜を１０ｎｍの膜厚でスパッタリ
ング形成した。さらに、Ｏ2／Ａｒガス流量比が０．０
９、圧力０．５Ｐａ，基板温度６０℃の条件で、酸化イ
ンジウムに錫を１質量％添加した密度９０％以上のター
ゲットからＩＴＯ薄膜を５０ｎｍの膜厚でスパッタリン
グ形成した。次いで、この上に、フォトレジストをスピ
ンコートし、プリベークの後、図３に斜線を付して示す
電極の形状に露光した。さらにポストベークを行い、こ
れに続いて現像を行うことにより、所定形状のテーパ状
レジストパターンを形成した。その後、ＨＣｌ水溶液で
ＩＴＯ薄膜をエッチングし、さらに残存するフォトレジ
ストを除去して、膜厚６０ｎｍの制御用電極（４２ａ，
４２ｂ）を形成した。これを、３００℃の温度にてアニ
ール処理した。その後、単結晶基板の裏面にＡｌ−Ｃｕ
からなる電極（図示せず）を形成し、オーミックコンタ
クトを得、光偏向素子とした。
次に、チャンネル光導波路の上に、ＤＣマグネトロンス
パッタリング法により、Ｏ2／Ａｒガス流量比が０．０
９、圧力０．５Ｐａ，基板温度１００℃の条件で、酸化
インジウムに錫を３質量％添加した密度９０％以上のタ
ーゲットからＩＴＯ薄膜を１０ｎｍの膜厚でスパッタリ
ング形成した。さらに、Ｏ2／Ａｒガス流量比が０．０
９、圧力０．５Ｐａ，基板温度６０℃の条件で、酸化イ
ンジウムに錫を１質量％添加した密度９０％以上のター
ゲットからＩＴＯ薄膜を５０ｎｍの膜厚でスパッタリン
グ形成した。次いで、この上に、フォトレジストをスピ
ンコートし、プリベークの後、図３に斜線を付して示す
電極の形状に露光した。さらにポストベークを行い、こ
れに続いて現像を行うことにより、所定形状のテーパ状
レジストパターンを形成した。その後、ＨＣｌ水溶液で
ＩＴＯ薄膜をエッチングし、さらに残存するフォトレジ
ストを除去して、膜厚６０ｎｍの制御用電極（４２ａ，
４２ｂ）を形成した。これを、３００℃の温度にてアニ
ール処理した。その後、単結晶基板の裏面にＡｌ−Ｃｕ
からなる電極（図示せず）を形成し、オーミックコンタ
クトを得、光偏向素子とした。
【００３１】（前記光偏向素子による光スイッチング）
得られた光偏向素子のチャンネル光導波路の端面（４
４）に１．５５μｍの波長のレーザービームを集光し、
チャンネル光導波路（４０）内へ導入したところ、入射
したレーザービームはチャンネル光導波路の各端面（４
６、４８）から出射した。単結晶基板と電極（４２ａ）
との間に電圧を印可し、他方の電極（４２ｂ）について
は電圧を印可しなかったところ、レーザー光は、チャン
ネル導波路の端面４８からのみ出射し、４６からは出射
されなくなった。
得られた光偏向素子のチャンネル光導波路の端面（４
４）に１．５５μｍの波長のレーザービームを集光し、
チャンネル光導波路（４０）内へ導入したところ、入射
したレーザービームはチャンネル光導波路の各端面（４
６、４８）から出射した。単結晶基板と電極（４２ａ）
との間に電圧を印可し、他方の電極（４２ｂ）について
は電圧を印可しなかったところ、レーザー光は、チャン
ネル導波路の端面４８からのみ出射し、４６からは出射
されなくなった。
【００３２】
【発明の効果】本発明の制御用電極が前記のごとき上部
導電層および下部導電層から構成されることにより、光
導波路を通る光の伝搬損失を少なくすることができると
ともに、スイッチング電圧（駆動電圧）を有効に低下さ
せることができる。
導電層および下部導電層から構成されることにより、光
導波路を通る光の伝搬損失を少なくすることができると
ともに、スイッチング電圧（駆動電圧）を有効に低下さ
せることができる。
【図１】本発明の導波路型光制御デバイスの一例を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図２】本発明の導波路型光制御デバイスの他の一例を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図３】図３（Ａ）は実施例１の光偏向素子を駆動した
場合のＣ−Ｖ特性を表すグラフであり、図３（Ｂ）は比
較例１の光偏向素子を駆動した場合のＣ−Ｖ特性を表す
グラフである。
場合のＣ−Ｖ特性を表すグラフであり、図３（Ｂ）は比
較例１の光偏向素子を駆動した場合のＣ−Ｖ特性を表す
グラフである。
１２、３２ 単結晶基板
１４ａ，１４ｂ 円形レンズ
１６、４０ 光導波路層
２２、４２ａ、４２ｂ 制御用電極
２３ａ 上部導電層
２３ｂ 下部導電層
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ チャンネル型光導波路
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ チャンネル型光導波路
３４ バッファ層
３６ 光導波路層
４０ Ｙ分岐型チャンネル光導波路
４４、４６、４８ チャンネル型光導波路端面
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2H047 KA02 LA05 MA03 MA05 NA02
PA04 PA24 QA03 RA08 TA01
TA35 TA41
2K002 AB04 BA06 CA02 DA05 DA08
EA04 GA07 HA03
Claims (5)
- 【請求項１】 少なくとも、電気光学効果を有する強誘
電体からなる光導波路と、前記光導波路に接して設けた
制御用電極を有する導波路型光制御デバイスにおいて、
前記制御用電極が、吸光係数が２０００より小さい上部
導電層と強誘電体光導波路との界面において電気的障壁
を形成しない光透過性の下部導電層を積層した制御用電
極であることを特徴とする導波路型光制御デバイス。 - 【請求項２】 前記制御用電極の２つの導電層が、酸化
インジウムに錫または酸化錫を添加した材料からなるこ
とを特徴とする請求項１に記載の導波路型光制御デバイ
ス。 - 【請求項３】 前記上部導電層は、酸化インジウム中の
錫または酸化錫濃度が１０質量％以下であり、かつ下部
導電層よりも錫または酸化錫濃度が多いことを特徴とす
る請求項１または請求項２に記載の導波路型光制御デバ
イス。 - 【請求項４】 前記上部導電層の膜厚は１０ｎｍ以上５
μｍ以下であり、下部導電層の膜厚は１００ｎｍ以下で
あることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれ
か１項に記載の導波路型光制御デバイス。 - 【請求項５】 少なくとも、電気光学効果を有する強誘
電体からなる光導波路の上に、強誘電体光導波路との界
面において電気的障壁を形成しない光透過性の下部導電
層と、吸光係数が２０００より小さい上部導電層とを順
次積層して、制御用電極を設ける導波路型光制御デバイ
スの製造方法であって、前記上部導電層および下部導電
層を、密度が９０％以上のターゲットを用いるスパッタ
リング法により形成することを特徴とする導波路型光制
御デバイスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001204721A JP2003021850A (ja) | 2001-07-05 | 2001-07-05 | 導波路型光制御デバイスおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001204721A JP2003021850A (ja) | 2001-07-05 | 2001-07-05 | 導波路型光制御デバイスおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003021850A true JP2003021850A (ja) | 2003-01-24 |
Family
ID=19041146
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001204721A Pending JP2003021850A (ja) | 2001-07-05 | 2001-07-05 | 導波路型光制御デバイスおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003021850A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004287281A (ja) * | 2003-03-24 | 2004-10-14 | Fuji Xerox Co Ltd | 光素子およびその製造方法 |
| JP2006079047A (ja) * | 2004-09-07 | 2006-03-23 | Ind Technol Res Inst | ゾルゲル材料からなる光可変減衰器及びその製造方法 |
| JP2009003440A (ja) * | 2007-05-22 | 2009-01-08 | Nippon Electric Glass Co Ltd | 透明電極 |
| JP2010102170A (ja) * | 2008-10-24 | 2010-05-06 | Hitachi Cable Ltd | 光変調器 |
-
2001
- 2001-07-05 JP JP2001204721A patent/JP2003021850A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004287281A (ja) * | 2003-03-24 | 2004-10-14 | Fuji Xerox Co Ltd | 光素子およびその製造方法 |
| JP4506088B2 (ja) * | 2003-03-24 | 2010-07-21 | 富士ゼロックス株式会社 | 光素子の製造方法 |
| JP2006079047A (ja) * | 2004-09-07 | 2006-03-23 | Ind Technol Res Inst | ゾルゲル材料からなる光可変減衰器及びその製造方法 |
| JP2009003440A (ja) * | 2007-05-22 | 2009-01-08 | Nippon Electric Glass Co Ltd | 透明電極 |
| JP2010102170A (ja) * | 2008-10-24 | 2010-05-06 | Hitachi Cable Ltd | 光変調器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20070726 |
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| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20080527 |