JP2003337311A - Optical device - Google Patents

Optical device

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JP2003337311A
JP2003337311A JP2002344358A JP2002344358A JP2003337311A JP 2003337311 A JP2003337311 A JP 2003337311A JP 2002344358 A JP2002344358 A JP 2002344358A JP 2002344358 A JP2002344358 A JP 2002344358A JP 2003337311 A JP2003337311 A JP 2003337311A
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JP
Japan
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optical device
optical
buffer layer
substrate
drift
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JP2002344358A
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Japanese (ja)
Inventor
Gary Gibson
ギブソン ゲーリー
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JDS Uniphase Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical device, particularly, an optical waveguide device, in which characteristics of a light signal are modulated or changed in accordance with an applied electric field. <P>SOLUTION: Conventionally, in such devices, such as, for example, a Mach- Zehnder modulator, DC drift problem, as are well known within the art, must be surmounted if the optical device is to meet minimum performance criteria. Suitably, a layer of an oxide of silicon, preferably substantially, free of metallic impurities, where the ratio of oxygen to silicon is greater than 2 and is preferably greater than or equal to 2.2 is provided. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光デバイス及びそ
の製造方法に関し、特に光導波路デバイス及びその製造
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical device and its manufacturing method, and more particularly to an optical waveguide device and its manufacturing method.

【0002】[0002]

【発明の背景】従来、RF電界は、導波路の屈折率を変
化させるために、光デバイスにおける導波路領域に印加
され、該導波路内に移動する光の強度及び/又は位相を
変調させる。
BACKGROUND OF THE INVENTION Conventionally, an RF electric field is applied to a waveguide region in an optical device to change the refractive index of the waveguide, modulating the intensity and / or phase of light traveling within the waveguide.

【0003】通常、この変調RF電界は、導波路が予め
形成された基板表面を覆うバッファ層上に形成された電
極を介して印加される。典型的にバッファ層は、導波路
よりも小さい屈折率を有する誘電体膜から構成される。
バッファ層の機能の1つは、金属電極内の吸収による光
損失を低減することにある。また、バッファ層の他の機
能は、電極内を伝播するマイクロ波(RF)と導波路を
伝播する光との間の速度整合を得ることにある。
Usually, this modulated RF electric field is applied through an electrode formed on a buffer layer which covers the surface of a substrate on which a waveguide has been previously formed. The buffer layer is typically composed of a dielectric film having a lower refractive index than the waveguide.
One of the functions of the buffer layer is to reduce light loss due to absorption in the metal electrode. Another function of the buffer layer is to obtain velocity matching between the microwave (RF) propagating in the electrode and the light propagating in the waveguide.

【0004】例えばニオブ酸リチウム(LiNbO
等の電気光学結晶基板を用いた光導波路デバイスの例と
しては、マッハツェンダ干渉変調器や、電気光学偏光
(偏波)制御装置や、可変光減衰器や、電気光学スイッ
チがある。
For example, lithium niobate (LiNbO 3 ).
Examples of the optical waveguide device using the electro-optic crystal substrate such as the above are a Mach-Zehnder interferometric modulator, an electro-optic polarization (polarization) control device, a variable optical attenuator, and an electro-optic switch.

【0005】具体的には、マッハツェンダ変調器内で
は、単一な光信号から導出される2つの信号の相対光路
長が、印加RF電界に応じ対応する導波路の屈折率変化
の結果として変化させられ、再結合時に該2つの光信号
の相対位相に応じて建設的又は破壊的干渉を生じる。
Specifically, in the Mach-Zehnder modulator, the relative optical path lengths of two signals derived from a single optical signal are changed as a result of the change in the refractive index of the corresponding waveguide according to the applied RF electric field. Therefore, upon recombination, constructive or destructive interference occurs depending on the relative phase of the two optical signals.

【0006】ここで、好ましい位相差の状態は、温度及
び時間によって変化しうるものだが、適切な電極構造を
介してDCバイアス電圧を同時に印加することにより制
御されるものである。常用雰囲気中においても装置の安
定的な操作を確実なものとするためにDCバイアス電圧
を要求することはこの分野ではよく知られた技術であ
る。したがって、多くの光デバイスでは、安定的な光出
力信号を維持するためにDCバイアス電圧フィードバッ
ク制御回路を用いている。
Here, the preferable phase difference state can be changed by temperature and time, but is controlled by simultaneously applying a DC bias voltage through an appropriate electrode structure. Requiring a DC bias voltage to ensure stable operation of the device even in a service atmosphere is a well known technique in the art. Therefore, many optical devices use a DC bias voltage feedback control circuit to maintain a stable optical output signal.

【0007】このDCバイアス電圧フィードバック制御
の結果としてのDCバイアス電圧の変動は、この技術の
分野では光デバイスのDCドリフトとして知られてい
る。実際に、このような光デバイスに課される性能仕様
には、印加されるDCバイアス電圧が25年間を亘って
所定限度値内になければならない旨がある。
Fluctuations in DC bias voltage as a result of this DC bias voltage feedback control are known in the art as DC drift of optical devices. In fact, performance specifications imposed on such optical devices include that the applied DC bias voltage must be within predetermined limits for 25 years.

【0008】譲渡先が富士通株式会社の米国特許第5,
404,412号は、DCドリフトを低減した光デバイ
ス、すなわちDCバイアス電圧を所定限度値内に維持し
た構成を有する光デバイスを開示している。米国特許第
5,404,412号では、透明な誘電体や絶縁体であ
るバッファ層を用いてDCドリフトの抑制を志向してい
る。このバッファ層は、二酸化ケイ素と、周期表のII
I族〜VIII族、Ib族及びIIb族の金属元素群か
ら選択される少なくとも1種の金属元素の酸化物と、ケ
イ素以外の半導体元素とを混合した混合物から形成され
る。例えば、米国特許第5,404,412号の実施形
態では、5mol%のInと5mol%のTiO
を含む二酸化ケイ素(SiO)から構成されるバッ
ファ層を開示している。すなわち、バッファ層は、5m
ol%のInを含み、ベースとして組成式(Si
0.95−(TiO0.05から構成されて
いる。そして、このようなバッファ層を有する導波路装
置のDCドリフトは、許容可能なパラメーター内である
ということが分かってきている。
US Pat. No. 5, assigned to Fujitsu Limited
No. 404,412 discloses an optical device having reduced DC drift, that is, an optical device having a configuration in which a DC bias voltage is maintained within a predetermined limit value. US Pat. No. 5,404,412 aims to suppress DC drift by using a buffer layer which is a transparent dielectric or insulator. This buffer layer is composed of silicon dioxide and II of the periodic table.
It is formed from a mixture of an oxide of at least one metal element selected from the group of metal elements of groups I to VIII, Ib and IIb and a semiconductor element other than silicon. For example, in the embodiment of US Pat. No. 5,404,412, 5 mol% In 2 O 3 and 5 mol% TiO 2.
A buffer layer composed of silicon dioxide (SiO 2 ) containing 2 is disclosed. That is, the buffer layer is 5 m
containing 2 % by weight of In 2 O 3 , the composition formula (Si
O 2) 0.95 - (and a TiO 2) 0.05. And it has been found that the DC drift of a waveguide device with such a buffer layer is within acceptable parameters.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
複雑な組成を有するバッファ層を製造することは、非常
に煩雑であり、製造コストも高くなるものである。とい
うのも、例えば、各種材料源の揮発温度や圧力並びに最
適な膜堆積条件などが、材料により異なるため、このよ
うな複雑な酸化物材料の化学組成をフィルム状(即ち、
バッファ層)で正確に制御することは、極めて困難であ
る。
However, manufacturing a buffer layer having such a complicated composition is very complicated and the manufacturing cost is high. This is because, for example, the volatilization temperature and pressure of various material sources and the optimum film deposition conditions vary depending on the material.
Accurate control by the buffer layer) is extremely difficult.

【0010】そこで、本発明は、上述した従来技術に関
する幾つかの課題を少なくとも軽減することを目的とす
る。
Therefore, the present invention aims to at least alleviate some of the problems associated with the prior art described above.

【0011】[0011]

【発明の概要】したがって、本発明の第1の特徴は、光
導波路と、バッファ層と、バッファ層上に形成され印加
電界に応じて光導波路内の光学場に影響を及ぼす電極と
が、基板に設けられ、バッファ層がSiOで形成さ
れ、xがx>2、好ましくはx≧2.2である光デバイ
スを提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the first feature of the present invention is that the optical waveguide, the buffer layer, and the electrode formed on the buffer layer that influences the optical field in the optical waveguide in response to the applied electric field are And a buffer layer made of SiO x , where x> 2, preferably x ≧ 2.2.

【0012】このように、SiOにおける酸素の化学
量を上述した比率まで増加することで、DCドリフトを
許容パラメータ範囲内に制限することができるという利
点が見出された。
Thus, it has been found that by increasing the oxygen stoichiometry in SiO x to the above mentioned ratio, the DC drift can be limited to within the permissible parameter range.

【0013】ここで、注目すべきことは、上記xが2を
超えると、DCドリフト速度が、従来のSiOバッフ
ァ層を有する光デバイスよりも低いレベルに減少し、特
にx=2.2では基板自体の固有なドリフトに匹敵する
レベルに達するということを見出した。
It should be noted that, when the above x exceeds 2, the DC drift velocity decreases to a level lower than that of the optical device having the conventional SiO 2 buffer layer, particularly at x = 2.2. It has been found that it reaches a level comparable to the inherent drift of the substrate itself.

【0014】また、本発明の光デバイスの性能は、デバ
イス構成材料の不完全な電気的絶縁性に起因する、光デ
バイスにおける非ゼロDCドリフト挙動の速度を少なく
とも部分的に抑制することにより有利に改良される。
The performance of the optical device of the present invention is also advantageous by at least partially suppressing the rate of non-zero DC drift behavior in the optical device due to the imperfect electrical insulation of the device constituent materials. Be improved.

【0015】好ましくは、光デバイスは、電気光学偏光
(偏波)制御装置や、例えばマッハツェンダ光強度変調
器などの光変調器や、可変光減衰器や、電気光学スイッ
チである。
Preferably, the optical device is an electro-optical polarization (polarization) control device, an optical modulator such as a Mach-Zehnder optical intensity modulator, a variable optical attenuator, or an electro-optical switch.

【0016】本発明の第2の特徴は、光デバイスについ
てのバッファ層を形成する方法に関し、この方法は、相
対的な真空雰囲気中にて基板上に酸化シリコン膜を蒸
着、イオンめっき、又はスパッタリングにより堆積する
工程と、少なくともOガスを含む混合ガスを基板表面
上に流す工程と、混合ガスにバイアス電圧を印加するこ
とで流れる混合ガスをイオン化する工程とを実質的に同
時に行うようにした方法である。本製造方法の主たる意
図は、混合ガスの流量を調整して望まれる分圧(分圧
力)及び/又は印加バイアス電圧の少なくとも一方を達
成することにより、酸素量がx>2、好ましくはx≧
2.2となるように制御された堆積SiO膜の化学組
成を実現することにある。
A second aspect of the invention relates to a method of forming a buffer layer for an optical device, which method comprises vapor deposition, ion plating or sputtering of a silicon oxide film on a substrate in a relative vacuum atmosphere. And the step of flowing a mixed gas containing at least O 2 gas onto the surface of the substrate and the step of ionizing the mixed gas by applying a bias voltage to the mixed gas are performed substantially at the same time. Is the way. The main purpose of the present production method is to adjust the flow rate of the mixed gas to achieve at least one of the desired partial pressure (partial pressure) and / or the applied bias voltage, so that the oxygen amount is x> 2, and preferably x ≧ 2.
Achieving a controlled chemical composition of the deposited SiO x film to be 2.2.

【0017】発明形態は、好ましくは、基板材料を構成
する元素を除いては、金属不純物が実質的に無いケイ素
(シリコン)酸化物からなる層を提供するものである。
The inventive form preferably provides a layer of silicon oxide that is substantially free of metal impurities, except for the elements that make up the substrate material.

【0018】好ましくは、発明形態は、ケイ素(シリコ
ン)に対する酸素の割合がSiOにおいてx>2とな
るように形成される層を提供するものである。
Preferably, the present invention provides a layer formed so that the ratio of oxygen to silicon is x> 2 in SiO x .

【0019】好ましくは、発明形態は、バッファ層が非
化学量において、即ち超酸素状態においてケイ素(シリ
コン)と酸素とにより構成される。より好ましい発明形
態では、他の元素、特に金属元素の意図的なドーピング
が実質的になされていない。
Preferably, in the inventive form, the buffer layer is composed of silicon and oxygen in a non-stoichiometric amount, ie in the super oxygen state. In a more preferred form of invention, the intentional doping of other elements, in particular metallic elements, is substantially not done.

【0020】本発明は、金属ドープSiOなどの複雑
なバッファ層材料を用いることで生じる固有の問題点を
解決するため、単純な(組成の)酸化ケイ素をバッファ
層として用いるものであり、より好ましいSi/O比と
することでDCドリフトを低減する利点を有する。
The present invention uses a simple (compositional) silicon oxide as a buffer layer in order to solve the problems inherent in using a complicated buffer layer material such as metal-doped SiO 2 , and The preferred Si / O ratio has the advantage of reducing DC drift.

【0021】本発明の第3の特徴は、光デバイスにおけ
るバッファ層を形成する方法に関し、この方法は、O
を含む活性化又はイオン化された混合ガス流の存在下
で、基板上にシリカを堆積し、バッファ層をx>2のS
iO膜から構成するようにした工程を含む方法であ
る。
A third aspect of the present invention relates to a method of forming a buffer layer in an optical device, which method comprises O 2
Silica is deposited on the substrate in the presence of an activated or ionized mixed gas stream containing S and the buffer layer is S> 2.
It is a method including a step of being composed of an iO x film.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】図1に、マッハツェンダ変調器1
00の模式断面図を示す。導波路アーム102、104
は、例えば、チタン拡散によるxカット又はyカットの
ニオブ酸リチウム等の電気光学結晶基板108内に形成
される。入力光導波路(図1中には図示せず)は、受光
した光信号を導波路アーム102、104へ分割する。
RF信号電極110は、2つの導波路アーム102、1
04間に配される。変調器100はまた、外部接地電極
112、114を備え、これらがプッシュプル配置を形
成して導波路アーム102,104内を伝播する光の位
相を変調するようになされている。出力導波路を介して
位相が変調された光信号を再結合することにより、出力
導波路部(図示せず)から強度変調された光信号が得ら
れることになる。信号電極110及び接地電極112、
114の下には、バッファ層116が配されている。
1 is a block diagram of a Mach-Zehnder modulator 1 according to the present invention.
00 shows a schematic sectional view. Waveguide arms 102, 104
Is formed in the electro-optic crystal substrate 108 of, for example, x-cut or y-cut lithium niobate by titanium diffusion. An input optical waveguide (not shown in FIG. 1) splits the received optical signal into waveguide arms 102 and 104.
The RF signal electrode 110 has two waveguide arms 102, 1
It will be placed between 04. The modulator 100 also includes external ground electrodes 112, 114 adapted to form a push-pull arrangement to modulate the phase of light propagating in the waveguide arms 102, 104. By recombining the phase-modulated optical signal via the output waveguide, an intensity-modulated optical signal is obtained from the output waveguide section (not shown). A signal electrode 110 and a ground electrode 112,
A buffer layer 116 is disposed below 114.

【0023】図示したマッハツェンダ変調器100で
は、出力強度変調の状態を制御するDCバイアス印加部
(図示せず)は図示断面構造のものと同様な断面構造を
有する。DCバイアス電圧は、RF信号電極110によ
り供給される。しかしながら、従来のxカットおよびy
カットのニオブ酸リチウムを用いたマッハツェンダ変調
器では、バッファ層116が、通常、基板表面から除去
されることで、バッファ層を通して印加されるDC電圧
の大幅な低減による出力光信号の大きなDCドリフトを
防ぐようにしている。これは即ち、RF信号電極をそれ
に対応するバッファ層と共に用い、そしてDCバイアス
部をDCバッファ層の無い状態で用いることで、xカッ
トおよびyカットのニオブ酸リチウム変調器における電
極を実現したものである。一方、マッハツェンダ変調器
において基板としてzカットのニオブ酸リチウムを用い
た実施形態では、電極が最も効果的なプッシュプル配置
をとるように導波路を常に覆って配されているため、金
属電極による光の吸収を低減、好ましくは最小限にする
機能を有したバッファ層は、基板表面から取り除かれ
ず、すなわち、本発明によるバッファ層は、DCドリフ
トを抑制するように用いられる。
In the illustrated Mach-Zehnder modulator 100, the DC bias applying unit (not shown) for controlling the state of output intensity modulation has the same sectional structure as that of the illustrated sectional structure. The DC bias voltage is provided by the RF signal electrode 110. However, conventional x-cut and y
In a Mach-Zehnder modulator using cut lithium niobate, the buffer layer 116 is usually removed from the substrate surface, which causes a large DC drift of the output optical signal due to a significant reduction in the DC voltage applied through the buffer layer. I try to prevent it. This is to realize the electrodes in the x-cut and y-cut lithium niobate modulators by using the RF signal electrode together with the corresponding buffer layer and using the DC bias part without the DC buffer layer. is there. On the other hand, in the embodiment in which the z-cut lithium niobate is used as the substrate in the Mach-Zehnder modulator, the electrodes are always arranged so as to cover the waveguide so as to have the most effective push-pull arrangement. The buffer layer which has the function of reducing, preferably minimizing, the absorption of is not removed from the substrate surface, ie the buffer layer according to the invention is used to suppress DC drift.

【0024】本発明の効果を明確に示すために、xカッ
トのニオブ酸リチウムを用いた複数の実施形態のマッハ
ツェンダ変調器が試験された。具体的には、従来のx≦
2及び本発明のx>2を含む各様な化学量からなるSi
のバッファ層を、Ti拡散した導波路を有するxカ
ットのニオブ酸リチウム基板(ウエハー)表面上に堆積
した。マッハツェンダ変調器の好ましい実施形態とし
て、上述したものと同じマッハツェンダ導波路構造上に
RF電極部とDCバイアス電極部とを直列に配置した。
また、比較例として、SiOバッファ層と共に形成し
たRF部と、バッファ層のない所に形成したDCバイア
ス部とを持つ一般のxカットのニオブ酸リチウム基板を
用いたマッハツェンダ変調器をも、試験に供した。
To clearly show the effect of the present invention, several embodiments of Mach-Zehnder modulators using x-cut lithium niobate were tested. Specifically, the conventional x ≦
2 and Si of various stoichiometry including x> 2 of the present invention
A buffer layer of O x was deposited on the surface of an x-cut lithium niobate substrate (wafer) with Ti-diffused waveguides. As a preferred embodiment of the Mach-Zehnder modulator, the RF electrode section and the DC bias electrode section are arranged in series on the same Mach-Zehnder waveguide structure as described above.
In addition, as a comparative example, a Mach-Zehnder modulator using a general x-cut lithium niobate substrate having an RF portion formed with a SiO 2 buffer layer and a DC bias portion formed in a place without the buffer layer was also tested. I went to

【0025】本発明の実施形態におけるバッファ層は、
xが2以上のSiOから形成した。より好ましい実施
形態では、このxが2.2と等しいか又はそれ以上であ
る。
The buffer layer in the embodiment of the present invention is
It was formed from SiO x in which x is 2 or more. In a more preferred embodiment, this x is greater than or equal to 2.2.

【0026】好ましくは、本発明の実施形態におけるバ
ッファ層は、高性能プラズマ源(APS)E−ビームシ
ステムなどの化学反応ガス供給システムに配置される酸
化ケイ素膜堆積装置を用いて製造される。ここで、Si
膜の酸素化学量を制御するために、堆積装置のバイ
アス電圧を変化させた。バイアス電圧は、供給ガスの一
部をイオン化し、それが堆積工程中に基板に向かって流
れる。
Preferably, the buffer layer in embodiments of the present invention is manufactured using a silicon oxide film deposition apparatus located in a chemically reactive gas supply system such as an advanced plasma source (APS) E-beam system. Where Si
The bias voltage of the deposition system was varied to control the oxygen stoichiometry of the Ox film. The bias voltage ionizes a portion of the feed gas, which flows towards the substrate during the deposition process.

【0027】好ましい実施形態では、この堆積装置を用
いて、酸素流量もまた変化させる。また、好ましくは、
実施形態の製造工程中に酸素に不活性ガスを混合して、
イオン化状態、即ち酸素のイオン化程度及びケイ素(シ
リコン)と酸素との反応プロセスの程度を変化させる。
E−ビーム蒸着源としては、純シリカを用いた。
In the preferred embodiment, the deposition apparatus is also used to vary the oxygen flow rate. Also, preferably,
By mixing an inert gas with oxygen during the manufacturing process of the embodiment,
The ionization state, that is, the degree of oxygen ionization and the degree of the reaction process of silicon and oxygen are changed.
Pure silica was used as the E-beam evaporation source.

【0028】下記表1に、本発明に係る上記実施形態の
主な製造条件を示す。
Table 1 below shows main manufacturing conditions of the above-described embodiment according to the present invention.

【0029】[0029]

【表1】 [Table 1]

【0030】図2は、表1に示した試料について酸素化
学量の変化をバッファ層の層厚の関数として表したグラ
フ200を示している。ここで、酸素化学量は、二次イ
オン質量分析計(SIMS)により決定した。第2の試
料(9211)202は、第1の試料(8772)20
4と比較して、バッファ層の層厚に対する酸素化学量の
変化量が低く示されている。試料1では、酸素化学量の
x値が2より若干大きい場合(平均約2.07)であ
り、一方試料2の場合は、x値が2.2と等しいか、幾
つかの例では2.2以上であった。
FIG. 2 shows a graph 200 showing the change in oxygen stoichiometry as a function of the buffer layer thickness for the samples shown in Table 1. Here, the oxygen stoichiometry was determined by a secondary ion mass spectrometer (SIMS). The second sample (9211) 202 is the first sample (8772) 20.
Compared with No. 4, the change amount of the oxygen stoichiometry with respect to the layer thickness of the buffer layer is shown to be low. For sample 1, the x value of the oxygen stoichiometry is slightly greater than 2 (average about 2.07), while for sample 2 the x value is equal to 2.2, or in some cases 2. It was 2 or more.

【0031】図3及び図4は、表1の条件下で形成され
た各SiOバッファ層を有する各実施形態の変調器に
ついて、80℃にて測定した各DCドリフト性能を時間
の関数として表したグラフ300、400を示してい
る。ここで、変調器のRFポートにAC電気信号を印加
しながら、DCバイアスポートに印加するDCバイアス
電圧を、フィードバック制御法にて制御し、プリセット
状態、即ち直角変調ポイントで光学出力強度を追跡し
た。実施形態では、略直線状のDCドリフト挙動を示す
ことが認められた。DCドリフト速度は、これらの実施
形態に対して計算された。
FIGS. 3 and 4 show the DC drift performance measured at 80 ° C. as a function of time for the modulator of each embodiment having each SiO x buffer layer formed under the conditions of Table 1. The graphs 300 and 400 are shown. Here, while applying an AC electric signal to the RF port of the modulator, the DC bias voltage applied to the DC bias port was controlled by the feedback control method, and the optical output intensity was traced at the preset state, that is, the quadrature modulation point. . It has been found that the embodiments exhibit a substantially linear DC drift behavior. The DC drift velocity was calculated for these embodiments.

【0032】DCドリフト速度の同様な測定及び計算
を、SiOのxがx<2とされた他の変調器について
も行った。他の変調器におけるバッファ層の酸素化学量
は、同様な堆積システム(APS)を用いたり、或いは
プラズマ化学気相成長(PECVD)システムおよびイ
オン支援蒸着(IAD)システムなどの他の堆積システ
ムを用いたりすることで制御した。例えば、APSの場
合、バイアス電圧を130Vに設定し、O流量を15
sccmに設定し、Ar流量を14sccmに設定し
て、xの範囲が1.74≦x≦1.82のSiO膜が
得られた。
Similar measurements and calculations of DC drift velocity were performed for other modulators of SiO x where x was x <2. The oxygen stoichiometry of the buffer layer in other modulators is determined using a similar deposition system (APS) or other deposition systems such as plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) and ion assisted deposition (IAD) systems. It was controlled by. For example, in the case of APS, the bias voltage is set to 130V and the O 2 flow rate is set to 15
With the sccm set and the Ar flow rate set to 14 sccm, a SiO x film having an x range of 1.74 ≦ x ≦ 1.82 was obtained.

【0033】図5は、測定したDCドリフト速度(対数
目盛)と酸素化学量(SIMSによる測定量)との間の
関係を要約したグラフ500を示している。バッファ層
の無い比較例であるxカットのニオブ酸リチウム変調器
において、そのDCドリフト速度は「バックグラウン
ド」ドリフト502として示されている。DCドリフト
は、酸素化学量の増加に伴って略指数的に減少すること
が認められる。また、図5から明らかなように、x≧
2.2のSiOバッファ層を有する一実施形態504
のDCドリフト速度が、バックグラウンドドリフト速度
(2×10−6V/s)とほぼ同じであり、このことか
ら、本発明は、バッファ層を有するニオブ酸リチウム変
調器のDCドリフト問題を対処するのに有効であること
が分かる。
FIG. 5 shows a graph 500 summarizing the relationship between measured DC drift velocity (logarithmic scale) and oxygen stoichiometry (measured by SIMS). In the comparative x-cut lithium niobate modulator without the buffer layer, its DC drift velocity is shown as "background" drift 502. It is observed that the DC drift decreases almost exponentially with increasing oxygen stoichiometry. Further, as is clear from FIG. 5, x ≧
One Embodiment 504 with 2.2 SiO x Buffer Layer
The DC drift rate of the is approximately the same as the background drift rate (2 × 10 −6 V / s), which is why the present invention addresses the DC drift problem of a lithium niobate modulator with a buffer layer. It turns out to be effective.

【0034】なお、上記実施形態では、マッハツェンダ
光変調器の製造に基づいて述べてきたが、本発明はこれ
に限らない。本実施形態は、SiOバッファ層の膜が
集積デバイス及び/又は電気光学偏光(偏波)制御装
置、電気光学スイッチ、可変光変調器などの他の装置上
に堆積されていても実現可能である。実際、本発明の実
施形態は、安定的なDC誘電体層を必要とする、あらゆ
る技術分野へ応用することが可能である。
Although the above embodiment has been described based on the manufacture of the Mach-Zehnder optical modulator, the present invention is not limited to this. This embodiment can be realized even if the film of the SiO x buffer layer is deposited on an integrated device and / or other device such as an electro-optical polarization (polarization) controller, an electro-optical switch, and a variable optical modulator. is there. Indeed, the embodiments of the present invention can be applied to any technical field requiring a stable DC dielectric layer.

【0035】本発明の実施形態により示されるDCドリ
フトの低減を可能とする物理的メカニズムを、あらゆる
特定の理論に捉われずに検討すると、バッファ層厚に対
するLi及びNbのイオン濃度変化をSIMSにより分
析した結果を示す図6中のグラフ600によれば、Li
が、ニオブ酸リチウム基板から拡散された不純物として
酸化シリコンバッファ堆積膜中に存在することが明らか
に認められる。そして、シリコン超酸化膜中のLi
オンマイグレーションの抑制により、本発明の実施形態
によるDCドリフトの低減効果を説明することができる
といえる。シリコン超酸化膜中の過剰酸素の化学反応結
合が、Li、Hなどのカチオンキャリアを閉じ込め
ることができ、これにより電極間のマイグレーション
(移動)を実質的に低減したり、好ましくは最小限に抑
えたりする。
The physical mechanism that enables the reduction of the DC drift exhibited by the embodiments of the present invention will be examined without being bound by any particular theory. The change in the ion concentration of Li and Nb with respect to the buffer layer thickness will be investigated by SIMS. According to the graph 600 in FIG. 6 showing the analysis result, Li
Is clearly present in the silicon oxide buffer deposited film as an impurity diffused from the lithium niobate substrate. It can be said that the effect of reducing the DC drift according to the embodiment of the present invention can be explained by suppressing the Li + ion migration in the silicon superoxide film. Chemical reaction bonding of excess oxygen in the silicon superoxide film can confine cation carriers such as Li + and H + , which substantially reduces migration between electrodes and preferably minimizes migration. I will suppress it to.

【0036】本発明は、様々な配向のニオブ酸リチウム
結晶基板、即ちxカット、yカット、及びzカットの基
板の何れに対しても等しく適用可能であり、また分極さ
れたアモルファス材料や電気光学ポリマーや半導体など
の他種の電気光学基板に対しても適用可能である。
The present invention is equally applicable to various orientations of lithium niobate crystal substrates, ie, x-cut, y-cut, and z-cut substrates, as well as polarized amorphous materials and electro-optics. It is also applicable to other types of electro-optical substrates such as polymers and semiconductors.

【0037】さらに、本発明の実施形態は、表1で示し
た製造条件に限定されない。製造条件の他の組み合わせ
によっても、上述した特定の実施形態と同様な最適なD
C安定性を有するSiOを形成することができること
は、当業者にとっては自明である。
Furthermore, the embodiment of the present invention is not limited to the manufacturing conditions shown in Table 1. Even if other combinations of manufacturing conditions are used, the optimum D
It is obvious to a person skilled in the art that SiO x having C stability can be formed.

【0038】なお、本願明細書の読者は、本願の明細書
と同時又はそれより前に発行され、且つ本願明細書の閲
覧に際し公開された全論文や記事について注目するであ
ろうが、これら全論文や記事の内容は、本願明細書中に
て参考として取り込んである。
It should be noted that the reader of the specification of the present application will pay attention to all the papers and articles issued at the same time as or before the specification of the present application and published at the time of browsing the specification of the present application. The contents of papers and articles are incorporated by reference in the present specification.

【0039】本願明細書(関連する請求項、要約及び図
面を含む)中に開示の全特徴、及び/又は開示された方
法やプロセスの全ての工程は、少なくともこれらの特徴
及び/又は、工程の組み合わせが相互に排他的な組み合
わせとなるものを除いて、あらゆる可能な組み合わせを
とることができる。
All features disclosed in this specification, including the claims, abstract, and drawings, and / or all steps of the disclosed method or process are at least related to these features and / or steps. Any possible combination can be taken, except that the combinations are mutually exclusive.

【0040】また、本願明細書(関連する請求項、要約
及び図面を含む)中に開示の各特徴は、反対事項を述べ
た内容とならない限り、同一な又は等価な又は類似した
目的を達成する代用の特徴によっても置き換えることが
できる。このように、特にことわらない限り、開示した
各特徴は、等価な又は類似した特徴にとって包括的な概
念の一例にすぎない。
Further, each feature disclosed in the present specification (including related claims, abstract and drawings) achieves the same or equivalent or similar object unless the content of the contrary is stated. It can also be replaced by a substitute feature. Thus, unless stated otherwise, each feature disclosed is only an example of a generic concept for equivalent or similar features.

【0041】本発明は、上述した実施形態の詳細な説明
の内容に限定されるものではない。本発明は、本願明細
書(関連する請求項、要約及び図面を含む)に開示した
複数の特徴のうちの何れか新規な特徴又は新規な特徴の
組み合わせを対象として広く解釈できるものであり、ま
た本願明細書に開示した方法やプロセスにおける複数の
工程のうちの何れか新規な工程又は新規な工程の組み合
わせを対象として広く解釈できるものである。
The present invention is not limited to the contents of the detailed description of the above embodiment. The present invention can be broadly construed as being directed to any novel feature or combination of novel features among the features disclosed in this specification (including related claims, abstract and drawings), and The present invention can be broadly construed for any new step or combination of new steps among the plurality of steps in the methods and processes disclosed in the present specification.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

本発明の実施形態は、下記の添付図面を参照して実施例
を用いて説明される。
Embodiments of the present invention will be described by way of examples with reference to the following accompanying drawings.

【図1】マッハツェンダ変調器を示す模式断面図であ
る。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a Mach-Zehnder modulator.

【図2】実施形態におけるバッファ層の層厚に対する酸
素化学量の変化を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a change in oxygen stoichiometry with respect to a layer thickness of a buffer layer in the embodiment.

【図3】SiOのxが約2.04であるSiOバッ
ファ層を有する実施形態における時間(DCドリフト)
に対するDCバイアス電圧の変化を示す第1のグラフで
ある。
FIG. 3 Time (DC drift) in an embodiment with a SiO x buffer layer where x of SiO x is about 2.04.
3 is a first graph showing changes in DC bias voltage with respect to FIG.

【図4】SiOのxがx≧2.2であるSiOバッ
ファ層を有する実施形態における時間(DCドリフト)
に対するDCバイアス電圧の変化を示す第2のグラフで
ある。
FIG. 4 Time (DC drift) in an embodiment with a SiO x buffer layer where x of SiO x is x ≧ 2.2.
3 is a second graph showing a change in DC bias voltage with respect to FIG.

【図5】本発明の各種実施形態及び従来技術の装置にお
ける、DCドリフト速度とバッファ層の酸素化学量との
間の対数−直線関係を示す図である。
FIG. 5 shows a log-linear relationship between DC drift velocity and oxygen stoichiometry of a buffer layer in various embodiments of the present invention and prior art devices.

【図6】実施形態におけるバッファ層の層厚に対する不
純物の変化を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing changes in impurities with respect to the layer thickness of the buffer layer in the embodiment.

フロントページの続き (71)出願人 502151820 1768 Automation Parkw ay,San Jose,Califor nia,USA,95131 (72)発明者 ゲーリー ギブソン アメリカ合衆国 コネチカット州 06070 シムスバリー バイニングドライブ 1 Fターム(参考) 2H047 KA03 KB05 NA02 PA01 PA04 PA05 QA03 QA04 2H079 AA02 AA12 BA01 BA02 BA03 CA05 CA08 DA22 EA05 EB05 HA23 Continued front page    (71) Applicant 502151820             1768 Automation Parkw             ay, San Jose, Califor             nia, USA, 95131 (72) Inventor Gary Gibson             Connecticut, United States 06070               Simsbury Binning Drive 1 F term (reference) 2H047 KA03 KB05 NA02 PA01 PA04                       PA05 QA03 QA04                 2H079 AA02 AA12 BA01 BA02 BA03                       CA05 CA08 DA22 EA05 EB05                       HA23

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光導波路と、バッファ層と、前記バッフ
ァ層上に形成され印加電界に応じて前記光導波路内の光
学場に影響を及ぼす少なくとも1つの電極とが、基板に
設けられ、前記バッファ層がSiOで形成され、前記
xがx>2、好ましくはx≧2.2であることを特徴と
する光デバイス。
1. A substrate is provided with an optical waveguide, a buffer layer, and at least one electrode formed on the buffer layer for influencing an optical field in the optical waveguide in response to an applied electric field. An optical device, characterized in that the layer is formed of SiO x , said x being x> 2, preferably x ≧ 2.2.
【請求項2】 バッファ層は、金属イオンの意図的なド
ーピングが実質的になされていないことを特徴とする請
求項1記載の光デバイス。
2. The optical device according to claim 1, wherein the buffer layer is substantially not intentionally doped with metal ions.
【請求項3】 基板はニオブ酸リチウムにより構成され
ていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の光
デバイス。
3. The optical device according to claim 1, wherein the substrate is made of lithium niobate.
【請求項4】 光デバイスは、電気光学偏光制御装置で
あることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1
つに記載の光デバイス。
4. The optical device is an electro-optical polarization controller, and the optical device is any one of claims 1 to 3.
Optical device described in 3.
【請求項5】 光デバイスは、少なくとも1つのマッハ
ツェンダ干渉計を備える光変調器であることを特徴とす
る請求項1乃至請求項3の何れか1つに記載の光デバイ
ス。
5. The optical device according to claim 1, wherein the optical device is an optical modulator including at least one Mach-Zehnder interferometer.
【請求項6】 光デバイスは、電気光学スイッチである
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1つに
記載の光デバイス。
6. The optical device according to claim 1, wherein the optical device is an electro-optical switch.
【請求項7】 光デバイスは、可変光減衰器であること
を特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1つに記載
の光デバイス。
7. The optical device according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical device is a variable optical attenuator.
【請求項8】 光デバイスにおけるバッファ層を形成す
る方法であって、O 流存在下で基板上にシリカを堆積
してxをx>2としたSiO膜を前記基板上に形成す
る工程を含むことを特徴とするバッファ層形成方法。
8. Forming a buffer layer in an optical device
Method, TwoDeposit silica on substrate in the presence of flow
And set x to x> 2xForm a film on the substrate
A method for forming a buffer layer, comprising the steps of:
【請求項9】 O流は、活性O流、又はイオン化O
流であることを特徴とする請求項8記載の方法。
9. The O 2 stream is an active O 2 stream or an ionized O 2 stream.
9. The method of claim 8, wherein the method is two- stream.
【請求項10】 混合ガスは、該混合ガスにバイアス電
圧を印加することによりイオン化されることを特徴とす
る請求項9記載の方法。
10. The method of claim 9, wherein the mixed gas is ionized by applying a bias voltage to the mixed gas.
【請求項11】 混合ガスの流量及び印加されるバイア
ス電圧のうちの少なくとも一方を調整することで、バッ
ファ層がxがx>2、好ましくはx≧2.2となるSi
を形成する工程を含むことを特徴とする請求項10
記載の方法。
11. The Si in which the buffer layer has x of x> 2, preferably x ≧ 2.2, by adjusting at least one of the flow rate of the mixed gas and the applied bias voltage.
The method according to claim 10, further comprising the step of forming O x.
The method described.
【請求項12】 堆積工程は、相対的な真空雰囲気中に
て基板上に酸化シリコン膜を、蒸着、イオンめっき、又
はスパッタリング堆積により形成することを特徴とする
請求項11記載の方法。
12. The method according to claim 11, wherein the depositing step forms a silicon oxide film on the substrate by vapor deposition, ion plating, or sputtering deposition in a relative vacuum atmosphere.
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