JP2004227013A - Optical waveguide device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光導波路デバイス及びその製造方法に関し、特に、基板中に形成された光導波路に電極に印加した電圧による電界で光路切替や光減衰などを行う構造にあって、電極の信頼性を高めた光導波路デバイス及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an optical waveguide device and a method of manufacturing the same. The present invention relates to an enhanced optical waveguide device and a method for manufacturing the same.
光導波路デバイスは、集積化等に適しており、また低消費電力化にも適していることから光スイッチや光変調器などへの適用が検討されている。また、近年では、ＤＷＤＭ（Dense Wavelength Devision Multiplexing：高密度波長多重伝送）の普及に伴い、波長多重時における各波長の光パワーを揃える手段や、伝送路において任意波長を選択して挿抜する光ＡＤＭ（Add Drop Multiplexer）の光部品として可変光減衰器の必要性が高まってきている。 An optical waveguide device is suitable for integration and the like, and is also suitable for low power consumption. Therefore, application to an optical switch, an optical modulator, and the like is being studied. In recent years, with the spread of DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), means for equalizing the optical power of each wavelength during wavelength multiplexing, and optical ADMs for selecting and inserting arbitrary wavelengths in a transmission path. The necessity of a variable optical attenuator as an optical component of (Add Drop Multiplexer) is increasing.
図４は、可変光減衰器を用いた光ＡＤＭの構成例を示す。
この光ＡＤＭは、複数のチャンネル（例えば、３２チャンネル）を有する光伝送路の途中に設けられ、前記伝送路の途中には、入力側に配置されたデマルチプレクサ（Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ) ３０１と出力側に配置されたマルチプレクサ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ) ３０２、及びこれらの間にチャンネル数分の信号処理部が設けられている。この信号処理部の１チャンネル分は、１×２光スイッチ３０３、可変光減衰器３０４、及び２×１光スイッチ３０５から構成されている。ここでは、１チャンネル分の信号処理部の構成のみを示しているが、他のチャンネルも全て同一構成である。
FIG. 4 shows a configuration example of an optical ADM using a variable optical attenuator.
This optical ADM is provided in the middle of an optical transmission line having a plurality of channels (for example, 32 channels). In the middle of the transmission line, a demultiplexer (Demultiplexer) 301 disposed on the input side and a demultiplexer 301 disposed on the output side. Multiplexers 302 and signal processing units for the number of channels are provided between them. One channel of the signal processing unit includes a 1 × 2 optical switch 303, a variable optical attenuator 304, and a 2 × 1 optical switch 305. Here, only the configuration of the signal processing unit for one channel is shown, but all other channels have the same configuration.
図４における１チャンネル分の信号処理部の構成について説明する。デマルチプレクサ３０１は、多重化された光信号入力を異なる波長毎に分波し、これを各チャンネルの信号処理部へ送出する。デマルチプレクサ３０１の出力線の各々には、１×２光スイッチ３０３が接続され、その一方の出力端子はドロップ（Ｄｒｏｐ）端子となり、他方の出力端子には可変光減衰器３０４の入力端子が接続されている。可変光減衰器３０４には２×１光スイッチ３０５の一方の入力端子が接続され、その他方の入力端子はアド（Ａｄｄ）端子として用いられる。２×１光スイッチ３０５の出力端子には、マルチプレクサ３０２の入力端子が接続されている。 The configuration of the signal processing unit for one channel in FIG. 4 will be described. The demultiplexer 301 demultiplexes the multiplexed optical signal input for each different wavelength, and sends this to the signal processing unit of each channel. Each of the output lines of the demultiplexer 301 is connected to a 1 × 2 optical switch 303, one output terminal of which is a drop (Drop) terminal, and the other output terminal of which is connected to an input terminal of a variable optical attenuator 304. Have been. One input terminal of the 2 × 1 optical switch 305 is connected to the variable optical attenuator 304, and the other input terminal is used as an add terminal. The input terminal of the multiplexer 302 is connected to the output terminal of the 2 × 1 optical switch 305.
図４の光ＡＤＭは、或る距離をもって敷設された光伝送線路の途中に設けられている。デマルチプレクサ３０１に入力される多重光信号は不図示の光増幅器で増幅された後、デマルチプレクサ３０１によって分波される。分波された信号のそれぞれは、１×２光スイッチ３０３の切り替えに応じてドロップされ（外部に取り出され）、或いは、ドロップせずに出力側（可変光減衰器３０４側）へ送られる。出力側に送られた光信号は、チャンネル毎の出力レベルを合わせるために、可変光減衰器３０４による光減衰量の調整が行われる。可変光減衰器３０４のそれぞれからの光信号は、マルチプレクサ３０２による合波によって多重光にされ、後段へ出力される。また、２×１光スイッチ３０５がＡｄｄ側に切り替えられた場合、アド端から取り込まれた光情報が２×１光スイッチ３０５に入力され、デマルチプレクサ３０１から取り込まれた多重光信号に合波（Ａｄｄ）される。 The optical ADM of FIG. 4 is provided in the middle of an optical transmission line laid at a certain distance. The multiplexed optical signal input to the demultiplexer 301 is amplified by an optical amplifier (not shown) and then split by the demultiplexer 301. Each of the split signals is dropped (extracted to the outside) in accordance with the switching of the 1 × 2 optical switch 303, or sent to the output side (the variable optical attenuator 304 side) without dropping. The optical signal sent to the output side is adjusted by the variable optical attenuator 304 in order to adjust the output level of each channel. The optical signals from each of the variable optical attenuators 304 are multiplexed by the multiplexer 302 to be multiplexed and output to the subsequent stage. When the 2 × 1 optical switch 305 is switched to the Add side, the optical information captured from the add end is input to the 2 × 1 optical switch 305 and multiplexed with the multiplexed optical signal captured from the demultiplexer 301 ( Add).
可変光減衰器３０４としては、２つの方向性結合器と、この２つの方向性結合器の間に設けた位相シフタからなり、それぞれが小型化および低消費電力化に有利なＬｉＮｂＯ3（ニオブ酸リチウム：ＬＮ）基板上に光導波路を設けた構成、すなわち方向性結合器型マッハツエンダ（ＭＺ）構成による可変光減衰器が実用化されつつある。この方向性結合器型マッハツエンダ構成による可変光減衰器３０４は、光信号の通る光導波路に電界を加えて基板の屈折率を変化させることにより信号光の減衰量を制御することができる。 The variable optical attenuator 304 includes two directional couplers and a phase shifter provided between the two directional couplers, each of which is LiNbO 3 (niobate, which is advantageous for miniaturization and low power consumption). A variable optical attenuator having a configuration in which an optical waveguide is provided on a lithium (LN) substrate, that is, a directional coupler type Mach-Zehnder (MZ) configuration is being put to practical use. The variable optical attenuator 304 having the directional coupler type Mach-Zehnder configuration can control the amount of signal light attenuation by changing the refractive index of the substrate by applying an electric field to an optical waveguide through which an optical signal passes.
図５は、従来の光導波路デバイスとしての可変光減衰器の構成を示す。
図５に示す可変光減衰器２００は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）基板（以下、ＬＮ基板という）１、このＬＮ基板１上に形成された電極２、この電極２とＬＮ基板１の間に設けられたＳｉＯ2膜３を備えて構成されている。また、電極２の両側のＬＮ基板１の表面近傍には光導波路４ａ，４ｂが設けられている。電極２は、ＬＮ基板１の表面に設けられたＩＴＯ（錫を添加した酸化インジウム：Indium Tin Oxide）膜２１、このＩＴＯ薄膜２１上に設けられたチタン（Ｔｉ）薄膜２２、このチタン薄膜２２上に設けられた金（Ａｕ）薄膜２３からなる３層構造がとられている。この電極２には＋極性の電圧が、他方の電極（図示せず）には−極性の電圧が印加される。
FIG. 5 shows a configuration of a variable optical attenuator as a conventional optical waveguide device.
The variable optical attenuator 200 shown in FIG. 5 includes a lithium niobate (LiNbO 3 ) substrate (hereinafter, referred to as an LN substrate) 1, an electrode 2 formed on the LN substrate 1, and a space between the electrode 2 and the LN substrate 1. It is provided with the provided SiO 2 film 3. Optical waveguides 4a and 4b are provided near the surface of the LN substrate 1 on both sides of the electrode 2. The electrode 2 includes an ITO (Indium Tin Oxide) film 21 provided on the surface of the LN substrate 1, a titanium (Ti) thin film 22 provided on the ITO thin film 21, Has a three-layer structure composed of a gold (Au) thin film 23 provided on the substrate. A positive voltage is applied to the electrode 2 and a negative voltage is applied to the other electrode (not shown).
ＩＴＯ薄膜２１は、錫を添加した酸化インジウムであり、９０％以上の可視光透過率と、１０Ω／□以下のシート抵抗値をもつ透明電極であり、目合わせずれ（電極２と光導波路４ａ，４ｂの位置づれ）により、チタン薄膜２２、金薄膜２３がＳｉＯ２膜３を介して光導波路４ａ，４ｂに近接することで光吸収が生じ、挿入損失が増えるのを防止している。また、チタン薄膜２２は、ＩＴＯ薄膜２１と金薄膜２３とを接合する接着剤の役割を担っている。金薄膜２３は外部との接続に用いられる電極板として機能するものであり、合金化による接着性に優れ、ワイヤボンディングがし易いという性質から選ばれている。 The ITO thin film 21 is indium oxide to which tin is added, is a transparent electrode having a visible light transmittance of 90% or more and a sheet resistance value of 10 Ω / □ or less, and misalignment (the electrode 2 and the optical waveguide 4a, 4b), the titanium thin film 22 and the gold thin film 23 come close to the optical waveguides 4a and 4b via the SiO 2 film 3, thereby preventing light absorption and increasing insertion loss. The titanium thin film 22 plays a role of an adhesive for bonding the ITO thin film 21 and the gold thin film 23. The gold thin film 23 functions as an electrode plate used for connection to the outside, and is selected because of its excellent adhesiveness due to alloying and easy wire bonding.
しかし、従来の光導波路デバイスによると、特定の環境下、例えば、高温環境下（例えば、＋８０℃）で電圧を印加する状況が継続的に行われた場合、チタン薄膜２２の酸化物がアルカリを示すため、ＩＴＯ薄膜２１の酸化インジウムと反応してイオン流出が生じ、これによってＩＴＯ薄膜２１が徐々に溶け出し、ついには電極短絡に至ることが判明した。電極短絡が発生することにより、光導波路デバイスの信頼性及び長寿命化は著しく低下する。 However, according to the conventional optical waveguide device, when the voltage is continuously applied in a specific environment, for example, in a high temperature environment (for example, + 80 ° C.), the oxide of the titanium thin film 22 becomes alkali. As shown in the figure, it has been found that ions react with the indium oxide of the ITO thin film 21 to cause ion outflow, whereby the ITO thin film 21 is gradually melted out and eventually leads to an electrode short circuit. When the electrode short-circuit occurs, the reliability and the life extension of the optical waveguide device are significantly reduced.
したがって、本発明の目的は、特定の環境下において電極に電圧を印加しても、電極の劣化や短絡を生じにくくし、信頼性の向上及び長寿命化を図れるようにした光導波路デバイス及びその製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical waveguide device and an optical waveguide device capable of improving the reliability and prolonging the life of the electrode, even when a voltage is applied to the electrode under a specific environment, whereby the electrode is hardly deteriorated or short-circuited. It is to provide a manufacturing method.
本発明は、上記の目的を達成するため、第１の特徴として、前記基板に形成される光導波路と、前記光導波路の近傍に形成される電極とを備え、前記電極は、前記基板上に積層され、酸化インジウムを含み酸性を示す導電性の第１の薄膜層と、前記第１の薄膜層に積層され、クロムを含み酸化された状態で酸性を示す導電性の第２の薄膜層と、前記第２の薄膜層に積層され、酸化された状態で中性を示す導電性の第３の薄膜層とを備え、さらに、前記第２の薄膜層は、前記第１の薄膜層よりも薄いことを特徴とする光導波路デバイスを提供する。
ここで、前記第３の薄膜層は、金を含むことが好ましい。
また、前記第１の薄膜層にのみ、その露出面に保護膜が備えられていることが好ましい。
また、前記第２の薄膜層にのみ、その露出面に保護膜が備えられていることが好ましい。
また、前記電極は、その露出面の全域に保護膜が備えられていることが好ましい。
また前記基板は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）基板であることが好ましい。
また、前記光導波路は、マッハツエンダ型方向性結合器として形成され、前記電極は、位相シフト器として形成されていることが好ましい。
また、前記光導波路デバイスは、可変光減衰器として機能することが好ましい。
また、前記光導波路デバイスは、光スイッチとして機能することが好ましい。
また、前記光導波路デバイスは、光変調器として機能することが好ましい。
In order to achieve the above object, the present invention includes, as a first feature, an optical waveguide formed on the substrate, and an electrode formed near the optical waveguide, wherein the electrode is provided on the substrate. A first conductive thin film layer that is laminated and contains indium oxide and exhibits acidity; and a second conductive thin film layer that is laminated on the first thin film layer and contains chromium and exhibits acidity in an oxidized state. A third conductive thin film layer laminated on the second thin film layer and exhibiting neutrality in an oxidized state, and the second thin film layer is more than the first thin film layer. Provided is an optical waveguide device characterized by being thin.
Here, it is preferable that the third thin film layer contains gold.
Preferably, only the first thin film layer is provided with a protective film on the exposed surface.
It is preferable that only the second thin film layer is provided with a protective film on the exposed surface.
Preferably, the electrode is provided with a protective film over the entire exposed surface.
Preferably, the substrate is a lithium niobate (LiNbO 3 ) substrate.
Preferably, the optical waveguide is formed as a Mach-Zehnder directional coupler, and the electrode is formed as a phase shifter.
Further, it is preferable that the optical waveguide device functions as a variable optical attenuator.
Further, it is preferable that the optical waveguide device functions as an optical switch.
Preferably, the optical waveguide device functions as an optical modulator.
本発明は、上記の目的を達成するため、第２の特徴として、基板に光導波路を形成し、前記基板上に、酸化インジウムを含み酸性を示す導電性の第１の薄膜層を積層し、前記第１の薄膜層上にフォトレジストを形成してパターニングをし、前記フォトレジストをマスクにして前記第１の薄膜層の不要部分をエッチングにより除去して前記第１の薄膜層パターンを形成し、前記第１の薄膜層パターン上のフォトレジストを除去し、前記第１の薄膜層上に、前記第１の薄膜層よりも膜厚が薄く、クロムを含み酸化された状態で酸性を示す導電性の第２の薄膜層を積層し、前記第２の薄膜層にフォトレジストを施し、前記第２の薄膜層の不要部分をエッチングにより除去し、前記エッチング後に前記第２の薄膜層上に残留したフォトレジストを除去し、前記第２の薄膜層上に、酸化された状態で中性を示す導電性の第３の薄膜層を積層し、前記第３の薄膜層にフォトレジストを施し、前記第３の薄膜層の不要部分をエッチングにより除去し、前記エッチング後に前記第３の薄膜層上に残留したフォトレジストを除去することを特徴とする光導波路デバイスの製造方法を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention has, as a second feature, an optical waveguide formed on a substrate, and a conductive first thin film layer containing indium oxide and exhibiting acidity, which is laminated on the substrate, A photoresist is formed on the first thin film layer and patterned, and unnecessary portions of the first thin film layer are removed by etching using the photoresist as a mask to form the first thin film layer pattern. Removing the photoresist on the first thin-film layer pattern, and forming a conductive film on the first thin-film layer which is thinner than the first thin-film layer and which contains chromium and is acidic when oxidized. A second thin film layer having a conductive property, a photoresist is applied to the second thin film layer, unnecessary portions of the second thin film layer are removed by etching, and the second thin film layer remains on the second thin film layer after the etching. Removed photoresist Stacking a conductive third thin film layer showing neutrality in an oxidized state on the second thin film layer, applying a photoresist to the third thin film layer, An unnecessary portion is removed by etching, and a photoresist remaining on the third thin film layer after the etching is removed.
本発明によれば、基板上に設けられた電極が、酸化物を含む導電性の第１の薄膜層と、この第１の薄膜層上に積層され、酸化された状態で酸性又は中性を示す導電性の第２の薄膜層を備えて構成されているため、第１の薄膜層と第２の薄膜層との間には、第１の薄膜層にイオン流出を生じさせるような反応は生ぜず、電極に電圧を継続的に印加しても電極破壊による電極劣化は生じにくくなり、製品寿命及び信頼性を向上させることができる。
本発明によれば、ＬＮ基板上にＩＴＯ膜を形成した後、このＩＴＯ膜を所望の形状のＩＴＯパターンを得、このＩＴＯパターン上にクロム薄膜を形成する際、ＩＴＯ膜よりも膜厚が薄くなるように設けられ、このクロム薄膜を所望の形状にエッチングすることにより、クロム薄膜の接着性を良好にしながら、電極破壊が生じない構造の電極を備えた光導波路デバイスを得ることができる。
According to the present invention, an electrode provided on a substrate has a conductive first thin film layer containing an oxide, and is laminated on the first thin film layer, and becomes acidic or neutral in an oxidized state. Since the first thin film layer and the second thin film layer are configured so as to have an ion outflow reaction between the first thin film layer and the second thin film layer as shown in FIG. Even if a voltage is continuously applied to the electrode without causing it, electrode deterioration due to electrode destruction is less likely to occur, and product life and reliability can be improved.
According to the present invention, after forming an ITO film on an LN substrate, the ITO film is obtained in an ITO pattern having a desired shape. When a chromium thin film is formed on the ITO pattern, the thickness is smaller than that of the ITO film. By etching this chromium thin film into a desired shape, it is possible to obtain an optical waveguide device provided with an electrode having a structure that does not cause electrode breakdown while improving the adhesion of the chromium thin film.
以上より明らかなように、本発明の光導波路デバイスによれば、基板上に設けられた電極の構成が、酸化物が酸性を示す第１の薄膜層と、この第１の薄膜層上に設けられると共に酸化された状態で酸性または中性を示す第２の薄膜層を備えるようにしたので、第１層にイオン流出を生じさせる反応は発生せず、電極劣化を生じないようにすることができるため、電極短絡を防止でき、製品寿命や信頼性を向上させることができる。 As is clear from the above, according to the optical waveguide device of the present invention, the configuration of the electrode provided on the substrate includes the first thin film layer in which the oxide is acidic and the first thin film layer provided on the first thin film layer. Since the second thin film layer which is acidic and neutral in the oxidized state is provided, a reaction that causes ion outflow to the first layer does not occur, so that electrode deterioration does not occur. Therefore, the electrode short circuit can be prevented, and the product life and reliability can be improved.
本発明の光導波路デバイスの製造方法によれば、ＬＮ基板上にＩＴＯ膜を形成した後、このＩＴＯ膜をエッチングにより所望の形状のＩＴＯパターンにし、このＩＴＯパターン上にクロム薄膜を形成する際、ＩＴＯ膜よりも膜厚が薄くなるように形成し、このクロム薄膜をエッチングにより所望の形状にするようにしたので、クロム薄膜の接着性を良好にしながら、電極破壊が生じない構造の電極を備えた光導波路デバイスを得ることができる。 According to the method for manufacturing an optical waveguide device of the present invention, after forming an ITO film on an LN substrate, the ITO film is etched into an ITO pattern having a desired shape, and when a chromium thin film is formed on the ITO pattern, Since the chromium thin film is formed to have a desired shape by etching so as to be thinner than the ITO film, it is provided with an electrode having a structure that does not cause electrode breakdown while improving the adhesion of the chromium thin film. An optical waveguide device can be obtained.
以下、本発明の実施の形態について図面を基に説明する。
本発明の実施の形態を説明する前に、本願に示す光導波路デバイスを発明するに至った経緯について説明する。本発明者は、図５の様な構造の光導波路デバイスの電極に異常（電気的なマイグレーション（ｍｉｇｒａｔｉｏｎ））が生じる原因について精査したところ、その原因を明らかにすることができた。まず、光導波路デバイスに用いる電極として最適と思われる元素について、〔表１〕のような調査を実施した。その結果、電極劣化の原因をつきとめることができた。その原因は、チタン（Ｔｉ）の酸化物であるＴｉＯ2 がアルカリ性を示すためであり、その発生メカニズムも解明することができた。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Before describing the embodiments of the present invention, the background of inventing the optical waveguide device shown in the present application will be described. The present inventor examined the cause of the occurrence of an abnormality (electrical migration) in the electrode of the optical waveguide device having the structure shown in FIG. 5, and was able to clarify the cause. First, investigations such as those shown in [Table 1] were conducted for elements considered to be optimal for electrodes used in optical waveguide devices. As a result, the cause of electrode deterioration could be identified. The reason for this is that TiO 2 , an oxide of titanium (Ti), exhibits alkalinity, and the mechanism of its generation could be elucidated.
まず、ＩＴＯ薄膜２１の構成物質であるＩｎＯ（酸化インジウム）の溶解が、次の化学式で示すように生じる。
（ｉ）Ｉｎ→Ｉｎ2+＋Ｏ2
Ｈ2 Ｏ→Ｈ＋ＯＨ-
２Ｈ+ ＋２ｅ→Ｈ2
（ii）Ｉｎ2+＋２（ＯＨ- ）→Ｉｎ（ＯＨ）2
この溶解により、イオン移動（イオン流出）が次のように生じる。
Ｉｎ（ＯＨ）2→ Ｉｎ＋Ｈ2Ｏ
さらに、ＩｎＯの析出が生じる。
ＩｎＯ＋Ｈ2 Ｏ←→Ｉｎ（ＯＨ）2←→Ｉｎ2+＋（ＯＨ- ）
First, dissolution of InO (indium oxide), which is a constituent material of the ITO thin film 21, occurs as shown by the following chemical formula.
(I) In → In 2+ + O 2
H 2 O → H + OH -
2H + + 2e → H 2
(Ii) In 2+ +2 (OH − ) → In (OH) 2
This dissolution causes ion migration (ion outflow) as follows.
In (OH) 2 → In + H 2 O
Furthermore, precipitation of InO occurs.
InO + H 2 O ← → In (OH) 2 ← → In 2+ + (OH − )
以上の反応を繰り返しながら、ＩｎＯ及びＩｎ2+が陰極へ移動し、陽極（金薄膜２３）に向かって成長する。この様にして生じた電極が電極短絡を発生させる。図５の構成においては、チタン薄膜２２により生じるチタン酸化物がアルカリ性なため、上記したＩｎ→Ｉｎ2+＋Ｏ2 とＨ2 Ｏ→Ｈ＋ＯＨ- の反応が活発になってＩｎまたはＩｎＯが成長し、ついには電極短絡に至る。 By repeating the above reaction, InO and In 2+ move to the cathode and grow toward the anode (gold thin film 23). The electrode thus generated causes an electrode short circuit. In the configuration of FIG. 5, since the titanium oxide generated by the titanium thin film 22 is alkaline, the above-mentioned In → In 2+ + O 2 and H 2 The reaction of O → H + OH − becomes active, and In or InO grows, eventually leading to an electrode short circuit.
そこで、本発明は、上記の問題を解決すべく、ＬＮ基板上に第１及び第２の薄膜層を積層して電極を構成する際、第１の薄膜層は酸化物を含む導電性の薄膜層とし、第２の薄膜層は、酸化された状態で酸性又は中性を示す導電性の薄膜層とした。これにより、第１の薄膜層にイオン流出が発生するのを防止することができた。なお、第２の薄膜層上には、酸化された状態で中性を示す導電性の第３の薄膜層を、電圧印加のための電極板として設けることができる。 In order to solve the above problems, the present invention provides a method of forming an electrode by laminating a first and a second thin film layer on an LN substrate, wherein the first thin film layer is a conductive thin film containing an oxide. The second thin-film layer was a conductive thin-film layer that was acidic or neutral in an oxidized state. As a result, it was possible to prevent the outflow of ions into the first thin film layer. Note that a conductive third thin film layer that is neutralized in an oxidized state can be provided on the second thin film layer as an electrode plate for applying a voltage.
以下、本発明の実施の形態について図面を基に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明による光導波路デバイスの第１の実施の形態を示す。ここでは、光導波路デバイスの具体例として、本発明の採用に最適な可変光減衰器を示している。
本発明の光導波路デバイス（可変光減衰器１００）は、ＬＮ基板１１、電極１２、およびＳｉＯ2 膜１３を備えて構成されている。ＳｉＯ2 膜１３は、光導波路４ａ，４ｂからの光の吸収を抑えるために設けられているが、無くともよい。ＬＮ基板１１の表面には、ＳｉＯ2 （二酸化珪素）膜１３が設けられ、このＳｉＯ2 膜１３上に電極１２が設けられている。電極１２の両側のＬＮ基板１１の表面近傍には、光導波路１４ａ，１４ｂが設けられている。電極１２は、ＬＮ基板１１の表面に設けられたＩＴＯ薄膜３１、このＩＴＯ薄膜３１上に設けられたクロム（Ｃｒ）薄膜３２、このクロム薄膜３２上に設けられた金薄膜３３からなる３層構造を有している。クロム薄膜３２は、酸化物が若干酸性を示す金属であることが望ましい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a first embodiment of the optical waveguide device according to the present invention. Here, a variable optical attenuator optimal for adopting the present invention is shown as a specific example of the optical waveguide device.
The optical waveguide device (variable optical attenuator 100) of the present invention includes an LN substrate 11, an electrode 12, and an SiO 2 film 13. The SiO 2 film 13 is provided to suppress the absorption of light from the optical waveguides 4a and 4b, but may be omitted. An SiO 2 (silicon dioxide) film 13 is provided on the surface of the LN substrate 11, and an electrode 12 is provided on the SiO 2 film 13. Optical waveguides 14a and 14b are provided near the surface of the LN substrate 11 on both sides of the electrode 12. The electrode 12 has a three-layer structure including an ITO thin film 31 provided on the surface of the LN substrate 11, a chromium (Cr) thin film 32 provided on the ITO thin film 31, and a gold thin film 33 provided on the chromium thin film 32. have. The chromium thin film 32 is preferably a metal whose oxide is slightly acidic.
ここで、図１の構成の光導波路デバイスの製造方法について説明する。まず、ＬＮ基板１１の表面近傍に光導波路４ａ，４ｂを形成する。この光導波路４ａ，４ｂは、例えば、所望の導波路のパターンを有するチタン金属膜ストリップを成膜し、さらに結晶中に拡散させることにより形成することができる。ついで、光導波路４ａ，４ｂ及びＬＮ基板１１の表面に一様にＳｉＯ2 膜１３を設け、さらに、このＳｉＯ2 膜１３の表面にＩＴＯ薄膜をスパッタ法により一定の厚みに形成する。次に、ＩＴＯ薄膜上にフォトレジストを形成し、パターニング（露光、現像等）を行う。このパターニングされたフォトレジストをマスクにして、ＩＴＯ薄膜の不要部分をフォトレジストにより除去する。これにより、所望の形状及びサイズのＩＴＯ薄膜３１（ＩＴＯパターン）が形成される。ついで、このＩＴＯ薄膜３１上のフォトレジストを除去した後、ＩＴＯ薄膜３１の表面とＳｉＯ2 膜１３の露出面にクロム薄膜を蒸着等により形成する。このクロム薄膜は、ＩＴＯ薄膜３１よりも薄い厚みに形成する。ついで、クロム薄膜にフォトレジストを施した後、クロム薄膜３２として残す部分を除き、他の部分をエッチングにより除去する。これによりクロム薄膜３２が形成される。ついで、クロム薄膜３２上に残されたフォトレジストを除去する。さらに、クロム薄膜３２を形成したときと同様の方法により、クロム薄膜３２上に金薄膜３３を形成する。 Here, a method of manufacturing the optical waveguide device having the configuration shown in FIG. 1 will be described. First, the optical waveguides 4a and 4b are formed near the surface of the LN substrate 11. The optical waveguides 4a and 4b can be formed by, for example, forming a titanium metal film strip having a desired waveguide pattern and then diffusing the strip into a crystal. Next, a SiO 2 film 13 is uniformly provided on the surfaces of the optical waveguides 4 a and 4 b and the LN substrate 11, and an ITO thin film is formed on the surface of the SiO 2 film 13 to a constant thickness by a sputtering method. Next, a photoresist is formed on the ITO thin film, and patterning (exposure, development, and the like) is performed. Using the patterned photoresist as a mask, unnecessary portions of the ITO thin film are removed by the photoresist. Thus, an ITO thin film 31 (ITO pattern) having a desired shape and size is formed. Next, after removing the photoresist on the ITO thin film 31, a chromium thin film is formed on the surface of the ITO thin film 31 and the exposed surface of the SiO 2 film 13 by vapor deposition or the like. This chromium thin film is formed to be thinner than the ITO thin film 31. Next, after applying a photoresist to the chromium thin film, the remaining portions are removed by etching except for the portion left as the chromium thin film 32. Thereby, the chromium thin film 32 is formed. Next, the photoresist remaining on the chromium thin film 32 is removed. Further, a gold thin film 33 is formed on the chromium thin film 32 by the same method as when the chromium thin film 32 is formed.
クロム薄膜３２は、ＩＴＯ薄膜３１との接着性に劣る特性を持っている。しかし、上記したようにクロム薄膜３２の膜厚をＩＴＯ薄膜３１よりも薄くすることにより、歪みを低減し、接着性を向上させることができる。この結果、電極の信頼性を上げることが可能になる。 The chromium thin film 32 has a property of poor adhesion to the ITO thin film 31. However, by making the thickness of the chromium thin film 32 thinner than the ITO thin film 31 as described above, distortion can be reduced and adhesiveness can be improved. As a result, the reliability of the electrode can be improved.
ＩＴＯ薄膜３１、クロム薄膜３２、及び金薄膜３３のそれぞれは、起電力の異なる異種材料の接合による三層構造の電極になるため、微少電池効果による電極劣化を防ぐことができる。ＩＴＯ薄膜３１は、錫を添加した酸化インジウム（ＩＴＯ）であり、９０％以上の可視光透過率と１０Ω／□以下のシート抵抗値を持つ透明電極であり、目合わせずれによりクロム薄膜３２、金薄膜３３がＳｉＯ2 薄膜１３を介して導波路に近接することで、挿入損失が増大することを防いでいる。クロム薄膜３２は、ＩＴＯ薄膜３１と金薄膜３３を接着する接着剤の役割を果たしている。 Since each of the ITO thin film 31, the chromium thin film 32, and the gold thin film 33 is a three-layer electrode formed by joining different materials having different electromotive forces, it is possible to prevent electrode deterioration due to a minute battery effect. The ITO thin film 31 is made of indium oxide (ITO) to which tin is added, and is a transparent electrode having a visible light transmittance of 90% or more and a sheet resistance of 10 Ω / □ or less. The insertion of the thin film 33 close to the waveguide via the SiO 2 thin film 13 prevents the insertion loss from increasing. The chromium thin film 32 plays a role of an adhesive for bonding the ITO thin film 31 and the gold thin film 33.
〔表２〕は、クロム薄膜３２の特性を示す。 Table 2 shows the characteristics of the chromium thin film 32.
〔表２〕に示すように、本実施の形態で使用したクロム薄膜３２は、その酸化物であるＣｒＯ42- が酸性を示している。そして、〔表１〕に示したように、ＩＴＯに含まれる酸化インジウム（ＩｎＯ）も同じく酸性を示すので、イオン流出の反応を抑圧することができ、結果として電極短絡を防止することができる。したがって、製品寿命及び信頼性が向上する。 As shown in [Table 2], the chromium thin film 32 used in the present embodiment has an oxide CrO4 2- which is acidic. In addition, as shown in Table 1, indium oxide (InO) contained in ITO also shows acidity, so that the reaction of ion outflow can be suppressed, and as a result, electrode short-circuit can be prevented. Therefore, product life and reliability are improved.
上記実施の形態においては、クロム薄膜３２は酸化物が酸性であるとしたが、イオン流出の反応を生じるアルカリ性以外であればよく、したがって中性でもよい。また、電極１２にクロム（Ｃｒ）薄膜を用いたが、本発明はクロム薄膜に限定されるものではなく、その酸化物が中性または酸性を示す金属であれば特に限定されない。さらに、第３層にはＡｕ薄膜を用いたが、これに近い機能（物性）が得られるものであればよく、他の金属を用いても構わない。 In the above embodiment, the oxide of the chromium thin film 32 is acidic. However, the chromium thin film 32 may be of any type other than alkaline which causes an ion outflow reaction, and may be neutral. Further, although a chromium (Cr) thin film is used for the electrode 12, the present invention is not limited to the chromium thin film, and there is no particular limitation as long as the oxide is a metal exhibiting neutrality or acidity. Further, although the Au thin film is used for the third layer, any other metal may be used as long as it has a function (physical properties) close to this.
〔第２の実施の形態〕
図２は、本発明の光導波路デバイスの第２の実施の形態を示す。
上記したように、イオン流出は、ＩＴＯ薄膜２１上に酸性または中性の金属薄膜を設けることにより防止できるが、さらに、図２の（ａ）に示すように、図１の構成において、少なくとも第２層のクロム薄膜３２の側面にポリイミド、ポリマー、ＳｉＯ2 、ＳｉＮ等による保護膜４１を設けることにより、イオン流出の反応の抑圧は更に高められる。或いは、図２の（ｂ）に示すように、ＩＴＯ薄膜２１を窒化膜等による保護膜４２で被覆するようにしても同様の効果が得られる。この図２の（ａ），（ｂ）に示した保護膜は、図５に示した構造の光導波路デバイスにも適用可能であり、チタン薄膜２２の使用に起因して生じていた従来の問題を低減することができる。
[Second embodiment]
FIG. 2 shows a second embodiment of the optical waveguide device of the present invention.
As described above, the outflow of ions can be prevented by providing an acidic or neutral metal thin film on the ITO thin film 21. Further, as shown in FIG. By providing a protective film 41 made of polyimide, polymer, SiO 2 , SiN, or the like on the side surface of the two-layer chromium thin film 32, the suppression of the reaction of ion outflow can be further enhanced. Alternatively, as shown in FIG. 2B, the same effect can be obtained by covering the ITO thin film 21 with a protective film 42 made of a nitride film or the like. The protective films shown in FIGS. 2A and 2B are also applicable to the optical waveguide device having the structure shown in FIG. 5, and the conventional problems caused by the use of the titanium thin film 22. Can be reduced.
〔第３の実施の形態〕
図３は、本発明の光導波路デバイスの第３の実施の形態を示す。
本実施の形態は、電極１２が外気に触れ、空気中の酸素と反応することにより酸化し、電極劣化が生じるのを防止するようにしたものである。その手段として、電極１２の全体を覆うように保護膜４３を設けている。保護膜４３として、ポリイミド、ＳｉＯ2 等を用いることができる。
[Third Embodiment]
FIG. 3 shows a third embodiment of the optical waveguide device of the present invention.
In the present embodiment, the electrode 12 is prevented from being exposed to the outside air and oxidized by reacting with oxygen in the air to cause deterioration of the electrode. As a means therefor, a protective film 43 is provided so as to cover the entire electrode 12. As the protective film 43, polyimide, SiO 2 or the like can be used.
上記の説明においては、光導波路デバイスの実施の形態として可変光減衰器を示したが、本発明は可変光減衰器に限定されるものではなく、本発明にかかる電極構造を用いた光部品、例えば、光スイッチ、光変調器等についても適用可能である。 In the above description, a variable optical attenuator has been described as an embodiment of the optical waveguide device, but the present invention is not limited to the variable optical attenuator, and an optical component using the electrode structure according to the present invention, For example, the present invention can be applied to an optical switch, an optical modulator, and the like.
１，１１ ＬＮ（ニオブ酸リチウム：ＬｉＮｂＯ3 ）基板
２，１２ 電極
３，１３ ＳｉＯ2 膜
４ａ，４ｂ１４ａ，１４ｂ 光導波路
２１，３１ ＩＴＯ薄膜
２２ チタン薄膜
２３，３３ 金（Ａｕ）薄膜
３２ クロム（Ｃｒ）薄膜
４１，４２，４３ 保護膜
１００，２００ 可変光減衰器
1,11 LN (lithium niobate: LiNbO 3 ) substrate 2,12 electrode 3,13 SiO 2 film 4a, 4b14a, 14b optical waveguide 21,31 ITO thin film 22 titanium thin film 23,33 gold (Au) thin film 32 chrome (Cr) ) Thin film 41, 42, 43 Protective film 100, 200 Variable optical attenuator
Claims (11)
前記基板に形成される光導波路と、
前記光導波路の近傍に形成される電極とを備え、
前記電極は、
前記基板上に積層され、酸化インジウムを含み酸性を示す導電性の第１の薄膜層と、
前記第１の薄膜層に積層され、クロムを含み酸化された状態で酸性を示す導電性の第２の薄膜層と、
前記第２の薄膜層に積層され、酸化された状態で中性を示す導電性の第３の薄膜層とを備え、
さらに、前記第２の薄膜層は、前記第１の薄膜層よりも薄いことを特徴とする光導波路デバイス。 Board and
An optical waveguide formed on the substrate,
An electrode formed near the optical waveguide,
The electrode is
A conductive first thin film layer which is laminated on the substrate and contains indium oxide and shows acidity;
A conductive second thin film layer laminated on the first thin film layer and containing chromium and showing acidity in an oxidized state;
A third conductive thin film layer laminated on the second thin film layer and exhibiting neutrality in an oxidized state;
Further, the optical waveguide device is characterized in that the second thin film layer is thinner than the first thin film layer.
前記基板上に、酸化インジウムを含み酸性を示す導電性の第１の薄膜層を積層し、
前記第１の薄膜層上にフォトレジストを形成してパターニングをし、
前記フォトレジストをマスクにして前記第１の薄膜層の不要部分をエッチングにより除去して前記第１の薄膜層パターンを形成し、
前記第１の薄膜層パターン上のフォトレジストを除去し、
前記第１の薄膜層上に、前記第１の薄膜層よりも膜厚が薄く、クロムを含み酸化された状態で酸性を示す導電性の第２の薄膜層を積層し、
前記第２の薄膜層にフォトレジストを施し、
前記第２の薄膜層の不要部分をエッチングにより除去し、
前記エッチング後に前記第２の薄膜層上に残留したフォトレジストを除去し、
前記第２の薄膜層上に、酸化された状態で中性を示す導電性の第３の薄膜層を積層し、
前記第３の薄膜層にフォトレジストを施し、
前記第３の薄膜層の不要部分をエッチングにより除去し、
前記エッチング後に前記第３の薄膜層上に残留したフォトレジストを除去することを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。 Forming an optical waveguide on the substrate,
On the substrate, a conductive first thin film layer containing indium oxide and exhibiting acidity is laminated,
Forming a photoresist on the first thin film layer and patterning;
Using the photoresist as a mask, unnecessary portions of the first thin film layer are removed by etching to form the first thin film pattern,
Removing the photoresist on the first thin film layer pattern;
On the first thin film layer, a conductive second thin film layer having a smaller thickness than the first thin film layer and containing chromium and showing acidity in an oxidized state is laminated,
Applying a photoresist to the second thin film layer,
Removing unnecessary portions of the second thin film layer by etching;
Removing the photoresist remaining on the second thin film layer after the etching,
On the second thin film layer, a conductive third thin film layer showing neutrality in an oxidized state is laminated,
Applying a photoresist to the third thin film layer,
An unnecessary portion of the third thin film layer is removed by etching,
A method for manufacturing an optical waveguide device, comprising: removing a photoresist remaining on the third thin film layer after the etching.
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