JP3021888B2 - 光導波路機能素子及びその製造方法 - Google Patents
光導波路機能素子及びその製造方法Info
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
- G02F2201/07—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 buffer layer
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- G—PHYSICS
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2203/00—Function characteristic
- G02F2203/21—Thermal instability, i.e. DC drift, of an optical modulator; Arrangements or methods for the reduction thereof
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信、光計測等の分
野で用いる光導波路機能素子及びその製造方法に関す
る。
野で用いる光導波路機能素子及びその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体集積回路や光導波路機能素
子における電極（例えば、変調用電極）の材料として
は、ワイヤボンディングの容易さ、耐腐食性が良いこと
等により、ＡｌやＡｕを用いることが多く、さらに電極
の腐食を防ぐため、ＳｉＯ2 やＴｉＮの保護膜を電極上
に設けている。
子における電極（例えば、変調用電極）の材料として
は、ワイヤボンディングの容易さ、耐腐食性が良いこと
等により、ＡｌやＡｕを用いることが多く、さらに電極
の腐食を防ぐため、ＳｉＯ2 やＴｉＮの保護膜を電極上
に設けている。
【０００３】特に、ニオブ酸リチウム基板の光導波路上
に変調用電極を設ける場合には、集電効果のため動作点
（出射光が極大となる電圧）がシフトするという問題が
ある。この問題を改善するために、図３に示すような技
術が提案されている。図３で示す光導波路機能素子で
は、光導波路１１、１１が設けられた基板１０上にＳｉ
Ｏ2 のバッファ層１２を設け、このバッファ層１２の上
にＳｉ層２０を設け、このＳｉ層２０の上に電極１３、
１３を設け、電極１３、１３とＳｉ層を覆うように例え
ばＳｉＯ2 の保護膜１５を設けている。即ち、ＳｉＯ2
のバッファ層１２と電極１３、１３の間にＳｉ層２０を
挿入し、電極１３、１３上に保護膜１５を配置するもの
である。
に変調用電極を設ける場合には、集電効果のため動作点
（出射光が極大となる電圧）がシフトするという問題が
ある。この問題を改善するために、図３に示すような技
術が提案されている。図３で示す光導波路機能素子で
は、光導波路１１、１１が設けられた基板１０上にＳｉ
Ｏ2 のバッファ層１２を設け、このバッファ層１２の上
にＳｉ層２０を設け、このＳｉ層２０の上に電極１３、
１３を設け、電極１３、１３とＳｉ層を覆うように例え
ばＳｉＯ2 の保護膜１５を設けている。即ち、ＳｉＯ2
のバッファ層１２と電極１３、１３の間にＳｉ層２０を
挿入し、電極１３、１３上に保護膜１５を配置するもの
である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、電極にＡｕを
用いる場合、Ａｕは一般に反応性に乏しく、このため、
電極として使用したＡｕの上に直接ＳｉＯ2又はＳｉ3
Ｎ4 保護膜を設けてもＡｕとＳｉＯ2保護膜との密着性
が悪いという問題がある。
用いる場合、Ａｕは一般に反応性に乏しく、このため、
電極として使用したＡｕの上に直接ＳｉＯ2又はＳｉ3
Ｎ4 保護膜を設けてもＡｕとＳｉＯ2保護膜との密着性
が悪いという問題がある。
【０００５】したがって、本発明は、Ａｕ電極上に物理
的に強固で、同時に集電効果による動作点シフトを防ぐ
ことができる保護膜を設けた光導波路機能素子及びその
製造方法を提供することにある。
的に強固で、同時に集電効果による動作点シフトを防ぐ
ことができる保護膜を設けた光導波路機能素子及びその
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】前述の目的を達成するた
めに、本発明は、光導波路を形成したニオブ酸リチウム
基板と、基板上に設けた電極と、基板と電極を覆うよう
に設けられかつアニールによって抵抗値を変化させたＳ
ｉＯ2 ／ＴｉＯ2 保護膜とを有することを特徴とする光
導波路機能素子を採用するものである。
めに、本発明は、光導波路を形成したニオブ酸リチウム
基板と、基板上に設けた電極と、基板と電極を覆うよう
に設けられかつアニールによって抵抗値を変化させたＳ
ｉＯ2 ／ＴｉＯ2 保護膜とを有することを特徴とする光
導波路機能素子を採用するものである。
【０００７】本発明は、また、光導波路を形成したニオ
ブ酸リチウム基板上に電極を形成し、基板と電極を覆う
ようにＴｉ層を設け、Ｔｉ層上にＳｉＯ2 層を設け、全
体をアニールしてＴｉ層をＴｉＯ2 層に変化させて抵抗
値を変化させることを特徴とする光導波路機能素子の製
造方法を採用するものである。
ブ酸リチウム基板上に電極を形成し、基板と電極を覆う
ようにＴｉ層を設け、Ｔｉ層上にＳｉＯ2 層を設け、全
体をアニールしてＴｉ層をＴｉＯ2 層に変化させて抵抗
値を変化させることを特徴とする光導波路機能素子の製
造方法を採用するものである。
【０００８】
【作用】次に、本発明の原理を説明する。図１には、本
発明の光導波路機能素子の構成が示されている。ニオブ
酸リチウムから成る基板１０には、Ｔｉ拡散法またはプ
ロトン交換法によって光導波路１１、１１が形成されて
いる。基板１０上にはＳｉＯ2 のバッファ層１２が形成
されており、また光導波路１１の上方にはバッファ層１
２を介してＡｕの電極１３、１３が形成されている。バ
ッファ層１２と電極１３、１３を覆うようにＴｉＯ2 層
１４が形成されており、その上にＳｉＯ2 層１５が形成
されている。なお、ＴｉＯ2 層１４及びＳｉＯ2 層１５
は、電極１３、１３の保護膜として機能する。
発明の光導波路機能素子の構成が示されている。ニオブ
酸リチウムから成る基板１０には、Ｔｉ拡散法またはプ
ロトン交換法によって光導波路１１、１１が形成されて
いる。基板１０上にはＳｉＯ2 のバッファ層１２が形成
されており、また光導波路１１の上方にはバッファ層１
２を介してＡｕの電極１３、１３が形成されている。バ
ッファ層１２と電極１３、１３を覆うようにＴｉＯ2 層
１４が形成されており、その上にＳｉＯ2 層１５が形成
されている。なお、ＴｉＯ2 層１４及びＳｉＯ2 層１５
は、電極１３、１３の保護膜として機能する。
【０００９】前述の構成において、ＴｉＯ2 層１４は、
当初はＴｉ層として設けられ、完成した機能素子全体を
アニールすることによって、バッファ層１２のＳｉＯ2
及び保護膜１５のＳｉＯ2 からＯ2をＴｉ中に拡散させ
てＴｉＯ2 層として形成される。当初Ｔｉ層を形成し、
その後アニールによりＴｉＯ2 層を形成する１つの理由
は、電極のＡｕと上部の保護膜のＳｉＯ2 との間に強固
な保護膜を付加できることである。即ち、ＴｉはＡｕに
対してもＳｉＯ2 に対しても反応しまたは拡散し境界面
に連続的な化合物層を形成できるからである。また他の
理由は、当初のＴｉ層は金属状態であり、その抵抗値は
数Ωから数十Ωの低い値であるが、前述のように完成し
た機能素子をアニールすることによって酸化され、図２
を参照して後述するように、アニール時間に応じて抵抗
値を高くできるからである（数十ＭΩ以上まで）。即
ち、電極１３、１３の間に設けたＴｉ層をＴｉＯ2 層に
変化させることによって所望の電極間抵抗を持ったＴｉ
Ｏ2 層を得ることができるからである。例えば、電源と
電極の間のインピーダンス整合をとるために、電極間抵
抗を５０Ωとしたり、電極を開放終端で用いる場合には
数十ＭΩ以上にするなど、電極間抵抗の調整を幅広い範
囲で行うことができる。
当初はＴｉ層として設けられ、完成した機能素子全体を
アニールすることによって、バッファ層１２のＳｉＯ2
及び保護膜１５のＳｉＯ2 からＯ2をＴｉ中に拡散させ
てＴｉＯ2 層として形成される。当初Ｔｉ層を形成し、
その後アニールによりＴｉＯ2 層を形成する１つの理由
は、電極のＡｕと上部の保護膜のＳｉＯ2 との間に強固
な保護膜を付加できることである。即ち、ＴｉはＡｕに
対してもＳｉＯ2 に対しても反応しまたは拡散し境界面
に連続的な化合物層を形成できるからである。また他の
理由は、当初のＴｉ層は金属状態であり、その抵抗値は
数Ωから数十Ωの低い値であるが、前述のように完成し
た機能素子をアニールすることによって酸化され、図２
を参照して後述するように、アニール時間に応じて抵抗
値を高くできるからである（数十ＭΩ以上まで）。即
ち、電極１３、１３の間に設けたＴｉ層をＴｉＯ2 層に
変化させることによって所望の電極間抵抗を持ったＴｉ
Ｏ2 層を得ることができるからである。例えば、電源と
電極の間のインピーダンス整合をとるために、電極間抵
抗を５０Ωとしたり、電極を開放終端で用いる場合には
数十ＭΩ以上にするなど、電極間抵抗の調整を幅広い範
囲で行うことができる。
【００１０】次に、図２を参照すると、図２は、機能素
子を或る温度でアニールした場合のアニール時間（ｈ）
に対する電極間抵抗（Ω）を表すグラフである。図２か
ら明らかなように、零〜６、７時間アニールを行うこと
によって、電極間抵抗を数十Ω〜数十ＭΩの範囲内で変
化させることができる。なお、電極間抵抗を数十ＭΩと
したいときに、アニール時間を数時間程度とするために
は、アニール温度は２００°Ｃから２５０°Ｃまでが適
当である。このアニール温度の範囲はプロトン交換の温
度（２００°Ｃ）及びプロトンを拡散する温度（３５０
°Ｃ）と比較して十分低い温度であるため、既に形成し
た光導波路をアニール工程中損なうことがないので、本
発明のＳｉＯ2 ／ＴｉＯ2 保護膜は、光導波路全部ある
いは光導波路の一部にプロトン交換導波路を用いるよう
な光集積回路にとって、有効である。また、このアニー
ルの温度範囲は、通常の使用温度や環境温度（室温から
１００°Ｃ程度）の温度と比較して十分高い温度である
ので、動作中または貯蔵中の抵抗値の変化は無視できる
程度である。
子を或る温度でアニールした場合のアニール時間（ｈ）
に対する電極間抵抗（Ω）を表すグラフである。図２か
ら明らかなように、零〜６、７時間アニールを行うこと
によって、電極間抵抗を数十Ω〜数十ＭΩの範囲内で変
化させることができる。なお、電極間抵抗を数十ＭΩと
したいときに、アニール時間を数時間程度とするために
は、アニール温度は２００°Ｃから２５０°Ｃまでが適
当である。このアニール温度の範囲はプロトン交換の温
度（２００°Ｃ）及びプロトンを拡散する温度（３５０
°Ｃ）と比較して十分低い温度であるため、既に形成し
た光導波路をアニール工程中損なうことがないので、本
発明のＳｉＯ2 ／ＴｉＯ2 保護膜は、光導波路全部ある
いは光導波路の一部にプロトン交換導波路を用いるよう
な光集積回路にとって、有効である。また、このアニー
ルの温度範囲は、通常の使用温度や環境温度（室温から
１００°Ｃ程度）の温度と比較して十分高い温度である
ので、動作中または貯蔵中の抵抗値の変化は無視できる
程度である。
【００１１】また、本発明の保護膜は、導電性または半
導電性であるため、集電効果によって発生したＳｉＯ2
バッファ層の上面の電荷を放電する機能を有するので、
ＳｉＯ2 バッファ層と電極の間にＳｉ層を設ける従来技
術の方法と同様に、動作点ドリフトの問題を防止でき
る。
導電性であるため、集電効果によって発生したＳｉＯ2
バッファ層の上面の電荷を放電する機能を有するので、
ＳｉＯ2 バッファ層と電極の間にＳｉ層を設ける従来技
術の方法と同様に、動作点ドリフトの問題を防止でき
る。
【００１２】
【実施例】実施例 １ Ｚ−カットニオブ酸リチウム基板上にプロ
トン交換法によりマッハ−ツェンダ−形光導波路を形成
した。プロトン交換は、Ａｌマスクを用い、１ｍｏｌ％
のリチウムを添加した安息香酸中で９０分間行った。こ
のときの光導波路は幅５μｍとした。さらに３５０°Ｃ
で６時間アニールを行ったところ、伝搬損０．１ｄＢ／
ｃｍの光導波路が作製できた。光導波路上には１５００
オングストロームのＳｉＯ2 バッファ層を設けた。さら
にＳｉＯ2 バッファ層上に、リフトオフ法によりＡｕ／
Ｔｉ電極を形成した。ここで、Ｔｉの膜厚は３００オン
グストローム、Ａｕの膜厚は２０００オングストロー
ム、電極間隔は５μｍ、電極長は２０ｍｍとした。
トン交換法によりマッハ−ツェンダ−形光導波路を形成
した。プロトン交換は、Ａｌマスクを用い、１ｍｏｌ％
のリチウムを添加した安息香酸中で９０分間行った。こ
のときの光導波路は幅５μｍとした。さらに３５０°Ｃ
で６時間アニールを行ったところ、伝搬損０．１ｄＢ／
ｃｍの光導波路が作製できた。光導波路上には１５００
オングストロームのＳｉＯ2 バッファ層を設けた。さら
にＳｉＯ2 バッファ層上に、リフトオフ法によりＡｕ／
Ｔｉ電極を形成した。ここで、Ｔｉの膜厚は３００オン
グストローム、Ａｕの膜厚は２０００オングストロー
ム、電極間隔は５μｍ、電極長は２０ｍｍとした。
【００１３】電極形成後、純水で流水洗浄を１０分間行
い、試料表面を洗浄した後、保護膜として電子ビーム蒸
着器でＴｉを１００オングストローム、ＳｉＯ2 を２０
００オングストーム蒸着した。
い、試料表面を洗浄した後、保護膜として電子ビーム蒸
着器でＴｉを１００オングストローム、ＳｉＯ2 を２０
００オングストーム蒸着した。
【００１４】上記の作成条件で形成した電極及び保護膜
において、アニール前の電極間抵抗は２０Ωであった。
次に、試料を２５０°Ｃの雰囲気中でアニールした。こ
の実施例で、電極間抵抗を５０Ωとするためには、アニ
ール時間が数分程度となり、若干制御性が悪いが、これ
は、アニール温度を下げること、またはＴｉ膜厚を厚く
することによって、容易に解決できる。また６時間のア
ニールで、電極間抵抗は６ＭΩとなり、ＳｉＯ2 バッフ
ァ層と電極の間にＳｉ層をコートする従来技術の方法で
達成される電極間抵抗１０ＭΩと同程度となった。
において、アニール前の電極間抵抗は２０Ωであった。
次に、試料を２５０°Ｃの雰囲気中でアニールした。こ
の実施例で、電極間抵抗を５０Ωとするためには、アニ
ール時間が数分程度となり、若干制御性が悪いが、これ
は、アニール温度を下げること、またはＴｉ膜厚を厚く
することによって、容易に解決できる。また６時間のア
ニールで、電極間抵抗は６ＭΩとなり、ＳｉＯ2 バッフ
ァ層と電極の間にＳｉ層をコートする従来技術の方法で
達成される電極間抵抗１０ＭΩと同程度となった。
【００１５】電極間抵抗を数十ＭΩ以下となるような範
囲に選ぶと、保護膜は半絶縁性（半導電性）を示し、集
電効果による動作点ドリフト（シフト）を抑制すること
ができる。
囲に選ぶと、保護膜は半絶縁性（半導電性）を示し、集
電効果による動作点ドリフト（シフト）を抑制すること
ができる。
【００１６】アニール前、アニール後のいずれも試料を
純水中で数時間超音波洗浄を行ったが、いずれにも保護
膜の剥離は観察されず、機械的に強固な保護膜が形成さ
れていることがわかった。
純水中で数時間超音波洗浄を行ったが、いずれにも保護
膜の剥離は観察されず、機械的に強固な保護膜が形成さ
れていることがわかった。
【００１７】さらに、電極間に１００Ｖの電圧を印加し
て光導波路基板の温度を雰囲気中で−１０°Ｃから１０
０°Ｃまで変化させたが、電極間の絶縁破壊は発生せ
ず、電気的絶縁性に優れた保護膜が形成されていること
がわかった。
て光導波路基板の温度を雰囲気中で−１０°Ｃから１０
０°Ｃまで変化させたが、電極間の絶縁破壊は発生せ
ず、電気的絶縁性に優れた保護膜が形成されていること
がわかった。
【００１８】比較例 １ 実施例１と同様な方法でＡｕ
／Ｔｉ電極形成までの工程を進め、保護膜として、高周
波スパッタ装置で窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4 ）を形成し
た。膜厚２０００オングストロームのとき、Ａｕ電極上
の窒化シリコンは、剥離が顕著で、不良品は５割程度で
あった。
／Ｔｉ電極形成までの工程を進め、保護膜として、高周
波スパッタ装置で窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4 ）を形成し
た。膜厚２０００オングストロームのとき、Ａｕ電極上
の窒化シリコンは、剥離が顕著で、不良品は５割程度で
あった。
【００１９】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、Ａｕ電極の上に物理的に強固でありかつアニール
時間の調節により電極間抵抗の値が調整可能であり、さ
らに集電効果による動作点シフトを防止できるＳｉＯ2
／ＴｉＯ2 保護膜を有する光導波路機能素子が得られ
る。
れば、Ａｕ電極の上に物理的に強固でありかつアニール
時間の調節により電極間抵抗の値が調整可能であり、さ
らに集電効果による動作点シフトを防止できるＳｉＯ2
／ＴｉＯ2 保護膜を有する光導波路機能素子が得られ
る。
【図１】図１は、本発明の光導波路機能素子の構造を示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】図２は、機能素子の保護膜のＴｉのアニール時
間に対する電極間抵抗を表すグラフである。
間に対する電極間抵抗を表すグラフである。
【図３】図３は、従来の機能素子の構造を示す断面図で
ある。
ある。
１０ ニオブ酸リチウム基板 １３ 電極 １２ ＳｉＯ2 バッファ層 １４ ＴｉＯ2 層 １５ ＳｉＯ2 層
Claims (2)
- 【請求項１】 光導波路を形成したニオブ酸リチウム基
板と、基板上に設けられたＳｉＯ2 のバッファ層と、バ
ッファ層上に設けた電極と、バッファ層と電極を覆うよ
うに設けられかつアニールによって抵抗値を変化させた
ＳｉＯ2 ／ＴｉＯ2 保護膜とを有することを特徴とする
光導波路機能素子。 - 【請求項２】 光導波路を形成したニオブ酸リチウム基
板上にＳｉＯ2 のバッファ層を形成し、バッファ層上に
電極を形成し、バッファ層と電極を覆うようにＴｉ層を
設け、Ｔｉ層上にＳｉＯ2 層を設け、全体をアニールし
てＴｉ層をＴｉＯ2 層に変化させて抵抗値を変化させる
ことを特徴とする光導波路機能素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34762491A JP3021888B2 (ja) | 1991-12-04 | 1991-12-04 | 光導波路機能素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34762491A JP3021888B2 (ja) | 1991-12-04 | 1991-12-04 | 光導波路機能素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05158005A JPH05158005A (ja) | 1993-06-25 |
| JP3021888B2 true JP3021888B2 (ja) | 2000-03-15 |
Family
ID=18391483
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34762491A Expired - Lifetime JP3021888B2 (ja) | 1991-12-04 | 1991-12-04 | 光導波路機能素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3021888B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3544020B2 (ja) * | 1995-01-13 | 2004-07-21 | 富士通株式会社 | 光導波路デバイスの製造方法 |
| WO2001001190A1 (fr) * | 1999-06-28 | 2001-01-04 | Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. | Composant optoelectronique et son procede de fabrication |
| JP6561383B2 (ja) * | 2017-03-31 | 2019-08-21 | 住友大阪セメント株式会社 | 光変調素子 |
| JP2022013232A (ja) * | 2020-07-03 | 2022-01-18 | 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 | 光デバイス及び光通信装置 |
-
1991
- 1991-12-04 JP JP34762491A patent/JP3021888B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05158005A (ja) | 1993-06-25 |
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