JP4110130B2

JP4110130B2 - 光変調器及びその製造方法

Info

Publication number: JP4110130B2
Application number: JP2004286433A
Authority: JP
Inventors: 雅尚栗原; 孝神力; 宗徳遠藤; 徹菅又; 正裕山崎
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: JP2006098886A

Description

本発明は、光変調器及びその製造方法に関し、特に、基板表面に段差部を有すると共に、該段差部を含む基板表面に膜体を形成した光変調器及びその製造方法に関する。

近年、光通信や光計測の分野において、光強度変調素子や光位相変調素子などの光変調器が多用されており、中でも、電気光学効果を有する基板上に光導波路を形成し、該光導波路中を伝搬する光波を、該光導波路の近傍に配置した制御用電極により変調制御を行う外部光変調器が、注目されている。

ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３などの電気光学効果を有する材料を基板とする光変調器では、基板表面にＴｉなどを熱拡散することにより導波路を形成し、更に、該導波路上に電極を形成することが行われている。このような電極を形成する場合には、導波路を伝搬する光波が電極に吸収されることを防止するため、通常、バッファ層と呼ばれる誘電体膜を、導波路と電極との間に形成する。

しかしながら、光変調器の一種である光強度変調器に組み込まれる電極には、変調器の駆動点を調整するため、ＤＣ電圧を印加することが行われており、上述のようにバッファ層の上部に電極を形成した場合には、バッファ層に含まれる不純物（contamination）が、ＤＣ電圧の印加により膜の内部や基板の境界面を移動し、ＤＣバイアスの実効電圧が変動する原因ともなる。このような駆動電圧の変動は、ＤＣドリフト現象と呼ばれている。

以下の特許文献１においては、バッファ層が光変調器の物理的特性に与える影響に着目し、バッファ層の密度を最適に調整するため、ＤＣ電圧を印加する光強度変調器においては、バッファ層を蒸着法により形成し、光位相変調器においてはスパッタリング法により形成することが提案されている。
特開２０００２−１９６２９７号公報

他方、光変調器においては、駆動電圧の低電圧化や、制御用電極を構成する信号電極におけるマイクロ波の実効屈折率を調整することを目的として、光導波路や信号電極の付近等の基板表面に段差部（リッジ）を形成することが行われている。段差の形成方法としては、ドライエッチング、ウエットエッチング、サンドブラスト、又は切削方法などが利用可能である。以下の特許文献２には、基板表面に段差部を形成すると共に、バッファ層を配置した光変調器が開示されている。
特開平８−１６６５６６号公報

本発明者らは、特許文献２のような、段差部（リッジ）を有するＺカット板の光変調器において、バッファ層を蒸着等の方法により形成したところ、ＤＣドリフトが発生することを見出した。さらに鋭意研究を重ねた結果、リッジタイプのＺカット板の光変調器におけるＤＣドリフトの発生原因が、リッジ側面のバッファ層に起因することが判明した。

つまり、段差部（リッジ）上面、側面、底面も全て蒸着によりバッファ層を形成した場合には、蒸着の方向性の違いによりリッジ部側面の蒸着膜体は、リッジ部の膜体と比較して、疎な膜体又は不連続な膜体となりやすく、これが原因となり、不純物等の混入が発生し易くなるという欠点があった。

本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、基板表面に段差部を有する光変調器において、段差部を含む基板表面に適切な膜体を形成可能とし、ＤＣドリフト現象を抑制するなど、光変調器の各種特性を改善した光変調器及びその製造方法を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路中を伝搬する光波を変調制御するための制御用電極とを有する光変調器において、該基板表面に段差部が形成されると共に、該段差部を含む領域に膜体が形成され、該段差部の側面にスパッタリング法で形成される該膜体は、該段差部の上面に真空蒸着法により形成される該膜体に比べ、より緻密な膜体で形成されていることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光変調器において、該段差部の上面に形成される該膜体は、少なくとも該段差部の側面に形成される該膜体と接触していることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の光変調器において、該制御用電極が、少なくともＤＣバイアス制御を行うためのＤＣバイアス電極であり、該段差部は、該ＤＣバイアス電極を含む領域に形成されていることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路中を伝搬する光波を変調制御するための制御用電極とを有する光変調器の製造方法において、該基板表面に真空蒸着法で膜体Ａを形成した後、マスクパターンを利用して該基板表面に段差部を形成し、次に該マスクパターンと段差部の側面及び底面とを含む領域に前記膜体Ａより緻密な膜体Ｂをスパッタリング法で形成し、その後、該マスクパターンを除去することを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路中を伝搬する光波を変調制御するための制御用電極とを有する光変調器の製造方法であって、マスクパターンを利用して該基板表面に段差部を形成し、該マスクパターンと段差部の側面を含む領域に膜体Ｂを形成し、次に、該マスクパターンを除去し、その後、該段差部の上面を少なくとも含む領域に膜体Ａを形成する光変調器の製造方法において、前記膜体Ａは真空蒸着法で、前記膜体Ｂはスパッタリング法で各々形成し、前記膜体Ｂは、前記膜体Ａに比べ、より緻密な膜体であることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明は、請求項４又は５に記載の光変調器の製造方法において、該膜体Ａの製造方法は、真空蒸着法を利用することを特徴とする。

請求項１に係る発明により、制御用電極が形成される段差部の上面と、該段差部の側面及び底面では膜質が異なる膜体とすることにより、膜体の特性を生かし光変調器に適した膜体を形成することが可能となる。特に、該段差部の側面に形成される該膜体は、該段差部の上面に形成される該膜体に比べ、より緻密な膜体で形成することによりＤＣドリフト現象の発生を抑制し、光変調器の温度特性や電気特性の劣化を防止することが可能となる。

請求項２に係る発明により、段差部の上面に形成される該膜体と、該段差部の側面に形成される膜体とを接触させているため、段差部を含む基板表面上では一つの膜体として機能し、より一層の温度特性や電気特性を改善することが可能となる。

請求項３に係る発明により、ＤＣバイアス電極を含む領域に段差部を形成し、しかも、該ＤＣバイアス電極が形成される段差部の側面には上面と同等以上の緻密な膜体が配置されていることから、ＤＣドリフト現象の発生を効率的に抑制することが可能となる。

請求項４に係る発明により、２回に分けて膜体を形成するため、より適切な膜体を段差部の各面に形成することが可能となる。しかも、段差部を形成するためのマスクパターンを膜体Ｂの一部を除去するためのリフトオフ層として兼用しているため、製造プロセスを複雑化させず、製造コストの抑制にも寄与する。

請求項５に係る発明により、請求項４と同様に、２回に分けて膜体を形成するため、より適切な膜体を段差部の各面に形成することが可能となる。しかも、段差部を形成するためのマスクパターンを膜体Ｂの一部を除去するためのリフトオフ層として兼用しているため、製造プロセスを複雑化させず、製造コストの抑制にも寄与する。

請求項６に係る発明により、膜体Ａの製造方法に、真空蒸着法を利用するため、光強度変調器などのＤＣバイアスを印加する光変調器に適した膜体を段差部の上面に形成することができ、ＤＣドリフト現象をより効果的に抑制することが可能となる。

以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
本発明は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路中を伝搬する光波を変調制御するための制御用電極とを有する光変調器において、該基板表面に段差部が形成されると共に、該段差部を含む領域に膜体が形成され、該段差部の側面に形成される該膜体は、該段差部の上面に形成される該膜体に比べ、より緻密な膜体で形成されていることを特徴とする。
特に、段差部を構成する段差部の上面と、段差部の側面及び底面とに、同時に膜体を形成せず、少なくとも２回以上に分けて、各面に適した膜体を形成することを特徴とする。

図１は、本発明に係る光変調器の製造方法を示す第一の実施例である。
基板１は、電気光学効果を有する基板であり、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料から構成され、具体的には、これら単結晶材料の、Ｘカット板、Ｙカット板、及びＺカット板から構成され、特に、光導波路デバイスとして構成されやすく、かつ異方性が大きいという理由から、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）を用いることが好ましい。

基板１には、不図示の方法により、基板１上に、例えばチタン（Ｔｉ）などを堆積させた後、熱拡散させて、導波路が形成されている。
次に、真空蒸着法を利用して、バッファ層であるＳｉＯ_２膜を、図１（ａ）の膜体Ａのように形成する。真空蒸着法は、特に、ＤＣバイアスを印加する光変調器に適した膜体を、基板上面に均一かつ緻密に形成するのには適しているが、後述するように、段差部などの側面に対しては、均一な膜体を形成することが困難である。

次に、段差部を形成するため、膜体Ａ上に、マスクパターン２を形成し、エッチング、サンドブラスト等により、マスクパターン以外の領域に凹部３を形成する。エッチング方法は特に限定されないが、例えば、ドライエッチングにより凹部を形成する場合には、Ｎｉでマスクパターンを形成し、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｈ_８などのハロゲン化炭化水素を利用してエッチングを行う。

次に、段差部の側面及び底面にバッファ層であるＳｉＯ_２膜を、図１（ｃ）の膜体Ｂのように形成する。
膜体Ｂの形成方法としては、ドライプロセスやウエットプロセスが利用可能であり、ドライプロセスにおいては、成膜における蒸着物の方向性による影響が少ないスパッタリング法や、基板表面で化学反応を伴って膜が形成されるＣＶＤ法などのようなドライプロセス、さらには、ゾルゲル法や液相エピタキシー法に代表されるようなウエットプロセスを用いることが好ましい。さらに、必要に応じてこれらの各プロセスを組合わせて用いることも可能である。
これらのプロセスにより、真空蒸着法では困難である段差部の側面にも均質な膜体を形成することが可能となる。これにより、光変調器の温度特性及び電気特性のバラツキを抑制することが実現できる。

次に、図１（ｄ）のように、マスクパターン２を除去することにより、段差部の上面には膜体Ａ、段差部の側面及び底面には膜体Ｂが形成され、しかも、膜体Ａと膜体Ｂとは、段差部の上部端部で互いに連続的に接続されることとなる。
バッファ層となる膜体Ａ及びＢを形成した後、従来の光変調器と同様に、変調電極、接地電極などの制御用電極を形成する。特にＤＣバイアスが印加されるＤＣバイアス電極は、膜体Ａの上に形成されるため、膜体Ａの緻密さにより不純物の混入が少なく、ＤＣドリフト現象を効果的に抑制することが可能となる。

また、図２を用いて、本発明に係る光変調器の製造方法の第２の実施例を説明する。図２で用いる各符号は、図１と同様のものを使用している。
まず、図２（ａ）のように、基板表面に、段差部を形成するためのマスクパターン２を形成し、マスクパターン２以外の領域に凹部３をエッチングやサンドブラストなどの方法により形成する。

次に、図２（ｂ）のように、ドライプロセスやウエットプロセスなどを利用して膜体Ｂを形成し、段差部の側面及び底面を覆う均一なバッファ層を構成する。
そして、図２（ｃ）のように、マスクパターン２を除去し、段差部の上面に形成された膜体Ｂも併せて除去する。

次に、図２（ｄ）のように、真空蒸着法により、均一かつ緻密な膜体Ａを、段差部の上面に形成すると共に、段差部の側面及び底面の膜体Ｂを覆うように形成する。これにより、段差部の上面には膜体Ａが形成されるだけでなく、膜体Ｂ上も連続して膜体Ａが覆うため、不純物の基板界面での移動が発生しにくくなり、安定したＤＣドリフト特性を得ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、基板表面に段差部を有する光変調器において、段差部を含む基板表面に適切な膜体を形成することが可能であり、これによりＤＣドリフト現象を抑制するなど、光変調器の各種特性を改善した光変調器及びその製造方法を提供することが可能となる。

本発明に係る光変調器の製造方法を示す第１の実施例である。本発明に係る光変調器の製造方法を示す第２の実施例である。

符号の説明

１基板
２マスクパターン
３凹部
Ａ緻密な膜体
Ｂ膜体Ａより緻密な膜体

Claims

電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路中を伝搬する光波を変調制御するための制御用電極とを有する光変調器において、
該基板表面に段差部が形成されると共に、該段差部を含む領域に膜体が形成され、該段差部の側面にスパッタリング法で形成される該膜体は、該段差部の上面に真空蒸着法により形成される該膜体に比べ、より緻密な膜体で形成されていることを特徴とする光変調器。
請求項１に記載の光変調器において、該段差部の上面に形成される該膜体は、少なくとも該段差部の側面に形成される該膜体と接触していることを特徴とする光変調器。
請求項１又は２に記載の光変調器において、該制御用電極が、少なくともＤＣバイアス制御を行うためのＤＣバイアス電極であり、該段差部は、該ＤＣバイアス電極を含む領域に形成されていることを特徴とする光変調器。
電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路中を伝搬する光波を変調制御するための制御用電極とを有する光変調器の製造方法において、
該基板表面に真空蒸着法で膜体Ａを形成した後、マスクパターンを利用して該基板表面に段差部を形成し、次に該マスクパターンと段差部の側面及び底面とを含む領域に前記膜体Ａより緻密な膜体Ｂをスパッタリング法で形成し、その後、該マスクパターンを除去することを特徴とする光変調器の製造方法。
電気光学効果を有する基板と、該基板に形成された光導波路と、該光導波路中を伝搬する光波を変調制御するための制御用電極とを有する光変調器の製造方法であって、マスクパターンを利用して該基板表面に段差部を形成し、該マスクパターンと段差部の側面を含む領域に膜体Ｂを形成し、次に、該マスクパターンを除去し、その後、該段差部の上面を少なくとも含む領域に膜体Ａを形成する光変調器の製造方法において、
前記膜体Ａは真空蒸着法で、前記膜体Ｂはスパッタリング法で各々形成し、
前記膜体Ｂは、前記膜体Ａに比べ、より緻密な膜体であることを特徴とする光変調器の製造方法。
請求項４又は５に記載の光変調器の製造方法において、該膜体Ａの製造方法は、真空蒸着法を利用することを特徴とする光変調器の製造方法。