JPH05113513A - 導波路型光デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
導波路型光デバイスおよびその製造方法Info
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- JPH05113513A JPH05113513A JP3275491A JP27549191A JPH05113513A JP H05113513 A JPH05113513 A JP H05113513A JP 3275491 A JP3275491 A JP 3275491A JP 27549191 A JP27549191 A JP 27549191A JP H05113513 A JPH05113513 A JP H05113513A
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- Japan
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- optical device
- waveguide
- crystal
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Abstract
(57)【要約】
【目的】LiNbO3やLiTaO3基板を用いた、光スイッチング
や光変調等の光制御機能を有する、光素子とその製造方
法に関し、導波路型光デバイスの結晶基板内部や表面の
可動イオンを不動化することによって、DCドリフトをよ
り確実に抑制可能とすることを目的とする。 【構成】少なくともLiNbO3やLiTaO3等の結晶基板を用い
た導波路型光デバイスにおいて、結晶基板１に、燐(P)
等の５族元素あるいは塩素(Cl)がドーピングされている
構成とする。ドーピングは、導波路型光デバイスの製造
工程中において、またはLiNbO3やLiTaO3等の電気光学結
晶を、溶解液から引上げ法によって製造する際に、溶解
液にドーパントを添加しておくことで行なう。
や光変調等の光制御機能を有する、光素子とその製造方
法に関し、導波路型光デバイスの結晶基板内部や表面の
可動イオンを不動化することによって、DCドリフトをよ
り確実に抑制可能とすることを目的とする。 【構成】少なくともLiNbO3やLiTaO3等の結晶基板を用い
た導波路型光デバイスにおいて、結晶基板１に、燐(P)
等の５族元素あるいは塩素(Cl)がドーピングされている
構成とする。ドーピングは、導波路型光デバイスの製造
工程中において、またはLiNbO3やLiTaO3等の電気光学結
晶を、溶解液から引上げ法によって製造する際に、溶解
液にドーパントを添加しておくことで行なう。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信装置に適用され
る導波路型光デバイス係わり、特にLiNbO3やLiTaO3基板
を用いた、光スイッチングや光変調等の光制御機能を有
する、光素子とその製造方法に関する。
る導波路型光デバイス係わり、特にLiNbO3やLiTaO3基板
を用いた、光スイッチングや光変調等の光制御機能を有
する、光素子とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】LiNbO3やLiTaO3基板などの電気光学結晶
を用いた導波路型光デバイスは、ＤＣドリフトの解決が
不可欠となっている。LiNbO3やLiTaO3基板などを用いた
導波路型光デバイスは、これら結晶基板表面にTi等の金
属を所望の形にパターニングした後に熱拡散を行った
り、安息香酸等の酸性溶液中に浸漬してプロトン交換す
ることによって導波路を形成し、その近傍に電極を形成
することによって構成される。
を用いた導波路型光デバイスは、ＤＣドリフトの解決が
不可欠となっている。LiNbO3やLiTaO3基板などを用いた
導波路型光デバイスは、これら結晶基板表面にTi等の金
属を所望の形にパターニングした後に熱拡散を行った
り、安息香酸等の酸性溶液中に浸漬してプロトン交換す
ることによって導波路を形成し、その近傍に電極を形成
することによって構成される。
【０００３】図３はＺカットのLiNbO3基板を用いて光変
調器を構成した例であり (a)は平面図、 (b)は (a)図に
おけるｂ−ｂ断面図である。LiNbO3基板1z上に、導波路
２、2a、2bと同じ形状にTiをパターニングした状態で、
1050℃で７〜10時間加熱し熱拡散させることで、Ｙ分岐
の導波路２、2a、2bが形成される。
調器を構成した例であり (a)は平面図、 (b)は (a)図に
おけるｂ−ｂ断面図である。LiNbO3基板1z上に、導波路
２、2a、2bと同じ形状にTiをパターニングした状態で、
1050℃で７〜10時間加熱し熱拡散させることで、Ｙ分岐
の導波路２、2a、2bが形成される。
【０００４】ＺカットのLiNbO3基板1zを用いる場合は、
Ｚ方向に強い電界が必要なため、分岐導波路2a、2bの真
上に電極3a、3bをパターニングするが、分岐導波路2a、
2bを通過する光が電極3a、3bに吸収されるのを防止する
ために、導波路２、2a、2b上にSiO2のバッファ層４を
０.2〜１μｍ厚に形成した後、その上に10〜20μｍ厚の
Au電極3a、3bが形成される。
Ｚ方向に強い電界が必要なため、分岐導波路2a、2bの真
上に電極3a、3bをパターニングするが、分岐導波路2a、
2bを通過する光が電極3a、3bに吸収されるのを防止する
ために、導波路２、2a、2b上にSiO2のバッファ層４を
０.2〜１μｍ厚に形成した後、その上に10〜20μｍ厚の
Au電極3a、3bが形成される。
【０００５】図４はＸカットのLiNbO3基板1xを用いた光
変調器の断面図であり、Ｘ方向の電界を利用するため、
導波路2a、2bの存在しない領域に電極3a、3b、3bが形成
されている。したがって、この場合は、バッファ層は不
必要である。
変調器の断面図であり、Ｘ方向の電界を利用するため、
導波路2a、2bの存在しない領域に電極3a、3b、3bが形成
されている。したがって、この場合は、バッファ層は不
必要である。
【０００６】光変調器を駆動するには、図３(a) に示す
ように、電極3a、3bの終端を抵抗Ｒで接続した状態で、
一端から高周波の入力信号Ｖを印加して導波路2a、2bの
屈折率を変化させると、波長λの入力光が入力信号Ｖに
よってオン・オフ変調された状態で、導波路２から出射
する。
ように、電極3a、3bの終端を抵抗Ｒで接続した状態で、
一端から高周波の入力信号Ｖを印加して導波路2a、2bの
屈折率を変化させると、波長λの入力光が入力信号Ｖに
よってオン・オフ変調された状態で、導波路２から出射
する。
【０００７】ところで、電極3a、3bに印加される信号電
圧に直流(DC)成分が含まれていることが多いが、一般に
DC電圧成分の印加後、光応答特性の動作点が時間ととも
に変動してしまう、いわゆるDCドリフトが発生する。こ
のように、信号電圧にDC成分が含まれている場合や、DC
電圧を印加することによって動作点を制御する場合に
は、DCドリフトが多いと動作点制御が不能になる。
圧に直流(DC)成分が含まれていることが多いが、一般に
DC電圧成分の印加後、光応答特性の動作点が時間ととも
に変動してしまう、いわゆるDCドリフトが発生する。こ
のように、信号電圧にDC成分が含まれている場合や、DC
電圧を印加することによって動作点を制御する場合に
は、DCドリフトが多いと動作点制御が不能になる。
【０００８】DCドリフトの発生原因は、基本的には、DC
電界方向に電子や正孔、イオン等の荷電粒子が移動した
り、蓄積したりして、導波路内の電界強度を変化させる
ことにある。
電界方向に電子や正孔、イオン等の荷電粒子が移動した
り、蓄積したりして、導波路内の電界強度を変化させる
ことにある。
【０００９】DCドリフトを防止するには、導波路上のバ
ッファ層をアニールして膜質を緻密にする方法( 例：A.
R.BEAUMONT et al.,IGWO‘86,pp46 )やLiNbO3基板の表
面をエッチングして変質層を除去する方法( 例：T.FUJI
WARAet al.,JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY,VOL.6,N
O.6,JUNE 1988,pp909-915 )等が提案されている。
ッファ層をアニールして膜質を緻密にする方法( 例：A.
R.BEAUMONT et al.,IGWO‘86,pp46 )やLiNbO3基板の表
面をエッチングして変質層を除去する方法( 例：T.FUJI
WARAet al.,JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY,VOL.6,N
O.6,JUNE 1988,pp909-915 )等が提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】これらの手法は、短期
的に発生するDCドリフトには有効であるが、DC電圧を長
期的に印加した場合は、なおも大きなDCドリフトが生じ
ていた。その一つの原因は、結晶内部あるいは表面に格
子間原子として存在するLi+ 等の可動イオンが移動する
ことにある、と考えられる。すなわち、可動イオンが移
動したり、局所的に蓄積したりすることによって、光デ
バイス内部のDC電界分布が経時的に変化し、DCドリフト
が発生する。
的に発生するDCドリフトには有効であるが、DC電圧を長
期的に印加した場合は、なおも大きなDCドリフトが生じ
ていた。その一つの原因は、結晶内部あるいは表面に格
子間原子として存在するLi+ 等の可動イオンが移動する
ことにある、と考えられる。すなわち、可動イオンが移
動したり、局所的に蓄積したりすることによって、光デ
バイス内部のDC電界分布が経時的に変化し、DCドリフト
が発生する。
【００１１】本発明の技術的課題は、このような問題に
着目し、導波路型光デバイスの結晶基板内部や表面の可
動イオンを不動化することによって、DCドリフトをより
確実に抑制可能とすることにある。
着目し、導波路型光デバイスの結晶基板内部や表面の可
動イオンを不動化することによって、DCドリフトをより
確実に抑制可能とすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】図１は本発明による導波
路型光デバイスおよびその製造方法の基本原理を説明す
る断面図である。請求項１の発明は、少なくともLiNbO3
やLiTaO3等の結晶基板を用いた導波路型光デバイスにお
いて、結晶基板１に、燐等の５族元素あるいは塩素がド
ーピングされているものである。
路型光デバイスおよびその製造方法の基本原理を説明す
る断面図である。請求項１の発明は、少なくともLiNbO3
やLiTaO3等の結晶基板を用いた導波路型光デバイスにお
いて、結晶基板１に、燐等の５族元素あるいは塩素がド
ーピングされているものである。
【００１３】請求項２の発明は、前記のドーパントであ
る燐等の５族元素あるいは塩素を、LiNbO3やLiTaO3等の
結晶基板を用いた導波路型光デバイスの製造工程中にお
いてドーピングするものであり、熱拡散やイオン注入等
の手法で結晶基板にドーピングすることによって、導波
路型光デバイスを製造する。
る燐等の５族元素あるいは塩素を、LiNbO3やLiTaO3等の
結晶基板を用いた導波路型光デバイスの製造工程中にお
いてドーピングするものであり、熱拡散やイオン注入等
の手法で結晶基板にドーピングすることによって、導波
路型光デバイスを製造する。
【００１４】請求項３の発明は、LiNbO3やLiTaO3等の電
気光学結晶を製造する過程でドーピングするものであ
り、溶解液から引上げ法によって製造する際に、溶解液
に前記のドーパントである燐等の５族元素あるいは塩素
を微量添加しておく。
気光学結晶を製造する過程でドーピングするものであ
り、溶解液から引上げ法によって製造する際に、溶解液
に前記のドーパントである燐等の５族元素あるいは塩素
を微量添加しておく。
【００１５】
【作用】請求項１のように、LiNbO3やLiTaO3等の結晶基
板１に、燐等の５族元素あるいは塩素がドーピングされ
ていることによって、結晶基板１の表面あるいは内部に
おける可動イオンが捕捉されかつ拘束されるため、可動
イオンが不動化される。
板１に、燐等の５族元素あるいは塩素がドーピングされ
ていることによって、結晶基板１の表面あるいは内部に
おける可動イオンが捕捉されかつ拘束されるため、可動
イオンが不動化される。
【００１６】すなわち、Ｐ、Cl等のドーパントは、固体
内のＩ族イオンを捕獲／拘束する作用があるため、可動
イオンとして基板結晶内あるいは表面に存在するLi+ ，
Na+ ,K+ 等のイオンを不動化することができる。その結
果、光デバイス内部のDC電界が安定化し、長期間DC電圧
成分が印加されている状態においても、DCドリフトが発
生しにくくなる。また、LiNbO3およびLiTaO3を構成して
いるLiはイオン化しやすいため、Li+ を不動化できるこ
とは、極めて有効である。
内のＩ族イオンを捕獲／拘束する作用があるため、可動
イオンとして基板結晶内あるいは表面に存在するLi+ ，
Na+ ,K+ 等のイオンを不動化することができる。その結
果、光デバイス内部のDC電界が安定化し、長期間DC電圧
成分が印加されている状態においても、DCドリフトが発
生しにくくなる。また、LiNbO3およびLiTaO3を構成して
いるLiはイオン化しやすいため、Li+ を不動化できるこ
とは、極めて有効である。
【００１７】請求項２のように、ドーパントである燐等
の５族元素あるいは塩素を、LiNbO3やLiTaO3等を用いた
導波路型光デバイスの製造工程中において、熱拡散やイ
オン注入等の手法で結晶基板にドーピングすることによ
り、可動イオンを容易に不動化できる。ドーピングは、
少なくとも導波路が形成される結晶基板表面に行われれ
ば足りるので、比較的短時間にドーピングできる。
の５族元素あるいは塩素を、LiNbO3やLiTaO3等を用いた
導波路型光デバイスの製造工程中において、熱拡散やイ
オン注入等の手法で結晶基板にドーピングすることによ
り、可動イオンを容易に不動化できる。ドーピングは、
少なくとも導波路が形成される結晶基板表面に行われれ
ば足りるので、比較的短時間にドーピングできる。
【００１８】請求項３のように、LiNbO3やLiTaO3等の電
気光学結晶を、溶解液から引上げ法によって製造する際
に、溶解液に前記のドーパントである燐や塩素を添加し
ておくと、請求項２のように特別のドーピング工程を設
ける必要がなく、容易に可動イオンを不動化可能な電気
光学結晶が得られる。この場合は、電気光学結晶の全体
にドーピングが行われることになる。
気光学結晶を、溶解液から引上げ法によって製造する際
に、溶解液に前記のドーパントである燐や塩素を添加し
ておくと、請求項２のように特別のドーピング工程を設
ける必要がなく、容易に可動イオンを不動化可能な電気
光学結晶が得られる。この場合は、電気光学結晶の全体
にドーピングが行われることになる。
【００１９】
【実施例】次に本発明による導波路型光デバイスおよび
その製造方法が実際上どのように具体化されるかを実施
例で説明する。図２は請求項１の発明の実施例を示す断
面図である。ここに示した例では、結晶基板としてＺカ
ットLiNbO31zを用い、その上にTiを９00Å蒸着した後、
フォトリソグラフィ技術を用いて７μｍ幅でパターニン
グし、1050℃で10時間の熱拡散を行なって、マッハツェ
ンダ型のTi拡散導波路2a、2bを形成した。
その製造方法が実際上どのように具体化されるかを実施
例で説明する。図２は請求項１の発明の実施例を示す断
面図である。ここに示した例では、結晶基板としてＺカ
ットLiNbO31zを用い、その上にTiを９00Å蒸着した後、
フォトリソグラフィ技術を用いて７μｍ幅でパターニン
グし、1050℃で10時間の熱拡散を行なって、マッハツェ
ンダ型のTi拡散導波路2a、2bを形成した。
【００２０】このように導波路を形成した後に、基板1z
の導波路側の全表面にＰをイオン注入して、Ｐドープ層
1dを形成した。ドーピング量は、基板表面の導波路形成
領域において、0.1mol％であった。
の導波路側の全表面にＰをイオン注入して、Ｐドープ層
1dを形成した。ドーピング量は、基板表面の導波路形成
領域において、0.1mol％であった。
【００２１】次に、SiO2、 Al2O3等の透過率と電気的絶
縁性の高い材料で、バッファ層４を5000Åの厚さに形成
した。その後、温度特性向上のためSiを1000Å程度コー
ティングしてSiコート層５とした。最後に、分岐導波路
2a、2bの上方に、金電極3a、3bをメッキで形成した。
縁性の高い材料で、バッファ層４を5000Åの厚さに形成
した。その後、温度特性向上のためSiを1000Å程度コー
ティングしてSiコート層５とした。最後に、分岐導波路
2a、2bの上方に、金電極3a、3bをメッキで形成した。
【００２２】この導波路型光デバイスにおいて、DCドリ
フトの経時変化特性を測定した結果、従来に比較して動
作点変動が少なくなり、長期的にDC電圧成分が印加され
ても、DCドリフトが発生しにくいことが確認された。な
お、この実施例は、Ｐをドープした例であるが、Clをド
ープした場合も同様な効果が得られるものと考えられ
る。また、LiTaO3基板にＰ等の５族元素やClをドーピン
グした場合も、同様な効果が得られる。
フトの経時変化特性を測定した結果、従来に比較して動
作点変動が少なくなり、長期的にDC電圧成分が印加され
ても、DCドリフトが発生しにくいことが確認された。な
お、この実施例は、Ｐをドープした例であるが、Clをド
ープした場合も同様な効果が得られるものと考えられ
る。また、LiTaO3基板にＰ等の５族元素やClをドーピン
グした場合も、同様な効果が得られる。
【００２３】請求項２のように、導波路型光デバイスの
製造工程中でドーピングを行なうには、SiO2にＰ等の５
族元素やClなどのドーパントを混合した状態で、導波路
を形成する基板に塗布し、アニールを行なうと、ＰやCl
が基板中に熱拡散される。通常、ドーピングが導波路形
成温度より低温で行われる場合は、前記のように先に導
波路を形成してからドーピングを行ない、ドーピング温
度が導波路形成温度よりも高い場合は、ドーピングを行
なってから導波路を形成する。
製造工程中でドーピングを行なうには、SiO2にＰ等の５
族元素やClなどのドーパントを混合した状態で、導波路
を形成する基板に塗布し、アニールを行なうと、ＰやCl
が基板中に熱拡散される。通常、ドーピングが導波路形
成温度より低温で行われる場合は、前記のように先に導
波路を形成してからドーピングを行ない、ドーピング温
度が導波路形成温度よりも高い場合は、ドーピングを行
なってから導波路を形成する。
【００２４】また、導波路を形成する前あるいは後に、
イオン注入の手法で、ＰやClを基板にドーピングするこ
ともできる。この場合、イオン注入の後に、アニールし
て結晶を安定化させる。
イオン注入の手法で、ＰやClを基板にドーピングするこ
ともできる。この場合、イオン注入の後に、アニールし
て結晶を安定化させる。
【００２５】請求項３のように、電気光学結晶を引上げ
法で製造する際に、ドーピングを行なうには、例えばLi
NbO3結晶を製造する場合であれば、LiとNbとO2の溶融液
中にＰやClなどのドーパントを微量混入しておく。LiTa
O3結晶を製造する場合であれば、LiとTaとO2の溶融液中
にＰやClなどのドーパントを微量混入しておく。このよ
うに、溶融液に微量のドーパントを混入しておくだけで
足りるので、極めて容易にドーピングできる。
法で製造する際に、ドーピングを行なうには、例えばLi
NbO3結晶を製造する場合であれば、LiとNbとO2の溶融液
中にＰやClなどのドーパントを微量混入しておく。LiTa
O3結晶を製造する場合であれば、LiとTaとO2の溶融液中
にＰやClなどのドーパントを微量混入しておく。このよ
うに、溶融液に微量のドーパントを混入しておくだけで
足りるので、極めて容易にドーピングできる。
【００２６】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、基板結晶
内あるいは表面に存在するLi+ ，Na+ ,K+ 等の可動イオ
ンが、ＰやClなどのドーパントによって不動化されるた
め、導波路型光デバイスのDCドリフト要因の一つである
結晶内の可動イオンの動きが抑制され、長期間DC電圧成
分が印加されても、DCドリフトを低減することが可能と
なり、信頼性の高い導波路型光デバイスが得られる。
内あるいは表面に存在するLi+ ，Na+ ,K+ 等の可動イオ
ンが、ＰやClなどのドーパントによって不動化されるた
め、導波路型光デバイスのDCドリフト要因の一つである
結晶内の可動イオンの動きが抑制され、長期間DC電圧成
分が印加されても、DCドリフトを低減することが可能と
なり、信頼性の高い導波路型光デバイスが得られる。
【００２７】また、請求項２のように導波路型光デバイ
スの製造工程中において、あるいは請求項３のように電
気光学結晶を引上げ法で製造する際に、容易にドーピン
グでき、DCドリフトを低減可能な結晶基板を容易に得る
ことができる。
スの製造工程中において、あるいは請求項３のように電
気光学結晶を引上げ法で製造する際に、容易にドーピン
グでき、DCドリフトを低減可能な結晶基板を容易に得る
ことができる。
【図１】本発明による導波路型光デバイスとその製造方
法の基本原理を説明する断面図である。
法の基本原理を説明する断面図である。
【図２】請求項１の発明の実施例を示す断面図である。
【図３】ＺカットのLiNbO3基板を用いて光変調器を構成
した従来例であり (a)は平面図、 (b)は (a)図における
ｂ−ｂ断面図である。
した従来例であり (a)は平面図、 (b)は (a)図における
ｂ−ｂ断面図である。
【図４】ＸカットのLiNbO3基板を用いた光変調器の断面
図である。
図である。
１ LiNbO3あるいはLiTaO3製の結晶基板（電気光学結
晶） 1z LiNbO3のＺカット基板 1x LiNbO3のＸカット基板 2,2a,2b 導波路 λ 入力光 3a,3b 電極 Ｖ 変調信号 ４ バッファ層 ５ Siコート層
晶） 1z LiNbO3のＺカット基板 1x LiNbO3のＸカット基板 2,2a,2b 導波路 λ 入力光 3a,3b 電極 Ｖ 変調信号 ４ バッファ層 ５ Siコート層
Claims (3)
- 【請求項１】 少なくともLiNbO3やLiTaO3等の結晶基板
を用いた導波路型光デバイスにおいて、 結晶基板(1) に、燐(P) 等の５族元素あるいは塩素(Cl)
がドーピングされていることを特徴とする導波路型光デ
バイス。 - 【請求項２】 少なくともLiNbO3やLiTaO3等の結晶基板
を用いた導波路型光デバイスの製造工程中において、 前記のドーパントである燐(P) 等の５族元素あるいは塩
素(Cl)を、熱拡散やイオン注入等の手法により結晶基板
にドーピングすることを特徴とする導波路型光デバイス
の製造方法。 - 【請求項３】 LiNbO3やLiTaO3等の電気光学結晶を、溶
解液から引上げ法によって製造する際に、 溶解液に前記のドーパントである燐(P) 等の５族元素あ
るいは塩素(Cl)を添加しておくことを特徴とする電気光
学結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3275491A JPH05113513A (ja) | 1991-10-23 | 1991-10-23 | 導波路型光デバイスおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3275491A JPH05113513A (ja) | 1991-10-23 | 1991-10-23 | 導波路型光デバイスおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05113513A true JPH05113513A (ja) | 1993-05-07 |
Family
ID=17556253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3275491A Pending JPH05113513A (ja) | 1991-10-23 | 1991-10-23 | 導波路型光デバイスおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05113513A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5687265A (en) * | 1994-09-27 | 1997-11-11 | Nec Corporation | Optical control device and method for making the same |
| JP2007148404A (ja) * | 2005-11-23 | 2007-06-14 | Honeywell Internatl Inc | 環境的に安定な電気光学デバイス及びその製造方法 |
| US11366344B2 (en) | 2017-10-02 | 2022-06-21 | Tdk Corporation | Optical modulator |
-
1991
- 1991-10-23 JP JP3275491A patent/JPH05113513A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5687265A (en) * | 1994-09-27 | 1997-11-11 | Nec Corporation | Optical control device and method for making the same |
| JP2007148404A (ja) * | 2005-11-23 | 2007-06-14 | Honeywell Internatl Inc | 環境的に安定な電気光学デバイス及びその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000815 |