JPH0526166B2 - - Google Patents

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JPH0526166B2
JPH0526166B2 JP57155428A JP15542882A JPH0526166B2 JP H0526166 B2 JPH0526166 B2 JP H0526166B2 JP 57155428 A JP57155428 A JP 57155428A JP 15542882 A JP15542882 A JP 15542882A JP H0526166 B2 JPH0526166 B2 JP H0526166B2
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JP
Japan
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thin film
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medium layer
substrate
single crystal
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JP57155428A
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JPS5944004A (ja
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Kentaro Setsune
Kyotaka Wasa
Kenzo Ochi
Takao Kawaguchi
Hideaki Adachi
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G02B6/131Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by using epitaxial growth

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、薄膜構造の光導波路を形成するため
の薄膜光回路用基板を提供するものである。
従来例の構成とその問題点 電子回路で電気を導くのに導線を使用するよう
に、またマイクロ波回路では導波管を使用するよ
うに、光信号処理システムあるいは光ICでは、
光導波路が必要になる。
小形化光デバイスあるいは光ICに用いる光導
波路として、従来第1図に示すような、拡散型の
導波路が用いられていた。この場合、例えば、バ
ルクのLiNbO3単結晶基板11の表面に、Tiの拡
散層からなる導波路12を設ける。この種の光導
波路は光の伝達のみならず、各種光回路、例えば
光デバイスを小型化、あるいは集積化し、例えば
光機能デバイスの形成あるいは光ICの形成に用
いる。このため、光回路用基板としては、電気光
学効果が大きい材料を用いていた。
しかしながら、バルク単結晶基板を用いた前記
拡散型光導波路では基板の材料が限定されるた
め、各種デバイスとモノリシツク化できず、さら
に設計の自由度が小さい。
このようなバルク基板による光回路用基板の欠
点を除去するために、従来第2図に示すような薄
膜型光導波路形成用の薄膜光回路用基板が提案さ
れている。すなわち、同薄膜光回路用基板は、表
面を光伝搬媒体層21で被覆された基板22から
なる多層構造を有し、通常、光伝搬媒体層21に
光が通過すべく、基板22の光の屈折率を光伝搬
媒体層21より小さくしている。基板22には例
えばサフアイヤを用い、各種半導体素子を形成し
て光導波路とモノリシツク化を可能とする。又光
伝搬媒体21を単結晶基板22状に単結晶成長さ
せてこの単結晶薄膜の電気化学効果あるいは音響
光学効果等の諸特性を利用して光を制御する薄膜
光回路用基板も各種提案されており、この構造の
基板は広い応用が可能である。
ところで、このような薄膜光回路基板において
導波路、反射器、グレーテイング等の光素子を形
成する場合には、例えば第3図のような単結晶薄
膜31上に誘電体又は金属等で形成した負荷薄膜
32を、ドライエツチングやフオトリソグラフイ
技術を用いて所望の形状に加工している。又第4
図に示したようにグレーテイング40を基板11
の表面に形成して反射器等を形成するが、これは
基板のエツチングが必要となる。
このようにこれら工程は単結晶薄膜の表面の歪
み、表面あらさも手つだつて各条件のきびしい管
理を必要とし、困難なもので、歩留りも悪い。
発明の目的 本発明の目的は、前記従来の薄膜光回路用基板
の欠点を除去し、薄膜光回路用基板上の光制御素
子の形成を容易にするものである。すなわち本発
明は小型光デバイスあるいは光ICに適した薄膜
光回路用基板の構造を与えることを目的とする。
発明の構成 すなわち、本発明の薄膜光回路用基板は、単結
晶基板、この単結晶基板表面に選択的に形成した
アモルフアス薄膜と、光伝搬媒体層とを有し、光
伝搬媒体層をアモルフアス薄膜を介して単結晶基
板上に形成した部分の光伝搬媒体層の結晶構造
と、光伝搬媒体層を単結晶基板上に直接形成した
部分の光伝搬媒体層の結晶構造とが異なることに
より、アモルフアス薄膜を介して単結晶基板上に
形成した光伝搬媒体層の屈折率が、単結晶基板に
直接形成した光伝搬媒体層の屈折率と異なること
を特徴とするものである。
実施例の説明 以下、本発明の実施例における薄膜光回路用基
板を説明する。
第5図は本発明の一実施例にかかる薄膜光回路
用基板の要部構造を示す、すなわち単結晶基板2
2の表面の一部にアモルフアス薄膜51を所望の
形状に形成し、その後これらの表面上に光伝搬媒
体層50を形成する。この場合光は伝搬媒体層5
0中を伝搬するように少なくとも単結晶基板22
の表面上に形成される光伝搬媒体層部分50a,
50bの屈折率は単結晶基板22の屈折率より大
きくなければならない。このように、単結晶基板
22の表面に選択的にアモルフアス薄膜51を形
成し、その後これらの表面上に光伝搬媒体層50
を形成すると、光伝搬媒体層50は下地部分、す
なわち単結晶基板22の表面上に直接形成した光
伝搬媒体層部分(以下単結晶部分という)50
a,50b上と、アモルフアス薄膜51上に形成
した光伝搬層部分(以下アモルフアス部分とい
う)50c上とで結晶成長の状態が異なつて光伝
搬媒体層50の屈折率に差異が生じる。すなわ
ち、光伝搬媒体層50は、単結晶部分50a,5
0b上の領域がアモルフアス部分50c上の領域
より、屈折率が高くなり、単結晶部分50a,5
0b上の領域が光導波路となる。
本発明者らはこの種の薄膜光回路用基板の各構
成要素の材料として最適の構成材料があることを
見い出し、それに基づき、高性能な光回路用基板
を実現することができた。すなわち光制御用の前
記薄膜光回路用基板において、上述した基板22
と光伝搬媒体層50との結晶整合の問題、および
屈折率の関係が同時に満足されるような最適の構
成材料が、単結晶基板と光伝搬媒体層およびアモ
ルフアス薄膜51にあることを見い出し、これに
より特性の優れた薄膜光回路用基板が実現される
ことを確認した。
第5図に示す本発明の実施例における薄膜光回
路用基板の構成とその実現の可能性について、構
成材料を変えて探索した結果、例えば光伝搬媒体
層50として屈折率の大きいZnO、PLST、
PbTiO3、LiNbO3、LiTaO3、さらにはPLT、
PZT、ZnSe、ZnTe、CdS、CdO、CdTeなどの
−化合物やGaP、InP、GaAlAs、GaAs等の
−族半導体などが適しており、基板22には
サフアイヤ、スピネル、MgO、α−アルミナ、
SrTiO3、GaAs、Si、Ge等の単結晶板が適して
おり、アモルフアス薄膜51としては石英ガラ
ス、ソーダガラス、硼珪酸ガラス、シリカガラス
等が適していることを確認した。これら構成材料
を用いた薄膜光回路用基板は光ICなど、集積化
光回路の実現に有効である。
以下さらに具体的に、本発明の一実施例にかか
る薄膜光回路用基板の形成手順と構成材料要素を
説明する。まず、例えばサフアイヤの単結晶板を
基板にし、この上に、例えば石英ガラスのアモル
フアス薄膜を厚さ0.2μm程度形成する。この際第
5図のアモルフアス薄膜51のように平行した、
幅員5μmで間隔5μm程度の帯状に形成する。こ
れは、通常のフオトリソグラフイ技術により実現
できる。アモルフアス薄膜は例えば高周波スパツ
タ蒸着により形成できる。
次にこの石英ガラスにより形成されたアモルフ
アス薄膜帯を含めたサフアイヤ基板上にPLZT単
結晶薄膜を形成する。これは例えば基板温度を
500〜800℃程度に上げて高周波スパツタリング蒸
着法によりPLZTをエピタキシヤル成長させるこ
とにより実現される。この時、サフアイヤ基板の
表面上にはPLZTの単結晶薄膜がエピタキシヤル
成長するが、アモルフアス薄膜帯によりサフアイ
ヤ基板表面が被われている部分にはPLZTは単結
晶として成長せず、多結晶、あるいはアモルフア
ス状となつている。ここでPLZTは光伝搬媒体で
あり、光を導波させることができる。すなわち
PLZT薄膜の単結晶部分50a,50bと他の部
分50cとでは、結晶構造の違いにより屈折率が
異なる。通常は単結晶部分が屈折率が高くなる。
それ故に光をPLZT単結晶部分50bに導くなら
ば、この部分が光導波路となる。PLZT単結晶薄
膜は電気光学効果の大きな材料であり、又音響光
学効果をも有し、さらに圧電性をも備えるので、
この表面に各種電極を設けることにより多様な素
子が実現できる。
第6図は本発明の他の実施例の薄膜光回路用基
板を示しており、第5図に示した基板と同様の構
成により、光伝搬媒体50中にアモルフアス膜6
1を利用して周期的な屈折率変化部分を形成し、
光に対するグレーテイングとなしたものでありこ
の構造により導波光の反射、回折等の作用をさせ
ることが出来る。
第7図は本発明のさらに他の実施例における薄
膜回路用基板を示しており、アモルフアス薄膜7
0を同図のような曲線部をもつ形状に作成し、光
伝搬媒体50中を伝搬してアモルフアス薄膜部分
に入射する入射光71に対してレンズとして作用
するようにしたものである。
第7図ではアモルフアス薄膜70の表面上の光
伝搬媒体の屈折率が、他の部分より大きい場合を
示しており、この時は同図に示すように入射光は
収束されて凸レンズとし動作する場合を示した。
なお、上述の実施例の説明では光伝搬媒体の単
結晶基板の表面部分の屈折率がアモルフアス薄膜
の表面部分の屈折率よりも大きい場合を示した
が、アモルフアス薄膜を金属で形成し、光伝搬媒
体を高温中で形成する時に同時に金属を光伝搬媒
体中に熱拡散すれば、通常その部分が、金属の拡
散していない部分よりも屈折率が大きくなる。こ
れにより上述の場合と同様の動作をする光制御素
子が実現できる。
さらに以上の実施例では単結晶基板は単体で構
成される場合について説明したが、基板としては
単結晶薄膜がその上に形成できるものであればよ
く、単結晶単体基板の表面に単結晶薄膜を形成し
たものを基板としてもよい。さらに上述の説明
は、アモルフアス薄膜が一層で形成される場合に
ついて行なつたが、もちろん二層あるいは多層で
構成されてもよい。
発明の効果 以上のような本発明の薄膜光回路用基板は、光
を伝搬させる媒体の一部を実効的に屈折率を変化
させることにより伝搬する光を制御するものであ
り、薄膜方向に形状の変化がなく、また薄膜方向
に屈折率変化が連続的であり、それ故、形状変化
部分での光の反射や吸収による悪影響がなくな
り、さらに、アモルフアス薄膜の形状を工夫して
作成することにより簡単な工程で各種光素子を実
現でき、光デバイスの小型化、集積化、光ICの
集積化に有用な薄膜光回路用基板を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の光回路基板を示す図、第2図、
第3図は従来の薄膜光回路基板を示す図、第4図
は従来の光素子を示す図、第5図、第6図、第7
図はそれぞれ本発明の実施例における薄膜光回路
用基板の構成を示す図である。 22……単結晶基板、21,31,50……光
伝搬媒体層、51,61,70……アモルフアス
薄膜。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 単結晶基板、前記単結晶基板表面に選択的に
    形成したアモルフアス薄膜と、光伝搬媒体層とを
    有し、前記光伝搬媒体層を前記アモルフアス薄膜
    を介して前記単結晶基板上に形成した部分の前記
    光伝搬媒体層の結晶構造と、前記光伝搬媒体層を
    前記単結晶基板上に直接形成した部分の前記光伝
    販媒体層の結晶構造とが異なることにより、前記
    アモスフアス薄膜を介して前記単結晶基板上に形
    成した前記光伝搬媒体層の屈折率が、前記単結晶
    基板に直接形成した前記光伝搬媒体層の屈折率と
    異なることを特徴とする薄膜光回路用基板。 2 単結晶基板が、サフアイヤ、スピネル、
    MgO、α−アルミナ、SrTiO3、CaAs、Ge、Si
    のいずれかにより構成されていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の薄膜光回路用基
    板。 3 アモルフアス薄膜が、石英ガラス、シリカガ
    ラス、硼珪酸ガラス、ソーダガラスのうちの少な
    くとも一種で構成されていることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項または第2項記載の薄膜光回
    路用基板。 4 光伝搬媒体層が、PLZT、PZT、PLT、
    LiNbO3、LiTaO3、PbTiO3、BaTiO3、ZnO、
    ZnSe、CdSのうちの少なくとも一種の誘電体薄
    膜で構成されていることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項、第2項または第3項記載の薄膜光回
    路用基板。 5 アモルフアス薄膜が、Ti、Al、Auのうちの
    いずれかの金属により構成され、光伝搬媒体層中
    に前記金属が拡散されていることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の薄膜光回路用基板。 6 光伝搬媒体層が、GaP、GaInP、GaAs、
    GaAlAsの−族化合物のうちの少なくとも一
    種の半導体薄膜で構成されていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の薄膜光回路用基
    板。 7 アモスフアス薄膜が、帯状に周期的に配置さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の薄膜光回路用基板。 8 アモルフアス薄膜が、曲線部を含んだ形状に
    形成されていることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の薄膜光回路用基板。
JP15542882A 1982-09-06 1982-09-06 薄膜光回路用基板 Granted JPS5944004A (ja)

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