JPH0580281A - 光制御素子の製造方法 - Google Patents

光制御素子の製造方法

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JPH0580281A
JPH0580281A JP3241589A JP24158991A JPH0580281A JP H0580281 A JPH0580281 A JP H0580281A JP 3241589 A JP3241589 A JP 3241589A JP 24158991 A JP24158991 A JP 24158991A JP H0580281 A JPH0580281 A JP H0580281A
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JP
Japan
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substrate
control element
etching
optical waveguide
film
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JP3241589A
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English (en)
Inventor
Kazuto Noguchi
一人 野口
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板のエッチング速度を増加させ、かつ、マ
スク材料とのエッチング速度差を大きくした製造方法に
より、特性のよい光制御素子を効率的に提供することに
ある。 【構成】 LiNbO3 基板301上に光導波路302
が形成されたものの上に、Ti膜303を全面に形成
し、フォトプロセスにより掘り込み部分が溝になったレ
ジストパターン304をTi膜上に形成する。レジスト
パターンをマスクとしてこのTi膜をエッチングし、フ
ォトレジストを溶解することによってレジストパターン
と同形のTiパターン305を得る。これを安息香酸3
06の中に浸し、加熱してから放置することにより、露
出された部分をプロトン交換する。これをエッチング
し、Ti膜を溶解することにより突起部分309を有す
る光制御素子を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光波の変調、光路切り替
え等を行う光制御素子の製造方法に関し、特に動作速度
がきわめて速い変調素子の製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来の光変調素子と比較して光変調帯域
を大幅に広帯域化したマッハツェンダ形のTi熱拡散L
iNbO3 (リチウムナイオベート)光変調器として、
図1および図2に示すリブ構造を有する速度整合形の光
変調器が本出願により提案されている(河野,野口:特
願平3−52851号)。図1は平面図、図2はそのA
A′線に沿う断面図である。この例では、電気光学効果
を有するzカットLiNbO3 基板101にTi熱拡散
によりマッハツェンダ形光導波路102が形成されてい
る。その基板101の上にはSiO2 バッファ層103
が形成され、さらにそのバッファ層103の上に中心導
体(中心電極)104およびアース導体(アース電極)
105から構成されたコプレーナウェーブガイド(CP
W)形の進行波電極が形成されている。106はCPW
電極104と105との間に接続された終端抵抗、10
7は電極104と105とに接続され、変調用マイクロ
波信号をこれら電極104および105に供給する変調
用マイクロ波信号給電線(給電用同軸線)である。さら
にCPW電極を構成する中心導体104およびアース導
体105の近傍のマイクロ波電界強度の強い領域の基板
部分を、図2に示すように、エッチングなどで掘り込ん
でリブ構造に形成している。すなわち、エッチングなど
で掘り込むことによりマイクロ波電界強度の強い領域の
基板部分を突起状になし、このようにして突起部分10
8の形成された基板101の表面上に、表面が平坦にな
るようにバッファ層103を配置する。その際、この突
起状部分108上に、2つの光導波路102のうちの一
方をバッファ層103を介して中心導体104の真下に
配置し、他方の光導波路102をアース導体105の真
下に配置する。従って、バッファ層103の厚さは、ア
ース導体105の真下およびギャップ109と110の
真下において厚く、アース導体105のうち光導波路1
02に対応する部分の真下および中心導体104の真下
において薄い。
【0003】図1,図2に示した光変調器では、進行波
電極104および105の厚みをある程度厚くして、マ
イクロ波実行屈折率nm の値を下げる一方、その時に付
随して低下する特性インピーダンスZをリブ構造の掘り
込み深さを2μm〜3μmと深くすることにより上昇さ
せ、これにより外部回路とのインピーダンスの整合を図
っている。特に、リブ構造を採用しているので、マイク
ロ波実行屈折率nm も低下しており、従ってマイクロ波
と光との完全な速度整合を実現するのに必要な進行波電
極104および105の厚みは比較的薄くてよい。従っ
て、進行波電極104および105の厚みを厚くするこ
とによって生じる特性インピーダンスZの低下も小さく
抑えることができて、進行波電極104および105の
製作も容易となり、さらにはマイクロ波伝搬損失の増大
を抑えることができるなどの利点が得られる。
【0004】図1,図2に示した光制御素子は一例とし
て次のような方法で作成される。図3は光制御素子の形
成方法の従来例の工程の例を示したものである。図3の
(a)に示すものは、LiNbO3 基板201上に光導
波路202が形成されたものである。これに、図3の
(b)に示すように、厚さ500nm程度のTi膜20
3を全面に形成し、次に図3の(c)に示すように、通
常のフォトプロセスにより掘り込み部分が溝になったレ
ジストパターン204をTi膜203上に形成する。そ
の後、図3の(d)に示すように、レジストパターン2
04をマスクとしてLiNbO3 基板201上のTi膜
203をCF4 等を用いたプラズマエッチング法でエッ
チングし、フォトレジスト溶解することによって、レジ
ストパターンと同形のTiパターン205を得る。この
Tiパターンをマスクとして、フッ素系イオン206を
用いたエレクトロンサイクトロンレゾナンスーリアクテ
ィブイオン(ECR−RIE)法等でLiNbO3 基板
をエッチングする。続いて、Ti膜をフッ酸で溶解する
ことにより、図3の(e)に示したような突起部分20
7を有する光制御素子を形成していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の製造方法においては、LiNbO3 基板
が非常にエッチングされにくいので、エッチングに時間
がかかり、かつ、マスク材料とのエッチング速度差がと
れないという欠点があった。上述の例では、スパッタ率
の小さいTiが用いられているが、LiNbO3 のエッ
チング速度とTiのエッチング速度との比は3〜4程度
であった。そのため、掘り込みの深さを数μm程度まで
深くするためには、Tiの膜厚を1μm以上に厚くしな
ければならないが、高融点金属であるTiを均一に厚く
形成することは技術的に困難になる。また、マスクと基
板のエッチング速度差が小さいため、エッチング中にお
けるマスクの目減りが大きく、エッチング断面形状が7
0°程度の斜めになって特性が劣化すると共に、幅1〜
2μm程度の微細加工ができないという問題があった。
【0006】本発明は、上述した従来の問題点を解消す
るもので、その目的は基板のエッチング速度を増加さ
せ、かつ、マスク材料とのエッチング速度差を大きくし
た製造方法により、特性のよい光制御素子を効率的に提
供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、電気光学効果を有する基板上に少なくと
も一本の光導波路を形成する第1の工程,前記基板の前
記少なくとも一本の光導波路の周辺部分を掘り下げて前
記少なくとも一本の光導波路を前記基板表面より突出さ
せる第2の工程,前記少なくとも一本の光導波路および
前記基板の全面にバッファ層を形成する第3の工程およ
び前記バッファ層上に進行波電極を形成する第4の工程
を有する光制御素子の製造方法において、前記第2の工
程中に、前記少なくとも一本の光導波路の周辺部分を掘
り下げるに先立って、掘り下げられるべき基板部分をエ
ッチング速度を増加するように化学的に変質させる工程
を有し、しかる後にエッチングによって前記掘り下げを
行うことを特徴とする。
【0008】また、本発明はその一形態として、前記基
板がニオブ酸リチウム(LiNbO3 )であり、前記化
学的に変質させる工程の方法がプロトン交換法であるこ
とを特徴とすることができる。
【0009】
【作用】本発明は、少なくとも一本の光導波路を備えた
電気工学効果を有する基板の一部分の厚さを掘り下げに
より少なくして基板に少なくとも1つの光導波路を配置
した突起部分を製作するに際して、その掘り下げ前に基
板の一部を化学的に変質させる工程を設け、その後エッ
チングすることにより上記突起部分を製作するようにし
たので、基板のエッチング速度を増加させ、かつ、マス
ク材料とのエッチング速度差を大きくすることができ、
特性向上を図ることだけでなく、量産性の向上を図るこ
とが可能となる。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して本発明実施例による光
制御素子の製造方法を詳細に説明する。
【0011】図4は、本発明の一実施例による光制御素
子の製造方法を説明する工程図である。図4の(a)の
ものは、zカットLiNbO3 基板301上に光導波路
302が形成されたものである。これに、図4の(b)
に示すように、厚さ500nm程度のTi膜303を全
面に形成し、続いて図4の(c)に示すように通常のフ
ォトプロセスにより掘り込み部分が溝になったレジスト
パターン304をTi膜上に形成する。ここまでは従来
例の方法と同じである。
【0012】その後、図4の(d)に示すように、レジ
ストパターン304をマスクとして基板301上のTi
膜303をCF4 等を用いたプラズマエッチング法でエ
ッチングし、フォトレジストを溶解することによって、
レジストパターンと同形のTiパターン305を得る。
これを、安息香酸306の酸の中に浸し、200℃程度
に加熱して数分から数十分放置することにより、基板中
深さ数μmにわたって露出された部分をプロトン交換す
る。
【0013】これを、図4の(e)に示すように、前述
したフッ素系イオン307を用いたECR−RIE法等
でエッチングし、Ti膜をフッ酸で溶解することによ
り、図4の(f)に示したような突起部分309を有す
る光制御素子を形成する。
【0014】図5は、ECR−RIE法における、プロ
トン交換LiNbO3 基板、LiNbO3 基板およびT
iについてのエッチング速度の加速電圧依存性を示す特
性図である。プロトン交換LiNbO3 基板は、通常の
LiNbO3 基板に比べて3倍ほどエッチング速度が大
きいことがわかる。従って、図4の(e)工程におい
て、プロトン交換された領域308は交換されていない
領域に比べて3倍ほど速くエッチングされるので、従来
例に比べてエッチング時間を1/3以下にすることがで
きる。また、マスクであるTi305に対するエッチン
グ選択性が向上するので、マスクの目減りによる影響が
少なくなり、垂直に近い断面形状が得られ、性能向上に
つながると同時に、1〜2μm程度の微細加工が可能に
なる。しかも、プロトン交換領域308は図4の
(d),(f)に示すように、矩形に近い形状になるた
め、きれいな断面が得やすい。
【0015】以上の実施例では、zカットLiNbO3
基板を用いたが、xカットのLiNbO3 基板を用いて
もよいし、電気光学効果を有するその他の基板を用いて
もよい。また、基板を化学的に変質させるために、安息
香酸を用いたが、その他の酸、例えばピロリン酸等を用
いてもよい。エッチングマスクとしては、Tiの他にT
a等の金属膜やフォトレジスト膜を用いてもよい。エッ
チング方法としては、ECR−RIE法の他に、イオン
ミリング法を用いてもよい。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板の一部を化学的に変質させてからエッチングするの
で、基板のエッチング速度を増加させ、かつ、マスク材
料とのエッチング速度差を大きくすることができ、特性
向上を図ることだけでなく、量産性の向上を図ることが
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】リブ構造を有する光制御素子の一例を示す平面
図である。
【図2】図1のAA′線に沿う光制御素子の断面構造を
示す断面図である。
【図3】従来の光制御素子の製造方法の工程図であっ
て、(a)〜(e)はそれぞれ工程順に示すものであ
る。
【図4】本発明の光制御素子の製造方法の一実施例の工
程図であって、(a)〜(f)はそれぞれ工程順に示す
ものである。
【図5】ECR−RIE法における、プロトン交換Li
NbO3 基板、LiNbO3 基板、Tiのエッチング速
度の加速電圧依存性を示す特性図である。
【符号の説明】
101、201、301 LiNbO3 基板 102、202、302 光導波路 103 バッファ層 104、105 電極 106 終端抵抗 107 給電線 108、207、309 突起部分 109、110 ギャップ 203、303 Ti膜 204、304 フォトレジスト 205、305 Tiパターン 206、307 フッ素系イオンビーム 306 安息香酸 308 プロトン交換領域

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気光学効果を有する基板上に少なくと
    も一本の光導波路を形成する第1の工程,前記基板の前
    記少なくとも一本の光導波路の周辺部分を掘り下げて前
    記少なくとも一本の光導波路を前記基板表面より突出さ
    せる第2の工程,前記少なくとも一本の光導波路および
    前記基板の全面にバッファ層を形成する第3の工程およ
    び前記バッファ層上に進行波電極を形成する第4の工程
    を有する光制御素子の製造方法において、 前記第2の工程中に、前記少なくとも一本の光導波路の
    周辺部分を掘り下げるに先立って、掘り下げられるべき
    基板部分をエッチング速度を増加するように化学的に変
    質させる工程を有し、しかる後にエッチングによって前
    記掘り下げを行うことを特徴とする光制御素子の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 前記基板がニオブ酸リチウム(LiNb
    3 )であり、前記化学的に変質させる工程の方法がプ
    ロトン交換法であることを特徴とする請求項1に記載の
    光制御素子の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003012533A1 (fr) * 2001-08-01 2003-02-13 Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. Modulateur optique
JP2006195383A (ja) * 2005-01-17 2006-07-27 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光変調器およびその製造方法

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