JPH07168043A

JPH07168043A - 光制御デバイスの製造方法

Info

Publication number: JPH07168043A
Application number: JP5315175A
Authority: JP
Inventors: Masashi Fukuda; 昌史福田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-12-15
Filing date: 1993-12-15
Publication date: 1995-07-04

Abstract

(57)【要約】【目的】電極の直下のみにバッファ層を備えた光制御デ
バイスを、少ない製造工程で精度よく製造する製造方法
を提供する。【構成】光導波路２が形成された基板１上に、絶縁性材
料のバッファ層３と、導電性材料の電極膜４とを順に形
成し、電極膜４上の一部に任意の形状のレジスト膜５を
形成する。電極膜４のうち、レジスト膜５で被覆されて
いない部分を取り除き、続けて、バッファ層３のうち、
電極膜４およびレジスト膜５で被覆されていない部分を
取り除く。これにより、バッファ層３と電極膜４とが、
レジスト膜の形状に加工される。最後に、レジスト膜５
を取り除く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気信号により光の変
調、光のモ−ド変換、光路切り替え等を行う光制御デバ
イスに関するものである。特に、光導波路のエバネッセ
ント波が電極で吸収されるのを防ぐために、バッファ層
を備えた光制御デバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光制御デバイスは、図５のよう
に、誘電体結晶基板２１を用い、この基板２１に光導波
路２２と、光導波路２２に電圧を印加する電極膜２４を
備えている。そして、基板の電気光学効果、音響光学効
果を利用して光の振幅変調、位相変調、偏波面回転、光
路切り替え等を行う。誘電体基板に光導波路を形成する
方法は、金属拡散、イオン交換、イオン注入等が用いら
れている。

【０００３】また、光導波路２２を伝搬する光のエバネ
ッセント波が、電極膜２４で吸収されるのを防ぐため
に、光導波路２１と電極膜２４の間に、伝搬光を吸収し
ない波長特性でかつ絶縁性の材料で形成したバッファ層
２３を配置している。

【０００４】しかしながら、バッファ層を備えた光制御
デバイスには、一定の電圧を印加しているにもかかわら
ず出射光の強度が時間的に変化する不安定な現象が現れ
る。この現象を一般にＤＣドリフトと称している。この
ＤＣドリフトの主たる原因はバッファ層内のキャリア移
動によってリーク電流が発生し、電界が不安定になるた
めであると考えられている。

【０００５】このバッファ層に起因する電界の不安定性
現象を低減するために、従来、図５に示した構造は、バ
ッファ層２３を電極膜２４の直下のみに配置している。
この構造を用いることによりバッファ層の体積を減少さ
せることができるので、キャリア移動によるリーク電流
が低減し、ＤＣドリフトを低減することができる。

【０００６】図５の構造の光制御デバイスを製造する場
合には、図２に示すように、まず、基板２１に光導波路
２２を金属拡散などの方法で形成し、基板２１の上面全
体にバッファ層２３を形成する。バッファ層２３の上
に、レジスト膜２５を塗布より形成し、フォトマスクと
光導波路２２とをアライメントして、レジスト膜２５を
光導波路２２の形状に露光した後、現像する（図２
（ａ））。これにより、光導波路２２の形状のレジスト
膜２５がバッファ層２３の上に残る。

【０００７】次に、レジスト膜２５を用いてバッファ層
２３をエッチングして、バッファ層２３を光導波路２２
の上部にのみ残し、他の部分は取り除く（図２
（ｂ））。

【０００８】さらに、基板２１とエッチングされたバッ
ファ層２４の上に、電極膜２４と、レジスト膜２６を形
成し、フォトマスクと光導波路２２とをアライメントし
て、レジスト膜２６を光導波路２２の形状に露光した
後、現像する（図２（ｃ））。

【０００９】レジスト膜２６を用いて電極膜２４をエッ
チングして、電極膜２４を光導波路２２の形状に加工す
る（図２（ｄ））。そして、レジスト膜２６を取り除く
と、図５に示した構造の光制御デバイスが完成する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電極膜
の直下のみにバッファ層を配置するためには、電極をエ
ッチングする工程に加えて、図２（ａ）〜（ｄ）に示し
たように、レジスト膜とフォトマスクとをアライメント
して露光現像する工程と、バッファ層をエッチングする
工程とが必要になる。そのため、工程数が増加して工程
が複雑になるため、製造効率が低下するという問題があ
った。また、フォトマスクと光導波路とをアライメント
してレジスト膜を露光する工程を２回行なわなければな
らないため、アライメント誤差が増大するという問題も
生じていた。

【００１１】本発明は、電極の直下のみにバッファ層を
備えた光制御デバイスを、少ない製造工程で精度よく製
造する製造方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【問題点を解決するための手段】上記目的を達成するた
めに、本発明の光制御デバイスの製造方法では、光導波
路が形成された基板上に、絶縁性材料のバッファ層と、
導電性材料の電極膜とを順に形成する工程と、電極膜上
の一部に任意の形状のレジスト膜を形成する工程と、電
極膜のうち、レジスト膜で被覆されていない部分を取り
除く工程と、バッファ層のうち、電極膜およびレジスト
膜で被覆されていない部分を取り除く工程と、レジスト
膜を取り除く工程とを有する。

【００１３】

【作用】本発明では、光導波路が形成された基板上に、
絶縁性材料のバッファ層と、導電性材料の電極膜とを順
に形成し、さらに電極膜の上に、任意の形状のレジスト
膜を形成する。そして、このレジスト膜をエッチング時
のパターンとして、先ず電極膜をエッチングし、続け
て、レジスト膜および電極膜をエッチング時のパターン
として、バッファ層をエッチングする。従って、電極膜
とバッファ層とは、同形状にパターニングされる。その
後レジスト膜を取り除く。

【００１４】これにより、電極膜の直下のみに、バッフ
ァ層が配置される構成の光制御デバイスが製造される。
バッファ層が電極膜の直下のみに配置されているため、
バッファ層の容積を低減することができ、従って、バッ
ファ層内のキャリア数も低減され、電極膜から光導波路
に電界を印加する際のリーク電流が低減される。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例の光制御デバイスに
ついて説明する。

【００１６】本実施例の光制御デバイスは、図３に示す
ように、分岐干渉型光変調器である。まず、図３の分岐
干渉型光変調器の構成と動作について、図３、図４を用
いて説明する。

【００１７】図３、図４のように、電気光学効果を有す
るＬｉＮｂＯ₃の結晶から成る基板１には、光導波路２
が形成されている。光導波路２は、基板１の表面から幅
６μｍ、深さ２μｍの領域にＴｉを拡散して屈折率を高
めることによって形成された光導波路である。光導波路
２の入射端１１および出射端１２は、それぞれ１つであ
るが、途中の分岐部１３で２本の光導波路に分岐し、合
流部１４で再び１本の光導波路２に合流している。光導
波路２の分岐した部分には、厚さ０．５μｍ、幅６μｍ
の電極膜４がそれぞれ配置されている。また、電極膜４
の直下には、厚さ０．２μｍ、幅６μｍのバッファ層３
が設けられている。バッファ層３は、ＳｉＯ₂膜、電極
膜４は、Ａｌ膜で構成した。光導波路２を伝搬する光の
波長は、０．６３３μｍである。よって、バッファ層３
は、伝搬光のエバネッセント波に対して透明（０．６３
３μｍの光を吸収しない波長特性）で、しかも、光導波
路２よりも屈折率が小さく、光導波路２の伝搬光のエバ
ネッセント領域よりも厚く形成されている。

【００１８】光導波路２の分岐した部分には、バッファ
層３を介して、電極膜４から電界が印加される。光導波
路２を構成するＴｉを拡散されたＬｉＮｂＯ₃は、電気
光学効果を有しているので、この電界により、屈折率が
変化する。

【００１９】つぎに、本実施例の光制御デバイスの製造
方法について図１（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。

【００２０】ＬｉＮｂＯ₃基板１の光導波路２を形成す
る部分にＴｉ膜を形成して加熱し、ＴｉをＬｉＮｂＯ₃
基板中に拡散させて、光導波路２を形成した。つぎに、
スパッタ法で、基板１の全面にバッファ層３のＳｉＯ₂
膜、電極膜４のＡｌ膜を続けて成膜した。さらに、電極
膜４のＡｌ膜の上に、レジストを塗布してレジスト膜を
形成した。そして、図３の光導波路２のうち電極膜４を
配置する部分と、別途用意したフォトマスクとをアライ
メントして、レジスト膜を露光して現像し、レジスト膜
を図３の電極膜４の形状にのみ残し、残りを取り除いた
（図１（ａ））。

【００２１】次に、図１（ａ）のレジスト膜５をパター
ンとして、燐酸系エッチング液により、電極膜４のＡｌ
膜をウエットエッチングして、Ａｌ膜をレジスト膜５の
直下のみ残し残りを取り除いた。続けて、レジスト膜５
とエッチングされた電極膜４とをパターンとして、ＣＦ
₄系ガスにより、バッファ層３のＳｉＯ₂膜を光導波路２
の形状にドライエッチングした（図１（ｂ））。これに
より、バッファ層３のＳｉＯ₂膜を、電極膜４の直下に
のみ残して残りを取り除いた。最後に、レジスト膜５を
剥離して、図３の光制御デバイスを完成させた。

【００２２】本実施例の光制御デバイスの動作について
説明する。

【００２３】入射端１１から波長０．６３３μｍの光を
入射させる。バッファ層３の波長０．６３３μｍに対す
る屈折率は、１．４６、光導波路２の波長０．６３３μ
ｍに対する屈折率は、２．２であるので、光は、光導波
路２に閉じ込められ、光導波路２を伝搬する。また、バ
ッファ層３は、波長０．６３３μｍに対して透明（波長
０．６３３μｍの光を吸収しない波長特性）であり、し
かもエバネッセント領域より厚く形成されているので、
伝搬光のエバネッセント波は、バッファ層３で吸収され
で減衰することなく伝搬する。

【００２４】伝搬光は、分岐部１３で２つに分岐され、
電極膜４が設けられた部分を伝搬する。光導波路２のう
ち、電極膜４から電界を受ける部分は、電極膜４から印
加される電界の大きさに応じて、電気光学効果によって
屈折率が変化しているため、伝搬光は位相変調される。
このとき、バッファ層３は絶縁性であり、しかも、電極
膜４の直下にのみ配置されているので、バッファ層の容
積は、基板１の全面に配置されている場合よりも小さ
く、従って、バッファ層３に含まれているキャリアも少
ない。よって、電極膜４から光導波路２の方向にバッフ
ァ層３内のキャリアが移動することにより、リーク電流
が生じるのを低減することができる。したがって、電極
膜４から印加された電界は、ただちに光導波路２に印加
され、ＤＣドリフト等の不安定現象が生じることはな
い。

【００２５】分岐された導波路２で、それぞれ位相変調
された伝搬光は、合波部１４で合波される際に互いに干
渉する。したがって、電極膜７から印加する電界を制御
することにより、出射端１２から出射される光強度が変
調される。

【００２６】また、上述のように、本実施例では、露光
現像したレジスト膜５をパターンとして用いて、電極膜
４およびバッファ層３を続けてエッチングして加工して
いる。従って、レジスト膜５を露光するためのマスクと
光導波路２とのアライメントは、一度行なうだけでよ
い。よって、従来のように、レジスト膜を２度形成し、
露光を２度行なう必要がないので、製造工程が非常に簡
略化され、アライメント誤差を大幅に低減することがで
きる。これにより、電極膜とバッファ層が光導波路の上
にのみに精度よく搭載することができるので、ＤＣドリ
フトが低減され、しかも製品間の動作のバラツキが低減
された光制御デバイスを、効率よく製造することができ
る。

【００２７】次に、本発明の別の実施例の光制御デバイ
スについて説明する。

【００２８】本実施例の光制御デバイスは、図７に示す
ように、方向性結合型の光スイッチング素子である。ま
ず、図７の方向性結合型光スイッチ素子の構成と動作に
ついて、図６、図７を用いて説明する。

【００２９】図６、図７のように、電気光学効果を有す
るＬｉＮｂＯ₃の結晶から成る基板１０１には、光導波
路１０２、１２２が形成されている。光導波路１０２、
１２２は、幅６μｍ、高さ２μｍのリッジ型の導波路で
あり、リッジ形状部にＴｉを拡散して屈折率が高められ
ている。伝搬光は、この屈折率が高められたリッジ形状
部を伝搬する。光導波路１０２の一部（光導波路１０２
ａ）は、光導波路１２２の一部（光導波路１２２ａ）
と、６μｍの間隙を介して近接して平行に配置されてい
る。

【００３０】また、光導波路１０２の全面上には、順に
バッファ層１０３と、電極膜１０４とが積層されてい
る。光導波路１２２の上には、順にバッファ層１２３
と、電極膜１２４とが積層されている。バッファ層１０
３、１２３は、厚さ０．２μｍ、幅６μｍのＳｉＯ₂膜
である。電極膜１０４、１２４は、厚さ０．５μｍ、幅
６μｍのＡｌ膜である。伝搬光の波長は、０．６３３μ
ｍである。

【００３１】本実施例の光制御デバイスの動作について
説明する。

【００３２】入射端１１１から波長０．６３３μｍの光
を入射させる。バッファ層１０３の波長０．６３３μｍ
に対する屈折率は、１．４６、光導波路１０２の波長
０．６３３μｍに対する屈折率は、２．２であるので、
光は、光導波路１０２に閉じ込められ、光導波路１０２
を伝搬する。また、バッファ層１０３は、波長０．６３
３μｍに対して透明（波長０．６３３の光を吸収しない
波長特性）であり、しかもエバネッセント領域より厚く
形成されているので、伝搬光のエバネッセント波は、バ
ッファ層１０３で吸収されて減衰することなく伝搬し、
光導波路１０２ａの部分を進行する。光導波路１０２ａ
は、光導波路１２２ａと近接して平行しているので、光
導波路１０２ａを伝搬してきた光は、進行するにつれ光
導波路１２２ａに乗り移り、さらに進行するともとの導
波路１０２ａに戻ることを周期的に繰り返す。

【００３３】光導波路１０２、１２２に、バッファ層１
０３、１２３を介して、電極膜１０４、１２４から電界
を印加すると、光導波路１０２、１２２を構成するＴｉ
を拡散されたＬｉＮｂＯ₃は、電気光学効果を有してい
るので、この電界に応じて屈折率が変化する。この屈折
率の変化により、伝搬光の位相が変化し、光導波路１０
２ａ、１０２ｂ間で光が乗り移る周期も変化する。よっ
て、電極膜１０４、１２４から光導波路１０２、１２２
に印加する電界を調節することにより、入射端１１１か
ら入射した光を、出射端１１３又は出射端１１４から出
射させることができ、光スイッチの動作が実現される。

【００３４】このとき、バッファ層１０３、１２３は絶
縁性であり、しかも、電極膜１０４、１２４の直下にの
み配置されているので、バッファ層１０４、１２４の容
積は、基板１０１の全面に配置されている場合よりも小
さく、従って、バッファ層１０３、１２３に含まれてい
るキャリアも少ない。よって、電極膜１０４、１２４か
ら光導波路１０２、１２２の方向にバッファ層１０３、
１２３内のキャリアが移動することにより、リーク電流
が生じるのを低減することができる。したがって、電極
膜４から印加された電界は、ただちに光導波路２に印加
され、ＤＣドリフト等の不安定現象が生じることはな
い。

【００３５】つぎに、本実施例の光制御デバイスの製造
方法について図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を用いて説明
する。

【００３６】ＬｉＮｂＯ₃基板１０１の光導波路１０
２、１２２を形成する部分にＴｉ膜を形成して加熱し、
ＴｉをＬｉＮｂＯ₃基板中に拡散させた領域を形成し
た。つぎに、スパッタ法で、基板１０１の全面にバッフ
ァ層１０３、１２３を構成するＳｉＯ₂膜、電極膜１０
４、１２４を構成するＡｌ膜を続けて成膜した。さら
に、電極膜１０４、１２４のＡｌ膜の上に、レジストを
塗布してレジスト膜１０５を形成した。図７の光導波路
１０２、１２２を形成する部分と、別途用意したフォト
マスクとをアライメントして、レジスト膜１０５を露光
して現像し、レジスト膜１０５を光導波路１０２、１２
２の形状にのみ残し、残りを取り除いた（図８
（ａ））。

【００３７】次に、図８（ａ）のレジスト膜１０５をパ
ターンとして、Ａｒガスを用いたスパッタエッチングに
より、電極膜１０４、１２４のＡｌ膜およびバッファ層
１０３、１２３のＳｉＯ₂膜をレジスト膜１０５の直下
のみ残し、残りを取り除いた。さらに、Ａｒガスを用い
たスパッタエッチングを続けて、基板１０１をレジスト
膜１０５の直下のみ残し、残りを深さ２μｍだけエッチ
ングしてリッジ型の光導波路１０２、１２２を形成した
（図８（ｂ））。最後に、レジスト膜１０５を剥離し
て、図８の光制御デバイスを完成させた（図８
（ｃ））。

【００３８】このように、本実施例の光制御デバイスで
は、露光現像したレジスト膜１０５をパターンとして用
いて、電極膜１０４、１２４、バッファ層１０３、１２
３および光導波路１０２、１２２を続けてエッチングし
て加工している。従来、図６のようにリッジ型光導波路
の直上部のみにバッファ層および電極膜を配置した光デ
バイスを製造しようとした場合、バッファ層、電極膜、
基板のエッチングの度にレジスト膜を形成しアライメン
トして露光する必要があった。しかしながら本実施例の
製造方法を用いれば、レジスト膜１０５を露光するため
のアライメントは、一度行なうだけでよい。よって、製
造工程が非常に簡略化され、アライメント誤差を大幅に
低減することができる。また、アライメント誤差が低減
されるので、電極膜とバッファ層とをリッジ型光導波路
の上にのみに精度よく搭載した光制御デバイスが実現さ
れ、これによりＤＣドリフトが低減され、しかも製品間
の動作のバラツキを低減することができる。

【００３９】また、本実施例では、分岐干渉型光強度変
調器および方向性結合型光スイッチング素子を光制御デ
バイスとして示したが、これに限らず、光導波路と、バ
ッファ層と、電極とを備えた光制御デバイスであれば、
本実施例の製造方法で製造することができる。例えば、
グレーディング制御型のＴＥ−ＴＭモード変換器、屈折
率分布制御型の分岐スイッチに用いることができる。

【００４０】また、上述の２つの実施例では、金属を拡
散することによって形成した光導波路を用いたが、イオ
ン交換法やイオン注入法等のように、他の方法で形成し
た光導波路を用いることももちろん可能である。

【００４１】また、上述の２つの実施例においてバッフ
ァ層３、１０３、１２３のＳｉＯ₂膜をＣＶＤ法等の他
の成膜方法で形成することもできる。但し、バッファ層
３、１０３、１２３を形成する際の温度が、光導波路を
形成するための金属やイオンを拡散させた時の温度より
低くなるように、成膜方法を選択して用いる。

【００４２】また、上述の第１の実施例では、電極膜４
のエッチングをウエットエッチングで行ない、バッファ
層３のエッチングをドライエッチングで行なったが、Ａ
ｒガスを用いたスパッタエッチング法等で、電極膜４と
バッファ層３とを一度にエッチング加工することももち
ろん可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上のように、本発明では、バッファ層
を電極の直下にのみ配置した光制御デバイスを製造する
際の工程数を低減することができ、しかも、精度よく製
造することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の光制御デバイスの製造
手順を示すＡ−Ａ’断面図。

【図２】従来の光制御デバイスの製造手順を示す断面
図。

【図３】図１の光制御デバイスの構造を示す上面図。

【図４】図１の光制御デバイスの膜構成を示す断面図。

【図５】従来の光制御デバイスの膜構成を示す断面図。

【図６】図７の光制御デバイスの構造を示すＢ−Ｂ’断
面図。

【図７】本発明の別の実施例の光制御デバイスの構成を
示す上面図。

【図８】図７の光制御デバイスの製造手順を示す断面
図。

【符号の説明】

１、２１、１０１・・・・・・ＬｉＮｂＯ₃基板、２、
２２、１０２、１２２・・・・・・光導波路、３、２
３、１０３、１２３・・・・・・バッファ層、４、２
４、１０４、１２４・・・・・・電極膜、５、２５、２
６、１０５・・・・・・レジスト膜。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光導波路が形成された基板上に、絶縁性材
料のバッファ層と、導電性材料の電極膜とを順に形成す
る工程と、前記電極膜上の一部に任意の形状のレジスト膜を形成す
る工程と、前記電極膜のうち、前記レジスト膜で被覆されていない
部分を取り除く工程と、前記バッファ層のうち、前記電極膜および前記レジスト
膜で被覆されていない部分を取り除く工程と、前記レジスト膜を取り除く工程とを有することを特徴と
する光制御デバイスの製造方法。
【請求項２】基板上に、絶縁性材料のバッファ層と、導
電性材料の電極膜とを順に形成する工程と、前記電極膜上の一部に任意の形状のレジスト膜を形成す
る工程と、前記電極膜のうち、前記レジスト膜で被覆されていない
部分を取り除く工程と、前記バッファ層のうち、前記電極膜および前記レジスト
膜で被覆されていない部分を取り除く工程と、前記基板のうち、前記レジスト膜、電極膜、および、バ
ッファ層が配置されていない部分の前記基板を予め定め
られた深さだけ取り除き、前記基板にリッジ型光導波路
を形成する工程と、前記レジスト膜を取り除く工程とを有することを特徴と
する光制御デバイスの製造方法。