JPH075403A - 導波路型光デバイスの製造方法 - Google Patents

導波路型光デバイスの製造方法

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JPH075403A
JPH075403A JP14355993A JP14355993A JPH075403A JP H075403 A JPH075403 A JP H075403A JP 14355993 A JP14355993 A JP 14355993A JP 14355993 A JP14355993 A JP 14355993A JP H075403 A JPH075403 A JP H075403A
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JP
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signal electrode
substrate
type optical
resist pattern
optical device
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Atsushi Toyohara
篤志 豊原
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    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
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    • G02F1/0356Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure controlled by a high-frequency electromagnetic wave component in an electric waveguide structure

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気光学効果を利用した光変調器や光スイッ
チなどの導波路型光デバイスを製造方法であって、伝播
するマイクロ波信号の損失が少ない信号電極を有する導
波路型光デバイスの製造方法を提供する。 【構成】 光導波路12を有する基板11上に、バッフ
ァ層13と下地電極16と、レジストパターン17に応
じた信号電極14とを形成した後に、信号電極の上面を
エッチングにより平坦化する。その後、レジストパター
ン17の除去と下地電極16の除去を行い、導波路型光
デバイスを得る。この製造方法によれば、表面に凹凸の
少ない信号電極14が得られるため、信号電極のマイク
ロ波損失が少なくなり、導波路型光デバイスの広帯域化
および高速化が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、導波路型光デバイスに
係わり、電気光学効果を利用して、たとえば、光変調や
光スイッチを行う導波路型光デバイスの製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】光変調器や光スイッチには、広帯域、超
高速かつ低電力で動作することが要求されるため、原理
的に動作速度の速い電気光学効果が利用されることが多
い。電気光学効果とは、物質に電界を印加することによ
りその物質の屈折率が変化する現象のことをいい、この
効果を利用したさまざまな導波路型光デバイスが開発さ
れている。
【0003】図3と図4に、このような電気光学効果を
利用した導波路型デバイスの例として、マッハツェンダ
型光変調器の構成を示す。図3はマッハツェンダ型光変
調器の平面図であり、図4は、そのAA’断面図であ
る。まず、これらの図に基づいて、その構成および動作
の説明を行う。
【0004】マッハツェンダ型光変調器は、電気光学効
果を有する基板11上に形成された光導波路12と、そ
の上にバッファ層13を介して形成された信号電極14
とで構成される。各構成部分には、さまざまな材料を用
いることができる。たとえば、基板11としては、ニオ
ブ酸リチウム(LiNbO3 )が用いられることが多
い。この場合には、光導波路12の形成は、基板にチタ
ン(Ti)を熱拡散させて行う。また、バッファ層13
としては、酸化珪素(SiO2 )などの薄膜が使用さ
れ、信号電極14としては、金(Au)を用いられるこ
とが多い。信号電極14には、変調用信号源15が接続
される。以下に、この光変調器の動作を簡単に説明す
る。
【0005】半導体レーザからの光が光入射端21から
光導波路12に入射すると、入射されたレーザ光は、光
分岐部22で光導波路121 と122 に分割される。一
方の光導波路121 に信号電極14を用いて、変調用信
号源15で変調電圧を印加すると、電気光学効果により
光導波路121 を伝播中の光と他方の光導波路122
伝播する光との間に位相差が生ずる。この2つの光を光
合流部23で合流させると2つの光の間でその位相差に
応じた干渉が生じ、光出射端24で出射される光に、変
調電圧に応じた強度変調が加わることになる。たとえ
ば、2つの光の位相差が0とπになるように変調電圧を
交互に印加すれば、光出射端24から、光の強度が最大
値と最小値に交互に変化した光信号が得られる。
【0006】このような光変調器では、さらに広帯域化
あるいは超高速化を図るために、進行波型電極を用いる
構成とすることが多い。すなわち、信号電極14の、光
が入射する側の一端からマイクロ波変調電圧を入射し、
信号電極の他端を信号線のインピーダンスで終端する構
成とする。このような電極構成では、電極内を伝播する
マイクロ波の損失を防ぐために、その電極の表面形状が
滑らかであることが望まれる。
【0007】進行波型電極には、一般に、10μmある
いはそれ以上の厚さの信号電極が必要となるため、その
作製には、メッキが用いられることが多い。図4は、こ
のメッキを使った従来の電極形成方法を示したもので、
主な工程を順をおって図示してある。以下、この工程の
概略の説明を行う。
【0008】工程(1):電気光学効果を有する基板1
1に、所定の形状の光導波路12を形成し、その上にバ
ッファ層13と下地電極16を形成する。なお、下地電
極16は、信号電極14を電気メッキで作製するときの
電極となる。工程(2):下地電極16上の、信号電極
の形成領域以外の部分にレジストパターン17を所定の
厚さとなるように形成する。工程(3):メッキにより
信号電極14を形成する。工程(4):レジストパター
ン17を除去する。工程(5):信号電極14が形成さ
れていない領域の下地電極16を除去して、導波路型光
デバイスを得る。
【0009】このような工程による作製では、信号電極
14の上面はメッキ厚のばらつきにより、側面は、レジ
ストパターンのパターニング荒れにより、平坦な表面が
得られないといった問題があった。このため、電極中を
伝播するマイクロ波の損失が生じてしまい、導波路型光
デバイスの広帯域化の妨げになっていた。
【0010】この問題を解決するために、信号電極の形
成を2段階にわけて行うデバイスの製造方法が特開平4
−217226号公報に2種類、開示されている。図6
と図7にそれぞれの製造工程の概要を示す。まず、図6
の製造工程の説明を行う。
【0011】工程(1):ニオブ酸リチウム基板11
に、所定の形状の光導波路12をTiを熱拡散させて形
成し、その上にバッファ層13を成膜する。バッファ層
13の上に信号電極14の下地となる下地電極16をA
uを用いて形成する。工程(2):下地電極16上の、
信号電極14の形成領域以外の部分にレジストパターン
17を形成する。工程(3):金メッキにより信号電極
14を形成する。このとき、シアン系金メッキ液を用い
ることにより粒径の大きな金メッキ層とする。工程
(4):レジストパターン17を適当な剥離液で除去す
る。工程(5):信号電極14の形成領域以外の部分に
電極14よりも厚いレジストパターン18を形成する。
工程(6):工程(3)で形成された信号電極14上に
さらに2μm厚程度の金メッキ層を形成する。このと
き、ノンシアン系金メッキ液を用いることにより粒径の
小さな金メッキ層とする。工程(7):レジストパター
ン18を適当な剥離液で除去したあと、ヨウ素とヨウ化
カリウムの混合水溶液中で30秒程度エッチングして信
号電極14の形成領域以外の部分の下地電極16のAu
の溶解除去を行う。
【0012】すなわち、この作製方法では、工程(3)
により作製された凹凸を有する信号電極14上に、さら
に、ノンシアン系金メッキ液を用いた工程(2)で、表
面層を形成して、全体として表面の平坦な信号電極14
を得ている。次に、図7の工程の説明を簡単に行う。
【0013】工程(1)から工程(4)までは、図6に
示した工程と同じであり、説明を省略する。工程
(5):ヨウ素とヨウ化カリウムの混合水溶液中で30
秒程度エッチングして信号電極14の形成領域以外の部
分の下地電極16のAuの溶解除去を行う。工程
(6):金メッキ層を2μm厚程度形成する。このと
き、ノンシアン系金メッキ液を用いることにより粒径の
小さな金メッキ層とする。
【0014】すなわち、この製造方法では、工程(5)
によって下地電極16が削除された部分の抵抗が高いこ
とを利用して信号電極14表面上に選択的に金メッキを
行っている。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】図6に示した作製工程
では、レジストパターンの形成工程と金メッキ工程が2
度づつ必要であり、作業工程が増加し、作業時間も長い
ものとなるといった問題がある。また、図7の作製工程
は、作業工程自体は、比較的に簡単なものとなっている
が、2回目の金メッキ形成時に信号電極間に短絡が生じ
る可能性がある。
【0016】そこで本発明の目的は、簡単な工程で表面
の平坦な信号電極を作製できる導波路型光デバイスの作
製方法を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明で
は、電気光学効果を有する基板表面に光導波路を形成す
る光導波路形成工程と、光導波路が形成された基板上に
バッファ層を形成するバッファ層形成工程と、バッファ
層上にレジストパターンに応じた信号電極を作製する信
号電極作製工程と、作製された信号電極の表層をエッチ
ングして平坦化するエッチング工程と、エッチング後の
基板上からレジストパターンを除去するレジストパター
ン除去工程とを有する。
【0018】すなわち、請求項1記載の発明では、信号
電極作成に用いたレジストパターンを除去するまえに、
信号電極表面のエッチングを行う。これにより、信号電
極の表面を平坦化することができる。
【0019】請求項2記載の発明では、電気光学効果を
有する基板表面に光導波路を形成する光導波路形成工程
と、光導波路が形成された基板上にバッファ層を形成す
るバッファ層形成工程と、バッファ層上にレジストパタ
ーンに応じた信号電極を作製する信号電極作製工程と、
信号電極が形成された基板上からレジストパターンを除
去するレジストパターン除去工程と、レジストパターン
が除去された基板上の信号電極の表層をエッチングして
平坦化するエッチング工程とを有する。
【0020】すなわち、請求項2記載の発明では、信号
電極作成に用いたレジストパターン除去後にエッチング
を行う。これにより、信号電極の表面を平坦化すること
ができる。
【0021】請求項3記載の発明では、請求項1および
請求項2記載の製造方法において、信号電極形成時にノ
ンシアン系金メッキを用いる。ノンシアン系金メッキで
作成された電極は、電導性がよく、その表面が比較的滑
らかになるため、これを用いることにより、更に平坦な
表面を有する電極を作成することができる。
【0022】
【実施例】以下、実施例につき本発明を詳細に説明す
る。
【0023】図1に実施例による導波路型光デバイスの
作製工程を示す。作製を行っている導波路型光デバイス
は、図2に示したマッハツェンダ型光変調器である。こ
こでは、基板として、ニオブ酸リチウムを、電極材料と
してAuを用いている。
【0024】工程(1):基板11上にTiを約100
nm厚、スパッタ蒸着により成膜し、フォトリソ技術を
用いて、光導波路12に相当する部分のTiだけを残
す。その後、約1050℃の雰囲気中で約5時間熱処理
を行う。この処理により、基板11上のTiが基板中に
拡散して、屈折率が他の部分と僅かに異なる光導波路1
2が形成される。その後、バッファ層13として、Si
2 をスパッタ蒸着により約1μm厚形成する。さら
に、このバッファ層13上に、約20nm厚のCr層
と、約150nm厚のAu層をスパッタ蒸着により形成
する。図では、これら2つの層を、下地電極16として
1層で示してある。なお、形成した光導波路12の幅
は、6μm、光分岐部22と光合流部23との間隔は5
0mm、分岐後の光導波路の間隔は23μmである。ま
た、Cr層は、バッファ層13とAu層との密着性を向
上させるために用いているものである。
【0025】工程(2):工程(1)で形成した下地電
極上にレジストを約15μmの厚さで形成し、所望の信
号電極形状が得られるように、パターニングおよび現像
処理を行い、レジストパターン17を得る。工程
(3):レジストパターン17をマスクとして金メッキ
により信号電極14を形成する。ここでは、金メッキ液
としては、マイクロ波の伝播損失を低減するため、導
電性が良い、電極表面が比較的滑らかに形成できる、
などの条件から、ノンシアン系金メッキ液を選択し、メ
ッキ液温度65℃、電流密度4 mA/cm2 (ミリアン
ペアパースクウェアセンチメータ)の条件下で約70分
間のメッキを行った。
【0026】工程(4):ヨウ素とヨウ化カリウムから
なるエッチャントに金メッキを行った試料を浸し、信号
電極14の表面を平滑化する。ここでは、0.1〜0.
2μmの表面層のエッチングを行っている。工程
(5):エッチング後、周囲のレジストを溶剤で除去す
る。工程(6):信号電極の形成されていない部分にあ
らわれている下地電極16をイオンミリングにより除去
する。
【0027】この方法では、レジストパターンで保護さ
れている信号電極側面の平坦化は行われない。側面の平
坦化も行う場合には、図2に示す製造方法を用いる。以
下、図2に基づき、この製造方法の説明を行う。
【0028】工程(1)から工程(3)までは、図1に
示した製造方法と同じであり、説明は省略する。工程
(4):レジストパターン17を溶剤で除去する。工程
(5):ヨウ素とヨウ化カリウムからなるエッチャント
に金メッキを行った試料を浸し、信号電極14の表面を
平滑化する。ここでは、0.1〜0.2μmの表面層の
エッチングを行っている。工程(6):下地電極16で
あるCr層のエッチングを行う。
【0029】Cr層のエッチングは、20〜30秒で完
了するため、この方法では、イオンミリングを用いる図
1に示した方法と比して、作業工程の短時間化が図れ
る。なお、図1の方法においても、図5と図6に示した
2回の金メッキを行う製造方法より短時間で導波路型光
デバイスの製造が行えることを確認している。
【0030】図2に示した製造方法では、電極の側面も
平坦化されるため、マイクロ波伝送時の損失は、さらに
小さくなる。しかし、信号電極14の幅が細くなるた
め、工程(5)でエッチングする量を考慮して、予めレ
ジストパターンの設計を行っておく必要がある。
【0031】従来例の製造方法で作製した導波路型光デ
バイスの電気特性を評価したところ、図4に示した、従
来からなされている製造方法で作製した信号電極の電気
帯域S21が約7GHzであったのに対し、実施例の図1
の方法で作製した信号電極の電気帯域S21は約12GH
zであった。この結果は、本実施例による信号電極の製
造方法が導波路型光デバイスの特性向上に有効であるこ
と示すものである。
【0032】なお、実施例の作製工程では、下地電極と
してCrとAuを用いているが、Cr層を設けずに、A
u層だけで下地電極を作製してもよい。この場合、図2
の工程(6)を行う必要はなくなる。また、基板とし
て、ニオブ酸リチウムを用いているが、他の電気光学効
果を有する材料を用いてもよいことは当然である。さら
に、実施例では、電極材料として、Auを用いている
が、他の導電性材料を用いることもできる。この場合
は、エッチング工程で使用するエッチャントを、その材
料に適したものに変更すればよい。
【0033】また、実施例では、マッハツェンダ型光変
調器を例として説明を行ったが、本発明が、その他各種
の信号電極を用いる導波路型光デバイスに適用できるこ
とは言うまでもない。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1ないし請
求項3記載の発明の導波路型光デバイスの製造方法によ
れば、従来の製造方法にエッチング工程を加えるだけ
で、電極表面の平坦化を行うことができる。これによ
り、信号電極を伝播するマイクロ波の放射損、伝播損を
大幅に低減できるため、さらに広帯域または高速で使用
することができる導波路型光デバイスを作製することが
できる。また、他の方法よりも短い時間および簡単な工
程で、電極表面の平坦化を行った導波路型光デバイスが
製造できるという利点も存在する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による導波路型光デバイスの製
造方法のうち、電極の上面の平坦化を行う製造方法の工
程を示す断面図である。
【図2】実施例による導波路型光デバイスの製造方法の
うち、電極の上面および側面の平坦化を行う製造方法の
工程を示す断面図である。
【図3】従来例のマッハツェンダ型光変調器の構成を示
す説明図である。
【図4】図3のマッハツェンダ型光変調器のA−A′断
面図である。
【図5】従来例の導波路型光デバイスの製造方法の工程
を示す断面図である。
【図6】従来例による導波路型光デバイスの製造方法の
うち、レジストパターン形成および金メッキを2回行っ
て平坦な表面を有する信号電極の作製を行う製造方法の
工程を示す断面図である。
【図7】従来例による導波路型光デバイスの製造方法の
うち、金メッキを2回行って平坦な表面を有する信号電
極の作製を行う製造方法の工程を示す断面図である。
【符号の説明】
11 基板 12 光導波路 13 バッファ層 14 信号電極 15 変調用信号源 16 下地電極 17、18 レジストパターン 21 光入射端 22 光分岐部 23 光合流部 24 光出射端

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気光学効果を有する基板表面に光導波
    路を形成する光導波路形成工程と、 光導波路が形成された基板上にバッファ層を形成するバ
    ッファ層形成工程と、 前記バッファ層上にレジストパターンに応じた信号電極
    を作製する信号電極作製工程と、 作製された信号電極の表層をエッチングして平坦化する
    エッチング工程と、 エッチング後の基板上からレジストパターンを除去する
    レジストパターン除去工程とを有することを特徴とする
    導波路型光デバイスの製造方法。
  2. 【請求項2】 電気光学効果を有する基板表面に光導波
    路を形成する光導波路形成工程と、 光導波路が形成された基板上にバッファ層を形成するバ
    ッファ層形成工程と、 前記バッファ層上にレジストパターンに応じた信号電極
    を作製する信号電極作製工程と、 信号電極が形成された基板上からレジストパターンを除
    去するレジストパターン除去工程と、 レジストパターンが除去された基板上の信号電極の表層
    をエッチングして平坦化するエッチング工程とを有する
    ことを特徴とする導波路型光デバイスの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記信号電極がノンシアン系金メッキで
    作製された金電極であることを特徴とする請求項1およ
    び請求項2記載の導波路型光デバイスの製造方法。
JP14355993A 1993-06-15 1993-06-15 導波路型光デバイスの製造方法 Pending JPH075403A (ja)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023188194A1 (ja) * 2022-03-30 2023-10-05 住友大阪セメント株式会社 光導波路素子及びそれを用いた光変調デバイス並びに光送信装置

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