JPH0886930A - ニオブ酸リチウム結晶ウエハ光導波路の形成方法 - Google Patents
ニオブ酸リチウム結晶ウエハ光導波路の形成方法Info
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- JPH0886930A JPH0886930A JP6246694A JP24669494A JPH0886930A JP H0886930 A JPH0886930 A JP H0886930A JP 6246694 A JP6246694 A JP 6246694A JP 24669494 A JP24669494 A JP 24669494A JP H0886930 A JPH0886930 A JP H0886930A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ｌｉ外拡散を防止でき、かつ再現性の良好な
等価屈折率を有する金属熱拡散法によるニオブ酸リチウ
ム結晶ウエハ光導波路の形成方法を提供する。 【構成】 結晶ウエハの状態でアニールした後、ラッピ
ング、ポリシングし、次いで金属熱拡散することを特徴
とするニオブ酸リチウム結晶ウエハ光導波路の形成方
法。
等価屈折率を有する金属熱拡散法によるニオブ酸リチウ
ム結晶ウエハ光導波路の形成方法を提供する。 【構成】 結晶ウエハの状態でアニールした後、ラッピ
ング、ポリシングし、次いで金属熱拡散することを特徴
とするニオブ酸リチウム結晶ウエハ光導波路の形成方
法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光導波路の形成方法に関
し、特に再現性が良好な等価屈折率を有し、Ｌｉ外拡散
が防止されたＴｉ熱拡散法によるニオブ酸リチウム結晶
ウエハ光導波路の形成方法に関する。
し、特に再現性が良好な等価屈折率を有し、Ｌｉ外拡散
が防止されたＴｉ熱拡散法によるニオブ酸リチウム結晶
ウエハ光導波路の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）結晶
は電気光学定数、音響光学定数、非線形光学定数に優れ
た物質であり、機能性デバイス基板として用いられてい
る。特に結晶外部から電界、弾性波等による信号を印加
し、入射させた光を変調させる材料に利用されている。
ニオブ酸リチウム結晶を用いた場合には１０ＧＨｚ〜１
ＴＨｚの周波数で変調することが可能であり、高速光通
信、光センシングデバイスには欠かせない材料である。
は電気光学定数、音響光学定数、非線形光学定数に優れ
た物質であり、機能性デバイス基板として用いられてい
る。特に結晶外部から電界、弾性波等による信号を印加
し、入射させた光を変調させる材料に利用されている。
ニオブ酸リチウム結晶を用いた場合には１０ＧＨｚ〜１
ＴＨｚの周波数で変調することが可能であり、高速光通
信、光センシングデバイスには欠かせない材料である。
【０００３】ニオブ酸リチウム結晶を使用した光デバイ
スは古くは約５ｍｍ×５ｍｍ×５ｍｍの寸法に切り出し
たブロック状で用いられていたが、光集積回路用には適
しておらず、現在では結晶ウエハに光導波路を形成した
光導波路型光デバイスで用いられている。
スは古くは約５ｍｍ×５ｍｍ×５ｍｍの寸法に切り出し
たブロック状で用いられていたが、光集積回路用には適
しておらず、現在では結晶ウエハに光導波路を形成した
光導波路型光デバイスで用いられている。
【０００４】ニオブ酸リチウム結晶ウエハに光導波路を
形成する方法には、金属熱拡散法、プロトン交換法、Ｌ
ｉ外拡散法等が知られている。いずれの方法も光導波路
層となる部位の屈折率を基板のそれよりも高くなるよう
に調整し、この部位のみに光を閉じ込められるようにし
た構造である。例えば金属熱拡散法は、ニオブ酸リチウ
ム結晶ウエハ表面にＴｉ金属等を基板表面に２００〜９
００Å成膜し、９５０〜１０５０℃の温度で２〜２０時
間熱処理をすると、金属原子がウエハ表面から内部に１
〜５μｍ拡散し、この部位の屈折率のみが結晶ウエハの
屈折率よりも０．００１０〜０．０１００程度高くな
り、光導波路層となる。
形成する方法には、金属熱拡散法、プロトン交換法、Ｌ
ｉ外拡散法等が知られている。いずれの方法も光導波路
層となる部位の屈折率を基板のそれよりも高くなるよう
に調整し、この部位のみに光を閉じ込められるようにし
た構造である。例えば金属熱拡散法は、ニオブ酸リチウ
ム結晶ウエハ表面にＴｉ金属等を基板表面に２００〜９
００Å成膜し、９５０〜１０５０℃の温度で２〜２０時
間熱処理をすると、金属原子がウエハ表面から内部に１
〜５μｍ拡散し、この部位の屈折率のみが結晶ウエハの
屈折率よりも０．００１０〜０．０１００程度高くな
り、光導波路層となる。
【０００５】また、金属熱拡散法による光導波路の形成
では金属が熱拡散分布をとることからグレーデッド形と
なり、屈折率は表面が最も高く、結晶内部に向かうほど
低くなる。この分布はガウス関数、補誤差関数等で記述
されており、Ｔｉ濃度とこの分布関数の取り方により光
導波路層内を伝搬する光の状態が決められる。
では金属が熱拡散分布をとることからグレーデッド形と
なり、屈折率は表面が最も高く、結晶内部に向かうほど
低くなる。この分布はガウス関数、補誤差関数等で記述
されており、Ｔｉ濃度とこの分布関数の取り方により光
導波路層内を伝搬する光の状態が決められる。
【０００６】このように形成された光導波路を正確に記
述するには、導波する光の状態が如何なる状態であるか
を正確に知る必要がある。この光の状態を記述するのに
等価屈折率表示を用いている。熱拡散温度、時間、Ｔｉ
膜厚等の熱拡散条件を一定にすれば、Ｔｉ原子の結晶表
面からの分布も同様になるはずであるから、再現性よく
同一の等価屈折率を持つ光導波路が形成されなければな
らない。
述するには、導波する光の状態が如何なる状態であるか
を正確に知る必要がある。この光の状態を記述するのに
等価屈折率表示を用いている。熱拡散温度、時間、Ｔｉ
膜厚等の熱拡散条件を一定にすれば、Ｔｉ原子の結晶表
面からの分布も同様になるはずであるから、再現性よく
同一の等価屈折率を持つ光導波路が形成されなければな
らない。
【０００７】ところが、金属熱拡散法では結晶が高温に
さらされるため、結晶が変質しやすいといった問題があ
る。これは所謂Ｌｉ外拡散現象として知られており、ウ
エハ表面荒れ、表面導波路の形成、ＬｉＮｂ3Ｏ8相の析
出等が生じ、Ｔｉ濃度による屈折率増加以外に、これら
のＬｉ外拡散による屈折率変動が加わる。本来、熱拡散
したＴｉの濃度分布が直接屈折率分布に反映されるとし
て光導波路の設計が行なわれているが、Ｌｉ外拡散現象
が生じると、Ｔｉ原子以外の屈折率変化が加わるため、
設計通りの光導波路が得られない。
さらされるため、結晶が変質しやすいといった問題があ
る。これは所謂Ｌｉ外拡散現象として知られており、ウ
エハ表面荒れ、表面導波路の形成、ＬｉＮｂ3Ｏ8相の析
出等が生じ、Ｔｉ濃度による屈折率増加以外に、これら
のＬｉ外拡散による屈折率変動が加わる。本来、熱拡散
したＴｉの濃度分布が直接屈折率分布に反映されるとし
て光導波路の設計が行なわれているが、Ｌｉ外拡散現象
が生じると、Ｔｉ原子以外の屈折率変化が加わるため、
設計通りの光導波路が得られない。
【０００８】この問題を克服するために水蒸気を含ませ
た雰囲気中でＴｉ熱拡散を行なう方法が知られており、
上記Ｔｉ熱拡散は水蒸気を含ませた雰囲気で行なうこと
が一般的になっている。
た雰囲気中でＴｉ熱拡散を行なう方法が知られており、
上記Ｔｉ熱拡散は水蒸気を含ませた雰囲気で行なうこと
が一般的になっている。
【０００９】しかし、拡散温度、拡散時間、水蒸気量、
Ｔｉ膜厚を管理しても、形成された光導波路の等価屈折
率に再現性がなく、特に結晶育成ロットが変わると再現
性は甚だしく劣るといった問題を有する。この原因の一
つには、ニオブ酸リチウム結晶のリチウムとニオブの組
成が育成ロットにより僅かではあるが異なるため、Ｔｉ
熱拡散速度が違い、再現性のある等価屈折率が得られな
いためであると考えられている。しかし組成比の同じロ
ットでも再現性が確保できない場合もあり、この原因は
不明のままである。また、Ｌｉ外拡散現象も完全に防止
されておらず、従来のＴｉ熱拡散法による光導波路の形
成は未だ完全な光導波路形成技術にはなっていない。
Ｔｉ膜厚を管理しても、形成された光導波路の等価屈折
率に再現性がなく、特に結晶育成ロットが変わると再現
性は甚だしく劣るといった問題を有する。この原因の一
つには、ニオブ酸リチウム結晶のリチウムとニオブの組
成が育成ロットにより僅かではあるが異なるため、Ｔｉ
熱拡散速度が違い、再現性のある等価屈折率が得られな
いためであると考えられている。しかし組成比の同じロ
ットでも再現性が確保できない場合もあり、この原因は
不明のままである。また、Ｌｉ外拡散現象も完全に防止
されておらず、従来のＴｉ熱拡散法による光導波路の形
成は未だ完全な光導波路形成技術にはなっていない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、Ｌｉ
外拡散を防止でき、かつ再現性の良好な等価屈折率を有
する金属熱拡散法によるニオブ酸リチウム結晶ウエハ光
導波路の形成方法を提供することにある。
外拡散を防止でき、かつ再現性の良好な等価屈折率を有
する金属熱拡散法によるニオブ酸リチウム結晶ウエハ光
導波路の形成方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
解決すべく、鋭意研究の結果、リチウムとニオブの組成
比が同じ結晶ウエハにおいて、拡散温度、拡散時間、水
蒸気量、Ｔｉ膜厚を同じくしてもＴｉ熱拡散を行なう
時、熱拡散前で波長２．８７μｍにおける吸収係数が異
なるウエハを使用すると、その濃度に依存して形成され
る光導波路の等価屈折率が変化することを見出した（図
１〜２）。
解決すべく、鋭意研究の結果、リチウムとニオブの組成
比が同じ結晶ウエハにおいて、拡散温度、拡散時間、水
蒸気量、Ｔｉ膜厚を同じくしてもＴｉ熱拡散を行なう
時、熱拡散前で波長２．８７μｍにおける吸収係数が異
なるウエハを使用すると、その濃度に依存して形成され
る光導波路の等価屈折率が変化することを見出した（図
１〜２）。
【００１２】この変化が従来技術において組成比、Ｔｉ
膜厚、拡散温度、拡散時間、水蒸気量を一定にしても、
形成された光導波路の等価屈折率に再現性が得られなか
った理由である。
膜厚、拡散温度、拡散時間、水蒸気量を一定にしても、
形成された光導波路の等価屈折率に再現性が得られなか
った理由である。
【００１３】すなわち、本発明は、結晶ウエハの状態で
アニールした後、ラッピング、ポリシングし、次いで金
属熱拡散することを特徴とするニオブ酸リチウム結晶ウ
エハ光導波路の形成方法にある。
アニールした後、ラッピング、ポリシングし、次いで金
属熱拡散することを特徴とするニオブ酸リチウム結晶ウ
エハ光導波路の形成方法にある。
【００１４】従来の結晶ではロット間のみならず、ロッ
ト内、結晶ウエハ内でも後述する表１に示すような吸収
係数にバラツキがあった。
ト内、結晶ウエハ内でも後述する表１に示すような吸収
係数にバラツキがあった。
【００１５】金属熱拡散前の結晶ウエハの吸収係数がこ
のようにバラついていると、組成比、Ｔｉ熱拡散温度、
時間、Ｔｉ膜厚、雰囲気水蒸気量を一定にしてＴｉ熱拡
散を行なっても得られる光導波路の等価屈折率もまたバ
ラつく。このような吸収係数にバラツキを有する結晶ウ
エハで品質の揃った光導波路を形成することは不可能で
ある。従って、金属拡散前の結晶ウエハはロット間、ロ
ット内、結晶ウエハ内での吸収係数のバラツキに拘ら
ず、吸収係数のバラツキがないようにする必要がある。
のようにバラついていると、組成比、Ｔｉ熱拡散温度、
時間、Ｔｉ膜厚、雰囲気水蒸気量を一定にしてＴｉ熱拡
散を行なっても得られる光導波路の等価屈折率もまたバ
ラつく。このような吸収係数にバラツキを有する結晶ウ
エハで品質の揃った光導波路を形成することは不可能で
ある。従って、金属拡散前の結晶ウエハはロット間、ロ
ット内、結晶ウエハ内での吸収係数のバラツキに拘ら
ず、吸収係数のバラツキがないようにする必要がある。
【００１６】そこで、本発明では、育成された結晶をス
ライスした後、所望の吸収係数が得られる雰囲気中で結
晶ウエハを熱処理（アニール）した後、ラッピング、ポ
リシングする。これにより、ロット間、ロット内、結晶
ウエハ内での吸収係数のバラツキに拘らず、吸収係数の
バラツキのない結晶ウエハが得られる。本発明ではこの
結晶ウエハに金属熱拡散を行なう。
ライスした後、所望の吸収係数が得られる雰囲気中で結
晶ウエハを熱処理（アニール）した後、ラッピング、ポ
リシングする。これにより、ロット間、ロット内、結晶
ウエハ内での吸収係数のバラツキに拘らず、吸収係数の
バラツキのない結晶ウエハが得られる。本発明ではこの
結晶ウエハに金属熱拡散を行なう。
【００１７】また、Ｌｉ外拡散光導波路の形成を確実に
防止するには、金属熱拡散前の結晶ウエハとして熱拡散
後の結晶ウエハの吸収係数（αｆ）と同等またはそれ以
下の吸収係数（αｉ）を有するものを用いる。熱拡散に
より結晶内の吸収係数は非常に速やかに、熱拡散雰囲気
水蒸気量に応じて変化し、雰囲気水蒸気量によって一義
的に決まる所定の吸収係数（αｆ）を有する結晶ウエハ
が得られる。熱拡散後の吸収係数（αｆ）が熱拡散前の
吸収係数（αｉ）に対してαｆ＜αｉになると、Ｌｉ外
拡散光導波路層が形成され、光導波路の形成に不要なモ
ードが形成される。本発明のごとく、αｆ≧αｉとなる
ような吸収係数（αｉ）を有する結晶ウエハを用いれ
ば、Ｌｉ外拡散現象が生じず、設計通りの所定の等価屈
折率とモードを有する光導波路を形成することができ
る。
防止するには、金属熱拡散前の結晶ウエハとして熱拡散
後の結晶ウエハの吸収係数（αｆ）と同等またはそれ以
下の吸収係数（αｉ）を有するものを用いる。熱拡散に
より結晶内の吸収係数は非常に速やかに、熱拡散雰囲気
水蒸気量に応じて変化し、雰囲気水蒸気量によって一義
的に決まる所定の吸収係数（αｆ）を有する結晶ウエハ
が得られる。熱拡散後の吸収係数（αｆ）が熱拡散前の
吸収係数（αｉ）に対してαｆ＜αｉになると、Ｌｉ外
拡散光導波路層が形成され、光導波路の形成に不要なモ
ードが形成される。本発明のごとく、αｆ≧αｉとなる
ような吸収係数（αｉ）を有する結晶ウエハを用いれ
ば、Ｌｉ外拡散現象が生じず、設計通りの所定の等価屈
折率とモードを有する光導波路を形成することができ
る。
【００１８】このような結晶内の吸収係数に着目してＴ
ｉ熱拡散法を取り扱った例はなく、本発明者らによって
初めて見出された。
ｉ熱拡散法を取り扱った例はなく、本発明者らによって
初めて見出された。
【００１９】ここでαｉ、αｆは、赤外光透過率から求
めた波長２．８７μｍにおける吸収係数α（ｃｍ-1）で
ある。この吸収係数は結晶内部に含まれるプロトン（Ｈ
+）濃度を表わしている。従って、吸収係数は実質結晶
内プロトン濃度ｍ（ｃｍ-3）に比例した値である。実質
プロトン濃度ｎと吸収係数αとの間には次式（１）の関
係を有する。
めた波長２．８７μｍにおける吸収係数α（ｃｍ-1）で
ある。この吸収係数は結晶内部に含まれるプロトン（Ｈ
+）濃度を表わしている。従って、吸収係数は実質結晶
内プロトン濃度ｍ（ｃｍ-3）に比例した値である。実質
プロトン濃度ｎと吸収係数αとの間には次式（１）の関
係を有する。
【００２０】
【数１】
【００２１】本発明では吸収係数（α；ｃｍ-1）表示で
結晶内プロトン濃度を指している。また、吸収係数αは
波長２．８７μｍでの透過率をＴ、吸収がない時の透過
率をＴ0、ウエハの厚さをｄ（ｃｍ）とすれば次式によ
り与えられる。
結晶内プロトン濃度を指している。また、吸収係数αは
波長２．８７μｍでの透過率をＴ、吸収がない時の透過
率をＴ0、ウエハの厚さをｄ（ｃｍ）とすれば次式によ
り与えられる。
【００２２】
【数２】
【００２３】以上のように、Ｔｉ熱拡散法により光導波
路を再現性よく形成するにあたって、結晶の組成比、Ｔ
ｉ熱拡散温度、時間を一定にし、毎回同じ吸収係数の結
晶ウエハを使用し、特に熱拡散後、この吸収係数が低下
しないように雰囲気を調整することにより、毎回同じ等
価屈折率とモードを有する光導波路が形成できる。
路を再現性よく形成するにあたって、結晶の組成比、Ｔ
ｉ熱拡散温度、時間を一定にし、毎回同じ吸収係数の結
晶ウエハを使用し、特に熱拡散後、この吸収係数が低下
しないように雰囲気を調整することにより、毎回同じ等
価屈折率とモードを有する光導波路が形成できる。
【００２４】
【実施例】以下、本発明を実施例等によって詳細に説明
する。
する。
【００２５】参考例 本例では、従来の結晶基板には吸収係数にバラツキがあ
ることを示す。チョクラルスキー法で育成されたニオブ
酸リチウム結晶（Ｚ−ｃｕｔ）をアニール、ポーリング
し、スライスした後、両面ラッピング、ポリシングし
て、φ３インチ、厚さ１ｍｍの結晶ウエハを３５枚得
た。Ｘ線トポグラフ写真観察によりサブグレイン等の欠
陥が少ない良質の結晶であることを確認した。これらの
基板から３枚を抜き取り各結晶ウエハ内面で５点（中心
と外周部４点）で赤外光透過測定を行ない、波長２．８
７μｍの吸収係数を求めた。表１に５種類のロットに付
いて同様の吸収係数測定をした結果を示す。
ることを示す。チョクラルスキー法で育成されたニオブ
酸リチウム結晶（Ｚ−ｃｕｔ）をアニール、ポーリング
し、スライスした後、両面ラッピング、ポリシングし
て、φ３インチ、厚さ１ｍｍの結晶ウエハを３５枚得
た。Ｘ線トポグラフ写真観察によりサブグレイン等の欠
陥が少ない良質の結晶であることを確認した。これらの
基板から３枚を抜き取り各結晶ウエハ内面で５点（中心
と外周部４点）で赤外光透過測定を行ない、波長２．８
７μｍの吸収係数を求めた。表１に５種類のロットに付
いて同様の吸収係数測定をした結果を示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】表１に示されるように、ロット間のみなら
ず、ロット内、結晶ウエハ内でもバラツキが認められ
た。特にロット間でのバラツキは大きく３．０ｃｍ-1以
上の差があった。また、組成比はキュリー点温度の測定
により、同一組成であることを確認した。
ず、ロット内、結晶ウエハ内でもバラツキが認められ
た。特にロット間でのバラツキは大きく３．０ｃｍ-1以
上の差があった。また、組成比はキュリー点温度の測定
により、同一組成であることを確認した。
【００２８】従来のＴｉ熱拡散法では、表１に示すよう
な吸収係数にバラツキのある結晶ウエハにＴｉを熱拡散
していたため、組成比、Ｔｉ膜厚、熱拡散温度、時間、
雰囲気水蒸気量を一定に維持しても、後述するごとく、
再現性のある等価屈折率を持つ光導波路は得られなかっ
たのである。
な吸収係数にバラツキのある結晶ウエハにＴｉを熱拡散
していたため、組成比、Ｔｉ膜厚、熱拡散温度、時間、
雰囲気水蒸気量を一定に維持しても、後述するごとく、
再現性のある等価屈折率を持つ光導波路は得られなかっ
たのである。
【００２９】試験例１ 本例では組成比、Ｔｉ膜厚、拡散温度、時間、雰囲気水
蒸気量が一定で、熱拡散前吸収係数（αｉ）が種々の値
を持つ場合に等価屈折率の異なる光導波路が形成される
ことを示す。また、同時にＬｉ外拡散現象による表面光
導波路形成を防止するには、Ｔｉ熱拡散雰囲気の水蒸気
量を調整し、αｆ≧αｉにする必要のあることを示す。
蒸気量が一定で、熱拡散前吸収係数（αｉ）が種々の値
を持つ場合に等価屈折率の異なる光導波路が形成される
ことを示す。また、同時にＬｉ外拡散現象による表面光
導波路形成を防止するには、Ｔｉ熱拡散雰囲気の水蒸気
量を調整し、αｆ≧αｉにする必要のあることを示す。
【００３０】また、本例では従来結晶ウエハの熱拡散前
吸収係数バラツキが、Ｔｉ熱拡散により得られた光導波
路の等価屈折率バラツキの原因であることを示してい
る。
吸収係数バラツキが、Ｔｉ熱拡散により得られた光導波
路の等価屈折率バラツキの原因であることを示してい
る。
【００３１】吸収係数の異なる結晶ウエハ（Ｚ−ｃｕ
ｔ、同一組成、熱拡散前αｉ）にＴｉを４００Å成膜
後、１０００℃、５時間熱拡散を行なった。雰囲気は乾
燥雰囲気と水蒸気雰囲気とした。形成された光導波路の
等価屈折率（ＴＭモード）をプリズムカプラー法にて測
定した。さらに赤外光透過測定により吸収係数（熱拡散
後αｆ）を測定した。結果を図１に示す。
ｔ、同一組成、熱拡散前αｉ）にＴｉを４００Å成膜
後、１０００℃、５時間熱拡散を行なった。雰囲気は乾
燥雰囲気と水蒸気雰囲気とした。形成された光導波路の
等価屈折率（ＴＭモード）をプリズムカプラー法にて測
定した。さらに赤外光透過測定により吸収係数（熱拡散
後αｆ）を測定した。結果を図１に示す。
【００３２】ここで、熱拡散時の乾燥雰囲気は市販ボン
ベからの酸素ガスを直接炉内に導入した。このガスは露
点温度が−７０℃以下であるため、非常に乾燥したガス
である。一方、水蒸気雰囲気はボンベからの乾燥酸素ガ
スを炉内に導入する直前に、純水を入れた容器の中を通
しガスを湿らせてから炉内に導入した。湿らせる程度は
純水の温度を変えて行なった。本例では乾燥雰囲気中を
ＤｒｙＯ2、水蒸気雰囲気を純水の温度を併記して、例
えばＷｅｔ３０℃と表わした。
ベからの酸素ガスを直接炉内に導入した。このガスは露
点温度が−７０℃以下であるため、非常に乾燥したガス
である。一方、水蒸気雰囲気はボンベからの乾燥酸素ガ
スを炉内に導入する直前に、純水を入れた容器の中を通
しガスを湿らせてから炉内に導入した。湿らせる程度は
純水の温度を変えて行なった。本例では乾燥雰囲気中を
ＤｒｙＯ2、水蒸気雰囲気を純水の温度を併記して、例
えばＷｅｔ３０℃と表わした。
【００３３】また、吸収係数の異なる結晶ウエハは同一
ロットから得た結晶ウエハを熱拡散前に種々の水蒸気中
で熱処理して得た。
ロットから得た結晶ウエハを熱拡散前に種々の水蒸気中
で熱処理して得た。
【００３４】乾燥酸素（ＤｒｙＯ2）中にてＴｉ熱拡散
した結果、図１に示すような等価屈折率を有する光導波
路が得られた。ここで縦軸は光導波路の等価屈折率、横
軸は熱拡散前の吸収係数（αｉ）を表わす。また、熱拡
散後の吸収係数は横軸の点（▼）で示す。
した結果、図１に示すような等価屈折率を有する光導波
路が得られた。ここで縦軸は光導波路の等価屈折率、横
軸は熱拡散前の吸収係数（αｉ）を表わす。また、熱拡
散後の吸収係数は横軸の点（▼）で示す。
【００３５】図１に示すように、熱拡散前の吸収係数
（αｉ）に依存して、形成された光導波路の等価屈折率
も変化した。特に変動の激しいｍ＝１次モードの等価屈
折率に着目すると、光デバイスの特性に影響しないとさ
れる±０．０００１であるには、熱拡散前の吸収係数
（αｉ）の最大値と最小値の差は１．２ｃｍ-1以内であ
った。
（αｉ）に依存して、形成された光導波路の等価屈折率
も変化した。特に変動の激しいｍ＝１次モードの等価屈
折率に着目すると、光デバイスの特性に影響しないとさ
れる±０．０００１であるには、熱拡散前の吸収係数
（αｉ）の最大値と最小値の差は１．２ｃｍ-1以内であ
った。
【００３６】光デバイスではシングルモードとして使用
されることが多く、特にｍ＝０次モードが重要である
が、熱拡散前の吸収係数の最大値と最小値の差を１．２
ｃｍ-1以内とすることで、このモードの等価屈折率の変
動は±０．００００５となり、特に優れた再現性が得ら
れる。
されることが多く、特にｍ＝０次モードが重要である
が、熱拡散前の吸収係数の最大値と最小値の差を１．２
ｃｍ-1以内とすることで、このモードの等価屈折率の変
動は±０．００００５となり、特に優れた再現性が得ら
れる。
【００３７】さらに、Ｗｅｔ３０℃の水蒸気雰囲気でＴ
ｉ熱拡散を行なった場合にも、図１に示す等価屈折率が
得られた。ＤｒｙＯ2の場合と同様に熱拡散前の吸収係
数に依存して形成された等価屈折率が変化した。
ｉ熱拡散を行なった場合にも、図１に示す等価屈折率が
得られた。ＤｒｙＯ2の場合と同様に熱拡散前の吸収係
数に依存して形成された等価屈折率が変化した。
【００３８】さらに図１に示されるように、種々の吸収
係数（αｉ）を持つ結晶基板に種々の水蒸気雰囲気でＴ
ｉ熱拡散した時に形成される光導波路の等価屈折率のモ
ードの数が最小３個から最大５個まで現われた。これは
Ｌｉ外拡散現象による表面導波路が形成されたために、
光導波路全体の屈折率が増加し、多数のモードが伝搬可
能となったためである。このモードは光導波路の形成に
は不要なモードである。Ｌｉ外拡散現象により生じた表
面導波路のモードを破線で示した。
係数（αｉ）を持つ結晶基板に種々の水蒸気雰囲気でＴ
ｉ熱拡散した時に形成される光導波路の等価屈折率のモ
ードの数が最小３個から最大５個まで現われた。これは
Ｌｉ外拡散現象による表面導波路が形成されたために、
光導波路全体の屈折率が増加し、多数のモードが伝搬可
能となったためである。このモードは光導波路の形成に
は不要なモードである。Ｌｉ外拡散現象により生じた表
面導波路のモードを破線で示した。
【００３９】このモードが形成しないのは図中▼点より
も左側、換言すれば、Ｔｉ熱拡散後吸収係数が増加して
いる場合であった。逆に▼点よりも右側、すなわち吸収
係数が低下する場合には、Ｌｉ外拡散による不要なモー
ドが形成された。つまり、αｆ≧αｉの時は、Ｌｉ外拡
散現象による表面導波路は形成されないことが判明し
た。
も左側、換言すれば、Ｔｉ熱拡散後吸収係数が増加して
いる場合であった。逆に▼点よりも右側、すなわち吸収
係数が低下する場合には、Ｌｉ外拡散による不要なモー
ドが形成された。つまり、αｆ≧αｉの時は、Ｌｉ外拡
散現象による表面導波路は形成されないことが判明し
た。
【００４０】また、ニオブ酸リチウム結晶ウエハには結
晶方位として本例のＺ−ｃｕｔ以外にＸ−またはＹ−ｃ
ｕｔ基板があるが、上記と同様の結果が予測できる。
晶方位として本例のＺ−ｃｕｔ以外にＸ−またはＹ−ｃ
ｕｔ基板があるが、上記と同様の結果が予測できる。
【００４１】試験例２ 試験例１で示したＴｉ熱拡散条件で、熱拡散時間を２時
間として同様の試験を行なった。その結果、図２に示す
ように、試験例１と同様の結果が得られ、本発明が再現
性良く光導波路の等価屈折率を得る方法であることを示
している。
間として同様の試験を行なった。その結果、図２に示す
ように、試験例１と同様の結果が得られ、本発明が再現
性良く光導波路の等価屈折率を得る方法であることを示
している。
【００４２】実施例および比較例 育成ロットの異なる３種類の結晶インゴット（Ｎｏ．１
〜３）をスライスし、それぞれ直径７６．２ｍｍ、厚さ
１．１ｍｍの結晶ウエハを得た。これらの結晶ウエハを
バブラー温度１℃の酸素雰囲気中で１０００℃、２時間
熱処理（アニール）した。結晶ウエハをラッピング、ポ
リシング後、波長２．８７μｍの吸収係数を中心と外周
４点測定したところ、３枚の結晶ウエハとも２．１±
０．１ｃｍ-1であった。
〜３）をスライスし、それぞれ直径７６．２ｍｍ、厚さ
１．１ｍｍの結晶ウエハを得た。これらの結晶ウエハを
バブラー温度１℃の酸素雰囲気中で１０００℃、２時間
熱処理（アニール）した。結晶ウエハをラッピング、ポ
リシング後、波長２．８７μｍの吸収係数を中心と外周
４点測定したところ、３枚の結晶ウエハとも２．１±
０．１ｃｍ-1であった。
【００４３】一方、上記熱処理を行なわない結晶ウエハ
をラッピング、ポリシングし、吸収係数を測定したとこ
ろ、それぞれ１．７±０．１ｃｍ-1、２．０±０．２ｃ
ｍ-1、３．５±０．３ｃｍ-1であった。
をラッピング、ポリシングし、吸収係数を測定したとこ
ろ、それぞれ１．７±０．１ｃｍ-1、２．０±０．２ｃ
ｍ-1、３．５±０．３ｃｍ-1であった。
【００４４】熱処理した結晶ウエハ３枚と熱処理してい
ない結晶ウエハ３枚の計６枚について１０×２０ｍｍの
基板にダイシングし、Ｔｉを４００Å成膜し、バブラー
温度１℃で１０００℃、２時間熱拡散し、光導波路を形
成した。この後、吸収係数を測定すると、すべての基板
で２．１±０．１ｃｍ-1であった。形成した光導波路の
等価屈折率を表２に示す。
ない結晶ウエハ３枚の計６枚について１０×２０ｍｍの
基板にダイシングし、Ｔｉを４００Å成膜し、バブラー
温度１℃で１０００℃、２時間熱拡散し、光導波路を形
成した。この後、吸収係数を測定すると、すべての基板
で２．１±０．１ｃｍ-1であった。形成した光導波路の
等価屈折率を表２に示す。
【００４５】
【表２】
【００４６】表２に示されるように、熱拡散前に熱処理
した基板に形成した光導波路は、ロット間の差もなく、
バラツキの少ない等価屈折率となっていた。一方、熱拡
散前に熱処理していない基板に形成した光導波路の等価
屈折率はバラツキが認められた。さらに、いずれの基板
において、熱拡散後の吸収係数が熱拡散前の吸収係数よ
りも大きい場合には、Ｌｉ外拡散モードの形成は認めら
れなかった。
した基板に形成した光導波路は、ロット間の差もなく、
バラツキの少ない等価屈折率となっていた。一方、熱拡
散前に熱処理していない基板に形成した光導波路の等価
屈折率はバラツキが認められた。さらに、いずれの基板
において、熱拡散後の吸収係数が熱拡散前の吸収係数よ
りも大きい場合には、Ｌｉ外拡散モードの形成は認めら
れなかった。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光導波路
の形成方法によって、Ｌｉ外拡散を防止でき、かつ再現
性が良好な等価屈折率を有するニオブ酸リチウム結晶ウ
エハ光導波路が得られる。
の形成方法によって、Ｌｉ外拡散を防止でき、かつ再現
性が良好な等価屈折率を有するニオブ酸リチウム結晶ウ
エハ光導波路が得られる。
【図１】 Ｔｉ４００Å、１０００℃、５時間の熱拡散
により形成した結晶ウエハの等価屈折率と熱拡散前の吸
収係数との関係を示すグラフ。
により形成した結晶ウエハの等価屈折率と熱拡散前の吸
収係数との関係を示すグラフ。
【図２】 Ｔｉ４００Å、１０００℃、２時間の熱拡散
により形成した結晶ウエハの等価屈折率と熱拡散前の吸
収係数との関係を示すグラフ。
により形成した結晶ウエハの等価屈折率と熱拡散前の吸
収係数との関係を示すグラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｆ 1/035
Claims (2)
- 【請求項１】 結晶ウエハの状態でアニールした後、ラ
ッピング、ポリシングし、次いで金属熱拡散することを
特徴とするニオブ酸リチウム結晶ウエハ光導波路の形成
方法。 - 【請求項２】 金属熱拡散前の結晶ウエハとして熱拡散
後の結晶ウエハの吸収係数と同等またはそれ以下の吸収
係数を有するものを用いる請求項１に記載のニオブ酸リ
チウム結晶ウエハ光導波路の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6246694A JPH0886930A (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | ニオブ酸リチウム結晶ウエハ光導波路の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6246694A JPH0886930A (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | ニオブ酸リチウム結晶ウエハ光導波路の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0886930A true JPH0886930A (ja) | 1996-04-02 |
Family
ID=17152242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6246694A Pending JPH0886930A (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | ニオブ酸リチウム結晶ウエハ光導波路の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0886930A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019174746A (ja) * | 2018-03-29 | 2019-10-10 | 住友大阪セメント株式会社 | 光制御素子 |
-
1994
- 1994-09-16 JP JP6246694A patent/JPH0886930A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019174746A (ja) * | 2018-03-29 | 2019-10-10 | 住友大阪セメント株式会社 | 光制御素子 |
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