JPS5930507A - 光回路用基板 - Google Patents

光回路用基板

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JPS5930507A
JPS5930507A JP14063882A JP14063882A JPS5930507A JP S5930507 A JPS5930507 A JP S5930507A JP 14063882 A JP14063882 A JP 14063882A JP 14063882 A JP14063882 A JP 14063882A JP S5930507 A JPS5930507 A JP S5930507A
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JP
Japan
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layer
substrate
optical
plzt
optical circuit
Prior art date
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Pending
Application number
JP14063882A
Other languages
English (en)
Inventor
Takao Kawaguchi
隆夫 川口
Kenzo Ochi
謙三 黄地
Kentaro Setsune
瀬恒 謙太郎
Hideaki Adachi
秀明 足立
Kiyotaka Wasa
清孝 和佐
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPS5930507A publication Critical patent/JPS5930507A/ja
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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

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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)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 本発明は光回路用基板に関するものであり、特に光IC
の薄膜光導波路用の光回路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、先導波路が必要になる
小型化光デバイスあるいは光ICに用いる光導波路は、
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
に用いる。このため、光回路用基板としては、電気光学
効果の大きい材料を用いる必要がある。したがって、従
来第1図(a)に示すようなL I N b Oa単結
晶基板上の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L z N b O3単結晶基板1
1の表面に、Tiの拡散層からなる導波路12を設ける
。しかしながら、L IN b O3の電気光学効果で
変わりうる屈折率の変化量Δnはたかだか電界I KV
/cmで、1/1000程度であるので、機能デバイス
の低電圧化が困難であった。このため、電気光学効果が
L IN b Oa  より2倍以上大きいPLZTが
使用されるよう1てなり、第1図(b)に示すようなリ
ッジ型が用いられていた。この場合、サファイヤからな
る基板130上に、PLZT薄層14の導波路を設ける
。しかし、PLZTの薄層14の形成には、通常工、チ
ング法を用いるので、導波路側面は滑らかでない。こO
ため、導波光は導波路gJ11面での散乱1こまり伝搬
ロスが大きくなる。特に、単−伝f?モードO可能な線
幅2Qμm以下の導波路では伝l#iロスが太き、くな
り、実用に適さない。
この缶石ロスを除去する方法として第1図Cc)に示す
ロード型が、PLZT以外例えばガラス導波路で提案さ
れている。この場合、例えば石英ガラス基板15.つ表
面1て、コーニング社の「コーニング7059 Jから
なるガラス層16を設け、さらに帯状の石英ガラスから
なるロード層17を積層した構造であり、このロード層
17下のガラス416に光が閉じ込められ導波路となる
。しかしながら、PLZT層は、非晶質のガラス層と異
なる単結晶層なので、上記ロード層を設−けるのに非晶
質材料を蒸着すると結晶粒が部分的に生成され、結晶質
材料ではロード層が多結晶化するため逆に伝搬ロスが増
大すると考えられていた。丑だ、PLZT層の屈折率は
2.4〜2.6と大きく通屑の光学材料は1.4〜1.
8であり、ロード層では九の閉じ込め効果が弱く実用的
でないという欠点を有していた。
以上のように従来の構造では低伝111Qoスにすべ化 く構成すれば、低電圧化が困難であり、低電圧すべく構
成すれば伝搬損が増加し必ずしも良好な特性の光導波路
は実現されない欠点を有していた。
発明の目的 本発明は、光回路用基板、特にその先導波路の構造とそ
の構成材料に改良を加えたもので、前記従来の光回路用
基板の欠点を除去したものである。
すなわち、本発明は小型光デバイスあるいは光ICに適
した光回路用基板の構造とその構成材料を与える。
発明の構成 第2図は本発明1てかかる光回路用基板の要部構造を示
す。すなわち、同光回路用基板の要部構造は、絶縁性基
体21と上記絶縁性基体21上に設けられたPLZT層
22主22記PLZT層22上22上けられた絶縁性ロ
ード層23とから構成されている。
この場合、光を絶縁性ロード層23下のPLZT層22
主22るロード型導波路221のみ通過させるべく、絶
縁性基数21と絶縁性ロード層23つ尤の屈折率をPL
ZT層22主22さくする。
光回路用基板をこのような構造【ですれば、第1図に示
した従来の光導波路の欠点を除去できることを確認した
。さらに発明者らは、この種の光回路用基板1て、最適
の構成材料があることを見い出し、それ番・で基づき、
高性能の光回路用基板を製作した。すなわち、光4波路
用の前記光回路用基板において、上述した基体とPLZ
T層およびロード層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、
ロード層、絶縁性基体にあることを見出し、これにより
、特性の優れた光回路用゛基板が実現されることを見い
出した。
発明者らは、第2図に示す本発明における光回路用基板
の構成とその実現のり能性について、構成材料を変えて
探索した結果、上記絶縁性基体21としてMqO,スピ
ネル、5rTi03.サファイヤ(a−A12o3)の
うち少なくとも一種で構成することが適していることを
見い出した。すなわち、この種の構成材料では、スパッ
タリング法という薄膜形成技術により、本発明にかかる
構造のPLZT層を比較的容易に形成することができる
また、発明者らは上記ロード層として、酸化チ、タン、
酸化タンタル、酸゛化=オブ、酸化ジルコン。
酸化アルミニウムなどの酸化物、窒化珪素などの窒化物
の少なくとも一種で構成することが適していることを見
出した。すなわち・、この種の構成材Fit−NえばR
F−2極型スパツタ、マグ不トロンスパノタイオンビー
ムスハソタ法などで形成スルと、意外にもPLZT単結
晶膜上においても非晶質材料では結晶粒が生ぜず、また
結晶材料、例えば酸化亜鉛ではC軸配向膜が形成される
ことを見い出した。さらに発明者らは上記ロード材料を
酸化タンタルで構成すると特に適していることを見出し
た。すなわち、酸化タンタルを例えばマグネトロンスパ
ッタ法などで形成すると特に優れたロード層が形成され
ることを見い出した。
実施例の説明 以下に°具体的に、本発明にかかる光回路用基板の形成
手順と構成材料要素を説明する。すなわち、本実施例に
かかる光回路用基板は、まず、サフアイヤ(α−A12
03)の0面単結晶板を基板にし、この上にPLZT薄
膜を厚さ0.6μm程度、高周波スパッタリング法で蒸
着する。この場合、蒸着時の基板の温度を600〜70
0℃程度にすると、透明な(111)面単結晶膜が形成
される。次にこのPLZT膜上に酸化メンタル薄膜を0
.2μm程度、マグネトロンスパッタリング法で蒸着す
る。
この場合、蒸着時の基板温度を150’C以下で蒸着す
ると、透明な非晶質酸化タンタル膜が形成される。次に
この酸化タンタル薄膜を、通常の半導体プロセスに用い
るフォトリン法により導波路・ζターンにエツチング加
工すると、本実施例にかかる構成の光回路用基板が効果
的に実現される。
第3図は、この種の方法で発明者らが形成した酸化タン
タル薄膜のX線回折パターン例を示す。
以上の説明では、光回路用基板の絶縁性基体として、サ
ファイヤ0面単結晶板を用いたクリについて述べたが、
同様な効果は、サファイヤR面、サファイヤa面、 M
gO,SrTiO3,スピネル(Mq。
−八1203)の単結晶を基板に用いても得られること
を確認した。
さらに、ロード層も酸化タンタル以外にも、酸化チタン
、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムな
どの酸化物、窒化珪素などの窒化物なども、酸化タンタ
ルと同様の形成プロセスで非晶質薄膜をPLZT膜上に
形成でき、本発明にかかる光回路用基板の構成材料とし
て有効であることを確認した。また、酸化亜鉛などを、
例えばRFスパッタでPLZT薄膜上に形成すると、透
明なC軸配向膜が形成され、酸化タンタルと同様のプロ
セスで光回路用基板が形成されることを確認した。
また、前記実施例ではロード層がPLZT薄膜上の帯状
の構造例について述べたが、ロード層としては、−P 
L Z T薄膜の実効屈折率を光を閉じ込めうるように
増加されればよいので、PLZT薄膜上の帯状構造に限
定されるものではない。例えば第4図(a) 、 (b
)の構造でも可能である。第4図(−)は、絶縁性基体
41、例えばサファイヤ0面基板−上にPLZT層42
全42、さらにPLZT層42上に膜厚に差の有る絶縁
性ロード層43からなる。
この場合、例えば絶縁性ロード層62を酸化タンタル層
で構成し、酸化タンタル層の膜厚を厚い領域431で0
.2μm 、薄い領域432で0.05μmとすると、
PLZT層の実効屈折率はタンタル層の厚い領域下42
1で、薄い領域下422よシ大きくなり、光はタンタル
層の厚い領域下421に閉じ込められPLZT膜中を伝
搬する。第4図(b)は、絶縁性基板41、例えばサフ
ァイヤC面基板上に膜厚に差の有るPLZT層44全4
4、さらにPLZT膜厚の厚い領域441上にロード層
46からなる。この場合、PLZT層44全44えば厚
い領域441で0.6μm 、薄い領域442で0.4
9μmとし、ロード層として例えば酸化タンタルを0.
2μm 、厚い領域441上に設けると厚い領域441
の実効屈折率は薄い領域442より大きくなり光は厚い
領域441に閉じ込められ伝搬することができ、光回路
用基板が実現される。
また、本発明の光回路用基板において、機能的デバイス
を構成するために、導電性電極を設けるには、第5図に
示すように光回路用基板上に絶縁性バッファ層51を設
け、上記バッファ層61上に上記電極を設ければ良い。
この場付、バッファ層の屈折率はロード層の屈折率より
小さくすれば良く、例えばロード層として酸化タンタル
を002μmとし、さらにバッファ層51として石英ガ
ラスを0.2μm スパッタ蒸着すれば、光は有効に口
−ド層下のPLZT膜中に閉じ込められ伝搬することを
確認した。
発明の効果 以上の実施例で説明したように、本発明の光回路用基板
は、電気光学効果がL iN b Osの2倍以上大き
いPLZT薄膜を用い、このPLZT単結晶膜上に従来
結晶粒が生成し透明性の不良であると考えられていた酸
化タンタル、酸化ニオブ、酸化チタンなどの酸化物、あ
るいは蟹化珪素などの窒化物の非晶質膜が高周波スパッ
タ、マグネトロンスパッタなどで形成すると意外にも透
明性の良好な非晶質膜が形成される。また、酸化亜鉛薄
膜では透明なC軸配向膜が生成されることを見い出した
。これらのロード層は通常の半導体プロセス同様のフォ
トリン装置を用いて容易にパターン形成を施すことがで
きる。本発明者らの発見にもとづく光回路用基板は以上
の実施例でも説明したように従来の光回路用基板に比べ
、電気光学効果の犬・きいPLZT膜から構成している
ので、光デバイスの駆動電圧をL I Nb O3の光
回路用基板に比べ2倍以下低減させることができ、寸た
導波路線幅が20μm以下でも伝搬ロス無く光波を閉じ
込め伝搬させることができるので、光デバイスの低電圧
化に有用である。さらに、本発明の光回路用基板は基板
表面の凹凸が少なく、電極配線などは断線がないので、
光デバイスの小型化、集積化。
光ICの集積化に有用でその工業的価値は高い。
【図面の簡単な説明】
第1図(a) 、 (b) 、 (C)はそれぞれ従来
の光回路用基板の構成を示す図、第2図は本発明の一実
施例における光回路用基板の構成を示す図、第3図d、
同光回路用基板のロード層に酸化タンタルを用いたとき
の酸化タンタル層のX線回折パターンを示す図、第4図
(a) 、 (b)は本発明の実施例における光回路用
基板の構成を示す図、第5図は本発明の他の実施例にお
ける光回路用基板の構成を示す図である0 21・・・・・・絶縁性基板、22・・・・・・i’L
ZT層、23・・・・・絶縁性ロード層、41・・・・
・・絶縁性基体、42・・・・・・PLZT層、421
・・・・・・厚い領域下のPLZT層、422・・・・
・・薄い領域下のPLZT層、43・・・・・・ロード
層、431・・・・・・厚い領域、432・・・・・・
薄い領域、44・・・・・・PLZT層、441・・・
・・・厚いPLZT層、442・・・・・・薄いPLZ
T層、46・・・・・・ロード層、51・・・・・・バ
ッファ層。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第 
1 因 (d+ l? (b) (C) 第2図 第3図 2ρ(へfatE) 妬4図 (α) (しン わ t42! 第5図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)絶縁性基板と、上記絶縁性基体上に設けられたP
    LZT層と、上記PLTZ層上に設けられた絶縁性ロー
    ド層とを有することを特徴とする光回路用基板。
  2. (2)絶縁性基体をMqO,スピネ/L/、SrTiO
    3,サファイア(α−A12o3)のうち少なくとも一
    種で構成することを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の光回路用基板。
  3. (3)  ロード層を酸化チタン、酸化タンタル、酸化
    ニオブ、酸化ジルコン、酸化亜鉛、酸化アルミニウムな
    どの酸化物、窒化珪素などの窒化物の少なくとも一種で
    構成することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    光回路用基板。
  4. (4)  ロード層を少なくとも酸化タンタルで構成す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の光回路
    用基板。
JP14063882A 1982-08-12 1982-08-12 光回路用基板 Pending JPS5930507A (ja)

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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN1043367C (zh) * 1992-06-17 1999-05-12 默克专利股份有限公司 蒸镀材料其制备方法和用该材料制备光学涂层方法
US6568178B2 (en) 2000-03-28 2003-05-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Device for purifying the exhaust gas of an internal combustion engine
US6588204B2 (en) 2000-03-27 2003-07-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Device for purifying the exhaust gas of an internal combustion engine
US6874315B2 (en) 2000-03-27 2005-04-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification device
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