JPS6060622A - 光導波路 - Google Patents
光導波路Info
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- JPS6060622A JPS6060622A JP16817083A JP16817083A JPS6060622A JP S6060622 A JPS6060622 A JP S6060622A JP 16817083 A JP16817083 A JP 16817083A JP 16817083 A JP16817083 A JP 16817083A JP S6060622 A JPS6060622 A JP S6060622A
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- Japan
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- optical waveguide
- substrate
- optical
- electrode
- transparent
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL 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
- G02F1/00—Devices 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
- G02F1/01—Devices 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
- G02F1/03—Devices 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
- G02F1/035—Devices 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
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、光通信、光情報処理分野で用いられる光集積
回路に必要な光導波路に係り、特に光の伝送損失の小さ
な電極構造を持つ光スィッチ、光変調器などに好適な光
導波路に関する。
回路に必要な光導波路に係り、特に光の伝送損失の小さ
な電極構造を持つ光スィッチ、光変調器などに好適な光
導波路に関する。
光通信や光情報処理分野では光路の切り換えや光分岐、
光変調などを行う光制御デバイスが必要とされる。この
ような光制御回路は、これまでのバルク型、あるいは機
械式から、小型化、高速化、高信頼化および経済化を０
指した光集積回路化となる方向にある。たとえばＬｉＮ
ｂＯ５，ＬｉＴａｇｓの強誘電体やＱａＡｓ等の半導体
基板中に微少な光導波路を形成し、これに電界を印加し
、導波路を形成する材料の電気光学効果を介して導波光
を制御するデバイスが多数試みられている。このような
電気光学効果を介して導波光を制御するデバイスは、基
板の上に形成した３次元光導波路の上に電圧印加のため
の金属膜を配した基本構造を有している。第１図は従来
良く試みられている光導波路構造の断面を示す一例で％
ｎ” −ＧａＡｓ基板ｌ上に、これよりもキャリヤー
濃度の低い高抵抗エピタキシャルＱａＡｓ層２ｔ−成長
させ、これをエツチングしてリッジ４′ｆ：形成し、光
導波路１ｏの部分の実効屈折率を周囲よシ高めてこの部
分に光を閉じ込める構造を持っている。光の変調あるい
はスイッチングなどを行うだめの電極は導波路の上１０
および基板の裏面とにあり、これら電極間に電圧を加え
ると光導波路１０の部分に効果的に電界が印加され、電
気光学効果によってこの部分の屈折率が変化して導波光
の変調・スイッチングが行われる。従来良く試みられて
いるもう１つの代表的な例は、第２図のように基板上に
形成された光導波路１０の上に平面上に電極１１．１２
を配して面内に電界を印加する方式である。このような
面内電極形は、 ＩｊＮｂＯｓなどを基板に用いた光導
波路に良く用いられている。
光変調などを行う光制御デバイスが必要とされる。この
ような光制御回路は、これまでのバルク型、あるいは機
械式から、小型化、高速化、高信頼化および経済化を０
指した光集積回路化となる方向にある。たとえばＬｉＮ
ｂＯ５，ＬｉＴａｇｓの強誘電体やＱａＡｓ等の半導体
基板中に微少な光導波路を形成し、これに電界を印加し
、導波路を形成する材料の電気光学効果を介して導波光
を制御するデバイスが多数試みられている。このような
電気光学効果を介して導波光を制御するデバイスは、基
板の上に形成した３次元光導波路の上に電圧印加のため
の金属膜を配した基本構造を有している。第１図は従来
良く試みられている光導波路構造の断面を示す一例で％
ｎ” −ＧａＡｓ基板ｌ上に、これよりもキャリヤー
濃度の低い高抵抗エピタキシャルＱａＡｓ層２ｔ−成長
させ、これをエツチングしてリッジ４′ｆ：形成し、光
導波路１ｏの部分の実効屈折率を周囲よシ高めてこの部
分に光を閉じ込める構造を持っている。光の変調あるい
はスイッチングなどを行うだめの電極は導波路の上１０
および基板の裏面とにあり、これら電極間に電圧を加え
ると光導波路１０の部分に効果的に電界が印加され、電
気光学効果によってこの部分の屈折率が変化して導波光
の変調・スイッチングが行われる。従来良く試みられて
いるもう１つの代表的な例は、第２図のように基板上に
形成された光導波路１０の上に平面上に電極１１．１２
を配して面内に電界を印加する方式である。このような
面内電極形は、 ＩｊＮｂＯｓなどを基板に用いた光導
波路に良く用いられている。
以上のような光導波路に共通する最大の問題は、光導波
路の上部に配した電極となる金属によって導波光が減辰
されることである。すなわち金属膜を上部に装荷した光
導波路は、上部に金属膜が無い場合にくらべ伝送損失が
増大する。このような金属膜による損失増加は、一般に
金属は光を強く吸収するので光導波路の外にしみ出した
導波光の成分が、金属膜によって減衰を受けるためであ
る。
路の上部に配した電極となる金属によって導波光が減辰
されることである。すなわち金属膜を上部に装荷した光
導波路は、上部に金属膜が無い場合にくらべ伝送損失が
増大する。このような金属膜による損失増加は、一般に
金属は光を強く吸収するので光導波路の外にしみ出した
導波光の成分が、金属膜によって減衰を受けるためであ
る。
このような金属膜による光導波路の損失増加を除くため
に、従来、光導波路の上に透明な絶縁物を介して金属膜
を形成する構造を持つものも試みられている。第３図は
このような従来構造を示したもので第１図で説明したリ
ッジ型光導波路５の上に透明な絶縁層５を介して金属膜
１１が形成された構造となっている。光導波路と金属膜
との間にバッファ一層と呼ばれる透明な絶縁体を設けた
上記のような構造を持つ光導波路は、伝送損失の増加を
抑えることはできるが、次のような問題点をも生じる。
に、従来、光導波路の上に透明な絶縁物を介して金属膜
を形成する構造を持つものも試みられている。第３図は
このような従来構造を示したもので第１図で説明したリ
ッジ型光導波路５の上に透明な絶縁層５を介して金属膜
１１が形成された構造となっている。光導波路と金属膜
との間にバッファ一層と呼ばれる透明な絶縁体を設けた
上記のような構造を持つ光導波路は、伝送損失の増加を
抑えることはできるが、次のような問題点をも生じる。
すなわち外部から印加した電圧が光導波路とバッファ一
層の両方にかかるために、光導波路に印加される電圧は
バッファ一層の無い場合にくらべて実質的に減少する。
層の両方にかかるために、光導波路に印加される電圧は
バッファ一層の無い場合にくらべて実質的に減少する。
言い換えると同じ屈折率変化を誘起するのに必要な電圧
は、バッファ一層が無い場合にくらべて増加してしまう
という問題点がある。
は、バッファ一層が無い場合にくらべて増加してしまう
という問題点がある。
本発明の目的は、電導性のある透明な物質全光導波路制
御用電極として用いることによって、電極を装荷したこ
とによる伝送損失増加を防ぐことのできる光導波路を提
供することにある。
御用電極として用いることによって、電極を装荷したこ
とによる伝送損失増加を防ぐことのできる光導波路を提
供することにある。
本発明は、光スィッチ、光変調器などを駆動するための
金属が可視光から近赤外光に対し強い吸収を持っている
のに対し、ある種の金属酸化物は上記波長領域で透明で
あり、しかも金属膜に匹敵する低い抵抗値を持っている
ことに着目したものである。抵抗値が低く、かつ上記波
長領域で透明な物質としては、酸化スズ（Ｓｎｏｗ）、
酸化インジュウム（Ｉｎ２０ａｌ、あるいはこれらの混
合系ＣＩｎｚ−ｘｓｎｘｏ３＊ａｂ以下ＩＴＯと略称］
などが挙げられる。中でもｒｆスパッタ法や電子ビーム
蒸着法で形成したＩＴＯ膜は高透過率でかつ低抵抗なも
のが得られ、光導波路用電極として望ましい。
金属が可視光から近赤外光に対し強い吸収を持っている
のに対し、ある種の金属酸化物は上記波長領域で透明で
あり、しかも金属膜に匹敵する低い抵抗値を持っている
ことに着目したものである。抵抗値が低く、かつ上記波
長領域で透明な物質としては、酸化スズ（Ｓｎｏｗ）、
酸化インジュウム（Ｉｎ２０ａｌ、あるいはこれらの混
合系ＣＩｎｚ−ｘｓｎｘｏ３＊ａｂ以下ＩＴＯと略称］
などが挙げられる。中でもｒｆスパッタ法や電子ビーム
蒸着法で形成したＩＴＯ膜は高透過率でかつ低抵抗なも
のが得られ、光導波路用電極として望ましい。
以下、実施例により本発明の詳細な説明する。
実施例１
２極の高周波スパッター装置を用い、Ｉ ｎ３ ｏ３９
１ｍｏ１％＋ Ｓｎｏｗ ９ｍｏ１％の焼結体をターゲ
ットとして白板ガラスＢ−２６０を基板上にＩ Ｔ Ｏ
（ＩｎｄｉｕｍＴｉｔａｎｉｕｍ Ｑｘｉｄｅ）膜をス
パッターした。スパッターの条件は次のとうりである。
１ｍｏ１％＋ Ｓｎｏｗ ９ｍｏ１％の焼結体をターゲ
ットとして白板ガラスＢ−２６０を基板上にＩ Ｔ Ｏ
（ＩｎｄｉｕｍＴｉｔａｎｉｕｍ Ｑｘｉｄｅ）膜をス
パッターした。スパッターの条件は次のとうりである。
入力パワー １００〜２５０Ｗ
ターゲツトｒｆポテンシヤル １．５〜２．ＯｋＶター
ゲット／基板距離 ３０闘 ターゲツト径 ８０間 ７ ｋ ＝７’ ７圧 ６０〜９０ｍｍＴｏｒｒ基板温
度 １５０ｔｌ： 以上の条件で作製したＩＴＯ膜の透過率の分光特性を第
４図に示す。実線は膜厚０．１６μｍ１破線は０．２０
μｍの結果である。これらの膜の比抵抗は共に約８Ｘ１
０”Ω−副であった。第４図の結果から計算したＩＴＯ
膜の吸収係数は可視光から波長約１６５μｍの近赤外光
の領域までほぼ平坦であり、その値はほぼ７Ｘ１０”ｃ
ｒＩｒｌと、Ａｕｓ Ａｔなどの金属の吸収係数に比較
して２桁以上小さかった。
ゲット／基板距離 ３０闘 ターゲツト径 ８０間 ７ ｋ ＝７’ ７圧 ６０〜９０ｍｍＴｏｒｒ基板温
度 １５０ｔｌ： 以上の条件で作製したＩＴＯ膜の透過率の分光特性を第
４図に示す。実線は膜厚０．１６μｍ１破線は０．２０
μｍの結果である。これらの膜の比抵抗は共に約８Ｘ１
０”Ω−副であった。第４図の結果から計算したＩＴＯ
膜の吸収係数は可視光から波長約１６５μｍの近赤外光
の領域までほぼ平坦であり、その値はほぼ７Ｘ１０”ｃ
ｒＩｒｌと、Ａｕｓ Ａｔなどの金属の吸収係数に比較
して２桁以上小さかった。
実施例２
実施例１と同様の組成のＩｎｚＯａ Ｓｎ０ｗ粉末を電
子ビーム蒸着法によって白板ガラスＢ−２６０上に蒸着
し、ＩＴＯ膜を形成した。基板温度は４００Ｃ１蒸着時
の酸素分圧は約５Ｘ１０−’Ｔｏｒｒであった。この条
件の下で堆積した厚さ０．１２μｍのＩＴＯ膜の比抵抗
は４Ｘ１０−’Ω−ｍであり、透過率の分光特性はスパ
ッター法で作製した実施例１の場合とｔｌとんど同じく
波長０．４〜１．５μｍの領域で透明であった。
子ビーム蒸着法によって白板ガラスＢ−２６０上に蒸着
し、ＩＴＯ膜を形成した。基板温度は４００Ｃ１蒸着時
の酸素分圧は約５Ｘ１０−’Ｔｏｒｒであった。この条
件の下で堆積した厚さ０．１２μｍのＩＴＯ膜の比抵抗
は４Ｘ１０−’Ω−ｍであり、透過率の分光特性はスパ
ッター法で作製した実施例１の場合とｔｌとんど同じく
波長０．４〜１．５μｍの領域で透明であった。
実施例３
ｎ”ＧａＡｓ（１００）基板上（キャリヤ濃度１０１８
／ｅｒｒ？ ）にＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｑｒｇａｎ
ｉｃ ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉ
ｏｎｌ）法によって厚さ約２μｍの高抵抗ＧａＡｓ層（
キャリヤ濃度１０１ｓ／ｌデ）をエピタキシャル成長し
、この上に実施例１に示した条件で厚さ０，１６μｍの
ＩＴＯＭをスパッター法で堆積し、通常のフォトリング
ラフ技術とイオンビームエツチング法を用、いて第５図
のような断面を持つリッジ型光導波路を作製した。図に
おいて光導波路の巾Ｗは３．４μｍ、光導波路の厚みｄ
は２μｍ１リツジの高さδは０，７μｍであった。リッ
ジ型光導波路上のＩ’ｌ’０膜の膜厚は０．１６μｍで
ある。このような構造の長さ５麗の光導波路の一端から
波長１．１５μｍの直線偏光波を入射した。直線偏光の
振動方向は第５図におけるＸ軸方向とした。出射端面に
おけるニアフィールドパターンの観察によれば、との光
導波路には最底次のモードのみが伝送可能であった。こ
の光導波路を端からへき開によって切断して長さを変え
ながら出射ノくワーを測定し、光導波路の伝送損失をめ
た。端面の反射の影響などを差し引いた伝送損失は約２
．０ ｄ Ｂ／ｃｍであった。本実施例の効果を確認す
るために、ＧａＡｓ基板上に高抵抗エピタキシャル膜の
みを形成し、光導波路上のＩＴＯ膜を除いては上記実施
例と同一の断面構造および寸法を持つリッジ型光導波路
を形成し、その伝送損失を測定した。測定した伝送損失
の値は２．１ ｄ Ｂ／ｃｍであった。以上の結果は、
光導波路上に電極として形成したＩＴＯ膜は伝送損失に
何ら影響を与えていないことを示している。
／ｅｒｒ？ ）にＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｑｒｇａｎ
ｉｃ ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉ
ｏｎｌ）法によって厚さ約２μｍの高抵抗ＧａＡｓ層（
キャリヤ濃度１０１ｓ／ｌデ）をエピタキシャル成長し
、この上に実施例１に示した条件で厚さ０，１６μｍの
ＩＴＯＭをスパッター法で堆積し、通常のフォトリング
ラフ技術とイオンビームエツチング法を用、いて第５図
のような断面を持つリッジ型光導波路を作製した。図に
おいて光導波路の巾Ｗは３．４μｍ、光導波路の厚みｄ
は２μｍ１リツジの高さδは０，７μｍであった。リッ
ジ型光導波路上のＩ’ｌ’０膜の膜厚は０．１６μｍで
ある。このような構造の長さ５麗の光導波路の一端から
波長１．１５μｍの直線偏光波を入射した。直線偏光の
振動方向は第５図におけるＸ軸方向とした。出射端面に
おけるニアフィールドパターンの観察によれば、との光
導波路には最底次のモードのみが伝送可能であった。こ
の光導波路を端からへき開によって切断して長さを変え
ながら出射ノくワーを測定し、光導波路の伝送損失をめ
た。端面の反射の影響などを差し引いた伝送損失は約２
．０ ｄ Ｂ／ｃｍであった。本実施例の効果を確認す
るために、ＧａＡｓ基板上に高抵抗エピタキシャル膜の
みを形成し、光導波路上のＩＴＯ膜を除いては上記実施
例と同一の断面構造および寸法を持つリッジ型光導波路
を形成し、その伝送損失を測定した。測定した伝送損失
の値は２．１ ｄ Ｂ／ｃｍであった。以上の結果は、
光導波路上に電極として形成したＩＴＯ膜は伝送損失に
何ら影響を与えていないことを示している。
実施例４
’ｔｃ ６ 図ニ示−１−ごとく、７．−ｃｕ ｔ Ｌ
ｉ Ｎｂ０ａ基板３１上に方向性結合器型光スイッチ
を作製した。
ｉ Ｎｂ０ａ基板３１上に方向性結合器型光スイッチ
を作製した。
、ＬｉＮｂＯ５基板上に通常のフォトリングラフ技術を
用いて巾８μｍ１間隔５μｍ１結合部分１５ｍのＴｉの
蒸着膜のストライプを形成し、１０４０Ｃ。
用いて巾８μｍ１間隔５μｍ１結合部分１５ｍのＴｉの
蒸着膜のストライプを形成し、１０４０Ｃ。
１０時間の熱処理を行って方向性結合器型光導波路３２
．３３を作製した。この２本の光導波路の結合部分の上
部３４および３５にＡｔ電極を蒸着した素子Ａと、実施
例２に述べた条件の下でＩＴＯ膜を形成した素子Ｂ’に
作製した。これらの素子の各々に光導波路端面４０に波
長１．１５μｍの光を入射し、他端から出射した光の強
度を測定し、導波路損失を算出した。この測定の結果、
素子人および素子Ｂの各々の導波路部分の伝送損失は０
．８ｄＢ／ｃｍおよび４．２ｄＢ／ｃｉと算出された。
．３３を作製した。この２本の光導波路の結合部分の上
部３４および３５にＡｔ電極を蒸着した素子Ａと、実施
例２に述べた条件の下でＩＴＯ膜を形成した素子Ｂ’に
作製した。これらの素子の各々に光導波路端面４０に波
長１．１５μｍの光を入射し、他端から出射した光の強
度を測定し、導波路損失を算出した。この測定の結果、
素子人および素子Ｂの各々の導波路部分の伝送損失は０
．８ｄＢ／ｃｍおよび４．２ｄＢ／ｃｉと算出された。
結合部分の電極材料のみが異なる画素子の伝送損失の差
はｘＴｏｇとＡｔ膜の吸収係数の差に起因することは明
らかである。これら画素子の電極３４．３５間に電圧を
加えてスイッチング特性を測定したが、この特性につい
ては両者の差はほとんど認められず、いずれも約８■の
電圧で入射光のスイッチングが観測された。
はｘＴｏｇとＡｔ膜の吸収係数の差に起因することは明
らかである。これら画素子の電極３４．３５間に電圧を
加えてスイッチング特性を測定したが、この特性につい
ては両者の差はほとんど認められず、いずれも約８■の
電圧で入射光のスイッチングが観測された。
以上述べたように、本発明によれば、光導波路上に設け
る電極材料による導波光の減衰を無視できる程度に低減
することができ、したがって外部から電圧によって制御
が可能でかつ伝送損失のきわめて低い光導波路を実現で
きた。
る電極材料による導波光の減衰を無視できる程度に低減
することができ、したがって外部から電圧によって制御
が可能でかつ伝送損失のきわめて低い光導波路を実現で
きた。
第１図、第２図および第３図は従来型の光導波路の断面
図、第４図は本発明に用いるＩＴＯ膜の光学特性図、第
５図および第６図は本発明による光導波路の斜視図であ
る。 ｌ・・・結晶基板、２・・・光導波層、４・・・リッジ
型光ｉｓ波路、５・・・絶縁層、１０・・・光導波部分
、１１゜１２・・・電極、３１・・・ＬｉＮｂＯ３基板
、：（２，３３・・・＋１＋ｉ拡散光導波路、３４．３
５・・・電極、４０゜Ｖ３＋図 １２図 て３ 図 第４図 ５１長（Ｐり 不 ５ 図 ′ｆＪ６図
図、第４図は本発明に用いるＩＴＯ膜の光学特性図、第
５図および第６図は本発明による光導波路の斜視図であ
る。 ｌ・・・結晶基板、２・・・光導波層、４・・・リッジ
型光ｉｓ波路、５・・・絶縁層、１０・・・光導波部分
、１１゜１２・・・電極、３１・・・ＬｉＮｂＯ３基板
、：（２，３３・・・＋１＋ｉ拡散光導波路、３４．３
５・・・電極、４０゜Ｖ３＋図 １２図 て３ 図 第４図 ５１長（Ｐり 不 ５ 図 ′ｆＪ６図
Claims (1)
- 基板上に当該基板よりも屈折率が高くかつ可視領域から
波長２μｍ程度までの少なくとも一部波長領域において
透明な電気光学材料を積層し、さらにその上に前記波長
領域において透明な電極材料を配したことを特徴とする
光導波路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16817083A JPS6060622A (ja) | 1983-09-14 | 1983-09-14 | 光導波路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16817083A JPS6060622A (ja) | 1983-09-14 | 1983-09-14 | 光導波路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6060622A true JPS6060622A (ja) | 1985-04-08 |
Family
ID=15863097
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16817083A Pending JPS6060622A (ja) | 1983-09-14 | 1983-09-14 | 光導波路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6060622A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021002019A (ja) * | 2019-06-25 | 2021-01-07 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
-
1983
- 1983-09-14 JP JP16817083A patent/JPS6060622A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021002019A (ja) * | 2019-06-25 | 2021-01-07 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
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