JPS63250611A - 光導波路の製造方法 - Google Patents
光導波路の製造方法Info
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Classifications
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light 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
- G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
- G02B6/134—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by substitution by dopant atoms
- G02B6/1345—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by substitution by dopant atoms using ion exchange
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明はプロトン交換法による光導波路の製造方法に関
する。
する。
光通信システムを構成するには、発光素子、受光素子お
Ｊ：び光線路のほか、光変調器、光スイング、光分岐回
路、光接続回路および光フィルタなど、これまで電子回
路で行われてきた機能を光波領域で実現する光回路部品
が必要になる。ここで、ＬｉＮｂＯ３は、高い電気光学
効果を有することから、光変調器、光スィッチなどの光
機能デバイスへの応用が検討されている。これらの光機
能デバイスを製作するためには、光導波路を形成する必
要があるが、光導波路の″ｙＪＡ造方法としては従来か
ら検討されてきたチタン（Ｔｉ ）拡散法や、近年活発
に検討されているプロトン交換法などがある。
Ｊ：び光線路のほか、光変調器、光スイング、光分岐回
路、光接続回路および光フィルタなど、これまで電子回
路で行われてきた機能を光波領域で実現する光回路部品
が必要になる。ここで、ＬｉＮｂＯ３は、高い電気光学
効果を有することから、光変調器、光スィッチなどの光
機能デバイスへの応用が検討されている。これらの光機
能デバイスを製作するためには、光導波路を形成する必
要があるが、光導波路の″ｙＪＡ造方法としては従来か
ら検討されてきたチタン（Ｔｉ ）拡散法や、近年活発
に検討されているプロトン交換法などがある。
プロトン交換法はＬｉＮｂＯ３基板を安息香酸融液中に
浸してリチウムイオン（Ｌｌ ）とプロトン（Ｈ＋）
のイオン交換を行ない、光導波路を形成する方法であり
、通常はこの後にアニールを行なって屈折重分イ「を調
整している。この方法は簡易であるだけでなく、製作し
た光導波路はＴｉ拡散法にみられたしｉＯ２外拡散の問
題がなく、また光１ｔ４ ｉＤも発生し難い。そのため
、光導波路形成の有力な方法と考えられている。
浸してリチウムイオン（Ｌｌ ）とプロトン（Ｈ＋）
のイオン交換を行ない、光導波路を形成する方法であり
、通常はこの後にアニールを行なって屈折重分イ「を調
整している。この方法は簡易であるだけでなく、製作し
た光導波路はＴｉ拡散法にみられたしｉＯ２外拡散の問
題がなく、また光１ｔ４ ｉＤも発生し難い。そのため
、光導波路形成の有力な方法と考えられている。
ところが、従来のＬｉＮｂＯ３光導波路の製造方法（す
なわち、Ｔｉ拡散法やプロトン交換法）で製作した光導
波路では、光ファイバとの結合損失が高くなるという問
題があった。これは、光ファイバの屈折率分布が光軸に
対称であるのに対して、光導波路の屈折率分布は表面に
近いほど屈折率が高いという非対称な分布でおることに
起因している。このため、例えば単一モード光ファイバ
と単一モード光導波路を結合させる場合には約３ｄＢ以
上の結合損失が発生し、先導波路を用いた各種の光機能
デバイスの実用化の妨げとなっていた。
なわち、Ｔｉ拡散法やプロトン交換法）で製作した光導
波路では、光ファイバとの結合損失が高くなるという問
題があった。これは、光ファイバの屈折率分布が光軸に
対称であるのに対して、光導波路の屈折率分布は表面に
近いほど屈折率が高いという非対称な分布でおることに
起因している。このため、例えば単一モード光ファイバ
と単一モード光導波路を結合させる場合には約３ｄＢ以
上の結合損失が発生し、先導波路を用いた各種の光機能
デバイスの実用化の妨げとなっていた。
そこで、このような問題点を解決するものとして、例え
ば小松らによるｒＭＩＪ Ｏ追拡散によるＴｉ ：
Ｌｉ Ｎｂ ０３光導波路と光ファイバとの低結合損失
化」 （昭和６１年度応用物理学会春季大会予稿集第１
９８頁）の技術が提案されている。
ば小松らによるｒＭＩＪ Ｏ追拡散によるＴｉ ：
Ｌｉ Ｎｂ ０３光導波路と光ファイバとの低結合損失
化」 （昭和６１年度応用物理学会春季大会予稿集第１
９８頁）の技術が提案されている。
この技術によれば、ＭｇＯの追拡散によって先導波路の
屈折重分イ［を対称化することができるので、光フンフ
ィバとの結合を良好なものにすることかできる。しかし
ながら、この技術は先導波路の製造方法として有力なプ
ロトン交換法によるものではなく、またプロトン交換を
した後の基板に上記文献の技術に従ってＩＶＩＪ Ｏを
追拡散しても、屈折率分布の対称化は実現することがで
きない。なぜなら、基板中に導入されたプロトンはＩＶ
ＩＩ Ｏの熱拡散（追拡散）の過程で著しく分散してし
まうからである。
屈折重分イ［を対称化することができるので、光フンフ
ィバとの結合を良好なものにすることかできる。しかし
ながら、この技術は先導波路の製造方法として有力なプ
ロトン交換法によるものではなく、またプロトン交換を
した後の基板に上記文献の技術に従ってＩＶＩＪ Ｏを
追拡散しても、屈折率分布の対称化は実現することがで
きない。なぜなら、基板中に導入されたプロトンはＩＶ
ＩＩ Ｏの熱拡散（追拡散）の過程で著しく分散してし
まうからである。
そこで本発明は、先導波路の製造方法として有力なプロ
トン交換法を用いて、基板中に屈折率分布が対称化され
た先導波路を形成することのできる光導波路の製造方法
を提供することを目的とする。
トン交換法を用いて、基板中に屈折率分布が対称化され
た先導波路を形成することのできる光導波路の製造方法
を提供することを目的とする。
（問題点を解決するための手段〕
本発明に係る先導波路の製造方法は、基板上にＭｇＯ膜
を形成する第１のステップと、このＭＵ Ｏ膜中のＭｇ
Ｏを基板中に拡散する第２のステップと、Ｍ（］ Ｏの
拡散された基板表面からプロトン交換を行なって光導波
路を形成する第３のステップとを備えることを特徴とす
る。
を形成する第１のステップと、このＭＵ Ｏ膜中のＭｇ
Ｏを基板中に拡散する第２のステップと、Ｍ（］ Ｏの
拡散された基板表面からプロトン交換を行なって光導波
路を形成する第３のステップとを備えることを特徴とす
る。
本発明に係る先導波路の製造方法は、以上の通りに構成
されるので、第１および第２のステップは基板の表面近
傍に低屈折率のＭＵ Ｏ拡散層を形成するように鋤き、
第３のステップはこのＭｇＯ拡散層からその下方にわた
ってプロトンを導入した高屈折率の領域を形成するにう
に動く。
されるので、第１および第２のステップは基板の表面近
傍に低屈折率のＭＵ Ｏ拡散層を形成するように鋤き、
第３のステップはこのＭｇＯ拡散層からその下方にわた
ってプロトンを導入した高屈折率の領域を形成するにう
に動く。
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施例を説明す
る。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符
号を付し、重複する説明を省略する。
る。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符
号を付し、重複する説明を省略する。
第１図は実施例に係る先導波路の製造方法を説明するた
めの、工程別素子断面図である。
めの、工程別素子断面図である。
まず、第１図（Ａ＞に示す如く基板１を用意する。基板
１としては例えばＬｉＮｂＯ３結晶が挙げられるが、こ
れに限られるものではない。次に、同図（Ｂ）の如く基
板１の表面にＭｇＯ膜２を真空蒸着法により形成する。
１としては例えばＬｉＮｂＯ３結晶が挙げられるが、こ
れに限られるものではない。次に、同図（Ｂ）の如く基
板１の表面にＭｇＯ膜２を真空蒸着法により形成する。
なあ、このＭ（Ｊ Ｏ膜２の形成は例えばスパッタ法に
より行なってもよい。
より行なってもよい。
このときのＭｇＯ２膜２の厚さは基板１中に実現しよう
とする屈折率分布によって異なるが、通常は２００〜５
００オングストロ一ム程度である。
とする屈折率分布によって異なるが、通常は２００〜５
００オングストロ一ム程度である。
次いで、熱拡散法によりＭｇＯを基板１中に拡散さＶる
。このときの拡散゛温度は通常は８００〜１１００℃程
度であり、これによって基板１の表面に薄いＭＣＩ Ｏ
拡散層３が形成される。しかる後、ＭｇＯ拡散層３上に
金属マスク４を被着・形成し、リフ］〜オフ法またはエ
ツチング法などにより開口５を形成し、第１図（Ｄ）に
示す如き（？１１造とする。
。このときの拡散゛温度は通常は８００〜１１００℃程
度であり、これによって基板１の表面に薄いＭＣＩ Ｏ
拡散層３が形成される。しかる後、ＭｇＯ拡散層３上に
金属マスク４を被着・形成し、リフ］〜オフ法またはエ
ツチング法などにより開口５を形成し、第１図（Ｄ）に
示す如き（？１１造とする。
なお、この間口５の平面形状は実現しようとする先導波
路の平面形状と合致させる。また、金属マスク４の材料
としては、クロム（Ｃｒ ）の他、チタン（Ｔｉ）、金
（ＡＵ ＞などを用いることができる。
路の平面形状と合致させる。また、金属マスク４の材料
としては、クロム（Ｃｒ ）の他、チタン（Ｔｉ）、金
（ＡＵ ＞などを用いることができる。
次いで、第１図（Ｅ）に示す如くリチウムイオン（Ｌｌ
）とプロトン（Ｈ＞のイオン交換を行なう。すると、
プロトンがリチウムイオンに代って基板１中に導入され
、金属マスク４で覆われない領域にプロトン導入領域６
Ａが形成される。
）とプロトン（Ｈ＞のイオン交換を行なう。すると、
プロトンがリチウムイオンに代って基板１中に導入され
、金属マスク４で覆われない領域にプロトン導入領域６
Ａが形成される。
なお、上記のプロトン交換は例えば安息香酸の如き弱酸
融液中で行なうが、リン酸等を用いてもよい。
融液中で行なうが、リン酸等を用いてもよい。
しかる後、金属マスク４をエツチング等により除去し、
必要に応じてアニール等を行なうようにすれば、第１図
（「）の如き先導波路６Ｂが形成されることになる。
必要に応じてアニール等を行なうようにすれば、第１図
（「）の如き先導波路６Ｂが形成されることになる。
このように本発明の先導波路の製造方法は、プロトン交
換を行う前に、基板表面にＭ（］ Ｏ拡散層を形成して
おくことを特徴とする。そして、これににり先導波路の
屈折率分布の対称化が図られ、光ファイバ等との結合損
失の低減化が達成できる。
換を行う前に、基板表面にＭ（］ Ｏ拡散層を形成して
おくことを特徴とする。そして、これににり先導波路の
屈折率分布の対称化が図られ、光ファイバ等との結合損
失の低減化が達成できる。
以下、第２図を用いて屈折重分イ［を対称化できる理由
を説明する。
を説明する。
第２図（Ａ＞は通常のプロトン交換法により１ｑられる
屈折率分布を示す図で、破線はアニール前の屈折重分イ
「を示し、実線はアニール後の屈折重分イ（ｉを示して
いる。同図から明らかなように、いずれも表面に近づく
ほど屈折率が高くなっている。
屈折率分布を示す図で、破線はアニール前の屈折重分イ
「を示し、実線はアニール後の屈折重分イ（ｉを示して
いる。同図から明らかなように、いずれも表面に近づく
ほど屈折率が高くなっている。
一方、第２図（Ｂ）は基板にＭ（］ ０を拡散させた場
合の屈折率分布を示す図であり、ＭｇＯは１−ｉＮｂ０
３の屈折率を低下させるため表面に近づくほど屈折率が
低くなっていることがわかる。
合の屈折率分布を示す図であり、ＭｇＯは１−ｉＮｂ０
３の屈折率を低下させるため表面に近づくほど屈折率が
低くなっていることがわかる。
従って、あらかじめＭｇＯを拡散させた基板を用いてプ
ロトン交換法により先導波路を形成すると、基板の表面
近傍ではＭｇＯによる屈折率低下とプロトン交換による
屈折率増加が打ち消し合い、第２図（Ｃ）のようにほぼ
対称な屈折率分布が得られる。その結果、光導波路の屈
折率分布は従来法による−６のよりも光ファイバとの整
合性が高くなり、光フン・イバ等との結合損失は低減し
、後述の実験では約０．５ｄＢという良好な損失特性を
得た。
ロトン交換法により先導波路を形成すると、基板の表面
近傍ではＭｇＯによる屈折率低下とプロトン交換による
屈折率増加が打ち消し合い、第２図（Ｃ）のようにほぼ
対称な屈折率分布が得られる。その結果、光導波路の屈
折率分布は従来法による−６のよりも光ファイバとの整
合性が高くなり、光フン・イバ等との結合損失は低減し
、後述の実験では約０．５ｄＢという良好な損失特性を
得た。
本発明者は上記実施例の有効性を確認するため、下記の
如き実験を行なった。
如き実験を行なった。
まず、ＺカットＬｉＮｂＯ３を基板に使用して、従来の
プロトン交換法と本発明の製造方法とによって単一モー
ドの先導波路を２種類作製した。しかる俊、両者にへρ
電極を装荷して導波実験を行なった。第３図はこのよう
にして得た先導波路の斜視図である。すなわち、ＬｉＮ
ｂＯ３からなる基板１に光導波路６を形成し、この上に
へρ電極１０＠装荷している。
プロトン交換法と本発明の製造方法とによって単一モー
ドの先導波路を２種類作製した。しかる俊、両者にへρ
電極を装荷して導波実験を行なった。第３図はこのよう
にして得た先導波路の斜視図である。すなわち、ＬｉＮ
ｂＯ３からなる基板１に光導波路６を形成し、この上に
へρ電極１０＠装荷している。
かかる導波実験の結果、次のようなことが確認された。
づなわら、従来のプロトン交換法で作製した光導波路で
は約１５ｄＢ／ｃｍの損失が発生したのに対して、本発
明の製造方法によって作製した先導波路ではわずかに１
．０ｄＢ／ｃｍの損失であった。
は約１５ｄＢ／ｃｍの損失が発生したのに対して、本発
明の製造方法によって作製した先導波路ではわずかに１
．０ｄＢ／ｃｍの損失であった。
この理由を第４図を用いて説明する。従来のプロトン交
換法により作製した光導波路では屈折率が表面に近づく
ほど高いため、光の電界分布は第４図（Ａ）に曲線Ｃ１
で示すように表面近傍に偏よったものとなる。そのため
に、電極１０を装荷すると光は電極１０に強く吸収され
、従って損失が発生する。一方、本発明の製造方法によ
る光導波路では、第４図（Ｂ）に曲線Ｃ２で示すように
屈折率分布がほぼ対称であるため光の電界分布は第４図
（△）よりも深い位置に集中し、表面近傍では微弱とな
っている。そのために、光は電極１０には殆んど吸収さ
れず、従って低損失が実現されている。
換法により作製した光導波路では屈折率が表面に近づく
ほど高いため、光の電界分布は第４図（Ａ）に曲線Ｃ１
で示すように表面近傍に偏よったものとなる。そのため
に、電極１０を装荷すると光は電極１０に強く吸収され
、従って損失が発生する。一方、本発明の製造方法によ
る光導波路では、第４図（Ｂ）に曲線Ｃ２で示すように
屈折率分布がほぼ対称であるため光の電界分布は第４図
（△）よりも深い位置に集中し、表面近傍では微弱とな
っている。そのために、光は電極１０には殆んど吸収さ
れず、従って低損失が実現されている。
このことは次の意味で重要である。光導波路を光機能デ
バイス（例えば光変調器）として使用する場合には電極
は不可欠で゛ある。ところが、ＺカットのＬｉＮｂＯ３
を使用する場合に高い変調効率を１！７るためには、第
３図のように光導波路の上面に電極を形成するのが良い
ことが知られている。
バイス（例えば光変調器）として使用する場合には電極
は不可欠で゛ある。ところが、ＺカットのＬｉＮｂＯ３
を使用する場合に高い変調効率を１！７るためには、第
３図のように光導波路の上面に電極を形成するのが良い
ことが知られている。
そしてその場合、前述のような損失を避ける必要から、
轡波路基板表面にプラズマＣＶＤ法などによってＳｉＯ
２あるいは５１３Ｎ４などを材料とするバッファ層を堆
積させた１麦、電１本を形成する手法がとられていた。
轡波路基板表面にプラズマＣＶＤ法などによってＳｉＯ
２あるいは５１３Ｎ４などを材料とするバッファ層を堆
積させた１麦、電１本を形成する手法がとられていた。
しかし、バッファ層を堆積ざ′Ｖる際に基板に歪が加わ
り損失が発生することがしばしばあり、これが問題とな
っていた。ところが、本発明の製造方法による先導波路
においては、電極形成の際にバッファ層の介在を不要と
することができる。従って、このような歪の問題は全く
なくなる。
り損失が発生することがしばしばあり、これが問題とな
っていた。ところが、本発明の製造方法による先導波路
においては、電極形成の際にバッファ層の介在を不要と
することができる。従って、このような歪の問題は全く
なくなる。
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の
変形が可能である。
変形が可能である。
例えば、プロトン交換に用いる弱酸融液は安息香酸ある
いはリン酸に限られるものではなく、沸点あるいはＩ）
Ｈの値に応じて他のものとすることもできる。また、交
換に用いるプロトンは陽イオン化した水素に限らず、陽
イオン化した重水素であってもよい。
いはリン酸に限られるものではなく、沸点あるいはＩ）
Ｈの値に応じて他のものとすることもできる。また、交
換に用いるプロトンは陽イオン化した水素に限らず、陽
イオン化した重水素であってもよい。
以上、詳細に説明した通り本発明によれば、まずＩＶＤ
Ｉ Ｏを基板に拡散させた後にプロトン交換を行なうよ
うにしているので、基板中に対称化された屈折率分布を
有する先導波路を、プロトン交換法という簡易かつ確実
な方法により製造することができる。
Ｉ Ｏを基板に拡散させた後にプロトン交換を行なうよ
うにしているので、基板中に対称化された屈折率分布を
有する先導波路を、プロトン交換法という簡易かつ確実
な方法により製造することができる。
また、本発明方法により製造された先導波路では、光フ
ァイバとの結合１目失の低減化を図ることがでざるだ【
プでなく、バッファ層不要の電性形成が可能となるとい
う格別の効果がある。従って、光変調器、光スイッチ等
の光機能デバイス用の先導波路の製造方法として１，１
へめで有効なものである。
ァイバとの結合１目失の低減化を図ることがでざるだ【
プでなく、バッファ層不要の電性形成が可能となるとい
う格別の効果がある。従って、光変調器、光スイッチ等
の光機能デバイス用の先導波路の製造方法として１，１
へめで有効なものである。
第１図は本発明の実施例方法を説明する製造工程別の素
子断面図、第２図は基板中の屈折十分イｌｉの説明図、
第３図は本発明の効果を確認するための実験に用いた光
導波路の斜視図、第４図は基板中における光の電界力イ
「の説明図である。 １・・・基板、２・Ｍｇ０１１ｍ、３＝−ＭｇＯ拡＃Ｒ
１，４・・・金属マスク、５・・・開口、６・・・先導
波路、１０・・・ＡＮ電極。 特許出願人 住友電気工業株式会社 代理人弁理士 長谷用 芳 樹実施Ｅ 第 深さ 深さ 深さ 第 ４ 図
子断面図、第２図は基板中の屈折十分イｌｉの説明図、
第３図は本発明の効果を確認するための実験に用いた光
導波路の斜視図、第４図は基板中における光の電界力イ
「の説明図である。 １・・・基板、２・Ｍｇ０１１ｍ、３＝−ＭｇＯ拡＃Ｒ
１，４・・・金属マスク、５・・・開口、６・・・先導
波路、１０・・・ＡＮ電極。 特許出願人 住友電気工業株式会社 代理人弁理士 長谷用 芳 樹実施Ｅ 第 深さ 深さ 深さ 第 ４ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、基板上にＭｇＯ膜を形成する第１のステップと、こ
のＭｇＯ膜中のＭｇＯを前記基板中に拡散する第２のス
テップと、前記ＭｇＯの拡散された前記基板表面からプ
ロトン交換を行なう第３のステップとを備える光導波路
の製造方法。 ２、前記基板はＬｉＮｂＯ＿３により形成されている特
許請求の範囲第１項記載の光導波路の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62086411A JPS63250611A (ja) | 1987-04-08 | 1987-04-08 | 光導波路の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62086411A JPS63250611A (ja) | 1987-04-08 | 1987-04-08 | 光導波路の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63250611A true JPS63250611A (ja) | 1988-10-18 |
Family
ID=13886126
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62086411A Pending JPS63250611A (ja) | 1987-04-08 | 1987-04-08 | 光導波路の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63250611A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05173035A (ja) * | 1991-04-19 | 1993-07-13 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光導波路の作成方法 |
| US7310453B2 (en) | 2002-08-30 | 2007-12-18 | Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. | Optical modulator |
| CN115182052A (zh) * | 2022-08-03 | 2022-10-14 | 北京工业大学 | 一种薄膜铌酸锂表面制备微纳器件的方法 |
-
1987
- 1987-04-08 JP JP62086411A patent/JPS63250611A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05173035A (ja) * | 1991-04-19 | 1993-07-13 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光導波路の作成方法 |
| US7310453B2 (en) | 2002-08-30 | 2007-12-18 | Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. | Optical modulator |
| CN115182052A (zh) * | 2022-08-03 | 2022-10-14 | 北京工业大学 | 一种薄膜铌酸锂表面制备微纳器件的方法 |
| CN115182052B (zh) * | 2022-08-03 | 2023-12-01 | 北京工业大学 | 一种薄膜铌酸锂表面制备微纳器件的方法 |
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