WO2009113469A1

WO2009113469A1 - 光デバイス、その製造方法とそれを用いた光集積デバイス

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Publication number: WO2009113469A1
Application number: PCT/JP2009/054373
Authority: WO
Inventors: 中田正文; 清水隆徳; 鈴木信夫
Original assignee: 日本電気株式会社; 株式会社東芝
Priority date: 2008-03-13
Filing date: 2009-03-03
Publication date: 2009-09-17
Also published as: US8515225B2; JPWO2009113469A1; US20110002578A1

Abstract

　リング状光導波路と入出力光導波路を有し、リング状光導波路の共振波長を変化させる光デバイスであって、導波する波長における屈折率を制御する屈折率制御部が、リング状光導波路の一部分に具備され、屈折率制御部が、屈折率制御部以外のリング状光導波路の部分を構成する光学材料と異なる符号の熱光学効果をもつ光学材料で形成されている。

Description

明細書光デバイス、その製造方法とそれを用いた光集積デバイス技術分野

本発明は、光通信、光配線、光ストレージ等に用いられる光デバイス、これを備えた光集積デバイス、及びその製造方法に関する。背景技術

電界と物質の相互作用により屈折率が変化する電気光学効果は、その高速性、電圧駆動であることによる低消費電力性、構造の単純性から、光変調器に応用されている。

L i Nb0₃を用いた光変調器は、単結晶 L i Nb 0₃基板上に T i拡散法によりマッハツェンダー型導波路を形成したものに電極を組み合わせて形成されている。この光変調器は、電圧を印加することで、導波路の屈折率を変化させ、光信号の ONZOFFを行うことができる。しかし、この変調器は、単結晶基板を用いる必要があることから高価である。また、 L i Nb〇₃の電気光学効果が小さく、プレナ一電極構造であることから長い導波路が必要になり、素子サイズが _{c m}台と非常に大きい。

透明セラミックスである P bい _XL a _x (Z r yT i i— y) 0₃ (P LZT) は、現行の光変調器に用いられている L i Nb O₃単結晶より二桁近く電気光学係数が大きい。それゆえ、 P LZTを用いることで、光素子の小型化及びそれによる低コスト化、低消費電力化、および高速化が期待でき、これまでゾルゲル法による PLZTの薄膜化の検討がなされてきている（非特許文献 1、非特許文献 2)。今後に期待される革新的な技術として、光とエレクトロ二タスの 1チップ上の集積を可能とするシリコンフォトニックデバイスが研究されている。これを実現することで CP U、メモリー等の L S Iと光スィッチ等の能動光学素子とを同一基板上に形成することができ、 L S Iの高速化が可能となる。また、 L S I形成技術を光通信デバイスの製造プロセスに適用できることから、光デバイスの低価格化が可能となる。

しかし、シリコンが間接遷移型の半導体のため、レーザー等の発光素子をシリコン基板上に直接形成することは困難である。このため、電気信号を光信号に変換する光変調器をシリコン基板上に形成することが重要になる。この L S I光配線用の光変調器は、 L S Iの動作条件で駆動できる低電圧、低消費電力で、小型であることが求められている。

この要求を満足する光変調器として、シリコンで構成されたリング共振器型が研究されている（非特許文献 3 )。シリコン ' リング型共振器は、光の導波層にキャリアを注入することで屈折率を変化させ、共振波長を変化させることで変調動作を行う。

非特許文献 1 ： K. D. Preston and G. H. Haertl ing : Appl. Phys. Lett. 60 (1992) 2831.

非特許文献 2 ： K. Nashiraoto, K. Haga, M. Watanabe, S. Nakaraura and E. Osakabe : Appl. Phys. Lett. 75 (1999) 1054.

非特許文献 3 ： A. Liu, L. Liao, D. Rubin, H. Nguyen, B. Ciftcioglu, Y. Ghetrit, N. Izhaky, M. Paniccia : Opt. Exp. , 15 (2007) 660.

非特言午文 4 ： Yasuo Kokubun, Shigeru Yoneda, and Shinnosuke Matsuura : IEICE Trans. Electron. Vol. E81_C， No. 8 (1998) 1187.

非特許文献 5 ： H. Tanobe, Y. Kondo, H. Yasaka and Y. Yoshikuni： IEEE Photo. Technol. Lett. Vol. 8, No. 11, (1996) 1489.

非特許文献 6： Y. Inoue, A. Kaneko, F. Hanawa, H. Takahashi, K. Hattori and S. Sumida : Electron. Lett. Vol. 33, No. 23, (1997) 1945. 発明の開示

L S I光配線用の光変調器としては、 L S Iの動作条件で駆動できる低電圧、低消費電力であり、小型であるリング共振器型が最も適していると考えられている。リング共振器の動作原理は次のようになる。リング共振器の共振波長に対応した波長のレーザー光（CW光）を、リング共振器に入射させる。入射波長が共振波長と一致した場合、入射光はリング導波路で共振するため、入出力光導波路の出力側に出射する光量は非常に小さくなる。次に、導波する波長における屈折率を制御する屈折率制御部に電気信号を作用させることで、共振波長を変化させる。このとき共振波長とレーザー光の波長は一致しないため、出力光量は増加する。このようにしてリング共振器は変調動作を行う。し力し、デバイス温度の変動によりリング導波路の共振波長が変化するため、リング共振器の変調動作が不安定になる。

これは、温度変動による屈折率の変化、すなわち熱光学効果により、リングの光路長によつて定まる共鳴波長が変動するためである。この共鳴波長が温度により変動すると、消光比の低下を引き起こし、デバイスとしての機能を著しく低下させてしまう。このため、光通信分野では、変調器にペルチヱ素子等の温度保持機構を付加している。それゆえ、リング共振器を用いる変調器には、高価、大型で、かつ消費電力が大きいといった課題がある。

このリング共振器の課題を解決するために、温度無依存型のリング共振器構造として、コア材料とクラッド材料の屈折率の温度係数、 d n Z d T、を逆符号にする構造が提案されている（非特許文献 4 )。ここでは、コア材料である T i 0₂ 一 S i 0₂の d n Z d Tは正であり、クラッド材料として用いている PMMA— T FMAの d n Z d Tは負である。このように、温度による屈折率変化を補償する構造がとられている。

しかし、コア材料とクラッド材料の熱光学効果の符合を変えることで、温度補償するためにはクラッドに多くの導波光を染み出させる必要がある。染み出し光が多い導波路は必然的に光閉じ込めの弱い導波路となり、リング径を小さくすると放射損が大きくなる。このため、リング共振器は、小型化が困難で、集積化が難しく、また、変調に必要な電力が大きくなり、高速化ができない。

また、温度無依存型の光デバイスの構成として、マッハツェンダー型導波路の光フィルターで、実効屈折率の熱光学効果が異なる材料からなり長さが異なる二本の導波路からなる構造が提案されている（非特許文献 5 )。しかし、この構造はマッハツェンダー型では有効だが、共振型では有効ではない。

さらに、温度無依存型の光デバイスの構成として、 arrayed— waveguide grati ng (AWG) で、 arrayed—丽 eguideの一部にグループ'を設け、そこに arrayed -waveguide を構成するシリカとは屈折率の熱光学効果が逆符号のシリコーンを充填する構造が提案されている（非特許文献 6 )。この構造では、導波路の曲率半径が小さなリング構造では、導波損失が大きくなつてしまう。

本発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであって、温度による特性変動が小さな共振型光デバイス、特に小型、低消費電力で、高速な安価な光デバイスを提供することを目的とする。また、本発明は、この光デバイスを備えた光集積デバイスを提供することをもう一つの目的とする。

本発明の一形態によれば、共振構造の光導波路を有する光デバイスであって、光導波路の少なくとも一部を構成する第一の部分のコア層が、光の進行方向に沿つて第 1の部分に連続する第二の部分のコア層に接続されており、第 1の部分のコア層の少なくとも一部分を構成する光学材料と第 2の部分のコア層の少なくとも一部分を構成する第 2の光学材料が、互いに異なる符号の熱光学効果をもつ光デバイスが提供される。

また、本発明の他の形態によれば、リング状光導波路と入出力光導波路を有し、リング状光導波路の共振波長を変化させる光デバイスであって、導波する波長における屈折率を制御する屈折率制御部が、リング状光導波路の一部分に具備され、屈折率制御部が、該屈折率制御部以外のリング状光導波路の部分に用いられる光学材料の熱光学効果と異なる符号の熱光学効果をもつ光学材料を含む光デバイスが提供される。

また本発明の更に他の形態によれば、上記光デバイスの製造方法であって、前記屈折率制御部の少なくとも一部が、光学材料をエアロゾルデポジション法で堆積させる工程を含む光デバイスの製造方法が提供される。

本発明によれば、温度による特性変動が小さな共振型光デバイス、特に、低消費電力で安価な光デバイスが得られ、また、この光デバイスを備えた光集積デバイスが得られる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明による一実施の形態に係るリング共鳴型変調器の模式図である。図 2 Aは、リング共鳴型変調器の P L Z Tコア部を持つ屈折率制御部の T E基本モードにおける電界分布の計算結果を示す図であり、図 2 Bはその幅方向の電界分布を示すグラフである。

図 3 Aは、リング共鳴型変調器の T i 0 ₂コア部を持つ光導波路の T E基本モードの計算結果を示す図であり、図 3 Bはその幅方向の電界分布を示すダラフである。

図 4は、リング共鳴型変調器の透過光量の波長スぺクトルの計算結果を示す図である。

図 5は、本発明による実施例の光デバイスの屈折率制御部を示す断面模式図である。

図 6は、本発明による実施例で用いた成膜装置の概略図である。

図 7は、本発明による実施例の光デバイスの屈折率制御部以外のリング状導波路の光導波路部を示す断面模式図である。発明を実施するための最良の形態

本発明による一実施の形態による光デバイスは、リング状光導波路と入出力光導波路を有し、リング状光導波路の共振波長を変化させる光デバイスであって、導波する波長における屈折率を制御する屈折率制御部が、前記リング状光導波路の一部分に具備される。そして、このリング状光導波路において、その屈折率制御部のコア部を構成する光学材料の熱光学効果が、その屈折率制御部以外の部分のコア部を構成する光学材料の熱光学効果と符号が異なっている。このように、リング状光導波路において屈折率制御部と他の光導波路部分のコア部を互いに異なる材料で形成することにより、温度による特性変動が小さく、低消費電力で安価な光変調器が実現される。

以下に、シミュレーシヨンを行った本実施の形態について説明する。

図 1は、本発明の一実施の形態によるリング共鳴型変調器の模式図である。リング共鳴型変調器 1 0は、入出力光導波路 1と、長円形のリング状光導波路 2とを備えている。リング状光導波路 2は、.屈折率制御が可能な部分である屈折率制御部 3と、屈折率制御部 3以外の光導波路部 4とを備えている。

入出力光導波路 1はその中心にコア層からなる第 1のコア部 1 1とその周囲に設けられたクラッド部 14を有している。

導波光は一端部 1 1 aから入力され、他端部 1 1 bから出力される。リング状光導波路 2の屈折率制御が可能な部分である屈折率制御部 3の中心には、コア層からなる第 2のコア部 12が設けられ、その周囲はクラッド部 14が設けられている。また、屈折率制御部 3以外の光導波路部 4の中心には、コア層からなる第 3のコア部 13が設けられ、その周囲もクラッド部 14で覆われている。

屈折率制御部 3の第 2のコア部 1 2の屈折率の温度係数は、リング状光導波路 2の屈折率制御部 3以外の部分である光導波路部 4の第 3のコア部 13の温度係数と逆符合になっている。

リング状光導波路 2の第 3のコア部 1 3は、入出力光導波路 1の第 1のコア部 1 1を構成する材料と同じ材料から形成されている。

有限要素法を用い、屈折率制御部 3及びリング状光導波路 2の光導波路部 4のそれぞれについて TE基本モードの計算を行った。屈折率制御部 3の第 2のコア部 12は電気光学材料である PL ZT ((P b o.₉₅L a o.。₅) (Z r ₀.₃T i ₀.₇) 0₃)、屈折率制御部 3以外の第 3のコア部 1 3は、酸化チタン T i〇₂、コア部 12及び 13の周囲のクラッド部 14は S i 0₂とした。

下記表 1に、計算に用いた各材料の屈折率の温度依存を示す。 PLZTの屈折率の温度係数、 d n/dT、は、正であり、 T i 0₂の d n/d Tは負であって、. 符号が互いに異なっている。

各材料の屈折率の温度依存

図 2 A及び図 2 Bは、屈折率制御部 3の T E基本モードにおける電界分布の計算結果である。波長は 1550 nmとした。図 2 Aは、 PLZTコアを、高さを 300 nm、幅を 700 nmのチャネル型導波路としたときの電界分布を示している。また、図 2 Bは幅方向の電界分布を示す図である。このときの実効屈折率 n_{e f f} として、 1. 7801 16が得られた。

図 3 A及び図 3 Bは、リング状光導波路 2の光導波路部 4の TE基本モードにおける電界分布の計算結果である。波長は同じく 1550 nmとした。図 3 Aは、 T i〇₂コアを、高さを 400 nm、幅を 800 nmのチャネル型導波路としたときの電界分布を、図 3 Bは幅方向の電界分布をそれぞれ示す。このときの実効屈折率 n_{e f f}は 1. 753276であった。なお、単一モード条件と実効屈折率整合の観点で P LZTコア断面を T i 0₂コアより小さくしている。

次に、リング半径を 10 mとした場合の導波特性の計算結果について説明する。 PLZT部の損失は 5 dBZmm、T i 0₂部の損失は 1 dBZmmを仮定し、温度依存性がなくなるよう、 P LZT部と T i 0₂部の導波路長をそれぞれ 29. 48 //m、 53. 34 /zmに調整した。方向性結合器の結合比は、共振が最も強くなるよう（いわゆる critical coupling) に調整した。

下記表 2は、仮定した損失とパヮ一透過率の計算結果を示している。仮定した損失とパワー透過率の計算結果

表 2

図 4は本発明のリング共鳴型変調器 10の透過光量の波長スぺクトルの計算結果を示す図である。図 4において、実線 21は屈折率制御部 3である PLZT導波路への印加電圧 0Vの透過光量スぺクトル、破線 22は 5 V印加時の透過光量スペクトルである。透過光量の単位は d Bである。電気光学材料である PLZT の印加電圧による屈折率変化量、 d nZdV、は、導波路と電極構造から 2 X 1 0一⁴ V— ¹とした。 0V時に 1 552. 5 nmであった共鳴波長が、 5 Vの電圧印加により 0. 2 nm程度、高波長側にシフトしていることが分かる。この結果は、電圧 5 Vで、損失 = 1 8、消光比= 1 8 d Bの変調が可能なことを示している。また、室温（2 0 °C) についての計算結果と、 1 0 0 °Cについての計算結果は、ほぼ一致することが判明した。

以上、説明したように、リング状光導波路 2と入出力光導波路 1を有し、リング状光導波路 2の共振波長を変化させる光デバイスにおいて、導波する波長における屈折率を制御する屈折率制御部 3が、リング状光導波路 2の一部分に具備され、屈折率制御部 3のコア部が、屈折率制御部 3以外のリング状光導波路の光導波路部 4のコァ部を構成する光学材料の熱光学効果と異なる符号の熱光学効果をもつ光学材料で形成されることで、温度による特性変動が小さく、低電圧駆動のリング共鳴型変調器 1 0が実現可能であることが明らかである。この結果を利用することで、高い性能の光デバイス、光集積デバイスを安価に形成することができる。

ここでは、リング状光導波路 2の計算結果について示したが、他の共振型光導波路デバィス、たとえばフアブリべ口一型光導波路デバィスにおいても同様な効果が得られることは明らかである。

また、チャネル構造のリング導波路の計算結果について示したが、リッジ構造、逆リッジ構造等の異なる導波路構造においても同様の効果が得られることは、明らかである。

上記構成を有する本実施の形態における光デバイスにおいて、リング状光導波路 2の屈折率制御部 3のコア部は、 .当該リング状光導波路 2の屈折率制御部 3以外の光導波路部 4のコア部と熱光学効果の符号の異なる光学材料で形成されている。この屈折率制御部 3のコア部に用いる光学材料は、電圧等による屈折率可変性が大きく、熱光学効果が小さいことが望ましい。消光比等の動作特性を重視した場合、屈折率可変性が大きいことが重要となるが、その場合、屈折率化変性が大きく熱光学効果が十分小さい材料を選択することが困難になる。屈折率制御部 3のコア部に、屈折率変化性は大きいが熱光学効果はそれほど小さくない光学材料を用いる場合であっても、屈折率制御部 3以外のリング状光導波路の光導波路部 4のコア部に、屈折率制御部 3を構成する光学材料の熱光学効果とは異なる符号の熱光学効果をもつ光学材料を用いることで、温度による特性変動が小さく、消光比の大きな光デバイスを形成することが可能になる。

また、リング状光導波路 2において、屈折率制御部 3と屈折率制御部 3以外のリング状光導波路 2の光導波路部 4の実効的長さ、屈折率や構造を、温度変化による共振波長の変動を補償する関係にすることができる。これにより、温度による特性変動が小さく、消光比の大きな光デバイスを形成することが可能になる。リング状導波路 2において、屈折率制御部 3と他の光導波路部 4との光路長の比（屈折率制御部 3 Z他の光導波路部 4) は、十分な消光比等の動作特性を得る点から、 1Z10以上が好ましく、 1Z8以上がより好ましく、 1/7以上がさらに好ましい。一方、温度による特性変動を十分に小さく抑える点から、屈折率制御部 3と他の光導波路部 4との光路長の比は、 I/O. 5以下であることが好ましく、 1 0. 8以下であることがより好ましく、 1 1以下であることがさらに好ましい。

また、リング状導波路 2において、屈折率制御部 3のコア部と他の光導波路部 4のコア部との屈折率の温度係数、 d n/dT、の比（屈折率制御部 3 他の光導波路部 4) は、温度による特 1"生変動を十分に小さく抑える点から、符号が異なるとともにその絶対値が 1ノ10以上、 10以下が好ましく、 1ノ 8以上、 8以下がより好ましく、 1Z7以上、 7以下がさらに好ましい。

屈折率制御部 3のコア部は、電気光学材料で形成することができる。これにより、高速で低消費電力の光変調器等の光デバイスを形成することができる。この電気光学材料としては、ジルコン酸チタン酸鉛、またはランタンが添加されたジルコン酸チタン酸鉛が挙げられる。この電気光学材料として、 Pl^ _xL a _x (Z r _yT i !__y) 0₃ (0≤ x < 1 , 0< y < 1) で表されるジルコン酸チタン酸鉛を好適に用いることができる（X = 0のとき「P ZT」、 0く χのとき「PLZT」）。このような材料を用いることにより、小型で低電圧駆動の光変調器等の能動素子、デバイスの形成が可能となる。

リング状光導波路 2における屈折率制御部 3以外の光導波路部 4のコア部は、 T i 0₂、 P bMo0₄から選ばれる材料で形成することができる。いずれの材料も負の屈折率の温度係数、 d nZdTを有している。また、リング状光導波路 2 の屈折率制御部 3とリング状光導波路 2の他の光導波路部 4および入出力導波路 1のコア部の屈折率の差は小さいほうが、変調器等の光デバイスの特性上望ましい。屈折率制御部 3のコア部を、例えば屈折率 2 . 2〜2 . 5の電気光学材料で形成した場合、屈折率制御部 3以外のリング状導波路 2の光導波路部 4のコア部の屈折率も同様の屈折率を有することが望ましレ、。上記の光学材料を用いることで、高い性能の光デバイスが形成可能となる。

以上説明した本発明による一実施の形態では、リング状光導波路 2に電界を形成する電極を設け、この電極に電気信号を印加することで光を制御する光変調器または光スィツチとして動作させることができる。これにより、高速応答可能で、小型化もしくは低消費電力化が可能な光変調器、光スィツチを提供することができる。

また、本発明による一実施の形態では、上述した光デバイス（第 1の光デバイス）と、他の光デバイス（第 2の光デバイス）とを同一基板上に有する光集積デバイスを提供できる。第 2のデバイスとしては、レーザー、電気光変換器、光電気変換器、光増幅器、光スィッチ、光フィルターのいずれかを適用することができる。基板としては、シリコン基板を使用することができる。

また、本発明による一実施の形態では、上記の光デバイスと電子回路とを同一基板上に有する光集積デバイスを提供できる。この基板としては、シリコン基板を使用することができる。

本発明の一実施の形態による光学デバイスの製造においては、屈折率制御部 3 のコア部を構成する光学材料を、エアロゾルデポジション法で堆積させることができる。このような製造方法を用いることで、 S i等の任意の基板上に、温度による特性変動が小さく、低電圧駆動の光変調器等の光デバイス、及びこの光デバィスを備えた光集積デバィスを実現することができる。実施例

以下、本発明による一実施例を挙げてさらに説明する。

図 5は、本発明の実施例による光デバイスの屈折率制御部 3を示す断面模式図である。本実施例では導波路構造として逆リッジ型構造を採用した。この光デバイスの平面模式図は図 1と同様である。屈折率制御部 3とリング状光導波路の他の光導波路部 4との光路長の比は 3 ： 5とした。リング状導波路 2の周回長は 800 /zmである。

シリコン基板 3 1上に、 S i O₂層 32を形成し、金属下部電極として、 T i層 33、 Au層 34、 T i層 35を、 DCマグネトロンスパッタ法で形成した。その上に、下部透明電極層 36として I TO層を DCマグネトロンスパッタ法（スパッタガス： A rガス）により形成した。

次に、クラッド層 141として S r T i 0₃層を成膜した。次いで、この S r T i〇₃層（クラッド層 141) を、イオンミリング法でエッチングした。

次に、 3 10₂層372、 373を形成した。

次に、凹構造を形成し、この凹構造を埋め込むようにエアロゾルデポジション法によりコア層（コア部 12) を形成した。具体的な成膜方法は後に説明する。次いで、 600°Cで 30分、大気中でァニール後、表面研磨を行い、コア層の平坦化を行った。

その上に、上部クラッド層 142として S r T i 0₃を膜厚に形成し、次いで上部透明電極層 38として I TO層を形成した。その後に、金属上部電極として、丁 1層39、 A u層 41を形成した。上部クラッド層 142、上部透明電極層 3 8、金属上部電極 39、 41の形成方法は、前記の下部側の構造の形成方法と同じである。

次に、上記のエアロゾルデポジション法によるコア層の形成方法ついて説明する。

図 6は、本実施例で用いた成膜装置 50の概略図である。

酸素ガスを内蔵するガスボンベ 51は搬送管を介してガラスボトル 52に接続されている。ガラスボトル 52内に粉末原料 53を入れ、排気管 54を介してガラスボトル 52内を 2 OTo r r (2. 67 k P a ) 程度の真空に排気した後、キヤリァガスとして酸素をその流量を制御しながら導入する。ガラスボトル 52 を加振器 55により振動させることで、気体中に原料粉末の微粒子を分散させたエアロゾルを発生させ、キャリアガスにより搬送管 56を介して、成膜チャンバ一 57に搬送する。成膜チャンバ一 57は、真空ポンプ 58により所定の真空度に排気される。ノズル 59から基板 20に粉末を吹き付けることで、薄膜を形成する。

成膜条件は、次の通りである。キャリアガスは酸素とし、ノズルからの吐出物

(粉末）の基板表面への入射角を 30度、ガス流量は 12 1ノ分、成膜速度は 0. S jumZ分、加振器 55の振動数は 166 r pmである。基板 20にはコア形成前のシリコン基板を用いた。電気光学効果の大きな酸化物であるランタン添加ジルコン酸チタン酸鉛（P L Z T) 系粉末を成膜材料とした。 P L Z Tの組成は、

(P b 0. ₉₅L a 0. 。₅) (Z r ₀. ₃T i ₀. ₇) 0₃である。原料粉末の平均粒径は、 0. 5 μπιとした。？ 2丁の膜厚は2 /2111でぁる。成膜材料の？ 2丁系粉末はぺロブスカイト型結晶構造を持つ強誘電体の組成であり、一次の大きな電気光学係数を持つ光デバイスに好適な組成である。

図 7は、本実施例の光デバイスの屈折率制御部 3以外のリング状導波路 2の光導波路部 4を示す断面模式図である。この部分には、前述の図 5に示した屈折率制御部 3に対して、コアの材料が異なり、また、電極が設けられていない。なお、図 5で説明したものと同じ名称の部分には、図 5と同じ参照符号を付してある。シリコン基板 31上に S i 0₂層 32を形成した後、 S i 0₂層 371を形成した。

次に、クラッド層 141として S r T i 0₃層を成膜した。

その上に、第 1のコア層 121として、 T i 0₂層を成膜した。

次に、 S r T i 0₃層（クラッド層 141) と T i 0₂層（第 1のコア層 121) を、イオンミリング法でエッチングした。

次に、 3 10₂層372， 373を形成した。

第 2のコア層として、 T i 0₂層 1 22を成膜した。その上に上部クラッド層 1 42として S r T i O₃を形成した。

なお、図 5に示す構造（屈折率制御部 3) と図 7に示す構造（屈折率制御部 3 以外のリング状光導波路 2の光導波路部 4) の上記製造過程において、 S i O₂ 層 32、クラッド層 141、上部クラッド層 142は、同一のシリコン基板 31 上で同時に形成され、電極層等のその他の層の形成は、一方の構造の領域をマスクした状態で他方の構造の領域に対して行なわれた。

以上のようにして作製したリング型変調器に、波長 1. 55 / mのCW光を入力し、バイアス電圧として 3. 5 V印加した状態で 3 Vp pで変調したところ、 10 GH zの高周波までの変調が可能であった。そのときの消光比は 4 d Bであつた。

また、作製したリング変調器の温度を 60°Cに加熱し、同様の測定を行ったが、バイアス電圧として 3 V印加した状態で 3 Vp pで変調したところ、 1 OGHz の高周波までの変調が可能であった。そのときの消光比は 3. 5 dBであった。以上の通り、リング状光導波路と入出力光導波路を有する光デバイスにおいて、屈折率制御部のコア部に光学吸収の大きな電気光学材料を用いながら、高速、小型で温度による特性変動が小さく低電圧駆動の光変調器が製造できた。

本実施例は、屈折率制御部のコア材料として PL ZTを用いたが、これに限定されるものではなく、ジルコン酸チタン酸鉛、チタン酸バリウム、ストロンチウム添加チタン酸バリウム、 KTN等の電気光学材料が使用できる。また、リング状導波路の他の部分のコア材料としては、 T i 0₂の他、 PbMo0₄等の光導波路形成用の材料を使用できる。

また、屈折率制御部の電気光学材料の成膜にエア口ゾルデポジション法を用いることで、レーザー、電気光変換器、光電気変換器、光増幅器、光導波路、光フィルター等の別種の光学素子を予め形成した基板に対して、あるいは、 CPU、メモリー等の電子素子で構成される集積回路が予め形成されている基板に対して、本発明による光学素子を作製することが容易になる。

このような製造方法は、本発明による光デバイスと、他のデバイス又は集積回路を備えた種々の光集積デバイスの作製に応用することができる。産業上の利用可能性

以上の説明の'通り、本発明に係る光デバイスは、光通信、光配線、光ストレ一ジ等に用いられる光デバイス、これを備えた光集積デバイス、及びその製造方法に適用される。

この出願は、 2008年 3月 13日に出願された日本出願特願 2008-06 4186号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims

請求の範囲

1 . 共振構造の光導波路を有する光デバイスであって、前記光導波路の少なくとも一部分を構成する第一の部分のコア層が、光の進行方向に沿って前記第 1 の部分に連続した第二の部分のコア層に接続されており、前記第一の部分のコァ層の少なくとも一部分を構成する第 1光学材料と前記第二の部分のコア層の少なくとも一部分を構成する第 2の光学材料が、互いに相異なる符号の熱光学効果をもつことを特徴とする光デバイス。

2 . 請求項 1に記載の光デバイスにおいて、前記第 1光学材料及び前記第 2 光学材料が無機光学材料であることを特徴とする光デバイス。

3 . 請求項 1又は 2に記載の光デバイスにおいて、前記第一の部分の導波路と前記第二の部分の導波路の少なくとも一部分の実効的長さ、屈折率、及び構造の内の少なくとも 1種を温度変化による共振波長の変動を補償する関係を有するように構成したことを特徴とする光デバイス。

4 . 請求項 1から 3の内のいずれか一項に記載の光デバイスにおいて、導波する波長における屈折率を制御する屈折率制御部が、前記光導波路の前記第一の部分に具備され、前記屈折率制御部は前記第 1の光学材料を有し、前記屈折率制御部の光導波路の方向に連続した当該屈折率制御部以外の前記光導波路の前記第 2の部分の少なくとも一部分は、前記第 2光学材料を有していることを特徴とする光デバイス。

5 . 請求項 1から 4の内のいずれか一項に記載の光デバイスにおいて、前記光導波路がリング状光導波路であり、当該光デバイスは、更に、入出力光導波路を有し、かつ前記リング状光導波路の共振特性を利用する光デバイスであることを特徴とする光デバイス。

6 . 請求項 4または 5に記載の光デバイスにおいて、前記屈折率制御部の第 1の光学材料が電気光学材料で形成されていることを特徴とする光デバイス。

7 . 請求項 4から 6の内のいずれか一項に記載の光デバイスにおいて、前記屈折率制御部が前記第 1の光学材料として、ジルコン酸チタン酸鉛を含む材料、またはランタンが添加されたジルコン酸チタン酸鉛を含む材料を含むことを特徴とする光デバイス。

8 . 請求項 5から 7の内のいずれか一項に記載の光デバイスにおいて、前記屈折率制御部以外の前記リング状光導波路の少なくとも一部分が、 τ i o ₂、及び P b M o O ₄から選ばれる材料で形成されていることを特徴とする光デバイス。

9 . 請求項 4から 8のいずれか一項に記載の光デバイスにおいて、前記屈折率制御部に電界を形成する電極を有し、この電極に電気信号を印加することで光を制御する光変調器または光スィツチとして動作することを特徴とする光デバイス。

1 0 . 請求項 1から 9の内のいずれか一項に記載の光デバイスを第 1のデバイスとして搭載した基板上に、第 2の光デバイスを有することを特徴とする光集積デバイス。

1 1 . 請求項 1 0に記載の光集積デバイスにおいて、前記第 2の光デバイスが、レーザー、電気光変換器、光電気変換器、光増幅器、光スィッチ、及び光フィルターのいずれかであることを特徴とする光集積デバイス。

1 2 . 請求項 1から 9の内のいずれか一項に記載の光デバイスと、電子回路とを基板上に有することを特徴とする光集積デバィス。

1 3 . 請求項 4から 9の内のいずれかに記載の光デバイスの製造方法であつて、前記屈折率制御部の少なくとも一部が、光学材料をエアロゾルデポジション法で堆積させることにより形成されることを特徴とする光デバイスの製造方法。