JP2581731B2 - 導波路形光デバイス及びその製造方法 - Google Patents

導波路形光デバイス及びその製造方法

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【発明の詳細な説明】 〔概要〕 温度変化により電極下にたまった電荷の影響で生じる
光デバイスの動作点変動を確実に防止することが出来る
導波路形光デバイスと、その製造方法に関し、焦電効果
を持つ強誘電体からなる光導波路上に絶縁性のバッファ
層を形成する第1の工程と、該バッファ層上に、半導電
膜と酸化防止膜としての第1の金属膜とを真空を破らず
に順次形成する第2の工程と、前記第1の金属膜上に、
第3の金属膜を形成する第3の工程とからなる製造方法
により、焦電効果を持つ強誘電体からなる光導波路と、
光導波路上の絶縁性のバッファ層と、バッファ層上の半
導電膜と、半導電膜上の電極とを備え、前記電極が、酸
化防止膜としての第1の金属膜と前記第1の金属膜上の
第3の金属膜との積層構造を有する導波路形光デバイス
を構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、電気光学効果を利用した導波路形光デバイ
スと、これの製造方法に関する。
〔従来の技術〕
一般に、良好な電気光学効果を有する光導波路材料と
して、LiNbO3が良く知られている。従来、このようなLi
NbO3を用いたZ板LiNbO3導波路上に電極を形成する場合
は、まず上記導波路上にSiO2膜からなるバッファ層を設
け、その上に電極を形成するようにしている。
ところが、LiNbO3は焦電効果を持つ強誘電体でもある
ため、単に上記のように電極を形成した場合は、次のよ
うな問題が生じた。すなわち、少しでも温度変化が生じ
た場合、焦電効果に基づく電荷が導波路の表面に発生す
るため、この電荷に対応した逆極性の電荷が電極の底面
に外部から供給される。このように電極下に電荷がたま
ると、不要な電界が局所的に発生するため、電極間に発
生する正規の電界が大きな影響を受けてしまい、よって
光デバイスの動作点(例えば光スイッチング素子のスイ
ッチングに必要な電極間電圧等)が変動するという問題
が生じた。
そこで、本発明者等は、第2図に示すようにZ板LiNb
O3の導波路1上に設けられたSiO2のバッファ層2の上
に、Si等からなる半導電膜3を薄く生成し、この上に電
極4を形成することを提案した(特開昭62−73207号公
報参照)。これによれば、上記半導電膜3が、その中を
電荷が動ける程度に大きな抵抗を持っているため、上述
したように焦電効果によって導波路1の表面に電荷が発
生したとしても、これに対応して電極4に供給された電
荷は半導電膜3を介して均一に分布することになる。そ
のため、前述したような局所的な電界が生じず、光デバ
イスの動作点変動を防止できるという効果が期待でき
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、上記第2図に示した半導電膜3としてSiを
用い、電極4としてAu(金)を用いようとした場合、そ
の製造工程において以下のような問題が生じた。
一般に、Si膜はスパッタリング法やCVD法を用いて形
成されており、真空蒸着で形成することは困難である。
一方、Au膜は非常に高価なものであるため、大きなター
ゲットを必要とするスパッタリング法やCVD法は使用で
きず、少量の材料で済む真空蒸着が使用される。従っ
て、バッファ層2上にSi膜(半導電膜3)とAu膜(電極
4)を順次形成する場合は、まずスパッタリング法もし
くはCVD法によりバッファ層2上にSi膜を形成し、次に
真空を破って別の装置内に移し、ここで真空蒸着により
上記Si膜上にAu膜を形成しなければならない。この際、
Siは非常に酸化されやすい物質であるため、上記のよう
に真空が破られると、Si膜が酸化されて酸化膜に容易に
変化してしまう。このようなSi酸化膜はほとんど絶縁膜
であり、その中を電荷が動くことはできない。そのた
め、温度変化によって生じた電荷を均一にする作用が得
られず、前述したと同様に光デバイスの動作点が変動し
てしまう。
本発明は、上記の問題点に鑑み、温度変化により電極
下にたまった電荷の影響で生じる光デバイスの動作点変
動を確実に防止することのできる導波路形光デバイス
と、その製造方法を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の導波路形光デバイス製造方法は、以下の第1
〜第3の工程を備えている。
第1の工程は、焦電効果を持つ強誘電体(例えばLiNb
O3等)からなる光導波路上に、絶縁性のバッファ層(例
えばSiO2膜等)を形成する工程である。
第2の工程は、上記バッファ層上に、半導電膜(例え
ばSi膜等)と、酸化しにくい第1の金属膜(例えばTi膜
やCr膜等)とを、1つの装置内で真空を破らずに順次形
成する工程である。
第3の工程は、上記第1の金属膜上に、第3の金属膜
(例えば、Au膜等)を形成する工程である。
以上の工程を備えることにより、導波路形光デバイス
の光導波路上にはバッファ層と半導電膜の二層構造が形
成され、その上には少なくとも第1と第3の金属膜から
なる電極が形成される。
〔作用〕
第2の工程において、半導電膜として酸化しやすいSi
膜を用いた場合であっても、このSi膜と第1の金属膜と
はスパッタリング法等により真空を破らずに形成される
ため、この過程でSi膜が酸化されるようなことはない。
また、第3の工程において、第3の金属膜として高価
なAu膜を用いようとする場合は、真空蒸着を利用する必
要がある。そのため上記第2の工程から第3の工程へ移
る際に真空が破れてしまうが、酸化しにくい第1の金属
膜がSi膜の酸化防止膜として作用するため、この際にも
Si膜は酸化されない。
以上のことから、バッファ層と電極との間に、半導電
膜(Si膜)を全く酸化させずに形成することができる。
従って、このようにして得られた光デバイスでは、たと
え温度変化が生じても、上記半導電膜の作用により均一
な電荷分布が得られるので、動作点の変動は確実に防止
される。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら
説明する。
第1図は、本発明の導波路形光デバイスの製造方法に
係る一実施例を示す工程図である。
本実施例では、まず、第1図(a)に示すように、Z
板LINbO3からなる導波路11上に、従来と同様に、SiO2
らなる厚さ2000Å程度のバッファ層12を形成する。
続いて、第1図(b)に示すように、上記バッファ層
12上に、Siからなる厚さ500〜1000Å程度の半導電膜13
とTiからなる厚さ300Å程度の第1の金属膜14とを1つ
の装置内で真空を破らずに順次形成する。この場合は、
Si膜とTi膜のどちらをも形成可能なスパッタリング法や
CVD法を利用できる。次に、第1図(c)に示すよう
に、上記第1の金属膜14上に、これと同じTiからなる厚
さ200Å程度の第2の金属膜15とAuからなる厚さ500〜10
00Å程度の第3の金属膜16とを、1つの装置内で真空を
破らずに順次形成する。この場合は、Au膜とTi膜のどち
らをも形成可能な真空蒸着を利用できる。
次に、第1図(d)に示すように、上記第3の金属膜
16上に、その電極となる部分のみが露出されるようにレ
ジスト17を厚くパターン形成する。続いて、このレジス
ト17を介し、第3の金属膜16上の露出部分にAuの電解メ
ッキを十分に厚く(例えば3〜10μm程度)施す。その
後、レジスト17を除去することにより、第3の金属膜16
上の電極となる部分には、第1図(e)に示すようにAu
からなる厚さ3〜10μm程度の第4の金属膜18が形成さ
れる。
最後に、選択性のウェットエッチングを利用して、上
記第1〜第3の金属膜14〜16のパターニングを行う。ま
ず、Auのみを溶かすエッチング液(例えばヨウ化カリウ
ムを主成分とするエッチング液)を用いて、第3の金属
膜16が第4の金属膜16の下方領域を残し全て除去される
までエッチングを続ける。この際、第4の金属膜18も第
3の金属膜16と同時にエッチングされるが、前者は後者
と比べて十分に厚いため、第3の金属膜16が除去された
後でも、第4の金属膜18はまだ十分な厚さを有してい
る。続いて、Tiのみを溶かすエッチング液(例えばエチ
レンジアミン4酢酸2ナトリウムと過酸化水素水とアン
モニア水との混合液)を用いて、第1及び第2の金属膜
14、15が第4の金属膜16の下方領域を残し全て除去され
るまでエッチングを続ける。以上のエッチングにより、
半導電膜13上には、第1図(f)に示すように第1〜第
4の金属膜14、15、16、18でできた電極19が形成され
る。
本実施例によれば、第1図(b)に示した工程におい
て、酸化しやすいSiからなる半導電膜13と、酸化しにく
い安価なTiからなる第1の金属膜14とが、スパッタリン
グ法等により真空を破らずに形成される。そのため、こ
の過程で半導電膜13が酸化されるようなことはない。ま
た、第1図(c)に示した工程では、第3の金属膜16と
してAuを用いているため、真空蒸着が利用されている。
そのため、第1図(b)の工程から同図(c)の工程へ
移る際に真空が破れてしまうが、この場合は上記の酸化
しにくい第1の金属膜14が半導電膜13の酸化防止膜とし
て作用するため、この際にも半導電膜13は酸化されずに
済む。なお、上記のように真空が破れた際に第1の金属
膜14の表面がわずかに酸化されたとしても、その上に同
一材質の第2の金属膜15が真空蒸着で形成されていく過
程で第1及び第2の金属膜14,15が互いに溶解しあうた
め、第1の金属膜14の表面にできていた酸化膜が破れ、
全く問題はなくなる。
以上のことから、酸化しやすいSi膜からなる半導電膜
13上に、これを全く酸化させることなく、高価なAu膜
(第3及び第4の金属膜16,18)を大部分とする電極19
を容易に形成することができる。従って、このようにし
て得られた導波路形光デバイスでは、たとえ温度変化が
生じても、上記のように酸化されずに形成された半導電
膜13の作用により均一な電荷分布が得られるので、従来
のような動作点の変動は確実に防止される。
また、従来は、第2図に示したような電極4のパター
ンを形成するのに、イオンミリングを用いていた。とこ
ろが、電極4の下にある半導電膜3の厚さが500〜1000
Å程度と薄いため、この半導電膜3までイオンミリング
によって削り取られてしまうという問題があった。その
点、本実施例では、第1図(d)〜(f)の工程に示し
たように選択性の良いウェットエッチングを使用してい
るため、半導電膜13を侵さずに、その上の金属膜のみを
容易にパターン化できる。
なお、半導電膜13としてSi以外の酸化性の物質を用い
た場合であっても、また第3及び第4の金属膜16,18と
してAu以外の高価な金属を用いた場合であっても、上記
実施例と同様な効果が得られる。同様に、第1及び第2
の金属膜14、15としては、Ti以外の酸化しにくい安価な
物質(例えばCr等)を用いることができる。
また、上記実施例では、十分に厚い第4の金属膜18を
形成するのに電解メッキを利用したが、その他の方法を
用いてもよい。更には、このような第4の金属膜18を用
いる代りに、第3の金属膜16を十分に厚く形成し、これ
を公知の方法でパターン化することもできる。このよう
にしても、半導電膜13の酸化を確実に防止できるという
効果に、何ら変りはない。
また、本発明の電極形成方法は、LiNbO3のような焦電
効果を持つ強誘電体からなる光導波路を利用した、例え
ば導波路形光スイッチや導波路形光変調器等の各種光デ
バイスに適用できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、たとえ半導電
膜としてSiのような酸化性の膜を用い、かつ電極(の大
部分)としてAuのような高価な膜を用いる場合であって
も、上記半導電膜上にこれを全く酸化させずに電極を形
成することができる。従って、このようにして得られた
導波路形光デバイスでは、たとえ温度変化が生じても、
上記のように酸化されずに形成された半導電膜の作用に
より均一な電荷分布が得られ、よって動作点の変動は確
実に防止される。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(f)は本発明の導波路形光デバイスの
製造方法に係る一実施例を示す工程図、 第2図は従来の導波路形光デバイスの断面構成図であ
る。 11……導波路、 12……バッファ層、 13……半導電膜、 14……第1の金属膜、 15……第2の金属膜、 16……第3の金属膜、 17……レジスト、 18……第4の金属膜、 19……電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−73207(JP,A) 特開 昭64−9111(JP,A) 特開 平1−185614(JP,A)

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】焦電効果を持つ強誘電体からなる光導波路
    と、 該導波路上に設けられた絶縁性のバッファ層と、 該バッファ層上の全面に設けられた半導電膜と、 該半導電膜上に設けられた電極とを備え、 該電極は、前記バッファ層上の全面に前記半導電膜と酸
    化防止膜としての第1の金属膜とを真空を破らずに順次
    形成し、該第1の金属膜上に前記半導電膜の形成方法と
    は異なる方法で第3の金属膜を形成した後、前記半導電
    膜上の前記第1及び第3の金属膜をその電極となる部分
    を残して選択的に除去することにより得られたものであ
    って、前記第1及び第3の金属膜の積層構造を有するこ
    とを特徴とする導波路形光デバイス。
  2. 【請求項2】前記第3の金属膜は、前記第1の金属膜と
    同一の材質からなる第2の金属膜を介して形成されてな
    ることを特徴とする請求項1記載の導波路形光デバイ
    ス。
  3. 【請求項3】前記光導波路は、LiNbO3であり、前記バッ
    ファ層はSiO2であり、前記半導体膜はSiであり、前記第
    3の金属膜はAuであることを特徴とする請求項1記載の
    導波路形光デバイス。
  4. 【請求項4】前記第1及び第2の金属膜は、TiまたはCr
    であることを特徴とする請求項1乃至2記載の導波路形
    光デバイス。
  5. 【請求項5】焦電効果を持つ強誘電体からなる光導波路
    上に絶縁性のバッファ層を形成する工程と、 該バッファ層上の全面に、半導電膜と酸化防止膜として
    の第1の金属膜とを真空を破らずに順次形成する工程
    と、 該第1の金属膜上に前記半導電膜の形成方法とは異なる
    方法で第3の金属膜を形成する工程と、 前記半導電膜上に積層された前記第1及び第3の金属膜
    を、その電極となる部分を残して選択的に除去する工程
    とを含むことを特徴とする導波路形光デバイスの製造方
    法。
  6. 【請求項6】前記第1の金属膜上に、前記第1の金属膜
    と同一の材質からなる第2の金属膜を介して、前記第3
    の金属膜を該第2の金属膜と共に真空を破らずに順次形
    成した後、前記半導電膜上に積層された前記第1〜第3
    の金属膜を、その電極となる部分を残して選択的に除去
    することを特徴とする請求項5記載の導波路形光デバイ
    スの製造方法。
  7. 【請求項7】前記第3の金属膜上の電極となる部分に第
    4の金属膜を膜厚形成した後、前記第1〜第3の金属膜
    をその電極となる部分を残して選択的に除去することを
    特徴とする請求項6記載の導波路形光デバイスの製造方
    法。
  8. 【請求項8】前記第1〜第3の金属膜の選択的な除去
    は、前記第4の金属膜をマスクとするウェットエッチン
    グによって行うことを特徴とする請求項7記載の導波路
    形光デバイスの製造方法。
  9. 【請求項9】前記半導電膜及び第1の金属膜は、スパッ
    タリング法又はCVD法にて形成することを特徴とする請
    求項5記載の導波路形光デバイスの製造方法。
  10. 【請求項10】前記第2の金属膜及び第3の金属膜は、
    真空蒸着法にて形成することを特徴とする請求項6記載
    の導波路形光デバイスの製造方法。
  11. 【請求項11】前記第4の金属膜は、電解メッキ法にて
    形成することを特徴とする請求項7記載の導波路形光デ
    バイスの製造方法。
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