JP3021888B2 - 光導波路機能素子及びその製造方法 - Google Patents
光導波路機能素子及びその製造方法Info
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- JP3021888B2 JP3021888B2 JP34762491A JP34762491A JP3021888B2 JP 3021888 B2 JP3021888 B2 JP 3021888B2 JP 34762491 A JP34762491 A JP 34762491A JP 34762491 A JP34762491 A JP 34762491A JP 3021888 B2 JP3021888 B2 JP 3021888B2
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- layer
- electrode
- optical waveguide
- sio
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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
- G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
- G02F2201/07—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 buffer layer
-
- 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
- G02F2203/00—Function characteristic
- G02F2203/21—Thermal instability, i.e. DC drift, of an optical modulator; Arrangements or methods for the reduction thereof
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- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信、光計測等の分
野で用いる光導波路機能素子及びその製造方法に関す
る。
野で用いる光導波路機能素子及びその製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体集積回路や光導波路機能素
子における電極(例えば、変調用電極)の材料として
は、ワイヤボンディングの容易さ、耐腐食性が良いこと
等により、AlやAuを用いることが多く、さらに電極
の腐食を防ぐため、SiO2 やTiNの保護膜を電極上
に設けている。
子における電極(例えば、変調用電極)の材料として
は、ワイヤボンディングの容易さ、耐腐食性が良いこと
等により、AlやAuを用いることが多く、さらに電極
の腐食を防ぐため、SiO2 やTiNの保護膜を電極上
に設けている。
【0003】特に、ニオブ酸リチウム基板の光導波路上
に変調用電極を設ける場合には、集電効果のため動作点
(出射光が極大となる電圧)がシフトするという問題が
ある。この問題を改善するために、図3に示すような技
術が提案されている。図3で示す光導波路機能素子で
は、光導波路11、11が設けられた基板10上にSi
O2 のバッファ層12を設け、このバッファ層12の上
にSi層20を設け、このSi層20の上に電極13、
13を設け、電極13、13とSi層を覆うように例え
ばSiO2 の保護膜15を設けている。即ち、SiO2
のバッファ層12と電極13、13の間にSi層20を
挿入し、電極13、13上に保護膜15を配置するもの
である。
に変調用電極を設ける場合には、集電効果のため動作点
(出射光が極大となる電圧)がシフトするという問題が
ある。この問題を改善するために、図3に示すような技
術が提案されている。図3で示す光導波路機能素子で
は、光導波路11、11が設けられた基板10上にSi
O2 のバッファ層12を設け、このバッファ層12の上
にSi層20を設け、このSi層20の上に電極13、
13を設け、電極13、13とSi層を覆うように例え
ばSiO2 の保護膜15を設けている。即ち、SiO2
のバッファ層12と電極13、13の間にSi層20を
挿入し、電極13、13上に保護膜15を配置するもの
である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、電極にAuを
用いる場合、Auは一般に反応性に乏しく、このため、
電極として使用したAuの上に直接SiO2又はSi3
N4 保護膜を設けてもAuとSiO2保護膜との密着性
が悪いという問題がある。
用いる場合、Auは一般に反応性に乏しく、このため、
電極として使用したAuの上に直接SiO2又はSi3
N4 保護膜を設けてもAuとSiO2保護膜との密着性
が悪いという問題がある。
【0005】したがって、本発明は、Au電極上に物理
的に強固で、同時に集電効果による動作点シフトを防ぐ
ことができる保護膜を設けた光導波路機能素子及びその
製造方法を提供することにある。
的に強固で、同時に集電効果による動作点シフトを防ぐ
ことができる保護膜を設けた光導波路機能素子及びその
製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明は、光導波路を形成したニオブ酸リチウム
基板と、基板上に設けた電極と、基板と電極を覆うよう
に設けられかつアニールによって抵抗値を変化させたS
iO2 /TiO2 保護膜とを有することを特徴とする光
導波路機能素子を採用するものである。
めに、本発明は、光導波路を形成したニオブ酸リチウム
基板と、基板上に設けた電極と、基板と電極を覆うよう
に設けられかつアニールによって抵抗値を変化させたS
iO2 /TiO2 保護膜とを有することを特徴とする光
導波路機能素子を採用するものである。
【0007】本発明は、また、光導波路を形成したニオ
ブ酸リチウム基板上に電極を形成し、基板と電極を覆う
ようにTi層を設け、Ti層上にSiO2 層を設け、全
体をアニールしてTi層をTiO2 層に変化させて抵抗
値を変化させることを特徴とする光導波路機能素子の製
造方法を採用するものである。
ブ酸リチウム基板上に電極を形成し、基板と電極を覆う
ようにTi層を設け、Ti層上にSiO2 層を設け、全
体をアニールしてTi層をTiO2 層に変化させて抵抗
値を変化させることを特徴とする光導波路機能素子の製
造方法を採用するものである。
【0008】
【作用】次に、本発明の原理を説明する。図1には、本
発明の光導波路機能素子の構成が示されている。ニオブ
酸リチウムから成る基板10には、Ti拡散法またはプ
ロトン交換法によって光導波路11、11が形成されて
いる。基板10上にはSiO2 のバッファ層12が形成
されており、また光導波路11の上方にはバッファ層1
2を介してAuの電極13、13が形成されている。バ
ッファ層12と電極13、13を覆うようにTiO2 層
14が形成されており、その上にSiO2 層15が形成
されている。なお、TiO2 層14及びSiO2 層15
は、電極13、13の保護膜として機能する。
発明の光導波路機能素子の構成が示されている。ニオブ
酸リチウムから成る基板10には、Ti拡散法またはプ
ロトン交換法によって光導波路11、11が形成されて
いる。基板10上にはSiO2 のバッファ層12が形成
されており、また光導波路11の上方にはバッファ層1
2を介してAuの電極13、13が形成されている。バ
ッファ層12と電極13、13を覆うようにTiO2 層
14が形成されており、その上にSiO2 層15が形成
されている。なお、TiO2 層14及びSiO2 層15
は、電極13、13の保護膜として機能する。
【0009】前述の構成において、TiO2 層14は、
当初はTi層として設けられ、完成した機能素子全体を
アニールすることによって、バッファ層12のSiO2
及び保護膜15のSiO2 からO2をTi中に拡散させ
てTiO2 層として形成される。当初Ti層を形成し、
その後アニールによりTiO2 層を形成する1つの理由
は、電極のAuと上部の保護膜のSiO2 との間に強固
な保護膜を付加できることである。即ち、TiはAuに
対してもSiO2 に対しても反応しまたは拡散し境界面
に連続的な化合物層を形成できるからである。また他の
理由は、当初のTi層は金属状態であり、その抵抗値は
数Ωから数十Ωの低い値であるが、前述のように完成し
た機能素子をアニールすることによって酸化され、図2
を参照して後述するように、アニール時間に応じて抵抗
値を高くできるからである(数十MΩ以上まで)。即
ち、電極13、13の間に設けたTi層をTiO2 層に
変化させることによって所望の電極間抵抗を持ったTi
O2 層を得ることができるからである。例えば、電源と
電極の間のインピーダンス整合をとるために、電極間抵
抗を50Ωとしたり、電極を開放終端で用いる場合には
数十MΩ以上にするなど、電極間抵抗の調整を幅広い範
囲で行うことができる。
当初はTi層として設けられ、完成した機能素子全体を
アニールすることによって、バッファ層12のSiO2
及び保護膜15のSiO2 からO2をTi中に拡散させ
てTiO2 層として形成される。当初Ti層を形成し、
その後アニールによりTiO2 層を形成する1つの理由
は、電極のAuと上部の保護膜のSiO2 との間に強固
な保護膜を付加できることである。即ち、TiはAuに
対してもSiO2 に対しても反応しまたは拡散し境界面
に連続的な化合物層を形成できるからである。また他の
理由は、当初のTi層は金属状態であり、その抵抗値は
数Ωから数十Ωの低い値であるが、前述のように完成し
た機能素子をアニールすることによって酸化され、図2
を参照して後述するように、アニール時間に応じて抵抗
値を高くできるからである(数十MΩ以上まで)。即
ち、電極13、13の間に設けたTi層をTiO2 層に
変化させることによって所望の電極間抵抗を持ったTi
O2 層を得ることができるからである。例えば、電源と
電極の間のインピーダンス整合をとるために、電極間抵
抗を50Ωとしたり、電極を開放終端で用いる場合には
数十MΩ以上にするなど、電極間抵抗の調整を幅広い範
囲で行うことができる。
【0010】次に、図2を参照すると、図2は、機能素
子を或る温度でアニールした場合のアニール時間(h)
に対する電極間抵抗(Ω)を表すグラフである。図2か
ら明らかなように、零〜6、7時間アニールを行うこと
によって、電極間抵抗を数十Ω〜数十MΩの範囲内で変
化させることができる。なお、電極間抵抗を数十MΩと
したいときに、アニール時間を数時間程度とするために
は、アニール温度は200°Cから250°Cまでが適
当である。このアニール温度の範囲はプロトン交換の温
度(200°C)及びプロトンを拡散する温度(350
°C)と比較して十分低い温度であるため、既に形成し
た光導波路をアニール工程中損なうことがないので、本
発明のSiO2 /TiO2 保護膜は、光導波路全部ある
いは光導波路の一部にプロトン交換導波路を用いるよう
な光集積回路にとって、有効である。また、このアニー
ルの温度範囲は、通常の使用温度や環境温度(室温から
100°C程度)の温度と比較して十分高い温度である
ので、動作中または貯蔵中の抵抗値の変化は無視できる
程度である。
子を或る温度でアニールした場合のアニール時間(h)
に対する電極間抵抗(Ω)を表すグラフである。図2か
ら明らかなように、零〜6、7時間アニールを行うこと
によって、電極間抵抗を数十Ω〜数十MΩの範囲内で変
化させることができる。なお、電極間抵抗を数十MΩと
したいときに、アニール時間を数時間程度とするために
は、アニール温度は200°Cから250°Cまでが適
当である。このアニール温度の範囲はプロトン交換の温
度(200°C)及びプロトンを拡散する温度(350
°C)と比較して十分低い温度であるため、既に形成し
た光導波路をアニール工程中損なうことがないので、本
発明のSiO2 /TiO2 保護膜は、光導波路全部ある
いは光導波路の一部にプロトン交換導波路を用いるよう
な光集積回路にとって、有効である。また、このアニー
ルの温度範囲は、通常の使用温度や環境温度(室温から
100°C程度)の温度と比較して十分高い温度である
ので、動作中または貯蔵中の抵抗値の変化は無視できる
程度である。
【0011】また、本発明の保護膜は、導電性または半
導電性であるため、集電効果によって発生したSiO2
バッファ層の上面の電荷を放電する機能を有するので、
SiO2 バッファ層と電極の間にSi層を設ける従来技
術の方法と同様に、動作点ドリフトの問題を防止でき
る。
導電性であるため、集電効果によって発生したSiO2
バッファ層の上面の電荷を放電する機能を有するので、
SiO2 バッファ層と電極の間にSi層を設ける従来技
術の方法と同様に、動作点ドリフトの問題を防止でき
る。
【0012】
【実施例】実施例 1 Z−カットニオブ酸リチウム基板上にプロ
トン交換法によりマッハ−ツェンダ−形光導波路を形成
した。プロトン交換は、Alマスクを用い、1mol%
のリチウムを添加した安息香酸中で90分間行った。こ
のときの光導波路は幅5μmとした。さらに350°C
で6時間アニールを行ったところ、伝搬損0.1dB/
cmの光導波路が作製できた。光導波路上には1500
オングストロームのSiO2 バッファ層を設けた。さら
にSiO2 バッファ層上に、リフトオフ法によりAu/
Ti電極を形成した。ここで、Tiの膜厚は300オン
グストローム、Auの膜厚は2000オングストロー
ム、電極間隔は5μm、電極長は20mmとした。
トン交換法によりマッハ−ツェンダ−形光導波路を形成
した。プロトン交換は、Alマスクを用い、1mol%
のリチウムを添加した安息香酸中で90分間行った。こ
のときの光導波路は幅5μmとした。さらに350°C
で6時間アニールを行ったところ、伝搬損0.1dB/
cmの光導波路が作製できた。光導波路上には1500
オングストロームのSiO2 バッファ層を設けた。さら
にSiO2 バッファ層上に、リフトオフ法によりAu/
Ti電極を形成した。ここで、Tiの膜厚は300オン
グストローム、Auの膜厚は2000オングストロー
ム、電極間隔は5μm、電極長は20mmとした。
【0013】電極形成後、純水で流水洗浄を10分間行
い、試料表面を洗浄した後、保護膜として電子ビーム蒸
着器でTiを100オングストローム、SiO2 を20
00オングストーム蒸着した。
い、試料表面を洗浄した後、保護膜として電子ビーム蒸
着器でTiを100オングストローム、SiO2 を20
00オングストーム蒸着した。
【0014】上記の作成条件で形成した電極及び保護膜
において、アニール前の電極間抵抗は20Ωであった。
次に、試料を250°Cの雰囲気中でアニールした。こ
の実施例で、電極間抵抗を50Ωとするためには、アニ
ール時間が数分程度となり、若干制御性が悪いが、これ
は、アニール温度を下げること、またはTi膜厚を厚く
することによって、容易に解決できる。また6時間のア
ニールで、電極間抵抗は6MΩとなり、SiO2 バッフ
ァ層と電極の間にSi層をコートする従来技術の方法で
達成される電極間抵抗10MΩと同程度となった。
において、アニール前の電極間抵抗は20Ωであった。
次に、試料を250°Cの雰囲気中でアニールした。こ
の実施例で、電極間抵抗を50Ωとするためには、アニ
ール時間が数分程度となり、若干制御性が悪いが、これ
は、アニール温度を下げること、またはTi膜厚を厚く
することによって、容易に解決できる。また6時間のア
ニールで、電極間抵抗は6MΩとなり、SiO2 バッフ
ァ層と電極の間にSi層をコートする従来技術の方法で
達成される電極間抵抗10MΩと同程度となった。
【0015】電極間抵抗を数十MΩ以下となるような範
囲に選ぶと、保護膜は半絶縁性(半導電性)を示し、集
電効果による動作点ドリフト(シフト)を抑制すること
ができる。
囲に選ぶと、保護膜は半絶縁性(半導電性)を示し、集
電効果による動作点ドリフト(シフト)を抑制すること
ができる。
【0016】アニール前、アニール後のいずれも試料を
純水中で数時間超音波洗浄を行ったが、いずれにも保護
膜の剥離は観察されず、機械的に強固な保護膜が形成さ
れていることがわかった。
純水中で数時間超音波洗浄を行ったが、いずれにも保護
膜の剥離は観察されず、機械的に強固な保護膜が形成さ
れていることがわかった。
【0017】さらに、電極間に100Vの電圧を印加し
て光導波路基板の温度を雰囲気中で−10°Cから10
0°Cまで変化させたが、電極間の絶縁破壊は発生せ
ず、電気的絶縁性に優れた保護膜が形成されていること
がわかった。
て光導波路基板の温度を雰囲気中で−10°Cから10
0°Cまで変化させたが、電極間の絶縁破壊は発生せ
ず、電気的絶縁性に優れた保護膜が形成されていること
がわかった。
【0018】比較例 1 実施例1と同様な方法でAu
/Ti電極形成までの工程を進め、保護膜として、高周
波スパッタ装置で窒化シリコン(Si3N4 )を形成し
た。膜厚2000オングストロームのとき、Au電極上
の窒化シリコンは、剥離が顕著で、不良品は5割程度で
あった。
/Ti電極形成までの工程を進め、保護膜として、高周
波スパッタ装置で窒化シリコン(Si3N4 )を形成し
た。膜厚2000オングストロームのとき、Au電極上
の窒化シリコンは、剥離が顕著で、不良品は5割程度で
あった。
【0019】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、Au電極の上に物理的に強固でありかつアニール
時間の調節により電極間抵抗の値が調整可能であり、さ
らに集電効果による動作点シフトを防止できるSiO2
/TiO2 保護膜を有する光導波路機能素子が得られ
る。
れば、Au電極の上に物理的に強固でありかつアニール
時間の調節により電極間抵抗の値が調整可能であり、さ
らに集電効果による動作点シフトを防止できるSiO2
/TiO2 保護膜を有する光導波路機能素子が得られ
る。
【図1】図1は、本発明の光導波路機能素子の構造を示
す断面図である。
す断面図である。
【図2】図2は、機能素子の保護膜のTiのアニール時
間に対する電極間抵抗を表すグラフである。
間に対する電極間抵抗を表すグラフである。
【図3】図3は、従来の機能素子の構造を示す断面図で
ある。
ある。
10 ニオブ酸リチウム基板 13 電極 12 SiO2 バッファ層 14 TiO2 層 15 SiO2 層
Claims (2)
- 【請求項1】 光導波路を形成したニオブ酸リチウム基
板と、基板上に設けられたSiO2 のバッファ層と、バ
ッファ層上に設けた電極と、バッファ層と電極を覆うよ
うに設けられかつアニールによって抵抗値を変化させた
SiO2 /TiO2 保護膜とを有することを特徴とする
光導波路機能素子。 - 【請求項2】 光導波路を形成したニオブ酸リチウム基
板上にSiO2 のバッファ層を形成し、バッファ層上に
電極を形成し、バッファ層と電極を覆うようにTi層を
設け、Ti層上にSiO2 層を設け、全体をアニールし
てTi層をTiO2 層に変化させて抵抗値を変化させる
ことを特徴とする光導波路機能素子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34762491A JP3021888B2 (ja) | 1991-12-04 | 1991-12-04 | 光導波路機能素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34762491A JP3021888B2 (ja) | 1991-12-04 | 1991-12-04 | 光導波路機能素子及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05158005A JPH05158005A (ja) | 1993-06-25 |
JP3021888B2 true JP3021888B2 (ja) | 2000-03-15 |
Family
ID=18391483
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34762491A Expired - Lifetime JP3021888B2 (ja) | 1991-12-04 | 1991-12-04 | 光導波路機能素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3021888B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3544020B2 (ja) * | 1995-01-13 | 2004-07-21 | 富士通株式会社 | 光導波路デバイスの製造方法 |
JP3401244B2 (ja) * | 1999-06-28 | 2003-04-28 | 住友大阪セメント株式会社 | 電気光学素子 |
JP6561383B2 (ja) * | 2017-03-31 | 2019-08-21 | 住友大阪セメント株式会社 | 光変調素子 |
JP2022013232A (ja) * | 2020-07-03 | 2022-01-18 | 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 | 光デバイス及び光通信装置 |
-
1991
- 1991-12-04 JP JP34762491A patent/JP3021888B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05158005A (ja) | 1993-06-25 |
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