JP3231190B2 - 導波路型光素子 - Google Patents
導波路型光素子Info
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Description
る。更に詳しく述べるならば、本発明は、ニオブ酸リチ
ウムを基材として用いた光導波路を有し、高温および/
又は高湿雰囲気においても、電極間の異常短絡現像を抑
制し得る導波路型光素子に関するものである。本発明の
導波路型光素子は光通信システムのキーデバイスの一つ
として有用なものであり、特に光変調器素子として有用
なものである。
オブ酸リチウムを基材として用いる導波路型光素子は、
例えば高速光通信システム用外部変調器の素子として有
用なものであるが、その実用化にあたっては、ニオブ酸
リチウム結晶が焦電効果を有するため、それに起因する
温度ドリフトの発生が解決すべき問題になっている。
板表面に誘起された電荷が、局所電界を発生させ、この
ため、この電荷が基板表面部に形成されている光導波路
を横切って電極に到達し、それにより光導波路の屈折率
が変動するという現象によるものである(P.Skeath, C.
H.Bulmer, S.C.Hiser, and W.K.Burus, Appl.Phys.Let
t., Vol.49(1986), 1221,およびC.H.Bulmer and W.K.Bu
rns, Appl.Phys.Lett.,Vol.48(1986), 1036)。
特公平4−22485号および特公平5−78016号
には電極間に露出している基板、又は誘導体層の表面を
覆いつくすように導電性膜体を形成することが開示され
ている。
結晶からなる基板1の表面部分に光導波路2a,2bが
形成されており、この基板1および光導波路2a,2b
上に誘電体層3が形成されている。この誘電体層3は、
多くの場合酸化シリコンにより形成される。この誘電体
層3の上に、例えばシリコンからなる導電性膜層4が形
成されている。光導波路2aの上には、誘電体層3およ
び導電性膜層4を介して、信号電極5aが配置され、他
の光導波路2bの上には、誘電体層3および導電性膜層
4を介してグランド電極5bが配置され、信号電極5a
をはさんで、グランド電極5bの反対側には、信号電極
5aから離間した他のグランド電極5cが、導電性膜層
4上に配置されている。電極は多くの場合、金により形
成される。
の間に電極の付着力を増強するためにチタンなどからな
る薄い中間層を介在させてもよい。一般にシリコン(非
品質)からなる導電性膜層は、スパッタリング法、CV
D法などの従来方法により、容易に形成することがで
き、またその下地をなす誘電体(酸化シリコン)層との
付着力も良好であり、かつ化学的にも安定である。
子は、図1(c)に示されたものと、ほゞ同様の構成を
有しているが、電極5a,5b,5cが直接誘電体層3
上に配置され、これらの電極の間の誘電体層表面が導電
性膜層4a,4bにより被覆されている。
路型光素子において導電性膜層4,4a,4bは、焦電
効果により生成して電荷を均一に分散させ、局所電界の
発生を抑制し、従って温度ドリフトを抑制する効果を有
する。
面図を図2に示す。電極5a,5b,5cは信号出力手
段(図示されていない)に連結され、光導波路2a,2
bは、その入射端および出射端において、それぞれ光入
射手段および出射手段(図示されていない)に連結され
る。
および2に示された従来手段により著るしく改善され、
実用に供し得るものとなっている。しかしながら、当該
光素子の使用環境により、例えば高温、および/又は高
湿環境においては、導電性膜層と、電極とが反応して反
応生成物質を生成し、この生成物質により隣接する電極
が互に短絡するという事故が発生する。例えば、KΩ〜
MΩのオーダーの抵抗値が、数百Ωのオーダー以下にな
ってしまう。
極が金からなる導波路型光素子を例にとって上記現象を
説明する。すなわち、このような導電性膜層および電極
形成材料の組み合わせを有する光変調器素子を、これに
直流バイアス電圧を印加した状態で高湿度雰囲気中で動
作させると、金とシリコンが水を介して電気化学的に反
応し、電極間に反応生成物が析出する。
のと同様の構成を有する光変調器素子を封入したケース
(リークの全くないもの…正常サンプル、わずかなリー
クのあるもの…異常サンプル)を、温度:80℃、湿
度:95%RHの条件下に、直流バイアス電圧5Vを連続
印加しながら保持した場合の、時間と、信号電極グラン
ド電極間電気抵抗値との関係が示されている。このシリ
コン導電性膜は約100nmの厚さを有し、電極長は40
mmであった。電気抵抗値は、保持時間0、100時間、
200時間後、25℃、40%RH以下の雰囲気内におい
て測定された。
れると、電極間抵抗が著るしく低下することが理解でき
る。また、図4には、図3と同一条件下において高温、
高湿度にさらされた光素子の光帯域が、その保持時間と
ともに低下することが示されている。すなわち、ケース
に封止された光素子であっても、ケースの気密封止が不
完全な場合、或は、何かの事故によりリークが発生した
場合、図3,4に示されているように光素子の特性劣化
が急速に進行する。これは光素子の信頼性を著るしく低
下させることになる。
を分析してみると離間距離数十μmの電極間のシリコン
層表面に、異物が樹枝状に生長していることが認められ
る。しかし正常サンプルにおいては、このような生成物
の生長は全く認められなかった。
間析出物の表面、および金電極表面のオージエ電子分光
分析の結果が、対比して示されている。図5において、
金電極表面では、金(Au)および表面汚染物質として
のカーボン(C)のみが検出されたが、電極間析出物表
面では、金(Au)およびカーボン(C)以外に酸素
(O)およびシリコン(Si)が検出された。この析出
物は非晶質であり、物質の同定は困難であったが、電気
化学反応により生成したAuSiおよび/又はその酸化
物および水和物を含むものと推定される。
わたって実用されるので、このような長期間の動作中
に、前記のような反応生成析出物が電極間に生成し、光
素子の特性を低下させることを完全に防止する必要があ
る。
素子を、高温・高湿度に曝露されることがあっても、電
極間に析出物が生成することがなく、従って特性低下の
ない、又は少ない導波路型光素子を提供しようとするも
のである。
素子は、電気光学効果を有する基板と、この基板の表面
部に形成された光導波路と、この基板および導波路面上
に形成された誘電体層と、前記誘電体の上に設けられた
複数個の電極と、前記誘電体層上に形成され、かつ前記
電極の間に配置されている導電性膜層とを有し、すべて
の前記電極と、それに隣り合うすべての前記導電性膜層
との間に、それらを電気的に離間する分断部が形成され
ていることを特徴とするものである。
と、前記誘電体層との間にも導電性膜層が形成されてい
てもよい。
極が、直接前記誘電体層上に、形成されていてもよい。
板が、ニオブ酸リチウムからなることが好ましい。
極が金により形成され、かつ前記導電性膜層がシリコン
により形成されていることが好ましい。
断部が、少なくとも1対の互に隣接する電極の間に配置
された前記導電性膜層中に形成されていてもよい。ま
た、前記分断部の少なくとも1部が、前記導波路の方向
に沿って伸びていてもよい。
にニオブ酸リチウムの単結晶により形成され、光導波路
は、一般にこの基板表面の所定部分に、例えばチタン、
水素などを拡散させることによって形成される。また一
般に、電極は、一般に金により形成され、誘電体層は酸
化シリコンにより形成され、導電性膜層はシリコンによ
り形成される。
素子において、基板1および導波路2a,2bの表面上
に誘電体層3が形成され、この誘電体層3に直接に、
(又は導電性膜層を介して)電極5a,5b,5cが形
成され、この電極の間の誘電体層部分上に導電性膜層4
a,4bが形成されている。導波路2aの上に信号電極
(ホット電極)5aが配置され、他の導波路2bの上
に、グランド電極5bが配置され、信号電極5aをはさ
んで、前記グランド電極5bの反対側にもグランド電極
5cが配置されている。これらの電極は、信号出力手段
(図示されていない)に連結され、導波路に信号電圧を
印加して、この導波路を伝播する光を変調することがで
きる。
において、電極5bおよび電極5aの間に配置された導
電性膜層4aは、両電極5bおよび5aのいずれからも
離間して電気的に分断されており、また、導波路の方向
Aに沿って伸び、例えば、図示のように四辺形状に形成
されている。その結果、導電性膜層4aと、電極5bと
の間に分断部6aが形成され、また電極5aとの間に分
断部6dが形成されている。また、電極5aおよび電極
5cの間に配置された導電性膜層4bは、前記両電極5
a,5cのいずれからも、分断部6b、および6cを介
して離間しており、また導波路の方向Aに沿って伸び、
例えば図示のように四辺形状に形成されている。すなわ
ち図11(a),(b)の光素子においては、すべての
電極は、導電性膜層と接続していない。換言すれば、す
べての導電性膜層は、電極から離間していて、互いに短
絡することはない。このため、電極および導電性膜層が
高温において湿分に接触して、電極とそれに接続してい
る導電性膜層との間に電気化学反応生成物が生成析出し
ても、当該電極と、それと隣接する電極とがこの析出物
によって互に短絡することはない。また電極と電極との
間に配置された導電性膜層が、その中間部分に形成され
た溝状分断部により2部分に分割されていてもよい。
(b)の光素子と同様の構成を有しているが、誘電体層
3の露出部が少なく、温度ドリフトが抑制されるように
なっている。すなわち、このようにすると導電性膜層と
電極とを接触させることなく、素子端に達した導電性膜
層端部を接地させることにより、導電性膜層の下(誘電
体層)に発生した電荷を除去し、そのフローティングを
防止することができるから、温度ドリフトの発生を抑制
効果を高めることができる。
2分割するように形成された分断部が、導波路の方向A
に沿って、一直線状に伸びていてもよい。このようにす
ると電極の、導波路の方向Aに平行な部分の間の、電気
化学的反応生成析出物による直接短絡を防止することが
できる。また、誘電体層の露出面積が小さいので、温度
ドリフトの発生防止効果を高めることができる。
より、電極材料、特に金と、膜体材料、特にシリコンの
(電気化学)反応生成物の成長が、分断され、隣接する
電極同志が電気的につながること、つまり短絡を抑制で
きる。しかし、反応が激しく進むと、反応による電極の
腐食が顕著となり、電極特性、例えば帯域が変動する可
能性があるため、本発明の構成を有する光素子であって
も、使用環境に応じて、十分な封止性能を有するケース
に収納されていることが望ましい。
電気光学素子の、電極特性の安定化、高信頼化を図るこ
とができる。
成を示す断面説明図。図1(b)は、従来の導波路型光
素子の他の例の構成を示す断面説明図。
図。
条件下における電圧印加時間と、電極間電気抵抗との関
係の一例を示すグラフ。
における電圧印加時間と光帯域との関係の一例を示すグ
ラフ。
出物表面の、元素分析結果を示すグラフ。
の構成を示す平面説明図。図6(b)は、図6(a)の
光素子の断面説明図。
す平面説明図。
Claims (7)
- 【請求項1】 電気光学効果を有する基板と、この基板
の表面部に形成された光導波路と、この基板および導波
路面上に形成された誘電体層と、前記誘電体の上に設け
られた複数個の電極と、前記誘電体層上に形成され、か
つ前記電極の間に配置されている導電性膜層とを有し、 すべての前記電極と、それに隣り合うすべての前記導電
性膜層との間に、それらを電気的に離間する分断部が形
成されていることを特徴とする導波路型光素子。 - 【請求項2】 前記電極と、前記誘電体層との間にも導
電性膜層が形成されている、請求項1に記載の導波路型
光素子。 - 【請求項3】 前記電極が、直接前記誘電体層上に形成
されている、請求項1に記載の導波路型光素子。 - 【請求項4】 前記基板が、ニオブ酸リチウムからな
る、請求項1に記載の導波路型光素子。 - 【請求項5】 前記電極が金により形成され、かつ前記
導電性膜層が、シリコンにより形成されている、請求項
1に記載の導波路型光素子。 - 【請求項6】 前記分断部が、少なくとも1対の互に隣
接する電極の間に配置された前記導電性膜層中に形成さ
れている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の導波路
型光素子。 - 【請求項7】 前記分断部の少なくとも一部が、前記導
波路の方向に沿って伸びている、請求項1〜6のいずれ
か一項に記載の導波路型光素子。
Priority Applications (4)
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Family
ID=16205134
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP18738794A Expired - Lifetime JP3231190B2 (ja) | 1993-11-01 | 1994-08-09 | 導波路型光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3231190B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9748009B2 (en) | 2011-08-19 | 2017-08-29 | Holtec International | Container and system for handling damaged nuclear fuel, and method of making the same |
US11515054B2 (en) | 2011-08-19 | 2022-11-29 | Holtec International | Method of retrofitting a spent nuclear fuel storage system |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2005331885A (ja) | 2004-05-21 | 2005-12-02 | Fujitsu Ltd | 音響光学デバイスおよび音響光学デバイスの製造方法 |
-
1994
- 1994-08-09 JP JP18738794A patent/JP3231190B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US10692617B2 (en) | 2011-08-19 | 2020-06-23 | Holtec International | Container and system for handling damaged nuclear fuel, and method of making the same |
US11515054B2 (en) | 2011-08-19 | 2022-11-29 | Holtec International | Method of retrofitting a spent nuclear fuel storage system |
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JPH0854589A (ja) | 1996-02-27 |
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