JPH04204815A - 光導波路型変調器及びその製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は光ファイバーと一体化して用いる光導波路デバ
イス及び光導波路型変調器の構成と、その作製方法に関
するものである。

従来の技術 ＬｉＮｂＯ３結晶を用いた光導波路型変調器は、超高速
信号を処理するためのデバイス、特に数十ＧＨｚまでの
広帯域の変調器として有用性が高く、他に匹敵する手段
が無いため、その実用化が求められてきた。しかし特性
を安定に再現するための手段、特にその製造技術が確立
されていないため、その開発の確立が求められている。

光導波路および、光導波路型変調器の構成は、ＬｉＮｂ
０．結晶上にフォトリソグラフィー法で数ミクロンの光
導波路部分を作る。そのさい、光の導波路部分には、Ｌ
ｉＮｂ０．結晶上にＴｉを拡散させて、周囲より屈折率
を大きくして、Ｔｉ拡散部に光を閉じ込める構成を取る
のが一般的な方法である。さらに光導波路型変調器は光
を２方向に分けて、高周波電界をかけて、Ｌ　ｉＮ　ｂ
　Ｏａ結晶の電気光学効果により光面の位相面を回転さ
せ、他方の光と干渉させることにより、光の強度信号と
して外部に取りだし、変調器として用いる。

発明が解決しようとする課題 光導波路型デバイス作製の技術課題として、ＬｉＮｂＯ
３結晶の表面にＴｉの制御された形での拡散技術が重要
な技術となる。さらにデバイス構成では素子の低電圧駆
動構成、光導波損失の少ない変調器構成が求められてき
た。

上記の課題のうち、Ｔｉ拡散に伴って発生する課題は、
Ｌ　Ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏｓの結晶の上にデバイスを構成する
さいに、Ｌ　Ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏｓ結晶内で屈折率。

Ｔｉ拡散量等が制御された形での結晶が、得られていな
いことが、特性のバラツキの大きな要因となっている。

これを解決するための、結晶の特性のバラツキを吸収し
てくれるデバイス構成が求められてきた。

光導波路の作製の光導波路パターンに限定するなら、近
年の半導体作製技術を用い、ホトリソグラフィー技術で
非常に高い精度で、サブミクロンのパターンを容易に、
かつ大量に作製できるが、実際の光導波路は結晶の特性
を反映して、パターン通りの形では光導波路は実現しな
い。

課題を解決するための手段 Ｌ　ｉＮ　ｂ　Ｏｓ結晶を用いた、光導波路及び、光導
波路型変調を再現性よく製造するための手段として、光
導波路の形状と、その製造方法を改善することによって
実現することを可能にするものである。

光導波路の作製には従来のＴｉ拡散による屈折率の増加
による光の閉し込め構造を踏襲する。いかに確実に光を
閉じ込める構造にするかがｉｎとなるが、本発明は光導
波路部分を凹みを有する構造にすることにより、物理的
に光の深さ方向への伝搬を防止する構造をとる。従来は
深さ方向に対してもＴｉ拡散構造を取っているが、Ｔｉ
拡散の深さ方向への正確な拡散濃度及び分布の制御は非
常に難しい、それに比べ本発明の構造は深さ方向に対し
ては、Ｌ　ｒ　Ｎ　ｂ　Ｏｓのエツチングによって正確
に制御された深さで、導波路幅を実現し、さらにそれら
のエツチング面は、完全な光の反射面を実現することが
可能となる。

光導波路型変調器を構成するためには ＬｉＮｂ０．の光導波路部分の凹みの作製のために正確
なＬｉＮｂ０．結晶のエツチング技術が必要となる。従
来ＬｉＮｂ０．のエツチング方法としては適切な手段が
なかったため実現していなかったが、本発明ではリン酸
と熱硝酸と、光化学反応を用いることによって、深さ方
向と線幅方向に正確に制御された形でのエツチングが可
能となる。

さらにエツチング面の表面荒さも、光導波路を構成する
のに十分な面粗度が得られることが分かった。

作用 ＬｉＮｂＯ３を用いた先導波及び光導波路型変調器の特
性を安定にするために、光導波路の構成を改良すること
により、光導波特性と光導波路型変調器の変調電圧を下
げることが可能となった。

さらに、光導波路及び光導波路型変調器の作製にさいし
、光効果を加えたエツチング方法が有効であることを見
出した。

ＬｉＮｂ０．のエンチングには、上記の方法の他にイオ
ンエツチング技術を生かした、フッソイオンがＬｉＮｂ
Ｏ３のイオンエツチングに有効であることを見出した。

実施例 第１図にＬｉＮｂＯ５結晶上の光導波路及び光導波路型
変調器の光導波路部分の構造図を示す。

第１図において、基盤材料１１であるＬｉＮｂ０゜の結
晶は上下方向（深さ方向）の電気光学効果を有効に生か
すために、上下方向を結晶の−Ｚ軸方向に取っである。

光導波路を作製するためには、光を導波路部分に閉じ込
めなければならない、光を閉じ込めるための一般的な技
術として、Ｌ　ｒ　Ｎ　ｂ　Ｏａの導波路部の屈折率を
大きくとる。屈折率を増加させるためにＬ　ｒ　Ｎ　ｂ
　Ｏａ結晶上に、Ｔｉあるいはプロトン原子を拡散させ
て光導波を作製する。

Ｔｉ拡散光導波路部分１２の作製には、Ｔｉの拡散技術
が光の導波特性に大きく影響する。Ｔｉの拡散領域を導
波路の伝搬部分に直面の深さ方向、光導波路の幅方向に
対して拡散濃度分布を一定に保ち、さらに光伝搬部の表
面を光学的な表面荒さに保った導波路を作製することは
容易ではない。

その理由は、約１０００度の拡散温度について数度の温
度誤差で制御を必要とする様に、Ｔｉの拡散現象はデリ
ケートで、特に結晶の性質を反映し、再現性を有するデ
バイスの作製は容易ではない。

さらにＴｉ拡散の際の触媒的な役割として、水蒸気の雰
囲気が有効であることが知られているが、水蒸気の濃度
の制御が要求される。

このような繁雑なプロセスを簡略にするために光導波路
のＬ　ｉＮ　ｂ　Ｏｓの深さ方向への拡散の影響を取り
去るために、本発明の光導波路部分を凹型構造にするこ
とによって解決した。

第１図において、光導波路型変調器の変調用の電圧印加
用の電極を凹部の内部に設けることにより電気光学効果
を大きく取ることが可能となることを見出したが、その
構造を示す、凹部の底部（光導波路部）の厚さは、光導
波モードと用いる光の波長とを考慮して決定する。さら
に凹部を作製する際のＬｉＮｂＯ３結晶の特性から生じ
る加工技術の技術的な限界及び、イオンの拡散深さと伝
搬モード、１界強度等を考慮して、光導波路部分を５ミ
クロンから２０ミクロンの範囲に取る。

光導波路型変調器の電圧の印加用として、上部に電極を
設けて、凹みの上下に電圧を印加する。

第１図の構造をさらに改良して、第２図（→、　（ｂ）
に示す構造が有効となる。第２図は、デバイス作製後動
作の不安定性の原因となるＬｉＮｂＯ３の焦電効果を防
止するためと、光の閉じ込め効果を増大させるための目
的のために、ＬｉＮｂＯ３の上部にバッファー層１４を
構成し、さらにその上部に印加用電極１３．１５を構成
する。

第１図及び第２図の構造に於いて、光導波路に凹溝を作
製することが重要な技術となる。

ＬｉＮｂＯ３の上に上記の精度で、凹部を作製するため
には機械加工では実現しない、単に構造だけならばダイ
ヤモンド等のカッターで溝を切ることも可能であるが、
光導波路のようにクラックの無い溝の加工には機械加工
方法では実現しない。

さらに、凹溝の表面荒さが光の伝搬損失として影響しな
い表面荒さ（０，１ミクロン以下）が要求される。

本発明では、凹溝を作製するために、２通りの方法を発
明した。

その一つは第３図に示す、光エツチング効果を用いた溝
の作製である。以下に光エツチング効果を用いたデバイ
スの作製を示す、ＬｉＮｂ０　　のエツチング液３６と
して、リン酸と硝酸の混合液にＬｉＮｂ０．エツチング
試料３５を入れる。前もってＴｉ拡散を行なって光導波
路の概略を作製しておく、エツチング液（必要なら加熱
バット３７をとおし加温しておく）に浸したＬｉＮｂＯ
３の上に、光を照射して、エツチングを加速することに
よって、光の照射部分だけがエツチングされる異方性エ
ツチングを実現する。エツチング部を決定する光のマス
クパターンは、レーザー等の光をスキャニングしても良
いし、光源３１と、反射鏡３２、レンズ３４を有する露
光器等の平行光で照射しても良い。

光エツチング効果を用いた光導波路の作製は、光導波の
様にデバイスとして精密なエツチング技術が、必要な際
にエツチングパターンを光で照射しその部分のみをエツ
チングすることにより、従来の機械加工法では不可能で
あったサブミクロンの精度での光導波路の作製が可能と
なった。

さらに第２のエツチング方法として、イオンミリング法
によるエツチングも有効であることを見出した。その際
にはＬｉＮｂＯ３の化学的な安定性を考慮して、エツチ
ングイオンとして、フンソイオンがエツチング速度を比
較的大きく取ることが可能であることが分かった。イオ
ンミリング法は、光エツチング法の様にマスク効果は持
ってぃないために、マスクパターン３３が必要となるこ
とに注意しておく。

発明の効果 ＬｉＮｂ０．の結晶を用いて光導波路及び光導波路型変
調器の作製において、光導波路部分の構造を凹型の溝構
造を取ることによって、安定にかつ低電圧で駆動が可能
な光導波路型変調器が実現できた。さらに光導波路ある
いは光導波路型変調器の光導波路部分の凹溝の作製に、
光を用いたエツチング方法が特に有効であることを見出
した。

この方法を採用することにより、ミクロン領域の曲線形
を有する光導波路構造の溝型での光導波路が実現した。

他のエツチング方法として、イオンミリング方法がある
が、エツチングイオンとして、フッソイオンがＬｉＮｂ
０．のエツチングに有効であることを見出した。

路型変調器の構造図、第３図は光エツチング装置の概念
図である。

１１・・・・・・基盤材料、１２・・・・・・Ｔｉ拡散
光導波路部分、１３．１５・・・・・・電極、１４・・
・・・・光導波路あるいは光導波路型変調器用バフファ
ー層、３１・・・・・・光源、３２・・・・・・反射鏡
、３３・・・・・・マスクパターン、３４・・・・・・
レンズ、３５・・・・・・ＬｉＮｂ０．エツチング試料
、３６・・・・・・エツチング液、２７・・・・・・加
熱バット。

代理人の氏名　弁理士小鍜治明　ほか２名第１図　　　
　　　ｎ−ｘ霊＃料 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＬｉＮｂＯ＿３結晶にＴｉあるいはプロトンイオ
   ンを拡散した、光導波路型変調器の構成において、Ｌｉ
   ＮｂＯ＿３結晶上の光導波部分の断面構造において、凹
   溝を設け、その凹溝の残った部分のＬｉＮｂＯ＿３の厚
   さを５ミクロンから２０ミクロンの範囲にとり、さらに
   光導波路型変調器では、凹溝の上下部に電極を埋め込ん
   だことを特徴とする光導波路型変調器。
2. （２）光導波路型変調器の光導波路部の凹溝の作製にお
   いて、ＬｉＮｂＯ＿３結晶の一部を、リン酸と硝酸を主
   成分とする、エッチング液を加熱して用いさらに、外部
   からエッチングの領域に光を照射することを特徴とする
   光導波路型変調器の製造方法。
3. （３）光導波路型変調器の光導波路部分の凹溝の製造方
   法において、イオンミリング法により作製し、前記イオ
   ンミリング用のイオン源として、フッソイオンを主成分
   とするイオンエッチングで作製することを特徴とする光
   導波路型変調器の製造方法。