JPH05127033A - 光導波路及びその製造方法 - Google Patents
光導波路及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH05127033A JPH05127033A JP28687091A JP28687091A JPH05127033A JP H05127033 A JPH05127033 A JP H05127033A JP 28687091 A JP28687091 A JP 28687091A JP 28687091 A JP28687091 A JP 28687091A JP H05127033 A JPH05127033 A JP H05127033A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- single crystal
- optical waveguide
- optical
- substrate
- waveguide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 光散乱損失の要因となる格子欠陥が少なく、
光学的特性のバラツキや性能劣化を極力防止し、良好な
光導波路特性を再現性よく得ることができる光導波路及
びその製造方法を提供すること。 【構成】 ニオブ酸リチウム単結晶の基板上に、ニオブ
酸リチウム単結晶よりも高い屈折率を有し、かつ透明な
単結晶薄膜から成る導波路層を形成したことを特徴とす
る光導波路としたので、従来の金属拡散層の諸問題を全
て解消することができ、光伝搬特性の経時変化がなく、
しかも個々の光導波路間の光学的特性のバラツキもほと
んどない。また単結晶による光学的異方性を利用するこ
とにより、基板との導波路層との屈折率差を効果的に制
御でき、これにより光伝搬損失が最小で、かつバラツキ
の極めて少ない光導波路を再現性良く提供することがで
きる。
光学的特性のバラツキや性能劣化を極力防止し、良好な
光導波路特性を再現性よく得ることができる光導波路及
びその製造方法を提供すること。 【構成】 ニオブ酸リチウム単結晶の基板上に、ニオブ
酸リチウム単結晶よりも高い屈折率を有し、かつ透明な
単結晶薄膜から成る導波路層を形成したことを特徴とす
る光導波路としたので、従来の金属拡散層の諸問題を全
て解消することができ、光伝搬特性の経時変化がなく、
しかも個々の光導波路間の光学的特性のバラツキもほと
んどない。また単結晶による光学的異方性を利用するこ
とにより、基板との導波路層との屈折率差を効果的に制
御でき、これにより光伝搬損失が最小で、かつバラツキ
の極めて少ない光導波路を再現性良く提供することがで
きる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基板にニオブ酸リチウ
ム単結晶を用いた光導波路及びその製造方法に関する。
ム単結晶を用いた光導波路及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ニオブ酸リチウム（LiNbO 3 ；以下ＬＮ
と略記する）単結晶は、電気光学定数等の光学的特性に
優れており、光を薄膜のような狭い領域内に閉じ込めて
伝送する、いわゆる光導波路の基板材料として注目され
ている。
と略記する）単結晶は、電気光学定数等の光学的特性に
優れており、光を薄膜のような狭い領域内に閉じ込めて
伝送する、いわゆる光導波路の基板材料として注目され
ている。
【０００３】上記光導波路の代表的なものとして、ＬＮ
単結晶の基板に帯状に金属を拡散させて屈折率を周囲よ
り高め、光をできるだけ逃がさないようにした光導波路
があり、金属を拡散したチャネルの両側に電極を設け
て、これに電圧を印加することによって光のスイッチン
グを行うことができる。
単結晶の基板に帯状に金属を拡散させて屈折率を周囲よ
り高め、光をできるだけ逃がさないようにした光導波路
があり、金属を拡散したチャネルの両側に電極を設け
て、これに電圧を印加することによって光のスイッチン
グを行うことができる。
【０００４】従来、上記光導波路の製法に関して種々の
方法が提案されてきた。例えば、光伝搬損失の低減、よ
り大きな屈折率変化、より薄い高屈折率層の形成（光導
波路の２次元化）および製造の容易さという観点から、
金属の熱拡散法が一般に行われてきた。これは、図３
（ａ）に示すようにＬＮ単結晶の基板Ｓ上にパターニン
グしたレジストを被着形成し、このレジスト上及び基板
Ｓ上に金属膜を被着形成し、その後レジストを消失させ
て所望の形状の金属層Ｍを形成し、さらに、図３（ｂ）
に示すように、金属層Ｍのイオンを基板Ｓに熱拡散する
ことによって、基板Ｓの表層に組成変化を生ぜしめ、基
板Ｓ上に高屈折率層Ｈを形成して光導波路化するもので
ある。これまでの研究報告から、上記金属としてTiを用
いた場合が最も良好な光伝搬特性を有するとされてい
る。
方法が提案されてきた。例えば、光伝搬損失の低減、よ
り大きな屈折率変化、より薄い高屈折率層の形成（光導
波路の２次元化）および製造の容易さという観点から、
金属の熱拡散法が一般に行われてきた。これは、図３
（ａ）に示すようにＬＮ単結晶の基板Ｓ上にパターニン
グしたレジストを被着形成し、このレジスト上及び基板
Ｓ上に金属膜を被着形成し、その後レジストを消失させ
て所望の形状の金属層Ｍを形成し、さらに、図３（ｂ）
に示すように、金属層Ｍのイオンを基板Ｓに熱拡散する
ことによって、基板Ｓの表層に組成変化を生ぜしめ、基
板Ｓ上に高屈折率層Ｈを形成して光導波路化するもので
ある。これまでの研究報告から、上記金属としてTiを用
いた場合が最も良好な光伝搬特性を有するとされてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように作製された光導波路は、Ｘ線トポグラフによりミ
クロ観察を行うと、高屈折率層Ｔには数多くの微小欠陥
が存在し、ミスフィット転位の他に数多くの微小クラッ
クが生じていることが明らかにされている。殊に、基板
Ｓのａ軸方向には、Δａ／ａがほぼ103 程度の格子変化
が生じており、これが光散乱損失の要因となっているこ
とが報告されている（K.Sugii et al.;J.Mater.Sci. 13
(1978)523 ）。
ように作製された光導波路は、Ｘ線トポグラフによりミ
クロ観察を行うと、高屈折率層Ｔには数多くの微小欠陥
が存在し、ミスフィット転位の他に数多くの微小クラッ
クが生じていることが明らかにされている。殊に、基板
Ｓのａ軸方向には、Δａ／ａがほぼ103 程度の格子変化
が生じており、これが光散乱損失の要因となっているこ
とが報告されている（K.Sugii et al.;J.Mater.Sci. 13
(1978)523 ）。
【０００６】また、金属の拡散条件等により、ＬＮ基板
自体や金属拡散層の変質が起きること（M. N. Armenise
et al.;J. Appl. Phys. 55(1984)3531 ）、Ti拡散時に
基板表面に凹凸が発生すること（R. J. Holmes and D.
M. Smyth;J. Appl. Phys. 55(1984)3531）などが報告さ
れており、金属拡散層の変質や基板表面の凹凸の発生に
より屈折率が局所的に変動し、その結果、光導波路とし
ての光伝搬性能の劣化を招来することになり問題であっ
た。また、時間の経過とともに金属の拡散が進行し、経
時変化による光伝搬特性などの光学的特性が変動するな
どして問題であるうえ、金属の拡散の状態も個々の光導
波路について均一の揃えることが困難となり、個々の光
導波路間での光学的特性のバラツキが大きく問題であっ
た。
自体や金属拡散層の変質が起きること（M. N. Armenise
et al.;J. Appl. Phys. 55(1984)3531 ）、Ti拡散時に
基板表面に凹凸が発生すること（R. J. Holmes and D.
M. Smyth;J. Appl. Phys. 55(1984)3531）などが報告さ
れており、金属拡散層の変質や基板表面の凹凸の発生に
より屈折率が局所的に変動し、その結果、光導波路とし
ての光伝搬性能の劣化を招来することになり問題であっ
た。また、時間の経過とともに金属の拡散が進行し、経
時変化による光伝搬特性などの光学的特性が変動するな
どして問題であるうえ、金属の拡散の状態も個々の光導
波路について均一の揃えることが困難となり、個々の光
導波路間での光学的特性のバラツキが大きく問題であっ
た。
【０００７】
【目的】そこで、本発明は、光散乱損失の要因となる格
子欠陥が少なく、光学的特性のバラツキや性能劣化を極
力防止し、良好な光導波路特性を再現性よく得ることが
できる光導波路及びその製造方法を提供することを目的
とする。
子欠陥が少なく、光学的特性のバラツキや性能劣化を極
力防止し、良好な光導波路特性を再現性よく得ることが
できる光導波路及びその製造方法を提供することを目的
とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光導波路は、ニオブ酸リチウム単結晶の基
板上に、ニオブ酸リチウム単結晶よりも高い屈折率を有
し、かつ透明な単結晶薄膜を形成して成ることを特徴と
する。
に、本発明の光導波路は、ニオブ酸リチウム単結晶の基
板上に、ニオブ酸リチウム単結晶よりも高い屈折率を有
し、かつ透明な単結晶薄膜を形成して成ることを特徴と
する。
【０００９】また、その製造方法は、ニオブ酸リチウム
単結晶の基板の一主面に溝を形成し、該溝にニオブ酸リ
チウム単結晶よりも高い屈折率を有し、かつ透明な単結
晶薄膜をエピタキシャル成長させて導波路層を形成した
ことを特徴とする。
単結晶の基板の一主面に溝を形成し、該溝にニオブ酸リ
チウム単結晶よりも高い屈折率を有し、かつ透明な単結
晶薄膜をエピタキシャル成長させて導波路層を形成した
ことを特徴とする。
【００１０】
【実施例】本発明に係る一実施例を詳細に説明する。ま
ず、本発明と比較するための試料を以下のように作製し
た。光学研磨されたオプティカルグレイドのＬＮ単結晶
の基板表面上に、リフトオフ法によりTiの導波路パター
ンを形成し、これを1040℃，7 時間熱拡散を行うことに
より、図２に示すような深さ約 4μm , 幅約 8μm のＹ
分岐形状の導波路層Ｔを有する分岐干渉型光スイッチ素
子(30 mm× 8mm×1mm) Ｙを 6個試作した。
ず、本発明と比較するための試料を以下のように作製し
た。光学研磨されたオプティカルグレイドのＬＮ単結晶
の基板表面上に、リフトオフ法によりTiの導波路パター
ンを形成し、これを1040℃，7 時間熱拡散を行うことに
より、図２に示すような深さ約 4μm , 幅約 8μm のＹ
分岐形状の導波路層Ｔを有する分岐干渉型光スイッチ素
子(30 mm× 8mm×1mm) Ｙを 6個試作した。
【００１１】上記各試料をＸ線トポグラフによるミクロ
観察を行ったところ、導波路層Ｔに多数の微小クラック
が存在していた。また、この試料の光導波路としての光
伝搬特性を確認するため、約1.3 μm の半導体レーザ光
を導波路層Ｔに導入し、入力光と出力光との差を計測し
て挿入損失を測定した結果、試料間で約 5〜10dBの大き
なバラツキが生じていた。
観察を行ったところ、導波路層Ｔに多数の微小クラック
が存在していた。また、この試料の光導波路としての光
伝搬特性を確認するため、約1.3 μm の半導体レーザ光
を導波路層Ｔに導入し、入力光と出力光との差を計測し
て挿入損失を測定した結果、試料間で約 5〜10dBの大き
なバラツキが生じていた。
【００１２】次に、本発明に係る試料の作製を以下のよ
うにして行った。図１（ａ）に示すように、光学研磨さ
れたオプティカルグレイドのＬＮ単結晶の基板Ｓ表面
に、反応性イオンエッチング法により深さ約 4μm , 幅
約 8μm , 長さ約30mmの溝Ｄを形成した。すなわち、ア
ルゴンガス雰囲気中に四塩化炭素（CCl 4 ) やフッ化炭
素(CF 4 ) などのエチングガスを導入して、レーザ光に
よるサブミクロン加工を行って溝Ｄを形成した。なお、
このエッチングは上記方法の他に、イオンビームエッチ
ング法、プラズマエッチング法、レーザアシスト法など
既に確立された種々のエッチング法を用いて行うことが
できる。
うにして行った。図１（ａ）に示すように、光学研磨さ
れたオプティカルグレイドのＬＮ単結晶の基板Ｓ表面
に、反応性イオンエッチング法により深さ約 4μm , 幅
約 8μm , 長さ約30mmの溝Ｄを形成した。すなわち、ア
ルゴンガス雰囲気中に四塩化炭素（CCl 4 ) やフッ化炭
素(CF 4 ) などのエチングガスを導入して、レーザ光に
よるサブミクロン加工を行って溝Ｄを形成した。なお、
このエッチングは上記方法の他に、イオンビームエッチ
ング法、プラズマエッチング法、レーザアシスト法など
既に確立された種々のエッチング法を用いて行うことが
できる。
【００１３】上記エッチングの後に、レーザ光を用いた
光ＣＶＤ法により、図１（ｂ）に示すような溝Ｄ中にTi
Ｏ2 単結晶の薄膜Ｆを膜厚約4μm に形成した。ここ
で、薄膜Ｆの形成は四塩化チタン（TiCl4 ）と酸素ガス
を導入してクロム等の板材でマスキングを行いながら気
相エピタキシャル成長させて形成した。なお、この形成
は上記光ＣＶＤ法の他に、ＭＯＣＶＤ法などの各種のＣ
ＶＤ法やＭＢＥ（分子線エピタクシー）法など既に確立
された種々の薄膜形成法を用いることができる。また、
このエピタキシャル成長は気相エピタキシャル成長に限
定されるものではなく、例えば上記溝にTiＯ2 の粉末を
ＨＩＰなどにより圧粉成形した後に加熱して固相エピタ
キシャル成長を行わせてもよい。
光ＣＶＤ法により、図１（ｂ）に示すような溝Ｄ中にTi
Ｏ2 単結晶の薄膜Ｆを膜厚約4μm に形成した。ここ
で、薄膜Ｆの形成は四塩化チタン（TiCl4 ）と酸素ガス
を導入してクロム等の板材でマスキングを行いながら気
相エピタキシャル成長させて形成した。なお、この形成
は上記光ＣＶＤ法の他に、ＭＯＣＶＤ法などの各種のＣ
ＶＤ法やＭＢＥ（分子線エピタクシー）法など既に確立
された種々の薄膜形成法を用いることができる。また、
このエピタキシャル成長は気相エピタキシャル成長に限
定されるものではなく、例えば上記溝にTiＯ2 の粉末を
ＨＩＰなどにより圧粉成形した後に加熱して固相エピタ
キシャル成長を行わせてもよい。
【００１４】このようにして、薄膜Ｓを導波路層とする
上記比較例と同様な形態の分岐干渉型スイッチ素子を 6
個試作し、これら試料のそれぞれについてＸトポグラフ
によるミクロ観察を行ったところ、導波路層にはほとん
どクラックは発生していなかった。また、挿入損失も全
ての試料で約 1dB程度であり、バラツキもほとんどなか
った。このように単結晶薄膜としたので従来の金属拡散
層の諸問題を解消することができた。
上記比較例と同様な形態の分岐干渉型スイッチ素子を 6
個試作し、これら試料のそれぞれについてＸトポグラフ
によるミクロ観察を行ったところ、導波路層にはほとん
どクラックは発生していなかった。また、挿入損失も全
ての試料で約 1dB程度であり、バラツキもほとんどなか
った。このように単結晶薄膜としたので従来の金属拡散
層の諸問題を解消することができた。
【００１５】なお、本実施例は導波路層にTiＯ2 単結晶
を用いた例を示したが、これに限定されるものではな
く、ＬＮ（屈折率ｎ≒2.2)よりも高屈折率なSrTiＯ3 (
ｎ≒2.41) ，Bi12SiＯ20( ｎ≒2.54) ，ダイヤモンド
（ｎ≒2.42))など無色透明な単結晶であればよい。なお
また、これら単結晶の固溶体も屈折率がＬＮより下回ら
ない組成範囲内で適宜変更し実施しうる。
を用いた例を示したが、これに限定されるものではな
く、ＬＮ（屈折率ｎ≒2.2)よりも高屈折率なSrTiＯ3 (
ｎ≒2.41) ，Bi12SiＯ20( ｎ≒2.54) ，ダイヤモンド
（ｎ≒2.42))など無色透明な単結晶であればよい。なお
また、これら単結晶の固溶体も屈折率がＬＮより下回ら
ない組成範囲内で適宜変更し実施しうる。
【００１６】
【発明の効果】以上詳述したように、ニオブ酸リチウム
単結晶の基板上に、ニオブ酸リチウム単結晶よりも高い
屈折率を有し、かつ透明な単結晶薄膜から成る導波路層
を形成した本発明の光導波路及びその製造方法によれ
ば、従来の光導波路に比して導波路層内の欠陥密度を著
しく低下させ、光散乱を極力防止した光導波路を提供す
ることができる。
単結晶の基板上に、ニオブ酸リチウム単結晶よりも高い
屈折率を有し、かつ透明な単結晶薄膜から成る導波路層
を形成した本発明の光導波路及びその製造方法によれ
ば、従来の光導波路に比して導波路層内の欠陥密度を著
しく低下させ、光散乱を極力防止した光導波路を提供す
ることができる。
【００１７】また、導波路層が完全な単結晶であるの
で、従来の金属拡散層の諸問題を全て解消することがで
き、光伝搬特性の経時変化がなく、しかも個々の光導波
路間の光学的特性のバラツキもほとんどない。また単結
晶による光学的異方性を利用することにより、基板との
導波路層との屈折率差を効果的に制御でき、これにより
光伝搬損失が最小で、かつバラツキの極めて少ない光導
波路を再現性良く提供することができる。
で、従来の金属拡散層の諸問題を全て解消することがで
き、光伝搬特性の経時変化がなく、しかも個々の光導波
路間の光学的特性のバラツキもほとんどない。また単結
晶による光学的異方性を利用することにより、基板との
導波路層との屈折率差を効果的に制御でき、これにより
光伝搬損失が最小で、かつバラツキの極めて少ない光導
波路を再現性良く提供することができる。
【００１８】さらに、本発明の光導波路の製造方法は、
従来の金属の熱拡散による導波路層の形成方法は拡散の
分布の調整が困難であったのに対し、より容易にかつ精
度良く導波路層を形成することができる。
従来の金属の熱拡散による導波路層の形成方法は拡散の
分布の調整が困難であったのに対し、より容易にかつ精
度良く導波路層を形成することができる。
【図１】（ａ）は基板を所定溝形状にエッチングした様
子を示す図であり、（ｂ）は基板の溝部に高屈折率単結
晶薄膜層を形成した様子を示す図である。
子を示す図であり、（ｂ）は基板の溝部に高屈折率単結
晶薄膜層を形成した様子を示す図である。
【図２】熱拡散法により作製した分岐干渉型光スイッチ
素子の平面図である。
素子の平面図である。
【図３】（ａ）はリフトオフによる金属パターンを形成
した様子を示す図であり、（ｂ）は基板に金属の熱拡散
を行った様子を示す図である。
した様子を示す図であり、（ｂ）は基板に金属の熱拡散
を行った様子を示す図である。
Ｍ ・・・ 金属層 Ｓ ・・・ 基板 Ｔ ・・・ 高屈折率層 Ｄ ・・・ 溝 Ｆ ・・・ 薄膜 Ｙ ・・・ 分岐干
渉型光スイッチ素子
渉型光スイッチ素子
Claims (2)
- 【請求項１】 ニオブ酸リチウム単結晶の基板上に、ニ
オブ酸リチウム単結晶よりも高い屈折率を有し、かつ透
明な単結晶薄膜から成る導波路層を形成したことを特徴
とする光導波路。 - 【請求項２】 ニオブ酸リチウム単結晶の基板の一主面
に溝を形成し、該溝にニオブ酸リチウム単結晶よりも高
い屈折率を有し、かつ透明な単結晶薄膜をエピタキシャ
ル成長させて導波路層を形成したことを特徴とする光導
波路の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28687091A JPH05127033A (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | 光導波路及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28687091A JPH05127033A (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | 光導波路及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05127033A true JPH05127033A (ja) | 1993-05-25 |
Family
ID=17710072
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28687091A Pending JPH05127033A (ja) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | 光導波路及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05127033A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021031416A1 (zh) * | 2019-08-22 | 2021-02-25 | 苏州易锐光电科技有限公司 | 铌酸锂光波导芯片 |
-
1991
- 1991-10-31 JP JP28687091A patent/JPH05127033A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021031416A1 (zh) * | 2019-08-22 | 2021-02-25 | 苏州易锐光电科技有限公司 | 铌酸锂光波导芯片 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4066482A (en) | Selective epitaxial growth technique for fabricating waveguides for integrated optics | |
| JP2006195383A (ja) | 光変調器およびその製造方法 | |
| US4329016A (en) | Optical waveguide formed by diffusing metal into substrate | |
| US4206251A (en) | Method for diffusing metals into substrates | |
| US4073676A (en) | GaAs-GaAlAs semiconductor having a periodic corrugation at an interface | |
| JPH05127033A (ja) | 光導波路及びその製造方法 | |
| JPH0769495B2 (ja) | 光学ストリップライン導波管の製造方法 | |
| JP3876666B2 (ja) | 光デバイス及びその製造方法 | |
| KR101789026B1 (ko) | 광변조기용 리튬나오베이트(LiNbO3)기판의 제조 방법 | |
| JP4665162B2 (ja) | 光学素子及びその製造方法 | |
| KR100439960B1 (ko) | 열확산법을 이용한리드마그네슘니오베이트-리드티타네이트 광도파로 및 그의제조방법 | |
| JPH05150128A (ja) | 光導波路及びその製造方法 | |
| US6605227B2 (en) | Method of manufacturing a ridge-shaped three dimensional waveguide | |
| JPS60156014A (ja) | 埋込形光導波路装置の製造方法 | |
| JP2556206B2 (ja) | 誘電体薄膜の製造方法 | |
| JPS6163015A (ja) | Ｓｏｉ用シ−ド構造の製造方法 | |
| JPS59159105A (ja) | 光導波路 | |
| KR100264975B1 (ko) | 결정성장층의방향특성을고려한절연막패턴을이용하는선택결정성장법 | |
| JPS5929417A (ja) | 液相エピタキシヤル成長法 | |
| JPS5937504A (ja) | 光導波路 | |
| JP3207876B2 (ja) | 光導波路素子の作製方法 | |
| JPH04191711A (ja) | 光導波路 | |
| KR19980050572A (ko) | 회절격자 커플러 제조방법 | |
| JP2606679B2 (ja) | 光導波路の製造方法 | |
| JPH06308343A (ja) | 光導波路およびその製造方法 |