JPH0894867A - Optical control device and its production - Google Patents
Optical control device and its productionInfo
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- JPH0894867A JPH0894867A JP23175494A JP23175494A JPH0894867A JP H0894867 A JPH0894867 A JP H0894867A JP 23175494 A JP23175494 A JP 23175494A JP 23175494 A JP23175494 A JP 23175494A JP H0894867 A JPH0894867 A JP H0894867A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は光路切り替え、光波長の
フィルタリングなどを行う光制御デバイスに関し、特に
電気光学効果を有するLiNbO3 結晶基板、またはL
iTaO3 結晶基板に形成された光導波路を用いて制御
を行う光制御デバイスに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical control device for switching an optical path, filtering an optical wavelength, etc., and particularly to a LiNbO 3 crystal substrate having an electro-optical effect, or L
The present invention relates to an optical control device that performs control using an optical waveguide formed on an iTaO 3 crystal substrate.
【0002】[0002]
【従来の技術】光通信システムの実用化に伴い、更に大
容量で多機能の高度なシステムが求められており、より
高速の光信号の発生や光伝送路の切り替え、交換等の新
たな機能の付加が必要とされている。2. Description of the Related Art With the practical use of optical communication systems, higher capacity and multifunctional advanced systems are required, and new functions such as generation of higher-speed optical signals, switching of optical transmission lines, and exchanges are required. Is required.
【0003】光伝送路の切り替えやネットワークの交換
機能を得る手段としては、光スイッチが使用されてい
る。現在実用化されている光スイッチはプリズム、ミラ
ー、ファイバ等を機械的に移動させて光路を切り替える
ものであり、低速であること、形状が大きくマトリクス
化に不適等の欠点がある。これを解決する手段としても
光導波路を用いた導波型の光スイッチの開発が進められ
ており、高速、多素子の集積化が可能、高信頼等の特徴
がある。特にニオブ酸リチウム(LiNbO3 )結晶等
の強誘電体材料を用いたものは、光吸収が小さく低損失
であること、大きな電気光学効果を有しているため高効
率である等の特徴があり、方向性結合器型光スイッチ、
マッハツェンダ型やバランスブリッジ型光スイッチ、全
反射型光スイッチ等の種々の方式の光制御デバイスが報
告されている。An optical switch is used as a means for obtaining the function of switching the optical transmission line and the switching function of the network. The optical switch currently in practical use is one that switches the optical path by mechanically moving a prism, a mirror, a fiber, etc., and has the drawbacks of low speed, large shape, and unsuitable for matrix formation. As a means for solving this, a waveguide type optical switch using an optical waveguide is being developed, and it has features such as high speed, multi-element integration and high reliability. In particular, a material using a ferroelectric material such as lithium niobate (LiNbO 3 ) crystal is characterized by low light absorption and low loss and high efficiency because it has a large electro-optical effect. , Directional coupler type optical switch,
Various types of optical control devices have been reported, such as Mach-Zehnder type, balance bridge type optical switches, and total reflection type optical switches.
【0004】近年、LiNbO3 電気光学結晶基板中に
形成された方向性結合器を用いた導波路型光スイッチの
高密度集積化の研究開発が盛んに行われており、西本裕
らの文献、電子情報通信学会OQE88−147によれ
ば、Z板のLiNbO3 基板を用いて方向性結合器型光
スイッチを64素子集積した8×8マトリクス光スイッ
チを得ている。一方、外部光変調器のような単一の光ス
イッチ素子からなるデバイスの研究開発も盛んに進めら
れている。In recent years, research and development of high-density integration of a waveguide type optical switch using a directional coupler formed in a LiNbO 3 electro-optic crystal substrate has been actively conducted, and Nishimoto et al. According to the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers OQE88-147, an 8 × 8 matrix optical switch in which 64 elements of a directional coupler type optical switch are integrated using a ZN LiNbO 3 substrate is obtained. On the other hand, research and development of a device including a single optical switch element such as an external optical modulator has been actively pursued.
【0005】このような光導波路デバイスの特性項目に
は、動作の安定性、スイッチング電圧(電力)、クロス
トーク、消光比、損失、切り替え速度などがある。The characteristic items of such an optical waveguide device include stability of operation, switching voltage (power), crosstalk, extinction ratio, loss, switching speed and the like.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上述した特性項目の中
でも動作の安定性は最も重要な課題である。ここで従来
の技術を図面を用いて説明する。Among the above-mentioned characteristic items, the stability of operation is the most important issue. Here, a conventional technique will be described with reference to the drawings.
【0007】図7はLiNbO3 やLiTaO3 電気光
学結晶基板1に形成された2本のチャネル型光導波路2
a、2bからなる方向性結合器5を用いた導波型光制御
デバイスの構造を示す断面図である。FIG. 7 shows two channel type optical waveguides 2 formed on a LiNbO 3 or LiTaO 3 electro-optic crystal substrate 1.
It is sectional drawing which shows the structure of the waveguide type optical control device using the directional coupler 5 which consists of a and 2b.
【0008】光学的に透明な膜体であるバッファ層3
は、導波光を制御するための外部制御信号が印加される
金属電極4a、4bによる導波光の吸収を防ぐための光
学的バッファ層として用いられ、光学的バッファ層3に
は通常はSiO2 が用いられる。これは、SiO2 が光
をほとんど吸収しないことやLiNbO3 基板やLiT
aO3 基板に比べて屈折率が十分に小さいことによる。
電極4a、4bは通常は高速動作が行えるように体積抵
抗率が小さい金属などが用いられ、チャネル型光導波路
2a、2bの近傍に電極4a、4bが配置される。Buffer layer 3 which is an optically transparent film body
Is used as an optical buffer layer for preventing absorption of the guided light by the metal electrodes 4a, 4b to which an external control signal for controlling the guided light is applied. The optical buffer layer 3 is usually made of SiO 2. Used. This is because SiO 2 hardly absorbs light, LiNbO 3 substrate and LiT
This is because the refractive index is sufficiently smaller than that of the aO 3 substrate.
The electrodes 4a and 4b are usually made of metal or the like having a low volume resistivity so that they can operate at high speed, and the electrodes 4a and 4b are arranged near the channel type optical waveguides 2a and 2b.
【0009】このような構成を有した光スイッチ、光変
調器などさまざまな光導波路型光制御デバイスの検討が
進められているが、DC電圧を連続印加した場合に光出
力−印加電圧特性がシフトしていくというDCドリフト
と呼ばれる信頼性問題が解決されていないために実用化
が進まないのが現状である。Various optical waveguide type optical control devices such as an optical switch and an optical modulator having such a structure have been studied, but the optical output-applied voltage characteristic shifts when a DC voltage is continuously applied. The current situation is that the practical use has not progressed because the reliability problem called DC drift that is being solved has not been solved.
【0010】DCドリフトの原因はLiNbO3 やLi
TaO3 電気光学結晶基板1上にCVD法やスパッタリ
ング法などで堆積するSiO2 バッファ層3に含まれる
不純物イオンが大きく関与している。つまり、外部から
電極4a、4bに印加される電圧により発生するSiO
2 バッファ層3中の電界のために、不純物イオンはその
イオンの極性に従って移動する。このイオン移動により
電極4a、4bに印加される電圧により発生するSiO
2 バッファ層3中の電界を打ち消す反電界が形成され
る。この現象がDCドリフトの一因である。DCドリフ
トの発生に大きく寄与する不純物イオンは、自然界から
混入してくるNa、Kなどのほかに、LiNbO3 基板
やLiTaO3 基板上からSiO2 バッファ層3に混入
するLiである。Liの混入は、CVD法やスパッタリ
ング法などによる堆積の際に、プラズマや熱の影響でL
iNbO3 やLiTaO3 基板からなされる。The cause of DC drift is LiNbO 3 or Li
Impurity ions contained in the SiO 2 buffer layer 3 deposited on the TaO 3 electro-optic crystal substrate 1 by the CVD method, the sputtering method, or the like are greatly involved. That is, SiO generated by the voltage applied to the electrodes 4a and 4b from the outside
2 Due to the electric field in the buffer layer 3, the impurity ions move according to the polarity of the ions. SiO generated by the voltage applied to the electrodes 4a and 4b by this ion movement
2 A counter electric field that cancels the electric field in the buffer layer 3 is formed. This phenomenon is one of the causes of DC drift. Impurity ions that greatly contribute to the generation of DC drift are not only Na and K that are mixed from the natural world but also Li that is mixed into the SiO 2 buffer layer 3 from the LiNbO 3 substrate or the LiTaO 3 substrate. The mixing of Li is caused by the influence of plasma and heat during the deposition by the CVD method or the sputtering method.
It is made of an iNbO 3 or LiTaO 3 substrate.
【0011】本発明の目的は、SiO2 バッファ層中の
Liを低減し、DCドリフトが発生しない高信頼の光制
御デバイスとその製造方法を与えることにある。An object of the present invention is to provide a highly reliable optical control device that reduces Li in the SiO 2 buffer layer and does not cause DC drift, and a method for manufacturing the same.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明による光制御デバ
イスは、電気光学効果を有するLiNbO3 、またはL
iTaO3 結晶基板表面に金属のドーピングにより形成
されるチャネル型光導波路と前記基板上に装荷された光
学的に透明な膜体と前記光学的に透明な膜体の上に形成
された電極とからなる光制御デバイスにおいて、前記チ
ャネル型光導波路を伝搬する導波光の伝搬領域以外の前
記LiNbO3 、またはLiTaO3 結晶基板表面、ま
たは前記LiNbO3 、またはLiTaO3 結晶基板表
面全面に金属がドーピングされた層を有していることを
特徴とする。The light control device according to the present invention comprises LiNbO 3 or L having an electro-optical effect.
A channel type optical waveguide formed by metal doping on the surface of an iTaO 3 crystal substrate, an optically transparent film body loaded on the substrate, and an electrode formed on the optically transparent film body. In the optical control device, the surface of the LiNbO 3 or LiTaO 3 crystal substrate other than the propagation region of the guided light propagating in the channel type optical waveguide, or the surface of the LiNbO 3 or LiTaO 3 crystal substrate is entirely metal-doped. It is characterized by having layers.
【0013】電気光学効果を有するLiNbO3 、また
はLiTaO3 結晶基板表面にプロトン交換により形成
されるチャネル型光導波路と前記基板上に装荷された光
学的に透明な膜体と前記光学的に透明な膜体の上に形成
された電極とからなる光制御デバイスにおいて、前記チ
ャネル型光導波路を伝搬する導波光の伝搬領域以外の前
記LiNbO3 、またはLiTaO3 結晶基板表面、ま
たは前記LiNbO3、またはLiTaO3 結晶基板表
面全面に金属がドーピングされた層を有していることを
特徴とする。A channel type optical waveguide formed by proton exchange on the surface of a LiNbO 3 or LiTaO 3 crystal substrate having an electro-optical effect, an optically transparent film body loaded on the substrate, and the optically transparent film body. In a light control device including an electrode formed on a film body, the surface of the LiNbO 3 or LiTaO 3 crystal substrate other than the propagation region of the guided light propagating in the channel type optical waveguide, or the LiNbO 3 or LiTaO 3 It is characterized by having a metal-doped layer on the entire surface of the crystal substrate.
【0014】前記結晶基板にLiNbO3 を用い、前記
金属のドーピングにより形成されるチャネル型光導波路
がTiのドーピングで形成された層を有していることを
特徴とする。The crystal substrate is made of LiNbO 3, and the channel type optical waveguide formed by doping the metal has a layer formed by doping Ti.
【0015】前記結晶基板にLiNbO3 を用い、前記
チャネル型光導波路を伝搬する導波光の伝搬領域以外の
前記LiNbO3 結晶基板表面、または前記LiNbO
3 結晶基板表面全面にTiがドーピングされている層を
有していることを特徴とする。LiNbO 3 is used for the crystal substrate, and the surface of the LiNbO 3 crystal substrate other than the propagation region of the guided light propagating in the channel type optical waveguide or the LiNbO 3 is used.
3 It is characterized by having a layer doped with Ti on the entire surface of the crystal substrate.
【0016】また、本発明による光制御デバイスの製造
方法は、結晶基板にLiNbO3 を用い、金属のドーピ
ングにより形成されるチャネル型光導波路とチャネル型
光導波路を伝搬する導波光の伝搬領域以外のLiNbO
3 結晶基板表面、または前記LiNbO3 結晶基板表面
全面に金属がドーピングされた層とを、熱拡散工程によ
り同時に形成することを特徴とする。Further, in the method for manufacturing an optical control device according to the present invention, LiNbO 3 is used for the crystal substrate, and a channel type optical waveguide formed by metal doping and a propagation region of the guided light propagating in the channel type optical waveguide are excluded. LiNbO
3 crystal substrate surface, or a layer in which the metal on the LiNbO 3 crystal substrate whole surface is doped, and forming at the same time by thermal diffusion process.
【0017】結晶基板にLiNbO3 を用い、金属のド
ーピングにより形成されるチャネル型光導波路と前記チ
ャネル型光導波路を伝搬する導波光の伝搬領域以外の前
記LiNbO3 結晶基板表面、または前記LiNbO3
結晶基板表面全面に金属がドーピングされた層とを、複
数回の熱拡散工程により前後して形成することを特徴と
する。LiNbO 3 is used for the crystal substrate, the surface of the LiNbO 3 crystal substrate other than the channel type optical waveguide formed by metal doping and the propagation region of the guided light propagating in the channel type optical waveguide, or the LiNbO 3
It is characterized in that a metal-doped layer is formed over the entire surface of the crystal substrate before and after a plurality of thermal diffusion steps.
【0018】前記金属のドーピングにより形成されるチ
ャネル型光導波路の該金属と前記チャネル型光導波路を
伝搬する導波光の伝搬領域以外のLiNbO3 結晶基板
表面、または前記結晶基板表面全面に金属がドーピング
された層の該金属とにTiを用い、熱拡散工程により形
成することを特徴とする。The metal is doped on the surface of the LiNbO 3 crystal substrate other than the metal of the channel type optical waveguide formed by doping the metal and the propagation region of the guided light propagating in the channel type optical waveguide, or the entire surface of the crystal substrate. Ti is used as the metal of the formed layer and is formed by a thermal diffusion process.
【0019】[0019]
【作用】本発明による光制御デバイスとその製造方法を
用いれば、SiO2 などのバッファ層中のLiを低減
し、DCドリフトが発生しない高信頼の光制御デバイス
とその製造方法を得られる。即ち、本発明ではチャネル
型光導波路を伝搬する導波光の伝搬領域以外の前記Li
NbO3 結晶基板表面、または前記LiNbO3 結晶基
板表面全面に金属がドーピングされた層を有し、該層が
CVD法やスパッタリング法などによるSiO2 などの
バッファ層の堆積の際に、バッファ層中へのLiNbO
3 、またはLiTaO3 結晶基板からのLi混入を防ぐ
阻止層として働くからである。従って、SiO2 などの
バッファ層中のLiを低減し、DCドリフトが発生しな
い高信頼の光制御デバイスとその製造方法を得られる。By using the light control device and the method for manufacturing the same according to the present invention, it is possible to obtain a highly reliable light control device and a method for manufacturing the same in which Li in the buffer layer such as SiO 2 is reduced and DC drift does not occur. That is, according to the present invention, the Li except for the propagation region of the guided light propagating in the channel type optical waveguide is used.
A metal-doped layer is formed on the surface of the NbO 3 crystal substrate or on the entire surface of the LiNbO 3 crystal substrate, and the layer is formed in the buffer layer when the buffer layer such as SiO 2 is deposited by the CVD method or the sputtering method. To LiNbO
3, or because act as blocking layer preventing Li contamination from LiTaO 3 crystal substrate. Therefore, it is possible to obtain a highly reliable optical control device in which Li in the buffer layer such as SiO 2 is reduced and DC drift does not occur and a manufacturing method thereof.
【0020】[0020]
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。The present invention will be described below with reference to the drawings.
【0021】図1は本発明の一実施例に関わる光制御デ
バイスの構造を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an optical control device according to an embodiment of the present invention.
【0022】図1の光制御デバイスは2本のチャネル型
光導波路2a、2bからなる光回路5と、光導波路2
a、2bの上に光学的な透明な膜体であるバッファ層3
を介して電極4a、4bが形成されている。なお、光回
路5は方向性結合器、マッハツェンダ型、バランスブリ
ッジ型などである。バッファ層3としては主にSiO2
系材料が用いられるが、その他にもAl2 O3 、MgF
2 、SiON、Si3 N4 などが用いられ、その堆積方
法にはCVD法、スパッタリング法、蒸着法などを用い
る。電極4a、4bの材料としては、Au、Al、M
o、Cu、WSi、ITO、ZnO系材料、導電性高分
子などの各種の導電性物質が用いられる。The optical control device of FIG. 1 includes an optical circuit 5 including two channel type optical waveguides 2a and 2b, and an optical waveguide 2.
Buffer layer 3 which is an optically transparent film body on a and 2b
The electrodes 4a and 4b are formed through the. The optical circuit 5 is a directional coupler, a Mach-Zehnder type, a balance bridge type, or the like. The buffer layer 3 is mainly made of SiO 2
Other materials such as Al 2 O 3 and MgF are used.
2 , SiON, Si 3 N 4 or the like is used, and a CVD method, a sputtering method, a vapor deposition method or the like is used as a deposition method thereof. The materials of the electrodes 4a and 4b are Au, Al and M.
Various conductive substances such as o, Cu, WSi, ITO, ZnO-based materials, and conductive polymers are used.
【0023】図1では、LiNbO3 結晶基板表面への
金属のドーピングにより形成されたチャネル型光導波路
2a、2bとLiNbO3 結晶基板表面全面に金属がド
ーピングされた層6(今後、Li阻止層と呼ぶ)があ
る。チャネル型光導波路2a、2b及びLi阻止層を形
成するためにドーピングされる金属には、Ti、Cu、
V、Fe、Mo、Crなどが用いられる。また、金属の
ドーピングには熱拡散法やイオン注入法などを用いる。
このとき、チャネル型光導波路2a、2bの屈折率がL
i阻止層6の屈折率より大きくなるように金属がドーピ
ングされる。In FIG. 1, the channel type optical waveguides 2a and 2b formed by doping the surface of the LiNbO 3 crystal substrate with the metal and the layer 6 with the entire surface of the LiNbO 3 crystal substrate doped with the metal (hereinafter, Li blocking layer and There is). The metals that are doped to form the channel type optical waveguides 2a and 2b and the Li blocking layer include Ti, Cu,
V, Fe, Mo, Cr or the like is used. Further, a thermal diffusion method, an ion implantation method, or the like is used for doping the metal.
At this time, the refractive index of the channel type optical waveguides 2a and 2b is L.
The metal is doped to have a refractive index higher than that of the i blocking layer 6.
【0024】図1のチャネル型光導波路2a、2b、並
びにLi阻止層6の形成にあたっては、両者とも金属に
はTiを、そしてTiのドーピングには熱拡散を用い
た。In forming the channel type optical waveguides 2a, 2b and the Li blocking layer 6 of FIG. 1, Ti was used for the metal and thermal diffusion was used for the doping of Ti.
【0025】このとき、チャネル型光導波路2a、2b
の屈折率がLi阻止層6の屈折率より大きくなるように
Tiの熱拡散を行った。本実施例では、Tiの厚さが厚
いほど大きな屈折率増加が得られることを利用して、チ
ャネル型光導波路2a、2b用のTiの厚さをLi阻止
層6用のTiの厚さより厚くすることで所望の屈折率を
得た。具体的には、チャネル型光導波路2a、2b用の
Tiの厚さを0.05から0.15nm、Li阻止層6用
のTiの厚さをチャネル型光導波路2a、2b用のTi
の厚さの1/100から4/5とし、850から110
0℃で0.5時間から20時間の熱拡散により、チャネ
ル型光導波路2a、2bとLi阻止層6を形成した。At this time, the channel type optical waveguides 2a, 2b
The thermal diffusion of Ti was performed so that the refractive index of Ti became larger than that of the Li blocking layer 6. In the present embodiment, by utilizing the fact that the larger the thickness of Ti is, the greater the increase in the refractive index is, so that the thickness of Ti for the channel type optical waveguides 2a and 2b is made thicker than the thickness of Ti for the Li blocking layer 6. By doing so, the desired refractive index was obtained. Specifically, the thickness of Ti for the channel type optical waveguides 2a, 2b is 0.05 to 0.15 nm, and the thickness of Ti for the Li blocking layer 6 is Ti for the channel type optical waveguides 2a, 2b.
Thickness of 1/100 to 4/5 and 850 to 110
The channel type optical waveguides 2a and 2b and the Li blocking layer 6 were formed by thermal diffusion at 0 ° C. for 0.5 hours to 20 hours.
【0026】発明者はCVD法、スパッタリング法、蒸
着法などによるSiO2 などからなるバッファ層3の堆
積の際に、プラズマや熱の影響でLiNbO3 結晶基板
1、またはLiTaO3 結晶基板からSiO2 などから
なるバッファ層3に結晶基板の組成を成すLiが混入す
ることを突き止めた。さらに、Li阻止層6用の領域か
らのLiの混入は、金属がドーピングされていない領域
からの混入に比べて大幅に少なくなることを発見した。The inventors of the present invention, when depositing the buffer layer 3 made of SiO 2 or the like by the CVD method, the sputtering method, the vapor deposition method or the like, are affected by plasma and heat, and the LiNbO 3 crystal substrate 1 or the LiTaO 3 crystal substrate is changed to SiO 2 It was found that Li forming the composition of the crystal substrate is mixed in the buffer layer 3 made of, for example. Further, it was discovered that the mixing of Li from the region for the Li blocking layer 6 is significantly less than the mixing from the region not doped with metal.
【0027】図2は本発明によるバッファ層へのLi混
入量を示す特性図であり、LiNbO3 結晶基板1表面
に形成されたLi阻止層6の領域からSiO2 バッファ
層3へのLiの混入量と、LiNbO3 結晶基板1表面
に金属が何もドーピングされていない領域からのSiO
2 バッファ層3へのLiの混入の結果である。SiO2
バッファ層3はスパッタリング法により堆積した。Li
阻止層6により、SiO2 バッファ層3へのLiの混入
量は約1/50に低減した。FIG. 2 is a characteristic diagram showing the amount of Li mixed into the buffer layer according to the present invention, in which Li is mixed into the SiO 2 buffer layer 3 from the region of the Li blocking layer 6 formed on the surface of the LiNbO 3 crystal substrate 1. And the amount of SiO from the region where the surface of the LiNbO 3 crystal substrate 1 is not doped with any metal.
2 This is the result of mixing Li into the buffer layer 3. SiO 2
The buffer layer 3 was deposited by the sputtering method. Li
The blocking layer 6 reduced the amount of Li mixed into the SiO 2 buffer layer 3 to about 1/50.
【0028】従って、図1の本発明の一実施例に係わる
光制御デバイスにより、CVD法やスパッタリング法な
どによるSiO2 バッファ層の堆積の際にプラズマや熱
の影響でLiNbO3 基板からSiO2 バッファ層中へ
のLiの混入を防ぐことができる。従って、SiO2 バ
ッファ層中のLiを低減することができるため、DCド
リフトの発生を抑圧でき、高信頼の光制御デバイスを得
ることができる。Therefore, with the light control device according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, when the SiO 2 buffer layer is deposited by the CVD method, the sputtering method, or the like, the LiNbO 3 substrate is subjected to the influence of the plasma or heat and the SiO 2 buffer is affected. Mixing of Li into the layer can be prevented. Therefore, since Li in the SiO 2 buffer layer can be reduced, the occurrence of DC drift can be suppressed, and a highly reliable optical control device can be obtained.
【0029】なお、チャネル導波路2a、2bが導波す
るようにチャネル導波路2a、2b及びLi阻止層6へ
の金属ドーピング量、金属ドーピング深さを設定さえす
れば、金属ドーピング量、金属ドーピング深さ、金属種
などは何ら限定を受けないのは明らかである。The metal doping amount and the metal doping amount can be set as long as the metal doping amount and the metal doping depth of the channel waveguides 2a and 2b and the Li blocking layer 6 are set so that the channel waveguides 2a and 2b guide. Obviously, the depth, metal species, etc. are not limited in any way.
【0030】図3は本発明の一実施例に係わる光制御デ
バイスの構造を示す断面図である。本実施例では光回路
5は方向性結合器からなり、Li阻止層6がチャネル型
光導波路2a、2bを伝搬する導波光の伝搬領域以外の
LiNbO3 結晶基板1に形成している。方向性結合器
では2本のチャネル型光導波路2a、2b間を伝搬する
ため、その領域にもLi阻止層6を形成していない。図
3の構造により得られる効果は図1と同様であるが、さ
らにチャネル型光導波路2a、2bを伝搬する導波光の
伝搬特性になんら変化を与えずに、図1と同様な効果を
得ることができるため、デバイスの設計工数の低減や歩
留り向上が得られるなど生産性が向上する効果を得るこ
とができる。FIG. 3 is a sectional view showing the structure of an optical control device according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, the optical circuit 5 is composed of a directional coupler, and the Li blocking layer 6 is formed on the LiNbO 3 crystal substrate 1 other than the propagation region of the guided light propagating in the channel type optical waveguides 2a and 2b. Since the directional coupler propagates between the two channel type optical waveguides 2a and 2b, the Li blocking layer 6 is not formed also in that region. The effect obtained by the structure of FIG. 3 is similar to that of FIG. 1, but the same effect as that of FIG. 1 can be obtained without further changing the propagation characteristics of the guided light propagating in the channel type optical waveguides 2a and 2b. Therefore, it is possible to obtain the effect of improving the productivity such as the reduction of the number of design steps of the device and the improvement of the yield.
【0031】図4は本発明の一実施例に係わる光制御デ
バイスの構造を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing the structure of a light control device according to an embodiment of the present invention.
【0032】本実施例ではLiTaO3 結晶基板1表面
にプロトン交換によりチャネル型光導波路2a、2bが
形成されており、Li阻止層6にはLiTaO3 結晶基
板1表面全面に金属がドーピングされている。チャネル
型光導波路2a、2bを形成するプロトン交換には安息
香酸やピロ燐酸などが用いられ、Li阻止層6にはLi
TaO3 結晶基板1の場合には主にイオン注入により金
属がドーピングされ、LiNbO3 結晶基板の場合には
熱拡散やイオン注入により金属がドーピングされる。L
i阻止層6を形成するためにドーピングされる金属に
は、Ti、Cu、V、Fe、Mo、Crなどが用いられ
る。図4の構造により得られる効果は図1と同様であ
る。In this embodiment, channel type optical waveguides 2a and 2b are formed on the surface of the LiTaO 3 crystal substrate 1 by proton exchange, and the Li blocking layer 6 is doped with metal on the entire surface of the LiTaO 3 crystal substrate 1. . Benzoic acid, pyrophosphoric acid, or the like is used for proton exchange forming the channel type optical waveguides 2a, 2b, and Li is used for the Li blocking layer 6.
In the case of the TaO 3 crystal substrate 1, the metal is mainly doped by ion implantation, and in the case of the LiNbO 3 crystal substrate, the metal is doped by thermal diffusion or ion implantation. L
Ti, Cu, V, Fe, Mo, Cr or the like is used as a metal that is doped to form the i blocking layer 6. The effect obtained by the structure of FIG. 4 is the same as that of FIG.
【0033】なお、チャネル導波路2a、2bが導波す
るようにプロトン交換がなされ、かつLi阻止層6への
金属ドーピングがなされれば、プロトン交換量、プロト
ン交換深さ、金属ドーピング量、金属ドーピング深さ、
金属種などは何ら限定を受けないのは明らかである。If the protons are exchanged so that the channel waveguides 2a and 2b are guided and the Li blocking layer 6 is metal-doped, the proton exchange amount, the proton exchange depth, the metal doping amount, the metal Doping depth,
Obviously, the metal species etc. are not limited in any way.
【0034】図5は本発明による光制御デバイスの製造
方法を示す工程図である。FIG. 5 is a process chart showing a method for manufacturing a light control device according to the present invention.
【0035】LiNbO3 結晶基板1に、チャネル型光
導波路2a、2bを形成するためにパターン化された金
属7aとLi阻止層6を形成する金属7bを形成する
(工程A)。金属7a、7bの堆積にはCVD法、スパ
ッタリング法、蒸着法などを用いる。また、金属7aの
パターン化には通常のリソグラヒィ法を用いる。なお、
Li阻止層6を形成する金属7bに関しても導波光が伝
搬する領域を除いて残すパターン化を行ってもよいこと
は明らかである。On the LiNbO 3 crystal substrate 1, a metal 7a patterned to form the channel type optical waveguides 2a and 2b and a metal 7b forming the Li blocking layer 6 are formed (step A). A CVD method, a sputtering method, an evaporation method, or the like is used to deposit the metals 7a and 7b. Further, a normal lithographic method is used for patterning the metal 7a. In addition,
It is obvious that the metal 7b forming the Li blocking layer 6 may be patterned so as to be left except the region where the guided light propagates.
【0036】次に、熱拡散により金属7a、7bをLi
NbO3 結晶基板1にドーピングすることにより、チャ
ネル型光導波路2a、2bとLi阻止層6を同時に形成
する(工程B)。Next, the metals 7a and 7b are replaced with Li by thermal diffusion.
By doping the NbO 3 crystal substrate 1, the channel type optical waveguides 2a and 2b and the Li blocking layer 6 are simultaneously formed (step B).
【0037】図5の工程Aではチャネル型光導波路2
a、2bを形成するためにパターン化された金属7aが
Li阻止層6を形成する金属7bの上に装荷されている
が、この上下関係はどちらでもよいことは明らかであ
り、チャネル型光導波路2a、2bを形成するためにパ
ターン化された金属7aがLi阻止層6を形成する金属
7bの下に形成されていてもよい。In step A of FIG. 5, the channel type optical waveguide 2
The metal 7a patterned to form a and 2b is loaded on the metal 7b forming the Li blocking layer 6, but it is clear that this vertical relationship may be either. A metal 7a patterned to form 2a, 2b may be formed below the metal 7b forming the Li blocking layer 6.
【0038】なお、ドーピングされる金属には、Ti、
Cu、V、Fe、Mo、Crなどが用いられる。本実施
例ではチャネル型光導波路2a、2b、並びにLi阻止
層6の形成にあたっては、両者とも金属にTiを用い
た。The metal to be doped is Ti,
Cu, V, Fe, Mo, Cr or the like is used. In this example, when forming the channel type optical waveguides 2a and 2b and the Li blocking layer 6, Ti was used as the metal in both of them.
【0039】図6は本発明による光制御デバイスの製造
方法を示す工程図である。FIG. 6 is a process chart showing a method of manufacturing a light control device according to the present invention.
【0040】LiNbO3 結晶基板1に、チャネル型光
導波路2a、2bを形成するためにパターン化された金
属7aを形成した後に、これを熱拡散してチャネル型光
導波路2a、2bを形成する(工程A)。次にLi阻止
層6を形成する金属7bをLiNbO3 結晶基板1表面
に堆積し、これを熱拡散してLi阻止層6を形成する
(工程B)。なお、Li阻止層6を形成する金属7bを
導波光が伝搬する領域を除いて残すパターン化を行って
もよいことは明らかである。After the patterned metal 7a for forming the channel type optical waveguides 2a and 2b is formed on the LiNbO 3 crystal substrate 1, this is thermally diffused to form the channel type optical waveguides 2a and 2b ( Step A). Next, a metal 7b that forms the Li blocking layer 6 is deposited on the surface of the LiNbO 3 crystal substrate 1, and this is thermally diffused to form the Li blocking layer 6 (step B). It is obvious that the metal 7b forming the Li blocking layer 6 may be patterned so as to be left except the region where the guided light propagates.
【0041】図5の実施例と同様に金属7a、7bの堆
積にはCVD法、スパッタリング法、蒸着法などを用い
る。また、金属7aのパターン化には通常のリソグラフ
ィ法を用いる。図6の実施例では、チャネル型光導波路
2a、2bを熱拡散で形成した後に、Li阻止層6を2
回目の熱拡散で形成しているが、Li阻止層6の熱拡散
による形成を先に行い、チャネル型光導波路2a、2b
の熱拡散による形成を後に行ってもよいことは明らかで
ある。Similar to the embodiment of FIG. 5, the CVD method, the sputtering method, the vapor deposition method or the like is used to deposit the metals 7a and 7b. Further, a normal lithography method is used for patterning the metal 7a. In the embodiment shown in FIG. 6, after the channel type optical waveguides 2a and 2b are formed by thermal diffusion, the Li blocking layer 6 is formed into two layers.
Although the Li blocking layer 6 is formed by the thermal diffusion for the second time, the Li blocking layer 6 is formed by the thermal diffusion first, and the channel type optical waveguides 2a, 2b are formed.
It is clear that the formation by thermal diffusion of may be carried out afterwards.
【0042】この際、チャネル導波路2a、2bの導波
がなされれば、チャネル導波路2a、2b及びLi阻止
層の深さの大小関係は何ら限定を受けないのは明らかで
ある。At this time, if the waveguides of the channel waveguides 2a and 2b are guided, it is obvious that the relationship in depth between the channel waveguides 2a and 2b and the Li blocking layer is not limited.
【0043】なお、ドーピングされる金属には、Ti、
Cu、V、Fe、Mo、Crなどが用いられる。本実施
例ではチャネル型光導波路2a、2b、並びにLi阻止
層6の形成にあたっては、両者とも金属にTiを用い
た。The metal to be doped is Ti,
Cu, V, Fe, Mo, Cr or the like is used. In this example, when forming the channel type optical waveguides 2a and 2b and the Li blocking layer 6, Ti was used as the metal in both of them.
【0044】[0044]
【発明の効果】本発明を用いれば、CVD法やスパッタ
リング法などによるSiO2 バッファ層の堆積の際にプ
ラズマや熱の影響でLiNbO3 基板からSiO2 バッ
ファ層中へのLiの混入を防ぐことができる。従って、
SiO2 バッファ層中のLiを低減することができるた
め、DCドリフトの発生を抑圧でき、高信頼の光制御デ
バイスとその製造方法を得ることができる。According to the present invention, it is possible to prevent Li from being mixed from the LiNbO 3 substrate into the SiO 2 buffer layer under the influence of plasma and heat when the SiO 2 buffer layer is deposited by the CVD method or the sputtering method. You can Therefore,
Since Li in the SiO 2 buffer layer can be reduced, the occurrence of DC drift can be suppressed, and a highly reliable optical control device and its manufacturing method can be obtained.
【図1】本発明の光制御デバイスの構造を示す断面図で
ある。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a light control device of the present invention.
【図2】本発明による光制御デバイスの特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram of a light control device according to the present invention.
【図3】本発明の光制御デバイスの構造を示す断面図で
ある。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the light control device of the present invention.
【図4】本発明の光制御デバイスの構造を示す断面図で
ある。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the light control device of the present invention.
【図5】本発明の光制御デバイスの製造方法を示す図で
ある。FIG. 5 is a diagram showing a method for manufacturing the light control device of the present invention.
【図6】本発明の光制御デバイスの製造方法を示す図で
ある。FIG. 6 is a diagram showing a method for manufacturing the light control device of the present invention.
【図7】従来の光制御デバイスの構造を示す断面図であ
る。FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional light control device.
1 LiNbO3 またはLiTaO3 電気光学結晶基板 2a、2b チャネル型光導波路 3 バッファ層 4a、4b 電極 5 光回路 6 Li阻止層 7a、7b 金属1 LiNbO 3 or LiTaO 3 electro-optic crystal substrate 2a, 2b channel type optical waveguide 3 buffer layer 4a, 4b electrode 5 optical circuit 6 Li blocking layer 7a, 7b metal
Claims (7)
はLiTaO3 結晶基板表面に金属のドーピングにより
形成されるチャネル型光導波路と前記基板上に装荷され
た光学的に透明な膜体と前記光学的に透明な膜体の上に
形成された電極とからなる光制御デバイスにおいて、前
記チャネル型光導波路を伝搬する導波光の伝搬領域以外
の前記LiNbO3 、またはLiTaO3 結晶基板表
面、または前記LiNbO3 、またはLiTaO3 結晶
基板表面全面に金属がドーピングされた層を有している
ことを特徴とする光制御デバイス。1. A channel type optical waveguide formed by metal doping on the surface of a LiNbO 3 or LiTaO 3 crystal substrate having an electro-optical effect, an optically transparent film body loaded on the substrate, and the optical In the light control device comprising an electrode formed on a transparent film body, the surface of the LiNbO 3 or LiTaO 3 crystal substrate other than the propagation region of the guided light propagating in the channel type optical waveguide, or the LiNbO 3 Or a light control device having a layer doped with a metal on the entire surface of the LiTaO 3 crystal substrate.
はLiTaO3 結晶基板表面にプロトン交換により形成
されるチャネル型光導波路と前記基板上に装荷された光
学的に透明な膜体と前記光学的に透明な膜体の上に形成
された電極とからなる光制御デバイスにおいて、前記チ
ャネル型光導波路を伝搬する導波光の伝搬領域以外の前
記LiNbO3 、またはLiTaO3 結晶基板表面、ま
たは前記LiNbO3、またはLiTaO3 結晶基板表
面全面に金属がドーピングされた層を有していることを
特徴とする光制御デバイス。2. A channel type optical waveguide formed by proton exchange on the surface of a LiNbO 3 or LiTaO 3 crystal substrate having an electro-optical effect, an optically transparent film body loaded on the substrate, and the optically In an optical control device comprising an electrode formed on a transparent film body, the LiNbO 3 other than the propagation region of the guided light propagating in the channel type optical waveguide, or the LiTaO 3 crystal substrate surface, or the LiNbO 3 , Alternatively, a light control device having a layer doped with a metal on the entire surface of a LiTaO 3 crystal substrate.
のドーピングにより形成されるチャネル型光導波路がT
iのドーピングで形成されている層を有していることを
特徴とする請求項1記載の光制御デバイス。3. A channel type optical waveguide formed by doping said metal using LiNbO 3 as a crystal substrate
The light control device according to claim 1, further comprising a layer formed by doping i.
ネル型光導波路を伝搬する導波光の伝搬領域以外の前記
LiNbO3 結晶基板表面、または前記結晶基板表面全
面にTiがドーピングされている層を有していることを
特徴とする請求項1記載の光制御デバイス。4. A crystal substrate made of LiNbO 3 and a layer in which Ti is doped on the surface of the LiNbO 3 crystal substrate other than the propagation region of the guided light propagating in the channel type optical waveguide or on the entire surface of the crystal substrate. The light control device according to claim 1, wherein the light control device comprises.
ーピングにより形成されるチャネル型光導波路とチャネ
ル型光導波路を伝搬する導波光の伝搬領域以外のLiN
bO3 結晶基板表面、または前記結晶基板表面全面に金
属がドーピングされた層とを、熱拡散工程により同時に
形成することを特徴とする光制御デバイスの製造方法。5. A crystal substrate made of LiNbO 3 and a channel type optical waveguide formed by metal doping, and a LiN other than a propagation region of guided light propagating in the channel type optical waveguide.
A method of manufacturing an optical control device, characterized in that a bO 3 crystal substrate surface or a layer doped with a metal on the entire surface of the crystal substrate is simultaneously formed by a thermal diffusion process.
ーピングにより形成されるチャネル型光導波路とチャネ
ル型光導波路を伝搬する導波光の伝搬領域以外のLiN
bO3 結晶基板表面、または前記結晶基板表面全面に金
属がドーピングされた層とを、複数回の熱拡散工程によ
り前後して形成することを特徴とする光制御デバイスの
製造方法。6. A channel type optical waveguide formed by doping metal with LiNbO 3 and a LiN other than a propagation region of guided light propagating in the channel type optical waveguide.
A method of manufacturing a light control device, comprising forming a surface of a bO 3 crystal substrate or a layer doped with a metal on the entire surface of the crystal substrate before and after a plurality of thermal diffusion steps.
ル型光導波路の該金属とチャネル型光導波路を伝搬する
導波光の伝搬領域以外のLiNbO3 結晶基板表面、ま
たは前記結晶基板表面全面に金属がドーピングされた層
の該金属とにTiを用い、熱拡散工程により形成するこ
とを特徴とする請求項5または請求項6記載の光制御デ
バイスの製造方法。7. The LiNbO 3 crystal substrate surface other than the metal of the channel type optical waveguide formed by metal doping and the propagation region of the guided light propagating in the channel type optical waveguide, or the entire surface of the crystal substrate is doped with metal. 7. The method for manufacturing a light control device according to claim 5, wherein Ti is used for the metal of the formed layer and the layer is formed by a thermal diffusion process.
Priority Applications (5)
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---|---|---|---|
JP6231754A JP2809112B2 (en) | 1994-09-27 | 1994-09-27 | Light control device and manufacturing method thereof |
CA002159129A CA2159129C (en) | 1994-09-27 | 1995-09-26 | Optical control device and method for making the same |
CA002256216A CA2256216C (en) | 1994-09-27 | 1995-09-26 | Optical control device and method for making the same |
US08/535,477 US5687265A (en) | 1994-09-27 | 1995-09-27 | Optical control device and method for making the same |
EP95306831A EP0704742A3 (en) | 1994-09-27 | 1995-09-27 | Optical control device and method for making the same |
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JPH0894867A true JPH0894867A (en) | 1996-04-12 |
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JPS61198106A (en) * | 1985-02-27 | 1986-09-02 | Fujitsu Ltd | Optical waveguide forming method |
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- 1994-09-27 JP JP6231754A patent/JP2809112B2/en not_active Expired - Fee Related
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