JPH0894867A - Optical control device and its production - Google Patents
Optical control device and its productionInfo
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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)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6231754A JP2809112B2 (en) | 1994-09-27 | 1994-09-27 | Light control device and manufacturing method thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0894867A true JPH0894867A (en) | 1996-04-12 |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61198106A (en) * | 1985-02-27 | 1986-09-02 | Fujitsu Ltd | Optical waveguide forming method |
-
1994
- 1994-09-27 JP JP6231754A patent/JP2809112B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61198106A (en) * | 1985-02-27 | 1986-09-02 | Fujitsu Ltd | Optical waveguide forming method |
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