JPH04115236A - 光制御デバイスの製造方法 - 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〕 本発明は光波の変調、光路切り換えなどを行う光制御デ
バイスに関し、特に基板中に設けた光導波路を用いて制
御を行う導波型の光制御デバイスに関する。

〔従来の技術〕

光通信システムの実用化が進むにつれ、さらに大容量や
多機能を持つ高度のシステムが求めらており、より高度
の光信号の発生や光伝送路の切り替え、交換などの新た
な機能の付加が必要とされている。現在の実用システム
では光信号は直接半導体レーザやダイオードの注入電流
を変調するこによって得られているが、直接変調では緩
和振動などの効果のため、１０ＧＨｚ前後以上の高速変
調が難かしいこと、波長変動か発生するためコヒーレン
ト光伝送方式には適用か難しいなどの欠点がある。これ
を解決する手段としては、外部変調器を使用する方法が
あり、特に基板中に形成した光導波路により構成した導
波型の光変調器は、小型、高効率、高速という特徴かあ
る。一方、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ィッチが使用される。現在実
用されている光スィッチは、プリズム、ミラーファイバ
ーなどを機械的に移動させるものであり、低速であるこ
と、信頼性が不十分であること、単体での寸法が大きく
マトリクス化に不適であること等の欠点がある。これを
解決する手段として開発が進められているものはやはり
光導波路を用いた導波型の光スィッチであり、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（ＬｉＮｂ０３）結晶等の強誘電体材料を
用いたものは、高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、従来からも方向性結合器型光変調器・スイ・リ
チ、全反射型光スイ・ソチ、マツハツエンダ型光変調器
等の種々の方式の光制御素子が報告されている。このよ
うな導波形の光制御素子を実際の光通信システムに適用
する場合、低損失、高速性等の基本的性能と同時に特に
、動作特性の安定性や長期的な信頼性が実用上不可欠で
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来の導波形の光制御デバイスでは、動作特性
の安定性、信頼性に関しては十分なものが得られていな
い。第３図に従来の光制御デバイスの一例として方向性
結合器型スイッチの平面図（第３図（ａ））及び断面図
像（３図（ｂ））を示す。第３図（ａ）においてＺ軸に
垂直に切り出したニオブ酸リチウム結晶基板１の上にチ
タンを拡散して屈折率を基板よりも大きくして形成した
帯状の光導波路２及び３が形成されており、光導波路２
及び３は基板の中央部で互いに数μｍ程度まで近接し、
方向性結合器４を形成している。また、方向性結合器４
を構成する光導波路上には電極による光吸収を防ぐため
のバッファ層１ｏを介して制御電極１１が形成されてい
る。第３図（ｂ）は方向性結合器の部分の光導波路２．
３に垂直な断面図を示している。第３図において、光導
波路２に入射した入射光７は方向性結合器４の部分を伝
搬するにしたがって近接した光導波路３へ徐々に光りエ
ネルギーが移り、方向性結合器４を通過後は光導波路３
にほぼ１００％エネルギーが移って出射光８となる。一
方、制御電極５に電圧を印加した場合、電気光学効果に
より制＃電極下の光導波路の屈折率が変化し、光導波路
２と３を伝搬する導波モードの間に位相速度の不整合が
生じ、両者の間の結合状態は変化する。

印加電圧が上昇するにしたがって、光導波路２から３へ
の光エネルギーの移行量は減少し、ある電圧値Ｖｓでは
、入射光７は方向性結合器４を通過後に光エネルギーの
１００％が光導波路２に戻ってしまう状態になる。すな
わち、制御電圧５への印加電圧の有無によって、入射光
７は光導波路２からの出射光９または光導波路３からの
出射光８となる。

しかし、第３図に示すような従来の光スィッチでは、温
度が変化した場合やＤＣ電圧を長時間印加した場合に特
性の不安定が生じていた。この特性の不安定性は、温度
が変化した場合に焦電効果によって誘起される結晶基板
１中の局部的な電界の不均一性や、ＤＣ電圧印加により
結晶基板１中の電荷が結晶基板１やバッファ層１０の界
面に局部的に蓄積されて光波に作用する電界強度が変化
することにより生じる。

また、電極による吸収損失を低減するためにバッファ層
１０を設ける必要があり、制御電圧が高くなるという問
題点もあった。

従来、温度変化による局部的な電界分布の不均一性を除
く手段として、バッファ層１０の表面にＳｉ膜をコーテ
ィングし、結晶基板１の裏面に接地用電極を設ける方法
が報告されているが、その場合、Ｓｉ膜による光の吸収
損失を低減するためにやはりバッファ層を設ける必要が
あるので制御電圧か高くなる、５ｉＩＩ！と電極の間の
界面にシヨ・ｌトキーハリアか形成され印加電圧波形が
劣化する等の問題点かある。

また、制御電圧を低減させるために、バッファ層１０を
設けないで■ＴＯ等の透明導電体電極を用いる方法も報
告されているが、この場合透明導電体電極による吸収損
失が大きいという問題点がある。

本発明の目的は、上述の従来の光制御デバイスの問題点
を除き、特性が長期に渡って安定で、信頼性が高く、制
御電圧が低く、かつ製作の容易な光制御デバイス及びそ
の製造方法を提供することにある。

〔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
誘電体結晶基板に形成された光導波路と、該光導波路を
含む基板表面上に設けられた透明半導電体樹脂膜と、該
透明半導電体樹脂膜上に設けたれた透明半導電体樹脂よ
りも導電率の高い透明電極によって構成される。

本発明によるもう１つの光制御デバイスは、電気光学効
果を有する誘電体結晶基板に形成された光導波路と、該
光導波路を含む基板表面上に設けられた透明半導電体樹
脂膜と、該透明半導電体樹脂膜の表面に埋め込まれた周
囲の透明半導電体樹脂よりも導電率の高い透明電極によ
って構成される。

本発明による光制御デバイスの製造方法は、電気光学効
果を有する誘電体結晶基板表面に光導波路を形成し、該
光導波路を含む基板表面上に透明導電体微粒子を分解さ
せた透明半導電体樹脂膜を塗布した後に、該透明半導電
体樹脂膜の一部に紫外線を照射すこにより該紫外線照射
部分に電極を形成する製造方法である。

〔作用〕

本発明の光制御デバイスは、光導波路を含む基板表面上
に透明半導電体樹脂層があり、この透明半導電体樹脂層
上またはこの透明半導体樹脂層の表面付近に、この透明
半導電体樹脂層よりも導電率の高い透明導電極が形成さ
れている。この透明半導電体樹脂が存在することにより
、焦電効果等によって誘起される局所的な電荷を均一化
することができる。さらにこの透明半導電体樹脂はバ・
ソファ層に比べて導電率が高いのでバッファ層での電圧
降下は従来の誘電体膜のバッファ層に比べて小さく、低
吸収損失と低電圧駆動の両方を実現できる。

また、透明半導電体と透明導電体電極の双方を樹脂にす
ることにより、透明半導電体樹脂と透明導電体電極の界
面での物性値の変化を緩やかにすることができ、このこ
とにより電極とバッファ層の間の界面で発生するショッ
トキーバリアを小さくすることができる。さらに樹脂を
用いることにより、スピンコード、デイプコート、スク
リーン印刷等の簡便な方法で膜を形成することができる
。

透明半導電体樹脂の表面付近に透明導電体電極を形成す
る方法の１つとして以下の方法がある。

透明導電体微粒子を分散させた透明半導体樹脂を基板表
面に塗布した後に、この透明導電体微粒子に電極形状と
同じ形状の窓が開いたマスクを設置し、その上から紫外
線を照射する。導電体粒子を分散させた樹脂は紫外を受
けると導電体粒子が凝集し、その部分の導電率が高くな
る。従って、上記の方法で電極と同じ形状に紫外線を照
射することにより、紫外線照射を受けていない部分より
も導電率の高い透明導電体電極が形成できる。

以上のことより、本発明の光制御デバイスは、従来に比
べて、特性が長期に渡って安定で、信頼性が高く、制御
電圧が低く、かつ製作が容易であるという特徴を有す。

〔実施例〕

第１図は本発明による光制御デバイスの一実施例である
方向性結合器型光スイッチの平面図（第１図＜ａ））及
び断面図（第１図（ｂ））を示す。第３図の例と同様に
Ｚ板ニオブ酸リチウム結晶基板１の上にチタンを９００
〜１１００℃程度で数時間熱拡散して形成された３〜１
０μｍ程度の光導波路２及び３が形成されており、基板
の中央部で両光導波路は互いに数μｍまで近接して方向
性接合器４を構成している。この方向性結合器４を含む
基板１の上には透明半導電体樹脂膜５が設けられている
。この透明半導電体樹脂膜５は適当な樹脂を溶剤に溶か
し、その中にＩＴ○、ＺｎＯ，ＳｎＯなどの透明導電体
の微粒子を分散させて、スピンコード、デイツプコート
、バーコード、スクリーン印刷等の方法で結晶基板１上
に塗布した後、溶剤を気化させることにより形成するこ
とができる。この半導電体樹脂膜５の表面抵抗値は１０
９から１０１１Ω／口程度が適当である。さらにこの透
明半導電体樹脂膜５上には、透明半導電体樹脂膜５より
も導電率の高い透明電極６が形成されている。この透明
電極６は透明半導電体樹脂膜５よりも導電微粒子の濃度
を濃くした樹脂またはより導電性の高い導電性微粒子を
分散させた樹脂をスクリーン印刷または通常のフオトリ
ソングラフィー等により電極形状にパターンニングする
ことで形成できる。この透明電極６の抵抗値は透明半導
電体樹脂１１！５の抵抗値に比べて２桁〜３桁以上低く
する必要がある。

この透明半導電体樹脂膜５が存在することにより、焦電
効果等によって誘起される局所的な電荷を均一化するこ
とができるので、温度変化等によるデバイスの動作点の
変動を小さくすることができる。さらにこの透明半導電
体樹脂膜５はハ・ソファ層の役目もするが、従来の誘電
体膜のバッファ層１０に比べて導電率が高いのでバッフ
ァ層での電圧降下は従来の誘電体膜のバッファ層に比べ
て小さく、低吸収損失と低電圧駆動の両方を実現できる
。

また、透明半導電体樹脂膜５と透明型［！６の双方を樹
脂にすることにより、透明半導電体樹脂膜５と透明電極
６の界面での物性値の変化を緩やかにすることができ、
このことにより電極とバッファ層の間の界面で発生する
ショトキ−バリアを小さくすることができ、印加電圧の
波形劣化を防止することができる。さらに樹脂を用いる
ことにより、スピンコード、デイプコート、スクリーン
印刷等の簡便な方法で膜を形成することができる。

第２図は第２の発明による光制御デバイスの一実施例で
ある方向性結合器型光スイッチの平面図（第２図（ａ）
）及び断面図（第２図（ｂ））を示す。ニオブ酸リチウ
ム結晶基板１の表面に方向性結合器４が形成され、この
方向性結合器４を含む基板１の上には透明半導電体樹脂
膜５が設けられている点は先の実施例と同じである６さ
らにこの透明半導電体樹脂膜５の表面付近には、周囲の
透明半導電体樹脂膜５よりも導電率の高い透明電極６が
形成されている。この透明電極６は透明導電体微粒子の
濃度を周囲の透明半導電体樹脂膜５よるも高くすること
により形成することができる０本実施例の効果は先の実
施例とほぼ同じであるが、下記の製造方法を用いること
により、より簡便に透明電極６を形成することができる
。

次に上記実施例の光制御デバイスの製造方法を以下に説
明する。誘電体結晶基板１の表面に光導波路３を製作す
る方法は従来と同じである。その光導波路を含む結晶基
板１の表面上に透明導電体微粒子を分散させた透明半導
電体樹脂膜５を塗布した後に、との透明導電体微粒子５
上に電極形状と同じ形状の窓が開いたマスクを設置し、
その上から紫外線を照射する。導電体微粒子を分散させ
た樹脂は紫外線を受けると導電体微粒子が凝集し、その
部分の導電率が高くなる。従って、上記の方法で電極と
同じ形状に紫外線を照射することにより、紫外線照射を
受けていない部分よりも導電率の高い透明電極か形成で
きる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、従来の光制御デバ
イスに比べ、特性が長期に渡って安定で、信頼性が高く
、制御電圧が低く、かつ製作が容易である光制御デバイ
スが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）、第２図（ａ）、（ｂ）は本発明
による光制御デバイスの一例を示す平面図及び断面図、
第３図（ａ）、（ｂ）は従来の光制御デバイスの一例を
示す平面図及び断面図である。 図において、 １、ニオブ酸リチウム結晶基板、２．３・光電波路、４
・方向性結合器、５・・透明半導電体樹脂膜、（）・透
明電極、７・入射光、８．９　、出射尾、】０・バ・ソ
ファ層、１１・・制御電極。 代理入　弁理士　内　原　　晋 竿 聞 第 平成

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気光学効果を有する誘電体結晶基板に形成され
   た光導波路と、該光導波路を含む基板表面上に設けられ
   た透明半導電体樹脂膜と、該透明半導電体樹脂膜上に設
   けられた透明半導電体樹脂よりも導電率の高い透明電極
   によって構成されることを特徴とする光制御デバイス。
2. （２）電気光学効果を有する誘電体結晶基板に形成され
   た光導波路と、該光導波路を含む基板表面上に設けられ
   た透明半導電体樹脂膜と、該透明半導電体樹脂膜の表面
   に埋め込まれた周囲の透明半導電体樹脂よりも導電率の
   高い透明電極によって構成されることを特徴とする光制
   御デバイス。
3. （３）電気光学効果を有する誘電体結晶基板表面に光導
   波路を形成し、該光導波路を含む基板表面上に透明導電
   体微粒子を分散させた透明半導電体樹脂膜を塗布した後
   に、該透明半導体樹脂膜の一部に紫外線を照射すること
   により該紫外線照射部分に電極を形成することを特徴と
   する光制御デバイスの製造方法。