JPH06331839A

JPH06331839A - 光導波路装置

Info

Publication number: JPH06331839A
Application number: JP14278293A
Authority: JP
Inventors: Atsuo Yamada; 淳夫山田; Hitoshi Tamada; 仁志玉田; Maki Saito; 真樹斉藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-05-21
Filing date: 1993-05-21
Publication date: 1994-12-02

Abstract

(57)【要約】【目的】表面が平坦でしかも階段状の屈折率分布を有
し、さらに幅と厚さとが独立に制御された３次元光導波
路を有する光導波路装置を実現する。【構成】ＬｉＮｂＯ₃などから成る基板１の一主面に
溝１ａを形成し、この主面上に液相エピタキシャル成長
法によりＬｉＮｂＯ₃薄膜２をエピタキシャル成長させ
る。溝１ａの部分以外の部分のＬｉＮｂＯ₃薄膜２の厚
さはＴＥモードまたはＴＭモードの光導波カットオフ厚
さ以下に設定し、溝１ａの部分のＬｉＮｂＯ₃薄膜２の
厚さはＴＥモードまたはＴＭモードの光導波カットオフ
厚さよりも大きく設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光導波路装置に関
し、特に、３次元光導波路を有する光導波路装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、光偏向器、光変調器、光スイッチ
その他の機能性光導波路装置の材料としては、電気光学
定数や非線形光学定数などに優れているＬｉＮｂＯ₃結
晶が用いられる傾向にある。

【０００３】このようなＬｉＮｂＯ₃結晶を３次元光導
波路を有する光導波路装置に用いる場合、その光導波路
形成の一般的な方法としては、ＬｉＮｂＯ₃基板の光導
波路形成部に金属、例えばＴｉを選択的に拡散する金属
拡散法によるもの、あるいはＬｉＮｂＯ₃基板の光導波
路形成部においてＬｉ⁺とＨ⁺（プロトン）との交換を
選択的に行う選択的イオン交換法（プロトン交換法）に
よるものとがある。

【０００４】しかしながら、これらのいずれの光導波路
形成方法も、基本的には拡散現象を利用していることか
ら、光導波路の幅と深さ（厚さ）とを独立に制御するこ
とができず、従って光導波路の形状および寸法の制御が
困難である。さらに、光導波路の屈折率分布を階段状に
するのが難しいため、光導波路の設計が複雑になるとい
う問題もある。

【０００５】この問題は、光導波路をエピタキシャル成
長法により形成することができれば解決することができ
る。すなわち、図７に示すように、ＬｉＮｂＯ₃から成
る基板１０１上にＬｉＮｂＯ₃薄膜１０２をエピタキシ
ャル成長法により形成し、このＬｉＮｂＯ₃薄膜１０２
の光導波路形成部以外の部分をエッチングして厚さを小
さくし、厚く残された部分のＬｉＮｂＯ₃薄膜１０２を
光導波路とすることにより、階段状の屈折率分布を有す
る３次元光導波路を形成することができ、しかも光導波
路の幅と深さ（厚さ）とを独立に制御することができ
る。

【０００６】しかしながら、図７に示すように、この光
導波路は、空間的に突出した構造となっているため、光
導波路部分にのみ電極を設けたり、さらに多層膜を積層
したりするなどの光導波路形成後のプロセスを実行する
場合にこれが障害となり、望ましくない。

【０００７】これに対しては、基板にあらかじめ光導波
路パターンの溝加工を施し、これによって形成される溝
のみを埋めるようにしてＬｉＮｂＯ₃薄膜をエピタキシ
ャル成長させることができれば、表面が平坦な３次元光
導波路を形成することができる。

【０００８】これに関して、本出願人は先に、特開平４
−１０４２３３号公報に開示されているように、ＬｉＮ
ｂＯ₃基板の一主面にあらかじめ溝加工を施し、その主
面上に液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ）法によりＬｉ
ＮｂＯ₃薄膜をエピタキシャル成長させた場合には、溝
部分が優先的に埋められる結果、膜表面が平坦化する現
象を見出し、この現象を微細な周期的分極反転構造の形
成に応用することを提案したが、これはあくまでも周期
的分極反転構造の形成に関するものであって、３次元光
導波路の形成に応用したものではない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従って、この発明の目
的は、表面が平坦でしかも階段状の屈折率分布を有し、
さらに幅と厚さとが独立に制御された３次元光導波路を
有する高性能の光導波路装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、一主面に所定の溝（１ａ）が形成され
た誘電体結晶基板（１）と、誘電体結晶基板（１）の主
面上にエピタキシャル成長法により形成された誘電体結
晶薄膜（２）とを有し、誘電体結晶基板（１）の屈折率
をｎ_s、誘電体結晶薄膜（２）の屈折率をｎ_f、クラッ
ド層の屈折率をｎ_c、ｋ₀＝２π／λ（ただし、λは真
空中の光の波長）としたとき、溝（１ａ）の部分以外の
部分の誘電体結晶薄膜（２）の厚さｄ₁および溝（１
ａ）の部分の誘電体結晶薄膜（２）の厚さｄ₂が、ｋ₀ｄ_C.O.TE（ｎ_f ²−ｎ_s ²）^1/2＝ tan^-1（ａ_E
^1/2）ａ_E＝（ｎ_s ²−ｎ_c ²）／（ｎ_f ²−ｎ_s ²）を解くことによって求められるＴＥモードの光導波カッ
トオフ厚さｄ_C.O.TEに対してｄ₁≦ｄ_C.O.TE ｄ₂＞ｄ_C.O.TE を満足する値に設定されているか、またはｋ₀ｄ_C.O.TM（ｎ_f ²−ｎ_s ²）^1/2＝ tan^-1（ａ_M
^1/2）ａ_M＝（ｎ_f／ｎ_c）⁴｛（ｎ_s ²−ｎ_c ²）／（ｎ_f
²−ｎ_s ²）｝を解くことによって求められるＴＭモードの光導波カッ
トオフ厚さｄ_C.O.TMに対してｄ₁≦ｄ_C.O.TM ｄ₂＞ｄ_C.O.TM を満足する値に設定されていることを特徴とする光導波
路装置である。

【００１１】この発明による光導波路装置の一実施形態
においては、溝（１ａ）の部分の誘電体結晶薄膜（２）
の厚さｄ₂は tan^-1（ａ^1/2）＜ｋ₀ｄ₂（ｎ_f ²−ｎ_s ²）^1/2＜
π＋ tan^-1（ａ^1/2）（ただし、ＴＥモードに対してａ＝ａ_E、ＴＭモードに
対してａ＝ａ_M）を満足する値に設定される。

【００１２】この発明による光導波路装置の一実施形態
においては、溝（１ａ）の幅Ｗは０＜Ｗ／ｄ₂≦π／（ｂ^1/2Ｖ₁）Ｖ₁＝ｋ₀ｄ₂（ｎ_f ²−ｎ_s ²）^1/2 ｂ＝（Ｎ²−ｎ_s ²）／（ｎ_f ²−ｎ_s ²）（ただし、Ｎはａ（ＴＥモードに対してａ＝ａ_E、ＴＭ
モードに対してａ＝ａ_M）を無限大としたときの等価屈
折率）を満足する値に設定される。

【００１３】

【作用】上述のように構成されたこの発明による光導波
路装置によれば、溝（１ａ）の部分以外の部分の誘電体
結晶薄膜（２）の厚さｄ₁はＴＥモードまたはＴＭモー
ドの光導波カットオフ厚さ以下に設定され、溝（１ａ）
の部分の誘電体結晶薄膜（２）の厚さｄ₂はＴＥモード
またはＴＭモードの光導波カットオフ厚さよりも大きく
設定されていることにより、溝（１ａ）の部分の誘電体
結晶薄膜（２）だけに光導波機能が生じる。従って、溝
（１ａ）の部分の誘電体結晶薄膜（２）が光導波路
（３）となる。この場合、この光導波路（３）の幅は溝
（１ａ）の幅を変えることによって、また厚さは溝（１
ａ）の深さや誘電体結晶薄膜（２）の成長厚さを変える
ことによってそれぞれ制御することができるため、この
光導波路（３）の幅と厚さとを独立に制御することがで
きる。しかも、誘電体結晶薄膜（２）は液相エピタキシ
ャル成長法のようなエピタキシャル成長法により基板
（１）の主面上に形成されたものであるので、光導波路
（３）の屈折率分布を階段状にすることができるととも
に、誘電体結晶薄膜（２）、従って光導波路（３）の表
面を平坦にすることができる。

【００１４】また、溝（１ａ）の部分の誘電体結晶薄膜
（２）の厚さｄ₂を tan^-1（ａ^1/2）＜ｋ₀ｄ₂（ｎ_f ²−ｎ_s ²）^1/2＜
π＋ tan^-1（ａ^1/2）を満足する値に設定することにより、ｄ₁が極めて０に
近い場合に、光導波路（３）中を単一モードだけが導波
されるようにすることができる。

【００１５】さらに、溝（１ａ）の幅Ｗを０＜Ｗ／ｄ₂≦π／（ｂ^1/2Ｖ₁）Ｖ₁＝ｋ₀ｄ₂（ｎ_f ²−ｎ_s ²）^1/2 ｂ＝（Ｎ²−ｎ_s ²）／（ｎ_f ²−ｎ_s ²）を満足する値に設定することにより、光導波路（３）中
を単一モードだけが導波されるようにすることができ
る。

【００１６】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照しながら説明する。図１はこの発明の一実施例による
光導波路装置を示す。

【００１７】図１に示すように、この一実施例による光
導波路装置においては、基板１の一主面の光導波路形成
部に断面形状が矩形の溝１ａが形成され、この主面上に
平坦な表面を有するエピタキシャル成長層から成るＬｉ
ＮｂＯ₃薄膜２が形成されている。このＬｉＮｂＯ₃薄
膜２は、有効な不純物を含まないものでも、有効な不純
物を含むものでもよい。この有効な不純物としては、例
えば、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｃ、Ｆｅ、Ｎａ、Ｔｉ、Ｅｒ、Ｎ
ｄなどが挙げられる。また、この有効な不純物の含有量
は例えば２０ｍｏｌ％程度以下であり、典型的には０．
１〜数ｍｏｌ％である。

【００１８】ここで、基板１としては、ＬｉＮｂＯ₃薄
膜２のエピタキシャル成長が可能なものが用いられ、具
体的には、ＬｉＮｂＯ₃、ＭｇＯドープＬｉＮｂＯ₃、
ＬｉＴａＯ₃、Ａｌ₂Ｏ₃（サファイヤ）などから成る
ものが用いられる。

【００１９】この一実施例による光導波路装置において
は、溝１ａの部分以外の部分のＬｉＮｂＯ₃薄膜２の厚
さｄ₁は光導波カットオフ厚さ以下に設定され、また溝
１ａの部分のＬｉＮｂＯ₃薄膜２の厚さｄ₂は光導波カ
ットオフ厚さよりも大きく設定されており、これによっ
て溝１ａの部分のＬｉＮｂＯ₃薄膜２だけに光導波機能
を持たせている。従って、この溝１ａの部分のＬｉＮｂ
Ｏ₃薄膜２が光導波路３となっている。

【００２０】上記の光導波カットオフ厚さは、光導波路
中を導波されるモードがＴＥモードである場合とＴＭモ
ードである場合とで異なる。一般に、ＴＥモードの光導
波カットオフ厚さｄ_C.O.TEは次式を解くことによって求
められる。

【００２１】ｋ₀ｄ_C.O.TE（ｎ_f ²−ｎ_s ²）^1/2＝ tan^-1（ａ_E ^1/2） (1a) ａ_E＝（ｎ_s ²−ｎ_c ²）／（ｎ_f ²−ｎ_s ²） (1b)

【００２２】また、一般に、ＴＭモードの光導波カット
オフ厚さｄ_C.O.TMは次式を解くことによって求められ
る。

【００２３】ｋ₀ｄ_C.O.TM（ｎ_f ²−ｎ_s ²）^1/2＝ tan^-1（ａ_M ^1/2） (2a) ａ_M＝（ｎ_f／ｎ_c）⁴｛（ｎ_s ²−ｎ_c ²）／（ｎ_f ²−ｎ_s ²）｝(2b) ここで、ｎ_s、ｎ_f、ｎ_cはそれぞれ基板１、ＬｉＮｂ
Ｏ₃薄膜２およびクラッド層（この例では空気層）の屈
折率であり、ｋ₀＝２π／λ（ただし、λは真空中の光
の波長）である。

【００２４】例えば、５ｍｏｌ％ＭｇＯドープＬｉＮｂ
Ｏ₃から成る基板１上にＬｉ／Ｎｂ比が１のＬｉＮｂＯ
₃薄膜２をエピタキシャル成長させて光導波路３を形成
し、この光導波路３中を波長６３３ｎｍでＴＥモードを
導波させる場合の光導波カットオフ厚さｄ_C.O.TEは、ｎ
_s＝２．２７６、ｎ_f＝２．２８７、ｎ_c＝１（クラッ
ド層が空気層である場合）とすると、０．７μｍ程度で
ある。従って、この場合、ｄ₁は０．７μｍ以下に設定
する必要があり、好ましくはｄ₁は０に近い値に設定さ
れる。また、ｄ₂は０．７μｍよりも大きな値に設定す
る必要がある。なお、この系以外の系についても、同様
な計算が可能であり、ｄ₁、ｄ₂の範囲は限定される。

【００２５】一方、光導波路３の幅を決定する溝１ａの
幅Ｗに関しては、基本的に制限はなく、必要に応じて選
ぶことが可能である。同様に、ｄ₂の上限についても、
基本的には制限はない。

【００２６】しかしながら、光導波路３中に存在するモ
ードの数を制限しようとする場合には、Ｗ、ｄ₂の値は
以下のように限定される。

【００２７】すなわち、光導波路３中に複数のモードが
存在していると、モード間干渉などにより光導波路装置
の性能が劣化するため、ＴＥモード、ＴＭモードともに
単一モードであることが望ましい。従って、この単一モ
ードを得るために、Ｗ、ｄ₂の値は限定される。

【００２８】ｄ₁が極めて０に近い場合、ＴＥモード、
ＴＭモードともに単一モードにするためのｄ₂の範囲は
次式で与えられる。

【００２９】 tan^-1（ａ^1/2) ＜ｋ₀ｄ₂（ｎ_f ²−ｎ_s ²）^1/2＜π＋ tan^-1（ａ^1/2） (3) ここで、ＴＥモードに対してａ＝ａ_E、ＴＭモードに対
してａ＝ａ_Mである。

【００３０】さらに、 (3)式を満足するそれぞれのｄ₂
に対し、Ｗは次式を満足する範囲内の値でなくてはなら
ない。

【００３１】０＜Ｗ／ｄ₂≦π／（ｂ^1/2Ｖ₁） (4a) Ｖ₁＝ｋ₀ｄ₂（ｎ_f ²−ｎ_s ²）^1/2 (4b) ｂ＝（Ｎ²−ｎ_s ²）／（ｎ_f ²−ｎ_s ²） (4c) ここで、Ｎはａを無限大としたときの等価屈折率であ
る。

【００３２】例えば、５ｍｏｌ％ＭｇＯドープＬｉＮｂ
Ｏ₃から成る基板１上にＬｉ／Ｎｂ比が１のＬｉＮｂＯ
₃薄膜２をエピタキシャル成長させてアスペクト比Ｗ／
ｄ₂が２の光導波路３を形成し、この光導波路３中を波
長６３３ｎｍでＴＥモードを導波させるとし、またｄ₁
が極めて０に近いとし、かつｎ_s＝２．２７６、ｎ_f＝
２．２８７、ｎ_c＝１とすると、Ｗ、ｄ₂の範囲はそれ
ぞれ、１．４μｍ＜Ｗ＜２．４μｍ、０．７μｍ＜ｄ₂
＜１．４μｍとなる。なお、この系以外の系について
も、あるいはアスペクト比Ｗ／ｄ₂が２以外の値である
場合についても、一般には上述の (3)、(4a)、(4b)、(4
c)式によってＷ、ｄ₂の範囲は限定される。

【００３３】次に、この一実施例による光導波路装置の
製造方法について説明する。図２Ａに示すように、ま
ず、例えばＬｉＮｂＯ₃あるいは有効な不純物を含むＬ
ｉＮｂＯ₃のエピタキシャル成長が可能な基板１を用意
する。

【００３４】次に、図２Ｂに示すように、この基板１の
一主面の光導波路形成部に所定の溝加工を施して溝１ａ
を形成する。具体的には、この溝１ａは、例えば光導波
路形成部に対応する部分が開口したレジストパターン
（図示せず）を基板１上にリソグラフィーにより形成
し、このレジストパターンをマスクとして基板１を例え
ば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法のようなドライ
エッチング法により所定深さだけエッチングすることに
より形成することができる。

【００３５】次に、図２Ｃに示すように、ＬＰＥ法によ
り、ＬｉＮｂＯ₃あるいは有効な不純物を含むＬｉＮｂ
Ｏ₃を基板１の主面上にエピタキシャル成長させてＬｉ
ＮｂＯ₃薄膜２を形成する。このＬＰＥにおいては、Ｌ
ｉＮｂＯ₃薄膜２の厚さは、溝１ａの部分以外の部分の
厚さｄ₁が光導波カットオフ厚さ（ｄ_C.O.TEまたはｄ
_C.O.TM）以下になり、溝１ａの部分の厚さｄ₂が光導波
カットオフ厚さ（ｄ_C.O.TEまたはｄ_C.O.TM）よりも大き
くなるように、成長条件が設定される。また、このＬＰ
Ｅの際のフラックスとしては、例えばＬｉ₂Ｏ−Ｂ₂Ｏ
₃あるいはＬｉ₂Ｏ−Ｖ₂Ｏ₅を基本としたものが好適
に用いられる。より詳細には、このＬＰＥの際のフラッ
クスとしては、Ｌｉ₂Ｏ−Ｂ₂Ｏ₃あるいはＬｉ₂Ｏ−
Ｖ₂Ｏ₅のほか、これに加えて例えばＷＯ₃、Ｍｏ
Ｏ₃、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、ＰｂＯなどのうちの一種また
は複数種を含んだ複合フラックスを用いることもでき
る。

【００３６】以上により、目的とする光導波路装置が完
成される。

【００３７】図３および図４は、ＬＰＥ法による成長後
にそれぞれ１℃／分、５０℃／分の冷却速度で室温まで
冷却したＬｉＮｂＯ₃薄膜２の表面の原子間力顕微鏡像
（ＡＦＭ像）である。図３および図４から明らかなよう
に、冷却速度の速い図４の場合にはＬｉＮｂＯ₃薄膜２
の表面全体にホール（孔）が形成されているのに対し
て、冷却速度の遅い、すなわち徐冷処理を行った図３の
場合はＬｉＮｂＯ₃薄膜２の表面はｎｍオーダーで平坦
な平面であり、表面モフォロジーは良好である。従っ
て、このことから、ＬＰＥ法によるＬｉＮｂＯ₃薄膜２
の成長後は、このＬｉＮｂＯ₃薄膜２によって溝１ａが
埋められるか埋められないかにかかわらず、５０℃／分
未満の冷却速度で徐冷を行うのが好ましいことがわか
る。

【００３８】なお、特開平５−６６３１５号公報には、
Ｌｉ₂Ｏ−Ｂ₂Ｏ₃フラックスを使用したＬＰＥ法によ
るＬｉＮｂＯ₃薄膜の製造方法が提案されているが、こ
れはＬＰＥを行う際に使用する融液の組成の限定によっ
て膜質の良好なＬｉＮｂＯ₃薄膜を得る方法であり、Ｌ
ＰＥ法による成長後の冷却プロセスの改良によって膜質
の向上を図ったものではない。

【００３９】次に、一主面に溝が形成された基板上にＬ
ＰＥ法によりＬｉＮｂＯ₃薄膜をエピタキシャル成長さ
せた場合に溝がどの程度埋められるかについての測定結
果について説明する。

【００４０】いま、図５に示すように、Ｗ_sub、
ｄ_sub、Ｗ_film、ｄ_filmにより各部の寸法を示す。ここ
で、溝埋め特性を記述するパラメータとしてα＝ｄ_film
／ｄ_sub、β＝Ｗ_film／Ｗ_sub、γ＝β／αを定義す
る。γは溝埋めのされやすさを示し、これが大きいほど
溝埋めがされやすいことを意味する。図６はｄ_sub＝
１．３５μｍであるときのγの溝幅（Ｗ_sub）依存性の
測定結果を示す。図６より、γは溝幅が約５μｍ以下に
なると急激に増大し、溝埋めおよび表面の平坦化がされ
やすいことがわかる。実際に光導波路を形成する場合の
溝幅はほとんどの場合５μｍ以下であるので、ＬＰＥ法
によるＬｉＮｂＯ₃薄膜のエピタキシャル成長が溝埋め
および表面の平坦化に対して有効な方法であることがわ
かる。

【００４１】以上のように、この一実施例によれば、溝
１ａが形成された基板１の一主面上にＬＰＥ法によって
ＬｉＮｂＯ₃薄膜２を形成することによりこの溝１ａの
部分に３次元の光導波路３を形成しているので、光導波
路３の屈折率分布を階段状にすることができる。このた
め、光導波路の設計を大幅に簡略化することができ、様
々な用途に対して最適な形状を容易に決定することがで
きる。

【００４２】また、溝１ａの幅と深さとはそれぞれある
程度任意に変えることができることから、光導波路３の
幅と厚さとを独立に制御することができ、従って光導波
路の設計の自由度を大きくすることができるという利点
がある。

【００４３】さらに、ＬＰＥ法により形成されるＬｉＮ
ｂＯ₃薄膜２の表面は最終的に平坦化するので、光導波
路３の部分にのみ電極を設けたり、さらに多層膜を積層
したりするなどの、光導波路３の形成後のプロセスを良
好に実行することができ、これによってさらに高機能の
光導波路装置の実現が可能となる。

【００４４】また、ＬＰＥ法による成長後にＬｉＮｂＯ
₃薄膜２を徐冷することにより、このＬｉＮｂＯ₃薄膜
２の表面にホールが形成されるのを防止することがで
き、これによって光導波路３における光の散乱因子を除
去し、伝播損の低減を図ることが可能であり、さらには
これらのホールに起因する断線を防止することができる
など、光導波路３の形成後のプロセスの信頼性を高める
ことができる。

【００４５】以上、この発明の一実施例につき具体的に
説明したが、この発明は、上述の実施例に限定されるも
のではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形
が可能である。

【００４６】例えば、上述の一実施例においては、ＬＰ
Ｅ法によりＬｉＮｂＯ₃薄膜２のエピタキシャル成長を
行っているが、このＬｉＮｂＯ₃薄膜２のエピタキシャ
ル成長は、平坦な膜表面が得られる気相エピタキシャル
成長（ＶＰＥ）法により行うことも可能である。

【００４７】また、上述の一実施例においては、ＬｉＮ
ｂＯ₃薄膜２により光導波路３を形成しているが、Ｌｉ
ＮｂＯ₃薄膜２以外の他の誘電体結晶薄膜を用いて光導
波路３を形成することも可能である。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、表面が平坦でしかも階段状の屈折率分布を有し、さ
らに幅と厚さとが独立に制御された３次元光導波路を有
する高性能の光導波路装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による光導波路装置を示す
断面図である。

【図２】この発明の一実施例による光導波路装置の製造
方法を説明するための断面図である。

【図３】図２に示す光導波路装置の製造方法においてＬ
ＰＥ法による成長後に１℃／分の冷却速度で室温まで冷
却した後のＬｉＮｂＯ₃薄膜の表面の原子間力顕微鏡像
を示す略線図である。

【図４】図２に示す光導波路装置の製造方法においてＬ
ＰＥ法による成長後に５０℃／分の冷却速度で室温まで
冷却した後のＬｉＮｂＯ₃薄膜の表面の原子間力顕微鏡
像を示す略線図である。

【図５】一主面に溝が形成された基板上にＬＰＥ法によ
りＬｉＮｂＯ₃薄膜をエピタキシャル成長させた場合に
溝がどの程度埋められるかについての測定結果を説明す
るための略線図である。

【図６】溝埋め特性を記述するパラメータγの溝幅依存
性の測定結果の一例を示すグラフである。

【図７】エピタキシャル成長法による光導波路装置の製
造方法を説明するための断面図である。

【符号の説明】

１基板１ａ溝２ＬｉＮｂＯ₃薄膜３光導波路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一主面に所定の溝が形成された誘電体結
晶基板と、上記誘電体結晶基板の上記主面上にエピタキ
シャル成長法により形成された誘電体結晶薄膜とを有
し、上記誘電体結晶基板の屈折率をｎ_s、上記誘電体結晶薄
膜の屈折率をｎ_f、クラッド層の屈折率をｎ_c、ｋ₀＝
２π／λ（ただし、λは真空中の光の波長）としたと
き、上記溝の部分以外の部分の上記誘電体結晶薄膜の厚
さｄ₁および上記溝の部分の上記誘電体結晶薄膜の厚さ
ｄ₂が、ｋ₀ｄ_C.O.TE（ｎ_f ²−ｎ_s ²）^1/2＝ tan^-1（ａ_E
^1/2）ａ_E＝（ｎ_s ²−ｎ_c ²）／（ｎ_f ²−ｎ_s ²）を解くことによって求められるＴＥモードの光導波カッ
トオフ厚さｄ_C.O.TEに対してｄ₁≦ｄ_C.O.TE ｄ₂＞ｄ_C.O.TE を満足する値に設定されているか、またはｋ₀ｄ_C.O.TM（ｎ_f ²−ｎ_s ²）^1/2＝ tan^-1（ａ_M
^1/2）ａ_M＝（ｎ_f／ｎ_c）⁴｛（ｎ_s ²−ｎ_c ²）／（ｎ_f
²−ｎ_s ²）｝を解くことによって求められるＴＭモードの光導波カッ
トオフ厚さｄ_C.O.TMに対してｄ₁≦ｄ_C.O.TM ｄ₂＞ｄ_C.O.TM を満足する値に設定されていることを特徴とする光導波
路装置。
【請求項２】上記溝の部分の上記誘電体結晶薄膜の厚
さｄ₂は tan^-1（ａ^1/2）＜ｋ₀ｄ₂（ｎ_f ²−ｎ_s ²）^1/2＜
π＋ tan^-1（ａ^1/2）（ただし、ＴＥモードに対してａ＝ａ_E、ＴＭモードに
対してａ＝ａ_M）を満足する値に設定されていることを
特徴とする請求項１記載の光導波路装置。
【請求項３】上記溝の幅Ｗは０＜Ｗ／ｄ₂≦π／（ｂ^1/2Ｖ₁）Ｖ₁＝ｋ₀ｄ₂（ｎ_f ²−ｎ_s ²）^1/2 ｂ＝（Ｎ²−ｎ_s ²）／（ｎ_f ²−ｎ_s ²）（ただし、Ｎはａ（ＴＥモードに対してａ＝ａ_E、ＴＭ
モードに対してａ＝ａ_M）を無限大としたときの等価屈
折率）を満足する値に設定されていることを特徴とする
請求項１または２記載の光導波路装置。