JPH0690380B2 - 音響光学デバイス用基板 - Google Patents
音響光学デバイス用基板Info
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- JPH0690380B2 JPH0690380B2 JP14063382A JP14063382A JPH0690380B2 JP H0690380 B2 JPH0690380 B2 JP H0690380B2 JP 14063382 A JP14063382 A JP 14063382A JP 14063382 A JP14063382 A JP 14063382A JP H0690380 B2 JPH0690380 B2 JP H0690380B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/11—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on acousto-optical elements, e.g. using variable diffraction by sound or like mechanical waves
- G02F1/125—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on acousto-optical elements, e.g. using variable diffraction by sound or like mechanical waves in an optical waveguide structure
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、音響光学デバイス用の基板に関する。特に、
本発明は、薄膜音響光学デバイス用の基板材料とその構
成に関している。
本発明は、薄膜音響光学デバイス用の基板材料とその構
成に関している。
従来例の構成とその問題点 従来、音響光学デバイス用の基板として、例えばLiNbO3
のような圧電性結晶が用いられていた。この場合、例え
ば表面を研摩したLiNbO3単結晶基板の表面層に、Ti金属
を拡散させて光導波路を形成するとともに、例えば櫛型
電極を同じく上記LiNbO3単結晶基板の表面に設けて、表
面波トランスデューサを形成し、上記光導波路を伝搬す
る光と、例えば上記表面波トランスデューサで励起した
表面波と相互作用させようとするものである。しかしな
がら、この種の基板は、微小光学素子例えば微小レン
ズ，プリズムなどの形成や、半導体素子例えばGaAsから
なる微小光学検出素子の集積化が困難であり、高密度の
音響光学デバイス例えば光IC用の基板としては実用性に
欠くという欠点があった。
のような圧電性結晶が用いられていた。この場合、例え
ば表面を研摩したLiNbO3単結晶基板の表面層に、Ti金属
を拡散させて光導波路を形成するとともに、例えば櫛型
電極を同じく上記LiNbO3単結晶基板の表面に設けて、表
面波トランスデューサを形成し、上記光導波路を伝搬す
る光と、例えば上記表面波トランスデューサで励起した
表面波と相互作用させようとするものである。しかしな
がら、この種の基板は、微小光学素子例えば微小レン
ズ，プリズムなどの形成や、半導体素子例えばGaAsから
なる微小光学検出素子の集積化が困難であり、高密度の
音響光学デバイス例えば光IC用の基板としては実用性に
欠くという欠点があった。
発明の目的 発明者らは、この種の基板に薄膜多層構造を導入するこ
とにより、従来の欠点を除去することに成功し、新規な
音響光学デバイス用基板を発明した。
とにより、従来の欠点を除去することに成功し、新規な
音響光学デバイス用基板を発明した。
したがって、本発明の目的は、薄膜多層構造からなる音
響光学デバイス用基板の構造と構成材料を与える。
響光学デバイス用基板の構造と構成材料を与える。
発明の構成 以下本発明を、図を用いて説明する。
本発明による音響光学デバイス用基板の基本構造は、第
１図10に示すごとく、サファイア（α−アルミナ）11上
に形成された圧電性薄膜12と、上記圧電性薄膜12で形成
された表面波トランスデューサ13と、As2S3薄膜光導波
路14から構成されたことを特徴としている。上記サファ
イアの表面は、通常光学用に平坦に研磨され、かつ上記
表面波トランスデューサ13から励起された音波15が薄膜
光導波路14に伝搬し易い様に、表面波トランスデューサ
13と薄膜光導波路14は傾斜した界面16で接触している。
この種の構造において、表面波トランスデューサ13を構
成する圧電物質とAs2S3薄膜との界面16における相互拡
散に起因した表面波トランスデューサ13およびAs2S3薄
膜光導波路14の特性劣化，表面波トランスデューサ13の
表面波励起効率，表面波波長、さらにはこれらの構造の
簡単さ、形成の容易さなどを考慮に入れて、上記表面波
トランスデューサ13を構成する圧電薄膜の組成を発明者
らは詳細に調べた結果，従来圧電材料として広く知られ
ている水晶やLiNbO3よりも、ZnS,ZnO,CdSの如きII−VI
族化合物あるいはAINの如きIII−Ｖ族化合物が有効であ
ることを発明者らは確認した。すなわち、ここに示した
II−VI族あるいはIII−Ｖ族化合物の表面波の励起効率
は、例えばLiNbO3より小さいから、表面波トランスデュ
ーサの形成にはLiNbO3のような圧電材料の方が有効であ
ると通常考えられるが、例えば第２図20に示すごとく、
Ｃ軸配向した上記圧電薄膜21を上記サファイア基体上に
形成し、かつ上記圧電薄膜21の表面22に櫛型電極23を、
裏面に対向電極24を設けたサンドウイッチ構造の表面波
トランスデューサ13を構成すると、その励起効率も、例
えばZnOでは15％にも達し、実用上全く問題がない、AsS
3薄膜との界面における相互拡散もないということを発
明者らは確認した。
１図10に示すごとく、サファイア（α−アルミナ）11上
に形成された圧電性薄膜12と、上記圧電性薄膜12で形成
された表面波トランスデューサ13と、As2S3薄膜光導波
路14から構成されたことを特徴としている。上記サファ
イアの表面は、通常光学用に平坦に研磨され、かつ上記
表面波トランスデューサ13から励起された音波15が薄膜
光導波路14に伝搬し易い様に、表面波トランスデューサ
13と薄膜光導波路14は傾斜した界面16で接触している。
この種の構造において、表面波トランスデューサ13を構
成する圧電物質とAs2S3薄膜との界面16における相互拡
散に起因した表面波トランスデューサ13およびAs2S3薄
膜光導波路14の特性劣化，表面波トランスデューサ13の
表面波励起効率，表面波波長、さらにはこれらの構造の
簡単さ、形成の容易さなどを考慮に入れて、上記表面波
トランスデューサ13を構成する圧電薄膜の組成を発明者
らは詳細に調べた結果，従来圧電材料として広く知られ
ている水晶やLiNbO3よりも、ZnS,ZnO,CdSの如きII−VI
族化合物あるいはAINの如きIII−Ｖ族化合物が有効であ
ることを発明者らは確認した。すなわち、ここに示した
II−VI族あるいはIII−Ｖ族化合物の表面波の励起効率
は、例えばLiNbO3より小さいから、表面波トランスデュ
ーサの形成にはLiNbO3のような圧電材料の方が有効であ
ると通常考えられるが、例えば第２図20に示すごとく、
Ｃ軸配向した上記圧電薄膜21を上記サファイア基体上に
形成し、かつ上記圧電薄膜21の表面22に櫛型電極23を、
裏面に対向電極24を設けたサンドウイッチ構造の表面波
トランスデューサ13を構成すると、その励起効率も、例
えばZnOでは15％にも達し、実用上全く問題がない、AsS
3薄膜との界面における相互拡散もないということを発
明者らは確認した。
さらに発明者らは、上記サファイア基体表面を（01
２）面単結晶で構成し、上記圧電性薄膜をZnOあるいはA
INで構成すると、（11０）面のZnOおよびAIN単結晶が
形成され、その表面波の音速が5000〜6000m/sと従来の
水晶，LiNbO3単結晶よりもはるかに大きくなるととも
に、表面波の膜中の伝搬損失も、例えば460MHzにおいて
6dB/cmと非常に小さく、超高周波の表面波の励起が実現
されることを確認した。超高周波の表面波の励起は、こ
の種の音響光学デバイス用基板においては、例えば上記
薄膜光導波路中の伝搬光の表面波による回折角度の増加
を可能にし、例えばこの種の音響光学デバイス用基板に
より、回折角度の大きい光偏向器を実現する。
２）面単結晶で構成し、上記圧電性薄膜をZnOあるいはA
INで構成すると、（11０）面のZnOおよびAIN単結晶が
形成され、その表面波の音速が5000〜6000m/sと従来の
水晶，LiNbO3単結晶よりもはるかに大きくなるととも
に、表面波の膜中の伝搬損失も、例えば460MHzにおいて
6dB/cmと非常に小さく、超高周波の表面波の励起が実現
されることを確認した。超高周波の表面波の励起は、こ
の種の音響光学デバイス用基板においては、例えば上記
薄膜光導波路中の伝搬光の表面波による回折角度の増加
を可能にし、例えばこの種の音響光学デバイス用基板に
より、回折角度の大きい光偏向器を実現する。
さらに発明者らは、第３図30に示すごとく、上記サファ
イア基体11の表面31を（01２）面の単結晶で構成し、
かつ上記ZnO圧電性薄膜の表面32を（11０）面の単結
晶で構成するとともに、上記圧電性薄膜の表面に櫛型電
極23を設けて表面波トランスデューサ13を形成し、上記
ZnO圧電性薄膜の膜厚ｈを 0.13＜h/λ≦0.5 （ただし、λは表面波の波長） で構成すると、表面波の励振効率は15〜20％にも達し、
その値が現在励振効率の最も大きいと言われているLiNb
O3単結晶の励振効率に匹敵することを確認するととも
に、高効率の音響光学デバイスを実現されることを確認
した。
イア基体11の表面31を（01２）面の単結晶で構成し、
かつ上記ZnO圧電性薄膜の表面32を（11０）面の単結
晶で構成するとともに、上記圧電性薄膜の表面に櫛型電
極23を設けて表面波トランスデューサ13を形成し、上記
ZnO圧電性薄膜の膜厚ｈを 0.13＜h/λ≦0.5 （ただし、λは表面波の波長） で構成すると、表面波の励振効率は15〜20％にも達し、
その値が現在励振効率の最も大きいと言われているLiNb
O3単結晶の励振効率に匹敵することを確認するととも
に、高効率の音響光学デバイスを実現されることを確認
した。
この場合、上記表面波トランスデューサにより、レーリ
ー波の高次モードの表面波が励振され、この高次モード
の表面波の励振効率が、上記ZnO圧電薄膜の膜厚範囲で
大きくなる。すなわち、このZnO圧電薄膜の膜厚がh/λ
≦0.13の時は、高次モードの表面波は励振されないが、
0.2≦h/λ≦0.5の範囲では、例えば17％以上の大きい励
振効率が得られ、実用上有効であることを本発明者らは
確認した。
ー波の高次モードの表面波が励振され、この高次モード
の表面波の励振効率が、上記ZnO圧電薄膜の膜厚範囲で
大きくなる。すなわち、このZnO圧電薄膜の膜厚がh/λ
≦0.13の時は、高次モードの表面波は励振されないが、
0.2≦h/λ≦0.5の範囲では、例えば17％以上の大きい励
振効率が得られ、実用上有効であることを本発明者らは
確認した。
さらに、この種の表面波トランスデューサの形成に、第
４図40に示すようなスプリット構造の櫛型電極41を用い
ると、上記高次モードの表面波の高調波の励振に有効で
あることを確認した。この場合、上記トランスデューサ
の駆動信号の周波数が高くなるため、広帯域の信号処理
のできる音響光学デバイスが実現される。なお、上記サ
ファイア基体上にＣ軸配向のZnO多結晶圧電薄膜を形成
しても同様の大きい励振効率が得られる。
４図40に示すようなスプリット構造の櫛型電極41を用い
ると、上記高次モードの表面波の高調波の励振に有効で
あることを確認した。この場合、上記トランスデューサ
の駆動信号の周波数が高くなるため、広帯域の信号処理
のできる音響光学デバイスが実現される。なお、上記サ
ファイア基体上にＣ軸配向のZnO多結晶圧電薄膜を形成
しても同様の大きい励振効率が得られる。
実施例の説明 第５図50に本発明にかかる音響光学デバイス用基板で実
施した構造を示す。この基板の作成には、まず表面が平
滑な厚さ0.3mmの（01２）面サファイア基板上に、RF
マグネトロンスパッタにより厚さ1.0μｍのZnO（11
０）面エピタキシャル膜を形成し、その上に電子ビーム
リソグラフィにより、周期７μm,線巾・間隙が0.875μ
ｍのスプリット構造櫛型電極を形成して、中心周波数2.
2GHzの表面波トランスデューサ13を形成した後、厚さ１
μｍのAs2S3薄膜光導波路14を形成した。さらに、上記
薄膜光導波路14の端部に電子ビーム照射により周期0.5
μｍのグレーテング光結合器51を形成した。この場合、
まずグレーテング光結合器51により、薄膜光導波路に光
15を導入し、表面波トランスデューサ13で励振した表面
波15により上記光を回折させて回折光53を発生させ、こ
れにより、例えば導波路型光偏向器を形成した。この場
合、波長1.064μｍのYAGレーザで励振したTEoモードの
導波光に対する回折角は約60mradであった。
施した構造を示す。この基板の作成には、まず表面が平
滑な厚さ0.3mmの（01２）面サファイア基板上に、RF
マグネトロンスパッタにより厚さ1.0μｍのZnO（11
０）面エピタキシャル膜を形成し、その上に電子ビーム
リソグラフィにより、周期７μm,線巾・間隙が0.875μ
ｍのスプリット構造櫛型電極を形成して、中心周波数2.
2GHzの表面波トランスデューサ13を形成した後、厚さ１
μｍのAs2S3薄膜光導波路14を形成した。さらに、上記
薄膜光導波路14の端部に電子ビーム照射により周期0.5
μｍのグレーテング光結合器51を形成した。この場合、
まずグレーテング光結合器51により、薄膜光導波路に光
15を導入し、表面波トランスデューサ13で励振した表面
波15により上記光を回折させて回折光53を発生させ、こ
れにより、例えば導波路型光偏向器を形成した。この場
合、波長1.064μｍのYAGレーザで励振したTEoモードの
導波光に対する回折角は約60mradであった。
なお、薄膜光導波路材料として、As2S3を示したが、要
は非晶質で、かつ電子ビーム照射により屈折率が変化す
ればよく、このAs−Ｓ系以外に、As−Se−Ｓ系,As−Se
−Ge−Ｓ系薄膜も、本発明の音響光学デバイス用基板の
形成に実用し得る。
は非晶質で、かつ電子ビーム照射により屈折率が変化す
ればよく、このAs−Ｓ系以外に、As−Se−Ｓ系,As−Se
−Ge−Ｓ系薄膜も、本発明の音響光学デバイス用基板の
形成に実用し得る。
発明の効果 本発明にかかる音響光学デバイス用基板は、サファイア
基体上に形成しているため、例えば上記サファイア基体
上に、Si,GaAs,InPなどの半導体薄膜を、例えばエピタ
キシャル成長させ得る。したがって、ｐ・ｎまたはｐ・
ｉ・ｎ構造の光検出ダイオードや、さらにはレーザダイ
オードを、上述した表面波を用いた音響光学デバイスに
集積化し得るから、本発明にかかる音響光学デバイス用
基板を用いると、高密度の光ICが実現出来る。
基体上に形成しているため、例えば上記サファイア基体
上に、Si,GaAs,InPなどの半導体薄膜を、例えばエピタ
キシャル成長させ得る。したがって、ｐ・ｎまたはｐ・
ｉ・ｎ構造の光検出ダイオードや、さらにはレーザダイ
オードを、上述した表面波を用いた音響光学デバイスに
集積化し得るから、本発明にかかる音響光学デバイス用
基板を用いると、高密度の光ICが実現出来る。
さらに、As2S3薄膜は、電子ビーム照射のみで屈折率を
変化させ得るため、容易に光導波路が形成される上、例
えば集光素子やビームスプリッタなどの微小光素子も同
時に集積化できる特長がある。
変化させ得るため、容易に光導波路が形成される上、例
えば集光素子やビームスプリッタなどの微小光素子も同
時に集積化できる特長がある。
したがって、本発明にかかる音響光学デバイス用基板
は、表面波による光の回折効果を用いた、各種の光ICの
形成に有効で、その産業上の利用価値は高い。
は、表面波による光の回折効果を用いた、各種の光ICの
形成に有効で、その産業上の利用価値は高い。
第１図は本発明にかかる音響光学デバイス用基板の要部
断面図、第２図，第３図は本発明にかかる音響光学デバ
イス用基板の要部斜視図、第４図，第５図は本発明にか
かる音響光学デバイス用基板の要部平面図である。 11……基体、13……表面波トランスデューサ、14……As
2S3薄膜光導波路。
断面図、第２図，第３図は本発明にかかる音響光学デバ
イス用基板の要部斜視図、第４図，第５図は本発明にか
かる音響光学デバイス用基板の要部平面図である。 11……基体、13……表面波トランスデューサ、14……As
2S3薄膜光導波路。
Claims (6)
- 【請求項１】サファイア（α−アルミナ）基体上に形成
された圧電性薄膜と、上記圧電性薄膜で形成された表面
波トランスデューサと、As2S3薄膜光導波路とで構成さ
れていることを特徴とする音響光学デバイス用基板。 - 【請求項２】圧電性薄膜を、II-VI族化合物あるいはIII
-V族化合物のうちの少なくとも一種で構成することを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の音響光学デバイス
用基板。 - 【請求項３】圧電性薄膜をＣ軸配向多結晶膜で構成する
ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の音響光学
デバイス用基板。 - 【請求項４】サファイア基体表面を、（01２）面単結
晶で構成し、圧電性薄膜をZnOあるいはAlNで構成するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の音響光学デ
バイス用基板。 - 【請求項５】圧電性薄膜を（11０）面ZnO単結晶で構
成し、かつ櫛型電極を上記圧電性薄膜の表面に設けて形
成した表面波トランスデューサで構成したことを特徴と
する特許請求の範囲第４項記載の音響光学デバイス用基
板。 - 【請求項６】櫛型電極をスプリット構造で構成したこと
を特徴とする特許請求の範囲第５項記載の音響光学デバ
イス用基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14063382A JPH0690380B2 (ja) | 1982-08-12 | 1982-08-12 | 音響光学デバイス用基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14063382A JPH0690380B2 (ja) | 1982-08-12 | 1982-08-12 | 音響光学デバイス用基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5930519A JPS5930519A (ja) | 1984-02-18 |
| JPH0690380B2 true JPH0690380B2 (ja) | 1994-11-14 |
Family
ID=15273223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14063382A Expired - Lifetime JPH0690380B2 (ja) | 1982-08-12 | 1982-08-12 | 音響光学デバイス用基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0690380B2 (ja) |
-
1982
- 1982-08-12 JP JP14063382A patent/JPH0690380B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5930519A (ja) | 1984-02-18 |
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