JPH09197357A - 導波路型光デバイス - Google Patents

導波路型光デバイス

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JPH09197357A
JPH09197357A JP316796A JP316796A JPH09197357A JP H09197357 A JPH09197357 A JP H09197357A JP 316796 A JP316796 A JP 316796A JP 316796 A JP316796 A JP 316796A JP H09197357 A JPH09197357 A JP H09197357A
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JP
Japan
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optical device
type optical
waveguide type
waveguide
linear expansion
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Application number
JP316796A
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English (en)
Inventor
Ryuji Osawa
隆二 大沢
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Tokin Corp
Original Assignee
Tokin Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度変化に対する出力の安定化が図れ、歩留
まりを向上でき、低コストの導波路型光デバイスを提供
すること。 【解決手段】 Z板LiNbO3 からなる基板1上に、
Ti拡散法によってTi拡散層2からなる光導波路を形
成した後にパイレックス/ITO混合膜からなる導電性
バッファー層4を形成し、この導電性バッファー層4の
上にTiからなる電極3を形成したので、光導波路上に
発生する応力の再現性の向上が可能となった。また、導
電性バッファー層4の線膨張率を、基板1の線膨張率と
実質的に等しくなるようにしたので、光導波路上に発生
する応力の低減が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、焦電効果を持つ材
料からなる基板に導波路を形成した導波路型光デバイス
に関し、特に、光電界センサ、光受信アンテナ及び光ス
イッチング素子等に用いられる導波路型光デバイスに関
する。
【0002】
【従来の技術】導波路型光デバイスは、低駆動電圧、高
速動作が可能で且つ小型集積化も有望である。しかし、
ニオブ酸リチウム(LiNbO3 )のような焦電効果を
有する材料、即ち、自発分極を有する結晶等を基板に用
いて、その基板にチタン等の拡散層を形成して導波路を
構成した導波路型光デバイスにおいては、温度変化によ
って、焦電効果に基づく電荷が表面に発生し、その電荷
分布が一様でないため、導波路型光デバイスの特性、例
えばスイッチング特性等が変動してしまうという問題が
ある。
【0003】以下、この問題について、図5及び図6を
用いて説明する。
【0004】図5及び図6に示す導波路型光デバイス
は、Z板LiNbO3 からなる基板1上にTi拡散層2
を形成して導波路とし、その上面にSiO2 からなるバ
ッファー層5を形成し、さらにその上面にアルミニウ
ム、チタン等からなる電極3を形成したものである。
【0005】この導波路型光デバイスにおいて、温度が
上昇すると、Z板LiNbO3 からなる基板1は分極の
状態を変化させる。この様子を示したのが図6であり、
図中、6は電界、7は分極電荷を示す。即ち、かかる導
波路型光デバイスにおいて、温度が上昇する前は分極を
起こしておらず電気的に中性であったとした場合、温度
上昇後には焦電効果によりZ板LiNbO3 からなる基
板1の厚さ方向に分極を発生させる。この時、図6に示
すように、基板1のバッファー層5側に+電荷が発生し
たとすると、電極3のバッファー層5側にはその電荷を
打ち消すように−電荷が供給される。従って、基板1の
電極3付近ではほぼ中性に、それ以外の箇所では+電位
になっているため、基板1内には電極3が形成されてい
ない表面から電極3に向かって電界が発生することにな
る。
【0006】ここで、導波路型光デバイスは、Ti拡散
層2からなる導波路が形成されている電極3間に電界を
印加することにより、Ti拡散層2からなる導波路の屈
折率を変化させ、電気信号を光信号に変換させるもの
(E/O変換)であるから、上述した温度上昇により電
極3間に変調信号による電界以外のバイアス電界を加え
ていることになってしまう。
【0007】このため、温度変化に対して安定したスイ
ッチング特性が得られなかった。
【0008】上記問題の解決法として、電極間にSi膜
からなる導電性をわずかに持つ薄膜を設置し、焦電効果
により発生した電荷が電極部に滞留しないようにする方
策が取られている。
【0009】即ち、図7に示すように、Z板LiNbO
3 からなる基板1上にSiO2 膜からなるバッファー層
5を形成した後にSi膜8を形成し、Si膜8上にA
l、Ti等からなる電極3を形成する方法が取られてい
る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、基板1
の材料であるLiNbO3 は、バッファー層5の材料で
あるSiO2 およびSi膜8の材料であるSiとの線膨
張率の差が大きく、この線膨張率の差によって基板1表
面に応力が発生し、この応力による圧電効果によって電
界が発生し、この電界により上述したスイッチング特性
の安定化が達成できなかった。
【0011】即ち、LiNbO3 の線膨張率は10〜1
6×10-6/℃であるのに対し、SiO2 の線膨張率は
4×10-7/℃であり、SiO2 の方が2桁程線膨張率
が小さい。
【0012】一方、Siの線膨張率は2.4×10-6
℃である。これは、LiNbO3 の線膨張率に対しては
1桁小さい値であり、SiO2 の線膨張率に対して1桁
大きい値である。
【0013】従って、この大きな線膨張率の差によりL
iNbO3 からなる基板1上に非常に大きい応力を発生
してしまう。
【0014】更に、その応力の大きさについても、Li
NbO3 からなる基板1、SiO2膜からなるバッファ
ー層5及びSi膜8の間で線膨張率の差が大きいため、
それぞれの膜の応力が僅かに変動しても基板1が受ける
応力は大きく変動し再現性に乏しいため、作製される導
波路型光デバイスの歩留まりが悪く、コスト高を招いて
いた。
【0015】本発明の目的は、温度変化に対する出力の
安定化が図れ、歩留まりを向上でき、低コストの導波路
型光デバイスを提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明者は、以上の問題
点に対し鋭意検討の結果、焦電効果を有する材料からな
る基板に形成された導波路上に、主成分として透明導電
性酸化物および透明絶縁性酸化物の混合膜からなる透明
導電膜を形成し、更にその上に電極を形成すれば、かか
る問題点を解決できることを見出した。
【0017】また、上記透明導電膜の線膨張率を、基板
の線膨張率と実質的に等しくなるようにすれば良いこと
を考案した。
【0018】即ち、本発明によれば、焦電効果を有する
材料からなる基板に形成された導波路上に、主成分とし
て透明導電性酸化物および透明絶縁性酸化物の混合膜か
らなる透明導電膜を形成し、該透明導電膜上に電極を形
成したことを特徴とする導波路型光デバイスが得られ
る。
【0019】また、本発明によれば、前記透明導電膜の
線膨張率を、前記基板の線膨張率と実質的に等しくした
ことを特徴とする導波路型光デバイスが得られる。
【0020】
【作用】導波路型光デバイスの製造歩留まり向上のため
には、LiNbO3 からなる基板、SiO2 膜からなる
バッファー層及びSi膜3者の応力の再現性の向上と応
力の低減が必要である。
【0021】このため第1の方策として、バッファー層
に僅かに導電性を持たせることができれば、従来のSi
膜を省略でき、LiNbO3 からなる基板とバッファー
層の間の応力のみ制御すれば良く、光導波路上に発生す
る応力の再現性を向上できる。
【0022】また、第2の方策として、このバッファー
層の材料の線膨張率をLiNbO3からなる基板の線膨
張率に近くすることで光導波路上に発生する応力の低減
が図れる。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しつつ説明する。
【0024】本実施形態においては、図1に示すよう
に、Z板LiNbO3 からなる基板1上に、Ti拡散法
によってTi拡散層2からなるマッファツェンダー導波
路を形成した後にホウケイ酸ガラスであるパイレックス
(商標名)とITO(Indium Tin Oxid
e)の混合膜からなる導電性バッファー層4を形成し、
更に、導電性バッファー層4の上にTiからなる電極3
を形成した。
【0025】また、導電性バッファー層4の線膨張率が
基板1の線膨張率と実質的に等しくなるようにした。
【0026】ここで、上述したSi膜からなる導電膜体
を兼ねた導電性バッファー層4に要求される特性として
は、使用波長において透明で屈折率が小さいこと、およ
び抵抗率が106 〜1010(Ω・cm)であることが考
えられる。
【0027】また、基板1の線膨張率と実質的に等しく
なるためには、この導電性バッファー層4の線膨張率が
LiNbO3 からなる基板1の線膨張率、即ち、10〜
16×10-6/℃に近いことが挙げられる。
【0028】これらの条件を単独材料で満足することは
非常に難しく、複数の材料の混合物によって達成した。
【0029】即ち、本発明の実施形態では、透明導電性
物質と、絶縁性の透明物質を混合した膜を形成し、その
混合比を最適化することにより、前述の条件を満足でき
るようにした。
【0030】ここで、一般に透明導電性物質としてはI
TO、SnO2 、ZnOがあり、絶縁性透明物質として
SiO(X≦2)、パイレックス、Al2 3 、Ti
2、ZrO2 等が挙げられ、これらのどの材料の組み
合わせによっても十分な特性を持った膜が得られる。
【0031】また、混合膜の形成法としては、真空蒸着
法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等のい
わゆるPVD法や、減圧、常圧および加圧CVD法があ
り、さらにゾルーゲル法により混合粉末をコーティング
した後に加熱溶融して作製する方法があり、いずれの方
法においても上述の特性を満足する膜が得られる。
【0032】透明導電性物質としてITOを、絶縁性透
明物質としてパイレックスガラスを使用した場合の抵抗
値を図2に示す。
【0033】混合膜の作製法としては、RFスパッタリ
ング法を使用し、φ4のITOターゲット上にパイレッ
クスガラス(10×30×1mm)のペレットを置き、
ペレットの枚数によって組成比を制御した。
【0034】図2からわかるように、ペレット枚数を増
やすにつれて抵抗値は大きくなり、パイレックスガラス
8〜10本で必要とする106 〜109 (Ω・cm)が
得られる。
【0035】また、パイレックスガラス8〜10本のと
きの導電性バッファー層4の線膨張率は6.3〜6.0
×10-6/℃となり、LiNbO3 からなる基板1の線
膨張率に近い値となる。
【0036】従って、ITO/パイレックス混合膜を導
電性バッファー層4として形成し、その上に電極3を設
置するだけで、温度変化によるドリフトのない導波路型
光デバイスが得られる。
【0037】
【実施例】以下、実施例により、詳細に説明する。
【0038】上述したように、Z板LiNbO3 からな
る基板1上に、Ti拡散法によってTi拡散層2からな
るマッファツェンダー導波路を形成した後にパイレック
ス/ITO混合膜からなる導電性バッファー層4を形成
したが、このときの、パイレックス/ITO混合膜の膜
厚は3000Aとし、抵抗率は6×109 (Ω・cm)
であった。
【0039】更に、パイレックス/ITO混合膜からな
る導電性バッファー層4の上にTiからなる電極3を3
000オングストロームの厚さに形成した。
【0040】この実施例により作製された導波路型光デ
バイス(光変調器)を恒温恒湿機に入れ、サイクル試験
を行いながらこの光変調器を通過する光強度の変化を測
定した。この測定結果を図3に示す。
【0041】この時のサイクル試験の条件は、湿度50
%一定とし、温度を0℃〜60℃とした。
【0042】図3から、温度変化に対して光強度の変化
が無く、安定していることが分かる。
【0043】更に、実施例と同一の方法により10個作
製された光変調器に対し、上記サイクル試験を行い、光
強度の変化量をヒストグラムにしたのが図4である。
【0044】図4から分かるように、温度変化に対して
安定した光変調器が再現性良く得られた。
【0045】
【発明の効果】以上述べたように、本発明においては、
焦電効果を有する材料からなる基板に形成された導波路
上に、主成分として透明導電性酸化物および透明絶縁性
酸化物の混合膜からなる透明導電膜を形成し、更にその
上に電極を形成したので、光導波路上に発生する応力の
再現性の向上が可能となった。
【0046】また、上記透明導電膜の線膨張率を、基板
の線膨張率と実質的に等しくなるようにしたので、光導
波路上に発生する応力の低減が図れた。
【0047】従って、作製される導波路型光デバイスの
温度変化に対する出力の安定化が図れ、歩留まりを向上
できるので、低コストの導波路型光デバイスを提供し得
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る導波路型光デバイスの
構造を示す概略図である。
【図2】図1に示した導波路型光デバイスにおけるパイ
レックス/ITO混合膜の抵抗率を示すグラフである。
【図3】本発明の一実施例により作製された導波路型光
デバイス(光変調器)を恒温恒湿機に入れ、サイクル試
験を行いながらこの光変調器を通過する光強度の変化を
測定した結果を示す図である。
【図4】図3に示した実施例と同一の方法により10個
作製された光変調器に対し、上記サイクル試験を行い、
光強度の変化量をヒストグラムにした図である。
【図5】導波路型光デバイスの一般的な構造を示す概略
図である。
【図6】図5に示した導波路型光デバイスにおける問題
点を説明するための図である。
【図7】従来の導波路型光デバイスの構造を示す概略図
である。
【符号の説明】
1 基板 2 Ti拡散層 3 電極 4 導電性バッファー層 5 バッファー層 6 電界 7 分極電荷 8 Si膜

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 焦電効果を有する材料からなる基板に形
    成された導波路上に、主成分として透明導電性酸化物お
    よび透明絶縁性酸化物の混合膜からなる透明導電膜を形
    成し、該透明導電膜上に電極を形成したことを特徴とす
    る導波路型光デバイス。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の導波路型光デバイスにお
    いて、前記透明導電膜の線膨張率を、前記基板の線膨張
    率と実質的に等しくしたことを特徴とする導波路型光デ
    バイス。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の導波路型光デバイスにお
    いて、前記焦電効果を有する材料として、ニオブ酸リチ
    ウム(LiNbO3 )を用いたことを特徴とする導波路
    型光デバイス。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の導波路型光デバイスにお
    いて、前記透明導電性酸化物をITO、SnO2 、Zn
    Oのうちの少なくとも一つとしたことを特徴とする導波
    路型光デバイス。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の導波路型光デバイスにお
    いて、前記透明絶縁性酸化物をSiO(X≦2)、ホ
    ウケイ酸ガラス、Al2 3 、TiO2 、ZrO2 のう
    ちの少なくとも一つとしたことを特徴とする導波路型光
    デバイス。
  6. 【請求項6】 請求項2記載の導波路型光デバイスにお
    いて、前記透明導電性酸化物をITO、SnO2 、Zn
    Oのうちの少なくとも一つとしたことを特徴とする導波
    路型光デバイス。
  7. 【請求項7】 請求項2記載の導波路型光デバイスにお
    いて、前記透明絶縁性酸化物をSiO(X≦2)、ホ
    ウケイ酸ガラス、Al2 3 、TiO2 、ZrO2 のう
    ちの少なくとも一つとしたことを特徴とする導波路型光
    デバイス。
  8. 【請求項8】 請求項3記載の導波路型光デバイスにお
    いて、前記透明導電性酸化物としてITOを、前記透明
    絶縁性酸化物としてホウケイ酸ガラスを使用したことを
    特徴とする導波路型光デバイス。
  9. 【請求項9】 請求項3記載の導波路型光デバイスにお
    いて、前記透明導電膜の線膨張率を10〜16×10-6
    /℃の範囲内としたことを特徴とする導波路型光デバイ
    ス。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1471377A1 (en) * 2003-04-24 2004-10-27 Nec Tokin Corporation Electro-optic modulator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1471377A1 (en) * 2003-04-24 2004-10-27 Nec Tokin Corporation Electro-optic modulator
US7123784B2 (en) 2003-04-24 2006-10-17 Seikoh Giken Co., Ltd. Electro-optic modulator with particular diffused buffer layer

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