JPS5917510A - 光導波路 - Google Patents

光導波路

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JPS5917510A
JPS5917510A JP57126934A JP12693482A JPS5917510A JP S5917510 A JPS5917510 A JP S5917510A JP 57126934 A JP57126934 A JP 57126934A JP 12693482 A JP12693482 A JP 12693482A JP S5917510 A JPS5917510 A JP S5917510A
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JP
Japan
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optical waveguide
light
substrate
optical
coating layer
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Pending
Application number
JP57126934A
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English (en)
Inventor
Kenzo Ochi
謙三 黄地
Takao Kawaguchi
隆夫 川口
Kentaro Setsune
瀬恒 謙太郎
Hideaki Adachi
秀明 足立
Kiyotaka Wasa
清孝 和佐
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G02B6/132Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by deposition of thin films

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

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】 本発明は光導波路に関するものである。
小型光デバイス、或いは光ICに用いる被覆層を有する
光導波路として、第1図aに示すような拡散型導波路や
、同図すに示す薄膜型導波路が用いられていた。この場
合、第1図aに示す拡散型導波路では、たとえばL i
 N b Oa基板11の表面にTi拡散層13からな
る光伝搬媒質体を設け、その上部に被覆層12を形成し
光導波路としていた。
また第1図すに示す薄膜型導波路では、たとえばLiT
aO3基板14上に、たとえばLiNb○3薄膜15か
らなる光伝搬媒質体を設け、その上部に被覆層16を形
成し光導波路としていた。
この種の光導波路は光の伝達のみならず、各種光回路、
たとえば光デバイスを小型化、あるいは集積化し、光機
能デバイスの形成あるいは光ICの形成などのために用
いられる。しかしながら、これらの光導波路においては
、導波光の収束、すなわち基板面内方向への導波光の拡
がり、が不充分であり、光導波路の境界が不明確であり
、たとえば同一表面に二次元的に複数の導波路を集積化
する場合、集積度に限界があるという欠点がある。
また、被覆層を設けることにより光伝搬損失が増加する
という欠点もある。
本発明は、これらの光導波路の構造とその構成材料に改
良を加え、従来の光導波路の欠点を除去したものである
。すなわち、本発明の目的は、小6・・−ジ 型光デバイスあるいは光ICに用いる光導波路の構造と
その構成材料を与え、さらに、光導波路部分の光の収束
能を高め、光伝搬損失を低減する。
第2図に、本発明に基づく光導波路の基本的な構造を示
す。すなわち、基板21の表面上に光伝搬媒質体22を
設け、更に光伝搬媒質体22の表面の一部に被覆層23
を設は光導波路24が構成されている。この場合、光が
光導波路24のみを通るよう構成した光伝搬媒質体22
の光の屈折率は、基板21の表面および被覆層23の光
の屈折率より大きい。
また、光伝搬媒質体22において、上記被覆層23にお
おわれた光伝搬媒質体、すなわち光導波路24の光の屈
折率が、被覆層23におおわれていない光伝搬媒質体2
2の光の屈折率より大きいことを特徴としている。
第2図から明らかなように、本発明に基づく光導波路は
、光伝搬媒質体22において、光導波路24の屈折率が
、その他の部分に比べ大きいだめ、従来の被覆型導波路
に見られる基板面内で光の拡6 ページ がりが少なく、導波光の収束能が大きい。このため、本
発明に基づく上記の光導波路は、光デバイスの高密度化
、IC化に有用なものとなる。
さらに、本発明者等は、光伝搬媒質体22中の屈折率の
大きい部分である光導波路24と被覆層23との位置を
正確に一致させることが重要であることを見い出した。
また、この種の光導波路の形成に以下の材料が最適であ
ることを見い出し、これに基づき、高性能の光導波路を
構成することに成功した。
すなわち、結晶性基板の表面部分をMqO,a−A12
o3(す7’フイヤ)、スピネル、5rTi○3のうち
のいずれかで構成し、光伝搬媒質体をBaTi0  P
bTiO3あるいはPLzT系化合物I のうちのいずれかで構成し被覆層を石英ガラス、シリカ
ガラス、硼珪酸ガラスあるいはソーダガラスのうちのい
ずれかで構成すると、形成も容易でかつ各種の機能デバ
イスとの集積化も容易である。
すなわち、光導波路を構成する光伝搬媒質体の光の屈折
率が被覆層や基板のそれより大きいという7 、=、、
、・ 基本的な条件に加えて、光導波路による光の伝搬損失が
小さいこと、まだ基板が光導波路を形成することのでき
るものであることが重要な条件となる。さらに、この種
の導波路が、小型化あるいは集積化光デバイスにも応用
されるには、光導波路を構成する光伝搬媒質体がたとえ
ば大きい電気光学効果を示す必要がある。また、被覆層
を、光伝搬媒質中の屈折率の大きい部分に一致させて、
容易に形成可能であることもこれらの材料の選択に重要
である。
本発明者等は、第2図に示す光導波路の構成材料を変え
て探索した結果、−例として光伝搬媒質体として、Pb
TiO3薄膜が、基板にサファイヤ(α−A1203)
単結晶板が、まだ被覆層に石英ガラスが有用であること
を確認し7だ。すなわち、この種の構成材料では、スパ
ッタリング法という薄膜形成技術を導入することにより
、比較的低い温度で、本発明にかかる構造の光導波路を
実現することができ、光ICなど、光集積化デバイスの
実現に適している。
次に本発明がより深く理解されるよう、本発明にがかる
光導波路の形成手順の一例と構成材料要素について具体
的に説明する。
まず、たとえばサファイヤ(0001)面の単結晶板を
基板にする。この基板面上に、例えば高周波スパッタリ
ング法で、PbTiO3薄膜を形成する。この場合、基
板温度を6oo°C程度に保持し、化学組成がPbT 
iO3の化学当量化からのずれがないようにすると、(
111)面のP b T iOsの透明な単結晶薄膜が
形成され、光伝搬媒質体が形成される。
第3図は上述の方法で形成したP b T z Os薄
膜のX線回折パターン例を示す。
更に、本発明者等は、上記のサファイアC面上に形成さ
れたPbTiO3薄膜を、瞬間的に熱処理(加熱処理)
をすることにより屈折率がわずかに大きくなることを見
つけだ。更に、上記P b T 103薄膜を局所的に
熱処理を施し、上記熱処理を施しだ部分に正確に一致さ
せて、例えば石英ガラスからなる被覆層を、例えば高周
波スパッタリング法91、−−・ により形成した。この場合、光伝搬媒質体の屈折率の大
きい部分に、被覆層を正確に一致させることが重要であ
ることを確認した。位置を正確に一致させることにより
、導波光の面内での拡がりが少なくなり、光伝搬損失が
大幅に減少することを見つけた。
尚、現在のところ、瞬間的な熱処理により、屈折率がわ
ずかに大きくなり、光伝搬損失が減少する理由は十分に
は解明されていないが、膜内の欠陥、歪みなどが加熱処
理により取り除かれるためと考えらねる。
以上の説明では、基板としてサファイヤ(0001)簡
単結晶板について述べたが、同様な効果は、MgO、S
 r T i O3単結晶の(10o)面や、スピネル
(MgO−A1203)単結晶の(110)面を基板に
用いて得られることを確認した。この場合は、P b 
T iOs薄膜は(1oo )面が成長する。
さらに、光伝搬媒質も、P b T 10 a以外に、
B a T iOsや、PLZT系薄膜だとえばPLZ
T(9/ 65 / 35 )、P L T 、 P 
Z T fz トcr)ヘロプ1oべ一゛ノ スカイト構造の薄膜でも、PbT103 と同様の形成
プロセスで形成で遣電気光学効果も大きく、本発明にが
かる光導波路の構成材料として有効であることを発明者
らは確認した。すなわち、その電気光学効果は、通常の
バルクの数10%以上の値を示す。
上記被覆層は、石英ガラス以外に、たとえばシリカガラ
ス、硼珪酸ガラス、ソーダガラスでも使用できることを
確認した。
さらに、本発明者等は基板として、BGO(Bi12G
eo2o)単結晶を用い、光伝搬媒質体をBTO(Bi
12TiO2o)あるいはBS○(B112 S 10
20 )薄膜としてもよいことを確認した。なお、基板
にL i TaO単結晶板を光導波路にL iN b 
O3薄膜を使用したときにもこれと同じ結果が認められ
た。
まだ、具体例で示した、基板あるいは光導波路の構成材
料以外でも、化学組成やその結晶方位等を変化させるこ
とにより、本発明の主旨と同様の効果を得ることができ
る。たとえば、■−■族化合物でも本発明の構成の基本
条件さえ満足されていればよく、基板にG a P  
を、光伝搬媒質をG a A、 sで構成する。これは
赤外線用として有効である。
丑だ、■−■族化合物でもよく、たとえば、基板にZn
5e単結晶を、光伝搬媒質体にZnTeを使用するとよ
い。また、これらのTI−Vl族化合物、たとえばZn
O,ZnS、CdS、Zn5e、ZnTeあるいはこれ
らの化合物を光伝搬媒質体に用い、基板にa−A120
3を用いてもよい。ZnOを光導波路に用いる場合、た
とえば、(0001)面あるいは(0112)面のa 
 A 120 s単結晶の基板を用い、その上にZnO
膜をマグネトロンスパッタ法で蒸着形成すると、スパッ
タ蒸着中の基板温度が300〜4o○°Cという低い温
度でも、光伝搬損失が2dB/m以下という良好な単結
晶薄膜がエピタキシャル成長し、この種の光導波路の形
成に有用である。
さらに、本発明者等は、第2図に示した本発明に基づく
光導波路の構成において、被覆層、光伝搬媒質および基
板の光吸収係数を、それだハα。。
α(およびa8とした場合、(2,≧10af、10α
8である材料が有効であることを見い出しだ。
上述の材料を用いれば、被覆層が、光伝搬媒質中の屈折
率の大きい部分に正確に一致した光導波路を容易に形成
することが可能である。
すなわち、サファイヤ基板上に形成されたP b T 
103薄膜上に、丑ず光導波路とすべき部分に、例えば
高周波スパッタリング法により石英ガラスからなる被覆
層を形成する。次に石英ガラスに対しては不透明である
が、ザファイヤ基板あるいはP b T 103薄膜に
対しては透明である赤外線。
すなわち波長5〜6μmの赤外線を照射する。
赤外線照射により、」−記被覆層石英ガラス層だけが効
率よく加熱される。その結果、光伝搬媒質P b T 
10 a薄膜において、上記石英ガラスと接している部
分のみが効率よく加熱処理がなされ、その部分の屈折率
がわずかに大きくなシ、光伝搬損失も低減する。このよ
うにして本発明に基づく光伝搬媒質中の屈折率の大きい
部分と、被覆層とが正確に一致した光導波路を容易に形
成することが出来る。この際、光吸収係数の差が10倍
程度あ13/、 ユ・ れば効率よく形成出来る。
すなわち、光吸収係数の差が1o倍程度あれば、被覆層
と光伝搬媒質体が同程度の膜厚であっても、吸収される
赤外線のエネルギーは10倍程度異なることを意味する
。従って、光吸収係数の差がより大きい場合、より薄い
被覆層を用いても局所的な加熱処理が実現可能であり、
より高度な微細加工が実現できることを示している。
まだ、基板に課せられる特性も、必ずしも基板全体に要
求されることはなく、基板の表面さえ満足されていれば
よい。
以上の説明から明らかなごとく、本発明にがかる光導波
路は、光伝搬特性に優れ、まだ境界がきわめて明確な光
の導波路を提供することができる。
その伝搬路の巾精度は、現在の半導体製造技術を用いれ
ば、1μm以下、いわゆるサブミクロンの範囲である。
さらに、大きな電気光学効果をもつ材料で光導波路を構
成することによって、より一層元デバイスの小型化、集
積化が可能となり、光IC等の集積化機能デバイスの形
成に有効である。
14ベージ
【図面の簡単な説明】
第1図a、bはそれぞれ従来の薄膜光導波路の構造を示
す図、第2図は本発明に基づく光導波路の基本的な構造
を示す図、第3図は同党導波路の特性の一例を示す図で
ある。 11.14.21・−・・基板、13 、15 、22
・・・・・光伝搬媒質体、12,16.23 −・被覆
層。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 12 第2図 4 第3図 ミ 2θ 7゛′ラツク゛′肩 45

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板と、上記基板上に設けられた光伝搬媒質体と
    、上記光伝搬媒質体上の一部に設けられた被覆層とを備
    え、上記光伝搬媒質体の光の屈折率が少なくとも上記基
    板の表面および上記被覆層の光の屈折率より大きく、か
    つ上記光伝搬媒質体において、上記被覆層におおわれた
    上記光伝搬媒質体の光の屈折率が上記被覆層におおわれ
    ていない上記光伝搬媒質体の光の屈折率より大きいこと
    を特徴とする光導波路。
  2. (2)少なくとも基板の表面部分がMq○、α−Aρ2
    o3(サファイヤ)、スピネル、5rTlo3のウチの
    少なくとも一種で構成されており、また光伝搬媒質体が
    BaTiO3,PbTiO2,PLZT系化合物の少な
    くとも一種で構成されており、かつ被覆層が石英ガラス
    、シリカガラス、硼珪酸ガラス、ソーダーガラスのうち
    の少なくとも一種で構成されてぃ2 ページ ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光導波
    路。
  3. (3)少なく°とも基板の表面部分がB 112 G 
    e O20で構成され、かつ、光伝搬媒質体がB 11
    2 T 1020あるいはB s 12 S 102o
    で構成されており、かつ、被覆層が石英ガラス、シリカ
    ガラス、硼珪酸ガラス、ソーダーガラスのうちの少なく
    とも一種で構成されていることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の光導波路。
  4. (4)少なくとも基板の表面部分がLiTaO3で構成
    され、まだ光伝搬媒質がL I N b Osで構成さ
    れており、被覆層が石英ガラス、硼珪酸ガラス、ソーダ
    ーガラスのうちの少なくとも一種で構成されていること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光導波路。
  5. (5)  少なくとも基板の表面部分がGaP で構成
    され、光伝搬媒質がG a A sで構成され、がっ、
    被覆層が石英ガラス、シリカガラス、硼珪酸ガラス、ソ
    ーダーガラスのうちの少なくとも一種で構成されている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項3/。−・ 記載の光導波路。 (6ン 少なくとも基板の表面部分がα−A1203で
    構成され、光伝搬媒質がZn○、ZnS 、CclS 
    、Zn5e。 ZnTe、あるいはこれらの化合物のうちの一種で構成
    され、かつ、被覆層が石英ガラス、シリカガラス、硼珪
    酸ガラス、ソーダーガラス、のうちの少なくとも一種で
    構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の光導波路。 (72被覆層、光伝搬媒質および基板の光吸収係数を、
    それぞれα。、(If、およびα8とした場合、α。≧
    10af、10α8であることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の光導波路。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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