JPS5991403A - 外部拡散薄膜光導波路およびその作製方法 - Google Patents
外部拡散薄膜光導波路およびその作製方法Info
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- JPS5991403A JPS5991403A JP57202470A JP20247082A JPS5991403A JP S5991403 A JPS5991403 A JP S5991403A JP 57202470 A JP57202470 A JP 57202470A JP 20247082 A JP20247082 A JP 20247082A JP S5991403 A JPS5991403 A JP S5991403A
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- G02B6/12—Light 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
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- G02B6/134—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by substitution by dopant atoms
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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。
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、集積光学構造体等の外部拡散薄膜光導波路お
よびその作製方法に関するものである。
よびその作製方法に関するものである。
現在、光偏向器、光変調器を集積光学構造体で実現する
場合、光導波路基板として、圧電性。
場合、光導波路基板として、圧電性。
光音響効果、電気光学効果に優れ、且つ、光伝播損失が
少ないニオブ酸リチウム（以下Ｌｉ ＮｂＯ３と記す）
結晶及びタンタル酸リチウム（以下ＬｉＴａＯ３と記す
）結晶が広く用いられている。
少ないニオブ酸リチウム（以下Ｌｉ ＮｂＯ３と記す）
結晶及びタンタル酸リチウム（以下ＬｉＴａＯ３と記す
）結晶が広く用いられている。
前記結晶基板を用いて、薄膜光導波路を作製する代表的
な方法として、チタン（以下Ｔｉと記す）金属を前記結
晶基板の表面に、高温で熱拡散するととに上り、該結晶
基板の表面に基板の屈折率よりわずかに大きな屈折率を
有する光導波層を形成する方法がある。しかし、この方
法により作製された薄膜光導波路は、光学損傷を受は易
く、非常に小さいパワ、−の光しか該導波路に導入でき
ないという欠点がある。ここで光学損傷とは、［光導波
路に入力する光強度を増大１−でいったときに、該光導
波路内を伝播し外部に取り出される光の強度が、散乱に
よって前記入力光強度に比例して増大しなくなる現象」
を言う。
な方法として、チタン（以下Ｔｉと記す）金属を前記結
晶基板の表面に、高温で熱拡散するととに上り、該結晶
基板の表面に基板の屈折率よりわずかに大きな屈折率を
有する光導波層を形成する方法がある。しかし、この方
法により作製された薄膜光導波路は、光学損傷を受は易
く、非常に小さいパワ、−の光しか該導波路に導入でき
ないという欠点がある。ここで光学損傷とは、［光導波
路に入力する光強度を増大１−でいったときに、該光導
波路内を伝播し外部に取り出される光の強度が、散乱に
よって前記入力光強度に比例して増大しなくなる現象」
を言う。
前記光学損傷を改善する光導波路の作製方法としては、
ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３の結晶基板を高温で熱処理
し、該結晶基板中から酸化リチウム（以下Ｌ ｔ ２０
と記す）を外部拡散し、基板の表面近傍に基板よりわず
かに屈折率の大きなリチウム（以下Ｌｌと記す）空格子
層を形成させる方法がある。
ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３の結晶基板を高温で熱処理
し、該結晶基板中から酸化リチウム（以下Ｌ ｔ ２０
と記す）を外部拡散し、基板の表面近傍に基板よりわず
かに屈折率の大きなリチウム（以下Ｌｌと記す）空格子
層を形成させる方法がある。
上記Ｌｉ、Ｏ外部拡散法により、光学損傷のしきい値が
Ｔｉ金属の内部拡散法に比べて高くなることが文献ＣＲ
，Ｌ、 Ｈｏｌｍａｎ ＆ Ｐ、 Ｊ 、 Ｃｒｅｓｓ
ｍａｎ 。
Ｔｉ金属の内部拡散法に比べて高くなることが文献ＣＲ
，Ｌ、 Ｈｏｌｍａｎ ＆ Ｐ、 Ｊ 、 Ｃｒｅｓｓ
ｍａｎ 。
ＩＯＣ，９０，２８Ａｐｒｉｌ（１９８１））に示され
ている○ところで、光倒向器、光変調器を光音響効果や
電気光学効果を利用して実現しようとする場合、前記各
効果の効率を上げることが素子形成において重要になる
。光音響効果を利用する代表例としては、光導波路上に
ホトリソグラフィーで作製したくし形電極に高周波電界
を印加し、光導波路上に弾性表面波を励起させる方法が
ある。この場合、光導波路上に励起された弾性表面波と
光導波路中を伝播する導波光との相互作用は、導波光の
エネルギー分布が基板表面近傍に閉じ込められるほど増
大することが知られている。［Ｃ，Ｓ、Ｔｓａｉ 、
ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＮ ＣＩＲＣＵ
ＩＴＳ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ、 ＶＯＬ、 ＣＡＳ
−２６゜１２、１９７９ ］ 上記相互作用を最大限に利用するという観点からすると
、前述のＬｉ２Ｏ外部拡散法で形成される光導波層（Ｌ
ｉ空格子層）の厚さは、その屈折率変化が小さい為、１
０〜１００μｍ程度とかなり厚くする必要があり、導波
光のエネルギー分布が厚さ方向に広がって好ましくない
。従って、前述のＬｉ２Ｏ外部拡散法によって作製され
た薄膜光導波路を前記光偏向器等に利用する場合、効率
の高い装置の実現が困難であった。
ている○ところで、光倒向器、光変調器を光音響効果や
電気光学効果を利用して実現しようとする場合、前記各
効果の効率を上げることが素子形成において重要になる
。光音響効果を利用する代表例としては、光導波路上に
ホトリソグラフィーで作製したくし形電極に高周波電界
を印加し、光導波路上に弾性表面波を励起させる方法が
ある。この場合、光導波路上に励起された弾性表面波と
光導波路中を伝播する導波光との相互作用は、導波光の
エネルギー分布が基板表面近傍に閉じ込められるほど増
大することが知られている。［Ｃ，Ｓ、Ｔｓａｉ 、
ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＮ ＣＩＲＣＵ
ＩＴＳ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ、 ＶＯＬ、 ＣＡＳ
−２６゜１２、１９７９ ］ 上記相互作用を最大限に利用するという観点からすると
、前述のＬｉ２Ｏ外部拡散法で形成される光導波層（Ｌ
ｉ空格子層）の厚さは、その屈折率変化が小さい為、１
０〜１００μｍ程度とかなり厚くする必要があり、導波
光のエネルギー分布が厚さ方向に広がって好ましくない
。従って、前述のＬｉ２Ｏ外部拡散法によって作製され
た薄膜光導波路を前記光偏向器等に利用する場合、効率
の高い装置の実現が困難であった。
また、ＬＬＯ外部拡散法は、単なる熱処理によゆ行なわ
れるので、チャネル型導波路を形成できないという間誼
点も有していた。
れるので、チャネル型導波路を形成できないという間誼
点も有していた。
一方、光学損傷を改善する薄膜光導波路の他の作製方法
として、イオン交換法が知られている。この方法は、硝
酸タリウム（以下Ｔ／Ｎｏｓと記す）又は硝酸銀（以下
ＡｇＮＯ３ど記す）の溶融塩中でＬｉＮｂ０．又はＬｉ
ＴａＯ３の結晶基板を低温熱処理することにより、該結
晶基板の表面から深さ方向に対し、て１〜３μｍ程度の
範囲で、該結晶基板内のリチウムイオン（Ｌｉ＋）が、
溶融塩中のタリウム（Ｔ／’）又は銀（Ａｇ）のイオン
種と交換され、大きな屈折率差（△ｎ〜０．１２）をも
つ光導波層が形成されるものである。
として、イオン交換法が知られている。この方法は、硝
酸タリウム（以下Ｔ／Ｎｏｓと記す）又は硝酸銀（以下
ＡｇＮＯ３ど記す）の溶融塩中でＬｉＮｂ０．又はＬｉ
ＴａＯ３の結晶基板を低温熱処理することにより、該結
晶基板の表面から深さ方向に対し、て１〜３μｍ程度の
範囲で、該結晶基板内のリチウムイオン（Ｌｉ＋）が、
溶融塩中のタリウム（Ｔ／’）又は銀（Ａｇ）のイオン
種と交換され、大きな屈折率差（△ｎ〜０．１２）をも
つ光導波層が形成されるものである。
しかし、上記イオン交換法により作製された薄膜光導波
路の光学損傷のしきい値は、文献子 ＣＪ、Ｌ、ｆａｃｋｅｌ 、Ｉ）、Ｈ，０１ｓｏｎ
ａｎｄ Ａ、Ｍ、Ｇｌａｓｓ 。
路の光学損傷のしきい値は、文献子 ＣＪ、Ｌ、ｆａｃｋｅｌ 、Ｉ）、Ｈ，０１ｓｏｎ
ａｎｄ Ａ、Ｍ、Ｇｌａｓｓ 。
Ｊ 、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 ５２（７） Ｊｕｌ
ｙ １９８１ ：］に示されているように、１゛ｉ内部
拡散法よりも２倍程度向上するだけで、十分とは言えず
、壕だ、処理時間が数１０時間と長いという問題点をも
っていた。
ｙ １９８１ ：］に示されているように、１゛ｉ内部
拡散法よりも２倍程度向上するだけで、十分とは言えず
、壕だ、処理時間が数１０時間と長いという問題点をも
っていた。
本発明の目的は、前記従来例の問題点を解決し、光学損
傷のしきい値が十分高く、且つ、導波光と光音響効果や
電気光学効果との相互作用の大きな外部拡散薄膜光導波
路およびその作製方法を提供することにある。
傷のしきい値が十分高く、且つ、導波光と光音響効果や
電気光学効果との相互作用の大きな外部拡散薄膜光導波
路およびその作製方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、光学損傷の１．きい値が十分高く
、且つ、導波光と光音響効果や電気光学効果との相互作
用の大きなチャレネル型の外部拡散薄膜光導波路および
その作製方法を提供することにある。
、且つ、導波光と光音響効果や電気光学効果との相互作
用の大きなチャレネル型の外部拡散薄膜光導波路および
その作製方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、光学損傷のしきい値が十分高く、
作製の際の処理時間が短い外部拡散薄膜光導波路および
その作製方法を提供することにある。
作製の際の処理時間が短い外部拡散薄膜光導波路および
その作製方法を提供することにある。
本発明は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ０ｓ）結晶基板
又はタンタル酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）結晶基板の表
面に、該結晶基板内にイオン種を注入して成るイオン種
注入層が形成され、該イオン種注入層より結晶基板内側
にリチウム（Ｊ、、Ｄ’＝格子層が形成された外部拡散
薄膜先導波路およびニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）
結晶基板又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａ０３）結晶
基板を高温熱処理１７、該結晶基板表面にリチウム（Ｌ
ｉ ）空格子層を、形成する過程と、該リチウム（Ｌｉ
）空格子層の結晶基板表面側にイオン種を注入してイ
オン釉注入層を形成する過程とから成る外部拡散薄膜光
導波路の作製方法によって上記目的を達成するものであ
る。
又はタンタル酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）結晶基板の表
面に、該結晶基板内にイオン種を注入して成るイオン種
注入層が形成され、該イオン種注入層より結晶基板内側
にリチウム（Ｊ、、Ｄ’＝格子層が形成された外部拡散
薄膜先導波路およびニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）
結晶基板又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａ０３）結晶
基板を高温熱処理１７、該結晶基板表面にリチウム（Ｌ
ｉ ）空格子層を、形成する過程と、該リチウム（Ｌｉ
）空格子層の結晶基板表面側にイオン種を注入してイ
オン釉注入層を形成する過程とから成る外部拡散薄膜光
導波路の作製方法によって上記目的を達成するものであ
る。
以下、本発明を図面を用いて説明する。
第１図は、本発明の外部拡散薄膜光導波路の構造を示す
概略図である。図中、１は結晶基板、カットＬｉＴａＯ
５のいずれかの結晶を用いることが可能である。Ｌｉ空
格子層は、該結晶基板を高温熱処理して、Ｌｉ２Ｏを外
部拡散するととだよって形成される。イオン種注入／＃
３は、前記Ｌｉ空格子層２に、イオン交換法等を用いて
、イオン種を注入することによって形成することが可能
である。本発明の外部拡散薄膜光導波路において、Ｌｉ
空格子層２の結晶基板Ｊに対する屈折率変化量は、０．
０１程度、イオン種注入層３の屈折率変化量は０．１〜
０．２程度であり、導波光は、イオン種注入層３中を伝
播する。また、該イオン種注入Ｊｉ８１３の下部のＬｉ
空格子層２は、光照射によって生ずる光電子を、Ｌｉ空
格子によって捕獲し、該光電子による光導波路の破損を
防ぎ、光学（０傷のしきい値を向上させる効果を有する
。
概略図である。図中、１は結晶基板、カットＬｉＴａＯ
５のいずれかの結晶を用いることが可能である。Ｌｉ空
格子層は、該結晶基板を高温熱処理して、Ｌｉ２Ｏを外
部拡散するととだよって形成される。イオン種注入／＃
３は、前記Ｌｉ空格子層２に、イオン交換法等を用いて
、イオン種を注入することによって形成することが可能
である。本発明の外部拡散薄膜光導波路において、Ｌｉ
空格子層２の結晶基板Ｊに対する屈折率変化量は、０．
０１程度、イオン種注入層３の屈折率変化量は０．１〜
０．２程度であり、導波光は、イオン種注入層３中を伝
播する。また、該イオン種注入Ｊｉ８１３の下部のＬｉ
空格子層２は、光照射によって生ずる光電子を、Ｌｉ空
格子によって捕獲し、該光電子による光導波路の破損を
防ぎ、光学（０傷のしきい値を向上させる効果を有する
。
この効果を十分に生かす為には、前記Ｌｉ空格子層２ｔ
よ、導波光の結晶基板内へのしみ出し深さを考慮して、
１０〜１００μｍの厚さを有することが望ましい。
よ、導波光の結晶基板内へのしみ出し深さを考慮して、
１０〜１００μｍの厚さを有することが望ましい。
次に、本発明において、Ｌ ｔ ＮｂＯ３結晶基板にイ
オン交換法を用いてイオン種を注入する場合のメカニズ
ムを説明する。Ｌ ｉ Ｎｂ０３結晶は第２図（ａ）に
示す如き三方晶で、Ｃ軸８上に、リチウム（Ｌｉ）５．
空孔６．ニオブ（Ｎｂ）７が順に配列している。とこで
４は酸素（０）である。
オン交換法を用いてイオン種を注入する場合のメカニズ
ムを説明する。Ｌ ｉ Ｎｂ０３結晶は第２図（ａ）に
示す如き三方晶で、Ｃ軸８上に、リチウム（Ｌｉ）５．
空孔６．ニオブ（Ｎｂ）７が順に配列している。とこで
４は酸素（０）である。
第２図Ｃａ）に示すＴＪｉＮｂＯ３結晶を約１０００”
Ｏの高温で熱処理すると、第２図（ｂ）に示す如＜Ｌｉ
イオンが外部に放出され、Ｌｉ空格子９が形成される。
Ｏの高温で熱処理すると、第２図（ｂ）に示す如＜Ｌｉ
イオンが外部に放出され、Ｌｉ空格子９が形成される。
上記状態において、たとえばイオン交換法により、Ａｇ
、Ｔ１．に等のイオン種を注入すると＠２図（ｃ）に示
す如く、前記Ｌｉ空格子の位置に上記イオン種１０がは
いる。通常のイオン交換の機構は、Ｌｉイオンと注入イ
オンの交換を同時に行なう為、処理時間が長くなる。こ
れ如対し、本発明の場合は、Ｌｉサイトがイオン交換処
理前に、熱処理で外部拡散されて空いている為、イオン
種が注入されやすく、通常のイオン交換法よりも処理時
間が短縮でき、寸た、更に大きな屈折率差を有する光導
波路が実現できる。
、Ｔ１．に等のイオン種を注入すると＠２図（ｃ）に示
す如く、前記Ｌｉ空格子の位置に上記イオン種１０がは
いる。通常のイオン交換の機構は、Ｌｉイオンと注入イ
オンの交換を同時に行なう為、処理時間が長くなる。こ
れ如対し、本発明の場合は、Ｌｉサイトがイオン交換処
理前に、熱処理で外部拡散されて空いている為、イオン
種が注入されやすく、通常のイオン交換法よりも処理時
間が短縮でき、寸た、更に大きな屈折率差を有する光導
波路が実現できる。
また、本発明のイオン種注入層から成る光導波層は、前
述のように屈折率差が大きいので、該光導波層の厚さを
薄くすることが可能である。
述のように屈折率差が大きいので、該光導波層の厚さを
薄くすることが可能である。
第３図において、】１は周波数Ｉ Ｇ）Ｉ７．の弾性表
面波の結晶基板の深さ方向の振幅分布、１２は本発明の
外部拡散薄膜光導波路における導波光のエネルギー分布
、１３は従来のＩｌｌ ｉ内部拡散によって作製されだ
光導波路における導波光のエネルギー分布を示す。第３
図に示す如く、弾性表面波の強度は、基板表面から深さ
方向に約０．５μｍはいった所にピークをもつ。これに
対して、本発明の光導波路のエネルギー分布１２のピー
クも表面から深さ方向に約０．７μｍはいった所に存在
し、弾性表面波のエネルギー分布１１と重なる割合が従
来のものよシも飛躍的に大きくなり、導波光と弾性表面
波との相互作用が増大する。本発明において、前記の様
な大きな相互作用を得る為には、光導波層即ちイオン種
注入層は、なるべく薄く、１〜２μｍ程度が望ましい。
面波の結晶基板の深さ方向の振幅分布、１２は本発明の
外部拡散薄膜光導波路における導波光のエネルギー分布
、１３は従来のＩｌｌ ｉ内部拡散によって作製されだ
光導波路における導波光のエネルギー分布を示す。第３
図に示す如く、弾性表面波の強度は、基板表面から深さ
方向に約０．５μｍはいった所にピークをもつ。これに
対して、本発明の光導波路のエネルギー分布１２のピー
クも表面から深さ方向に約０．７μｍはいった所に存在
し、弾性表面波のエネルギー分布１１と重なる割合が従
来のものよシも飛躍的に大きくなり、導波光と弾性表面
波との相互作用が増大する。本発明において、前記の様
な大きな相互作用を得る為には、光導波層即ちイオン種
注入層は、なるべく薄く、１〜２μｍ程度が望ましい。
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
〔実施例１〕
ＸカットのＬｉ Ｎｂ Ｏ，、結晶基板（Ｘ方向に２關
厚。
厚。
Ｚ方向およびＺ方向に夫々１インチ）の−面（例えばＸ
１面）を、ニュートンリング数本以内の平面度に研摩し
た後、夫々、メタノール、アセトン、純水（（よる通常
の超音波洗浄を行ない、窒素ガスを吹きつけて乾燥させ
た。次に該ＬｉＮｂＯ５基板からし１２０を外部拡散す
るために前記洗浄。
１面）を、ニュートンリング数本以内の平面度に研摩し
た後、夫々、メタノール、アセトン、純水（（よる通常
の超音波洗浄を行ない、窒素ガスを吹きつけて乾燥させ
た。次に該ＬｉＮｂＯ５基板からし１２０を外部拡散す
るために前記洗浄。
乾燥した基板を溶融石英製のホルダーに立て、１０００
’（ｊの熱拡散炉にセットした。雰囲気ガスとして乾燥
したＯ、ガスを２ ｌ／ｍｉｎの流量で拡散炉に導入し
た。室温から１０００°Ｃまで１６°Ｏ／ｍｉｎの速度
で炉内温度を−にげ、１時間後炉内の温度が一定になっ
た後８時間１ （ｌ ｆＪ Ｏ”Ｏに保持し、その後基
板を引続いて６００°Ｃに保持した第２の熱拡散炉に移
動した。更に、該第２の拡（ｉｆ炉への通電を中上し６
（）０°Ｃから室温まで放冷しだ。
’（ｊの熱拡散炉にセットした。雰囲気ガスとして乾燥
したＯ、ガスを２ ｌ／ｍｉｎの流量で拡散炉に導入し
た。室温から１０００°Ｃまで１６°Ｏ／ｍｉｎの速度
で炉内温度を−にげ、１時間後炉内の温度が一定になっ
た後８時間１ （ｌ ｆＪ Ｏ”Ｏに保持し、その後基
板を引続いて６００°Ｃに保持した第２の熱拡散炉に移
動した。更に、該第２の拡（ｉｆ炉への通電を中上し６
（）０°Ｃから室温まで放冷しだ。
基板を１０１） ０ ’Ｏから６００°０へ急冷する理
由は序冷によって基板内にＬｉＮｂＯ３基板が形成され
るのを防ぎ、光伝播損失の少ない光導波路を形成する為
であるが１．５〜ｉ ｄＢ／ｍ程度の光伝播損失が許容
され得るならば、単一の熱拡散炉を用い、１０００°Ｃ
から放冷し形成してもよい。
由は序冷によって基板内にＬｉＮｂＯ３基板が形成され
るのを防ぎ、光伝播損失の少ない光導波路を形成する為
であるが１．５〜ｉ ｄＢ／ｍ程度の光伝播損失が許容
され得るならば、単一の熱拡散炉を用い、１０００°Ｃ
から放冷し形成してもよい。
冷却した後に得られたＬｉ、０外部拡散光導波路の特性
を測定するため、ルチルプリズムから波長６３２８ 人
のＨｅ−Ｎｅ光を導入し光伝播損失を測定したところ０
．３ ｄＢ／釧の良質な光導波路が作製されていること
が判った。これは２００人の厚さにＴｉを内部拡散させ
て作製した光導波路とほぼ同じ光伝播損失であった。プ
リズムへの入射角を変え伝播モードを測定したところＴ
Ｅモ大 一ドで４つのモードが観測できた。また入力だ一ム径を
２門とし入力光と出力光の比を入力光強度を変化させて
光学損傷の様子を測定したところ、Ｔｉ内部拡散による
光導波路が１ｍＷの入力光で１秒以内に光学損傷が生じ
るのに較べ、Ｌｉ２Ｏ外部拡散によるものは、２０ｍＷ
の入力光に対しても数時間に亘り安定した出力値を得た
。
を測定するため、ルチルプリズムから波長６３２８ 人
のＨｅ−Ｎｅ光を導入し光伝播損失を測定したところ０
．３ ｄＢ／釧の良質な光導波路が作製されていること
が判った。これは２００人の厚さにＴｉを内部拡散させ
て作製した光導波路とほぼ同じ光伝播損失であった。プ
リズムへの入射角を変え伝播モードを測定したところＴ
Ｅモ大 一ドで４つのモードが観測できた。また入力だ一ム径を
２門とし入力光と出力光の比を入力光強度を変化させて
光学損傷の様子を測定したところ、Ｔｉ内部拡散による
光導波路が１ｍＷの入力光で１秒以内に光学損傷が生じ
るのに較べ、Ｌｉ２Ｏ外部拡散によるものは、２０ｍＷ
の入力光に対しても数時間に亘り安定した出力値を得た
。
このことからＬｉ、０外部拡散により、Ｔｉ内部拡散に
より作製した光導波路に比べ、光伝播損失は同等、又光
学損傷に関しては２０倍程度の損傷しきい値をもつ光導
波路が作製できることがわかった。モードインデックス
からＬｉ２Ｏ外部拡散深さを求めたところ、約１０μｍ
となり、基板との屈折率差△ｎが０．０１で厚いＬｉ空
格子層が形成されていた。
より作製した光導波路に比べ、光伝播損失は同等、又光
学損傷に関しては２０倍程度の損傷しきい値をもつ光導
波路が作製できることがわかった。モードインデックス
からＬｉ２Ｏ外部拡散深さを求めたところ、約１０μｍ
となり、基板との屈折率差△ｎが０．０１で厚いＬｉ空
格子層が形成されていた。
光学特性を測定した後、再び前述した基板の洗浄を繰り
返し行い基板表面を清浄にしてから、イオン交換処理を
実施した。イオン交換処理は１００ＣＣの石英製ビーカ
ー中に特級ＡｇＮ０．結晶片を３０ｙ入れその上に前記
洗浄乾燥したＬｉ２Ｏ外部拡散後の基板をＬｉ空格子層
の形成された面を上にして置き、ビーカーごと熱炉に入
れ３３０°０の温度で６時間保持した。イオン交換中は
溶融塩を攪拌することが望ましい。又、この際ＡｇＮＯ
ｓ溶液から発生するＮｏ ２ガスを炉外へ排出できるよ
う留意した。このようなイオン交換処理の後炉への通電
を切り炉内の温度が室温に戻る寸で放置した。その後熱
炉から固化した基板とＡｇＮＯｓをビーカーに入れたま
ま取抄出し約６０〜７０°Ｃに温めた純水をビーカー内
に注ぎ基板とＡｇＮＯ３が分離するまで放置した。１時
間後分離した基板のみを取り出し、更に温水で数時間基
板表面からＡｇＮＯ３の微小結晶が完全に取れるまで洗
浄した。又、前記微小結晶が取れ難い場合、光導波路表
面をコロイダルシリカ等の研摩剤を使用して軽く研摩し
た。
返し行い基板表面を清浄にしてから、イオン交換処理を
実施した。イオン交換処理は１００ＣＣの石英製ビーカ
ー中に特級ＡｇＮ０．結晶片を３０ｙ入れその上に前記
洗浄乾燥したＬｉ２Ｏ外部拡散後の基板をＬｉ空格子層
の形成された面を上にして置き、ビーカーごと熱炉に入
れ３３０°０の温度で６時間保持した。イオン交換中は
溶融塩を攪拌することが望ましい。又、この際ＡｇＮＯ
ｓ溶液から発生するＮｏ ２ガスを炉外へ排出できるよ
う留意した。このようなイオン交換処理の後炉への通電
を切り炉内の温度が室温に戻る寸で放置した。その後熱
炉から固化した基板とＡｇＮＯｓをビーカーに入れたま
ま取抄出し約６０〜７０°Ｃに温めた純水をビーカー内
に注ぎ基板とＡｇＮＯ３が分離するまで放置した。１時
間後分離した基板のみを取り出し、更に温水で数時間基
板表面からＡｇＮＯ３の微小結晶が完全に取れるまで洗
浄した。又、前記微小結晶が取れ難い場合、光導波路表
面をコロイダルシリカ等の研摩剤を使用して軽く研摩し
た。
彼様にして作成した本発明のプラナ−型外部拡散薄膜光
導波路の特性を調べるため、ルチルプリズムで波長６３
２８人のＨｅ−Ｎｅ光を再び導波路面内のＺ方向へ導入
し光伝播損失の測定を行い、０．６ ｄＢ／ｃ１ｎの値
を得た。光学損傷【７きい値はＨｅ−Ｎｅ光で２４ ｒ
ｒ、’Ｗ／αの値を得た、比較の為に、ＸカットＬｉＮ
ｂＯ３基板にＬｉ、Ｏを外部拡散させずに同一の条件で
イオン交換のみを行った場合の光伝播損失は１ ｄＢ／
ｃｒｎ、光学損傷しきい値は４１ｎＷ／ｒｒｎであった
。
導波路の特性を調べるため、ルチルプリズムで波長６３
２８人のＨｅ−Ｎｅ光を再び導波路面内のＺ方向へ導入
し光伝播損失の測定を行い、０．６ ｄＢ／ｃ１ｎの値
を得た。光学損傷【７きい値はＨｅ−Ｎｅ光で２４ ｒ
ｒ、’Ｗ／αの値を得た、比較の為に、ＸカットＬｉＮ
ｂＯ３基板にＬｉ、Ｏを外部拡散させずに同一の条件で
イオン交換のみを行った場合の光伝播損失は１ ｄＢ／
ｃｒｎ、光学損傷しきい値は４１ｎＷ／ｒｒｎであった
。
本実施例で作製した外部拡散薄膜光導波路の伝播モード
は、同一条件のイオン交換法のみで作製した光導波路の
伝播モードＴＥｏとほぼ同じ伝播モードであった。
は、同一条件のイオン交換法のみで作製した光導波路の
伝播モードＴＥｏとほぼ同じ伝播モードであった。
次に測定後の本実施例の光導波路を再度洗浄。
乾燥した後に、ポジ型ホトレジストをスピナーで厚さ１
〜１．５μｍにスピナーコートシ、くし型電極のネガマ
スクで密着露光し、くし形電極部のみが残らないよう如
現像した。水洗後乾燥し、真空蒸着装置に装荷して、Ｉ
Ｘ １０−６Ｔｏｒｒまで排気を行い、ＥＢ蒸着によ
ってＡｌ （膜厚１５００人）を蒸着した。蒸着後アセ
トンに数分浸すことによって、ホトレジスト上のＡｌ膜
がリフトオフで除去され、くし形電極部分のみが光導波
路上に形成された。この際のくし形電極は、弾性表面波
の中心波長が６００１１１１７．になるように設計した
ので、該くし形電極の電極幅と電極間隔は、双方共１．
４５μｍであった。この様に本発明の光導波路上にくし
形電極を設け、光導波型光偏向器を作製した。
〜１．５μｍにスピナーコートシ、くし型電極のネガマ
スクで密着露光し、くし形電極部のみが残らないよう如
現像した。水洗後乾燥し、真空蒸着装置に装荷して、Ｉ
Ｘ １０−６Ｔｏｒｒまで排気を行い、ＥＢ蒸着によ
ってＡｌ （膜厚１５００人）を蒸着した。蒸着後アセ
トンに数分浸すことによって、ホトレジスト上のＡｌ膜
がリフトオフで除去され、くし形電極部分のみが光導波
路上に形成された。この際のくし形電極は、弾性表面波
の中心波長が６００１１１１７．になるように設計した
ので、該くし形電極の電極幅と電極間隔は、双方共１．
４５μｍであった。この様に本発明の光導波路上にくし
形電極を設け、光導波型光偏向器を作製した。
一方、２００人の厚さにＴｉを熱拡散することにより作
製した光導波路に対して、前記と同様のリフトオフ法に
よりくし形電極を形成して光導波型光偏向器を作製し、
本発明の光導波路を用いて作製した光導波型光偏向器と
次の条件の下で性能の比較を行なった。両者とも、入射
光は波長６３２８人のＨｅ−Ｎｅレーザーを用い、くし
形電極に０，６ＷのＲＦ電力を印加した。ＲＦの周波数
が６００ ＭＩＩＺの場合、回折効率は、Ｔｉ熱拡散光
導波路上に作製した光導波型光偏向器に較べて、本実施
例の光導波路上に作製したものが約３倍であり、高い回
折効率が得られた。又、充 Ｈ，ｅ −Ｎｅレーザー光の強度は、１ｍＷ以下で測定
１行なったが、５ ｍＷ、 １０ ｍＷ、 １５ ｍＷ
とレーザー光強度を′増加すると、Ｔｉ熱拡散光導波路
の場合、入力強度が５ ｍＷで既に光学損傷が生じ、出
力光が壊滅的に減少したが、本実施例の場合、入力強度
が１５ｍＷを超えた場合でも、出力光強度は入力光強度
に比例して増加し、光学損傷が全く生じていないことが
判明した。
製した光導波路に対して、前記と同様のリフトオフ法に
よりくし形電極を形成して光導波型光偏向器を作製し、
本発明の光導波路を用いて作製した光導波型光偏向器と
次の条件の下で性能の比較を行なった。両者とも、入射
光は波長６３２８人のＨｅ−Ｎｅレーザーを用い、くし
形電極に０，６ＷのＲＦ電力を印加した。ＲＦの周波数
が６００ ＭＩＩＺの場合、回折効率は、Ｔｉ熱拡散光
導波路上に作製した光導波型光偏向器に較べて、本実施
例の光導波路上に作製したものが約３倍であり、高い回
折効率が得られた。又、充 Ｈ，ｅ −Ｎｅレーザー光の強度は、１ｍＷ以下で測定
１行なったが、５ ｍＷ、 １０ ｍＷ、 １５ ｍＷ
とレーザー光強度を′増加すると、Ｔｉ熱拡散光導波路
の場合、入力強度が５ ｍＷで既に光学損傷が生じ、出
力光が壊滅的に減少したが、本実施例の場合、入力強度
が１５ｍＷを超えた場合でも、出力光強度は入力光強度
に比例して増加し、光学損傷が全く生じていないことが
判明した。
〔実施例２〕
次に本発明の第２実施例について説明する。
第１実施例の場合、イオン交換処理を３３０ ’ＯＡｇ
ＮＯ，溶融塩中で行なったが、第２実施例では、イオン
種をＫ（カリウム）とするため、イオン交換処理をＫＮ
Ｏ，溶融塩中で行なった。第１実施例と同じ条件で作製
したＬｉ、Ｏ外部拡散後のＸカットＬｉＮｂＯ５基板を
３６０ ’Ｑ ＫＮＯｓ溶融塩中で数１０分から数時間
処理することによって本発明の光導波路を作製した。光
伝播損失は０．４ ｄＢＡｙｎと低損失な光導波路が作
製できた。第１実施例と同様の工程で光導波路上にくし
形電極を作製し、周波数６００１１１１ｚ、 ０．６Ｗ
のＲＦ電力をくし形電極に印加し、回折効率の測定を行
なったが、第１実施例とほぼ同じ結果が得られた。又、
光学損傷に関しても第１実施例と同様の結果が得られた
。ＫＮＯ，は、ＡｇＮＯｓよりも融点が畠＜、３６０°
Ｃ〜４００°Ｃ程度の加熱状態でも他の化合物へ分解す
る割合が少ないため、ＡｇＮ０．溶融塩を用いる場合よ
りも、光伝播損失が小さく、且つ、屈折率差が大きい導
波路が作製可能であるという特長があめ。
ＮＯ，溶融塩中で行なったが、第２実施例では、イオン
種をＫ（カリウム）とするため、イオン交換処理をＫＮ
Ｏ，溶融塩中で行なった。第１実施例と同じ条件で作製
したＬｉ、Ｏ外部拡散後のＸカットＬｉＮｂＯ５基板を
３６０ ’Ｑ ＫＮＯｓ溶融塩中で数１０分から数時間
処理することによって本発明の光導波路を作製した。光
伝播損失は０．４ ｄＢＡｙｎと低損失な光導波路が作
製できた。第１実施例と同様の工程で光導波路上にくし
形電極を作製し、周波数６００１１１１ｚ、 ０．６Ｗ
のＲＦ電力をくし形電極に印加し、回折効率の測定を行
なったが、第１実施例とほぼ同じ結果が得られた。又、
光学損傷に関しても第１実施例と同様の結果が得られた
。ＫＮＯ，は、ＡｇＮＯｓよりも融点が畠＜、３６０°
Ｃ〜４００°Ｃ程度の加熱状態でも他の化合物へ分解す
る割合が少ないため、ＡｇＮ０．溶融塩を用いる場合よ
りも、光伝播損失が小さく、且つ、屈折率差が大きい導
波路が作製可能であるという特長があめ。
〔実施例３〕
次に本発明の第３実施例であるチャンネル型の外部拡散
薄膜光導波路の場合を説明する。最初に第１実施例と同
じ条件でＬｉ２Ｏ外部拡散処理を行ない、次に上記Ｌｉ
２Ｏ外部拡散Ｘカッ） ＬｉＮｂ０．。
薄膜光導波路の場合を説明する。最初に第１実施例と同
じ条件でＬｉ２Ｏ外部拡散処理を行ない、次に上記Ｌｉ
２Ｏ外部拡散Ｘカッ） ＬｉＮｂ０．。
基板を再度洗浄、乾燥した後、ネガ型ホトレジストをス
ピナーで厚さ１〜１．５μｍにスピナーコート（−、チ
ャンネル型光導波路のネガマスクで密着露光し、チャン
ネル部分のみが残するように現像した。水洗後乾燥し、
真空蒸着装置に装荷してＩ Ｘ １０’Ｔｏｒｒまで排
気を行ない、ＥＢ蒸着により、金属膜の／Ｖ （膜厚１
５００人）を蒸着した。ただし、金属膜としては、Ａｌ
に限定されるものではなく、引き続き行なうイオン交換
処理において、イオン種が基板に侵入することを妨げる
金属膜（たとえばＴｉ、Ａｕ ）であっても良い。
ピナーで厚さ１〜１．５μｍにスピナーコート（−、チ
ャンネル型光導波路のネガマスクで密着露光し、チャン
ネル部分のみが残するように現像した。水洗後乾燥し、
真空蒸着装置に装荷してＩ Ｘ １０’Ｔｏｒｒまで排
気を行ない、ＥＢ蒸着により、金属膜の／Ｖ （膜厚１
５００人）を蒸着した。ただし、金属膜としては、Ａｌ
に限定されるものではなく、引き続き行なうイオン交換
処理において、イオン種が基板に侵入することを妨げる
金属膜（たとえばＴｉ、Ａｕ ）であっても良い。
蒸着後アセトンに数分浸すことによって、ホトレジスト
上にのったＡ／膜がリフトオフで除去さｆｔ、チャンネ
ル部分以外の部分のみＡｌ膜が形成された。この際のチ
ャンネル幅は５μｍとした。
上にのったＡ／膜がリフトオフで除去さｆｔ、チャンネ
ル部分以外の部分のみＡｌ膜が形成された。この際のチ
ャンネル幅は５μｍとした。
次に、上記チャンネル部に、イオン種が注入された層を
形成するために、第１実施例と同様のイオン交換処理を
行なった。上記イオン交換処理後、エツチング液で金属
膜をおとし、再洗浄して、本発明の構造を有するチャン
ネル型光導波路が作製できた。ここで金属膜がＡＩの場
合、エツチング液としては、リン酸を用いれば良い。
形成するために、第１実施例と同様のイオン交換処理を
行なった。上記イオン交換処理後、エツチング液で金属
膜をおとし、再洗浄して、本発明の構造を有するチャン
ネル型光導波路が作製できた。ここで金属膜がＡＩの場
合、エツチング液としては、リン酸を用いれば良い。
第１実施例と同様に、光伝播損失、光学損傷の測定を行
々つだが、はぼ同じ結果が得られた。
々つだが、はぼ同じ結果が得られた。
〔実施例４〕
次に本発明の第４実施例について説明する。
以上に述べた実施例１は、イオン交換処理というウェッ
トな処理工程が含まれているが、本第４実施例は、すべ
てドライな処理工程で本発明の光導波路を作製するもの
である。まず最初に、第１実施例と同じ条件でＬｉＮｂ
０．、結晶基板に対して、Ｌｉ２Ｏ外部拡散処理を行な
う。それに引き続、いて、上記基板を真空蒸着装置に装
荷し、１×１０’Ｔｏｒｒまで排気を行ない、ＥＢ蒸着
により、金属膜、たとえばＡｇ （膜厚２０００ 人）
を蒸着した。再び電気炉にいれ、５５０°Ｃで１時間の
熱処理を行なった。５５０°０１で立ち一ヒがる時間は
０．５時間であり、熱処理後は、通電を停止し、５５０
°Ｃから室温まで放熱を行なった。上記の熱処理により
、金属膜中のイオン種が基板内に拡散し本発明の先導波
路が作製できた。作製後、ＷＪ１実施例と同様に元伝播
損失、光学損傷の測定を行なったが、第１実施例とほぼ
同じ結果が得られた。本実施例において、内部拡散させ
る金属は、Ａｇに限らず他の金属（例えばＴｉ等）を用
いてもかまわない。
トな処理工程が含まれているが、本第４実施例は、すべ
てドライな処理工程で本発明の光導波路を作製するもの
である。まず最初に、第１実施例と同じ条件でＬｉＮｂ
０．、結晶基板に対して、Ｌｉ２Ｏ外部拡散処理を行な
う。それに引き続、いて、上記基板を真空蒸着装置に装
荷し、１×１０’Ｔｏｒｒまで排気を行ない、ＥＢ蒸着
により、金属膜、たとえばＡｇ （膜厚２０００ 人）
を蒸着した。再び電気炉にいれ、５５０°Ｃで１時間の
熱処理を行なった。５５０°０１で立ち一ヒがる時間は
０．５時間であり、熱処理後は、通電を停止し、５５０
°Ｃから室温まで放熱を行なった。上記の熱処理により
、金属膜中のイオン種が基板内に拡散し本発明の先導波
路が作製できた。作製後、ＷＪ１実施例と同様に元伝播
損失、光学損傷の測定を行なったが、第１実施例とほぼ
同じ結果が得られた。本実施例において、内部拡散させ
る金属は、Ａｇに限らず他の金属（例えばＴｉ等）を用
いてもかまわない。
前述の実施例においては、結晶基板にＬｉ ＮｂＯ３を
用いた例を示したが、Ｌｉ Ｔａ（Ｊ、結晶基板を用い
ても、全く同様に本発明を実施することが可能である。
用いた例を示したが、Ｌｉ Ｔａ（Ｊ、結晶基板を用い
ても、全く同様に本発明を実施することが可能である。
以上説明したように、本発明は、従来の薄膜光導波路お
よびその作製方法において、１）光学損傷のしきい値を
高める ２）光偏向器等に利用中る場合、導波光と光音響効果や
電気光学効果との相互作用を犬きくする ３）作製に要する処理時間を短縮する 等の効果を有するものである。
よびその作製方法において、１）光学損傷のしきい値を
高める ２）光偏向器等に利用中る場合、導波光と光音響効果や
電気光学効果との相互作用を犬きくする ３）作製に要する処理時間を短縮する 等の効果を有するものである。
第１図は本発明の外部拡散薄膜光導波路の構造を示す概
略図、第２図（ａ） 、 （ｂ） 、 （ｃ）は夫々、
本発明の作製過程におけるイオン種注入の様子を説明す
る概略図、第３図は本発明における基板の深さ方向の導
波光のエネルギー分布および弾性表向波の振幅分布を示
す図である。 １・・・結晶基板、２・・・Ｌｉ空格子層、３・・・イ
オン種注入層、４・・・酸素、５・・・リチウム、６・
・・空孔、７・・・ニオブ、８・・・Ｃ軸、９・・・Ｌ
ｉ空格子、１０・・・イオン種。 出願人 キャノン株式会社 １６−
略図、第２図（ａ） 、 （ｂ） 、 （ｃ）は夫々、
本発明の作製過程におけるイオン種注入の様子を説明す
る概略図、第３図は本発明における基板の深さ方向の導
波光のエネルギー分布および弾性表向波の振幅分布を示
す図である。 １・・・結晶基板、２・・・Ｌｉ空格子層、３・・・イ
オン種注入層、４・・・酸素、５・・・リチウム、６・
・・空孔、７・・・ニオブ、８・・・Ｃ軸、９・・・Ｌ
ｉ空格子、１０・・・イオン種。 出願人 キャノン株式会社 １６−
Claims (5)
- （１） ニオブ１賀リチウム（ＬｉＮｂ０．）結晶基
板又はタンタルｉｆｆ ＩＪチウム（ＬｉＴａ０３）結
晶基板の表面に、該結晶基板内にイオン種を注入して成
るイオン種注入層が形成され、該イオン種注入層より結
晶基板内イ１１１にリチウム（Ｌｉ）空格子層が形成さ
れた外部拡散薄膜光導波路。 - （２） 前記リチウノ−（Ｌｉ）空格子層が１０〜１
００μｍの厚さを有する特許請求の範囲第１項記載の外
部拡散薄膜光導波路。 - （３） 前記イオン（１１注大層が１〜２μ■１の厚
さを有する特許請求の範囲第１項記載の外部拡散薄膜光
導波路。 - （４）前記結晶基板のカット面がＸ面又は２面である特
許請求の範囲第１項記載の外部拡散薄膜光導波路。 - （５） ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯｓ）結晶基板
又はタンタル酸リチウム（ＬｉＴａ０．）結晶基板を高
温熱処理し、該結晶基板表面にリチウム（Ｌｉ）空格子
層を形成する過程と、該リチウム（Ｌｉ ）空格子層の
結晶基板表面側にイオン種を注入してイオン種注入層を
形成する過程とから成る外部拡散薄膜光導波路の作製方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57202470A JPH0711609B2 (ja) | 1982-11-17 | 1982-11-17 | 外部拡散薄膜光導波路およびその作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57202470A JPH0711609B2 (ja) | 1982-11-17 | 1982-11-17 | 外部拡散薄膜光導波路およびその作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5991403A true JPS5991403A (ja) | 1984-05-26 |
| JPH0711609B2 JPH0711609B2 (ja) | 1995-02-08 |
Family
ID=16458050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57202470A Expired - Lifetime JPH0711609B2 (ja) | 1982-11-17 | 1982-11-17 | 外部拡散薄膜光導波路およびその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0711609B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63239403A (ja) * | 1987-01-16 | 1988-10-05 | アメリカン テレフォン アンド テレグラフ カムパニー | 光学基板内における導波路均一性の向上方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5427453A (en) * | 1977-08-02 | 1979-03-01 | Nec Corp | Integrated light circuit |
-
1982
- 1982-11-17 JP JP57202470A patent/JPH0711609B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5427453A (en) * | 1977-08-02 | 1979-03-01 | Nec Corp | Integrated light circuit |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63239403A (ja) * | 1987-01-16 | 1988-10-05 | アメリカン テレフォン アンド テレグラフ カムパニー | 光学基板内における導波路均一性の向上方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0711609B2 (ja) | 1995-02-08 |
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