(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンダークラッド層と、該アンダークラッド層上に形成され、該アンダークラッド層よりも屈折率の高い導波層と、該導波層を覆い、該導波層よりも屈折率の低いオーバクラッド層とからなる光導波路であって、
基板を前記アンダークラッド層とし、
前記導波層は、光機能材料である立方晶ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（０＜ｘ＜１）からなることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記基板が、ＫＴａｙＮｂ１−ｙＯ３（０≦ｙ≦１、ｙ≠ｘ）基板、ＭｇＯ基板、ＭｇＡｌ２Ｏ４基板、およびＮｄＧａＯ３基板のいずれか１つであることを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
前記アンダークラッド層が、前記基板と該基板上に堆積されたＳｉＯ２、ＫＴａｚＮｂ１−ｚＯ３（０≦ｚ≦１、ｚ≠ｘ）、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、およびＮｄＧａＯ３のいずれか１つからなることを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
【請求項４】
前記オーバクラッド層は、ＫＴａｕＮｂ１−ｕＯ３（０≦ｕ≦１、ｕ≠ｘ）、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＮｄＧａＯ３、およびポリマーのいずれか１つからなることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の光導波路。
【請求項５】
アンダークラッド層と、該アンダークラッド層上に形成され、該アンダークラッド層よりも屈折率の高い導波層と、該導波層を覆い、該導波層よりも屈折率の低いオーバクラッド層とからなる光導波路であって、
基板を前記アンダークラッド層とし、
前記導波層は、光機能材料である立方晶Ｋ１−ｖＬｉｖＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（０＜ｘ＜１、０＜ｖ≦０．５）からなることを特徴とする光導波路。
【請求項６】
前記基板が、ＫＴａｙＮｂ１−ｙＯ３（０≦ｙ≦１）基板、ＭｇＯ基板、ＭｇＡｌ２Ｏ４基板、およびＮｄＧａＯ３基板のいずれか１つであることを特徴とする請求項５に記載の光導波路。
【請求項７】
前記アンダークラッド層が、前記基板と該基板上に堆積されたＳｉＯ２、ＫＴａｚＮｂ１−ｚＯ３（０≦ｚ≦１）、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、およびＮｄＧａＯ３のいずれか１つからなることを特徴とする請求項５に記載の光導波路。
【請求項８】
前記オーバクラッド層は、ＫＴａｕＮｂ１−ｕＯ３（０≦ｕ≦１）、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＮｄＧａＯ３、およびポリマーのいずれか１つからなることを特徴とする請求項５，６又は７に記載の光導波路。
【請求項９】
アンダークラッド層と、該アンダークラッド層上に形成され、該アンダークラッド層よりも屈折率の高い導波層と、該導波層を覆い、該導波層よりも屈折率の低いオーバクラッド層とからなる光導波路の製造方法であって、
基板を前記アンダークラッド層とし、
前記基板上に結晶成長の核発生位置となる構造を形成する工程と、
当該構造を中心として、光機能材料であるＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（０＜ｘ＜１）の薄膜を直方体に成長させて、前記導波層を形成する工程と
を含むことを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項１０】
アンダークラッド層と、該アンダークラッド層上に形成され、該アンダークラッド層よりも屈折率の高い導波層と、該導波層を覆い、該導波層よりも屈折率の低いオーバクラッド層とからなる光導波路の製造方法であって、
基板を前記アンダークラッド層とし、
前記基板上に結晶成長の核発生位置となる構造を形成する工程と、
当該構造を中心として、光機能材料であるＫ１−ｙＬｉｙＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦０．５）の薄膜を直方体に成長させて前記導波層を形成する工程と
を含むことを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項１１】
前記結晶成長の核発生位置となる構造が、前記基板を加工して形成された溝または穴であるか、あるいは前記基板上に設けられた電極層を加工して形成された溝または穴であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の光導波路の製造方法。
【請求項１２】
前記導波路を液相エピタキシャル成長法によって成長させることを特徴とする請求項９又は１０に記載の光導波路の製造方法。
【請求項１３】
結晶内部にイオンを拡散させ、周囲よりも屈折率の高くなった前記イオンの分布領域を導波路コアとして利用する光導波路であって、
前記結晶はＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３からなる組成であり、前記イオンはＬｉであることを特徴とする光導波路。
【請求項１４】
結晶内部にイオンを拡散させ、周囲よりも屈折率の高くなった前記イオンの分布領域を導波路コアとして利用する光導波路の製造方法であって、
ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（０＜ｘ＜１）からなる組成を有する前記結晶内部にＬｉイオンを拡散させて前記導波路コアを形成する拡散工程を含むことを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項１５】
前記拡散工程は、少なくともＬｉＮＯ３を含む融液中で前記結晶を熱処理する熱処理工程を含むことを特徴とする請求項１４に記載の光導波路の製造方法。
【請求項１６】
前記拡散工程は、前記熱処理工程の後に、
前記結晶を洗浄する工程と、
前記結晶を不活性ガス、窒素ガス、酸素、水蒸気のいずれか一つあるいはそれらの混合ガス中で熱処理する内部拡散工程と
を含むことを特徴とする請求項１４に記載の光導波路の製造方法。
【請求項１７】
前記拡散工程の後に、前記結晶をＫＮＯ３融液中で熱処理する置換工程を含むことを特徴とする請求項１４に記載の光導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路及びその製造方法に関し、より詳細には、光機能材料ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３又はＫ１−ｙＬｉｙＴａｘＮｂ１−ｘＯ３を光導波路として用いた新機能光集積回路の光導波路及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、発光や受光、変調、光の合波または分波などを行う光デバイスを１つの基板上に集積した光集積回路について、コストパフォーマンスの観点から盛んに研究や開発が進められている。この集積化の技術により、低電力化や高性能化、低価格化などが期待されている。
【０００３】
従来の光集積回路としては、半導体基板上にＳｉＯ２、ポリマー等で導波路構造を形成し、外部から導入した光信号をその導波路構造によって処理する光集積回路が広く用いられている。ここで、導波路構造とは、一般に、アンダークラッド層と、アンダークラッド層上に形成されアンダークラッド層よりも屈折率の高い導波層と、導波層を覆い、この導波層よりも屈折率の低いオーバクラッド層とを備えた構造のことを言う。この導波路構造は、光信号処理という機能性を発現するため、加熱や電界印加、磁場印加、音波印加などの外場印加により、常光屈折率や異常光屈折率に代表される導波路材料の光学特性を変化させ、光信号の合分波機能や伝達時間の調整機能を発現させるものである。
【０００４】
しかしながら、現状の導波路材料が、ＳｉＯ２、ポリマー、半導体、一部の非線形結晶に限定されているため、上述した手法による光物性変化は、その導波路材料の有する特性によって大きく制限され、応用できる光信号処理に限界があった。
【０００５】
そこで、新規な導波路材料としてＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３の使用が考えられている。このＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３光機能材料は、二次の光学非線形効果を発現する。その光学非線形定数は１２００〜８０００ｐｍ／Ｖであり、例えば、ＬｉＮｂ０３の有する光学非線形定数の３１ｐｍ／Ｖに比して著しく大きい。
【０００６】
また、この光学非線形効果発現が電界印加による構成元素位置の変位に起因しているため、電界印加の有無によって光学非線形効果の有無を制御できる。
【０００７】
また、ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３は、組成依存した−２５０〜４００℃のキュリー温度で強誘電転移を生ずる。このキュリー温度を境界に特性が急変し、例えば、誘電率が約３０００から約２００００に大きく変化する。この強誘電転移による光特性変化を利用した新光集積回路も創出することができる。また、このキュリー温度は、ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３の組成ｘにより変化するが、ＬｉをＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３に添加し、ＫｙＬｉ１−ｙＴａｘＮｂ１−ｘＯ３とすることで、その温度範囲を調整することができる。
【０００８】
また、光導波路の製造方法としては、導波路材料膜の成膜後、フォトリソグラフィー等を用いたパターニングとエッチングによる導波路の形成プロセスを必要とする。
【０００９】
さらに、現在、光通信システムの大容量・高速化ならびに高機能化に対する要求は、急激に高まっており、その実現に向けた光信号処理デバイスの開発が急務となっている。これまでの光信号処理では、半導体デバイスが中心であったが、高速性、低雑音性を考慮すれば、誘電体の非線形効果を利用した方が有利であることは知られている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現状で使用されている導波路材料は、上述したように、ＳｉＯ２、ポリマー、半導体、および一部の非線形結晶に限定されている。このため、加熱や電界印加、磁場印加または音波印加などの上述した手法を用いて行う光物性の変更は、使用される導波路材料の有する特性によって大きく制限されてしまう。したがって、従来の光集積回路では、応用できる光信号処理の範囲が極めて狭いという問題があった。
【００１１】
また、上述したように、ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３光機能材料を用いた光導波路の製造方法においても、従来と同様の導波路材料膜の成膜、フォトリソグラフィー等による導波路の形成プロセスを必要としていた。このため、新規な導波路材料のＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３を使用するにあたっても、導波路の形成プロセスが煩雑であるという解決すべき課題があった。
【００１２】
また、性能指数を引き出すためには、導波路化が必須であるが、これまでＫＴＮ結晶の導波路化は実現されていないという問題がある。これは、屈折率を上昇させ、さらに拡散後もその非線形特性を劣化させないイオンが見いだされていないことがその原因である。
【００１３】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来実現し得なかった多様な特性を有することが可能で、かつ簡易に導波路を形成することのできる光導波路及びその製造方法を提供することにある。
【００１４】
また、本発明は、従来では実現できなかったＫＴＮ結晶の導波路化をＬｉの拡散によって実現できるようにした光導波路及びその製造方法を提供するを目的にしている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、アンダークラッド層と、該アンダークラッド層上に形成され、該アンダークラッド層よりも屈折率の高い導波層と、該導波層を覆い、該導波層よりも屈折率の低いオーバクラッド層とからなる光導波路であって、基板を前記アンダークラッド層とし、前記導波層は、光機能材料である立方晶ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（０＜ｘ＜１）からなることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記基板がＫＴａｙＮｂ１−ｙＯ３（０≦ｙ≦１、ｙ≠ｘ）基板、ＭｇＯ基板、ＭｇＡｌ２Ｏ４基板、およびＮｄＧａＯ３基板のいずれか１つであることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記アンダークラッド層が、前記基板と該基板上に堆積されたＳｉＯ２、ＫＴａｚＮｂ１−ｚＯ３（０≦ｚ≦１、ｚ≠ｘ）、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、およびＮｄＧａＯ３のいずれか１つからなることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記オーバクラッド層は、ＫＴａｕＮｂ１−ｕＯ３（０≦ｕ≦１、ｕ≠ｘ）、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＮｄＧａＯ３、およびポリマーのいずれか１つからなることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項５に記載の発明は、アンダークラッド層と、該アンダークラッド層上に形成され、該アンダークラッド層よりも屈折率の高い導波層と、該導波層を覆い、該導波層よりも屈折率の低いオーバクラッド層とからなる光導波路であって、基板を前記アンダークラッド層とし、前記導波層は、光機能材料である立方晶Ｋ１−ｖＬｉｖＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（０＜ｘ＜１、０＜ｖ≦０．５）からなることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記基板が、ＫＴａｙＮｂ１−ｙＯ３（０≦ｙ≦１）基板、ＭｇＯ基板、ＭｇＡｌ２Ｏ４基板、およびＮｄＧａＯ３基板のいずれか１つであることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記アンダークラッド層が、前記基板と該基板上に堆積されたＳｉＯ２、ＫＴａｚＮｂ１−ｚＯ３（０≦ｚ≦１）、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、およびＮｄＧａＯ３のいずれか１つからなることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項８に記載の発明は、請求項５，６又は７に記載の発明において、前記オーバクラッド層は、ＫＴａｕＮｂ１−ｕＯ３（０≦ｕ≦１）、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＮｄＧａＯ３、およびポリマーのいずれか１つからなることを特徴とする。
【００２３】
このように、本発明では、電気光学効果（ＥＯ効果）、音響光学効果（ＡＯ効果）、およびフィギュアオブメリットに代表される光物性が従来の導波路材料に比して著しく大きいＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３やＫ１−ｖＬｉｖＴａｘＮｂ１−ｘＯ３光機能材料を光導波路に用いることを特徴とする。
【００２４】
光機能材料であるＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３は、常誘電体結晶材料であり、キュリー温度以上で屈折率２．４の立方体構造を有する。しかしながら、外部電界を結晶軸方向に印加すると、構成元素位置の変位に伴い、二次の光学非線形効果を発現する。その光学非線形定数は１２００〜８０００ｐｍ／Ｖであり、例えば、ＬｉＮｂＯ３の有する光学非線形定数が３１ｐｍ／Ｖであるのに比して著しく大きい。
【００２５】
この光学非線形効果の発現は、電界印加による構成元素位置の変位に起因している。このため、電界印加の有無によって光学非線形効果の有無を制御することができる。また、ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３は、組成依存した−２５０〜４００℃のキュリー温度で強誘電転移を生ずる。このキュリー温度を境界に特性が急変し、例えば、誘電率が約３０００から約２００００に大きく変化する。したがって、強誘電転移による光特性変化を利用した新たな光集積回路を創出することも可能である。
【００２６】
さらに、このキュリー温度は、ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３の組成ｘの値に応じて変化するが、ＬｉをＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３に添加することにより、その温度範囲を調整することができる。
【００２７】
また、請求項９に記載の発明は、アンダークラッド層と、該アンダークラッド層上に形成され、該アンダークラッド層よりも屈折率の高い導波層と、該導波層を覆い、該導波層よりも屈折率の低いオーバクラッド層とからなる光導波路の製造方法であって、基板を前記アンダークラッド層とし、前記基板上に結晶成長の核発生位置となる構造を形成する工程と、当該構造を中心として、光機能材料であるＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（０＜ｘ＜１）の薄膜を直方体に成長させて、前記導波層を形成する工程を含むことを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１０に記載の発明は、アンダークラッド層と、該アンダークラッド層上に形成され、該アンダークラッド層よりも屈折率の高い導波層と、該導波層を覆い、該導波層よりも屈折率の低いオーバクラッド層とからなる光導波路の製造方法であって、基板を前記アンダークラッド層とし、前記基板上に結晶成長の核発生位置となる構造を形成する工程と、当該構造を中心として、光機能材料であるＫ１−ｙＬｉｙＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ≦０．５）の薄膜を直方体に成長させて、前記導波層を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項９又は１０に記載の発明において、前記結晶成長の核発生位置となる構造が、前記基板を加工して形成された溝または穴であるか、あるいは前記基板上に設けられた電極層を加工して形成された溝または穴であることを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項９又は１０に記載の発明において、前記導波路を液相エピタキシャル成長法によって成長させることを特徴とする。
【００３１】
通常の導波路形成プロセスでは、まず大面積に導波層となる材料を成膜し、続いてフォトリソグラフィー等によって断面矩形の導波路を、所望のパターンを描くように形成するという手順を踏む。本発明では、導波路材料がＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３結晶材料であることを活かし、通常のプロセスに替えて、１回の成膜プロセスで断面が矩形の光導波路を形成する。
【００３２】
本発明における光導波路の製造方法の実現にあたっては、光波伝搬に十分な光学特性、言い換えればその基となる結晶品質を有するＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３薄膜を成膜し、それを光集積回路の設計に基づき、所定の位置に特定の構造に成形することが必要である。このような光学品質は、結晶のエピタキシャル成長法を用いることで実現が可能である。
【００３３】
また、エピタキシャル成長法においては、ＧａＮ  ｏｎ  サファイアや、ＧａＡｓ  ｏｎ  Ｓｉなど基板−薄膜間に大きな格子不整合率を有する薄膜を成長させる半導体の結晶成長分野では、マイクロチャンネルエピタキシー法と呼ばれるエピタキシャル成長方法がある（例えば、Ｔ．Ｎｉｓｈｉｎａｇａ  ａｎｄ  Ｈ．Ｊ．Ｓｃｈｅｅｌ，  ”Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ＶＩＩＩ”  ｅｄ，  ｂｙ  Ｈ．Ｈａｙａｋａｗａ  ａｎｄ  Ｙ．Ｅｎｏｍｏｔｏ，（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，Ｔｏｋｙｏ，１９９６）  ｐ．３３参照）。このマイクロチャンネルエピタキシー法では、基板上のシード層上面に設けた溝により薄膜の成長核発生位置を制御し、その核発生位置からの薄膜の横成長で薄膜の結晶品質を向上させる手法である。
【００３４】
本発明では、核発生位置ならびに薄膜成長方向を制御できるため、晶癖が強い結晶材料の場合、その材料の有する特異面で囲まれた構造を作ることができる。本発明で用いるＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３結晶材料は、晶癖が強くかつ立方体構造の結構造であるため、｛１００｝面で囲まれる矩形の薄膜が成長しやすい。薄膜成長の場合、基板上に発生する成長核は基板の表面エネルギーが小さい箇所から優先的に発生する。平坦な基板上に穴もしくは溝があった場合、その穴もしくは溝の領域では底面に加えて側面が存在するので、基板上に到達する成膜供給原料の基板に対する接触面数が増える。この接触面数の増加が穴もしくは溝の領域の表面エネルギーを低下させ、他の平坦領域に比して結晶核が発生する確率が高くなることは古典的結晶成長論からも明らかである。
【００３５】
従って、矩形導波路を形成したい箇所の基板接触面にあらかじめ穴もしくは溝を形成しておくことにより、ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３結晶材料はその穴もしくは溝を成長核発生点として薄膜成長を開始し、穴もしくは溝を埋める。その後引き続きＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３結晶材料の成長を続けると、基板垂直方向への成長をするのに加えて、自由面である基板横方向への成長も開始する。この際、基板横方向の成長は、ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３結晶材料の特異面｛１００｝面でその形状が制限され、｛１００｝面に囲まれた直方体構造のＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３膜を成膜することができる。
【００３６】
また、請求項１３に記載の発明は、結晶内部にイオンを拡散させ、周囲よりも屈折率の高くなった前記イオンの分布領域を導波路コアとして利用する光導波路であって、前記結晶はＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３なる組成であり、前記イオンはＬｉであることを特徴とする。
【００３７】
また、請求項１４に記載の発明は、結晶内部にイオンを拡散させ、周囲よりも屈折率の高くなった前記イオンの分布領域を導波路コアとして利用する光導波路の製造方法であって、ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（０＜ｘ＜１）からなる組成を有する前記結晶内部にＬｉイオンを拡散させて前記導波路コアを形成する拡散工程を含むことを特徴とする。
【００３８】
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の発明において、前記拡散工程は、少なくともＬｉＮＯ３を含む融液中で前記結晶を熱処理する熱処理工程を含むことを特徴とする。
【００３９】
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１４に記載の発明において、前記拡散工程は、前記熱処理工程の後に、前記結晶を洗浄する工程と、前記結晶を不活性ガス、窒素ガス、酸素、水蒸気のいずれか一つあるいはそれらの混合ガス中で熱処理する内部拡散工程とを含むことを特徴とする。
【００４０】
また、請求項１７に記載の発明は、請求項１４に記載の発明において、前記拡散工程の後に、前記結晶をＫＮＯ３融液中で熱処理する置換工程を含むことを特徴とする。
【００４１】
このように、本発明は、ＫＴＮ結晶にＬｉイオンを拡散させ、屈折率の高いコアを形成することを特徴とするものである。Ｌｉイオンは、Ｋサイトを置換する形での熱拡散が可能であり、また、Ｋ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３なる組成を有する結晶（ＫＬＴＮ）もＫＴＮ結晶に匹敵あるいはそれ以上の性能指数を有するため、イオン拡散による特性劣化の心配がない。また、熱拡散によってＬｉを添加して得られる比屈折率差は２％以上あり、導波路製造に十分な屈折率差が得られるため、導波路化に適したイオンである。さらに、拡散に用いるＬｉＮＯ３を含む融液は、融点が２６１℃と低く、容易に安定な融液が得られると共に、水溶性が高く、拡散処理後、水洗で容易に洗い落とすことが可能である。このため、その後のガス中での熱拡散処理に悪影響を及ぼさない。
【００４２】
このように、Ｌｉイオンを用いる拡散導波路の製造は、特性の劣化無く屈折率の制御が可能であること、ＬｉＮＯ３を用いる拡散プロセスは、処理が簡便で低温で拡散が可能であるという効果を奏する。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明の光導波路実現にあたっては、光波伝搬に十分な光学特性、言い換えれば結晶品質を有するＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３薄膜を成膜し、それを光集積回路の設計に基づき所定の位置に特定の構造に成形することが必要である。したがって、本発明に係る光導波路の製造プロセスの基本的な概要は、
１）ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３薄膜の基板上への製造
２）ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３薄膜の成形加工による導波層の製造
３）ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３導波層の外場印加機構の製造
４）ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３導波層のカバー層の製造
の４つに大別できる。以下、これら４つの製造プロセスを、それぞれ製造プロセス１、製造プロセス２、製造プロセス３、および製造プロセス４として、順次説明する。
【００４４】
なお、これら４つの製造プロセスの順序は、光集積回路の設計構造に基づいて決定される。加えて、この順序の決定の際、ある製造プロセスの後に、製造済みの材料領域がその後に続く製造プロセスによって品質劣化を生じないか否かについても勘案される。したがって、製造プロセスの順序は、必ずしも上述した数字の順序と一致するものではないことに留意されたい。
【００４５】
また、導波層材料がＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３であることから、基板およびカバー層を形成する材料が、このＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３の屈折率に対して導波層への光閉じ込めに十分な屈折率差を有することも必要である。
【００４６】
［実施例１］
図１は、本発明を適用した光導波路の構成を示す斜視図である。基本構造として、光導波路としてリッジ型光導波路、および外場印加機構の一例として電極による電界印加を取り上げた。図中符号１はアンダークラッド層である基板、２は基板１よりも屈折率の高く、光機能材料ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３膜（０＜ｘ＜１）からなる導波層、３は光入力信号、４は電極、５は光出力信号、６は導波層を覆い、導波層ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３膜２よりも屈折率の低いオーバクラッド層（カバー層）を示している。
【００４７】
つまり、アンダークラッド層１と、このアンダークラッド層１上に形成され、アンダークラッド層１よりも屈折率の高い導波層２と、この導波層２を覆い、導波層２よりも屈折率の低いオーバクラッド層６とからなる光導波路であり、基板１をアンダークラッド層とし、導波層２は、光機能材料であるＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（０＜ｘ＜１）からなるように構成されている。
【００４８】
このような構成により、光入力信号３は、ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３膜２に伝送される。ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３膜２は、電極４によって印加された外部電圧信号による光物性変化を生ずる。したがって、伝送された光信号は、ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３膜２を通過する際、その特性変化に影響されて変調する。変調を受けた光信号は、光出力信号５として外部に取り出される。
【００４９】
また、導波層として、光機能材料であるＫ１−ｖＬｉｖＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（０＜ｘ＜１、０＜ｖ≦０．５）を用いても良い。
【００５０】
後述する実施例は、我々が試行した製造手法の記述に留めるが、前に大別した個別材料領域の製造にあたり、膜形成手法として液層エピタキシャル法や物理蒸着法、化学蒸着法、ゾルゲル法などの周知の薄膜製造手法を適用できるし、また個別構造物の成形法にも既存のマスキングやエッチング手法を適用できることは当業者にとって自明である。
【００５１】
［実施例１−１］
まず、製造プロセス１について説明する。本実施例では、高品質ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３膜を基板１上に製造するための膜製造手法として、品質の優れた単結晶性膜が成膜できる液層エピタキシャル法を選択した。また、基板１として、ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（０≦ｘ≦１）基板、ＭｇＯ基板、ＭｇＡｌ２Ｏ４基板、およびＮｄＧａＯ３基板を使用した。また、バッファー層（アンダークラッド層）として、ＳｉＯ２材料、ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（０≦ｘ≦１）材料、ＭｇＯ材料、ＭｇＡｌ２Ｏ４材料またはＮｄＧａＯ３材料を堆積した半導体Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、および、ＩｎＰ基板を使用した。
【００５２】
ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３膜２の成膜に際しては、不純物混入の抑止を目的として、溶媒および溶質をそれぞれカリウム系酸化物およびＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３酸化物とし、セルフフラックス法を採用した。ここで、溶媒のカリウム系酸化物として、ＫＶＯ３とＫ２Ｏの混合物（ＫＶＯ３＝３０〜７０ｍｏｌ％）、およびＫ２ＣＯ３炭酸塩を使用した。ＫＴａｙＮｂ１−ｙＯ３（０≦ｙ≦１）基板を用いた場合、基板と導波層との間に屈折率差ができるように、基板組成とは異なるｘ（０＜ｘ＜１）を成膜材料として選択した。したがって、以下の説明においては、導波層として用いた材料の組成をＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（０＜ｘ＜１）で、基板１として用いた材料の組成をＫＴａｙＮｂ１−ｙＯ３（０≦ｙ≦１）で示す。
【００５３】
また、導波層の特性を変化させるために、ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（０＜ｘ＜１）に対して０〜１０ｍｏｌ％のＬｉＣＯ３の添加も行った。溶質の溶媒に対する濃度は、相図に基づき目的のＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３膜が初晶として析出する濃度領域３０〜５０ｍｏｌ％を選択した。また、成膜温度は、相図の液相線と使用溶質濃度より求められる固溶平衡温度１０５０〜１３６０℃を基準として、これより０〜１０℃過冷却した温度を用いた。この温度は、低成膜速度が高品質膜を得る成膜条件のうちの一条件である。しかし、ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３膜と使用基板材料の格子整合性、および溶液と使用基板の反応性を勘案し、過冷却度の大きい成長条件を使用する必要性もあった。
【００５４】
成膜速度は１μｍ／ｍｉｎ前後の成膜が可能であった。成膜時間は、あらかじめ求めた成膜速度と希望膜厚とを用いて導き出した。
【００５５】
膜厚２μｍに成膜したＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３膜の結晶品質は、膜材と同様にホモエピタキシャル条件が成立している同材料基板を用いた場合がもっとも優れており、光透過損失にして０．１０ｄＢ／ｃｍの光学品質を有するＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３膜の成膜が実現できた。また、成膜したＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３膜は、Ｘ線回折法により＜１００＞軸配向していることを確認した。
【００５６】
［実施例１−２］
次に、製造プロセス２について説明する。リッジ型光導波路の導波層を形成するためのＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３膜の加工には、フォトリソグラフィーを用いた。上述した薄膜上に、レジストを塗布し、幅２μｍの導波路が形成できるマスクを用いて、露光および現像処理を行った。そして、イオンミリング法により、エッチング処理を施し、残留レジストを除去することにより、リッジ型導波路の導波層が得られた。導波層は、ほぼ２μｍ角の矩形導波層を成しており、ＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を使用した側壁の観察では、顕著な荒れは観察されなかった。
【００５７】
このリッジ型導波路の導波層の損失を１．５５μｍで測定した結果、０．９９ｄＢ／ｃｍという損失値が得られ、加工による表面の凹凸が無視できる程度の、良好な導波層が形成できることを確認した。
【００５８】
［実施例１−３］
次に、製造プロセス３について説明する。電極材料としては、ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３膜に対して化学安定性の高い金属または電導体酸化物が好ましい。本実施例では、Ａｕを電極材料として用いた結果について述べる。
【００５９】
設計に基づいた形状を有したＡｕ電極の製造にあたり、半導体集積回路製造で一般的な手法を適用した。具体的には、スパッタ法で成膜したＡｕ薄膜をフォトリソグラフィーにより成形加工した。
【００６０】
この製造プロセス３において行われる手法は一般的なものであるため、詳細な説明については省略する。
【００６１】
［実施例１−４］
カバー層６に用いる材料としては、基板材料と同様のＫＴａｕＮｂ１−ｕＯ３（０≦ｕ≦１）、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ＮｄＧａＯ３酸化物、および既に製造した導波路および電極構造を劣化させにくいポリマーを選択して使用した。本実施例では、蒸着時の基板温度が低いスパッタ法を用いて、ＫＮｂＯ３材料を成膜した結果について述べる。
【００６２】
カバー層６の製作には、対向型イオンスパッタ装置を用いた。ＮｂとＫ２ＣＯ３のターゲットを一面に設置し、その対面に距離２〜１０ｃｍ離して、上述したプロセスにより製造された導波層および電極構造基板を設置した。雰囲気ガスとしてＸｅガスを使用し、圧力１〜３×１０−４Ｔｏｒｒのガス圧を使用した。そして、ターゲット−基板間にＮｂイオン、Ｋ２ＣＯ３イオンのエネルギーが４００〜８００ｅＶとなる電圧を印加し、基板温度５００〜７００℃でＫＮｂＯ３カバー層となる膜を蒸着した。蒸着速度として、３Å／ｍｉｎが得られ、０．１μｍの薄膜を蒸着した。ここで成膜された薄膜は、Ｘ線回折法によりＫＮｂＯ３であることが確認できた。
【００６３】
製造プロセス３で製造された電極４に対して導線を導くために、製造プロセス２と同じ手法を用いて、電極４の上面に穴を設けた。
【００６４】
製造プロセス１、製造プロセス２、製造プロセス３、および製造プロセス４の順でプロセスを行い製造した基本光集積回路を破断し、ＳＥＭにより断面観察を行ったが、顕著な構造的劣化は認められなかった。加えて、電極４に導線を配線し、１．５５μｍの光入力信号３を用いて性能の評価を行ったところ、設計から期待されたように高効率かつ低ノイズの波長変換デバイスや変調器の性能を確認することができた。
【００６５】
以上、基板上にＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（０＜ｘ＜１）からなる導波層を形成した場合について詳述したが、コア・クラッド構造を有する一般的な導波路において、コアをＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（０＜ｘ＜１）で形成することにより、従来実現し得なかった多様な特性を有する光導波路を提供できることはいうまでもない。
【００６６】
［実施例２］
図２は、本発明を適用した光導波路の他の構成を示す斜視図である。この場合、導波路構造は基板に沿った直方体であり、その直方体構造膜を薄膜成長で製造する方法として記述する。図中符号１１は基板、１２はＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３膜、１３は光入力信号、１４は電極、１５は光出力信号、１６は溝である。光入力信号１３が、隣接のＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３膜１２に伝送される。ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３膜１２は、電極１４によって印加された外部電圧信号による光物性変化を生ずる。従って、伝送された光信号がＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３膜１２を通過する際、その特性変化に影響され変調する。変調を受けた光信号は光出力信号１５として外部に取り出される。
【００６７】
高品質ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３膜を基板上に製造するため、膜製造手法として品質の優れた単結晶性膜が成膜できる液相エピタキシャル成長法を選択した。基板はエピタキシャル成長をするための基本条件である格子整合性を主眼に選択した。選択した基板はＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（０≦ｘ≦１）基板、ＭｇＯ基板、ＭｇＡｌ２基板、もしくはＮｄＧａＯ３基板である。
【００６８】
また、バッファ層としてＳｉＯ２材料、もしくはＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（０≦ｘ≦１）材料、ＭｇＯ材料、ＭｇＡｌ２Ｏ４材料、ＮｄＧａＯ３材料を堆積した半導体Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、もしくはｌｎＰ基板も使用した。マスキングとエッチングもしくはマスキンクとイオンミリングといった半導体集積回路で一般的なフォトリソグラフィー手法を用いて、導波路を形成したい領域の中心線に幅０．１〜０．２μｍ、深さ０．０１μｍ以上の溝６をあらかじめ基板上にパターニングしておく。
【００６９】
不純物混入の抑止を目的として、溶媒、溶質をそれぞれカリウム系酸化物、ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３酸化物とし、セルフフラックス法で成膜することとした。溶媒のカリウム系酸化物として、ＫＶＯ３とＫ２Ｏの混合物（ＫＶＯ３＝３０〜７０ｍｏｌ％）、もしくはＫ２Ｏ３炭酸塩を使用した。ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（０≦ｘ≦１）基板を用いた場合、基板と導波路問に屈折率差ができるよう基板組成と異なるｘ’（０≦ｘ’≦１）を組成とするＫＴａｘ’Ｎｂ１−ｘ’Ｏ３を成膜材料として選択した。また、ＬｉＣＯ３を添加剤として０〜１０ｍｏｌ％添加することも行った。
【００７０】
これにより、ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３をＫ１−ｙＬｉｙＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．５、ｘ、ｙは組成）とした薄膜になる。溶質の溶媒に対する濃度は相図より目的のＫＴａｘ’Ｎｂ１−ｘ’Ｏ３が初晶として析出する濃度領域３０〜５０ｍｏ１％を選択した。また、成膜温度は、相図の液相線と使用溶質濃度より求められる固溶平衡温度１０５０〜１３６０℃を基準にそれより０〜１０℃過冷却した温度を用いた。低成膜速度が高品質膜を得る成膜条件の１条件である。しかし、ＫＴａｘ’Ｎｂ１−ｘ’Ｏ３と使用基板材料の格子整合性、および溶液と使用基板の反応性を勘案し過冷却度の大きい成長条件を使用する必要性もあった。成膜速度は１μｍ／ｍｉｎ前後の成膜が可能であった。成膜時間はあらかじめ求めた成膜速度と希望膜厚から決定した。
【００７１】
膜厚２μｍ成膜したＫＴａｘ’Ｎｂ１−ｘ’Ｏ３膜の結晶品質は、膜材と同じ、すなわちホモエピタキシャル条件が成立している構成元素が同じ材料基板を用いた場合がもっとも優れ、１．５５μｍにおける光透過損失で０．１０ｄＢ／ｃｍの光学品質を有したＫＴａｘ’Ｎｂ１−ｘ’Ｏ３膜が実現できた。Ｘ線回折法により、成膜したＫＴａｘ’Ｎｂ１−ｘ’Ｏ３膜は＜１００＞軸に配向していることを確認した。
【００７２】
また、その構造は、あらかじめ基板上に設けられた溝を中心として幅２μｍの矩形断面を有した導波路が形成できた。また、ＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により導波路側面は｛１００｝面で構成されたマクロステップで構成されていることが確認でき、従来のフォトリソグラフィーで加工した側面より平坦性が優れていた。厳密に言えば、成長核となった溝領域に突起を有した断面であるが、その突起が矩形断面に比して小さいため、透過する光への影響は小さかった。また、溝構造を基板上に設ける代わりに、成長核発生希望箇所に溝や穴を設けても同様の効果を得ることができた。
【００７３】
図３は、ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３結晶の成長核発生位置として、基板を加工して溝を形成した基板を示す図で、図中符号１６は溝を示している。
【００７４】
図４は、ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３結晶の成長核発生位置として、基板を加工して穴を形成した基板を示す図で、図中符号１７は穴を示している。
【００７５】
また、基板を加工する替わりに、基板上に設けた電極層に溝や穴を設けることでも同様の効果を得ることができた。
【００７６】
図５は、ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３結晶の成長核発生位置として、基板上に穴のあいた電極層を設けた基板を示す図で、図６は、図５のＡ−Ａ’断面図である。図中符号１８は穴のあいた電極層を示している。
【００７７】
［実施例３］
［実施例３−１］
次に、ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３なる組成を有する結晶材料を用いたコアの結晶内部にＬｉイオンを拡散させ、屈折率の高くコアを形成する光導波路の製造方法について以下に説明する。
【００７８】
両面を光学研磨した１０ｍｍ角、厚さ０．５ｍｍのＫＴＮ結晶板を、白金ボートにＬｉＮＯ３粉末と共に入れて、大気中、３００℃、４００℃、５００℃、５５０℃で各１０時間加熱した。融点２６１℃のＬｉＮＯ３は加熱されて融解し、ＫＴＮ結晶板はＬｉＮＯ３融液に浸された状態となる。その後、試料は炉冷し、室温に達した後、ボートを取り出した。いずれの場合も、取り出した時点でＬｉＮＯ３は固化していた。このため、ボートを純水中で洗浄し、結晶基板を取り出した。試料中のＬｉイオンの拡散状態は、ＳＩＭＳを用いて分析した。
【００７９】
また、上述した試料のうち、５５０℃で熱処理した試料は、表面が白濁しており、一部剥離が見られた。これは、結晶表面のＬｉイオン濃度が局所的に高くなりすぎ、ＫＴＮ結晶との密度差のために生じた現象と考えられる。従って、イオン拡散は５００℃以下で行うことが好ましい。
【００８０】
本実施例において、５００℃の熱処理で得られたＬｉイオンの拡散プロファイルを図７に示す。図７から明らかなように、ＬｉＮＯ３中での熱処理によってイオン拡散が生じていることが確認できた。また温度の上昇により、イオン濃度ならびに拡散距離が増加する。このようにして得られたＬｉを拡散させた結晶を、大気中、７００℃、１０時間加熱し、Ｌｉイオンの内部拡散を行った。
【００８１】
このようにして得られたＬｉイオンのＳＩＭＳ分析結果を図８に示す。また、プリズムカップリングを用い各モードの実行屈折率を測定し、ＩＷＫＢ法で推定した屈折率分布を図９に示す。図８及び図９から明らかなように、なだらかな屈折率分布が形成されていることがわかる。また、表面部分の比屈折率差は、１％以上であり、導波路として十分に機能する屈折率差がＬｉ拡散で実行できることが明らかである。
【００８２】
さらに、本実施例では、内部拡散を大気中で行ったが、酸素雰囲気中、不活性ガス雰囲気中、水蒸気雰囲気中、あるいはそれらの混合ガス中でも同様の効果が得られる。
【００８３】
フォトリソグラフィー等により、ＫＴＮ結晶表面にＰｔのマスクパターンを形成し、幅１μｍに渡りＰｔの蒸着されていない直線部分を形成した。その結晶を、実施例１と同様の方法でＬｉ拡散を施した。ＬｉＮＯ３中での熱処理は４００℃１０時間、その後の内部拡散は、酸素中７００℃で５時間行った。その後、Ｐｔマスクは硝酸でエッチング除去した。本実施例で用いた結晶は２０ｍｍ角、厚さ０．５ｍｍである。
【００８４】
従って、この方法によって、長さ２０ｍｍの直線導波路が形成できる。得られた導波路は１．５５μｍにおけるモードフィールド径が８μｍの単一モード導波路であった。両端面に無反射コートを施した後に、単一モードファイバを調芯しＵＶ樹脂で接続した。１．５５μｍの波長で測定した挿入損失は、２．５ｄＢであり、端面の損失を考慮した導波路損失は０．１ｄＢ／ｃｍであった。
【００８５】
このように、本発明の実施例３−１の方法を用いれば、損失の小さい単一モード導波路が製造できることがわかる。また、拡散温度を３００〜５００℃の範囲、時間を２〜１００時間の範囲で変えることで、モードフィールド径を任意に変化させることも可能であった。
【００８６】
［実施例３−２］
上述した実施例３−１と同様の条件でＬｉ拡散を行い、Ｐｔをエッチングした後、結晶をＫＮＯ３融液中４００℃で５時間加熱した。ＫＮＯ３融液中でＬｉイオンを含む結晶が加熱されると、結晶表面近くのＬｉイオン濃度が高い部分からＬｉイオンがＫＮＯ３融液中に拡散し、逆にＫＮＯ３融液中のＫイオンが結晶中に拡散してくる。この結果、結晶表面近くではＬｉイオンがＫイオンに置換され、Ｌｉイオン濃度が低下する。
【００８７】
その後、試料を室温まで冷却し、固化したＫＮＯ３を純水で洗い落とし、結晶基板を取り出した。そして大気中、６５０℃で１０時間加熱し、導波路の形成された結晶を得た。
【００８８】
この方法で製造した導波路のＬｉイオン分布を深さ方向と、水平方向にＳＩＭＳを用いて測定した。その結果を図１０に示す。この図１０で明らかなように、上述した実施例３−１の方法に加え、ＫＮＯ３中での熱処理を行うことによって、ほぼ対称なイオン分布を有する導波路が製造できた。この導波路のＴＥモード、ＴＭモード光透過特性に差はなく、本実施例の方法によって、偏波依存性のない拡散導波路が得られた。上述した実施例３−１と同様の方法で測定した導波路損失は、０．１３ｄＢ／ｃｍであり、ＫＮＯ３中の熱処理を行っても、損失の顕著な増加は認められず、本実施例の方法が偏波無依存化に有効な方法であることが明らかになった。なお、符号２１は表面、２２はＬｉイオン拡散領域（コア）、２３はクラッドを示している。
【００８９】
［実施例３−３］
上述した実施例３−１の方法で製造した直線導波路の上部に、周期約１２μｍの電極パターンを製造し、反対の面に金蒸着による下部電極を製造した。その結晶をペルチェ素子上に置き、温度制御を実施できるように構成した。導波路の高次モードのカットオフ波長は０．７μｍであり、これより長波長は単一モード導波路として機能する。製造した導波路長は３ｃｍであり、導波路の損失は０．１５ｄＢ／ｃｍであった。
【００９０】
図１１は、本実施例で製造したデバイスの構成を示す図で、電極のピッチは、０．７７５μｍをポンプ光とし１．５５μｍ帯の光を波長変換するために必要な疑似位相整合を実現するグレーティングピッチに対応している。この場合、電極ピッチは１２μｍとなる。電極に１ｋＶ／ｃｍに対応する電圧を印加し、入射端から偏波保持ファイバを用いて、１．５４μｍの信号光と０．７７５μｍのポンプ光を同時に入射し、出射光を、光スペクトラムアナライザを用いて測定した。なお、符号３４はＬｉ拡散導波路、３５は上部電極、３６は下部電極、３７はペルチェ素子を示している。
【００９１】
図１２は、波長変換後のスペクトルを示す図で、ａは信号光、ｂはポンプ光の２次回折光、ｃは変換光を示している。この図１２から分かるように、変換効率を計算すると、効率はＬｉＮｂＯ３の疑似位相整合デバイスの約２０倍であった。この波長変換においては、光は拡散で製造したコアに閉じこめられており、コア部分の非線形定数が波長変換デバイスの効率を決定する。本実施例で示したように、Ｌｉを拡散したＫＴＮ導波路の非線形性は非常に高く、Ｌｉ拡散前後で、非線形性の劣化が生じないことが明らかになった。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、アンダークラッド層と、アンダークラッド層上に形成され、アンダークラッド層よりも屈折率の高い導波層と、導波層を覆い、導波層よりも屈折率の低いオーバクラッド層とからなる光導波路であって、基板を前記アンダークラッド層とし、導波層は、光機能材料である立方晶ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（０＜ｘ＜１）からなるので、立方晶ＫＴａｘＮｂ１-ｘＯ３光機能材料を光集積回路に組み入れることで、従来実現し得なかった新たな機能または特性を有する光集積回路を提供できるという効果がある。
【００９３】
また、導波路材料がＫＴａｘＮｂ１−ｘ０３結晶材料であることを活かして、成膜からフォトリソグラフィー等に至る導波路の形成プロセスを一括して、１回の成膜プロセスで光導波路を形成し、導波路の形成プロセスの煩雑さが解消できる。
【００９４】
また、結晶内部にイオンを拡散させ、周囲よりも屈折率の高くなったイオンの分布領域を導波路コアとして利用する拡散導波路であって、結晶はＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３なる組成であり、イオンはＬｉであるので、従来では実現できなかったＫＴＮ結晶の導波路化をＬｉの拡散によって実現できた。さらに、このＬｉ拡散によって、ＫＴＮが本来有している高い非線形性を劣化させないことが明らかになり、本発明によって、これまで実現できなかったＫＴＮによる高性能な波長変換デバイスや電気光学効果を用いたスイッチ等が実現可能となった。さらに、拡散によって偏波依存性の無い導波路も作製可能であるので、ＫＴＮの本来有している偏波無依存の特性を利用することが出来る。これによって、従来は困難であった偏波に依存しない光信号処理デバイスを製造できるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した光導波路の構成例を示す斜視図である。
【図２】本発明を適用した光導波路の他の構造例を示す斜視図である。
【図３】ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３結晶の成長核発生位置として、基板を加工して溝を形成した基板を示す図である。
【図４】ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３結晶の成長核発生位置として、基板を加工して穴を形成した基板を示す図である。
【図５】ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３結晶の成長核発生位置として、基板上に穴のあいた電極層を設けた基板を示す図である。
【図６】図５のＡ−Ａ’断面図である。
【図７】本発明の実施例３−１におけるＬｉイオン分布のＳＩＭＳ分析結果を示す図である。
【図８】実施例３−１における内部拡散後のＬｉイオン分布のＳＩＭＳ分析結果を示す図である。
【図９】実施例３−１におけるＬｉイオン内部拡散後の屈折率分布を示す図である。
【図１０】実施例３−２におけるＫ再拡散後の導波路断面図ならびにＬｉイオン分布のＳＩＭＳ分析結果を示す図である。
【図１１】実施例３−３における波長変換デバイスの構成図である。
【図１２】実施例３−４における波長変換スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
１  アンダークラッド層である基板
２  導波層
３  光入力信号
４  電極
５  光出力信号
６  オーバクラッド層（カバー層）
１１  基板
１２  ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３膜
１３  光入力信号
１４  電極
１５  光出力信号
１６  溝
１７  穴
１８  穴のあいた電極層
２１  表面
２２  Ｌｉイオン拡散領域（コア）
２３  クラッド
３４  Ｌｉ拡散導波路
３５  上部電極
３６  下部電極
３７  ペルチェ素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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