(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニオブ酸リチウム単結晶またはタンタル酸リチウム単結晶からなる基体の表層に屈折率を高めた光導波路を形成し、前記基体の表層上にペエルヒドロポリシラザンを塗布形成し、該ペエルヒドロポリシラザンを焼結させて電気的絶縁層を形成し、この電気的絶縁層上に前記基体内の電界を制御する電極を形成することを特徴とする光機能素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信および光情報処理の各分野で使用される光導波路型の光制御デバイスとしての光機能素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信システムや光情報処理システムの実用化が進められているが、さらに大容量の光信号が処理できるシステムについて開発研究されている。
【０００３】
これらシステムは、光機能素子を集積した光集積回路が不可欠であり、たとえばプレーナ技術を用いて、ニオブ酸リチウムＬｉＮｂＯ3 （ニオブ酸リチウムを以下、ＬＮと略記する）などの単結晶材料の基板上に、直線導波路、曲がり導波路、分岐導波路および制御電極などを集積化（光集積回路）させることにより実現される。
【０００４】
このような光集積回路に機能性をもたせるために、一般には電気光学効果を有する基板表層に、屈折率の大きい領域をもたせて光を閉じ込めた路、すなわち光導波路を形成し、上部には制御電極を設け、そして、印加電界により出射光の強度または位相を制御するようにした技術がさらに研究されている。
【０００５】
たとえば、一方端より光を入射させるＹ分岐導波路でもって分波し、そして、平行導波路に非対称電界を印加することで各導波路の屈折率を変化させ、他方端に設けられたＹ分岐導波路で再び合波させた場合、光の位相差を制御することで出射光強度を制御して、光変調を行なうことができ、そのための制御電極を設けて成る光変調器、所謂、干渉型ＬＮ強度光変調器が提案されている。
【０００６】
かかる干渉型ＬＮ強度光変調器においては、導波路上に直に制御電極を設けると、導波光のエネルギーは制御電極内に漏洩し、導波光が有効に導波路内で伝播されないという問題点がある。
【０００７】
そこで、この問題点を解決するため、通常、光導波路が形成された表層の上に薄膜形成技術を使ってＳｉＯ２から成る薄膜絶縁体(以下、この薄膜絶縁体をバッファ層と呼ぶ)を設けて、その上に制御電極を形成するという技術が採用されている。
【０００８】
しかしながら、制御電極に印加する電気信号に直流成分が含まれている場合、バッファ層内に電気分極が生じ、この電気分極は、普通数十秒もしくはそれ以上という長時間にわたって経時的に変化するものであるために、制御電極による電界を効果的に印加することがむずかしくなるという問題点がある。このような現象はＤＣドリフトと呼ばれる。
【０００９】
上記ＤＣドリフトについて干渉型ＬＮ強度変調器を例に挙げて説明する。図６は干渉型ＬＮ強度変調器に正弦波電圧信号を印加したときの光出力特性を示し、理想的には印加電圧が零の時に光出力強度は極大値に到るが、実際上は印加電圧に対する光出力極大値は若干シフトしており、そのために実用上ＤＣバイアス電圧を入力電気信号に加えて補完させることで光変調動作を実現している。しかしながら、ＤＣドリフト現象により経時的に印加ＤＣバイアスの効果が相殺されるので、効果的なＤＣバイアス印加がむずかしくなる。
【００１０】
ところで、ＤＣドリフトの明確なメカニズムは未だ議論されているが、バッファ層を成すＳｉＯ２の膜質と強い相関があることはわかっており、また、バッファ層内のイオン伝導が原因であるといわれている。このバッファ層はスパッタリング法、プラズマＣＶＤ法などによって作製するが、いずれの方法を用いてもＤＣドリフトを抑制することができない。
【００１１】
そこで、本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであり、その目的はＤＣドリフトを極力抑制することのできる光機能素子の製造方法を提供することある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の光機能素子の製造方法は、ニオブ酸リチウム単結晶またはタンタル酸リチウム単結晶からなる基体の表層に屈折率を高めた光導波路を形成し、前記基体の表層上にペエルヒドロポリシラザンを塗布形成し、該ペエルヒドロポリシラザンを焼結させて電気的絶縁層を形成し、この電気的絶縁層上に前記基体内の電界を制御する電極を形成することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１〜図５により説明する。図１は本発明の光機能素子としての干渉型ＬＮ光強度変調器の斜視図、図２は図１中の切断線Ａ−Ａ’による横断面図、図３はペエルヒドロポリシラザンの化学式、図４は前記電気的絶縁層としてのバッファ層の耐エッチング性能を示す線図、図５はＤＣドリフト量を表す線図である。
【００１４】
図１と図２の干渉型ＬＮ光強度変調器１については、電気光学基板を有するＬＮ基板２の表層に、直線導波路３、Ｙ分岐導波路４、平行導波路５、Ｙ分岐導波路６および直線導波路７が順次並んで形成され、かかる表層の上にＳｉＯ２から成るバッファ層８、および前記電極としての制御電極９が設けられている。
【００１５】
上記構成の干渉型ＬＮ光強度変調器１の製造方法を説明する。ＬＮ基板２については両主面が光学研磨されたオプティカルグレードのＬＮ単結晶基板（厚さ１．０ｍｍ程度）であって、さらに主面がＺカット（カット面が（０，０，１）面）を成す。そして、ＬＮ基板２の主面上にリフトオフ法やエッチング法でもって拡散源となるＴｉ薄膜を被着形成し、そして、熱拡散法を用いてＴｉ濃度の高い各導波路３〜７を形成する。しかる後にバッファ層８および制御電極９を順次積層する。制御電極９についてもＴｉ薄膜パターン形成と同様にリフトオフ法やエッチング法で設ける。
【００１６】
バッファ層８を作製するには、前駆体無機ポリマーとしてのペエルヒドロポリシラザン（以下、ペエルヒドロポリシラザンをポリシラザンと呼ぶ）を焼結させる。これにより、緻密性の高いＳｉＯ２薄膜を得ることができる。ポリシラザンは、図３に示す化学式の無機ポリマーであって、大気中でポリシラザンを焼成すると、大気中の酸素による酸化および水蒸気による加水分解の反応が進行し、非晶質Ｓｉが生成され、緻密性の高いＳｉＯ２薄膜が得られる。
【００１７】
すなわち、各導波路３〜７が表層に形成されたＬＮ基板２の上に、スピンコーティング法を用いてポリシラザンを厚さ５μｍ程度で塗布形成し、その後に、オーブンにて約１００℃の温度で、１時間程度加熱し、これによって溶媒である有機系溶剤を除去し、そして、約５００℃の温度でもって１時間程度大気雰囲気中で加熱焼結することで、ＳｉＯ２薄膜が得られる。
【００１８】
かくして得られた本発明の干渉型ＬＮ光強度変調器１によれば、バッファ層８をポリシラザンを酸化させながら焼成して非晶質Ｓｉを生成しているので、従来のものと比べて緻密性の高いＳｉＯ２薄膜が得られた。
【００１９】
次に本発明に係るポリシラザン焼結によるＳｉＯ２膜と、熱酸化膜と、従来のスパッタリング法により得られたＳｉＯ2 膜とを対比するために、バッファ弗酸浸漬によるエッチングレートでもって比較評価を行なったところ、図４に示すような結果が得られた。同図において、横軸はエッチング時間（分）であり、縦軸はエッチング量（μｍ）である。
【００２０】
上記熱酸化膜はシリコン単結晶の表面を熱酸化して得られるもっとも良質なる層であって、本例では指標としてあげた。
【００２１】
また、膜の緻密性に対する評価についてはエッチング法が用いた。エッチングがされにくいという現象は、物理的にもしくは化学的にポテンシャルが低く安定していることを示す（すなわち、膜が緻密であり、良質な膜であるといえる）。
【００２２】
図４の結果から明らかなとおり、本発明に係るポリシラザン焼結により得られたＳｉＯ2 膜は緻密性に優れていることがわかる。
【００２３】
つぎに本発明の干渉型ＬＮ光強度変調器と、従来の干渉型ＬＮ光強度変調器とのＤＣドリフト量を測定したところ、図５に示すような結果が得られた。同図によれば、ＤＣドリフト測定のためには、５ＶのＤＣ電圧を印加しており、そのために５Ｖで飽和するが、ＤＣドリフトは長期信頼性に関する特性であるために、曲線の時間に対する勾配が小さい方が良好であることを示す。したがって、図５に示すとおり、本発明の干渉型ＬＮ光強度変調器はＤＣドリフトが良好に抑制されていることがわかる。
【００２４】
なお、本発明の実施形態においては、電気光学効果を有する基体としてＬＮ単結晶材を使用したが、これに代えてタンタル酸リチウム単結晶材料を使用してもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の光機能素子の製造方法によれば、ニオブ酸リチウム単結晶またはタンタル酸リチウム単結晶からなる基体の表層に屈折率を高めた光導波路を形成し、基体の表層上にペエルヒドロポリシラザンを塗布形成し、このペエルヒドロポリシラザンを焼結させて電気的絶縁層を形成し、この電気的絶縁層上に前記基体内の電界を制御する電極を形成するようにした。これによってＤＣドリフトの極めて小さい良好な光機能素子を提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の干渉型ＬＮ光強度変調器の斜視図である。
【図２】図１中の切断線Ａ−Ａ’による横断面図である。
【図３】ペエルヒドロポリシラザンの化学式である。
【図４】バッファ層の耐エッチング性能を示す線図である。
【図５】ＤＣドリフト量を表す線図である。
【図６】干渉型ＬＮ強度変調器の光出力特性を示す線図である。
【符号の説明】
１：干渉型ＬＮ光強度変調器
２：ＬＮ基板
３：直線導波路
４：Ｙ分岐導波路
５：平行導波路
６：Ｙ分岐導波路
７：直線導波路
８：バッファ層（電気的絶縁層）
９：制御電極
【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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