(57)【要約】【課題】  衝撃固化現象を利用して形成した成形体を有する光学素子、及びこれを供えた光集積デバイスを提供する。【解決手段】  本発明による光学素子は、基板上に形成された下部電極と、前記基板に供給する超微粒子脆性材料に機械的衝撃力を負荷して前記超微粒子脆性材料を接合させ形成した成形体よりなり前記下部電極上に形成された導波路と、この導波路上に形成された上部電極からなり、前記下部電極を金属多層膜で構成した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された下部電極と、前記基板に供給する超微粒子脆性材料に機械的衝撃力を負荷することで当該超微粒子脆性材料を接合させ形成した成形体からなり前記下部電極上に形成された導波路と、該導波路上に形成された上部電極とを含み、前記下部電極が金属多層膜からなることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光学素子において、前記金属多層膜が金、銀、銅、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｗ、Ｍｏの少なくとも１つを主成分とする複数の層と他の金属層とからなることを特徴とする光学素子。
【請求項３】
請求項２に記載の光学素子において、前記複数の層はそれぞれ層厚が５００nm以下であることを特徴とする光学素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子において、該光学素子が、電極に電気信号を印加することで光を制御する光変調器または光スイッチであることを特徴とする光学素子。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子において、前記超微粒子脆性材料が電気光学材料であることを特徴とする光学素子。
【請求項６】
請求項５に記載の光学素子において、前記電気光学材料は、ジルコン酸チタン酸鉛、またはランタンが添加されたジルコン酸チタン酸鉛が主成分であることを特徴とする光学素子。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子の製造方法であって、前記成形体の製造方法が常温衝撃固化現象による成形であることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の光学素子の製造方法において、前記成形体の製造方法がエアロゾルデポジション法であることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項９】
基板に供給する超微粒子脆性材料に機械的衝撃力を負荷して前記超微粒子脆性材料を接合させ形成した成形体を含む第１の光学素子と、第２の光学素子とをそれぞれ少なくとも１つ、前記基板上に集積した光集積デバイスであって、
前記第１の光学素子は、前記基板上に形成された下部電極と、該下部電極上に形成された前記成形体よりなる導波路と、該導波路上に形成された上部電極とを含み、前記下部電極が金属多層膜からなることを特徴とする光集積デバイス。
【請求項１０】
請求項９に記載の光集積デバイスにおいて、前記第２の光学素子は、レーザー、電気−光変換器、光−電気変換器、光増幅器、光スイッチ、光フィルターのいずれかであることを特徴とする光集積デバイス。
【請求項１１】
基板に供給する超微粒子脆性材料に機械的衝撃力を負荷して前記超微粒子脆性材料を接合させ形成した成形体を含む光学素子と、電子回路とをそれぞれの少なくとも１つ、前記基板上に集積した光集積デバイスであって、
前記光学素子は、前記基板上に形成された下部電極と、該下部電極上に形成された前記成形体よりなる導波路と、該導波路上に形成された上部電極とを含み、前記下部電極が金属多層膜からなることを特徴とする光集積デバイス。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光集積デバイスにおいて、前記電子回路は、中央処理装置またはメモリーであることを特徴とする光集積デバイス。
【請求項１３】
請求項９または１１に記載の光集積デバイスにおいて、前記超微粒子脆性材料が電気光学材料であることを特徴とする光集積デバイス。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光集積デバイスにおいて、前記電気光学材料は、ジルコン酸チタン酸鉛、またはランタンが添加されたジルコン酸チタン酸鉛が主成分であることを特徴とする光集積デバイス。
【請求項１５】
請求項９または１１に記載の光集積デバイスの製造方法であって、前記成形体の製造方法が常温衝撃固化現象による成形であることを特徴とする光集積デバイスの製造方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の光集積デバイスの製造方法において、前記成形体の製造方法がエアロゾルデポジション法であることを特徴とする光集積デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信、光配線、光ストレージに用いられる光学素子、それを集積した光集積デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
電界と物質の相互作用により屈折率が変化する電気光学効果は、その高速性、電圧駆動であることによる低消費電力性、構造の単純性から、光変調器に応用されている。ＬｉＮｂＯ３を用いた光変調器では、単結晶ＬｉＮｂＯ３基板上にＴｉ拡散法によりマッハツエンダー型導波路を形成し、電極を組み合わせることで光変調器を形成している。電圧を印加することで、導波路の屈折率を変化させ、光信号のＯＮ／ＯＦＦを行うことができる。しかし、単結晶基板を用いる必要があることから高価であること、また、ＬｉＮｂＯ３の電気光学効果が小さく、プレナー電極構造であることから導波路の長さが必要になり、素子サイズがｃｍ台と非常に大きいという欠点がある。
【０００３】
透明セラミックスであるＰｂｌ−ｘＬａｘ（ＺｒｙＴｉｌ−ｙ）ｌ−ｘ／４Ｏ３（以下、ＰＬＺＴと呼ぶ）は、現行の光変調器に用いられているＬｉＮｂＯ３単結晶より二桁近く電気光学係数が大きいことから、光学素子の小型化による低コスト化、低消費電力化、および高速化が期待でき、これまでゾルゲル法による薄膜化の検討がなされてきている（非特許文献１ならびに非特許文献２参照）。
【０００４】
しかし、光の透過率が高く電気光学効果の大きな薄膜を形成するためには、エピタキシャル成長させる必要があり、下地材料として単結晶基板が必要になることからシリコン系導波路等の他基板上の形成が困難であること、光学素子に必要な膜厚をゾルゲル法で形成するためには長時間の成膜プロセスを必要とすることから高価になるという欠点があった。
【０００５】
ＬｉＮｂＯ３、ＰＬＺＴ等の電気光学材料はいずれも強誘電性材料であり、その特性はそれぞれの化合物に特有の結晶構造を形成した場合に発現する。このため電気光学材料を光学素子として利用するためには、それ自身の単結晶基板を用いるか、単結晶基板上に電気光学材料をエピタキシャル成長させることが、必須と考えられてきた。
【０００６】
今後、電気光学素子と電子素子の１チップ上の集積を可能とするナノフォトニックデバイスの実現が大きな革新技術として求められている。これを実現するためにはＣＰＵ、メモリー等のＬＳＩと光スイッチ等の能動光学素子を同一基板上に形成する技術が必要であり、シリコンや石英基板上にＰＬＺＴ等の電気光学材料を、高い結晶性で成膜する技術が求められている。異種基板上への電気光学素子を形成する技術として、薄層化したバルク電気光学材料を直接接合する技術が知られており、電気光学素子の導波特性を確保するために単層もしくは多層構造の中間層を設けることが報告されている（特許文献１参照）。
【０００７】
一方、酸化物の新たな膜形成技術として、常温衝撃固化現象を利用したエアロゾルデポジション（ＡＤ法）が開発されている。ＡＤ法は超微粒子材料の衝突付着現象を利用している。従来の薄膜形成法に比べ高い成膜速度と低いプロセス温度の実現が期待されている（非特許文献３参照）。また、ＡＤ法は、膜特性が下地層に依存しないことから、基板を自由に選択することができる。
【０００８】
特許文献２には脆性材料超微粒子成形体の成形方法に関することが開示されている。この成形方法は、基板上に供給した超微粒子脆性材料に機械的衝撃を負荷して粉砕し前記超微粒子脆性材料同士または前記超微粒子脆性材料同士及び前記超微粒子脆性材料と前記基板を接合させることを特徴としている。これにより、超微粒子相互の接合を実現し、熱を加えることなく、高密度、高強度の膜が形成される。
【０００９】
特許文献３にはＡＤ法により形成された構造物に関することが開示されており、この構造物は結晶配向性のない多結晶体であり、ガラス層からなる粒界層が実質的にないことを特徴としている。
【００１０】
一方、非特許文献４では、ＡＤ法を用いた透明度の高い電気光学材料の薄膜成形に関する検討がなされている。それによると、光学素子の基本特性である、ＡＤ膜の透過損失は、成形体を形成する微粒子、及び屈折率を異にする非成形体微粒子のレイリー散乱によることが明らかにされている。
【００１１】
更に、特許文献４にはＡＤ法による光学素子、光集積デバイス、光情報伝搬システム及び成形体の製造法に関することが開示されている。例えば、光学素子について言えば、基板上に供給した超微粒子脆性材料に機械的衝撃力を負荷して前記超微粒子脆性材料を粉砕、接合させる衝撃固化現象により成形体を形成した光学素子であって、前記光学素子に含有されるポア(空孔)、異相等の屈折率が成形体の主たる構成体と異なる部分の平均半径ｄ(nm)と前記成形体を伝搬する光の波長λ(nm)の間にｄ６／λ４＜４×１０−５（nm２）の関係があることを特徴とする光学素子である。さらに、光学素子として、基板上に形成された下部電極と、この下部電極上に超微粒子脆性材料に機械的衝撃力を負荷して前記超微粒子脆性材料を粉砕、接合させる衝撃固化現象により形成された成形体よりなる導波路と、この導波路上に形成された上部電極とからなる構造が開示されている。
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−１４５２６１号公報
【特許文献２】特開２００１−３１８０号公報
【特許文献３】特開２００２−２３５１８１号公報
【特許文献４】特開２００５−１８１９９５号公報
【非特許文献１】「Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ  ｌｅａｄ−ｌａｎｔｈａｎｕｍ  ｚｉｒｃｏｎａｔｅ  ｔｉｔａｎａｔｅ  ｆｉｌｍｓ  ｏｎ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ａｎｄ  ｇｌａｓｓ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ」  K. D. Preston and G. H. Haertling: Appl. Phys. Lett. Vol.60, No.23, 8 June 1992, p2831.
【非特許文献２】「Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ  ｏｆ  （Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３  ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ  ｆｏｒ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  ｍｉｃｒｏ−ｏｐｔｉｃｓ  ｕｓｉｎｇ  ｗｅｔ  ｅｔｃｈｉｎｇ  ａｎｄ  ｓｏｌｉｄ−ｐｈａｓｅ  ｅｐｉｔａｘｙ」  K. Nashimoto, K. Haga, M. Watanabe, S. Nakamura and E. Osakabe: Appl. Phys. Lett. Vol.75, No.8, 23 August 1999, p1054.
【非特許文献３】「Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｌｅａｄ  Ｚｉｒｃｏｎａｔｅ  Ｔｉｔａｎａｔｅ  （Ｐｂ（Ｚｒ５２／Ｔｉ４８）Ｏ３）  Ｔｈｉｃｋ  Ｆｉｌｍｓ  Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ  ｂｙ  Ａｅｒｏｓｏｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ」  Jun Akedo and Maxim LEBEDEV: Jpn. J. Appl. Phys. Vol.38 (1999) p5397.
【非特許文献４】「Ｏｐｔｉｃａｌ  ａｎｄ  ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３  ａｎｄ  （Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３  ｆｉｌｍｓ  ｐｒｅｐａｒｅｄ  ｂｙ  ａｅｒｏｓｏｌ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ」  Masafumi Nakada, Keishi Ohashi and Jun Akedo: Jounal of Crystal Growth 275 (2005) e1275.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ＡＤ法による電気光学材料膜を光変調器等の光学素子に適用することで、材料特性が基板もしくは下地材料に依存しないという理由から、任意の下部電極上に電気光学材料からなる導波路を形成することができる。このことから、導波路を下部、上部電極で挟み込む構造が可能となり、電界を導波路に有効に作用させることができ、光学素子の小型化もしくは低消費電力化が可能となる。これらの電極材料には、電気抵抗の小さな金属材料を用いることが、光学素子の高速動作を可能にすることから望ましい。
【００１４】
しかし、金等の金属材料からなる下部電極上にＡＤ法で電気光学材料膜を形成する場合、超微粒子脆性材料が高速で下部電極に衝突するため、その機械的衝撃力で、下部電極を変形もしくは破壊してしまうという課題を見出した。
【００１５】
本発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであって、低電気抵抗の金属材料からなる下部電極上にＡＤ法による成形体を形成した光学素子を提供することを目的とする。
【００１６】
本発明はまた、ＡＤ法による成形体よりなる光学素子を用いた光集積デバイス、並びにその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明による光学素子は、基板上に形成された下部電極と、前記基板に供給する超微粒子脆性材料に機械的衝撃力を負荷することで当該超微粒子脆性材料を接合させ形成した成形体からなり前記下部電極上に形成された導波路と、該導波路上に形成された上部電極とを含み、前記下部電極が金属多層膜からなることを特徴とする。下部電極を金属多層膜からなるようにすることで、金属膜の硬度を高めることが可能となり、硬度を高められた下部電極上に成形体を形成することができる。
【００１８】
上記光学素子において、前記金属多層膜は金、銀、銅、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｗ、Ｍｏの少なくとも１つを主成分とする複数の層と他の金属層とからなることが好ましい。電気抵抗の低い金、銀、銅、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｗ、Ｍｏの少なくとも１つを主成分とする層を複数にした金属多層膜は、単層膜と比較して硬度が高く、かつ下部電極としての電気抵抗を低くすることができ、光学素子の下部電極に適している。
【００１９】
上記光学素子において、前記複数の層はそれぞれ層厚が５００nm以下であることが好ましい。下部電極の硬度を高くするためには、結晶粒径の小さな初期成長層を積層する必要があり、複数の各層の厚さが５００nm以下であれば、積層化により硬度を高めることができる。
【００２０】
上記光学素子において、該光学素子は、電極に電気信号を印加することで光を制御する光変調器または光スイッチである。本発明により高速応答可能で、成形体を下部電極、上部電極で挟み込む構造をとることで小型化もしくは低消費電力化が可能な光変調器、光スイッチを形成することができる。
【００２１】
本発明によればまた、基板に供給する超微粒子脆性材料に機械的衝撃力を負荷して前記超微粒子脆性材料を接合させ形成した成形体を含む第１の光学素子と、第２の光学素子とをそれぞれ少なくとも１つ、前記基板上に集積した光集積デバイスであって、前記第１の光学素子は、前記基板上に形成された下部電極と、該下部電極上に形成された前記成形体よりなる導波路と、該導波路上に形成された上部電極とを含み、前記下部電極が金属多層膜からなることを特徴とする光集積デバイスが提供される。この光集積デバイスにおいては、前記第２の光学素子が、レーザー、電気−光変換器、光−電気変換器、光増幅器、光スイッチ、光フィルターのいずれかとされる。この場合、製造プロセスが異なるために困難であった複数の光学素子の集積化を、どのような下地材料上でも室温で形成可能な衝撃固化現象により形成することで可能となる。
【００２２】
本発明によれば更に、基板に供給する超微粒子脆性材料に機械的衝撃力を負荷して前記超微粒子脆性材料を接合させ形成した成形体を含む光学素子と、電子回路とをそれぞれの少なくとも１つ、前記基板上に集積した光集積デバイスであって、前記光学素子は、前記基板上に形成された下部電極と、該下部電極上に形成された前記成形体よりなる導波路と、該導波路上に形成された上部電極とを含み、前記下部電極が金属多層膜からなることを特徴とする光集積デバイスが提供される。この光集積デバイスにおいては、前記電子回路は、中央処理装置またはメモリーとされる。この場合、製造プロセスが異なるために困難であった光学素子と電子回路の同一基板上での集積化を、どのような下地材料上でも室温で形成可能な衝撃固化現象により形成することで可能となる。
【００２３】
本発明による光学素子及び光集積デバイスにおいては、前記成形体の構成材料を電気光学材料とすることにより、光変調器等の能動素子、デバイスの作製が可能となる。
【００２４】
本発明による光学素子及び光集積デバイスにおいてはまた、前記電気光学材料がジルコン酸チタン酸鉛、またはランタンが添加されたジルコン酸チタン酸鉛を主成分とすることにより、小型で低電圧駆動の光変調器等の能動素子、デバイスの作製が可能となる。
【００２５】
本発明による光学素子及び光集積デバイスの製造方法は、前記成形体の製造方法が常温衝撃固化現象による成形であることを特徴とする。常温衝撃固化現象を用いることで、室温で任意の基板上に成形体の形成が可能となる。常温衝撃固化現象による膜形成法の中でも、エアロゾルデポジション法は、成形体の製造方法として適している。
【発明の効果】
【００２６】
本発明により、常温衝撃固化現象による成形、つまり超微粒子脆性材料に機械的衝撃力を負荷して超微粒子脆性材料を接合させた成形体を低電気抵抗の電極上に形成することが可能となり、それにより高い性能の光学素子、および光集積デバイスを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の実施例を説明する前に、本発明がなされるにいたった経過を説明する。本発明は、金属材料よりなる下部電極上に常温衝撃固化現象を利用したＡＤ法により酸化物電気光学材料を形成する場合には、金属膜の硬度を高める必要があり、そのためには低電気抵抗の金属層を他の金属層と多層化することが効果的であるという知見に基づいてなされたものである。
【００２８】
以下、図を使って説明する。図６は、金属による下部電極上にＡＤ法で電気光学材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）膜を形成し、その上に上部電極を形成した光変調器の断面構造を示す。下部電極は、金により形成されている。ＡＤ法では、この下部電極上に、ＰＺＴ粒子を高速で衝突させることにより、ＡＤ膜を形成するが、その機械的衝撃力で、下部電極が変形もしくは破壊してしまうことが、実験により明らかとなった。図７はその試料断面を示すＳＥＭ写真である。中間部に観察される波形構造は、金による下部電極であり、平坦であった金薄膜が粒子の衝突により大きく変形していることが分かる。下部電極がこのように変形すると、ＰＺＴに入射した光は散乱してしまうため、光学素子として使用することは不可能である。
【００２９】
また、ＡＤ法で形成したＰＺＴ膜が電気光学効果を発現するためには、６００℃程度のアニールが必要である。図８は、下部電極上に形成されたＡＤ法によるＰＺＴ膜のアニール後の顕微鏡写真であり、円形状の剥離部が多数観測される。これらの剥離は、電極変形部にアニール時の熱応力が集中して発生したものである。
【００３０】
本発明者らは、このようなＡＤ法による成膜に起因する積層構造の破壊を防ぐためには、下部電極の低電気抵抗層を多層化することが効果的であることを見出した。
【００３１】
図１は本発明による光変調器の断面構造の模式的に示す。下部電極の金層が二層になっていることが特徴である。図３は、二層の金層からなる下部電極上に形成されたＡＤ法によるＰＺＴ膜のアニール後の顕微鏡写真である。剥離、クラック等は存在せず、良好な光学特性を示した。
【００３２】
下部電極における低電気抵抗層の多層化による効果は次のように考えられる。ＰＺＴ粒子の衝突による下部電極の変形の防止には、金属層の硬度を高めることが効果的である。結晶粒の界面である結晶粒界は、金属結晶粒の変形を防止するため、膜内に結晶粒界を多数入れることで、薄膜の硬度を高めることができる。スパッタ等の薄膜の成長では、まず結晶の核が形成され、その核を中心として膜は成長する。このため膜の形成初期では、結晶粒は小さく、結晶粒界が多数存在し、硬度の高い膜を得ることができる。一方、電極として用いるためには電気抵抗を小さくする必要があるため、高電気抵抗の薄い初期形成層を電極層に用いることはできない。したがって、結晶粒が増大しない、膜形成初期状態を積層することで、膜の硬度を高め、且つ低電気抵抗を満足することができる。
【００３３】
以上のように金属膜からなる下部電極を多層化することで、その上部にＡＤ膜を形成した光学素子を形成できることを、本発明により初めて明らかにすることができた。この結果を適用することで高性能の光学素子、光集積デバイスを安価にて形成することができるようになる。
【００３４】
以下、本発明をいくつかの実施例を挙げて詳細に説明する。
【００３５】
（第１の実施例）
図１は、本発明による光学素子の断面構造を模式的に示した図である。ガラス基板（コーニング7059）４１上に、下部電極４２をスパッタ法により形成した。下部電極４２は、Ｔｉ層(膜厚３nm)４３、金層（膜厚２００nm）４４、Ｔｉ層(膜厚５nm)４５、金層(膜厚２００nm)４６、Ｔｉ層（膜厚３nm）４７よりなる金属多層膜である。スパッタ法にはＤＣマグネトロンスパッタ法を用い、Ａｒガスをスパッタガスとして用いた。下部電極４２の上部にＡＤ法により電気光学層４８を形成した。成膜方法等は、あとで詳しく説明する。続いて、６００℃、３０分大気中でアニール後、表面研磨を行い、研磨した電気光学層４８の上部に上部電極４９をスパッタ法で形成した。上部電極４９はＴｉ層(膜厚３nm)４１０、金層（膜厚２００nm）４１１よりなり、成膜方法は下部電極４２と同じである。
【００３６】
次に、第１の実施例で用いたＡＤ法による成膜方法について詳しく説明する。図２は、本発明で用いた成膜装置の概略図である。酸素ガスを内蔵するガスボンベ６１は搬送管を介してガラスボトル６２に接続されている。ガラスボトル６２内に超微粒子脆性材料による原料粉末６３を入れ、排気管６４を介して２０Ｔｏｒｒ程度の真空に排気した後、キャリアガスとして酸素をその流量を制御しながら導入する。ガラスボトル６２を加振器６５により振動させることで、気体中に原料粉末の微粒子を分散させたエアロゾルを発生させ、キャリアガスにより搬送管６６を介して、成膜チャンバー６７に搬送する。成膜チャンバー６７は真空ポンプ６８により所定の真空度に排気される。ノズル６９から成膜チャンバー６７内の基板６１０に原料粉末を吹き付けることで、薄膜を形成する。
【００３７】
成膜条件は、次のようになる。キャリアガスは酸素とし、基板６１０に対する入射角を３０度、ガス流量は１２（l/分）、成膜速度は０．５μｍ/分、加振器６５の振動数は２００ｒｐｍである。基板６１０にはガラスを用いた。成膜材料としての原料粉末には電気光学効果の大きな酸化物であるジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）系粉末を用いた。ＰＺＴの組成は、Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ）Ｏ３においてｘ＝０．３である。原料粉末の平均粒径は、０．７μｍとした。膜厚は３μｍである。成膜材料のＰＺＴ系粉末はペロブスカイト型結晶構造を持つ強誘電体の組成であり、一次の大きな電気光学係数を持つ光学デバイスの適応が可能な組成である。
【００３８】
図３は、二層の金層からなる下部電極４２上に形成されたＡＤ法によるＰＺＴ膜（電気光学層４８）のアニール後の顕微鏡写真である。前述したように、剥離、クラック等は存在せず、良好な光学特性を示した。
【００３９】
次に、比較例として、金等の低抵抗金属による単層の下部電極の場合について説明する。
【００４０】
図６は比較例としての光変調器の断面構造を模式的に示した図である。ガラス基板（コーニング7059）１１上に、下部電極１２をスパッタ法により形成した。下部電極はＴｉ層(膜厚３nm)１３、金層（膜厚２００nm）１４、Ｔｉ層(膜厚３nm)１５よりなる。スパッタ法にはＤＣマグネトロンスパッタ法を用い、Ａｒガスをスパッタガスとして用いた。その上部にＡＤ法により電気光学層１６を形成した。電気光学層１６の成膜方法等は、上記第１の実施例と同じである。続いて、６００℃、３０分大気中でアニール後、表面研磨を行い、その上部に上部電極１７をスパッタ法で形成した。上部電極１７はＴｉ層(膜厚３nm)１８、金層（膜厚２００nm）１９よりなり、成膜方法は下部電極１２と同じである。
【００４１】
図７は比較例として作製された試料断面のＳＥＭ写真である。ガラス基板２１上部に、金よりなる下部電極２２が形成され、その上部にＡＤ法によるＰＺＴからなる電気光学層２３が形成されている。前述したように、中間部に観察される波形構造は、金による下部電極２２であり、平坦であった金薄膜が粒子の衝突により大きく変形していることが分かる。下部電極２２がこのように変形すると、ＰＺＴに入射した光は散乱してしまうため、光学素子として使用することは不可能である。
【００４２】
図８は、下部電極２２上に形成されたＡＤ法によるＰＺＴ膜のアニール後の顕微鏡写真であり、前述したように円形状の剥離部が多数観測される。これらの剥離部は、下部電極２２の変形部分にアニール時の熱応力が集中して発生したものである。
【００４３】
これに対し、第１の実施例では下部電極４２を低電気抵抗層の多層化により形成することで、良好な光学特性の光学素子を得ることができた。
【００４４】
第１の実施例は、電気光学材料であるＰＺＴに関しているが、材料系はそれに限定されるものではなく、ランタンが添加されたジルコン酸チタン酸鉛、チタン酸バリウム、ストロンチウム添加チタン酸バリウム、ＫＴＮ等の電気光学材料や、ＳｉＯ２、窒化珪素等の光導波路形成材料にも同様の効果がある。また、光導波路層（電気光学層）は単層である必要は無い。
【００４５】
（第２の実施例）
図４、図５を参照して本発明の第２の実施例について説明する。第２の実施例は、本発明をファブリ・ペロー型変調器に適用した例である。
【００４６】
図４は、本発明によるファブリ・ペロー型光変調器の断面構造を模式的に示した図である。ガラス基板（コーニング7059）７１上に、下部電極７２をスパッタ法により形成した。下部電極７２はＴｉ層(膜厚３nm)７３、金層（膜厚２００nm）７４、Ｔｉ層(膜厚５nm)７５、金層(膜厚２００nm)７６、Ｔｉ層（膜厚３nm）７７よりなる金属多層膜である。成膜方法は第１の実施例と同じである。その上部にＡＤ法により電気光学層７８を形成した。電気光学層７８の成膜方法等は、第１の実施例と同じである。続いて、６００℃、３０分大気中でアニール後、電気光学層７８の表面研磨を行い、その上部に透明電極ＩＴＯ（膜厚１２０nm）７９をスパッタ法で形成した。スパッタ法にはＤＣマグネトロンスパッタ法を用い、Ａｒガスをスパッタガスとして用いた。その上部に誘電体多層膜７１０をスパッタ法で形成した。誘電体多層膜７１０の構成は（ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５）５周期（図４では、便宜上、３周期のみ図示）であり、ＤＣマグネトロンスパッタ法により、Ａｒガスをスパッタガスとして形成した。
【００４７】
図５は、反射率の波長依存性を示した特性図である。図５において、反射率スペクトル８１は、電圧印加の無い状態であり、ファブリ・ペロー干渉による反射率のピークが観測される。反射率スペクトル８２は、１２０Ｖ印加した状態であり、ファブリ・ペロー干渉による透過率のピークは高波長側にシフトしており、電圧により反射率を制御することができることが分かる。
【００４８】
一方、下部電極の金層を単層にした場合、アニール時にＡＤ膜の剥離が発生し、図４に示すような構造を形成することはできなかった。
【００４９】
また、下部電極７２の各金層の層厚が５００nmを超えると、多層化の効果は無く、アニール時にＡＤ膜の剥離や、光学特性の低下が現れた。
【００５０】
ＡＤ膜の特性が下地層の結晶性に本質的に依存しないという利点は、例えば、レーザー、電気−光変換器、光−電気変換器、光増幅器、光導波路、光フィルター等の別種の光学素子を予め形成した基板、あるいは、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリー等の電子素子で構成される集積回路が予め形成されている基板に対して、さらに、この基板上に本発明にかかる光学素子を作製し、全体として、本発明の光学素子で構成される光デバイスと、他のデバイスを集積した光集積デバイスの作製に応用することができる。
【００５１】
なお、上記の実施例では、下部電極を構成する金属多層膜の一方の金属層を金とする場合について説明したが、金のみに限らず、金、銀、銅、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｗ、Ｍｏの少なくとも１つを主成分とする層としても良いし、複数の層がすべて同じ金属である必要は無い。また、他の金属層として上記実施例ではＴｉを挙げたが、これに代えて例えばＣｒ、Ｔａ、Ｎｂ等を用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明にかかる光学素子及び光集積デバイス並びにその製造方法は、超微粒子脆性材料に機械的衝撃力を負荷して超微粒子脆性材料を接合させた成形体を低電気抵抗の下部電極上に形成することが可能となり、その設計自由度も広く、幅広い対象において、適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施例として金による二層の下部電極を用いた光学素子構造の断面図である。
【図２】図２は、第１の実施例において利用するエアロゾルデポジション法による成膜装置の構成を模式的に示した図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施例による光学素子の光学顕微鏡写真である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施例として金による二層の下部電極を用いたファブリ・ペロー型変調器の断面図である。
【図５】図５は、第２の実施例における、金による二層の下部電極を用いたファブリ・ペロー型変調器の反射率スペクトルの電圧印加による変化を示した図である。
【図６】図６は、金による単層の下部電極を用いた従来の光学素子構造の断面図である。
【図７】図７は、金による単層の下部電極を用いた従来の光学素子の断面ＳＥＭ構造の写真である。
【図８】図８は、金による単層の下部電極を用いた従来の光学素子の光学顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００５４】
１１、２１、４１、７１・・・ガラス基板
１２、２２、４２、７２・・・下部電極
１３、１５、１８、４３、４５、４７、７３、７５、７７、４１０・・・Ｔｉ層
１４、１９、４４、４６、７４、７６、４１１・・・金層
１６、２３、４８、７８・・・ＡＤ法による電気光学層
１７、４９・・・上部電極
６１・・・ガスボンベ
６２・・・・ガラスボトル
６３・・・・原料粉末
６４・・・・排気管
６５・・・加振器
６６・・・・搬送管
６７・・・成膜チャンバー
６８・・・真空ポンプ
６９・・・ノズル
７９・・・透明電極
８１・・・電圧印加のない状態の反射率スペクトル
８２・・・１２０Ｖ電圧印加状態の反射率スペクトル
６１０・・・基板
７１０・・・誘電体多層膜
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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