(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する基板に、バッファ層と、光導波路と、導波光を制御する電極と、前記光導波路を伝播する導波光のうちの不要な偏光成分を除去する金属膜を有する導波路型偏光子とを備え、前記金属膜は保護層で被覆され、バッファ層と前記電極の間に下地金属層が設けられた導波路型光デバイスであって、前記導波路型光デバイスは、光導波路が形成された前記基板にバッファ層を形成した後、バッファ層開口部に前記金属膜及び保護層をこの順に設け、次いでバッファ層及び保護層の上に下地金属層を設け、下地金属層の上に前記電極をパターニングした後、電極の下にある下地金属層以外の下地金属層をケミカルエッチングにより除くことにより作製されることを特徴とする導波路型光デバイス。
【請求項２】
前記保護層は、前記導波路型偏光子の形成後に行われるケミカルエッチングに用いられるエッチング液に対して耐食性を有する材料より構成されている請求項１に記載の導波路型光デバイス。
【請求項３】
電気光学効果を有する基板に、バッファ層と、光導波路と、導波光を制御する電極と、前記光導波路を伝播する導波光のうちの不要な偏光成分を除去する金属膜を有する導波路型偏光子とを備え、バッファ層と前記電極の間に下地金属層が設けられた導波路型光デバイスであって、前記導波路型光デバイスは、光導波路が形成された前記基板にバッファ層を形成した後、バッファ層開口部に前記金属膜を設け、次いでバッファ層及び金属膜の上に下地金属層を設け、下地金属層の上に前記電極を前記金属膜をも覆うようにパターニングした後、電極の下にある下地金属層以外の下地金属層をケミカルエッチングにより除くことにより作製されることを特徴とする導波路型光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導波路型光デバイスにかかり、特に、導波路型光変調器等のように偏光子と電極とを集積化した導波路型光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ニオブ酸リチウム等の電気光学効果を有する基板上に光導波路やバッファ層、進行波型電極を形成して構成したチップに、光ファイバを接続して作成される導波路型光変調器などの導波路型光デバイスは、長距離、広帯域の光通信システムにおけるキーデバイスとして、開発が進められ、実システムへの導入が始まっている。
【０００３】
このような光デバイスとして使用される導波路型光変調器においては、通常、光導波路を伝播する光波のうち、基板に対して垂直或いは水平方向にのみ振動する振動波成分の一方のみを選択して用いる。そのため、導波路型光変調器の入射側に偏波面保持ファイバを設けて、基板に対して垂直又は水平に振動する直線偏光を選択的に入射する構成とすることが多い。
【０００４】
しかしながら、偏波面保持ファイバに外部から応力がかかった場合や、入射する光が直線偏光でない場合などにおいては、出射側のファィバにおける消光比が低下するという問題が生じる。
【０００５】
このような問題点を解決するため、特開平４−２８２６０８号公報では、入力導波路端面に若しくは入出力導波路両端面に微小偏光子を貼り付けることにより、余分な偏波成分をカットして消光比の低下を防止することが提案されている。
【０００６】
また、特開昭６２−９９９１３号公報では、光導波路の近傍に、導波光の透過屈折率と等しい（若しくは、ほぼ等しい）屈折率を持つ膜を配置し、この膜を光導波路に作用させて、光導波路を伝播する２種類の光波の一方を選択的に取り出すことが開示されている。
【０００７】
ところで、光導波路を伝播する２種類の光波の一方を選択する導波路型偏光子において最も構成が簡単なものとして、基板に形成した光導波路の上方に矩形状の金属膜を装荷した構成の金属装荷型の導波路型偏光子がある。
【０００８】
この金属装荷型の導波路型偏光子は、金属膜の光の偏波方向に対する吸収効率の差を利用したものであり、Suematsu et. al：Appl.Phys.Lett.,Vol.21,No6(1972)にその原理が示されている。
【０００９】
簡単に述べると、光導波路上に装荷した金属膜が基板に対して水平方向に振動する偏波（以下、ＴＥモード光と称す。）を透過し、垂直方向に振動する偏波（以下、ＴＭモード光と称す。）を選択的に吸収するという作用を利用したものであり、構造が簡単で、比較的高い消光比が得られるという特徴を有する。
【００１０】
この金属装荷型の導波路型偏光子は、基板の表面に平行な光導波路の上方に矩形状の金属膜を装荷して構成したものが一般的であり、このような構成の金属装荷型の導波路型偏光子では、常にＴＭモード光が吸収されるため、ＴＥモード光を用いるＸカットのニオブ酸リチウムを基板として用いた導波路型光変調器等に使用されている。
【００１１】
一般に、このような導波路型偏光子は、導波光を変調するための電極と共に同一基板に設けられて導波路型光デバイスとされる。そのような導波路型光デバイスは、例えば、フォトリソグラフィにより偏光子パターンを形成し、Ａｌ等の偏光子として作用させるための金属膜を基板全面に成膜し、偏光子パターンをリフトオフして金属膜を形成後、電極層を形成して得られる。
【００１２】
近年、基板表面に基板より低い誘電率を有する物質をバッファ層として形成し、電極を伝播するマイクロ波を高速化するように構成した導波路型光変調器等の導波路型光デバイスが提案されている。
【００１３】
一般に、この様な導波路型光デバイスにおいては、進行波型電極を伝播するマイクロ波の速度を更に上げるために電解メッキ法などによって電極を厚く形成することが望ましいが、基板及びバッファ層には誘電体が用いられているため、電解メッキのための導電層として金属層による下地が必要である。
【００１４】
例えば、ＳｉＯ2よりなるバッファ層を備えた高速変調器等に形成する進行波電極は、まず、バッファ層上に下地金属層を基板全面にわたって成膜した後、フォトレジストにより電極のパターニングを行い、メッキを成長させた後、フォトレジストを除去して、露出した下地金属層をケミカルエッチングにより取り除き、信号電極と接地電極とを切り離すことにより形成される。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
下地金属層は、バッファ層と電極との両方に対して良好な付着力を有するものより構成する必要があるため、例えば、Ｔｉ等のバッファ層への付着力が高い材料と、例えば、Ａｕなどのメッキ成長させる金属と同種類の材料とを組み合わせた構成とするのが一般的である。
【００１６】
しかしながら、信号電極と接地電極との切り離しのために用いられる下地金属層を取り除くケミカルエッチングにおいて、予め同一基板上に形成した偏光子を構成する金属膜が、例えば、Ａｕを取り除くためのヨウ素ヨウ化カリウム水溶液や、Ｔｉを取り除くためのアンモニア−過酸化水素水混合液等のエッチング液に曝されるために金属膜がエッチングされてダメージを受け偏光子としての機能が劣化してしまうという問題がある。
【００１７】
従来では、偏光子として作用する金属膜が下地金属層のエッチング時にエッチング液に曝されて多少エッチングされても偏光子としての機能を果たすことが出来るように、金属膜自体の厚さをより厚く形成することで対処している。
【００１８】
しかし、実際には、前記金属膜の成膜時に発生する膜厚、膜質等のバラツキにより、下地金属層のエッチングによる前記金属膜のダメージにもバラツキが生じ、偏光子としての機能が劣化してしまい、歩留まりを低下させている。
【００１９】
また、本来、偏光子として作用させる厚さ分以上に金属膜を厚く形成しなければならないため、偏光子を構成する金属膜の成膜時間が長くなるという難点がある。
【００２０】
以上のことから本発明は、偏光子としての機能を充分に果たす程度の厚さに金属膜を構成でき、また、電極下地層のケミカルエッチング時に、予め同一基板上に形成した金属膜がダメージを受け、偏光子としての機能を果たさなくなる恐れのない導波路型光デバイスを得ることを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の本発明は、電気光学効果を有する基板に、バッファ層と、光導波路と、導波光を制御する電極と、前記光導波路を伝播する導波光のうちの不要な偏光成分を除去する金属膜を有する導波路型偏光子とを備え、前記金属膜は保護層で被覆され、バッファ層と前記電極の間に下地金属層が設けられた導波路型光デバイスであり、前記導波路型光デバイスは、光導波路が形成された前記基板にバッファ層を形成した後、バッファ層開口部に前記金属膜及び保護層をこの順に設け、次いでバッファ層及び保護層の上に下地金属層を設け、下地金属層の上に前記電極をパターニングした後、電極の下にある下地金属層以外の下地金属層をケミカルエッチングにより除くことにより作製されることを特徴とする。
【００２２】
すなわち、請求項１の発明の導波路型光デバイスは、予め同一基板上に形成した偏光子を構成する金属膜を保護層で被覆したことにより、金属膜がエッチングされることはなく、機能劣化を防止できる。また、金属膜を不要に厚く形成する必要がなくなるので、偏光子としての機能を充分に果たす程度の厚さに金属膜を構成でき、金属膜の成膜時間も短くて済み、金属膜を薄く形成出来る分の材料費を削減出来る。
【００２３】
この保護層は、エッチング液に対して耐食性を有しない材料より構成し、自身が金属膜の代わりにエッチングされて被覆した金属膜を保護する働きをするものでも、請求項２に記載したように、エッチング液に対して耐食性を有する材料より構成し、自身もエッチング液にエッチングされないように構成してもよい。
【００２４】
請求項３に記載したように、下地金属層の上に前記電極を前記金属膜をも覆うようにパターニングした後、電極の下にある下地金属層以外の下地金属層をケミカルエッチングにより除くことにより作製すると、保護層形成のために新たな材料を購入する必要がなく、また、電極の形成と同時に保護層の形成が行えるので、効率的である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１から図１０を参照しながら説明する。図１に示すように本実施の形態の導波路型光変調器は、基板表面に形成された光導波路１２、金属膜形成領域を除く基板表面を被覆するＳｉＯ2よりなるバッファ層１４、バッファ層１４上の光導波路１２上に形成された進行波型電極１８及び、光導波路１２と直接接触するように基板表面に形成された金属膜２０とから構成され、さらに、金属膜２０は、誘電体材料であるＳｉＯ2膜１６により被覆されている。
【００２６】
このＳｉＯ2膜１６は、金属膜２０形成直後に設けられ、金属膜２０形成後の電極の形成時におけるエッチング液によって金属膜２０がエッチングされるのを防ぐ保護層として働く。
【００２７】
このＳｉＯ2膜１６が金属膜２０のエッチングを防止しているので、金属膜２０を余分に厚く形成する必要がなく、従って、偏光子として作用するのに必要な程度の厚さに形成されている。
【００２８】
ここで、図１に示した導波路型光変調器の製造方法について図２〜図９を参照しながら以下に簡単に説明する。まず、ニオブ酸リチウム基板（以後、ＬＮ基板と称す。）１０にＴｉ拡散法により光導波路１２を形成する。その後、スパッタリング法によりＬＮ基板１０全面にＳｉＯ2からなるバッファ層１４を厚さ０．５μｍとなるように形成した後、６００℃でアニールする。さらに、基板全面にＣｒ膜２２を成膜した後、フォトレジスト２４を全面に塗布する（図２参照）。
【００２９】
その後、フォトリソグラフィにより偏光子用金属膜部分のパターニングを行って、偏光子用金属膜形成領域のＣｒ膜２２を露出させたレジストパターン(図示せず)を形成後、ケミカルエッチングによって露出したＣｒ膜２２をエッチングする。Ｃｒ膜２２のエッチング終了後に、レジストパターンを取り除くことによって、偏光子用金属膜形成領域に開口１１ａを有するＣｒマスク２２ａをバッファ層１４表面に形成する（図３参照）。
【００３０】
その後、ドライエッチングによってＣｒマスク２２ａの開口部に露出するバッファ層を取り除いた後、ケミカルエッチングによってＣｒマスク２２ａを取り除き、偏光子用金属膜形成領域に開口１１ｂを有するバッファ層１４ａを表面に形成したＬＮ基板１０を得る（図４参照）。
【００３１】
このようにしてバッファ層１４のパターニングを行なった後、ＬＮ基板１０の全面にフォトレジスト２４を塗布し、フォトリソグラフィにより偏光子用金属膜部分のパターニングを行って、光導波路１２の一部を含むＬＮ基板１０表面を露出させたレジストパターン２４ａを形成後、スパッタリング法により基板全面に厚さ５０ｎｍのＡｌ膜２０と、厚さ５０ｎｍのＳｉＯ2膜１６とを連続して形成する（図５参照）。
【００３２】
その後、ＬＮ基板１０を有機溶剤中に浸漬し、レジストパターン２４ａをリフトオフすることによって、バッファ層１４ａの開口１１ｂ内にＡｌ膜２０とＳｉＯ2膜１６との２層の膜が形成されたＬＮ基板１０を得る（図６参照）。
【００３３】
次に、得られたＬＮ基板１０の全面に、電極の下地層として厚さ５０ｎｍのＴｉ膜１５と厚さ５０ｎｍのＡｕ膜１７とを順に蒸着により成膜する（図７参照）。なお、Ｔｉ膜１５はバッファ層に対する付着力を向上させるためのものであり、Ａｕ膜１７は上層に形成する進行波型電極１８（以下、電極１８と称す。）との付着力を良好とするためのものである。
【００３４】
その後、基板全面にフォトレジスト２４を塗布してフォトリソグラフィにより電極形成部分のパターニングを行い、電極形成領域を開口とするレジストパターン２４ｂを形成する（図８参照）。さらに、電解メッキ法により、電極層として厚さ１０μｍのＡｕ膜を形成する（図９参照）。
【００３５】
その後、レジストパターン２４ｂを除去して基板全体をヨウ素ヨウ化カリウム水溶液に浸し、信号電極と接地電極との間に露出する下地として設けたＡｕ膜１７を除去する。このとき、電極１８もエッチングされるが、下地として設けたＡｕ膜１７に対して、電極層として設けたＡｕ膜は非常に厚いため問題にならない。Ａｕ膜１７の除去後、エッチング液をアンモニア−過酸化水素水混合液に変えてＡｕ膜１７の下層のＴｉ膜をエッチングして信号電極と接地電極とを切り離すことにより、図１に示すような導波路型光変調器が得られる。
【００３６】
この導波路型光変調器は、偏光子として作用する金属膜２０がＳｉＯ2膜１６により被覆されているため、下地層を構成するＡｕ膜１７のヨウ素ヨウ化カリウム水溶液によるエッチングにおいても、Ｔｉ膜１５のヨウ素ヨウ化カリウム水溶液によるエッチングにおいても、金属膜２０がエッチングされてダメージを受け、偏光子としての作用が劣化することがない。また、前記金属膜２０がエッチングされないため、偏光子として作用する程度に薄く形成できるものとなる。
【００３７】
なお、上記説明した実施の形態では、偏光子として作用させる金属膜２０と、この金属膜２０の上層に保護層として設けたＳｉＯ2膜１６とを同じ寸法に構成したが、金属膜２０の上層に設ける保護層としてＳｉＯ2膜１６を金属膜２０よりも大きい寸法としてもよい。
【００３８】
また、偏光子として作用させる金属膜２０の上層に誘電体材料であるＳｉＯ2を形成して保護層としたが、保護層を構成する材質はＳｉＯ2に限らず、Ｃｒ等の金属、Ｓｉ等の半導体及びポリイミドなどの有機材料など、電極下地層のケミカルエッチングに良好な耐食性を有する材質のものを使用することができる。
【００３９】
また、保護層は、偏光子として作用させる金属膜２０とは別の部材により構成させずに、陽極酸化法によって偏光子として作用させる金属膜２０の表面を酸化させて形成した誘電体層より構成することもできる。
【００４０】
さらに、以上説明した実施の形態では、偏光子として作用する金属膜２０を被覆する保護膜を別に形成した構成であるが、後工程でエッチングして除去する下地層よりも電極層の厚さの方がかなり厚いため電極層が下地層のエッチング時に全てエッチングされることがないことから、電極層の一部を金属膜２０の上層に残して保護層とした構成とすることも可能である。
【００４１】
この場合、図１０に示すように、接地電極を形成する電極１８を偏光子として作用する金属膜２０の上層に覆い被さるようにパターニングして保護層とする構成としてもよく、その場合、電極１８のパターニングの際に、偏光子として作用する金属膜２０の上層を被覆して保護層とする構成としてもよい。このような構成とすることにより、偏光子として作用する金属膜２０の上層に保護層として別部材の金属や誘電体などからなる層を形成しなくてよく、また、電極形成と同時に保護層を形成できるため、工程数が少なくて済み、好ましい。
【００４２】
なお、本実施の形態では、偏光子として作用する金属膜２０と、この金属膜２０を被覆する保護層としてのＳｉＯ2膜１６とをスパッタリングにより形成したものとしたが、これら金属膜２０とＳｉＯ2膜１６との形成方法はこれに限らず、蒸着法など他の成膜方法により形成したものであってもよい。
【００４３】
さらに、基板としてＬＮ基板を使用したものについて説明したが、ＬＮ基板に限らず、他の誘電体材料、半導体材料を使用した基板等他の材料を用いることができ、またその他の構成についても同様に、本発明は上記実施の形態で挙げた材質に限らない。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の導波路型光デバイスは、偏光子としての機能を充分に果たす程度の厚さに金属膜を構成でき、また、電極下地層のケミカルエッチング時に、予め同一基板上に形成した金属膜がダメージを受け、偏光子としての機能を果たさなくなる恐れがない、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （Ａ）は本発明の実施の形態における導波路型光変調器の上面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ線端面図である。
【図２】  （Ａ）は光導波路１２を形成したＬＮ基板１０上にバッファ層１４、Ｃｒ膜２２、フォトレジスト２４を順に形成した状態を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ線端面図である。
【図３】  （Ａ）は図２に示した基板をパターン露光・現像してＣｒマスク２２ａを形成した状態を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ線端面図である。
【図４】  （Ａ）は図３に示した基板のＣｒマスク２２ａを用いてバッファ層１４をパターニングしてＣｒマスク２２ａを取り除いた状態を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ線端面図である。
【図５】  （Ａ）は図４に示した基板にレジストパターン２４ａを形成した後、Ａｌ膜２０と、ＳｉＯ2膜１６とを順に形成した状態を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ線端面図である。
【図６】  （Ａ）は図５に示した基板のレジストパターン２４ａをリフトオフした状態を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ線端面図である。
【図７】  （Ａ）は図６に示した基板の全面にＴｉ膜１５とＡｕ膜１７とを順に形成した状態を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ線端面図である。
【図８】  （Ａ）は図７に示した基板に電極形成領域を開口とするレジストパターン２４ｂを形成した状態を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ線端面図である。
【図９】  （Ａ）は図８に示した基板に電極層としてのＡｕ膜を形成した状態を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ線端面図である。
【図１０】  本発明の別の実施の形態を示す説明図であり、（Ａ）は上面図（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ線端面図である。
【符号の説明】
１０    ＬＮ基板
１１ａ、１１ｂ    開口
１２    光導波路
１４    バッファ層
１４ａ  パターニング済みのバッファ層
１５    Ｔｉ膜
１６    ＳｉＯ2膜
１７    Ａｕ膜
１８    進行波型電極(電極)
２０    金属膜
２２ａ  Ｃｒマスク
２２    Ｃｒ膜
２４    フォトレジスト
２４ａ、２４ｂ    レジストパターン
【図１】
0003898851.tif 000002
【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】
0003898851.tif 000010
【図１０】
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