(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化マグネシウム基板と、前記酸化マグネシウム基板上に形成された光導波路層とを有する光導波路装置であって、
前記光導波路層は、強誘電体又は反強誘電体よりなるコア層と、前記コア層の上下に形成された上部クラッド層及び下部クラッド層を有し、
前記強誘電体は、Ｐｂ、Ｔｉ、及びＯから構成されるペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電体、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、及びＯから構成されるペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電体、Ｐｂ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｔｉ、及びＯから構成されるペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電体、又はＰｂ、Ｌａ、Ｔｉ、及びＯから構成されるペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電体からなり、
前記反強誘電体は、ＡサイトにＰｂが８０％以上の割合で存在し、ＢサイトにＳｎが５％以上５０％以下の割合で存在するペロブスカイト型の結晶構造を有する反強誘電体からなり、
前記酸化マグネシウム基板と前記光導波路層との間に形成され、前記酸化マグネシウム基板及び前記光導波路層とほぼ格子整合し、室温から７００℃までの平均熱膨張係数が８．０×１０−６〜１３．０×１０−６／℃の範囲内である応力緩和層を更に有し、
前記応力緩和層は、ＡサイトにＰｂ、Ｌａ、Ｂａ、Ｓｒ又はＣａのうち少なくともいずれかを含み、ＢサイトにＴｉ、Ｓｎ、Ｚｒ、又はＨｆのうち少なくともいずれかを含むペロブスカイト型の結晶構造を有する材料よりなる
ことを特徴とする光導波路装置。
【請求項２】
請求項１記載の光導波路装置において、
前記上部クラッド層及び前記下部クラッド層は、Ｐｂ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｔｉ、及びＯから構成されるペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電体よりなる
ことを特徴とする光導波路装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の光導波路装置において、
前記酸化マグネシウム基板と前記光導波路層との間に形成された下部電極と、
前記下部電極に対向するように前記光導波路層上に形成された上部電極とを更に有する
ことを特徴とする光導波路装置。
【請求項４】
請求項３記載の光導波路装置において、
前記下部電極は、前記応力緩和層の上又は下に形成されている
ことを特徴とする光導波路装置。
【請求項５】
請求項３又は４記載の光導波路装置において、
前記下部電極及び／又は前記上部電極は三角形の平面形状を有し、
前記下部電極及び前記上部電極は、前記光導波路層に所定の電圧を印加することにより前記コア層の屈折率を変化する
ことを特徴とする光導波路装置。
【請求項６】
酸化マグネシウム基板上に、光導波路層を形成する工程を有する光導波路装置の製造方法であって、
前記光導波路層を形成する工程では、強誘電体又は反強誘電体よりなるコア層と、前記コア層の上下に形成された上部クラッド層及び下部クラッド層を有する前記光導波路層を形成し、
前記強誘電体は、Ｐｂ、Ｔｉ、及びＯから構成されるペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電体、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、及びＯから構成されるペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電体、Ｐｂ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｔｉ、及びＯから構成されるペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電体、又はＰｂ、Ｌａ、Ｔｉ、及びＯから構成されるペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電体からなり、
前記反強誘電体は、ＡサイトにＰｂが８０％以上の割合で存在し、ＢサイトにＳｎが５％以上５０％以下の割合で存在するペロブスカイト型の結晶構造を有する反強誘電体からなり、
前記酸化マグネシウム基板と前記光導波路層との間に、前記酸化マグネシウム基板及び前記光導波路層とほぼ格子整合し、室温から７００℃までの平均熱膨張係数が８．０×１０−６〜１３．０×１０−６／℃の範囲内である応力緩和層を形成する工程を更に有し、
前記応力緩和層は、ＡサイトにＰｂ、Ｌａ、Ｂａ、Ｓｒ又はＣａのうち少なくともいずれかを含み、ＢサイトにＴｉ、Ｓｎ、Ｚｒ、又はＨｆのうち少なくともいずれかを含むペロブスカイト型の結晶構造を有する材料よりなる
ことを特徴とする光導波路装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路装置に係り、特に、光信号の経路の切り換えや光の偏向を行いうる光導波路装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光信号は、伝搬速度が速いため高速なデータ通信が可能である。このため、基幹通信システムのような長距離伝送では、光通信が主流となっている。近年、光通信の伝送帯域は増大の一途をたどり、波長多重化（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplex）方式の進展と相俟って、高速かつ大容量化が進んでいる。
【０００３】
基幹通信ネットワークにおける光ファイバー網のハードウェアのインフラストラクチャーを構築するためには、光信号の経路を切り替えるための光偏向器が必要となる。
【０００４】
これまで、光偏向器としては、機械式のマイクロミラーが用いられてきた。また、より高集積化を可能とし、高速かつ低損失の光通信を実現することを目的として、強誘電体の電気光学効果による屈折率の変化を利用した光偏向器も提案されている。
【０００５】
強誘電体の電気光学効果による屈折率の変化を利用した光偏向器としては、例えば、プリズム型ドメイン反転光偏向素子やプリズム型電極光偏向素子が提案されている（Q. Chen et al., J. Lightwave Tech. vol.12(1994) 1401 、特開昭６２−４７６２７号公報等を参照）。これらの光偏向器は、Ｔｉ拡散型導波路やプロトン交換型光導波路をＬｉＮｂＯ3単結晶基板上に形成することにより構成されている。これらの光偏向器では、ＬｉＮｂＯ3単結晶基板と光導波路を挟んで電極が形成されており、電極間隔は、ＬｉＮｂＯ3単結晶基板の厚さである０．５ｍｍ程度となっていた。このため、例えば、６００Ｖ程度の高い駆動電圧を印加しなければ光を偏向することができなかった。また、例えば、６００Ｖ程度の高い駆動電圧を印加したとしても、僅か０．５°程度の偏向角度しか得られず、実用化に必要な偏向角度を得ることができなかった。
【０００６】
一方、特開平９−５７９７号公報には、高い電気光学定数を有する強誘電体のＰＬＺＴ（（Ｐｂ1-xＬａx）（ＺｒyＴｉ1-y）Ｏ3）を用いた光偏向素子が開示されている。この光偏向素子は、ＮｂがドープされたＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ3）よりなる導電性単結晶基板（以下、ＳＴＯ基板という）の（１００）面上に、厚さ６００ｎｍの（Ｐｂ0.88Ｌａ0.12）（Ｚｒ0.4Ｔｉ0.6）Ｏ3よりなる薄膜導波路層をエピタキシャル成長することにより構成されている。この光偏向素子によれば、例えば−１２Ｖから＋１２Ｖの範囲で印加電圧を適宜設定することにより最大で１０．８°の偏向角度を得ることが可能である。
【０００７】
ところで、チャネル数が６４以上の大規模光スイッチを有する光クロスコネクト装置を実用化するためには、６４チャネル以上の光スイッチを同一基板上に形成することが望ましい。この場合、光スイッチに光信号を導入するためのチャネル導波路のピッチを０．７ｍｍとすると、最低でも０．７ｍｍ×６４＝４４．８ｍｍの幅を有する基板を用いることが必要となる。ＳＴＯ単結晶基板は、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ1-xＴｉx）Ｏ3）やＰＬＺＴとの格子整合性が良好であるため、ＰＺＴやＰＬＺＴを用いた光導波路を形成するのには適している。しかし、ＳＴＯ単結晶基板は、大型の単結晶を得ることが非常に困難であるとともに非常に高価である。このため、ＳＴＯ単結晶基板を用いた場合には、チャネル数の多い光クロスコネクト装置等を低廉に提供することができなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一方、酸化マグネシウム単結晶基板（以下、ＭｇＯ基板という）は、ＰＺＴ、ＰＬＺＴとの格子整合性が比較的良好である。しかも、ＭｇＯ基板は４インチφ基板の量産が可能であり、ＳＴＯ基板に比べて安価である。このため、ＭｇＯ基板を用いれば、チャネル数の多い光クロスコネクト装置等を低廉に提供することができると考えられる。
【０００９】
しかし、ＭｇＯの熱膨張係数は１４．５×１０-6／℃であり、光導波路層の材料となるＰＺＴの熱膨張係数７．５×１０-6／℃に比べて非常に大きい。このため、ＰＺＴ膜を結晶化するために８００Ｋ以上の高温の熱処理を行うと、ＰＺＴ膜に非常に大きな応力が加わり、光導波路層が破損してしまう。
【００１０】
本発明の目的は、ＭｇＯ基板上にＰＬＺＴ、ＰＺＴ等のペロブスカイト酸化物よりなる光導波路層を破損することなく形成し得る光導波路装置及びその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、酸化マグネシウム基板と、前記酸化マグネシウム基板上に形成された光導波路層とを有する光導波路装置であって、前記光導波路層は、強誘電体又は反強誘電体よりなるコア層と、前記コア層の上下に形成された上部クラッド層及び下部クラッド層を有し、前記強誘電体は、Ｐｂ、Ｔｉ、及びＯから構成されるペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電体、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、及びＯから構成されるペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電体、Ｐｂ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｔｉ、及びＯから構成されるペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電体、又はＰｂ、Ｌａ、Ｔｉ、及びＯから構成されるペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電体からなり、前記反強誘電体は、ＡサイトにＰｂが８０％以上の割合で存在し、ＢサイトにＳｎが５％以上５０％以下の割合で存在するペロブスカイト型の結晶構造を有する反強誘電体からなり、前記酸化マグネシウム基板と前記光導波路層との間に形成され、前記酸化マグネシウム基板及び前記光導波路層とほぼ格子整合し、室温から７００℃までの平均熱膨張係数が８．０×１０−６〜１３．０×１０−６／℃の範囲内である応力緩和層を更に有し、前記応力緩和層は、ＡサイトにＰｂ、Ｌａ、Ｂａ、Ｓｒ又はＣａのうち少なくともいずれかを含み、ＢサイトにＴｉ、Ｓｎ、Ｚｒ、又はＨｆのうち少なくともいずれかを含むペロブスカイト型の結晶構造を有する材料よりなることを特徴とする光導波路装置により達成される。
【００１２】
また、上記目的は、酸化マグネシウム基板上に、光導波路層を形成する工程を有する光導波路装置の製造方法であって、前記光導波路層を形成する工程では、強誘電体又は反強誘電体よりなるコア層と、前記コア層の上下に形成された上部クラッド層及び下部クラッド層を有する前記光導波路層を形成し、前記強誘電体は、Ｐｂ、Ｔｉ、及びＯから構成されるペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電体、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、及びＯから構成されるペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電体、Ｐｂ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｔｉ、及びＯから構成されるペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電体、又はＰｂ、Ｌａ、Ｔｉ、及びＯから構成されるペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電体からなり、前記反強誘電体は、ＡサイトにＰｂが８０％以上の割合で存在し、ＢサイトにＳｎが５％以上５０％以下の割合で存在するペロブスカイト型の結晶構造を有する反強誘電体からなり、前記酸化マグネシウム基板と前記光導波路層との間に、前記酸化マグネシウム基板及び前記光導波路層とほぼ格子整合し、室温から７００℃までの平均熱膨張係数が８．０×１０−６〜１３．０×１０−６／℃の範囲内である応力緩和層を形成する工程を更に有し、前記応力緩和層は、ＡサイトにＰｂ、Ｌａ、Ｂａ、Ｓｒ又はＣａのうち少なくともいずれかを含み、ＢサイトにＴｉ、Ｓｎ、Ｚｒ、又はＨｆのうち少なくともいずれかを含むペロブスカイト型の結晶構造を有する材料よりなることを特徴とする光導波路装置の製造方法により達成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態による光導波路装置及びその製造方法について図１乃至図４を用いて説明する。図１は本実施形態による光導波路装置の構造を示す概略図である。
【００１４】
（光導波路装置）
まず、本実施形態による光導波路装置について図１を用いて説明する。図１（ａ）は本実施形態による光導波路装置の構造を示す上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ′線断面図である。
【００１５】
図１（ｂ）に示すように、ＭｇＯ基板１０上には、厚さ１０００ｎｍのＳＴＯよりなる応力緩和層１２が形成されている。応力緩和層１２の格子定数は３．９１オングストロームであり、ＭｇＯ基板１０の格子定数である４．２０オングストロームと値が近い。このため、応力緩和層１２は、ＭｇＯ基板１０と格子整合性が良好であり、ＭｇＯ基板１０上にエピタキシャル成長されている。また、応力緩和層１２に用いられるＳＴＯの８００Ｋでの熱膨張係数は９×１０-6／℃である。この値は、ＭｇＯの熱膨張係数１４．５×１０-6／℃と後述するコア層１８に用いられるＰＺＴの熱膨張係数７．５×１０-6／℃との間の値となっている。
【００１６】
応力緩和層１２上には、厚さ２００ｎｍのＰｔよりなる平面形状が三角形の下部電極１４が形成されている。Ｐｔよりなる下部電極１４の格子定数は３．９２オングストロームである。
【００１７】
下部電極１４が形成された応力緩和層１２上には、厚さ２０００ｎｍのＰＬＺＴよりなる下部クラッド層１６が形成されている。下部クラッド層１６に用いられるＰＬＺＴの組成は、例えば（Ｐｂ0.91Ｌａ0.09）（Ｚｒ0.65Ｔｉ0.35）Ｏ3となっている。下部クラッド層１６の格子定数は４．０８オングストロームである。このため、下部クラッド層１６は、応力緩和層１２と格子整合性が良好であり、応力緩和層１２上にエピタキシャル成長することができる。なお、下部クラッド層１６の屈折率は２．４９である。
【００１８】
下部クラッド層１６上には、厚さ２０００ｎｍのＰＺＴよりなるコア層１８とが形成されている。コア層１８に用いられるＰＺＴの組成は、例えばＰｂ（Ｚｒ0.52Ｔｉ0.48）Ｏ3となっている。コア層１８の格子定数は４．０４オングストロームである。このため、コア層１８は、下部クラッド層１６と格子整合性が良好であり、下部クラッド層１６上にエピタキシャル成長されている。なお、コア層１８の屈折率は２．５６である。
【００１９】
コア層１８上には、２０００ｎｍのＰＬＺＴよりなる上部クラッド層２０が形成されている。上部クラッド層２０に用いられるＰＬＺＴの組成は、例えば（Ｐｂ0.91Ｌａ0.09）（Ｚｒ0.65Ｔｉ0.35）Ｏ3となっている。上部クラッド層２０の格子定数は４．０８オングストロームである。したがって、上部クラッド層２０は、コア層１８と格子整合性が良好であり、コア層１８上にエピタキシャル成長されている。なお、上部クラッド層２０の屈折率は２．４９である。
【００２０】
上部クラッド層２０上には、厚さ２００ｎｍのＰｔよりなる平面形状が三角形の上部電極２２が形成されている。上部電極２２の格子定数は３．９２オングストロームである。
【００２１】
こうして、ＭｇＯ基板１０上に、下部クラッド層１６及び上部クラッド層２０にコア層１８が挟まれてなるスラブ導波路層２４が形成されている。
【００２２】
スラブ導波路層２４が形成されたＭｇＯ基板１０の一端には、図１（ａ）に示すように、複数のレンズ２６が設けられている。各レンズ２６には、それぞれ光信号が入力されるチャネル導波路２８が接続されている。
【００２３】
ＭｇＯ基板１０のレンズ２６が設けられている端に対向する端には、各レンズ２６に対応して複数のレンズ３０が設けられている。各レンズ３０には、光信号が出力されるチャネル導波路３２が接続されている。
【００２４】
チャネル導波路２８が接続された各レンズ２６の近傍の領域には、チャネル導波路３２から入力された光信号を偏向するためのプリズム領域３４が形成されている。本明細書中では、下部電極１４と上部電極２２との間に挟まれ、電界を印加することにより屈折率を変化させうる領域を、プリズム領域３４という。
【００２５】
なお、図１（ｂ）の断面図では、レンズ２６、３０及びチャネル導波路２８、３２については省略している。
【００２６】
本実施形態による光導波路装置は、ＭｇＯ基板１０とＰＬＺＴ、ＰＺＴよりなるスラブ導波路層２４との間に、ＳＴＯよりなる応力緩和層１２が形成されていることに主な特徴の一つがある。
【００２７】
ＭｇＯの熱膨張係数は１４．５×１０-6／℃であり、光導波路の材料であるＰＺＴの熱膨張係数７．５×１０-6／℃に比べて非常に大きい。このため、単にＭｇＯ基板上にＰＺＴ膜やＰＬＺＴ膜を形成した場合には、ＰＺＴ膜やＰＬＺＴ膜を結晶化するための８００Ｋ以上の高温の熱処理を行うと、ＰＺＴ膜やＰＬＺＴ膜に大きな応力が加わり破損してしまうとともに、ＭｇＯ基板自体が割れてしまう場合がある。
【００２８】
このため、本実施形態では、ＭｇＯ基板１０上に形成したスラブ導波路層２４に加わる応力を緩和すべく応力緩和層１２を設けている。かかる応力緩和層１２として要求される条件としては、第一に、ＭｇＯ基板１０上にエピタキシャル成長し、その上層に形成する膜のエピタキシャル成長を阻害しないために、酸化マグネシウム及びＰＺＴとの格子整合性がある程度良好なことである。第二に、応力緩和層１２の材料の熱膨張係数の値がＰＺＴの熱膨張係数の値よりも大きく酸化マグネシウムの熱膨張係数の値よりも小さいことである。
【００２９】
応力緩和層１２の材料であるＳＴＯは、格子定数が３．９オングストロームである。さらに、８００Ｋでの線膨張係数が９×１０-6／℃である。したがって、応力緩和層１２の材料としてＳＴＯを用いれば、エピタキシャル成長できるとともに、ＭｇＯ基板１０上に形成したＰＬＺＴ、ＰＺＴよりなるスラブ導波路層２４に熱処理の際に加わる応力を緩和することができる。
【００３０】
次に、本実施形態による光導波路装置の動作について説明する。
【００３１】
チャネル導波路２８の端部からレンズ２６を介してスラブ導波路層２４に導入される信号光は、コア層１８内部を全反射しながら伝搬する。
【００３２】
この際、プリズム領域３４の下部電極１４と上部電極２２との間に所定の電圧を印加すると、電気光学効果によりプリズム領域３４においてスラブ導波路層２４の光の屈折率が変化する。
【００３３】
このため、信号光はプリズム領域３４を通過する際に、プリズム領域３４の屈折率の変化に応じて偏向される。したがって、下部電極１４と上部電極２２との間に印加する電圧を適宜制御することにより、信号光を所定の偏向角度で偏向することができ、所望のチャネル導波路３２に信号光を導くことができる。
【００３４】
このように、本実施形態による光導波路装置は、各チャネル導波路２８から入射された光信号を、プリズム領域３４の屈折率を適宜変化させることにより所望の偏向角度で偏向して、所望のチャネル導波路３２に出力先を切り換える光クロスコネクト装置として機能する。
【００３５】
ところで、特開２０００−４７２７１号公報には、ＭｇＯ基板上にＳＴＯよりなるバッファ層を介してＰＺＴよりなるコア層とＳＴＯよりなるクラッド層が形成された光導波路装置が開示されている。
【００３６】
本実施形態による光導波路装置は、ＭｇＯ基板上にＳＴＯよりなるバッファ層を介してＰＺＴよりなるコア層とＳＴＯよりなるクラッド層が形成された光導波路装置と比較して、以下のような点で有利である。
【００３７】
図２は、ＭｇＯ基板上にＳＴＯよりなるバッファ層を介してＰＺＴよりなるコア層とＳＴＯよりなるクラッド層を形成した場合におけるコア層の厚さと規格化伝搬定数との関係を示すグラフである。図３は本実施形態による光導波路装置におけるコア層の厚さと規格化伝搬定数との関係を示すグラフである。
【００３８】
ＭｇＯ基板上にＳＴＯよりなるバッファ層を介してＰＺＴよりなるコア層とＳＴＯよりなるクラッド層が形成された光導波路装置の場合、図２から明らかなように、ＴＥ０モードのみが伝搬可能なシングルモード導波路を得るためのコア層の厚さは約０．８μｍ以下に限定されてしまう。このため、光導波路層の設計において制約がある。
【００３９】
一方、本実施形態による光導波路装置の場合、図３から明らかなように、ＴＥ０モードのみが伝搬可能なシングルモード導波路を得るためのコア層１８の厚さは約３．２μｍ以下であればよい。
【００４０】
このように下部クラッド層１６と応力緩和層１２とが別個に形成されている本実施形態による光導波路装置では、コア層１８を厚くしてもシングルモード導波路を得ることができる。したがって、本実施形態によれば、光導波路の設計において高い自由度を確保することが可能となる。また、コア層１８を厚くすることができるので、スラブ導波路層２４のコア層１８とチャネル導波路２８、３２とを光学的に結合することが容易になる。
【００４１】
上述のように、本実施形態による光導波路装置によれば、ＭｇＯ基板１０上にＰＬＺＴ、ＰＺＴよりなるスラブ導波路層２４を形成する場合に、ＭｇＯ基板１０とスラブ導波路層２４の材料の熱膨張係数の差に起因してスラブ導波路層２４に加わる応力を応力緩和層１２を設けることにより緩和し得るので、安価なＭｇＯ基板１０を用いて光導波路装置を提供することができる。また、シングルモード導波路を得るためのコア層１８の厚さを厚くすることができるため、光導波路層の設計の自由度を向上することができる。
【００４２】
（光導波路装置の製造方法）
次に、本実施形態による光導波路装置の製造方法について図４を用いて説明する。図４は本実施形態による光導波路装置の製造方法を示す工程断面図である。なお、以下に示す成膜方法や、成膜条件、厚さ等は例示であり、これに限定されるものではない。
【００４３】
まず、ＭｇＯ基板１０上に、スパッタ法により厚さ１０００ｎｍのＳＴＯよりなる応力緩和層１２を形成する（図４（ａ））。成膜条件は、例えば、基板温度を６００℃、スパッタ装置のＲＦ出力を１．４３Ｗ／ｃｍ2、ガス圧を２０ｍＴｏｒｒ、酸素分圧を１０％とすることができる。
【００４４】
次いで、応力緩和層１２上に、スパッタ法により厚さ２００ｎｍのＰｔ膜を形成する。成膜条件は、例えば、基板温度を６００℃、スパッタ装置のＲＦ出力を１．６Ｗ／ｃｍ2、Ａｒガス圧を０．１Ｐａとすることができる。次いで、このＰｔ膜を所定の三角形にパターニングする。これにより、Ｐｔよりなる下部電極１４が形成される（図４（ｂ））。
【００４５】
次いで、塗布熱分解法により、下部電極１４を形成した応力緩和層１２上にＰＬＺＴ膜を形成する。具体的には、まず、スピンコート法によりＰＬＺＴ膜を塗布する。塗布条件は、例えば、３０００ｒｐｍ、３０秒間とすることができる。この後、ＰＬＺＴ膜を４４０℃でベークし、更に、６５０℃、１０分間の熱処理により結晶化する。このような工程を２０回繰り返すことにより、厚さ２０００ｎｍのＰＬＺＴよりなる下部クラッド層１６が形成される。なお、ＰＬＺＴの組成は、例えば（Ｐｂ0.91Ｌａ0.09）（Ｚｒ0.65Ｔｉ0.35）Ｏ3とする。
【００４６】
次いで、塗布熱分解法により、下部クラッド層１６上にＰＺＴ膜を形成する。具体的には、まず、スピンコート法によりＰＺＴ膜を塗布する。塗布条件は、例えば、３０００ｒｐｍ、３０秒間とすることができる。この後、ＰＺＴ膜を４４０℃でベークし、更に、６５０℃、１０分間の熱処理により結晶化する。このような工程を２０回繰り返すことにより、厚さ２０００ｎｍのＰＺＴよりなるコア層１８が形成される。なお、ＰＺＴの組成は、例えば、Ｐｂ（Ｚｒ0.52Ｔｉ0.48）Ｏ3とする。
【００４７】
次いで、塗布熱分解法により、コア層１８上にＰＬＺＴ膜を形成する。具体的には、まず、スピンコート法によりＰＬＺＴ膜を塗布する。塗布条件は、例えば、３０００ｒｐｍ、３０秒間とすることができる。この後、ＰＬＺＴ膜を４４０℃でベークし、更に、６５０℃、１０分間の熱処理により結晶化する。このような工程を２０回繰り返すことにより、厚さ２０００ｎｍのＰＬＺＴよりなる上部クラッド層２０が形成される。なお、ＰＬＺＴの組成は、例えば、下部クラッド層１６と同様に（Ｐｂ0.91Ｌａ0.09）（Ｚｒ0.65Ｔｉ0.35）Ｏ3とする。
【００４８】
こうして、ＰＬＺＴよりなる下部クラッド層１６と、ＰＺＴよりなるコア層１８と、ＰＬＺＴよりなる上部クラッド層２０とよりなるスラブ導波路層２４が形成される（図４（ｃ））。
【００４９】
次いで、上部クラッド層２０上に、スパッタ法により厚さ２００ｎｍのＰｔ膜を形成する。成膜条件は、例えば、基板温度を４５０℃、Ａｒガス圧を０．１Ｐａとすることができる。次いで、このＰｔ膜を所定の三角形にパターニングする。これにより、Ｐｔよりなる上部電極２２を形成される（図４（ｄ））。
【００５０】
次いで、レンズ２６、３０やチャネル導波路２８、３２を設ける。こうして、本実施形態による光導波路装置が製造される。
【００５１】
（評価結果）
本実施形態による光導波路装置の評価結果について説明する。
【００５２】
比較例としては、応力緩和層を形成しないで光導波路装置を作製した。なお、比較例による光導波路装置は、応力緩和層を形成しない点を除いては、実施例、即ち本実施形態による光導波路装置と同一条件で作製した。また、ＭｇＯ基板として、実施例及び比較例ともに２０ｍｍ×２０ｍｍ×０．３ｍｍの大きさのものを用いた。
【００５３】
実施例による光導波路装置と、比較例による応力緩和層が形成されていない光導波路装置とについて、６５０℃の結晶化アニール後に両者の状態を評価した。
【００５４】
実施例による光導波路装置については、スラブ導波路層やＭｇＯ基板の破壊は観察されなかった。このことから、応力緩和層によりスラブ導波路層に加わる応力が緩和されていることがわかる。
【００５５】
一方、比較例による光導波路装置では、結晶化アニールのプロセス中にＭｇＯ基板自体が割れてしまった。
【００５６】
上記の結果から、本実施形態によれば、応力緩和層が形成されているため、スラブ導波路層２４を結晶化するための高温の熱処理を行ってもスラブ導波路層やＭｇＯ基板自体の破壊を効果的に防止できることがわかる。
【００５７】
（変形例）
次に、本実施形態による光導波路装置の変形例ついて図５を説明する。図５は本変形例による光導波路装置の構造を示す断面図である。
【００５８】
本変形例による光導波路装置は、図１に示す光導波路装置の場合と下部電極１４の形成されている位置が異なるものである。すなわち、図１に示す光導波路装置では応力緩和層１２上に下部電極１４が形成されていたが、本変形例による光導波路装置は、応力緩和層１２の下に下部電極１４が形成されていることに主な特徴がある。
【００５９】
図５に示すように、ＭｇＯ基板１０上に、Ｐｔよりなる下部電極１４が形成されている。下部電極１４上が形成されたＭｇＯ基板１０上には、ＳＴＯよりなる応力緩和層１２が形成されている。応力緩和層１２上には、ＰＬＺＴよりなる下部クラッド層１６と、ＰＺＴよりなるコア層１８と、ＰＬＺＴよりなる上部クラッド層２０とが順次積層されている。プリズム領域３４の上部クラッド層２０上には、Ｐｔよりなる上部電極２２が形成されている。なお、図５では、図１（ｂ）と同様に、レンズ２６、３０及びチャネル導波路２８、３２の構造を省略している。
【００６０】
このように、応力緩和層１２の下に下部電極１４が形成されていてもよい。
【００６１】
［変形実施形態］
本発明の上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００６２】
例えば、上記実施形態では、光クロスコネクト装置としての光導波路装置を説明したが、本発明による光導波路装置はこれに限定されるものではない。
【００６３】
また、上記実施形態では、ＳＴＯよりなる応力緩和層１２を形成していたが、応力緩和層１２の材料はＳＴＯに限定されるものではない。応力緩和層１２の材料としては、ＭｇＯ基板１０との格子整合性が良好であり、かつ、平均熱膨張係数が、室温から７００℃までの間で、光導波路層２４の平均熱膨張係数の値よりも大きく、ＭｇＯ基板１０の平均熱膨張係数の値よりも小さいものであればよい。具体的には、応力緩和層１２の室温から７００℃までの平均熱膨張係数が、望ましくは８．０×１０-6〜１３．０×１０-6／℃の範囲内、より望ましくは９．０×１０-6〜１２．０×１０-6／℃の範囲内であればよい。例えば、（Ｓｒ1-y，Ｂａ）ＴｉＯ3やＰｂ（Ｚｒ1-xＴｉx）Ｏ3等のような、ペロブスカイト型の結晶構造を有する材料であって、ＡサイトにはＰｂ、Ｌａ、Ｂａ、Ｓｒ又はＣａのうち少なくともいずれかを含み、ＢサイトにはＴｉ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｈｆのうち少なくともいずれかを含むものを、応力緩和層１２の材料として適用することができる。
【００６４】
なお、応力緩和層１２は、十分な応力緩和効果を得るためには、少なくともその厚さが１０ｎｍ以上、望ましくは０．３〜１０μｍとすることができる。
【００６５】
また、上記実施形態では、ＰＺＴよりなるコア層１８を形成していたが、コア層１８の材料はペロブスカイト酸化物の強誘電体であればＰＺＴに限定されるものではない。例えば、Ｐｂ、Ｔｉ、及びＯから構成されるペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電体、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、及びＯから構成されるペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電体、Ｐｂ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｔｉ、及びＯから構成されるペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電体、又はＰｂ、Ｌａ、Ｔｉ、及びＯから構成されるペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電体をコア層１８の材料として適用することができる。
【００６６】
また、コア層１８の材料を、ペロブスカイト型の結晶構造を有する複合酸化物よりなる反強誘電体であって、ＡサイトにＰｂが８０％以上の割合で存在し、ＢサイトにＳｎが５％以上５０％以下の割合で存在するものとしてもよい。ここで、反強誘電体とは、一般に、キュリー点以下で結晶格子が２つの副格子に分かれ、各副格子の分極の大きさが等しく向きが反対となっているため全体としての自発分極が零となっている物質であって、電界を印加すると各副格子の分極の向きがそろう物質をいう。コア層１８の材料としてこのような反強誘電体を用いた場合、下部電極１４及び上部電極２２により室温下で電圧を印加することにより、コア層１８を強誘電体に相転移させることができる。そして、印加電圧を零に戻しても、コア層１８の強誘電性を維持することができる。このため、印加電圧を零に戻しても、コア層１８に自発歪を残存させることができ、屈折率の変化を保持することができる。なお、コア層１８に自発歪を残存させることにより屈折率の変化を保持する技術については、例えば特願２００１−２９３７６１号明細書に開示されている。
【００６７】
また、上記実施形態では、ＰＬＺＴよりなる下部クラッド層１６及び上部クラッド層２０を形成していたが、これらの材料もＰＬＺＴに限定されるものではない。
【００６８】
また、上記実施形態では、Ｐｔよりなる下部電極１４及び上部電極２２を形成していたが、これらの材料はＰｔに限定されるものではない。
【００６９】
また、上記実施形態では、ＳＴＯよりなる応力緩和層１２をスパッタ法により形成していたが、応力緩和層１２の形成方法はこれに限定されるものではない。例えば、レーザアブレーション法や、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により形成することができる。また、有機化合物を塗布して焼成するゾルゲル法やＭＯＤ（Metal Organic Decomposition）法、ＣＳＤ（Chemical Solution Deposition）法等の溶液法を適用することもできる。
【００７０】
同様に、ＰＬＺＴよりなる下部クラッド層１６及び上部クラッド層２０、ＰＺＴよりなるコア層１８の形成方法についても、上記実施形態で用いた方法に限定されるものではない。
【００７１】
上述のように、本発明による光導波路装置及びその製造方法の特徴をまとめると以下のようになる。
【００７２】
（付記１）  酸化マグネシウム基板と、前記酸化マグネシウム基板上に形成され、強誘電体又は反強誘電体よりなるコア層を有する光導波路層とを有する光導波路装置であって、前記酸化マグネシウム基板と前記光導波路層との間に形成され、前記酸化マグネシウム基板及び前記光導波路層とほぼ格子整合し、室温から７００℃までの平均熱膨張係数が８．０×１０-6〜１３．０×１０-6／℃の範囲内である応力緩和層を更に有することを特徴とする光導波路装置。
【００７３】
（付記２）  付記１記載の光導波路装置において、前記応力緩和層の室温から７００℃までの平均熱膨張係数は、９．０×１０-6〜１２．０×１０-6／℃の範囲内であることを特徴とする光導波路装置。
【００７４】
（付記３）  付記１又は２記載の光導波路装置において、前記光導波路層は、前記コア層の上下に形成された上部クラッド層及び下部クラッド層を更に有することを特徴とする光導波路装置。
【００７５】
（付記４）  付記１乃至３のいずれかに記載の光導波路装置において、前記酸化マグネシウム基板と前記光導波路層との間に形成された下部電極と、前記下部電極に対向するように前記光導波路層上に形成された上部電極とを更に有することを特徴とする光導波路装置。
【００７６】
（付記５）  付記４記載の光導波路装置において、前記下部電極は、前記応力緩和層の上又は下に形成されていることを特徴とする光導波路装置。
【００７７】
（付記６）  付記４乃至５のいずれかに記載の光導波路装置において、前記下部電極及び／又は前記上部電極は三角形の平面形状を有し、前記下部電極及び前記上部電極は、前記光導波路層に所定の電圧を印加することにより前記コア層の屈折率を変化することを特徴とする光導波路装置。
【００７８】
（付記７）  付記１乃至６のいずれかに記載の光導波路装置において、前記応力緩和層は、ＡサイトにＰｂ、Ｌａ、Ｂａ、Ｓｒ又はＣａのうち少なくともいずれかを含み、ＢサイトにＴｉ、Ｓｎ、Ｚｒ、又はＨｆのうちのいずれかを含むペロブスカイト型の結晶構造を有する材料よりなることを特徴とする光導波路装置。
【００７９】
（付記８）  付記７記載の光導波路装置において、前記応力緩和層は、ＳｒＴｉＯ3よりなることを特徴とする光導波路装置。
【００８０】
（付記９）  付記１乃至８のいずれかに記載の光導波路装置において、前記コア層は、Ｐｂ、Ｔｉ、及びＯから構成されるペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電体、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、及びＯから構成されるペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電体、Ｐｂ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｔｉ、及びＯから構成されるペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電体、又はＰｂ、Ｌａ、Ｔｉ、及びＯから構成されるペロブスカイト型の結晶構造を有する強誘電体よりなることを特徴とする光導波路装置。
【００８１】
（付記１０）  付記１乃至８のいずれかに記載の光導波路装置において、前記コア層は、ＡサイトにＰｂが８０％以上の割合で存在し、ＢサイトにＳｎが５％以上５０％以下の割合で存在するペロブスカイト型の結晶構造を有する反強誘電体よりなることを特徴とする光導波路装置。
【００８２】
（付記１１）  付記１乃至１０のいずれかに記載の光導波路装置において、前記応力緩和層の厚さは、０．３〜１０μｍであることを特徴とする光導波路装置。
【００８３】
（付記１２）  酸化マグネシウム基板上に、強誘電体又は反強誘電体よりなるコア層を有する光導波路層を形成する工程を有する光導波路装置の製造方法であって、前記酸化マグネシウム基板と前記光導波路層との間に、前記酸化マグネシウム基板及び前記光導波路層とほぼ格子整合し、室温から７００℃までの平均熱膨張係数が８．０×１０-6〜１３．０×１０-6／℃の範囲内である応力緩和層を形成する工程を更に有することを特徴とする光導波路装置の製造方法。
【００８４】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、酸化マグネシウム基板と、酸化マグネシウム基板上に形成され、強誘電体又は反強誘電体よりなるコア層を有する光導波路層とを有する光導波路装置において、酸化マグネシウム基板と光導波路層との間に形成され、酸化マグネシウム基板及び光導波路層とほぼ格子整合し、室温から７００℃までの平均熱膨張係数が所定の範囲内の範囲内である応力緩和層を形成するので、酸化マグネシウム基板上に形成されたＰＬＺＴ、ＰＺＴ等のペロブスカイト酸化物よりなる光導波路層に加わる応力を緩和することができる。したがって、光導波路層や酸化マグネシウム基板自体を破損することなく光導波路装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による光導波路装置の構造を示す概略図である。
【図２】ＭｇＯ基板上にＳＴＯよりなるバッファ層を介してＰＺＴよりなるコア層とＳＴＯよりなるクラッド層が形成された光導波路装置におけるコア層の厚さと規格化伝搬定数との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態による光導波路装置におけるコア層の厚さと規格化伝搬定数との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態による光導波路装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図５】本発明の一実施形態による光導波路装置の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…ＭｇＯ基板
１２…応力緩和層
１４…下部電極
１６…下部クラッド層
１８…コア層
２０…上部クラッド層
２２…上部電極
２４…スラブ導波路層
２６…レンズ
２８…チャネル導波路
３０…レンズ
３２…チャネル導波路
３４…プリズム領域
【図１】
0003810678.tif 000002
【図２】
0003810678.tif 000003
【図３】
0003810678.tif 000004
【図４】
0003810678.tif 000005
【図５】
0003810678.tif 000006