(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英系ガラス光導波路素子に金属からなる薄膜ヒータを形成した薄膜ヒータ付き導波路型光部品において、該薄膜ヒータは、高真空中に保持したまま前記石英系ガラス光導波路素子上に順次成膜した窒化珪素膜、窒化タンタル膜及び窒化珪素膜を有する三層構造を有することを特徴とする薄膜ヒータ付き導波路型光部品。
【請求項２】
上記薄膜ヒータ全体がＳｉＯ2又は窒化珪素からなる保護膜で覆われている請求項１に記載の薄膜ヒータ付き導波路型光部品。
【請求項３】
石英系ガラス光導波路素子に金属からなる薄膜ヒータを形成する薄膜ヒータ付き導波路型光部品の製造方法において、高真空中に保持したまま前記石英系ガラス光導波路素子上に窒化珪素膜、窒化タンタル膜及び窒化珪素膜を順次成膜して三層構造の薄膜ヒータを形成することを特徴とする薄膜ヒータ付き導波路型光部品の製造方法。
【請求項４】
高真空中でターゲットの変更が可能なマルチターゲットスパッタ装置を用いて、上記薄膜ヒータを上記石英系ガラス光導波路素子上に成膜する請求項３に記載の薄膜ヒータ付き導波路型光部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜ヒータ付き導波路型光部品及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、石英系ガラス光導波路により構成される光干渉計を用いて、光減衰器、光分岐器、光スイッチ等の機能部品が開発されている。通常、ガラス導波路型光干渉計に用いられる位相シフタには、熱光学効果を利用するための薄膜ヒータが用いられている。
【０００３】
図３（ａ）は従来の薄膜ヒータ付き導波路型光部品の製造方法を適用した光減衰器の平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【０００４】
この光減衰器は、クラッド層５内に平行に形成され長さの等しい二つのアーム導波路３−１、３−２と、分岐側が両アーム導波路３−１、３−２で接続された二つのＹ分岐導波路２−１、２−２と、一方（図では上側）のアーム導波路３−１上に形成されたＴａ2Ｎからなる薄膜ヒータ４とで構成されている。
【０００５】
この光減衰器の入力導波路１−１から入射した信号光は、一方（図では左側）のＹ分岐導波路２−１で二つのアーム導波路３−１、３−２に等分配される。等分配された信号光は、他方（図では右側）のＹ分岐導波路２−２で結合し、入力信号光の光パワーが保持されて出力導波路１−２を通してそのまま出射する。
【０００６】
これに対して、薄膜ヒータ４に電力を供給して加熱すると、アーム導波路３−１の屈折率が変化し、アーム導波路３−１を伝搬する信号光の位相が変化する。信号光の位相が変化するとＹ分岐導波路２−２で結合する信号光の強度が変化する。この信号光の光強度は薄膜ヒータ４に供給する電力を変えることによって制御することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の薄膜ヒータ付き導波路型光部品に用いられる薄膜ヒータには実用上長期の信頼性が求められる。
【０００８】
しかしながら、実際の長期通電においては、薄膜ヒータの表面の酸化による材料変質が発生し、薄膜ヒータの抵抗値が劣化したり、薄膜ヒータが断線したりするという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、薄膜ヒータの寿命が長い薄膜ヒータ付き導波路型光部品及びその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の薄膜ヒータ付き導波路型光部品は、石英系ガラス光導波路素子に金属からなる薄膜ヒータを形成した薄膜ヒータ付き導波路型光部品において、薄膜ヒータは、高真空中に保持したまま石英系ガラス光導波路素子上に順次成膜した窒化珪素膜、窒化タンタル膜及び窒化珪素膜を有する三層構造を有するものである。
【００１１】
本発明の薄膜ヒータ付き導波路型光部品の製造方法は、石英系ガラス光導波路素子に金属からなる薄膜ヒータを形成する薄膜ヒータ付き導波路型光部品の製造方法において、高真空中に保持したまま石英系ガラス光導波路素子上に窒化珪素膜、窒化タンタル膜及び窒化珪素膜を順次成膜して三層構造の薄膜ヒータを形成するものである。
【００１２】
上記構成に加え本発明の薄膜ヒータ付き導波路型光部品は、薄膜ヒータ全体がＳｉＯ2又は窒化珪素からなる保護膜で覆われているのが好ましい。
【００１３】
上記構成に加え本発明の薄膜ヒータ付き導波路型光部品の製造方法は、高真空中でターゲットの変更が可能なマルチターゲットスパッタ装置を用いて、薄膜ヒータを石英系ガラス光導波路素子上に成膜するのが好ましい。
【００１４】
ここで、ガラス導波路上にヒータ材料となるＴａ2Ｎ膜を成膜する際に、高真空中でスパッタターゲットの変更が可能なマルチターゲットスパッタ装置を用い、窒化珪素膜、窒化タンタル膜及び窒化珪素膜の順で成膜を行った。フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングしたレジストをマスク材として反応性イオンエッチングを用いてヒータパターンを形成した後、ＳｉＨ4とＯ2との混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法或いはＲＦスパッタリング法により、ＳｉＯ2保護膜を形成した。
【００１５】
Ｔａ2Ｎヒータに電力を供給すると、ヒータ膜の温度が上昇する。このとき、ヒータ膜の表面が大気に露出していると大気中の酸素により膜表面の酸化が進行する。高真空状態を保持したまま、窒化珪素膜、窒化タンタル膜及び窒化珪素膜を順次成膜することにより、窒化タンタル膜の表面に酸素が吸着することが防止される。さらに、ヒータ膜の表面にプラズマＣＶＤ法或いはＲＦスパッタリング法によりＳｉＯ2保護膜を形成することにより、通電時の酸化の進行を防止することができる。
【００１６】
窒化珪素膜、窒化タンタル膜及び窒化珪素膜の成膜を行う場合、各々の膜の成膜後に大気に曝すことで大気中の酸素や水分が膜表面に吸着する。その結果、ヒータ膜中に酸素や水分が取り込まれ、通電時の膜の酸化を防止できない。また、ヒータ膜側面からの酸化を防止するためにヒータ膜全体を覆うＳｉＯ2保護膜が必要である。
【００１７】
すなわち、本発明によれば、薄膜ヒータが窒化珪素膜、窒化タンタル膜及び窒化珪素膜の三層構造からなるので、窒化タンタル膜の中に酸素や水分が取り込まれるのが防止され、薄膜ヒータの寿命が長い薄膜ヒータ付き導波路型光部品が得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１９】
図１（ａ）は本発明の薄膜ヒータ付き導波路型光部品の製造方法を適用した薄膜ヒータ付き導波路型光部品の平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。尚、図３（ａ）、（ｂ）に示した部材と同様の部材には共通の符号を用いた。
【００２０】
本薄膜ヒータ付き導波路型光部品は、石英系ガラス光導波路素子のクラッド層５に金属からなる薄膜ヒータ４０を形成した薄膜ヒータ付き導波路型光部品であって、導波路３を加熱するための薄膜ヒータ４０が窒化珪素膜８−１／窒化タンタル膜９／窒化珪素膜８−２の三層構造を有するものである。薄膜ヒータ４０はクラッド層５ごと保護膜７で覆われている。尚、６−１、６−２は薄膜ヒータ４０と、配線（図示せず。）とを接続するための電極パッドである。
【００２１】
本薄膜ヒータ付き導波路型光部品は、薄膜ヒータ４０が窒化珪素膜８−１／窒化タンタル膜９／窒化珪素膜８−２の三層構造からなるので、窒化タンタル膜９の中に酸素や水分が取り込まれるのが防止され、薄膜ヒータ４０の寿命が長くなる。
【００２２】
【実施例】
以下具体的な数値を挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２３】
（実施例１）
石英系ガラス光導波路素子のクラッド層５上に窒化Ｓｉ膜８−１、Ｔａ2Ｎ膜９及び窒化Ｓｉ膜８−２を順次成膜して三層構造の薄膜ヒータ４０を形成し、保護膜として厚さ約２μｍのＳｉＯ2膜７で薄膜ヒータ４０を覆った。窒化Ｓｉ膜８−１、Ｔａ2Ｎ膜９及び窒化Ｓｉ膜８−２は、高真空中でターゲットの変更が可能なマルチターゲット反応性スパッタ装置（図示せず。）により成膜し、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングしたレジストをマスク材として反応性イオンエッチング加工を施した。ＳｉＯ2からなる保護膜７を薄膜ヒータ４０の形成後に、ＳｉＨ4とＯ2との混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法を用いて成膜した。この成膜時の温度は３００℃とした。その後、製作した光導波路素子をＨｅガス中７００℃、３０分の熱処理を行った。
【００２４】
図２は種々の試料に１Ｗの電力を供給し、５００時間の通電試験を行った結果を示す特性図であり、横軸が通電時間軸を示し、縦軸が抵抗変化率軸を示す。同図において、特性曲線Ｌ１はＴａ2Ｎ膜のみで薄膜ヒータを構成した試料、特性曲線Ｌ２は窒化Ｓｉ膜、Ｔａ2Ｎ膜及び窒化Ｓｉ膜の各膜を成膜した際に大気中に曝した場合の試料、特性曲線Ｌ３は高真空を保持したまま窒化Ｓｉ膜／Ｔａ2Ｎ膜／窒化Ｓｉ膜を成膜した試料に関し、それぞれ１Ｗの電力を供給し、５００時間の通電試験を行った結果を示す特性曲線である。
【００２５】
高真空を保持したまま窒化Ｓｉ膜／Ｔａ2Ｎ膜／窒化Ｓｉを成膜した試料の５００時間経過後の抵抗変化率は約７％であった。
【００２６】
図２から明らかなように高真空を保持したまま窒化Ｓｉ膜／Ｔａ2Ｎ膜／窒化Ｓｉ膜を成膜して得られた三層構造の薄膜ヒータは抵抗の変化率を抑制することができることが分かる。
【００２７】
（実施例２）
窒化Ｓｉ膜／Ｔａ2Ｎ膜／窒化Ｓｉ膜からなる三層構造の薄膜ヒータの保護膜をＳｉ3Ｎ4とした以外は実施例１に記載の方法と同様の方法で製作した試料に対し、実施例１と同様の通電試験を行った。５００時間経過後の抵抗率変化は約７％であった。
【００２８】
（比較例１）
窒化Ｓｉ膜／Ｔａ2Ｎ膜の二層構造の薄膜ヒータを高真空でターゲットの変更が可能なマルチターゲット反応性スパッタ装置により成膜し、実施例１に記載の方法でパターニングした後、ＳｉＯ2保護膜を形成した。通電試験において１Ｗの電力を供給した結果、５００時間で１０％の抵抗増加が生じた。これはＴａ2Ｎ膜の表面を大気中に曝したときに吸着した酸素や水分がヒータ表面を劣化させていることに起因する。
【００２９】
（比較例２）
窒化Ｓｉ膜／Ｔａ2Ｎ膜の二層構造の薄膜ヒータを高真空中でターゲットの変更が可能なマルチターゲット反応性スパッタ装置により成膜し、実施例１に記載の方法と同様の方法でパターニングした後、ＳｉＯ2からなる保護膜を形成した。通電試験において１Ｗの電力を供給した結果、５００時間で１０％の抵抗増加が生じた。これはヒータ成膜前に基板側に吸着していた大気中の酸素や水分がヒータ表面を劣化させていることに起因する。
【００３０】
以上において本実施例によれば、光導波路素子に用いる薄膜ヒータの材料変質を低減することができ、抵抗変動、断線等を抑制することができ、薄膜ヒータの寿命を長くすることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００３２】
薄膜ヒータの寿命が長い薄膜ヒータ付き導波路型光部品及びその製造方法の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の薄膜ヒータ付き導波路型光部品の製造方法を適用した薄膜ヒータ付き導波路型光部品の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】種々の試料に１Ｗの電力を供給し、５００時間の通電試験を行った結果を示す特性図である。
【図３】（ａ）は従来の薄膜ヒータ付き導波路型光部品の製造方法を適用した光減衰器の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
１  石英系ガラス光導波路素子
３  導波路
７  保護膜（ＳｉＯ2膜）
８−１、８−２  窒化珪素膜（窒化Ｓｉ膜）
９  窒化タンタル膜（Ｔａ2Ｎ膜）
４０  薄膜ヒータ
【図１】
0003843762.tif 000002
【図２】
0003843762.tif 000003
【図３】
0003843762.tif 000004