JP3710686B2

JP3710686B2 - Electro-optic element

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Publication number: JP3710686B2
Application number: JP2000195234A
Authority: JP
Inventors: 裕俊永田; 靖之深山; 孝神力; 亮清水
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 1999-08-20
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2005-10-26
Anticipated expiration: 2020-06-28
Also published as: JP2001133743A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気光学素子に関し、特に、光通信用あるいは光計測用の光導波路型変調器などに好適に使用される電気光学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来の光導波路型変調器の一例を示した断面図である。
この光導波路型変調器は、強誘電体基板を使用した光導波路型変調器として最も一般的かつ実用的であるニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）からなる強誘電体基板を用いたものである。
図８において、符号１０は、Ｚカットのニオブ酸リチウムからなる強誘電体基板を示している。この強誘電体基板１０の電気光学効果を発現する軸は、光学主軸となるＺ軸方向（結晶学的ｃ軸）であり、図８に示すように、強誘電体基板１０の光導波路２、２が形成されている面（本明細書において、「主面」という。）に直交する方向となっている。
【０００３】
強誘電体基板１０の主面付近には、Ｔｉを熱拡散させた光導波路２、２が形成され、その上には、ＳｉＯ₂からなるバッファ層３が形成されている。さらに、バッファ層３の上には、光導波路２、２に沿うように形成され、Ａｕからなる電極４が配設されている。この電極４とバッファ層３との間には、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉなどの遷移金属からなる遷移金属層５が設けられている。
【０００４】
このような光導波路型変調器を製造するには、まず、強誘電体基板１０の主面に、熱拡散法により光導波路２、２を形成し、光導波路２、２を形成した側の強誘電体基板１０の上に、真空蒸着法やスパッタリング法などによりバッファ層３を形成する。ついで、このバッファ層３の上面全体に、真空蒸着法により遷移金属膜およびＡｕ膜を順次形成し、さらに、このＡｕ膜の上に電解メッキ法で電極４、４を形成する領域である電極形成領域にのみＡｕを析出・堆積させて、電極４を形成する。その後、電極４、４の間に残ったＡｕ膜および遷移金属膜を化学エッチングすることにより除去し、遷移金属層５とする方法などによって行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような光導波路型変調器では、電極４、４の間に、バッファ層３が露出しているので、このバッファ層３の露出している表面３ａおよびバッファ層３内部がＫ、Ｔｉ、Ｃｒなどの汚染物質により汚染されやすいという不都合があった。
特に、光導波路型変調器の特性調整のために、真空蒸着法によりバッファ層３を形成して、バッファ層３の緻密度を低くした場合、汚染物質がバッファ層３の露出部分から侵入しやすく、問題となっていた。
【０００６】
光導波路型変調器のバッファ層３の表面３ａおよびバッファ層３内部が汚染されると、ｄｃドリフトが発生する場合がある。ｄｃドリフトとは、ＫやＮａなどのアルカリイオンや、プロトンなどの易動性のイオンの存在により、電極４、４に印加した電流がバッファ層３を通ってリークし、所望の電圧（デバイス）がかからなくなる現象のことで、光導波路型変調器の特性に悪影響を与える。
さらに、バッファ層３の汚染物質が、実装工程などにおける熱的処理によって強誘電体基板１０との界面にまで達した場合、汚染物質によって、ＳｉＯ₂からなるバッファ層３の化学結合が切断されて、ニオブ酸リチウムからなる強誘電体基板１０とバッファ層３とを結び付けている結合手が減り、両者の接合強度が著しく弱められるという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、前記事情を鑑みてなされたもので、上記の問題を解決し、バッファ層の表面およびバッファ層内部が汚染されにくい電気光学素子を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の電気光学素子は、電気光学効果を有する単結晶からなり、主面に光導波路が形成された強誘電体基板と、該強誘電体基板の主面側に設けられたバッファ層と電極とを有し、前記強誘電体基板の電気光学効果を誘起する軸は、前記強誘電体基板の前記主面と直交する方向であり、前記バッファ層の上面の少なくとも前記電極が形成されていない領域および前記バッファ層の前記強誘電体基板の側面と略同一面の光導波方向の側面に、電気的に絶縁性であり、厚さが５０ないし２００ｎｍである保護膜が設けられたことを特徴とする。
【０００９】
ここでの「主面」とは、強誘電体基板の光導波路が形成されている面のことをいう。
【００１０】
また、ここでの「電気的に絶縁性である」とは、直流電流抵抗が２０ＭΩ、望ましくは５０ＭΩよりも大きいものであることをいう。
【００１１】
本発明の電気光学素子は、前記バッファ層の上面の少なくとも前記電極が形成されていない領域および前記バッファ層の前記強誘電体基板の側面と略同一面の光導波方向の側面に、保護膜が設けられているので、バッファ層の表面およびバッファ層の前記強誘電体基板の側面と略同一面の光導波方向の側面は露出することがない。このため、バッファ層の表面およびバッファ層内部が汚染されにくい電気光学素子となる。
したがって、バッファ層の表面およびバッファ層内部の汚染物質によって、電極に印加した電流がリークすることを防ぐことができ、電気光学素子の動作の安定性を確保することができる。したがって、電極に高周波に直流バイアスを重畳させて印加しても、印加状態に対して良好な安定性を有するものとなる。また、ｄｃドリフトの発生を防ぐことができる。
また、バッファ層が汚染されにくいものとなるので、バッファ層の汚染に起因する強誘電体基板とバッファ層との接合強度の低下が生じにくいものとなる。
【００１２】
また、前記保護膜が、電気的に絶縁性であるので、電極に印加した電流が前記保護膜によりリークするのを防ぐことができ、電気光学素子の動作の安定性を確保することができる。したがって、ｄｃドリフトの発生を防ぐ効果をより一層向上させることができる。
【００１３】
さらに、前記保護膜の厚さが５０ないし２００ｎｍであるので、効果的にｄｃドリフトの発生を防ぐことができる。
前記保護膜の厚さが５０ｎｍ未満であると、バッファ層の表面およびバッファ層内部の汚染を防ぐ効果が充分に得られないため、電極に印加した電流がリークしやすくなり、ｄｃドリフトの発生を充分に防ぐことができない場合があるので好ましくない。一方、２００ｎｍを越える保護膜の厚さとした場合、本来、ｄｃドリフトを抑制するために緻密度等を調整、最適化してあるバッファ層の厚さ（約１μｍ）の大部分をバッファ層と異質の保護膜が占めることとなり、バッファ層の効果が著しく薄れることとなり、ｄｃドリフトの発生を防ぐ効果が低下するため、好ましくない。
【００１４】
上記の電気光学素子においては、前記保護膜が、前記電極が形成された領域をも含む前記バッファ層の上面の全域にわたって設けられたものとするのが望ましい。
このような電気光学素子とすることにより、バッファ層上の表面の全体が保護膜で覆われることになり、保護膜形成後の電気光学素子の製造プロセス中にバッファ層が汚染されることを防ぐことができ、より一層、バッファ層に汚染物質が侵入することを防止できる。
さらに、バッファ層の表面の全体に保護膜を形成するので、バッファ層の表面の一部に保護膜を形成する場合と比較して、保護膜の形成が容易となる。
また、前記バッファ層の上面に設けられた保護膜と、前記バッファ層の前記強誘電体基板の側面と略同一面の光導波方向の側面に設けられた保護膜とが、同じ材質であることが望ましい。
このような電気光学素子とすることにより、バッファ層上に設けられた保護膜と前記バッファ層の前記強誘電体基板の側面と略同一面の光導波方向の側面に設けられた保護膜との化学的な接合力を高めることができる。しかも、バッファ層上に設けられた保護膜とバッファ層の側面に設けられた保護膜との熱膨張特性が同じとなるため、バッファ層上に設けられた保護膜とバッファ層の側面に設けられた保護膜との境界面における密着性が熱的にも安定なものとなる。これらのことから、保護層のバッファ層に対する汚染物質侵入防止効果をより高めることができるとともに、より安定して得ることができる。
【００１５】
上記の電気光学素子においては、前記保護膜が、アモルファス膜であることが望ましい。
アモルファス膜は、結晶膜と比較して膜構造の連続性があり、緻密である。このため、保護膜をアモルファス膜とすることで、バッファ層の表面およびバッファ層中がより一層汚染されにくい電気光学素子とすることができる。
【００１６】
また、前記保護膜は、バッファ層に含まれる元素と共通の元素を１種以上含む共有結合性の材料からなることが望ましい。さらに、バッファ層と同じであることがより望ましい。
このような電気光学素子とすることにより、保護膜とバッファ層の熱膨張率などの化学的特性が類似または同じとなり、保護膜とバッファ層との接着強度が良好なものとなる。
また、共有結合性の材料からなるものとすることで、イオン結合性の材料と比較して、安定した絶縁性を有するものとなる。
上記の電気光学素子においては、光導波路と直接接するバッファ層には、屈折率が低い酸化ケイ素（Ｓｉ−Ｏ）が好適に使用される。バッファ層が酸化ケイ素からなる場合、保護膜は、シリコン（Ｓｉ）、窒化ケイ素（Ｓｉ−Ｎ）、酸化窒化ケイ素（Ｓｉ−Ｏ−Ｎ）、酸化ケイ素（Ｓｉ−Ｏ）等が好ましく使用される。
【００１７】
さらに、前記強誘電体基板が、ニオブ酸リチウムからなる電気光学素子であることが望ましい。
ニオブ酸リチウムの単結晶は、大型結晶の成長が比較的容易であるので、強誘電体基板をニオブ酸リチウムからなるものとすることで、大型の集積デバイスを実現することができる。
また、ニオブ酸リチウムの単結晶のキュリー点が約１０００℃と高いため、電気光学素子の製造工程における温度の自由度が大きくなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の電気光学素子からなる光導波路型変調器の一例を示した断面図である。
この光導波路型変調器は、強誘電体基板を使用した光導波路型変調器として最も一般的かつ実用的であるニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）からなる強誘電体基板を用いたものである。
図１において、符号１は、Ｚカットのニオブ酸リチウムからなる強誘電体基板を示している。この強誘電体基板１の電気光学効果を発現する軸は、光学主軸となるＺ軸方向（結晶学的ｃ軸）であり、図１に示すように、強誘電体基板１の主面に直交する方向となっている。
【００２２】
強誘電体基板１の主面には、Ｔｉを熱拡散させた光導波路２、２が形成されている。この光導波路型変調器の光導波方向は、光導波路２、２の長さ方向となっている。光導波路２、２の上には、バッファ層３が形成され、バッファ層３上の表面３ａ全体およびバッファ層３の光導波方向の側面３ｂには、保護膜７が形成されている。さらに、保護膜７の上には、光導波路２、２に沿うように形成され、Ａｕからなる電極４が配設されている。なお、図１において、中央に位置する電極４は、信号用電極であり、その両側に位置する電極４は、接地用電極である。この電極４と保護膜７との間には、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉなどの遷移金属からなる遷移金属層５が設けられている。
【００２３】
この光導波路型変調器においては、前記バッファ層３は、屈折率が低いＳｉＯ₂からなるものとされる。
【００２４】
また、前記保護膜７には、電気的に絶縁性を有するアモルファス膜であり、バッファ層３と同様の材質であるＳｉＯ₂が用いられ、その厚さは、５０ないし２００ｎｍとされている。
【００２５】
このような光導波路型変調器を製造するには、まず、強誘電体基板１の表面に、熱拡散法により光導波路２、２を形成し、光導波路２、２を形成した側の強誘電体基板１の上に、真空蒸着法によりバッファ層３を形成する。このとき、バッファ層を充分に酸化させるため、温度５００〜７００℃の酸化雰囲気中で５〜１０時間熱処理（アニール）を行う。ついで、バッファ層３が形成された強誘電体基板１を保護膜７を成膜する成膜装置内に設置して、バッファ層３上の表面３ａ全体に、スパッタリング法により保護膜７を形成する。このとき、保護膜７の形成に先立って、バッファ層３中の水分（Ｈ₂Ｏ、−ＯＨ）を除去することと、保護膜７の膜質をより強固なものとすることを目的とする熱処理を行ってもよい。
その後、真空蒸着法またはスパッタリング法により遷移金属膜およびＡｕ膜を順次形成する。さらに、このＡｕ膜の上に電解メッキ法で、電極４、４を形成する領域である電極形成領域にのみＡｕを析出・堆積させて、電極４を形成する。その後、電極４、４の間に残ったＡｕ膜および遷移金属膜を化学エッチングすることにより除去し、電極４、４の下にのみ遷移金属層５を形成する。
続いて、強誘電体基板１をチップ形状に合わせて切断し、バッファ層３の側面３ｂに保護層７を形成する。バッファ層３の側面３ｂに保護層７を形成するには、バッファ層３の側面３ｂ以外の部分をレジストなどを使用して保護したのち、バッファ層３上に形成した保護膜７と同様のスパッタリング法などによって形成される。
上記の製造方法において、保護膜７の形成は、加熱しながら行ってもよいし、熱処理を終了した状態で行ってもよい。このときの熱処理条件は、例えば温度１００〜３００℃、処理時間１〜２０時間、真空度１×１０^-5〜１×１０^-1Ｐａ、とする。
【００２６】
このような光導波路型変調器は、バッファ層３上の表面３ａ全体および側面３ｂに、保護膜７が設けられているので、バッファ層３上の表面３ａおよび側面３ｂは露出することがなく、バッファ層３の表面３ａおよびバッファ層３内部が汚染されにくいものとなる。
さらに、保護膜７は、電気的に絶縁性であるので、電極４、４に印加した電流がリークすることを防止でき、光導波路型変調器の動作の安定性を確保することができる。したがって、ｄｃドリフトの発生を防ぐことができる。また、バッファ層３が汚染されにくいので、バッファ層３の汚染に起因する強誘電体基板１とバッファ層３との接合強度の低下が生じにくいものとなる。
【００２７】
さらにまた、バッファ層３が汚染されにくいものとなるので、緻密度が低いバッファ層３であっても汚染に起因する問題が発生しにくく、緻密度が低いバッファ層３が形成される真空蒸着法によって、バッファ層３を形成することも可能となる。また、バッファ層３の緻密度や形成方法を必要に応じて選択することができるようになる。
【００２８】
さらに、保護膜７の厚さが５０ないし２００ｎｍであるので、効果的にｄｃドリフトの発生を防ぐことができる。
【００２９】
また、保護膜７が、バッファ層３と電極４、４の下に設けられた遷移金属層５との間にも設けられ、バッファ層３上の表面３ａの全体が保護膜７で覆われているので、保護膜７形成後の光導波路型変調器の製造プロセス中にバッファ層３が汚染されることを防ぐことができる。
すなわち、保護膜７の上に、遷移金属層５および電極４、４を形成する工程におけるＡｕ膜および遷移金属膜の化学エッチングなどのプロセスによって、バッファ層３が汚染されることを防ぐことができる。
【００３０】
さらにまた、バッファ層３と遷移金属層５との間に、保護膜７が形成されているので、バッファ層３と遷移金属層５とが接することがなく、バッファ層３に吸着した水分などにより遷移金属層５が酸化して、遷移金属層５が脆くなるとともに、バッファ層３と遷移金属層５との接合強度が弱まり、光導波路型変調器の信頼性が低下するという現象を防止することができる。
さらに、バッファ層３上の表面３ａの全体に保護膜７を形成することで、バッファ層３上の表面３ａの一部に保護膜７を形成する場合と比較して、保護膜７の形成が容易となる。
【００３１】
さらに、保護膜７を、ＳｉＯ₂からなるものとしたので、保護膜７とバッファ層３の熱膨張率などの化学的特性が同じとなり、保護膜７とバッファ層３との接着強度が良好なものとなる。
【００３２】
さらに、強誘電体基板１が、大型結晶の成長が比較的容易であるニオブ酸リチウムからなるものであるので、大型の集積デバイスを実現することができる。
また、ニオブ酸リチウムの単結晶のキュリー点が約１０００℃と高いため、電気光学素子の製造工程における温度の自由度を向上させることができる。
【００３３】
また、電極４と保護膜７との間に、遷移金属層５が設けられているので、電極４と保護膜７との接合強度を向上させることができる。
すなわち、遷移金属層５は、化学的に不活性であるＡｕからなる電極４との界面で、合金化（固溶）あるいは金属相間化合物を形成し、保護膜７との界面でも、化学的に付着・合体し、電極４と保護膜７を接合する接着剤としての機能を有する。したがって、電極４と保護膜７との接合強度を向上させることができる。
【００３４】
また、上記の製造方法では、スパッタリング法によって保護膜７を形成するので、容易に保護膜７を形成することができる。
さらに、保護膜７全体を同一の材質からなるものとしたので、少ない製造工程で容易に製造することができる。
また、バッファ層３が形成された強誘電体基板１を、保護膜７を形成する成膜装置内で加熱処理してから保護膜７を形成するので、バッファ層３を形成してから保護膜７を形成するまでの間にバッファ層３が水分を吸着していても、その水分を加熱処理によって取り除くことができる。したがって、動作の安定性に優れた電気光学装置を得ることができる。
【００３５】
本発明の電気光学素子においては、図１に示したように、バッファ層３上の表面３ａ全体および側面３ｂに、保護膜７を形成することが好ましいが、バッファ層３上の少なくとも電極４、４が形成されていない部分に、保護膜が設けられていればよい。
例えば、図２に示すように、保護膜７１をバッファ層３上の電極４、４が形成されていない部分と、バッファ層３と一部の電極４との間と、バッファ層３の側面３ｂとに設けてもよいし、図３に示すように、保護膜７２をバッファ層３上の電極４、４が形成されていない部分と、バッファ層３の側面３ｂとに設けてもよい。
また、図４に示すように、保護膜７３をバッファ層３上の表面３ａ全体に設けてもよいし、図５に示すように、保護膜７４をバッファ層３上の電極４、４が形成されていない部分と、バッファ層３と一部の電極４との間とに設けてもよいし、図６に示すように、保護膜７５をバッファ層３上の電極４、４が形成されていない部分のみに設けてもよい。
このような電気光学素子も、バッファ層３上の表面３ａは露出することがなく、バッファ層３上の表面３ａおよびバッファ層３内部が汚染されにくいものとなる。
【００３６】
また、本発明の電気光学素子においては、上述した例に示したように、強誘電体基板として、ニオブ酸リチウムからなるものを用いることが望ましいが、ニオブ酸リチウムのみに限定されるものではなく、例えば、タンタル酸リチウムからなるものなども使用できる。
【００３７】
本発明の電気光学素子においては、上述した例に示したように、電極４と保護膜７との間に、遷移金属層５を設けてもよいが、設けなくてもよく、特に限定されない。
さらに、本発明の電気光学素子においては、上述した例に示したように、光導波路２、２をＴｉを拡散させたものから形成することができるが、この材質に限定されるものではない。
【００３８】
さらにまた、本発明の電気光学素子においては、上述した例に示したように、バッファ層３を誘電率の低いＳｉＯ₂からなるものとし、電極４を電気抵抗が充分に低いＡｕからなるものとすることが、電極４に高周波電気信号を伝搬させることを考慮すると好ましいが、バッファ層３および電極４を形成する材質は、上記の材質に限定されるものではない。
【００３９】
また、本発明の電気光学素子においては、上述した例に示したように、保護膜を、ＳｉＯ₂からなるものとしてもよいが、電気的に絶縁性を有するものであればよく、特に限定されない。
例えば、保護膜をシリコン（Ｓｉ）や酸化窒化ケイ素（Ｓｉ−Ｏ−Ｎ）からなるものとしてもよい。シリコンを用いる場合、保護膜は、Ａｒガスをスパッタリングガスとして使用し、不純物ドープしていないシリコンをターゲットにして、高周波スパッタを行う方法などによって形成される。このとき、強誘電体基板の温度を２５０℃程度とすると、欠陥の少ない良好なＳｉ膜が成長し、電気抵抗が非常に高く、実質的に絶縁体であるＳｉ膜が得られる。シリコン（Ｓｉ）からなる保護膜は、酸素を含まないので、保護膜上に形成した遷移金属層を酸化劣化させることがない。したがって、遷移金属層が酸化することにより、遷移金属層が脆くなったり、バッファ層と遷移金属層との接合強度が弱まったりする恐れがなく、光導波路型変調器の信頼性を向上させることができる。
また、本発明の電気光学素子においては、上述した例に示したように、保護膜全体を同一の材質からなるものとしてもよいが、例えば、バッファ層上に設けられた保護膜とバッファ層の側面に設けられた保護膜とを異なる材質からなるものとしてもよく、特に限定されない。
【００４０】
本発明の電気光学素子の製造方法においては、上述した例に示したように、保護膜７は、バッファ層３が形成された強誘電体基板１を成膜装置内で加熱処理してから形成することが好ましいが、加熱処理を行わなくてもよい。
【００４１】
また、本発明の電気光学素子の製造方法においては、上述した例に示したように、バッファ層３は、真空蒸着法で形成してもよいが、真空蒸着法のみに限定されるものではなく、例えば、スパッタリング法などの高エネルギー成膜法で形成し、緻密度の高いバッファ層を設けてもよい。
【００４２】
なお、本発明の電気光学素子およびその製造方法においては、製造工程において生じる個体差などにより、電気光学素子のバッファ層３上の電極４が形成されていない領域が保護膜で完全に覆われない場合もあるが、バッファ層３上の電極４が形成されていない領域の一部に、保護膜が形成されていなくても、バッファ層３上の電極４が形成されていない領域のほぼ全域に保護膜が形成されていれば、本発明の目的を達成することができる。
【００４３】
【実施例】
以下、本発明を実施例を示して詳しく説明する。
（実施例１）
Ｚカットのニオブ酸リチウムからなる強誘電体基板１の表面に、Ｔｉからなる厚さ９０ｎｍの光導波路パターンを１０００℃の酸素雰囲気中で２０時間拡散処理することにより光導波路２、２を形成し、その上に、真空蒸着法によりバッファ層３となる厚さ１μｍのＳｉＯ₂膜を成膜した。そして、温度６００℃の酸素気流中で５時間熱処理した後、バッファ層３の上面全体に、高周波スパッタを行うことによりＳｉＯ₂からなる厚さ５０ｎｍの保護膜７３を形成した。
【００４４】
続いて、この保護膜７３の上に、真空蒸着法により厚さ５０ｎｍのＴｉからなる遷移金属膜と、厚さ５０ｎｍのＡｕ膜を同一真空装置中で順次形成した。ついで、このＡｕ膜上にフォトリソグラフィー技術を用いてレジストパターンを形成し、レジストマスクが形成されていない部分、すなわち、Ａｕ膜が露出している部分にのみ電解メッキ法でＡｕを析出・堆積させて、電極４を形成した。続いて、レジストマスクを有機溶媒で除去し、電極４、４間に残ったＡｕ膜および遷移金属膜をそれぞれヨウ素ヨウ化カリウム液およびアンモニア／過酸化水素水混合液でエッチング除去し、図４に示す光導波路型変調器を得た。
【００４５】
（実施例２）
実施例１と同様の強誘電体基板１を使用し、実施例１と同様にして光導波路２、２およびバッファ層３を形成し、バッファ層３の上面全体に、実施例１と同様にして、厚さ２００ｎｍの保護膜７３を形成した。
続いて、この保護膜７３の上に、実施例１と同様にして遷移金属層５および電極４を形成し、図４に示す光導波路型変調器を得た。
【００４６】
（実施例３）
実施例１と同様の強誘電体基板１を使用し、実施例１と同様にして光導波路２、２およびバッファ層３を形成し、それを保護膜７３を成膜する成膜装置内に設置して、温度２５０℃、真空度２×１０^-5Ｐａの雰囲気で１時間の加熱処理を行った。続いて、温度を２５０℃に保ったまま、Ａｒガスをスパッタリングガスとして使用して０．２Ｐａまで導入し、不純物ドープしていないシリコンをターゲットにして、高周波スパッタを行うことにより、バッファ層３の上面全体に、厚さ１００ｎｍの保護膜７３を形成した。
ついで、この保護膜７３の上に、実施例１と同様にして遷移金属層５および電極４を形成し、図４に示す光導波路型変調器を得た。なお、この光導波路型変調器の電極間抵抗は、３０ＭΩ以上であった。
【００４７】
（従来例１）
実施例１と同様の強誘電体基板１を使用し、実施例１と同様にして光導波路２、２およびバッファ層３を形成し、このバッファ層３の上に、実施例１と同様にして、遷移金属層５および電極４を形成し、図８に示す光導波路型変調器を得た。
【００４８】
（比較例１）
実施例１と同様の強誘電体基板１を使用し、実施例１と同様にして光導波路２、２と厚さ１００ｎｍのバッファ層３を形成し、バッファ層３の上面全体に、実施例１と同様にして、厚さ９００ｎｍの保護膜７３を形成した。
続いて、この保護膜７３の上に、実施例１と同様にして遷移金属層５および電極４を形成し、図４に示す光導波路型変調器を得た。
【００４９】
このようにして得られた実施例１〜実施例４、従来例１、比較例１の光導波路型変調器の安定性を調べるために、以下の試験を行った。
すなわち、実施例１〜実施例４、従来例１、比較例１の光導波路型変調器を８５℃の恒温槽に入れて、３．５Ｖの初期ｄｃバイアスを印加して６０時間動作させ、光出力信号の変調状態をオシロスコープで確認しながら、その変調状態が初期ｄｃバイアスを印加したときと同じ状態となるように、印加ｄｃバイアスをフィードバック制御し、その印加ｄｃバイアスの変動を記録した。
その結果を図７に示す。
【００５０】
図７に示すように、保護膜７３が設けられていない従来例１では、印加ｄｃバイアスは、時間の経過とともに著しく上昇している。一方、実施例１〜実施例３では、従来例１と比較して印加ｄｃバイアスの上昇が小さい。また、保護膜７３の厚さが好ましい範囲を越える比較例１は、実施例１〜実施例３と比較して印加ｄｃバイアスの上昇が大きい。
印加ｄｃバイアスの変動が小さいものほど、ｄｃドリフトが小さく、光導波路型変調器からの光出力信号の安定性が良好であることから、保護膜７３によって、光導波路型変調器の動作の安定性を向上させることが可能であることがわかる。また、保護膜７３の厚さは、２００ｎｍ以下とするのが好ましいことが明らかとなった。
【００５１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の電気光学素子は、前記バッファ層の上面の少なくとも前記電極が形成されていない領域および前記バッファ層の前記強誘電体基板の側面と略同一面の光導波方向の側面に電気的に絶縁性である保護膜が設けられているので、バッファ層の表面は露出することがない。このため、バッファ層の表面およびバッファ層内部が汚染されにくい電気光学素子となる。
したがって、バッファ層の表面およびバッファ層内部の汚染物質によって、電極に印加した電流がリークすることを防ぐことができ、電気光学素子の動作の安定性を確保することができる。したがって、電極に高周波に直流バイアスを重畳させて印加しても、印加状態に対して良好な安定性を有するものとなる。また、ｄｃドリフトの発生を防ぐことができる。
また、バッファ層が汚染されにくいものとなるので、バッファ層の汚染に起因する強誘電体基板とバッファ層との接合強度の低下が生じにくいものとなる。
【００５２】
また、前記保護膜が、電気的に絶縁性であるので、電極に印加した電流がリークすることをより一層確実に防ぐことができ、電気光学素子の動作の安定性を確保することができる。したがって、ｄｃドリフトの発生を防ぐ効果をより一層向上させることができる。
【００５３】
さらに、前記保護膜の厚さが５０ないし２００ｎｍであるので、効果的にｄｃドリフトの発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気光学素子からなる光導波路型変調器の一例を示した断面図である。
【図２】本発明の電気光学素子からなる光導波路型変調器の他の例を示した断面図である。
【図３】本発明の電気光学素子からなる光導波路型変調器の他の例を示した断面図である。
【図４】本発明の電気光学素子からなる光導波路型変調器の他の例を示した断面図である。
【図５】本発明の電気光学素子からなる光導波路型変調器の他の例を示した断面図である。
【図６】本発明の電気光学素子からなる光導波路型変調器の他の例を示した断面図である。
【図７】印加バイアス電圧と動作時間との関係を示したグラフである。
【図８】従来の光導波路型変調器の一例を示した断面図である。
【符号の説明】
１、１０強誘電体基板
２光導波路
３バッファ層
４電極
５遷移金属層
７、７１、７２、７３、７４、７５保護膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention Electro-optic element In particular, it is suitably used for an optical waveguide modulator for optical communication or optical measurement. Electro-optic element About.
[0002]
[Prior art]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of a conventional optical waveguide modulator.
This optical waveguide type modulator is a lithium niobate (LiNbO) which is the most common and practical as an optical waveguide type modulator using a ferroelectric substrate. _Three ) Is used.
In FIG. 8, reference numeral 10 denotes a ferroelectric substrate made of Z-cut lithium niobate. The axis that expresses the electro-optic effect of the ferroelectric substrate 10 is the Z-axis direction (crystallographic c-axis) that is the optical principal axis, and as shown in FIG. 8, the optical waveguide 2 of the ferroelectric substrate 10, 2 is a direction orthogonal to a surface on which 2 is formed (referred to as “main surface” in this specification).
[0003]
Near the main surface of the ferroelectric substrate 10, optical waveguides 2 and 2 in which Ti is thermally diffused are formed. ₂ A buffer layer 3 is formed. Furthermore, an electrode 4 made of Au is formed on the buffer layer 3 along the optical waveguides 2 and 2. A transition metal layer 5 made of a transition metal such as Ti, Cr, or Ni is provided between the electrode 4 and the buffer layer 3.
[0004]
In order to manufacture such an optical waveguide modulator, first, the optical waveguides 2 and 2 are formed on the main surface of the ferroelectric substrate 10 by a thermal diffusion method, and the optical waveguides 2 and 2 on the side where the optical waveguides 2 and 2 are formed are formed. The buffer layer 3 is formed on the dielectric substrate 10 by vacuum vapor deposition or sputtering. Next, a transition metal film and an Au film are sequentially formed on the entire upper surface of the buffer layer 3 by vacuum deposition, and further, an electrode is formed which is a region for forming electrodes 4 and 4 on the Au film by electrolytic plating. The electrode 4 is formed by depositing and depositing Au only in the region. Thereafter, the Au film and the transition metal film remaining between the electrodes 4 and 4 are removed by chemical etching to form a transition metal layer 5 or the like.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such an optical waveguide modulator, since the buffer layer 3 is exposed between the electrodes 4 and 4, the exposed surface 3a of the buffer layer 3 and the inside of the buffer layer 3 are K, Ti. There is a disadvantage that it is easily contaminated by contaminants such as Cr.
In particular, when the buffer layer 3 is formed by vacuum deposition to reduce the density of the buffer layer 3 in order to adjust the characteristics of the optical waveguide modulator, contaminants can easily enter from the exposed portion of the buffer layer 3. Was a problem.
[0006]
When the surface 3a of the buffer layer 3 and the inside of the buffer layer 3 of the optical waveguide modulator are contaminated, a dc drift may occur. The dc drift means that a current applied to the electrodes 4 and 4 leaks through the buffer layer 3 due to the presence of alkali ions such as K and Na and mobile ions such as protons, and a desired voltage (device). Is a phenomenon that does not affect the optical waveguide type modulator.
Further, when the contaminant in the buffer layer 3 reaches the interface with the ferroelectric substrate 10 by thermal treatment in a mounting process or the like, the contaminant causes SiO 2 ₂ As a result, the chemical bond of the buffer layer 3 made of is broken, the number of bonds connecting the ferroelectric substrate 10 made of lithium niobate and the buffer layer 3 is reduced, and the bonding strength between the two is remarkably weakened.
[0007]
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it solves the above-described problems and provides an electro-optic element in which the surface of the buffer layer and the inside of the buffer layer are hardly contaminated.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, an electro-optical element of the present invention includes a ferroelectric substrate made of a single crystal having an electro-optic effect and having an optical waveguide formed on a main surface thereof, and a main surface side of the ferroelectric substrate. The axis for inducing the electro-optic effect of the ferroelectric substrate is a direction perpendicular to the main surface of the ferroelectric substrate, and the upper surface of the buffer layer is provided on the upper surface of the buffer layer. At least the region where the electrode is not formed and the buffer layer Substantially the same surface as the side surface of the ferroelectric substrate. A protective film having a thickness of 50 to 200 nm is provided on a side surface in the optical waveguide direction.
[0009]
Here, the “main surface” refers to the surface on which the optical waveguide of the ferroelectric substrate is formed.
[0010]
In addition, “electrically insulating” here means that the direct current resistance is 20 MΩ, preferably more than 50 MΩ.
[0011]
The electro-optical element of the present invention includes at least a region of the upper surface of the buffer layer where the electrode is not formed and the buffer layer. Substantially the same surface as the side surface of the ferroelectric substrate. Since the protective film is provided on the side surface in the optical waveguide direction, the surface of the buffer layer and the buffer layer Substantially the same surface as the side surface of the ferroelectric substrate. The side surface in the optical waveguide direction is not exposed. As a result, the surface of the buffer layer and the inside of the buffer layer are less likely to be contaminated.
Therefore, it is possible to prevent the current applied to the electrode from leaking due to contaminants inside the buffer layer and inside the buffer layer, and to ensure the stability of the operation of the electro-optic element. Therefore, even if a DC bias is applied to the electrode with a high frequency applied, it has good stability with respect to the applied state. Further, the occurrence of dc drift can be prevented.
In addition, since the buffer layer is not easily contaminated, the bonding strength between the ferroelectric substrate and the buffer layer is hardly reduced due to the contamination of the buffer layer.
[0012]
In addition, since the protective film is electrically insulating, it is possible to prevent the current applied to the electrode from leaking through the protective film, and to ensure the stability of the operation of the electro-optical element. Therefore, the effect of preventing the occurrence of dc drift can be further improved.
[0013]
Furthermore, since the thickness of the protective film is 50 to 200 nm, it is possible to effectively prevent the occurrence of dc drift.
If the thickness of the protective film is less than 50 nm, the effect of preventing the contamination of the surface of the buffer layer and the inside of the buffer layer cannot be obtained sufficiently, so that the current applied to the electrode is likely to leak, and dc drift occurs. This is not preferable because it may not be sufficiently prevented. On the other hand, when the thickness of the protective film exceeds 200 nm, most of the thickness (about 1 μm) of the buffer layer that is originally adjusted and optimized to suppress dc drift is different from the buffer layer. Since the protective film occupies, the effect of the buffer layer is remarkably reduced, and the effect of preventing the occurrence of dc drift is reduced, which is not preferable.
[0014]
In the electro-optical element, it is preferable that the protective film is provided over the entire upper surface of the buffer layer including the region where the electrode is formed.
By adopting such an electro-optical element, the entire surface on the buffer layer is covered with a protective film, and the buffer layer is prevented from being contaminated during the manufacturing process of the electro-optical element after the protective film is formed. In addition, contaminants can be prevented from entering the buffer layer.
Furthermore, since the protective film is formed on the entire surface of the buffer layer, the protective film can be easily formed as compared with the case where the protective film is formed on a part of the surface of the buffer layer.
A protective film provided on an upper surface of the buffer layer; and Substantially the same surface as the side surface of the ferroelectric substrate. It is desirable that the protective film provided on the side surface in the optical waveguide direction is made of the same material.
By employing such an electro-optical element, a protective film provided on the buffer layer and the buffer layer Substantially the same surface as the side surface of the ferroelectric substrate. The chemical bonding force with the protective film provided on the side surface in the optical waveguide direction can be increased. Moreover, since the thermal expansion characteristics of the protective film provided on the buffer layer and the protective film provided on the side surface of the buffer layer are the same, the protective film provided on the buffer layer is provided on the side surface of the buffer layer. The adhesiveness at the interface with the protective film becomes thermally stable. For these reasons, it is possible to further enhance the effect of preventing the entry of contaminants into the buffer layer of the protective layer and to obtain it more stably.
[0015]
In the above electro-optic element, it is desirable that the protective film is an amorphous film.
The amorphous film has a continuity of the film structure and is dense as compared with the crystal film. For this reason, when the protective film is an amorphous film, the surface of the buffer layer and the buffer layer can be more easily prevented from being contaminated.
[0016]
Further, the protective film is preferably made of a covalent bond material containing at least one element common to the elements contained in the buffer layer. Furthermore, it is more desirable to be the same as the buffer layer.
By using such an electro-optic element, the chemical characteristics such as the thermal expansion coefficient of the protective film and the buffer layer are similar or the same, and the adhesive strength between the protective film and the buffer layer is good.
In addition, by using a covalent bond material, the insulating property is more stable than that of an ion bond material.
In the above electro-optic element, silicon oxide (Si—O) having a low refractive index is preferably used for the buffer layer in direct contact with the optical waveguide. When the buffer layer is made of silicon oxide, the protective film is preferably silicon (Si), silicon nitride (Si—N), silicon oxynitride (Si—O—N), silicon oxide (Si—O), or the like. .
[0017]
Furthermore, it is desirable that the ferroelectric substrate is an electro-optical element made of lithium niobate.
Since a single crystal of lithium niobate is relatively easy to grow a large crystal, a large integrated device can be realized by using a ferroelectric substrate made of lithium niobate.
In addition, since the Curie point of the single crystal of lithium niobate is as high as about 1000 ° C., the degree of freedom in temperature in the manufacturing process of the electro-optic element is increased.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described in detail below.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an optical waveguide modulator comprising an electro-optic element of the present invention.
This optical waveguide type modulator is a lithium niobate (LiNbO) which is the most common and practical as an optical waveguide type modulator using a ferroelectric substrate. _Three ) Is used.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a ferroelectric substrate made of Z-cut lithium niobate. The axis that exhibits the electro-optic effect of the ferroelectric substrate 1 is the Z-axis direction (crystallographic c-axis) that is the optical principal axis, and is orthogonal to the principal surface of the ferroelectric substrate 1 as shown in FIG. It has become a direction.
[0022]
On the main surface of the ferroelectric substrate 1, optical waveguides 2 and 2 in which Ti is thermally diffused are formed. The optical waveguide direction of this optical waveguide type modulator is the length direction of the optical waveguides 2 and 2. A buffer layer 3 is formed on the optical waveguides 2 and 2, and a protective film 7 is formed on the entire surface 3 a on the buffer layer 3 and the side surface 3 b of the buffer layer 3 in the optical waveguide direction. Further, an electrode 4 made of Au is disposed on the protective film 7 along the optical waveguides 2 and 2. In FIG. 1, the electrode 4 located in the center is a signal electrode, and the electrodes 4 located on both sides thereof are grounding electrodes. A transition metal layer 5 made of a transition metal such as Ti, Cr, or Ni is provided between the electrode 4 and the protective film 7.
[0023]
In this optical waveguide modulator, the buffer layer 3 is made of SiO having a low refractive index. ₂ It is supposed to consist of
[0024]
The protective film 7 is an electrically insulating amorphous film, and is made of a material similar to that of the buffer layer 3. ₂ Is used, and its thickness is 50 to 200 nm.
[0025]
In order to manufacture such an optical waveguide modulator, first, optical waveguides 2 and 2 are formed on the surface of the ferroelectric substrate 1 by a thermal diffusion method, and the ferroelectric on the side on which the optical waveguides 2 and 2 are formed. A buffer layer 3 is formed on the body substrate 1 by vacuum deposition. At this time, in order to sufficiently oxidize the buffer layer, heat treatment (annealing) is performed in an oxidizing atmosphere at a temperature of 500 to 700 ° C. for 5 to 10 hours. Next, the ferroelectric substrate 1 on which the buffer layer 3 is formed is placed in a film forming apparatus for forming the protective film 7, and the protective film 7 is formed on the entire surface 3a on the buffer layer 3 by sputtering. . At this time, prior to the formation of the protective film 7, moisture (H ₂ O, -OH) may be removed, and heat treatment may be performed for the purpose of strengthening the quality of the protective film 7.
Thereafter, a transition metal film and an Au film are sequentially formed by vacuum deposition or sputtering. Further, the electrode 4 is formed by depositing and depositing Au on the Au film only in an electrode forming region which is a region where the electrodes 4 and 4 are formed by electrolytic plating. Thereafter, the Au film and the transition metal film remaining between the electrodes 4 and 4 are removed by chemical etching, and the transition metal layer 5 is formed only under the electrodes 4 and 4.
Subsequently, the ferroelectric substrate 1 is cut according to the chip shape, and the protective layer 7 is formed on the side surface 3 b of the buffer layer 3. In order to form the protective layer 7 on the side surface 3b of the buffer layer 3, the portions other than the side surface 3b of the buffer layer 3 are protected using a resist or the like, and then sputtering similar to the protective film 7 formed on the buffer layer 3 is performed. It is formed by law.
In the above manufacturing method, the formation of the protective film 7 may be performed while heating, or may be performed after the heat treatment is completed. The heat treatment conditions at this time are, for example, a temperature of 100 to 300 ° C., a treatment time of 1 to 20 hours, and a degree of vacuum of 1 × 10 ^-Five ~ 1x10 ^-1 Pa.
[0026]
In such an optical waveguide modulator, since the protective film 7 is provided on the entire surface 3a and the side surface 3b on the buffer layer 3, the surface 3a and the side surface 3b on the buffer layer 3 are not exposed, The surface 3a of the buffer layer 3 and the inside of the buffer layer 3 are not easily contaminated.
Further, since the protective film 7 is electrically insulative, it is possible to prevent the current applied to the electrodes 4 and 4 from leaking, and to ensure the stability of the operation of the optical waveguide modulator. Therefore, the occurrence of dc drift can be prevented. Further, since the buffer layer 3 is not easily contaminated, the bonding strength between the ferroelectric substrate 1 and the buffer layer 3 due to the contamination of the buffer layer 3 is unlikely to decrease.
[0027]
Furthermore, since the buffer layer 3 is difficult to be contaminated, even the buffer layer 3 having a low density is less likely to cause a problem due to contamination, and the vacuum deposition method in which the buffer layer 3 having a low density is formed. Thus, the buffer layer 3 can be formed. Further, the density and formation method of the buffer layer 3 can be selected as necessary.
[0028]
Furthermore, since the thickness of the protective film 7 is 50 to 200 nm, it is possible to effectively prevent the occurrence of dc drift.
[0029]
A protective film 7 is also provided between the buffer layer 3 and the transition metal layer 5 provided under the electrodes 4 and 4, and the entire surface 3 a on the buffer layer 3 is covered with the protective film 7. Therefore, it is possible to prevent the buffer layer 3 from being contaminated during the manufacturing process of the optical waveguide modulator after the protective film 7 is formed.
That is, the buffer layer 3 can be prevented from being contaminated by a process such as chemical etching of the Au film and the transition metal film in the step of forming the transition metal layer 5 and the electrodes 4 and 4 on the protective film 7. .
[0030]
Furthermore, since the protective film 7 is formed between the buffer layer 3 and the transition metal layer 5, the buffer layer 3 and the transition metal layer 5 are not in contact with each other due to moisture adsorbed on the buffer layer 3. To prevent the phenomenon that the transition metal layer 5 is oxidized, the transition metal layer 5 becomes brittle, the bonding strength between the buffer layer 3 and the transition metal layer 5 is weakened, and the reliability of the optical waveguide modulator is lowered. Can do.
Further, by forming the protective film 7 on the entire surface 3a on the buffer layer 3, the protective film 7 can be formed as compared with the case where the protective film 7 is formed on a part of the surface 3a on the buffer layer 3. It becomes easy.
[0031]
Furthermore, the protective film 7 is made of SiO. ₂ Therefore, the chemical characteristics such as the thermal expansion coefficient of the protective film 7 and the buffer layer 3 are the same, and the adhesive strength between the protective film 7 and the buffer layer 3 is good.
[0032]
Furthermore, since the ferroelectric substrate 1 is made of lithium niobate that allows relatively large crystal growth, a large integrated device can be realized.
Further, since the Curie point of the single crystal of lithium niobate is as high as about 1000 ° C., the degree of freedom in temperature in the electro-optic element manufacturing process can be improved.
[0033]
In addition, since the transition metal layer 5 is provided between the electrode 4 and the protective film 7, the bonding strength between the electrode 4 and the protective film 7 can be improved.
That is, the transition metal layer 5 forms an alloy (solid solution) or a metal interphase compound at the interface with the electrode 4 made of Au, which is chemically inert, and also chemically at the interface with the protective film 7. It has a function as an adhesive that adheres and merges and joins the electrode 4 and the protective film 7 together. Therefore, the bonding strength between the electrode 4 and the protective film 7 can be improved.
[0034]
Moreover, in the manufacturing method described above, the protective film 7 is formed by sputtering, so that the protective film 7 can be easily formed.
Furthermore, since the entire protective film 7 is made of the same material, it can be easily manufactured with few manufacturing steps.
In addition, since the protective film 7 is formed after the ferroelectric substrate 1 on which the buffer layer 3 is formed is heated in a film forming apparatus for forming the protective film 7, the protective film 7 is formed after the buffer layer 3 is formed. Even if the buffer layer 3 adsorbs moisture before the formation of 7, the moisture can be removed by heat treatment. Accordingly, it is possible to obtain an electro-optical device having excellent operation stability.
[0035]
In the electro-optic element of the present invention, as shown in FIG. 1, it is preferable to form the protective film 7 on the entire surface 3a and the side surface 3b on the buffer layer 3, but at least the electrode 4 on the buffer layer 3, The protective film should just be provided in the part in which 4 is not formed.
For example, as shown in FIG. 2, the protective film 71 is formed on the portion of the buffer layer 3 where the electrodes 4 and 4 are not formed, between the buffer layer 3 and a part of the electrodes 4, and on the side surface 3 b of the buffer layer 3. As shown in FIG. 3, the protective film 72 may be provided on the portion of the buffer layer 3 where the electrodes 4 and 4 are not formed and on the side surface 3 b of the buffer layer 3.
Further, as shown in FIG. 4, the protective film 73 may be provided on the entire surface 3a on the buffer layer 3, or as shown in FIG. 5, the protective film 74 is formed by the electrodes 4 and 4 on the buffer layer 3. The protective layer 75 may be provided between the buffer layer 3 and a part of the electrodes 4 as shown in FIG. You may provide only in the part which is not.
Also in such an electro-optic element, the surface 3a on the buffer layer 3 is not exposed, and the surface 3a on the buffer layer 3 and the inside of the buffer layer 3 are not easily contaminated.
[0036]
In the electro-optical element of the present invention, as shown in the above-described example, it is desirable to use a ferroelectric substrate made of lithium niobate, but it is not limited to only lithium niobate. For example, those made of lithium tantalate can also be used.
[0037]
In the electro-optic element of the present invention, as shown in the above-described example, the transition metal layer 5 may be provided between the electrode 4 and the protective film 7, but it is not necessary to provide it, and there is no particular limitation.
Further, in the electro-optical element of the present invention, as shown in the above-described example, the optical waveguides 2 and 2 can be formed from a material in which Ti is diffused. However, the material is not limited to this material.
[0038]
Furthermore, in the electro-optic element of the present invention, as shown in the above-described example, the buffer layer 3 is made of SiO having a low dielectric constant. ₂ It is preferable that the electrode 4 is made of Au having a sufficiently low electric resistance in consideration of propagating a high-frequency electric signal to the electrode 4, but the material for forming the buffer layer 3 and the electrode 4 is The material is not limited to the above.
[0039]
In the electro-optic element of the present invention, as shown in the above-described example, the protective film is made of SiO. ₂ However, it is not particularly limited as long as it is electrically insulating.
For example, the protective film may be made of silicon (Si) or silicon oxynitride (Si—O—N). In the case of using silicon, the protective film is formed by a method of performing high-frequency sputtering using Ar gas as a sputtering gas and using silicon not doped with impurities as a target. At this time, when the temperature of the ferroelectric substrate is about 250 ° C., a good Si film with few defects grows, and an Si film that is substantially an insulator having a very high electrical resistance is obtained. Since the protective film made of silicon (Si) does not contain oxygen, the transition metal layer formed on the protective film is not oxidized and deteriorated. Therefore, the transition metal layer is oxidized and there is no fear that the transition metal layer becomes brittle or the bonding strength between the buffer layer and the transition metal layer is weakened, and the reliability of the optical waveguide modulator can be improved. it can.
In the electro-optical element of the present invention, as shown in the above-described example, the entire protective film may be made of the same material. For example, the protective film provided on the buffer layer and the buffer layer The protective film provided on the side surface may be made of a different material and is not particularly limited.
[0040]
In the method for manufacturing an electro-optical element of the present invention, as shown in the above-described example, the protective film 7 is formed after the ferroelectric substrate 1 on which the buffer layer 3 is formed is heat-treated in a film forming apparatus. However, it is not necessary to perform heat treatment.
[0041]
In the method for manufacturing an electro-optic element of the present invention, as shown in the above-described example, the buffer layer 3 may be formed by a vacuum deposition method, but is not limited to the vacuum deposition method. For example, a high-energy film formation method such as a sputtering method may be used, and a high-density buffer layer may be provided.
[0042]
In the electro-optical element and the manufacturing method thereof according to the present invention, the region where the electrode 4 on the buffer layer 3 of the electro-optical element is not formed is not completely covered with the protective film due to individual differences that occur in the manufacturing process. In some cases, even if a protective film is not formed in a part of the region on the buffer layer 3 where the electrode 4 is not formed, the region on the buffer layer 3 where the electrode 4 is not formed is almost entirely covered. If the protective film is formed, the object of the present invention can be achieved.
[0043]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
(Example 1)
Optical waveguides 2 and 2 are formed on a surface of a ferroelectric substrate 1 made of Z-cut lithium niobate by diffusing a 90 nm thick optical waveguide pattern made of Ti in an oxygen atmosphere at 1000 ° C. for 20 hours. On top of that, 1 μm-thick SiO 2 is formed as a buffer layer 3 by vacuum deposition. ₂ A film was formed. Then, after heat treatment in an oxygen stream at a temperature of 600 ° C. for 5 hours, the entire upper surface of the buffer layer 3 is subjected to high-frequency sputtering to perform SiO 2 sputtering. ₂ A protective film 73 having a thickness of 50 nm was formed.
[0044]
Subsequently, a transition metal film made of Ti having a thickness of 50 nm and an Au film having a thickness of 50 nm were sequentially formed on the protective film 73 by a vacuum deposition method in the same vacuum apparatus. Next, a resist pattern is formed on the Au film by using a photolithography technique, and Au is deposited and deposited by electrolytic plating only on a portion where the resist mask is not formed, that is, a portion where the Au film is exposed. Thus, the electrode 4 was formed. Subsequently, the resist mask is removed with an organic solvent, and the Au film and the transition metal film remaining between the electrodes 4 and 4 are removed by etching with a potassium iodide iodide solution and an ammonia / hydrogen peroxide mixture, respectively. The optical waveguide type modulator shown was obtained.
[0045]
(Example 2)
Using the same ferroelectric substrate 1 as in Example 1, the optical waveguides 2 and 2 and the buffer layer 3 are formed in the same manner as in Example 1, and the entire upper surface of the buffer layer 3 is the same as in Example 1. A protective film 73 having a thickness of 200 nm was formed.
Subsequently, the transition metal layer 5 and the electrode 4 were formed on the protective film 73 in the same manner as in Example 1 to obtain the optical waveguide modulator shown in FIG.
[0046]
(Example 3)
Using the same ferroelectric substrate 1 as in the first embodiment, the optical waveguides 2 and 2 and the buffer layer 3 are formed in the same manner as in the first embodiment, and these are installed in a film forming apparatus for forming the protective film 73. And a temperature of 250 ° C. and a degree of vacuum of 2 × 10 ^-Five Heat treatment for 1 hour was performed in an atmosphere of Pa. Subsequently, while maintaining the temperature at 250 ° C., Ar gas is introduced as a sputtering gas up to 0.2 Pa, and high-frequency sputtering is performed using silicon not doped with impurities as a target. A protective film 73 having a thickness of 100 nm was formed on the entire upper surface.
Next, the transition metal layer 5 and the electrode 4 were formed on the protective film 73 in the same manner as in Example 1 to obtain the optical waveguide modulator shown in FIG. The interelectrode resistance of this optical waveguide modulator was 30 MΩ or more.
[0047]
(Conventional example 1)
Using the same ferroelectric substrate 1 as in Example 1, optical waveguides 2 and 2 and a buffer layer 3 are formed in the same manner as in Example 1, and on this buffer layer 3, as in Example 1. Then, the transition metal layer 5 and the electrode 4 were formed, and the optical waveguide type modulator shown in FIG. 8 was obtained.
[0048]
(Comparative Example 1)
Using the same ferroelectric substrate 1 as in Example 1, optical waveguides 2 and 2 and a buffer layer 3 having a thickness of 100 nm are formed in the same manner as in Example 1, and Example 1 is formed on the entire top surface of the buffer layer 3. Similarly, a protective film 73 having a thickness of 900 nm was formed.
Subsequently, the transition metal layer 5 and the electrode 4 were formed on the protective film 73 in the same manner as in Example 1 to obtain the optical waveguide modulator shown in FIG.
[0049]
In order to examine the stability of the optical waveguide modulators of Examples 1 to 4 obtained in this manner, Conventional Example 1 and Comparative Example 1, the following tests were performed.
That is, the optical waveguide type modulators of Examples 1 to 4, Conventional Example 1 and Comparative Example 1 are put in a thermostatic bath at 85 ° C., and an initial dc bias of 3.5 V is applied and operated for 60 hours. While confirming the modulation state of the output signal with an oscilloscope, the applied dc bias was feedback-controlled so that the modulation state was the same as when the initial dc bias was applied, and the fluctuation of the applied dc bias was recorded.
The result is shown in FIG.
[0050]
As shown in FIG. 7, in the conventional example 1 in which the protective film 73 is not provided, the applied dc bias increases significantly with time. On the other hand, in Examples 1 to 3, the increase in the applied dc bias is smaller than that in Conventional Example 1. Further, in Comparative Example 1 in which the thickness of the protective film 73 exceeds the preferable range, the increase in the applied dc bias is larger than in Examples 1 to 3.
The smaller the fluctuation of the applied dc bias, the smaller the dc drift and the better the stability of the optical output signal from the optical waveguide modulator. Therefore, the operation of the optical waveguide modulator is stabilized by the protective film 73. It can be seen that it is possible to improve. It has also been found that the thickness of the protective film 73 is preferably 200 nm or less.
[0051]
【The invention's effect】
As described above in detail, the electro-optic element of the present invention includes at least the upper surface of the buffer layer. A protective film that is electrically insulative is provided on the region in which the electrode is not formed and on the side surface of the buffer layer in the optical waveguide direction that is substantially flush with the side surface of the ferroelectric substrate. Therefore, the surface of the buffer layer is not exposed. As a result, the surface of the buffer layer and the inside of the buffer layer are less likely to be contaminated.
Therefore, it is possible to prevent the current applied to the electrode from leaking due to contaminants inside the buffer layer and inside the buffer layer, and to ensure the stability of the operation of the electro-optic element. Therefore, even if a DC bias is applied to the electrode with a high frequency applied, it has good stability with respect to the applied state. Further, the occurrence of dc drift can be prevented.
In addition, since the buffer layer is not easily contaminated, the bonding strength between the ferroelectric substrate and the buffer layer is hardly reduced due to the contamination of the buffer layer.
[0052]
Further, since the protective film is electrically insulating, it is possible to prevent the current applied to the electrode from leaking more reliably, and to ensure the stability of the operation of the electro-optical element. Therefore, the effect of preventing the occurrence of dc drift can be further improved.
[0053]
Furthermore, since the thickness of the protective film is 50 to 200 nm, it is possible to effectively prevent the occurrence of dc drift.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an optical waveguide modulator comprising an electro-optic element of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of an optical waveguide modulator comprising the electro-optic element of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of an optical waveguide modulator comprising the electro-optic element of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing another example of an optical waveguide modulator comprising the electro-optic element of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of an optical waveguide modulator comprising the electro-optic element of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing another example of an optical waveguide modulator comprising the electro-optic element of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between applied bias voltage and operating time.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of a conventional optical waveguide modulator.
[Explanation of symbols]
1, 10 Ferroelectric substrate
2 Optical waveguide
3 Buffer layer
4 electrodes
5 Transition metal layer
7, 71, 72, 73, 74, 75 Protective film

Claims

A ferroelectric substrate made of a single crystal having an electro-optic effect, having an optical waveguide formed on the main surface, and a buffer layer and an electrode provided on the main surface side of the ferroelectric substrate,
The axis that induces the electro-optic effect of the ferroelectric substrate is a direction orthogonal to the main surface of the ferroelectric substrate,
At least a region of the upper surface of the buffer layer where the electrode is not formed and a side surface of the buffer layer in the optical waveguide direction, which is substantially flush with the side surface of the ferroelectric substrate, and has a thickness of An electro-optical element provided with a protective film having a thickness of 50 to 200 nm.

The electro-optical element according to claim 1, wherein the protective film is provided over the entire upper surface of the buffer layer including a region where the electrode is formed.

The protective film provided on the upper surface of the buffer layer and the protective film provided on the side surface in the optical waveguide direction that is substantially the same as the side surface of the ferroelectric substrate of the buffer layer are made of the same material. The electro-optic element according to claim 1 or 2.

The electro-optical element according to claim 1, wherein the protective film is an amorphous film.