專利名稱：：波導(dǎo)型光控制元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于在光纖通信、光纖計(jì)測(cè)中控制光波的強(qiáng)度、相位、偏振狀態(tài)的波導(dǎo)型光控制元件。
背景技術(shù)：
：在光纖通信系統(tǒng)及光纖計(jì)測(cè)系統(tǒng)中，需要對(duì)光波的強(qiáng)度、相位、偏振狀態(tài)等進(jìn)行種種處理。因此，例如光強(qiáng)度調(diào)制器、光開關(guān)、關(guān)衰減器等，已經(jīng)在開發(fā)應(yīng)用中。在這些光處理技術(shù)中有一門光波導(dǎo)技術(shù)。光波導(dǎo)技術(shù)具有易實(shí)現(xiàn)低電壓、集成化、牢固、能夠進(jìn)行大批且廉價(jià)的制造的優(yōu)點(diǎn)。用于光波導(dǎo)基板材料的有半導(dǎo)體材料、氧化物結(jié)晶材料、玻璃等多種材料。其中，對(duì)于光波導(dǎo)強(qiáng)度調(diào)制器，作為基板材料而多用以鐵電體鈮酸鋰或鋯鈦酸鉛鑭(leadlanthanumzirconatetitanate)等為代表的、具有電光效應(yīng)的氧化物結(jié)晶材料。這里，利用以下式(1)、式(2)來說明接觸或接近于光波導(dǎo)而設(shè)置的控制用電極的作用。Δф＝(2π/λ)·δn·L(1)δn＝(-1/2)·n3·r·?！?V/G)(2)在上述式(1)中，Δф是因施加電壓而產(chǎn)生的相位變化量，λ是輸入波長(zhǎng)，δn是所導(dǎo)致的折射率變化，L是電極長(zhǎng)度。另外，在式(2)中，n表示折射率，r表示基板結(jié)晶的電光常數(shù)(electro-opticconstant)，Γ表示光波及電場(chǎng)重疊參數(shù)，V表示施加電壓，G表示電極間間隔。并且，由式(1)、式(2)可知，要得到盡可能大的相位變化Δф，則需要得到盡可能大的折射率變化δn。因此，以下幾點(diǎn)變得重要。(1)盡可能縮小電極間間隔G。由此能夠增強(qiáng)電場(chǎng)。(2)增大光波及電場(chǎng)重疊參數(shù)。為此，盡可能增大電極寬度，而在光波導(dǎo)模式分布的基板內(nèi)使深的區(qū)域的電力線增多，從而得到足夠強(qiáng)的電場(chǎng)。通常，由于在受到所利用的光波導(dǎo)的面積的限制范圍內(nèi)，將電極寬度構(gòu)成為最大，所以電極寬度的可增大的程度受到限制。因此，研究如何縮小電極間間隔G。這里，整理表示使用鈮酸鋰基板而利用了該基板材料的電光效應(yīng)的波導(dǎo)型光控制元件所共有的典型的結(jié)構(gòu)、以及制作該元件的步驟。作為這種波導(dǎo)型光控制元件的一個(gè)例子，而在圖6中例示出馬赫-澤德(Mach-Zehnder)干涉儀型光強(qiáng)度調(diào)制器的光電路(opticalcircuit)結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)元件。通過光刻技術(shù)，在鈮酸鋰基板11上形成寬度為10μm左右的、金屬Ti的條帶(strip)，然后在1000℃左右對(duì)基板進(jìn)行處理，而使Ti原子擴(kuò)散到鈮酸鋰基板內(nèi)部。其結(jié)果，Ti原子擴(kuò)散到深度為5μm左右、寬度為10μm左右的范圍內(nèi)而形成分布。在該部分，折射率大致與Ti原子的濃度成正比而上升。該折射率的上升區(qū)域成為光波導(dǎo)12a、12b、13a、13b、15。在該區(qū)域，將在光纖通信系統(tǒng)中所使用的波長(zhǎng)為1.3～1.55μm的光波，以單一模式進(jìn)行傳播。緊接著光波導(dǎo)的形成，在鈮酸鋰基板的光波導(dǎo)面上蒸鍍SiO2而形成緩沖(buffer)層。緩沖層的作用是使使用于電極的金屬不吸收上述光波。然后，在緩沖層的表面蒸鍍金屬薄膜，并刻畫圖案而作成圖6中的14a、14b所示的電極。在刻畫電極的圖案時(shí)，與形成上述的光波導(dǎo)時(shí)同樣，使用光刻技術(shù)。即，例如在蒸鍍Ti、Cr而形成的膜上均勻地蒸鍍Au，然后執(zhí)行通過化學(xué)蝕刻來除去不需要部分的蝕刻法、形成了刻畫圖案的光致抗蝕膜之后蒸鍍金屬材料接著溶解除去光致抗蝕膜的剝離(liftoff)法。作為電極的第一層而使用Ti、Cr，這是由于這些例如與稱為鈮酸鋰結(jié)晶的基板材料和用作緩沖層的SiO2的附著性也很出眾。另外，作為第二層而使用Au，這是由于Au的導(dǎo)電性能、耐環(huán)境性能優(yōu)越、且引線接合容易。然而，如上所述，緩沖層的作用是使電極所使用的金屬不吸收傳播在光波導(dǎo)內(nèi)的光波，但存在因存在緩沖層而發(fā)生的問題。例如，DC漂移(Drift)。針對(duì)所謂的DC漂移是哪種現(xiàn)象進(jìn)行說明。光波導(dǎo)區(qū)域的電場(chǎng)E，可用式(3)表示，其中，V表示外部施加電壓，g表示電極間間隔。E＝V/g(3)但是，在此，g并不是在式(1)中所利用的實(shí)際的電極間間隔G，而是為了直觀地理解而導(dǎo)入了有效的電極間間隔值g。若根據(jù)式(3)，則只要能夠?qū)保持為一定，就能夠?qū)保持為一定，從而能夠?qū)⒐廨敵霰３譃橐欢ㄖ怠５?，即使將外部施加電壓V保持為一定，E也會(huì)發(fā)生隨時(shí)間的變化，其結(jié)果，出現(xiàn)無法將光輸出保持為一定的現(xiàn)象。這就是DC漂移。該DC漂移是作為在緩沖層自身以及緩沖層與光波導(dǎo)基板的界面上的、有效的容量成分與電阻成分的效應(yīng)而發(fā)生的現(xiàn)象。為了實(shí)際使用光開關(guān)、光調(diào)制器等波導(dǎo)型光控制元件，而需要抑制DC漂移。為了消除DC漂移而除去了緩沖層時(shí)，為了防止電極吸收光波而需要某種可替代緩沖層的對(duì)策。特別地，在單一模式光纖系統(tǒng)中通常偏振狀態(tài)不為隨時(shí)間一定，所以在其中所使用的波導(dǎo)型光控制元件中，對(duì)于電場(chǎng)振動(dòng)方向平行于基板面且電極的吸收不顯著的TE模式、和電場(chǎng)振動(dòng)方向隨時(shí)間垂直且電極的吸收顯著的TM模式的兩種模式要求體現(xiàn)出相同的行為，即要求無偏振依賴性。另外，在利用了熱光效應(yīng)的波導(dǎo)型光控制元件中，基板采用石英玻璃或高分子材料等、透明性高且折射率的溫度依賴性適當(dāng)大的材料。并且，將Cr等金屬導(dǎo)體條帶只設(shè)置在干涉儀的單方支路(Arm)上，并使電流流過其中而產(chǎn)生焦耳熱，而通過該熱來僅使單方支路的折射率發(fā)生變化，其結(jié)果，在兩個(gè)支路之間產(chǎn)生相位差。利用該相位差來使輸出光量變化的這一點(diǎn)，與電光效應(yīng)完全相同。并且，金屬導(dǎo)體與上述電極同樣吸收光波，所以在不使用緩沖層時(shí)，需要使金屬導(dǎo)體從光波導(dǎo)遠(yuǎn)離一定距離，另外，在使用了緩沖層時(shí)，雖然能夠使之更為接近，但需要進(jìn)行設(shè)置緩沖層的工序。作為對(duì)于這種復(fù)雜問題的解決對(duì)策，而提出了將ITO膜(IndiumTinOxide膜、In2O3:Sn膜)用于控制用電極的結(jié)構(gòu)，其中，上述ITO膜是在可見區(qū)透明的導(dǎo)電氧化物(參照德國(guó)專利DE3724634號(hào)公報(bào))。據(jù)此，則在光波導(dǎo)上成膜ITO膜而作為電極，并在其上設(shè)置保護(hù)膜層。通常，當(dāng)光入射到物質(zhì)時(shí)，一部分被反射，而剩余部分的一部分被吸收到物質(zhì)內(nèi)，進(jìn)而其剩下的部分被透過。In2O3類的導(dǎo)電氧化物材料是n型半導(dǎo)體，而存在載流子電子，其移動(dòng)貢獻(xiàn)于導(dǎo)電。在這種導(dǎo)電氧化物膜中的載流子電子吸收及反射近紅外區(qū)的光。導(dǎo)電氧化物膜中的載流子電子越多，則對(duì)近紅外光的反射及吸收量就變得越多(參照歐姆(OHM)公司、日本學(xué)術(shù)振興會(huì)編，《透明導(dǎo)電膜技術(shù)》P55～57)，從而導(dǎo)電氧化物膜的衰減系數(shù)變得越大。雖然現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用的ITO膜的電阻低，但載流子電子濃度變?yōu)?×1020個(gè)/cm3以上時(shí)，在波長(zhǎng)為1.3～1.6μm的近紅外區(qū)，反射及吸收變得顯著。若將這種膜接觸或接近光波導(dǎo)而用作控制用電極，則傳播在光波導(dǎo)內(nèi)的波長(zhǎng)為1.3～1.6μm的近紅外光的損耗變得顯著。因此，作為使用波長(zhǎng)為1.3～1.6μm的紅外光的光波導(dǎo)用的控制用電極，而需要載流子電子的濃度小。另一方面，物質(zhì)的電阻率ρ(導(dǎo)電率1/ρ)依賴于載流子電子濃度n與載流子電子的遷移率μ的積(1/ρ＝enμ、e電荷量)。為了實(shí)現(xiàn)載流子電子濃度低、且導(dǎo)電率高的電極材料，而需要載流子電子的遷移率μ變大。ITO膜的載流子電子的遷移率約為10～35cm2/Vsec。作為n型半導(dǎo)體的氧化銦(In2O3)類材料的載流子電子的遷移率，主要取決于離子化雜質(zhì)散射(ionizedimpurityscattering)或中性雜質(zhì)散射(關(guān)于雜質(zhì)，將以離子的狀態(tài)被摻雜的雜質(zhì)稱為離子化雜質(zhì)，將吸附在周圍的多余的氧而以中性狀態(tài)被摻雜的雜質(zhì)稱為中性雜質(zhì))。若為了增大載流子電子濃度而添加的雜質(zhì)元素的量變多，則載流子電子發(fā)生散射，從而載流子電子的遷移率下降。雖然能夠增加導(dǎo)入到ITO膜的氧而降低ITO膜的載流子濃度，但因?qū)胙醵行噪s質(zhì)物增加，因此ITO膜的遷移率進(jìn)一步變小，從而導(dǎo)致導(dǎo)電率顯著下降。發(fā)明的公開ITO膜在光纖通信領(lǐng)域所使用的光波長(zhǎng)區(qū)域1.55μm波段，不能說充分實(shí)現(xiàn)低吸收，例如，利用ITO來制作具有長(zhǎng)度為40mm的控制用電極的波導(dǎo)元件的上述電極時(shí)，無法避免起因于該電極的損耗成為8dB左右。就這種損耗程度則無法說具有實(shí)用性，而需要實(shí)現(xiàn)更低的損耗。如果能夠降低電極的光波吸收，則不僅能夠降低元件的插入損耗，還能夠降低驅(qū)動(dòng)電壓。這是由于如果光學(xué)吸收被降低，則將損耗控制為一定時(shí)，能夠取得更窄的電極間間隔。如果使電極間間隔變窄，則假設(shè)電壓相同時(shí)光波導(dǎo)區(qū)域的電場(chǎng)會(huì)增強(qiáng)。因此，如果使電極間間隔變窄，則在低電壓下也能夠致使發(fā)生一定值的折射率變化，其結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)低驅(qū)動(dòng)電壓的元件。本發(fā)明是著眼于這種問題而提出的，其目的在于，提供一種能夠抑制DC漂移、且能夠?qū)崿F(xiàn)低電壓驅(qū)動(dòng)、及對(duì)于任意的輸入偏振波的低損耗的波導(dǎo)型光控制元件及其制造方法。即，本發(fā)明提供一種波導(dǎo)型光控制元件，具有光波導(dǎo)，其由具有電光效應(yīng)或熱光效應(yīng)的絕緣材料構(gòu)成；控制用電極，其接觸或接近于光波導(dǎo)而被設(shè)置，并且，在波長(zhǎng)為1.3～1.6μm時(shí)的光波導(dǎo)的傳播損耗為1dB/cm以下，其特征在于，由載流子電子濃度為5.5×1020個(gè)/cm3以下、且電阻率為9.5×10-4Ωcm以下的導(dǎo)電氧化物膜構(gòu)成上述控制用電極的同時(shí)，導(dǎo)電氧化物膜對(duì)波長(zhǎng)為1.55μm的光波的衰減系數(shù)為0.240以下。若根據(jù)發(fā)明者所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)及調(diào)查，則不會(huì)使對(duì)于波長(zhǎng)為1.3～1.6μm的近紅外線的反射及吸收增大(即不會(huì)使衰減系數(shù)增大)的電極膜的載流子電子濃度必須為5.5×1020個(gè)/cm3以下，優(yōu)選為4.0×1020個(gè)/cm3以下，并且，只要滿足該條件、且滿足電阻率為9.5×10-4Ωcm以下的條件，則能夠用于光波導(dǎo)用的控制用電極中。并且，滿足這種條件的導(dǎo)電氧化物膜可以由以氧化銦為主要成分、且以鈦/銦的原子數(shù)比為0.003～0.120的比例含有鈦元素的結(jié)晶性導(dǎo)電氧化物膜構(gòu)成。這是由于通過采用結(jié)晶性導(dǎo)電氧化物膜，而遷移率與作為非晶質(zhì)的相同組分的氧化物膜相比明顯增加，從而能夠使導(dǎo)電性能顯著提高。并且，通過濺射蒸鍍法成膜導(dǎo)電氧化物膜時(shí)，若在將基板溫度加熱到140℃以上的狀態(tài)下進(jìn)行成膜，則能夠得到完全結(jié)晶性的膜?；蛘?，在不到140℃的基板溫度下，通過濺射蒸鍍法成膜了含有非晶質(zhì)相的氧化物膜之后，再通過150℃以上的加熱處理，也同樣能夠使其結(jié)晶化。若在空氣中進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的加熱處理，則多余的氧會(huì)導(dǎo)入到氧化物膜中而引起導(dǎo)電性能的下降，但若在真空中(例如1Pa以下)、或在惰性氣體(氮?dú)饣驓鍤獾?中進(jìn)行，則能夠避免由過渡的氧化所導(dǎo)致的氧化物膜的導(dǎo)電性能的下降，從而能夠得到穩(wěn)定且低電阻的結(jié)晶膜。另外，即使是在空氣中進(jìn)行的加熱處理，只要是盡量為低溫且短時(shí)間的處理，例如只要是在150～200℃下進(jìn)行10分鐘左右，則能夠避免導(dǎo)電性能的惡化而得到結(jié)晶膜。并且，由于后述的原因，優(yōu)選將作為上述控制用電極的導(dǎo)電氧化物膜的厚度設(shè)定為100nm～5μm。另外，也可以在導(dǎo)電氧化物膜的表面上作為輔助電極而形成有單層或多層的金屬膜。設(shè)置上述輔助電極的原因如下。由導(dǎo)電氧化物膜構(gòu)成的控制用電極可謂是低電阻，但其電阻遠(yuǎn)高于典型的金屬，例如金、鋁、鈦。然而，若由導(dǎo)電氧化物膜構(gòu)成的電極變長(zhǎng)到40mm左右，則電極的電阻有時(shí)會(huì)給光波導(dǎo)器件帶來壞影響。例如，在要求高速響應(yīng)的元件中，會(huì)發(fā)生由電極電阻所導(dǎo)致的時(shí)間延遲。另外，電力輸入大時(shí)，若電極電阻高則會(huì)發(fā)生熱量。解決這種問題而利用起導(dǎo)電氧化物的本來的特征的方法就是好好利用起典型的金屬的高導(dǎo)電性能(低電阻)與導(dǎo)電氧化物的透明性的兩者。具體地說，首先利用導(dǎo)電氧化物在光波導(dǎo)的兩肋以例如20μm的間隔各形成寬度為50μm的電極圖案之后，在其上，利用金、鋁、鈦等典型的金屬重疊形成具有比先設(shè)置的由導(dǎo)電氧化物的電極更大的間隔、例如40μm的間隔的電極圖案。另外，從基板上的電極的布線是由后設(shè)置了的金屬膜來進(jìn)行。這樣一來，由于典型的金屬的電極的間隔充分大，所以不會(huì)影響光損耗。另外，也能夠克服僅由導(dǎo)電氧化物構(gòu)成的電極的電阻比典型的金屬高的弱點(diǎn)。接著，為了制作本發(fā)明的波導(dǎo)型光控制元件，而在由具有電光效應(yīng)或熱光效應(yīng)的絕緣材料構(gòu)成的光波導(dǎo)的上方或附近，作為控制用電極而成膜導(dǎo)電氧化物膜時(shí)，通過將含有銦和鈦的氧化物燒結(jié)體作為原料來使用的濺射蒸鍍法或離子電鍍法來進(jìn)行成膜。并且，通過濺射蒸鍍法成膜導(dǎo)電氧化物膜而作為控制用電極時(shí)，可以將光波導(dǎo)的基板與靶之間的距離設(shè)為50～80mm，將進(jìn)行濺射成膜中的成膜氣體中的氧含量設(shè)為相對(duì)氬氣量的0.25～4％，而且，將成膜氣壓設(shè)為0.3～1.0Pa，將上述基板溫度設(shè)為140℃～350℃?；蛘撸谛纬勺鳛樯鲜隹刂朴秒姌O的導(dǎo)電氧化物膜時(shí)，也可以將光波導(dǎo)的基板與靶之間的距離設(shè)為50～80mm，將進(jìn)行濺射成膜中的成膜氣體中的氧含量設(shè)為相對(duì)氬氣量的0.25～4％，而且，將成膜氣壓設(shè)為0.3～1.0Pa，將上述基板溫度設(shè)為不到140℃，并在上述條件下通過濺射蒸鍍法形成了氧化物膜之后，對(duì)該氧化物膜在150℃～350℃下進(jìn)行加熱處理。優(yōu)選在真空中或惰性氣體中進(jìn)行該加熱處理。關(guān)于作為控制用電極而成膜上述導(dǎo)電氧化物膜的方法，雖例示了濺射蒸鍍法或離子電鍍法，但并不僅限定于這些等的成膜方法，理所當(dāng)然地，也可以采用其他可適用的成模方法。如上所述，本發(fā)明的波導(dǎo)型光控制元件，其特征在于，由其載流子電子濃度為5.5×1020個(gè)/cm3以下、且電阻率為9.5×10-4Ωcm以下的導(dǎo)電氧化物膜構(gòu)成光波導(dǎo)的控制用電極，而且上述導(dǎo)電氧化物膜對(duì)波長(zhǎng)為1.55μm的光波的衰減系數(shù)為0.240以下。并且，通過采用載流子電子濃度等所確定的導(dǎo)電氧化物膜，而省略了形成緩沖層，從而能夠抑制DC漂移，而且能夠?qū)崿F(xiàn)低電壓驅(qū)動(dòng)、及對(duì)任意的輸入偏振波的低損耗。另外，作為上述導(dǎo)電氧化物膜而使用添加有鈦的結(jié)晶性的氧化銦類導(dǎo)電氧化物膜材料(In-Ti-O，以下簡(jiǎn)稱為ITiO)，其與以往主要采用的ITO(In-Sn-O)材料相比在近紅外區(qū)的光波的透過性格外優(yōu)越，其結(jié)果，能夠?qū)㈦姌O間間隔設(shè)計(jì)得窄，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于TE以及TM模式兩者的輸入偏振光兼?zhèn)涞碗妷盒阅芎偷蛽p耗性能的波導(dǎo)型光控制元件。進(jìn)而，在利用熱光效應(yīng)的波導(dǎo)型光控制元件中，使用作為發(fā)熱體而添加有鈦的結(jié)晶性的氧化銦類導(dǎo)電氧化物膜材料(ITiO)，其具有低光吸收性，所以能夠幾乎不受限制地使發(fā)熱體接近于光波導(dǎo)，從而能夠高效地致使發(fā)生折射率變化，因此能夠?qū)崿F(xiàn)低電力化。因此，若根據(jù)本發(fā)明，則能夠提供可利用于紅外區(qū)的光纖通信中的、損耗極小且低電壓驅(qū)動(dòng)的高性能的光調(diào)制器或電光開關(guān)、偏振波控制設(shè)備、可變光衰減器，所以在工業(yè)上極為有用。附圖的簡(jiǎn)單說明圖1是表示本發(fā)明的波導(dǎo)型光控制元件的一個(gè)例子的立體圖。圖2是表示實(shí)施例19的波導(dǎo)型光控制元件上設(shè)置了電極長(zhǎng)度的電極形狀的俯視圖。圖3是表示實(shí)施例19的電極長(zhǎng)度與其損耗之間的關(guān)系的曲線圖。圖4是表示設(shè)置了實(shí)施例43的電極間間隔的電極形狀的俯視圖。圖5是表示實(shí)施例43的電極間間隔與其損耗之間的關(guān)系的曲線圖。圖6是表示以往例子的波導(dǎo)型光控制元件的一個(gè)例子的立體圖。用于實(shí)施發(fā)明的最佳方式本發(fā)明提供一種在波長(zhǎng)為1.3～1.6μm的范圍內(nèi)的光波導(dǎo)的傳播損耗為1dB/cm以下、且控制用電極對(duì)波長(zhǎng)為1.55μm的光波的衰減系數(shù)為0.240以下的波導(dǎo)型光控制元件及其制造方法。這里，波導(dǎo)型光控制元件的插入損耗是對(duì)元件的光輸入輸出所導(dǎo)致的損耗、光波導(dǎo)所導(dǎo)致的損耗(傳播損耗×光波導(dǎo)長(zhǎng)度)、以及控制用電極所導(dǎo)致的損耗(額外損耗×電極長(zhǎng)度)的合計(jì)值。在本發(fā)明中，使用特定的導(dǎo)電氧化物膜而作為上述波導(dǎo)型光控制元件的控制用電極。具體地說，采用載流子電子濃度為5.5×1020個(gè)/cm3以下、且電阻率為9.5×10-4Ωcm以下的導(dǎo)電氧化物膜。通過使用這種導(dǎo)電氧化物，可使在波長(zhǎng)為1.3～1.6μm的范圍內(nèi)的光波導(dǎo)的傳播損耗為1dB/cm以下，并且可使控制用電極對(duì)波長(zhǎng)為1.55μm的光波的衰減系數(shù)為0.240以下。更加具體地說，如實(shí)施例所示，采用了以鈦/銦的原子數(shù)比為0.003～0.120的比例包含有鈦元素的結(jié)晶性導(dǎo)電氧化物膜的波導(dǎo)型光控制元件就是如此。另外，如上所述，通過采用結(jié)晶性導(dǎo)電氧化物膜，而與非晶質(zhì)的相同組分的氧化物相比，能夠顯著提高導(dǎo)電性能。這是因?yàn)橥ㄟ^采用結(jié)晶膜，而鈦置換氧化銦的銦位置，從而形成了高遷移率的膜。在利用濺射蒸鍍法來對(duì)導(dǎo)電氧化物膜進(jìn)行成膜時(shí)，在將基板溫度加熱到140℃以上的狀態(tài)下進(jìn)行成膜，從而能夠得到完全結(jié)晶性的膜?；蛘?，在低于140℃的基板溫度下，利用濺射蒸鍍法來形成包括非晶質(zhì)相的氧化物膜之后，在150℃～350℃下進(jìn)行加熱處理，也同樣能夠得到完全結(jié)晶性的導(dǎo)電氧化物膜。優(yōu)選在例如氮或氬等惰性氣體中進(jìn)行該加熱處理。這是由于若在容易被氧化的環(huán)境中對(duì)膜進(jìn)行加熱處理，則氧會(huì)過多地?cái)z入到膜中，從而導(dǎo)致中性雜質(zhì)增加而遷移率降低，因此很難得到導(dǎo)電性能優(yōu)越的膜。接著，針對(duì)本發(fā)明的光波導(dǎo)以及控制用電極的形成方法進(jìn)行說明。如上所述，通過光刻技術(shù)而在鈮酸鋰基板上蒸鍍了寬度為10μm左右的Ti金屬條帶之后，將基板在1000℃附近的高溫下放置5-10小時(shí)，從而使Ti金屬擴(kuò)散到基板內(nèi)部。如此，形成深度為5μm、寬度為10μm左右的折射率上升區(qū)域而作為單一模式的光波導(dǎo)。接著，通過濺射蒸鍍法或離子電鍍(ionplating)法，形成含有用于控制用電極的鈦的結(jié)晶性的氧化銦的導(dǎo)電氧化物膜。即，在濺射蒸鍍法中，例如，使用含有鈦的氧化銦燒結(jié)體靶，在濺射蒸鍍裝置內(nèi)配置光波導(dǎo)基板與上述靶，并在含有氧氣的氬惰性氣體環(huán)境中將基板加熱到規(guī)定的溫度，而且，在該基板與上述靶之間施加電場(chǎng)而在靶與基板之間產(chǎn)生等離子，從而在基板上形成將氧化銦內(nèi)的一部分銦置換為鈦的導(dǎo)電氧化物膜。另一方面，在離子電鍍法中，例如，使用含有鈦的氧化銦燒結(jié)體料片(tablet)，在離子電鍍裝置內(nèi)將上述基板與上述料片配置在銅爐內(nèi)，并在含有氧氣的氬惰性氣體環(huán)境中將上述基板加熱到規(guī)定的溫度，而且，使用電子槍而從銅爐中使料片蒸發(fā)，而在基板附近產(chǎn)生等離子，而使料片蒸汽離子化，從而在基板上形成將氧化銦內(nèi)的一部分銦置換為鈦的導(dǎo)電氧化物膜。并且，通過改變上述靶或料片中的鈦的含量，而能夠改變導(dǎo)電氧化物膜中的鈦的含量。此時(shí)，所形成的導(dǎo)電氧化物膜的結(jié)構(gòu)和結(jié)晶特性依賴于導(dǎo)電氧化物膜中的鈦的含量、基板的加熱溫度、惰性氣體環(huán)境中的氧氣分壓、成膜速度等成膜條件。這樣的條件因裝置而異，從而不能具體地進(jìn)行限定，但在例如使用市場(chǎng)上銷售的一般的濺射裝置來進(jìn)行成膜時(shí)，優(yōu)選地，將靶與基板間的距離設(shè)為50～80mm，將濺射成膜中的成膜氣體中的氧含量設(shè)為相對(duì)氬氣量的0.25～4％，將成膜氣壓設(shè)為0.3～1.0Pa。在成膜氣體中的氧含量不到0.25％時(shí)，氧化銦相的缺氧量增多，而由此所發(fā)生的載流子電子變得過多，從而有時(shí)會(huì)只能得到紅外光區(qū)的透過率低的導(dǎo)電氧化物膜。另外，在成膜氣體中的氧含量超過4％時(shí)，在氧化銦內(nèi)的鈦雜質(zhì)周圍會(huì)被導(dǎo)入多余的氧氣而導(dǎo)致中性雜質(zhì)增多，從而載流子電子的遷移率會(huì)下降，而有時(shí)會(huì)得不到低電阻的導(dǎo)電氧化物膜。另外，成膜氣壓會(huì)影響到達(dá)到濺射蒸鍍中的基板的濺射粒子的動(dòng)能。若成膜氣壓不到0.3Pa，則濺射粒子的動(dòng)能過高，而發(fā)生由濺射粒子引起的導(dǎo)電氧化物膜的再濺射，從而有時(shí)只能得到表面粗糙的導(dǎo)電氧化物膜。另一方面，若超過1.0Pa，則濺射粒子的動(dòng)能過低，而到達(dá)到基板的濺射粒子不會(huì)在基板上發(fā)生遷移，從而有時(shí)只能得到多孔且密度低的導(dǎo)電氧化物膜。這種導(dǎo)電氧化物膜的載流子電子的晶界散射(grainboundaryscattering)大、電阻率高。在結(jié)晶性的導(dǎo)電氧化物膜中，鈦置換氧化銦內(nèi)的一部分銦并被固溶，從而變?yōu)檫w移率高且電阻率低的膜。為了得到結(jié)晶性導(dǎo)電氧化物膜，雖可以不操作基板溫度而在得到非晶質(zhì)的導(dǎo)電氧化物膜之后進(jìn)行加熱處理，從而得到結(jié)晶性導(dǎo)電氧化物膜，但只要預(yù)先使基板溫度變?yōu)?40℃～350℃而再進(jìn)行成膜，就能夠得到結(jié)晶性導(dǎo)電氧化物膜，所以優(yōu)選將基板溫度加熱到140℃～350℃的同時(shí)進(jìn)行濺射蒸鍍。若基板溫度不到140℃，則會(huì)生成完全非晶質(zhì)的膜、或非晶質(zhì)與結(jié)晶質(zhì)同時(shí)存在的膜，而不能得到完全結(jié)晶性的導(dǎo)電氧化物膜。另外，若進(jìn)行超過350℃的加熱，則該溫度設(shè)定上會(huì)花費(fèi)時(shí)間，而在實(shí)際應(yīng)用上無法實(shí)現(xiàn)。并且，如上所述，對(duì)于通過濺射蒸鍍法在不到140℃的基板溫度下所得到的、含有非晶質(zhì)相的氧化物膜進(jìn)行了成膜的情況下，也能夠以150℃以上的溫度對(duì)該膜進(jìn)行加熱處理而同樣可使其結(jié)晶化。若在空氣中長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行加熱處理，則氧化物膜中會(huì)導(dǎo)入多余的氧，而有時(shí)會(huì)引起導(dǎo)電性能的下降，但是，若在真空中(例如在1Pa以下)、或在惰性氣體(氮?dú)饣驓鍤獾?中進(jìn)行，則能夠避免由于氧化物膜過渡氧化而導(dǎo)致的導(dǎo)電性能的下降，從而能夠得到穩(wěn)定且低電阻的結(jié)晶膜。另外，即使是在空氣中進(jìn)行的加熱處理，但只要是在150℃以上的盡可能低溫下的短時(shí)間、例如在150～200℃下的10分鐘左右以內(nèi)的加熱處理，則也能夠避免導(dǎo)電性能惡化的同時(shí)得到特性良好的結(jié)晶性的導(dǎo)電氧化物膜。另外，上述導(dǎo)電氧化物膜的膜厚為100nm～5μm，從導(dǎo)電性能以及電極圖案形成的容易程度來考慮優(yōu)選為200nm～1μm。通過反應(yīng)性離子蝕刻(reactiveion-etching)，將所形成的導(dǎo)電氧化物膜的一部分除去而形成電極圖案。作為蝕刻劑(etchant)，而可以使用在ITO上常用的以HBr為主要成分的蝕刻氣體。另外，在不到140℃的基板溫度下通過濺射蒸鍍法來以含有非晶質(zhì)相的氧化物膜進(jìn)行成膜之后進(jìn)行加熱處理而得到結(jié)晶性的導(dǎo)電氧化物膜的方法中，在進(jìn)行加熱處理工序之前通過使用了抗蝕材料的剝離法來形成圖案，從而能夠在加熱處理后形成電極圖案。用這種方法所形成的本發(fā)明的波導(dǎo)型光控制元件具有良好的電氣、光學(xué)特性，因此能夠作為在光纖通信、光纖計(jì)測(cè)中用于控制光波的強(qiáng)度、位相、偏振狀態(tài)的元件而被適當(dāng)應(yīng)用。接著，針對(duì)本發(fā)明的波導(dǎo)型光控制元件的一個(gè)例子，參照附圖詳細(xì)進(jìn)行說明。圖1是表示本發(fā)明的波導(dǎo)型光控制元件的一個(gè)例子的立體圖。在圖1中，附圖標(biāo)記1表示鈮酸鋰單晶基板，附圖標(biāo)記2a以及2b表示通道型直線光波導(dǎo)，附圖標(biāo)記3a以及3b表示構(gòu)成馬赫-澤德干涉儀的通道型光波導(dǎo)(支路)。另外，附圖標(biāo)記4a以及4b是以氧化銦為主要成分、且含有鈦的結(jié)晶性的導(dǎo)電氧化物膜。該導(dǎo)電氧化物膜被用作控制電極。從該波導(dǎo)型光控制元件的通道型直線光波導(dǎo)2a的入射側(cè)入射激光。這里，若在控制用電極4a與4b之間施加電壓，則因電光效應(yīng)而光波導(dǎo)區(qū)域的折射率發(fā)生變化，而在馬赫-澤德干涉儀的兩支路3a與3b中所傳播的光之間產(chǎn)生相位差，從而在光會(huì)合的Y分支光波導(dǎo)5相互干涉，其結(jié)果，在通道型直線光波導(dǎo)2b中傳播的光的強(qiáng)度發(fā)生變化。即，通過對(duì)施加在控制用電極4a與4b間的電壓進(jìn)行控制，而能夠控制從通道型直線光波導(dǎo)2b所輸出的光的強(qiáng)度。能夠利用該作用來實(shí)現(xiàn)光波導(dǎo)型的光強(qiáng)度調(diào)制器或可變光衰減器。這里，控制用電極4a與4b是以氧化銦為主要成分、且含有鈦元素的結(jié)晶性的導(dǎo)電氧化物膜，所以電極難以引起對(duì)光的吸收，從而可以使控制用電極充分接近光波導(dǎo)，因此能夠降低所施加的電壓、即驅(qū)動(dòng)電壓。例如，關(guān)于圖1所示的波導(dǎo)型光控制元件的控制用電極，通過濺射蒸鍍法，形成以氧化銦為主要成分、且以鈦/銦的原子數(shù)比為0.05的比例含有鈦元素的結(jié)晶性的導(dǎo)電氧化物膜時(shí)，若電極間間隔值為20μm以上，則在TE、TM各模式中由電極所導(dǎo)致的損耗(額外損耗)與間隔值無關(guān)而均為0.1dB/cm以下。若間隔值不到20μm，則由電極所導(dǎo)致的上述損耗隨著間隔值的減少而緩緩增加，而在10μm時(shí)為0.2dB/cm。通常，也以與形成電極相同的工藝來形成基板上所布線的配線。布線變得復(fù)雜時(shí)、或要在同一基板上形成具有不同種類的功能的波導(dǎo)型光控制元件時(shí)，一般無法避免該所布線的電氣配線與光波導(dǎo)交叉。即使設(shè)置在光波導(dǎo)的正上方時(shí)，也只不過增加1dB/cm，所以寬度為50μm左右的所布線的配線橫跨光波導(dǎo)時(shí)所產(chǎn)生的損耗很小。另外，控制用電極4a以及4b在形成以氧化銦為主要成分、且含有鈦元素的結(jié)晶性的導(dǎo)電氧化物膜之后、在其表面上輔助地形成金屬膜(例如Ti和Au的層疊膜)(即ITiO/Ti/Au的結(jié)構(gòu))的情況下，也不易由電極吸收光，而可以使控制用電極充分接近光波導(dǎo)，所以能夠降低所施加的電壓即驅(qū)動(dòng)電壓。例如，關(guān)于圖1所示的波導(dǎo)型光控制元件的控制用電極，通過濺射蒸鍍法，形成300nm左右的、以氧化銦為主要成分、且以鈦/銦的原子數(shù)比為0.05的比例含有鈦元素的結(jié)晶性的導(dǎo)電氧化物膜、然后通過真空蒸鍍法在該導(dǎo)電氧化物膜的表面上依次形成有110nm的Ti膜與60nm的Au膜時(shí)，若電極間間隔值為20μm以上，則在TE、TM各模式中由電極所導(dǎo)致的損耗(額外損耗)與間隔值無關(guān)，而均為0.1dB/cm以下。若間隔值不到20μm，則由電極所導(dǎo)致的上述損耗隨著間隔值的減少而緩緩增加，而在10μm時(shí)為0.2dB/cm。即使設(shè)置在光波導(dǎo)的正上方時(shí)，也只不過增加1dB/cm，而在橫跨光波導(dǎo)的電極配線所發(fā)生的損耗很小。另外，由圖1所示的波導(dǎo)型光控制元件的電極所導(dǎo)致的損耗(額外損耗)，還依賴于構(gòu)成控制用電極的導(dǎo)電氧化物膜的膜厚，并顯現(xiàn)出導(dǎo)電氧化物膜的膜厚越厚則額外損耗越小的傾向。例如，若電極間間隔值為10μm，則導(dǎo)電氧化物膜的膜厚為150nm以上時(shí)，額外損耗為0.2dB/cm以下的低損耗，而即使設(shè)置在光波導(dǎo)的正上方，也在膜厚為200nm以上時(shí)，也只不過在1dB/cm以下的范圍內(nèi)有所增加，而在橫跨光波導(dǎo)的電極配線所發(fā)生的損耗很小。下面，根據(jù)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明具體進(jìn)行說明，但本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容并不僅限定于這些實(shí)施例。結(jié)晶性含鈦的氧化銦膜(ITiO)的形成通過濺射蒸鍍法，利用以氧化銦為主要成分、且鈦濃度各不相同的ITiO靶，在厚度為1.1mm的康寧(Coning)7059玻璃基板上形成了以鈦/銦的原子數(shù)比為0.003～0.120的比例含有鈦元素的、膜厚為200nm的結(jié)晶性導(dǎo)電氧化物膜。濺射成膜是以如下條件進(jìn)行的，即，使用直徑為6英寸的靶，投入160W的直流電，使用混合有1％的氧氣的氬氣，將進(jìn)行濺射蒸鍍時(shí)的氣壓設(shè)為0.6Pa，將靶與基板間距離設(shè)為60mm，將基板溫度設(shè)為200℃。通過使用鈦濃度不同的靶，而形成了以在表1中的“組成膜的Ti/In原子數(shù)比”欄所示的比例含有鈦的氧化銦薄膜。然后，根據(jù)通過四探針法所測(cè)定的表面電阻的測(cè)定值與膜厚，計(jì)算出所得到的氧化銦薄膜的電阻率值。另外，從使用霍爾效應(yīng)(halleffect)測(cè)定裝置(東陽テクニカ社(TOYOCorporation)制造)、且通過范德堡(VanDerPauw)法(例如，參照東京大學(xué)出版會(huì)、莊野克房著、物理工學(xué)實(shí)驗(yàn)2、半導(dǎo)體技術(shù)(上)p.105的記載)所進(jìn)行的霍爾效應(yīng)測(cè)定以及上述電阻率測(cè)定，求得氧化銦薄膜的載流子濃度與遷移率。另外，通過橢圓偏振光譜法(SpectroscopicEllipsometry)(偏振解析法)來測(cè)定了氧化銦薄膜的光學(xué)常數(shù)(折射率(n)、衰減系數(shù)(k))。這些結(jié)果在表1中表示。從表1可知，以Ti/In原子數(shù)比＝0.003～0.120的范圍含有鈦的氧化銦膜，不僅電阻率為1.9×10-4～7.1×10-4Ωcm而偏低，而且，與后述的以往的ITO膜相比，對(duì)常用于光通信的波長(zhǎng)為1.3～1.6μm的光波的衰減系數(shù)、對(duì)波長(zhǎng)為1.55μm的光波的衰減系數(shù)極小。表1使用在實(shí)施例3中所使用的靶，而且除了只增減了進(jìn)行濺射蒸鍍中的氧含量(0.25％～4％)之外均與實(shí)施例3同樣地進(jìn)行，而形成了含有鈦的氧化銦薄膜。然后，以同樣的條件測(cè)定了上述載流子電子濃度、載流子電子的遷移率、膜的電阻率、波長(zhǎng)為1.3μm、1.55μm、1.6μm時(shí)的膜的衰減系數(shù)。在表2中表示其結(jié)果。表2這些都是以相同的靶(在實(shí)施例3中所利用的靶)形成的膜，通過ICP(InductivelyCoupledPlasma電感耦合等離子體)發(fā)射光譜測(cè)定來測(cè)定了組分分析時(shí)，Ti/In原子數(shù)比為0.015～0.019。使用在實(shí)施例8中所使用的靶，而且除了只增減了進(jìn)行濺射蒸鍍中的氧含量(2％～4％)之外均與實(shí)施例8同樣地進(jìn)行，而形成了含有鈦的氧化銦薄膜。并以同樣的條件測(cè)定了上述載流子電子濃度、載流子電子的遷移率、膜的電阻率、波長(zhǎng)為1.3μm、1.55μm、1.6μm時(shí)的膜的衰減系數(shù)。在表3中表示其結(jié)果。表3(1)表1、表2以及表3所示的含有鈦的氧化銦薄膜的載流子電子濃度為5.5×1020個(gè)/cm3以下而偏低。這就是使近紅外區(qū)的衰減系數(shù)變小的重要原因。另一方面，即使是低的載流子電子濃度，電阻率也為9.5×10-4Ωcm以下，根據(jù)不同膜還具有1.9×10-4Ωcm～2.1×10-4Ωcm(實(shí)施例6～7、實(shí)施例4～5)的非常低的電阻率。這是由于在表1～表3中的所有膜中，載流子電子的遷移率為44cm2/Vsec以上，并且根據(jù)不同膜還高到70cm2/Vsec，并且可以說由此實(shí)現(xiàn)了高的導(dǎo)電性能。(2)通過X射線衍射測(cè)定已明確知道在表1、表2以及表3中所示的含有鈦的氧化銦薄膜全都是結(jié)晶性良好的膜。進(jìn)而知道其為結(jié)晶性良好的氧化銦的紅綠柱石(Bixbite)型結(jié)構(gòu)的膜，另外，沒有觀察到起因于氧化銦相以外的結(jié)晶相的峰值，從而可知鈦置換氧化銦相的銦并被固溶。(3)若通過濺射蒸鍍法來在室溫～138℃的基板上形成表1、表2以及表3中所示的含有鈦的氧化銦薄膜，則通過X射線衍射測(cè)定已經(jīng)明確知道得到的是非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)的膜或非晶質(zhì)及結(jié)晶質(zhì)同時(shí)存在的膜。并還知道這種膜是一種載流子電子的遷移率為30cm2/Vsec以下、且電阻率在2×10-3Ωcm以上、且導(dǎo)電性能不充分的膜。但是，還知道若在真空中(1×10-4Pa～1Pa)、或者氮?dú)饣驓鍤獾榷栊詺怏w中對(duì)這些非晶質(zhì)膜或結(jié)晶質(zhì)與非晶質(zhì)同時(shí)存在的膜以150～350℃進(jìn)行加熱處理，則上述膜的載流子電子的遷移率與電阻率會(huì)變?yōu)榕c表1、表2以及表3中所示的結(jié)晶性良好的膜相同程度，從而可用于本發(fā)明的目的。另外，還知道只要將上述非晶質(zhì)膜或結(jié)晶質(zhì)與非晶質(zhì)同時(shí)存在的膜在空氣中以150～200℃加熱10分鐘，上述膜的載流子電子的遷移率與電阻率就會(huì)變?yōu)榕c表1、表2以及表3中所示的結(jié)晶性良好的膜相同程度，從而可用于本發(fā)明的目的。(4)綜上所述，各實(shí)施例的結(jié)晶性良好的導(dǎo)電氧化物膜(氧化銦膜)的Ti/In的原子數(shù)比為0.003～0.120，載流子電子濃度為5.5×1020個(gè)/cm3以下，根據(jù)不同制作條件會(huì)成為2.0×1020個(gè)/cm3以下(實(shí)時(shí)例14～15、實(shí)施例17～18)。其結(jié)果，波長(zhǎng)為1.3～1.6μm時(shí)的光波的衰減系數(shù)小到0.240以下。特別是，對(duì)于在光通信中被廣泛應(yīng)用的波長(zhǎng)為1.55μm的光波的衰減系數(shù)為0.240以下，而根據(jù)不同的膜組分或不同的膜制作條件也會(huì)顯示出0.08以下的極小的值。另外，由于載流子電子的遷移率高到44～90cm2/Vsec，所以顯示出高的導(dǎo)電性能。這樣的對(duì)紅外光的反射及吸收小的高導(dǎo)電性能的氧化物電極材料以往是沒有的。將ITiO膜適用于控制用電極的波導(dǎo)型光控制元件的形成(光波導(dǎo)的形成)為了制造圖2所示的波導(dǎo)型光控制元件，而通過光刻技術(shù)，在以a軸為主面的鈮酸鋰單晶基板21上以直線狀蒸鍍了多根與c軸平行的寬度為8μm、長(zhǎng)度為70mm的Ti條帶。將其在1050℃的空氣中放置9個(gè)小時(shí)，從而形成了光波導(dǎo)22。該光波導(dǎo)對(duì)波長(zhǎng)為1.55μm的入射光確認(rèn)到單一模式的動(dòng)作。(對(duì)電極材料的成膜)以與實(shí)施例2同樣的方式進(jìn)行，而在該波導(dǎo)型光控制元件的表面上形成膜厚為300nm的含有Ti/In原子數(shù)比＝0.008(與實(shí)施例2條件相同)組分的鈦的氧化銦薄膜。(刻畫電極圖案)使用與形成光波導(dǎo)同樣的光刻技術(shù)，將通過濺射蒸鍍法而在上述基板21上進(jìn)行成膜了的氧化銦薄膜刻畫為電極形狀，并通過將HBr用作主要蝕刻氣體的反應(yīng)性干蝕刻，在光波導(dǎo)的正上方形成寬度為100μm、長(zhǎng)度被設(shè)置在0～60mm范圍內(nèi)、且膜厚為300nm的電極23(參照?qǐng)D2)。(由電極所導(dǎo)致的損耗的測(cè)定)對(duì)所得到的波導(dǎo)型光控制元件，使用光纖而從通道型光波導(dǎo)端面以TM模式導(dǎo)入波長(zhǎng)為1.55μm的激光。并測(cè)定在光波導(dǎo)內(nèi)傳播之后從光波導(dǎo)端面所出射的光的強(qiáng)度。圖3是測(cè)定了對(duì)于各電極長(zhǎng)度的插入損耗的結(jié)果。從圖3所示的曲線的傾斜度可知，對(duì)由電極所導(dǎo)致的光波導(dǎo)的額外損耗進(jìn)行了計(jì)算的結(jié)果為0.64dB/cm。另一方面，以同樣的方式測(cè)定了由作為通常電極而被使用的金屬鋁所導(dǎo)致的光波導(dǎo)的額外損耗的結(jié)果為69.6dB/cm。因此，能夠確認(rèn)以實(shí)施例的導(dǎo)電氧化物膜(氧化銦膜)所構(gòu)成的控制用電極的損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋁電極。除了以與實(shí)施例3同樣的方式形成了膜厚為300nm的含有Ti/In原子數(shù)比＝0.017(與實(shí)施例3條件相同)組分的鈦的氧化銦薄膜以外，以與實(shí)施例19同樣的方法，制造了與將ITiO膜用作控制用電極的實(shí)施例19結(jié)構(gòu)相同的波導(dǎo)型光控制元件。然后，對(duì)由ITiO膜電極所導(dǎo)致的光波導(dǎo)的額外損耗進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果為0.74dB/cm。其明顯小于使用金屬鋁的材質(zhì)來制造的結(jié)構(gòu)相同的電極的額外損耗(69.6dB/cm)。除了以300nm的膜厚分別形成了含有Ti/In原子數(shù)比＝0.003(與實(shí)施例1條件相同)組分的鈦的氧化銦薄膜(實(shí)施例21)；含有Ti/In原子數(shù)比＝0.024(與實(shí)施例4條件相同)組分的鈦的氧化銦薄膜(實(shí)施例22)；含有Ti/In原子數(shù)比＝0.033(與實(shí)施例5條件相同)組分的鈦的氧化銦薄膜(實(shí)施例23)；含有Ti/In原子數(shù)比＝0.055(與實(shí)施例6條件相同)組分的鈦的氧化銦薄膜(實(shí)施例24)；含有Ti/In原子數(shù)比＝0.088(與實(shí)施例7條件相同)組分的鈦的氧化銦薄膜(實(shí)施例25)；含有Ti/In原子數(shù)比＝0.100(與實(shí)施例8條件相同)組分的鈦的氧化銦薄膜(實(shí)施例26)；以及含有Ti/In原子數(shù)比＝0.120(與實(shí)施例9條件相同)組分的鈦的氧化銦薄膜(實(shí)施例27)以外，以與實(shí)施例19同樣的方法制造了與將ITiO膜用作控制用電極的實(shí)施例19結(jié)構(gòu)相同的各實(shí)施例(實(shí)施例21～27)的波導(dǎo)型光控制元件。然后，對(duì)由ITiO膜電極所導(dǎo)致的光波導(dǎo)的額外損耗進(jìn)行計(jì)算結(jié)果均顯示出與實(shí)施例19同樣低的損耗(1.0dB/cm以下)。除了以300nm的膜厚分別通過與實(shí)施例10相同的方法形成了含有鈦的氧化銦薄膜(實(shí)施例28)；通過與實(shí)施例11相同的方法形成了含有鈦的氧化銦薄膜(實(shí)施例29)；通過與實(shí)施例12相同的方法形成了含有鈦的氧化銦薄膜(實(shí)施例30)；通過與實(shí)施例13相同的方法形成了含有鈦的氧化銦薄膜(實(shí)施例31)；通過與實(shí)施例14相同的方法形成了含有鈦的氧化銦薄膜(實(shí)施例32)；通過與實(shí)施例15相同的方法形成了含有鈦的氧化銦薄膜(實(shí)施例33)；通過與實(shí)施例16相同的方法形成了含有鈦的氧化銦薄膜(實(shí)施例34)；通過與實(shí)施例17相同的方法形成了含有鈦的氧化銦薄膜(實(shí)施例35)；通過與實(shí)施例18相同的方法形成了含有鈦的氧化銦薄膜(實(shí)施例36)以外，以與實(shí)施例19同樣的方法，制造了與將ITiO膜用作控制用電極的實(shí)施例19結(jié)構(gòu)相同的各實(shí)施例(實(shí)施例28～36)的波導(dǎo)型光控制元件。然后，對(duì)由ITiO膜電極所導(dǎo)致的光波導(dǎo)的額外損耗進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果均顯示出與實(shí)施例19同樣低的損耗(1.0dB/cm以下)。除了將含有Ti/In原子數(shù)比＝0.017組分的鈦的氧化銦薄膜的膜厚形成為100nm(實(shí)施例37)、200nm(實(shí)施例38)、500nm(實(shí)施例39)、1000nm(實(shí)施例40)、2500nm(實(shí)施例41)、5000nm(實(shí)施例42)以外，以與實(shí)施例19同樣的方法，制造了與將ITiO膜用作控制用電極的實(shí)施例19結(jié)構(gòu)相同的各實(shí)施例(實(shí)施例37～42)的波導(dǎo)型光控制元件。然后，對(duì)由ITiO膜電極所導(dǎo)致的光波導(dǎo)的額外損耗進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果分別為0.72dB/cm(實(shí)施例37)、0.70dB/cm(實(shí)施例38)、0.69dB/cm(實(shí)施例39)、0.70dB/cm(實(shí)施例40)、0.70dB/cm(實(shí)施例41)、0.70dB/cm(實(shí)施例42)，而均顯示出與實(shí)施例19同樣低的損耗(1.0dB/cm以下)。通過與實(shí)施例19同樣的方法形成了圖2所示的光波導(dǎo)之后，通過濺射蒸鍍法形成了含有Ti/In原子數(shù)比＝0.017(與實(shí)施例3條件相同)組分的鈦的氧化銦薄膜(膜厚為300nm)。接著，如圖4所示，通過反應(yīng)性離子蝕刻，在上述光波導(dǎo)31的兩肋部形成了設(shè)置有電極間間隔33的電極32。并且，電極32的長(zhǎng)度在任何間隔中均為60mm。接著，與實(shí)施例19同樣，對(duì)所得到的波導(dǎo)型光控制元件，使用光纖而從通道型光波導(dǎo)端面以TM模式導(dǎo)入了波長(zhǎng)為1.55μm的激光。并測(cè)定了在光波導(dǎo)內(nèi)傳播之后從光波導(dǎo)端面出射的光的強(qiáng)度。然后，從表示電極間間隔(μm)與損耗(dB)之間的關(guān)系的圖5的曲線圖上確認(rèn)到若電極間間隔為20μm以上，則如黑圓點(diǎn)所示，由本實(shí)施例的導(dǎo)電氧化物膜電極所導(dǎo)致的損耗大致為0dB(0.1dB以下)，另外，即使在電極間間隔變窄到10μm時(shí)，也只增加到極低的1dB而已。因此，通過應(yīng)用上述導(dǎo)電氧化物膜電極，而能夠使電極間間隔變窄，從而能夠顯著地降低控制用電壓。將ITiO膜用于控制用電極、且將Ti膜與Au膜用于輔助電極的波導(dǎo)型光控制元件的形成除將含有Ti/In原子數(shù)比＝0.017(與實(shí)施例3條件相同)組分的鈦的氧化銦薄膜(膜厚為300nm)作為控制電極(其中，電極間間隔為10μm)、且將Ti膜(膜厚為110nm)與Au膜(膜厚為60nm)的層積體作為輔助電極(其中，電極間間隔為20μm)(即使用了ITiO/Ti/Au結(jié)構(gòu)的電極)以外，以與實(shí)施例19同樣的方法，制造了與將ITO膜用作控制用電極的實(shí)施例19結(jié)構(gòu)相同的波導(dǎo)型光控制元件。然后，對(duì)由ITiO膜的控制用電極、和Ti膜與Au膜的輔助電極所導(dǎo)致的光波導(dǎo)的額外損耗進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果為0.78dB/cm。其損耗明顯小于將作為電極而通常所使用的金屬鋁作為控制用電極、并使用了輔助電極時(shí)的光波導(dǎo)的額外損耗(2.1dB/cm)。除了將含有Ti/In原子數(shù)比＝0.017組分的鈦的氧化銦薄膜的膜厚分別形成為100nm(實(shí)施例45)、200nm(實(shí)施例46)、250nm(實(shí)施例47)、400nm(實(shí)施例48)、500nm(實(shí)施例49)、1000nm(實(shí)施例50)以外，以與實(shí)施例44同樣的方法，制造了與將ITiO膜用作控制用電極的實(shí)施例44結(jié)構(gòu)相同的各實(shí)施例(實(shí)施例45～50)的波導(dǎo)型光控制元件。然后，對(duì)由ITiO膜的控制用電極、和Ti膜與Au膜的輔助電極所導(dǎo)致的光波導(dǎo)的額外損耗進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果分別為16.52dB/cm(實(shí)施例45)、0.95dB/cm(實(shí)施例46)、0.82dB/cm(實(shí)施例47)、0.71dB/cm(實(shí)施例48)、0.69dB/cm(實(shí)施例49)、以及0.69dB/cm(實(shí)施例50)，而除了實(shí)施例45之外，其損耗明顯小于將作為電極而通常所使用的金屬鋁作為控制用電極、且使用了輔助電極時(shí)的光波導(dǎo)的額外損耗(2.1dB/cm)。特別是，導(dǎo)電氧化物膜的膜厚為200nm以上時(shí)，顯示出1.0dB/cm以下的低的損耗。除了以300nm的膜厚分別形成了含有Ti/In原子數(shù)比＝0.003(與實(shí)施例1條件相同)組分的鈦的氧化銦薄膜(實(shí)施例51)；含有Ti/In原子數(shù)比＝0.024(與實(shí)施例4條件相同)組分的鈦的氧化銦薄膜(實(shí)施例52)；含有Ti/In原子數(shù)比＝0.033(與實(shí)施例5條件相同)組分的鈦的氧化銦薄膜(實(shí)施例53)；含有Ti/In原子數(shù)比＝0.055(與實(shí)施例6條件相同)組分的鈦的氧化銦薄膜(實(shí)施例54)；含有Ti/In原子數(shù)比＝0.088(與實(shí)施例7條件相同)組分的鈦的氧化銦薄膜(實(shí)施例55)；含有Ti/In原子數(shù)比＝0.100(與實(shí)施例8條件相同)組分的鈦的氧化銦薄膜(實(shí)施例56)；以及含有Ti/In原子數(shù)比＝0.120(與實(shí)施例9條件相同)組分的鈦的氧化銦薄膜(實(shí)施例57)以外，以與實(shí)施例44同樣的方法，制造了與使用了ITiO膜的控制用電極與金屬的補(bǔ)助電極(即使用了ITiO/Ti/Au結(jié)構(gòu)的電極)的實(shí)施例44結(jié)構(gòu)相同的各實(shí)施例(實(shí)施例51～57)的波導(dǎo)型光控制元件。然后，對(duì)由ITiO膜的控制用電極、和Ti膜與Au膜的輔助電極所導(dǎo)致的光波導(dǎo)的額外損耗進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果，均顯示出與實(shí)施例44同樣低的損耗(1.0dB/cm以下)。(以往的ITO膜的例子)通過濺射蒸鍍法，在厚度為1.1mm的康寧7059玻璃基板上，由以下步驟形成含有從以往利用于光通信用液晶晶元(liquidcrystalcell)中的錫、而不含鈦的膜厚為200nm的氧化銦(ITO)膜，然后測(cè)定其電氣特性和光學(xué)特性。濺射成膜是通過如下步驟進(jìn)行的，即，使用直徑為6英寸的通用的含有10質(zhì)量％的SnO2的In2O3的燒結(jié)體靶，投入160W的直流電，使用混合了1～8％的氧氣的氬氣，而且，將進(jìn)行濺射蒸鍍時(shí)的氣壓設(shè)為0.6Pa，將靶與基板間距離設(shè)為60mm，將基板溫度設(shè)為200℃。對(duì)于所得到的膜，根據(jù)通過四探針法所測(cè)定的表面電阻的測(cè)定值與膜厚，計(jì)算出電阻率值。使用霍爾效應(yīng)測(cè)定裝置(東陽テクニカ社(TOYOCorporation)制造)而在與實(shí)施例1相同的條件下測(cè)定了膜的載流子濃度與遷移率。另外，通過橢圓偏振光譜法(偏振解析法)以與實(shí)施例1相同的方法測(cè)定了膜的光學(xué)常數(shù)(折射率(n)，衰減系數(shù)(k))。通過使進(jìn)行濺射蒸鍍中的氧含量的增加，而能夠使ITO膜的電阻率增加。對(duì)于氧化銦類的導(dǎo)電氧化物膜，通過使進(jìn)行濺射中的氧含量的增加，而能夠減少膜中的缺氧量，從而能夠減少載流子濃度。在上述條件中，只增加在進(jìn)行濺射蒸鍍中的氧含量，而制造了比較例1～4的ITO薄膜。并在與實(shí)施例相同的條件下，對(duì)這些膜的載流子電子濃度、載流子電子的遷移率、膜的電阻率、波長(zhǎng)為1.3μm、1.55μm、1.6μm時(shí)的膜的衰減系數(shù)進(jìn)行了測(cè)定。在表4中表示其結(jié)果。表4從表4可確認(rèn)到以下各點(diǎn)(1)以氧含量為1％、3％所制造的比較例1～2的ITO膜的電阻率雖低，但是波長(zhǎng)為1.3μm～1.6μm時(shí)的膜的衰減系數(shù)明顯的高于記載在表1～3中的實(shí)施例的ITiO膜。另一方面，通過將濺射蒸鍍中的氧含量增加到6％、8％(比較例3～4)而波長(zhǎng)為1.3μm～1.6μm時(shí)的膜的衰減系數(shù)被降低，但膜的電阻率被增加，而明顯的高于記載在表1～3中的實(shí)施例的ITiO膜。這種導(dǎo)電性能差的材料不能用于光波導(dǎo)的控制用電極。(2)根據(jù)X射線衍射測(cè)定，ITO膜均都結(jié)晶性良好。通過霍爾效應(yīng)測(cè)定，對(duì)膜的載流子電子濃度、載流子電子的遷移率進(jìn)行了測(cè)定。以氧含量1％制作的比較例1的ITO膜的電阻率低到1.3×10-4Ωcm，但由于載流子電子濃度高達(dá)1.5×1021個(gè)/cm3，所以載流子電子對(duì)紅外光的吸收及反射的影響大，從而衰減系數(shù)高。若在波導(dǎo)型光控制元件的控制用電極中使用這種膜，則通過光波導(dǎo)內(nèi)的近紅外光的吸收大，而導(dǎo)致元件的插入損耗變大。為了避免這一點(diǎn)，需要拓寬電極間間隔，且必須施加用于致使折射率變化的高的驅(qū)動(dòng)電壓，從而無法實(shí)現(xiàn)低驅(qū)動(dòng)電壓的元件。(3)若增加濺射蒸鍍中的氧，則能夠使載流子電子濃度下降。在表4中的氧含量為8％時(shí)的所形成的比較例4的ITO膜的載流子濃度低到5.7×1020個(gè)/cm3，而且近紅外區(qū)的衰減系數(shù)也下降，但電阻率明顯增加。這是由于低電阻的ITO的載流子電子的遷移率低，進(jìn)而當(dāng)過多的氧被攝入到膜中時(shí)，由中性雜質(zhì)所導(dǎo)致的散射增加而遷移率進(jìn)一步下降。這種導(dǎo)電性能差的材料不能用于光波導(dǎo)的控制用電極。通過濺射蒸鍍法，在厚度為1.1mm的康寧7059玻璃基板上，與實(shí)施例1同樣通過以下步驟形成了從以往應(yīng)用于光通信用的液晶晶元中的金屬Ti膜，然后測(cè)定其電氣特性和光學(xué)特性。濺射成膜是通過如下步驟進(jìn)行的，即，使用直徑為6英寸的金屬Ti靶，投入160W的直流電，使用純氬氣，而且，將氣壓設(shè)為0.6Pa，將靶與基板間距離設(shè)為60mm，將基板溫度設(shè)為室溫。對(duì)于所得到的膜，根據(jù)通過四探針法所測(cè)定的表面電阻的測(cè)定值與膜厚，計(jì)算出電阻率值。使用霍爾效應(yīng)測(cè)定裝置(東陽テクニカ社(TOYOCorporation)制造)而在與實(shí)施例1相同的條件下測(cè)定了膜的載流子濃度與遷移率。另外，通過橢圓偏振光譜法(偏振解析法)以與實(shí)施例1相同的方法測(cè)定了膜的光學(xué)常數(shù)(折射率(n)，衰減系數(shù)(k))。Ti膜的電阻率低到50μΩcm，但衰減系數(shù)在波長(zhǎng)為1.3μm～1.55μm時(shí)為4.2～4.7，而明顯高于記載在表1中的實(shí)施例1的ITiO膜。除了將比較例2與比較例3的ITO膜(膜厚為300nm)用作控制用電極膜以外，以與實(shí)施例19同樣的方法，制造了與將ITO膜用作控制用電極的與實(shí)施例19結(jié)構(gòu)相同的比較例6與比較例7的波導(dǎo)型光控制元件。然后，對(duì)由ITO膜電極所導(dǎo)致的光波導(dǎo)的額外損耗進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果均為8.3dB/cm，而其損耗明顯高于將ITiO膜用于電極的實(shí)施例19的波導(dǎo)型光控制元件。以與實(shí)施例19同樣的方法形成了光波導(dǎo)之后，在其上設(shè)置了作為電極材料而與鋁同樣常用的、具有鈦與金的雙層結(jié)構(gòu)的金屬電極，并進(jìn)行了與實(shí)施例43同樣的實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果，電極間間隔(μm)與損耗(dB)之間的關(guān)系如圖5的曲線圖所示，電極間間隔為20μm以上時(shí)，如白圓點(diǎn)所示，由電極所導(dǎo)致的損耗為3.5dB，另外，電極間間隔為32μm時(shí)，由電極所導(dǎo)致的損耗大致變?yōu)?dB(0.1dB以下)。因此，由于電極間間隔寬，而無法避免控制用電壓的上升。除了形成了含有Ti/In原子數(shù)比＝0.002組分的鈦的氧化銦薄膜(比較例9)、與含有Ti/In原子數(shù)比＝0.140組分的鈦的氧化銦薄膜(比較例10)以外，與實(shí)施例1同樣的方式形成含有鈦的氧化銦膜，并根據(jù)通過四探針法所測(cè)定的表面電阻的測(cè)定值與膜厚，計(jì)算出所得到的比較例9與10的膜的電阻率值。另外，從使用霍爾效應(yīng)測(cè)定裝置(東陽テクニカ社(TOYOCorporation)制造)、且通過范德堡(VanDerPauw)法(參照上述的東京大學(xué)出版會(huì)、莊野克房著、物理工學(xué)實(shí)驗(yàn)2、半導(dǎo)體技術(shù)(上)p.105的記載)所進(jìn)行的霍爾效應(yīng)測(cè)定以及上述電阻率測(cè)定，求出比較例9與10的膜的載流子濃度與遷移率。另外，通過橢圓偏振光譜法(偏振解析法)來測(cè)定了氧化銦薄膜的光學(xué)常數(shù)(折射率(n)，衰減系數(shù)(k))。這些結(jié)果在表5中表示。表5表5中的比較例9與比較例10的膜具有從作為本發(fā)明的特征的導(dǎo)電氧化物膜的組分范圍(Ti/In原子數(shù)比為0.003～0.120)偏離的組分。雖然比較例9與比較例10的膜通過X射線衍射測(cè)定被確認(rèn)為結(jié)晶性優(yōu)越的膜，但電阻率為9.8×10-4Ωcm而不滿足本發(fā)明的必要條件(電阻率為9.5×10-4Ωcm以下)，比實(shí)施例1～18的膜電阻率高。Ti/In原子數(shù)比越偏離0.003～0.120的范圍，則該傾向越表現(xiàn)出電阻率增加的傾向。此主要原因?yàn)楸容^例9與10的膜的遷移率比實(shí)施例1～18的導(dǎo)電氧化物膜低。由此，為了得到作為近紅外線控制用的電極而有用的、具有高遷移率、低電阻的電氣特性的導(dǎo)電氧化物膜，不僅需要使Ti包含于In2O3中，而且還需要使Ti以Ti/In原子數(shù)比為0.003～0.120的含量比例存在。除了使用了實(shí)施例3中所使用的靶、且只增減濺射蒸鍍中的氧含量(0.1％～5％)以外，與實(shí)施例3同樣的方式形成了含有鈦的氧化銦薄膜。然后，以同樣的條件測(cè)定了上述載流子電子濃度、載流子電子的遷移率、膜的電阻率、波長(zhǎng)為1.3μm、1.55μm、1.6μm時(shí)的膜的衰減系數(shù)。在表6中表示其結(jié)果。表6這些是使用相同的靶來制作的，通過ICP(電感耦合等離子體)發(fā)射光譜測(cè)定來測(cè)定了組分分析時(shí)，Ti/In原子數(shù)比為0.015～0.019。但是，比較例11的膜由于被導(dǎo)入了過度的缺氧而導(dǎo)致載流子電子濃度變?yōu)?.0×1020個(gè)/cm3，而不滿足本發(fā)明的必要條件(載流子電子濃度為5.5×1020個(gè)/cm3以下)，因此與實(shí)施例1～18的膜相比，載流子電子濃度高、且近紅外區(qū)的衰減系數(shù)高。如果在近紅外光的控制用電極中使用這種膜則損耗大，所以無法制造出高性能的波導(dǎo)型光控制元件。另外，比較例12的膜的電阻率為1.1×10-3Ωcm，而不滿足本發(fā)明的必要條件(電阻率為9.5×10-4Ωcm以下)，且高于實(shí)施例1～18的膜。這是由于氧過多地?cái)z入到膜中，而被生成很多的中性雜質(zhì)，從而導(dǎo)致遷移率的下降。這種導(dǎo)電性能差的膜無法用作波導(dǎo)型光控制元件的控制用電極。工業(yè)上的可利用性若根據(jù)本發(fā)明，則能夠提供一種能夠抑制DC漂移、且能夠?qū)崿F(xiàn)低電壓驅(qū)動(dòng)、及對(duì)任意的輸入偏振波的低損耗的波導(dǎo)型光控制元件。因此，能夠適用于可利用在紅外區(qū)的光纖通信中的、損耗極小、且低電壓驅(qū)動(dòng)的高性能的光調(diào)制器或電光開關(guān)、偏振波控制設(shè)備、可變光衰減器。權(quán)利要求1.一種波導(dǎo)型光控制元件，具有光波導(dǎo)，其由具有電光效應(yīng)或熱光效應(yīng)的絕緣材料構(gòu)成；控制用電極，其接觸或接近于光波導(dǎo)而被設(shè)置，并且，在波長(zhǎng)為1.3～1.6μm時(shí)的上述光波導(dǎo)的傳播損耗為1dB/cm以下，其特征在于，由載流子電子濃度為5.5×1020個(gè)/cm3以下、且電阻率為9.5×10-4Ωcm以下的導(dǎo)電氧化物膜構(gòu)成上述控制用電極的同時(shí)，導(dǎo)電氧化物膜對(duì)波長(zhǎng)為1.55μm的光波的衰減系數(shù)為0.240以下。2.如權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)型光控制元件，其特征在于，上述導(dǎo)電氧化物膜是一種以氧化銦為主要成分、且以鈦/銦的原子數(shù)比為0.003～0.120的比例含有鈦元素的結(jié)晶性導(dǎo)電氧化物膜。3.如權(quán)利要求1或2所述的波導(dǎo)型光控制元件，其特征在于，導(dǎo)電氧化物膜的厚度為100nm～5μm。4.如權(quán)利要求1或2所述的波導(dǎo)型光控制元件，其特征在于，在上述導(dǎo)電氧化物膜的表面上作為輔助電極而形成有單層或多層的金屬膜。5.一種波導(dǎo)型光控制元件的制造方法，用于制造權(quán)利要求1或2所述的波導(dǎo)型光控制元件，其特征在于，在由具有電光效應(yīng)或熱光效應(yīng)的絕緣材料構(gòu)成的光波導(dǎo)的上方或附近，作為控制用電極而成膜導(dǎo)電氧化物膜時(shí)，通過將含有銦和鈦的氧化物燒結(jié)體作為原料來使用的濺射蒸鍍法或離子電鍍法來成膜上述導(dǎo)電氧化物膜。6.如權(quán)利要求5所述的波導(dǎo)型光控制元件的制造方法，其特征在于，通過濺射蒸鍍法成膜導(dǎo)電氧化物膜而作為控制用電極時(shí)，將上述光波導(dǎo)的基板與靶之間的距離設(shè)為50～80mm，將進(jìn)行濺射成膜中的成膜氣體中的氧含量設(shè)為相對(duì)氬氣量的0.25～4％，而且，將成膜氣壓設(shè)為0.3～1.0Pa，將上述基板溫度設(shè)為140℃～350℃。7.如權(quán)利要求5所述的波導(dǎo)型光控制元件的制造方法，其特征在于，在形成作為控制用電極的導(dǎo)電氧化物膜時(shí)，將上述光波導(dǎo)的基板與靶之間的距離設(shè)為50～80mm，將進(jìn)行濺射成膜中的成膜氣體中的氧含量設(shè)為相對(duì)氬氣量的0.25～4％，而且，將成膜氣壓設(shè)為0.3～1.0Pa，將上述基板溫度設(shè)為不到140℃，并在上述條件下通過濺射蒸鍍法形成了氧化物膜之后，對(duì)該氧化物膜在150℃～350℃下進(jìn)行加熱處理。8.如權(quán)利要求7所述的波導(dǎo)型光控制元件的制造方法，其特征在于，在真空中或惰性氣體中進(jìn)行對(duì)上述氧化物膜的加熱處理。全文摘要一種波導(dǎo)型光控制元件，具有光波導(dǎo)，其由具有電光效應(yīng)或熱光效應(yīng)的絕緣材料構(gòu)成；控制用電極，其接觸或接近于光波導(dǎo)而被設(shè)置，并且，光波導(dǎo)的傳播損耗在波長(zhǎng)為1.3～1.6μm時(shí)為1dB/cm以下，其特征在于，由其載流子電子濃度為5.5×10文檔編號(hào)G02F1/01GK1977210SQ20058002203公開日2007年6月6日申請(qǐng)日期2005年6月29日優(yōu)先權(quán)日2004年6月30日發(fā)明者阿部能之,森宏,寺島彰申請(qǐng)人:住友金屬礦山株式會(huì)社