光波导元件与使用光波导元件的光调制器件与光发送装置的制作方法

1.本发明涉及一种光波导元件以及使用此光波导元件的光调制器件与光发送装置，特别涉及下述光波导元件，即：在基板形成光波导，在所述基板上配置用于对所述光波导中传播的光波进行控制的控制电极。

背景技术：

2.在光通信领域或光测量领域中，多使用光调制器等光波导元件，所述光调制器等光波导元件在铌酸锂(ln)等的具有电光效应的基板(强介电质基板等)形成有光波导。近年来，光波导元件中，提出有使基板减薄并通过蚀刻等对基板施加有肋结构的光波导。通过利用此种薄的基板，从而可提高电场效率，或提高由光波与电信号(微波)的速度匹配所得的相互作用的效果。
3.图1的光波导元件中，在强介电质基板的一部分设置肋结构的光波导，进而形成sio2等的缓冲层。在将对光波导施加电场的信号电极和接地电极配置于缓冲层上时，有时如图1所示，在肋结构的光波导的上侧配置信号电极。
4.为了提高由图1的信号电极施加于光波导的电场的效率，与缓冲层接触的信号电极的宽度(w-el1)构成为与肋结构的光波导的宽度(w-rib)相同，或较其更窄。近年来，伴随光调制器的调制信号的宽带域化或光波导元件的小型化等要求，关于强介电质基板的厚度，提出有从以前的20μm～30μm以下到4μm以下、进而1μm以下的厚度。伴随于此，也有时肋结构的光波导的宽度(w-rib)成为1μm以下，结果需要信号电极的下侧的宽度(w-el1)小于1μm的结构。
5.另一方面，从高频电特性的观点来看，电极、特别是信号电极的导体损耗较理想为低。因此，为了降低电极的电阻率，以使信号电极的上侧部分的宽度(w-el2)成为与信号电极的下侧部分的宽度(w-el1)相同或较其更宽的方式设定。而且，为了降低电阻率，信号电极的高度设定为10μm以上，而产生信号电极容易坍塌的问题。
6.专利文献1中公开了下述内容，即：为了将行波电极的特性阻抗维持于规定值并且使驱动电压降低，而在配置于光波导上的信号电极的下侧部分(光波导侧)的两侧，配置相对介电常数较缓冲层更低的介电质层。而且，也提及了此介电质层保持信号电极。
7.图2表示将专利文献1的介电质层配置于图1的光波导元件的状态。将图2的虚线框a的部分的放大图示于图3。如图3所示，从信号电极宽度窄的部分到宽的部分，坍塌防止膜(相当于专利文献1的介电质层)形成角而与电极接触。因此，在电极与坍塌防止膜之间的热膨胀率差大的情况下，产生下述不良状况，即：内部应力集中于形成角的部分(箭头b所示的部分)，电极被防塌膜抬起，电极从缓冲层剥离。
8.而且，在信号电极沿图2的左右方向从外部受到挤压的情况下，也产生下述不良状况，即：应力集中于坍塌防止膜的形成角的部分，在信号电极的宽度窄的部分与宽的部分的边界，电极被分断等。
9.现有技术文献
10.专利文献
11.专利文献1：日本专利特开2019-45880号公报

技术实现要素：

12.发明所要解决的问题
13.本发明所要解决的问题在于提供一种光波导元件以及使用此光波导元件的光调制器件与光发送装置，所述光波导元件解决如上所述的问题，防止信号电极的坍塌且同时防止信号电极的剥离、破损。
14.解决问题的技术手段
15.为了解决所述问题，本发明的光波导元件、光调制器件与光发送装置具有以下的技术特征。
16.(1)一种光波导元件，在基板形成光波导，在所述基板上配置用于对所述光波导中传播的光波进行控制的控制电极，且所述光波导元件的特征在于，所述控制电极包含信号电极，并且所述信号电极的宽度包括基板侧的宽度窄的部分、和所述信号电极的上部侧的宽度宽的部分，在所述基板上，设有与所述信号电极的所述窄的部分接触配置且防止所述信号电极坍塌的防塌膜，在所述信号电极的从所述窄的部分连接到所述宽的部分的位置，所述防塌膜的表面由向所述信号电极侧突出的曲面形成，以沿着所述曲面的方式形成有所述信号电极的侧面。
17.(2)所述(1)所记载的光波导元件中，其特征在于，所述防塌膜包含永久抗蚀剂。
18.(3)所述(1)或(2)所记载的光波导元件中，其特征在于，所述光波导为在基板表面突出的肋结构的波导，在所述光波导的上侧配置有所述信号电极。
19.(4)所述(1)至(3)中任一项所记载的光波导元件中，其特征在于，所述基板的厚度为4μm以下。
20.(5)所述(1)至(4)中任一项所记载的光波导元件中，其特征在于，在包含所述光波导的所述基板的上侧配置有缓冲层，进而在所述缓冲层的上侧配置有所述信号电极和所述防塌膜。
21.(6)一种光调制器件，其特征在于具有：所述(1)至(5)中任一项所记载的光波导元件；框体，收容所述光波导元件；以及光纤，从所述框体的外部对所述光波导输入或输出光波。
22.(7)所述(6)所记载的光调制器件中，其特征在于，在所述框体的内部具有电子电路，所述电子电路将输入至所述光波导元件的调制信号放大。
23.(8)一种光发送装置，其特征在于具有：所述(6)或(7)所记载的光调制器件；以及电子电路，输出使所述光调制器件进行调制动作的调制信号。
24.发明的效果
25.本发明为一种光波导元件，在基板形成光波导，在所述基板上配置用于对所述光波导中传播的光波进行控制的控制电极，且所述光波导元件中，所述控制电极包含信号电极，并且所述信号电极的宽度包括基板侧的宽度窄的部分、和所述信号电极的上部侧的宽度宽的部分，在所述基板上，设有与所述信号电极的所述窄的部分接触配置且防止所述信号电极坍塌的防塌膜，在所述信号电极的从所述窄的部分连接到所述宽的部分的位置，所
述防塌膜的表面由向所述信号电极侧突出的曲面所形成，以沿着所述曲面的方式形成有所述信号电极的侧面，因而因电极与防止层之间的热膨胀率差而产生的内部应力沿着所述曲面分散，防塌膜对信号电极的抬起效果减弱，而且，电极沿着防塌膜的曲面热膨胀，也可抑制信号电极的剥离的不良状况。
26.进而，即便信号电极沿横向(图2的左右方向)受到挤压时，坍塌防止膜的曲面也将信号电极的下侧部分的侧面或与上侧部分相连的阶差部分总体均等地保持，因而也抑制信号电极在下侧部分与上侧部分的边界破损。
附图说明
27.图1为以往的光波导元件的截面图。
28.图2为说明在图1的光波导元件设有信号电极的坍塌防止膜的状态的截面图。
29.图3为表示图2的虚线框a的放大图(以往例)的图。
30.图4为表示图2的虚线框a的放大图(本发明的实施例1)的图。
31.图5为表示图2的虚线框a的放大图(本发明的实施例2)的图。
32.图6为表示图2的虚线框a的放大图(本发明的实施例3)的图。
33.图7为说明本发明的光波导元件的制造工序的图。
34.图8为说明图7所示的光波导元件的制造工序的一部分变更的图。
35.图9为说明本发明的光调制器件和光发送装置的图。
具体实施方式
36.以下，使用合适例对本发明的光波导元件、光调制器件及光发送装置进行详细说明。
37.本发明的光波导元件如图2及图4至图6所示，在基板形成光波导，在所述基板上配置用于对所述光波导中传播的光波进行控制的控制电极，且所述光波导元件的特征在于，所述控制电极包含信号电极，并且所述信号电极的宽度包括基板侧的宽度窄的部分、和所述信号电极的上部侧的宽度宽的部分，在所述基板上，设有与所述信号电极的所述窄的部分接触配置且防止所述信号电极坍塌的防塌膜，在所述信号电极的从所述窄的部分连接到所述宽的部分的位置，所述防塌膜的表面由向所述信号电极侧突出的曲面形成，以沿着所述曲面的方式形成有所述信号电极的侧面。
38.对于基板，可使用具有电光效应的基板，尤其可合适地使用linbo3、litio3、锆钛酸铅镧(plzt)等强介电质。强介电质基板可通过研磨而加工成几微米(μm)以下的厚度。除此以外，如专利文献1所示，也可在蓝宝石基板等成为基底(base)的平板上，通过外延成长而形成铌酸锂膜，通过微细加工而形成光波导。本发明中使用的基板(强介电质部分)的厚度也可设定为4μm以下，为了进一步提高电场的施加效率，也可设定为2μm以下，进而也可设定为1μm以下。
39.光波导为通过蚀刻等在具有电光效应的基板形成有凸部状的光波导的、肋型光波导。而且，也可在肋结构部分一并形成使钛(ti)等高折射率材料进行热扩散而成的热扩散波导。
40.形成于包含光波导的基板上的缓冲层包含较光波导的折射率更低的sio2等材料，
用于抑制下述情况，即：由形成于光波导上的控制电极(信号电极、接地电极、直流(direct current，dc)偏压控制电极等)将光波导中传播的光波吸收。
41.关于防塌层，可合适地利用热塑性树脂或热硬化性树脂等树脂，包含聚酰胺系树脂、三聚氰胺系树脂、酚系树脂、氨基系树脂、环氧系树脂等。而且，防塌层可利用永久抗蚀剂(光波导元件的制造工序中使用的光致抗蚀剂，直到最终工序也残留于光波导元件的一部分)，本发明中，可合适地使用热硬化性树脂。
42.光波导元件所使用的控制电极中，有用于施加调制信号的信号电极和接地电极、或用于控制漂移(drift)现象的dc偏压控制电极等。控制电极通过下述方式构成，即：在形成有光波导的基板上，或者进一步在所述基板上形成缓冲层后，蒸镀基底电极(例如ti/金(au))并进行图案化，通过镀覆法层叠au等导电性金属。
43.如图4(图4为图2的虚线框a的放大图)所示，本发明的光波导元件的特征在于，在控制电极的电极的下侧部分的宽度较上侧部分的宽度更窄的部位，形成有坍塌防止膜，进而在防塌膜的沿着电极的侧面的部位、特别是电极的宽度变化的部分中，防塌膜的表面由曲面构成。图4中，仅在与电极的侧面接触的部分形成有曲面，但也可如图5所示，在坍塌防止膜的电极侧的侧面上部到上表面的广范围构成为曲面形状。
44.如图4及图5所示，为了防止电极坍塌，在沿着电极的下侧部分配置的坍塌防止膜形成有曲面，因而即便在电极与防塌膜之间有热膨胀率差的情况下，热膨胀所致的内部应力也不集中于图3的形成角的部分(箭头b所示的部分)，防止电极的剥离。尤其在坍塌防止膜使用永久抗蚀剂等树脂的情况下，热膨胀率较电极更大，因而更容易产生电极的剥离。因此，适用本发明的结构的优越性高。
45.图5中，将形成于坍塌防止膜的上表面的曲面的顶点配置于电极的外侧，使形成电极下部的角的边(箭头d所示的部分的曲面的切线)向上(切线与平行于强介电质基板的表面的线所形成的角θ为0度～90度)。根据此种结构，无需增大形成于电极的曲面的曲率，因而可进一步缓和应力的集中。而且，由于所述角θ的存在，坍塌防止膜以将电极向电极的中心方向(图5的左斜上方向)上推的方式起作用，因而可进一步提高电极的防塌效果。
46.进而，即便在对电极的上侧部分施加有外力的情况下，也由于电极不存在图3的形成角的部分，因而内部应力分散，也可抑制电极在下侧部分与上侧部分的接合部破损等不良状况。
47.关于坍塌防止膜的曲面，在热硬化性树脂等的情况下，可将树脂膜图案化为规定形状后，将基板加热，在树脂膜的边缘部分形成弧度。而且，也可向树脂膜的一部分照射电子束或激光等，形成曲面。
48.在表示以往例的图3、或作为本发明的一例的图4等中，箭头c所指示的坍塌防止膜的上表面向电极的外侧大幅度地伸出。相对于此，如图6所示，通过使箭头d所示的电极的角部与坍塌防止膜的角部一致，或者在较电极的角部更靠内侧配置坍塌防止膜的角部，从而可减少存在于电极的外侧的坍塌防止膜的体积。其结果为，可相较于图3或图4的情况进一步提高对光波导的电场效率。
49.图7表示本发明的光波导元件的制造工序的一例。图7(a)在强介电质基板的一部分形成成为光波导的肋结构。通过对肋结构部分以外以物理或化学方式进行蚀刻处理，从而可容易地形成。而且，如上文所述，也可如专利文献1那样在基底基板上通过外延成长而
形成。
50.图7(b)中，在基板或光波导部分的上侧形成缓冲层。在使用z切型基板的情况下，大多在光波导上配置信号电极，因而通常设置缓冲层，但在如x切型基板那样以夹持光波导的方式形成信号电极和接地电极的情况等下，缓冲层并非必需。
51.图7(c)中，将成为坍塌防止膜的光致抗蚀剂(永久抗蚀剂)图案化。接着，如图7(d)所示，将基板总体加热，在光致抗蚀剂图案的角部形成弧度(曲面)。
52.图7(e)中，将基底电极图案化，在其上利用电镀法逐渐层叠电极材料。进而，图7(f)中，在其上利用电镀法进一步层叠电极材料，形成成为控制电极的信号电极和接地电极。此外，在图7(e)所用的电极材料与图7(f)所用的电极材料不同的情况下，也可为了提高这些电极材料的接合强度而另外设置金属等的接合层。
53.制造本发明的光波导元件的方法不限于图7所示的方法，例如也可在图7(d)的处理工序后，如图8所示那样将基底电极图案化，在其上利用镀覆法层叠电极材料，连续地形成信号电极的下侧部分(电极宽度窄的部分)与信号电极的上侧部分(电极宽度宽的部分)。
54.进而，本发明中，也可使用所述光波导元件来构成光调制器件或光发送装置。如图9所示，通过将本发明的光波导元件的基板1收容于金属等的框体sh内，利用光纤f将框体的外部与光波导元件1连接，从而可提供紧凑的光调制器件md。当然，也可不仅利用空间光学系统将基板1的光波导的入射部或出射部与光纤进行光学连接，而且还将光纤直接连接于基板1。符号l1表示输入光，符号l2表示输出光。
55.通过将输出使光调制器件md进行调制动作的调制信号so的电子电路(数字信号处理器dsp)连接于光调制器件md，从而可构成光发送装置ota。施加于光控制元件的调制信号s需要将dsp的输出信号so放大，因而使用驱动器电路drv。驱动器电路drv或数字信号处理器dsp也可配置于框体sh的外部，但也可配置于框体sh内。尤其通过将驱动器电路drv配置于框体内，从而可进一步降低来自驱动器电路的调制信号的传播损耗。
56.工业上的可利用性
57.如以上所说明，根据本发明，可提供一种光波导元件以及使用此光波导元件的光调制器件与光发送装置，所述光波导元件防止信号电极的坍塌且同时防止信号电极的剥离、破损。
58.符号的说明
59.1：强介电质(构成光波导元件的基板)
60.md：光调制器件
61.ota：光发送装置

技术特征：

1.一种光波导元件，在基板形成光波导，在所述基板上配置用于对所述光波导中传播的光波进行控制的控制电极，且所述光波导元件的特征在于，所述控制电极包含信号电极，并且所述信号电极的宽度包括基板侧的宽度窄的部分、和所述信号电极的上部侧的宽度宽的部分，在所述基板上，设有与所述信号电极的所述窄的部分接触配置且防止所述信号电极坍塌的防塌膜，在所述信号电极的从所述窄的部分连接到所述宽的部分的位置，所述防塌膜的表面由向所述信号电极侧突出的曲面形成，以沿着所述曲面的方式形成有所述信号电极的侧面。2.根据权利要求1所述的光波导元件，其特征在于，所述防塌膜包含永久抗蚀剂。3.根据权利要求1或2所述的光波导元件，其特征在于，所述光波导为在基板表面突出的肋结构的波导，在所述光波导的上侧配置有所述信号电极。4.根据权利要求1至3中任一项所述的光波导元件，其特征在于，所述基板的厚度为4μm以下。5.根据权利要求1至4中任一项所述的光波导元件，其特征在于，在包含所述光波导的所述基板的上侧配置有缓冲层，进而在所述缓冲层的上侧配置有所述信号电极和所述防塌膜。6.一种光调制器件，其特征在于包括：如权利要求1至5中任一项所述的光波导元件；框体，收容所述光波导元件；以及光纤，从所述框体的外部对所述光波导输入或输出光波。7.根据权利要求6所述的光调制器件，其特征在于，在所述框体的内部具有电子电路，所述电子电路将输入至所述光波导元件的调制信号放大。8.一种光发送装置，其特征在于包括：如权利要求6或7所述的光调制器件；以及电子电路，输出使所述光调制器件进行调制动作的调制信号。

技术总结

本发明提供一种光波导元件，防止信号电极的坍塌且同时防止信号电极的剥离、破损。光波导元件在基板形成光波导，在所述基板上配置用于对所述光波导中传播的光波进行控制的控制电极，且所述光波导元件的特征在于，所述控制电极包含信号电极，并且所述信号电极的宽度包括基板侧的宽度窄的部分、和所述信号电极的上部侧的宽度宽的部分，在所述基板上，设有与所述信号电极的所述窄的部分接触配置且防止所述信号电极坍塌的防塌膜，在所述信号电极的从所述窄的部分连接到所述宽的部分的位置，所述防塌膜的表面由向所述信号电极侧突出的曲面形成，以沿着所述曲面的方式形成有所述信号电极的侧面。极的侧面。极的侧面。