光波导元件、使用该光波导元件的光调制器件及光发送装置的制作方法

1.本发明涉及光波导元件、使用该光波导元件的光调制器件及光发送装置，特别是涉及一种光波导元件，该光波导元件具备：薄板，具有电光效应且厚度为10μm以下，在该薄板形成有光波导；及加强基板，对该薄板进行支承。

背景技术：

2.在光计测技术领域或光通信技术领域中，使用具有电光效应的基板的光调制器等光波导元件被广泛使用。而且，为了使频率响应特性宽带化、或降低驱动电压，将基板的厚度减薄至10μm左右或其以下，降低作为调制信号的微波的实际有效折射率，实现微波与光波的速度匹配，进而实现电场效率的提高。
3.在使用10μm以下的薄板的情况下，薄板自身的机械强度弱，如专利文献1所示，对支承薄板的加强基板进行粘结固定。
4.然而，基板的厚度10μm以下的薄板由于韧性受损而变得非常脆，因此即使在通过加强基板加强了的情况下，也会产生仅在薄板产生裂纹而使光波导受损，光损失增大的问题。特别是在从形成有光波导的晶圆基板切出各光波导元件用的芯片时，在薄板自身作用有机械负载，产生薄板容易破损这样的问题。
5.在先技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2010-85789号公报

技术实现要素：

8.发明的概要
9.发明要解决的课题
10.本发明要解决的课题在于解决上述那样的问题，提供一种防止薄板的破损、特别是光波导的破损的光波导元件、使用该光波导元件的光调制器件及光发送装置。
11.用于解决课题的方案
12.为了解决上述课题，本发明的光波导元件具有以下的技术特征。
13.(1)一种光波导元件，具备：薄板，具有电光效应且厚度为10μm以下，在该薄板形成有光波导；及加强基板，对该薄板进行支承，所述光波导元件的特征在于，该薄板的俯视观察的形状为长方形，在该薄板的外周与该光波导之间的至少一部分形成异种元素层，该异种元素层通过将与构成该薄板的元素不同的元素配置在该薄板内而成，该薄板的解理面横穿该异种元素层的形成区域的长度的总和为该薄板的短边方向的宽度的5％以上。
14.(2)在上述(1)记载的光波导元件中，其特征在于，该异种元素层的厚度为该薄板的厚度的一半以上。
15.(3)在上述(1)或(2)记载的光波导元件中，其特征在于，该异种元素层通过使钛扩散而形成。
16.(4)在上述(3)记载的光波导元件中，其特征在于，该光波导是使高折射率材料扩散而成的扩散波导，该异种元素层与该光波导形成于该薄板的相同面，从该薄板的表面至该异种元素层的最高的部分为止的厚度设定得比从该薄板的表面至该光波导的最高的部分为止的厚度厚。
17.(5)在上述(1)至(4)的任一记载的光波导元件中，其特征在于，在该薄板形成电极，该电极与该异种元素层分离地形成。
18.(6)一种光调制器件，其特征在于，具有：上述(1)至(5)的任一记载的光波导元件；壳体，收容该光波导元件；及光纤，将光波从该壳体的外部向该光波导输入或将光波从该光波导向该壳体的外部输出。
19.(7)在上述(6)记载的光调制器件中，其特征在于，所述光调制器件在该壳体的内部具有将向该光波导元件输入的调制信号放大的电子电路。
20.(8)一种光发送装置，其特征在于，具有：上述(6)或(7)记载的光调制器件；及电子电路，输出使该光调制器件进行调制动作的调制信号。
21.发明效果
22.本发明涉及一种光波导元件，具备：薄板，具有电光效应且厚度为10μm以下，在该薄板形成有光波导；及加强基板，对该薄板进行支承，其中，该薄板的俯视观察的形状为长方形，在该薄板的外周与该光波导之间的至少一部分形成异种元素层，该异种元素层通过将与构成该薄板的元素不同的元素配置在该薄板内而成，该薄板的解理面横穿该异种元素层的形成区域的长度的总和为该薄板的短边方向的宽度的5％以上，因此，即使在从薄板的外周朝向光波导而沿着该薄板的解理面形成了裂缝的情况下，通过该异种元素层也能阻止该裂缝的进展，从而能够抑制光波导破损的情况。
附图说明
23.图1是说明本发明的光波导元件的第一实施例的俯视图。
24.图2是图1的点线x-x’处的剖视图。
25.图3是说明本发明的光波导元件的第二实施例的俯视图。
26.图4是说明本发明的光波导元件的第三实施例的俯视图。
27.图5是说明本发明的光波导元件的第四实施例的俯视图。
28.图6是说明本发明的光波导元件的第五实施例的俯视图。
29.图7是说明异种元素层的形成区域与解理面的关系的图。
30.图8是说明光波导与异种元素层的配置关系的图。
31.图9是表示形成本发明的光波导元件的晶圆的一例(其1)的图。
32.图10是表示形成本发明的光波导元件的晶圆的一例(其2)的图。
33.图11是表示形成本发明的光波导元件的晶圆的一例(其3)的图。
34.图12是表示本发明的光调制器件及光发送装置的图。
具体实施方式
35.以下，关于本发明的光波导元件、使用该光波导元件的光调制器件及光发送装置，使用优选例进行详细说明。
36.本发明的光波导元件如图1～图6所示，具备：薄板1，具有电光效应且厚度为10μm以下，在该薄板形成有光波导2(wg)；及加强基板5，对该薄板进行支承，所述光波导元件的特征在于，该薄板1的俯视观察的形状为长方形，在该薄板的外周与该光波导2之间的至少一部分形成有异种元素层3，该异种元素层3通过将与构成该薄板的元素不同的元素配置在该薄板内而成，该薄板的解理面横穿该异种元素层的形成区域的长度的总和为该薄板的短边方向的宽度的5％以上。
37.作为本发明的光波导元件使用的基板1，可以利用铌酸锂(ln)或钽酸锂(lt)、plzt(锆钛酸铅镧)等具有电光效应的基板。特别是对于解理面沿着晶圆的表面形成的x板的ln基板，能够有效地适用本发明。
38.形成于基板1的光波导能够通过利用热扩散法或质子交换法等使ti等向基板表面扩散而形成。而且，也可以利用对基板1中的光波导以外的部分进行蚀刻或者在光波导的两侧形成槽等，将与光波导对应的部分的基板形成为凸状而成的肋形状的波导。
39.为了实现调制信号的微波与光波的速度匹配，基板1的厚度设定为10μm以下，更优选为5μm以下。为了提高基板1的机械强度，如图2所示，在基板(薄板)1的背面侧经由树脂等粘结层4，将加强基板5粘结固定于基板1。对加强基板5使用与基板1相同的ln基板等与基板1的热膨胀系数接近的材料。此外，在不使用粘结层4而将基板(薄板)1与加强基板5直接接合的情况下，基板1的厚度可以设定为1μm以下，优选为0.7μm以下。
40.本发明的光波导元件的特征在于，如图1、图3～图6所示，在薄板1的外周与光波导2之间的至少一部分形成将与构成该薄板的元素不同的元素配置在该薄板内而成的异种元素层3。作为构成异种元素层的材料，优选可以利用ti、mgo或zn等通过热扩散在基板中能够形成异种元素层的材料。
41.在异种元素层3中，异种元素通过热扩散而固溶于具有电光效应的结晶基板。由此，能抑制位错的运动，材料得到强化(固溶强化)。而且，通过异种元素层3的存在，能够抑制制造工序中的热应力或切断应力引起的薄板中的裂纹(裂缝)的产生。此外，通过对异种元素进行扩散，ln等具有的解理面局部地打乱，因此即使在形成了裂纹的情况下其也不会沿劈开方向延伸，能够防止损伤光波导。
42.图1、图3～图6是例示了俯视观察光波导元件时的异种元素层的形成图案的图。图1是在从薄板1的外周至光波导2之间的大范围内配置有异种元素层3的图。图3是以容易产生裂缝的薄板1的外周附近为中心而配置异种元素层3的图。图4是沿着薄板1的长边配置异种元素层3，抑制了例如在沿着长边切断芯片时容易产生的裂缝的影响的图。
43.图5及图6是将异种元素层3离散地配置的图，以沿着在薄板1产生的解理面a的进展方向而异种元素层3的一部分必然存在的方式形成异种元素层3。
44.异种元素层3的配置图案不仅可以如图5的区域ar1所示以固定的间距规则地配置，而且可以如区域ar2所示集中于通过异种元素层3想要特别保护的位置而以不规则的图案配置。此外，在沿着解理面a的方向没有波导的情况下，也可以如区域ar3那样省略异种元素层。
45.异种元素层3沿着薄板1的解理面a的长度越长，越能够有效地阻止裂缝的进展。图7是图示了沿着解理面a离散地配置的异种元素层的图。在本发明中，解理面横穿异种元素层的长度(l1、l2)的总和如后所述成为薄板的短边方向的宽度的5％以上的情况下，能够在
一定程度上有效地抑制沿着解理面的裂缝的进展。
46.如图2所示，为了使得在光波导中传播的光波由于异种元素层的存在而不被散射
·
吸收，可以将异种元素层3与光波导2的间隔g设定为在光波导中传播的光波的模场直径(mfd)以上。
47.另外，关于异种元素层3的厚度，在薄板1的厚度方向上，与产生解理面的、所谓未形成异种元素层的部分的厚度相比，异种元素层3的厚度与其相同或为其以上的情况下，能够有效地抑制解理面处的裂缝的产生。因此，可以将异种元素层3的厚度t1设定为薄板的厚度t0的一半以上的厚度。当然，更优选将异种元素层3形成于薄板1的整个厚度方向。
48.图8是示出对于各种光波导wg配置了异种元素层3的例子的图。图8(a)与图2同样，在与扩散波导wg相同的面上配置异种元素层3。在本结构中，在异种元素层3中使用钛的情况下，能够与光波导的钛热扩散同时地形成异种元素层3。但是，为了将异种元素层的机械强度设定得比光波导的部分高，可以使异种元素层的在热扩散前形成于薄板表面的钛的量(每单位面积的钛的配置量)比光波导多，实质上使异种元素层的厚度比光波导厚。如图8(f)所示，在该情况下，异种元素层3、光波导wg的上表面成为从薄板表面凸起的凸状，异种元素层的该凸状部分的高度比光波导的该凸状部分的高度高出由符号δ表示的量。需要说明的是，在光波导与异种元素层中，即使在热扩散的元素不同的情况下，将异种元素层的高度设定得比光波导的高度高也能够更稳定地抑制裂缝的向光波导的到达。
49.如图8(b)所示，也可以将形成光波导wg的面和形成异种元素层3的面设定为薄板1的不同的面(彼此相对的面)。在薄板的厚度为10μm以下，特别是5μm以下的情况下，从一方的面热扩散的元素容易到达相反侧的面的附近，因此能够形成均匀性更高的异种元素层。即使在如图8(b)那样在不同的面上形成了光波导和异种元素层的情况下，也能得到充分的裂缝的抑制效果。
50.图8(c)及(d)示出形成了肋型光波导作为光波导wg的情况。该情况也与图8(a)及(b)同样，可以将异种元素层3形成于与光波导wg相同的面或不同的面(彼此相对的面)。此外，也可以如图8(e)所示遍及薄板1的整个背面地形成异种元素层3。在该情况下，异种元素层3的形成区域遍及薄板整体，因此能够均匀地提高薄板的机械强度。需要说明的是，也可以使ti等的扩散波导对应地形成于肋型波导的凸部作为光波导wg的结构。
51.在光调制器等光波导元件中，为了对在光波导中传播的光波进行调制或控制偏压点，而将信号电极、接地电极或dc偏压电极等控制电极设置在光波导的上侧或附近。如果将这样的电极设置在薄板上，则在电极的热膨胀系数与薄板特别是异种元素层的热膨胀系数之差大的情况下，异种元素层的形成区域中的电极的剥离、异种元素层的形成区域中的内部应力升高，在最差的情况下在异种元素层的部分基板发生破损。因此，异种元素层的形成区域与电极的形成区域也可以以分离的方式配置。需要说明的是，本发明在不发生上述那样的电极的剥离、基板的破损的范围内，不会妨碍在异种元素层之上形成电极的情况。
52.图9～11是表示晶圆状态下的异种元素层的形成区域的图案的图。晶圆10可以是对薄板进行加工的前后的任一状态。为了抑制晶圆因热扩散时的热应力而发生破损，可以在对薄板进行加工之前形成光波导、异种元素层。
53.在图9中，仅在构成光波导元件的芯片部分(c1、c2)形成异种元素层3，抑制从晶圆10的周边部产生的裂缝向芯片部分的内部进展的情况。在图10中，将异种元素层向晶圆整
体扩展，抑制晶圆整体的裂缝的产生、进展。此外，在图11中，为了使最终从晶圆10切出构成光波导元件的芯片部分(c1、c2)的处理容易，在包围各芯片部分(c1、c2)的附近区域30未进行异种元素层3的形成，而使晶圆的切断容易。
54.为了验证本发明的效果，进行以下所示的试验，计测了裂缝(裂纹)的产生率。
55.在ln基板(晶圆)上成膜出整面ti之后，通过光刻法形成光波导及异种元素层部分，通过加热使光波导及异种元素层向ln基板中热扩散。然后，切出光波导元件(芯片)，将裂缝到达光波导的芯片的个数相对于切出的芯片的个数的比例作为“裂缝产生率”进行了数值化。
56.此外，所有的光波导基板都以如下的数值制作，设为将薄板化的光波导基板经由厚度30μm的粘结剂接合于厚度500μm的加强基板的结构。
57.薄板的厚度t0＝10μm，异种元素层的厚度t1＝10μm，芯片(长方形)的短边方向的宽度w0＝2000μm，光波导的mfd＝φ10μm。
58.在实施例1中，使用图1所示的异种元素层的形成区域的图案，光波导与异种元素层的间隔(gap)g设定为30μm。
59.在实施例2中，使用图3所示的异种元素层的形成区域的图案，沿着薄板的周围形成的异种元素层的宽度以100μm的宽度形成。
60.在实施例3中，使用图4所示的图案，将异种元素层的宽度w1以100μm的宽度形成。
61.在实施例4中，使用图5所示的图案，将沿着薄板的长边的异种元素层的宽度设定为100μm，将与相邻的异种元素层之间的间隔设定为50μm。需要说明的是，x切割的薄板的解理面的角度θ为60度。
62.在比较例1中，完全未形成异种元素层。
63.在比较例2中，使用图4所示的图案，异种元素层的宽度w1以20μm的宽度形成。
64.表1示出试验结果。
65.[表1]
[0066][0067]
根据表1的结果，如实施例1～4所示，在将异种元素层形成于薄板的周边部的情况下，能够将比较例1所示那样的以往10％左右产生的裂缝产生率抑制成一半以下程度。特别是将实施例3与比较例2进行对比时，能够确认到异种元素层的宽度相对于芯片的短边方向的宽度为5％以上的情况能更有效地抑制裂缝的产生、进展。
[0068]
此外，在本发明中，也可以使用上述的光波导元件构成光调制器件、光发送装置。如图12所示，能够将本发明的光波导元件的基板1收容于金属等的壳体sh内，将壳体的外部与光波导元件1通过光纤f连接，由此能够提供紧凑的光调制器件md。当然，不仅能够将基板1的光波导的入射部或出射部与光纤通过空间光学系统进行光学连接，而且也可以将光纤直接连接于基板1。
[0069]
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，由此能够构成光发送装置ota。向光控制元件施加的调制信号s
需要将dsp的输出信号so放大，因此使用驱动电路drv。驱动电路drv、数字信号处理器dsp可以配置在壳体sh的外部，但是也可以配置在壳体sh内。特别是通过将驱动电路drv配置在壳体内，能够进一步减少来自驱动电路的调制信号的传播损失。
[0070]
产业上的可利用性
[0071]
如以上说明所述，根据本发明，能够提供一种防止了薄板的破损、特别是光波导的破损的光波导元件。
[0072]
附图标记说明
[0073]
1 具有电光效应的基板(薄板)
[0074]
2 光波导
[0075]
3 异种元素层
[0076]
4 粘结层
[0077]
5 加强基板
[0078]
md 光调制器件
[0079]
ota 光发送装置
[0080]
sh 壳体。

技术特征：

1.一种光波导元件，具备：薄板，具有电光效应且厚度为10μm以下，在该薄板形成有光波导；及加强基板，对该薄板进行支承，所述光波导元件的特征在于，该薄板的俯视观察的形状为长方形，在该薄板的外周与该光波导之间的至少一部分形成异种元素层，该异种元素层通过将与构成该薄板的元素不同的元素配置在该薄板内而成，该薄板的解理面横穿该异种元素层的形成区域的长度的总和为该薄板的短边方向的宽度的5％以上。2.根据权利要求1所述的光波导元件，其特征在于，该异种元素层的厚度为该薄板的厚度的一半以上。3.根据权利要求1或2所述的光波导元件，其特征在于，该异种元素层通过使钛扩散而形成。4.根据权利要求3所述的光波导元件，其特征在于，该光波导是使高折射率材料扩散而成的扩散波导，该异种元素层与该光波导形成于该薄板的相同面，从该薄板的表面至该异种元素层的最高的部分为止的厚度设定得比从该薄板的表面至该光波导的最高的部分为止的厚度厚。5.根据权利要求1～4中任一项所述的光波导元件，其特征在于，在该薄板形成电极，该电极与该异种元素层分离地形成。6.一种光调制器件，其特征在于，具有：权利要求1～5中任一项所述的光波导元件；壳体，收容该光波导元件；及光纤，将光波从该壳体的外部向该光波导输入或将光波从该光波导向该壳体的外部输出。7.根据权利要求6所述的光调制器件，其特征在于，所述光调制器件在该壳体的内部具有将向该光波导元件输入的调制信号放大的电子电路。8.一种光发送装置，其特征在于，具有：权利要求6或7所述的光调制器件；及电子电路，输出使该光调制器件进行调制动作的调制信号。

技术总结

本发明提供一种防止薄板的破损、特别是光波导的破损的光波导元件。光波导元件具备：薄板(1)，具有电光效应且厚度为10μm以下，在该薄板形成有光波导(2)；及加强基板，对该薄板进行支承，所述光波导元件的特征在于，该薄板(1)的俯视观察的形状为长方形，在该薄板的外周与该光波导(2)之间的至少一部分形成异种元素层(3)，该异种元素层(3)通过将与构成该薄板的元素不同的元素配置在该薄板内而成，该薄板的解理面横穿该异种元素层的形成区域的长度的总和为该薄板的短边方向的宽度的5％以上。和为该薄板的短边方向的宽度的5％以上。和为该薄板的短边方向的宽度的5％以上。