光波导元件的制作方法
【专利摘要】本发明的目的在于提供一种光波导元件，其有效地使蓄积在基板内的电荷扩散，抑制了直流漂移和温度漂移。其具有：基板，具有电光效应；光波导，形成于该基板上；缓冲层(BF层)，形成于该基板上；以及调制电极(信号电极、接地电极)，形成于该缓冲层上，对在该光波导传播的光波进行调制，其特征在于，在该基板与该缓冲层之间形成使在该基板产生的电荷扩散的电荷扩散层，该电荷扩散层与构成该调制电极的接地电极电连接。
【专利说明】光波导元件
【技术领域】
[0001]本发明涉及光波导元件，特别涉及到在具有电光效应的基板上形成光波导、缓冲层以及调制电极的光波导元件。
【背景技术】
[0002]在光通信领域和光计量领域中，广泛使用在铌酸锂(LN)等具有电光效应的基板上形成有光波导和调制电极的光强度调制器等光波导元件。
[0003]具有电光效应的基板通过蓄积因极化产生的电荷、与从外部施加的电场对应地在基板内部产生的电荷，从而产生光波导元件的驱动电压发生变动的所谓直流漂移(DC K V^卜)现象。而且，还存在因基板的温度变化而产生的温度漂移现象。
[0004]另一方面，为了在基板上形成光波导，将调制电极也配置在该基板上，需要抑制在光波导传播的光波被该调制电极吸收、散射的情况。因此，进行在形成光波导的基板与调制电极之间配置S12等缓冲层的处理。
[0005]在专利文献I中，公开了下述技术:为了抑制直流漂移和温度漂移，在基板上依次层叠第一缓冲层、导电层、第二缓冲层以及中心导体。
[0006]然而，在缓冲层的表面形成有作为电荷分散膜的导电膜的情况下，难以将在基板与缓冲层之间蓄积的电荷有效地分散。因此，产生了因蓄积的电荷而使产品的工作点变动等问题。
[0007]而且，在专利文献I中，公开了存在于第一缓冲层和第二缓冲层之间的导电层与具有电光效应的基板接触的结构。然而，具有这样的结构的导电层除了具有倾斜结构之外，还需要在光波导上调制电极形成的电场作用的所谓相互作用部区域制造。
[0008]因此，均质地制造这样的倾斜结构、和控制第一和第二缓冲层以及导电层的各膜厚分别导致制造工序上的困难度。而且，具有存在于相互作用部区域附近的倾斜结构的导电层成为得到的光调制器的特性的偏差产生的原因。
[0009]现有技术文献
[0010]专利文献
[0011]专利文献1:日本特开2006-317550号公报
【发明内容】
[0012]发明要解决的课题
[0013]本发明提供一种光波导元件，消除了上述的问题，有效地将蓄积在基板内的电荷扩散，抑制了直流漂移和温度漂移。
[0014]用于解决课题的方案
[0015]为了解决上述课题，技术方案I涉及的发明为一种光波导元件，具有:基板，具有电光效应；光波导，形成于该基板上；缓冲层，形成于该基板上；以及调制电极，形成于该缓冲层上，对在该光波导传播的光波进行调制，其特征在于，在该基板与该缓冲层之间形成使在该基板产生的电荷扩散的电荷扩散层，该电荷扩散层与构成该调制电极的接地电极电连接。
[0016]技术方案2涉及的发明的特征在于，在技术方案I所述的光波导元件中，该电荷扩散层为导电膜或半导体膜。
[0017]技术方案3涉及的发明的特征在于，在技术方案I或2所述的光波导元件中，该电荷扩散层由具有比光波导低的折射率的材料构成。
[0018]技术方案4涉及的发明的特征在于，在技术方案2或3所述的光波导元件中，该电荷扩散层的膜厚为0.05?0.6 μ m。
[0019]技术方案5涉及的发明的特征在于，在技术方案I至4的任意一项所述的光波导元件中，该电荷扩散层与该接地电极的电连接由贯通该缓冲层的通孔连接、设于基板侧面的导电膜、或者除去缓冲层的一部分而配置的连接层中的任意一方构成。
[0020]技术方案6涉及的发明的特征在于，在技术方案I所述的光波导元件中，该电荷扩散层由具有比该光波导低的折射率的低折射率材料和半导体材料构成，由所述低折射率材料构成的电荷扩散层至少在包括构成该调制电极的信号电极下的与光波导的相互作用区域及其附近的区域、以及包括该接地电极下的与光波导的相互作用区域及其附近的区域分离形成，由所述半导体材料构成的电荷扩散层将所述信号电极下的由低折射率材料构成的电荷扩散层与所述接地电极下的由低折射率材料构成的电荷扩散层电连接。
[0021]技术方案7涉及的发明的特征在于，在技术方案I所述的光波导元件中，该电荷扩散层由具有比该光波导低的折射率的低折射率材料构成，由所述低折射率材料构成的电荷扩散层存在膜厚不同且电阻值不同的区域，所述低折射率材料的电荷扩散层的膜厚厚且电阻值低的区域至少存在于包括构成该调制电极的信号电极下的与光波导的相互作用区域及其附近的区域、以及包括该接地电极下的与光波导的相互作用区域及其附近的区域，所述信号电极下的膜厚厚且电阻值低的电荷扩散层与所述接地电极下的膜厚厚且电阻值低的电荷扩散层彼此分离形成，两者由该低折射率材料的电荷扩散层的膜厚薄且电阻值高的区域电连接。
[0022]技术方案8涉及的发明的特征在于，在技术方案I所述的光波导元件中，该电荷扩散层由具有比该光波导低的折射率的低折射率材料构成，由所述低折射率材料构成的电荷扩散层存在于包括构成该调制电极的信号电极下的与光波导的相互作用区域及其附近的区域、以及包括该接地电极下的与光波导的相互作用区域及其附近的区域，所述信号电极下的电荷扩散层与所述接地电极下的电荷扩散层彼此分离形成，两者由电阻值比该电荷扩散层高的部件电连接。
[0023]发明效果
[0024]根据技术方案I的发明，能够提供一种光波导兀件，具有:基板，具有电光效应；光波导，形成于该基板上；缓冲层，形成于该基板上；以及调制电极，形成于该缓冲层上，对在该光波导传播的光波进行调制，其中，在该基板与该缓冲层之间形成有使在该基板产生的电荷扩散的电荷扩散层，该电荷扩散层与构成该调制电极的接地电极电连接，因此，有效地使在该基板内产生的电荷扩散，抑制了直流漂移和温度漂移。特别地，由于以直接与基板接触的方式配置电荷扩散层，因此能够高效地使在基板内产生的电荷扩散，并且通过将电荷扩散层与接地电极电连接，能够有效地发挥电荷的扩散功能，能够长期地维持电荷扩散效果O
[0025]根据技术方案2涉及的发明，电荷扩散层是导电膜或半导体膜，因此能够高效地使在基板内产生的电荷扩散。
[0026]根据技术方案3涉及的发明，电荷扩散层由具有比光波导低的折射率的材料构成，因此即使将电荷扩散层形成在光波导的正上方，也能够抑制在光波导传播的光波的损失。
[0027]根据技术方案4涉及的发明，电荷扩散层的膜厚为0.05?0.6 μ m,因此能够作为连续膜形成，并且能够构成得比缓冲层的厚度薄。由此，在维持电荷的扩散效果的同时，由于电荷扩散层的存在，不会发生基板与调制电极的距离远离，而驱动电压增加等不良情况。
[0028]根据技术方案5涉及的发明，电荷扩散层与接地电极的电连接由贯通缓冲层的通孔连接、设于基板侧面的导电膜、或者除去缓冲层的一部分而配置的连接层中的任意一方构成，因此能够更可靠地进行电荷扩散层与接地电极的电连接。
[0029]根据技术方案6涉及的发明，电荷扩散层由具有比光波导低的折射率的低折射率材料和半导体材料构成，由所述低折射率材料构成的电荷扩散层至少在包括构成调制电极的信号电极下的与光波导的相互作用区域及其附近的区域、以及包括接地电极下的与光波导的相互作用区域及其附近的区域分离形成，由所述半导体材料构成的电荷扩散层将所述信号电极下的由低折射率材料构成的电荷扩散层与所述接地电极下的由低折射率材料构成的电荷扩散层电连接，因此，即使在信号电极和接地电极下设置电荷扩散层的情况下，也能够有效地对光波导施加电场。
[0030]根据技术方案7涉及的发明，电荷扩散层由具有比光波导低的折射率的低折射率材料构成，由所述低折射率材料构成的电荷扩散层存在膜厚不同且电阻值不同的区域，所述低折射率材料的电荷扩散层的膜厚厚且电阻值低的区域至少存在于包括构成调制电极的信号电极下的与光波导的相互作用区域及其附近的区域、以及包括接地电极下的与光波导的相互作用区域及其附近的区域，所述信号电极下的膜厚厚且电阻值低的电荷扩散层与所述接地电极下的膜厚厚且电阻值低的电荷扩散层彼此分离形成，两者由该低折射率材料的电荷扩散层的膜厚薄且电阻值高的区域电连接，因此即使是在信号电极和接地电极下设置电荷扩散层的情况下，也能够有效地向光波导施加电场。
[0031]根据技术方案8涉及的发明，电荷扩散层由具有比光波导低的折射率的低折射率材料构成，由所述低折射率材料构成的电荷扩散层存在于包括构成调制电极的信号电极下的与光波导的相互作用区域及其附近的区域、以及包括接地电极下的与光波导的相互作用区域及其附近的区域，所述信号电极下的电荷扩散层与所述接地电极下的电荷扩散层彼此分离形成，两者由电阻值比该电荷扩散层高的部件电连接，因此即使是在信号电极和接地电极下设置电荷扩散层的情况下，也能够有效地对光波导施加电场。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是示出本发明的光波导元件的剖视图，其示出了以通孔连接进行电连接的例子。
[0033]图2是示出本发明的光波导元件的剖视图，其示出了以连接层进行电连接的例子。
[0034]图3是示出本发明的光波导元件的剖视图，其示出了以设于基板侧面的导电膜进行电连接的例子。
[0035]图4是对于工作点变动的温度依赖性对本发明与现有技术进行对比的坐标图。
[0036]图5是示出本发明的光波导元件的俯视图，是示出将由低折射率材料构成的电荷扩散层沿光波导配置，并以通孔连接与接地电极连接的例子的图。
[0037]图6是图5的虚线A-A’处的剖视图，示出了在基板表面上包括光波导的正上方的区域形成由低折射率材料构成的电荷扩散层，并以通孔连接与接地电极连接的例子。
[0038]图7示出了在图6的结构中，取代通孔连接而采用连接层的情况的例子。
【具体实施方式】
[0039]对于本发明的光波导元件，在以下详细地说明。
[0040]如图1所示，本发明的光波导元件具有:基板，具有电光效应；光波导，形成于该基板上；缓冲层(BF层)，形成于该基板上；以及调制电极(信号电极、接地电极)，形成于该缓冲层上，对在该光波导传播的光波进行调制，其特征在于，在该基板与该缓冲层之间形成有使在该基板产生的电荷扩散的电荷扩散层，该电荷扩散层与构成该调制电极的接地电极电连接。
[0041]作为利用于本发明的基板，可以利用采用具有电光效应的材料的基板，例如，可以利用铌酸锂、钽酸锂、PLZT(锆钛酸铅镧)和石英类的材料、以及将这些材料组合而成的基板。特别优选利用电光效应明显的铌酸锂(LN)结晶。
[0042]作为在基板形成光波导的方法，能够通过使钛等以热扩散法或质子交换法等在基板表面扩散而形成。而且，也可以利用对光波导以外的基板进行蚀刻、或者在光波导的两侧形成槽等，而在基板将与光波导对应的部分形成为凸状的脊状的波导。
[0043]在光波导元件中，在基板的上侧形成信号电极、接地电极等调制电极。这样的电极能够通过金的电极图案的形成和镀金方法等形成。
[0044]在光波导与调制电极之间形成有缓冲层(BF层)。对于缓冲层，利用二氧化硅等具有比光波导低的折射率的绝缘性的材料，以溅射法等形成。考虑到抑制光波被电极的吸收而有效地对光波导施加电极形成的电场这样的条件，优选缓冲层的厚度设定为500nm?lOOOnm，特别是600nm左右。
[0045]本发明的特征为，以与基板直接接触的方式设置电荷扩散层，并与接地电极电连接。电荷扩散层采用Au、Ag、T1、Al或铟锡氧化物(ITO)等的导电膜、硅等的半导体膜。通过溅射法、蒸镀法、CVD法等真空成膜法、或贴附薄膜化的导电膜等来形成。
[0046]电荷扩散层通过将基于光刻法的图案形成、干式蚀刻或化学蚀刻组合，而如图1所示地形成于除了光波导附近以外的基板上。优选光波导与电荷扩散层的间隔为信号电极与接地电极的间隔以上，例如尚开25 μ m以上。
[0047]但是，在电荷扩散层使用ITO等具有比光波导低的折射率的材料的情况下，即使将电荷扩散层形成在形成于基板上的光波导的正上方，也能够抑制在光波导传播的光波的损失。
[0048]优选电荷扩散层的膜厚为0.05?0.6 μ m。这样，能够作为连续膜形成，并且能够构成得比缓冲层的厚度薄。由此，电荷扩散层能够维持导电性等特性，能够发挥电荷的扩散效果。
[0049]通过本发明的电荷扩散层，能够提供一种光波导元件，其有效地将在基板内产生的电荷扩散，抑制了直流漂移和温度漂移。特别地，由于以直接与基板接触的方式配置电荷扩散层，因此能够高效地使在基板内产生的电荷扩散，并且通过将电荷扩散层与接地电极电连接，能够有效地发挥电荷的扩散功能，能够长期地维持电荷扩散效果。
[0050]电荷扩散层与接地电极的电连接可以是通过图1那样的贯通缓冲层的通孔连接而构成。作为用于通孔连接的膜种类，优选Au、Ag、T1、Al、ITO等导电性材料。
[0051]作为其他的电连接的方法，如图2所示，存在着将在形成于缓冲层上的接地电极的正下方配置的缓冲层的全部或一部分通过干式蚀刻或化学蚀刻除去，在除去后的部分以溅射法、蒸镀法、CVD法等真空成膜法形成连接层的方法。而且，如图3所示，也可以在基板的侧面配置连接层。
[0052]图4是对本发明的光波导元件(图1)与现有技术(没有图1的电荷扩散层和通孔连接的情况)，比较工作点变动的温度依赖性的坐标图。本发明的情况可以理解为，相对于温度变化，偏置点的变动小，能够有效地除去作为偏置变动的重要原因的基板内的电荷的产生的影响。
[0053]在对电荷扩散层使用ITO等具有比光波导的折射率低的低折射率材料的情况下，也能够以电荷扩散层覆盖基板上的整个面。
[0054]然而，在整个面形成电荷扩散层的情况下，需要避免在包括信号电极下的与光波导的相互作用区域及其附近的区域、与包括接地电极下的与光波导的相互作用区域及其附近的区域之间发生“电短路”或者“电阻值极低”的情况。另外，本发明中的相互作用部意味着调制电极(信号电极和接地电极)形成的电场施加于光波导的部分。
[0055]作为其对策，需要在两个电荷扩散层的区域之间设置电阻值高的区域。具体来说，可以列举出如下结构:由低折射率材料构成的电荷扩散层在“信号电极下的相互作用部附近区域”与“接地电极下的相互作用部附近区域”之间局部地设置膜厚变薄的区域，而具有电阻值的结构；或者，将“信号电极下的相互作用部附近区域”的由低折射率材料构成的电荷扩散层与“接地电极下的相互作用部附近区域”的由低折射率材料构成的电荷扩散层分离，而在各个电荷扩散层之间设置电阻的结构。
[0056]在该情况下，优选的是，经由使用硅等半导体材料的层连接由低折射率材料构成的电荷扩散层。而且，也可以使用电阻值比电荷扩散层高的部件。
[0057]图5示出了对电荷扩散层使用ITO等具有比光波导低的折射率的低折射率材料和半导体材料，由通孔连接将电荷扩散层与接地电极电连接的实施方式的俯视图。
[0058]在图6中示出了图5的虚线A-A’处的剖视图。其构成为，在需要排除基板内的电荷蓄积带来的影响的、包括信号电极下的与光波导的相互作用区域及其附近的区域、和包括接地电极下的与光波导的相互作用区域及其附近的区域，设置由低折射率材料构成的电荷扩散层，在信号电极下与接地电极下之间设置由半导体材料构成的电荷扩散层，在没有信号电极和光波导的部位，将电荷扩散层与接地电极电连接。
[0059]图7示出了在图5所示的实施方式中，取代通孔连接而采用连接层的实施方式。
[0060]图5至图7所示的实施方式的电荷扩散层的半导体区域也可以代之以减小膜厚且提高电阻值的由低折射率材料构成的电荷扩散层、或电阻值比电荷层高的部件(膜体)。
[0061]产业上的可利用性
[0062]如以上说明，根据本发明，能够提供一种光波导元件，其有效地使蓄积在基板内的电荷扩散，抑制了直流漂移和温度漂移。
【权利要求】
1.一种光波导兀件，具有:基板，具有电光效应；光波导，形成于该基板上；缓冲层，形成于该基板上；以及调制电极，形成于该缓冲层上，对在该光波导传播的光波进行调制，其特征在于， 在该基板与该缓冲层之间形成使在该基板产生的电荷扩散的电荷扩散层， 该电荷扩散层与构成该调制电极的接地电极电连接。
2.根据权利要求1所述的光波导元件，其特征在于， 该电荷扩散层为导电膜或半导体膜。
3.根据权利要求1或2所述的光波导元件，其特征在于， 该电荷扩散层由具有比光波导低的折射率的材料构成。
4.根据权利要求2或3所述的光波导元件，其特征在于， 该电荷扩散层的膜厚为0.05?0.6 μ m。
5.根据权利要求1至4的任意一项所述的光波导元件，其特征在于， 该电荷扩散层与该接地电极的电连接由贯通该缓冲层的通孔连接、设于基板侧面的导电膜、或者除去缓冲层的一部分而配置的连接层中的任意一方构成。
6.根据权利要求1所述的光波导元件，其特征在于， 该电荷扩散层由具有比该光波导低的折射率的低折射率材料和半导体材料构成，由所述低折射率材料构成的电荷扩散层至少在包括构成该调制电极的信号电极下的与光波导的相互作用区域及其附近的区域、以及包括该接地电极下的与光波导的相互作用区域及其附近的区域分离形成， 由所述半导体材料构成的电荷扩散层将所述信号电极下的由低折射率材料构成的电荷扩散层与所述接地电极下的由低折射率材料构成的电荷扩散层电连接。
7.根据权利要求1所述的光波导元件，其特征在于， 该电荷扩散层由具有比该光波导低的折射率的低折射率材料构成， 由所述低折射率材料构成的电荷扩散层存在膜厚不同且电阻值不同的区域， 所述低折射率材料的电荷扩散层的膜厚厚且电阻值低的区域至少存在于包括构成该调制电极的信号电极下的与光波导的相互作用区域及其附近的区域、以及包括该接地电极下的与光波导的相互作用区域及其附近的区域， 所述信号电极下的膜厚厚且电阻值低的电荷扩散层与所述接地电极下的膜厚厚且电阻值低的电荷扩散层彼此分离形成，两者由该低折射率材料的电荷扩散层的膜厚薄且电阻值高的区域电连接。
8.根据权利要求1所述的光波导元件，其特征在于， 该电荷扩散层由具有比该光波导低的折射率的低折射率材料构成， 由所述低折射率材料构成的电荷扩散层存在于包括构成该调制电极的信号电极下的与光波导的相互作用区域及其附近的区域、以及包括该接地电极下的与光波导的相互作用区域及其附近的区域， 所述信号电极下的电荷扩散层与所述接地电极下的电荷扩散层彼此分离形成，两者由电阻值比该电荷扩散层高的部件电连接。
【文档编号】G02F1/035GK104204917SQ201380017120
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年3月29日 优先权日:2012年3月30日
【发明者】竹村基弘, 栗原雅尚, 藤野哲也 申请人:住友大阪水泥股份有限公司