光学部件的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种光学部件，所述光学部件具有用树脂粘着层将光学材料基板粘着在支持基板上的电极上的结构，该光学部件可在抑制电极的电阻的同时，防止光学材料基板从支持基板中剥离。光学部件(20A)包括支持基板(1)、光学材料基板(2)、设置在支持基板(1)上的电极(7)，以及用于粘着电极(7)与光学材料基板(2)的树脂粘着层(4)。电极(7)包含与树脂粘着层(4)接触的铬膜(7c)以及设置在铬膜(7c)与支持基板(1)之间的金膜(7b)。
【专利说明】光学部件
【技术领域】
[0001]本发明涉及将光学材料基板粘着在支持基板上这种类型的光学部件。
【背景技术】
[0002]随着云计算的发展，光通信网络的高速化、高频化得到进一步地发展，这需要改善光调制效率。在光调制元件中，为了实现微波与光波之间的速度匹配，已知使由非线性光学材料例如铌酸锂等制成的光波导基板的厚度非常薄，其用于粘着在另一主体的支持基板上。在该情况下，提出在支持基板上形成导电膜，经由导电膜将该支持基板粘着在光波导基板上来抑制支持基板的共振现象所导致的微波传输特性中的纹波(专利文献1:日本特开2003-156723)。作为这类导电膜，可例举低电阻的金、银、铜。
[0003]通常，为了降低电线电阻，经常使用电导率较高的金电极(Au)。如果通过铬膜等形成电极，那么将电极的电阻值降低到要求值是困难的，为了获得所需的电阻值，电极设计是困难的。
[0004]此外，在专利文献2(日本特开2002-040381)记载的行波型光调制器中，提出通过在铌酸锂基板上形成由铬膜制成的基膜、并在其上设置镀金层，形成用于调制通过光波导传播的光的调制用电极。
[0005][在先技术文献]
[0006][专利文献]
[0007][专利文献I]日本特开2003-156723
[0008][专利文献2]日本特开2002-040381
【发明内容】
[0009][发明所要解决的技术问题]
[0010]然而，在支持基板上形成金膜并用树脂将其粘结在薄的光波导基板上的情况中，在胶带强度试验中发生剥离。这类元件不能长时间使用，可靠性降低，从而导致成品率降低。目前还不清楚产生这种现象的原因。
[0011]本发明的目的在于，在用树脂粘着层将光学材料基板粘着在支持基板上的电极上的这种结构的光学部件中，在抑制电极的电阻较低的同时，可防止光学材料基板从支持基板上剥离。[用于解决技术问题的方案]
[0012]本发明涉及光学部件，其特征在于，所述光学部件包括:
[0013]支持基板；
[0014]光学材料基板；
[0015]设置在支持基板上的电极；以及
[0016]用于粘合电极与光学材料基板的树脂粘着层；
[0017]所述电极包含与树脂粘着层接触的铬膜，以及设置在铬膜与支持基板之间的金膜。
[0018][发明的效果]
[0019]本发明人研究了在支持基板上形成金膜、经由树脂粘着层将光学材料基板粘着在其上时，发生光学材料基板从支持基板上剥离的原因。结果发现，树脂粘着前的金膜的表面状态中的问题导致粘着后的剥离。
[0020]也就是说，在支持基板上形成电极之后，需要通过表面清洗除去附着在电极表面上的异物。因此，通常，同时使用有机系的超声波清洗和用于除去附着异物的擦洗(scrub)是有效的。在支持基板的表面具有铬金属膜的情况中，擦洗是有效的，如果支持基板的翘曲较小，则几乎不产生气泡，于是粘合是可能的。
[0021 ] 然而，在支持基板表面上的金膜被暴露的情况中，例如，如果进行擦洗，则在金膜的表面上产生擦痕，在该部分中产生微小的气泡。于是，即使进行树脂粘合，也会发生光学材料基板的剥离。因此，试图在不擦洗支持基板表面的金膜、仅进行超声波清洗的情况下用树脂粘着剂粘着。然而，结果发现，不能完全除去附着在金属表面上的异物，从而在附着异物的区域中产生气泡。进一步地，在薄板化加工粘着的光学材料基板时，在气泡部处剥离，薄板化的基板也从光学材料基板的外周边缘部分开始发生剥离。当在基板外周边缘的剥离点处进行胶带剥离试验时，剥离在金膜表面与树脂粘着剂之间的界面处扩展。
[0022]基于该发现，本发明人想到通过在金膜上进一步形成铬膜并用树脂将该铬膜粘着在光学材料基板上来解决上述问题。也就是说，通过使用电阻值低的金膜获得电极所需要的导电性、并在金膜表面上进一步形成铬膜，可防止树脂粘着后光学材料基板从支持基板上的剥离，尤其防止光学材料基板在薄板化加工时的剥离。
【专利附图】
【附图说明】
[0023][图1]为显示本发明的一个实施方式涉及的光学部件20A的示意图。
[0024][图2]为显示本发明的另一实施方式涉及的光学部件20B的示意图。
[0025][图3](a)为光学部件20A的横截面的示意图；(b)为光学部件20B的横截面的示意图。
[0026][图4]为显示光学部件20A的立体图。
[0027][图5]为显示光学部件20B的立体图。
[0028][图6]为显示比较例的光学部件10的示意图。
[0029][图7]为显示比较例的光学部件1A的示意图。
[0030][图8]为显示本发明的实施例中的粘合状态的照片。
[0031][图9]为显示比较例中经超声波清洗后的金膜表面的气泡的照片。
[0032][图10]为显示比较例中在粘着体的气泡部分和外周边缘部分处发生剥离的状态的照片。
[0033][图11]为图10中的粘着体的外周边缘部分的放大照片。
【具体实施方式】
[0034]下面，根据附图对本发明进行说明。
[0035]图1、图3(a)和图4所示为本发明的一个实施方式涉及的光学部件20A。
[0036]在该例子中，经由电极7、树脂粘着层4、缓冲层3将光学材料基板2的主表面2b粘合到支持基板I的表面Ia上。在该例子中，光学材料基板2中与支持基板I相对的一侧的主表面2a上形成上侧电极15。此外，在该例子中，在光学材料基板2内形成通道光波导13。
[0037]在该例子中，电极7为三层结构。也就是说，在支持基板I上设置金属基膜7a，在金属基膜7a上设置金膜7b，在金膜7b上形成铬膜7c。铬膜7c与树脂粘着层4接触。
[0038]在本例子中，通过电阻值低的金膜7b获得电极7所需的导电性以及在金膜7b上进一步形成铬膜7c，可防止树脂粘着后光学材料基板2从支持基板I上剥离，尤其可防止光学材料基板在薄板化加工时的剥离。
[0039]图2、图3(b)和图5所示为本发明的另一实施方式涉及的光学部件20B。
[0040]在该例子中，经由电极7A、树脂粘着层4、缓冲层3将光学材料基板2的主表面2b粘合到支持基板I的表面Ia上。在该例子中，光学材料基板2中与支持基板I相对的一侧的主表面2a上形成上侧电极15。在光学材料基板2内形成通道光波导13。
[0041]在该例子中，电极7A为四层结构。也就是说，在支持基板I上设置金属基膜7a，在金属基膜7a上设置中间膜7d，在中间膜7d上设置金膜7b，在金膜7b上形成铬膜7c。铬膜7c与树脂粘着层4接触。
[0042]在本例子中，通过电阻值低的金膜7b获得电极7所需的导电性以及在金膜7b上进一步形成铬膜7c，可防止树脂粘着后光学材料基板2从支持基板I上剥离，尤其可防止光学材料基板在薄板化加工时的剥离。
[0043]图6所示为比较例涉及的光学部件10。
[0044]在该例子中，经由电极5、树脂粘着层4、缓冲层3将光学材料基板2的主表面2b粘合在支持基板I的表面Ia上。光学材料基板2中与支持基板I相对的一侧的主表面2a上形成上侧电极15。在光学材料基板2内形成通道光波导13。
[0045]在该例子中，电极5为两层结构。也就是说，在支持基板I上设置金属基膜5a，在金属基膜5a上设置金膜5b。金膜5b与树脂粘着层4接触。
[0046]在该实施方式中，因为形成有金膜5b，所以可降低电极5的电阻值。然而，金膜5b与树脂粘着层4之间的粘着不稳定，在金膜5b表面清洗后残留的气泡成为光学材料基板在薄板化加工时等扩展剥离的起点。
[0047]图7所示为另一比较例涉及的光学部件1A0
[0048]在该例子中，经由电极6、树脂粘着层4、缓冲层3将光学材料基板2的主表面2b粘合在支持基板I的表面Ia上。光学材料基板2中与支持基板I相对的一侧的主表面2a上形成上侧电极15。在光学材料基板2内形成通道光波导13。
[0049]在该例子中，电极6为单层结构，由铬膜制成。电极6与树脂粘着层4接触。在该实施方式中，难以将电极6的电阻值降低到所需程度。为了充分降低电极6的电阻值，需要充分增加电极6的厚度，然而，如果增加电极6的厚度，支持基板I则发生翘曲，因气泡残留在电极表面而可能发生粘着体的剥离。
[0050]下面对本发明的各构成元件进行更详细地说明。
[0051]光学部件的种类没有特别限定，只要发挥光学功能即可。具体地说，可例举波长变换元件、光调制元件、光开关元件等。光调制元件没有特别限定，只要其施加对光特性的调制即可，其可以是光强度调制器、光相位调制器。光强度调制器可以是利用马赫-曾德尔光波导(Mach-Zehnder optical waveguid)的光振幅调制器。光相位调制器是指对入射光进行相位调制，并获得来自出射光的相位调制信号的调制器。此外，光学材料基板上也可形成周期性极化反转结构。
[0052]支持基板的材料可例举铌酸锂、钽酸锂、铌酸锂-钽酸锂固溶体、铌酸锂钾、石英玻璃等玻璃或水晶、Si等。
[0053]构成光学材料基板的光学材料没有特别限定，但可例举铌酸锂、钽酸锂、铌酸锂-钽酸锂固溶体、铌酸锂钾、KTP、GaAs和水晶、K3Li2Nb5015、La3Ga5Si014等。此外，光学材料可以是同成分组成(congruent composit1n),也可以是化学计量比组成(stoich1metriccomposit1n)。同成分组成是在固液同成分配比熔体中生长的晶体组成。
[0054]为了进一步提高光波导的耐光损伤性，光学材料中可包含选自于由如下物质构成的组中的一种以上金属元素:镁(Mg)、锌(Zn)、钪(Sc)和铟(In)，特别优选包含镁。光学材料中可包含稀土元素作为掺杂组分。该稀土元素用作激光振荡用添加元素。作为该稀土元素，特别优选 Nd、Er、Tm、Ho、Dy、Pr。
[0055]在优选实施方式中，光学材料基板具有一对相对的主表面、一对相对的侧面以及经光学研磨的端面。主表面是指面积比其他表面更大的表面。
[0056]虽然光学材料基板的厚度没有特别限定，但例如在光调制器中，考虑到提高基板内的光能量的约束性以及提高调制效率，其优选为10 μ m以下，更优选5 μ m以下。此外，考虑到易于处理基板，光学材料基板的厚度优选0.5μπι以上。因为前述以树脂粘着层与电极之间的界面为起点的剥离易于在光学材料基板的薄板化加工时发生，故本发明的光学材料基板为较薄的情况是特别优选的。
[0057]在光学材料基板上形成的光波导的种类没有特别限定，包括平板波导、通道波导。此外，波导的种类可以是钛扩散法等的内扩散型光波导或脊型光波导。
[0058]例如，在图3(a)、(b)所示的各个例子的光学部件中，在光学材料基板2的上侧的主表面2a—侧上形成一对脊形沟12A、12B，通过脊形沟12A、12B形成脊型光波导13。14是光束。
[0059]用于在光学材料基板上形成脊形沟12A、12B的加工方法没有限定，可以使用机械加工、离子研磨、干式蚀刻、激光烧蚀等方法。
[0060]在优选的实施方式中，在光学元件中与支持基板相对的一侧的主表面上设置上侧电极。例如，图3(a)、(b)所不各个例子的光学部件中，光学材料基板2的上侧主表面2a上设置了上侧电极15，在上侧电极15与下侧电极7、7A之间施加调制电压。
[0061]用于粘着光学材料基板和支持基板的树脂粘着层可例举环氧系粘着剂、热固化型粘着剂、紫外线硬化型粘着剂。
[0062]树脂粘着层的折射率与光学材料基板的折射率之间的差值取决于缓冲层的厚度、折射率，但考虑到光约束，其优选为树脂粘着层的折射率的10%以上，更优选20%以上。此夕卜，考虑到稳定和粘着，树脂粘着层的厚度优选为0.2μπι以上，此外，考虑到降低薄板研磨加工后的基板厚度变化，其优选为2 μ m以下。
[0063]设置在支持基板上的电极包含与树脂粘着层接触的铬膜，以及设置在铬膜与支持基板之间的金膜。
[0064]考虑到提高导电性，金膜的厚度优选为0.03 μ m以上，更优选0.05 μ m以上。此夕卜，金膜的厚度没有特别限定，但因为其为昂贵的材料，故考虑到成本，其优选为0.02 μ m以下，更优选0.1ym以下。
[0065]从本发明的观点出发，与树脂粘着层接触的铬膜的厚度优选为0.03 μ m以上，更优选0.05 μ m以上。此外，考虑到抑制光学部件的翘曲，其优选为0.1ym以下，更优选0.08 μ m 以下。
[0066]在优选的实施方式中，在铬膜与支持基板之间设置金属基膜。例如，在图1-图5的实施方式中，在金膜7b与支持基板I的表面Ia之间设置了金属基膜7a。通过该方式可进一步改善金膜对支持基板的粘着。这种金属基膜的材料优选为镍、钛、钽、钥，特别优选铬。
[0067]可在金膜与金属基膜之间进一步设置中间膜。这种中间膜的材料优选镍、钛、钼。
[0068]构成电极的各薄膜的制造方法没有特别限定，可例举溅射、气相沉积。
[0069]此外，可在光学材料基板的上侧主表面、下侧主表面上各自形成缓冲层。例如，在图1-图5的例子中，在光学材料基板2的下侧主表面2b上形成缓冲层3。缓冲层可降低各电极的光吸收损失，提高光在光学材料基板内的约束，以及使得光波导具有与光纤维相同的对称性出色的光斑形状。
[0070]因此，光学材料基板的折射率与缓冲层的折射率之间的差值优选为缓冲层的材料的折射率的10%以上，更优选20%以上。此外，考虑到光的约束，缓冲层的厚度优选为0.1 μ m以上，考虑到半波电压的增加，缓冲层的厚度优选为I μ m以下。
[0071]缓冲层的材料优选为Si02、Ta205。
[0072]在光学材料基板的薄板化加工时，在磨削加工后，可进行精研和抛光。此外，研磨加工支持基板表面后的清洗步骤优选按如下方式进行。
[0073]用有机溶剂进行擦洗，接着用有机溶剂进行超声波清洗，用纯水进行超声波清洗，进行纯水流动清洗。
[0074][实施例]
[0075](实施例1)
[0076]制造图1、图3(a)、图4中所示形式的光学部件20A。
[0077]具体地说，通过溅射法，在掺杂了 5mol % MgO的厚度为500 μ m的z板铌酸锂单晶基板的上表面上形成厚度为0.5 μ m的由S12形成的缓冲膜3。
[0078]此外，使用厚度为Imm的未掺杂的z板铌酸锂单晶基板作为支持基板I。通过溅射法，在支持基板I的上表面Ia上形成厚度为0.05 μ m的铬膜7a、厚度为0.1 μ m的金膜7b、厚度为0.05 μ m的铬膜7c。然后，使用有机溶剂擦洗电极的表面，接着用有机溶剂进行超声波清洗，进行纯水超声波清洗、纯水流动清洗。
[0079]然后，使用树脂粘着剂，以缓冲层3朝下的方式，将掺杂了 5m0l% MgO的前述z板铌酸锂单晶基板粘合在支持基板I上。此处，在掺杂了 MgO的铌酸锂单晶基板中，可在基板的一部分上形成直径约100 μ m的孔或宽度为100 μ m的沟槽以用于随后的下部电极7的电极引出。孔加工可使用例如激光加工法，沟槽加工可使用通过切割切断到基板中间为止的方法。接着，通过磨削、研磨将掺杂了 MgO的铌酸锂单晶基板的上侧主表面加工成3.7μπι厚度。通过该磨削研磨，除去前述孔加工或沟槽加工的区域部分，使得覆盖下部电极7的树脂粘着层4从孔或沟槽中露出。该露出的树脂粘着层4可通过磨光被除去，于是，用于电极引出的下部电极7可能露出在表面上。然后，通过准分子激光加工法加工掺杂了 MgO的铌酸锂单晶基板，形成深度为2.2 μ m的沟槽12A、12B,宽度为5.3 μ m的脊型光波导13。进一步地，形成厚度为0.5μπι的由S12形成的缓冲层薄膜，以及在其上形成上侧电极15薄膜。上侧电极15为铬膜、镍膜、金膜的三层膜结构。
[0080]接着，通过切割锯进行宽3mm、长13mm的芯片切割，通过光学研磨芯片端面，将其加工成12mm的长度。此外,通过纤芯直径为6 μ m的SI (Step Index)纤维,用紫外线固化树脂光学连接相位调制元件。最后，在两侧的侧面部表面的电极部分上设置焊线以实现与外部电路的导通。此外，上部电极的元件沿纵向的长度为10mm。
[0081]向获得的相位调制器入射波长为1064nm的激光时，光的损失为0.5dB/cm，可获得良好的传导性能。此外，评估半波电压时，其为约7V。
[0082]在该实施例中，薄板化加工光学材料基板之后，从样品的端部开始进行胶带试验，观察照片如图8所不。在图8中，左上方的箭头表不光学材料基板，右上方的箭头表不树脂粘着层和电极。根据胶带试验可知，薄片化的光学材料基板的剥离完全没有扩展，观察到粘合的状态。也就是说，薄板化加工光学材料基板之后，没有观察到光学材料基板的剥离，粘合状态是稳定的。
[0083](比较例I)
[0084]以与实施例1相同的方式制造图7所示形式的光学部件10A。然而，与实施例1不同地，该比较例中没有设置由三层形成的电极7，代替电极7，其通过溅射法形成由单层铬膜形成的电极6。
[0085]然而，由于铬的电阻率高于金，故为获得与实施例1相等的片电阻，其电极的膜厚需要为0.5 μ m以上。结果是，粘着体具有100 μ m以上的翘曲，即使可一部分粘合，也不能降低产生空隙(气泡)的区域。
[0086](比较例2)
[0087]以与实施例1相同的方式制造图7所示形式的光学部件10A。然而，与实施例1不同地，该比较例中没有设置由三层形成的电极7，代替电极7，其通过溅射法形成由单层铬膜形成的电极6。
[0088]然而，与比较例I不同的，虽然具有高电阻，但通过将铬膜的膜厚减薄至0.2 μ m来进行树脂粘合。然而，基板发生约30 μ m的翘曲，不能通过粘合抑制气泡量。
[0089](比较例3)
[0090]如果仅使用铬膜，那么电阻越大，翘曲越大。于是，以与实施例1相同的方式制造图6所示形式的光学部件10。然而，与实施例1不同地，该比较例中没有设置由三层形成的电极7，代替电极7，其通过溅射法形成由基膜5a(由铬膜形成)和金膜5b形成的电极5。铬膜5a的膜厚为0.05 μ m,金膜5b的膜厚为0.1 μ m。
[0091]然而，如果进行擦洗，则金属表面上会产生擦痕，该部分中会产生微小的气泡。如果薄板化加工获得的粘着体，则在气泡部分处剥离，以及薄板化的基板也从基板的周边开始剥离。在基板外周边缘的剥离点处进行胶带剥离试验时，剥离在金膜表面与树脂粘着剂之间的界面处扩展。由于其为这样的状态，故放弃了在后续步骤中将其元件化。
[0092](比较例4)
[0093]以与实施例1相同的方式制造图6所示形式的光学部件10。然而，与实施例1不同地，该比较例中没有设置由三层形成的电极7，代替电极7，其通过溅射法形成由基膜5a(由铬膜形成)和金膜5b形成的电极5。铬膜5a的膜厚为0.05 μ m,金膜5b的膜厚为0.1 μ m。
[0094]此外，在超声波清洗金膜之后，省略擦洗。此处，在观察超声波清洗后的电极表面时，如图9所示，粘附在电极表面上的异物没有被除去，在该区域中，如箭头所示，发现有气泡产生。
[0095]接着，在将电极粘着在光学材料基板上之后，薄板化加工光学材料基板。结果是，如图10中的下侧箭头所示，在气泡部分处发生剥离，以及如右上方的箭头所示，从基板的外周边缘部分开始也发生剥离。图11中放大显示了图10的右上外周边缘部分中的剥离。此处，图11中的左上方的箭头表示光学材料基板，右上方的箭头表示金膜，右下方的箭头表示扩展的剥离。
[0096]在基板外周边缘的剥离点处进行胶带剥离试验时，剥离在金膜表面与树脂之间的界面处扩展。由于其为这样的状态，故放弃了在后续步骤中将其元件化。
【权利要求】
1.一种光学部件，其特征在于，所述光学部件包括: 支持基板； 电极，其设置在所述支持基板上； 光学材料基板，其被粘着在所述电极上；以及 树脂粘着层，其用于粘合所述电极与所述光学材料基板； 所述电极包含与所述树脂粘着层接触的铬膜，以及设置在所述铬膜与所述支持基板之间的金膜。
2.如权利要求1所述的光学部件，其特征在于，所述光学部件具有金属基膜，所述金属基膜设置在所述金膜与所述支持基板之间。
3.如权利要求2所述的光学部件，其特征在于，所述金属基膜由铬形成。
4.如权利要求2或3所述的光学部件，其特征在于，所述电极还具有中间膜，所述中间膜设置在所述金膜与所述金属基膜之间。
5.如权利要求1-4中任一项所述的光学部件,其特征在于,在所述光学材料基板上形成光波导。
6.如权利要求1-5中任一项所述的光学部件，其特征在于，所述光学部件为光调制部件。
7.如权利要求1-6中任一项所述的光学部件,其特征在于,所述光学部件具有在所述光学材料基板上形成的周期性极化反转结构。
【文档编号】G02F1/035GK104516128SQ201410509493
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2013年10月8日
【发明者】山口省一郎, 松永裕史, 浅井圭一郎 申请人:日本碍子株式会社