光电器件的制作方法

1.本发明涉及一种用于光通信和光学测量领域的光电器件。


背景技术：

2.伴随着互联网的普及，通信量飞跃性地增加，光纤通信的重要性非常高。光纤通信是将电信号转换为光信号，并通过光纤来传输光信号的通信方式，具有宽带宽、低损耗、抗噪性强的特征。
3.作为将电信号转换为光信号的方式，已知有利用半导体激光的直接调制方式和使用了光调制器的外部调制方式。直接调制虽然不需要光调制器而且成本低，但是在高速调制方面有极限，在高速且长距离的用途中使用外部光调制方式。
4.在专利文献1中公开了使用铌酸锂膜的马赫-曾德尔光调制器。使用了铌酸锂膜(ln膜)的光调制器与使用了铌酸锂单晶基板的光调制器相比，实现了大幅度的小型化、低驱动电压化。图5示出了专利文献1中记载的现有的光调制器400的截面结构。在蓝宝石基板21上形成由铌酸锂膜制成的一对光波导22a,22b，并且信号电极24a和接地电极24b经由缓冲层23分别配置在光波导22a,22b的上部。该光调制器300是具有一个信号电极24a的所谓单驱动型，信号电极24a和接地电极24b为对称结构，因此施加到光波导22a,22b的电场的大小相等，符号相反。
5.在使用ln膜的光波导中，光的锁定对于降低驱动电压很重要，因此，必须注意ln膜品质和ln膜中的微裂纹。
6.例如，由于低折射率的氧化硅被形成为与作为光波导的ln膜相邻的缓冲层，因此，由于ln膜的热膨胀系数与氧化硅的热膨胀系数之差而引起的应力的影响可能导致光波导膜产生裂纹，从而使光传输收到损失。
7.现有技术文献
8.专利文献
9.专利文献1：日本特开2006-195383号公报


技术实现要素：

10.本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种光的传播损耗小的光电器件，具备：基板；设置于所述基板上的规定区域并由铌酸锂或铌酸钽形成的光波导膜；缓冲层，与所述光波导膜邻接而形成；以及电极，对所述光波导膜施加电场，在所述规定区域外具备未透光的光波导膜。根据本发明的光电器件，通过设置未透光的光波导膜，能够减小从缓冲层施加于光波导膜的应力，抑制在光波导膜上产生裂纹，从而减小光传输损耗。
11.另外，本发明的光电器件中，优选地，所述光波导膜具有直线部，在该直线部的附近具备所述未透光的光波导膜。由此，进一步抑制在光波导膜上产生裂纹，从而减小光传输损耗。
12.另外，本发明的光电器件中，优选地，所述未透光的光波导膜具有多个。由此，根据
光波导膜的设置位置适宜地设置未透光的光波导膜，能够进一步抑制在光波导膜上产生裂纹，从而减小光传输损耗。
13.另外，本发明的光电器件中，优选地，所述未透光的光波导膜沿所述直线部设置。由此，进一步抑制在光波导膜上产生裂纹，从而减小光传输损耗。
14.另外，本发明的光电器件中，优选地，所述光波导膜与所述未透光的光波导膜的膜厚大致相同。由此，进一步抑制在光波导膜上产生裂纹，从而减小光传输损耗。
15.另外，本发明的光电器件中，优选地，在垂于光的传播方向的截面上，所述光波导膜介于所述未透光的光波导膜之间。由此，进一步抑制在光波导膜上产生裂纹，从而减小光传输损耗。
16.另外，本发明的光电器件中，优选地，在垂于光的传播方向的截面上，设置于所述基板上的所述未透光的光波导膜被所述缓冲层包围。由此，能够使未透光的光波导膜及其周围的缓冲层与光波导膜及其周围的缓冲层结构一致，进一步减小从缓冲层施加于光波导膜的应力，抑制在光波导膜上产生裂纹，从而减小光传输损耗。
17.另外，本发明的光电器件中，优选地，所述光波导膜具有互相相邻的第1光波导膜和第2光波导膜，所述未透光的光波导膜至少介于所述第1光波导膜和所述第2光波导膜之间。由此，能够进一步减小从缓冲层施加于光波导膜的应力，抑制在光波导膜上产生裂纹，从而减小光传输损耗。
18.另外，本发明的光电器件中，优选地，所述第1和第2光波导是马赫-曾德尔光波导。由此，能够实现高速的光电器件。
19.另外，本发明的光电器件中，优选地，所述未透光的光波导膜至少形成于所述光波导膜与所述基板的端部之间。由此，能够抑制来自于基板的端部应力施加于光波导膜，抑制在光波导膜上产生裂纹，从而减小光传输损耗。
20.发明的效果
21.根据本发明的光电器件，能够减小从缓冲层施加于光波导膜的应力，抑制在光波导膜上产生裂纹，从而减小光传输损耗。
附图说明
22.图1(a)和图1(b)是本发明的第1实施方式的光调制器100的俯视图，图1(a)仅示出光波导，图1(b)示出包括行波电极的光调制器100的光调制器100的整体。
23.图2是沿图1(a)和图1(b)的a-a'线的光调制器100的示意性截面图。
24.图3是本发明的第2实施方式的光调制器200的仅示出光波导的俯视图。
25.图4是本发明的第3实施方式的光调制器300的仅示出光波导的俯视图。
26.图5现有技术的光调制器400的截面结构。
具体实施方式
27.以下，参照附图，详细地说明用于实施本发明的方式。
28.图1(a)和图1(b)是本发明的第1实施方式的光调制器(光电器件)100的俯视图，图1(a)仅示出光波导，图1(b)示出包括行波电极的光调制器100的光调制器100的整体。
29.如图1(a)和图1(b)所示，该光调制器100具备：马赫-曾德尔光波导10，具有形成在
基板1上并彼此平行设置的第1和第2光波导10a,10b；沿第1光波导10a设置的第1电极7；沿第2光波导10b设置的第2电极8。
30.马赫-曾德尔光波导10例如是具有马赫-曾德尔干涉仪的结构的光波导。具有从一个输入光波导10i通过分波部10c分支的第1和第2光波导10a,10b，第1和第2光波导10a,10b经由合波部10d而合到一个输出光波导10o。输入光si通过分波部10c分波并分别行进于第1和第2光波导10a,10b，然后，在合波部10d合波，作为调制光so从输出光波导10输出。
31.第1电极7在俯视时覆盖第1光波导10a，同样第2电极8在俯视时覆盖第2光波导10b。也就是说，第1电极7经由缓冲层(将在后文描述)形成于第1光波导10a上，同样第2电极8经由缓冲层形成于第2光波导10b上。第1电极7例如与交流信号连接，可称为“跳变”电极。第2电极例如接地，可称为“接地”电极。
32.电信号(调制信号)输入到第1电极7。由于第1和第2光波导10a,10b由铌酸锂等具有电光效应的材料构成，因此通过施加到第1和第2光波导10a,10b的电场，第1和第2光波导10a,10b的折射率分别如 δn、-δn那样变化，一对光波导之间的相位差发生变化。通过该相位差的变化调制的信号光从输出光波导10o输出。
33.此外，在设置了第1和第2光波导10a,10b的区域(规定区域)以外的区域，还设置有形成于基板1上的未透光的光波导10x,10y,10z。此处，未透光的光波导10x,10y,10z可以是在实际工作中不进行光传输的光波导。即，输入光si并不在未透光的光波导10x,10y,10z中传播，这样，未透光的光波导10x,10y,10z上也无需设置将电场施加于其的电极。在图1(a)中，未透光的光波导10x,10y,10z例如沿着第1和第2光波导10a,10b的直线部而设置，并设置有多个(3个)。具体而言，未透光的光波导10y介于第1和第2光波导10a,10b之间。未透光的光波导10x,10y以其间介有第1光波导10a的方式设置。未透光的光波导10y,10z以其间介有第2光波导10b的方式设置。未透光的光波导10x,10y,10z可以均沿着第1和第2光波导10a,10b的延伸方向而延伸。
34.图2是沿图1(a)和图1(b)的a-a'线的光调制器100的示意性截面图。
35.如图2所示，本实施方式的光调制器100具有基板1、波导层2、缓冲层3以及电极层4按此顺序层叠而成的多层结构。基板1例如是蓝宝石基板，在基板1的表面上形成有由铌酸锂膜或铌酸钽构成的波导层2。波导层2具有第1和第2光波导10a,10b。第1和第2光波导10a,10b的宽度可以是例如1μm。
36.为了防止在第1和第2光波导10a,10b中传播的光被第1电极7或第2电极8吸收，缓冲层3至少形成在波导层2的第1和第2光波导10a,10b的上表面。因此，缓冲层3只要能够作为光波导与信号电极之间的中间层而起作用即可，并且缓冲层的材料只要是非金属，可以广泛地选择。例如，缓冲层可以使用由金属氧化物，金属氮化物和金属碳化物等的绝缘材料制成的陶瓷层。缓冲层材料可以是结晶性的材料或无定形的材料。作为更优选的实施方式，缓冲层3，可以使用折射率小于波导层2的折射率的材料，例如al2o3、sio2、laalo3、layo3、zno、hfo2、mgo、y2o3等。形成于光波导上的缓冲层的厚度可以为0.2～1.2μm左右。在本实施方式中，缓冲层3不仅覆盖第1和第2光波导10a,10b的上表面，并且埋入所述第1和第2光波导10a,10b之间。换言之，缓冲层3也形成于俯视时不与第1和第2光波导10a,10b重叠的区域中。缓冲层3覆盖未形成有波导层2的基板1上，第1和第2光波导10a,10b的侧面也被缓冲层3覆盖，因此可以防止由第1和第2光波导10a,10b的侧面的粗糙产生的散射损失。
37.在电极层4，设置有第1电极7、第2电极8。第1电极7经由缓冲层3而与第1光波导10a相对，设置成与对应于第1光波导10a的波导层2重叠，以调制在第1光波导10a内行进的光。第2电极8经由缓冲层3而与第2光波导10b相对，设置成与对应于第2光波导10b的波导层2重叠，以调制在第2光波导10b内行进的光。
38.如图2所示，未透光的光波导10x、第1光波导10a、未透光的光波导10y、第2光波导10b、未透光的光波导10z在垂直于光的传播方向上依次排列。第1光波导10a、第2光波导10b上经由缓冲层3而设置有第1电极7、第2电极8。未透光的光波导10x、未透光的光波导10y、未透光的光波导10z上设置有缓冲层3，但未设置有电极。这是因为，未透光的光波导10x,10y,10z在实际工作时只是起到虚设光波导的作用，并没有实际传输光信号。如图2所示，设置于基板1上的未透光的光波导10x,10y,10z被缓冲层3包围，并且第1和第2光波导10a,10b与未透光的光波导10x,10y,10z的膜厚大致相同，由此，未透光的光波导10x,10y,10z及其上的缓冲层3的结构与第1和第2光波导10a,10b及其上的缓冲层3的结构大致相同，能够减小从缓冲层3施加于光波导10a,10b的应力，抑制在光波导10a,10b上产生裂纹，从而提高可靠性并减小光传输损耗。
39.作为波导层2，只要是电光材料的话就没有特别限定，但优选由铌酸锂或铌酸钽构成。这是因为铌酸锂或铌酸钽具有大的电光学常数并且适合作为光调制器等的光学器件的构成材料。
40.作为基板1，只要是折射率低于铌酸锂膜或铌酸钽膜的基板就没有特别地限定，优选为能够使铌酸锂膜或铌酸钽膜形成为外延膜的基板，优选为蓝宝石单晶基板或硅单晶基板。单晶基板的结晶取向没有特别地限定。
41.铌酸锂膜或铌酸钽膜的膜厚优选为2μm以下。这是因为当膜厚加厚至其以上时，难以形成高质量的膜。另一方面，当光波导膜的膜厚过薄时，光波导膜中的光的限制变弱，光泄漏到基板或缓冲层并被导波。即使对光波导膜施加电场，也有可能减小光波导(1a,1b)的有效折射率的变化。因此，光波导膜优选为使用的光的波长的1/10左右以上的膜厚。
42.本发明的发明人为了验证未透光的光导波膜和光的传播损耗的关系，作了以下试验。其中，试样1是具有未透光的光导波膜的光电器件。试样2是除了不设置未透光的光导波膜以外，其余结构与试样1完全相同的光电器件。
[0043] 光导波膜上微裂纹的有无光的传播损耗试样1无12db试样2有不导光
[0044]
从表中可知，当设置有未透光的光导波膜时，光导波膜上没有微裂纹，光的传播损耗较小。而不设置未透光的光导波膜(虚设光导波膜)时，光导波膜上出现微裂纹，出现了“不导光”的问题。因此，根据第1实施方式的光调制器100，能够减小从缓冲层3施加于光波导10a,10b的应力，抑制在光波导10a,10b上产生裂纹，从而提高可靠性并减小光传输损耗。
[0045]
图3是本发明的第2实施方式的光调制器200的仅示出光波导的俯视图。如图3所示，第2实施方式的光调制器200的特征在于马赫-曾德尔光波导10由直线部和弯曲部的组合构成。更具体而言，马赫-曾德尔光波导10具有：彼此并行地配置的第1至第3直线部10e1、10e2、10e3；连接第1直线部10e1和第2直线部10e2的第1弯曲部10f1；连接第2直线部10e2和第3直线部10e3的第2弯曲部10f2。
[0046]
于是，本实施方式的光调制器200中，沿图中的a-a’线的马赫-曾德尔光波导10的直线部10
e1
,10
e2
,10
e3
的截面结构构成为成为图2所示的截面结构。即，第1电极7经由缓冲层3覆盖第1至第3直线部10
e1
,10
e2
,10
e3
中的第1光波导10a，此外第2电极8经由缓冲层3覆盖第1至第3直线部10
e1
,10
e2
,10
e3
中的第2光波导10b。优选第1电极7和第2电极8覆盖第1至第3直线部10
e1
,10
e2
,10
e3
的整体，但是例如也可以仅覆盖第1直线部10
e1
。
[0047]
在本实施方式中，输入光si被输入到第1直线部10e1的一端并且从第1直线部10e1的一端向另一端行进，在第1弯曲部10f1折返而从第2直线部10e2的一端朝着另一端在与第1直线部10e1相反的方向上行进，再有，在第2弯曲部10f2折返而从第3直线部10e3的一端朝着另一端在与第1直线部10e1相同的方向上行进。
[0048]
在光调制器中，元件长度长在实际应用中是大问题。然而，通过如图所示将光波导折返而构成，可以大大缩短元件长度并且可以获得显著的效果。特别地，由铌酸锂膜形成的光波导具有即使曲率半径减小到例如50μm左右损失也小的特征，适合于本实施方式。
[0049]
此外，本实施方式中，在设置了第1和第2光波导10a,10b的区域(规定区域)以外的区域，还设置有形成于基板1上的未透光的光波导10j,10k。未透光的光波导10j形成于第1直线部10e1与基板1的端部之间。优选地，未透光的光波导10j沿着第1直线部10e1而形成。此外，图3所示的未透光的光波导10j为连续地形成，但不限于此，也可以断续地形成。例如,未透光的光波导10j可以形成为岛状图案，各个岛状图案可以沿直线排列。类似地，未透光的光波导10k优选形成于第3直线部10e3与基板1的端部之间。优选地，未透光的光波导10k沿着第3直线部10e3而配置。此外，图3所示的未透光的光波导10k为连续地形成，但不限于此，也可以断续地形成。例如,未透光的光波导10k可以形成为岛状图案，各个岛状图案可以沿直线排列。未透光的光波导10j,10k的截面结构可以与图2所示的未透光的光波导10x,10y,10z为相同的结构。根据第2实施方式的光调制器200，也能够获得与第1实施方式的光调制器100相同的效果，能够减小从缓冲层3施加于光波导10a,10b(第1直线部10
e1
和第3直线部10
e3
)的应力，抑制在光波导10a,10b上产生裂纹，从而提高可靠性并减小光传输损耗。此外，由于在基板的端部特别容易受到外部应力的影响，通过将未透光的光波导10j,10k设置于基板的端部附近，能够进一步抑制在光波导10a,10b上产生裂纹，从而提高可靠性并减小光传输损耗。
[0050]
图4是本发明的第3实施方式的光调制器300的仅示出光波导的俯视图。第3实施方式的光调制器300与第2实施方式的光调制器200的区别在于，还具备设置于第1直线部10e1和第2直线部10e2之间的未透光的光波导10p以及设置于第2直线部10e2和第3直线部10e3之间的未透光的光波导10q。具体而言，未透光的光波导10j与未透光的光波导10p以其间介有第1直线部10e1而相对的方式配置。未透光的光波导10p与未透光的光波导10q以其间介有第2直线部10e2而相对的方式配置。未透光的光波导10q与未透光的光波导10k以其间介有第3直线部10e3而相对的方式配置。未透光的光波导10j,10p,10q,10k的截面结构可以与图2所示的未透光的光波导10x,10y,10z为相同的结构。根据第3实施方式的光调制器300，也能够获得与第1实施方式的光调制器100相同的效果，能够减小从缓冲层3施加于光波导10a,10b(第1至第3直线部10
e1
,10
e2
,10
e3
)的应力，抑制在光波导10a,10b(第1至第3直线部10
e1
,10
e2
,10
e3
)上产生裂纹，从而提高可靠性并减小光传输损耗。虽然以上结合附图和实施例对本发明进行了具体说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本发明。例如，上
述说明中，以第1电极为跳变电极，第2电极为接地电极进行说明。但不限于此，第1和第2电极可以为对光波导施加电场的任意电极。此外，上述说明中，未透光的光波导设置于光波导的直线部附近，但不限于此，未透光的光波导也可以设置于光波导的曲折部或弯折部。
[0051]
本领域技术人员在不偏离本发明的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本发明进行变形和变化，这些变形和变化均落入本发明的范围内。
[0052]
符号说明
[0053]1…
基板；2
…
波导层；3
…
缓冲层；4
…
电极层；7
…
第1电极；8
…
第2电极；10
…
马赫-曾德尔光波导；10a
…
第1光波导；10b
…
第2光波导；10c
…
分波部；10d
…
合波部；10i
…
输入光波导；10o
…
输出光波导；10
e1
…
马赫-曾德尔光波导的第1直线部；10
e2
…
马赫-曾德尔光波导的第2直线部；10
e3
…
马赫-曾德尔光波导的第3直线部；10
f1
…
马赫-曾德尔光波导的第1曲线部；10
f2
…
马赫-曾德尔光波导的第2曲线部；10i
…
输入光波导；10o
…
输出光波导。