JP2002182173A

JP2002182173A - 光導波路素子及び光導波路素子の製造方法

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Publication number: JP2002182173A
Application number: JP2000381231A
Authority: JP
Inventors: Hirotoshi Nagata; 裕俊永田; Futoshi Yamamoto; 太山本; Yuji Yamane; 裕治山根; Tokuichi Miyazaki; 徳一宮崎
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2002-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】素子チップ単位の処理を必要としない、焦電
効果防止に対応した新規な構成の光導波路素子を提供す
るとともに、その製造方法を提供する。【解決手段】ニオブ酸リチウムのＸカット板などから
なる基板の、変調用電極が形成された主面と反対側の裏
面において、凹部を形成する。そして、この凹部の内面
の少なくとも一部に導電膜を形成し、接地する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路素子及び
光導波路素子の製造方法に関し、さらに詳しくは、高速
・大容量光ファイバ通信システムに用いられる導波路型
光強度変調器、位相変調器、及び偏波スクランブラなど
に好適に使用することのできる光導波路素子及び光導波
路素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ニオブ酸リチウムに代表される電気光学
結晶からなる基板を用いた光導波路素子には、前記電気
光学結晶の焦電効果により発生する電荷によって、その
温度特性が不安定になるという問題がある。

【０００３】図１は、従来の光導波路素子の一例を示す
断面図である。図１に示す光導波路素子は、ニオブ酸リ
チウム結晶（ＬｉＮｂＯ_３：以下、「ＬＮ」と略す場合
がある）などのＸカット板からなる基板１の表層部分に
チタン拡散法などによって作製した光導波路２を有する
とともに、基板１上においてバッファ層３を介して変調
用電極４を有している。

【０００４】ＬＮのＸカット板から基板を構成した場
合、焦電効果はそのＺ軸方向に発現するので、図１に示
すような光導波路素子を構成することにより、焦電効果
の影響は基板１の側面１Ａのみに生じ、主面１Ｂには生
じない。したがって、光導波路２及び変調用電極４は、
基板１の焦電効果による実用上大きな問題となる影響を
受けることがない。

【０００５】しかしながら、図１に示すような光導波路
素子においては、基板１の側面１Ａに生じる焦電効果の
ために素子の温度特性が僅かながら不安定となり、例え
ば、動作点制御のためのＤＣバイアス電圧が温度変化に
対して細かいランダムな変化を示し、特に急な温度変化
が加わった場合などに、環境温度変化に対する動作点制
御を完璧に行うことができないなどの問題があった。こ
のため、図２に示すように、基板１の側面１Ｂに導電膜
６を設け、これを接地することによって、上記のような
焦電効果を防止することが試みられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２に
示すような光導波路素子を作製する場合においては、Ｌ
Ｎウエハに光導波路素子アセンブリを形成した後、これ
を切断して素子チップを作製し、この素子チップの側面
に対して導電膜を形成する必要がある。このような導電
膜は、蒸着法又はスパッタリング法によって形成される
が、素子チップを構成する変調用電極間に導電膜が堆積
して短絡状態とならないように、個々の素子チップの表
面に所定のマスクを施した後に、この素子チップの側面
に導電膜を作製する必要が生じる。

【０００７】このような素子チップ単位の処理は作業が
繁雑であり、上述したような光導波路素子を量産する際
の障害となる。また、素子チップ自体が細長いため、チ
ップ単位の処理においては破損する割合が高くなる。

【０００８】本発明は、素子チップ単位の処理を必要と
しない、焦電効果防止に対応した新規な構成の光導波路
素子を提供するとともに、その製造方法を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明は、電気光学効果を有する基板と、この基板に形
成された光導波路と、前記基板の主面上に形成された変
調用電極とを具えた光導波路素子であって、前記基板
の、前記変調用電極が形成された主面と反対側の裏面に
おいて凹部が形成され、前記凹部の内面の少なくとも一
部に導電膜が形成されるとともに、この導電膜は電気的
に接地されたことを特徴とする、光導波路素子に関す
る。

【００１０】本発明者らは、素子チップ単位での処理を
必要とすることなく、焦電効果の発現を防止することの
できる新規な構成の光導波路素子を得るべく、鋭意検討
を行った。その結果、電気光学効果を有する基板の裏面
に凹部を形成し、この凹部の内面の少なくとも一部に導
電膜を形成するとともに、これをチップ実装時に接地す
るようにして光導波路素子を構成することにより、上記
目的を達成できることを見出した。

【００１１】すなわち、基板側面に導電膜を形成し、こ
れを接地することによって焦電効果の発現を防止する、
図２に示す従来の光導波路素子と異なり、本発明の光導
波路素子は、基板の裏面に凹部を形成し、この凹部の内
面の少なくとも一部に導電膜を形成し、これを接地する
ことによって焦電効果の発現を防止している。

【００１２】したがって、導電膜を形成するに際して素
子チップ毎に切り出す必要がなく、複数の光導波路素子
アセンブリが形成されたウエハの段階で導電膜を形成す
ることができる。すなわち、複数の光導波路素子アセン
ブリが形成されたウエハの段階で、その裏面に対して溝
加工を行い、形成された凹部内に導電膜を形成し、焦電
効果の発現を防止することができる。このため、上述し
たような素子チップ毎の処理に伴う不都合を防止するこ
とができる。

【００１３】また、導電膜は基板の裏面に対して形成す
るために、基板の主面側において前記導電膜がほとんど
堆積しなくなる。したがって、光導波路素子アセンブリ
に対して要求されるマスキングの必要性も緩和される。

【００１４】本発明の光導波路素子の製造方法は、上述
した本発明の光導波路素子の構成に基づくものであり、
電気光学効果を有するウエハの主面側において、光導波
路と変調用電極とを具える複数の光導波路素子アセンブ
リを形成する工程と、前記ウエハの裏面において、前記
複数の光導波路素子アセンブリのそれぞれに対して凹部
を形成する工程と、前記凹部の内面の少なくとも一部に
導電膜を形成する工程と、前記ウエハを前記光導波路素
子アセンブリ毎に切り出す工程と、を含むことを特徴と
する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照しなが
ら、発明の実施の実施の形態に基づいて詳細に説明す
る。図３は、本発明の光導波路素子の一例を示す断面図
である。なお、図１及び２に示す光導波路素子と同様の
構成部分に対しては、同一の参照符号を用いている。

【００１６】図３に示す光導波路素子は、例えばＬＮな
どのＸカット板からなる、電気光学効果を有する基板１
と、この基板１の表層部分に形成された光導波路２と、
基板１上においてバッファ層３を介して変調用電極４と
を具えている。基板１の裏面１Ｃには、光の導波方向に
凹部７が形成されており、凹部７の、前記光の導波方向
における側面７Ａには導電膜８が形成されている。そし
て、導電膜８は接地されている。

【００１７】基板がＬＮのＸカット板などから構成され
るような場合においては、図３に示すように、少なくと
も凹部７の側面７Ａに導電膜８が形成されていることが
好ましい。この場合、ＬＮのＺ軸は基板１の主面１Ｂに
平行となり、その焦電電荷は図１に示すように、基板１
の側面側に発生する。したがって、図３に示すように基
板１の裏面１Ｃに凹部７を形成した場合、焦電電荷は凹
部７の側面７Ａに発生するようになるため、この部分に
導電膜８を形成するとともにこれを接地することによっ
て焦電電荷を効果的に打ち消し、焦電効果による素子の
温度特性変動を効果的に防止することができる。

【００１８】図４は、本発明の光導波路素子の他の例を
示す断面図である。なお、図４においても、図１及び２
に示す光導波路素子と同様の構成部分に対しては、同一
の参照符号を用いている。

【００１９】図４に示す光導波路素子は、例えばＬＮな
どのＺカット板からなる、電気光学効果を有する基板１
と、この基板１の表層部分に形成された光導波路２と、
基板１上においてバッファ層３を介して変調用電極４と
を具えている。基板１の裏面１Ｃには凹部７が形成され
ており、凹部７の底面７Ｂには導電膜９が形成されてい
る。そして、導電膜９は接地されている。

【００２０】基板がＬＮのＺカット板などから構成され
るような場合においては、図４に示すように、少なくと
も凹部７の底面７Ｂに導電膜９が形成されていることが
好ましい。この場合、ＬＮのＺ軸は基板１の主面１Ｂに
垂直となり、その焦電電荷は、基板１の主面側及び裏面
側に発生する。したがって、図４（ａ）に示すように基
板１の裏面１Ｃに凹部７を形成した場合、焦電電荷は凹
部７の底面７Ｂに発生するようになるため、この部分に
導電膜９を形成するとともにこれを接地することによっ
て焦電電荷を効果的に打ち消し、焦電効果による素子の
温度特性変動を効果的に防止することができる。

【００２１】なお、図４（ｂ）に示すように、基板１の
裏面１Ｃの部分に導電膜９が形成されていても良い。

【００２２】図５は、図３に示す光導波路素子の変形例
である。図５に示す光導波路素子は、凹部７の全面に亘
って導電膜８が形成されている点で、図３に示す光導波
路素子と異なる。図５に示すように、凹部７の全面に亘
って導電膜を形成することにより、焦電電荷打ち消しの
効果が増大し、焦電効果による素子の温度特性変動をよ
り効果的に防止することができる。また、導電膜作製時
の、凹部内面における部分マスキングが不要となるた
め、導電膜の形成自体も容易に行うことができる。上記
効果は、図４に示す光導波路素子の場合においても、凹
部７内全面に導電膜を形成することによって得ることが
できる。

【００２３】なお、凹部７内の全面に導電膜を形成する
に際しては、基板１の裏面１Ｃ上を覆うようにしても良
い。この場合においては、ウエハ状態において、凹部の
形成された裏面に対して特別なマスクを用いることな
く、一様に導電膜を形成すれば良いため、さらなる作業
の効率化を図ることができる。また、焦電効果の発生を
より効果的に抑制することができる。

【００２４】なお、図３〜５に示す光導波路素子におい
て、凹部７は、変調用電極４により光導波路２に印加さ
れる高周波電気信号と、光導波路２を導波する光波とが
実質的に相互作用する領域の少なくとも一部に形成され
ることが好ましい。

【００２５】また、凹部７の大きさについては特に限定
されるものではなく、必要に応じて任意の大きさに形成
することができる。しかしながら、ＬＮのＸカット板又
はＺカット板を用いて、図３〜５に示すような光導波路
素子の場合、幅は５０〜１０００μｍであり、長さは１
０〜８０ｍｍであり、深さは１００〜９００μｍであ
る。

【００２６】同様に、導電膜の厚さも特に限定されるも
のではないが、図３〜５に示すような光導波路素子にお
いては、０．１〜１μｍである。導電膜は、Ｔｉ、Ｃ
ｒ、Ｎｉ及びＡｕなどの導電性の材料から作製すること
ができる。

【００２７】次に、本発明の光導波路素子の製造方法に
ついて説明する。図６は、本発明の光導波路素子の製造
方法を説明するための一工程図である。最初に、ＬＮの
Ｘカット板などから構成されるウエハ１０の主面上に、
光導波路及び変調用電極、並びに必要に応じてバッファ
層を形成してなる複数の光導波路素子アセンブリを形成
する。

【００２８】その後、図６に示すように、ウエハ１０の
裏面１０Ｃにおいて、主面側に形成された複数の光導波
路素子アセンブリに対応させて凹部１７−１〜１７−ｎ
を形成する。これらの凹部は、所定のマスクを用いるこ
とにより、レーザアブレーション法、サンドブラスト
法、及びダイシング法などによって形成することができ
る。

【００２９】次いで、ウエハ１０の裏面１０Ｃ上に、蒸
着法又はスパッタリング法などで所定のマスクを用いて
導電膜１８を形成する。図５において説明したように、
基板１の裏面１Ｃを覆うように導電膜８を形成する場合
においては、ウエハ１０の裏面１０Ｃ上において、一様
に導電膜１８を形成する。また、図３に示すように、凹
部７の側面７Ａのみに導電膜８を形成する場合において
は、例えば、蒸着法などを用いるとともに、ウエハ１０
の全体をその蒸着源の入射方向から所定の角度傾けた状
態において導電膜１８を作製する。

【００３０】その後、ウエハ１０を光導波路素子アセン
ブリ毎に切出し、目的とする図３〜５に示すような光導
波路素子を得る。

【００３１】

【実施例】図７は、上述した本発明の製造方法にしたが
って作製した、図５に示す構成の光導波路素子におけ
る、ＤＣバイアス電圧の温度依存性を示すグラフであ
る。なお、凹部７の寸法は、幅５００μｍ、長さ４０ｍ
ｍ、深さ７５０μｍであり、導電膜７は、基板１の裏面
１Ｃを覆うようにＣｒより厚さ０．３５μｍに形成し
た。

【００３２】また、基板１はＬＮのＸカット板から構成
し、光導波路２はチタン熱拡散法により形成した。ま
た、バッファ層３はＳｉＯ_２より形成し、変調用電極４
はＡｕ電極より構成した。図７から明らかなように、Ｄ
Ｃバイアス電圧は、温度上昇とともにほぼ単調に増加
し、温度降下とともにほぼ単調に減少していることが分
かる。

【００３３】一方、図８は、図１に示す構成の従来の光
導波路素子における、ＤＣバイアス電圧の温度依存性を
示すグラフである。なお、この光導波路素子は、凹部７
及び導電膜８を有しない以外は、上記光導波路素子と同
様の構成を有している。図８から明らかなように、ＤＣ
バイアス電圧は、温度上昇及び温度降下時において部分
的にランダムな変化を示していることが分かる。すなわ
ち、本発明の光導波路素子及び光導波路素子の製造方法
によれば、焦電効果の発現が効果的に防止され、光導波
路素子における温度特性が安定化されることが分かる。

【００３４】以上、具体例を挙げながら発明の実施の形
態に則して本発明を具体的に説明してきたが、本発明は
上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸
脱しない限りにおいてあらゆる変更や変形が可能であ
る。

【００３５】

【発明の効果】本発明の光導波路素子及び光導波路素子
の製造方法によれば、焦電効果を効果的に防止して良好
な温度特性を有する光導波路素子を得ることができる。
また、素子チップ単位の処理を必要としないので、焦電
効果を抑止した上記光導波路素子を歩留まり良く量産す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の光導波路素子の一例を示す断面図であ
る。

【図２】従来の光導波路素子の他の例を示す断面図で
ある。

【図３】本発明の光導波路素子の一例を示す断面図で
ある。

【図４】本発明の光導波路素子の他の例を示す断面図
である。

【図５】図３に示す光導波路素子の変形例を示す平面
図である。

【図６】本発明の光導波路素子の製造方法を説明する
ための一工程図である。

【図７】本発明の光導波路素子における、ＤＣバイア
ス電圧の温度依存性を示すグラフである。

【図８】従来の光導波路素子における、ＤＣバイアス
電圧の温度依存性を示すグラフである。

【符号の説明】１基板１Ａ基板の側面１Ｂ基板の主面１Ｃ基板の裏面２光導波路３バッファ層４変調用電極６、８、９、１８導電膜７、１７−１〜１７−ｎ凹部７Ａ凹部の側面７Ｂ凹部の底面１０ウエハ１０Ｃウエハの裏面

フロントページの続き (72)発明者山根裕治千葉県船橋市豊富町585番地住友大阪セメント株式会社新規技術研究所内 (72)発明者宮崎徳一千葉県船橋市豊富町585番地住友大阪セメント株式会社新規技術研究所内Ｆターム(参考） 2H047 KA04 NA02 PA01 PA24 QA03 RA08 2H079 AA02 AA12 BA01 BA03 CA04 DA03 EA03 EA24 EB05 HA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気光学効果を有する基板と、この基板
に形成された光導波路と、前記基板の主面上に形成され
た変調用電極とを具えた光導波路素子であって、前記基板の、前記変調用電極が形成された主面と反対側
の裏面において凹部が形成され、前記凹部の内面の少な
くとも一部に導電膜が形成されるとともに、この導電膜
は電気的に接地されたことを特徴とする、光導波路素
子。
【請求項２】前記基板は、電気光学結晶材料のＸカッ
ト板からなり、前記凹部は光の導波方向に形成され、前
記導電膜は、前記凹部の、少なくとも前記光の導波方向
における側面上に形成されたことを特徴とする、請求項
１に記載の光導波路素子。
【請求項３】前記基板は、電気光学結晶材料のＺカッ
ト板からなり、前記導電膜は、前記凹部の少なくとも底
面上に形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の
光導波路素子。
【請求項４】前記導電膜は、前記凹部の全面に形成さ
れたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記
載の光導波路素子。
【請求項５】前記電気光学材料は、ニオブ酸リチウム
単結晶であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれ
か一に記載の光導波路素子。
【請求項６】電気光学効果を有するウエハの主面側に
おいて、光導波路と変調用電極とを具える複数の光導波
路素子アセンブリを形成する工程と、前記ウエハの裏面において、前記複数の光導波路素子ア
センブリのそれぞれに対して凹部を形成する工程と、前記凹部の内面の少なくとも一部に導電膜を形成する工
程と、前記ウエハを前記光導波路素子アセンブリ毎に切り出す
工程と、を含むことを特徴とする、光導波路素子の製造方法。
【請求項７】前記基板は、電気光学結晶材料のＸカッ
ト板からなり、前記凹部は光の導波方向に形成され、前
記導電膜は、前記凹部の、少なくとも前記光の導波方向
における側面上に形成することを特徴とする、請求項６
に記載の光導波路素子の製造方法。
【請求項８】前記基板は、電気光学結晶材料のＺカッ
ト板からなり、前記導電膜は、前記凹部の少なくとも底
面上に形成することを特徴とする、請求項６に記載の光
導波路素子の製造方法。