JP2574606B2 - Dielectric optical waveguide device and method of manufacturing the same - Google Patents
Dielectric optical waveguide device and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、誘電体光導波路を用い
た光強度変調、光スイッチングなどを行う各種光導波路
素子の高性能化に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to improving the performance of various optical waveguide devices for performing light intensity modulation, optical switching, and the like using a dielectric optical waveguide.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、光導波路素子、例えば光(強度)
変調器、光スイッチ、光偏波面制御素子、光伝搬モード
制御素子などは、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リ
チウムなどの電気光学効果を有する単結晶誘電体に、単
一モード伝搬の光導波路を形成し、その形状を工夫する
とともに電極を適当な形で設け、電気光学効果により光
導波路通過光を制御して行っている。光導波路の作製
は、単結晶誘電体の場合、金属、例えばチタンを蒸着
し、高温で熱拡散することにより、拡散部分の屈折率を
他の部分よりも少し高くすることによって、光を閉じこ
めるようにしたり、あるいは所定部分に金属マスクをし
て、200から300℃の燐酸中でプロトンイオン交換
を行い、屈折率を一部変えるなどして光導波路を形成し
ている。しかしいずれの方法も表面からの拡散処理によ
り光導波路を形成していることから、光導波路の断面形
状が拡散に従った形状になるため、色々不都合があっ
た。2. Description of the Related Art Conventionally, an optical waveguide device, for example, light (intensity)
Modulators, optical switches, optical polarization plane control elements, light propagation mode control elements, etc. form a single mode propagation optical waveguide in a single crystal dielectric having an electro-optic effect such as lithium niobate or lithium tantalate. The shape is devised, the electrodes are provided in an appropriate shape, and the light passing through the optical waveguide is controlled by the electro-optic effect. In the case of a single-crystal dielectric, a metal waveguide, for example, titanium is vapor-deposited and thermally diffused at a high temperature. An optical waveguide is formed by performing a proton ion exchange in phosphoric acid at 200 to 300 ° C., or changing a part of the refractive index by using a metal mask on a predetermined portion. However, since the optical waveguide is formed by the diffusion treatment from the surface in any of the methods, the cross-sectional shape of the optical waveguide is in accordance with the diffusion, so that there are various inconveniences.
【0003】大きな課題の一つに、光導波路と光ファイ
バーとの結合損失がある。光ファイバーの断面形状は円
形、同心円状であるのに対して、光導波路の形状は、表
面からの拡散によるため逆三角形に似た形状であり、か
つ導波光の強度の最も強い部分が、表面近くにあるた
め、光ファイバーとの光結合があまりうまくいかず、そ
こで大きな損失を生じていた。光導波路素子では、光の
結合損失の低減は極めて重要な課題となっている。One of the major problems is a coupling loss between an optical waveguide and an optical fiber. The cross-sectional shape of the optical fiber is circular or concentric, whereas the shape of the optical waveguide is similar to an inverted triangle due to diffusion from the surface, and the portion where the intensity of the guided light is strongest near the surface. Therefore, the optical coupling with the optical fiber did not work very well, causing a large loss there. In an optical waveguide device, reduction of light coupling loss is an extremely important issue.
【0004】また拡散処理を行うことにより、拡散前よ
りも光伝搬損失が増大するという課題もあった。チタン
拡散光導波路の場合、通常1dB/cm程度の伝搬損失
が生ずる。伝搬損失の低減も光導波路素子の大きな課題
となっている。[0004] Further, there is another problem that the light propagation loss is increased by performing the diffusion process as compared with before the diffusion. In the case of a titanium diffused optical waveguide, a propagation loss of about 1 dB / cm usually occurs. Reduction of propagation loss has also been a major issue for optical waveguide devices.
【0005】また同じく拡散処理により光損傷が大きく
なるという課題もあった。これは、強度の強い光ないし
は短波長の光を拡散型光導波路に入れると、伝搬損失が
時間とともに増大するというものである。これは光導波
路形成に用いた光導波路中の拡散イオンにより、光導波
路中に電子のトラップが増大することによると考えられ
ている。[0005] There is also a problem that light damage is increased by the diffusion process. This means that when light of high intensity or light of a short wavelength is put into the diffusion type optical waveguide, the propagation loss increases with time. This is considered to be due to an increase in trapping of electrons in the optical waveguide due to diffusion ions in the optical waveguide used for forming the optical waveguide.
【0006】イオン拡散型でない光導波路の形成方法と
して、単結晶のエピタキシャル成長膜を用いる方法が知
られている。例えば、タンタル酸リチウム基板にニオブ
酸リチウムとタンタル酸リチウムの混晶膜を形成した光
導波路が知られている。しかしこの方法にはいくつかの
制約がある。まず第1に、エピタキシャル成長膜は成長
速度や成長時に発生する結晶内の歪の問題から、5μm
以上の膜厚を実用的に得ることが困難であり、コア径約
10μmの光ファイバーとの結合特性が悪くなる。As a method for forming an optical waveguide that is not of the ion diffusion type, a method using a single crystal epitaxial growth film is known. For example, an optical waveguide in which a mixed crystal film of lithium niobate and lithium tantalate is formed on a lithium tantalate substrate is known. However, this method has some limitations. First, the epitaxially grown film has a thickness of 5 μm due to the problem of the growth rate and the strain in the crystal generated during the growth.
It is difficult to practically obtain the above film thickness, and the coupling characteristic with an optical fiber having a core diameter of about 10 μm is deteriorated.
【0007】またエピタキシャル成長の条件が限られて
いる。結晶格子間隔がほぼ同じでなければエピタキシャ
ル成長が困難であることから、タンタル酸リチウム基板
上に、純粋のニオブ酸リチウムを形成することは困難で
あり、そのため混晶膜の成長に留まっている。ニオブ酸
リチウムの場合、混晶膜よりも、純粋のニオブ酸リチウ
ムの方が、光導波路特性全般に優れている。Further, conditions for epitaxial growth are limited. It is difficult to form pure lithium niobate on a lithium tantalate substrate because the epitaxial growth is difficult if the crystal lattice spacing is not substantially the same, so that only the mixed crystal film is grown. In the case of lithium niobate, pure lithium niobate is superior to the mixed crystal film in overall optical waveguide characteristics.
【0008】同種のエピタキシャル成長は可能である
が、結晶方位が同じとなるため、屈折率が一様な基板と
なり、光導波路を形成できないなどの課題があった。Although the same kind of epitaxial growth is possible, since the crystal orientation is the same, the substrate has a uniform refractive index, and there is a problem that an optical waveguide cannot be formed.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】上記の如く、単一基板
に上からの拡散法のみにより形成した光導波路あるいは
エピタキシャル成長膜を用いた光導波路素子では、光導
波路と光ファイバーとの結合損失が大きい、伝搬損失が
大きい、光損傷が大きいなどという課題があった。As described above, in an optical waveguide element formed by using only the diffusion method from above on a single substrate or an optical waveguide element using an epitaxially grown film, the coupling loss between the optical waveguide and the optical fiber is large. There were problems such as large propagation loss and large optical damage.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、ガラス基体に直接接合もしくはガラスもしくは珪素
もしくは珪素化合物を用いて接合された電気光学効果を
有する単結晶誘電体基板内に、前記ガラス基体との屈折
率差により閉じこめられた光導波路を有し、その光導波
路を通る光を電気光学効果により制御するようにしたも
のである。In order to solve the above-mentioned problems, a glass substrate is provided in a single crystal dielectric substrate having an electro-optic effect directly bonded to a glass substrate or bonded using glass or silicon or a silicon compound. And an optical waveguide confined by a refractive index difference between the optical waveguide and the optical waveguide, and light passing through the optical waveguide is controlled by an electro-optic effect.
【0011】[0011]
【作用】上記のような構成とすることにより、光ファイ
バーとの結合損失の少ない、伝搬損失の少ない、光損傷
の少ない光導波路素子が得られる。With the above configuration, an optical waveguide device having a small coupling loss with an optical fiber, a small propagation loss, and a small optical damage can be obtained.
【0012】[0012]
【実施例】以下本発明の実施例の光導波路素子、特に光
変調器に適用した場合の構成とその製造方法について、
図面を参照しながら説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An optical waveguide device according to an embodiment of the present invention, in particular, a configuration when applied to an optical modulator and a method of manufacturing the same will be described.
This will be described with reference to the drawings.
【0013】(実施例1)本実施例の構造の第1の例を
図1および図2に示す。図1は、光変調器に適用した場
合を示したもので、1はガラス基体、2はガラス基体1
に直接接合された単結晶誘電体基板で、具体的にはニオ
ブ酸リチウム基板、3はニオブ酸リチウム基板2に形成
された入出力光導波路部、4は入力部から二つに分岐さ
れたうちの一方の分岐光導波路、5は他方の分岐光導波
路、6および7は分岐光導波路5の両側に形成された電
極である。図2はその中心部分の断面図で、図におい
て、1、2、4、5、6、7の各構成要素の名称は、図
1と同じである。分岐光導波路4、5は、断面、頭の部
分が台形となっており、いわゆるリッジ型光導波路の構
造となっている。入出力光導波路3の断面形状も同じに
なっている。8は導波光伝搬部を示したものである。光
変調器の構成そのものは、いわゆるマッハーゼンダー型
と呼ばれるもので、入力部より入射した光を、二つに分
岐し、分岐した一方の光導波路に電界を加え、電気光学
効果により、光導波路部の屈折率を変えて導波光の伝搬
速度を変え、再結合部での光の位相が異なるようにする
ことにより、出力部の光の強度を変調するようにしたも
のである。Embodiment 1 FIGS. 1 and 2 show a first example of the structure of this embodiment. FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to an optical modulator.
A lithium niobate substrate, specifically, an input / output optical waveguide section formed on a lithium niobate substrate 2, and a single crystal dielectric substrate 4 divided from an input section. 5 is the other branch optical waveguide, and 6 and 7 are electrodes formed on both sides of the branch optical waveguide 5. FIG. 2 is a cross-sectional view of the central portion. In the figure, the names of the components 1, 2, 4, 5, 6, and 7 are the same as those in FIG. The branch optical waveguides 4 and 5 have a trapezoidal section and a head portion, and have a so-called ridge-type optical waveguide structure. The cross-sectional shape of the input / output optical waveguide 3 is also the same. Reference numeral 8 denotes a guided light propagation unit. The configuration of the optical modulator itself is what is called a Mach-Zehnder type. The light incident from the input part is split into two, an electric field is applied to one of the branched optical waveguides, and the electro-optical effect is applied to the optical waveguide. The intensity of the light at the output unit is modulated by changing the refractive index of the light and changing the propagation speed of the guided light so that the phase of the light at the recombination unit is different.
【0014】屈折率にある程度以上の差がある層を2
層、積層にすれば、光を屈折率の大きい方に閉じこめる
ことができ、光導波路の形成が可能となる。ニオブ酸リ
チウムの屈折率は2.29であり、ガラスの屈折率は、
通常1.4から1.6の範囲にあるので、本実施例の構
造にした場合、光はニオブ酸リチウム基板内に閉じこめ
られる。さらにニオブ酸リチウム基板に、エッチングな
どにより光導波路部のみ少し厚みの厚くなる、いわゆる
リッジ構造を形成することにより、リッジ下部の部分の
方が、その他の部分よりも実効屈折率が大きくなるた
め、光はリッジ下部に閉じこめられ、したがってリッジ
下部が光導波路として作用する。A layer having a difference in refractive index of a certain degree or more
When the layers and the layers are stacked, light can be confined in a direction having a large refractive index, and an optical waveguide can be formed. The refractive index of lithium niobate is 2.29, and the refractive index of glass is
Since the light intensity is normally in the range of 1.4 to 1.6, in the case of the structure of this embodiment, light is confined in the lithium niobate substrate. Furthermore, by forming a so-called ridge structure in which only the optical waveguide portion is slightly thicker by etching or the like on the lithium niobate substrate, the portion under the ridge has a larger effective refractive index than the other portions. Light is confined under the ridge, so that the ridge acts as an optical waveguide.
【0015】この場合の導波路形状は、頭部が台形ない
しは矩形で内部は均一の屈折率からなることにより、導
波光の中心は、光導波路の中心付近になり、かつ円形に
近い形となる。入出力光導波路部断面も同じ形状であ
り、したがって、光ファイバーの直径約10μmの円形
光導波路部構造との結合効率は極めて良好となる。In this case, the waveguide has a trapezoidal or rectangular head and a uniform refractive index inside, so that the center of the guided light is near the center of the optical waveguide and has a shape close to a circle. . The input / output optical waveguide section also has the same shape, so that the coupling efficiency with the optical fiber circular optical waveguide structure having a diameter of about 10 μm is extremely good.
【0016】本実施例の各寸法の代表値は、ガラス基体
1の厚みが1mm、ニオブ酸リチウム基板2の厚みが7
ミクロン、リッジ頭部でっぱりの高さが3ミクロン、光
導波路幅は10ミクロン、分岐光導波路部の長さは2c
m、光導波路部全体の長さは4cmである。電極はアル
ミニウムを用いた。以上のような構成とすることによ
り、光ファイバーとの結合損失は、屈折率の整合をとっ
た接着材を用いて接着固定することにより、片面で0.
3dB以下となった。従来のチタン拡散光導波路を用い
た場合、同様の接着固定方法で、結合損失は約0.5か
ら1.0dBであったことから大幅に改善された。光変
調器としての性能は、従来のチタン拡散光導波路で構成
したものとほぼ同様の性能が得られた。The typical values of the dimensions in this embodiment are as follows: the thickness of the glass substrate 1 is 1 mm, and the thickness of the lithium niobate substrate 2 is 7 mm.
Micron, the height at the ridge top is 3 microns, the optical waveguide width is 10 microns, and the length of the branch optical waveguide is 2c.
m, the length of the entire optical waveguide section is 4 cm. Aluminum was used for the electrodes. With the above-described configuration, the coupling loss with the optical fiber can be reduced to 0.1 mm on one side by bonding using an adhesive whose refractive index is matched.
It became 3 dB or less. When the conventional titanium diffused optical waveguide was used, the coupling loss was about 0.5 to 1.0 dB with the same method of bonding and fixing, so that it was greatly improved. The performance as an optical modulator was almost the same as that of a conventional titanium diffused optical waveguide.
【0017】また光導波路として、イオン拡散処理を行
わない純粋の単結晶としての光学特性を有するニオブ酸
リチウム基板を用いているため、光の伝搬損失も極めて
小さくすることができた。具体的には、0.1dB/c
m以下の光導波路伝搬損失が容易に得られた。通常チタ
ン拡散光導波路の場合、0.5から1.0dB/cmで
あったので、大幅に特性が改善された。In addition, since a lithium niobate substrate having optical characteristics as a pure single crystal not subjected to ion diffusion processing is used as the optical waveguide, light propagation loss can be extremely reduced. Specifically, 0.1 dB / c
An optical waveguide propagation loss of m or less was easily obtained. In the case of the titanium diffused optical waveguide, the characteristic was significantly improved since the value was 0.5 to 1.0 dB / cm.
【0018】また入射光の強度を0dBmから20dB
mまで変えて、光損傷の様子をみたが、ほとんど光損傷
は見られなっかた。これは、光導波路として電子トラッ
プの非常に少ない、純粋の単結晶ニオブ酸リチウム基板
を用いたことによる効果と考えられる。なお測定は1.
3μmの波長で行った。Further, the intensity of the incident light is changed from 0 dBm to 20 dB.
m, the state of light damage was observed, but almost no light damage was observed. This is considered to be the effect of using a pure single crystal lithium niobate substrate having very few electron traps as the optical waveguide. The measurement was performed as follows.
The test was performed at a wavelength of 3 μm.
【0019】(実施例2)本実施例の光導波路素子の構
造の第2の例を図3に示す。図3は、やはり光変調器に
適用した場合を示したもので、図3において、1から7
までの各構成要素の名称と機能は実施例1と同じであ
る。9は、ガラス基体1とニオブ酸リチウム基板2を接
合するための低融点ガラス層である。低融点ガラスの屈
折率は、1.5程度であり、その厚みを十分薄くしてお
けば、実施例1と同様、屈折率の大きいニオブ酸リチウ
ム基板に光を効果的に閉じこめることができ、光導波路
の形成が可能となった。これによりニオブ酸リチウム基
板2に入射した光は、基板内に閉じこめられた。さらに
リッジ構造を設けることにより、リッジ下部の部分の方
が、その他の部分よりも実効屈折率が大きくなりため、
光はリッジ下部に閉じこめられ、したがってリッジ下部
が光導波路として作用する。Embodiment 2 FIG. 3 shows a second example of the structure of the optical waveguide device of this embodiment. FIG. 3 also shows a case where the present invention is applied to an optical modulator.
The names and functions of the components up to this point are the same as in the first embodiment. 9 is a low-melting glass layer for joining the glass substrate 1 and the lithium niobate substrate 2. The refractive index of the low-melting glass is about 1.5, and if the thickness is made sufficiently thin, light can be effectively confined in a lithium niobate substrate having a large refractive index as in Example 1. An optical waveguide can be formed. Thereby, the light incident on the lithium niobate substrate 2 was confined in the substrate. Furthermore, by providing a ridge structure, the effective refractive index at the lower part of the ridge is larger than that at the other parts.
Light is confined under the ridge, so that the ridge acts as an optical waveguide.
【0020】この場合の導波路形状は、実施例1の場合
とほぼ同様であり、したがって光ファイバーの円形の光
導波路部構造との結合効率は極めて良好となった。In this case, the shape of the waveguide is almost the same as that of the first embodiment, and therefore, the coupling efficiency of the optical fiber with the circular optical waveguide structure becomes extremely good.
【0021】各寸法の代表値として、低融点ガラス層9
の膜厚を0.5μmとし、他の寸法を実施例1と同様に
した時、実施例1とほぼ同じ諸特性が得られ、光ファイ
バーとの結合損失は片面で0.3dB以下となり、大幅
に改善できた。また伝搬損失は、実施例1と同様0.1
dB/cmのものが容易に得られた。また光損傷につい
ても実施例1と同様の効果が得られた。As a representative value of each dimension, the low melting glass layer 9
When the film thickness is 0.5 μm and other dimensions are the same as those in Example 1, almost the same characteristics as in Example 1 are obtained, and the coupling loss with the optical fiber is 0.3 dB or less on one side, and is greatly reduced. I could improve it. The propagation loss is 0.1
dB / cm was easily obtained. The same effect as in Example 1 was obtained for optical damage.
【0022】(実施例3) 本実施例の光導波路素子の構造の第3の例を図4に示
す。図4は、やはり光変調器に適用した場合を示したも
のである。図4において、1から7までの各構成要素の
名称と機能は実施例1と同じである。10はガラス基体
1とニオブ酸リチウム基板2の間に介在する珪素層(珪
素膜)であり、ガラス基体1とニオブ酸リチウム基板2
は、前記珪素層(珪素膜)表面の水酸基または酸素によ
り直接接合されている。珪素の屈折率はニオブ酸リチウ
ムと異なるが、その厚みを100nmから1ミクロン程
度としてニオブ酸リチウム基板2よりも十分薄くしてお
けば、やはりガラス基体とニオブ酸リチウム基板2の屈
折率の違いにより、屈折率の大きいニオブ酸リチウム基
板の方に光を効果的に閉じ込めることができ、光導波路
の形成が可能となった。さらにガラス基体と単結晶誘電
体基板を、珪素層(珪素膜)を介して直接接合すること
により、応用および製造上、新たな効果が得られる。製
造上では、接合界面に多少の凹凸や小さいゴミが介在し
ていても、珪素層(珪素膜)形成のプロセスにおいて、
ある程度膜内部に取り込まれて平坦化されるので、直接
接合の製造歩留まりが向上するなどの効果がある。Embodiment 3 FIG. 4 shows a third example of the structure of the optical waveguide device of this embodiment. FIG. 4 shows a case where the present invention is applied to an optical modulator. In FIG. 4, the names and functions of the components 1 to 7 are the same as in the first embodiment. Reference numeral 10 denotes a silicon layer (silicon film) interposed between the glass substrate 1 and the lithium niobate substrate 2, and the glass layer 1 and the lithium niobate substrate 2
Are directly bonded by a hydroxyl group or oxygen on the surface of the silicon layer (silicon film). Although the refractive index of silicon is different from that of lithium niobate, if the thickness is about 100 nm to about 1 micron and is sufficiently thinner than that of the lithium niobate substrate 2, the difference in the refractive index between the glass substrate and the lithium niobate substrate 2 also results. In addition, light can be effectively confined toward the lithium niobate substrate having a large refractive index, and an optical waveguide can be formed. Further, by directly bonding the glass substrate and the single crystal dielectric substrate via the silicon layer (silicon film), new effects can be obtained in application and production. Made
In terms of fabrication, even if some irregularities and small dust are present at the bonding interface, the process of forming the silicon layer (silicon film)
Since it is taken into the film to some extent and flattened, there is an effect that the production yield of direct bonding is improved.
【0023】珪素としては、多結晶珪素または非晶質珪
素を用いることにより、いずれの場合もほぼ同様の効果
が得られた。これにより、ニオブ酸リチウム基板2に入
射した光は、薄板内に閉じこめられた。さらにリッジ構
造を設けることにより、リッジ下部の部分の方が、その
他の部分よりも実効屈折率が大きくなりため、光はリッ
ジ下部に閉じこめられ、したがってリッジ下部が光導波
路として作用する。By using polycrystalline silicon or amorphous silicon as silicon, almost the same effect was obtained in each case. Thereby, the light incident on the lithium niobate substrate 2 was confined in the thin plate. Further, by providing the ridge structure, the portion under the ridge has a larger effective refractive index than the other portions, so that the light is confined under the ridge, and the lower portion of the ridge acts as an optical waveguide.
【0024】この場合の導波路形状は、実施例1の場合
とほぼ同様であり、したがって光ファイバーの円形の光
導波路部構造との結合効率は極めて良好となった。In this case, the shape of the waveguide is almost the same as that of the first embodiment, and therefore, the coupling efficiency of the optical fiber with the circular optical waveguide structure becomes extremely good.
【0025】各寸法の代表値として、珪素層10の膜厚
を0.5μmとし他の寸法を実施例1と同じにした時、
実施例1とほぼ同じ諸特性が得られた。例えば、光ファ
イバーとの結合損失は、実施例1と同様、片面で0.3
dB以下となり、大幅に改善できた。また伝搬損失も、
実施例1と同様0.1dB/cmのものが容易に得られ
た。また光損傷についても実施例1と同様の効果が得ら
れた。As a representative value of each dimension, when the thickness of the silicon layer 10 is 0.5 μm and other dimensions are the same as in the first embodiment,
Almost the same characteristics as in Example 1 were obtained. For example, the coupling loss with the optical fiber is 0.3
dB or less, which is a significant improvement. The propagation loss also
0.1 dB / cm was easily obtained as in Example 1. The same effect as in Example 1 was obtained for optical damage.
【0026】(実施例4) 本実施例の光導波路素子の構造の第4の例を図5に示
す。図5は、やはり光変調器に適用した場合を示したも
のである。図5において、1から7までの各構成要素の
名称と機能は実施例1と同じである。11はガラス基体
1とニオブ酸リチウム基板2の間に介在する珪素化合物
層(珪素化合物膜)であり、ガラス基体1とニオブ酸リ
チウム基板2は、前記珪素層化合物層(珪素化合物膜)
表面の水酸基または酸素により直接接合されている。珪
素化合物の屈折率はニオブ酸リチウムと異なるが、その
厚みを100nmから1ミクロン程度としてニオブ酸リ
チウム基板2よりも十分薄くしておけば、やはりガラス
基体とニオブ酸リチウム基板2の屈折率の違いにより、
屈折率の大きいニオブ酸リチウム基板の方に光を効果的
に閉じ込めることができ、光導波路の形成が可能となっ
た。さらにガラス基体と単結晶誘電体基板を、珪素層化
合物層(珪素化合物膜)を介して直接接合することによ
り、応用および製造上、新たな効果が得られる。製造上
では、接合界面に多少の凹凸や小さいゴミが介在してい
ても、珪素層化合物層(珪素化合物膜)形成のプロセス
において、ある程度膜内部に取り込まれて平坦化される
ので、直接接合の製造歩留まりが向上するなどの効果が
ある。(Embodiment 4) FIG. 5 shows a fourth example of the structure of the optical waveguide device of the present embodiment. FIG. 5 shows a case where the present invention is applied to an optical modulator. In FIG. 5, the names and functions of the components 1 to 7 are the same as in the first embodiment. Reference numeral 11 denotes a silicon compound layer (silicon compound film) interposed between the glass substrate 1 and the lithium niobate substrate 2, and the glass substrate 1 and the lithium niobate substrate 2 are connected to the silicon layer compound layer (silicon compound film).
Directly joined by hydroxyl groups or oxygen on the surface. Although the refractive index of the silicon compound is different from that of lithium niobate, if the thickness is set to be about 100 nm to 1 micron and sufficiently thinner than that of the lithium niobate substrate 2, the difference in the refractive index between the glass substrate and the lithium niobate substrate 2 can also be obtained. By
Light could be effectively confined to the lithium niobate substrate having a large refractive index, and an optical waveguide could be formed. Further, by directly bonding the glass substrate and the single crystal dielectric substrate via the silicon compound layer (silicon compound film), new effects can be obtained in application and production. Manufacturing
Therefore, even if some unevenness or small dust is present at the bonding interface, in the process of forming the silicon layer compound layer (silicon compound film), it is taken into the film to some extent and flattened, so that the manufacturing yield of direct bonding is increased. This has the effect of improving
【0027】珪素化合物としては、酸化珪素もしくは窒
化珪素を用いることにより、いずれの場合もほぼ同様の
効果が得られた。これにより、ニオブ酸リチウム基板2
に入射した光は、薄板内に閉じこめられた。さらにリッ
ジ構造を設けることにより、リッジ下部の部分の方が、
その他の部分よりも実効屈折率が大きくなりため、光は
リッジ下部に閉じこめられ、したがってリッジ下部が光
導波路として作用する。この場合の導波路形状は、実施
例1の場合とほぼ同様であり、したがって光ファイバー
の円形の光導波路部構造との結合効率は極めて良好とな
った。By using silicon oxide or silicon nitride as the silicon compound, almost the same effect was obtained in each case. Thereby, the lithium niobate substrate 2
The light incident on is trapped in the thin plate. Furthermore, by providing a ridge structure, the part under the ridge is
Since the effective refractive index is higher than the other portions, the light is confined under the ridge, and thus the ridge acts as an optical waveguide. The shape of the waveguide in this case is almost the same as that of the first embodiment, and therefore, the coupling efficiency of the optical fiber with the circular optical waveguide structure is very good.
【0028】各寸法の代表値として、珪素化合物11の
膜厚を0.5μmとし他の寸法を実施例1と同じにした
時、実施例1とほぼ同じ諸特性が得られた。例えば、光
ファイバーとの結合損失は、実施例1と同様、片面で
0.3dB以下となり、大幅に改善できた。また伝搬損
失も、実施例1と同様0.1dB/cmのものが容易に
得られた。また光損傷についても実施例1と同様の効果
が得られた。As a representative value of each dimension, when the thickness of the silicon compound 11 was 0.5 μm and other dimensions were the same as those in the first embodiment, almost the same characteristics as in the first embodiment were obtained. For example, the coupling loss with the optical fiber was 0.3 dB or less on one side, similar to the first embodiment, and was significantly improved. In addition, a transmission loss of 0.1 dB / cm was easily obtained as in Example 1. The same effect as in Example 1 was obtained for optical damage.
【0029】(実施例5)本実施例の光導波路素子の製
造方法の例を示す。(Embodiment 5) An example of a method of manufacturing an optical waveguide device of the present embodiment will be described.
【0030】まず鏡面研磨されたガラス基体とニオブ酸
リチウム基板の表面を、エッチングによりきわめて清浄
にした。具体的には、弗酸系エッチング液でそれぞれの
表面層をエッチング除去および親水処理した。その後そ
の表面を純水で十分洗浄し、すぐに一様に重ね合わせる
と、それぞれの表面に吸着した水、もう少し具体的には
その構成成分である水酸基、水素の分子間力によって、
容易に直接接合が得られた。このままでも十分強固な接
合が得られたが、さらにこの状態で、100℃から11
00℃の温度で熱処理を行うと、その接合は更に強化さ
れた。次にニオブ酸リチウム基板を、機械的研磨および
エッチングにより薄板化していった。10μmまで薄板
化した後、ホトリソグラフィー技術により、実施例1で
示した光導波路構造のパターンにエッチングマスクを形
成し、エッチングにより、光導波路部以外を3μmエッ
チング除去した。マスクとしてはCrを、エッチング液
としては、弗酸系エッチング液を用いた。その後マスク
を除去し、アルミニウム電極を通常のホトリソグラフィ
ーとエッチング技術により形成した。これにより実施例
1に示す光導波路素子の構造を得た。この素子の光ファ
イバーとの結合特性、伝搬損失、光損傷特性は、いずれ
も実施例1と同様であった。First, the surfaces of the mirror-polished glass substrate and lithium niobate substrate were extremely cleaned by etching. Specifically, each surface layer was removed by etching with a hydrofluoric acid-based etching solution and subjected to a hydrophilic treatment. After that, the surface is sufficiently washed with pure water and immediately superimposed uniformly, and the water adsorbed on each surface, more specifically, a hydroxyl group, a constituent component thereof, is generated by an intermolecular force of hydrogen.
A direct bond was easily obtained. Sufficiently strong bonding was obtained with this condition.
The heat treatment at a temperature of 00 ° C. further strengthened the bond. Next, the lithium niobate substrate was thinned by mechanical polishing and etching. After the thickness was reduced to 10 μm, an etching mask was formed on the pattern of the optical waveguide structure shown in Example 1 by photolithography, and portions other than the optical waveguide were etched away by 3 μm by etching. Cr was used as a mask, and a hydrofluoric acid-based etchant was used as an etchant. Thereafter, the mask was removed, and an aluminum electrode was formed by ordinary photolithography and etching techniques. Thus, the structure of the optical waveguide device shown in Example 1 was obtained. The coupling characteristics of the device to an optical fiber, the propagation loss, and the optical damage characteristics were all the same as in Example 1.
【0031】(実施例6)本実施例の光導波路素子の製
造方法の他の例を示す。(Embodiment 6) Another example of the method of manufacturing the optical waveguide device of the present embodiment will be described.
【0032】実施例5と同様にして、鏡面研磨されたガ
ラス基体とニオブ酸リチウム基板の表面をエッチングに
より、極めて清浄かつ平坦にした。次にスパッタリング
により、低融点ガラス薄膜をそれぞれの片面に0.3μ
mの厚みで形成した。次に実施例5と同様にして、低融
点ガラス膜同士を接触させて、低融点ガラスの融点近傍
の温度に加熱した。これにより低融点ガラスが軟化もし
くは溶融し強固な接合が得られた。接合層の厚みは熱処
理温度により多少かわるが、一般に、高温で行うほど、
スパッタリング形成した膜厚よりも薄くなった。以後実
施例5と同様の方法により、アルミニウム電極まで形成
し、実施例2に示す光導波路素子の構造を得た。この素
子の光ファイバーとの結合特性、伝搬損失、光損傷特性
は、いずれも実施例2と同様であった。In the same manner as in Example 5, the surfaces of the mirror-polished glass substrate and the lithium niobate substrate were extremely cleaned and flattened by etching. Next, by sputtering, a low-melting glass thin film
m. Next, in the same manner as in Example 5, the low-melting glass films were brought into contact with each other and heated to a temperature near the melting point of the low-melting glass. As a result, the low-melting glass was softened or melted, and a strong bond was obtained. Although the thickness of the bonding layer varies somewhat depending on the heat treatment temperature, generally, the higher the temperature,
It became thinner than the film thickness formed by sputtering. Thereafter, the aluminum electrode was formed in the same manner as in Example 5, and the structure of the optical waveguide device shown in Example 2 was obtained. The coupling characteristics of this element to an optical fiber, propagation loss, and optical damage characteristics were all the same as in Example 2.
【0033】(実施例7)本実施例の光導波路素子の製
造方法の他の例を示す。(Embodiment 7) Another example of the method of manufacturing the optical waveguide device of the present embodiment will be described.
【0034】実施例5と同様にして、鏡面研磨されたガ
ラス基体とニオブ酸リチウム基板の表面をエッチングに
より、極めて清浄かつ平坦にした。次にスパッタリング
により、非晶質珪素薄膜をそれぞれの片面に0.25μ
mの厚みで形成した。次に実施例5と同様にして、非晶
質珪素膜表面を弗酸系エッチング液により、清浄かつ親
水処理し、純水に浸して後すぐ非晶質珪素膜同士を接触
させて、100−1100℃の温度で熱処理を行った。
これにより非晶質珪素膜を介して強固な接合が得られ
た。熱処理温度が高いほど接合部の強度は向上した。以
後、実施例5と同様の方法により、アルミニウム電極ま
で形成し、実施例3に示す光導波路素子の構造を得た。
この素子の光ファイバーとの結合特性、伝搬損失、光損
傷特性は、いずれも実施例3と同様であった。In the same manner as in Example 5, the surfaces of the mirror-polished glass substrate and the lithium niobate substrate were made extremely clean and flat by etching. Next, by sputtering, an amorphous silicon thin film
m. Next, in the same manner as in Example 5, the surface of the amorphous silicon film was cleaned and hydrophilically treated with a hydrofluoric acid-based etchant, and immersed in pure water. The heat treatment was performed at a temperature of 1100 ° C.
As a result, a strong bond was obtained via the amorphous silicon film. The higher the heat treatment temperature, the higher the strength of the joint. Thereafter, in the same manner as in Example 5, aluminum electrodes were formed, and the structure of the optical waveguide device shown in Example 3 was obtained.
The coupling characteristics of this element to an optical fiber, propagation loss, and optical damage characteristics were all the same as in Example 3.
【0035】(実施例8)本実施例の光導波路素子の製
造方法の他の例を示す。(Embodiment 8) Another example of the method of manufacturing the optical waveguide device of this embodiment will be described.
【0036】実施例7と同様にして、鏡面研磨および清
浄かつ平坦化されたガラス基体とニオブ酸リチウム基板
の表面に、化学気相成長法(CVD)により、多結晶珪
素薄膜をそれぞれの面に0.25μmの厚みで形成し
た。次に実施例7と同様にして、多結晶珪素膜表面を弗
酸系エッチング液により、清浄かつ親水処理し、純水に
浸して後すぐ多結晶珪素膜同士を接触させて、100−
1100℃の温度で熱処理を行った。これにより多結晶
珪素膜を介して強固な接合が得られた。熱処理温度が高
いほど接合部の強度は向上した。以後、実施例5と同様
の方法により、アルミニウム電極まで形成し、実施例3
に示す光導波路素子の構造を得た。この素子の光ファイ
バーとの結合特性、伝搬損失、光損傷特性は、いずれも
実施例3と同様であった。In the same manner as in Example 7, a polycrystalline silicon thin film was formed on each surface by chemical vapor deposition (CVD) on the surfaces of the mirror-polished, clean and flattened glass substrate and lithium niobate substrate. It was formed with a thickness of 0.25 μm. Next, in the same manner as in Example 7, the surface of the polycrystalline silicon film is cleaned and hydrophilically treated with a hydrofluoric acid-based etchant, and is immersed in pure water.
The heat treatment was performed at a temperature of 1100 ° C. As a result, a strong bond was obtained via the polycrystalline silicon film. The higher the heat treatment temperature, the higher the strength of the joint. Thereafter, an aluminum electrode is formed in the same manner as in the fifth embodiment.
Was obtained. The coupling characteristics of this element to an optical fiber, propagation loss, and optical damage characteristics were all the same as in Example 3.
【0037】(実施例9)本実施例の光導波路素子の製
造方法の他の例を示す。(Embodiment 9) Another example of the method of manufacturing the optical waveguide device of this embodiment will be described.
【0038】実施例7と同様にして、鏡面研磨および清
浄かつ平坦化されたガラス基体とニオブ酸リチウム基板
の表面に、化学気相成長法(CVD)により、酸化珪素
薄膜をそれぞれの面に0.25μmの厚みで形成した。
次に実施例7と同様にして、酸化珪素膜表面を弗酸系エ
ッチング液により、清浄かつ親水処理し、純水に浸して
後すぐ酸化珪素膜同士を接触させて、100−1100
℃の温度で熱処理を行った。これにより酸化珪素膜を介
して強固な接合が得られた。熱処理温度が高いほど接合
部の強度は向上した。以後、実施例5と同様の方法によ
り、アルミニウム電極まで形成し、実施例4に示す光導
波路素子の構造を得た。この素子の光ファイバーとの結
合特性、伝搬損失、光損傷特性は、いずれも実施例4と
同様であった。In the same manner as in Example 7, a silicon oxide thin film was applied to each surface of each of the mirror-polished, cleaned and flattened glass substrate and lithium niobate substrate by chemical vapor deposition (CVD). It was formed with a thickness of 0.25 μm.
Next, in the same manner as in Example 7, the surface of the silicon oxide film was cleaned and hydrophilically treated with a hydrofluoric acid-based etching solution, and the silicon oxide films were immersed in pure water and immediately contacted with each other.
The heat treatment was performed at a temperature of ° C. As a result, a strong bond was obtained via the silicon oxide film. The higher the heat treatment temperature, the higher the strength of the joint. Thereafter, the aluminum electrode was formed in the same manner as in Example 5, and the structure of the optical waveguide device shown in Example 4 was obtained. The coupling characteristics of the device to an optical fiber, the propagation loss, and the optical damage characteristics were all the same as in Example 4.
【0039】(実施例10)本実施例の光導波路素子の
製造方法の他の例を示す。(Embodiment 10) Another example of the method of manufacturing the optical waveguide device of this embodiment will be described.
【0040】実施例7と同様にして、鏡面研磨および清
浄かつ平坦化されたガラス基体とニオブ酸リチウム基板
の表面に、化学気相成長法(CVD)により、窒化珪素
薄膜をそれぞれの面に0.25μmの厚みで形成した。
次に実施例7と同様にして、窒化珪素膜表面を弗酸系エ
ッチング液により、清浄かつ親水処理し、純水に浸して
後すぐ窒化珪素膜同士を接触させて、100−1100
℃の温度で熱処理を行った。これにより窒化珪素膜を介
して強固な接合が得られた。熱処理温度が高いほど接合
部の強度は向上した。以後、実施例5と同様の方法によ
り、アルミニウム電極まで形成し、実施例4に示す光導
波路素子の構造を得た。この素子の光ファイバーとの結
合特性、伝搬損失、光損傷特性は、いずれも実施例4と
同様であった。In the same manner as in Example 7, a silicon nitride thin film was coated on each surface by chemical vapor deposition (CVD) on the surfaces of the mirror-polished, clean and flattened glass substrate and the lithium niobate substrate. It was formed with a thickness of 0.25 μm.
Next, in the same manner as in Example 7, the surface of the silicon nitride film is cleaned and hydrophilically treated with a hydrofluoric acid-based etching solution, and after dipping in pure water, the silicon nitride films are brought into contact with each other.
The heat treatment was performed at a temperature of ° C. As a result, a strong bond was obtained via the silicon nitride film. The higher the heat treatment temperature, the higher the strength of the joint. Thereafter, the aluminum electrode was formed in the same manner as in Example 5, and the structure of the optical waveguide device shown in Example 4 was obtained. The coupling characteristics of the device to an optical fiber, the propagation loss, and the optical damage characteristics were all the same as in Example 4.
【0041】(実施例11)本実施例の光導波路素子の
構造の第5の例を図6に示す。図6は、やはり光変調器
に適用した場合を示したもので、図6において、1、3
から7までの各構成要素の名称と機能は実施例1と同じ
である。2’はタンタル酸リチウム基板である。このよ
うな構成とすることにより、実施例1に示したと同じ原
理に基づき、タンタル酸リチウムを用いて、実施例1と
同様の光導波路素子を得ることができた。タンタル酸リ
チウムの屈折率は約2.18でありガラスの屈折率より
も大きい。この場合の導波路形状は、実施例1の場合と
ほぼ同様であり、したがって光ファイバーの円形の光導
波路部構造との結合効率は極めて良好となった。(Embodiment 11) FIG. 6 shows a fifth example of the structure of the optical waveguide device of this embodiment. FIG. 6 also shows a case where the present invention is applied to an optical modulator.
The names and functions of the respective components from 1 to 7 are the same as those in the first embodiment. 2 'is a lithium tantalate substrate. With this configuration, an optical waveguide device similar to that of the first embodiment can be obtained using lithium tantalate based on the same principle as that of the first embodiment. The refractive index of lithium tantalate is about 2.18, which is larger than the refractive index of glass. The shape of the waveguide in this case is almost the same as that of the first embodiment, and therefore, the coupling efficiency of the optical fiber with the circular optical waveguide structure is very good.
【0042】各寸法の代表値として、実施例1と同様の
値をとった時、実施例1とほぼ同じ諸特性が得られた。
以上のような構成とすることにより、光ファイバーとの
結合損失は、やはり実施例1と同様、片面で0.3dB
以下となり、大幅に改善できた。また伝搬損失は、実施
例1と同様0.1dB/cmのものが容易に得られた。
また光損傷についても実施例1と同様の効果が得られ
た。When the same values as those of the first embodiment were taken as representative values of the respective dimensions, almost the same characteristics as those of the first embodiment were obtained.
With the above configuration, the coupling loss with the optical fiber is 0.3 dB on one side, as in the first embodiment.
The result was as follows, which was greatly improved. In addition, a propagation loss of 0.1 dB / cm was easily obtained as in Example 1.
The same effect as in Example 1 was obtained for optical damage.
【0043】(実施例12)本実施例の光導波路素子の
製造方法の他の例を示す。(Embodiment 12) Another example of the method of manufacturing the optical waveguide device of the present embodiment will be described.
【0044】実施例5と同様にして、鏡面研磨および清
浄かつ平坦化されたガラス基体とタンタル酸リチウム板
の表面を、弗酸系エッチング液で清浄化かつ親水処理
し、純水に浸したのち、すぐに重ねて熱処理を行うこと
により、強固な接合が得られた。以後、実施例5と同様
の方法により、アルミニウム電極まで形成し、実施例1
1に示す光導波路素子の構造を得た。この素子の光ファ
イバーとの結合特性、伝搬損失、光損傷特性は、いずれ
も実施例11と同様であった。In the same manner as in Example 5, the surfaces of the mirror-polished, clean and flattened glass substrate and the lithium tantalate plate were cleaned and hydrophilized with a hydrofluoric acid-based etchant, and immersed in pure water. By performing the heat treatment immediately after stacking, a strong joint was obtained. Thereafter, an aluminum electrode was formed in the same manner as in Example 5 to form an aluminum electrode.
The structure of the optical waveguide device shown in FIG. The coupling characteristics of the device to an optical fiber, the propagation loss, and the optical damage characteristics were all the same as in Example 11.
【0045】同様にして、タンタル酸リチウムの場合に
も、ガラスによる接合、珪素もしくは珪素化合物による
接合の光導波路素子も得ることができた。またその諸特
性も実施例11とほぼ同様であった。Similarly, in the case of lithium tantalate, an optical waveguide element having a junction made of glass or a junction made of silicon or a silicon compound was obtained. The various characteristics were almost the same as those of the eleventh embodiment.
【0046】実施例7−10などにおける接合強化の熱
処理効果は、例えば、100℃で1時間程度保持するだ
けでも接合強度は数倍に上がり、数10Kg/平方cm
の強度が得られた。一般に温度が高いほどまた時間が長
いほど接合強度は強くなった。しかし1100℃以上に
温度を上げると、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リ
チウム表面からのリチウムの抜けが激しくなるため、表
面の特性劣化が大きく光導波路素子としての性能が劣化
した。したがって接合熱処理温度は1100℃以下が好
ましかった。また、いずれの実施例においても、ガラス
基体として、接合する単結晶誘電体基板の熱膨張率に近
い熱膨張率のものを用いる方が、熱処理の温度をより高
温で行うことができ、接合強度をより強くすることがで
きた。その場合、薄板化のための加工を強度の研磨など
で行っても、剥離がない、あるいは光導波路素子とし
て、より高温まで安定に動作するなどの効果が得られ
た。The effect of the heat treatment of the bonding strengthening in Examples 7-10 and the like is as follows. For example, the bonding strength is increased several times even when the temperature is maintained at 100 ° C. for about one hour, and several tens kg / cm 2.
Was obtained. In general, the higher the temperature and the longer the time, the higher the bonding strength. However, when the temperature was increased to 1100 ° C. or higher, the escape of lithium from the surface of lithium niobate or lithium tantalate became severe, so that the surface characteristics deteriorated greatly and the performance as an optical waveguide element deteriorated. Therefore, the bonding heat treatment temperature was preferably 1100 ° C. or less. Further, in any of the examples, when the glass substrate has a thermal expansion coefficient close to that of the single crystal dielectric substrate to be bonded, the heat treatment can be performed at a higher temperature, and the bonding strength can be increased. Could be made stronger. In this case, even if the processing for thinning was performed by strong polishing or the like, effects such as no peeling or stable operation at higher temperatures as an optical waveguide element were obtained.
【0047】直接接合は、ガラスおよび単結晶誘電体基
板表面に、水中の水酸基、水素などが表面吸着し、その
イオンの結合力で接合したと考えられる。この状態で熱
処理を行うと、接合界面から次第に水が抜け、水酸基の
水素や直接吸着していた水素が抜け、残された酸素と酸
化物である誘電体表面の酸素が誘電体構成元素と反応し
て、接合が強化されると考えられる。In direct bonding, it is considered that a hydroxyl group, hydrogen, or the like in water is adsorbed on the surface of the glass or single crystal dielectric substrate, and bonding is performed by the binding force of the ions. When heat treatment is performed in this state, water gradually escapes from the joint interface, hydrogen of hydroxyl groups and hydrogen directly adsorbed escape, and the remaining oxygen and oxygen on the dielectric surface, which is an oxide, react with the dielectric constituent elements. It is considered that the bonding is strengthened.
【0048】珪素または珪素化合物は、表面を容易に親
水化処理でき、かつガラスに通常含まれる珪素および酸
素との共有結合が容易に形成されるため、これを介して
接合しても十分な強度が得られるものと考えられる。Silicon or a silicon compound can easily hydrophilize the surface and easily form a covalent bond with silicon and oxygen usually contained in glass. Is considered to be obtained.
【0049】また実施例では、単結晶誘電体の例とし
て、ニオブ酸リチウムおよびタンタル酸リチウムの例を
用いて説明したが、他の電気光学効果を有する単結晶誘
電体を用いても同様に形成できることは、原理的に明ら
かである。In the above embodiments, examples of lithium niobate and lithium tantalate have been described as examples of single crystal dielectrics. However, the same applies to the case of using other single crystal dielectrics having an electro-optical effect. What can be done is clear in principle.
【0050】また光導波路を形成する側の基板厚みは、
光通信が一般に単一モードで行われることから、単一モ
ードで伝搬する基板厚みにするのが望ましい。The thickness of the substrate on which the optical waveguide is formed is:
Since optical communication is generally performed in a single mode, it is desirable to set the substrate thickness to propagate in a single mode.
【0051】本実施例では光変調器の構成例で示した
が、光変調器で特定の条件、すなわち出射光強度が最大
になるところと、最小になるところでON−OFF的に
動作させれば光スイッチになることは明かである。また
光導波路とその電気光学効果を用いる素子には同様に適
用でき、同様の効果の得られることも明かである。In this embodiment, the configuration example of the optical modulator has been described. However, if the optical modulator is operated on and off under specific conditions, that is, where the intensity of the emitted light is maximum and where it is minimum, Obviously, it will be an optical switch. It is also apparent that the present invention can be similarly applied to an optical waveguide and an element using the electro-optic effect, and a similar effect can be obtained.
【0052】また本実施例では、特定の寸法例を示した
が、これに限定されるものではない。In this embodiment, a specific example of dimensions is shown, but the present invention is not limited to this example.
【0053】また実施例ではいずれも2枚の基板の接合
例を示したが、3枚以上接合することも可能である。例
えばガラス基体の上面および下面に単結晶誘電体基板を
接合し、それぞれの単結晶誘電体基板内に光導波路素子
を作りこむことも可能であり、2枚の接合に限定される
ものではない。In each of the embodiments, an example in which two substrates are joined is shown, but three or more substrates can be joined. For example, a single-crystal dielectric substrate can be bonded to the upper and lower surfaces of a glass substrate, and an optical waveguide element can be formed in each single-crystal dielectric substrate, and the present invention is not limited to two substrates.
【0054】[0054]
【発明の効果】本発明は、以上説明したような構成と製
造方法から成るので、以下に記載されるような効果を示
す。Since the present invention has the above-described structure and manufacturing method, it exhibits the following effects.
【0055】光導波路として、導波路部の屈折率が均一
の構造が得られることから、光導波路断面形状の対称性
が良く、また光の伝搬中心をほぼ薄板中央にすることが
でき、またその厚みを自在にでき、それにより光ファイ
バーとの結合損失を大幅に低減できた。Since a structure in which the refractive index of the waveguide portion is uniform can be obtained as the optical waveguide, the symmetry of the cross section of the optical waveguide is good, and the center of propagation of light can be almost at the center of the thin plate. The thickness can be made freely, thereby greatly reducing the coupling loss with the optical fiber.
【0056】また光導波路として、拡散処理していない
純粋の単結晶誘電体基板など、結晶性の良い材料を用い
ることができるので、光伝搬損失が少なく、また光損傷
の少ない光導波路素子を得ることができた。Further, since a material having good crystallinity such as a pure single-crystal dielectric substrate that has not been subjected to diffusion treatment can be used for the optical waveguide, an optical waveguide device with small light propagation loss and small optical damage can be obtained. I was able to.
【0057】またガラス基体の熱膨張率を接合する単結
晶誘電体基板の熱膨張率に合わせることにより、直接接
合強度の向上のための熱処理をより高温で、より容易に
行えるため、薄板加工がより容易になる、高温まで特性
が安定であるなどの効果があった。Further, by adjusting the coefficient of thermal expansion of the glass substrate to the coefficient of thermal expansion of the single crystal dielectric substrate to be joined, heat treatment for directly improving the joining strength can be performed at a higher temperature and more easily. There were effects such as easier characteristics and stable characteristics up to high temperatures.
【0058】本実施例では、光変調器の構成の例を示し
たが、本実施例の特徴が光導波路の構成そのものにある
ことから、基本的には光導波路を用いた各種光導波路素
子に広く一般的に適用できるものであり、光変調器に限
らず、光スイッチ光偏波面制御、伝搬モード制御などの
光導波路素子に適用できるものである。In this embodiment, an example of the configuration of the optical modulator has been described. However, since the feature of this embodiment lies in the configuration of the optical waveguide itself, it is basically applicable to various optical waveguide devices using the optical waveguide. The present invention can be widely and generally applied, and is not limited to an optical modulator, but can be applied to an optical waveguide device such as an optical switch, a polarization plane control, and a propagation mode control.
【0059】エピタキシャル成長層状構造を利用する場
合は、基板として、高価な単結晶基板を用いなければな
らないが、本実施例ではガラス基体を用いており、ガラ
ス基体の価格は、一般的に単結晶基板よりも2桁程度安
価であり、産業上の効果が大きい。またガラスの熱膨張
率は、かなり広範囲に渡っているので、光導波路を形成
しようとする単結晶誘電体の材料が変わっても、それに
あった熱膨張率のガラスを選ぶことが容易であり、光導
波路を形成する誘電体材料の選択肢が広がるという効果
もある。When an epitaxially grown layered structure is used, an expensive single crystal substrate must be used as a substrate. In this embodiment, a glass substrate is used. It is about two orders of magnitude cheaper and has a great industrial effect. Also, since the coefficient of thermal expansion of glass is quite wide, even if the material of the single crystal dielectric for forming the optical waveguide is changed, it is easy to select a glass having a coefficient of thermal expansion that matches the material. There is also an effect that the choice of the dielectric material forming the optical waveguide is expanded.
【図1】本発明の第1の実施例の構成図FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1の実施例の断面構成図FIG. 2 is a sectional configuration diagram of a first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第2の実施例の構成図FIG. 3 is a configuration diagram of a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第3の実施例の構成図FIG. 4 is a configuration diagram of a third embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第4の実施例の構成図FIG. 5 is a configuration diagram of a fourth embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第5の実施例の構成図FIG. 6 is a configuration diagram of a fifth embodiment of the present invention.
1 ガラス基体 2 ニオブ酸リチウム基板 3 入出力光導波路部 4 第1の分岐光導波路 5 第2の分岐光導波路 6 電極 7 電極 8 導波光伝搬部 9 低融点ガラス層 10 珪素層 11 珪素化合物層 2’ タンタル酸リチウム基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Glass base 2 Lithium niobate substrate 3 Input / output optical waveguide part 4 First branch optical waveguide 5 Second branch optical waveguide 6 Electrode 7 Electrode 8 Guided light propagation part 9 Low melting glass layer 10 Silicon layer 11 Silicon compound layer 2 '' Lithium tantalate substrate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−44025(JP,A) 特開 昭64−18121(JP,A) 特開 昭52−145240(JP,A) 特開 昭49−98258(JP,A) 特開 平4−162022(JP,A) 特開 昭58−223106(JP,A) 特開 昭60−51700(JP,A) 特開 昭63−49732(JP,A) 特開 平4−123018(JP,A) 特開 平4−116816(JP,A) APPL.PHYS.LETT.VO L.56NO.24P.2419−P.2421 (1990年6月) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-59-44025 (JP, A) JP-A-64-18121 (JP, A) JP-A-52-145240 (JP, A) JP-A-49-440 98258 (JP, A) JP-A-4-162022 (JP, A) JP-A-58-223106 (JP, A) JP-A-60-51700 (JP, A) JP-A-63-49732 (JP, A) JP-A-4-123018 (JP, A) JP-A-4-116816 (JP, A) APPL. PHYS. LETT. VOL. 56 NO. 24P. 2419-P. 2421 (June 1990)
Claims (5)
晶誘電体基板が、前記ガラス基体表面および前記単結晶
誘電体基板表面の水酸基または酸素により、直接接合さ
れて積層されており、前記単結晶誘電体基板内に前記ガ
ラス基体との屈折率の差により閉じ込められた光導波路
を有することを特徴とする誘電体光導波路素子。1. A single crystal dielectric substrate having an electro-optical effect and a glass substrate is directly bonded and laminated by hydroxyl groups or oxygen on the surface of the glass substrate and the surface of the single crystal dielectric substrate, and A dielectric optical waveguide device comprising an optical waveguide confined in a dielectric substrate due to a difference in refractive index from the glass substrate.
晶誘電体基板が、前記ガラス基体または前記単結晶誘電
体基板の所定の部位に形成された珪素膜または珪素化合
物膜を介して、前記珪素膜もしくは前記珪素化合物膜表
面の水酸基または酸素により、直接接合されて積層され
ており、前記単結晶誘電体基板内に前記ガラス基体との
屈折率の差により閉じ込められた光導波路を有すること
を特徴とする誘電体光導波路素子。2. A method according to claim 1, wherein the glass substrate and the single crystal dielectric substrate having an electro-optical effect are formed by a silicon film or a silicon compound film formed on a predetermined portion of the glass substrate or the single crystal dielectric substrate. It is characterized by having an optical waveguide that is directly bonded and laminated by a hydroxyl group or oxygen on the surface of the film or the silicon compound film, and is confined in the single crystal dielectric substrate by a difference in refractive index from the glass substrate. A dielectric optical waveguide element.
て、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムを用い
たことを特徴とする請求項1または2記載の誘電体光導
波路素子。3. The dielectric optical waveguide device according to claim 1, wherein lithium niobate or lithium tantalate is used as the single crystal dielectric having an electro-optic effect.
を親水化処理し、前記ガラス基体と前記単結晶誘電体基
板を重ね合わせて直接接合し、熱処理を行って接合強度
を向上させた後、前記単結晶誘電体基板内に光導波路を
形成したことを特徴とする誘電体光導波路素子の製造方
法。4. After the surface of the glass substrate and the surface of the single crystal dielectric substrate are subjected to a hydrophilic treatment, the glass substrate and the single crystal dielectric substrate are superimposed and directly bonded, and heat treatment is performed to improve the bonding strength. A method for manufacturing a dielectric optical waveguide device, wherein an optical waveguide is formed in the single crystal dielectric substrate.
0℃の範囲で行ったことを特徴とする請求項4記載の誘
電体光導波路素子の製造方法。5. A heat treatment temperature of 100 ° C. to 110 ° C.
5. The method for manufacturing a dielectric optical waveguide device according to claim 4 , wherein the process is performed at a temperature of 0.degree.
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Families Citing this family (8)
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Family Cites Families (10)
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---|---|---|---|---|
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JPS52145240A (en) * | 1976-05-28 | 1977-12-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical guide connecting method |
JPS58223106A (en) * | 1982-06-21 | 1983-12-24 | Canon Inc | Optical circuit element member |
JPS5944025A (en) * | 1982-09-06 | 1984-03-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Optical switch |
JPS6051700A (en) * | 1983-08-31 | 1985-03-23 | Toshiba Corp | Bonding method of silicon crystalline body |
JPH0750265B2 (en) * | 1986-08-20 | 1995-05-31 | 川上 彰二郎 | Wideband traveling waveform optical modulator |
JPS6418121A (en) * | 1987-07-13 | 1989-01-20 | Nippon Telegraph & Telephone | Production of high-speed optical circuit parts |
JPH0719738B2 (en) * | 1990-09-06 | 1995-03-06 | 信越半導体株式会社 | Bonded wafer and manufacturing method thereof |
JPH04123018A (en) * | 1990-09-14 | 1992-04-23 | Tdk Corp | Waveguide type optical parts |
JPH04162022A (en) * | 1990-10-26 | 1992-06-05 | Hitachi Ltd | Light deflecting element |
-
1992
- 1992-09-01 JP JP4233391A patent/JP2574606B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
APPL.PHYS.LETT.VOL.56NO.24P.2419−P.2421(1990年6月) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7295742B2 (en) | 2002-05-31 | 2007-11-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical element and method for producing the same |
US7548678B2 (en) | 2002-05-31 | 2009-06-16 | Panasonic Corporation | Optical element and method for producing the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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