(57)【要約】【課題】  バッファ層を利用することなく、瞬間的なＤＣドリフトによって発生するサージ現象を低減し、薄板化された基板の破損を防止することが可能な光導波路素子を提供すること。【解決手段】  電気光学効果を有する基板１と、該基板上に形成された光導波路４と、該光導波路に電界を印加するための制御電極２，３とを有する光導波路素子において、該基板の厚さが３０μｍ以下であり、該制御電極は信号電極２と接地電極３とを有し、少なくとも該信号電極における該基板と接触する表面部には、低誘電率層５，６が形成されていることを特徴とする。  好ましくは、該低誘電率層の厚みは、１０Å以上１０００Å以下であることを特徴とする。  さらに好ましくは、該低誘電率層は、アニール処理によって形成されることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された光導波路と、該光導波路に電界を印加するための制御電極とを有する光導波路素子において、
該基板の厚さが３０μｍ以下であり、
該制御電極は信号電極と接地電極とを有し、
少なくとも該信号電極における該基板と接触する表面部には、低誘電率層が形成されていることを特徴とする光導波路素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光導波路素子において、該低誘電率層は、アニール処理によって形成されることを特徴とする光導波路素子。
【請求項３】
請求項２に記載の光導波路素子において、該アニール処理は、該光導波路及び該制御電極が形成された光導波路素子を８０℃以上２５０℃以下でアニールする処理であることを特徴とする光導波路素子。
【請求項４】
電気光学効果を有する基板に、光導波路及び該光導波路に電界を印加するための制御電極を形成し、かつ、該基板の厚みを３０μｍ以下に設定した後、
８０℃以上２５０℃以下でアニールする処理を行ない、該制御電極における該基板と接触する表面部に低誘電率層を形成することを特徴とする光導波路素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路素子に関し、特に、光通信装置又は光計測装置に使用される光導波路素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光通信分野や光計測分野において、電気光学効果を有する基板上に光導波路や制御電極を形成した導波路型光変調器などの光導波路素子が多用されている。
【０００３】
光変調周波数の広帯域化を実現するためには、変調信号であるマイクロ波と光波との速度整合を図ることが重要であり、これまでに様々な方法が提案されている。例えば、バッファ層の厚膜化、電極の高アスペクト化やリッジ構造などである。また、特許文献１又は２には、３０μｍ以下の厚みを有する極めて薄い基板に、光導波路や制御電極を組み込み、該基板より誘電率の低い他の基板（補強板）を接合し、マイクロ波に対する実効屈折率を下げ、マイクロ波と光波との速度整合を図ることが行なわれている。
【特許文献１】特開昭６４−１８１２１号公報
【特許文献２】特開２００３−２１５５１９号公報
【０００４】
このように、薄板化された基板を用いることで、光変調器の設計自由度が飛躍的に高まり、例えば、バッファ層を用いなくても、広帯域かつ低駆動電圧の光変調器が作成可能になる。一例として、光導波路素子に光導波路を形成する際に、Ｔｉなどの金属を基板中に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高くし、光の閉じ込めを行なっている。そして、この基板を研磨により薄板化し、光導波路素子を形成している。
【０００５】
しかしながら、特許文献２に開示されているように、平坦化された補強板や２００μｍ以下の接着層などの構成により、長期的な温度ドリフトやＤＣドリフトは改善されるが、他方、基板に直接電極を形成するため、電極に電圧を付加した場合に、電極の角部に電界集中が発生し、これに対応して誘電体である基板内には、局所的な電荷集中が発生し、さらには、瞬間的に駆動電圧がサージ（瞬間的なＤＣドリフト）する現象が発生する。このサージによる応力は、薄板化された基板を破損する場合があり、重要な問題となっている。
【０００６】
これに対し、特許文献３に示すように、基板と電極との間に酸化シリコンとインジウムの酸化物を含むバッファ層（厚さ０．２５μｍ〜２．５μｍ）を形成することも可能であるが、バッファ層を形成する工程が別途必要である上、バッファ層が０．２５μｍ以上と厚いため、駆動電圧の上昇の原因となる。
【特許文献３】特許第３００１０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、バッファ層を利用することなく、瞬間的なＤＣドリフトによって発生するサージ現象を低減し、薄板化された基板の破損を防止することが可能な光導波路素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明では、電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された光導波路と、該光導波路に電界を印加するための制御電極とを有する光導波路素子において、該基板の厚さが３０μｍ以下であり、該制御電極は信号電極と接地電極とを有し、少なくとも該信号電極における該基板と接触する表面部には、低誘電率層（酸化物層）が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
好ましくは、該低誘電率層の厚みは、１０Å以上１０００Å以下であることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明では、請求項１に記載の光導波路素子において、該低誘電率層は、アニール処理によって形成されることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明では、請求項２に記載の光導波路素子において、該アニール処理は、該光導波路及び該制御電極が形成された光導波路素子を８０℃以上２５０℃以下でアニールする処理であることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明は、電気光学効果を有する基板に、光導波路及び該光導波路に電界を印加するための制御電極を形成し、かつ、該基板の厚みを３０μｍ以下に設定した後、８０℃以上２５０℃以下でアニールする処理を行ない、該制御電極における該基板と接触する表面部に低誘電率層（酸化物層）を形成することを特徴とする光導波路素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明により、電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された光導波路と、該光導波路に電界を印加するための制御電極とを有する光導波路素子において、該基板の厚さが３０μｍ以下であり、該制御電極は信号電極と接地電極とを有し、少なくとも該信号電極における該基板と接触する表面部には、低誘電率層が形成されているため、瞬間的なＤＣドリフトによって発生するサージ現象を低減し、薄板化された基板の破損を防止することが可能となる。
【００１４】
また、低誘電率層の厚みを１０Å以上１０００Å以下とすることにより、従来のバッファ層のように、駆動電圧が増加することも無い。
【００１５】
請求項２に係る発明により、低誘電率層は、アニール処理によって形成されるため、光導波路素子の製造工程を複雑化させず、簡便な方法でサージ現象の低減を実現することが可能となる。
【００１６】
請求項３に係る発明により、アニール処理は、光導波路及び制御電極が形成された光導波路素子を８０℃以上２５０℃以下でアニールする処理であるため、サージ現象を効果的に低減可能な低誘電率層を、制御電極の基板と接触する表面部に形成することが可能となる。
【００１７】
請求項４に係る発明により、電気光学効果を有する基板に、光導波路及び該光導波路に電界を印加するための制御電極を形成し、かつ、該基板の厚みを３０μｍ以下に設定した後、８０℃以上２５０℃以下でアニールする処理を行ない、該制御電極における該基板と接触する表面部に低誘電率層を形成することを特徴とする光導波路素子の製造方法であるため、光導波路素子の製造工程を複雑化させず、簡便な方法でサージ現象の低減を実現した光導波路素子を製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の光導波路素子について、詳細に説明する。
本発明に係る光導波路素子は、図１に示すように、電気光学効果を有する基板１と、該基板上に形成された光導波路４と、該光導波路に電界を印加するための制御電極２，３とを有する光導波路素子において、該基板の厚さが３０μｍ以下であり、該制御電極は信号電極２と接地電極３とを有し、少なくとも該信号電極における該基板と接触する表面部には、低誘電率層（酸化物層）５，６が形成されていることを特徴とする。この低誘電率層５，６により、瞬間的なＤＣドリフトによって発生するサージ現象を低減し、薄板化された基板の破損を防止することが可能となる。
【００１９】
電気光学効果を有する材料としては、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料及びこれらの組み合わせが利用可能である。特に、電気光学効果の高いニオブ酸リチウム（ＬＮ）結晶が好適に利用される。
【００２０】
光導波路４の形成方法としては、Ｔｉなどを熱拡散法やプロトン交換法などで基板表面に拡散させることにより形成することができる。また、特許文献４のように、薄板１の表面に光導波路の形状に合わせてリッジを形成し、光導波路を構成することも可能である。
【特許文献４】特開平６−２８９３４１号公報
【００２１】
信号電極２や接地電極３などの制御電極は、Ｔｉ・Ａｕの電極パターンの形成及び金メッキ方法などにより形成することが可能である。電気光学効果を有する材料は全て酸化物であり、その材料の酸素と電極材料が結合し、低誘電率層（酸化物層）が形成される。金（Ａｕ）は基本的に酸化し難い材料であるため、電極材料にはＴｉ等の材料が含まれることが望ましい。
【００２２】
光導波路素子を構成する基板１の薄板化方法は、数百μｍの厚さを有する基板に上述した光導波路を形成し、基板の裏面を研磨して、３０μｍ以下の厚みを有する薄板を作成する。その後薄板の表面に変調電極を作り込む。また、光導波路や変調電極などの作り込みを行った後に、基板の裏面を研磨することも可能である。なお、光導波路形成時の熱的衝撃や各種処理時の薄膜の取り扱いによる機械的衝撃などが加わると、薄板が破損する危険性もあるため、これらの熱的又は機械的衝撃が加わり易い工程は、基板を研磨して薄板化する前に行うことが好ましい。
【００２３】
図１に示すように、薄板化された基板１を補強するため、補強板８が接着層７を介して基板１に接合されている。
補強板５に使用される材料としては、種々のものが利用可能であり、例えば、薄板と同様の材料を使用する他に、石英、ガラス、アルミナなどのように薄板より低誘電率の材料を使用したり、または、特許文献４のように薄板と異なる結晶方位を有する材料を使用することも可能である。ただし、線膨張係数が薄板と同等である材料を選定することが、温度変化に対する光変調素子の変調特性を安定させる上で好ましい。仮に、同等の材料の選定が困難である場合には、薄板と補強板とを接合する接着剤に、薄板と同等な線膨張係数を有する材料を選定する。
【００２４】
薄板１と補強板８との接合には、接着層７として、エポキシ系接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化性接着剤、半田ガラス、熱硬化性、光硬化性あるいは光増粘性の樹脂接着剤シートなど、種々の接着材料を使用することが可能である。
【００２５】
本発明の光導波路素子の特徴である、電極表面に低誘電率層（酸化物層）を形成する方法を説明する。
電気光学効果を有する基板１に、上述したように光導波路４及び該光導波路に電界を印加するための制御電極２，３を形成し、かつ、該基板の厚みを３０μｍ以下に設定した後に（ただし、補強板を接合する前段階で）、光導波路素子を酸素雰囲気中かつ８０℃以上２５０℃以下の温度中でアニール処理を行なう。このアニール処理により、空気中に露出した電極表面は空気中の酸素により低誘電率層５が形成され、基板に接触した表面部には、基板に含まれる酸素により低誘電率層６が形成される。
【００２６】
アニール処理を行う温度は、８０℃未満の場合には、電極表面に十分な低誘電率層が形成されず、２５０℃を超えた場合には、電気光学効果を有する基板１中に含まれるＬｉや酸素などが空気中に放出され、基板１の屈折率が変化するなどの弊害を生じる。
【００２７】
また、アニール処理時間については、１０分〜１８０分程度が好ましい。１０分より短い場合には、低誘電率層の厚みが１０Å未満となり、サージ現象を効果的に抑制することが困難となる。また、１８０分より長い場合には、低誘電率層の厚みが１０００Åより厚くなるため、駆動電圧の増加の原因となる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上説明したように、本発明によれば、バッファ層を利用することなく、瞬間的なＤＣドリフトによって発生するサージ現象を低減し、薄板化された基板の破損を防止することが可能な光導波路素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る光導波路素子の一例を示す断面概略図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  基板
２  信号電極
３  接地電極
４  光導波路
５，６  低誘電率層（酸化物膜）
７  接着層
８  補強板
【図１】
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