光変調素子及びその製造方法
【課題】機械的強度を落とさずにディップを抑制可能な構造をもった光変調素子を提案する。
【解決手段】本提案に係る光変調素子は、電気光学効果をもつ結晶基板１０と、結晶基板内に形成された光導波路２０と、結晶基板上に形成され、光導波路２０に対して電界を印加する電極３０と、電極３０が形成された結晶基板の表面１１及びこれに対向する裏面１２の両方から離隔した結晶基板内部における電極下領域に、光導波路２０を避けて埋設された低誘電率の埋設層５０と、を含んで構成される。
【解決手段】本提案に係る光変調素子は、電気光学効果をもつ結晶基板１０と、結晶基板内に形成された光導波路２０と、結晶基板上に形成され、光導波路２０に対して電界を印加する電極３０と、電極３０が形成された結晶基板の表面１１及びこれに対向する裏面１２の両方から離隔した結晶基板内部における電極下領域に、光導波路２０を避けて埋設された低誘電率の埋設層５０と、を含んで構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気光学効果をもつ結晶を利用して電気信号を光信号へ変換する光変調技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速・大容量化に伴い、最近の光通信システムには４０ＧＨｚ以上の帯域幅が求められている。これに従って、光送信機等において使用される光変調器にも４０ＧＨｚ以上の広帯域化が要求されている。近年の光変調器は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）などの電気光学効果をもつ結晶を基板として、これに光導波路及び電極を形成したマッハ-ツェンダ型の光変調素子を使用していることから、当該光変調素子について、４０ＧＨｚ以上の帯域で動作可能であることが求められる。
【０００３】
図１１及び図１２に、ニオブ酸リチウム基板（ＬＮ基板）を使用した光変調素子の平面図とそのＡ−Ａ線断面図を示している。ＬＮ基板１の表面下には、チタン等の金属膜をパターニングして熱拡散させる、あるいは、パターニング後に安息香酸中でプロトン交換するなどの手法により、光導波路２が形成されている。光導波路２は、入射端部２ａと出射端部２ｂとの間に平行な二本の分岐部２ｃ，２ｄを有する構造で、このような光導波路２を進行する光に対して変調をかける電極３が、ＳｉＯ２膜など低屈折率のバッファ層４を介してＬＮ基板１上に形成される。電極３は、分岐部２ｃ，２ｄに対し作用するように形成され、一方の分岐部２ｃ上に形成された信号電極３ａと、その両脇の接地電極３ｂと、を含んでいる。
【０００４】
信号電極３ａは、光導波路２に電界を印加するための進行波電極とされ、一端から送信データに従う高周波電気信号が入力され、反対側の他端は５０Ω等で終端される。信号電極３ａ及び接地電極３ｂの電極幅や電極間隔は、電気信号と光の速度が整合するように設計される。
【０００５】
このような光変調素子を４０ＧＨｚ以上の広帯域で使用するうえで、高周波がＬＮ基板１内に漏れて別モードとなることにより、周波数特性にディップ（特性の急低下）の生じることが課題となっている。これに関し、図１３に、光変調素子の周波数透過特性（Ｓ２１）を示している。図示のように、高周波の透過特性においてディップの生じることが光変調素子の帯域を決めてしまうため、４０ＧＨｚ以上の広帯域で動作させることが難しくなっている。このようなディップは、図１４に示すように、ＬＮ基板１内に漏れ出した高周波の電界が、ＬＮ基板１内でＴＥモードやＴＭモードなどの別モードへと結合することで発生すると考えられ、ＬＮ基板１の厚みや幅によってディップの発生する周波数が異なることが知られている。
【０００６】
電気光学効果をもつ結晶基板を使用した光変調素子において上記ディップを抑制するための手法が、特許文献１〜６に開示されている。
【０００７】
特許文献１には、基板を薄くすることで、ディップの生じる周波数を、信号電極に印加する電気信号よりも高周波側へシフトさせる手法が開示されている。しかし、この手法では、４０ＧＨｚ以上の帯域を確保するために、通常は０．５〜１ｍｍ程度ある基板の厚みを０．２ｍｍ以下にしなければならず、基板の機械的強度に難がある。すなわち、工程中に基板割れが発生したり、モジュール化後も、筐体や終端基板などとの熱膨張差で基板割れの生じる可能性があり、歩留りが低下する。
【０００８】
特許文献２には、基板の裏面に溝を掘って肉薄部分を形成することで、駆動電圧を下げる手法が開示されている。この手法では、通常１ｍｍ厚の基板に０．１ｍｍ以下の肉薄部分を形成することになり、やはり基板の機械的強度に難がある。また、基板を貼り付ける際の接着剤が溝部分に入り込むため、接着剤と基板との熱膨張係数の違いから基板割れが発生し得る。
【０００９】
特許文献３には、薄くした基板を低誘電率のガラス基板に貼り付けることで機械的強度を高める手法が開示されている。しかし、ガラスなどの低誘電率基板は、電気光学結晶基板と熱膨張係数が合わず（ＳｉＯ２の熱膨張係数０．５ｐｐｍ／℃に対しＬＮ基板の場合熱膨張係数１５ｐｐｍ／℃）、熱膨張差による基板割れの可能性を排除できない。また、貼り付け前に基板を薄くする加工時の基板割れも無視できない。
【００１０】
特許文献４には、凹部空間を形成した筐体に、薄い基板を貼り付けるようにし、その凹部を低誘電率層とする手法が開示されている。この手法の場合も、ディップを十分に抑制するためには基板を薄くせねばならず、加工時の基板割れを解決することはできない。
【００１１】
一方、これら基板を薄くする手法とは異なる手法が特許文献５，６に開示されている。特許文献５には、基板の側部に導電性のフローティング電極を形成することで、特定の周波数の基板内共振を抑え、ディップを回避する手法が開示されている。この手法は、基板を薄くするものではないので、機械的強度という点では上記の手法より好ましいが、ディップを抑制するのではなく、周波数をまたいで分散させるようにしているため、基板を薄くする上記手法に比べると帯域劣化が生じやすい。また、特許文献６には、基板の形状を、厚み方向及び幅方向に不均一化することで、ディップを分散する手法が開示されているが、この手法もディップを抑制するものではなく、帯域劣化を無視できない。
【００１２】
【特許文献１】特開平０５−２５７１０４号公報
【特許文献２】特開２００２−１６９１３３号公報
【特許文献３】特開平０５−０９３８９２号公報
【特許文献４】特開２００２−３５７７９７号公報
【特許文献５】特開２００５−１８１５３７号公報
【特許文献６】特開平０５−２７６７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
以上のように従来の技術において、４０ＧＨｚ以上という広帯域対応に関し、電気光学効果をもつ結晶基板のディップ抑制と機械的強度を両立させ得る技術は、未だ提案されていない。本発明はこの点に着目したもので、機械的強度を落とさずにディップを抑制可能な構造をもった光変調素子とその製造方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するためにここで提案する光変調素子は、電気光学効果をもつ結晶基板と、該結晶基板内に形成された光導波路と、前記結晶基板上に形成され、前記光導波路に対して電界を印加する電極と、該電極が形成された前記結晶基板の表面及びこれに対向する裏面の両方から離隔した前記結晶基板内部における前記電極下領域の少なくとも一部に、前記光導波路を避けて埋設された低誘電率の埋設層と、を含んで構成される。
【００１５】
このような光変調素子であって、前記埋設層を前記結晶基板外部と連通させる外部接続通路をさらに含む光変調素子の製造方法として、ここでは、前記埋設層及び前記外部接続通路を形成する前記結晶基板の部分に超短パルスレーザを照射し、該レーザ照射部分をアモルファス化するレーザ照射工程と、当該結晶基板から前記アモルファス化部分を選択エッチングするエッチング工程と、を含む製造方法を提案する。
【００１６】
また、上記提案に係る光変調素子であって、前記埋設層の端部が前記結晶基板の側面に露呈している光変調素子の製造方法として、ここでは、前記埋設層を形成する前記結晶基板の部分に超短パルスレーザを照射し、該レーザ照射部分をアモルファス化するレーザ照射工程と、当該結晶基板から前記アモルファス化部分を選択エッチングするエッチング工程と、を含む製造方法を提案する。あるいは、同様に前記埋設層の端部が前記結晶基板の側面に露呈している上記提案の光変調素子の製造方法として、前記埋設層の端部を露呈させる前記結晶基板の側面を介して、前記埋設層を形成する前記結晶基板の部分を切削する切削工程を含む製造方法を提案する。
【００１７】
さらに、上記提案に係る光変調素子の製造方法として、ここでは、前記埋設層を形成する前記結晶基板の部分に超短パルスレーザを照射し、該レーザ照射部分に空孔を形成するレーザ照射工程を含む製造方法を提案する。
【発明の効果】
【００１８】
この提案に係る光変調素子は、結晶基板内部の電極下領域（電気力線の通り道）に低誘電率の埋設層を設けたことにより、結晶基板内へ漏れる高周波電界の別モードへの結合が抑止されるので、周波数特性のディップが抑制される。そして、その埋設層は、基板表面及び裏面から離隔した結晶基板の内部に形成した、言わば基板内部を部分的にくり抜いた形態のもので、基板厚を薄くしたり裏面から溝を掘ったりするものではないので、結晶基板の機械的強度をあまり落とさずに済む。すなわち、本提案に係る光変調素子は、ディップ抑制と機械的強度とを両立させることが可能である。
【００１９】
また、上記提案に係る製造方法によれば、電極を形成する結晶基板の表面やこれに対向する裏面に大きな開口を設けるなど、結晶基板の機械的強度を大きく損なうような加工を伴うことなく、結晶基板の内部に埋設層を形成することができる。また特に、基板裏面に開口する溝や孔等を形成することがないので、筐体接着時に使用される接着剤の埋設層への入り込みを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１及び図２に、光変調素子の第１実施形態を、平面図とＡ−Ａ線断面図で示す。この光変調素子は、電気光学効果をもつ結晶基板の一例としてニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の基板（ＬＮ基板）を使用したマッハ−ツェンダ型の光変調素子である。
【００２１】
ＬＮ基板１０の表面下には、チタン等の金属膜をパターニングして熱拡散させる、あるいは、パターニング後に安息香酸中でプロトン交換するなどの手法により、光導波路２０が形成されている。光導波路２０は、例えば、入射端部２１と出射端部２２との間に平行な二本の分岐部２３，２４を有する構造で、このような光導波路２０を進行する光に対して変調をかける電極３０が、ＳｉＯ２膜など低屈折率のバッファ層４０を介してＬＮ基板１０の表面上に形成される。電極３０は、分岐部２３，２４に対し作用するように形成され、一方の分岐部２３上に形成された信号電極３１と、その両脇の接地電極３２と、を含んでいる。
【００２２】
信号電極３１は、光導波路２０に電界を印加するための進行波電極とされ、一端から送信データに従う高周波電気信号が入力され、反対側の他端は５０Ω等で終端される。信号電極３１及び接地電極３２の電極幅や電極間隔は、電気信号と光の速度が整合するように設計される。
【００２３】
このような電極３０を表面上に有するＬＮ基板１０の内部に、低誘電率の埋設層５０が形成されている。埋設層５０は、ＬＮ基板１０の表面１１（電極３０形成面）及びこれに対向する裏面１２の両方から離隔した基板内部において、電極３０下の領域全体にわたって、すなわち、電極３０の形状に沿ってその下方を覆うように形成されている。電極３０下の領域全体にわたって形成されているので、埋設層５０の端部は、ＬＮ基板１０の側面１３に達して露呈している（図１の破線領域参照）。なお、光導波路２０はＬＮ基板１０の表面下に形成されているので、ＬＮ基板１０の表面１１から離隔した位置に形成される埋設層５０に含まれない。つまり、埋設層５０は、光導波路２０を避けて埋設される。
【００２４】
埋設層５０は、ＬＮ基板１０の表面１１及び裏面１２の両方から離隔し、ＬＮ基板１０の内部に埋め込まれた状態にあるので、埋設層５０の存在が、ＬＮ基板１０の機械的強度を大きく低下させることはない。基板を薄くしたり溝を掘ったりする従来技術に比べれば、ＬＮ基板１０の機械的強度は格段に高い。また、ＬＮ基板１０の裏面１２に開口する溝や孔などがないので、当該光変調素子を載置する筐体への接着時に、その接着剤が埋設層５０へ入り込むこともない。
【００２５】
一方、電極３０の下方、すなわち電極３０に印加される高周波電気信号によって発生する電界が作用する領域（電気力線の通り道）に、低誘電率の埋設層５０を設けたので、図１４で説明したような、漏れ出た高周波電界の別モードへの結合が抑止され、周波数特性のディップが抑制される。このディップ抑制のための埋設層５０は、空洞（アモルファス部と空乏部の入り交じったものも含む）とすることができる。空洞とした場合、埋設層５０は、真空状態としたり、空気や不活性ガスなどで満たすことが可能である。あるいは、埋設層５０に低誘電率の物質を充填することもできる。不活性ガス等を入れる場合には、光変調器モジュールの組み立て時に充填して密封するなどの手法が可能である。このような埋設層５０の形成位置は、光導波路２０にかからない範囲でなるべく基板表面１１に近い方がよい。また、埋設層５０の厚み（図中上下方向の幅）は、機械的強度との兼ね合いを考慮しつつなるべく厚くする方がよい。このような埋設層５０を設けることにより、さらに副次的効果として、例えば特開平１０−１３３１５９号公報に述べられている帯域向上、駆動電圧低減といった効果にもつながり得る。
【００２６】
図３及び図４に、第２実施形態を示している。図３が平面図、図４はそのＢ−Ｂ線断面図である。第２実施形態の光変調素子は、埋設層を電極下に部分的に設けた例である。第１実施形態と共通のものには同じ符号を付してあるので、その説明は省く。
【００２７】
電極３０はコ字状の平面形状を呈し、その両端部は、電気回路とワイヤボンディングで接続されるので、該両端部における信号電極３１と接地電極３２との間の電極間隔は、拡げられている。そして、これら端部からコ字状の曲折部（角部）までの間は、電極間隔が狭まっていくテーパ部となっている。曲折部と曲折部との間の直線部分が、光導波路２０に作用する作用部となる。このように電極３０は、端部及びテーパ部において電極間隔が拡がっているので、当該部分では高周波の電界が基板内に広がり、基板内に漏れやすくなる。また、曲折部においても、放射により電界が基板内に漏れやすい。そこで、第２実施形態の埋設層６０は、電極３０において高周波の漏れやすい箇所、つまり端部−テーパ部−曲折部の下方領域にだけ形成されている。なお、場合によっては、端部のみ、テーパ部のみ、曲折部のみなどに形成する例も可能である。
【００２８】
図５及び図６には、光変調素子の第３実施形態を、平面図とそのＡ−Ａ線断面図で示している。第３実施形態は、埋設層をその端部以外でＬＮ基板外部と連通させる外部接続通路をさらに含む例である。なお、第１実施形態と共通のものには同じ符号を付してあるので、その説明は省く。
【００２９】
埋設層５０は、第１実施形態と同じく電極下領域全体にわたり形成されているが、第３実施形態では、この埋設層５０をＬＮ基板１０の外部と連通させる外部接続通路７０が複数形成されている。外部接続通路７０は、埋設層５０とＬＮ基板１０の側面１３とを結ぶ通路で、後述のエッチング工程の時間短縮に寄与する。現在一般的なＬＮ基板１０において、厚みは０．５ｍｍ〜１ｍｍ、幅（短辺方向の長さ）は１ｍｍ〜２ｍｍ、長さ（長辺方向の長さ）は１０ｍｍ〜９０ｍｍであるから、長さ方向に所定のピッチで外部接続通路７０を形成することによって、エッチング液の浸透を速め、エッチング時間を短縮することができる。各外部接続通路７０の口径は、基板の機械的強度に影響しないように、極力極小さくしておくのがよい。
【００３０】
図７に、第４実施形態として、外部接続通路の変形例を図６相当の断面図で示す。この実施形態では、外部接続通路の一部が基板表面へ開口している。すなわち、図６同様に側面１３へ開口する外部接続通路７０と、ＬＮ基板１０の表面１１へ曲折して開口する外部接続通路７１と、が形成されている。ＬＮ基板１０の幅が広い場合など、埋設層５０からＬＮ基板１０の側面１３までの距離が長いときには、表面１１へ開口した方が外部接続通路７１の全長を短くできることがある。通路長は短い方が、エッチング時間の短縮には好ましい。
【００３１】
図８には、埋設層の形態が異なる第５実施形態を図２相当の断面図で示す。なお、第１実施形態と共通のものには同じ符号を付してあるので、その説明は省く。
【００３２】
この実施形態の埋設層８０は、図１の埋設層５０相当の電極下領域の全体にわたる多数の空孔８１の束を含んで構成されている。各空孔８１は、例えば特開２００６−２３９７１８号公報にあるように、フェムト秒レーザ等の超短パルスレーザを、埋設層８０の形成領域に沿って往復させて照射することにより、形成することができる。このような空孔８０の束を含む構成の埋設層８０によっても、ＬＮ基板１０の機械的強度は落とさずにディップを抑制する効果を得ることができる。なお、埋設層８０も、第２実施形態のように少なくとも部分的に存在していれば効果を得ることができる。
【００３３】
図９に、第１〜第４実施形態に係る光変調素子の製造方法について工程図を示している。
【００３４】
（Ａ）まず、ＬＮ基板１０において光導波路２０を形成する部位に金属、例えばチタンの膜をパターニングし、熱拡散又はプロトン交換を実施して光導波路２０を形成する。
（Ｂ）電極３０を形成する領域の下方に相当するＬＮ基板１０の内部領域、つまり埋設層５０，６０（及び外部接続通路７０，７１）を形成する領域に対して、フェムト秒レーザ等の超短パルスレーザを走査し、該領域をアモルファス化する。このレーザ照射工程では、埋設層形成領域に対して超短パルスレーザを何度も往復させて照射することにより、埋設層形成領域全体をアモルファス化する。
（Ｃ）エッチング液にＬＮ基板１０を浸し、ウエットエッチングを実施する。このエッチング工程は、アモルファス部分の選択比が大きい（エッチング速度の速い）エッチング液を使用した選択エッチングである。エッチング液としては、例えば、ＨＦ（フッ酸）、ＨＦ＋２ＨＮＯ３混合液、ＫＯＨなどの酸・アルカリを使用可能である。ただし、ＬＮ基板１０にダメージを与える可能性のあるエッチング液の場合には、光導波路２０を形成したＬＮ基板１０の表面をフォトレジストなどでマスクキングしておく必要がある。
（Ｄ）スパッタリングを使用して、光導波路２０を形成したＬＮ基板１０の表面上にＳｉＯ２などのバッファ層４０を形成する。
（Ｅ）バッファ層４０の上に下地電極をパターニングし、鍍金等によって厚膜電極３０を形成する。
【００３５】
なお、工程順は上記の順に限らず、（Ｂ）→（Ｃ）→（Ａ）→（Ｄ）→（Ｅ）、あるいは、（Ａ）→（Ｄ）→（Ｅ）→（Ｂ）→（Ｃ）など、都合に応じて適宜変更可能である。
【００３６】
以上は第１実施形態や第３実施形態、第４実施形態の埋設層５０（及び外部接続通路７０，７１）を形成する場合の製造工程例であるが、第２実施形態の埋設層６０を形成する場合は、レーザ照射工程→エッチング工程を必須とはしない。すなわち、埋設層６０は、ＬＮ基板１０の側面１３に端部が露呈しており、しかも平面形状が四辺形なので、埋設層端部を露呈させる側面１３からＬＮ基板１０を切削することにより、直接的に形成することができる。その切削工程には、レーザ加工、あるいはサンドブラスト加工を用いることが可能である。
【００３７】
図１０に、埋設層及び外部接続通路形成領域をアモルファス化する際の超短パルスレーザ照射手法の例を示している。（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、超短パルスレーザＬを、ＬＮ基板１０のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に走査することにより、三次元形状のアモルファス化領域を形成することができる。超短パルスレーザＬを走査制御する他にも、ＬＮ基板１０をＸＹＺステージに載置して移動制御することによっても同様の加工を施すことができる。
【００３８】
以上のような製造方法によれば、電極３０を形成するＬＮ基板１０の表面１１やこれに対向する裏面１２に大きな開口を設けるといった基板の機械的強度を大きく損なうような加工を伴わずに済む。
【００３９】
以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【００４０】
（付記１） 電気光学効果をもつ結晶基板と、
該結晶基板内に形成された光導波路と、
前記結晶基板上に形成され、前記光導波路に対して電界を印加する電極と、
該電極が形成された前記結晶基板の表面及びこれに対向する裏面の両方から離隔した前記結晶基板内部における前記電極下領域の少なくとも一部に、前記光導波路を避けて埋設された低誘電率の埋設層と、
を含んで構成される光変調素子。
【００４１】
（付記２） 付記１記載の光変調素子であって、
前記埋設層を前記結晶基板外部と連通させる外部接続通路をさらに含む光変調素子。
【００４２】
（付記３） 付記２記載の光変調素子であって、
前記外部接続通路が前記結晶基板の側面に開口している光変調素子。
【００４３】
（付記４） 付記２記載の光変調素子であって、
前記外部接続通路の少なくとも一部が前記結晶基板の表面に開口している光変調素子。
【００４４】
（付記５） 付記１記載の光変調素子であって、
前記埋設層の端部が前記結晶基板の側面に露呈している光変調素子。
【００４５】
（付記６） 付記１〜付記５のいずれかに記載の光変調素子であって、
前記埋設層が空洞である光変調素子。
【００４６】
（付記７） 付記１〜付記６のいずれかに記載の光変調素子であって、
前記結晶基板がニオブ酸リチウムの基板である光変調素子。
【００４７】
（付記８） 付記１〜付記６のいずれかに記載の光変調素子であって、
前記電極が進行波電極である光変調素子。
【００４８】
（付記９） 付記２〜付記４のいずれかに記載の光変調素子の製造方法であって、
前記埋設層及び前記外部接続通路を形成する前記結晶基板の部分に超短パルスレーザを照射し、該レーザ照射部分をアモルファス化するレーザ照射工程と、
当該結晶基板から前記アモルファス化部分を選択エッチングするエッチング工程と、
を含む製造方法。
【００４９】
（付記１０） 付記５記載の光変調素子の製造方法であって、
前記埋設層を形成する前記結晶基板の部分に超短パルスレーザを照射し、該レーザ照射部分をアモルファス化するレーザ照射工程と、
当該結晶基板から前記アモルファス化部分を選択エッチングするエッチング工程と、
を含む製造方法。
【００５０】
（付記１１） 付記１〜付記５のいずれかに記載の光変調素子の製造方法であって、
前記埋設層を形成する前記結晶基板の部分に超短パルスレーザを照射し、該レーザ照射部分に空孔を形成するレーザ照射工程
を含む製造方法。
【００５１】
（付記１２） 付記５記載の光変調素子の製造方法であって、
前記埋設層の端部を露呈させる前記結晶基板の側面を介して、前記埋設層を形成する前記結晶基板の部分を切削する切削工程
を含む製造方法。
【００５２】
（付記１３） 付記９〜付記１１のいずれかに記載の光変調素子の製造方法であって、
前記超短パルスレーザがフェムト秒レーザである製造方法。
【００５３】
（付記１４） 付記９又は付記１０記載の光変調素子の製造方法であって、
前記エッチング工程をウエットエッチングにより実施する製造方法。
【００５４】
（付記１５） 付記９〜付記１２のいずれかに記載の光変調素子の製造方法であって、
金属の熱拡散又はプロトン交換により、前記結晶基板内に前記光導波路を形成する工程を含む製造方法。
【００５５】
（付記１６） 付記９〜付記１２のいずれかに記載の光変調素子の製造方法であって、
スパッタリングにより、前記電極を形成する前記結晶基板の表面にバッファ層を形成する工程を含む製造方法。
【００５６】
（付記１７） 付記１６記載の光変調素子の製造方法であって、
前記バッファ層上に下地電極を形成して、鍍金により厚膜電極を形成する工程を含む製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１実施形態に係る光変調素子の平面図。
【図２】第１実施形態に係る光変調素子の断面図。
【図３】第２実施形態に係る光変調素子の平面図。
【図４】第２実施形態に係る光変調素子の断面図。
【図５】第３実施形態に係る光変調素子の平面図。
【図６】第３実施形態に係る光変調素子の断面図。
【図７】第４実施形態に係る光変調素子の断面図。
【図８】第５実施形態に係る光変調素子の断面図。
【図９】第１〜第４実施形態に係る光変調素子の製造工程図。
【図１０】超短パルスレーザによる加工方法の説明図。
【図１１】従来技術に係る光変調素子の平面図。
【図１２】従来技術に係る光変調素子の断面図。
【図１３】ディップを説明する周波数透過特性のグラフ。
【図１４】ディップを生じる原因について示した説明図。
【符号の説明】
【００５８】
１０ ＬＮ基板（結晶基板）
１１ 基板表面
１２ 基板裏面
１３ 基板側面
２０ 光導波路
２１ 入射端部
２２ 出射端部
２３，２４ 分岐部（作用部）
３０ 電極
３１ 信号電極
３２ 接地電極
４０ バッファ層
５０，６０，８０ 埋設層
７０，７１ 外部接続通路
８１ 空孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気光学効果をもつ結晶を利用して電気信号を光信号へ変換する光変調技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速・大容量化に伴い、最近の光通信システムには４０ＧＨｚ以上の帯域幅が求められている。これに従って、光送信機等において使用される光変調器にも４０ＧＨｚ以上の広帯域化が要求されている。近年の光変調器は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）などの電気光学効果をもつ結晶を基板として、これに光導波路及び電極を形成したマッハ-ツェンダ型の光変調素子を使用していることから、当該光変調素子について、４０ＧＨｚ以上の帯域で動作可能であることが求められる。
【０００３】
図１１及び図１２に、ニオブ酸リチウム基板（ＬＮ基板）を使用した光変調素子の平面図とそのＡ−Ａ線断面図を示している。ＬＮ基板１の表面下には、チタン等の金属膜をパターニングして熱拡散させる、あるいは、パターニング後に安息香酸中でプロトン交換するなどの手法により、光導波路２が形成されている。光導波路２は、入射端部２ａと出射端部２ｂとの間に平行な二本の分岐部２ｃ，２ｄを有する構造で、このような光導波路２を進行する光に対して変調をかける電極３が、ＳｉＯ２膜など低屈折率のバッファ層４を介してＬＮ基板１上に形成される。電極３は、分岐部２ｃ，２ｄに対し作用するように形成され、一方の分岐部２ｃ上に形成された信号電極３ａと、その両脇の接地電極３ｂと、を含んでいる。
【０００４】
信号電極３ａは、光導波路２に電界を印加するための進行波電極とされ、一端から送信データに従う高周波電気信号が入力され、反対側の他端は５０Ω等で終端される。信号電極３ａ及び接地電極３ｂの電極幅や電極間隔は、電気信号と光の速度が整合するように設計される。
【０００５】
このような光変調素子を４０ＧＨｚ以上の広帯域で使用するうえで、高周波がＬＮ基板１内に漏れて別モードとなることにより、周波数特性にディップ（特性の急低下）の生じることが課題となっている。これに関し、図１３に、光変調素子の周波数透過特性（Ｓ２１）を示している。図示のように、高周波の透過特性においてディップの生じることが光変調素子の帯域を決めてしまうため、４０ＧＨｚ以上の広帯域で動作させることが難しくなっている。このようなディップは、図１４に示すように、ＬＮ基板１内に漏れ出した高周波の電界が、ＬＮ基板１内でＴＥモードやＴＭモードなどの別モードへと結合することで発生すると考えられ、ＬＮ基板１の厚みや幅によってディップの発生する周波数が異なることが知られている。
【０００６】
電気光学効果をもつ結晶基板を使用した光変調素子において上記ディップを抑制するための手法が、特許文献１〜６に開示されている。
【０００７】
特許文献１には、基板を薄くすることで、ディップの生じる周波数を、信号電極に印加する電気信号よりも高周波側へシフトさせる手法が開示されている。しかし、この手法では、４０ＧＨｚ以上の帯域を確保するために、通常は０．５〜１ｍｍ程度ある基板の厚みを０．２ｍｍ以下にしなければならず、基板の機械的強度に難がある。すなわち、工程中に基板割れが発生したり、モジュール化後も、筐体や終端基板などとの熱膨張差で基板割れの生じる可能性があり、歩留りが低下する。
【０００８】
特許文献２には、基板の裏面に溝を掘って肉薄部分を形成することで、駆動電圧を下げる手法が開示されている。この手法では、通常１ｍｍ厚の基板に０．１ｍｍ以下の肉薄部分を形成することになり、やはり基板の機械的強度に難がある。また、基板を貼り付ける際の接着剤が溝部分に入り込むため、接着剤と基板との熱膨張係数の違いから基板割れが発生し得る。
【０００９】
特許文献３には、薄くした基板を低誘電率のガラス基板に貼り付けることで機械的強度を高める手法が開示されている。しかし、ガラスなどの低誘電率基板は、電気光学結晶基板と熱膨張係数が合わず（ＳｉＯ２の熱膨張係数０．５ｐｐｍ／℃に対しＬＮ基板の場合熱膨張係数１５ｐｐｍ／℃）、熱膨張差による基板割れの可能性を排除できない。また、貼り付け前に基板を薄くする加工時の基板割れも無視できない。
【００１０】
特許文献４には、凹部空間を形成した筐体に、薄い基板を貼り付けるようにし、その凹部を低誘電率層とする手法が開示されている。この手法の場合も、ディップを十分に抑制するためには基板を薄くせねばならず、加工時の基板割れを解決することはできない。
【００１１】
一方、これら基板を薄くする手法とは異なる手法が特許文献５，６に開示されている。特許文献５には、基板の側部に導電性のフローティング電極を形成することで、特定の周波数の基板内共振を抑え、ディップを回避する手法が開示されている。この手法は、基板を薄くするものではないので、機械的強度という点では上記の手法より好ましいが、ディップを抑制するのではなく、周波数をまたいで分散させるようにしているため、基板を薄くする上記手法に比べると帯域劣化が生じやすい。また、特許文献６には、基板の形状を、厚み方向及び幅方向に不均一化することで、ディップを分散する手法が開示されているが、この手法もディップを抑制するものではなく、帯域劣化を無視できない。
【００１２】
【特許文献１】特開平０５−２５７１０４号公報
【特許文献２】特開２００２−１６９１３３号公報
【特許文献３】特開平０５−０９３８９２号公報
【特許文献４】特開２００２−３５７７９７号公報
【特許文献５】特開２００５−１８１５３７号公報
【特許文献６】特開平０５−２７６７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
以上のように従来の技術において、４０ＧＨｚ以上という広帯域対応に関し、電気光学効果をもつ結晶基板のディップ抑制と機械的強度を両立させ得る技術は、未だ提案されていない。本発明はこの点に着目したもので、機械的強度を落とさずにディップを抑制可能な構造をもった光変調素子とその製造方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するためにここで提案する光変調素子は、電気光学効果をもつ結晶基板と、該結晶基板内に形成された光導波路と、前記結晶基板上に形成され、前記光導波路に対して電界を印加する電極と、該電極が形成された前記結晶基板の表面及びこれに対向する裏面の両方から離隔した前記結晶基板内部における前記電極下領域の少なくとも一部に、前記光導波路を避けて埋設された低誘電率の埋設層と、を含んで構成される。
【００１５】
このような光変調素子であって、前記埋設層を前記結晶基板外部と連通させる外部接続通路をさらに含む光変調素子の製造方法として、ここでは、前記埋設層及び前記外部接続通路を形成する前記結晶基板の部分に超短パルスレーザを照射し、該レーザ照射部分をアモルファス化するレーザ照射工程と、当該結晶基板から前記アモルファス化部分を選択エッチングするエッチング工程と、を含む製造方法を提案する。
【００１６】
また、上記提案に係る光変調素子であって、前記埋設層の端部が前記結晶基板の側面に露呈している光変調素子の製造方法として、ここでは、前記埋設層を形成する前記結晶基板の部分に超短パルスレーザを照射し、該レーザ照射部分をアモルファス化するレーザ照射工程と、当該結晶基板から前記アモルファス化部分を選択エッチングするエッチング工程と、を含む製造方法を提案する。あるいは、同様に前記埋設層の端部が前記結晶基板の側面に露呈している上記提案の光変調素子の製造方法として、前記埋設層の端部を露呈させる前記結晶基板の側面を介して、前記埋設層を形成する前記結晶基板の部分を切削する切削工程を含む製造方法を提案する。
【００１７】
さらに、上記提案に係る光変調素子の製造方法として、ここでは、前記埋設層を形成する前記結晶基板の部分に超短パルスレーザを照射し、該レーザ照射部分に空孔を形成するレーザ照射工程を含む製造方法を提案する。
【発明の効果】
【００１８】
この提案に係る光変調素子は、結晶基板内部の電極下領域（電気力線の通り道）に低誘電率の埋設層を設けたことにより、結晶基板内へ漏れる高周波電界の別モードへの結合が抑止されるので、周波数特性のディップが抑制される。そして、その埋設層は、基板表面及び裏面から離隔した結晶基板の内部に形成した、言わば基板内部を部分的にくり抜いた形態のもので、基板厚を薄くしたり裏面から溝を掘ったりするものではないので、結晶基板の機械的強度をあまり落とさずに済む。すなわち、本提案に係る光変調素子は、ディップ抑制と機械的強度とを両立させることが可能である。
【００１９】
また、上記提案に係る製造方法によれば、電極を形成する結晶基板の表面やこれに対向する裏面に大きな開口を設けるなど、結晶基板の機械的強度を大きく損なうような加工を伴うことなく、結晶基板の内部に埋設層を形成することができる。また特に、基板裏面に開口する溝や孔等を形成することがないので、筐体接着時に使用される接着剤の埋設層への入り込みを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１及び図２に、光変調素子の第１実施形態を、平面図とＡ−Ａ線断面図で示す。この光変調素子は、電気光学効果をもつ結晶基板の一例としてニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の基板（ＬＮ基板）を使用したマッハ−ツェンダ型の光変調素子である。
【００２１】
ＬＮ基板１０の表面下には、チタン等の金属膜をパターニングして熱拡散させる、あるいは、パターニング後に安息香酸中でプロトン交換するなどの手法により、光導波路２０が形成されている。光導波路２０は、例えば、入射端部２１と出射端部２２との間に平行な二本の分岐部２３，２４を有する構造で、このような光導波路２０を進行する光に対して変調をかける電極３０が、ＳｉＯ２膜など低屈折率のバッファ層４０を介してＬＮ基板１０の表面上に形成される。電極３０は、分岐部２３，２４に対し作用するように形成され、一方の分岐部２３上に形成された信号電極３１と、その両脇の接地電極３２と、を含んでいる。
【００２２】
信号電極３１は、光導波路２０に電界を印加するための進行波電極とされ、一端から送信データに従う高周波電気信号が入力され、反対側の他端は５０Ω等で終端される。信号電極３１及び接地電極３２の電極幅や電極間隔は、電気信号と光の速度が整合するように設計される。
【００２３】
このような電極３０を表面上に有するＬＮ基板１０の内部に、低誘電率の埋設層５０が形成されている。埋設層５０は、ＬＮ基板１０の表面１１（電極３０形成面）及びこれに対向する裏面１２の両方から離隔した基板内部において、電極３０下の領域全体にわたって、すなわち、電極３０の形状に沿ってその下方を覆うように形成されている。電極３０下の領域全体にわたって形成されているので、埋設層５０の端部は、ＬＮ基板１０の側面１３に達して露呈している（図１の破線領域参照）。なお、光導波路２０はＬＮ基板１０の表面下に形成されているので、ＬＮ基板１０の表面１１から離隔した位置に形成される埋設層５０に含まれない。つまり、埋設層５０は、光導波路２０を避けて埋設される。
【００２４】
埋設層５０は、ＬＮ基板１０の表面１１及び裏面１２の両方から離隔し、ＬＮ基板１０の内部に埋め込まれた状態にあるので、埋設層５０の存在が、ＬＮ基板１０の機械的強度を大きく低下させることはない。基板を薄くしたり溝を掘ったりする従来技術に比べれば、ＬＮ基板１０の機械的強度は格段に高い。また、ＬＮ基板１０の裏面１２に開口する溝や孔などがないので、当該光変調素子を載置する筐体への接着時に、その接着剤が埋設層５０へ入り込むこともない。
【００２５】
一方、電極３０の下方、すなわち電極３０に印加される高周波電気信号によって発生する電界が作用する領域（電気力線の通り道）に、低誘電率の埋設層５０を設けたので、図１４で説明したような、漏れ出た高周波電界の別モードへの結合が抑止され、周波数特性のディップが抑制される。このディップ抑制のための埋設層５０は、空洞（アモルファス部と空乏部の入り交じったものも含む）とすることができる。空洞とした場合、埋設層５０は、真空状態としたり、空気や不活性ガスなどで満たすことが可能である。あるいは、埋設層５０に低誘電率の物質を充填することもできる。不活性ガス等を入れる場合には、光変調器モジュールの組み立て時に充填して密封するなどの手法が可能である。このような埋設層５０の形成位置は、光導波路２０にかからない範囲でなるべく基板表面１１に近い方がよい。また、埋設層５０の厚み（図中上下方向の幅）は、機械的強度との兼ね合いを考慮しつつなるべく厚くする方がよい。このような埋設層５０を設けることにより、さらに副次的効果として、例えば特開平１０−１３３１５９号公報に述べられている帯域向上、駆動電圧低減といった効果にもつながり得る。
【００２６】
図３及び図４に、第２実施形態を示している。図３が平面図、図４はそのＢ−Ｂ線断面図である。第２実施形態の光変調素子は、埋設層を電極下に部分的に設けた例である。第１実施形態と共通のものには同じ符号を付してあるので、その説明は省く。
【００２７】
電極３０はコ字状の平面形状を呈し、その両端部は、電気回路とワイヤボンディングで接続されるので、該両端部における信号電極３１と接地電極３２との間の電極間隔は、拡げられている。そして、これら端部からコ字状の曲折部（角部）までの間は、電極間隔が狭まっていくテーパ部となっている。曲折部と曲折部との間の直線部分が、光導波路２０に作用する作用部となる。このように電極３０は、端部及びテーパ部において電極間隔が拡がっているので、当該部分では高周波の電界が基板内に広がり、基板内に漏れやすくなる。また、曲折部においても、放射により電界が基板内に漏れやすい。そこで、第２実施形態の埋設層６０は、電極３０において高周波の漏れやすい箇所、つまり端部−テーパ部−曲折部の下方領域にだけ形成されている。なお、場合によっては、端部のみ、テーパ部のみ、曲折部のみなどに形成する例も可能である。
【００２８】
図５及び図６には、光変調素子の第３実施形態を、平面図とそのＡ−Ａ線断面図で示している。第３実施形態は、埋設層をその端部以外でＬＮ基板外部と連通させる外部接続通路をさらに含む例である。なお、第１実施形態と共通のものには同じ符号を付してあるので、その説明は省く。
【００２９】
埋設層５０は、第１実施形態と同じく電極下領域全体にわたり形成されているが、第３実施形態では、この埋設層５０をＬＮ基板１０の外部と連通させる外部接続通路７０が複数形成されている。外部接続通路７０は、埋設層５０とＬＮ基板１０の側面１３とを結ぶ通路で、後述のエッチング工程の時間短縮に寄与する。現在一般的なＬＮ基板１０において、厚みは０．５ｍｍ〜１ｍｍ、幅（短辺方向の長さ）は１ｍｍ〜２ｍｍ、長さ（長辺方向の長さ）は１０ｍｍ〜９０ｍｍであるから、長さ方向に所定のピッチで外部接続通路７０を形成することによって、エッチング液の浸透を速め、エッチング時間を短縮することができる。各外部接続通路７０の口径は、基板の機械的強度に影響しないように、極力極小さくしておくのがよい。
【００３０】
図７に、第４実施形態として、外部接続通路の変形例を図６相当の断面図で示す。この実施形態では、外部接続通路の一部が基板表面へ開口している。すなわち、図６同様に側面１３へ開口する外部接続通路７０と、ＬＮ基板１０の表面１１へ曲折して開口する外部接続通路７１と、が形成されている。ＬＮ基板１０の幅が広い場合など、埋設層５０からＬＮ基板１０の側面１３までの距離が長いときには、表面１１へ開口した方が外部接続通路７１の全長を短くできることがある。通路長は短い方が、エッチング時間の短縮には好ましい。
【００３１】
図８には、埋設層の形態が異なる第５実施形態を図２相当の断面図で示す。なお、第１実施形態と共通のものには同じ符号を付してあるので、その説明は省く。
【００３２】
この実施形態の埋設層８０は、図１の埋設層５０相当の電極下領域の全体にわたる多数の空孔８１の束を含んで構成されている。各空孔８１は、例えば特開２００６−２３９７１８号公報にあるように、フェムト秒レーザ等の超短パルスレーザを、埋設層８０の形成領域に沿って往復させて照射することにより、形成することができる。このような空孔８０の束を含む構成の埋設層８０によっても、ＬＮ基板１０の機械的強度は落とさずにディップを抑制する効果を得ることができる。なお、埋設層８０も、第２実施形態のように少なくとも部分的に存在していれば効果を得ることができる。
【００３３】
図９に、第１〜第４実施形態に係る光変調素子の製造方法について工程図を示している。
【００３４】
（Ａ）まず、ＬＮ基板１０において光導波路２０を形成する部位に金属、例えばチタンの膜をパターニングし、熱拡散又はプロトン交換を実施して光導波路２０を形成する。
（Ｂ）電極３０を形成する領域の下方に相当するＬＮ基板１０の内部領域、つまり埋設層５０，６０（及び外部接続通路７０，７１）を形成する領域に対して、フェムト秒レーザ等の超短パルスレーザを走査し、該領域をアモルファス化する。このレーザ照射工程では、埋設層形成領域に対して超短パルスレーザを何度も往復させて照射することにより、埋設層形成領域全体をアモルファス化する。
（Ｃ）エッチング液にＬＮ基板１０を浸し、ウエットエッチングを実施する。このエッチング工程は、アモルファス部分の選択比が大きい（エッチング速度の速い）エッチング液を使用した選択エッチングである。エッチング液としては、例えば、ＨＦ（フッ酸）、ＨＦ＋２ＨＮＯ３混合液、ＫＯＨなどの酸・アルカリを使用可能である。ただし、ＬＮ基板１０にダメージを与える可能性のあるエッチング液の場合には、光導波路２０を形成したＬＮ基板１０の表面をフォトレジストなどでマスクキングしておく必要がある。
（Ｄ）スパッタリングを使用して、光導波路２０を形成したＬＮ基板１０の表面上にＳｉＯ２などのバッファ層４０を形成する。
（Ｅ）バッファ層４０の上に下地電極をパターニングし、鍍金等によって厚膜電極３０を形成する。
【００３５】
なお、工程順は上記の順に限らず、（Ｂ）→（Ｃ）→（Ａ）→（Ｄ）→（Ｅ）、あるいは、（Ａ）→（Ｄ）→（Ｅ）→（Ｂ）→（Ｃ）など、都合に応じて適宜変更可能である。
【００３６】
以上は第１実施形態や第３実施形態、第４実施形態の埋設層５０（及び外部接続通路７０，７１）を形成する場合の製造工程例であるが、第２実施形態の埋設層６０を形成する場合は、レーザ照射工程→エッチング工程を必須とはしない。すなわち、埋設層６０は、ＬＮ基板１０の側面１３に端部が露呈しており、しかも平面形状が四辺形なので、埋設層端部を露呈させる側面１３からＬＮ基板１０を切削することにより、直接的に形成することができる。その切削工程には、レーザ加工、あるいはサンドブラスト加工を用いることが可能である。
【００３７】
図１０に、埋設層及び外部接続通路形成領域をアモルファス化する際の超短パルスレーザ照射手法の例を示している。（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、超短パルスレーザＬを、ＬＮ基板１０のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に走査することにより、三次元形状のアモルファス化領域を形成することができる。超短パルスレーザＬを走査制御する他にも、ＬＮ基板１０をＸＹＺステージに載置して移動制御することによっても同様の加工を施すことができる。
【００３８】
以上のような製造方法によれば、電極３０を形成するＬＮ基板１０の表面１１やこれに対向する裏面１２に大きな開口を設けるといった基板の機械的強度を大きく損なうような加工を伴わずに済む。
【００３９】
以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【００４０】
（付記１） 電気光学効果をもつ結晶基板と、
該結晶基板内に形成された光導波路と、
前記結晶基板上に形成され、前記光導波路に対して電界を印加する電極と、
該電極が形成された前記結晶基板の表面及びこれに対向する裏面の両方から離隔した前記結晶基板内部における前記電極下領域の少なくとも一部に、前記光導波路を避けて埋設された低誘電率の埋設層と、
を含んで構成される光変調素子。
【００４１】
（付記２） 付記１記載の光変調素子であって、
前記埋設層を前記結晶基板外部と連通させる外部接続通路をさらに含む光変調素子。
【００４２】
（付記３） 付記２記載の光変調素子であって、
前記外部接続通路が前記結晶基板の側面に開口している光変調素子。
【００４３】
（付記４） 付記２記載の光変調素子であって、
前記外部接続通路の少なくとも一部が前記結晶基板の表面に開口している光変調素子。
【００４４】
（付記５） 付記１記載の光変調素子であって、
前記埋設層の端部が前記結晶基板の側面に露呈している光変調素子。
【００４５】
（付記６） 付記１〜付記５のいずれかに記載の光変調素子であって、
前記埋設層が空洞である光変調素子。
【００４６】
（付記７） 付記１〜付記６のいずれかに記載の光変調素子であって、
前記結晶基板がニオブ酸リチウムの基板である光変調素子。
【００４７】
（付記８） 付記１〜付記６のいずれかに記載の光変調素子であって、
前記電極が進行波電極である光変調素子。
【００４８】
（付記９） 付記２〜付記４のいずれかに記載の光変調素子の製造方法であって、
前記埋設層及び前記外部接続通路を形成する前記結晶基板の部分に超短パルスレーザを照射し、該レーザ照射部分をアモルファス化するレーザ照射工程と、
当該結晶基板から前記アモルファス化部分を選択エッチングするエッチング工程と、
を含む製造方法。
【００４９】
（付記１０） 付記５記載の光変調素子の製造方法であって、
前記埋設層を形成する前記結晶基板の部分に超短パルスレーザを照射し、該レーザ照射部分をアモルファス化するレーザ照射工程と、
当該結晶基板から前記アモルファス化部分を選択エッチングするエッチング工程と、
を含む製造方法。
【００５０】
（付記１１） 付記１〜付記５のいずれかに記載の光変調素子の製造方法であって、
前記埋設層を形成する前記結晶基板の部分に超短パルスレーザを照射し、該レーザ照射部分に空孔を形成するレーザ照射工程
を含む製造方法。
【００５１】
（付記１２） 付記５記載の光変調素子の製造方法であって、
前記埋設層の端部を露呈させる前記結晶基板の側面を介して、前記埋設層を形成する前記結晶基板の部分を切削する切削工程
を含む製造方法。
【００５２】
（付記１３） 付記９〜付記１１のいずれかに記載の光変調素子の製造方法であって、
前記超短パルスレーザがフェムト秒レーザである製造方法。
【００５３】
（付記１４） 付記９又は付記１０記載の光変調素子の製造方法であって、
前記エッチング工程をウエットエッチングにより実施する製造方法。
【００５４】
（付記１５） 付記９〜付記１２のいずれかに記載の光変調素子の製造方法であって、
金属の熱拡散又はプロトン交換により、前記結晶基板内に前記光導波路を形成する工程を含む製造方法。
【００５５】
（付記１６） 付記９〜付記１２のいずれかに記載の光変調素子の製造方法であって、
スパッタリングにより、前記電極を形成する前記結晶基板の表面にバッファ層を形成する工程を含む製造方法。
【００５６】
（付記１７） 付記１６記載の光変調素子の製造方法であって、
前記バッファ層上に下地電極を形成して、鍍金により厚膜電極を形成する工程を含む製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１実施形態に係る光変調素子の平面図。
【図２】第１実施形態に係る光変調素子の断面図。
【図３】第２実施形態に係る光変調素子の平面図。
【図４】第２実施形態に係る光変調素子の断面図。
【図５】第３実施形態に係る光変調素子の平面図。
【図６】第３実施形態に係る光変調素子の断面図。
【図７】第４実施形態に係る光変調素子の断面図。
【図８】第５実施形態に係る光変調素子の断面図。
【図９】第１〜第４実施形態に係る光変調素子の製造工程図。
【図１０】超短パルスレーザによる加工方法の説明図。
【図１１】従来技術に係る光変調素子の平面図。
【図１２】従来技術に係る光変調素子の断面図。
【図１３】ディップを説明する周波数透過特性のグラフ。
【図１４】ディップを生じる原因について示した説明図。
【符号の説明】
【００５８】
１０ ＬＮ基板（結晶基板）
１１ 基板表面
１２ 基板裏面
１３ 基板側面
２０ 光導波路
２１ 入射端部
２２ 出射端部
２３，２４ 分岐部（作用部）
３０ 電極
３１ 信号電極
３２ 接地電極
４０ バッファ層
５０，６０，８０ 埋設層
７０，７１ 外部接続通路
８１ 空孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果をもつ結晶基板と、
該結晶基板内に形成された光導波路と、
前記結晶基板上に形成され、前記光導波路に対して電界を印加する電極と、
該電極が形成された前記結晶基板の表面及びこれに対向する裏面の両方から離隔した前記結晶基板内部における前記電極下領域の少なくとも一部に、前記光導波路を避けて埋設された低誘電率の埋設層と、
を含んで構成される光変調素子。
【請求項２】
請求項１記載の光変調素子であって、
前記埋設層を前記結晶基板外部と連通させる外部接続通路をさらに含む光変調素子。
【請求項３】
請求項１記載の光変調素子であって、
前記埋設層の端部が前記結晶基板の側面に露呈している光変調素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の光変調素子であって、
前記埋設層が空洞である光変調素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の光変調素子であって、
前記結晶基板がニオブ酸リチウムの基板である光変調素子。
【請求項６】
請求項２記載の光変調素子の製造方法であって、
前記埋設層及び前記外部接続通路を形成する前記結晶基板の部分に超短パルスレーザを照射し、該レーザ照射部分をアモルファス化するレーザ照射工程と、
当該結晶基板から前記アモルファス化部分を選択エッチングするエッチング工程と、
を含む製造方法。
【請求項７】
請求項３記載の光変調素子の製造方法であって、
前記埋設層を形成する前記結晶基板の部分に超短パルスレーザを照射し、該レーザ照射部分をアモルファス化するレーザ照射工程と、
当該結晶基板から前記アモルファス化部分を選択エッチングするエッチング工程と、
を含む製造方法。
【請求項８】
請求項１〜３のいずれか１項記載の光変調素子の製造方法であって、
前記埋設層を形成する前記結晶基板の部分に超短パルスレーザを照射し、該レーザ照射部分に空孔を形成するレーザ照射工程
を含む製造方法。
【請求項９】
請求項３記載の光変調素子の製造方法であって、
前記埋設層の端部を露呈させる前記結晶基板の側面を介して、前記埋設層を形成する前記結晶基板の部分を切削する切削工程
を含む製造方法。
【請求項１０】
請求項６〜８のいずれか１項記載の光変調素子の製造方法であって、
前記超短パルスレーザがフェムト秒レーザである製造方法。
【請求項１】
電気光学効果をもつ結晶基板と、
該結晶基板内に形成された光導波路と、
前記結晶基板上に形成され、前記光導波路に対して電界を印加する電極と、
該電極が形成された前記結晶基板の表面及びこれに対向する裏面の両方から離隔した前記結晶基板内部における前記電極下領域の少なくとも一部に、前記光導波路を避けて埋設された低誘電率の埋設層と、
を含んで構成される光変調素子。
【請求項２】
請求項１記載の光変調素子であって、
前記埋設層を前記結晶基板外部と連通させる外部接続通路をさらに含む光変調素子。
【請求項３】
請求項１記載の光変調素子であって、
前記埋設層の端部が前記結晶基板の側面に露呈している光変調素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の光変調素子であって、
前記埋設層が空洞である光変調素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の光変調素子であって、
前記結晶基板がニオブ酸リチウムの基板である光変調素子。
【請求項６】
請求項２記載の光変調素子の製造方法であって、
前記埋設層及び前記外部接続通路を形成する前記結晶基板の部分に超短パルスレーザを照射し、該レーザ照射部分をアモルファス化するレーザ照射工程と、
当該結晶基板から前記アモルファス化部分を選択エッチングするエッチング工程と、
を含む製造方法。
【請求項７】
請求項３記載の光変調素子の製造方法であって、
前記埋設層を形成する前記結晶基板の部分に超短パルスレーザを照射し、該レーザ照射部分をアモルファス化するレーザ照射工程と、
当該結晶基板から前記アモルファス化部分を選択エッチングするエッチング工程と、
を含む製造方法。
【請求項８】
請求項１〜３のいずれか１項記載の光変調素子の製造方法であって、
前記埋設層を形成する前記結晶基板の部分に超短パルスレーザを照射し、該レーザ照射部分に空孔を形成するレーザ照射工程
を含む製造方法。
【請求項９】
請求項３記載の光変調素子の製造方法であって、
前記埋設層の端部を露呈させる前記結晶基板の側面を介して、前記埋設層を形成する前記結晶基板の部分を切削する切削工程
を含む製造方法。
【請求項１０】
請求項６〜８のいずれか１項記載の光変調素子の製造方法であって、
前記超短パルスレーザがフェムト秒レーザである製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−８６８６（Ｐ２０１０−８６８６Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６７５８４（Ｐ２００８−１６７５８４）
【出願日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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