光调制元件的制作方法

1.本公开涉及一种光调制元件。


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.作为光调制器，通过ti(钛)扩散在铌酸锂单晶基板的表面附近形成有光波导的马赫-曾德尔型光调制器被实用化(参照专利文献1)。马赫-曾德尔型光调制器是使用具有马赫-曾德尔干涉仪结构的光波导(马赫-曾德尔光波导)的光调制器，马赫-曾德尔干涉仪是将从一个光源发出的光分成两个光，通过不同路径，然后再次重叠以产生干涉的装置，应用马赫-曾德尔干涉仪的马赫-曾德尔型光调制器被用于产生各种调制光，40gb/s以上的高速的光调制器被商用化，但是主要缺点是总长度长达约10cm。
5.与之相对，在专利文献2中公开了使用了c轴取向的铌酸锂膜的马赫曾德尔型光调制器。与使用了铌酸锂单晶基板的光调制器相比，使用铌酸锂膜的光调制器能够实现大幅的小型化及低驱动电压化。
6.使用铌酸锂膜的光调制元件形成于晶圆上，通过晶圆切断工序将光调制元件进行芯片化，由此制造。关于晶圆切断工序，在专利文献3中记载了通过预先除去基板的切断线附近的波导层，防止光调制元件的芯片端面上的光波导层的剥离。
7.现有技术文献
8.专利文献
9.专利文献1：日本专利第4485218号公报
10.专利文献2：日本专利第6456662号公报
11.专利文献3：日本专利第4742779号公报


技术实现要素：

12.发明所要解决的问题
13.在专利文献3所记载的现有的光波导元件中，下部包覆层、波导层、及上部包覆层通过如下制作，将熔融或熔解状态的高分子材料或高分子前体化合物涂布于基板上后，通过光或热使其固化。此时，下部包覆层在涂布波导层材料之前会固化，因此，不能在波导层和基板表面之间发挥作为粘接剂的作用，在切断时，容易在下部包覆层和波导层的界面产生剥离。
14.但是，在使铌酸锂膜在基板上外延生长而形成波导层的情况下，波导层的剥离未
成为大的问题，另一方面，在为了高性能化而将层结构复杂化的光调制元件中，存在波导层以外的结构层的剥离风险变高的问题。即，在专利文献3所记载的光调制元件的制造方法中，结构层的剥离防止措施不充分，期望改善。
15.因此，本公开的目的在于，提供可降低在从晶圆切出的基板的外周端部产生各结构层的细微剥离的概率的光调制元件。
16.用于解决问题的技术方案
17.为了解决上述技术课题，本公开的一个实施方式提供一种光调制元件，其特征在于，具备：基板；波导层，其形成于基板上；电介质层，其形成于波导层上；以及电极，其形成于电介质层上，具有电介质层的外周端部存在于比基板及波导层的外周端部更靠内侧的偏置区域，在偏置区域的至少一部分，从基板的外周端部到电介质层的外周端部的距离为从基板的外周端部到电极的外周端部的距离以下。
18.发明效果
19.根据本公开，能够提供能够在从晶圆切出的基板的外周端部防止各结构层间的细微剥离的光调制元件。
附图说明
20.图1的(a)及(b)是表示本公开的第一实施方式的光调制元件的结构的大致俯视图，特别地，图1的(a)是仅单独表示波导层的图，图1的(b)是将电极层重叠表示的图。
21.图2是沿着图1的(a)及(b)的x
1-x1’
线的光调制元件的大致截面图。
22.图3是表示沿着图1的(a)及(b)的x
2-x2’
线的基板的外周端部附近的光调制元件的结构的大致截面图。
23.图4的(a)～(c)是表示本公开的第二～第四实施方式的光调制元件的结构的大致截面图。
24.图5的(a)～(c)是表示本公开的第五～第七实施方式的光调制元件的结构的大致截面图。
25.图6的(a)～(c)是表示本公开的第八～第十实施方式的光调制元件的结构的大致截面图。
26.图7的(a)～(c)是表示本公开的第十一～第十三实施方式的光调制元件的结构的大致截面图。
27.图8是表示本公开的第十四实施方式的光调制元件的结构的大致截面图。
28.图9是表示本公开的第十五实施方式的光调制元件的结构的大致俯视图。
具体实施方式
29.以下，参照附图详细地说明本公开优选的实施方式。
30.图1的(a)及(b)是表示本公开的第一实施方式的光调制元件的结构的大致俯视图，特别地，图1的(a)是仅单独表示波导层的图，图1的(b)是将电极层重叠表示的图。
31.如图1的(a)及(b)所示，该光调制元件1具备：马赫曾德尔光波导2，其形成于基板10上，且具有相互平行地设置的第一及第二波导部2c1、2c2；第一信号电极4a，其沿着第一波导部2c1设置；第二信号电极4b，其沿着第二波导部2c2设置。基板10的平面形状为矩形，具有
与基板10的长边方向(y方向)平行的第一边10a及第二边10b和与基板10的长边方向正交的第三边10c及第四边10d。第一及第二边10a、10b与y方向平行，第三及第四边10c、10d与x方向平行。
32.马赫曾德尔光波导2为具有马赫曾德尔干涉仪的结构的光波导，具有：输入波导部2a；将在输入波导部2a传播的光进行分波的分波部2b；从分波部2b延伸且相互平行地设置的第一及第二波导部2c1、2c2；将在第一及第二波导部2c1、2c2传播的光进行合波的合波部2d；以及传播从合波部2d输出的光的输出波导部2e。
33.如图示，马赫曾德尔光波导2沿基板10的长边方向延伸，作为输入波导部2a的一端的光输入端口2i引出于基板10的第三边10c，作为输出波导部2e的一端的光输出端口2o引出于基板10的第四边10d。输入光输入端口2i的输入光在输入波导部2a行进，被分波部2b分波，在第一及第二波导部2c1、2c2分别行进后被合波部2d合波，作为调制光从输出波导部2e的光输出端口2o输出。
34.第一及第二信号电极4a、4b为了对第一及第二波导部2c1、2c2施加rf信号而设置，与马赫曾德尔光波导2一起构成光调制元件1的相互作用部。光调制元件1的相互作用部调制在第一及第二波导部2c1、2c2进行波导的光。第一及第二信号电极4a、4b是俯视时与第一及第二波导部2c1、2c2重叠的线状的电极图案，其两端引出至基板10的外周端附近。即，第一信号电极4a的一端及另一端利用引出部4a3、4a4引出至基板10的第二边10b的附近，第二信号电极4b的一端及另一端也利用引出部4b3、4b4引出至基板10的第二边10b的附近。第一及第二信号电极4a、4b各自的一端经由引出部4a3、4b3，与设置于基板10的第二边10b附近的一对端子部4a1、4b1分别连接。一对端子部4a1、4b1构成信号输入端口，在信号输入端口连接驱动电路9a。第一及第二信号电极4a、4b各自的另一端经由引出部4a4、4b4，与设置于基板10的第二边10b附近的一对端子部4a2、4b2分别连接。一对端子部4a2、4b2经由终端电阻9b相互连接。
35.向第一及第二信号电极4a、4b的一端输入绝对值相同且正负不同的差分信号(调制信号)。第一及第二波导部2c1、2c2由铌酸锂等的具有电光效应的材料构成，因此，通过对第一及第二波导部2c1、2c2施加的电场，第一及第二波导部2c1、2c2的折射率分别以+δn、-δn的方式变化，一对光波导间的相位差改变。通过该相位差的变化而调制的信号光从输出波导部2e被输出。
36.图2是沿着图1的(a)及(b)的x
1-x1’
线的光调制元件1的大致截面图。另外，图3是表示沿着图1的(a)及(b)的x
2-x2’
线的基板10的外周端部附近的光调制元件1的结构的大致截面图。
37.如图2所示，光调制元件1具有将基板10、波导层11、电介质层12、及电极层13依次层叠的多层结构。
38.在基板10的主面上形成有由以铌酸锂为代表的电光材料构成的波导层11。波导层11具有作为突出的部分的脊部11r和设置于脊部11r的两侧的、作为膜厚较薄的部分的平板部11s，脊部11r构成包含第一及第二波导部2c1、2c2的马赫曾德尔光波导2。在本实施方式中，脊部11r的宽度(脊宽度)能够设为0.5～5μm。
39.脊部11r为成为光波导中心的部分，是指向上方突出的部位。与左右的部位相比，该向上方突出的部位的电光材料膜的膜厚变厚，因此，有效折射率变高。因此，关于左右方
向也能够限制光，作为三维光波导发挥作用。脊部11r的形状只要是能够波导光的形状即可，并且只要是脊部11r中的电光材料膜的膜厚比左右的电光材料膜的膜厚厚的凸形状即可。脊部11r能够通过在电光材料膜上形成抗蚀剂等掩模，对电光材料膜选择性地蚀刻进行图案化而形成。
40.电介质层12是为了防止在第一及第二波导部2c1、2c2中传播的光被第一及第二信号电极4a、4b吸收而至少形成于脊部11r的上表面上的层。电介质层12优选由折射率小于波导层11、透明性高的电介质材料(电介质层)构成，例如，能够使用al2o3、sio2、laalo3、layo3、zno、hfo2、mgo、y2o3等。脊部11r的上表面上的电介质层12的厚度只要为0.2～1μm程度即可。
41.电介质层12的膜厚越厚，则越能够降低电极的光吸收，越薄则越能够对光波导施加高的电场。由于电极的光吸收与电极的施加电压是权衡(trade-off)的关系，因此有必要根据目的来设定适当的膜厚。电介质层12的介电常数越高，则越能够减小vπl(表示电场效率的指标)，折射率越低，则越能够减薄电介质层12。通常，因为介电常数高的材料的折射率也高，考虑到两者的平衡，重要的是选定介电常数高且折射率比较低的材料。作为一例，al2o3的相对介电常数约为9，折射率约为1.6，是优选的材料。laalo3的相对介电常数约为13，折射率约为1.7，另外，layo3的相对介电常数约为17，折射率约为1.7，是特别优选的材料。
42.电极层13包含第一及第二信号电极4a、4b。第一及第二信号电极4a、4b的宽度为比由形成为脊状的铌酸锂膜构成的第一及第二波导部2c1、2c2的脊宽度略宽的程度。为了使来自第一及第二信号电极4a、4b的电场集中于第一及第二波导部2c1、2c2，第一及第二信号电极4a、4b的宽度优选为第一及第二波导部2c1、2c2的脊宽度的1.1～15倍，更优选为1.5～10倍。
43.波导层11只要是电光材料，就没有特别限定，优选由铌酸锂构成。是由于，铌酸锂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。以下，对将波导层11设为铌酸锂膜时的本实施方式的结构进行详细地说明。
44.作为基板10，只要是折射率低于铌酸锂膜的基板就没有特别地限定，优选为能够使铌酸锂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。铌酸锂膜具有相对于各种结晶方位的单晶基板容易形成为c轴取向的外延膜的性质。c轴取向的铌酸锂膜具有三次对称的对称性，因此，优选基底的单晶基板也具有相同的对称性，在蓝宝石单晶基板的情况下，优选为c面的基板；在硅单晶基板的情况下，优选为(111)面的基板。
45.在此，外延膜是相对于基底的基板或基底膜的结晶方位一致地取向的膜。在将膜面内设定为x-y面，将膜厚方向设定为z轴时，结晶随着x轴、y轴和z轴方向一致地取向。例如，通过首先进行利用2θ-θx射线衍射的取向位置上的峰强度的确认，其次进行极点的确认，从而可以证明为外延膜。
46.具体来说，首先进行利用2θ-θx射线衍射的测定时，目标的面以外的全部的峰强度需要为目标的面的最大峰强度的10％以下，优选为5％以下。例如，铌酸锂的c轴取向外延膜中，(00l)面以外的峰强度为(00l)面的最大峰强度的10％以下，优选为5％以下。(00l)是对(001)或(002)等的等价的面进行总称的表示。
47.其次，在极点测定中需要看到极点。在上述的第1取向位置上的峰强度的确认的条
件下，仅表示一个方向上的取向性，即使得到了上述的第1条件，在面内结晶取向不一致的情况下，特定角度位置上x射线的强度也不高，看不到极点。由于linbo3是三方晶系的结晶结构，因此，单晶中的linbo3(014)的极点为3个。
48.在铌酸锂膜的情况下，已知在以c轴为中心旋转180
°
后的结晶对称地结合的、所谓双晶的状态下进行外延生长。在该情况下，成为3个极点对称地2个结合的状态，因此，极点成为6个。另外，在(100)面的硅单晶基板上形成了铌酸锂膜的情况下，由于基板成为四次对称，因此，观测到4
×
3＝12个极点。此外，在本公开中，以双晶的状态外延生长的铌酸锂膜也包含于外延膜中。
49.铌酸锂膜的组成为lixnbayoz。a表示li、nb、o以外的元素。x为0.5～1.2，优选为0.9～1.05。y为0～0.5。z为1.5～4，优选为2.5～3.5。作为a的元素，为k、na、rb、cs、be、mg、ca、sr、ba、ti、zr、hf、v、cr、mo、w、fe、co、ni、zn、sc、ce等，也可以是两种以上的组合。
50.铌酸锂膜的膜厚优选为2μm以下。这是因为，如果膜厚比2μm厚，则难以形成高品质的膜。另一方面，在铌酸锂膜的膜厚过薄的情况下，铌酸锂膜中的光的限制变弱，光会泄漏至基板10或电介质层12。即使对铌酸锂膜施加电场，光波导的有效折射率的变化也有变小的担忧。因此，铌酸锂膜优选为所使用的光的波长的1/10左右以上的膜厚。
51.作为铌酸锂膜的形成方法，优选利用溅射法、cvd法、溶胶凝胶法等的膜形成方法。如果铌酸锂的c轴垂直于基板10的主面地取向，则通过与c轴平行地施加电场，从而光学折射率与电场强度成比例地变化。
52.在使用蓝宝石作为单晶基板的情况下，能够使铌酸锂膜直接在蓝宝石单晶基板上外延生长。在使用硅作为单晶基板的情况下，经由包覆层(未图示)，通过外延生长而形成铌酸锂膜。作为包覆层，使用折射率低于铌酸锂膜、适于外延生长的材料。例如，当使用y2o3作为包覆层时，能够形成高质量的铌酸锂膜。
53.另外，作为铌酸锂膜的形成方法，还已知有将铌酸锂单晶基板薄地研磨而切片的方法。该方法具有可以得到与单晶相同的特性的优点，可以适用于本公开。
54.如图2及图3所示，电介质层12的外周端部e
12
位于比基板10及波导层11的外周端部e
10
更靠内侧，在基板10的外周端部附近形成有由台阶结构10s构成的偏置区域。台阶结构10s的下层面为波导层11的上表面，上层面为电介质层12的上表面。将电介质层12与基板10及波导层11一起切断，由此，在电介质层12的外周端部e
12
的位置与基板10的外周端部e
10
对齐的情况下，容易在基板10的切面上产生电介质层12的细微剥离，水分从剥离部分进入等而电介质层12的剥离进一步发展，光调制元件1的可靠性降低。但是，在本实施方式那样电介质层12的外周端部e
12
的位置存在于比基板10及波导层11的外周端部e
10
更靠内侧的情况下，能够在切断基板10时防止电介质层12的细微剥离。另外，在本实施方式那样电介质层12的外周端部e
12
的位置存在于比基板10及波导层11的外周端部e
10
更靠内侧的情况下，也能够抑制对光调制元件1施加冲击时的电介质层12的细微剥离的产生，能够得到可靠性高的光调制元件1。
55.如图1的(b)所示，上述的基板10的外周端部附近的台阶结构10s(偏置区域)设置于构成基板10的外周的四条边中、与光波导的延伸方向平行的基板10的第一边10a及第二边10b，未设置于基板10的第三边10c及第四边10d。这是由于在基板10的第三边10c及第四边10d分别存在有马赫曾德尔光波导2的光输入端口2i及光输出端口2o。
56.在光输入端口2i及光输出端口2o不存在覆盖波导层11的脊部11r的电介质层12的情况下，光的限制变弱，光波导的特性显著降低。另一方面，要求光波导的前端面极其平坦，因此，在基板10的第三边10c及第四边10d进行端面的研磨加工，此时，还除去电介质层12的细微剥离，因此，不需要在第三边10c及第四边10d设置台阶结构10s。但是，并非必须设置台阶结构10s，能够在除马赫曾德尔光波导2的光输入端口2i及光输出端口2o的形成位置之外的基板10的外周区域整体设置台阶结构10s。即，只要基板10的外周中、至少光输入端口2i及光输出端口2o的设置位置附近为台阶结构10s的形成除外区域即可。例如，形成除外区域也可以设为波导宽度的3倍的范围。即，以波导的宽度在光输入端口2i及光输出端口2o的设置位置的两侧设置形成除外区域。
57.只要在切断基板10时尽可能避免电介质层12的细微剥离，电介质层12的外周端部e
12
相对于基板10的外周端部e
10
的偏移量l
12
就没有特别限定，也根据基板10的切断方法不同而各异。在采用切削余量的变动量大的切断方法或切断位置的精度低的切断方法的情况下，需要增大偏移量l
12
，在采用切削余量的变动量小的切断方法或切断位置的精度高的切断方法的情况下，能够缩小偏移量l
12
。例如在切断使用刀片的情况下，由于重复使用次数，刀片磨损，切削余量变小。这样，考虑切断基板10时的切削余量和位置精度来确定电介质层12的外周端部e
12
的偏移量l
12
。
58.电介质层12优选尽可能宽范围地覆盖波导层11的上表面。电介质层12发挥保护波导层11整体的作用，因此，波导层11的上表面的未被电介质层12覆盖的区域最好尽可能少。因此，电介质层12的外周端部e
12
的偏移量l
12
最好尽可能小，优选为与电介质层12的偏置方向相同的方向上的基板10的宽度w(参照图2)的10％以下。
59.在本实施方式中，图1所示的端子部4a1、4b1、4a2、4b2构成电极层13的外周端部e
13
。电极层13的外周端部e
13
位于比电介质层12的外周端部e
12
更靠内侧，电极层13的外周端部e
13
相对于基板10的偏移量l
13
大于电介质层12的外周端部e
12
的偏移量l
12
。换言之，电介质层12的外周端部e
12
位于基板10的外周端部e
10
和电极层13的外周端部e
13
之间，从基板10的外周端部e
10
到电介质层12的外周端部e
12
的距离l
12
(电介质层12的偏移量)小于从基板10的外周端部e
10
到电极层13的外周端部e
13
的距离l
13
(电极层13的偏移量)。在此，在本实施方式中，直到电极层13的外周端部e
13
的距离l
13
是从基板10的第二边10b到端子部4a1、4b1、4a2、4b2的基板10的第二边10b侧的端面的距离，直到电介质层12的外周端部e
12
的距离l
12
是设置于基板10的第一边10a的台阶结构10s(偏置区域)中、从基板10的第一边10a到电介质层12的基板10的第一边10a侧的端面的距离，是设置于基板10的第二边10b的台阶结构10s(偏置区域)中、从基板10的第二边10b到电介质层12的基板10的第二边10b侧的端面的距离。此外，电介质层12的偏移量l
12
也可以与电极层13的偏移量l
13
相同。另外，也可以在基板10的外周附近中未设置端子部4a1等电极的部位存在电介质层12的偏移量l
12
大于电极层13的偏移量l
13
的区域。在任意情况下，也期望电介质层12的外周端部e
12
存在于比基板10的外周端部e
10
更靠内侧的偏置区域至少设置于电极的相互作用部的形成区域。
60.在本实施方式中，波导层11的外周端部e
11
的位置与基板10的外周端部e
10
对齐，未存在于比基板10的外周端部e
10
更靠内侧。这是由于，通过外延生长形成由铌酸锂膜构成的波导层11，基板10和波导层11的接合强度非常高，因此，即使将波导层11与基板10一起切断，在界面上产生细微剥离的概率也低。
61.如上述，本实施方式的光调制元件1通过在作为集合基板的晶圆上形成多个光调制元件后，切割各个光调制元件而制造。就电介质层12而言，在作为基板10的晶圆上形成波导层11后，使用掩模在除切削余量之外的区域选择性地形成。然后，通过形成电极层13而完成。这样，在切断线上不存在电介质层12，因此，电介质层12没有与基板10一起被切断，未产生电介质层12的细微剥离。因此，能够提高光调制元件1的可靠性。
62.图4的(a)～(c)是表示本公开的第二～第四实施方式的光调制元件的结构的大致截面图。
63.如图4的(a)所示，第二实施方式的光调制元件1的特征在于，还具备覆盖电介质层12的上表面及电极层13的上表面及侧面(露出面)的保护层14，与电介质层12一样，保护层14的外周端部e
14
的位置位于比基板10的外周端部e
10
更靠内侧。另外，保护层14的外周端部e
14
的位置与电介质层12的外周端部e
12
对齐。即，保护层14的外周端部e
14
的偏移量l
14
与电介质层12的外周端部e
12
的偏移量l
12
相等。其它的结构与第一实施方式一样。
64.保护层14发挥保护电介质层12及电极层13的作用。保护层14的材料没有特别限定，优选为介电常数高于空气的材料。通过使用这种保护层14包覆第一及第二信号电极4a、4b的露出面，能够增大电的有效折射率，能够通过光和电的速度匹配提高频带。另外，保护层14的外周端部e
14
的位置存在于比基板10的外周端部e
10
更靠内侧，因此，保护层14不会与基板10一起切断。因此，能够在切断基板10时防止保护层14的细微剥离。
65.如图4的(b)所示，第三实施方式的光调制元件1的特征在于，保护层14的外周端部e
14
的位置位于比电介质层12的外周端部e
12
更靠内侧。即，保护层14的外周端部e
14
的偏移量l
14
大于电介质层12的外周端部e
12
的偏移量l
12
。其它的结构与第二实施方式一样。当通过反应性离子蚀刻等同时除去不同的材料层时，有时在层间产生细微剥离，光调制元件的可靠性降低。但是，在本实施方式那样将保护层14的外周端部e
14
设置于比电介质层12的外周端部e
12
更靠内侧，且不将保护层14与电介质层12同时除去的情况下，能够防止保护层14的细微剥离。
66.如图4的(c)所示，第四实施方式的光调制元件1的特征在于，保护层14的外周端部e
14
的位置存在于比电介质层12的外周端部e
12
更靠外侧，电介质层12的外周端面和波导层11的上表面的一部分(台阶结构10s的下层面的一部分)被保护层14覆盖。即，保护层14的外周端部e
14
的偏移量l
14
小于电介质层12的外周端部e
12
的偏移量l
12
。其它的结构与第三实施方式一样。根据本实施方式，除了第三实施方式的效果之外，还能够保护电介质层12的外周端面。
67.图5的(a)～(c)是表示本公开的第五～第七实施方式的光调制元件的结构的大致截面图。
68.如图5的(a)所示，第五实施方式的光调制元件1的特征在于，电介质层12由元素或组成不同的多个材料层构成，具有一个材料层的外周端部存在于比其它材料层的外周端部更靠内侧的区域。在本实施方式中，电介质层12具有由下层12a、中间层12b、上层12c构成的三层结构，这三层的外周端部e
12a
、e
12b
、e
12c
的位置存在于比基板10的外周端部e
10
更靠内侧。另外，上层12c的外周端部e
12c
的位置存在于比下层12a的外周端部e
12a
及中间层12b的外周端部e
12b
更靠内侧。中间层12b的外周端部e
12b
的位置与下层12a的外周端部e
12a
对齐。因此，上层12c的外周端部e
12c
的偏移量l
12c
大于中间层12b的外周端部e
12b
的偏移量l
12b
，中间层
12b的外周端部e
12b
的偏移量l
12b
与下层12a的外周端部e
12a
的偏移量l
12a
相等。其它的结构与第一实施方式一样。
69.优选下层12a由sio2构成。通过将下层12a设为sio2膜，能够将与波导层11相接的部分设为低折射率，能够增强光波导的光的限制。
70.优选中间层12b由至少含有la、al、si、o的化合物构成。通过将中间层12b设为laalsio，能够将电介质层12设为高介电常数，由此，能够降低光调制元件的驱动电压。
71.优选上层12c由含有si、in、o的化合物构成。通过将上层12c设为siino膜，电极附近成为低介电常数，能够降低损耗。另外，能够抑制dc漂移并提高光调制元件的可靠性。
72.如上述，当通过反应性离子蚀刻等同时除去不同的材料层时，容易在层间产生细微剥离。但是，在本实施方式中，将上层12c的外周端部e
12c
设置于比中间层12b的外周端部e
12b
及下层12a的外周端部e
12a
更靠内侧，未将上层12c与中间层12b及下层12a同时除去，因此，能够防止上层12c的细微剥离。
73.如图5的(b)所示，第六实施方式的光调制元件1的特征在于，电介质层12具有由下层12a、中间层12b、上层12c构成的三层结构，中间层12b的外周端部e
12b
及上层12c的外周端部e
12c
的位置位于比下层12a的外周端部e
12a
更靠内侧。上层12c的外周端部e
12c
的位置与中间层12b的外周端部e
12b
对齐，下层12a的外周端部e
12a
的位置存在于比基板10的外周端部e
10
更靠内侧。因此，上层12c的外周端部e
12c
的偏移量l
12c
与中间层12b的外周端部e
12b
的偏移量l
12b
相等，大于下层12a的外周端部e
12a
的偏移量l
12a
。其它的结构与第五实施方式(图5的(a))一样。
74.在本实施方式中，将上层12c的外周端部e
12c
及中间层12b的外周端部e
12b
设置于比下层12a的外周端部e
12a
更靠内侧，未将上层12c及中间层12b与下层12a同时除去，因此，能够防止中间层12b的细微剥离。
75.如图5的(c)所示，第七实施方式的光调制元件1的特征在于，电介质层12具有由下层12a、中间层12b、上层12c构成的三层结构，中间层12b的外周端部e
12b
的位置位于比下层12a的外周端部e
12a
更靠内侧，另外，上层12c的外周端部e
12c
的位置位于比中间层12b的外周端部e
12b
更靠内侧。因此，中间层12b的外周端部e
12b
的偏移量l
12b
大于下层12a的外周端部e
12a
的偏移量l
12a
，上层12c的外周端部e
12c
的偏移量l
12c
大于中间层12b的外周端部e
12b
的偏移量l
12b
。其它的结构与第五实施方式一样。
76.在本实施方式中，将上层12c的外周端部e
12c
设置于比中间层12b的外周端部e
12b
更靠内侧，未将上层12c与中间层12b同时除去，因此，能够防止上层12c的细微剥离。除此之外，将中间层12b的外周端部e
12b
设置于比下层12a的外周端部e
12a
更靠内侧，未将中间层12b与下层12a同时除去，因此，能够防止中间层12b的细微剥离。
77.图6的(a)～(c)是表示本公开的第八～第十实施方式的光调制元件的结构的大致截面图。
78.如图6的(a)所示，第八实施方式的光调制元件1的特征在于，电介质层12具有由下层12a、中间层12b、上层12c构成的三层结构，这三层的外周端部e
12a
、e
12b
、e
12c
的位置存在于比基板10的外周端部e
10
更靠内侧，上层12c的外周端部e
12c
的位置存在于比中间层12b的外周端部e
12b
及下层12a的外周端部e
12a
更靠外侧，上层12c覆盖下层12a的外周端部e
12a
的侧面(外周端面)及中间层12b的外周端部e
12b
的侧面(外周端面)。因此，上层12c的外周端部e
12c
的偏移量l
12c
小于中间层12b的外周端部e
12b
的偏移量l
12b
，中间层12b的外周端部e
12b
的偏移量l
12b
与下层12a的外周端部e
12a
的偏移量l
12a
相等。其它的结构与第五实施方式一样。根据本实施方式，除了第五实施方式的效果之外，还能够保护中间层12b及下层12a的外周端面。
79.如图6的(b)所示，第九实施方式的光调制元件1的特征在于，中间层12b的外周端部e
12b
的位置存在于比下层12a的外周端部e
12a
更靠外侧，上层12c的外周端部e
12c
的位置存在于比中间层12b的外周端部e
12b
更靠外侧。因此，上层12c的外周端部e
12c
的偏移量l
12c
小于中间层12b的外周端部e
12b
的偏移量l
12b
，中间层12b的外周端部e
12b
的偏移量l
12b
小于下层12a的外周端部e
12a
的偏移量l
12a
。其它的结构与第八实施方式一样。在本实施方式中，也能够保护中间层12b及下层12a的外周端面。
80.如图6的(c)所示，第十实施方式的光调制元件1的特征在于，中间层12b的外周端部e
12b
的位置存在于比上层12c的外周端部e
12c
更靠外侧，上层12c的外周端部e
12c
的位置存在于比下层12a的外周端部e
12a
更靠外侧。因此，中间层12b的外周端部e
12b
的偏移量l
12b
小于上层12c的外周端部e
12c
的偏移量l
12c
，上层12c的外周端部e
12c
的偏移量l
12c
小于下层12a的外周端部e
12a
的偏移量l
12a
。其它的结构与第八实施方式一样。根据本实施方式，能够保护下层12a的外周端面。
81.图7的(a)～(c)是表示本公开的第十一～第十三实施方式的光调制元件的结构的大致截面图。
82.如图7的(a)所示，第十一实施方式的光调制元件1的特征在于，是图4的(b)及图5的(a)所示的实施方式的组合，还具备覆盖电介质层12的上表面及电极层13的上表面的保护层14，电介质层12由下层12a、中间层12b、上层12c构成，上层12c的外周端部e
12c
的位置存在于比下层12a的外周端部e
12a
及中间层12b的外周端部e
12b
更靠内侧。另外，保护层14的外周端部e
14
的位置存在于比电介质层12的上层12c的外周端部e
12c
更靠内侧。因此，上层12c的外周端部e
12c
的偏移量l
12c
大于中间层12b的外周端部e
12b
的偏移量l
12b
及下层12a的外周端部e
12a
的偏移量l
12a
，保护层14的外周端部e
14
的偏移量l
14
大于上层12c的外周端部e
12c
的偏移量l
12c
。根据本实施方式，能够实现与第三及第五实施方式一样的效果。
83.如图7的(b)所示，第十二实施方式的光调制元件1的特征在于，是图4的(a)及图5的(a)所示的实施方式的组合，还具备覆盖电介质层12的上表面及电极层13的上表面的保护层14，电介质层12由下层12a、中间层12b、上层12c构成，上层12c的外周端部e
12c
的位置存在于比下层12a的外周端部e
12a
及中间层12b的外周端部e
12b
更靠内侧。另外，保护层14的外周端部e
14
的位置与电介质层12的上层12c的外周端部e
12c
对齐。因此，上层12c的外周端部e
12c
的偏移量l
12c
大于中间层12b的外周端部e
12b
的偏移量l
12b
及下层12a的外周端部e
12a
的偏移量l
12a
，保护层14的外周端部e
14
的偏移量l
14
与上层12c的外周端部e
12c
的偏移量l
12c
相等。根据本实施方式，能够实现与第二及第五实施方式一样的效果。
84.如图7的(c)所示，第十三实施方式的光调制元件1的特征在于，是图4的(c)及图5的(a)所示的实施方式的组合，还具备覆盖电介质层12的上表面及电极层13的上表面的保护层14，电介质层12由下层12a、中间层12b、上层12c构成，上层12c的外周端部e
12c
的位置存在于比下层12a的外周端部e
12a
及中间层12b的外周端部e
12b
更靠内侧。另外，保护层14的外周端部e
14
的位置存在于比电介质层12的下层12a的外周端部e
12a
及中间层12b的外周端部e
12b
更靠外侧，保护层14覆盖下层12a、中间层12b及上层12c的外周端面。因此，保护层14的
外周端部e
14
的偏移量l
14
小于下层12a的外周端部e
12a
的偏移量l
12a
及中间层12b的外周端部e
12b
的偏移量l
12b
。根据本实施方式，能够实现与第三及第五实施方式一样的效果。
85.图8是表示本公开的第十四实施方式的光调制元件的结构的大致截面图。
86.如图8所示，第十四实施方式的光调制元件1的特征在于，波导层11的外周端部e
11
存在于比基板10的外周端部e
10
更靠内侧。波导层11的外周端部e
11
的偏移量l
11
小于电介质层12的外周端部e
12
的偏移量l
12
。其它的结构与第一实施方式一样。
87.在不通过外延法而通过贴合等形成波导层11的情况下，在将波导层11与基板10一起切断时，容易在界面上产生细微剥离。但是，在基板10的切断线上不设置波导层11的情况下，能够防止切断基板10时的波导层11的细微剥离。另外，即使在通过外延法形成波导层11的情况下，也能够在切断基板10时可靠地防止波导层11的细微剥离。
88.在本实施方式中，电介质层12的外周端部e
12
存在于比波导层11的外周端部e
11
更靠内侧，也可将电介质层12的外周端部e
12
的位置存在于比波导层11的外周端部e
11
更靠外侧。即，波导层11的外周端部e
11
的偏移量l
11
也可以大于电介质层12的外周端部e
12
的偏移量l
12
。在该情况下，波导层11的外周端面被电介质层12覆盖。
89.图9是表示本公开的第十五实施方式的光调制元件的结构的大致俯视图。
90.如图9所示，第十五实施方式的光调制元件1的特征在于，马赫曾德尔光波导2具有一次的折返结构。更具体而言，马赫曾德尔光波导2的第一及第二波导部2c1、2c2具有：第一直线部2s1、将第一直线部2s1的行进方向进行180度转换的弯曲部2u、和与第一直线部2s1平行地设置的第二直线部2s2。
91.基板10具有与长边方向(y方向)平行的第一边10a及第二边10b、与基板10的长边方向正交的第三边10c及第四边10d，光输入端口2i及光输出端口2o均设置于基板10的第三边10c。第一直线部2s1的第一及第二波导部2
c1
、2c2从第三边10c侧向第四边10d侧相互平行地行进。弯曲部2u的第一及第二波导部2
c1
、2c2为了将第一直线部2s1的行进方向进行180度转换而形成为同心半圆状。第二直线部2s2的第一及第二波导部2
c1
、2c2从第四边10d侧向第三边10c侧相互平行地行进。
92.第一及第二信号电极4a、4b沿着马赫曾德尔光波导2的第一直线部2s1、弯曲部2u及第二直线部2s2连续地构成。不仅沿着直线部，还沿着弯曲部尽可能长地形成信号电极，由此，能够降低驱动电压。光调制元件中，主体的长边长成为实用上的大的技术课题，但通过图示那样将光波导折返，能够大幅缩短该长边，可兼得低驱动电压化和小型化。特别是通过铌酸锂膜形成的光波导具有即使将弯曲部2u的曲率半径缩小至50μm程度，损耗也小的特征，适于本实施方式。
93.本实施方式的光调制元件1中，在基板10的第三边10c侧引出有马赫曾德尔光波导2的光输入端口2i及光输出端口2o，因此，在第三边10c未设置台阶结构10s。在除此以外的第一边10a、第二边10b及第四边10d设置有台阶结构10s。在这样马赫曾德尔光波导2进行一次或奇数次折返的结构的情况下，光输出端口2o的引出方向与光输入端口2i相同，因此，只要仅将引出它们的一条边(第三边10c)设为台阶结构10s的形成除外区域即可，在剩余的三条边(第一边10a、第二边10b、第四边10d)设置台阶结构10s，由此，能够防止切断基板10时的电介质层12的细微剥离。
94.在马赫曾德尔光波导2进行偶数次折返的结构的情况下，与图1所示的无折返的情
况一样，光输出端口2o的引出方向与光输入端口2i相反，因此，只要仅将引出它们的两条边(第三边10c及第四边10d)设为台阶结构10s的形成除外区域即可，在剩余的两条边(第一边10a及第二边10b)设置台阶结构10s，由此，能够防止切断基板10时的电介质层12的细微剥离。
95.如以上进行的说明，本实施方式的光调制元件1中，从基板10的四条边中的第三边10c引出马赫曾德尔光波导2的光输入端口2i及光输出端口2o双方，在剩余的三条边设置台阶结构10s，因此，能够在该三条边防止电介质层12的细微剥离。
96.以上，对本公开优选的实施方式进行了说明，但本公开不限定于上述的实施方式，能够在不脱离本公开宗旨的范围内进行各种变更，当然这些也包含于本公开的范围内。
97.在本公开的技术中包含以下的结构例，但不限定于此。
98.本公开的一个实施方式的光调制元件的特征在于，具备：基板、形成于基板上的波导层、形成于波导层上的电介质层、形成于电介质层上的电极，具有电介质层的外周端部存在于比基板的外周端部更靠内侧的偏置区域，在上述偏置区域的至少一部分，从上述基板的上述外周端部到上述电介质层的上述外周端部的距离为从上述基板的上述外周端部到上述电极的外周端部的距离以下。据此，通过利用电介质层覆盖基板的宽范围而进行保护，且在基板的切断加工时能够避免将电介质层与基板一起切断，能够在基板的外周端部防止电介质层的细微剥离。另外，也能够抑制对光调制元件施加冲击时的电介质层的细微剥离的产生，能够得到可靠性高的光调制元件。
99.也可以是，光调制元件还具备至少形成于电极及电介质层上的保护层，具有保护层的外周端部存在于比基板及波导层的外周端部更靠内侧的区域。根据该结构，不仅能够抑制电极的劣化，还能够增大电的有效折射率并提高光调制元件的频带。另外，能够在基板的切断加工时，降低在基板的外周端部产生保护层的细微剥离的概率。
100.也可以是，具有保护层的外周端部存在于比电介质层的外周端部更靠内侧的区域。或者，也可以具有保护层的外周端部存在于比电介质层的外周端部更靠外侧的区域，在该区域中，保护层覆盖电介质层的端面。当通过反应性离子蚀刻等同时除去不同的材料层时，可能在层间产生细微剥离，光调制元件的可靠性降低。但是，在使保护层的外周端部的位置与电介质层的外周端部不同且通过不同的工序除去两者的情况下，能够防止保护层的细微剥离。
101.也可以是，电介质层具有元素或组成不同的多个材料层，具有至少一个材料层的外周端部存在于比至少一个其它的材料层的外周端部更靠内侧的区域。这样，通过将电介质层多层化，且根据层的位置改变材料，能够使驱动电压的降低等光调制元件的性能提高。另外，在使多个材料层的外周端部的位置不同且通过不同的工序除去两者的情况下，能够防止材料层的细微剥离。
102.也可以是，电介质层具有元素或组成不同的多个材料层，具有多个材料层中的上层的外周端部存在于比下层的外周端部更靠内侧的区域。根据该结构，能够防止上层的细微剥离。
103.也可以是，电介质层具有元素或组成不同的多个材料层，具有多个材料层中的上层的外周端部存在于比下层的外周端部更靠外侧的区域，在该区域中，上层覆盖下层的端面。根据该结构，能够防止上层的细微剥离，并且保护下层的端面。
104.也可以是，电介质层具有元素或组成不同的多个材料层，多个材料层包含上层、下层、位于上层和下层之间的中间层，具有上层的外周端部存在于比中间层及下层的外周端部更靠内侧的区域。根据该结构，能够提高波导层和电极的特性，能够防止上层的细微剥离。
105.也可以是，电介质层具有元素或组成不同的多个材料层，多个材料层包含上层、下层、位于上层和下层之间的中间层，具有上层及中间层的外周端部存在于比下层的外周端部更靠内侧的区域。根据该结构，能够防止中间层的细微剥离。
106.也可以是，电介质层具有元素或组成不同的多个材料层，多个材料层包含上层、下层、位于上层和下层之间的中间层，上层的外周端部存在于比中间层及下层的外周端部更靠外侧，在该区域中，上层覆盖中间层及下层的端面。根据该结构，能够防止中间层及上层的细微剥离。
107.也可以是，电介质层具有元素或组成不同的多个材料层，多个材料层包含上层、下层、位于上层和下层之间的中间层，具有上层的外周端部存在于比下层的外周端部更靠外侧的区域，具有中间层的外周端部存在于比上层的外周端部及下层的外周端部更靠外侧的区域。根据该结构，能够防止中间层及上层的细微剥离，并且保护下层的端面及中间层的端面。
108.也可以是，上层由含有si、in、o的化合物构成，中间层由至少含有la、al、si、o的化合物构成，下层由sio2构成。根据该结构，能够降低光波导的传送损耗及驱动电压，能够实现光调制元件的高性能化。另外，在将电介质层设为多层结构的情况下，虽然在基板切断时产生各结构层的细微剥离的概率变高，但是通过从切断位置附近预先除去电介质层，能够防止各结构层的细微剥离。
109.也可以是，具有波导层的外周端部存在于比基板的外周端部更靠内侧的区域。在通过贴合等形成波导层的情况下，容易在基板的切断加工时产生波导层的剥离。但是，在波导层的外周端部存在于比基板的外周端部更靠内侧的情况下，能够可靠地避免波导层的细微剥离。
110.也可以是，形成于波导层的光波导的光输入端口及光输出端口设置于基板的外周端部，通过电介质层的外周端部存在于比基板的外周端部更靠内侧而形成的台阶结构，设置于除光输入端口及光输出端口各自的设置位置附近之外的区域。在该情况下，台阶结构优选涉及至构成外周的多个边中、除设置有光输入端口的边及设置有光输出端口的边之外的所有的边。由此，能够防止电介质层的细微剥离，同时确保光波导的光输入输出端口的功能。
111.波导层也可以由铌酸锂膜构成，也可以是铌酸锂的外延膜。根据该结构，可进行光调制元件的大幅的小型化及低驱动电压化。另外，即使在将波导层与基板一起切断的情况下，也能够降低波导层的细微剥离产生的概率。
112.也可以是，电介质层的偏移量为与电介质层的偏置方向相同的方向上的基板的宽度的10％以下。这样，如果电介质层的偏移量为基板的宽度的10％以下，则通过电介质层保护基板的宽范围，且能够避免在基板的切断加工时电介质层与基板一起被切断，能够在基板的外周端部防止电介质层的细微剥离。
113.也可以是，偏置区域至少设置于电极的相互作用部的形成区域。通过使电介质层
的外周端部在相互作用部的形成区域中偏置，能够避免在基板的切断加工时电介质层与基板一起被切断，能够在基板的外周端部防止电介质层的细微剥离。
114.例如，在上述实施方式中，举出了具有通过在基板10上外延生长的铌酸锂膜形成的一对光波导的光调制器，但本公开不限定于这种结构，也可以是通过钛酸钡、锆钛酸铅等电光材料形成光波导的光调制器。另外，作为波导层11，也可以使用具有电光效应的半导体材料、高分子材料等。
115.符号说明
116.1光调制元件
117.2马赫曾德尔光波导
118.2a输入波导部
119.2b分波部
120.2d合波部
121.2e输出波导部
122.2i光输入端口
123.2o光输出端口
124.2s1第一直线部
125.2s2第二直线部
126.2u弯曲部
127.4a第一信号电极
128.4a1端子部
129.4a2端子部
130.4a3引出部
131.4a4引出部
132.4b第二信号电极
133.4b1端子部
134.4b2端子部
135.4b3引出部
136.4b4引出部
137.9a驱动电路
138.9b终端电阻
139.10基板
140.10a基板的第一边
141.10b基板的第二边
142.10c基板的第三边
143.10d基板的第四边
144.10s台阶结构
145.11波导层
146.11r脊部
147.11s平板部
148.12电介质层
149.12a下层
150.12b中间层
151.12c上层
152.13电极层
153.14保护层
154.e
10
基板的外周端部
155.e
11
波导层的外周端部
156.e
12
电介质层的外周端部
157.e
12a
下层的外周端部
158.e
12b
中间层的外周端部
159.e
12c
上层的外周端部
160.e
14
保护层的外周端部
161.l
11
波导层的偏移量
162.l
12
电介质层的偏移量
163.l
12a
下层的偏移量
164.l
12b
中间层的偏移量
165.l
12c
上层的偏移量
166.l
14
保护层的偏移量

技术特征：
1.一种光调制元件，其特征在于，具备：基板；波导层，其形成于所述基板上；电介质层，其形成于所述波导层上；以及电极，其形成于所述电介质层上，具有所述电介质层的外周端部存在于比所述基板的外周端部更靠内侧的偏置区域，在所述偏置区域的至少一部分中，从所述基板的所述外周端部到所述电介质层的所述外周端部的距离为从所述基板的所述外周端部到所述电极的外周端部的距离以下。2.根据权利要求1所述的光调制元件，其中，还具备：保护层，其至少形成于所述电极及所述电介质层上，具有所述保护层的外周端部存在于比所述基板及所述波导层的外周端部更靠内侧的区域。3.根据权利要求2所述的光调制元件，其中，具有所述保护层的外周端部存在于比所述电介质层的外周端部更靠内侧的区域。4.根据权利要求2所述的光调制元件，其中，具有所述保护层的外周端部存在于比所述电介质层的外周端部更靠外侧的区域，在该区域中，所述保护层覆盖所述电介质层的端面。5.根据权利要求1～4中任一项所述的光调制元件，其中，所述电介质层由元素或组成不同的多个材料层构成，具有至少一个材料层的外周端部存在于比至少一个其它的材料层的外周端部更靠内侧的区域。6.根据权利要求1～4中任一项所述的光调制元件，其中，所述电介质层具有元素或组成不同的多个材料层，具有所述多个材料层中的上层的外周端部存在于比下层的外周端部更靠内侧的区域。7.根据权利要求1～4中任一项所述的光调制元件，其中，所述电介质层具有元素或组成不同的多个材料层，具有所述多个材料层中的上层的外周端部存在于比下层的外周端部更靠外侧的区域，在该区域中，所述上层覆盖所述下层的端面。8.根据权利要求1～4中任一项所述的光调制元件，其中，所述电介质层具有元素或组成不同的多个材料层，所述多个材料层包含上层、下层、以及位于所述上层和所述下层之间的中间层，具有所述上层的外周端部存在于比所述中间层及所述下层的外周端部更靠内侧的区域。9.根据权利要求1～4中任一项所述的光调制元件，其中，所述电介质层具有元素或组成不同的多个材料层，所述多个材料层包含上层、下层、以及位于所述上层和所述下层之间的中间层，具有所述上层及所述中间层的外周端部存在于比所述下层的外周端部更靠内侧的区域。10.根据权利要求1～4中任一项所述的光调制元件，其中，所述电介质层具有元素或组成不同的多个材料层，
所述多个材料层包含上层、下层、以及位于所述上层和所述下层之间的中间层，具有所述上层的外周端部存在于比所述中间层及所述下层的外周端部更靠外侧的区域，在该区域中，所述上层覆盖所述中间层及所述下层的端面。11.根据权利要求1～4中任一项所述的光调制元件，其中，所述电介质层具有元素或组成不同的多个材料层，所述多个材料层包含上层、下层、以及位于所述上层和所述下层之间的中间层，所述上层的外周端部存在于比所述下层的外周端部更靠外侧，具有所述中间层的外周端部存在于比所述上层的外周端部及所述下层的外周端部更靠外侧的区域。12.根据权利要求8～11中任一项所述的光调制元件，其中，所述上层由含有si、in、o的化合物构成，所述中间层由至少含有la、al、si、o的化合物构成，所述下层由sio2构成。13.根据权利要求1～12中任一项所述的光调制元件，其中，具有所述波导层的外周端部存在于比所述基板的外周端部更靠内侧的区域。14.根据权利要求1～13中任一项所述的光调制元件，其中，形成于所述波导层的光波导的光输入端口及光输出端口设置于所述基板的外周端部，通过所述电介质层的外周端部存在于比所述基板的外周端部更靠内侧而形成的台阶结构，设置于除所述光输入端口及所述光输出端口各自的设置位置附近之外的区域。15.根据权利要求1～14中任一项所述的光调制元件，其中，所述波导层由铌酸锂膜构成。16.根据权利要求1～15中任一项所述的光调制元件，其中，所述电介质层的偏移量为与所述电介质层的偏置方向相同的方向上的所述基板的宽度的10％以下。17.根据权利要求1～16中任一项所述的光调制元件，其中，所述偏置区域至少设置于所述电极的相互作用部的形成区域。

技术总结
本公开提供能够在从晶圆切出的基板的外周端部防止各结构层间的细微剥离的光调制元件。光调制元件(1)具备基板(10)、形成于基板(10)上的波导层(11)、形成于波导层(11)上的电介质层(12)、形成于电介质层(12)上的电极(4b1)。具有电介质层(12)的外周端部(E


技术研发人员：原裕贵 菊川隆 田家裕 长瀬健司 儿玉俊太郎
受保护的技术使用者：TDK株式会社
技术研发日：2022.03.17
技术公布日：2023/9/22