光波導(dǎo)元件以及光波導(dǎo)元件的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光波導(dǎo)元件以及光波導(dǎo)元件的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]存在具備產(chǎn)生電光效應(yīng)的基板以及設(shè)置于基板的光波導(dǎo)的光波導(dǎo)元件。例如，在專利文獻(xiàn)I以及非專利文獻(xiàn)I所記載的光調(diào)制元件中，通過(guò)使設(shè)置有光波導(dǎo)的基板的一部分極化反轉(zhuǎn)，來(lái)實(shí)現(xiàn)光帶的擴(kuò)大。另外，在專利文獻(xiàn)2所述的集成型光調(diào)制元件中，通過(guò)使設(shè)置有光波導(dǎo)的基板的一部分極化反轉(zhuǎn)，來(lái)實(shí)現(xiàn)沒(méi)有線性調(diào)頻脈沖以及時(shí)間偏差(skew)的高精度的光信號(hào)的產(chǎn)生。另一方面，為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)作電壓的降低以及光帶的擴(kuò)大，公知并廣泛使用將包括光波導(dǎo)的部分形成為隆脊結(jié)構(gòu)的光調(diào)制元件。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2005-284129號(hào)公報(bào)
[0006]專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2008-116865號(hào)公報(bào)
[0007]專利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)2005-275121號(hào)公報(bào)
[0008]非專利文獻(xiàn)
[0009]非專利文獻(xiàn)1:Janner, Davide, Michele Belmonte, and Valer1Pruner1.，，Tailoring the Electrooptic Response and Improving the PerformanceOf Integrated LiNb03Modulators by Domain Engineering.，，Journal of LightwaveTechnology 25.9 (2007):2402-2409.
[0010]非專利文獻(xiàn)2:Schreiber, G.，et al.’’Efficient cascaded differencefrequency convers1n in per1dically poled T1:LiNb03waveguides using pulsed andcw pumping.”Applied Physics B 73.5-6(2001):501-504.
[0011]非專利文獻(xiàn)3:Janner, D.，et al.，，Grinding free electric-field poling ofTi indiffused z-cut LiNb03 wafer with submicron resolut1n.，，Applied Physics A91.2(2008):319-321.
[0012]非專利文獻(xiàn)4:宮澤信太郎，and栗村直.分極反転r八'4 基礎(chǔ)t応用，才7°卜口二夕只社.1SBN4-902312-11-5，2005

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]發(fā)明所要解決的課題
[0014]為了解決上述兩個(gè)課題即動(dòng)作電壓的降低以及光帶的放大，考慮同時(shí)包括極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)以及隆脊結(jié)構(gòu)的光調(diào)制元件。為了制作這種光調(diào)制元件，例如，在包括具有光波導(dǎo)的隆脊部的基板上，需要將跨過(guò)隆脊部以及隆脊部以外的平坦部(溝槽部的底面)的區(qū)域的強(qiáng)介電極化方向反轉(zhuǎn)。雖然通過(guò)僅使隆脊的部分反轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)也能夠?qū)崿F(xiàn)專利文獻(xiàn)I的效果，但是優(yōu)選包括平坦部(溝槽底部)地進(jìn)行極化反轉(zhuǎn)，在遠(yuǎn)離隆脊的光波導(dǎo)部的位置形成極化壁。作為該理由，有以下等幾點(diǎn):在極化反轉(zhuǎn)工序中，需要進(jìn)行與隆脊部的寬度相當(dāng)?shù)木?xì)的形狀控制；由于反轉(zhuǎn)面積小，因此對(duì)用于對(duì)反轉(zhuǎn)面積進(jìn)行監(jiān)視控制的電流量的監(jiān)視器要求更高靈敏度以及更高精度；在強(qiáng)介電晶體的極化壁中，應(yīng)力以及陷阱電荷的密度大，因此折射率容易變得不均勻，容易發(fā)生由光的散射引起的傳播光的損失以及非必要偏振分量的產(chǎn)生；由于溫度變化，光波導(dǎo)基板的變形以及扭轉(zhuǎn)變大，在干涉儀型的光設(shè)備中導(dǎo)致穩(wěn)定性的劣化。在這種情況下，在隆脊部與平坦部中基板的厚度不同，
[0015]因此當(dāng)在極化反轉(zhuǎn)工序中對(duì)基板施加高電壓時(shí)，隆脊部處的電場(chǎng)強(qiáng)度小于平坦部處的電場(chǎng)強(qiáng)度。因此，存在如下可能性:用于極化反轉(zhuǎn)的電壓的調(diào)整變得復(fù)雜，超過(guò)所期望的區(qū)域而使目的以外的區(qū)域的極化方向反轉(zhuǎn)。其結(jié)果是，存在光調(diào)制元件中的光控制的光帶擴(kuò)大幅度乃至光信號(hào)的品質(zhì)以及精度降低的可能性。
[0016]此外，非專利文獻(xiàn)2以及非專利文獻(xiàn)3示出了在光波導(dǎo)不是隆脊結(jié)構(gòu)而是平坦的結(jié)構(gòu)的情況下準(zhǔn)確地進(jìn)行極化反轉(zhuǎn)的控制的方法。通過(guò)研磨等去除在Ti等的雜質(zhì)擴(kuò)散工序時(shí)形成的薄的極化反轉(zhuǎn)層的方法(非專利文獻(xiàn)2)或者采用未形成極化反轉(zhuǎn)層的雜質(zhì)擴(kuò)散工序的條件(非專利文獻(xiàn)3)的方法是有效的，報(bào)告了以微米以下的精度來(lái)控制極化反轉(zhuǎn)壁的位置的例子。在通過(guò)Ti等的雜質(zhì)擴(kuò)散而形成光波導(dǎo)的基板的極化反轉(zhuǎn)區(qū)域的精密控制中，薄的極化反轉(zhuǎn)層的存在是本質(zhì)上的阻礙因素，或者，并非薄的極化反轉(zhuǎn)層的存在而是微小的極化反轉(zhuǎn)區(qū)域的存在是支配性的阻礙因素，或者，擴(kuò)散雜質(zhì)而得到的部分的矯頑電場(chǎng)的降低以及微小的極化反轉(zhuǎn)區(qū)域的存在是支配性的阻礙因素，究竟是以上的哪一個(gè)仍未得出科學(xué)的結(jié)論，但非專利文獻(xiàn)2以及非專利文獻(xiàn)3的方法對(duì)于控制性改善存在一定的效果是事實(shí)。
[0017]然而，在形成有隆脊結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)的情況下，即使使用如上所示的方法，現(xiàn)今仍難以準(zhǔn)確地進(jìn)行極化反轉(zhuǎn)區(qū)域的控制。在專利文獻(xiàn)3中，公開(kāi)了在形成有光波導(dǎo)的面的相反側(cè)形成比隆脊部的高度更深的槽并進(jìn)行極化反轉(zhuǎn)區(qū)域的控制的方法。是如下的強(qiáng)制性方法，即，無(wú)論隆脊型波導(dǎo)那樣的表面的比較小的凹凸結(jié)構(gòu)以及基板的厚度的不均勻性如何，都獲得與在背面形成的深的槽的形狀對(duì)應(yīng)的極化反轉(zhuǎn)區(qū)域。在制造專利文獻(xiàn)I的結(jié)構(gòu)的設(shè)備以及專利文獻(xiàn)2的結(jié)構(gòu)的設(shè)備時(shí)是極其有效的方法，但與非專利文獻(xiàn)I同樣地，需要基板的加工工藝。
[0018]本發(fā)明提供一種具有能夠提高基板的極化反轉(zhuǎn)處理的精度的結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)元件以及光波導(dǎo)元件的制造方法。
[0019]用于解決課題的技術(shù)方案
[0020]本發(fā)明的一個(gè)方面的波導(dǎo)元件的制造方法包括:光波導(dǎo)形成工序，通過(guò)摻雜用于降低基板的矯頑電場(chǎng)的雜質(zhì)而將沿第I方向延伸的光波導(dǎo)形成于基板；隆脊形成工序，形成包括光波導(dǎo)的第I隆脊部以及與第I隆脊部交叉的第2隆脊部；以及極化處理工序，通過(guò)對(duì)基板中的由第2隆脊部劃分出的一方的區(qū)域施加電壓，而將區(qū)域的極化方向反轉(zhuǎn)。
[0021]根據(jù)該光波導(dǎo)元件的制造方法，摻雜用于降低基板的矯頑電場(chǎng)的雜質(zhì)來(lái)形成光波導(dǎo)，形成包括光波導(dǎo)的第I隆脊部以及與第I隆脊部交叉的第2隆脊部。然后，在為了進(jìn)行極化反轉(zhuǎn)處理而對(duì)由第2隆脊部劃分出的基板的一方的區(qū)域施加高電壓的情況下，在一方的區(qū)域中的除了第I隆脊部以外的部分產(chǎn)生的電場(chǎng)大于在第2隆脊部產(chǎn)生的電場(chǎng)。因此，以基板的矯頑電場(chǎng)大于在第2隆脊部產(chǎn)生的電場(chǎng)且小于在一方的區(qū)域中的除了第I隆脊部以外的部分產(chǎn)生的電場(chǎng)的方式調(diào)整電壓，從而能夠通過(guò)第2隆脊部來(lái)限制極化方向反轉(zhuǎn)的區(qū)域，能夠防止超過(guò)了第2隆脊部的部分的極化反轉(zhuǎn)。另外，在第I隆脊部，包含用于降低基板的矯頑電場(chǎng)的雜質(zhì)，因此能夠使一方的區(qū)域的第I隆脊部的極化方向反轉(zhuǎn)。其結(jié)果是，能夠提高基板的極化反轉(zhuǎn)處理的精度。
[0022]在本發(fā)明的其他方面的光波導(dǎo)元件的制造方法中，也可以在隆脊形成工序中，以使第2隆脊部的高度大于基板的平坦度的方式形成第2隆脊部?；宓钠教苟仁侵富宓暮穸鹊牟痪鶆蛐?，是以背面為基準(zhǔn)的基板的厚度的最大值與最小值之差。在該平坦度大于第2隆脊部的高度的情況下，存在高度大于第2隆脊部的高度的部分包含在一方的區(qū)域中的可能性。如果為了使該部分的極化方向反轉(zhuǎn)而增大電壓，則第2隆脊部的電場(chǎng)變大，有可能超過(guò)第2隆脊部而進(jìn)行極化方向的反轉(zhuǎn)。因此，通過(guò)使第2隆脊部的高度大于基板的平坦度，能夠提高基于第2隆脊部的極化反轉(zhuǎn)的控制的可靠性。其結(jié)果是，能夠進(jìn)一步提高極化反轉(zhuǎn)處理的精度。
[0023]在本發(fā)明的其他方面的光波導(dǎo)元件的制造方法中，也可以在極化處理工序中，使用液體電極來(lái)對(duì)區(qū)域施加電壓。在這種情況下，能夠切實(shí)地進(jìn)行基板與液體電極的接觸，能夠提高對(duì)基板施加的電壓的均勻性。其結(jié)果是，能夠進(jìn)一步提高極化反轉(zhuǎn)處理的精度。
[0024]在本發(fā)明的其他方面的光波導(dǎo)元件的制造方法中，也可以是，在隆脊形成工序中，還形成與第I隆脊部交叉的第3隆脊部，在極化處理工序中，通過(guò)對(duì)基板中的被第2隆脊部與第3隆脊部夾著的區(qū)域施加電壓，而使區(qū)域的極化方向反轉(zhuǎn)。據(jù)此，在對(duì)被第2隆脊部與第3隆脊部夾著的區(qū)域施加電壓的情況下，在被夾著的區(qū)域中的除了第I隆脊部以外的部分產(chǎn)生的電場(chǎng)大于在第2隆脊部以及第3隆脊部產(chǎn)生的電場(chǎng)。因此，通過(guò)調(diào)整電壓以使基板的矯頑電場(chǎng)大于在第2隆脊部以及第3隆脊部產(chǎn)生的電場(chǎng)且小于在被夾著的區(qū)域中的除了第I隆脊部以外的部分產(chǎn)生的電場(chǎng)，從而能夠通過(guò)第2隆脊部以及第3隆脊部來(lái)限制極化方向被反轉(zhuǎn)的區(qū)域，能夠防止超過(guò)了第2隆脊部以及第3隆脊部的部分的極化反轉(zhuǎn)。另夕卜，在第I隆脊部，包含用于降低基板的矯頑電場(chǎng)的雜質(zhì)，因此能夠使一方的區(qū)域的第I隆脊部的極化方向反轉(zhuǎn)。其結(jié)果是，能夠提高基板的極化反轉(zhuǎn)處理的精度。
[0025]本發(fā)明的一個(gè)方面的光波導(dǎo)元件包括基板，該基板具有沿第I方向延伸的第I隆脊部以及與第I隆脊部交叉的第2隆脊部。第I隆脊部具有沿第I方向延伸的光波導(dǎo)。光波導(dǎo)包含用于降低基板的矯頑電場(chǎng)的雜質(zhì)。基板具有沿第I方向依次配置的第I區(qū)域以及第2區(qū)域。第I區(qū)域的極化方向與第2區(qū)域的極化方向相反。第2隆脊部設(shè)置在第I區(qū)域與第2區(qū)域的邊界上。
[0026]根據(jù)該光波導(dǎo)元件，基板具有沿第I方向延伸的第I隆脊部以及與第I隆脊部交叉的第2隆脊部，并且具有沿第I方向依次配置的第I區(qū)域以及第2區(qū)域。在為了使該第2區(qū)域的極化方向反轉(zhuǎn)而對(duì)第2區(qū)域施加電壓的情況下，在第2區(qū)域中的除了第I隆脊部以外的部分產(chǎn)生的電場(chǎng)大于在第2隆脊部產(chǎn)生的電場(chǎng)。因此，通過(guò)調(diào)整電壓以使基板的矯頑電場(chǎng)大于在第2隆脊部產(chǎn)生的電場(chǎng)且小于在除了第I隆脊部以外的部分產(chǎn)生的電場(chǎng)，從而能夠通過(guò)第2隆脊部來(lái)限制第2區(qū)域的極化反轉(zhuǎn)，能夠防止超過(guò)了第2隆脊部的部分的極化反轉(zhuǎn)。另外，在第I隆脊部，具有包含使基板的矯頑電場(chǎng)降低的雜質(zhì)的光波導(dǎo)，因此能夠使第2區(qū)域的第I隆脊部的極化方向反轉(zhuǎn)。
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