CN105074545A - 光波导元件以及光波导元件的制造方法 - Google Patents

光波导元件以及光波导元件的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明的一个方面的光波导元件的制造方法包括：光波导形成工序，通过掺杂用于降低基板的矫顽电场的杂质来将沿第1方向延伸的光波导形成于基板；隆脊形成工序，形成包括光波导的第1隆脊部以及与第1隆脊部交叉的第2隆脊部；以及极化处理工序，通过对基板中的由第2隆脊部划分出的一方的区域施加电压，来将区域的极化方向反转。

Description

光波导元件以及光波导元件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种光波导元件以及光波导元件的制造方法。
背景技术
存在具备产生电光效应的基板以及设置于基板的光波导的光波导元件。例如，在专利文献1以及非专利文献1所记载的光调制元件中，通过使设置有光波导的基板的一部分极化反转，来实现光带的扩大。另外，在专利文献2所述的集成型光调制元件中，通过使设置有光波导的基板的一部分极化反转，来实现没有线性调频脉冲以及时间偏差(skew)的高精度的光信号的产生。另一方面，为了实现动作电压的降低以及光带的扩大，公知并广泛使用将包括光波导的部分形成为隆脊结构的光调制元件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-284129号公报
专利文献2：日本特开2008-116865号公报
专利文献3：日本特开2005-275121号公报
非专利文献
非专利文献1：Janner,Davide,MicheleBelmonte,andValerioPruneri.”TailoringtheElectroopticResponseandImprovingthePerformanceOfIntegratedLiNbO3ModulatorsbyDomainEngineering.”JournalofLightwaveTechnology25.9(2007):2402-2409.
非专利文献2：Schreiber,G.,etal.”EfficientcascadeddifferencefrequencyconversioninperiodicallypoledTi:LiNbO3waveguidesusingpulsedandcwpumping.”AppliedPhysicsB73.5-6(2001):501-504.
非专利文献3：Janner,D.,etal.”Grindingfreeelectric-fieldpolingofTiindiffusedz-cutLiNbO3waferwithsubmicronresolution.”AppliedPhysicsA91.2(2008):319-321.
非专利文献4：宮澤信太郎，and栗村直.分極反転デバイスの基礎と応用，オプトロニクス社.ISBN4-902312-11-5，2005
发明内容
发明所要解决的课题
为了解决上述两个课题即动作电压的降低以及光带的放大，考虑同时包括极化反转结构以及隆脊结构的光调制元件。为了制作这种光调制元件，例如，在包括具有光波导的隆脊部的基板上，需要将跨过隆脊部以及隆脊部以外的平坦部(沟槽部的底面)的区域的强介电极化方向反转。虽然通过仅使隆脊的部分反转的结构也能够实现专利文献1的效果，但是优选包括平坦部(沟槽底部)地进行极化反转，在远离隆脊的光波导部的位置形成极化壁。作为该理由，有以下等几点：在极化反转工序中，需要进行与隆脊部的宽度相当的精细的形状控制；由于反转面积小，因此对用于对反转面积进行监视控制的电流量的监视器要求更高灵敏度以及更高精度；在强介电晶体的极化壁中，应力以及陷阱电荷的密度大，因此折射率容易变得不均匀，容易发生由光的散射引起的传播光的损失以及非必要偏振分量的产生；由于温度变化，光波导基板的变形以及扭转变大，在干涉仪型的光设备中导致稳定性的劣化。在这种情况下，在隆脊部与平坦部中基板的厚度不同，
因此当在极化反转工序中对基板施加高电压时，隆脊部处的电场强度小于平坦部处的电场强度。因此，存在如下可能性：用于极化反转的电压的调整变得复杂，超过所期望的区域而使目的以外的区域的极化方向反转。其结果是，存在光调制元件中的光控制的光带扩大幅度乃至光信号的品质以及精度降低的可能性。
此外，非专利文献2以及非专利文献3示出了在光波导不是隆脊结构而是平坦的结构的情况下准确地进行极化反转的控制的方法。通过研磨等去除在Ti等的杂质扩散工序时形成的薄的极化反转层的方法(非专利文献2)或者采用未形成极化反转层的杂质扩散工序的条件(非专利文献3)的方法是有效的，报告了以微米以下的精度来控制极化反转壁的位置的例子。在通过Ti等的杂质扩散而形成光波导的基板的极化反转区域的精密控制中，薄的极化反转层的存在是本质上的阻碍因素，或者，并非薄的极化反转层的存在而是微小的极化反转区域的存在是支配性的阻碍因素，或者，扩散杂质而得到的部分的矫顽电场的降低以及微小的极化反转区域的存在是支配性的阻碍因素，究竟是以上的哪一个仍未得出科学的结论，但非专利文献2以及非专利文献3的方法对于控制性改善存在一定的效果是事实。
然而，在形成有隆脊结构的光波导的情况下，即使使用如上所示的方法，现今仍难以准确地进行极化反转区域的控制。在专利文献3中，公开了在形成有光波导的面的相反侧形成比隆脊部的高度更深的槽并进行极化反转区域的控制的方法。是如下的强制性方法，即，无论隆脊型波导那样的表面的比较小的凹凸结构以及基板的厚度的不均匀性如何，都获得与在背面形成的深的槽的形状对应的极化反转区域。在制造专利文献1的结构的设备以及专利文献2的结构的设备时是极其有效的方法，但与非专利文献1同样地，需要基板的加工工艺。
本发明提供一种具有能够提高基板的极化反转处理的精度的结构的光波导元件以及光波导元件的制造方法。
用于解决课题的技术方案
本发明的一个方面的波导元件的制造方法包括：光波导形成工序，通过掺杂用于降低基板的矫顽电场的杂质而将沿第1方向延伸的光波导形成于基板；隆脊形成工序，形成包括光波导的第1隆脊部以及与第1隆脊部交叉的第2隆脊部；以及极化处理工序，通过对基板中的由第2隆脊部划分出的一方的区域施加电压，而将区域的极化方向反转。
根据该光波导元件的制造方法，掺杂用于降低基板的矫顽电场的杂质来形成光波导，形成包括光波导的第1隆脊部以及与第1隆脊部交叉的第2隆脊部。然后，在为了进行极化反转处理而对由第2隆脊部划分出的基板的一方的区域施加高电压的情况下，在一方的区域中的除了第1隆脊部以外的部分产生的电场大于在第2隆脊部产生的电场。因此，以基板的矫顽电场大于在第2隆脊部产生的电场且小于在一方的区域中的除了第1隆脊部以外的部分产生的电场的方式调整电压，从而能够通过第2隆脊部来限制极化方向反转的区域，能够防止超过了第2隆脊部的部分的极化反转。另外，在第1隆脊部，包含用于降低基板的矫顽电场的杂质，因此能够使一方的区域的第1隆脊部的极化方向反转。其结果是，能够提高基板的极化反转处理的精度。
在本发明的其他方面的光波导元件的制造方法中，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。基板的平坦度是指基板的厚度的不均匀性，是以背面为基准的基板的厚度的最大值与最小值之差。在该平坦度大于第2隆脊部的高度的情况下，存在高度大于第2隆脊部的高度的部分包含在一方的区域中的可能性。如果为了使该部分的极化方向反转而增大电压，则第2隆脊部的电场变大，有可能超过第2隆脊部而进行极化方向的反转。因此，通过使第2隆脊部的高度大于基板的平坦度，能够提高基于第2隆脊部的极化反转的控制的可靠性。其结果是，能够进一步提高极化反转处理的精度。
在本发明的其他方面的光波导元件的制造方法中，也可以在极化处理工序中，使用液体电极来对区域施加电压。在这种情况下，能够切实地进行基板与液体电极的接触，能够提高对基板施加的电压的均匀性。其结果是，能够进一步提高极化反转处理的精度。
在本发明的其他方面的光波导元件的制造方法中，也可以是，在隆脊形成工序中，还形成与第1隆脊部交叉的第3隆脊部，在极化处理工序中，通过对基板中的被第2隆脊部与第3隆脊部夹着的区域施加电压，而使区域的极化方向反转。据此，在对被第2隆脊部与第3隆脊部夹着的区域施加电压的情况下，在被夹着的区域中的除了第1隆脊部以外的部分产生的电场大于在第2隆脊部以及第3隆脊部产生的电场。因此，通过调整电压以使基板的矫顽电场大于在第2隆脊部以及第3隆脊部产生的电场且小于在被夹着的区域中的除了第1隆脊部以外的部分产生的电场，从而能够通过第2隆脊部以及第3隆脊部来限制极化方向被反转的区域，能够防止超过了第2隆脊部以及第3隆脊部的部分的极化反转。另外，在第1隆脊部，包含用于降低基板的矫顽电场的杂质，因此能够使一方的区域的第1隆脊部的极化方向反转。其结果是，能够提高基板的极化反转处理的精度。
本发明的一个方面的光波导元件包括基板，该基板具有沿第1方向延伸的第1隆脊部以及与第1隆脊部交叉的第2隆脊部。第1隆脊部具有沿第1方向延伸的光波导。光波导包含用于降低基板的矫顽电场的杂质。基板具有沿第1方向依次配置的第1区域以及第2区域。第1区域的极化方向与第2区域的极化方向相反。第2隆脊部设置在第1区域与第2区域的边界上。
根据该光波导元件，基板具有沿第1方向延伸的第1隆脊部以及与第1隆脊部交叉的第2隆脊部，并且具有沿第1方向依次配置的第1区域以及第2区域。在为了使该第2区域的极化方向反转而对第2区域施加电压的情况下，在第2区域中的除了第1隆脊部以外的部分产生的电场大于在第2隆脊部产生的电场。因此，通过调整电压以使基板的矫顽电场大于在第2隆脊部产生的电场且小于在除了第1隆脊部以外的部分产生的电场，从而能够通过第2隆脊部来限制第2区域的极化反转，能够防止超过了第2隆脊部的部分的极化反转。另外，在第1隆脊部，具有包含使基板的矫顽电场降低的杂质的光波导，因此能够使第2区域的第1隆脊部的极化方向反转。
在本发明的其他方面的光波导元件中，也可以使第2隆脊部的高度大于上述基板的平坦度。在基板的平坦度大于第2隆脊部的高度的情况下，存在高度大于第2隆脊部的高度的部分包含在第2区域中的可能性。如果为了使该部分的极化方向反转而增大电压，则第2隆脊部的电场变大，有可能超过第2隆脊部而进行极化方向的反转。因此，通过使第2隆脊部的高度大于基板的平坦度，能够提高基于第2隆脊部的极化反转的控制的可靠性。其结果是，能够进一步提高极化反转处理的精度。
在重视设备的省电化的当前，在降低驱动电压方面效果好的隆脊型波导特别有效，本技术的产业价值高。另外，在利用铌酸锂形成基板的情况下，高度5-6μm左右的隆脊部是适合的，期望将基板的厚度的不均匀性抑制为5μm以下，优选抑制为2μm以下。虽然期望比SAW设备用单晶体的国际标准更严格的厚度的均匀性(非专利文献4的Table2)，但不均匀性为2μm以下的基板是可以获得的，因此本技术的实现性较高。
发明效果
根据本发明，能够提高基板的极化反转处理的精度。
附图说明
图1是概略地示出一种实施方式的光波导元件的结构的立体图。
图2是示出图1的光波导元件的制造方法的一个例子的工序图。
图3是概略地示出图2的隆脊形成工序中的基板的结构的俯视图。
图4是概略地示出在图2的极化处理工序中使用的极化反转装置的结构的图。
图5是概略地示出图4的极化反转装置中的基板的掩蔽方法的一个例子的图。
图6是概略地示出比较例的基板中的沟槽部周围的放大图。
图7是概略地示出图4的极化反转装置中的基板的掩蔽方法的第1变形例的图。
图8是概略地示出图4的极化反转装置中的基板的掩蔽方法的第2变形例的图。
图9是概略地示出图4的极化反转装置中的基板的掩蔽方法的第3变形例的图。
图10是概略地示出图4的极化反转装置中的基板的掩蔽方法的第4变形例的图。
具体实施方式
以下，参照附图，详细说明本发明的实施方式。
图1是概略地示出一种实施方式的光波导元件的结构的图。如图1所示，光波导元件1例如是光调制元件，包括基板10以及信号电极20。
基板10是沿着一个方向(以下，称为“方向A(第1方向)”。)延伸的板状部件，由例如铌酸锂(LiNbO3，以下称为“LN”。)等产生电光效应的电介体材料(强电介体)构成。基板10的沿着方向A的长度例如是10～150mm左右，基板10的沿着与方向A正交的方向(以下，称为“方向B”。)的长度例如是0.1～3mm左右，基板10的厚度例如是0.2～1mm左右。基板10具有方向A上的两端面即端面10a和端面10b以及方向B上的两端面即侧端面10c和侧端面10d。
基板10具有第1区域10e、第2区域10f以及第3区域10g。第1区域10e、第2区域10f以及第3区域10g沿着方向A依次配置。在第1区域10e中，电介体材料的晶轴方向Z例如朝向与基板10的主面10m的法线轴NV方向相反的方向。在第2区域10f中，电介体材料的晶轴方向Z例如朝向基板10的主面10m的法线轴NV方向。在第3区域10g中，电介体材料的晶轴方向Z例如朝向与基板10的主面10m的法线轴NV方向相反的方向。此处，电介体的极化方向朝向与晶轴方向Z相同的方向。即，第1区域10e的极化方向与第2区域10f的极化方向相反，第1区域10e的极化方向与第3区域10g的极化方向相同。
基板10具有隆脊部11(第1隆脊部)、隆脊部12(第2隆脊部)、隆脊部13(第3隆脊部)以及沟槽部14。隆脊部11设置于主面10m，从端面10a沿着方向A延伸到端面10b。隆脊部11的与方向A正交的剖面形状呈梯形形状。隆脊部11的顶部的宽度例如是9μm左右。隆脊部11的底部的宽度例如是12μm左右。隆脊部11的高度例如是6μm左右。隆脊部11处的基板10的厚度Tr1例如是1mm左右。隆脊部11包括光波导11a。光波导11a是直线型的光波导，从端面10a沿着方向A延伸到端面10b。光波导11a是对基板10掺杂钛等杂质而成的。
隆脊部12设置在第1区域10e与第2区域10f的边界面即畴壁D1上，并从侧端面10c沿着方向B延伸到侧端面10d。畴壁D1位于隆脊部12的两侧面中的第2区域10f侧的侧面12a，并从侧面12a延伸到基板10的背面10n。隆脊部12的与方向B正交的剖面形状呈梯形形状。隆脊部12的顶部的宽度例如是9～20μm左右。隆脊部12的底部的宽度例如在隆脊形状为梯形并且底角为75度的情况下为12～23μm左右。隆脊部12的高度例如是6μm左右。隆脊部12处的基板10的厚度Tr2例如是1mm左右。
隆脊部13设置在第2区域10f与第3区域10g的边界面即畴壁D2上，并从侧端面10c沿着方向B延伸到侧端面10d。畴壁D2位于隆脊部13的两侧面中的第2区域10f侧的侧面13a，并从侧面13a延伸到基板10的背面10n。隆脊部13的与方向B正交的剖面形状呈梯形形状。隆脊部13的顶部的宽度例如是9～20μm左右。隆脊部13的底部的宽度例如在隆脊形状为梯形并且底角为75度的情况下为12～23μm左右。隆脊部13的高度例如是6μm左右。隆脊部13处的基板10的厚度Tr3例如是1mm左右。
此外，加工前的晶圆的厚度有时不均匀。在这种情况下，隆脊部12以及隆脊部13的高度也可以大于晶圆的平坦度(TTV；TotalThicknessVariation，总厚度变化)。此处，晶圆的平坦度是指以晶圆背面为基准面而在厚度方向上测定到的高度在晶圆整个面范围的最大值与最小值之差。
沟槽部14是被隆脊部12以及隆脊部13夹着的部分，并由隆脊部11分成侧端面10c侧和侧端面10d侧。沟槽部14处的基板10的厚度Tt例如设为从隆脊部12处的基板10的厚度Tr2中减去隆脊部12的高度而得到的厚度即可。
信号电极20是用于传送作为从外部供给的电信号的调制信号并且对光波导11a施加与调制信号相应的电场的较长的部件。信号电极20例如由金(Au)构成。信号电极20具有第1部分20a、第2部分20b、第3部分20c以及第4部分20d。
第1部分20a设置在基板10的第1区域10e中的主面10m上。第1部分20a从基板10的侧端面10c沿方向B延伸到隆脊部11。第1部分20a的一端与用于供给调制信号的外部电路电连接。第2部分20b设置在第1区域10e中的隆脊部11上，从第1部分20a的另一端沿方向A延伸到畴壁D1。第2部分20b的一端与第1部分20a的另一端连接。
第3部分20c设置在第2区域10f中的隆脊部11上，从畴壁D1沿方向A延伸到畴壁D2。第3部分20c的一端与第2部分20b的另一端连接。第2部分20b以及第3部分20c作为对光波导11a施加通过调制信号而形成的电场的作用部来发挥功能。第4部分20d设置在隆脊部13上，从第3部分20c的另一端沿与方向B相反的方向延伸到侧端面10c。第4部分20d的一端与第3部分20c的另一端连接，第4部分20d的另一端与终端电路电连接。
此外，光波导元件1也可以还包括缓冲层(未图示)。缓冲层设置在基板10上，在隆脊部11中位于隆脊部11与信号电极20之间。缓冲层是为了降低在光波导11a中传播的光被信号电极20吸收而设置的。缓冲层例如通过二氧化硅(例如SiO2)等来构成。
在以上述方式构成的光波导元件1中，输入光从端面10a输入到光波导11a。输入光在光波导11a中传播。此时，将通过由信号电极20传送的调制信号而形成的电场施加到光波导11a，从而使光波导11a的折射率变化。在光波导11a中传播的光根据光波导11a的折射率变化而被调制。被调制过的光作为调制光而从端面10b输出。
此处，第1区域10e中的电介体材料的晶轴方向Z朝向与基板10的主面10m的法线轴NV方向相反的方向。第2区域10f中的电介体材料的晶轴方向Z朝向基板10的主面10m的法线轴NV方向。因此，在第1区域10e中，低频的感应相位量与第2部分20b的长度成比例地增加，高频的感应相位量随着第2部分20b的长度变大而缓慢增加。另一方面，在第2区域10f中，低频以及高频的感应相位量的变化量分别与第1区域10e中的低频以及高频的感应相位量的变化量相同，但低频以及高频的感应相位量的变化的方向与第1区域10e中的低频以及高频的感应相位量的变化的方向相反。即，在第2区域10f中，低频的感应相位量与第2部分20b的长度成比例地减少，高频的感应相位量随着第2部分20b的长度变大而缓慢减少。因此，低频的感应相位量与高频的感应相位量之差降低，使得光频率响应特性平坦化。其结果是，能够实现宽光带化。
接下来，参照图1以及图2，说明光波导元件1的制造方法的一个例子。图2是示出光波导元件1的制造方法的一个例子的工序图。如图2所示，光波导元件1的制造方法包括光波导形成工序S01、隆脊形成工序S02、极化处理工序S03、缓冲层形成工序S04、热处理工序S05以及电极形成工序S06。
在光波导形成工序S01中，在基板10(晶圆)的主面10m形成光波导11a。例如，在基板10的主面10m上，通过对用于形成光波导11a的部分掺杂杂质来形成光波导11a。例如，对用于形成光波导11a的部分蒸镀杂质，使蒸镀过的杂质热扩散，从而掺杂杂质。所掺杂的杂质是使基板10中包含的电介体材料的矫顽电场Ec(也称为极化反转电场。)降低的杂质即可，例如是钛(Ti)、铜(Cu)、铬(Cr)等。矫顽电场Ec是指电介体的自发极化的极化方向反转的电场。例如，作为光波导用途而在市场上出售的LN晶体的矫顽电场Ec约为21kV/mm，但是掺杂有钛的LN晶体的矫顽电场Ect小于LN晶体的矫顽电场Ec，因此容易反转。
在隆脊形成工序S02中，在光波导形成工序S01中形成有光波导11a的基板10的主面10m，形成隆脊部11、隆脊部12以及隆脊部13。具体地说明的话，即在隆脊形成工序S02中，首先，例如通过光刻法来形成掩模M，以覆盖与隆脊部11、隆脊部12以及隆脊部13对应的主面10m上的区域。
图3是概略地示出在隆脊形成工序S02中形成有掩模M的基板10的结构的俯视图。如图3所示，在基板10的主面10m上，以对形成隆脊部11、隆脊部12以及隆脊部13的部分进行覆盖的方式来形成掩模M。然后，将掩模M用作蚀刻掩模，通过干法蚀刻、湿法蚀刻等来以化学方式去除基板10的主面10m，从而形成隆脊部11、隆脊部12以及隆脊部13。此外，也可以通过喷砂以及切削加工等来以机械方式去除基板10的主面10m，从而形成隆脊部11、隆脊部12以及隆脊部13。在隆脊部11、隆脊部12以及隆脊部13的形成后，去除掩模M。
在极化处理工序S03中，使用极化反转装置3，使基板10的所期望的区域的极化方向反转。如图4所示，极化反转装置3包括夹持部件31、密封部件32、液体电极33、液体电极34、高电压电源35、起偏振镜36以及检偏镜37。夹持部件31是用于夹持基板50的一对板状部件，例如是丙烯板等透明的树脂板。密封部件32例如是环状的树脂材料(O形环)。液体电极33以及液体电极34是导电性的液体，例如是氯化锂(LiCl)水溶液。起偏振镜36以及检偏镜37是正交偏光镜像观察用的偏振片。
高电压电源35是用于供给高电压的装置。高电压电源35包括控制装置41、信号发生器42、高电压放大器43以及电流监视器44。控制装置41例如是PC(PersonalComputer，个人计算机)，根据利用电流监视器44来监视的电流，向信号发生器42发送控制信号。信号发生器42例如是脉冲发生器，根据从控制装置41输出的控制信号，来输出具有几V的电压的脉冲信号。高电压放大器43是对电压进行放大的电路，对从信号发生器42输出的脉冲信号的电压进行放大。高电压放大器43将放大的脉冲信号输出到液体电极34，在液体电极33以及液体电极34之间施加高电压V。电流监视器44监视在基板10中流过的电流。
在以上述方式构成的极化反转装置3中，通过一对夹持部件31来隔着密封部件32地夹持基板50，并且在基板50的一个面与夹持部件31之间填充液体电极33，在基板50的另一个面与夹持部件31之间填充液体电极34。而且，高电压电源35根据来自控制装置41的控制信号，通过信号发生器42来产生信号，经由高电压放大器43，对液体电极33与液体电极34之间施加高电压V。而且，控制装置41如果检测到对利用电流监视器44来监视的电流进行时间积分而得到的电荷量到达了根据反转的区域的面积来确定的值，则使信号发生器42停止信号的输出。此外，被夹持部件31夹持的基板50是为了针对所期望的区域施加超过矫顽电场Ec的电场而被掩蔽的基板10。
图5是概略地示出极化反转装置3中的基板10的掩蔽方法的一个例子的图。如图5所示，基板50包括基板10以及设置在基板10的主面10m上的掩模层51。掩模层51具有绝缘性，例如由绝缘性树脂构成。掩模层51以覆盖基板10的从端面10a到隆脊部12的顶面的部分以及从端面10b到隆脊部13的顶面的部分的方式设置于主面10m上。掩模层51在主面10m中的被隆脊部12的顶面与隆脊部13的顶面夹着的部分的上方具有开口51a。掩模层51例如能够通过旋转涂敷或者光刻法而形成。
说明使用极化反转装置3的极化反转原理。此外，将厚度Tr1、厚度Tr2以及厚度Tr3都设为厚度Tr来进行说明。在该极化反转装置3中，对液体电极33以及液体电极34之间供给电压V。此时，经由掩模层51的开口51a，对基板10施加电压V。隆脊部12以及隆脊部13处的电场Er是将电压V除以隆脊部12以及隆脊部13处的基板10的厚度Tr而得到的值(V/Tr)。另外，沟槽部14处的电场Et是将电压V除以沟槽部14处的基板10的厚度Tt而得到的值(V/Tt)。
然后，以使得基板10的矫顽电场Ec处于电场Er与电场Et之间(Er<Ec<Et)的方式来调整电压V。此外，关于隆脊部11处的电场，平均地说是与电场Er相等的。然而，在隆脊部11中掺杂了钛等杂质，因此在隆脊部11处的矫顽电场Ect小于矫顽电场Ec，因此能够通过电场Er来进行极化反转。另外，在设置有掩模层51的位置处的电场Ep小于电场Er。因此，基板10中的被隆脊部12以及隆脊部13夹着的区域的极化方向反转，形成第2区域10f。
返回到图2，在缓冲层形成工序S04中，在基板10的主面10m上形成隆脊部11、隆脊部12以及隆脊部13之后，以覆盖光波导11a的方式在基板10的主面10m形成缓冲层。也可以是，以覆盖主面10m整体的方式在基板10的主面10m形成缓冲层。通过真空蒸镀法、离子辅助真空蒸镀法，溅射法以及CVD(chemicalvapordeposition，化学气相沉积)法等通用的薄膜沉积方法来形成缓冲层。缓冲层例如通过二氧化硅(SiO2)或者氧化铝(Al2O3)等来构成。
在热处理工序S05中，为了填补在缓冲层形成工序S04中形成的缓冲层的氧缺失，对缓冲层实施热处理。该热处理在含氧环境中在约600度左右的温度下进行。
在电极形成工序S06中，在缓冲层上形成信号电极20。具体地说明的话，通过光刻法在缓冲层上形成抗蚀图案。该抗蚀图案具有用于信号电极20的开口。接下来，将抗蚀图案作为掩模，例如使用电镀法，在缓冲层上形成信号电极20。在电极形成工序S06中，也可以在缓冲层上形成接地电极。在信号电极20的形成后，去除抗蚀图案。
如上所述地制成光波导元件1。此外，缓冲层形成工序S04以及热处理工序S05也可以在隆脊形成工序S02与极化处理工序S03之间进行，还可以在不设置缓冲层的情况下省略。
根据上述的光波导元件1的制造方法，将使基板10的矫顽电场Ec降低的杂质掺杂到基板10中而形成在方向A上延伸的光波导11a，并形成有包括光波导11a的沿方向A延伸的隆脊部11以及与隆脊部11交叉的隆脊部12和隆脊部13。然后，对基板10中的被隆脊部12以及隆脊部13夹着的区域(由隆脊部12划分出的一方的区域)施加电压V。此时，在沟槽部14产生的电场Et大于在隆脊部12以及隆脊部13产生的电场Er。因此，通过调整电压以使基板10的矫顽电场Ec大于在隆脊部12以及隆脊部13处产生的电场Er，并且小于在沟槽部14处产生的电场Et，从而能够通过隆脊部12以及隆脊部13来限制极化方向被反转的第2区域10f的扩展。
即，第2区域10f在方向A的相反方向上扩展到隆脊部12的侧面12a地形成，但没有超过隆脊部12而形成。另外，第2区域10f在方向A上扩展到隆脊部13的侧面13a地形成，但没有超过隆脊部13而形成。这样一来，能够防止超过隆脊部12以及隆脊部13而发生极化反转的情况。另外，在隆脊部11中包含使基板10的矫顽电场Ec降低的杂质，因此能够使被隆脊部12以及隆脊部13夹着的隆脊部11的极化方向反转。其结果是，能够提高基板10的极化反转处理的精度。
原本，隆脊部11处的电场Er未超过基板的矫顽电场Ec，因此不会发生在隆脊部11或者基板背面的与隆脊部11相对的位置产生极化反转核而贯通基板10地使反转区域生长的情况。但是，在扩散有Ti那样的杂质的隆脊部分中，如果按上述的条件来进行极化反转处理，则在与沟槽部14的极化反转部相连的形状下极化方位反转，另一方面，在未扩散有杂质的隆脊部12以及隆脊部13中，能够再现性良好地观察到电场Er只要不超过基板的矫顽电场Ec则极化方位就不会反转。
在使隆脊部11的极化反转能够稳定且再现性良好地进行反转的条件下，能够推定产生以下的现象。在施加了与矫顽电场Ec接近的电场的隆脊部11的表面，产生大量微小的极化反转核。包含杂质的部分的矫顽电场小于基板材料原本的矫顽电场Ec，因此微小的极化反转核能够生长到与作为杂质的Ti的扩散距离相同程度(在通常的光纤通信用波长1550nm的光波导的情况下，深度为3～4μm)的深度，但不至于贯通基板10地生长。另一方面，在沟槽部14中，电场Et超过矫顽电场Ec，因此在多个部位产生极化反转核，经过核贯通基板后，推进极化反转区域的生长与反转部分的面积的扩大。如果极化反转壁到达隆脊部11的斜面，则认为新的极化反转核的发生和由贯通引起的极化反转区域的放大都停止，或者受到较大的抑制。然而，即使电场Et为矫顽电场Ec以下，也可能引起极化反转壁的移动，因此可能产生在隆脊部11中生长了几μm左右的极化反转区域与在沟槽部14中生长放大了的极化反转部的合区(合并)。进而，如果重复进行隆脊部11中的新的极化反转核的发生、几μm左右的生长、然后合并，则在沟槽部14中生长放大了的极化反转部的面积的放大持续进行，最终，形成包括隆脊部11整体地成为一体的极化反转区域。此外，关于即使是矫顽电场以下的电场也形成微小的极化反转核的内容以及极化壁发生移动的内容，在非专利文献4的3.1.4节“选择性的核生成”中进行了解说。
认为在杂质未扩散的隆脊部12以及隆脊部13中也在表面形成微小的极化反转核，极化壁以及微小的核发生移动。因此，认为在隆脊部12、13中极化反转也正在进行，虽然进行得缓慢。然而，在隆脊部12、13中形成的极化反转区域极小，因此关于在沟槽部14中生长放大了的极化反转部的生长，与朝向隆脊部11的生长相比，朝向隆脊部12、13的生长极为迟缓。因此，即使视为朝向隆脊部12、13的反转区域的放大没有进展，在实际工序管理上也没有问题。
另外，使用液体电极33、34，对被隆脊部12以及隆脊部13夹着的区域施加电压V。因此，能够切实地进行基板10与液体电极33、34的接触，能够提高对基板10施加的电压的均匀性。其结果是，能够进一步提高极化反转处理的精度。
此外，本发明的一种方式的光波导元件以及光波导元件的制造方法不限定于上述实施方式。例如，光波导元件1不限于光调制元件，也可以是光开关、偏振控制器等。在这种情况下，也可以根据形成极化反转的形状，适当变更隆脊部12以及隆脊部13。在切换传播光的光路的光开关的情况以及在使两束光进行合波干涉的马赫-曾德尔光调制器等情况下，仅通过直线状的部分无法构成光波导，需要倾斜行进或者弯曲的光波导部，但在该部分为隆脊波导的情况下，例如，隆脊部12以及隆脊部13也可以与方向A不垂直，还可以倾斜。另外，极化反转的区域不包括端面10A、端面10B、侧端面10c以及侧端面10d，即，在基板10内封闭的情况下，也能够以围绕该极化反转的区域的方式设置隆脊部。另外，在光波导元件1具有沿方向A延伸的多个光波导的结构中，也可以设置与方向B交叉的隆脊部，以使得在光波导之间极化方向不同的方式分隔区域。
另外，光波导11a既可以是马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)型的光波导，也可以具有与光波导元件1的调制方式相应的结构。
基板10也可以是，具有第1区域10e以及第2区域10f，而不具有第3区域10g。在这种情况下，光波导元件1也可以不具有隆脊部13。这样一来，基板10具有沿方向A依次排列的2个以上的多个区域即可，区域的数量没有限定。另外，相邻的区域的极化方向相互相反，基板10具有在相邻区域的畴壁(边界面)上设置的隆脊部即可。
另外，在隆脊形成工序S02中，也可以测定形成有光波导11a的基板10的平坦度，以隆脊部12以及隆脊部13的高度大于基板10的平坦度的方式来形成隆脊部12以及隆脊部13。
使用图6，说明基板的平坦度对极化反转造成的影响。图6是概略地示出比较例的基板上的沟槽部周围的放大图。如图6所示，在比较例的基板110中，背面110n鼓起，隆脊部112以及隆脊部113的高度小于基板110的平坦度。即，沟槽部114处的基板110的厚度Tt大于隆脊部112以及隆脊部113处的基板110的厚度Tr。此处，为了使沟槽部114的极化方向反转，增大电压V而使沟槽部114的电场Et(＝V/Tt)大于基板110的矫顽电场Ec。在比较例的基板110中，沟槽部114处的基板110的厚度Tt大于隆脊部112以及隆脊部113处的基板110的厚度Tr，因此隆脊部112以及隆脊部113处的电场Er(＝V/Tr)大于基板110的矫顽电场Ec。因此，隆脊部112以及隆脊部113的极化方向反转，进而存在超过隆脊部112以及隆脊部113地进行极化反转的可能性。
与此相对地，如图5所示，在基板10中，隆脊部12以及隆脊部13的高度大于基板10的平坦度。即，隆脊部12以及隆脊部13处的基板10的厚度Tr大于沟槽部14处的基板10的厚度Tt。此处，为了使沟槽部14的极化方向反转，增大电压V而使沟槽部14的电场Et大于基板10的矫顽电场Ec。此时，在基板10中，隆脊部12以及隆脊部13处的基板10的厚度Tr大于沟槽部14处的基板10的厚度Tt，因此能够调整电压V，以使基板10的矫顽电场Ec处于电场Er与电场Et之间(Er<Ec<Et)。因此，通过隆脊部12以及隆脊部13，能够限制发生极化反转的基板10的范围。这样一来，在基板10中，能够提高基于隆脊部12以及隆脊部13的极化反转的控制的可靠性。其结果是，能够进一步提高极化反转处理的精度。
另外，极化反转装置3中的基板10的掩蔽方法不限定于上述的方法。下面，说明基板10的掩蔽方法的变形例。
(第1变形例)
图7是概略地示出极化反转装置3中的基板10的掩蔽方法的第1变形例的图。如图7所示，基板50在代替掩模层51而具备掩模层52这一点上，与图5的基板50不同。即，在图7的基板50中，掩模层52以覆盖基板10的背面10n中的从基板10的端面10a到与隆脊部12相对的位置的部分以及从端面10b到与隆脊部13相对的位置的部分的方式，设置于背面10n。掩模层52在背面10n中的夹在与隆脊部12相对的位置和与隆脊部13相对的位置之间的部分的上方具有开口52a。掩模层52具有绝缘性，例如由绝缘性树脂构成。掩模层52能够例如通过旋转涂敷或者光刻法而形成。
在该极化反转装置3中，与图5的极化反转装置3同样地，也能够使基板10的所期望的区域的极化方向反转。另外，通过光刻法等而形成的绝缘性树脂(掩模层52)由于隆脊部11、隆脊部12以及隆脊部13而不会扩散，因此能够清晰且高精度地形成极化反转的边界(畴壁D1以及畴壁D2)。
(第2变形例)
图8是概略地示出极化反转装置3中的基板10的掩蔽方法的第2变形例的图。如图8所示，基板50在还设置有金属膜53这一点上与图7的基板50不同。即，在图8的基板50中，金属膜53在被密封部件32包围的范围内设置在掩模层52上。金属膜53在开口52a中设置在基板10的背面10n，并与基板10接触。金属膜53具有导电性，例如由铬(Cr)、铝(Al)、金(Au)等构成。金属膜53例如能够通过提离法而形成。
在该极化反转装置3中，与图5的极化反转装置3同样地，也能够使基板10的所期望的区域的极化方向反转。另外，通过使用金属膜53，能够提高所施加的电场的均匀性。
(第3变形例)
图9是概略地示出极化反转装置3中的基板10的掩蔽方法的第3变形例的图。如图9所示，极化反转装置3在不具备夹持部件31、密封部件32、液体电极33以及液体电极34这一点上，与图5、图7、图8的极化反转装置3不同。基板50在代替掩模层51而具备金属膜54以及金属膜55这一点上，与图5的基板50不同。即，在图9的基板50中，在基板10的主面10m中的被隆脊部12与隆脊部13夹着的部分设置有金属膜54，以覆盖基板10的背面10n中的与金属膜54相对的部分的方式设置有金属膜55。金属膜54以及金属膜55具有导电性，例如由Cr、Al、Au等构成。金属膜54以及金属膜55能够例如通过提离法而形成。
在该极化反转装置3中，与图5的极化反转装置3同样地，也能够使基板10的所期望的区域的极化方向反转。另外，通过使用金属膜54以及金属膜55，能够提高所施加的电场的均匀性。另外，能够在不发生液体电极33以及液体电极34的液体泄漏等的情况下，简单地进行极化反转。
(第4变形例)
图10是概略地示出极化反转装置3中的基板10的掩蔽方法的第4变形例的图。如图10所示，极化反转装置3在不具备夹持部件31、密封部件32、液体电极33以及液体电极34这一点上，与图5、图7、图8的极化反转装置3不同。基板50在还具备金属膜54这一点上，与图8的基板50不同。
在该极化反转装置3中，与图5的极化反转装置3同样地，也能够使基板10的所期望的区域的极化方向反转。另外，能够在不发生液体电极33以及液体电极34的液体泄漏等的情况下，简单地进行极化反转。
标号说明
1…光波导元件；10…基板；10e…第1区域；10f…第2区域；11…隆脊部(第1隆脊部)；12…隆脊部(第2隆脊部)；13…隆脊部(第3隆脊部)；33、34…液体电极；11a…光波导；A…方向(第1方向)；D1…畴壁(边界)；Ec…矫顽电场。

Claims (6)

1.一种光波导元件的制造方法，包括：
光波导形成工序，通过掺杂用于降低基板的矫顽电场的杂质而将沿第1方向延伸的光波导形成于所述基板；
隆脊形成工序，形成包括所述光波导的第1隆脊部以及与所述第1隆脊部交叉的第2隆脊部；以及
极化处理工序，通过对所述基板中的由所述第2隆脊部划分出的一方的区域施加电压，而将所述区域的极化方向反转。
2.根据权利要求1所述的光波导元件的制造方法，其中，
在所述隆脊形成工序中，以使所述第2隆脊部的高度大于所述基板的平坦度的方式形成所述第2隆脊部。
3.根据权利要求1或2所述的光波导元件的制造方法，其中，
在所述极化处理工序中，使用液体电极来对所述区域施加电压。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的光波导元件的制造方法，其中，
在所述隆脊形成工序中，还形成与所述第1隆脊部交叉的第3隆脊部，
在所述极化处理工序中，通过对所述基板中的被所述第2隆脊部与所述第3隆脊部夹着的区域施加电压，而将所述区域的极化方向反转。
5.一种光波导元件，
包括基板，该基板具有沿第1方向延伸的第1隆脊部以及与所述第1隆脊部交叉的第2隆脊部，
所述第1隆脊部具有沿所述第1方向延伸的光波导，
所述光波导包含用于降低所述基板的矫顽电场的杂质，
所述基板具有沿所述第1方向依次配置的第1区域以及第2区域，
所述第1区域的极化方向与所述第2区域的极化方向相反，
所述第2隆脊部设置在所述第1区域与所述第2区域的边界上。
6.根据权利要求5所述的光波导元件，其中，
所述第2隆脊部的高度大于所述基板的平坦度。
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