CN114077009A - 光波导器件 - Google Patents

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Abstract

光波导器件。一种光波导器件，该光波导器件包括：中间层、包括X‑切割铌酸锂的薄膜LN层和缓冲层，该中间层、包括X‑切割铌酸锂的该薄膜LN层和该缓冲层层叠在基板上；光波导，该光波导形成在所述薄膜LN层中；以及电极，该电极用于驱动。所述中间层由上部的第一中间层和下部的第二中间层形成，所述第二中间层的介电常数小于所述第一中间层的介电常数。

Description

光波导器件
技术领域
本文讨论的实施方式涉及光波导器件。
背景技术
高性能光学器件对于实现高速光通信是必不可少的。在光学器件中，传统LN光学调制器使用铌酸锂(LiNbO3，以下称为LN)基板，由此就插入损耗和传输特性而言可以获得有利的特性。在LN基板上，通过钛(Ti)扩散形成光波导。在使用这样的LN基板的传统LN光学调制器(以下称为体LN调制器)中，光场大，因此电极间距宽，从而便于将阻抗设计为外围电路的参考阻抗(50Ω)。
近年来，对较小光学器件的需求已经增加，并且也正在研究减小在光学收发器中使用的LN光学调制器的尺寸。使用薄膜LN的薄膜LN光学调制器就是这样一种具有较小尺寸的LN光学调制器。薄膜LN光学调制器具有马赫曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪结构以及在基板上设置有诸如中间层、薄膜LN、缓冲层和电极之类的层的结构。
例如，与薄膜LN光学调制器有关的技术公开了以下结构：其中液态聚合物基板设置在保持基板上，光波导的LN基板经由粘合层粘附在液态聚合物基板上，使光波导基板和保持基板的热膨胀系数的各向异性的两个轴的方向对齐，从而减小了施加于接合部的应力。此外，已经公开了以下复合基板：其中在电光晶体基板和低介电常数基板之间设置有低折射率层和非晶层，从而不需要粘合层。此外，已经公开了以下结构：其中具有电光材料的光波导经由接合层接合在支撑体上(例如，参见国际公开No.WO2012/147914、国际公开No.WO2019/180922、美国专利申请公开No.2004/0264832)。
此外，例如，已经公开了通过在中间层中包括含有与元素周期表的第3族至第18族相对应的金属元素的材料，来稳定DC漂移特性的技术(例如，参考日本特开平公报No.H05-257105、美国专利No.54040412)。
发明内容
根据实施方式的一个方面，一种光波导器件包括：层叠在基板上的中间层、包括X切割铌酸锂的薄膜LN层和缓冲层；形成在薄膜LN层中的光波导；以及用于驱动的电极。中间层由上部的第一中间层和下部的第二中间层形成，第二中间层的介电常数小于第一中间层的介电常数。
本发明的目的和优点将通过在权利要求中特别指出的要素和组合来实现和获得。
应当理解，前面的概括描述和下面的详细描述都是示例性和解释性的，并不限制本发明。
附图说明
图1是根据实施方式的薄膜LN光学调制器的平面图。
图2是根据实施方式的薄膜LN光学调制器的截面图。
图3是描绘了根据实施方式的双层中间层的层厚度减小的图表。
图4A是其中改变根据实施方式的薄膜LN光学调制器的中间层的层厚度的构造示例的截面图。
图4B是其中改变根据实施方式的薄膜LN光学调制器的中间层的层厚度的构造示例的截面图。
图5是根据实施方式的薄膜LN光学调制器的另一构造示例的截面图。
图6A是根据实施方式的薄膜LN光学调制器的另一构造示例的截面图。
图6B是根据实施方式的薄膜LN光学调制器的另一构造示例的截面图。
图6C是根据实施方式的薄膜LN光学调制器的另一构造示例的截面图。
图6D是根据实施方式的薄膜LN光学调制器的另一构造示例的截面图。
图7A是根据实施方式的薄膜LN光学调制器的另一构造示例的截面图。
图7B是根据实施方式的薄膜LN光学调制器的另一构造示例的截面图。
具体实施方式
首先，讨论与传统技术相关联的问题。对于薄膜LN光学调制器，与LN光学调制器相比，光场小，因此，电极间距也窄，由此阻抗变得低于外围电路的阻抗。阻抗不匹配会阻止薄膜LN光学调制器与外围电路的高效连接。外围电路例如是驱动器IC、连接至电极的中继基板或端接基板(termination substrate)。
这里，虽然可以通过增加电极间隔来增加阻抗，但是电场效率降低。此外，尽管可以通过增加中间层的厚度来增加阻抗，但是由于制造工艺，难以增加用于抑制DC漂移的中间层材料的膜厚度，这是LN特有的问题。在传统技术中，薄膜LN光学调制器只能提高到约20Ω，并且需要专用匹配电路来连接外围电路。
将参照附图描述光波导器件的实施方式。在实施方式中，描述薄膜LN光学调制器作为光波导器件的示例。薄膜LN光学调制器设置在用于光传输的光传输单元中，薄膜LN光学调制器将输入的电信号转换成光信号并光学地传输信号。
图1是根据实施方式的薄膜LN光学调制器的平面图；图2是根据实施方式的薄膜LN光学调制器的截面图。图2描绘了沿图1中的切割线A-A′的截面。在本实施方式中，描述了薄膜LN光学调制器100作为光波导器件的示例。
本文描述的薄膜LN光学调制器100是马赫曾德尔型(Mach-Zehnder-type)光学调制器，并且薄膜LN光学调制器100通过向马赫曾德尔干涉仪施加电压来调制在光波导中传播的光，马赫曾德尔干涉仪是由展现电光效应的光波导形成的。
光波导101分支成两个光波导102、103，然后合并成光波导104。电极111(111a、111b、111c)设置在分支的光波导102、103的每一侧上。
当电极111的电压V为0时，输入到光波导101的光被分成两束，穿过光波导102、103行进，并且由光波导104组合在一起并输出。当电压Vπ被施加到电极111时，在光波导102、103中产生反向电场，并且折射率的改变导致在光波导102中行进的光与在光波导103中行进的光之间的相位差。当在导致相位差为π的电压的情形下两束光相互干涉并抵消时，通过改变施加的电压0-Vπ，可以获得强度调制的光输出。
如图2中所描绘的，薄膜LN光学调制器100是中间层121、薄膜LN层122和缓冲层123层叠在基板120上的结构。在基板120中，例如，使用LN、Si、SiO2等。在薄膜LN层122中，使用具有X切割晶体取向的铌酸锂(LiNbO3)，并且通过蚀刻形成脊状光波导。凸脊部用作光行进通过的光波导122a。图2所描绘的光波导122a对应于图1中描绘的光波导102。
在薄膜LN层122中，使用X切割铌酸锂。结果，消除了在光波导122a的垂直方向上施加电场的需要，并且电极111设置在光波导122a的侧面上，并且通过从水平方向施加电场，光可以被约束到小区域(光波导122a)。此外，可以通过减小光波导122a与电极111之间的间隔来提高电场效率。
提供中间层121和缓冲层123，以加强对形成于薄膜LN层122中的光波导122a的光的约束。在中间层121和缓冲层123中，使用折射率小于薄膜LN层122的折射率的材料(例如SiO2)。
作为制造层状结构的方法，可以使用晶圆的直接接合。在这种情形下，当需要用于接合的粘合层时，粘合层可以位于层状结构的任何层之间。
在图2所描绘的构造示例中，具有预定厚度的缓冲层123层叠在薄膜LN层122上。这里，缓冲层123形成为遵从光波导122a的脊部的凸形状的形状，并且在光波导122a的侧面和顶部具有恒定的厚度。在此，在缓冲层123中，在光波导122a的两侧上、距光波导122a预定距离形成有与光波导122a的凸形状对应的凹部123a。电极111设置在凹部123a上。可以通过例如金(Au)的气相沉积来形成电极111。
这里，薄膜LN光学调制器100是行波电极型光学调制器，并且对于光和对于电的群折射率(对应于行进速度)Nm必须彼此匹配。在此，与对于电的群折射率相比，对于光的群折射率更难以调整。
此外，特征阻抗Z0必须匹配以高效地连接薄膜LN光学调制器100和外围电路(中继基板、端接基板、驱动器IC等)。在此，与光学调制器的特征阻抗相比，外围电路的特征阻抗更难以调整。
因此，发明人尝试了以下措施来解决这些问题。(1)在薄膜LN光学调制器100中，为了抑制DC漂移(这是独特的问题)，通过在中间层121中使用含有元素周期表中的第3族至第18族中的任何族的金属元素的材料，增加了中间层121的介电常数。
在薄膜LN光学调制器100中，发生称为DC漂移的现象，在该现象中，在经过足够的时间之后，施加到电极111的电压相对于施加电压的时刻而变化。电压的变化表现为由薄膜LN光学调制器100输出的输出光的变化，因此，抑制DC漂移对于稳定薄膜LN光学调制器100的操作而言是必不可少的。DC漂移量成与所施加的电压成比例，因此通常被表示为所施加电压的百分比。
(2)中间层121的介电常数增加，从而对于电的群折射率Nm增加。但是，对于电的群折射率Nm和对于光的群折射率Nm彼此偏离。
(3)当增加电极111的厚度以降低对于电的群折射率Nm时，特征组抗Z0减小。但是，就Z0而言，薄膜LN光学调制器100偏离外围电路。
(4)基板120的介电常数高于中间层121的介电常数，因此，中间层121被制成更厚，使得从电极111的角度来看总介电常数减小。然而，难以增加中间层121中用于抑制DC漂移的材料的厚度。
因此，在该实施方式中，中间层121由多层形成。在图2的构造示例中，上部的第一中间层121a形成为具有厚度T1，并且下部的第二中间层121b形成为具有厚度T2(T1＜T2)。提供第一中间层121a以抑制DC漂移，并且提供第二中间层121b以增加中间层121的整个区域的厚度。
这里，可以使用用于抑制DC漂移的以下示例_a到示例_j的材料来构造第一中间层121a。
在示例_a中，在第一中间层121a中使用含有元素周期表中的第3族至第18族中的任何族的金属元素的材料。在示例_b中，在第一中间层121a中使用含有铟的氧化物和硅氧化物的材料。在示例_c中，在第一中间层121a中使用含有钛的氧化物和硅氧化物的材料。在示例_d中，在第一中间层121a中使用含有锡的氧化物和硅氧化物的材料。在示例_e中，在第一中间层121a中使用含有锗的氧化物和硅氧化物的材料。在示例_f中，在第一中间层121a中使用含有锌的氧化物和硅氧化物的材料。在示例_g中，除了以上示例_b至示例_f中的任何材料之外，进一步含有其他金属或半导体元素的氧化物的材料用于第一中间层121a。在示例_h中，在第一中间层121a中使用硅氧化物和元素周期表中的第3族至第18族中的任何族的至少一种金属元素的氧化物的混合物或化合物。在示例_i中，在第一中间层121a中使用硅氧化物和除硅之外的至少一种半导体元素的氧化物的混合物或化合物。在示例_j中，在第一中间层121a中使用硅氧化物和以下氧化物的混合物和化合物：该氧化物含有除硅之外的至少一种半导体元素和元素周期表中的第3族至第18族中的任何族的至少一种金属元素。
以这种方式，可以通过使用示例_a至示例_j中的任何一种材料来构造第一中间层121a，来抑制薄膜LN光学调制器100的DC漂移。
另外，在实施方式中，第二中间层121b的介电常数ε2被设置为小于第一中间层121a的介电常数ε1(ε1>ε2)。
在中间层121(第一中间层121a)与基板120之间，设置介电常数低于中间层121(第一中间层121a)的介电常数的介电层(第二中间层121b)，从而从电极111的角度来看，总介电常数降低。
结果，实施方式的薄膜LN光学调制器100可以同时实现高阻抗和与小光场相对应的窄电极间距，从而使得能够与外围电路高效连接。此外，在不增加中间层的厚度以抑制DC漂移的情况下，可以设置实际上可制造的厚度。
图3是描绘了根据实施方式的双层中间层的层厚度减小的图表。垂直轴表示总中间层厚度。薄膜LN光学调制器100的参考阻抗Z0、群折射率Nm和电极111的间隔是固定的。
在传统单层(对应于介电常数ε1＝ε2)的中间层中，需要超过14μm的层厚度作为总中间层。该厚度难以制造。此外，不能制造具有所需厚度的中间层，并且对于薄膜LN光学调制器100的特征组抗Z0，只能获得约20Ω。此外，出现相对于外围电路的参考特征阻抗Z0(50Ω)的偏差，并且需要专用的外部匹配电路等。
相反，在实施方式中，第一中间层121a的介电常数ε1和第二中间层121b的介电常数ε2设置为ε1>ε2，从而使得能够形成为使得第一中间层121a的厚度T1为2μm，并且第二中间层121b的厚度T2为6μm(总中间层厚度为8μm)。
在图表中，Δε是通过实施方式的构造所获得的总中间层厚度的减小量(ε1-ε2＝2)，并且根据实施方式，中间层121可以被设置为实际上可制造的厚度。
图4A和图4B是其中改变了根据实施方式的薄膜LN光学调制器的中间层的层厚度的构造示例的截面图。如上所述，在第二中间层121b的介电常数小于第一中间层121a的介电常数的条件下，可以改变第一中间层121a和第二中间层121b的层厚度。
在图4A所示的构造示例中，第一中间层121a的厚度T1和第二中间层121b的厚度T2基本相同(T1＝T2)。在图4B所描绘的构造示例中，第一中间层121a的厚度T1比第二中间层121b的厚度T2厚(T1>T2)。在第二中间层121b的介电常数小于第一中间层121a的介电常数的条件下，第一中间层121a和第二中间层121b可以各设置为具有在可制造的厚度范围内的预定厚度。
图5是根据实施方式的薄膜LN光学调制器的另一构造示例的截面图。在上述构造示例中，在薄膜LN层122中使用了X切割的铌酸锂，并且描绘了X切割的LN的构造示例，其中光波导122a被在其侧面的电极111夹在中间，并且在水平方向上施加电场。图5描绘了在Z-切割的铌酸锂用于薄膜LN层122的情形下的薄膜LN光学调制器100。在这种情形下，电极111形成在光波导122a上，并且可以构造在垂直方向上施加电场的Z-切割的LN。
在作为图5所描绘的Z-切割LN型的薄膜LN光学调制器100中，可以同时实现窄电极间隔和高阻抗。
图6A、图6B、图6C和图6D是根据实施方式的薄膜LN光学调制器的其他构造示例的截面图。在图6A、图6B、图6C和图6D中描绘的构造示例中，为了提高电场效率，电极111的底部设置在比缓冲层123的表面的位置低的位置处。在图6A、图6B、图6C和图6D描绘的构造示例中，在光波导122a附近，保留预定厚度作为缓冲层123，并且降低了要形成电极111的部分的位置。
在图6A的构造示例中，对缓冲层123的要设置电极111的部分(凹部123a)。电极111设置在光波导122a(作为中心)的分开预定距离的两侧进行蚀刻。在缓冲层123中，在要设置电极111的部分处，通过蚀刻缓冲层123形成台阶123b。
随后，在缓冲层123的台阶123b上形成电极111。结果，设置在台阶123b上的电极111的底部111b在高度方向上的位置比蚀刻之前缓冲层123的凹部123a的位置低高度h1。
此外，在缓冲层123的台阶123b的一些部分上设置电极111，从而电极111与光波导122a具有距离(宽度)w1，并且可以尽可能地靠近光波导122a。宽度w1对应于当缓冲层123层叠在薄膜LN层122上并且具有将光约束至光波导122a的作用时的预定厚度。
以这种方式，在缓冲层123的要形成电极111的部分中形成台阶123b，从而以光波导122a作为中心，确保了缓冲层123自身的厚度，并且电极111可以设置在光波导122a附近。结果，可以实现散射损耗小且电场效率高的薄膜LN光学调制器100。
在图6B至图6D描绘的构造示例中，蚀刻量比图6A中的蚀刻量增加更多。在图6B的构造示例中，对缓冲层123的设置电极111的部分(凹部123a)的整个区域进行蚀刻。此外，通过气相沉积等在薄膜LN层122(台阶122b)上形成电极111。
结果，设置在台阶122b上的电极111的底部111b在高度方向上的位置比蚀刻之前的缓冲层123的凹部123a的位置低高度h2。此外，电极111具有设置在薄膜LN层122的台阶122b的部分中的底部111b，从而电极111与光波导122a具有距离(宽度)w1，并且可以尽可能靠近光波导122a。
在图6C的构造示例中，蚀刻缓冲层123中要形成电极111的部分(凹部123a)的整个区域。另外，对薄膜LN层122的整个部分以及预定量的第一中间层121a进行蚀刻，从而在第一中间层121a的部分中形成台阶121ab。此外，在第一中间层121a的台阶121ab上形成电极111。
结果，设置在台阶121ab上的电极111的底部111b在高度方向上的位置比蚀刻之前的缓冲层123的凹部123a的位置低高度h3。此外，电极111具有设置在第一中间层121a的台阶121ab的部分中的底部111b，从而电极111与光波导122a具有距离(宽度)w1，并且可以尽可能地靠近光波导122a。
在图6D的构造示例中，对缓冲层123中要形成电极111的部分(凹部123a)的整个区域进行蚀刻。另外，对薄膜LN层122和第一中间层121a的整个部分以及预定量的第二中间层121b进行蚀刻，从而在第二中间层121b的部分中形成台阶121bb。此外，电极111形成在第二中间层121b的台阶121bb上。
结果，设置在台阶121bb上的电极111的底部111b在高度方向上的位置比蚀刻之前的缓冲层123的凹部123a的位置低高度h4。此外，电极111具有设置在第二中间层121b的台阶121bb的部分中的底部111b，从而电极111与光波导122a具有距离(宽度)w1，并且可以尽可能地靠近光波导122a。
图6B中的构造示例比图6A中的构造示例具有更大的蚀刻量；图6C中的构造示例比图6B中的构造示例具有更大的蚀刻量；以及图6D中的构造示例比图6C中的构造示例具有更大的蚀刻量。蚀刻量越大，电场效率增强越大。然而，工艺难度也增加，因此，可以考虑到制造的容易性和诸如所需电场效率之类的特性来选择最佳结构。
根据图6A至图6D中描绘的构造示例的薄膜LN光学调制器100，可以实现其中光波导122a的散射损耗小并且电场效率高的薄膜LN光学调制器100。
这里，图6A、图6B、图6C和图6D中所描绘的具有高度h1至h4的电极111的底部111b的位置被设置为低于缓冲层123的表面(凹部123a)的位置，从而降低阻抗。因此，与电极111的底部111b的位置被设置在缓冲层123的表面(凹部123a)的情形相比，中间层121(第二中间层121b)可以形成为具有更大的厚度。结果，薄膜LN光学调制器100可以同时实现窄的电极间隔和高阻抗。
图7A和图7B是根据实施方式的薄膜LN光学调制器的其他构造示例的截面图。在使用图6A、图6B、图6C和图6D描述的构造示例中，描述了电极111的侧壁与缓冲层123接触的示例。
然而，实际上，由于制造容差等原因，电极111的侧壁可以与缓冲层123分开。例如，由于在蚀刻期间设置在缓冲层123上的掩模的开口的、或者在形成电极111期间形成于缓冲层123上的掩模的开口的放置位置的未对准、开口直径的误差等，在电极111的侧壁和缓冲层123的侧壁之间可能出现间隙。图7A和图7B描绘了在电极111的侧壁与缓冲层123的侧壁分开的情形下的构造示例。此外，在图7A和图7B中的构造示例中，描绘了以下构造示例：蚀刻量被假定为h3，并且电极111的底部111b位于第一中间层121a的台阶121ab上(对应于图6C)。
如图7A所描绘的，具有预定厚度的缓冲层123层叠在薄膜LN层122上。在此，在缓冲层123中，在其表面处，对应于光波导122a的凸脊部形成凹部123a。此后，对缓冲层123和薄膜LN层122的部分以及第一中间层121a的设置电极111的部分进行蚀刻。
在该蚀刻期间，缓冲层123的以光波导122a为中心并延伸到台阶121ab的部分(宽度w2)被掩盖，并且在掩模中，在与台阶121ab相对应的部分中设置有开口。此外，从掩模中的开口蚀刻缓冲层123的一部分到预定深度。结果，在要设置电极111的部分中，缓冲层123至第一中间层121a的部分被蚀刻，从而在第一中间层121a中形成台阶121ab。
此外，电极111形成在第一中间层121a的台阶121ab上。同样在形成电极111期间，缓冲层123的以光波导122a为中心并延伸到台阶121ab的部分(宽度w2)被掩盖，并且在掩模中，在与台阶121ab相对应的部分中设置开口。另外，从掩模中的开口，通过气相沉积形成电极111。
在此，由于蚀刻期间设置在缓冲层123上的掩模的开口的、或形成电极111期间形成在缓冲层123上的掩模的开口的放置位置的未对准、开口直径误差等，在电极111的侧壁和缓冲层123的侧壁之间可能出现间隙w3。例如，在形成电极111期间掩模的开口直径大于在蚀刻缓冲层123期间掩模的开口直径的情形下出现间隙w3。
以此方式，即使在电极111的侧壁与缓冲层123的侧壁之间出现间隙w3的情形下，台阶121ab在高度方向上的位置也比蚀刻之前凹部123a的位置低高度h3。此外，电极111的底部111b设置在第一中间层121a的台阶121ab上，由此电极111与光波导122a具有距离(宽度)w1，并且可以尽可能地靠近光波导122a。宽度w1对应于当缓冲层123层叠在薄膜LN层122上并且具有将光约束至光波导122a的作用时的预定厚度。
结果，即使在电极111的侧壁与缓冲层123的侧壁之间存在间隙w3的情形下，也可以确保缓冲层123的厚度本身并且以光波导122a为中心，并且电极111可以设置在光波导122a附近。
此外，与图7A中的构造示例相反，由于制造容差等，电极111的部分(侧壁)可以比台阶121ab更向内定位，从而消除了与间隙w3相对应的部分。例如，假设出现了在蚀刻期间设置在缓冲层123上的掩模的开口的、或在形成电极111期间设置在缓冲层123上的掩模的开口的放置位置的未对准、开口直径的误差等。结果，电极111的部分(侧壁)可以位于缓冲层123的凹部123a的部分中。
图7B描绘了在电极111的一部分(面对光波导122a的侧壁)形成为叠在缓冲层123的凹部123a上的情形下的构造示例。
如图7B所描绘的，具有预定厚度的缓冲层123层叠在薄膜LN层122上。在此，在缓冲层123中，在其表面处，对应于光波导122a的凸脊部形成凹部123a。此后，对缓冲层123的要设置电极111的部分(凹部123a)进行蚀刻。在该蚀刻期间，缓冲层123的以光波导122a为中心并且延伸到台阶123b的部分(宽度w2)被掩盖，并且在掩模中，开口设置在与台阶121ab相对应的部分中。此外，从开口蚀刻缓冲层123的部分。通过该蚀刻，在第一中间层121a中的要设置电极111的部分处形成台阶121ab。
此外，电极111形成在第一中间层121a的台阶121ab上。同样在形成电极111期间，缓冲层123的以光波导122a为中心并延伸到台阶121ab的部分(宽度w2)被掩盖，并且在掩模中，开口设置在与台阶121ab相对应的部分中。另外，从掩模中的开口，通过气相沉积形成电极111。
这里，由于在蚀刻期间设置在缓冲层123上的掩模的开口的、或在形成电极111期间形成在缓冲层123上的掩模的开口的放置位置的未对准、开口直径误差等，电极111的侧壁111的部分位于缓冲层123的凹部123a中。电极111设置为具有叠在凹部123a上的宽度w4(相当于交叠量)的形状。例如，在其中在形成电极111期间的掩模的开口直径窄于在蚀刻缓冲层123期间的掩模的开口直径的情形下，出现宽度w4。
以此方式，即使当电极111的侧壁位于缓冲层123的凹部123a的部分中时，台阶121ab在高度方向上的位置也比蚀刻之前缓冲层123的凹部123a的位置低高度h3。此外，电极111设置在第一中间层121a的台阶121ab的部分中，从而电极111与光波导122a具有距离(宽度)w1，并且可以尽可能地靠近光波导122a。宽度w1对应于在缓冲层123层叠在薄膜LN层122上并且具有将光约束至光波导122a的作用时的预定厚度。
以此方式，即使当电极111的侧壁被定位为具有叠在缓冲层123的凹部123a上的宽度w4时，也确保缓冲层123的厚度本身以光波导122a为中心。另外，电极111可以设置在光波导122a附近。
即使在图7A和图7B所描绘的构造示例的薄膜LN光学调制器100中，也可以实现其中光波导122a的散射损耗小并且电场效率高的薄膜LN光学调制器100。此外，可以同时实现窄电极间隔和高阻抗。
此外，在图7A和图7B二者中，描绘了蚀刻量为h3(对应于图6C)的构造示例。不限于此，可以针对具有图6A中的h1至图6D中的h4的构造示例设置蚀刻量。对于蚀刻量h1至h4中的任何一个蚀刻量，电极111与光波导122a具有距离(宽度)w1，并且可以尽可能接近光波导122a。
如上所述，薄膜LN光学调制器100具有层叠在基板上的中间层、X切割铌酸锂薄膜LN层和缓冲层、形成在薄膜LN层中的光波导、以及驱动电极。设置中间层以改善DC漂移，并且中间层由上部的第一中间层和下部的第二中间层形成。此外，在基板和用于抑制DC漂移的第一中间层之间，提供介电常数低于第一中间层的介电常数低的第二中间层121b。结果，从电极111的角度来看，总介电常数可以减小，阻抗可以在窄电极间隔的情况下按原样增加，并且可以方便且高效地连接外围电路。
此外，在薄膜LN光学调制器100中，第二中间层的厚度可以被设置为比第一中间层的厚度厚，第一中间层的厚度和第二中间层的厚度厚可以设置为彼此基本相等，或者第二中间层的厚度可以设置为比第一中间层的厚度薄。在这些情形下，在第二中间层的介电常数小于第一中间层的介电常数的条件下，可以根据要获得的阻抗适当地选择厚度。
此外，在薄膜LN光学调制器100的第一中间层中，可以使用含有元素周期表中的第3族至第18族中的任何族的金属元素的材料、含有铟的氧化物和硅氧化物的材料、含有钛的氧化物和硅氧化物的材料、含有锡的氧化物和硅氧化物的材料、含有锗的氧化物和硅氧化物的材料、含有锌的氧化物和硅氧化物的材料。此外，除了这些材料中的任何材料之外，。还可以使用含有半导体元素或其他金属的氧化物的材料。另外，第一中间层还可以使用以下混合物或化合物中的任何一种来形成：硅氧化物和元素周期表中的第3族至第18族中的任何族的至少一种金属元素的氧化物的混合物或化合物；硅氧化物和除硅之外的至少一种半导体元素的氧化物的混合物或化合物；以及硅氧化物和含有除硅之外的至少一种半导体元素和元素周期表中的第3族至第18族中的任何族的至少一种金属元素的氧化物的混合物和化合物。适当地选择这些材料，从而可以有效地抑制DC漂移。
此外，薄膜LN光学调制器100可以被构造为X切割LN调制器，其中薄膜LN层含有X切割铌酸锂，电极设置在光波导的侧面，并且从光波导的水平方向施加电场。此外，构造可以为Z切割的LN调制器，其中薄膜LN层含有Z切割铌酸锂，电极设置在光波导的顶部，并且从光波导的垂直方向施加电场。此外，在任一情形下，可以同时获得窄电极间隔和高阻抗。
此外，薄膜LN光学调制器100可以被构造为使得电极的底部设置在低于缓冲层的表面的位置的位置处，从而电极可以尽可能地靠近光波导。例如，构造可以使得电极的底部设置在缓冲层中处于预定深度位置处的台阶上，或者底部可以设置在薄膜LN层的台阶上，或者底部可以设置在第一中间层的台阶上，或者底部可以设置在第二中间层的台阶上。结果，通过相对于光波导的顶部和侧壁具有预定厚度的缓冲层，光可以被约束至光波导，可以减少散射损耗，电极可以尽可能地靠近光波导，可以提高电场效率。
结果，根据实施方式，通过具有窄电极间隔的双2层中间层，可以增加阻抗，并且可以方便且高效地连接外围电路。
此外，在上述实施方式中，虽然描述了脊状光波导路作为示例，但是构造并不限定于此。例如，构造可以使得在缓冲层中光波导使用X切割铌酸锂形成并且具有为矩形核心的截面；同样采用这种构造，可以获得与上述相似的作用和效果。
根据实施方式，可以同时获得窄电极间隔和高阻抗。
本文提供的所有示例和条件语言旨在出于辅助读者理解由发明人为进一步发展本领域所贡献的发明和概念的教导目的，而不应解释为对这种具体列举的示例和条件的限制，说明书中这种示例的组织也不涉及展示发明的优越性和劣等性。尽管已经详细描述了本发明的一个或更多个实施方式，但是应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行各种变型、替换和变更。
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求于2020年8月13日提交的在先日本专利申请No.2020-136733的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

Claims (20)

1.一种光波导器件，该光波导器件包括：
中间层、包括X-切割铌酸锂的薄膜LN层和缓冲层，该中间层、包括X-切割铌酸锂的该薄膜LN层和该缓冲层层叠在基板上；
光波导，该光波导形成在所述薄膜LN层中；以及
电极，该电极用于驱动，
其中，所述中间层由上部的第一中间层和下部的第二中间层形成，所述第二中间层的介电常数小于所述第一中间层的介电常数。
2.根据权利要求1所述的光波导器件，其中，所述第一中间层包括含有元素周期表中的第3族至第18族中的任何族的金属元素的材料。
3.根据权利要求1所述的光波导器件，其中，所述第一中间层包括含有铟的氧化物和硅氧化物的材料。
4.根据权利要求1所述的光波导器件，其中，所述第一中间层包括含有钛的氧化物和硅氧化物的材料。
5.根据权利要求1所述的光波导器件，其中，所述第一中间层包括含有锡的氧化物和硅氧化物的材料。
6.根据权利要求1所述的光波导器件，其中，所述第一中间层包括含有锗的氧化物和硅氧化物的材料。
7.根据权利要求1所述的光波导器件，其中，所述第一中间层包括含有锌的氧化物和硅氧化物的材料。
8.根据权利要求3所述的光波导器件，其中，所述第一中间层还包括含有半导体元素或其他金属的氧化物的材料。
9.根据权利要求4所述的光波导器件，其中，所述第一中间层还包括含有半导体元素或其他金属的氧化物的材料。
10.根据权利要求5所述的光波导器件，其中，所述第一中间层还包括含有半导体元素或其他金属的氧化物的材料。
11.根据权利要求6所述的光波导器件，其中，所述第一中间层还包括含有半导体元素或其他金属的氧化物的材料。
12.根据权利要求7所述的光波导器件，其中，所述第一中间层还包括含有半导体元素或其他金属的氧化物的材料。
13.根据权利要求1所述的光波导器件，其中，所述第一中间层包括硅氧化物和元素周期表中的第3族至第18族中的任何族的至少一种金属元素的氧化物的混合物或化合物。
14.根据权利要求1所述的光波导器件，其中，所述第一中间层包括硅氧化物和除硅之外的至少一种半导体元素的氧化物的混合物或化合物。
15.根据权利要求1所述的光波导器件，其中，所述第一中间层包括硅氧化物和如下氧化物的混合物或化合物，所述氧化物含有除硅之外的至少一种半导体元素和元素周期表中的第3族至第18族中的任何族的至少一种金属元素。
16.根据权利要求1所述的光波导器件，其中，所述电极的底部设置在比所述缓冲层的表面的位置低的位置处。
17.根据权利要求1所述的光波导器件，其中，所述电极的底部设置在所述缓冲层中的预定深度位置的台阶上。
18.根据权利要求1所述的光波导器件，其中，所述电极的底部设置在所述薄膜LN层的台阶上。
19.根据权利要求1所述的光波导器件，其中，所述电极的底部设置在所述第一中间层的台阶上。
20.根据权利要求1所述的光波导器件，其中，所述电极的底部设置在所述第二中间层的台阶上。
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