JP2004004825A - 薄膜電気光学偏向装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、薄い強誘電性酸化物膜を含む電気光学装置とその製造方法を提供する。
【解決手段】薄膜電気光学偏向装置は、薄い強誘電性酸化物層を含むプレーナ光学導波路と、導電性基板及び導電性エポキシを含む第１の電極と、プレーナ光導波路に連結された第２の電極と、サポート基板と、サポート基板に堆積させられた第２の電極に付着されたクラッド層と、サポート基板及びクラッド層を通過し、第２の電極を外部電圧源へ接続する孔と、を有する。
【選択図】 図１
【解決手段】薄膜電気光学偏向装置は、薄い強誘電性酸化物層を含むプレーナ光学導波路と、導電性基板及び導電性エポキシを含む第１の電極と、プレーナ光導波路に連結された第２の電極と、サポート基板と、サポート基板に堆積させられた第２の電極に付着されたクラッド層と、サポート基板及びクラッド層を通過し、第２の電極を外部電圧源へ接続する孔と、を有する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に光学装置に係り、特に、薄膜電気光学装置及びその薄膜電気光学装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プレーナ導光回路（ＰＬＣ）は、プレーナ光導波路を備えた光学回路である。プレーナ導光回路は、多数の光学構造及び電気光学構造が単一の基板に置かれ、光学システムの機能性を高めコストを低下させる点で、光学工業において重要な役割を果たしている。
【０００３】
光スイッチのような一部のプレーナ導波回路は電気光学偏向器を具備し、この電気光学偏向器は導波路を通る光伝搬の方向を変える。光は、導波路材料の屈折率を変化させるため外部印加電圧を使用して曲げられる。導波路材料が薄くなるにつれて、所定の偏向角を生ずるために必要な電圧が低下する。したがって、電力消費を削減し、装置寸法を縮小するため、導波路材料はできる限り薄くするべきである。
【０００４】
ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、即ち、ＬｉＮｂＯ３は、典型的に、ＰＬＣ電気光学偏向器の製造のため導波路材料として使用される。ニオブ酸リチウムを使用することによって生ずる主要な問題点は、ＬＮ結晶が壊れ易く、通常、１００乃至１５０μｍよりも薄くできない、ということである。近年、コロンビア大学の研究グループは、ＬＮ層を５乃至１０μｍの薄さで剥離することができるクリスタル・イオン・スライシング（ＣＩＳ）という技術を開発した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、膜の壊れ易さのため、薄く剥離されたニオブ酸リチウム膜を取得し、偏向器を製造する際にそのニオブ酸リチウム膜を使用するという問題点が残されている。その結果として、電気光学偏向器の寸法と電力消費を著しく減少させることはできない。
【０００６】
ニオブ酸リチウムは、電気光学装置を製作する際に使用可能な多数の強誘電性酸化物材料の一つに過ぎない。薄く壊れ易い材料を装置製造の一部として使用することは、あらゆる強誘電性酸化物材料の薄膜に共通の問題点である。
【０００７】
したがって、薄く壊れ易い強誘電体酸化物膜を電気光学装置の製造に統合するプロセス、特に、ニオブ酸リチウム薄膜を電気光学偏向装置の製造に統合するプロセスが必要である。
【０００８】
よって、本発明は、ニオブ酸リチウム薄膜電気光学偏向装置と、その製造方法の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による電気光学偏向装置は、内部を伝搬する光ビームの方向を変えることができる薄い強誘電性酸化物膜を含む。
【００１０】
また、本発明は、電気光学偏向装置には限定されない電気光学装置を製造する方法であり、この方法は、強誘電性酸化物材料から薄い強誘電性酸化物膜を剥離し、次に、薄い強誘電性酸化物膜を電気光学装置の一部である第２の基板へ付着させるため、第１若しくは硬いサポート基板を使用して薄い強誘電性酸化物膜を第２の基板へ移す。強誘電性酸化物の例には、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）と、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）と、チタン酸バリウムと、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）と、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）と、が含まれる。
【００１１】
本発明の一実施例は、基板を有する薄膜電気光学装置を製造する方法である。第１に、薄く壊れ易い強誘電性酸化物膜が強誘電性酸化物材料のブロックから分離される。第２に、強誘電性酸化物膜は、硬いサポート構造体に付着される。強誘電性酸化物膜は、基板に合わされ、硬いサポート構造体は強誘電性酸化物膜から引き離される。
【００１２】
本発明の別の実施例は、薄く壊れ易い強誘電性酸化物材料のスライス（薄片）を基板へ移す硬いサポート構造体である。硬いサポート構造体は、平坦な表面を有する固体材料の硬いブロックと粘着膜とを含み、粘着膜の上面は強い粘着性を備え、底面は弱い粘着性を備えている。上面は、固体材料の硬いブロックの平坦な表面に接着され、底面は強誘電性酸化物材料のスライスに接着される。
【００１３】
本発明の更に別の実施例は、導電性基板及び導電性エポキシを含む第１の電極を有する薄膜電気光学装置を製造する方法である。薄い強誘電性酸化物膜を含むプレーナ光導波路は、導電性エポキシを使用して導電性基板に接着される。次に、第２の電極をプレーナ光導波路に堆積し、第２の電極をサポート基板に連結する。第１の電極及び第２の電極は、プレーナ光導波路内の光信号を屈曲させる電界を形成する。
【００１４】
本発明の別の実施例による薄膜強誘電性酸化物装置は、薄い強誘電性酸化物膜を含むプレーナ光導波路と、導電性基板を含みプレーナ光導波路に連結された第１の電極と、プレーナ光導波路に連結された第２の電極と、を有し、第１の電極と第２の電極の間の電界は、プレーナ光導波路の光信号を屈曲させる電界を生じる。
【００１５】
本発明の別の実施例による薄膜電気光学装置は、厚さが約１５ミクロン未満である電気光学膜を含むプレーナ光導波路と、プレーナ光導波路に連結された第１の電極と、プレーナ光導波路に連結された第２の電極と、を有し、第１の電極と第２の電極の間の電位差は、プレーナ光導波路の光信号を屈曲させる。
【００１６】
本発明の一つの局面は、薄膜電気光学偏向装置であり、この薄膜電気光学偏向装置は、厚さが約１５ミクロン未満である強誘電性酸化物膜を含むプレーナ光導波路と、導電性基板及び導電性エポキシを含み、導電性エポキシを使用してプレーナ光導波路に付着された第１の電極と、プレーナ光導波路に連結された第２の電極と、を有し、第１の電極と第２の電極の電位差は、プレーナ光導波路の光信号を屈曲させ、薄膜電気光学偏向装置は、サポート基板と、第２の基板に付着されサポート基板に堆積させられたクラッド層と、サポート基板及びクラッド層を貫通し、第２の電極を外部電圧源へ接続する孔と、を更に有する。
【００１７】
更なる局面は、クラッド層の一部分とレンズを備えた初期光導波路を含み、初期光導波路はプレーナ光導波路の第１端と光学的に揃えられ、更なる局面は、クラッド層の別の部分を備えたエキスパンダ導波路を更に含み、エキスパンダ導波路は、プレーナ光導波路の第２端と光学的に揃えられている。
【００１８】
本発明の別の局面は、電気光学偏向装置であり、この電気光学偏向装置は、光ファイバケーブルから単一モード光信号を受容する手段と、強誘電性酸化物膜に単一モード光信号を伝搬させる手段と、単一モード光信号が伝搬方向を変えるように強誘電性酸化物膜に電界を発生させる手段と、方向が変化した後、単一モード光信号を別の光モジュールへ渡す手段と、を有する。
【００１９】
本発明の上記並びにその他の実施例、特徴、及び、効果は、以下の詳細な説明と、特許請求の範囲に記載された事項と、添付図面とに関してよりよく理解されるであろう。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下の説明では、多数の特定の細部が本発明の具体的な実施例を完全に記述するために記載されている。しかし、当業者には明らかであるように、本発明は、以下の特定の細部を用いなくても実施できる。また、周知の事項は、本発明が分かり難くなることを避けるため、詳細には記載されていない。
【００２１】
図１は、本発明の一実施例による薄膜ニオブ酸リチウム偏向装置の構造体の側面図である。光信号３０は、光ファイバ２１の中を伝達され、光ファイバは、２次元レンズ３１を備えた第１の導波路９に連結されている。光信号は、第１の導波路９のレンズ３１から出て、第２の導波路のコアである薄いニオブ酸リチウム膜（又は層）２０に入る。電気光学効果を伴わずに、光ビームは、薄いニオブ酸リチウム膜２０を伝搬し、その際に、伝搬方向を変えることはなく、スラブ導波路エキスパンダ５へ伝達される。導波路エキスパンダ５から出た光は、別の光学モジュール、例えば、別のＰＬＣ（図示せず）、若しくは、別の光ファイバ（図示せず）へ進む。レンズ３１を含む第１の導波路９と、スラブ導波路エキスパンダ５は、共に、異なる屈折率を有する材料の３層スタックにより形成された光限定構造体を備えている。下方クラッド（１２，８）及び上方クラッド（１０，６）は、低屈折率材料から形成され、導波路（９，５）のコア（１１，７）は、僅かに高い屈折率の材料から形成される。クラッドとコアの屈折率は、光がコア（１１，７）に閉じ込められるように選択される。第１の導波路９及びスラブ導波路５は、サポート基板１３に形成され、サポート基板は、シリコン、ガラス、ラミネート加工ボードなどのような任意の適切な材料から製作される。薄いニオブ酸リチウム膜２０の上部には、任意の上方クラッド層１９が設けられ、上方クラッド層１９は、導電性エポキシ層１７を使用して、例えば、導電性シリコン基板である導電性基板１に付着される。偏向器の上部電極は、導電性エポキシ層１７及び導電性シリコン基板１を含む。更に、金属膜が任意の上方クラッド層１９に随意的に堆積させられ、導電性エポキシ層１７へのより良好な電気接触が得られる。配線２は、接点パッド３を外部電圧源（図示しない）へ接続する。
【００２２】
下部導体１８−１及び１８−２は、薄いニオブ酸リチウム膜２０へ接続される。薄いニオブ酸リチウム膜２０のため、薄いニオブ酸リチウム膜２０と下部電極１８−１及び１８−２の間に、任意の下方クラッド層（図示せず）を設けてもよい。下部電極１８−１及び１８−２の電気接点は、支持基板１３に形成されたスルーホールを使用して行われ、スルーホールは、金属（１４−１及び１４−２）によってメッキされ、エポキシ若しくは類似した物質（１５−１及び１５−２）で充填されている。下部電極配線１６−１及び１６−２は、サポート基板１３の裏側で、それぞれ、電気パッド２２−１及び２２−２に付着される。下部電極は、従来のフォトリソグラフィック技術を用いて、プリズム若しくは回折格子として成形してもよい。
【００２３】
図２は、本発明の一実施例による薄いニオブ酸リチウム膜偏向装置４の構造体の平面図である。光信号３０は、光ファイバ２１から偏向装置４へ入る。光信号は、レンズ３１を備えた第１の導波路９の中を伝搬し、薄いニオブ酸リチウム膜２０へ入る。光信号３２は、破線の三角形で示された下部電極１８−１の上を通過する。下部電極が破線で示されている理由は、電極１８−１がシリコン基板１の上部ではなく、薄いニオブ酸リチウム膜２０と導波路（９，５）の下方クラッド層（１２，８）との間に設けられているからである。光信号３２は、接触パッド３の下で第２の電極１８−２よりも上をスラブ導波路５まで伝搬する。
【００２４】
薄いニオブ酸リチウム膜２０が下部電極１８−１及び１８−２に直接的に接続され、金属が電極１８−１及び１８−２のため使用されているとき、下部金属電極１８−１及び１８−２による光吸収のために薄いニオブ酸リチウム膜２０から光伝搬損が生じる。これらの光伝搬損を減少させるため、上方クラッド層１９の反対側にある下方クラッド層（図示せず）は、薄いニオブ酸リチウム膜２０の上に直に堆積させてもよい。下方クラッド層は、ポリイミド若しくはエポキシ樹脂のようなスピンコートされたポリマー層でもよく、或いは、ＳｉＯ２若しくはＬＮのような無機材料のスパッタ層でもよい。下方クラッド層の厚さは、偏向器の設計に応じて１μｍ未満から１０μｍまで変化し、一実施例では、１μｍから５μｍの範囲を変化する。金属下部電極１８−１及び１８−２は、次に、下方クラッド層に堆積させられる。導電性酸化物が下部電極１８−１及び１８−２のため使用されるとき、光吸収は重大な問題ではなく、導電性酸化物は、薄いニオブ酸リチウム膜２０の上に直に堆積させられる。基板１３上のクラッド、即ち、クラッド８、２３及び１２は、下方クラッドとしての役割を果たし、薄いニオブ酸リチウム膜２０からのかなり多量の光損失を防止するために十分である。
【００２５】
薄いニオブ酸リチウム膜２０の屈折率の電気光学的変化を誘起するため、電圧が、上部電極（１及び１７）と、下部電極１８−１及び１８−２の一方若しくは両方との間に印加される。屈折率変化は、三角形状のニオブ酸リチウム領域に誘起され（図２において、破線の三角形は電極１８−１及び１８−２を表す。）、薄いニオブ酸リチウム膜２０を通って伝搬する光ビームに偏向が生じる。例えば、電気光学的効果が存在しない場合、一例として、電極１８−１、１８−２と電極（１，１７）との間に電圧が印加されない場合、光信号３４は、スラブ導波路５へ向かって真っ直ぐ進行する。上部電極（１，１７）と下部電極１８−２との間に電圧が印加された場合、電気光学効果が発生し、光信号３２は、例えば、光信号３６を生じさせるように曲げられる。図１及び２には、２個の三角形状の電極（１８−１及び１８−２）が描かれているが、他の実施例では、下部が三角形状若しくはその他の幾何形状である１個、２個、若しくは、それ以上の個数の下部電極が設けられる。
【００２６】
図３は、本発明の一実施例による薄膜電気光学装置製造プロセスのフローチャートである。ステップ１１２において、強誘電性酸化物の薄膜が巨大な強誘電性酸化物材料から取得される。強誘電性酸化物の薄膜は、例えば、通常の手段を用いて強誘電性酸化物の大きな断片を獲得し、結晶イオンスライシング法を用いて大きな断片から５乃至１０μｍ厚の層を薄く切り取る（スライスする）ことによって製作される。強誘電性酸化物の層は薄いので、この層は壊れ易い。したがって、強誘電性酸化物の薄い層は、薄膜の亀裂や破壊を生じることなく、電気光学装置を製造する際に薄い層を使用するため、（ステップ１１４において）堅固な硬いサポート構造体に接着されるか、若しくは、付着される。サポート構造体は、柔軟性があってはならない。強誘電性酸化物の薄い層は、次に、上部電極、例えば、導電性エポキシ１７及び基板１へ直接的若しくは間接的に連結され（ステップ１１６）、強誘電性酸化物の薄い層と上部電極との間には任意のクラッドを設けてもよい。ステップ１１８において、上部電極が薄い層のための支えになっているので、堅固な硬いサポート構造体は、強誘電性酸化物の薄い層から剥離される。薄い層は、１個以上の下部電極へ直接的若しくは間接的に連結され（ステップ１２０）、強誘電性酸化物の薄い層と下部電極との間には任意のクラッドを設けても構わない。一実施例において、下部電極は、最初に、強誘電性酸化物の薄い層の上部に金属膜を堆積させることによって製作される。次に、金属膜は、フォトレジスト層で被覆され、下部電極の形状は、フォトリソグラフィを用いてフォトレジスト層に形成される。金属層は、フォトレジスト層を通してかＢ電極の形状に蝕刻される。最後に、フォトレジストは剥ぎ取られる。他の実施例では、金属層にパターンを形成するための他の従来技術が下部電極を製作するため使用される。ステップ１２２において、ビアを使用して下部電極を一つ以上の電圧源へ接続するため、サポート基板にスルーホールが製作される。強誘電性酸化物の薄い層上の下部電極は、次に、ビアの上の領域でサポート基板に接続される（ステップ１２４）。他の実施例では、ステップ１２４はステップ１２２の前に実行される。即ち、下部電極は、先にサポート基板に接続される（ステップ１２４）。次に、略貫通した孔がサポート基板に形成され、非貫通ビアは、下部電極を一つ以上の電圧源へ接続することが可能になる（ステップ１２２）。上記のプロセスの結果として、巨大な強誘電性酸化物の特性をもつ強誘電性酸化物の薄い層を備えたプレーナ電気光学装置が得られる。強誘電性酸化物の薄い層内の光信号は、上部電極及び下部電極へ電圧を印加することによって曲げられる。本発明の共誘電性酸化物の薄い層は、従来の電気光学装置の強誘電性酸化物膜よりも実質的に薄くなるので、動作電圧が大幅に削減され、したがって、電力消費が大幅に減少する。
【００２７】
ここで使用される「薄い」強誘電性酸化物層若しくは膜は、厚さが約１００μｍ未満の強誘電性酸化物膜、若しくは、強誘電性酸化物層である。好ましい実施例において、薄い電気光学膜若しくは層は、最大で約１０乃至１５μｍの厚さであり、ヘリウムイオン注入後、大きい電気光学材料のブロックからスライスされる。別の実施例では、薄い電気光学膜若しくは層は、電気光学材料の大きいブロックから約２５乃至５０μｍの厚さになるまで研磨される。厚さが１５μｍ未満である強誘電性酸化物膜若しくは酸化物層の一つの用途は、単一モード光信号の伝搬である。
【００２８】
図４Ａから４Ｇには、本発明の他の実施例による薄膜電気光学偏向装置の製造プロセスのステップが説明されている。図４Ａはステップ１に対応し、図４Ｂはステップ２に対応し、以下同様に、ステップ７に対応する図４Ｇまで続く。図１及び図２で使用されたラベルは、薄膜電気光学偏向器４のどの部分がどのステップで製造されるのかを明確にするため、図４Ａ乃至４Ｇでも繰返し使用される。
【００２９】
図４Ａでは、イオンがニオブ酸リチウム（ＬＮ）のブロックに注入される。最初に、約０．５乃至１．０ｍｍの厚さのニオブ酸リチウムのブロック、例えば、ＬＮブロック２００（図４Ａ）が、１０×１０ｍｍ２程度の大きさのＬＮ材料の断片からダイシングされる。ＬＮブロック２００（図４Ａ）の上面は、光学的に研磨される。更に、ＬＮブロック２００の側面は、ダイシングによって生じるチップを最小限に抑えるため研磨される。光エネルギーのヘリウム（Ｈｅ）＋イオン２１０がＬＮブロック２００の表面２１２に照射される。高エネルギーＨｅ＋イオンの注入によって、ＬＮブロック２００のサブ表面層に損傷が加わる。この損傷は、表面２１２の下側の約５乃至１０約１μｍの非常に狭いゾーンに集中する。この狭いゾーンは、図４Ａに領域２１４によって示されている。例えば、イオン照射エネルギーが約３．８ＭｅＶであるとき、損傷領域２１４、即ち、損傷領域の下側にあるＬＮ膜若しくは層２２０と層２２２に重大な影響は及ばない。損傷領域２１４は、損傷されていない結晶と比較すると、フッ化水素酸溶液で非常に高いエッチ速度を有する。ＬＮブロック２００は、約３００乃至４００℃で約３０乃至６０秒間の急速熱アニーリングプロセスによってアニール処理される。
【００３０】
図４Ｂには、ＬＮブロック２００から剥離された薄いＬＮ膜若しくは層２２０が示されている。第２のステップにおいて、５乃至１０μｍのＬＮ膜若しくは層２２０は、５乃至２５％水溶液中で湿式エッチングによってＬＮブロック２００の残部２２２から剥離される。なぜならば、損傷したゾーンと損傷を受けていないゾーンとの間には、大きなエッチング選択性が存在するからである。半導体産業における湿式エッチング工程に典型的なバッファード酸化物エッチング溶液を使用することができる。エッチングは、側面から内向きに、薄いＬＮ膜若しくは層２２０がＬＮブロック２００の残部２２２から分離するまで行われる。前処理及びエッチング条件に応じて、エッチング速度は、毎時１０乃至２００μｍの範囲に収まり得る。
【００３１】
剥離されたＬＮ膜２２０の結晶性及び光学特性を取り戻すため、ＬＮ膜は、７００℃で約１時間、後アニール処理されるべきである。このアニール処理後、薄いＬＮ膜２２０の結晶特性は、イオン注入前の大きいＬＮ結晶ブロックの結晶特性に匹敵する。したがって、このプロセスによって、巨大ＬＮの特性を備えた自立した薄いＬＮ膜を製造することが可能になる。
【００３２】
図４Ｃは、本発明の一局面による薄いＬＮ膜２２０に付着されたサポート構造体２３０の説明図である。薄いＬＮ膜２２０は脆弱であり、電気光学装置製造プロセスで使用したとき、破損したり破壊したりする可能性が非常に高い。したがって、薄いＬＮ膜２２０を取り扱うため、ステップ３では、薄いＬＮ膜２２０が硬いサポート構造体、例えば、固体剛性サポート基板２３０へ移される。硬いサポート基板２３０は、任意の固体材料から製作可能であり、好ましくは、より良好なサンプル制御のため透明である。例えば、硬いサポート基板２３０は、０．５ｍｍ厚の小さいＬＮブロックである。硬いサポート基板２３０は、ゲル・パック膜２３２に接着される。ゲル・パック膜は、二つの側面２３４及び２３６を含み、各側面は固有の表面粘着力を有し、上部面２３４は標準的な強度の粘着性材料を備え、下部面２３６は、非常に粘着力の弱い特殊なゲル表面を備えている。硬いサポート基板２３０は、粘着力の強い上部面２３４に接着され、薄いＬＮ膜２２０は、粘着力の弱い下部面２３６に接着される。
【００３３】
図４Ｄは、薄いＬＮ膜２２０（即ち、図１の薄いＬＮ膜２０）が本発明の一局面の導電性基板１に付着されているサポート構造体の説明図である。ステップ４において、膜よりも屈折率の低いオプションの上方クラッド層１９が薄いＬＮ膜２２０の表面に堆積させられる。更に、薄い金属層（図示せず）は、導電性エポキシ１７への電気接触を改良するため、上方クラッド層１９に随意的に堆積させられる。次に、スタック（２３０−２３２−２２０）が導電性エポキシ１７を用いて導電性基板１に接着され、導電性基板１及び導電性エポキシ１７は上部電極を形成する。
【００３４】
図４Ｅは、本発明の更なる局面により、サポート構造体が除去された後に導電性基板１に付着された薄いＬＮ膜２２０の説明図である。このステップ５において、ゲル・パック膜２３２を含む硬いサポート基板２３０は、アセトン若しくはその他の溶媒中で、ゲル・パックの粘着性の弱い側面２３６を薄いＬＮ膜２２０から剥離することにより、薄いＬＮ膜２２０から除去される。オプションとして、下方クラッド２４０は、薄いＬＮ膜２２０の上部に堆積させられる。次に、三角形状の電極１８−１及び１８−２がクラッド２４０の上部に（或いは、下部クラッド２４０が存在しない場合には、薄いＬＮ膜２２０上に）堆積させられ、パターニングされる。薄いＬＮ膜２２０の側壁は、従来の技術を使用して随意的に研磨され得る。壊れ易い薄いＬＮ膜２２０は研磨のための構造的な支えになる導電性基板１に付着されるので、光学研磨を行うことができる。
【００３５】
図４Ｆは、第１の導波路９及びエキスパンダ導波路５を含むサポート基板１３に付着された図４Ｅの構造体の説明図である。このステップ６において、サポート基板１３は、第１の導波路９（又は初期導波路）及びエキスパンダ導波路５を用いて製造される。スルーホール２４２及び２４４は、基板材料に適した従来の技術のうちの一つを用いて、サポート基板１３に形成される。例えば、シリコン製サポート基板１３の場合、スルーホール２４２及び２４４は、プラズマエッチングされるか、レーザ穿孔されるか、又は、ブラストされる。第１の導波路９及びエキスパンダ導波路５用の３層の光学層、即ち、下方クラッド層（８，１２）と、コア層（７，１１）と、上方クラッド層（６，１０）は、第１の導波路９及びエキスパンダ導波路５を形成するため、堆積させられ（例えば、フレーム加水分解堆積によって成膜したシリカ膜）、パターニングされる。粘着力のある薄い層、例えば、粘着層２５０は、下方クラッド層（８，１２）の上部に広げられる。粘着剤の厚さは、０．５乃至１μｍ程度である。低粘性ワックス又はエポキシ樹脂がこの目的のための粘着剤として使用され得る。図４Ｅに示された構造体２３８は、垂直方向に逆さにされ、粘着膜（例えば、２５０）を用いて、下方クラッド層（８，２３，１２）に付着される。このステップは、第１の導波路９のコアと、エキスパンダ導波路５のコアと、薄いＬＮ膜２２０を同じ高さにする。粘着性の残留物が存在する場合、粘着性の残留物は、孔２４２及び２４４を通る溶媒によって下部電極１８−１及び１８−２から取り除かれる。電気パッド３は、導電性基板１の上部に堆積させられる。他の実施例において、下方クラッド２４０が光学有機材料から製作される場合、構造体２３８（図４Ｅ）は、従来の温度圧力処理によって下方クラッド層（１２，２３，８）に直接的に付着させられる。
【００３６】
図４Ｇは、本発明の一実施例による完成した偏向器ユニットの説明図である。この最後のステップ７では、図４Ｆの構造体２５２を使用して、非貫通電気ビア１４−１及び１４−２がスルーホール２４２及び２４４に夫々形成される。スルーホール２４２及び２４４を充填するため、当業者に公知の従来のビア形成技術を使用することが可能である。導電性パッド２２−１及び２２−２は、夫々、ビア１４−１及び１４−２に取り付けられる。配線は、上部電気パッド３と、下部電気パッド（２２−１，２２−２）に取り付けられる。配線用に使用可能な従来技術には、ワイヤボンディング、再分配層を通るファンアウト、ファンアウト構造を備えた基板によるフリップチップボンディング、テープ自動ボンディングなどが含まれる。
【００３７】
図４Ｇにおいて、下部電極１８−１及び１８−２は、図４Ｅの構造体がサポート基板１３（図４Ｆ）に取り付けられた後、スルーホール２４２及び２４４に形成された非貫通ビア１４−１及び１４−２を介して接触する。これは、クラッド（８，２３，１２）の上部に構築された再配層を通る信号をファンアウトさせる従来のプロセスとは異なる。従来のプロセスは、図４Ｅの構造体がサポート基板１３に取り付けられる前に、最初に、クラッド（８，２３，１２）上に導電性再配分構造体を形成する。従来のプロセスは、特に、構造体２３８を周囲の導波路５及び９と同じ高さにすること、並びに、薄いＬＮ膜２２０の全域に均一な電界を保つため粘着層（例えば、粘着層２５０）を均一にすること、に関して組立上の問題を生じる。図４Ｅの構造体を装着した後、下部パッドを貫通ビアと接触させることによって、これらの組立上の問題が回避される。更に、クラッド（８，２３，１２）の表面上の金属パスを使用するのではなく、ビア若しくは非貫通ビアを使用することにより得られる効果は、ルーティング密度を著しく増大させることである。これにより、電気光学偏向装置の製造プロセスが完了する。
【００３８】
図５（Ａ）及び５（Ｂ）は、本発明の代替的な実施例によるイオン注入を使用して結晶基板から光導波路を分離する方法の説明図である。図５（Ａ）において、結晶材料の基板３１２は、上部に成長させられた電気光学導波路３２０を備えている。一実施例において、この基板３１２及び電気光学導波路３２０は、例えば、強誘電性酸化物のような同一の材料、若しくは、類似した材料からなる。別の実施例では、基板３１２は、電気光学導波路３２０の材料とは異なる材料からなる。電気光学導波路３２０は、下方クラッド３１４と、コア３１６と、上部クラッド３１８と、を含む。コア３１６は、例えば、ニオブ酸リチウムのような強誘電性酸化物材料により構成される。下方クラッド３１４は、最初に、基板３１２に堆積させられ、次に、コア３１６が下方クラッド３１４の上部に堆積させられ、最後に、上方クラッド３１８がコア３１６の上部に堆積させられる。電気光学導波路３２０の表面には、Ｈｅ＋イオン３２２が照射される。Ｈｅ＋イオン３２２は、基板３１２の第１の層３２４を通過し、殆ど損傷を加えること無く第１の層３２４の結晶から離れる。第２の層３２６は、結晶材料に大部分の損傷が加わる狭いゾーンである。第３の層３２８は、比較的損傷を受けない。図４Ａと同様に、損傷を受けた第２の層３２６は、比較的損傷の少ない第１の層３２４及び第３の層３２８よりもエッチング速度が高速である。フッ化水素酸溶液は、図５（Ｂ）に示されるように、導波路３２０及び第１の層３２４を第３の層３２８から分離するため使用される。導波路３２０及び第１の層３２４は、図３のフローチャートにおける「薄い強誘電性酸化物の層」を置き換える。
【００３９】
図６は、本発明の別の実施例の光学偏向器の一部分の説明図である。図６は、図４と類似しているが、導電性基板１及び導電性エポキシ層１７が、非導電性粘着層４１４によって非導電性基板４１６に接着された金属層４１２に置き換えられている点で相違する。スルーホール４２０は基板４１６に製作され、粘着層４１４は、非貫通ビア（図示せず）が金属層４１２を電気パッド３（図示せず）に接続できるようにさせる。したがって、上部電極は、（図４Ｅの導電性基板１及び導電性エポキシ層１７ではなく）金属層４１２であり、金属層４１２は、スルーホール４２０内の非貫通ビア（図示せず）を用いて外部電圧源に接続される。
【００４０】
図１に示された装置構造体において、ブランケット電極（導電性基板１及び導電性エポキシ１７）は、偏向器４の上部に設けられ、パターニング処理された電極（１８−１及び１８−２）は、サポート基板１３に対向する下部に設けられている。他の実施例では、電極の位置は反対でもよく、即ち、パターニング処理された電極が装置の上部に構築され、ブランケット電極をサポート基板１３に対向する下部に設置しても構わない。この場合、製造プロセスのフローは、それに応じて変更される。
【００４１】
発明の詳細な説明の記載及び図面の記載は、限定的な意味ではなく、例示的な意味として考慮されるべきである。しかし、特許請求の範囲に記載された発明の精神及び範囲を逸脱すること無く、追加、除去、削除、並びに、その他の変形及び変更をなしえることは明らかであろう。
【００４２】
以上の説明に関して更に以下のような態様が考えられる。
【００４３】
（付記１） 基板を含む薄膜電気光学装置を製造する方法であって、
強誘電性酸化物材料のブロックから強誘電性酸化物層を分離する手順と、
該強誘電性酸化物層を硬いサポート構造体に付着させる手順と、
該強誘電性酸化物層を該基板に連結する手順と、
該硬いサポート層を該強誘電性酸化物層から切り離す手順と、
を有する方法。
【００４４】
（付記２） 該強誘電性酸化物層を該基板に連結する手順は、
該強誘電性酸化物層にクラッド層を堆積させる手順と、
導電性エポキシを用いて該クラッド層を該基板に接着する手順と、
を含む、
付記１記載の方法。
【００４５】
（付記３） 該基板は導電性材料を含む、付記１記載の方法。
【００４６】
（付記４） 該強誘電性酸化物層を該基板に連結する手順は、
該強誘電性酸化物層にクラッド層を堆積させる手順と、
該クラッド層に金属層を堆積させる手順と、
粘着剤を用いて該金属層を該基板に接着する手順と、
を含む、
付記１記載の方法。
【００４７】
（付記５） 該基板は非導電性である、付記４記載の方法。
【００４８】
（付記６） 該基板に非貫通ビアを製作する手順を更に有する付記４記載の方法。
【００４９】
（付記７） 該強誘電性酸化物層を該基板に連結する手順は、
該強誘電性酸化物層に第１のクラッド層を堆積させる手順と、
該基板に第２のクラッド層を堆積させる手順と、
該第１のクラッド層を該第２のクラッド層に接着する手順と、
を含む付記１記載の方法。
【００５０】
（付記８） 該強誘電性酸化物層を該基板に連結する手順は、
該強誘電性酸化物層にクラッド層を堆積させる手順と、
該強誘電性酸化物層を該基板に接着する手順と、
を含む付記１記載の方法。
【００５１】
（付記９） 該強誘電性酸化物層を硬いサポート構造体に付着させる手順は、粘着剤を使用する手順を含み、
該硬いサポート層を該強誘電性酸化物層から切り離す手順は、該粘着剤を溶解する手順を含む、
付記１記載の方法。
【００５２】
（付記１０） 該強誘電性酸化物層の厚さは１５μｍ未満である、付記１記載の方法。
【００５３】
（付記１１） 該強誘電性酸化物層の厚さは約５乃至１０μｍである、付記１記載の方法。
【００５４】
（付記１２） 該強誘電性酸化物材料は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）と、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）と、チタン酸バリウムと、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）と、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）とからなる群より選択された材料を含む、付記１記載の方法。
【００５５】
（付記１３） 強誘電性酸化物材料のブロックから強誘電性酸化物層を分離する手順は、結晶イオンスライシング法を用いて該ブロックから該強誘電性酸化物層を薄く切り取る手順を含む、付記１記載の方法。
【００５６】
（付記１４） 強誘電性酸化物材料のブロックから強誘電性酸化物層を分離する手順は、強誘電性酸化物材料のブロックへのヘリウムイオン注入法を用いてから該ブロックから該強誘電性酸化物層を薄く切り取る手順を含む、付記１記載の方法。
【００５７】
（付記１５） 強誘電性酸化物材料の薄く壊れ易いスライスを基板へ移す硬いサポート構造体であって、
平坦な表面を備えた固体材料の硬いブロックと、
強い粘着性のある上面、及び、弱い粘着性の下面を備えた粘着性膜と、
を有し、
該上面は該固体材料の該硬いブロックの該平坦な表面に接着され、
該下面は該強誘電性酸化物材料の薄く壊れ易いスライスに接着されている、
硬いサポート構造体。
【００５８】
（付記１６） 該固体材料の該硬いブロック及び該粘着性膜は、該強誘電性酸化物材料の薄く壊れ易いスライスが該基板に連結された後、該強誘電性酸化物材料の薄く壊れ易いスライスから除去される、付記１５記載の硬いサポート構造体。
【００５９】
（付記１７） 該強誘電性酸化物材料は二オブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を含む、付記１４記載の硬いサポート構造体。
【００６０】
（付記１８） 該固体材料の該硬いブロックはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を含む、付記１７記載の硬いサポート構造体。
【００６１】
（付記１９） 導電性基板及び導電性エポキシを含む第１の電極を有する薄膜電気光学装置を製造する方法であって、
該導電性エポキシを用いて、薄い強誘電性酸化物膜を含むプレーナ光導波路を該導電性基板に接着する手順と、
該プレーナ光導波路に第２の電極を堆積させる手順と、
該第２の電極をサポート基板に連結する手順と、
を有し、
該第１の電極と該第２の電極の間の電界は、該プレーナ光導波路の光信号を屈曲させる、
方法。
【００６２】
（付記２０） 該サポート基板にクラッド層を堆積させる手順を更に有し、該第２の電極をサポート基板に連結する手順は、該クラッド層を該第２の基板に接着する手順を含む、
付記１９記載の方法。
【００６３】
（付記２１） 該サポート基板にクラッド層を堆積させる手順を更に有し、該第２の電極をサポート基板に連結する手順は、温度圧力処理を用いて該クラッド層を該プレーナ光導波路に接着する手順を含む、
付記１９記載の方法。
【００６４】
（付記２２） 強誘電性酸化物材料の大きいブロックから該薄い強誘電性酸化物膜を取り除くため結晶イオンスライシング法を用いて該薄い強誘電性酸化物膜を製作する手順を更にする、付記１９記載の方法。
【００６５】
（付記２３） 分離した基板に第１のクラッド層を堆積させる手順と、
該第１のクラッド層に該薄い強誘電性酸化物膜を堆積させる手順と、
該薄い強誘電性酸化物膜に第２のクラッド層を堆積させる手順と、
ヘリウムイオン注入法を用いて該分離した基板を第１の部分及び第２の部分に薄く切り取る手順と、
を更に有し、
該プレーナ光導波路は、該第１の部分と、該第１のクラッド層と、該第２のクラッド層と、を更に含む、
付記１９記載の方法。
【００６６】
（付記２４） 該サポート基板に略貫通した孔を製作する手順と、
該第２の電極を導電性パッドへ電気的に接続するため、該略貫通した孔に非貫通ビアを形成する手順と、
を更に有する付記１９記載の方法。
【００６７】
（付記２５） 該サポート基板にスルーホールを製作する手順と、
該スルーホールに、該第２の電極へ接続されたビアを形成する手順と、
導電性パッドを該ビアに接着する手順と、
を更に有する付記１９記載の方法。
【００６８】
（付記２６） 薄い強誘電性酸化物膜を含むプレーナ光導波路と、
該プレーナ光導波路に連結された導電性基板を含む第１の電極と、
該プレーナ光導波路に連結された第２の電極と、
を有し、
該第１の電極と該第２の電極の間の電界は、該プレーナ光導波路の光信号を屈曲させる、
薄膜電気光学酸化物装置。
【００６９】
（付記２７） 該プレーナ光導波路はコアと上方クラッド層を含み、
該コアは該薄い強誘電性酸化物膜を含む、
付記２６記載の薄膜電気光学酸化物装置。
【００７０】
（付記２８） 該第１の電極は、導電性エポキシを用いて該上方クラッド層を該導電性基板に接着することにより該プレーナ光導波路に連結されている、付記２７記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００７１】
（付記２９） 該プレーナ光導波路は下方クラッド層を更に含み、
該第２の電極は該下方クラッド層に堆積させられている、
付記２７記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００７２】
（付記３０） 該第１の電極は導電性エポキシ層を更に含む、付記２６記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００７３】
（付記３１） 該第２の電極へ連結されたサポート基板を更に有する付記２６記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００７４】
（付記３２） 該サポート基板に堆積させられた第１のクラッド層を更に有し、
該サポート基板は、該第１のクラッド層を該第２の電極へ接着することにより該第２の電極へ連結されている、
付記３１記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００７５】
（付記３３） 該サポート基板に堆積させられた第１のクラッド層を更に有し、
該サポート基板は、該第１のクラッド層を該プレーナ光導波路へ接着することにより該第２の電極へ連結されている、
付記３１記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００７６】
（付記３４） 該プレーナ光導波路は、コアと第２のクラッド層を含み、
該コアは、該薄い強誘電性酸化物膜を含む、
付記３２記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００７７】
（付記３５） 該第２の電極は、導電性酸化物材料を含み、該コアに接着されている、付記３４記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００７８】
（付記３６） 該第１の電極は、導電性エポキシ層を含み、
該導電性エポキシ層は該クラッド層を該導電性基板へ接着する、
付記３４記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００７９】
（付記３７） 該プレーナ光導波路は、コアと、第２のクラッド層と、第３のクラッド層とを含み、
該コアは該薄い強誘電性酸化物膜を含む、
付記３２記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００８０】
（付記３８） 該第２の電極は、金属を含み、該第３のクラッド層へ接着されている、付記３７記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００８１】
（付記３９） 該第１の電極は導電性エポキシ層を更に含み、
該導電性エポキシ層は該第２のクラッド層を該導電性基板へ接着する、
付記３７記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００８２】
（付記４０） 該サポート基板は、該第２の電極と揃えられた孔を含む、付記３１記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００８３】
（付記４１） 該孔はビアを含み、
該第２の電極は該ビアへ電気的に接続されている、
付記４０記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００８４】
（付記４２） 該ビアへ電気的に接続された電気パッドを更に有する付記４１記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００８５】
（付記４３） 該薄い強誘電性酸化物膜の厚さは１００μｍ未満である、付記２６記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００８６】
（付記４４） 該薄い強誘電性酸化物膜の厚さは５０μｍ未満である、付記２６記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００８７】
（付記４５） 該薄い強誘電性酸化物膜の厚さは１５μｍ未満である、付記２６記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００８８】
（付記４６） 該薄い強誘電性酸化物膜の厚さは、約５乃至１０μｍである、付記２６記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００８９】
（付記４７） 該薄い強誘電性酸化物膜は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）と、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）と、チタン酸バリウムと、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）と、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）とからなる群より選択された材料を含む、付記２６記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００９０】
（付記４８） 厚さが約１５μｍよりも薄い電気光学膜を含むプレーナ光導波路と、
該プレーナ光導波路に連結された第１の電極と、
該プレーナ光導波路に連結され、該第１の電極との間の電位差が該プレーナ光導波路の光信号を屈曲させる第２の電極と、
を有する薄膜電気光学装置。
【００９１】
（付記４９） 厚さが約１５μｍよりも薄い強誘電性酸化物層を含むプレーナ光導波路と、
導電性基板及び導電性エポキシを含み、該導電性エポキシを用いて該プレーナ光導波路に付着された第１の電極と、
該プレーナ光導波路に連結され、該第１の電極との間の電界が該プレーナ光導波路の光信号を屈曲させる第２の電極と、
サポート基板と、
該第２の電極に付着され、該サポート基板に堆積させられたクラッド層と、
該サポート基板及び該クラッド層を貫通し、該第２の電極を外部電圧源へ接続する孔と、
を有する薄膜電気光学偏向装置。
【００９２】
（付記５０） 該クラッド層の部分及びレンズを含み、該プレーナ光導波路の第１端と光学的に揃えられ初期光導波路と、
クラッド層の別の部分を含み、該プレーナ光導波路の第２端と光学的に揃えられているエキスパンダ導波路と、
を更に有する、
付記４９記載の薄膜電気光学偏向装置。
【００９３】
（付記５１） 該薄い強誘電性酸化物層は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）と、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）と、チタン酸バリウムと、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）と、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）とからなる群より選択された材料を含む、付記４９記載の薄膜電気化学偏向装置。
【００９４】
（付記５２） 該薄い強誘電性酸化物層は、結晶イオンスライシング法を用いて強誘電性酸化物材料のブロックから薄く切り取られている、付記４９記載の薄膜電気化学偏向装置。
【００９５】
（付記５３） 光ファイバケーブルから単一モード光信号を受容する手段と、
強誘電性酸化物膜に該単一モード光信号を伝搬させる手段と、
該単一モード光信号が伝搬方向を変えるように該強誘電性酸化物膜に電界を発生させる手段と、
該単一モード光信号が方向を変えた後、該単一モード光信号を別の光モジュールへ渡す手段と、
を有する、電気化学偏向装置。
【００９６】
【発明の効果】
本発明によれば、薄く壊れ易い強誘電体酸化物膜を電気光学装置の製造に統合することにより、電気光学装置の寸法と電力消費を減少させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による薄膜ニオブ酸リチウム（ＬＮ）偏向装置の構造体の側面図である。
【図２】本発明の一実施例による薄膜ニオブ酸リチウム（ＬＮ）偏向装置の構造体の平面図である。
【図３】本発明の一実施例による薄膜電気光学装置製造方法のフローチャートである。
【図４Ａ】ニオブ酸リチウム（ＬＮ）ブロックのイオン注入の説明図である。
【図４Ｂ】ニオブ酸リチウム（ＬＮ）ブロックから剥離された薄いニオブ酸リチウム（ＬＮ）膜又は層の説明図である。
【図４Ｃ】本発明の一局面によるニオブ酸リチウム（ＬＮ）薄膜に付着されたサポート構造体の説明図である。
【図４Ｄ】本発明の別の局面による導電性基板にニオブ酸リチウム（ＬＮ）薄膜が付着されているサポート基板の説明図である。
【図４Ｅ】本発明の更なる局面によるサポート構造体が取り除かれた後に導電性基板に付着されたニオブ酸リチウム（ＬＮ）膜の説明図である。
【図４Ｆ】第１の導波路及びエキスパンダ導波路を有するサポート基板に付着された図４Ｅの構造体の説明図である。
【図４Ｇ】本発明の一実施例による完成した偏向器の説明図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の他の実施例によるイオン注入を使用して結晶基板から光導波路を分離する処理の説明図である。
【図６】本発明の別の実施例による光学偏向器の一部の説明図である。
【符号の説明】
１ シリコン基板
２ 配線
３ 接点パッド
４ 偏向装置
５ 導波路エキスパンダ
６，１０ 上方クラッド層
７，１１ コア
８，１２，２３ 下方クラッド層
９ 第１の導波路
１３ 支持基板
１４−１，１４−２ 金属層
１５−１，１５−２ エポキシ又は類似物質
１６−１，１６−２ 下部電極配線
１７ 導電性エポキシ層
１８−１，１８−２ 下部電極
１９ 上方クラッド層
２０ 薄いニオブ酸リチウム膜
２１ 光ファイバ
２２−１，２２−２ 電気パッド
３０ 光信号
３１ ２次元レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に光学装置に係り、特に、薄膜電気光学装置及びその薄膜電気光学装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プレーナ導光回路（ＰＬＣ）は、プレーナ光導波路を備えた光学回路である。プレーナ導光回路は、多数の光学構造及び電気光学構造が単一の基板に置かれ、光学システムの機能性を高めコストを低下させる点で、光学工業において重要な役割を果たしている。
【０００３】
光スイッチのような一部のプレーナ導波回路は電気光学偏向器を具備し、この電気光学偏向器は導波路を通る光伝搬の方向を変える。光は、導波路材料の屈折率を変化させるため外部印加電圧を使用して曲げられる。導波路材料が薄くなるにつれて、所定の偏向角を生ずるために必要な電圧が低下する。したがって、電力消費を削減し、装置寸法を縮小するため、導波路材料はできる限り薄くするべきである。
【０００４】
ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、即ち、ＬｉＮｂＯ３は、典型的に、ＰＬＣ電気光学偏向器の製造のため導波路材料として使用される。ニオブ酸リチウムを使用することによって生ずる主要な問題点は、ＬＮ結晶が壊れ易く、通常、１００乃至１５０μｍよりも薄くできない、ということである。近年、コロンビア大学の研究グループは、ＬＮ層を５乃至１０μｍの薄さで剥離することができるクリスタル・イオン・スライシング（ＣＩＳ）という技術を開発した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、膜の壊れ易さのため、薄く剥離されたニオブ酸リチウム膜を取得し、偏向器を製造する際にそのニオブ酸リチウム膜を使用するという問題点が残されている。その結果として、電気光学偏向器の寸法と電力消費を著しく減少させることはできない。
【０００６】
ニオブ酸リチウムは、電気光学装置を製作する際に使用可能な多数の強誘電性酸化物材料の一つに過ぎない。薄く壊れ易い材料を装置製造の一部として使用することは、あらゆる強誘電性酸化物材料の薄膜に共通の問題点である。
【０００７】
したがって、薄く壊れ易い強誘電体酸化物膜を電気光学装置の製造に統合するプロセス、特に、ニオブ酸リチウム薄膜を電気光学偏向装置の製造に統合するプロセスが必要である。
【０００８】
よって、本発明は、ニオブ酸リチウム薄膜電気光学偏向装置と、その製造方法の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による電気光学偏向装置は、内部を伝搬する光ビームの方向を変えることができる薄い強誘電性酸化物膜を含む。
【００１０】
また、本発明は、電気光学偏向装置には限定されない電気光学装置を製造する方法であり、この方法は、強誘電性酸化物材料から薄い強誘電性酸化物膜を剥離し、次に、薄い強誘電性酸化物膜を電気光学装置の一部である第２の基板へ付着させるため、第１若しくは硬いサポート基板を使用して薄い強誘電性酸化物膜を第２の基板へ移す。強誘電性酸化物の例には、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）と、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）と、チタン酸バリウムと、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）と、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）と、が含まれる。
【００１１】
本発明の一実施例は、基板を有する薄膜電気光学装置を製造する方法である。第１に、薄く壊れ易い強誘電性酸化物膜が強誘電性酸化物材料のブロックから分離される。第２に、強誘電性酸化物膜は、硬いサポート構造体に付着される。強誘電性酸化物膜は、基板に合わされ、硬いサポート構造体は強誘電性酸化物膜から引き離される。
【００１２】
本発明の別の実施例は、薄く壊れ易い強誘電性酸化物材料のスライス（薄片）を基板へ移す硬いサポート構造体である。硬いサポート構造体は、平坦な表面を有する固体材料の硬いブロックと粘着膜とを含み、粘着膜の上面は強い粘着性を備え、底面は弱い粘着性を備えている。上面は、固体材料の硬いブロックの平坦な表面に接着され、底面は強誘電性酸化物材料のスライスに接着される。
【００１３】
本発明の更に別の実施例は、導電性基板及び導電性エポキシを含む第１の電極を有する薄膜電気光学装置を製造する方法である。薄い強誘電性酸化物膜を含むプレーナ光導波路は、導電性エポキシを使用して導電性基板に接着される。次に、第２の電極をプレーナ光導波路に堆積し、第２の電極をサポート基板に連結する。第１の電極及び第２の電極は、プレーナ光導波路内の光信号を屈曲させる電界を形成する。
【００１４】
本発明の別の実施例による薄膜強誘電性酸化物装置は、薄い強誘電性酸化物膜を含むプレーナ光導波路と、導電性基板を含みプレーナ光導波路に連結された第１の電極と、プレーナ光導波路に連結された第２の電極と、を有し、第１の電極と第２の電極の間の電界は、プレーナ光導波路の光信号を屈曲させる電界を生じる。
【００１５】
本発明の別の実施例による薄膜電気光学装置は、厚さが約１５ミクロン未満である電気光学膜を含むプレーナ光導波路と、プレーナ光導波路に連結された第１の電極と、プレーナ光導波路に連結された第２の電極と、を有し、第１の電極と第２の電極の間の電位差は、プレーナ光導波路の光信号を屈曲させる。
【００１６】
本発明の一つの局面は、薄膜電気光学偏向装置であり、この薄膜電気光学偏向装置は、厚さが約１５ミクロン未満である強誘電性酸化物膜を含むプレーナ光導波路と、導電性基板及び導電性エポキシを含み、導電性エポキシを使用してプレーナ光導波路に付着された第１の電極と、プレーナ光導波路に連結された第２の電極と、を有し、第１の電極と第２の電極の電位差は、プレーナ光導波路の光信号を屈曲させ、薄膜電気光学偏向装置は、サポート基板と、第２の基板に付着されサポート基板に堆積させられたクラッド層と、サポート基板及びクラッド層を貫通し、第２の電極を外部電圧源へ接続する孔と、を更に有する。
【００１７】
更なる局面は、クラッド層の一部分とレンズを備えた初期光導波路を含み、初期光導波路はプレーナ光導波路の第１端と光学的に揃えられ、更なる局面は、クラッド層の別の部分を備えたエキスパンダ導波路を更に含み、エキスパンダ導波路は、プレーナ光導波路の第２端と光学的に揃えられている。
【００１８】
本発明の別の局面は、電気光学偏向装置であり、この電気光学偏向装置は、光ファイバケーブルから単一モード光信号を受容する手段と、強誘電性酸化物膜に単一モード光信号を伝搬させる手段と、単一モード光信号が伝搬方向を変えるように強誘電性酸化物膜に電界を発生させる手段と、方向が変化した後、単一モード光信号を別の光モジュールへ渡す手段と、を有する。
【００１９】
本発明の上記並びにその他の実施例、特徴、及び、効果は、以下の詳細な説明と、特許請求の範囲に記載された事項と、添付図面とに関してよりよく理解されるであろう。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下の説明では、多数の特定の細部が本発明の具体的な実施例を完全に記述するために記載されている。しかし、当業者には明らかであるように、本発明は、以下の特定の細部を用いなくても実施できる。また、周知の事項は、本発明が分かり難くなることを避けるため、詳細には記載されていない。
【００２１】
図１は、本発明の一実施例による薄膜ニオブ酸リチウム偏向装置の構造体の側面図である。光信号３０は、光ファイバ２１の中を伝達され、光ファイバは、２次元レンズ３１を備えた第１の導波路９に連結されている。光信号は、第１の導波路９のレンズ３１から出て、第２の導波路のコアである薄いニオブ酸リチウム膜（又は層）２０に入る。電気光学効果を伴わずに、光ビームは、薄いニオブ酸リチウム膜２０を伝搬し、その際に、伝搬方向を変えることはなく、スラブ導波路エキスパンダ５へ伝達される。導波路エキスパンダ５から出た光は、別の光学モジュール、例えば、別のＰＬＣ（図示せず）、若しくは、別の光ファイバ（図示せず）へ進む。レンズ３１を含む第１の導波路９と、スラブ導波路エキスパンダ５は、共に、異なる屈折率を有する材料の３層スタックにより形成された光限定構造体を備えている。下方クラッド（１２，８）及び上方クラッド（１０，６）は、低屈折率材料から形成され、導波路（９，５）のコア（１１，７）は、僅かに高い屈折率の材料から形成される。クラッドとコアの屈折率は、光がコア（１１，７）に閉じ込められるように選択される。第１の導波路９及びスラブ導波路５は、サポート基板１３に形成され、サポート基板は、シリコン、ガラス、ラミネート加工ボードなどのような任意の適切な材料から製作される。薄いニオブ酸リチウム膜２０の上部には、任意の上方クラッド層１９が設けられ、上方クラッド層１９は、導電性エポキシ層１７を使用して、例えば、導電性シリコン基板である導電性基板１に付着される。偏向器の上部電極は、導電性エポキシ層１７及び導電性シリコン基板１を含む。更に、金属膜が任意の上方クラッド層１９に随意的に堆積させられ、導電性エポキシ層１７へのより良好な電気接触が得られる。配線２は、接点パッド３を外部電圧源（図示しない）へ接続する。
【００２２】
下部導体１８−１及び１８−２は、薄いニオブ酸リチウム膜２０へ接続される。薄いニオブ酸リチウム膜２０のため、薄いニオブ酸リチウム膜２０と下部電極１８−１及び１８−２の間に、任意の下方クラッド層（図示せず）を設けてもよい。下部電極１８−１及び１８−２の電気接点は、支持基板１３に形成されたスルーホールを使用して行われ、スルーホールは、金属（１４−１及び１４−２）によってメッキされ、エポキシ若しくは類似した物質（１５−１及び１５−２）で充填されている。下部電極配線１６−１及び１６−２は、サポート基板１３の裏側で、それぞれ、電気パッド２２−１及び２２−２に付着される。下部電極は、従来のフォトリソグラフィック技術を用いて、プリズム若しくは回折格子として成形してもよい。
【００２３】
図２は、本発明の一実施例による薄いニオブ酸リチウム膜偏向装置４の構造体の平面図である。光信号３０は、光ファイバ２１から偏向装置４へ入る。光信号は、レンズ３１を備えた第１の導波路９の中を伝搬し、薄いニオブ酸リチウム膜２０へ入る。光信号３２は、破線の三角形で示された下部電極１８−１の上を通過する。下部電極が破線で示されている理由は、電極１８−１がシリコン基板１の上部ではなく、薄いニオブ酸リチウム膜２０と導波路（９，５）の下方クラッド層（１２，８）との間に設けられているからである。光信号３２は、接触パッド３の下で第２の電極１８−２よりも上をスラブ導波路５まで伝搬する。
【００２４】
薄いニオブ酸リチウム膜２０が下部電極１８−１及び１８−２に直接的に接続され、金属が電極１８−１及び１８−２のため使用されているとき、下部金属電極１８−１及び１８−２による光吸収のために薄いニオブ酸リチウム膜２０から光伝搬損が生じる。これらの光伝搬損を減少させるため、上方クラッド層１９の反対側にある下方クラッド層（図示せず）は、薄いニオブ酸リチウム膜２０の上に直に堆積させてもよい。下方クラッド層は、ポリイミド若しくはエポキシ樹脂のようなスピンコートされたポリマー層でもよく、或いは、ＳｉＯ２若しくはＬＮのような無機材料のスパッタ層でもよい。下方クラッド層の厚さは、偏向器の設計に応じて１μｍ未満から１０μｍまで変化し、一実施例では、１μｍから５μｍの範囲を変化する。金属下部電極１８−１及び１８−２は、次に、下方クラッド層に堆積させられる。導電性酸化物が下部電極１８−１及び１８−２のため使用されるとき、光吸収は重大な問題ではなく、導電性酸化物は、薄いニオブ酸リチウム膜２０の上に直に堆積させられる。基板１３上のクラッド、即ち、クラッド８、２３及び１２は、下方クラッドとしての役割を果たし、薄いニオブ酸リチウム膜２０からのかなり多量の光損失を防止するために十分である。
【００２５】
薄いニオブ酸リチウム膜２０の屈折率の電気光学的変化を誘起するため、電圧が、上部電極（１及び１７）と、下部電極１８−１及び１８−２の一方若しくは両方との間に印加される。屈折率変化は、三角形状のニオブ酸リチウム領域に誘起され（図２において、破線の三角形は電極１８−１及び１８−２を表す。）、薄いニオブ酸リチウム膜２０を通って伝搬する光ビームに偏向が生じる。例えば、電気光学的効果が存在しない場合、一例として、電極１８−１、１８−２と電極（１，１７）との間に電圧が印加されない場合、光信号３４は、スラブ導波路５へ向かって真っ直ぐ進行する。上部電極（１，１７）と下部電極１８−２との間に電圧が印加された場合、電気光学効果が発生し、光信号３２は、例えば、光信号３６を生じさせるように曲げられる。図１及び２には、２個の三角形状の電極（１８−１及び１８−２）が描かれているが、他の実施例では、下部が三角形状若しくはその他の幾何形状である１個、２個、若しくは、それ以上の個数の下部電極が設けられる。
【００２６】
図３は、本発明の一実施例による薄膜電気光学装置製造プロセスのフローチャートである。ステップ１１２において、強誘電性酸化物の薄膜が巨大な強誘電性酸化物材料から取得される。強誘電性酸化物の薄膜は、例えば、通常の手段を用いて強誘電性酸化物の大きな断片を獲得し、結晶イオンスライシング法を用いて大きな断片から５乃至１０μｍ厚の層を薄く切り取る（スライスする）ことによって製作される。強誘電性酸化物の層は薄いので、この層は壊れ易い。したがって、強誘電性酸化物の薄い層は、薄膜の亀裂や破壊を生じることなく、電気光学装置を製造する際に薄い層を使用するため、（ステップ１１４において）堅固な硬いサポート構造体に接着されるか、若しくは、付着される。サポート構造体は、柔軟性があってはならない。強誘電性酸化物の薄い層は、次に、上部電極、例えば、導電性エポキシ１７及び基板１へ直接的若しくは間接的に連結され（ステップ１１６）、強誘電性酸化物の薄い層と上部電極との間には任意のクラッドを設けてもよい。ステップ１１８において、上部電極が薄い層のための支えになっているので、堅固な硬いサポート構造体は、強誘電性酸化物の薄い層から剥離される。薄い層は、１個以上の下部電極へ直接的若しくは間接的に連結され（ステップ１２０）、強誘電性酸化物の薄い層と下部電極との間には任意のクラッドを設けても構わない。一実施例において、下部電極は、最初に、強誘電性酸化物の薄い層の上部に金属膜を堆積させることによって製作される。次に、金属膜は、フォトレジスト層で被覆され、下部電極の形状は、フォトリソグラフィを用いてフォトレジスト層に形成される。金属層は、フォトレジスト層を通してかＢ電極の形状に蝕刻される。最後に、フォトレジストは剥ぎ取られる。他の実施例では、金属層にパターンを形成するための他の従来技術が下部電極を製作するため使用される。ステップ１２２において、ビアを使用して下部電極を一つ以上の電圧源へ接続するため、サポート基板にスルーホールが製作される。強誘電性酸化物の薄い層上の下部電極は、次に、ビアの上の領域でサポート基板に接続される（ステップ１２４）。他の実施例では、ステップ１２４はステップ１２２の前に実行される。即ち、下部電極は、先にサポート基板に接続される（ステップ１２４）。次に、略貫通した孔がサポート基板に形成され、非貫通ビアは、下部電極を一つ以上の電圧源へ接続することが可能になる（ステップ１２２）。上記のプロセスの結果として、巨大な強誘電性酸化物の特性をもつ強誘電性酸化物の薄い層を備えたプレーナ電気光学装置が得られる。強誘電性酸化物の薄い層内の光信号は、上部電極及び下部電極へ電圧を印加することによって曲げられる。本発明の共誘電性酸化物の薄い層は、従来の電気光学装置の強誘電性酸化物膜よりも実質的に薄くなるので、動作電圧が大幅に削減され、したがって、電力消費が大幅に減少する。
【００２７】
ここで使用される「薄い」強誘電性酸化物層若しくは膜は、厚さが約１００μｍ未満の強誘電性酸化物膜、若しくは、強誘電性酸化物層である。好ましい実施例において、薄い電気光学膜若しくは層は、最大で約１０乃至１５μｍの厚さであり、ヘリウムイオン注入後、大きい電気光学材料のブロックからスライスされる。別の実施例では、薄い電気光学膜若しくは層は、電気光学材料の大きいブロックから約２５乃至５０μｍの厚さになるまで研磨される。厚さが１５μｍ未満である強誘電性酸化物膜若しくは酸化物層の一つの用途は、単一モード光信号の伝搬である。
【００２８】
図４Ａから４Ｇには、本発明の他の実施例による薄膜電気光学偏向装置の製造プロセスのステップが説明されている。図４Ａはステップ１に対応し、図４Ｂはステップ２に対応し、以下同様に、ステップ７に対応する図４Ｇまで続く。図１及び図２で使用されたラベルは、薄膜電気光学偏向器４のどの部分がどのステップで製造されるのかを明確にするため、図４Ａ乃至４Ｇでも繰返し使用される。
【００２９】
図４Ａでは、イオンがニオブ酸リチウム（ＬＮ）のブロックに注入される。最初に、約０．５乃至１．０ｍｍの厚さのニオブ酸リチウムのブロック、例えば、ＬＮブロック２００（図４Ａ）が、１０×１０ｍｍ２程度の大きさのＬＮ材料の断片からダイシングされる。ＬＮブロック２００（図４Ａ）の上面は、光学的に研磨される。更に、ＬＮブロック２００の側面は、ダイシングによって生じるチップを最小限に抑えるため研磨される。光エネルギーのヘリウム（Ｈｅ）＋イオン２１０がＬＮブロック２００の表面２１２に照射される。高エネルギーＨｅ＋イオンの注入によって、ＬＮブロック２００のサブ表面層に損傷が加わる。この損傷は、表面２１２の下側の約５乃至１０約１μｍの非常に狭いゾーンに集中する。この狭いゾーンは、図４Ａに領域２１４によって示されている。例えば、イオン照射エネルギーが約３．８ＭｅＶであるとき、損傷領域２１４、即ち、損傷領域の下側にあるＬＮ膜若しくは層２２０と層２２２に重大な影響は及ばない。損傷領域２１４は、損傷されていない結晶と比較すると、フッ化水素酸溶液で非常に高いエッチ速度を有する。ＬＮブロック２００は、約３００乃至４００℃で約３０乃至６０秒間の急速熱アニーリングプロセスによってアニール処理される。
【００３０】
図４Ｂには、ＬＮブロック２００から剥離された薄いＬＮ膜若しくは層２２０が示されている。第２のステップにおいて、５乃至１０μｍのＬＮ膜若しくは層２２０は、５乃至２５％水溶液中で湿式エッチングによってＬＮブロック２００の残部２２２から剥離される。なぜならば、損傷したゾーンと損傷を受けていないゾーンとの間には、大きなエッチング選択性が存在するからである。半導体産業における湿式エッチング工程に典型的なバッファード酸化物エッチング溶液を使用することができる。エッチングは、側面から内向きに、薄いＬＮ膜若しくは層２２０がＬＮブロック２００の残部２２２から分離するまで行われる。前処理及びエッチング条件に応じて、エッチング速度は、毎時１０乃至２００μｍの範囲に収まり得る。
【００３１】
剥離されたＬＮ膜２２０の結晶性及び光学特性を取り戻すため、ＬＮ膜は、７００℃で約１時間、後アニール処理されるべきである。このアニール処理後、薄いＬＮ膜２２０の結晶特性は、イオン注入前の大きいＬＮ結晶ブロックの結晶特性に匹敵する。したがって、このプロセスによって、巨大ＬＮの特性を備えた自立した薄いＬＮ膜を製造することが可能になる。
【００３２】
図４Ｃは、本発明の一局面による薄いＬＮ膜２２０に付着されたサポート構造体２３０の説明図である。薄いＬＮ膜２２０は脆弱であり、電気光学装置製造プロセスで使用したとき、破損したり破壊したりする可能性が非常に高い。したがって、薄いＬＮ膜２２０を取り扱うため、ステップ３では、薄いＬＮ膜２２０が硬いサポート構造体、例えば、固体剛性サポート基板２３０へ移される。硬いサポート基板２３０は、任意の固体材料から製作可能であり、好ましくは、より良好なサンプル制御のため透明である。例えば、硬いサポート基板２３０は、０．５ｍｍ厚の小さいＬＮブロックである。硬いサポート基板２３０は、ゲル・パック膜２３２に接着される。ゲル・パック膜は、二つの側面２３４及び２３６を含み、各側面は固有の表面粘着力を有し、上部面２３４は標準的な強度の粘着性材料を備え、下部面２３６は、非常に粘着力の弱い特殊なゲル表面を備えている。硬いサポート基板２３０は、粘着力の強い上部面２３４に接着され、薄いＬＮ膜２２０は、粘着力の弱い下部面２３６に接着される。
【００３３】
図４Ｄは、薄いＬＮ膜２２０（即ち、図１の薄いＬＮ膜２０）が本発明の一局面の導電性基板１に付着されているサポート構造体の説明図である。ステップ４において、膜よりも屈折率の低いオプションの上方クラッド層１９が薄いＬＮ膜２２０の表面に堆積させられる。更に、薄い金属層（図示せず）は、導電性エポキシ１７への電気接触を改良するため、上方クラッド層１９に随意的に堆積させられる。次に、スタック（２３０−２３２−２２０）が導電性エポキシ１７を用いて導電性基板１に接着され、導電性基板１及び導電性エポキシ１７は上部電極を形成する。
【００３４】
図４Ｅは、本発明の更なる局面により、サポート構造体が除去された後に導電性基板１に付着された薄いＬＮ膜２２０の説明図である。このステップ５において、ゲル・パック膜２３２を含む硬いサポート基板２３０は、アセトン若しくはその他の溶媒中で、ゲル・パックの粘着性の弱い側面２３６を薄いＬＮ膜２２０から剥離することにより、薄いＬＮ膜２２０から除去される。オプションとして、下方クラッド２４０は、薄いＬＮ膜２２０の上部に堆積させられる。次に、三角形状の電極１８−１及び１８−２がクラッド２４０の上部に（或いは、下部クラッド２４０が存在しない場合には、薄いＬＮ膜２２０上に）堆積させられ、パターニングされる。薄いＬＮ膜２２０の側壁は、従来の技術を使用して随意的に研磨され得る。壊れ易い薄いＬＮ膜２２０は研磨のための構造的な支えになる導電性基板１に付着されるので、光学研磨を行うことができる。
【００３５】
図４Ｆは、第１の導波路９及びエキスパンダ導波路５を含むサポート基板１３に付着された図４Ｅの構造体の説明図である。このステップ６において、サポート基板１３は、第１の導波路９（又は初期導波路）及びエキスパンダ導波路５を用いて製造される。スルーホール２４２及び２４４は、基板材料に適した従来の技術のうちの一つを用いて、サポート基板１３に形成される。例えば、シリコン製サポート基板１３の場合、スルーホール２４２及び２４４は、プラズマエッチングされるか、レーザ穿孔されるか、又は、ブラストされる。第１の導波路９及びエキスパンダ導波路５用の３層の光学層、即ち、下方クラッド層（８，１２）と、コア層（７，１１）と、上方クラッド層（６，１０）は、第１の導波路９及びエキスパンダ導波路５を形成するため、堆積させられ（例えば、フレーム加水分解堆積によって成膜したシリカ膜）、パターニングされる。粘着力のある薄い層、例えば、粘着層２５０は、下方クラッド層（８，１２）の上部に広げられる。粘着剤の厚さは、０．５乃至１μｍ程度である。低粘性ワックス又はエポキシ樹脂がこの目的のための粘着剤として使用され得る。図４Ｅに示された構造体２３８は、垂直方向に逆さにされ、粘着膜（例えば、２５０）を用いて、下方クラッド層（８，２３，１２）に付着される。このステップは、第１の導波路９のコアと、エキスパンダ導波路５のコアと、薄いＬＮ膜２２０を同じ高さにする。粘着性の残留物が存在する場合、粘着性の残留物は、孔２４２及び２４４を通る溶媒によって下部電極１８−１及び１８−２から取り除かれる。電気パッド３は、導電性基板１の上部に堆積させられる。他の実施例において、下方クラッド２４０が光学有機材料から製作される場合、構造体２３８（図４Ｅ）は、従来の温度圧力処理によって下方クラッド層（１２，２３，８）に直接的に付着させられる。
【００３６】
図４Ｇは、本発明の一実施例による完成した偏向器ユニットの説明図である。この最後のステップ７では、図４Ｆの構造体２５２を使用して、非貫通電気ビア１４−１及び１４−２がスルーホール２４２及び２４４に夫々形成される。スルーホール２４２及び２４４を充填するため、当業者に公知の従来のビア形成技術を使用することが可能である。導電性パッド２２−１及び２２−２は、夫々、ビア１４−１及び１４−２に取り付けられる。配線は、上部電気パッド３と、下部電気パッド（２２−１，２２−２）に取り付けられる。配線用に使用可能な従来技術には、ワイヤボンディング、再分配層を通るファンアウト、ファンアウト構造を備えた基板によるフリップチップボンディング、テープ自動ボンディングなどが含まれる。
【００３７】
図４Ｇにおいて、下部電極１８−１及び１８−２は、図４Ｅの構造体がサポート基板１３（図４Ｆ）に取り付けられた後、スルーホール２４２及び２４４に形成された非貫通ビア１４−１及び１４−２を介して接触する。これは、クラッド（８，２３，１２）の上部に構築された再配層を通る信号をファンアウトさせる従来のプロセスとは異なる。従来のプロセスは、図４Ｅの構造体がサポート基板１３に取り付けられる前に、最初に、クラッド（８，２３，１２）上に導電性再配分構造体を形成する。従来のプロセスは、特に、構造体２３８を周囲の導波路５及び９と同じ高さにすること、並びに、薄いＬＮ膜２２０の全域に均一な電界を保つため粘着層（例えば、粘着層２５０）を均一にすること、に関して組立上の問題を生じる。図４Ｅの構造体を装着した後、下部パッドを貫通ビアと接触させることによって、これらの組立上の問題が回避される。更に、クラッド（８，２３，１２）の表面上の金属パスを使用するのではなく、ビア若しくは非貫通ビアを使用することにより得られる効果は、ルーティング密度を著しく増大させることである。これにより、電気光学偏向装置の製造プロセスが完了する。
【００３８】
図５（Ａ）及び５（Ｂ）は、本発明の代替的な実施例によるイオン注入を使用して結晶基板から光導波路を分離する方法の説明図である。図５（Ａ）において、結晶材料の基板３１２は、上部に成長させられた電気光学導波路３２０を備えている。一実施例において、この基板３１２及び電気光学導波路３２０は、例えば、強誘電性酸化物のような同一の材料、若しくは、類似した材料からなる。別の実施例では、基板３１２は、電気光学導波路３２０の材料とは異なる材料からなる。電気光学導波路３２０は、下方クラッド３１４と、コア３１６と、上部クラッド３１８と、を含む。コア３１６は、例えば、ニオブ酸リチウムのような強誘電性酸化物材料により構成される。下方クラッド３１４は、最初に、基板３１２に堆積させられ、次に、コア３１６が下方クラッド３１４の上部に堆積させられ、最後に、上方クラッド３１８がコア３１６の上部に堆積させられる。電気光学導波路３２０の表面には、Ｈｅ＋イオン３２２が照射される。Ｈｅ＋イオン３２２は、基板３１２の第１の層３２４を通過し、殆ど損傷を加えること無く第１の層３２４の結晶から離れる。第２の層３２６は、結晶材料に大部分の損傷が加わる狭いゾーンである。第３の層３２８は、比較的損傷を受けない。図４Ａと同様に、損傷を受けた第２の層３２６は、比較的損傷の少ない第１の層３２４及び第３の層３２８よりもエッチング速度が高速である。フッ化水素酸溶液は、図５（Ｂ）に示されるように、導波路３２０及び第１の層３２４を第３の層３２８から分離するため使用される。導波路３２０及び第１の層３２４は、図３のフローチャートにおける「薄い強誘電性酸化物の層」を置き換える。
【００３９】
図６は、本発明の別の実施例の光学偏向器の一部分の説明図である。図６は、図４と類似しているが、導電性基板１及び導電性エポキシ層１７が、非導電性粘着層４１４によって非導電性基板４１６に接着された金属層４１２に置き換えられている点で相違する。スルーホール４２０は基板４１６に製作され、粘着層４１４は、非貫通ビア（図示せず）が金属層４１２を電気パッド３（図示せず）に接続できるようにさせる。したがって、上部電極は、（図４Ｅの導電性基板１及び導電性エポキシ層１７ではなく）金属層４１２であり、金属層４１２は、スルーホール４２０内の非貫通ビア（図示せず）を用いて外部電圧源に接続される。
【００４０】
図１に示された装置構造体において、ブランケット電極（導電性基板１及び導電性エポキシ１７）は、偏向器４の上部に設けられ、パターニング処理された電極（１８−１及び１８−２）は、サポート基板１３に対向する下部に設けられている。他の実施例では、電極の位置は反対でもよく、即ち、パターニング処理された電極が装置の上部に構築され、ブランケット電極をサポート基板１３に対向する下部に設置しても構わない。この場合、製造プロセスのフローは、それに応じて変更される。
【００４１】
発明の詳細な説明の記載及び図面の記載は、限定的な意味ではなく、例示的な意味として考慮されるべきである。しかし、特許請求の範囲に記載された発明の精神及び範囲を逸脱すること無く、追加、除去、削除、並びに、その他の変形及び変更をなしえることは明らかであろう。
【００４２】
以上の説明に関して更に以下のような態様が考えられる。
【００４３】
（付記１） 基板を含む薄膜電気光学装置を製造する方法であって、
強誘電性酸化物材料のブロックから強誘電性酸化物層を分離する手順と、
該強誘電性酸化物層を硬いサポート構造体に付着させる手順と、
該強誘電性酸化物層を該基板に連結する手順と、
該硬いサポート層を該強誘電性酸化物層から切り離す手順と、
を有する方法。
【００４４】
（付記２） 該強誘電性酸化物層を該基板に連結する手順は、
該強誘電性酸化物層にクラッド層を堆積させる手順と、
導電性エポキシを用いて該クラッド層を該基板に接着する手順と、
を含む、
付記１記載の方法。
【００４５】
（付記３） 該基板は導電性材料を含む、付記１記載の方法。
【００４６】
（付記４） 該強誘電性酸化物層を該基板に連結する手順は、
該強誘電性酸化物層にクラッド層を堆積させる手順と、
該クラッド層に金属層を堆積させる手順と、
粘着剤を用いて該金属層を該基板に接着する手順と、
を含む、
付記１記載の方法。
【００４７】
（付記５） 該基板は非導電性である、付記４記載の方法。
【００４８】
（付記６） 該基板に非貫通ビアを製作する手順を更に有する付記４記載の方法。
【００４９】
（付記７） 該強誘電性酸化物層を該基板に連結する手順は、
該強誘電性酸化物層に第１のクラッド層を堆積させる手順と、
該基板に第２のクラッド層を堆積させる手順と、
該第１のクラッド層を該第２のクラッド層に接着する手順と、
を含む付記１記載の方法。
【００５０】
（付記８） 該強誘電性酸化物層を該基板に連結する手順は、
該強誘電性酸化物層にクラッド層を堆積させる手順と、
該強誘電性酸化物層を該基板に接着する手順と、
を含む付記１記載の方法。
【００５１】
（付記９） 該強誘電性酸化物層を硬いサポート構造体に付着させる手順は、粘着剤を使用する手順を含み、
該硬いサポート層を該強誘電性酸化物層から切り離す手順は、該粘着剤を溶解する手順を含む、
付記１記載の方法。
【００５２】
（付記１０） 該強誘電性酸化物層の厚さは１５μｍ未満である、付記１記載の方法。
【００５３】
（付記１１） 該強誘電性酸化物層の厚さは約５乃至１０μｍである、付記１記載の方法。
【００５４】
（付記１２） 該強誘電性酸化物材料は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）と、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）と、チタン酸バリウムと、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）と、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）とからなる群より選択された材料を含む、付記１記載の方法。
【００５５】
（付記１３） 強誘電性酸化物材料のブロックから強誘電性酸化物層を分離する手順は、結晶イオンスライシング法を用いて該ブロックから該強誘電性酸化物層を薄く切り取る手順を含む、付記１記載の方法。
【００５６】
（付記１４） 強誘電性酸化物材料のブロックから強誘電性酸化物層を分離する手順は、強誘電性酸化物材料のブロックへのヘリウムイオン注入法を用いてから該ブロックから該強誘電性酸化物層を薄く切り取る手順を含む、付記１記載の方法。
【００５７】
（付記１５） 強誘電性酸化物材料の薄く壊れ易いスライスを基板へ移す硬いサポート構造体であって、
平坦な表面を備えた固体材料の硬いブロックと、
強い粘着性のある上面、及び、弱い粘着性の下面を備えた粘着性膜と、
を有し、
該上面は該固体材料の該硬いブロックの該平坦な表面に接着され、
該下面は該強誘電性酸化物材料の薄く壊れ易いスライスに接着されている、
硬いサポート構造体。
【００５８】
（付記１６） 該固体材料の該硬いブロック及び該粘着性膜は、該強誘電性酸化物材料の薄く壊れ易いスライスが該基板に連結された後、該強誘電性酸化物材料の薄く壊れ易いスライスから除去される、付記１５記載の硬いサポート構造体。
【００５９】
（付記１７） 該強誘電性酸化物材料は二オブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を含む、付記１４記載の硬いサポート構造体。
【００６０】
（付記１８） 該固体材料の該硬いブロックはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を含む、付記１７記載の硬いサポート構造体。
【００６１】
（付記１９） 導電性基板及び導電性エポキシを含む第１の電極を有する薄膜電気光学装置を製造する方法であって、
該導電性エポキシを用いて、薄い強誘電性酸化物膜を含むプレーナ光導波路を該導電性基板に接着する手順と、
該プレーナ光導波路に第２の電極を堆積させる手順と、
該第２の電極をサポート基板に連結する手順と、
を有し、
該第１の電極と該第２の電極の間の電界は、該プレーナ光導波路の光信号を屈曲させる、
方法。
【００６２】
（付記２０） 該サポート基板にクラッド層を堆積させる手順を更に有し、該第２の電極をサポート基板に連結する手順は、該クラッド層を該第２の基板に接着する手順を含む、
付記１９記載の方法。
【００６３】
（付記２１） 該サポート基板にクラッド層を堆積させる手順を更に有し、該第２の電極をサポート基板に連結する手順は、温度圧力処理を用いて該クラッド層を該プレーナ光導波路に接着する手順を含む、
付記１９記載の方法。
【００６４】
（付記２２） 強誘電性酸化物材料の大きいブロックから該薄い強誘電性酸化物膜を取り除くため結晶イオンスライシング法を用いて該薄い強誘電性酸化物膜を製作する手順を更にする、付記１９記載の方法。
【００６５】
（付記２３） 分離した基板に第１のクラッド層を堆積させる手順と、
該第１のクラッド層に該薄い強誘電性酸化物膜を堆積させる手順と、
該薄い強誘電性酸化物膜に第２のクラッド層を堆積させる手順と、
ヘリウムイオン注入法を用いて該分離した基板を第１の部分及び第２の部分に薄く切り取る手順と、
を更に有し、
該プレーナ光導波路は、該第１の部分と、該第１のクラッド層と、該第２のクラッド層と、を更に含む、
付記１９記載の方法。
【００６６】
（付記２４） 該サポート基板に略貫通した孔を製作する手順と、
該第２の電極を導電性パッドへ電気的に接続するため、該略貫通した孔に非貫通ビアを形成する手順と、
を更に有する付記１９記載の方法。
【００６７】
（付記２５） 該サポート基板にスルーホールを製作する手順と、
該スルーホールに、該第２の電極へ接続されたビアを形成する手順と、
導電性パッドを該ビアに接着する手順と、
を更に有する付記１９記載の方法。
【００６８】
（付記２６） 薄い強誘電性酸化物膜を含むプレーナ光導波路と、
該プレーナ光導波路に連結された導電性基板を含む第１の電極と、
該プレーナ光導波路に連結された第２の電極と、
を有し、
該第１の電極と該第２の電極の間の電界は、該プレーナ光導波路の光信号を屈曲させる、
薄膜電気光学酸化物装置。
【００６９】
（付記２７） 該プレーナ光導波路はコアと上方クラッド層を含み、
該コアは該薄い強誘電性酸化物膜を含む、
付記２６記載の薄膜電気光学酸化物装置。
【００７０】
（付記２８） 該第１の電極は、導電性エポキシを用いて該上方クラッド層を該導電性基板に接着することにより該プレーナ光導波路に連結されている、付記２７記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００７１】
（付記２９） 該プレーナ光導波路は下方クラッド層を更に含み、
該第２の電極は該下方クラッド層に堆積させられている、
付記２７記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００７２】
（付記３０） 該第１の電極は導電性エポキシ層を更に含む、付記２６記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００７３】
（付記３１） 該第２の電極へ連結されたサポート基板を更に有する付記２６記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００７４】
（付記３２） 該サポート基板に堆積させられた第１のクラッド層を更に有し、
該サポート基板は、該第１のクラッド層を該第２の電極へ接着することにより該第２の電極へ連結されている、
付記３１記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００７５】
（付記３３） 該サポート基板に堆積させられた第１のクラッド層を更に有し、
該サポート基板は、該第１のクラッド層を該プレーナ光導波路へ接着することにより該第２の電極へ連結されている、
付記３１記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００７６】
（付記３４） 該プレーナ光導波路は、コアと第２のクラッド層を含み、
該コアは、該薄い強誘電性酸化物膜を含む、
付記３２記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００７７】
（付記３５） 該第２の電極は、導電性酸化物材料を含み、該コアに接着されている、付記３４記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００７８】
（付記３６） 該第１の電極は、導電性エポキシ層を含み、
該導電性エポキシ層は該クラッド層を該導電性基板へ接着する、
付記３４記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００７９】
（付記３７） 該プレーナ光導波路は、コアと、第２のクラッド層と、第３のクラッド層とを含み、
該コアは該薄い強誘電性酸化物膜を含む、
付記３２記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００８０】
（付記３８） 該第２の電極は、金属を含み、該第３のクラッド層へ接着されている、付記３７記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００８１】
（付記３９） 該第１の電極は導電性エポキシ層を更に含み、
該導電性エポキシ層は該第２のクラッド層を該導電性基板へ接着する、
付記３７記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００８２】
（付記４０） 該サポート基板は、該第２の電極と揃えられた孔を含む、付記３１記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００８３】
（付記４１） 該孔はビアを含み、
該第２の電極は該ビアへ電気的に接続されている、
付記４０記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００８４】
（付記４２） 該ビアへ電気的に接続された電気パッドを更に有する付記４１記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００８５】
（付記４３） 該薄い強誘電性酸化物膜の厚さは１００μｍ未満である、付記２６記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００８６】
（付記４４） 該薄い強誘電性酸化物膜の厚さは５０μｍ未満である、付記２６記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００８７】
（付記４５） 該薄い強誘電性酸化物膜の厚さは１５μｍ未満である、付記２６記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００８８】
（付記４６） 該薄い強誘電性酸化物膜の厚さは、約５乃至１０μｍである、付記２６記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００８９】
（付記４７） 該薄い強誘電性酸化物膜は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）と、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）と、チタン酸バリウムと、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）と、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）とからなる群より選択された材料を含む、付記２６記載の薄膜電気化学酸化物装置。
【００９０】
（付記４８） 厚さが約１５μｍよりも薄い電気光学膜を含むプレーナ光導波路と、
該プレーナ光導波路に連結された第１の電極と、
該プレーナ光導波路に連結され、該第１の電極との間の電位差が該プレーナ光導波路の光信号を屈曲させる第２の電極と、
を有する薄膜電気光学装置。
【００９１】
（付記４９） 厚さが約１５μｍよりも薄い強誘電性酸化物層を含むプレーナ光導波路と、
導電性基板及び導電性エポキシを含み、該導電性エポキシを用いて該プレーナ光導波路に付着された第１の電極と、
該プレーナ光導波路に連結され、該第１の電極との間の電界が該プレーナ光導波路の光信号を屈曲させる第２の電極と、
サポート基板と、
該第２の電極に付着され、該サポート基板に堆積させられたクラッド層と、
該サポート基板及び該クラッド層を貫通し、該第２の電極を外部電圧源へ接続する孔と、
を有する薄膜電気光学偏向装置。
【００９２】
（付記５０） 該クラッド層の部分及びレンズを含み、該プレーナ光導波路の第１端と光学的に揃えられ初期光導波路と、
クラッド層の別の部分を含み、該プレーナ光導波路の第２端と光学的に揃えられているエキスパンダ導波路と、
を更に有する、
付記４９記載の薄膜電気光学偏向装置。
【００９３】
（付記５１） 該薄い強誘電性酸化物層は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）と、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）と、チタン酸バリウムと、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）と、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）とからなる群より選択された材料を含む、付記４９記載の薄膜電気化学偏向装置。
【００９４】
（付記５２） 該薄い強誘電性酸化物層は、結晶イオンスライシング法を用いて強誘電性酸化物材料のブロックから薄く切り取られている、付記４９記載の薄膜電気化学偏向装置。
【００９５】
（付記５３） 光ファイバケーブルから単一モード光信号を受容する手段と、
強誘電性酸化物膜に該単一モード光信号を伝搬させる手段と、
該単一モード光信号が伝搬方向を変えるように該強誘電性酸化物膜に電界を発生させる手段と、
該単一モード光信号が方向を変えた後、該単一モード光信号を別の光モジュールへ渡す手段と、
を有する、電気化学偏向装置。
【００９６】
【発明の効果】
本発明によれば、薄く壊れ易い強誘電体酸化物膜を電気光学装置の製造に統合することにより、電気光学装置の寸法と電力消費を減少させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による薄膜ニオブ酸リチウム（ＬＮ）偏向装置の構造体の側面図である。
【図２】本発明の一実施例による薄膜ニオブ酸リチウム（ＬＮ）偏向装置の構造体の平面図である。
【図３】本発明の一実施例による薄膜電気光学装置製造方法のフローチャートである。
【図４Ａ】ニオブ酸リチウム（ＬＮ）ブロックのイオン注入の説明図である。
【図４Ｂ】ニオブ酸リチウム（ＬＮ）ブロックから剥離された薄いニオブ酸リチウム（ＬＮ）膜又は層の説明図である。
【図４Ｃ】本発明の一局面によるニオブ酸リチウム（ＬＮ）薄膜に付着されたサポート構造体の説明図である。
【図４Ｄ】本発明の別の局面による導電性基板にニオブ酸リチウム（ＬＮ）薄膜が付着されているサポート基板の説明図である。
【図４Ｅ】本発明の更なる局面によるサポート構造体が取り除かれた後に導電性基板に付着されたニオブ酸リチウム（ＬＮ）膜の説明図である。
【図４Ｆ】第１の導波路及びエキスパンダ導波路を有するサポート基板に付着された図４Ｅの構造体の説明図である。
【図４Ｇ】本発明の一実施例による完成した偏向器の説明図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の他の実施例によるイオン注入を使用して結晶基板から光導波路を分離する処理の説明図である。
【図６】本発明の別の実施例による光学偏向器の一部の説明図である。
【符号の説明】
１ シリコン基板
２ 配線
３ 接点パッド
４ 偏向装置
５ 導波路エキスパンダ
６，１０ 上方クラッド層
７，１１ コア
８，１２，２３ 下方クラッド層
９ 第１の導波路
１３ 支持基板
１４−１，１４−２ 金属層
１５−１，１５−２ エポキシ又は類似物質
１６−１，１６−２ 下部電極配線
１７ 導電性エポキシ層
１８−１，１８−２ 下部電極
１９ 上方クラッド層
２０ 薄いニオブ酸リチウム膜
２１ 光ファイバ
２２−１，２２−２ 電気パッド
３０ 光信号
３１ ２次元レンズ
Claims (10)
- 基板を含む薄膜電気光学装置を製造する方法であって、
強誘電性酸化物材料のブロックから強誘電性酸化物層を分離する手順と、
該強誘電性酸化物層を硬いサポート構造体に付着させる手順と、
該強誘電性酸化物層を該基板に連結する手順と、
該硬いサポート層を該強誘電性酸化物層から切り離す手順と、
を有する方法。 - 該強誘電性酸化物材料は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）と、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）と、チタン酸バリウムと、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）と、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）とからなる群より選択された材料を含む、請求項１記載の方法。
- 強誘電性酸化物材料の薄く壊れ易いスライスを基板へ移す硬いサポート構造体であって、
平坦な表面を備えた固体材料の硬いブロックと、
強い粘着性のある上面、及び、弱い粘着性の下面を備えた粘着性膜と、
を有し、
該上面は該固体材料の該硬いブロックの該平坦な表面に接着され、
該下面は該強誘電性酸化物材料の薄く壊れ易いスライスに接着されている、
硬いサポート構造体。 - 導電性基板及び導電性エポキシを含む第１の電極を有する薄膜電気光学装置を製造する方法であって、
該導電性エポキシを用いて、薄い強誘電性酸化物膜を含むプレーナ光導波路を該導電性基板に接着する手順と、
該プレーナ光導波路に第２の電極を堆積させる手順と、
該第２の電極をサポート基板に連結する手順と、
を有し、
該第１の電極と該第２の電極の間の電界は、該プレーナ光導波路の光信号を屈曲させる、
方法。 - 薄い強誘電性酸化物膜を含むプレーナ光導波路と、
該プレーナ光導波路に連結された導電性基板を含む第１の電極と、
該プレーナ光導波路に連結された第２の電極と、
を有し、
該第１の電極と該第２の電極の間の電界は、該プレーナ光導波路の光信号を屈曲させる、
薄膜電気光学酸化物装置。 - 該薄い強誘電性酸化物膜は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）と、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）と、チタン酸バリウムと、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）と、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）とからなる群より選択された材料を含む、請求項５記載の薄膜電気化学酸化物装置。
- 厚さが約１５μｍよりも薄い電気光学膜を含むプレーナ光導波路と、
該プレーナ光導波路に連結された第１の電極と、
該プレーナ光導波路に連結され、該第１の電極との間の電位差が該プレーナ光導波路の光信号を屈曲させる第２の電極と、
を有する薄膜電気光学装置。 - 厚さが約１５μｍよりも薄い強誘電性酸化物層を含むプレーナ光導波路と、
導電性基板及び導電性エポキシを含み、該導電性エポキシを用いて該プレーナ光導波路に付着された第１の電極と、
該プレーナ光導波路に連結され、該第１の電極との間の電界が該プレーナ光導波路の光信号を屈曲させる第２の電極と、
サポート基板と、
該第２の電極に付着され、該サポート基板に堆積させられたクラッド層と、
該サポート基板及び該クラッド層を貫通し、該第２の電極を外部電圧源へ接続する孔と、
を有する薄膜電気光学偏向装置。 - 該クラッド層の部分及びレンズを含み、該プレーナ光導波路の第１端と光学的に揃えられ初期光導波路と、
クラッド層の別の部分を含み、該プレーナ光導波路の第２端と光学的に揃えられているエキスパンダ導波路と、
を更に有する、
請求項８記載の薄膜電気光学偏向装置。 - 光ファイバケーブルから単一モード光信号を受容する手段と、
強誘電性酸化物膜に該単一モード光信号を伝搬させる手段と、
該単一モード光信号が伝搬方向を変えるように該強誘電性酸化物膜に電界を発生させる手段と、
該単一モード光信号が方向を変えた後、該単一モード光信号を別の光モジュールへ渡す手段と、
を有する、電気化学偏向装置。
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