JP2011158590A - Optical waveguide device and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical waveguide device and a method of manufacturing the optical waveguide device in which evanescent wave is used as monitoring light, and contamination materials are easily removed or recontamination is suppressed. <P>SOLUTION: The optical waveguide device includes a substrate 1 composed of a material having pyroelectricity or piezoelectricity and an optical waveguide 2 formed at a part of the substrate. The optical waveguide device further includes a light receiving element 3 which is disposed straddling the optical waveguide and a base 4 formed on the substrate for adjusting the distance between the light receiving element and the optical waveguide. The base is composed of a film body and at least a surface material facing the light receiving element is formed of any one of a photocatalytic material, an electric conductive material and a semiconductor material. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、光導波路デバイス及びその製造方法に関するものであり、特に、誘電体基板に高屈折率材料を熱拡散して形成される拡散導波路と、該拡散導波路の上方に配置され、該拡散導波路を伝搬する光波の一部を受光する受光素子とを有する光導波路デバイスに関するものである。   The present invention relates to an optical waveguide device and a method for manufacturing the same, and in particular, a diffusion waveguide formed by thermally diffusing a high refractive index material on a dielectric substrate, and disposed above the diffusion waveguide, The present invention relates to an optical waveguide device having a light receiving element that receives a part of a light wave propagating through a diffusion waveguide.

光導波路を有する光変調器などの光導波路デバイスでは、光導波路を伝搬する光波の一部をモニタするため、光導波路に近接して受光素子(Photo Detector,PD)を配置することが行われている。光導波路からモニタ光を取出す方法の一つとして、特許文献1に示すように、エバネセント波を利用する方法がある。   In an optical waveguide device such as an optical modulator having an optical waveguide, a light receiving element (Photo Detector, PD) is arranged close to the optical waveguide in order to monitor a part of the light wave propagating through the optical waveguide. Yes. As one method for taking out monitor light from an optical waveguide, there is a method using an evanescent wave as shown in Patent Document 1.

エバネセント波を利用するには、受光素子への光取出し効率は、光導波路と受光素子との構造が決まっていれば、受光素子の底面から光導波路までの間隔(ギャップ)sに依存する。このため、光導波路と受光素子との間隔を、エバネセント波として結合できる領域にまで接近させて配置することが必要であり、当該間隔の調整には高精度な組み立て技術が必要となる。一例として、エバネセント波は、導波路表面から離れるにつれて指数関数的に減衰し、電界振幅が導波路境界から1/eとなる浸み出し深さをdとすると、浸み出し深さdは、式(1)で表現される。式(1)のγは、さらに、式(2)で表現される。 In order to use the evanescent wave, the light extraction efficiency to the light receiving element depends on the distance (gap) s from the bottom surface of the light receiving element to the optical waveguide if the structure of the optical waveguide and the light receiving element is determined. For this reason, it is necessary to arrange the distance between the optical waveguide and the light receiving element close to a region that can be coupled as an evanescent wave, and adjustment of the distance requires a highly accurate assembly technique. As an example, if the evanescent wave attenuates exponentially as it moves away from the waveguide surface, and the penetration depth at which the electric field amplitude becomes 1 / e from the waveguide boundary is d, the penetration depth d is It is expressed by equation (1). Γ c in Expression (1) is further expressed by Expression (2).

Figure 2011158590
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Figure 2011158590
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式(2)の各文字、κ、N、nはそれぞれ真空中の波数、導波光の実効屈折率、クラッド屈折率である。ここで、波長1.55μm、N=2.2、n=1.5とすると、式(1)のdは、約0.16μmとなる。このため、モニタ光の受光感度の再現性を得るには、受光素子の光導波路からの距離sは、10nm程度の精度で合わせる必要がある。 Each character, kappa, N, n c is the wave number of the respectively determined in vacuum, the effective refractive index of guided light of formula (2), a cladding refractive index. Here, if the wavelength is 1.55 μm, N = 2.2, and n c = 1.5, d in Expression (1) is about 0.16 μm. For this reason, in order to obtain reproducibility of the light receiving sensitivity of the monitor light, the distance s from the optical waveguide of the light receiving element needs to be adjusted with an accuracy of about 10 nm.

モニタ光としてエバネセント波を利用した場合の実用性を評価するため、光導波路と受光素子との間隔を調整して、受光素子の感度及び受光素子が検出したON/OFF消光比を、図1に示す。モニタポート付きベクトル型変調器の試作には、ギャップ調整用の膜としてSiOを用いた。また、図1は、CバンドおよびLバンドにおける感度および消光比の波長依存性の特性評価例である。 In order to evaluate the practicality when an evanescent wave is used as monitor light, the distance between the optical waveguide and the light receiving element is adjusted, and the sensitivity of the light receiving element and the ON / OFF extinction ratio detected by the light receiving element are shown in FIG. Show. In the trial production of the vector type modulator with a monitor port, SiO 2 was used as a gap adjusting film. FIG. 1 is a characteristic evaluation example of wavelength dependency of sensitivity and extinction ratio in the C band and the L band.

図1を見ると、感度は5%以内の変動であり、ほとんど波長依存性が見られない。また、ON/OFF消光比は20dBを超えており良好である。例えば、光変調器などの変調電極に印加するバイアス電圧をモニタし制御するために必要な信号の感度(モニタPD出力信号[A]/信号光強度[W])が得られている。また、信号光とモニタ光は同相で位相差がなく、正確なバイアスモニタが可能であり、実用性が高い構成であることが容易に理解される。   As shown in FIG. 1, the sensitivity varies within 5%, and almost no wavelength dependency is observed. Also, the ON / OFF extinction ratio exceeds 20 dB, which is good. For example, signal sensitivity (monitor PD output signal [A] / signal light intensity [W]) necessary for monitoring and controlling the bias voltage applied to a modulation electrode such as an optical modulator is obtained. Further, it is easily understood that the signal light and the monitor light have the same phase and no phase difference, can be accurately monitored for bias, and have a high practicality.

ところで、特許文献1では、光導波路と受光素子との間隔を高精度に調整するため、光導波路を形成する際に利用する高屈折率材料を、光導波路が形成された基板上に受光素子を支持するための台座の一部に使用することを提案している。   By the way, in Patent Document 1, in order to adjust the distance between the optical waveguide and the light receiving element with high accuracy, a high refractive index material used when forming the optical waveguide is used, and the light receiving element is disposed on the substrate on which the optical waveguide is formed. It is proposed to be used as part of the pedestal for support.

ところで、光導波路と受光素子チップとの間に、ゴミや付着物などの汚染物質があると接着時の間隔(ギャップ)の再現が悪化し、特性(モニタ信号取出効率)の再現性が得られない。例えば、数100nm微小なゴミや付着物などあると、モニタ信号が全く得られなくなるなど、致命的な問題となる。   By the way, if there is a contaminant such as dust or deposit between the optical waveguide and the light receiving element chip, the reproduction of the gap (gap) at the time of adhesion deteriorates, and the reproducibility of the characteristics (monitor signal extraction efficiency) is obtained. Absent. For example, if there are dust or deposits of a few hundred nanometers, it becomes a fatal problem that a monitor signal cannot be obtained at all.

このため、受光素子チップを接着する際に、光導波路と受光素子チップとの間のゴミや付着物など汚染物質の除去を行っている。汚染物質の除去方法としては、導波路基板のスクラブ洗浄、超音波洗浄、紫外線アッシング、大気圧プラズマ洗浄、イオナイザーブローなどが有効である。しかしながら、光導波路デバイスの基板としてLiNbOなどの焦電性や圧電性を有する材料を用いた場合には、洗浄後の温度変化や外部からの圧力によって生じた静電気により、容易にゴミを引き付け易く、洗浄後に再び汚染されるといった問題があり、光導波路デバイスの製造上の歩留まり大きく低下する原因となっていた。 For this reason, when adhering the light receiving element chip, contaminants such as dust and adhering matter between the optical waveguide and the light receiving element chip are removed. Effective methods for removing contaminants include scrub cleaning of the waveguide substrate, ultrasonic cleaning, ultraviolet ashing, atmospheric pressure plasma cleaning, and ionizer blow. However, when a pyroelectric or piezoelectric material such as LiNbO 3 is used as the substrate of the optical waveguide device, it is easy to attract dust due to temperature changes after washing and static electricity generated by external pressure. There is a problem that the product is contaminated again after cleaning, which causes a significant decrease in the yield in manufacturing the optical waveguide device.

特願2009−69094号(2009年3月19日出願)Japanese Patent Application No. 2009-69094 (filed on Mar. 19, 2009)

本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、モニタ光としてエバネセント波を利用する光導波路デバイス及びその製造方法において、汚染物質の除去が容易であり、あるいは、再汚染を抑制することが可能な光導波路デバイス及びその製造方法を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to solve the above-mentioned problems, and in the optical waveguide device using the evanescent wave as the monitor light and the method for manufacturing the same, it is easy to remove the contaminants or to re-contaminate. An optical waveguide device capable of being suppressed and a manufacturing method thereof are provided.

上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、焦電性又は圧電性を有する材料で構成された基板と、該基板の一部形成された光導波路とを有する光導波路デバイスにおいて、該光導波路を跨ぐように配置される受光素子と、該受光素子と該光導波路との距離を調整するために、該基板上に形成された台座とを備え、該台座は、膜体で構成され、少なくとも該受光素子に面した表面材料が、光触媒物質、導電性物質又は半導体物質のいずれかで形成されていることを特徴とする。   In order to solve the above problems, an invention according to claim 1 is an optical waveguide device comprising a substrate made of a material having pyroelectricity or piezoelectricity, and an optical waveguide partially formed on the substrate. A light receiving element disposed across the optical waveguide; and a pedestal formed on the substrate for adjusting a distance between the light receiving element and the optical waveguide. The pedestal is formed of a film body. The surface material facing at least the light receiving element is formed of any one of a photocatalytic substance, a conductive substance, and a semiconductor substance.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載の光導波路デバイスにおいて、該受光素子と該基板とは、該受光素子を構成する材料の屈折率よりも低い屈折率を有する接着剤で接合されていることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the optical waveguide device according to the first aspect, the light receiving element and the substrate are bonded with an adhesive having a refractive index lower than that of a material constituting the light receiving element. It is characterized by.

請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載の光導波路デバイスにおいて、該台座は、該台座を構成する材料が屈折率が2.3以下の透明な材料であり、該光導波路を覆うように配置されることを特徴とする。   The invention according to claim 3 is the optical waveguide device according to claim 1 or 2, wherein the pedestal is a transparent material having a refractive index of 2.3 or less, and the pedestal is made of a transparent material. It arrange | positions so that it may cover.

請求項4に係る発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の光導波路デバイスにおいて、該台座は、隙間を有する島状パターンを有していることを特徴とする。   The invention according to claim 4 is the optical waveguide device according to any one of claims 1 to 3, wherein the pedestal has an island-like pattern having a gap.

請求項5に係る発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の光導波路デバイスにおいて、該表面材料は、TiO又はITOの少なくともいずれかを用いることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the optical waveguide device according to any one of the first to fourth aspects, the surface material uses at least one of TiO 2 and ITO.

請求項6に係る発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の光導波路デバイスの製造方法において、該基板上に該受光素子を実装する前に、該台座の表面に、光洗浄、イオナイザブローのいずれかを実施することを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an optical waveguide device according to any one of the first to fifth aspects, before the light receiving element is mounted on the substrate, the surface of the pedestal is subjected to optical cleaning and ionizer. One of the blows is performed.

請求項1に係る発明により、焦電性又は圧電性を有する材料で構成された基板と、該基板の一部形成された光導波路とを有する光導波路デバイスにおいて、該光導波路を跨ぐように配置される受光素子と、該受光素子と該光導波路との距離を調整するために、該基板上に形成された台座とを備え、該台座は、膜体で構成され、少なくとも該受光素子に面した表面材料が、光触媒物質、導電性物質又は半導体物質のいずれかで形成されているため、汚染物質の除去を容易に行うことが可能となる。具体的には、光触媒物質の光触媒効果により、受光素子を接着する前に光を照射することで、光洗浄を実施することができる。また、導電性物質や半導体物質により、静電気による汚染物質の付着力を弱め、イオナイザブローなどにより容易に付着した汚染物質を除去することが可能となる。また、導電性物質や半導体物質の場合には、表面の帯電を抑制でき、汚染物質の再付着も抑制できる。   According to the first aspect of the present invention, in an optical waveguide device having a substrate made of a pyroelectric or piezoelectric material and an optical waveguide partially formed on the substrate, the optical waveguide device is disposed so as to straddle the optical waveguide. And a pedestal formed on the substrate in order to adjust the distance between the light receiving element and the optical waveguide, the pedestal is formed of a film body, and at least faces the light receiving element. Since the surface material is formed of any one of the photocatalytic substance, the conductive substance, and the semiconductor substance, it is possible to easily remove the contaminant. Specifically, due to the photocatalytic effect of the photocatalytic substance, light cleaning can be performed by irradiating light before bonding the light receiving element. In addition, the adhesion of contaminants due to static electricity is weakened by a conductive substance or a semiconductor substance, and the adhered contaminants can be easily removed by ionizer blow or the like. In the case of a conductive material or a semiconductor material, surface charging can be suppressed and reattachment of contaminants can also be suppressed.

請求項2に係る発明により、受光素子と基板とは、該受光素子を構成する材料の屈折率よりも低い屈折率を有する接着剤で接合されているため、エバネセント波を効率良く受光素子に導入することが可能となる。   According to the invention of claim 2, since the light receiving element and the substrate are joined with an adhesive having a refractive index lower than the refractive index of the material constituting the light receiving element, the evanescent wave is efficiently introduced into the light receiving element. It becomes possible to do.

請求項3に係る発明により、台座は、該台座を構成する材料が屈折率が2.3以下の透明な材料であり、該光導波路を覆うように配置されるため、光導波路に対する台座の配置が容易であり、台座による光損失の発生も抑制することが可能となる。   According to the invention of claim 3, since the pedestal is made of a transparent material having a refractive index of 2.3 or less, and is arranged so as to cover the optical waveguide, the arrangement of the pedestal with respect to the optical waveguide Therefore, it is possible to suppress the occurrence of light loss due to the pedestal.

請求項4に係る発明により、台座は、隙間を有する島状パターンを有しているため、接着剤を使用した際に、基板と受光素子との間から当該隙間を介して、容易に接着剤が流出又は流入でき、接着剤の厚みムラを抑制することができ、基板に形成された光導波路と受光素子との間隔を適正に調整することが可能となる。   According to the invention of claim 4, since the pedestal has an island-like pattern having a gap, when the adhesive is used, the adhesive can be easily passed through the gap from between the substrate and the light receiving element. Can flow out or flow in, can suppress uneven thickness of the adhesive, and can appropriately adjust the distance between the optical waveguide formed on the substrate and the light receiving element.

請求項5に係る発明により、台座の表面材料は、TiO又はITOの少なくともいずれかを用いるため、汚染物質の除去効果が高く、また、汚染物質の再付着を抑制でき、製造歩留まりの高い光導波路デバイスを提供することが可能となる。 According to the invention of claim 5, since the surface material of the pedestal uses at least one of TiO 2 and ITO, the removal effect of the pollutant is high, the reattachment of the pollutant can be suppressed, and the light with a high manufacturing yield. A waveguide device can be provided.

請求項6に係る発明により、基板上に該受光素子を実装する前に、該台座の表面に、光洗浄、イオナイザブローのいずれかを実施するため、台座の構成と相まって、汚染物質の除去効率をより高くすることができ、製造歩留まりの高い光導波路デバイスを提供することができる。   According to the invention of claim 6, before mounting the light receiving element on the substrate, the surface of the pedestal is subjected to either optical cleaning or ionizer blow. Therefore, an optical waveguide device with a high manufacturing yield can be provided.

エバネセント波をモニタ光とした場合の受光素子の感度及び消光比の波長依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the wavelength dependence of the sensitivity and extinction ratio of a light receiving element when an evanescent wave is used as monitor light. 本発明の光導波路デバイスを示す概略図であり、光伝搬方向に平行な方向の断面図である。It is the schematic which shows the optical waveguide device of this invention, and is sectional drawing of a direction parallel to a light propagation direction. 本発明の光導波路デバイスの第1の実施例であり、図2における矢印A−Aにおける断面図を示す図である。It is a 1st Example of the optical waveguide device of this invention, and is a figure which shows sectional drawing in the arrow AA in FIG. 本発明の光導波路デバイスの第2の実施例であり、図2における矢印A−Aにおける断面図を示す図である。It is a 2nd Example of the optical waveguide device of this invention, and is a figure which shows sectional drawing in the arrow AA in FIG. 本発明の光導波路デバイスにおける台座の応用例を示す図である。It is a figure which shows the example of application of the base in the optical waveguide device of this invention. 本発明の光導波路デバイスにおける台座の構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of the base in the optical waveguide device of this invention. 本発明の光導波路デバイスにおける台座の構造の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the structure of the base in the optical waveguide device of this invention.

以下、本発明の光導波路デバイスについて、好適例を用いて詳細に説明する。図2は、本発明の光導波路デバイスを示す概略図であり、光伝搬方向に平行方向の断面図である。図3又は図4は、図1の矢印A−Aにおける断面図であり、図3は本発明の第1の実施例、図4は本発明の第2の実施例を示す。   Hereinafter, the optical waveguide device of the present invention will be described in detail using preferred examples. FIG. 2 is a schematic view showing the optical waveguide device of the present invention, and is a cross-sectional view parallel to the light propagation direction. 3 or 4 is a cross-sectional view taken along arrow AA in FIG. 1, FIG. 3 shows a first embodiment of the present invention, and FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention.

本発明は、図2に示すように、焦電性又は圧電性を有する材料で構成された基板1と、該基板の一部形成された光導波路2とを有する光導波路デバイスにおいて、該光導波路2を跨ぐように配置される受光素子3と、該受光素子3と該光導波路2との距離を調整するために、該基板上に形成された台座4とを備え、該台座4は、膜体で構成され、少なくとも該受光素子に面した表面材料が、光触媒物質、導電性物質又は半導体物質のいずれかで形成されていることを特徴とする。   As shown in FIG. 2, the present invention relates to an optical waveguide device having a substrate 1 made of a pyroelectric or piezoelectric material and an optical waveguide 2 partially formed on the substrate. 2 and a pedestal 4 formed on the substrate for adjusting the distance between the light receiving element 3 and the optical waveguide 2, the pedestal 4 being a film And at least a surface material facing the light receiving element is formed of any one of a photocatalytic substance, a conductive substance, and a semiconductor substance.

本発明における「少なくとも受光素子に面した表面材料」とは、台座全体が一つの材料で形成されている場合は当該台座の構成材料を意味し、台座が図6又は7のように複数の膜体で構成されている場合には、受光素子に対向する台座部分を構成する材料を意味する。   In the present invention, “at least the surface material facing the light receiving element” means a constituent material of the pedestal when the entire pedestal is formed of one material, and the pedestal has a plurality of films as shown in FIG. In the case of being composed of a body, it means a material constituting the pedestal portion facing the light receiving element.

焦電性又は圧電性を有する材料で構成された基板1としては、特に、LiNbO,LiTaO又はPLZTのいずれかの単結晶が好適に利用可能である。これらの材料は、光変調器など電気光学デバイスの基板として利用され、これらのデバイスには基板上に光導波路も形成されるため、光導波路を伝搬する光波をモニタする手段として、本発明が効果的に適用することが可能である。焦電性又は圧電性を有する材料で構成された基板を用いた場合には、本発明の課題である汚染物質の除去や汚染物質の再付着防止が求められるため、モニタ手段である受光素子を基板に設置する際の汚染物質対策が、特に、重要となっている。 As the substrate 1 made of a material having pyroelectricity or piezoelectricity, a single crystal of LiNbO 3 , LiTaO 3 or PLZT can be suitably used. These materials are used as substrates for electro-optic devices such as optical modulators, and since optical waveguides are also formed on these devices, the present invention is effective as a means for monitoring light waves propagating through the optical waveguides. It is possible to apply it. When a substrate made of a material having pyroelectricity or piezoelectricity is used, it is required to remove contaminants and prevent reattachment of contaminants, which is the subject of the present invention. Contaminant measures when installing on a substrate are particularly important.

基板に形成する光導波路は、LiNbO基板(LN基板)上にチタン(Ti)などの高屈折率物質を熱拡散することにより形成される。また、光導波路となる部分の両側に溝を形成したリブ型光導波路や光導波路部分を凸状としたリッジ型導波路も利用可能である。本発明の光導波路デバイスでは、受光素子を支持する台座を基板上に形成するため、Tiなどの熱拡散やリブ型光導波路がより好適に利用可能である。 The optical waveguide formed on the substrate is formed by thermally diffusing a high refractive index material such as titanium (Ti) on a LiNbO 3 substrate (LN substrate). Further, a rib-type optical waveguide in which grooves are formed on both sides of a portion that becomes an optical waveguide and a ridge-type waveguide in which the optical waveguide portion is convex can be used. In the optical waveguide device of the present invention, since a pedestal for supporting the light receiving element is formed on the substrate, thermal diffusion of Ti or the like or a rib-type optical waveguide can be more suitably used.

受光素子の横幅(図3の符号3の部分の横幅)は、100μm〜3mm程度であり、台座部分の大きさも、受光素子の横幅の約半分から数倍程度の範囲で形成される。基板上に形成する台座部分は、光触媒物質、導電性物質又は半導体物質のいずれかのみで形成することができる。また、台座部分は、単一の膜体で構成しても、複数の膜体で構成しても良い。重要なのは、受光素子に対向する台座部分には、必ず、光触媒物質、導電性物質又は半導体物質のいずれかで表面を被覆することである。したがって、台座部分にSiO膜を形成し、又は、特許文献1に示すようにTi熱拡散で台座を形成し、その後にこれら台座部分の表面を、光触媒物質、導電性物質又は半導体物質のいずれかで被覆することも可能である。 The width of the light receiving element (the width of the portion denoted by reference numeral 3 in FIG. 3) is about 100 μm to 3 mm, and the size of the pedestal portion is also formed in a range of about half to several times the width of the light receiving element. The pedestal portion formed on the substrate can be formed of only one of a photocatalytic material, a conductive material, and a semiconductor material. The pedestal portion may be composed of a single film body or a plurality of film bodies. What is important is to always coat the surface of the pedestal portion facing the light receiving element with either a photocatalytic substance, a conductive substance or a semiconductor substance. Therefore, an SiO 2 film is formed on the pedestal part, or a pedestal is formed by Ti thermal diffusion as shown in Patent Document 1, and then the surface of these pedestal parts is either a photocatalytic substance, a conductive substance or a semiconductor substance. It is also possible to cover with.

より具体的には、図3のように台座4を上述した光触媒物質等の一つの材料による膜体で形成する構造や、図6のように台座を複数の膜体(42,43)で構成し、受光素子3に面した表面材料42のみを光触媒物質等で形成する構造や、さらには、図7に示すように、受光素子3に対向する台座部分44のみを光触媒物質等で形成する構造などが採用可能である。図6や図7では、膜体43,45としては、光触媒物質等に限らず、SiO膜なども利用が可能である。特に、図7のように、台座の表面部分において、導電性物質又は半導体物質で構成する部分44とSiO膜などの絶縁性物質で構成する部分45とを混在させることで、汚染物質を積極的に符号45の表面部分に集め、受光素子に対向する部分44からは、汚染物質を引き離すよう構成することも可能である。 More specifically, a structure in which the pedestal 4 is formed by a film body made of one material such as the photocatalytic substance described above as shown in FIG. 3, or a pedestal is constituted by a plurality of film bodies (42, 43) as shown in FIG. In addition, a structure in which only the surface material 42 facing the light receiving element 3 is formed of a photocatalytic substance or the like, and further, as shown in FIG. 7, only a base portion 44 facing the light receiving element 3 is formed of a photocatalytic substance or the like. Etc. can be adopted. In FIGS. 6 and 7, the film bodies 43 and 45 are not limited to the photocatalytic substance, and an SiO 2 film or the like can be used. In particular, as shown in FIG. 7, in the surface portion of the pedestal, contamination 44 is made active by mixing a portion 44 made of a conductive material or a semiconductor material and a portion 45 made of an insulating material such as a SiO 2 film. In particular, it is also possible to configure so as to separate contaminants from the portion 44 that is collected on the surface portion 45 and faces the light receiving element.

台座部分の表面を光触媒物質で覆う場合には、光触媒上やその近傍に付着した汚染物質の分解、除去が光照射(光洗浄)によって可能であり、受光素子と光導波路を形成した基板との間の間隔を、数10nmオーダーで高精度に、再現性良く調整することが可能となる。   When the surface of the pedestal part is covered with a photocatalytic substance, the contaminants adhering to or near the photocatalyst can be decomposed and removed by light irradiation (light cleaning), and the light receiving element and the substrate on which the optical waveguide is formed It is possible to adjust the interval between them with high accuracy and reproducibility on the order of several tens of nm.

また、台座部分の表面に導電性物質や半導体物質を用いた場合には、光導波路を形成した基板に発生する焦電気、圧電気による静電気で引きつけられた汚染物質などは、主に台座部分に付着する。これは、焦電、圧電による電位は、台座を形成した部分も、形成していない部分もほぼ同じであるが、台座部分は、高絶縁体である基板より電荷移動が容易であり、基板付近を浮遊する汚染物質を引きつけやすくなるためである。導電性物質や半導体物質からなる台座部分に付着した汚染物質は、絶縁部に付着した汚染物質に比べて、イオナイザーブローガン処理で除去しやすく、受光素子と光導波路を形成した基板との間の間隔を、数10nmオーダーで高精度に、再現性良く調整することが可能となる。   In addition, when a conductive material or semiconductor material is used on the surface of the pedestal part, contaminants that are attracted by static electricity due to pyroelectricity or piezoelectricity generated on the substrate on which the optical waveguide is formed are mainly on the pedestal part. Adhere to. This is because the electric potential due to pyroelectricity and piezoelectricity is almost the same for the part where the pedestal is formed and the part where the pedestal is not formed. This is because it becomes easier to attract pollutants that float. Contaminant adhering to the pedestal made of conductive material or semiconductor material is easier to remove by ionizer blow gun treatment than the contaminant adhering to the insulating part, and the distance between the light receiving element and the substrate on which the optical waveguide is formed Can be adjusted with high accuracy and reproducibility on the order of several tens of nanometers.

TiO、ITOなどは、光触媒機能と半導体機能を兼ね備えており、本発明に利用される台座部分の表面材料として特に適している。これらの物質を用いれば、汚染物質は優先的に台座部分に補足され、イオナイザーブローガン等で除去し易いだけではなく、光洗浄による分解除去の効果も期待できる。 TiO 2 , ITO, etc. have both a photocatalytic function and a semiconductor function, and are particularly suitable as the surface material of the pedestal portion used in the present invention. If these substances are used, the contaminants are preferentially captured by the pedestal portion, and not only are they easily removed with an ionizer blow gun or the like, but also an effect of decomposition and removal by light washing can be expected.

台座部分の膜体の形成は、光触媒物質、導電性物質、半導体物質のいずれの材料を用いた場合においても、一般的な半導体製造プロセスによって形成することができる。例えば、LN基板に光導波路を形成した後、スパッタリング法や蒸着法などを利用して、所定の膜厚の膜体材料をLN基板表面に形成する(薄膜形成工程)。また、台座の形成には、リフトオフ法やドライエッチング法を利用して、パターン形成を行うことができる。例えば、フォトレジストをもちいたリフトオフ法を用い、後述する各種パターンの台座を形成することができる。   The film portion of the pedestal portion can be formed by a general semiconductor manufacturing process when any material of a photocatalytic substance, a conductive substance, and a semiconductor substance is used. For example, after an optical waveguide is formed on an LN substrate, a film material having a predetermined thickness is formed on the surface of the LN substrate using a sputtering method, a vapor deposition method, or the like (thin film forming step). The pedestal can be formed using a lift-off method or a dry etching method. For example, a pedestal having various patterns to be described later can be formed by using a lift-off method using a photoresist.

受光素子3と基板1とは、該受光素子3を構成する材料の屈折率(n=3.5程度)よりも低い屈折率を有する接着剤5を利用している。接着剤としては、特に限定されないが、例えば、熱硬化性接着剤など有機系接着剤が好適に利用される。このような低屈折率の接着剤を使用しているため、接着剤層に入射したエバネセント波を、効率良く受光素子3に導入することが可能となる。   The light receiving element 3 and the substrate 1 use an adhesive 5 having a refractive index lower than the refractive index (n = 3.5) of the material constituting the light receiving element 3. Although it does not specifically limit as an adhesive agent, For example, organic adhesives, such as a thermosetting adhesive, are utilized suitably. Since such a low refractive index adhesive is used, the evanescent wave incident on the adhesive layer can be efficiently introduced into the light receiving element 3.

次に、図2の矢印A−Aにおける断面図について説明する。本発明の光導波路デバイスに係る第1の実施例では、図3に示すように、光導波路2を挟み、かつ、光導波路2と接触しないように、台座部分4が配置されている。なお、符号31は、受光素子の受光部を示す。   Next, a cross-sectional view taken along arrow AA in FIG. 2 will be described. In the first embodiment of the optical waveguide device of the present invention, as shown in FIG. 3, the pedestal portion 4 is arranged so as to sandwich the optical waveguide 2 and not to contact the optical waveguide 2. Reference numeral 31 denotes a light receiving portion of the light receiving element.

導電性物質として金属膜(屈折率n>10)や半導体膜(n=3.5程度)を用いる場合、光導波路に接触してこのよう膜体を配置すると、光導波路を伝搬する光を吸収減衰させたり、光屈折装荷膜として導波路構造が変化するなどして光の損失を生じさせることとなる。その光の損失量は、光導波路上に設置する膜体の長さとともに指数関数的に増加する。したがって、金属膜や半導体膜を用いる場合には、図3の構造のように光導波路の上部には設置しないことが望ましい。当然、実用デバイスとして許容される程度の光損失の範囲内で、光導波路上に金属膜や半導体膜の台座を形成することは可能である。   When a metal film (refractive index n> 10) or a semiconductor film (n = 3.5) is used as the conductive material, when such a film body is disposed in contact with the optical waveguide, light propagating through the optical waveguide is absorbed. Light loss is caused by attenuation or by changing the waveguide structure as a photorefractive loading film. The amount of light loss increases exponentially with the length of the film body placed on the optical waveguide. Therefore, when a metal film or a semiconductor film is used, it is desirable not to install it on the optical waveguide as in the structure of FIG. Of course, it is possible to form a pedestal of a metal film or a semiconductor film on the optical waveguide within a range of light loss tolerable as a practical device.

図5は、台座の形状の応用例を示す。台座は、隙間を有する島状パターン42を有しているため、接着剤を使用した際に、基板1と受光素子3との間から当該隙間を介して、容易に接着剤が流出又は流入でき、接着剤の厚みムラを抑制することができ、基板に形成された光導波路と受光素子との間隔を適正に調整することが可能となる。島状パターンは、受光素子3を座りよく設置できる構造であればよく、図5のような長方形のアレー配列に縛られない。   FIG. 5 shows an application example of the shape of the pedestal. Since the pedestal has an island pattern 42 having a gap, when the adhesive is used, the adhesive can easily flow out or inflow from between the substrate 1 and the light receiving element 3 through the gap. The thickness unevenness of the adhesive can be suppressed, and the distance between the optical waveguide formed on the substrate and the light receiving element can be adjusted appropriately. The island pattern is not limited to the rectangular array arrangement as shown in FIG.

次に、図4に示す第2の実施例について説明する。図4は、光導波路2を覆うように台座4を形成している。例えば、連続した一つの膜体で構成しても良いし、図5で示した島状パターンを変形して、各島部分が光導波路を覆うように構成することも可能である。ただし、このような台座の配置を行うためには、上述した光損失を抑制する必要があるため、光導波路を伝搬する光の波長において、吸収損失が少なく透明であり、屈折率が基板と同程度かそれ以下の材質(n<2.3)であることが好ましい。このような膜体としては、基板がLN基板の場合には、TiOやITOなどの材料は、好適に利用可能である。 Next, the second embodiment shown in FIG. 4 will be described. In FIG. 4, a pedestal 4 is formed so as to cover the optical waveguide 2. For example, it may be configured by a single continuous film body, or the island pattern shown in FIG. 5 may be modified so that each island portion covers the optical waveguide. However, in order to arrange such a pedestal, it is necessary to suppress the above-described optical loss. Therefore, the wavelength of light propagating through the optical waveguide is transparent with little absorption loss and the same refractive index as that of the substrate. It is preferable that the material is about or less (n <2.3). As such a film body, when the substrate is an LN substrate, a material such as TiO 2 or ITO can be suitably used.

図2乃至図4を用いて、本発明の光導波路デバイスの動作を説明する。光導波路2を伝搬する光波Lは、光導波路2と受光素子3との間隔が適切に設定されている場合には、エバネセント波Eを受光素子側に取り込むことが可能となり、該エバネセント波Eが、図3の接着剤層5のみや、図4の台座4及び接着剤層5を通過して、受光素子3の受光部31に入射する。   The operation of the optical waveguide device of the present invention will be described with reference to FIGS. When the distance between the optical waveguide 2 and the light receiving element 3 is set appropriately, the light wave L propagating through the optical waveguide 2 can take in the evanescent wave E to the light receiving element side. 3 passes through only the adhesive layer 5 in FIG. 3 or the pedestal 4 and the adhesive layer 5 in FIG. 4 and enters the light receiving portion 31 of the light receiving element 3.

本発明の光導波路デバイスに関する製造方法としては、汚染物質の除去効果や再付着防止効果を効率良く発揮させるため、光導波路デバイスの製造方法において、台座を形成した基板上に受光素子を実装する前に、該台座の表面に、光洗浄、イオナイザブローのいずれかを実施することが好ましい。台座の構成と相まって、汚染物質の除去効率をより高くすることができ、製造歩留まりの高い光導波路デバイスを提供することができる。   As a manufacturing method related to the optical waveguide device of the present invention, in order to efficiently exhibit the effect of removing contaminants and the effect of preventing reattachment, in the optical waveguide device manufacturing method, before mounting the light receiving element on the substrate on which the pedestal is formed. In addition, it is preferable to perform either optical cleaning or ionizer blow on the surface of the pedestal. Combined with the structure of the pedestal, the removal efficiency of contaminants can be increased, and an optical waveguide device with a high manufacturing yield can be provided.

本発明の説明に際しては、説明の簡単化のため、光導波路パターンとして直線導波路を最小にしているが、当然、他のパターンの光導波路とすることもできる。例えば、光導波路をマッハツェンダー型にすることで、本発明を光強度変調器などの光導波路デバイスに適用することができる。また、光導波路上への受光素子の実装によるモニタ方法は、DQPSK、DP−QPSKや16QAM変調器など、複雑な導波路構造を有する集積型光変調器に利用可能であり、特に、各マッハツェンダー型導波路部分(MZI)のバイアス状態を個別にモニタする場合などに、利用できる。   In the description of the present invention, for simplicity of explanation, the straight waveguide is minimized as the optical waveguide pattern, but naturally, an optical waveguide having another pattern may be used. For example, by making the optical waveguide a Mach-Zehnder type, the present invention can be applied to an optical waveguide device such as a light intensity modulator. Further, the monitoring method by mounting the light receiving element on the optical waveguide can be used for an integrated optical modulator having a complicated waveguide structure such as DQPSK, DP-QPSK, or 16QAM modulator. This can be used when individually monitoring the bias state of the type waveguide portion (MZI).

本発明の光導波路デバイスの製造方法における特性再現性の改善、あるいは、生産歩留りの改善を調べるため、以下の条件で製造試験を行った。
LN基板上に、Ti熱拡散による光導波路を形成した後、図5に示す島状パターンの台座を、表1に示す組成材料、成膜方法を形成した。膜厚は共に、110nmとした。
In order to investigate improvement in characteristic reproducibility or improvement in production yield in the method for manufacturing an optical waveguide device of the present invention, a manufacturing test was performed under the following conditions.
After forming the optical waveguide by Ti thermal diffusion on the LN substrate, the island-shaped pattern pedestal shown in FIG. Both film thicknesses were 110 nm.

Figure 2011158590
Figure 2011158590

台座を形成した基板について、次の3つの洗浄を行い、接着剤(屈折率n=1.56)を用いて基板と受光素子を貼り付けて、光導波路デバイスを完成させた。
(1)大気圧プラズマアッシャー
(2)イオナイザブロー 10秒
(3)UV光洗浄(UV 100mw/cm 60秒)
The substrate on which the pedestal was formed was cleaned in the following three ways, and the substrate and the light receiving element were attached using an adhesive (refractive index n = 1.56) to complete the optical waveguide device.
(1) Atmospheric pressure plasma asher (2) Ionizer blow 10 seconds (3) UV light cleaning (UV 100 mw / cm 60 seconds)

完成した光導波路デバイスの光導波路に試験光を導波させ、受光素子が試験光のエバネセント波を適切に検出できるかどうかで、良品・不良品を判断した。判断結果を表1に示す。表1の結果より、SiO膜を利用した場合と比較し、本発明のITO膜の方が、製造上の歩留まりが格段に改善していることが、容易に理解できる。 The test light was guided through the optical waveguide of the completed optical waveguide device, and a non-defective product or a defective product was judged based on whether or not the light-receiving element could properly detect the evanescent wave of the test light. The determination results are shown in Table 1. From the results in Table 1, it can be easily understood that the production yield of the ITO film of the present invention is remarkably improved as compared with the case of using the SiO 2 film.

以上説明したように、本発明によれば、モニタ光としてエバネセント波を利用する光導波路デバイス及びその製造方法において、汚染物質の除去が容易であり、あるいは、再汚染を抑制することが可能な光導波路デバイス及びその製造方法を提供することが可能となる。   As described above, according to the present invention, in an optical waveguide device that uses an evanescent wave as monitor light and a method for manufacturing the same, it is easy to remove contaminants or to suppress recontamination. It becomes possible to provide a waveguide device and a manufacturing method thereof.

1 基板
2 光導波路
3 受光素子(チップ)
4,41〜45 台座
5 接着剤
31 受光素子の受光部
1 Substrate 2 Optical waveguide 3 Light receiving element (chip)
4, 41 to 45 Base 5 Adhesive 31 Light receiving portion of light receiving element

Claims (6)

焦電性又は圧電性を有する材料で構成された基板と、該基板の一部形成された光導波路とを有する光導波路デバイスにおいて、
該光導波路を跨ぐように配置される受光素子と、
該受光素子と該光導波路との距離を調整するために、該基板上に形成された台座とを備え、
該台座は、膜体で構成され、少なくとも該受光素子に面した表面材料が、光触媒物質、導電性物質又は半導体物質のいずれかで形成されていることを特徴とする光導波路デバイス。
In an optical waveguide device having a substrate made of a material having pyroelectricity or piezoelectricity, and an optical waveguide partially formed on the substrate,
A light receiving element arranged to straddle the optical waveguide;
In order to adjust the distance between the light receiving element and the optical waveguide, a pedestal formed on the substrate,
The pedestal is formed of a film body, and at least a surface material facing the light receiving element is formed of any one of a photocatalytic substance, a conductive substance, and a semiconductor substance.
請求項1に記載の光導波路デバイスにおいて、該受光素子と該基板とは、該受光素子を構成する材料の屈折率よりも低い屈折率を有する接着剤で接合されていることを特徴とする光導波路デバイス。   2. The optical waveguide device according to claim 1, wherein the light receiving element and the substrate are bonded with an adhesive having a refractive index lower than a refractive index of a material constituting the light receiving element. Waveguide device. 請求項1又は2に記載の光導波路デバイスにおいて、該台座は、該台座を構成する材料が屈折率が2.3以下の透明な材料であり、該光導波路を覆うように配置されることを特徴とする光導波路デバイス。   3. The optical waveguide device according to claim 1, wherein the pedestal is configured so that a material constituting the pedestal is a transparent material having a refractive index of 2.3 or less and covers the optical waveguide. A featured optical waveguide device. 請求項1乃至3のいずれかに記載の光導波路デバイスにおいて、該台座は、隙間を有する島状パターンを有していることを特徴とする光導波路デバイス。   4. The optical waveguide device according to claim 1, wherein the pedestal has an island pattern having a gap. 請求項1乃至4のいずれかに記載の光導波路デバイスにおいて、該表面材料は、TiO又はITOの少なくともいずれかを用いることを特徴とする光導波路デバイス。 5. The optical waveguide device according to claim 1, wherein at least one of TiO 2 and ITO is used as the surface material. 6. 請求項1乃至5のいずれかに記載の光導波路デバイスの製造方法において、該基板上に該受光素子を実装する前に、該台座の表面に、光洗浄、イオナイザブローのいずれかを実施することを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。   6. The method of manufacturing an optical waveguide device according to claim 1, wherein the surface of the pedestal is subjected to either optical cleaning or ionizer blow before mounting the light receiving element on the substrate. An optical waveguide device manufacturing method characterized by the above.
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