JP4936838B2 - Light control device - Google Patents
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Description
本発明は、光制御デバイスに関し、特に、電気光学効果を有する結晶性基板上に制御用電極を形成した光制御デバイスに関する。 The present invention relates to a light control device, and more particularly to a light control device in which a control electrode is formed on a crystalline substrate having an electro-optic effect.
従来、光通信分野や光測定分野において、電気光学効果を有する基板上に光導波路や変調電極を形成した導波路型光変調器などの光制御デバイスが多用されている。
光変調周波数の広帯域化を実現するためには、変調信号であるマイクロ波と光波との速度整合を図ることが重要であり、これまでに、様々な方法が考案されている。具体例を挙げれば、バッファ層の厚膜化、電極の高アスペクト化やリッジ構造などがこれにあたる。
2. Description of the Related Art Conventionally, in the optical communication field and the optical measurement field, a light control device such as a waveguide type light modulator in which an optical waveguide or a modulation electrode is formed on a substrate having an electro-optic effect has been widely used.
In order to realize a wider optical modulation frequency, it is important to match the speed of the modulation signal microwave and the light wave, and various methods have been devised so far. Specific examples include thicker buffer layers, higher aspect ratios of electrodes, and ridge structures.
また、以下の特許文献1又は2においては、30μm以下の厚みを有する極めて薄い基板(以下、「第1基板」という。)に、光導波路並びに変調電極を組み込み、第1基板より誘電率の低い他の基板を接合し、マイクロ波に対する実効屈折率を下げ、マイクロ波と光波との速度整合を図ることが行われている。
これらのように、薄板化された第1基板を用いることで、光制御デバイスの設計自由度が飛躍的に高まり、例えばバッファ層を用いずとも、広帯域かつ低駆動電圧の光変調器などが作製可能となる。またさらに、マイクロ波の伝搬速度低減の観点からは、誘電率の低い材料を基板に用いることと同義に、第1基板を具体的には150μm以下とすることで、特に26GHz以上の領域においてマイクロ波自身の誘電体損(tanδ)の影響を低減できることが以下の非特許文献1により公開され、光変調器の広帯域化に適用されている。
図1(a)に示すように、従来の数100μm以上の厚みを有するニオブ酸リチウム(以下、「LN」という。)などの結晶性基板1を使用する場合には、光導波路4を基板上に形成し、その上に光波の吸収抑制や速度整合条件等の必要に応じてSiO2などによるバッファ層3を形成した後、信号電極や接地電極などから構成される制御用電極2が形成される。図1(a)では、Xカット型の光変調器の例を示すが、Zカット型の基板を使用する場合は、光導波路直上に制御用電極が配置されるため、必ずバッファ層が形成されている。
As shown in FIG. 1A, when a
また、図1(b)は、図1(a)の符号Aで示した部分の拡大図であるが、バッファ層3の上には、Ti(2−1)及びAu(2−2)を蒸着して変調用電極形成のための下地層を形成し、その上に電解メッキによりAu電極(2−3)を形成している。
電極下地層は、通常、電極パターンに合わせて整形されるため、エッチングなどにより容易に除去可能とする必要がある。このため、電極下地層はエッチングにかかる時間、パターン精度の維持を考慮して、メッキの際に同電位が形成できる程度の必要最低限の膜厚に設定される。
FIG. 1B is an enlarged view of a portion indicated by reference symbol A in FIG. 1A. On the
Since the electrode underlayer is usually shaped according to the electrode pattern, it needs to be easily removable by etching or the like. For this reason, the electrode base layer is set to a minimum necessary film thickness so that the same potential can be formed during plating in consideration of etching time and maintaining pattern accuracy.
しかしながら、上述したように薄板化された基板を用いる場合やXカット型の基板を用いる場合には、バッファ層が不要あるいは通常より薄いバッファ層が形成されるに過ぎず、このような状況で、Au電極を電解メッキにより形成した場合には、電極表面が結晶粒の異常成長により肥大化し、広帯域の光制御デバイスを作成する際には、マイクロ波の散乱源となることが、本発明者らの研究により解明された。 However, when using a thinned substrate as described above or using an X-cut type substrate, the buffer layer is unnecessary or only a buffer layer thinner than usual is formed. In the case where the Au electrode is formed by electrolytic plating, the surface of the electrode is enlarged due to abnormal growth of crystal grains, and when creating a broadband light control device, it is considered that the present invention becomes a microwave scattering source. It was elucidated by the research of.
特に、薄板化したLN結晶性基板を用いた場合には、異常粒成長を起因とした応力が光導波路に影響を与え、温度特性の劣化や基板の損傷が起きることが分かった。また、異常粒成長部は、局所的にメッキ厚が高く(面内分布が大きく)、マイクロ波と光波との速度整合を満足できないため、広帯域の光制御デバイスを作成する上で、歩留まりが低下する原因ともなっていた。 In particular, it was found that when a thinned LN crystalline substrate is used, stress due to abnormal grain growth affects the optical waveguide, resulting in deterioration of temperature characteristics and substrate damage. In addition, the abnormal grain growth part has a locally high plating thickness (large in-plane distribution) and cannot satisfy the speed matching between the microwave and the light wave, so the yield is reduced when creating a broadband light control device. It was also a cause.
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、薄板化した結晶性基板などのように、バッファ層が無い又は薄い場合においても、電解メッキにより形成する制御用電極に異常粒が成長することを抑制し、広帯域特性を有し、温度特性や基板損傷を改善した光制御デバイス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 case where there is no buffer layer, such as a thin crystalline substrate, the control electrode formed by electrolytic plating is abnormal. An object of the present invention is to provide an optical control device that suppresses grain growth, has broadband characteristics, and has improved temperature characteristics and substrate damage.
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明では、電気光学効果を有する結晶性基板上に、制御用電極をメッキによって形成する光制御デバイスにおいて、該結晶性基板は、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムのいずれかを含むXカット型の結晶であり、該結晶性基板の厚みは50μm以下であり、該結晶性基板と該制御用電極との間に、少なくとも1層の電極配向等成長抑制層を有し、且つバッファ層を有しておらず、該電極配向等成長抑制層の厚みは、75nm以上であることを特徴とする。
本発明における「電極配向等成長抑制層」とは、結晶性基板が持つ結晶の配向性や下地層のAuが示す配向性等による表面の粗等が、該基板上に形成される電極の構造に影響を及ぼし、電極に異常粒が成長することを抑制する機能を有する層を意味する。
In order to solve the above problems, in the invention according to
In the present invention, the “electrode orientation and other growth suppression layer” refers to the structure of the electrode on which the crystal orientation of the crystalline substrate and the surface roughness due to the orientation exhibited by Au of the underlying layer are formed on the substrate. It means a layer having a function of affecting the growth and suppressing the growth of abnormal grains on the electrode.
請求項2に係る発明では、請求項1に記載の光制御デバイスにおいて、該制御用電極の厚みは、2μm以上であることを特徴とする。
The invention according to
請求項3に係る発明では、請求項1又は2に記載の光制御デバイスにおいて、該電極配向等成長抑制層は、Ga,Mo,W,Ta,Si,Ti,Cr,Ni−Cr及びこれら材料の窒化物又は酸窒化物から選ばれる少なくとも一つの材料を使用することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the light control device according to the first or second aspect, the electrode-alignment-growth suppression layer includes Ga, Mo, W, Ta, Si, Ti, Cr, Ni-Cr, and these materials. It is characterized in that at least one material selected from nitrides or oxynitrides of the above is used.
請求項4に係る発明では、請求項1乃至3のいずれかに記載の光制御デバイスにおいて、該電極配向等成長抑制層は、アモルファス又は多結晶質を形成していることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the light control device according to any one of the first to third aspects, the growth suppressing layer for electrode orientation and the like is amorphous or polycrystalline.
請求項5に係る発明では、請求項1乃至4のいずれかに記載の光制御デバイスにおいて、該電極配向等成長抑制層が2以上の層構成から形成されていることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the light control device according to any one of the first to fourth aspects, the electrode orientation and other growth suppression layer is formed of two or more layer structures.
請求項1に係る発明により、結晶性基板は、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムのいずれかを含むXカット型の結晶であり、該結晶性基板の厚みは50μm以下であり、結晶性基板と制御用電極との間に、少なくとも1層の電極配向等成長抑制層を有し、且つバッファ層を有しておらず、該電極配向等成長抑制層の厚みは、75nm以上であるため、結晶性基板の結晶の配向性等が電極構造に与える影響が抑制でき、電極の異常粒成長を防止し、高周波特性に優れた制御用電極を形成できると共に、温度特性や基板損傷を改善した光制御デバイスを提供することが可能となる。
特に電極の異常粒成長が発生し易い、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムの結晶を使用した場合においても、電極配向等成長抑制層が異常粒成長を効果的に抑制することが可能となる。
なお、電極配向等成長抑制層の厚みは、75nm以上が好ましいが、より好ましくは、電極配向等成長抑制層の厚みが100nm以上である。
According to the invention of
In particular, even when a crystal of lithium niobate or lithium tantalate, in which abnormal grain growth of the electrode is likely to occur, the growth suppressing layer for electrode orientation and the like can effectively suppress abnormal grain growth.
In addition, the thickness of the growth suppressing layer for electrode orientation or the like is preferably 75 nm or more, more preferably the thickness of the growth suppressing layer for electrode orientation or the like is 100 nm or more.
またさらに、結晶性基板は、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムのいずれかを含むXカット型の結晶であり、該結晶性基板の厚みは、50μm以下であるため、特に電極の異常粒成長が発生し易い、ニオブ酸リチウムの結晶を使用し、バッファ層を必ずしも必要としないXカット型の基板の場合においても、電極配向等成長抑制層が異常粒成長を効果的に抑制することが可能となる。Furthermore, since the crystalline substrate is an X-cut crystal containing either lithium niobate or lithium tantalate, and the thickness of the crystalline substrate is 50 μm or less, abnormal grain growth of the electrode occurs in particular. Even in the case of an X-cut substrate that uses lithium niobate crystals and does not necessarily require a buffer layer, the growth suppressing layer such as electrode orientation can effectively suppress abnormal grain growth. .
また、結晶性基板の厚みが50μm以下となる場合には、従来のようなバッファ層を配さずとも広帯域型光制御デバイス設計が可能となる反面、電極の異常粒成長が発生し易くなるが、本発明の電極配向等成長抑制層により、この異常粒成長を効果的に抑制することが可能となる。 In addition, when the thickness of the crystalline substrate is 50 μm or less, it is possible to design a broadband light control device without providing a buffer layer as in the prior art, but abnormal grain growth of the electrode is likely to occur. The abnormal grain growth can be effectively suppressed by the growth suppressing layer for electrode orientation and the like according to the present invention.
しかも、結晶性基板を伝搬する光波と制御用電極を伝搬するマイクロ波との速度整合を図るため、制御用電極の厚みを大きくする場合には、電極から基板に加わる熱応力が大きくなる。このような場合でも、電極配向等成長抑制層が、該応力の緩和に寄与し、特に基板の厚みが、電極の厚みより薄い場合には、応力緩和の効果的が高く、光制御デバイスの温度特性や基板損傷を改善することが可能となる。 In addition, in order to achieve speed matching between the light wave propagating through the crystalline substrate and the microwave propagating through the control electrode, when the thickness of the control electrode is increased, the thermal stress applied from the electrode to the substrate is increased. Even in such a case, the growth suppressing layer such as the electrode orientation contributes to the relaxation of the stress, and particularly when the thickness of the substrate is thinner than the thickness of the electrode, the stress relaxation is highly effective, and the temperature of the light control device is high. Characteristics and substrate damage can be improved.
請求項2に係る発明により、制御用電極の厚みは、2μm以上であるため、マイクロ波と伝搬する光波との速度整合を行い易くなると共に、本発明の電極配向等成長抑制層により、電極の異常粒成長を効果的に抑制することが可能となる。しかも、制御用電極の厚みを大きくすることにより、電極から基板に加わる熱応力が大きくなる場合でも、電極配向等成長抑制層が、該応力の緩和に寄与する。 According to the second aspect of the present invention, since the thickness of the control electrode is 2 μm or more, it is easy to perform speed matching between the microwave and the propagating light wave, and the electrode orientation growth growth suppressing layer of the present invention enables Abnormal grain growth can be effectively suppressed. Moreover, even when the thermal stress applied from the electrode to the substrate is increased by increasing the thickness of the control electrode, the electrode orientation growth suppressing layer contributes to the relaxation of the stress.
請求項3に係る発明により、電極配向等成長抑制層は、Ga,Mo,W,Ta,Si,Ti,Cr,Ni−Cr及びこれら材料の窒化物又は酸窒化物から選ばれる少なくとも一つの材料を使用するため、結晶性基板の結晶の配向性等が電極構造に与える影響が効果的に抑制でき、電極の異常粒成長を防止することが可能となる。また、選択材料によっては電極の基板への接着性を改善したり、焦電効果を抑制する、バッファ層への不純物汚染を抑制するなど他の機能も併せて付与することも可能となる。
According to the invention of
請求項4に係る発明により、電極配向等成長抑制層は、アモルファス又は多結晶質を形成しているため、電極配向等成長抑制層の結晶構造が結晶性基板の結晶と比較し、よりランダム状態となり、結晶性基板の配向性等が電極構造に与える影響をより効果的に抑制でき、電極の異常粒成長を防止することが可能となる。 According to the invention of claim 4, since the growth suppressing layer for electrode orientation is amorphous or polycrystalline, the crystal structure of the growth suppressing layer for electrode orientation is more random than the crystal of the crystalline substrate. Thus, the influence of the orientation of the crystalline substrate on the electrode structure can be more effectively suppressed, and abnormal grain growth of the electrode can be prevented.
請求項5に係る発明により、電極配向等成長抑制層が2以上の層構成から形成されているため、各層で異なる材料や異なる構造を採用することで、結晶性基板の結晶の配向性等が電極構造に与える影響をより効果的に抑制でき、電極の異常粒成長を防止することが可能となる。 According to the invention of claim 5, since the growth suppressing layer for electrode orientation and the like is formed from two or more layer configurations, the orientation of the crystal of the crystalline substrate can be improved by adopting different materials and different structures for each layer. The influence on the electrode structure can be more effectively suppressed, and abnormal grain growth of the electrode can be prevented.
以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
本発明は、図2に示すように、電気光学効果を有する結晶性基板1上に、制御用電極11をメッキによって形成する光制御デバイスにおいて、該結晶性基板1と該制御用電極11との間に、少なくとも1層の電極配向等成長抑制層10を有することを特徴とする。
Hereinafter, the present invention will be described in detail using preferred examples.
As shown in FIG. 2, the present invention provides a light control device in which a
電気光学効果を有する結晶性基板としては、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、PLZT(ジルコン酸チタン酸鉛ランタン)、及び石英系の材料及びこれらの組み合わせが利用可能である。特に、電気光学効果の高いニオブ酸リチウム(LN)やタンタル酸リチウム(LT)結晶が好適に利用される。また、結晶性基板として、Xカット型の基板を使用した場合には、Zカット型の場合より、電極の異常粒成長が発生し易いため、本発明の電極配向等成長抑制層を効果的に用いることが可能となる。 As a crystalline substrate having an electro-optic effect, for example, lithium niobate, lithium tantalate, PLZT (lead lanthanum zirconate titanate), quartz-based materials, and combinations thereof can be used. In particular, lithium niobate (LN) or lithium tantalate (LT) crystals having a high electro-optic effect are preferably used. Further, when an X-cut type substrate is used as the crystalline substrate, abnormal grain growth of the electrode is more likely to occur than in the case of the Z-cut type. It can be used.
制御用電極は、信号電極、接地電極又はDC電極など光制御デバイスを駆動するために、結晶性基板上に形成される種々の電極を含むものである。制御用電極を形成するには、TiやAuなどの下地層を蒸着法で形成し、フォトリソグラフィー法により所定の電極パターンを残して下地層をマスクし、電解メッキ法あるいは無電解メッキ法によりAu電極を形成する。その後、フォトレジスト膜や下地層の一部をウェットエッチングにより除去する。 The control electrode includes various electrodes formed on the crystalline substrate in order to drive a light control device such as a signal electrode, a ground electrode, or a DC electrode. In order to form the control electrode, an underlayer such as Ti or Au is formed by a vapor deposition method, a predetermined electrode pattern is left by a photolithography method, the underlayer is masked, and an electroplating method or an electroless plating method is used for Au. An electrode is formed. Thereafter, the photoresist film and a part of the base layer are removed by wet etching.
本発明においては、電極配向等成長抑制層10を基板1の表面に形成した後、上記下地層を該電極配向等成長抑制層上に形成し、上記プロセスにて電極を形成することも可能である。当然、電極配向等成長抑制層が導電性を有する場合には、基板表面に下地層又は接合層を形成し、その上に電極配向等成長抑制層を形成することも可能であるが、製造プロセスの複雑化を避けるため、上記下地層の一部又は全部と電極配向等成長抑制層とを兼用することが好ましい。
なお、制御用電極の厚みを2μm以上、より好ましくは10μm以上とすることにより、変調信号であるマイクロ波と伝搬する光波との速度整合を行い易くなるなどの利点も実現することができる。
In the present invention, it is possible to form the electrode by the above process by forming the underlayer on the surface of the
Note that, by setting the thickness of the control electrode to 2 μm or more, and more preferably 10 μm or more, it is possible to realize an advantage that it becomes easy to perform speed matching between the microwave that is the modulation signal and the propagating light wave.
電極配向等成長抑制層としては、Ga,Mo,W,Ta,Si,Ti,Cr,Ni−Cr及びこれら材料の窒化物又は酸窒化物から選ばれる少なくとも一つの材料を使用することができ、例えば、Ti,NI−Cr,Ta,Mo,Cr,Si,SiN,SiONを使用する場合には、電極の基板への接着性を向上させることが可能であり、SiやGaを使用する場合には、焦電効果を抑制すること、TaやTaN、W、SiN、SiONを使用する場合にはバッファ層への不純物拡散を抑制することも可能となる。
また、電極配向等成長抑制層が導電性を有する場合には、エッチングやフォトリソグラフィー法などで電極パターンに対応する形状に整形する必要があるが、変調信号等の電極印加に際し障害とならない程度に抵抗値が高い場合には、基板表面全体に電極配向等成長抑制層を形成することも可能である。ただし基板表面全体に形成する場合には、光導波路を伝搬する光波を吸収することの無い材料を選定する必要がある。
As the growth suppressing layer such as electrode orientation, at least one material selected from Ga, Mo, W, Ta, Si, Ti, Cr, Ni—Cr and nitrides or oxynitrides of these materials can be used. For example, when using Ti, NI-Cr, Ta, Mo, Cr, Si, SiN, or SiON, it is possible to improve the adhesion of the electrode to the substrate, and when using Si or Ga. Can suppress the pyroelectric effect, and when Ta, TaN, W, SiN, or SiON is used, it is also possible to suppress impurity diffusion into the buffer layer.
In addition, when the growth suppressing layer such as the electrode orientation has conductivity, it needs to be shaped into a shape corresponding to the electrode pattern by etching or photolithography, but it does not become an obstacle when applying an electrode such as a modulation signal. When the resistance value is high, it is also possible to form a growth suppressing layer such as an electrode orientation on the entire substrate surface. However, when it is formed on the entire surface of the substrate, it is necessary to select a material that does not absorb light waves propagating through the optical waveguide.
また、電極配向等成長抑制層の結晶構造を、アモルファス又は多結晶質とすることにより、電極配向等成長抑制層の結晶構造が結晶性基板の結晶と比較し、よりランダム状態となり、結晶性基板の配向性や下地層のAuが示す配向性等が電極構造に与える影響をより効果的に抑制可能となる。
さらに、電極配向等成長抑制層の厚みを、75nm以上、好ましくは100nm以上とすることにより、結晶性基板の結晶の配向性等が電極構造に与える影響をより一層抑制することが可能となる。ただし、電極配向等成長抑制層の厚みを厚くし過ぎると、電極パターンなどに対応して当該層をエッチングする際に、時間が掛ることとなり製造効率の低下やサイドエッチング量の増加に伴うパターン精度低下の原因となる。また、エッチングを行わない場合でも、基板内の光導波路と制御用電極との間隔が大きくなり、変調効率の低下原因ともなるため、電極配向等成長抑制層の厚みは300nm以下の厚みに抑えることが好ましい。
In addition, by making the crystal structure of the growth suppressing layer for electrode orientation amorphous or polycrystalline, the crystal structure of the growth suppressing layer for electrode orientation becomes more random than the crystal of the crystalline substrate, and the crystalline substrate It is possible to more effectively suppress the influence of the orientation of the substrate, the orientation exhibited by Au of the underlayer, etc. on the electrode structure.
Furthermore, by setting the thickness of the growth suppressing layer for electrode orientation or the like to 75 nm or more, preferably 100 nm or more, it is possible to further suppress the influence of the crystal orientation of the crystalline substrate on the electrode structure. However, if the thickness of the growth suppressing layer such as the electrode orientation is made too thick, it takes time to etch the layer corresponding to the electrode pattern, etc., and pattern accuracy accompanying a decrease in manufacturing efficiency and an increase in the amount of side etching Causes a drop. Even when etching is not performed, the distance between the optical waveguide in the substrate and the control electrode is increased, which may cause a decrease in modulation efficiency. Is preferred.
また、電極配向等成長抑制層は、構成元素の格子定数が該結晶性基板の格子定数に対し10%以上の差を有するように設定することが好ましい。これにより、これらの格子定数の違いにより得られる電極配向等成長抑制層はアモルファスまたは多結晶を形成しやすく結晶性基板の結晶の配向性等が電極構造に与える影響をより効果的に抑制でき、電極の異常粒成長を防止することが可能となる。 Moreover, it is preferable to set the electrode orientation and other growth suppression layer so that the lattice constant of the constituent element has a difference of 10% or more with respect to the lattice constant of the crystalline substrate. As a result, the growth suppressing layer for electrode orientation and the like obtained by the difference in these lattice constants can more easily suppress the influence of the orientation of the crystal of the crystalline substrate on the electrode structure, which is easy to form an amorphous or polycrystalline, It is possible to prevent abnormal grain growth of the electrode.
図3に示すように、電極配向等成長抑制層を、2以上の層(10−1,10−2)構成から形成することも可能である。このように、複数の層で電極配向等成長抑制層を構成することにより、各層で異なる材料を使用したり、異なる結晶構造を採用することで、相乗効果が得られ、結晶性基板の結晶の配向性等が電極構造に与える影響を一層抑制することが可能となる。さらに、複数の層で電極配向等成長抑制層を構成することにより、電極配向等成長抑制層が電気光学効果を有する結晶基板へ与える影響、例えばそれぞれの膜応力を互いに打ち消すことにより、より温度特性に優れたデバイスを提供することが可能となる。 As shown in FIG. 3, it is also possible to form the electrode orientation uniform growth suppression layer from two or more layer (10-1, 10-2) configurations. In this way, by forming a growth suppressing layer such as an electrode orientation with a plurality of layers, a synergistic effect can be obtained by using different materials or adopting different crystal structures in each layer, and the crystal of the crystalline substrate can be obtained. It is possible to further suppress the influence of the orientation or the like on the electrode structure. Furthermore, by forming a growth suppression layer with electrode orientation and the like in a plurality of layers, the influence of the growth suppression layer with electrode orientation on the crystal substrate having the electro-optic effect, for example, by canceling each film stress to each other, more temperature characteristics It is possible to provide an excellent device.
また、結晶性基板の厚みを50μm以下とした場合には、結晶性基板と制御用電極との間にバッファ層を設けることが不要となり、仮に0.3μm以下のバッファ層を形成した場合でも、通常であるなら結晶性基板の結晶の配向性等が電極構造に影響を与えることが危惧されるが、本発明の電極配向等成長抑制層を用いることにより、効果的にこの影響を抑制することが可能となる。
他方、結晶性基板を伝搬する光波と制御用電極を伝搬するマイクロ波との速度整合を図るため、制御用電極の厚みを大きくするのが好ましく、このため、結晶性基板の厚みに対して電極の厚みがより大きくなり、電極から基板に加わる熱応力の影響も大きくなる。しかしながら、本発明の電極配向等成長抑制層が、該応力の緩和に寄与し、特に基板の厚みが、電極の厚みより薄い場合でも、電極配向等成長抑制層の応力緩和効果により、温度特性や基板損傷を改善した光制御デバイスを提供することが可能となる。
なお、50μm以下の厚みを有する結晶性基板(薄板)を用いる場合には、薄板の機械的強度が低いため、補強板を薄板の裏面に、接着剤又は直接接合法を使用して接合させる。
Further, when the thickness of the crystalline substrate is 50 μm or less, it is not necessary to provide a buffer layer between the crystalline substrate and the control electrode. Even if a buffer layer of 0.3 μm or less is formed, If it is normal, there is a concern that the crystal orientation of the crystalline substrate may affect the electrode structure, but this influence can be effectively suppressed by using the electrode orientation growth suppressing layer of the present invention. It becomes possible.
On the other hand, in order to achieve speed matching between the light wave propagating through the crystalline substrate and the microwave propagating through the control electrode, it is preferable to increase the thickness of the control electrode. The thickness of the substrate becomes larger, and the influence of thermal stress applied from the electrode to the substrate also increases. However, the growth suppressing layer for electrode orientation and the like according to the present invention contributes to the relaxation of the stress, and in particular, even when the thickness of the substrate is thinner than the thickness of the electrode, the stress relaxation effect of the growth suppressing layer for electrode orientation and It is possible to provide a light control device with improved substrate damage.
When a crystalline substrate (thin plate) having a thickness of 50 μm or less is used, since the mechanical strength of the thin plate is low, the reinforcing plate is bonded to the back surface of the thin plate using an adhesive or a direct bonding method.
(実施例)
結晶性基板として、厚み500μmのXカット型LN基板を用い、Ti拡散法により光導波路を形成した後、該基板上に電極配向等成長抑制層としてTi膜を100nmの厚みで蒸着法で形成した。次に、Ti膜上に下地層としてAu膜を35nmの厚みで同じ蒸着法で形成した。
フォトリソグラフィー工程を経て、電極パターンに対応するフォトレジストマスクを形成し、電解メッキにより高さ30μmのAu電極を形成した。その後、フォトレジストマスクの全部と、下地層及び電極配向等成長抑制層の一部をウエットエッチングにより除去した。
(Example)
An X-cut LN substrate having a thickness of 500 μm was used as a crystalline substrate, an optical waveguide was formed by a Ti diffusion method, and a Ti film having a thickness of 100 nm was formed on the substrate as a growth suppressing layer for electrode orientation and the like. . Next, an Au film having a thickness of 35 nm was formed on the Ti film as an underlayer by the same vapor deposition method.
Through a photolithography process, a photoresist mask corresponding to the electrode pattern was formed, and an Au electrode having a height of 30 μm was formed by electrolytic plating. Thereafter, the entire photoresist mask and a part of the underlayer and a growth suppressing layer such as an electrode orientation were removed by wet etching.
電極を形成した基板表面には熱可塑性樹脂を塗布し、研磨用ジグに該基板を貼り付け固定後、基板の裏面を、ラップ盤研磨機(キャリア:ガラス繊維入エポキシ樹脂 ラップ剤:GC#1200 20wt%aq)にて、回転速度35rpm、ラップ圧12.75〜9.81kPaの条件下において基板の厚さがおよそ50μmとなるまで粗研磨する。この後、パット材質に不織布、加工液にはコロイダルシリカを用いたメカノケミカルポリッシング(CMP)により設定厚まで精密鏡面研磨を行った。今回、基板の設定厚は10μmとし、広帯域型の光制御デバイスを作製した。 A thermoplastic resin is applied to the surface of the substrate on which the electrodes are formed, and the substrate is attached and fixed to a polishing jig. 20 wt% aq), and rough polishing is performed until the thickness of the substrate reaches approximately 50 μm under the conditions of a rotation speed of 35 rpm and a lapping pressure of 12.75 to 9.81 kPa. Thereafter, precision mirror polishing was performed to a set thickness by mechanochemical polishing (CMP) using a nonwoven fabric as the pad material and colloidal silica as the processing liquid. This time, the set thickness of the substrate was 10 μm, and a broadband light control device was manufactured.
(比較例)
基板上に形成するTi膜の厚みを50nmとする以外は、実施例と同様に光制御デバイスを作成した。
(Comparative example)
A light control device was produced in the same manner as in the example except that the thickness of the Ti film formed on the substrate was 50 nm.
実施例及び比較例における電極表面の状態を、図4(実施例)及び図5(比較例)に示す。
図4及び図5から理解できるように、Ti膜の厚みを100nmとして電極配向等成長抑制層の役割をもたせた場合には、電極表面に結晶粒の異常成長が観測されず、従来のTi膜の厚みを50nmとする場合には、結晶粒の異常成長が出現している。
The state of the electrode surface in Examples and Comparative Examples is shown in FIG. 4 (Example) and FIG. 5 (Comparative Example).
As can be understood from FIGS. 4 and 5, when the thickness of the Ti film is 100 nm and the role of a growth suppressing layer such as an electrode orientation is provided, abnormal growth of crystal grains is not observed on the electrode surface, and the conventional Ti film When the thickness is 50 nm, abnormal growth of crystal grains appears.
これにより、本発明に係る光制御デバイスにおいては、電極配向等成長抑制層を用いることで、電極表面に結晶粒の異常成長が出現するのが抑制でき、制御用電極でのマイクロ波の散乱を防止することが可能となる。また、結晶粒の発生により、結晶粒の領域とそれ以外の領域(例えばアモルファス部)との間で熱膨張率の差が生じ、温度変化による電極内部の応力が発生することで温度特性が悪化する現象や、場合によっては薄板基板が損傷する現象などを、本発明により効果的に抑制することが可能となる。
なお、今回の実施例では電界メッキ法によりAu電極を形成したが、本発明はこれ以外にも無電界Au、電界Cu、電界Ag、無電界Cu、無電界Ag、電界Niを用いた各種メッキ法においても有用である。
As a result, in the light control device according to the present invention, by using a growth suppressing layer such as an electrode orientation, it is possible to suppress the abnormal growth of crystal grains from appearing on the electrode surface, and to scatter microwaves at the control electrode. It becomes possible to prevent. In addition, due to the generation of crystal grains, a difference in thermal expansion coefficient occurs between the crystal grain region and other regions (for example, an amorphous part), and the temperature characteristics deteriorate due to the stress inside the electrode due to temperature change. It is possible to effectively suppress the phenomenon that the thin plate substrate is damaged or the phenomenon that the thin plate substrate is damaged by the present invention.
In this embodiment, the Au electrode was formed by the electroplating method. However, the present invention is not limited to this, but various platings using electroless Au, electric field Cu, electric field Ag, electroless Cu, electroless Ag, and electric field Ni. It is also useful in the law.
本発明に係る光制御デバイスによれば、薄板化した結晶性基板などのように、バッファ層が無い又は薄い場合においても、メッキにより形成する制御用電極に異常粒が成長することを抑制し、広帯域特性を有し、温度特性や基板損傷を改善した光制御デバイスを提供することが可能となる。 The light control device according to the present invention suppresses the growth of abnormal grains on the control electrode formed by plating even when there is no buffer layer or a thin layer, such as a thin crystalline substrate. It is possible to provide a light control device having broadband characteristics and improved temperature characteristics and substrate damage.
1 結晶性基板
2,11 制御用電極
3 バッファ層
4 光導波路
10 電極配向等成長抑制層
DESCRIPTION OF
Claims (5)
該結晶性基板は、ニオブ酸リチウム又はタンタル酸リチウムのいずれかを含むXカット型の結晶であり、該結晶性基板の厚みは50μm以下であり、
該結晶性基板と該制御用電極との間に、少なくとも1層の電極配向等成長抑制層を有し、且つバッファ層を有しておらず、
該電極配向等成長抑制層の厚みは、75nm以上であることを特徴とする光制御デバイス。 In a light control device in which a control electrode is formed by plating on a crystalline substrate having an electro-optic effect,
The crystalline substrate is an X-cut type crystal containing either lithium niobate or lithium tantalate, and the thickness of the crystalline substrate is 50 μm or less,
Between the crystalline substrate and the control electrode, has at least one electrode orientation growth suppression layer, and does not have a buffer layer,
The light control device characterized in that the thickness of the electrode orientation and other growth suppression layer is 75 nm or more.
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