JPH06222229A - Optical waveguide element and its manufacture - Google Patents

Optical waveguide element and its manufacture

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Publication number
JPH06222229A
JPH06222229A JP5286584A JP28658493A JPH06222229A JP H06222229 A JPH06222229 A JP H06222229A JP 5286584 A JP5286584 A JP 5286584A JP 28658493 A JP28658493 A JP 28658493A JP H06222229 A JPH06222229 A JP H06222229A
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JP
Japan
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optical waveguide
substrate
glass substrate
waveguide device
optical
Prior art date
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Application number
JP5286584A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Eda
和生 江田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP5286584A priority Critical patent/JPH06222229A/en
Publication of JPH06222229A publication Critical patent/JPH06222229A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/02Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with glass

Abstract

PURPOSE:To provide an optical waveguide element which is small in photoconductive loss, small in connection loss with optical fiber, and capable of integrating with the other optical elements and electric elements, and also provide its manufacturing method. CONSTITUTION:An optical waveguide element is provided with a dielectric substrate, a holding substrate 1 such as semiconductor substrate, glass substrate, etc., and a glass substrate 2 connected directly to the holding substrate 1, and an optical waveguide 3 is provided inside the glass substrate 2. Also the manufacturing method for it is provided.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、誘電体や半導体基板上
に、ガラス光導波路を一体に形成した光導波路素子に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical waveguide device in which a glass optical waveguide is integrally formed on a dielectric or semiconductor substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の光導波路素子としては、光の伝送
路として機能する光導波路、光の強度や位相を変化させ
る光変調器、光をスイッチングする光スイッチ、光の強
度を増幅する光導波路型光増幅器、及び光位相整合素子
などが知られている。 これらの従来の光導波路素子
は、例えば、R. Alferness による、"Waveguide Electr
ooptic Modulators",IEEE Transactions on Microwave
and Techniques, Vol.MTT-30, No.8, 1121-1137(1982)
に記述されている。これらの光導波路素子は、誘電体基
板やガラス基板や半導体基板に形成される。
2. Description of the Related Art Conventional optical waveguide devices include an optical waveguide functioning as a light transmission path, an optical modulator for changing the intensity and phase of light, an optical switch for switching light, and an optical waveguide for amplifying light intensity. Type optical amplifiers and optical phase matching elements are known. These conventional optical waveguide devices are described, for example, by R. Alferness in "Waveguide Electr
ooptic Modulators ", IEEE Transactions on Microwave
and Techniques, Vol.MTT-30, No.8, 1121-1137 (1982)
It is described in. These optical waveguide elements are formed on a dielectric substrate, a glass substrate or a semiconductor substrate.

【0003】従来の光導波路の製造方法については、例
えば、I. Kaminow による、"Optical Waveguide Modula
tors",IEEE Transactions on Microwave and Technique
s, Vol. MTT-23, No.1, 57-70(1975)に記述されてい
る。例えば、誘電体、特に電気光学効果を有する誘電体
基板に光導波路を形成する方法として、ニオブ酸リチウ
ム基板などにTiを拡散し、Ti拡散部を光導波路とす
る方法、タンタル酸リチウム基板上にニオブ酸リチウム
の結晶をエピタキシャル成長させ、ニオブ酸リチウムの
結晶を光導波路とする方法、及びニオブ酸リチウムやタ
ンタル酸リチウム基板上に、スパッタリングによりニオ
ブ酸リチウムの薄膜を形成し、ニオブ酸リチウムの薄膜
を光導波路とする方法などが記述されている。
For the conventional method of manufacturing an optical waveguide, see, for example, "Optical Waveguide Modula" by I. Kaminow.
tors ", IEEE Transactions on Microwave and Technique
s, Vol. MTT-23, No. 1, 57-70 (1975). For example, as a method of forming an optical waveguide on a dielectric, particularly a dielectric substrate having an electro-optical effect, a method of diffusing Ti into a lithium niobate substrate or the like and using the Ti diffusion portion as an optical waveguide, or a method of forming an optical waveguide on a lithium tantalate substrate A method of epitaxially growing a crystal of lithium niobate and using a crystal of lithium niobate as an optical waveguide, and a lithium niobate thin film is formed on a lithium niobate or lithium tantalate substrate by sputtering to form a lithium niobate thin film. The method of using an optical waveguide is described.

【0004】半導体などの各種基板上にガラスもしくは
石英系光導波路を形成する方法としては、Si半導体基
板上にSi熱酸化膜を形成し、Si熱酸化膜に光導波路
を形成する方法や、ガラスや石英系材料をスパッタリン
グ、真空蒸着、各種化学気相成長法、火炎堆積法、ゾル
−ゲル法などの各種薄膜技術によってSi基板上に堆積
させ、堆積されたガラスや石英系材料の膜に光導波路を
形成する方法が知られている。
As a method for forming a glass or quartz optical waveguide on various substrates such as semiconductors, a method of forming a Si thermal oxide film on a Si semiconductor substrate and forming an optical waveguide on the Si thermal oxide film, or a glass And quartz materials are deposited on a Si substrate by various thin film technologies such as sputtering, vacuum deposition, various chemical vapor deposition methods, flame deposition methods, sol-gel methods, etc. Methods of forming waveguides are known.

【0005】例えば、特開平第1−189614号公報
には、火炎堆積法により、Si基板上にまず光導波路部
の屈折率よりも屈折率の低いガラスなどの層(クラッド
層)を形成し、その上にクラッド層の屈折率よりも高い
屈折率を有するガラスもしくは石英系材料からなる層
(コア部)を形成し、さらに必要に応じてその上に屈折
率の低い層(クラッド層)を形成して、コア部への光の
閉じこめを制御するような構成が記述されている。この
ような構成とすることにより光はコア部にほぼ閉じ込め
られ、光導波路として用いることができる。
For example, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-189614, first, a layer (clad layer) such as glass having a refractive index lower than that of the optical waveguide portion is formed on a Si substrate by a flame deposition method. A layer (core part) made of glass or a quartz material having a refractive index higher than that of the clad layer is formed on top of it, and a layer with a low refractive index (clad layer) is further formed on it if necessary. Then, a configuration for controlling the confinement of light to the core portion is described. With such a structure, the light is almost confined in the core portion and can be used as an optical waveguide.

【0006】ガラス基板上にガラス光導波路を有する構
造については、例えば、USP5,193,137に
は、製膜技術により、石英ガラス基板の上に、低屈折率
のガラス層を介して、石英ガラスのコア部を有する構造
が記述されている。
Regarding a structure having a glass optical waveguide on a glass substrate, for example, in USP 5,193,137, a quartz glass substrate is formed on a quartz glass substrate through a low-refractive index glass layer by a film forming technique. A structure having a core portion is described.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ニオブ酸リチウムなど
の電気光学効果を有する誘電体基板に、Ti拡散などに
より光導波路を形成した光導波路素子は、応答速度が速
くまた電気的に容易に導波光を制御できるため、高速の
光変調器などに応用されている。しかし、光導波路の接
続部の形状、寸法、屈折率が光ファイバーのそれと大き
く異なるため、光ファイバーとの結合損失が大きいとい
う課題がある。
An optical waveguide element in which an optical waveguide is formed by diffusion of Ti on a dielectric substrate having an electro-optical effect such as lithium niobate has a high response speed and can be easily electrically guided. It is applied to high-speed optical modulators, etc. However, since the shape, size, and refractive index of the connecting portion of the optical waveguide are greatly different from those of the optical fiber, there is a problem that the coupling loss with the optical fiber is large.

【0008】ガラス系光導波路素子は、光導波路の光出
射部の形状、寸法、及び屈折率を光ファイバーのそれら
と整合をとりやすいので、通常の石英系光ファイバーと
の接続損失を小さくできるという長所がある。しかし、
ガラスには電気光学効果がないので、電気的に光を制御
することができない。そこで、ガラスの屈折率の温度変
化を利用して光を制御する方法が知られているが、電気
光学効果を利用したものに比べ、応答速度が決定的に遅
いという大きな課題がある。
The glass-based optical waveguide device has an advantage that it is possible to reduce the connection loss with a normal silica-based optical fiber because the shape, size, and refractive index of the light emitting portion of the optical waveguide can be easily matched with those of the optical fiber. is there. But,
Since glass has no electro-optical effect, it cannot control light electrically. Therefore, a method of controlling light by utilizing the temperature change of the refractive index of glass is known, but there is a big problem that the response speed is decisively slower than that using the electro-optic effect.

【0009】また、金属元素の拡散によって屈折率差を
付ける方法で光導波路を形成したガラス系光導波路素子
は、光導波路の接続部の形状の対称性が低くなり、光フ
ァイバーとの結合損失をあまり低減できない。さらに、
一般に金属元素を拡散することによって形成された光導
波路は、拡散元素のために光伝搬損失が増加し、あまり
良好な光伝搬損失が得られないといった課題がある。
Further, in a glass-based optical waveguide element in which an optical waveguide is formed by a method of making a difference in refractive index by diffusion of a metal element, the symmetry of the shape of the connecting portion of the optical waveguide becomes low, and the coupling loss with the optical fiber is reduced. It cannot be reduced. further,
Generally, an optical waveguide formed by diffusing a metal element has a problem that the light propagation loss increases due to the diffusion element, and a very good light propagation loss cannot be obtained.

【0010】誘電体、ガラス、半導体などの各種基板上
に、ガラスもしくは石英系光導波路素子を薄膜技術、例
えば、スパッタリング法、真空蒸着法、化学気相成長
法、火炎堆積法、ゾルーゲル法などで形成した構造、及
び製造方法では、薄膜技術に共通の課題がいくつかあ
る。
Glass or quartz optical waveguide elements are formed on various substrates such as dielectrics, glass and semiconductors by thin film technology such as sputtering method, vacuum deposition method, chemical vapor deposition method, flame deposition method and sol-gel method. In the structure formed and the manufacturing method, there are some common problems in thin film technology.

【0011】まず第1に、光導波路部にガラスもしくは
石英系材料を用いる場合、一般に純度が高く緻密な材料
になるほど、光の伝搬損失が小さくなって好ましいが、
上記薄膜技術では、一般に膜質や屈折率を制御すること
が困難であり、光伝搬損失の小さい良質な膜を形成する
ことが困難である。
First, when a glass or quartz material is used for the optical waveguide portion, generally, the higher the purity and the denser the material, the smaller the light propagation loss, which is preferable.
In the above-mentioned thin film technology, it is generally difficult to control the film quality and the refractive index, and it is difficult to form a high quality film with a small light propagation loss.

【0012】第2に、光導波路と光ファイバーを接続す
る場合、その形状及び屈折率が近いほど、結合損失を小
さくできるが、シングルモード光ファイバーのコア径が
10μm程度あるため、薄膜技術で厚さ10μmの膜厚
を良好な膜質でかつ均一に形成するのは困難である。薄
膜技術で形成した膜の屈折率は、従来のガラス技術(溶
融−固化させる方法)で形成した同じ組成の光ファイバ
ーのコア部の屈折率と必ずしも一致しないので、光ファ
イバーの屈折率と整合をとることは困難である。また、
薄膜技術で厚い膜を形成するのは生産性が低い。更に、
薄膜技術の原料として使用できる材料が非常に限られる
ため、機能及び設計の自由度が少ないなどの課題があ
る。
Secondly, in the case of connecting an optical waveguide and an optical fiber, the closer the shape and the refractive index are to each other, the smaller the coupling loss can be. However, since the core diameter of the single mode optical fiber is about 10 μm, the thickness is 10 μm by thin film technology. It is difficult to form a uniform film thickness with good film quality. The refractive index of the film formed by the thin film technology does not always match the refractive index of the core part of the optical fiber of the same composition formed by the conventional glass technology (method of melting and solidifying), so the refractive index of the optical fiber should be matched. It is difficult. Also,
Forming a thick film by thin film technology is low in productivity. Furthermore,
Since the materials that can be used as raw materials for thin film technology are extremely limited, there are problems such as low flexibility in function and design.

【0013】また、Si基板上のSi熱酸化膜を用いる
方法では、酸化膜の形成速度が1000℃で0.1μm
/時間程度であるので、厚い膜を形成するためには長時
間を要し、やはり生産性が低いという問題がある。
In the method using the Si thermal oxide film on the Si substrate, the oxide film formation rate is 0.1 μm at 1000 ° C.
Since it is about / hour, it takes a long time to form a thick film, and there is a problem that productivity is low.

【0014】本発明は上記課題を鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、光伝搬損失が小さく、
光ファイバーとの結合損失が小さく、他の光素子や電子
素子との集積化が可能な光導波路素子及びその製造方法
を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to reduce optical propagation loss.
An object of the present invention is to provide an optical waveguide device which has a small coupling loss with an optical fiber and can be integrated with other optical devices and electronic devices, and a manufacturing method thereof.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明による光導波路素
子は、保持基板と、該保持基板に直接接合により接合さ
れたガラス基板を備え、該ガラス基板は内部に光導波路
を有し、それによって、上記目的が達成される。前記保
持基板が誘電体基板であっても良い。ある実施例では、
前記誘電体基板が電気光学効果を有する誘電体基板であ
る。他の実施例では、前記誘電体基板がニオブ酸リチウ
ムまたはタンタル酸リチウムである。また、ある実施例
では、前記保持基板がガラス基板である。
An optical waveguide device according to the present invention comprises a holding substrate and a glass substrate bonded to the holding substrate by direct bonding, the glass substrate having an optical waveguide therein. The above object is achieved. The holding substrate may be a dielectric substrate. In one embodiment,
The dielectric substrate is a dielectric substrate having an electro-optical effect. In another embodiment, the dielectric substrate is lithium niobate or lithium tantalate. Moreover, in one embodiment, the holding substrate is a glass substrate.

【0016】前記保持基板が半導体基板であっても良
い。ある実施例では、前記半導体基板が珪素基板であ
る。他の実施例では、前記半導体基板が3−5族化合物
半導体基板である。また、ある実施例では、前記半導体
基板がGaAs基板である。前記半導体基板がInP基
板であっても良い。
The holding substrate may be a semiconductor substrate. In one embodiment, the semiconductor substrate is a silicon substrate. In another embodiment, the semiconductor substrate is a Group 3-5 compound semiconductor substrate. In one embodiment, the semiconductor substrate is a GaAs substrate. The semiconductor substrate may be an InP substrate.

【0017】本発明による光導波路素子は、保持基板も
しくはガラス基板の少なくとも一方の基板表面に薄膜層
を有し、該薄膜層と他方の基板とが直接接合によって接
合されており、該ガラス基板内に光導波路を有していて
も良い。ある実施例では、前記保持基板が誘電体基板で
ある。さらに、前記誘電体基板が電気光学効果を有する
誘電体基板であっても良い。ある実施例では、前記誘電
体基板がニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムで
ある。他の実施例では、前記保持基板がガラス基板であ
る。
The optical waveguide device according to the present invention has a thin film layer on the surface of at least one of the holding substrate and the glass substrate, and the thin film layer and the other substrate are directly joined to each other. It may have an optical waveguide. In one embodiment, the holding substrate is a dielectric substrate. Further, the dielectric substrate may be a dielectric substrate having an electro-optical effect. In one embodiment, the dielectric substrate is lithium niobate or lithium tantalate. In another embodiment, the holding substrate is a glass substrate.

【0018】前記保持基板が半導体基板であっても良
い。ある実施例では、前記半導体基板が珪素基板であ
る。他の実施例では、前記半導体基板が3−5族化合物
半導体基板である。また、ある実施例では、前記半導体
基板がGaAs基板である。前記半導体基板がInP基
板であっても良い。
The holding substrate may be a semiconductor substrate. In one embodiment, the semiconductor substrate is a silicon substrate. In another embodiment, the semiconductor substrate is a Group 3-5 compound semiconductor substrate. In one embodiment, the semiconductor substrate is a GaAs substrate. The semiconductor substrate may be an InP substrate.

【0019】前記薄膜層が珪素層であっても良い。ま
た、前記薄膜層が珪素化合物層であっても良い。ある実
施例では、前記珪素化合物層が酸化珪素層である。他の
実施例では、前記珪素化合物層が窒化珪素層である。ま
た、ある実施例では、前記薄膜層の屈折率が、ガラス基
板の屈折率よりも小さい。他の実施例では、前記珪素層
が非晶質珪素層である。また、前記珪素層が多結晶珪素
層であっても良い。
The thin film layer may be a silicon layer. Further, the thin film layer may be a silicon compound layer. In one embodiment, the silicon compound layer is a silicon oxide layer. In another embodiment, the silicon compound layer is a silicon nitride layer. In one embodiment, the refractive index of the thin film layer is smaller than that of the glass substrate. In another embodiment, the silicon layer is an amorphous silicon layer. Further, the silicon layer may be a polycrystalline silicon layer.

【0020】本発明による他の光導波路素子は、前記ガ
ラス基板の表面に該ガラス基板よりも低屈折率の層を有
し、該低屈折率層と保持基板が直接接合により接合され
ていても良い。また、前記保持基板と前記ガラス基板内
の光導波路が、光学的に結合されていても良い。ある実
施例では、前記保持基板と前記ガラス基板内の光導波路
との光学的結合が、該ガラス基板内光導波路部と該保持
基板内光導波路部によって形成された光方向性結合器に
よって行われる。他の実施例では、前記保持基板と前記
ガラス基板内の光導波路との光学的結合が、該ガラス基
板内光導波路部に設けられた端面反射部を用いて行われ
る。
Another optical waveguide device according to the present invention has a layer having a refractive index lower than that of the glass substrate on the surface of the glass substrate, and the low refractive index layer and the holding substrate are directly bonded to each other. good. Further, the holding substrate and the optical waveguide in the glass substrate may be optically coupled. In one embodiment, the optical coupling between the holding substrate and the optical waveguide in the glass substrate is performed by an optical directional coupler formed by the optical waveguide section in the glass substrate and the optical waveguide section in the holding substrate. . In another embodiment, the optical coupling between the holding substrate and the optical waveguide in the glass substrate is performed by using an end face reflection section provided in the optical waveguide section in the glass substrate.

【0021】また、本発明による他の光導波路素子は、
前記保持基板内に光素子が形成されていても良い。ある
実施例では、前記半導体基板内に電子素子または/及び
光素子が形成されている。また、ある実施例では、前記
保持基板に用いるガラス基板の屈折率が、前記光導波路
を有する前記ガラス基板の屈折率よりも小さいことによ
り、該光導波路を有する該ガラス基板部に、該光導波路
が形成されている。
Another optical waveguide device according to the present invention is
An optical element may be formed in the holding substrate. In one embodiment, an electronic device and / or an optical device is formed in the semiconductor substrate. In one embodiment, the glass substrate used as the holding substrate has a refractive index smaller than that of the glass substrate having the optical waveguide, so that the glass substrate portion having the optical waveguide is provided with the optical waveguide. Are formed.

【0022】本発明による光導波路素子の製造方法は、
対向する第1及び第2の表面を有する保持基板と対向す
る第1及び第2の表面を有するガラス基板を供給工程
と、該保持基板の該第1の表面及び該ガラス基板の該第
2の表面の少なくとも一方に、親水化処理を施す工程
と、該保持基板の該第1の表面と該ガラス基板の該第2
の表面とを対面させて、重ね合わせる工程と、該重ね合
わされた該保持基板及び該ガラス基板に熱処理を施す工
程と、該ガラス基板を薄板化する工程と、該薄板化され
たガラス基板に光導波路を形成する工程とを包含し、そ
れによって、上記目的が達成される。該保持基板の該第
1の表面及び該ガラス基板の該第2の表面の少なくとも
一方に、薄膜層を形成する工程を、さらに包含しても良
い。ある実施例では、前記薄膜層が珪素層または珪素化
合物層である。
The method of manufacturing an optical waveguide device according to the present invention is
A step of supplying a glass substrate having first and second surfaces facing each other and a holding substrate having first and second surfaces facing each other, and the first surface of the holding substrate and the second glass substrate of the glass substrate. A step of subjecting at least one of the surfaces to a hydrophilic treatment, the first surface of the holding substrate and the second surface of the glass substrate.
The surface of the substrate is superposed, the holding substrate and the glass substrate that are superposed are subjected to heat treatment, the glass substrate is thinned, and the thinned glass substrate is exposed to light. Forming a waveguide, whereby the above object is achieved. The method may further include a step of forming a thin film layer on at least one of the first surface of the holding substrate and the second surface of the glass substrate. In one embodiment, the thin film layer is a silicon layer or a silicon compound layer.

【0023】[0023]

【作用】誘電体基板、半導体基板やガラス基板などの保
持基板と光導波路を形成できるガラス基板とを接合する
方法を鋭意研究した結果、本発明に至った。本発明者
は、誘電体基板、半導体基板やガラス基板などの無機材
料の基板表面に充分な密度の水酸基を生成し、重ね合わ
せて熱処理することにより、実用上充分な強度の接合を
得られることを見い出した。
The present invention has been accomplished as a result of intensive research on a method of joining a holding substrate such as a dielectric substrate, a semiconductor substrate or a glass substrate to a glass substrate capable of forming an optical waveguide. The present inventor can obtain a bond having practically sufficient strength by generating hydroxyl groups having a sufficient density on a substrate surface of an inorganic material such as a dielectric substrate, a semiconductor substrate or a glass substrate, and superposing them on each other and heat-treating them. Found out.

【0024】すなわち、無機基板の表面を適当な方法で
親水化処理を施すと、無機表面に水酸基が生成される。
表面水酸基を有する無機表面を対面させて重ね合わせる
と、水酸基間の水素結合によって、2つの基板は接合さ
れる。さらに、熱処理を施すことにより、水素結合した
水酸基間で脱水縮合が起こり、共有結合が形成され、接
合強度が上昇する。
That is, when the surface of the inorganic substrate is hydrophilized by an appropriate method, hydroxyl groups are generated on the inorganic surface.
When the inorganic surfaces having surface hydroxyl groups are faced and superposed, the two substrates are joined by hydrogen bonds between the hydroxyl groups. Further, by heat treatment, dehydration condensation occurs between the hydroxyl groups bonded with hydrogen, covalent bonds are formed, and the bonding strength is increased.

【0025】本発明の接合方法では、接合のために接着
剤などの材料を必要としないので、高い寸法精度で光導
波路素子を形成することができる。さらに、親水化処理
の方法や熱処理の方法を最適化することによって、種々
の材料からなる基板とガラス基板とを接合できるので、
光導波路素子と光学素子や電子素子を一体に集積化する
ことが可能となる。
Since the bonding method of the present invention does not require a material such as an adhesive for bonding, the optical waveguide device can be formed with high dimensional accuracy. Furthermore, by optimizing the method of hydrophilic treatment or the method of heat treatment, substrates made of various materials and glass substrates can be bonded,
It becomes possible to integrally integrate the optical waveguide element and the optical element or the electronic element.

【0026】[0026]

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0027】(実施例1)本発明の光導波路素子の構造
の第1の例を図1に示す。本実施例の光導波路素子は、
保持基板1とガラス基板2を備える。ガラス基板2はそ
の一部に光導波路部3を有する。ガラス基板2の屈折率
よりも低い屈折率を有するガラス層もしくは薄膜層であ
る低屈折率層4は、ガラス基板2の表面にあらかじめ形
成されている。低屈折率層4は従来の薄膜技術を用いて
形成することができる。保持基板1と低屈折率層4と
は、直接接合により接合されている。
Example 1 FIG. 1 shows a first example of the structure of the optical waveguide device of the present invention. The optical waveguide device of this example is
A holding substrate 1 and a glass substrate 2 are provided. The glass substrate 2 has an optical waveguide portion 3 in a part thereof. The low refractive index layer 4, which is a glass layer or a thin film layer having a refractive index lower than that of the glass substrate 2, is previously formed on the surface of the glass substrate 2. The low refractive index layer 4 can be formed using a conventional thin film technique. The holding substrate 1 and the low refractive index layer 4 are joined by direct joining.

【0028】ここで直接接合を、図2に示したモデルを
用いて説明する。基板表面を極めて清浄にし、表面を親
水化処理して純水に浸すと、基板表面には多数の水酸基
が生成される(図2(a))。表面水酸基は一般に大き
な双極子モーメントを有する。この状態で基板同士を重
ね合わせると、水酸基を介して水素結合により、基板同
士が強固に接合される。表面水酸基に吸着された水分子
がこの接合に介在することもある。親水化処理により生
成される表面水酸基の密度、吸着水の量、及び表面水酸
基の双極子モーメントの大きさは、材料に依存する。
Here, the direct joining will be described using the model shown in FIG. When the surface of the substrate is made extremely clean, and the surface is hydrophilized and immersed in pure water, a large number of hydroxyl groups are generated on the surface of the substrate (FIG. 2A). Surface hydroxyl groups generally have a large dipole moment. When the substrates are stacked on each other in this state, the substrates are firmly bonded to each other by hydrogen bond through the hydroxyl group. Water molecules adsorbed on the surface hydroxyl groups may intervene in this junction. The density of the surface hydroxyl groups generated by the hydrophilic treatment, the amount of adsorbed water, and the magnitude of the dipole moment of the surface hydroxyl groups depend on the material.

【0029】この状態で加熱すると、次第に接合界面か
ら吸着水の脱水が起こる(図2(b))。さらに温度を
上げると、水素結合を形成する水酸基間の脱水縮合が進
み、共有結合が形成され、接合は強化される。吸着水が
脱着する温度及び水酸基が縮合する温度は、表面水酸基
の双極子モーメントの大きさなどに依存するので、材料
によって異なる。また、図2に示した各状態が混在する
こともあると考えられる。
When heated in this state, the adsorbed water is gradually dehydrated from the bonding interface (FIG. 2 (b)). When the temperature is further increased, dehydration condensation between hydroxyl groups forming hydrogen bonds proceeds, covalent bonds are formed, and the bond is strengthened. The temperature at which adsorbed water desorbs and the temperature at which hydroxyl groups condense depend on the magnitude of the dipole moment of the surface hydroxyl groups and so on, and therefore differ depending on the material. Further, it is considered that the states shown in FIG. 2 may be mixed.

【0030】上述したように、直接接合の強度は材料に
依存する。種々の材料について直接接合方法を鋭意研究
した結果、基板表面を清浄にした後、適当な親水化処理
を施し、純水に浸した後、親水化処理を施した面を対向
させ基板を重ね合わせ、適当な熱処理を施すことによ
り、種々の誘電体及び半導体基板について、実用的に充
分な接合強度を得ることができることを見い出した。ま
た、親水化処理は接合される表面のどちらか一方に施し
てもよい。ガラス基板は珪素元素を含み、珪素元素は共
有結合性の強い結合を形成するので、他の材料を用いた
場合よりも接合強度は強い。300℃で1時間程度の熱
処理を施すと、数10Kg/cm2の接合強度が再現性
良く得られる。
As mentioned above, the strength of the direct bond depends on the material. As a result of diligent research on the direct bonding method for various materials, after cleaning the substrate surface, applying an appropriate hydrophilizing treatment, immersing it in pure water, and overlaying the substrates with the hydrophilized surfaces facing each other It has been found that, by performing an appropriate heat treatment, it is possible to obtain practically sufficient bonding strength for various dielectrics and semiconductor substrates. Further, the hydrophilic treatment may be applied to either one of the surfaces to be joined. The glass substrate contains a silicon element, and the silicon element forms a bond having a strong covalent bond, so that the bonding strength is stronger than in the case of using other materials. When heat treatment is performed at 300 ° C. for about 1 hour, a bonding strength of several tens of kg / cm 2 can be obtained with good reproducibility.

【0031】接合界面をTEM(透過型電子顕微鏡)で
観察した結果、原子レベルで接合されていることが分か
った。また、接合界面での光散乱も観察されなかった。
As a result of observing the bonding interface with a TEM (transmission electron microscope), it was found that bonding was performed at the atomic level. Further, no light scattering was observed at the bonding interface.

【0032】接合界面が原子レベルで接合されているこ
と及び接合のために特別な材料を接合界面に介在させな
いことから、上述の接合を直接接合と呼ぶ。
The above-mentioned bonding is called direct bonding because the bonding interface is bonded at the atomic level and no special material is interposed in the bonding interface for bonding.

【0033】ガラス基板2の一部である光導波路部3は
他の部分よりも少し厚くなっており、これにより実効屈
折率が高くなることから、光はこの部分に閉じ込められ
光導波路として機能する。
The optical waveguide portion 3 which is a part of the glass substrate 2 is slightly thicker than the other portions, and the effective refractive index is increased thereby, so that light is confined in this portion and functions as an optical waveguide. .

【0034】保持基板1に電気光学効果を有する誘電体
であるニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムを、
ガラス基板2に波長1.5μm帯で屈折率約1.45の
高純度石英ガラスを、低屈折率層4に屈折率約1.4
の、スパッタリングや化学気相成長法などにより形成し
た低屈折率ガラス、酸化珪素または窒化珪素を用いて、
光導波路素子を製造した。保持基板1の厚さを450μ
m、光導波路部3の厚さを10μm、光導波路部以外の
ガラス基板2の厚さを4μm、低屈折率層4の厚さを2
μmとした。得られた光導波路素子の光の伝搬損失は、
0.05dB/cm以下であった。またコア径10μm
のシングルモード光ファイバーを用いて、光ファイバー
との結合損失を評価した。その結果、光ファイバーとの
結合損失は0.5dB以下という良好な結果が容易に得
られた。
Lithium niobate or lithium tantalate, which is a dielectric having an electro-optic effect, is applied to the holding substrate 1.
The glass substrate 2 is made of high-purity silica glass having a refractive index of about 1.45 in the wavelength band of 1.5 μm, and the low refractive index layer 4 has a refractive index of about 1.4.
Of low refractive index glass, silicon oxide or silicon nitride formed by sputtering or chemical vapor deposition,
An optical waveguide device was manufactured. The thickness of the holding substrate 1 is 450μ
m, the thickness of the optical waveguide portion 3 is 10 μm, the thickness of the glass substrate 2 other than the optical waveguide portion is 4 μm, and the thickness of the low refractive index layer 4 is 2 μm.
μm. The light propagation loss of the obtained optical waveguide element is
It was 0.05 dB / cm or less. Also, the core diameter is 10 μm
The coupling loss with the optical fiber was evaluated using the single mode optical fiber of. As a result, the good result that the coupling loss with the optical fiber was 0.5 dB or less was easily obtained.

【0035】直接接合を用いずに、接着剤を用いて接合
すると、接着剤の厚さを高精度で制御することが困難な
ため、接着後の基板平行度が悪くなり、ガラスや誘電体
基板の加工精度が低下する。また、有機物からなる接着
剤は、耐熱性や耐薬品性が低いので、接合後のガラスや
誘電体基板の加工プロセスに制限が加えられる。本発明
の直接接合を用いれば上記の問題がなく、直接接合を用
いて製造された光導波路素子は、信頼性にも優れる。
When bonding is performed using an adhesive instead of using direct bonding, it is difficult to control the thickness of the adhesive with high accuracy, so that the parallelism of the substrates after bonding is deteriorated and the glass or dielectric substrate is deteriorated. Processing accuracy is reduced. Further, since the adhesive made of an organic material has low heat resistance and chemical resistance, the processing process of the glass or the dielectric substrate after bonding is restricted. If the direct bonding of the present invention is used, the above problems do not occur, and the optical waveguide device manufactured by using the direct bonding has excellent reliability.

【0036】(実施例2)本発明の光導波路素子の構造
の第2の例を図3に示す。図3において、各構成要素1
から4の名称と機能は実施例1と同じである。本実施例
においては、実施例1の構成に加えて、保持基板1の表
面に非晶質もしくは多結晶の珪素層5を形成してある。
珪素層5は、従来の薄膜技術で形成することができる。
珪素層5と低屈折率層4とは、直接接合により接合され
ている。
Example 2 A second example of the structure of the optical waveguide device of the present invention is shown in FIG. In FIG. 3, each component 1
4 to 4 have the same names and functions as those in the first embodiment. In the present embodiment, in addition to the structure of the first embodiment, an amorphous or polycrystalline silicon layer 5 is formed on the surface of the holding substrate 1.
Silicon layer 5 can be formed by conventional thin film techniques.
The silicon layer 5 and the low refractive index layer 4 are joined by direct joining.

【0037】各構成要素1から4の材料及び寸法は、実
施例1と同じとし、厚さ0.5μmの非晶質または多結
晶の珪素層5を保持基板1上に形成することにより、本
実施例の光導波路素子を製造した。得られた光導波路素
子の光伝搬損失及び光ファイバーとの結合損失を実施例
1と同様に評価した。その結果、実施例1とほぼ同様の
良好な結果が得られた。
The materials and dimensions of each of the constituent elements 1 to 4 are the same as in Example 1, and the amorphous or polycrystalline silicon layer 5 having a thickness of 0.5 μm is formed on the holding substrate 1 to form The optical waveguide device of the example was manufactured. The optical propagation loss of the obtained optical waveguide device and the coupling loss with the optical fiber were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, good results almost similar to those in Example 1 were obtained.

【0038】(実施例3)本発明の光導波路素子の構造
の第3の例を図4に示す。図4において、各構成要素1
から4の名称と機能は実施例1と同じである。本実施例
においては、実施例1の構成に加えて、保持基板1の表
面に酸化珪素もしくは窒化珪素の珪素化合物層6を形成
してある。珪素化合物層6は、従来の薄膜技術で形成す
ることができる。低屈折率層4と珪素化合物層6とは、
直接接合により接合されている。
(Embodiment 3) FIG. 4 shows a third example of the structure of the optical waveguide device of the present invention. In FIG. 4, each component 1
4 to 4 have the same names and functions as those in the first embodiment. In this embodiment, in addition to the structure of the first embodiment, a silicon compound layer 6 of silicon oxide or silicon nitride is formed on the surface of the holding substrate 1. The silicon compound layer 6 can be formed by a conventional thin film technique. The low refractive index layer 4 and the silicon compound layer 6 are
It is joined by direct joining.

【0039】各構成要素1から4の材料及び寸法は、実
施例1と同じとし、厚さ0.5μmの酸化珪素または窒
化珪素層を保持基板1上に形成することにより、本実施
例の光導波路素子を製造した。得られた光導波路素子の
光伝搬損失及び光ファイバーとの結合損失を実施例1と
同様に評価した。その結果、実施例1とほぼ同様の良好
な結果が得られた。
The materials and dimensions of the respective constituent elements 1 to 4 are the same as those in the first embodiment, and by forming a silicon oxide or silicon nitride layer having a thickness of 0.5 μm on the holding substrate 1, the optical components of the present embodiment can be obtained. A waveguide element was manufactured. The optical propagation loss of the obtained optical waveguide device and the coupling loss with the optical fiber were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, good results almost similar to those in Example 1 were obtained.

【0040】(実施例4)本発明の光導波路素子の構造
の第4の例を図5に示す。図5において、各構成要素2
から4の名称と機能は実施例1と同じである。本実施例
においては、保持基板に半導体であるSi基板11を用
いている。Si基板11と低屈折率層4とは、直接接合
により接合されている。
(Embodiment 4) FIG. 5 shows a fourth example of the structure of the optical waveguide device of the present invention. In FIG. 5, each component 2
4 to 4 have the same names and functions as those in the first embodiment. In this embodiment, the Si substrate 11 which is a semiconductor is used as the holding substrate. The Si substrate 11 and the low refractive index layer 4 are joined by direct joining.

【0041】各構成要素2から4の材料及び寸法は、実
施例1と同じとし、保持基板として厚さ450μmのS
i基板を用いることにより、本実施例の光導波路素子を
製造した。得られた光導波路素子の光伝搬損失及び光フ
ァイバーとの結合損失を実施例1と同様に評価した。そ
の結果、実施例1とほぼ同様の良好な結果が得られた。
The materials and dimensions of the respective constituent elements 2 to 4 are the same as in Example 1, and the holding substrate is made of S having a thickness of 450 μm.
The optical waveguide device of this example was manufactured by using the i substrate. The optical propagation loss of the obtained optical waveguide device and the coupling loss with the optical fiber were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, good results almost similar to those in Example 1 were obtained.

【0042】(実施例5)本発明の光導波路素子の構造
の第5の例を図6に示す。図において、各構成要素2か
ら4及び11の名称と機能は実施例4と同じである。本
実施例においては、実施例4の構成に加えて、Si基板
11の表面に非晶質もしくは多結晶の珪素層5が形成さ
れている。珪素層5と低屈折率層4とは、直接接合によ
り接合されている。
Example 5 FIG. 6 shows a fifth example of the structure of the optical waveguide device of the present invention. In the figure, the names and functions of the components 2 to 4 and 11 are the same as in the fourth embodiment. In this embodiment, in addition to the structure of the fourth embodiment, an amorphous or polycrystalline silicon layer 5 is formed on the surface of the Si substrate 11. The silicon layer 5 and the low refractive index layer 4 are joined by direct joining.

【0043】各構成要素2から4、及び11の材料及び
寸法は、実施例4と同じとし、厚さ0.5μmの非晶質
珪素層または多結晶珪素層をSi基板11の表面に形成
することにより、本実施例の光導波路素子を製造した。
得られた光導波路素子の光伝搬損失及び光ファイバーと
の結合損失を実施例1と同様に評価した。その結果、実
施例1とほぼ同様の良好な結果が得られた。
The materials and dimensions of each of the constituent elements 2 to 4 and 11 are the same as in Example 4, and an amorphous silicon layer or a polycrystalline silicon layer having a thickness of 0.5 μm is formed on the surface of the Si substrate 11. Thus, the optical waveguide device of this example was manufactured.
The optical propagation loss of the obtained optical waveguide device and the coupling loss with the optical fiber were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, good results almost similar to those in Example 1 were obtained.

【0044】(実施例6)本発明の光導波路素子の構造
の第6の例を図7に示す。図7において、各構成要素2
から4、及び11の機能と名称は実施例4と同じであ
る。本実施例においては、実施例4の構成に加えて、酸
化珪素もしくは窒化珪素層である珪素化合物層6が、S
i基板11の表面に形成されている。珪素化合物層6と
低屈折率層4とは、直接接合により接合されている。
Example 6 FIG. 7 shows a sixth example of the structure of the optical waveguide device of the present invention. In FIG. 7, each component 2
The functions and names of 4 to 11 are the same as those in the fourth embodiment. In this embodiment, in addition to the structure of the fourth embodiment, the silicon compound layer 6 that is a silicon oxide or silicon nitride layer is
It is formed on the surface of the i substrate 11. The silicon compound layer 6 and the low refractive index layer 4 are joined by direct joining.

【0045】各構成要素2から4、及び11の材料及び
寸法は、実施例4と同じとし、厚さ0.5μmの酸化珪
素層または窒化珪素層をSi基板11の表面に形成する
ことにより、本実施例の光導波路素子を製造した。得ら
れた光導波路素子の光伝搬損失及び光ファイバーとの結
合損失を実施例1と同様に評価した。その結果、実施例
1とほぼ同様の良好な結果が得られた。
The materials and dimensions of the respective constituent elements 2 to 4 and 11 are the same as in Example 4, and a silicon oxide layer or a silicon nitride layer having a thickness of 0.5 μm is formed on the surface of the Si substrate 11, The optical waveguide device of this example was manufactured. The optical propagation loss of the obtained optical waveguide device and the coupling loss with the optical fiber were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, good results almost similar to those in Example 1 were obtained.

【0046】(実施例7)本発明の光導波路素子の構造
の第7の例を図8に示す。図8において、各構成要素2
から4の各構成要素の機能と名称は実施例1と同じであ
る。本実施例では、保持基板に、周期表3族及び5族の
元素を組み合わせて得られる3−5族化合物半導体であ
るGaAsまたはInP基板12を用いている。GaA
sまたはInP基板12と低屈折率層4とは、直接接合
により接合されている。
(Embodiment 7) FIG. 8 shows a seventh example of the structure of the optical waveguide device of the present invention. In FIG. 8, each component 2
The functions and names of the respective constituent elements 1 to 4 are the same as those in the first embodiment. In this embodiment, a GaAs or InP substrate 12, which is a compound semiconductor of Group 3-5 obtained by combining elements of Groups 3 and 5 of the periodic table, is used as the holding substrate. GaA
The s or InP substrate 12 and the low refractive index layer 4 are directly joined to each other.

【0047】各構成要素2から4の材料及び寸法は、実
施例1と同じとし、保持基板として厚さ450μmのG
aAsまたはInP基板を用いることにより、本実施例
の光導波路素子を製造した。得られた光導波路素子の光
伝搬損失及び光ファイバーとの結合損失を実施例1と同
様に評価した。その結果、実施例1とほぼ同様の良好な
結果が得られた。
The materials and dimensions of the respective constituent elements 2 to 4 are the same as those in the first embodiment, and a 450 μm thick G substrate is used as the holding substrate.
The optical waveguide device of this example was manufactured by using an aAs or InP substrate. The optical propagation loss of the obtained optical waveguide device and the coupling loss with the optical fiber were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, good results almost similar to those in Example 1 were obtained.

【0048】(実施例8)本発明の光導波路素子の構造
の第8の例を図9に示す。図9において、各構成要素2
から4、及び12の名称と機能は実施例7と同じであ
る。本実施例においては、実施例7の構成に加えて、G
aAsまたはInP基板12の表面に非晶質もしくは多
結晶の珪素層5が形成されている。珪素層5と低屈折率
層4とは、直接接合により接合されている。
(Embodiment 8) FIG. 9 shows an eighth example of the structure of the optical waveguide device of the present invention. In FIG. 9, each component 2
The names and functions of 4 to 12 are the same as those of the seventh embodiment. In this embodiment, in addition to the configuration of the seventh embodiment, G
An amorphous or polycrystalline silicon layer 5 is formed on the surface of the aAs or InP substrate 12. The silicon layer 5 and the low refractive index layer 4 are joined by direct joining.

【0049】各構成要素2から4、及び12の材料及び
寸法は、実施例7と同じとし、厚さ0.5μmの非晶質
珪素層または多結晶珪素層をGaAsまたはInP基板
12の表面に形成することにより、本実施例の光導波路
素子を製造した。得られた光導波路素子の光伝搬損失及
び光ファイバーとの結合損失を実施例1と同様に評価し
た。その結果、実施例1とほぼ同様の良好な結果が得ら
れた。
The materials and dimensions of the respective constituent elements 2 to 4 and 12 are the same as in Example 7, and an amorphous silicon layer or polycrystalline silicon layer having a thickness of 0.5 μm is formed on the surface of the GaAs or InP substrate 12. By forming it, the optical waveguide device of this example was manufactured. The optical propagation loss of the obtained optical waveguide device and the coupling loss with the optical fiber were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, good results almost similar to those in Example 1 were obtained.

【0050】(実施例9)本発明の光導波路素子の構造
の第9の例を図10に示す。図10において、各構成要
素2から4、及び12の名称と機能は実施例7と同じで
ある。本実施例においては、実施例7の構成に加えて、
GaAsまたはInP基板12の表面に酸化珪素もしく
は窒化珪素層である珪素化合物層6が形成されている。
珪素化合物層6と低屈折率層4とは、直接接合により接
合されている。
(Embodiment 9) FIG. 10 shows a ninth example of the structure of the optical waveguide device of the present invention. In FIG. 10, the names and functions of the components 2 to 4 and 12 are the same as in the seventh embodiment. In this embodiment, in addition to the configuration of the seventh embodiment,
A silicon compound layer 6 which is a silicon oxide or silicon nitride layer is formed on the surface of a GaAs or InP substrate 12.
The silicon compound layer 6 and the low refractive index layer 4 are joined by direct joining.

【0051】各構成要素2から4、及び12の材料及び
寸法は、実施例7と同じとし、厚さ0.5μmの酸化珪
素層または窒化珪素層をGaAsまたはInP基板12
の表面に形成することにより、本実施例の光導波路素子
を製造した。得られた光導波路素子の光伝搬損失及び光
ファイバーとの結合損失を実施例1と同様に評価した。
その結果、実施例1とほぼ同様の良好な結果が得られ
た。
The materials and dimensions of each of the constituent elements 2 to 4 and 12 are the same as in Example 7, and a silicon oxide layer or silicon nitride layer having a thickness of 0.5 μm is formed on the GaAs or InP substrate 12.
An optical waveguide device of this example was manufactured by forming the optical waveguide device on the surface. The optical propagation loss of the obtained optical waveguide device and the coupling loss with the optical fiber were evaluated in the same manner as in Example 1.
As a result, good results almost similar to those in Example 1 were obtained.

【0052】(実施例10)本発明の光導波路素子の構
造の第10の例を図11に示す。図11において、各構
成要素2から4の名称と機能は、実施例1と同じであ
る。本実施例では保持基板に、ガラス基板13を用いて
いる。保持用ガラス基板13と低屈折率層4とは、直接
接合により接合されている。
(Embodiment 10) FIG. 11 shows a tenth example of the structure of the optical waveguide device of the present invention. In FIG. 11, the names and functions of the components 2 to 4 are the same as in the first embodiment. In this embodiment, the glass substrate 13 is used as the holding substrate. The holding glass substrate 13 and the low refractive index layer 4 are joined by direct joining.

【0053】各構成要素2から4の材料及び寸法は、実
施例1と同じとし、保持基板として厚さ450μmの、
波長1.5μm帯で屈折率約1.45の高純度石英ガラ
ス基板を用いることにより、本実施例の光導波路素子を
製造した。得られた光導波路素子の光伝搬損失及び光フ
ァイバーとの結合損失を実施例1と同様に評価した。そ
の結果、実施例1とほぼ同様の良好な結果が得られた。
The materials and dimensions of each of the constituent elements 2 to 4 are the same as those in the first embodiment, and the thickness of the holding substrate is 450 μm.
An optical waveguide device of this example was manufactured by using a high-purity silica glass substrate having a refractive index of about 1.45 in the wavelength band of 1.5 μm. The optical propagation loss of the obtained optical waveguide device and the coupling loss with the optical fiber were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, good results almost similar to those in Example 1 were obtained.

【0054】(実施例11)本発明の光導波路素子の構
造の第11の例を図12に示す。図12において、各構
成要素2から4、及び13の名称と機能は実施例10と
同じである。本実施例においては、実施例10の構成に
加えて、保持用ガラス基板13の表面に非晶質もしくは
多結晶の珪素層5が形成されている。珪素層5と低屈折
率層4とは直接接合により接合されている。
(Embodiment 11) An eleventh example of the structure of the optical waveguide device of the present invention is shown in FIG. In FIG. 12, the names and functions of the components 2 to 4 and 13 are the same as in the tenth embodiment. In this embodiment, in addition to the structure of the tenth embodiment, an amorphous or polycrystalline silicon layer 5 is formed on the surface of the holding glass substrate 13. The silicon layer 5 and the low refractive index layer 4 are joined by direct joining.

【0055】各構成要素2から4、及び13の材料及び
寸法は、実施例10と同じとし、厚さ0.5μmの非晶
質珪素層または多結晶珪素層を保持用ガラス基板の表面
に形成することにより、本実施例の光導波路素子を製造
した。得られた光導波路素子の光伝搬損失及び光ファイ
バーとの結合損失を実施例1と同様に評価した。その結
果、実施例1とほぼ同様の良好な結果が得られた。
The materials and dimensions of each of the constituent elements 2 to 4 and 13 are the same as in Example 10, and an amorphous silicon layer or a polycrystalline silicon layer having a thickness of 0.5 μm is formed on the surface of the holding glass substrate. By doing so, the optical waveguide device of this example was manufactured. The optical propagation loss of the obtained optical waveguide device and the coupling loss with the optical fiber were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, good results almost similar to those in Example 1 were obtained.

【0056】(実施例12)本発明の光導波路素子の構
造の第12の例を図13に示す。図13において、2か
ら4及び13の各構成要素の機能と名称は実施例10と
同じである。本実施例においては、実施例10の構成に
加えて、保持用ガラス基板13の表面に酸化珪素もしく
は窒化珪素層である珪素化合物層6が形成されている。
珪素化合物層6は、直接接合により接合されている。
(Embodiment 12) A twelfth example of the structure of the optical waveguide device of the present invention is shown in FIG. In FIG. 13, the functions and names of the components 2 to 4 and 13 are the same as in the tenth embodiment. In this embodiment, in addition to the structure of the tenth embodiment, a silicon compound layer 6 which is a silicon oxide or silicon nitride layer is formed on the surface of the holding glass substrate 13.
The silicon compound layer 6 is joined by direct joining.

【0057】各構成要素2から4、及び13の材料及び
寸法は、実施例10と同じとし、厚さ0.5μmの酸化
珪素または窒化珪素層を保持用ガラス基板の表面に形成
することにより、本実施例の光導波路素子を製造した。
得られた光導波路素子の光伝搬損失及び光ファイバーと
の結合損失を実施例1と同様に評価した。その結果、実
施例1とほぼ同様の良好な結果が得られた。
The materials and dimensions of each of the constituent elements 2 to 4 and 13 are the same as in Example 10, and a silicon oxide or silicon nitride layer having a thickness of 0.5 μm is formed on the surface of the holding glass substrate. The optical waveguide device of this example was manufactured.
The optical propagation loss of the obtained optical waveguide device and the coupling loss with the optical fiber were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, good results almost similar to those in Example 1 were obtained.

【0058】(実施例13)本発明の光導波路素子の構
造の第13の例を図14に示す。図14において、各構
成要素2及び3の名称と機能は実施例1と同じである。
本実施例では、保持基板にガラス基板を用いており、こ
の保持用ガラス基板14の屈折率は、光導波路用ガラス
基板2の屈折率よりも小さい。従って、本実施例では、
実施例1の低屈折率層4は無い。保持用ガラス基板14
と光導波路用ガラス基板2とは、直接接合により接合さ
れている。
(Embodiment 13) A thirteenth example of the structure of the optical waveguide device of the present invention is shown in FIG. In FIG. 14, the names and functions of the components 2 and 3 are the same as in the first embodiment.
In this embodiment, a glass substrate is used as the holding substrate, and the refractive index of the holding glass substrate 14 is smaller than that of the optical waveguide glass substrate 2. Therefore, in this embodiment,
There is no low refractive index layer 4 of Example 1. Holding glass substrate 14
The optical substrate glass substrate 2 and the optical waveguide glass substrate 2 are directly joined to each other.

【0059】保持用ガラス基板14に波長1.5μm帯
の屈折率1.40の、ガラス基板2に波長1.5μm帯
の屈折率約1.45の高純度石英ガラスを用いて、本実
施例の光導波路素子を製造した。保持用ガラス基板14
の厚さを450μm、光導波路部3の厚さを10μm、
及び光導波路部以外のガラス基板2の厚さを4μmとし
た。得られた光導波路素子の光伝搬損失及び光ファイバ
ーとの結合損失を実施例1と同様に評価した。その結
果、実施例1とほぼ同様の良好な結果が得られた。
In this embodiment, a high-purity quartz glass having a refractive index of 1.40 in the wavelength band of 1.5 μm and a refractive index of about 1.45 in the wavelength band of 1.5 μm is used for the holding glass substrate 14 and the glass substrate 2. The optical waveguide device of Holding glass substrate 14
Is 450 μm, the thickness of the optical waveguide part 3 is 10 μm,
The thickness of the glass substrate 2 other than the optical waveguide portion was 4 μm. The optical propagation loss of the obtained optical waveguide device and the coupling loss with the optical fiber were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, good results almost similar to those in Example 1 were obtained.

【0060】(実施例14)本発明の光導波路素子の構
造の第14の例を図15に示す。図15において、各構
成要素2、3、及び14の名称と機能は実施例13と同
じである。本実施例においては、実施例13の構成に加
えて、保持用ガラス基板14の表面に非晶質もしくは多
結晶の珪素層5が形成されている。光導波路用ガラス基
板2と非晶質珪素または多結晶珪素層5とは、直接接合
により接合されている。
(Embodiment 14) FIG. 15 shows a fourteenth example of the structure of the optical waveguide device of the present invention. In FIG. 15, the names and functions of the respective constituent elements 2, 3, and 14 are the same as in the thirteenth embodiment. In the present embodiment, in addition to the structure of the thirteenth embodiment, an amorphous or polycrystalline silicon layer 5 is formed on the surface of the holding glass substrate 14. The optical waveguide glass substrate 2 and the amorphous silicon or polycrystalline silicon layer 5 are directly joined to each other.

【0061】各構成要素2、3、及び14の材料及び寸
法は、実施例13と同じとし、厚さ0.5μmの非晶質
珪素層または多結晶珪素層を保持用ガラス基板14の表
面に形成することにより、本実施例の光導波路素子を製
造した。得られた光導波路素子の光伝搬損失及び光ファ
イバーとの結合損失を実施例1と同様に評価した。その
結果、実施例1とほぼ同様の良好な結果が得られた。
The materials and dimensions of the respective constituent elements 2, 3 and 14 were the same as in Example 13, and an amorphous silicon layer or polycrystalline silicon layer having a thickness of 0.5 μm was formed on the surface of the glass substrate 14 for holding. By forming it, the optical waveguide device of this example was manufactured. The optical propagation loss of the obtained optical waveguide device and the coupling loss with the optical fiber were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, good results almost similar to those in Example 1 were obtained.

【0062】(実施例15)本発明の光導波路素子の構
造の第15の例を図16に示す。図16において、各構
成要素2、3、及び14の名称と機能は実施例13と同
じである。本実施例においては、実施例13の構成に加
えて、保持用ガラス基板14の表面に酸化珪素もしくは
窒化珪素層である珪素化合物層6が形成されている。光
導波路用ガラス基板2と珪素化合物層6とは、直接接合
により接合されている。
Example 15 FIG. 16 shows a fifteenth example of the structure of the optical waveguide device of the present invention. In FIG. 16, the names and functions of the constituent elements 2, 3, and 14 are the same as in the thirteenth embodiment. In this embodiment, in addition to the structure of the thirteenth embodiment, a silicon compound layer 6 which is a silicon oxide or silicon nitride layer is formed on the surface of the holding glass substrate 14. The glass substrate 2 for optical waveguide and the silicon compound layer 6 are joined by direct joining.

【0063】各構成要素2、3、及び14の材料及び寸
法は、実施例13と同じとし、厚さ0.5μmの酸化珪
素層または窒化珪素層を保持用ガラス基板14の表面に
形成することにより、本実施例の光導波路素子を製造し
た。得られた光導波路素子の光伝搬損失及び光ファイバ
ーとの結合損失を実施例1と同様に評価した。その結
果、実施例1とほぼ同様の良好な結果が得られた。
The materials and dimensions of the respective constituent elements 2, 3 and 14 are the same as in Example 13, and a 0.5 μm thick silicon oxide layer or silicon nitride layer is formed on the surface of the holding glass substrate 14. Thus, the optical waveguide device of this example was manufactured. The optical propagation loss of the obtained optical waveguide device and the coupling loss with the optical fiber were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, good results almost similar to those in Example 1 were obtained.

【0064】(実施例16)本発明の光導波路素子の構
造の第16の例を図17に示す。図17は、ガラス基板
上に設けた光導波路部の断面構造を描いたものである。
図17において、保持基板として、電気光学効果有する
誘電体基板であるニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リ
チウム基板21を用いている。ガラス基板に光導波路部
22、23を設けてある。光導波路部22、23は実施
例1の光導波路部3に対応する。低屈折率層24、25
は、光導波路部22、23の屈折率よりも低い屈折率を
有するガラスもしくは薄膜層である。低屈折率層24、
25は従来の薄膜技術で作成できる。光ファイバー2
6、27はガラス光導波路部22及び23に接続されて
いる。誘電体基板21に光導波路型光変調器などの電気
光学効果を利用した光素子28が形成されている。光導
波路29、30は、ガラス基板光導波路部22、23
と、低屈折率層24、25を介して、光導波路型の光方
向性結合器を構成するように作られている。光導波路2
9、30は、誘電体基板21上に従来の薄膜技術で形成
できる。低屈折率層24、25と光導波路29、30と
は、直接接合により接合されている。
(Example 16) A sixteenth example of the structure of the optical waveguide device of the present invention is shown in FIG. FIG. 17 illustrates a cross-sectional structure of the optical waveguide portion provided on the glass substrate.
In FIG. 17, a lithium niobate or lithium tantalate substrate 21, which is a dielectric substrate having an electro-optical effect, is used as the holding substrate. Optical waveguide sections 22 and 23 are provided on a glass substrate. The optical waveguide portions 22 and 23 correspond to the optical waveguide portion 3 of the first embodiment. Low refractive index layers 24, 25
Is a glass or thin film layer having a refractive index lower than that of the optical waveguide portions 22 and 23. Low refractive index layer 24,
25 can be made by conventional thin film technology. Optical fiber 2
Reference numerals 6 and 27 are connected to the glass optical waveguide portions 22 and 23. An optical element 28 utilizing an electro-optical effect, such as an optical waveguide type optical modulator, is formed on the dielectric substrate 21. The optical waveguides 29 and 30 are the glass substrate optical waveguide portions 22 and 23.
And the low-refractive-index layers 24 and 25, so as to form an optical waveguide type optical directional coupler. Optical waveguide 2
9 and 30 can be formed on the dielectric substrate 21 by a conventional thin film technique. The low refractive index layers 24 and 25 and the optical waveguides 29 and 30 are directly joined to each other.

【0065】次に本実施例の構造の素子の動作及び機能
を説明する。光ファイバー26により導かれる外部から
伝搬してきた信号光は、ガラス基板光導波路部22に結
合損失の少ない状態で結合される。この光導波路部に入
った光信号は、その下部に形成された光方向性結合器に
導かれる。光方向性結合器は、2本の光導波路を平行に
設け、導波路間の距離(光の伝搬方向に垂直方向)、光
導波路の長さ(光の伝搬方向)、光導波路の幅(光の伝
搬方向に垂直方向、基板に平行方向)及び光導波路の厚
さ(基板に垂直方向)などを適当な値にすることによ
り、光をある一定距離伝搬させた時、一方の光導波路を
伝搬中の光エネルギーを、平行に設けられた他方の光導
波路に、ほぼ全て移すことができる光学素子である。ガ
ラス基板光導波路部22とその下部の低屈折率層24及
び誘電体基板上の光導波路29の形状、寸法及び屈折率
を適当に設定し、ガラス基板光導波路部22に入った光
エネルギーが全て光導波路29に移るように光方向性結
合器が形成されている。従って、光ファイバー26から
入った光は、損失の極めて少ない状態で、光導波路29
に移る。光導波路29は光変調器などの光素子28に接
続されており、光変調などの処理を行うことができる。
光素子28を出た光は、光導波路30に入る。光導波路
30は、その上部に設けられたガラス基板光導波路部2
3と光方向性結合器を構成するように形成されている。
この光方向性結合器によって光導波路30を伝搬する光
エネルギーは、ガラス基板光導波路部23に移り、接続
されている光ファイバー27へ低損失で結合され、外部
へと導かれる。
Next, the operation and function of the element having the structure of this embodiment will be described. The signal light propagated from the outside guided by the optical fiber 26 is coupled to the glass substrate optical waveguide portion 22 with a small coupling loss. The optical signal that has entered this optical waveguide portion is guided to the optical directional coupler formed below it. The optical directional coupler is provided with two optical waveguides arranged in parallel, the distance between the waveguides (direction perpendicular to the light propagation direction), the length of the optical waveguide (light propagation direction), the width of the optical waveguide (light propagation direction). Propagation in one of the optical waveguides when propagating light for a certain distance by making the thickness of the optical waveguide (vertical direction parallel to the substrate) and the optical waveguide thickness (perpendicular to the substrate) appropriate values. It is an optical element that can transfer almost all the light energy therein to the other optical waveguide provided in parallel. The shape, size and refractive index of the glass substrate optical waveguide portion 22, the low refractive index layer 24 therebelow and the optical waveguide 29 on the dielectric substrate are appropriately set so that all the light energy entering the glass substrate optical waveguide portion 22 is obtained. An optical directional coupler is formed so as to move to the optical waveguide 29. Therefore, the light that has entered from the optical fiber 26 has an extremely small loss, and the optical waveguide 29
Move on to. The optical waveguide 29 is connected to an optical element 28 such as an optical modulator and can perform processing such as optical modulation.
The light emitted from the optical element 28 enters the optical waveguide 30. The optical waveguide 30 includes the glass substrate optical waveguide portion 2 provided on the upper portion thereof.
3 and the optical directional coupler.
The light energy propagating through the optical waveguide 30 is transferred to the glass substrate optical waveguide portion 23 by this optical directional coupler, is coupled to the connected optical fiber 27 with low loss, and is guided to the outside.

【0066】このような構成とすることによりガラス基
板上の光導波路と電気光学効果を利用した光素子を有す
る誘電体基板を光学的に結合することができ、光導波路
と高度の機能を有する光学素子とを集積化することがで
きる。ガラス基板光導波路部は、その形状、寸法、屈折
率を光ファイバーと一致させ易いため、光ファイバーと
の結合損失を、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウム
など屈折率の大きい材料に形成した光導波路に結合する
場合よりもはるかに小さくすることができる。また、ガ
ラス光導波路は、上記誘電体光導波路よりも光伝搬損失
をはるかに小さくできる。従って、このような構成とす
ることにより伝搬損失と光ファイバーとの結合損失の少
ない光導波路と電気光学効果を利用した誘電体光素子と
を効率良く一体に集積することができる。また、本発明
による直接接合を用いることにより、上記構成を波長の
数分の1以下程度の加工精度精度で実現することができ
る。
With this structure, the optical waveguide on the glass substrate and the dielectric substrate having the optical element utilizing the electro-optical effect can be optically coupled to each other, and the optical waveguide and the optical device having a high function can be combined. The device and the device can be integrated. Since the glass substrate optical waveguide part easily matches its shape, size, and refractive index with the optical fiber, the coupling loss with the optical fiber is coupled to the optical waveguide formed of a material having a large refractive index such as lithium niobate or lithium tantalate. It can be much smaller than the case. Further, the glass optical waveguide can make the optical propagation loss much smaller than that of the dielectric optical waveguide. Therefore, with such a configuration, the optical waveguide with less propagation loss and coupling loss with the optical fiber and the dielectric optical element utilizing the electro-optical effect can be efficiently integrated. Further, by using the direct bonding according to the present invention, the above configuration can be realized with a processing accuracy accuracy of a fraction of a wavelength or less.

【0067】(実施例17)本発明の光導波路素子の構
造の第17の例を図18に示す。図18は、光導波路部
の断面構造を描いたものである。図18において、保持
用Si基板11、光導波路部3及び低屈折率層4は、実
施例4と同様の構成である。Si基板11と低屈折率層
4とは、直接接合により接合されている。本実施例にお
いては、端面反射部31が光導波路部3の端部に設けら
れている。また、光素子としてホトダイオード32がS
i基板上に形成されている。光ファイバー33は光導波
路部3に接続されている。
(Embodiment 17) FIG. 18 shows a seventeenth example of the structure of the optical waveguide device of the present invention. FIG. 18 illustrates a cross-sectional structure of the optical waveguide section. In FIG. 18, the holding Si substrate 11, the optical waveguide portion 3, and the low refractive index layer 4 have the same configurations as those in the fourth embodiment. The Si substrate 11 and the low refractive index layer 4 are joined by direct joining. In this embodiment, the end face reflection portion 31 is provided at the end portion of the optical waveguide portion 3. In addition, the photodiode 32 as an optical element is S
It is formed on the i substrate. The optical fiber 33 is connected to the optical waveguide section 3.

【0068】光ファイバー33により導かれる外部から
伝搬してきた信号光は、光導波路部3に結合損失の少な
い状態で結合される。この光導波路部3に入った光信号
は、その一部に形成された端面反射部31により反射さ
れSi基板に入射する。光が入射する部分のSi基板に
光素子として、本実施例のように例えばホトダイードを
形成しておけば、光導波路に入った光信号を電気信号に
変換することができる。このような構成とすることによ
りガラス基板上の光導波路とSi半導体基板の光素子と
を光学的に結合することができ、光導波路と高度な機能
を有する光素子を集積化することができる。図18には
特に示してないが、例えばSi基板の他の部分に各種ト
ランジスタなどの電子素子を形成し、光から電気に変換
された信号を増幅する機能を合わせ持たせることも可能
である。このような構成とすることにより伝搬損失と光
ファイバーとの結合損失の少ない光導波路とSi半導体
光電子回路とを効率良く一体に集積することができる。
The signal light propagated from the outside guided by the optical fiber 33 is coupled to the optical waveguide portion 3 with a small coupling loss. The optical signal that has entered the optical waveguide portion 3 is reflected by the end face reflection portion 31 formed in a part thereof and enters the Si substrate. If, for example, a photodiode is formed as an optical element on the Si substrate where light is incident, an optical signal entering the optical waveguide can be converted into an electrical signal. With such a configuration, the optical waveguide on the glass substrate and the optical element on the Si semiconductor substrate can be optically coupled, and the optical waveguide and the optical element having a high function can be integrated. Although not specifically shown in FIG. 18, it is possible to form electronic elements such as various transistors on other portions of the Si substrate, for example, to have a function of amplifying a signal converted from light to electricity. With such a structure, the optical waveguide and the Si semiconductor optoelectronic circuit with less propagation loss and coupling loss with the optical fiber can be integrated efficiently and integrally.

【0069】(実施例18)本発明の光導波路素子の構
造の第18の例を図19に示す。図19は、光導波路部
の断面構造を示した図である。図19において、GaA
sまたはInP基板12、光導波路部3及び低屈折率層
4は、実施例7と同様の構成である。GaAsまたはI
nP基板12と低屈折率層4とは、直接接合により接合
されている。本実施例においては、端面反射部31が、
光導波路部3の端部に設けられている。また、光素子と
して、GaAsまたはInP基板12に面発光型半導体
レーザー34が形成されている。光ファイバー33は光
導波路部3に接続されている。
(Embodiment 18) FIG. 19 shows an eighteenth example of the structure of the optical waveguide device of the present invention. FIG. 19 is a diagram showing a cross-sectional structure of the optical waveguide portion. In FIG. 19, GaA
The s or InP substrate 12, the optical waveguide portion 3, and the low refractive index layer 4 have the same configurations as in the seventh embodiment. GaAs or I
The nP substrate 12 and the low refractive index layer 4 are joined by direct joining. In this embodiment, the end face reflection portion 31 is
It is provided at the end of the optical waveguide section 3. Further, a surface emitting semiconductor laser 34 is formed on the GaAs or InP substrate 12 as an optical element. The optical fiber 33 is connected to the optical waveguide section 3.

【0070】面発光型半導体レーザー34の発光により
生成された光信号は、光導波路部3の端面反射部31で
光導波路部3側に反射され、光導波路部3に低損失で接
続された光ファイバー33により外部に伝送される。こ
のような構成とすることによりガラス基板上の光導波路
とGaAsまたはInP半導体基板を光学的に結合する
ことができ、光導波路と高度の機能を有する光学素子と
を集積化することができる。図には特に示してないが、
例えばGaAsまたはInP基板の他の部分に各種トラ
ンジスタなどの電子素子を形成し、面発光半導体レーザ
ーを駆動する機能を合わせ持たせることも可能である。
このような構成とすることにより伝搬損失と光ファイバ
ーとの結合損失の少ない光導波路とGaAsまたはIn
P半導体光電子回路とを効率良く一体に集積することが
できる。
The optical signal generated by the light emission of the surface-emitting type semiconductor laser 34 is reflected to the optical waveguide portion 3 side by the end face reflection portion 31 of the optical waveguide portion 3 and is connected to the optical waveguide portion 3 with low loss. It is transmitted to the outside by 33. With such a configuration, the optical waveguide on the glass substrate and the GaAs or InP semiconductor substrate can be optically coupled, and the optical waveguide and the optical element having a high function can be integrated. Although not shown in the figure,
For example, it is possible to form an electronic element such as various transistors on another portion of the GaAs or InP substrate to have a function of driving the surface emitting semiconductor laser.
With such a structure, an optical waveguide with less propagation loss and coupling loss between the optical fiber and GaAs or In
The P semiconductor optoelectronic circuit can be integrated efficiently and integrally.

【0071】(実施例19)本発明の光導波路素子の構
造の第19の例を図20に示す。図20は、ガラス基板
上に設けた光導波路部の光導波路に沿った断面の構造を
示した図である。保持基板である第1のガラス基板41
の上の第2のガラス基板に光導波路部42が設けられて
いる。第2のガラス基板には第2のガラス基板よりも屈
折率の低い低屈折率層43が設けられている。保持基板
である第1のガラス基板の裏面には、光導波路44が設
けられている。光導波路部42の端部に設けられた端面
反射部45と、光導波路44の端部に設けられた端面反
射部46は、対向するように設けられている。光導波路
部42には光ファイバー47が接続されている。保持基
板である第1のガラス基板41と光導波路部42に設け
られた低屈折率層43とは、直接接合によって接合され
ている。
(Example 19) FIG. 20 shows a nineteenth example of the structure of the optical waveguide element of the present invention. FIG. 20 is a diagram showing a structure of a cross section of the optical waveguide portion provided on the glass substrate along the optical waveguide. First glass substrate 41 which is a holding substrate
The optical waveguide portion 42 is provided on the second glass substrate above the substrate. The low refractive index layer 43 having a lower refractive index than the second glass substrate is provided on the second glass substrate. An optical waveguide 44 is provided on the back surface of the first glass substrate that is the holding substrate. The end surface reflection portion 45 provided at the end portion of the optical waveguide portion 42 and the end surface reflection portion 46 provided at the end portion of the optical waveguide 44 are provided so as to face each other. An optical fiber 47 is connected to the optical waveguide section 42. The first glass substrate 41, which is a holding substrate, and the low-refractive index layer 43 provided on the optical waveguide portion 42 are joined by direct joining.

【0072】光ファイバー47によって導かれる外部か
ら伝搬してきた信号光は、光導波路部42に結合損失の
少ない状態で結合される。この光導波路部42に入った
光信号は、端面反射部45及び46を経て、損失の極め
て少ない状態で、光導波路44に光学的に結合されてい
る。
The signal light propagated from the outside guided by the optical fiber 47 is coupled to the optical waveguide portion 42 with a small coupling loss. The optical signal that has entered the optical waveguide portion 42 is optically coupled to the optical waveguide 44 through the end face reflection portions 45 and 46 with a very small loss.

【0073】保持基板であるガラス基板41上の光導波
路44は、例えば、Ti拡散などの従来の方法を用いる
ことにより、あらかじめ形成しておけばよい。端面反射
部は、接合前に研磨などにより、反射に最も適した角
度、例えば、45度の傾斜面になるように加工し、伝搬
させる光信号に対して、45度の角度で全反射するよう
に光学的反射膜を形成することによって、実現できる。
The optical waveguide 44 on the glass substrate 41, which is a holding substrate, may be formed in advance by using a conventional method such as Ti diffusion. The end face reflection part is processed by polishing or the like before bonding so as to have an inclined surface most suitable for reflection, for example, an inclined surface of 45 degrees, and the optical signal to be propagated is totally reflected at an angle of 45 degrees. It can be realized by forming an optical reflection film on the.

【0074】このような構成とすることにより、光信号
を基板の他方の面上に設けた光導波路に伝送できる。す
なわち、光導波路素子に高度の機能を集積化することが
できる。
With this structure, an optical signal can be transmitted to the optical waveguide provided on the other surface of the substrate. That is, high-level functions can be integrated in the optical waveguide device.

【0075】(実施例20)本発明の光導波路素子の構
造の第20の例を図21に示す。図21において、各構
成要素2から4の名称及び機能は実施例1と同じであ
る。保持基板51の材料は、これまでの実施例で述べた
如く、誘電体であるニオブ酸リチウム、タンタル酸リチ
ウム、ガラスまたは半導体を用いてもよい。本実施例に
おいては、光導波路部を含むガラス基板2の上全体に、
光導波路部の屈折率よりも低い屈折率を有する層(クラ
ッド層)52が形成されている。クラッド層52は、具
体的には酸化珪素や窒化珪素などの膜であり、化学気相
成長法などにより容易に形成できる。
(Embodiment 20) FIG. 21 shows a twentieth example of the structure of the optical waveguide element of the present invention. In FIG. 21, the names and functions of the components 2 to 4 are the same as in the first embodiment. As the material of the holding substrate 51, as described in the above-mentioned embodiments, the dielectric material such as lithium niobate, lithium tantalate, glass or semiconductor may be used. In this embodiment, the entire upper surface of the glass substrate 2 including the optical waveguide portion,
A layer (clad layer) 52 having a refractive index lower than that of the optical waveguide portion is formed. The cladding layer 52 is specifically a film of silicon oxide, silicon nitride, or the like, and can be easily formed by a chemical vapor deposition method or the like.

【0076】このような構成とすることにより、光導波
路部の上下に低屈折率層を有する対称な構造になるの
で、光の閉じ込めをより有効にすることができ、光ファ
イバーとの結合がより容易となる。
With such a structure, a symmetrical structure having low refractive index layers above and below the optical waveguide portion can be achieved, so that light confinement can be made more effective and coupling with an optical fiber is easier. Becomes

【0077】(実施例21)本発明の光導波路素子の製
造方法の第1の例を、図22に示す製造工程図を用いて
説明する。
(Embodiment 21) A first example of a method for manufacturing an optical waveguide device according to the present invention will be described with reference to the manufacturing process chart shown in FIG.

【0078】まず、保持基板の表面の接合される部分を
極めて清浄した後、親水化処理を施す。保持基板がニオ
ブ酸リチウムやタンタル酸リチウムなどの誘電体、ガラ
ス基板、Si半導体基板などである場合は、弗酸系エッ
チング液で、保持基板の表面をごくわずかエッチング除
去し、その後、アンモニア−過酸化水素系溶液に浸すこ
とによって、その表面を親水化することができる。半導
体基板がGaAsやInP系の場合は、硫酸−過酸化水
素系のエッチング液で、表面をごくわずかエッチング除
去し、その後、同様の処理を施すことによってその表面
を親水化することができる。その後、保持基板を純水に
浸し、洗浄する。このように親水化処理を施すことによ
り、保持基板の表面に水酸基が導入され、水分子を吸着
した親水性に富んだ表面が得られる。
First, after the portion of the surface of the holding substrate to be joined is extremely cleaned, it is hydrophilized. When the holding substrate is a dielectric such as lithium niobate or lithium tantalate, a glass substrate, a Si semiconductor substrate, etc., the surface of the holding substrate is slightly removed by etching with a hydrofluoric acid-based etching solution, and then the ammonia-peroxide is used. The surface can be made hydrophilic by immersing it in a hydrogen oxide-based solution. When the semiconductor substrate is GaAs or InP-based, the surface can be made hydrophilic by slightly removing the surface with a sulfuric acid-hydrogen peroxide-based etching solution and then performing the same treatment. Then, the holding substrate is immersed in pure water and washed. By performing the hydrophilic treatment in this manner, hydroxyl groups are introduced into the surface of the holding substrate, and a highly hydrophilic surface having water molecules adsorbed is obtained.

【0079】一方、光導波路用のガラス基板の方は、必
要に応じて基板構成材料よりも屈折率の低い、ガラス層
もしくは酸化珪素層もしくは窒化珪素層を化学気相成長
法などの方法によって形成した後、その表面を清浄化し
た後で、親水化処理を施す。親水化処理の方法は保持基
板の場合とほぼ同様である。
On the other hand, for the glass substrate for the optical waveguide, a glass layer, a silicon oxide layer or a silicon nitride layer having a refractive index lower than that of the substrate constituent material is formed by a method such as chemical vapor deposition if necessary. After that, the surface is cleaned and then a hydrophilic treatment is applied. The hydrophilic treatment method is almost the same as that of the holding substrate.

【0080】このようにして保持基板及び光導波路用ガ
ラス基板表面の接合する部分を親水化し、重ね合わせる
と、水酸基や吸着された水分子間の水素結合によって直
接接合される。この状態で熱処理を行うことにより、接
合界面から吸着された水分子が次第に脱着し、表面水酸
基間の水素結合、及び水素結合した水酸基間の脱水縮合
により共有結合が形成され、直接接合の強度が上昇す
る。直接接合の強度は、材料に依存するので、接合する
基板の一方の表面に親水化処理を施すだけで、実用上充
分な接合強度を得ることができる場合もある。また、熱
処理を施さなくても、実用上充分な接合強度を得ること
ができる材料系もある。
When the surfaces of the holding substrate and the glass substrate for an optical waveguide to be joined are made hydrophilic and superposed in this manner, they are directly joined by hydrogen bonds between the hydroxyl groups and adsorbed water molecules. By performing heat treatment in this state, water molecules adsorbed from the bonding interface are gradually desorbed, hydrogen bonds between surface hydroxyl groups and dehydration condensation between hydrogen bonded hydroxyl groups form covalent bonds, and the strength of direct bonding is increased. To rise. Since the strength of direct bonding depends on the materials, in some cases, practically sufficient bonding strength can be obtained only by subjecting one surface of the substrates to be bonded to hydrophilic treatment. In addition, there is a material system that can obtain practically sufficient bonding strength without heat treatment.

【0081】直接接合の後に、光導波路用ガラス基板を
研磨、切削、エッチングなどの方法により、所定の厚さ
にまで薄板化することができる。
After the direct bonding, the glass substrate for an optical waveguide can be thinned to a predetermined thickness by a method such as polishing, cutting and etching.

【0082】続いて、光導波路の形成を行う。光導波路
の形成方法には、エッチング加工により光導波路部を他
の部分よりも厚くする方法と、光導波路部に屈折率を高
める物質を拡散し、光導波路部の屈折率を他の部分より
も高くする方法とがある。前者の方法の場合、光導波路
を形成する部分に、ホトリソグラフィー技術によりレジ
ストマスクを形成し、他の部分をエッチングして光導波
路部よりも薄くすることによって、いわゆるリッジ型の
光導波路を形成することができる。また後者の場合に
は、光導波路を形成する部分に、金属、例えばTiの層
を真空蒸着及びホトリソグラフィーなどにより形成した
後、高温で熱処理によって、Tiを拡散させ、拡散部の
屈折率を他の部分よりも高めることにより、光導波路を
形成する。光導波路をそれぞれの目的にあった形に加工
することにより、各種光導波路素子を形成することがで
きる。
Subsequently, an optical waveguide is formed. The method of forming the optical waveguide includes a method of making the optical waveguide portion thicker than the other portion by etching, and a method of diffusing a substance that increases the refractive index into the optical waveguide portion to make the optical waveguide portion have a higher refractive index than the other portions. There is a way to raise it. In the case of the former method, a so-called ridge-type optical waveguide is formed by forming a resist mask on the portion where the optical waveguide is formed by a photolithography technique and etching the other portion to be thinner than the optical waveguide portion. be able to. In the latter case, a layer of metal such as Ti is formed on the portion where the optical waveguide is formed by vacuum vapor deposition and photolithography, and then Ti is diffused by heat treatment at a high temperature to change the refractive index of the diffusion portion to other values. The optical waveguide is formed by increasing the height of the optical waveguide. Various optical waveguide elements can be formed by processing the optical waveguide into a shape suitable for each purpose.

【0083】各部分の代表的な形状、寸法及び屈折率
は、実施例1などで述べた通りである。ガラス基板の初
期の厚さは、取り扱える強度を有し、容易に薄板加工の
できる程度が好ましく、通常100−1000μm程度
である。
The typical shape, size and refractive index of each portion are as described in the first embodiment. The initial thickness of the glass substrate is preferably such that it has a handleable strength and can be easily processed into a thin plate, and is usually about 100 to 1000 μm.

【0084】接合強化のための熱処理温度は、100℃
以上で効果があり、用いたガラス基板の軟化点を越えな
い範囲で高温まで行うことができる。保持基板とガラス
基板との熱膨張率の整合をとれば、高軟化温度、高融点
の材料を用いることにより、1000℃程度まで可能で
ある。また、熱処理時に接合界面に高電界が加えてやる
ことにより、より低温で接合強度を向上させることもで
きる。
The heat treatment temperature for strengthening the bond is 100 ° C.
With the above effects, the glass substrate can be heated to a high temperature within a range not exceeding the softening point. If the thermal expansion coefficients of the holding substrate and the glass substrate are matched, it is possible to achieve temperatures up to about 1000 ° C. by using a material having a high softening temperature and a high melting point. In addition, by applying a high electric field to the bonding interface during the heat treatment, the bonding strength can be improved at a lower temperature.

【0085】このような方法で接合すると、極めて良好
な基板平坦性が得られるため、薄板化加工を行う時に、
各部の厚さ制御を高精度で容易に行うことができる。ま
た、ガラス基板材料の選択の自由度が大きいため、実施
例で述べたような、低伝搬損失、低結合損失の光導波路
素子が得られる。さらに、光導波路部を薄膜技術で形成
する方法に比べ、バルク材料を用いて光導波路部を形成
できることから、特性に優れ、製造再現性に優れたもの
が得られ、また量産にも適している。
When the bonding is performed by such a method, extremely good substrate flatness can be obtained. Therefore, when performing thinning processing,
The thickness of each part can be easily controlled with high accuracy. Further, since the degree of freedom in selecting the glass substrate material is large, the optical waveguide device having low propagation loss and low coupling loss as described in the embodiment can be obtained. Furthermore, compared with the method of forming the optical waveguide part by thin film technology, the optical waveguide part can be formed by using a bulk material, so that it is possible to obtain a product with excellent characteristics and manufacturing reproducibility, and it is also suitable for mass production. .

【0086】(実施例22)本発明の光導波路素子の製
造方法の第2の例を説明する。
(Embodiment 22) A second example of the method for manufacturing an optical waveguide device of the present invention will be described.

【0087】まず保持基板の所定の箇所に、後で行う直
接接合のための熱処理温度以上で行う必要のあるプロセ
ス、例えば、拡散プロセスなどを含めて、一連の電子素
子や光素子形成プロセス処理を行い、ホトダイオードな
どの電子素子や光変調器や光導波路などの光素子を形成
する。
First, a series of electronic element or optical element forming process treatments including a process, such as a diffusion process, which needs to be performed at a predetermined temperature of the holding substrate at a heat treatment temperature for direct bonding to be performed later, for example, a diffusion process or the like. Then, electronic elements such as photodiodes and optical elements such as optical modulators and optical waveguides are formed.

【0088】次に保持基板表面の接合される部分に、珪
素もしくは珪素化合物膜を形成する。珪素膜は多結晶で
も非晶質でもよい。珪素化合物膜は酸化珪素、窒化珪素
等でよい。これらの膜はいずれも化学気相成長法または
スパッタリングにより形成できる。膜厚は例えば0.5
μm程度である。この後、実施例21と同様に、珪素ま
たは珪素化合物膜表面の接合予定部を極めて清浄にし、
親水化処理を施す。その後も実施例21と同様のプロセ
スを用いることにより、実施例2、3などに示した構造
の光導波路素子を得る。
Next, a silicon or silicon compound film is formed on the bonded portion of the surface of the holding substrate. The silicon film may be polycrystalline or amorphous. The silicon compound film may be silicon oxide, silicon nitride or the like. Any of these films can be formed by chemical vapor deposition or sputtering. The film thickness is 0.5
It is about μm. After this, as in Example 21, the portion to be joined on the surface of the silicon or silicon compound film is extremely cleaned,
Hydrophilize. Thereafter, by using the same process as in Example 21, optical waveguide elements having the structures shown in Examples 2, 3 and the like are obtained.

【0089】(実施例23)本発明の光導波路素子の製
造方法の第3の例を説明する。
(Example 23) A third example of the method for manufacturing an optical waveguide device of the present invention will be described.

【0090】実施例21の製造方法において、あらかじ
め低屈折率層を有するガラス基板の端面を斜めに加工
し、端面反射部を形成する。例えば、研磨により適当な
角度に加工できる。さらに、光導波路に伝搬させようと
する波長の光を選択的に反射し、他の波長の光の反射を
防止する反射防止膜を、この面に真空蒸着などにより形
成する。その後、この端面反射部が、接合する半導体基
板の所定の位置、例えばホトダイオードの上に配置し
て、実施例21と同様の方法により直接接合及び光導波
路部の形成を行う。これにより実施例17、18及び1
9で述べた構造の、光導波路部と保持基板上の光素子と
が光学的に結合された素子を得ることができる。
In the manufacturing method of Example 21, the end face of the glass substrate having the low refractive index layer is preliminarily processed to form the end face reflection portion. For example, it can be processed into an appropriate angle by polishing. Further, an antireflection film that selectively reflects light having a wavelength to be propagated to the optical waveguide and prevents reflection of light having another wavelength is formed on this surface by vacuum vapor deposition or the like. Then, the end face reflection portion is arranged at a predetermined position of the semiconductor substrate to be joined, for example, on the photodiode, and the direct joining and the formation of the optical waveguide portion are performed by the same method as in the twenty-first embodiment. This gives Examples 17, 18 and 1
It is possible to obtain an element having the structure described in 9 in which the optical waveguide portion and the optical element on the holding substrate are optically coupled.

【0091】斜め研磨の角度としては、例えば45度と
し、反射防止膜としては、例えば酸化珪素−酸化チタン
の多層膜を用いれば良い。
The angle of oblique polishing is, for example, 45 degrees, and the antireflection film may be, for example, a silicon oxide-titanium oxide multilayer film.

【0092】上記実施例では、3−5族化合物半導体と
してGaAsまたはInPを用いたが、AlGaAsや
InGaAsPなどその他の3−5族化合物半導体も表
面の化学的性質は非常に類似しているため、本実施例の
構成、製造方法が同様にして適用できるものである。
Although GaAs or InP is used as the 3-5 group compound semiconductor in the above embodiment, other 3-5 group compound semiconductors such as AlGaAs and InGaAsP have very similar surface chemistries. The structure and manufacturing method of this embodiment can be applied in the same manner.

【0093】また実施例で示した各部の寸法は、代表例
であり、これに限定されるものではない。
The dimensions of the respective portions shown in the embodiments are representative examples, and the dimensions are not limited to these.

【0094】また実施例では、ガラス光導波路の構造
を、光導波路部の厚さを他の部分よりも厚くした、いわ
ゆるリッジ型光導波路構造として示したが、Tiなどの
イオン拡散型光導波路、プロトン交換型光導波路などの
他の光導波路形成技術を用いてもよい。
Further, in the embodiment, the structure of the glass optical waveguide is shown as a so-called ridge type optical waveguide structure in which the thickness of the optical waveguide portion is thicker than other portions, but an ion diffusion type optical waveguide such as Ti, Other optical waveguide forming techniques such as a proton exchange type optical waveguide may be used.

【0095】[0095]

【発明の効果】本発明は、以上説明したような構成と製
造方法から成るので、以下に記載されるような効果を奏
する。
Since the present invention comprises the constitution and manufacturing method as described above, the following effects can be obtained.

【0096】電気光学効果を有する誘電体基板や、電子
素子や光素子を有する半導体基板などの保持基板上に、
ガラス光導波路を一体に集積化できる。ガラス光導波路
と誘電体基板に形成された光素子とを光学的に接続する
ことができるので、応答性、制御性に優れた誘電体光素
子と光ファイバーとを低損失で光学的に結合することが
できる。
On a holding substrate such as a dielectric substrate having an electro-optical effect or a semiconductor substrate having an electronic element or an optical element,
Glass optical waveguides can be integrated together. Since the glass optical waveguide and the optical element formed on the dielectric substrate can be optically connected, it is possible to optically couple the dielectric optical element excellent in response and controllability and the optical fiber with low loss. You can

【0097】また、光導波路部にほぼ任意のガラス材料
を用いることができる。従って、光伝搬損失が非常に小
さいガラス材料を選択することにより、光伝搬損失が非
常に小さい光導波路素子を得ることができる。また、ガ
ラス材料を選択することにより、光導波路部と光ファイ
バーとの屈折率の整合をとることができるので、光ファ
イバーとの結合損失の小さい光導波路素子が得られる。
Further, almost any glass material can be used for the optical waveguide portion. Therefore, by selecting a glass material having a very small light propagation loss, it is possible to obtain an optical waveguide device having a very small light propagation loss. Further, by selecting the glass material, the refractive indexes of the optical waveguide portion and the optical fiber can be matched, so that an optical waveguide element with a small coupling loss with the optical fiber can be obtained.

【0098】さらに、光ファイバーのコア部の断面形状
に近い、断面形状を有する光導波路部を形成できる。ま
た、バルク材料を用いることができるので、薄膜技術を
用いる製造方法に比べて、厚い光導波路部を有する光導
波路素子の生産性が著しく高い。
Furthermore, it is possible to form an optical waveguide portion having a cross-sectional shape close to that of the core portion of the optical fiber. In addition, since a bulk material can be used, the productivity of the optical waveguide device having the thick optical waveguide portion is remarkably high as compared with the manufacturing method using the thin film technology.

【0099】また、光導波路素子の形成における接合の
ために、接着剤等の材料を使用しないので、寸法精度の
高い加工が可能となり、特性の優れた光導波路素子が得
られる。さらに、有機材料を使用していないので、温度
特性、耐環境性及び信頼性の優れた光導波路素子が得ら
れる。
Further, since a material such as an adhesive is not used for joining in forming the optical waveguide device, it is possible to perform processing with high dimensional accuracy and obtain an optical waveguide device having excellent characteristics. Furthermore, since no organic material is used, an optical waveguide device having excellent temperature characteristics, environment resistance and reliability can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例の構成図FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の直接接合のメカニズムを示すモデル図FIG. 2 is a model diagram showing the mechanism of direct joining according to the present invention.

【図3】本発明の第2の実施例の構成図FIG. 3 is a configuration diagram of a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施例の構成図FIG. 4 is a configuration diagram of a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第4の実施例の構成図FIG. 5 is a configuration diagram of a fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第5の実施例の構成図FIG. 6 is a configuration diagram of a fifth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第6の実施例の構成図FIG. 7 is a configuration diagram of a sixth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第7の実施例の構成図FIG. 8 is a configuration diagram of a seventh embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第8の実施例の構成図FIG. 9 is a configuration diagram of an eighth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第9の実施例の構成図FIG. 10 is a configuration diagram of a ninth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第10の実施例の構成図FIG. 11 is a configuration diagram of a tenth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第11の実施例の構成図FIG. 12 is a block diagram of an eleventh embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第12の実施例の構成図FIG. 13 is a configuration diagram of a twelfth embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第13の実施例の構成図FIG. 14 is a configuration diagram of a thirteenth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第14の実施例の構成図FIG. 15 is a configuration diagram of a fourteenth embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第15の実施例の構成図FIG. 16 is a configuration diagram of a fifteenth embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第16の実施例の構成図FIG. 17 is a configuration diagram of a sixteenth embodiment of the present invention.

【図18】本発明の第17の実施例の構成図FIG. 18 is a configuration diagram of a seventeenth embodiment of the present invention.

【図19】本発明の第18の実施例の構成図FIG. 19 is a configuration diagram of an eighteenth embodiment of the present invention.

【図20】本発明の第19の実施例の構成図FIG. 20 is a configuration diagram of a nineteenth embodiment of the present invention.

【図21】本発明の第20の実施例の構成図FIG. 21 is a configuration diagram of a twentieth embodiment of the present invention.

【図22】本発明の製造方法の工程図FIG. 22 is a process drawing of the manufacturing method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 保持基板 2 ガラス基板 3 光導波路部 4 低屈折率層 5 珪素層 6 珪素化合物層 11 保持基板(Si) 12 保持基板(GaAsまたはInP) 13 保持基板(ガラス) 14 保持基板(低屈折率ガラス) 21 保持基板(ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リ
チウム) 22、23 ガラス基板光導波路部 24、25 低屈折率層 26、27 光ファイバー 31 端面反射部 32 ホトダイオード 33 光ファイバー 34 導体レーザー 41 保持用の第1のガラス基板 42 光導波路部 43 低屈折率層 44 保持用基板に設けられた光導波路 45、46 端面反射部 47 光ファイバー
1 Holding Substrate 2 Glass Substrate 3 Optical Waveguide 4 Low Refractive Index Layer 5 Silicon Layer 6 Silicon Compound Layer 11 Holding Substrate (Si) 12 Holding Substrate (GaAs or InP) 13 Holding Substrate (Glass) 14 Holding Substrate (Low Refractive Index Glass) ) 21 holding substrate (lithium niobate or lithium tantalate) 22, 23 glass substrate optical waveguide part 24, 25 low refractive index layer 26, 27 optical fiber 31 end face reflection part 32 photodiode 33 optical fiber 34 conductor laser 41 holding first Glass substrate 42 Optical waveguide portion 43 Low refractive index layer 44 Optical waveguides 45, 46 provided on a holding substrate End face reflection portion 47 Optical fiber

Claims (42)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 保持基板と、該保持基板に直接接合によ
り接合されたガラス基板とを備え、該ガラス基板は内部
に光導波路を有する光導波路素子。
1. An optical waveguide device comprising a holding substrate and a glass substrate directly bonded to the holding substrate, the glass substrate having an optical waveguide therein.
【請求項2】 前記保持基板が誘電体基板である請求項
1に記載の光導波路素子。
2. The optical waveguide device according to claim 1, wherein the holding substrate is a dielectric substrate.
【請求項3】 前記誘電体基板が電気光学効果を有する
誘電体基板である請求項2に記載の光導波路素子。
3. The optical waveguide device according to claim 2, wherein the dielectric substrate is a dielectric substrate having an electro-optical effect.
【請求項4】 前記誘電体基板がニオブ酸リチウムまた
はタンタル酸リチウムである請求項3に記載の光導波路
素子。
4. The optical waveguide device according to claim 3, wherein the dielectric substrate is lithium niobate or lithium tantalate.
【請求項5】 前記保持基板がガラス基板である請求項
1に記載の光導波路素子。
5. The optical waveguide device according to claim 1, wherein the holding substrate is a glass substrate.
【請求項6】 前記保持基板が半導体基板である請求項
1に記載の光導波路素子。
6. The optical waveguide device according to claim 1, wherein the holding substrate is a semiconductor substrate.
【請求項7】 前記半導体基板が珪素基板である請求項
6に記載の光導波路素子。
7. The optical waveguide device according to claim 6, wherein the semiconductor substrate is a silicon substrate.
【請求項8】 前記半導体基板が3−5族化合物半導体
基板である請求項6に記載の光導波路素子。
8. The optical waveguide device according to claim 6, wherein the semiconductor substrate is a 3-5 group compound semiconductor substrate.
【請求項9】 前記半導体基板がGaAs基板である請
求項8に記載の光導波路素子。
9. The optical waveguide device according to claim 8, wherein the semiconductor substrate is a GaAs substrate.
【請求項10】 前記半導体基板がInP基板である請
求項8に記載の光導波路素子。
10. The optical waveguide device according to claim 8, wherein the semiconductor substrate is an InP substrate.
【請求項11】 保持基板と、ガラス基板とを備え、該
保持基板と該ガラス基板の少なくとも一方の基板表面に
薄膜層を有し、該薄膜層を介して、該保持基板と、該ガ
ラス基板とが直接接合によって接合されており、該ガラ
ス基板が内部に光導波路を有する光導波路素子。
11. A holding substrate and a glass substrate are provided, and a thin film layer is provided on a surface of at least one of the holding substrate and the glass substrate, and the holding substrate and the glass substrate are provided through the thin film layer. An optical waveguide element in which the glass substrate and the glass substrate are internally bonded by direct bonding.
【請求項12】 前記保持基板が誘電体基板である請求
項11に記載の光導波路素子。
12. The optical waveguide device according to claim 11, wherein the holding substrate is a dielectric substrate.
【請求項13】 前記誘電体基板が電気光学効果を有す
る誘電体基板である請求項12に記載の光導波路素子。
13. The optical waveguide device according to claim 12, wherein the dielectric substrate is a dielectric substrate having an electro-optical effect.
【請求項14】 前記誘電体基板がニオブ酸リチウムま
たはタンタル酸リチウムである請求項13に記載の光導
波路素子。
14. The optical waveguide device according to claim 13, wherein the dielectric substrate is lithium niobate or lithium tantalate.
【請求項15】 前記保持基板がガラス基板である請求
項11に記載の光導波路素子。
15. The optical waveguide device according to claim 11, wherein the holding substrate is a glass substrate.
【請求項16】 前記保持基板が半導体基板である請求
項11に記載の光導波路素子。
16. The optical waveguide device according to claim 11, wherein the holding substrate is a semiconductor substrate.
【請求項17】 前記半導体基板が珪素基板である請求
項16に記載の光導波路素子。
17. The optical waveguide device according to claim 16, wherein the semiconductor substrate is a silicon substrate.
【請求項18】 前記半導体基板が3−5族化合物半導
体基板である請求項16に記載の光導波路素子。
18. The optical waveguide device according to claim 16, wherein the semiconductor substrate is a Group 3-5 compound semiconductor substrate.
【請求項19】 前記半導体基板がGaAs基板である
請求項18に記載の光導波路素子。
19. The optical waveguide device according to claim 18, wherein the semiconductor substrate is a GaAs substrate.
【請求項20】 前記半導体基板がInP基板である請
求項18に記載の光導波路素子。
20. The optical waveguide device according to claim 18, wherein the semiconductor substrate is an InP substrate.
【請求項21】 前記薄膜層が珪素層である請求項11
に記載の光導波路素子。
21. The thin film layer is a silicon layer.
The optical waveguide device according to.
【請求項22】 前記薄膜層が珪素化合物層である請求
項11に記載の光導波路素子。
22. The optical waveguide device according to claim 11, wherein the thin film layer is a silicon compound layer.
【請求項23】 前記珪素化合物層が酸化珪素層である
請求項22に記載の光導波路素子。
23. The optical waveguide device according to claim 22, wherein the silicon compound layer is a silicon oxide layer.
【請求項24】 前記珪素化合物層が窒化珪素層である
請求項22に記載の光導波路素子。
24. The optical waveguide device according to claim 22, wherein the silicon compound layer is a silicon nitride layer.
【請求項25】 前記薄膜層の屈折率が、前記ガラス基
板の屈折率よりも小さい請求項22に記載の光導波路素
子。
25. The optical waveguide device according to claim 22, wherein the refractive index of the thin film layer is smaller than the refractive index of the glass substrate.
【請求項26】 前記珪素層が非晶質珪素層である請求
項21に記載の光導波路素子。
26. The optical waveguide device according to claim 21, wherein the silicon layer is an amorphous silicon layer.
【請求項27】 前記珪素層が多結晶珪素層である請求
項21に記載の光導波路素子。
27. The optical waveguide device according to claim 21, wherein the silicon layer is a polycrystalline silicon layer.
【請求項28】 前記ガラス基板の屈折率よりも低い屈
折率を有する層を前記ガラス基板の表面に有し、該層と
前記保持基板が直接接合により接合されている請求項1
に記載の光導波路素子。
28. A layer having a refractive index lower than that of the glass substrate is provided on the surface of the glass substrate, and the layer and the holding substrate are directly bonded to each other.
The optical waveguide device according to.
【請求項29】 前記ガラス基板の屈折率よりも低い屈
折率を有する層を前記ガラス基板の表面に有し、該層と
前記保持基板が直接接合により接合されている請求項1
1に記載の光導波路素子。
29. A layer having a refractive index lower than that of the glass substrate is provided on the surface of the glass substrate, and the layer and the holding substrate are directly bonded to each other.
1. The optical waveguide device according to 1.
【請求項30】 前記保持基板と前記ガラス基板内の光
導波路が、光学的に結合されている請求項1に記載の光
導波路素子。
30. The optical waveguide element according to claim 1, wherein the holding substrate and the optical waveguide in the glass substrate are optically coupled.
【請求項31】 前記保持基板と前記ガラス基板内の光
導波路が、光学的に結合されている請求項11に記載の
光導波路素子。
31. The optical waveguide device according to claim 11, wherein the holding substrate and the optical waveguide in the glass substrate are optically coupled.
【請求項32】 前記保持基板と前記ガラス基板内の光
導波路との光学的結合が、該ガラス基板内光導波路部と
該保持基板内光導波路部によって形成された光方向性結
合器によって行われる請求項29に記載の光導波路素
子。
32. The optical coupling between the holding substrate and the optical waveguide in the glass substrate is performed by an optical directional coupler formed by the optical waveguide portion in the glass substrate and the optical waveguide portion in the holding substrate. The optical waveguide device according to claim 29.
【請求項33】 前記保持基板と前記ガラス基板内の光
導波路との光学的結合が、該ガラス基板内光導波路部に
設けられた端面反射部を用いて行われる請求項29に記
載の光導波路素子。
33. The optical waveguide according to claim 29, wherein the holding substrate and the optical waveguide in the glass substrate are optically coupled by using an end face reflection portion provided in the optical waveguide portion in the glass substrate. element.
【請求項34】 前記保持基板内に光素子が形成されて
いる請求項1に記載の光導波路素子。
34. The optical waveguide element according to claim 1, wherein an optical element is formed in the holding substrate.
【請求項35】 前記保持基板内に光素子が形成されて
いる請求項11に記載の光導波路素子。
35. The optical waveguide device according to claim 11, wherein an optical device is formed in the holding substrate.
【請求項36】 前記半導体基板内に電子素子または/
及び光素子が形成されている請求項6に記載の光導波路
素子。
36. An electronic device or /
The optical waveguide element according to claim 6, wherein an optical element is formed.
【請求項37】 前記半導体基板内に電子素子または/
及び光素子が形成されている請求項16に記載の光導波
路素子。
37. An electronic device or / in the semiconductor substrate
The optical waveguide device according to claim 16, wherein an optical device is formed.
【請求項38】 前記保持基板に用いるガラス基板の屈
折率が、前記光導波路を有する前記ガラス基板の屈折率
よりも小さい請求項5に記載の光導波路素子。
38. The optical waveguide element according to claim 5, wherein the glass substrate used as the holding substrate has a refractive index smaller than that of the glass substrate having the optical waveguide.
【請求項39】 前記保持基板に用いるガラス基板の屈
折率が、前記光導波路を有する前記ガラス基板の屈折率
よりも小さい請求項15に記載の光導波路素子。
39. The optical waveguide element according to claim 15, wherein the glass substrate used as the holding substrate has a refractive index smaller than that of the glass substrate having the optical waveguide.
【請求項40】 対向する第1及び第2の表面を有する
保持基板と対向する第1及び第2の表面を有するガラス
基板を供給する工程と、 該保持基板の該第1の表面及び該ガラス基板の該第2の
表面の少なくとも一方に、親水化処理を施す工程と、 該保持基板の該第1の表面と該ガラス基板の該第2の表
面とを対面させて、重ね合わせる工程と、 該重ね合わされた該保持基板及び該ガラス基板に熱処理
を施す工程と、 該ガラス基板を薄板化する工程と、 該薄板化されたガラス基板に光導波路を形成する工程
と、を包含する光導波路素子の製造方法。
40. A step of supplying a glass substrate having first and second surfaces facing each other and a holding substrate having first and second surfaces facing each other, and the first surface of the holding substrate and the glass. A step of subjecting at least one of the second surface of the substrate to a hydrophilization treatment, and a step of causing the first surface of the holding substrate and the second surface of the glass substrate to face each other and superimposing them on each other; An optical waveguide element including: a step of subjecting the laminated holding substrate and the glass substrate to a heat treatment; a step of thinning the glass substrate; and a step of forming an optical waveguide on the thinned glass substrate. Manufacturing method.
【請求項41】 前記親水化処理を施す工程の前に、さ
らに、該保持基板の該第1の表面及び該ガラス基板の該
第2の表面の少なくとも一方に、薄膜層を形成する工程
を包含する請求項40に記載の光導波路素子の製造方
法。
41. Before the step of applying the hydrophilic treatment, the method further includes the step of forming a thin film layer on at least one of the first surface of the holding substrate and the second surface of the glass substrate. The method for manufacturing an optical waveguide device according to claim 40.
【請求項42】 前記薄膜層が珪素層または珪素化合物
層である請求項41に記載の光導波路素子の製造方法。
42. The method of manufacturing an optical waveguide device according to claim 41, wherein the thin film layer is a silicon layer or a silicon compound layer.
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