WO2003079103A1

WO2003079103A1 - Procédé de fabrication d'un modulateur optique

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Publication number: WO2003079103A1
Application number: PCT/JP2003/003373
Authority: WO
Inventors: Jungo Kondo; Yukio Mizuno; Minoru Imaeda; Atsuo Kondo
Original assignee: Ngk Insulators, Ltd.
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2003-09-25
Also published as: EP1486817A1; JP3762320B2; JP2003270600A; EP1486817B1; US7290328B2; EP1486817A4; US20050039322A1; DE60326941D1

Description

明細書光変調器の製造方法技術分野

本発明は、高速で大容量の光ファイバ通信システムなどに好適に用いることができる光変調器の製造方法に関する。背景技術

近年、高速で大容量の光ファイバ通信システムの進歩に伴い、外部変調器（外部変調方式による光変調器）に代表されるように、光導波路素子を用いた高速光変調器が実用化され、広く用いられるようになってきている。

図 1は、従来の光変調器の一例を示す断面図である。図 1に示す光変調器 1 0 は、光導波路内を導波する光を変調するためのコプレナ一型（C P W) の変調用電極を具えている。即ち、この光変調器 1 0は、ニオブ酸リチウムの Xカツ卜板からなる基板 1と、該基板 1の主面 I Aの直下にチタン拡散法などによって形成されたマッハツェンダー型の光導波路 2と、主面 I A上に形成された酸化珪素などからなるバッファ層 3と、このバッファ層 3上に形成された中心電極 4及び接地電極 5— 1、 5— 2とを有する。

一方、図 2は、従来の光変調器の他の例を示す断面図である。図 2に示す光変調器 2 0は、光導波路内を導波する光を変調するための C P W変調用電極を具えている。即ち、この光変調器 2 0は、ニオブ酸リチウムの Zカット板からなる基板 1 1と、この基板 1 1の主面 1 1 Aの直下に同じくチタン拡散法などによって形成されたマッハツェンダー型の光導波路 1 2と、主面 1 1 A上に形成された酸化珪素などからなるバッファ層 1 3と、このバッファ層 1 3上に形成された中心電極 1 4及び接地電極 1 5— 1、 1 5— 2とを有する。

図 1及び図 2に示す光変調器 1 0及び 2 0において、バッファ層 3及び 1 3は光導波路 2及び 1 2内を導波する光と、変調用電極に印加されるマイクロ波との速度整合を向上させる目的などによって設けられる。

しかしながら、図 1及び図 2に示す上述した従来の光変調器 1 0及び 2 0において、基板 1及び 1 1上に含まれるバッファ層 3及び 1 3は、 D Cドリフト発生の原因となっていた。さらに、光導波路 2及び 1 2内を導波する光に対しては、変調用電極からバッファ層 3及び 1 3を介して変調信号が印加されるために、前記光に対して印加される実質的な変調信号電圧が減少してしまっていた。このため、光変調器 1 0及び 2 0を実効的に駆動させるために、変調用電極に対しては比較的高い電圧を印加する必要が生じ、駆動電圧の低減化という要請に反していた。

また、図 2に示す光変調器 2 0においては、中心電極 1 4に対して光導波路 1 2が非対称に配置されるために、チヤープが大きくなつて長距離伝送を行なうことができないという問題があつた。

本発明は、バッファ層を有することなく速度整合を図ることができ、上述した諸問題を生じることのない新規な構成の光変調器の製造方法を提供する。発明の開示

本発明に係る光変調器の製造方法は、電気光学効果を有する材料からなる基板の主面直下に光導波路を形成する工程と、前記基板の前記主面上に、前記光導波路内を導波する光を変調するための変調用電極を形成する工程と、前記基板の前記主面とベース基板とを、前記変調用電極を介して貼り合せる工程と、前記べ一ス基板を固定した状態において、前記基板の裏面に対して第 1の機械加工を施すことにより、前記基板の全体を薄板化する工程と、薄板化された前記基板の前記裏面に対して第 2の機械加工を施して、前記基板のうち、前記光導波路を含む部分を薄板化する工程と、前記基板の前記薄板化された部分に対して第 3の機械加ェを施して、前記基板のうち、前記光導波路を含む部分を第 1の薄肉部分とし、前記第 1の薄肉部分に隣接する部分を前記第 1の薄肉部分よりも薄い第 2の薄肉部分とする工程と、前記基板の前記裏面と支持基板の主面とを貼り合わせた後、前記基板から前記べ一ス基板を剥離する工程とを含むことを特徴とする（第 1の製造方法）。

また、本発明に係る光変調器の製造方法は、電気光学効果を有する材料からなる基板の主面直下に光導波路を形成する工程と、前記基板の前記主面上に、前記光導波路内を導波する光を変調するための変調用電極を形成する工程と、前記基板の前記主面とベース基板とを、前記変調用電極を介して貼り合せる工程と、前記べ一ス基板を固定した状態において、前記基板の裏面に対して第 1の機械加工を施すことにより、前記基板の全体を薄板化する工程と、薄板化された前記基板の前記裏面に対して第 2の機械加工を施して、前記基板のうち、前記光導波路を含む部分を薄板化する工程と、前記基板の前記薄板化された部分に対してレーザ加工処理を施して、前記基板のうち、前記光導波路を含む部分を第 1の薄肉部分とし、前記第 1の薄肉部分に隣接する部分を前記第 1の薄肉部分よりも薄い第 2 の薄肉部分とする工程と、前記基板の前記裏面と支持基板の主面とを貼り合わせた後、前記基板から前記べ一ス基板を剥離する工程とを含むことを特徴とする (第 2の製造方法）。

また、本発明に係る光変調器の製造方法は、電気光学効果を有する材料からなる基板の主面直下に光導波路を形成する工程と、前記基板の前記主面上に、前記光導波路内を導波する光を変調するための変調用電極を形成する工程と、前記基板の前記主面とベース基板とを、前記変調用電極を介して貼り合せる工程と、前記ベース基板を固定した状態において、前記基板の裏面に対して第 1の機械加工を施すことにより、前記基板の全体を薄板化する工程と、薄板化された前記基板の前記裏面に対してレーザ加工処理を施して、前記基板のうち、前記光導波路を含む部分を薄板化する工程と、前記基板の前記薄板化された部分に対して第 2の機械加工を施して、前記基板のうち、前記光導波路を含む部分を第 1の薄肉部分とし、前記第 1の薄肉部分に隣接する部分を前記第 1の薄肉部分よりも薄い第 2 の薄肉部分とする工程と、前記基板の前記裏面と支持基板の主面とを貼り合わせた後、前記基板から前記ベース基板を剥離する工程とを含むことを特徴とする (第 3の製造方法）。

また、本発明に係る光変調器の製造方法は、電気光学効果を有する材料からなる基板の主面直下に光導波路を形成する工程と、前記基板の前記主面上に、前記光導波路内を導波する光を変調するための変調用電極を形成する工程と、前記基板の前記主面とベース基板とを、前記変調用電極を介して貼り合せる工程と、前記ベース基板を固定した状態において、前記基板の裏面に対して機械加工を施すことにより、前記基板の全体を薄板化する工程と、薄板化された前記基板の前記裏面に対して第 1のレーザ加工処理を施して、前記基板のうち、前記光導波路を含む部分を薄板化する工程と、前記基板の前記薄板化された部分に対して第 2のレーザ加工処理を施して、前記基板のうち、前記光導波路を含む部分を第 1の薄肉部分とし、前記第 1の薄肉部分に隣接する部分を前記第 1の薄肉部分よりも薄い第 2の薄肉部分とする工程と、前記基板の前記裏面と支持基板の主面とを貼り合わせた後、前記基板から前記べ一ス基板を剥離する工程とを含むことを特徴とする（第 4の製造方法）。

本発明者らは、バッファ層を有することなく速度整合を図ることのでき、さらに光ファイバ一を結合した際の結合損失を低減することのできる新規な構成の光変調器の開発に成功した。

図 3は、本発明の製造方法に係る新規な光変調器の一例を示す平面図であり、図 4は、図 3に示す光変調器を A— A線に沿って切った場合の断面図である。図 3及び図 4に示す光変調器 3 0は、電気光学効果を有する材料、例えばニオブ酸リチウムなどから構成される薄板化された基板 2 1と、この基板 2 1の主面 2 1 A側に形成されたマッハツェンダー型の光導波路 2 2と、基板 2 1上に形成された中心電極 2 4及び接地電極 2 5— 1、 2 5— 2とを有する。中心電極 2 5及び接地電極 2 5— 1、 2 5 - 2は、光導波路 2 2中を導波する光を変調するための C P W変調用電極を構成する。

さらに、基板 2 1の裏面には所定の加工が施されることによって、光導波路 2 2を含む部分において第 1の薄肉部分 2 6が形成され、この第 1の薄肉部分 2 6 に隣接するようにして、第 1の薄肉部分 2 6よりも薄い第 2の薄肉部分 2 7が形成されている。即ち、光導波路 2 2の直下に第 1の薄肉部分 2 6の端面（裏面）が位置する。これによつて、変調用電極からの変調信号が、第 2の薄肉部分 2 7の下方に存在する低誘電率部（空気）にしみ出すため、バッファ層を形成することなく、速度整合条件を満足でき、さらに変調信号が光導波路 2 2に効率良く印加されることから、光変調器 3 0の駆動電圧を低減することができる。

また、基板 2 1のうち、光導波路 2 2を含む部分に形成されている第 1の薄肉部分 2 6の厚み t 1を、該第 1の薄肉部分と隣接して形成された第 2の薄肉部分 2 7の厚み t 2よりも厚く形成しているため、光導波路 2 2の断面形状が偏平化されるのを抑制することができる。したがって、光を入力した場合において、第 1及び第 2の薄肉部分 2 6及び 2 7が形成されていない部分に対する結合損失の低減を抑制することができる。

なお、第 1の薄肉部分 2 6及び第 2の薄肉部分 2 7は、図 3に示す領域 Pに対応させて形成することが好ましい。この領域 Pは、光導波路 2 2内を導波する光と変調用電極から変調信号とが実質的に相互作用する領域であって、例えば、光導波路 2 2と中心電極 2 4及び接地電極 2 5— 1、 2 5 - 2とが略平行である破線で示す領域である。もちろん、第 1の薄肉部分 2 6及び第 2の薄肉部分 2 7は、領域 Pを含み、かつ、基板 2 1の光導波路 2 2に沿った長手方向の全体に亘つて形成しても良い。

図 3及び図 4に示す光変調器 3 0においては、基板 2 1が薄板化されているととともに、第 1の薄肉部分 2 6及び第 2の薄肉部分 2 7を有しているため、機械的強度が十分でない場合がある。従って、基板 2 1の裏面 2 1 Bに、同じくニォブ酸リチウムなどからなる支持基板 3 1が貼り付けられている。

図 5は、図 3及び図 4に示す光変調器の変形例を示す断面図である。図 5に示す光変調器 4 0は、基本的に図 3及び図 4に示す光変調器 3 0と同一の構成を有するが、支持基板 3 1に溝部 3 5が形成され、光導波路 2 2、第 1の薄肉部分 2 6、及び第 2の薄肉部分 2 7が溝部 3 5内に位置するようにして、基板 2 1の裏面 2 1 Bと支持基板 3 1の主面 3 1 Aとが貼り付けられている点で相違する。図 5に示す光変調器 4 0によれば、第 1の薄肉部分 2 6及び第 2の薄肉部分 2 7に加えて、これらの下方において溝部 3 5に起因した空洞が存在するため、変調用電極からの変調信号は基板 2 1外へ漏洩することなく、光導波路 2 2に対してより集中的に効率よく印加されるようになる。これにより、変調信号の実効的な印加電圧が増大し、光変調器 4 0の駆動電圧を一層低減することができる。なお、溝部 2 8の深さ dは 1 m以上であり、好ましくは 1 0 m〜2 0 0 /z mである。

図 3及び図 4に示す光変調器 3 0、並びに図 5に示す光変調器 4 0においては、基板 2 1を、 mmオーダの厚さの基板材料から、その厚さ T sが約 5 0 m〜3 0 0 mとなるまで薄板化することが好ましい。また、第 1の薄肉部分 2 6の厚さ t 1も約 1 5 m〜5 0 mと極めて薄く、さらに、第 2の薄肉部分 t も約 1 2 . 5 m以下と極めて薄い。しかしながら、薄板化及び薄肉化に対する加工技術は十分に確立されておらず、このような光変調器の製造歩留まりは極めて低い状態にあった。

そこで、本発明者らは、上述した構成を実現する加工技術を確立し、図 3及び図 4、並びに図 5に示すような光変調器 3 0及び 4 0を安定に得る方法を見出すベく鋭意検討を行なった。その結果、上述した第 1の製造方法〜第 4の製造方法、即ち、基板材料をベース基板に貼り付けた後、このベース基板を固定して基板の薄板化を所定の機械加工で行ない、さらに薄肉化を機械加工又はレーザ加工処理で行うことにより、光変調器の製造歩留まりを向上できることを見出したものである。図面の簡単な説明

図 1は、従来の光変調器の一例を示す断面図である。

図 2は、従来の光変調器の他の例を示す断面図である。

図 3は、本発明の製造方法により得た光変調器の一例を示す平面図である。図 4は、図 3に示す光変調器の A— A線に沿って切った場合を示す断面図である。

図 5は、本発明の製造方法により得た光変調器の他の例を示す平面図である。図 6は、基板に光導波路を形成した状態を示す工程図である。図 7は、基板上に C P W変調用電極を形成した状態を示す工程図である。

図 8は、基板の主面とベース基板とを熱可塑性樹脂を介して貼り合わせ、ベ一ス基板を所定の研磨処理機の定盤などに熱可塑性樹脂などで固定した状態を示す工程図である。

図 9は、基板の裏面に対して、第 2の機械加工を施して薄板化し、薄肉部分を形成した状態を示す工程図である。

図 1 0は、薄肉部分に対して第 3の機械加工を施して、第 1の薄肉部分及び第 2の薄肉部分を形成した状態を示す工程図である。

図 1 1は、図 3及び図 4に示す光変調器の変形例を示す断面図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明に光変調器の製造方法の実施の形態例を図 6〜図 1 1を参照しながら説明する。

図 6〜図 1 0は、第 1の実施の形態に係る製造方法の製造工程を示す断面図である。なお、実際の製造工程においては、所定の大きさを有するゥェ一ハ（基板）上に複数の光変調器を同時に作製するが、以下の説明においては、ゥエーハ上に作製される 1つの変調器に着目して説明する。

最初に、第 1の実施の形態に係る製造方法について説明する。図 5に示すように、ニオブ酸リチウムなどの電気光学効果を有する材料からなる基板 2 1の主面 2 1 A上に所定のマスクパターンを形成した後、前記主面 2 1 Aの直下にチタン拡散法などでマッハツェンダー型の光導波路 2 2を作製する。

次いで、図 7に示すように、基板 2 1の主面 2 1 A上に所定のマスクパターンを形成し、メツキ法又は蒸着法とメツキ法とを併用することによって、中心電極 2 4及び接地電極 2 5 - 1 , 2 5— 2から構成される C P W変調用電極を作製する。

なお、中心電極 2 4及び接地電極 2 5— 1、 2 5— 2の厚さ T eは、好ましくは 1 5 m〜 5 0 mに設定し、中心電極 2 4の幅 Wは、好ましくは 5 m〜5 0 mに設定する。これによつて、変調信号の電極損失を低減することができる。また、中心電極 2 5と接地電極 2 5 _ 1及び 2 5— 2とのギャップ Gは、 2 5 m〜5 5 mであることが好ましい。これによつて、駆動電圧の増大を抑制しながら、光導波路 2 2内を導波する光に対する変調を効果的に行うことができる。次いで、図 8に示すように、基板 2 1の主面 2 1 Aとベース基板 4 1とを熱可塑性樹脂 3 9を介して貼り合わせ、ベース基板 4 1を所定の研磨処理機の定盤などに熱可塑性樹脂などで固定する。次いで、基板 2 1の裏面 2 1 Bに対して第 1 の機械加工としての研磨処理を施し、基板 2 1を厚さ T sまで薄板化する。なお、上述したように、基板 2 1の厚さ T sは 3 0 m〜3 0 0 mに設定する。また、研磨処理は、横型研磨、高速ラップゃポリツシング（C M P ) などによって行う。次いで、図 9に示すように、基板 2 1の裏面 2 1 Bに対して、第 2の機械加工を施して薄板化し、薄肉部分 2 8を形成する。次いで、薄肉部分 2 8のうち、光導波路 2 2を含む部分を除いた部分に対して第 3の機械加工を施して、図 1 0に示すように、光導波路 2 2を含む部分に第 1の薄肉部分 2 6を形成すると共に、この第 1の薄肉部分 2 6と隣接し、かつ、第 1の薄肉部分 2 6よりも薄い第 2の薄肉部分 2 7を形成する。前記第 1及び第 2の薄肉部分 2 6及び 2 7は、 C P W 電極以外の部分は非加工部分（機械加工等が施されていない部分）とされている。こうすることにより、第 1及び第 2の薄肉部分 2 6及び 2 7が基板厚の厚い部分に覆われるので機械的強度を保持することが可能となる。

前記第 1の機械加工及び前記第 2の機械加工を行うに際しては、ベース基板 4 1をマイクログラインダ一やサンドブラストなどの研削加工機の定盤上に熱可塑性樹脂などで貼り付けて固定した後に行なう。

また、上述のようにして形成した第 1の薄肉部分 2 6の厚さ t 1は、好ましくは 5 / m〜3 0 mに設定する。これによつて、光導波路 2 2の偏平化を防止することができ、光ファイバ一に対する結合損失の増大を抑制するとともに、変調用電極からの変調用電極を光導波路 2 2内を導波する光に対して効率よく印加することができるようになる。さらに、同様の理由から、第 1の薄肉部分 2 6の幅 Lは、中心電極 2 4の幅 W、中心電極 2 4と接地電極 2 5— 1及び 2 5— 2とのギャップ Gに対して、（W+ 2 i m) 以上、（W+ 2 G) 以下であることが好ましい。

さらに、第 2の薄肉部分 2 7の厚さ t 2は、第 1の薄肉部分の厚さ t 1よりも薄いことが要求されるが、具体的には、 t 1一 t 2≥1 mであることが好ましレ^ これによつて、変調用電極からの変調信号を光導波路 2 2内を導波する光に対して効率よく印加できるようになる。

次いで、基板 2 1の裏面 2 1 Bと支持基板 3 1の主面とをエポキシ系フィルムなどの熱硬化性樹脂を用いて貼り付け、図 3及び図 4、並びに図 5に示すような光変調器 3 0及び 4 0を作製する。図 5に示すような光変調器 4 0を作製する場合は、支持基板 3 1の主面 3 1 A側に溝部 3 5を形成し、光導波路 2 2、第 1の薄肉部分 2 6、及び第 2の薄肉部分 2 7が溝部 3 5内に位置するようにして、基板 2 1と支持基板 3 1とを貼り付ける。その後、ベース基板 4 1を基板 2 1から剥離する。

また、前記第 2の機械加工及び前記第 3の機械加工は、上述したように、マイクログラインダ一などを用いた研削加工を含む。前記マイクログラインダ一の外周刃（ブレード）が変形し、研削加工面が凸凹になって基板厚みにバラツキが生じてしまう。したがって、上述した研削処理中において加工面に対して随時ツル —イング処理を行ない、前記外周刃の形状を整形することが好ましい。この場合、外周刃の整形には、ツル一イング基板の面精度が外周刃に反映されるために、例えば表面粗さ、あるいは平面度が規定の条件を満たし、かつ、外周刃よりも硬い材料であることが好ましい。

なお、前記第 2の機械加工及び前記第 3の機械加工において、上述した研削加ェを含む場合は、使用する外周刃を構成する砥粒の粒度及び形状などについては適宜に選択することができる。例えば、図 1 1に示すように、第 2の機械加工において楔型のブレードを用いることによって、第 2の薄肉部分 2 7を楔型に形成することもできる。この場合は、楔型に加工された先端部分の厚さ、すなわち最も薄い部分の厚さが上述した t 1となるようにする。この場合は、第 2の薄肉部分 2 7を形成する際において、基板 2 1へのクラックの発生を効果的に抑制することができるとともに、基板 2 1の機械的強度、並びに光変調器 3 0の機械的強度を増大させることができる。

次に、第 2の実施の形態に係る製造方法について説明する。この第 2の実施の形態においても、基本的には図 6〜図 1 0に示す工程に従って光変調器 3 0のァセンプリを作製するが、以下の点で異なる。

即ち、まず、図 9に示すように、上述した第 2の機械加工と同様の機械加工を施して、薄肉部分 2 8を作製した後、薄肉部分 2 8のうち、光導波路 2 2を含む部分を除いた部分に対してレ一ザ加工処理を施して、図 3に示すように、光導波路 2 2を含む部分に第 1の薄肉部分 2 6を形成すると共に、この第 1の薄肉部分 2 6と隣接し、かつ、第 1の薄肉部分 2 6よりも薄い第 2の薄肉部分 2 7を形成する。この場合も、前記第 1および第 2の薄肉部分は、 C P W電極以外の部分は非加工部分とされている。

前記レーザ加工処理は、例えばパルス幅が 1 0 n s e c以下のエキシマレーザなどを用いることができ、例えば照射強度を l m J〜2 m Jに設定して行う。これによって、比較的短時間で、第 1の薄肉部分 2 6及び第 2の薄肉部分 2 7を高精度に形成することができる。

その後は、前述したようにして、基板 2 1の裏面 2 1 Bと支持基板 3 1の主面 3 1 Aとをエポキシ系フィルムなどの熱硬化性樹脂を用いて貼り付け、図 3及び図 4並びに図 5に示すような光変調器 3 0及び 4 0を作製する。

また、図 9に示す薄肉部分 2 8を形成する際に用いる機械加工は、上述したように、ベース基板 4 1をマイクログラインダーやサンドブラストなどの研削加工機の定盤上に熱可塑性樹脂などで貼り付けて固定した後に行なう。なお、研削の際に使用するブレードの粗さ及び幅については適宜に選択して用いる。

さらに、この機械加工においても、上記同様に、マイクログラインダーなどを用いた研削加工を含む。したがって、上述した研削処理中において加工面に対して随時ツル一イング処理を行ない、前記外周刃の形状を整形することが好ましい。なお、薄板化された基板 2 1、第 1の薄肉部分 2 6及び第 2の薄肉部分 2 7を含む光変調器 3 0に対して要求される寸法特性は第 1の製造方法の場合と同じである。次に、第 3の実施の形態に係る製造方法について説明する。この第 3の実施の形態においても、基本的には図 6〜図 1 0に示す工程に従って光変調器 3 0のァセンプリを作製するが、以下の点で異なる。

即ち、図 9に示す薄肉部分 2 8は、上述した研削処理に代えてレ一ザ加工処理を用いて形成する。このレ一ザ加工処理は、例えばエキシマレーザなどを用いことができ、例えば照射強度を 1 . 0 J Z c m²〜8 . O J Z c m²に設定して行う。これによつて、比較的短時間で、薄肉部分 2 8を高精度に形成することがでさる。

次いで、薄肉部分 2 8に対して、第 1の実施の形態に係る製造方法における第 2の機械加工と同様の機械加工を行うことで、図 1 0に示すように、光導波路 2 2を含む部分に第 1の薄肉部分 2 6を形成すると共に、この第 1の薄肉部分 2 6 と隣接し、かづ、第 1の薄肉部分 2 6よりも薄い第 2の薄肉部分 2 7を形成する。この場合も、前記第 1の薄肉部分のうち、光導波路 2 2の直下の端面は非加工部分とされている。

この機械加工おいても、ベース基板 3 1をマイクログラインダーやサンドブラストなどの加工機の定盤上に熱可塑性樹脂で貼り付けて固定した後に行なう。なお、研削の際に使用するブレードの粗さ及び幅については適宜に選択して用いる。例えば、楔型のブレードを用いることによって、第 2の薄肉部分 2 7を図 1 1に示すように楔型に形成することができる。

さらに、この機械加工においても、上記同様に、マイクログラインダ一などを用いた研削加工を含む。したがって、上述した研削処理中において加工面に対して随時ツル一イング処理を行ない、前記外周刃（ブレード）の形状を整形することが好ましい。

なお、薄板化された基板 2 1、第 1の薄肉部分 2 6及び第 2の薄肉部分 2 7を含む光変調器 3 0に対して要求される寸法特性は第 1の製造方法の場合と同じでめる。 + 次に、第 4の実施の形態に係る製造方法について説明する。この第 4の実施の形態においても、基本的には図 6〜図 1 0に示す工程に従って光変調器 3 0のァセンプリを作製するが、以下の点で異なる。

即ち、図 10に示す薄肉部分 28は、上述した研削処理に代えて第 1のレーザ加工処理を用いて形成し、第 1の薄肉部分 26及び第 2の薄肉部分 27は、薄肉部分 28に対する第 2のレーザ加工処理によって形成する。

第 1のレーザ加工処理は、例えばエキシマレ一ザなどを用い、その照射強度を

1. 0 JZcm²〜8. 0 JZcm²に設定して行う。これによつて、比較的短時間で、薄肉部分 28を高精度に形成することができる。

さらに、第 2のレーザ加工処理は、パルス幅が 1 O n s e c以下のエキシマレ —ザなどを用い、その照射強度を lm J〜2m Jに設定して行う。これによつて、第 1の薄肉部分 26及び第 2の薄肉部分 27を比較的短時間で高精度に形成することができる。

なお、薄板化された基板 2 1、第 1の薄肉部分 26及び第 2の薄肉部分 27を含む光変調器 30に対して要求される寸法特性は第 1の製造方法の場合と同じでめる。

(実施例 1 )

本実施例においては、図 3及び図 4に示すような光変調器を、図 6〜図 10に示す工程に従い、第 1の製造方法に基づいて作製した。基板 21として厚さ 0. 5 mmのニオブ酸リチウムの Xカット板を用い、チタン拡散法によって、図 6に示すように、基板 21の主面 21 A側にマッハツェンダー型の光導波路 22を作製した。次いで、図 7に示すように、主面 21A上に、メツキ法を用いて CPW の変調用電極を作製した。該変調用電極は、中心電極幅 Wが 30 /im、中心電極 24と接地電極 25一 1及び 25-2とのギャップ Gが 40 m、電極厚さ T e が 30 /xm、長さが 4 Ommである。

次いで、図 8に示すようにして、基板 21の主面 21Aに、ニオブ酸リチウムからなるベース基板 31を熱可塑性樹脂によって貼り合わせた。その後、基板 2 1の裏面 21 Bに橫型研磨、高速ラップ、及びポリッシング（CMP) を施して研磨処理を行ない、基板 21を厚さ T s = 100 mまで薄板化した。な、基板の厚さは形状測定器を用いて計測した。次いで、基板 21の裏面 21 Bに対して、 # 6000番、幅 100 mの樹脂ポンドブレードを使用することによって機械加工を施し、図 9に示すように、薄肉部分 28を形成した。なお、ブレードの回転数は 12000 r pmとし、厚さ方向及び面方向（基板 21の裏面に略平行な方向）においては、基板厚み方向に 5 0. lmm/m i nの速度で基板表面から 1 m研削加工し、その位置から水平方向（電極長方向）に 20mm/m i nの速度で溝加工を行なうという操作を繰り返すことによつて加工を実施した。

なお、第 1の機械加工中において、厚さ方向に 100 m加工が進行する毎に # 1500の砥石を用いて随時ツル一イング処理を実施した。

0 次いで、 # 6000番、幅 100 zmの樹脂ボンドブレ一ドを使用することによって薄肉部分 28に対して第 2の機械加工を実施し、図 10に示すように、第 1の薄肉部分 26及び第 2に薄肉部分 27を形成した。第 1の薄肉部分 26の幅 Lは 90 /imとし、第 1の薄肉部分 26の厚さ t 1は 15 mとし、第 2の薄肉部分 27の厚さ t 2は 10 imとした。なお、これら薄肉部分の厚さは形状測定5 器によって計測した。

' 次いで、基板 21の裏面 21 Bとニオブ酸リチウムからなる厚さ 0. 3mmの支持基板 31とをエポキシ系フィルムで貼り付け、ベース基板 41を剥離する。次いで、このようにして得たアセンブリをチップ状に切り出すことによって、図 3及び図 5に示すような光変調器 30を得た。

0 このようにして得た光変調器 30に対して光ファイバ一を UV硬化樹脂によつて接着固定し、パッケージ実装後の S 21特性を評価した。その結果一 6 dB帯 ' 域が 40 GHz以上であり、マイクロ波実効屈折率 nmは 2. 15であった。また、光応答特性を評価した結果、 — 3 dB特性は 40 GHz以上であった。さらに、結合損失は 5 d Bであった。

5 (実施例 2 )

第 2の機械加工を楔型のブレードを用いて行ない、図 1 1に示すような楔型の第 2の薄肉部分 27を形成した以外は、実施例 1と同様にして光変調器 30を作製した。なお、第 2の薄肉部分 27の厚さ t 2は、実施例 1同様に 10 mとした。また、光変調器 30の S 21特性、光応答特性、及び結合損失は実施例 1の場合と同じであった。

(実施例 3 )

薄肉部分 28に対し、第 2の機械加工に代えてレーザ加工処理を施し、第 2の製造方法に従って第 1の薄肉部分 26及び第 2の薄肉部分 27を形成した以外は、実施例 1と同様にして同寸法の光変調器 30を作製した。なお、レーザ加工処理は、周波数 120Hzの K r Fエキシマレ一ザを用い、照射強度 2m J、スキヤン速度 300 mXs e cで実施した。また、光変調器 30の S 21特性、光応答特性、及び結合損失は実施例 1の場合と同じであった。

(実施例 4)

基板 21の裏面 21 Bに対し、第 1の機械加工に代えてレーザ加工処理を施し、第 3の製造方法に従って薄肉部分 28を形成した以外は、実施例 1と同様にして同寸法の光変調器 30を作製した。なお、レーザ加工処理は、周波数 195Hz の K r Fエキシマレーザを用い、照射強度 6. 8 J /cm², スキャン速度 18 Ο Ο /xm/s e cで基板厚みが 100 mとなるまで加工した後、照射強度 3. 8 J/cm²、スキャン速度 1800 m/s e cで基板厚みが 15 mとなるまで加工した。また、光変調器 30の S 21特性、光応答特性、及び結合損失は実施例 1の場合と同じであった。

(実施例 5 )

第 1の機械加工に代えて第 1のレーザ加工処理を施して薄肉部分 28を形成し、この薄肉部分 28に対し、第 2の機械加工に代えて第 2のレーザ加工処理を施し、第 4の製造方法に従って第 1の薄肉部分 26及び第 2の薄肉部分 27を形成した以外は、実施例 1と同様にして同寸法の光変調器 30を作製した。なお、第 1のレーザ加工処理は、周波数 195Hzの K r Fエキシマレーザを用い、照射強度 6. 8 JZcm²、スキャン速度 1800 mZs e cで基板厚みが 100 zm となるまで加工した後、照射強度 3. 8 JZcm²、スキャン速度 1800 m Zs e cで基板厚みが 15 mとなるまで加工した。また、第 2のレーザ加工処理は、パルス幅 4n s e c、周波数 120 H zの K r Fエキシマレーザを用い、照射強度 2m J、スキャン速度 300 ^mZs e cで実施した。また、光変調器 30の S 21特性、光応答特性、及び結合損失は実施例 1の場合と同じであった。 (実施例 6)

本実施例では、図 5に示すような光変調器 40を作製した。実施例 5と同様の第 1のレ一ザ加工処理及び第 2のレーザ加工処理で、薄肉部分 28、第 1の薄肉部分 26、及び第 2の薄肉部分 27を同寸法に形成した後、薄板化した基板 21 と、主面側に深さ dが 0. 05mm、幅 L 2が 0. 3 mmの溝部 35を有する支持基板 31とをエポキシ系フィルムで貼り付けた。なお、貼り付けは、光導波路 22、第 1の薄肉部分 26、及び第 2の薄肉部分 27が溝部 35内に位置するように、基板 21の裏面 21 Bと支持基板 31の主面 31 Aとを貼り付けた。

次いで、このようにして得たァセンブリをチップ状に切り出すことによって、図 5に示す光変調器 40を得た。このようにして得た光変調器 40に対して光フアイバーを UV硬化樹脂によって接着固定し、パッケージ実装後の S 21特性を評価した。その結果、 _ 6 dB帯城が 40 GHz以上であり、マイクロ波実効屈折率 nmは 2. 15であった。また、光応答特性を評価した結果、 — 3 dB特性は 40 GHz以上であった。さらに、結合損失は 5 d Bであった。

以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない範囲において、あらゆる変更や変形が可能である。

例えば、基板 21は、ニオブ酸リチウムの Xカット板から構成したが、 Yカツト板、 Zカット板、及びオフカット板などを用いることもできる。また、ニオブ酸リチウムに代えて、タンタル酸リチウムなど公知の電気化学効果を有する材料から構成することができる。さらには、基板 21には、耐光損傷性を向上させるベく、 Mg、 Zn、 S c、及び I nなどの元素を添加することができる。

また、上述した研削加工及びレーザ加工処理に加えて、研磨加工などを必要に応じて逐次含ませることができる。さらに、光導波路 22はチタン拡散法の他に、プロトン交換法などを用いることもできる。産業上の利用可能性

以上説明したように、本発明によれば、基板の薄板化を高精度に行なうことができるとともに、薄板化された基板の裏面に対して第 1の薄肉部分及ぴ第 2の薄肉部分を安定して高精度に形成することができる。これによつて、バッファ層を有することなく速度整合を図ることができ、結合損失などにも優れた光変調器を作製することができる。

Claims

請求の範囲

1. 電気光学効果を有する材料からなる基板（21) の主面（21 A) 直下に光導波路（22) を形成する工程と、

前記基板（21) の前記主面（21 A) 上に、前記光導波路（22) 内を導波する光を変調するための変調用電極を形成する工程と、

前記基板（21) の前記主面（2 1 A) とベース基板（41) とを、前記変調用電極を介して貼り合せる工程と、

前記べ一ス基板（41) を固定した状態において、前記基板（2 1) の裏面 (21 B) に対して第 1の機械加工を施すことにより、前記基板（21) の全体を薄板化する工程と、

薄板化された前記基板（21) の前記裏面（21 B) に対して第 2の機械加工を施して、前記基板（21) のうち、前記光導波路（22) を含む部分を薄板化する工程と、

前記基板（.21) の前記薄板化された部分に対して第 3の機械加工を施して、前記基板（2 1) のうち、前記光導波路（22) を含む部分を第 1の薄肉部分 (26) とし、前記第 1の薄肉部分（26) に隣接する部分を前記第 1の薄肉部分（26) よりも薄い第 2の薄肉部分（27) とする工程と、

前記基板（21) の前記裏面（2 1 B) と支持基板（31) の主面（31 A) とを貼り合わせた後、前記基板（21) から前記ベース基板（41) を剥離する工程と、

を含むことを特徴とする光変調器の製造方法。

2. 請求項 1記載の光変調器の製造方法において、

前記第 2の機械加工及び前記第 3の機械加工の少なくとも一方は、外周刃を用いた研削加工を含むことを特徴とする光変調器の製造方法。

3. 請求項 2記載の光変調器の製造方法において、前記外周刃を整形するためのツル一イング処理工程を含むことを特徴とする光変調器の製造方法。

4. 電気光学効果を有する材料からなる基板（21) の主面（21A) 直下に光導波路（22) を形成する工程と、

前記基板（21) の前記主面 (21 A) とベース基板（41) とを、前記変調用電極を介して貼り合せる工程と、

前記ベース基板（41) を固定した状態において、前記基板（21) の裏面 (21 B) に対して第 1の機械加工を施すことにより、前記基板（21) の全体を薄板化する工程と、

前記基板（21) の前記薄板化された部分に対してレーザ加工処理を施して、前記基板（2 1) のうち、前記光導波路（22) を含む部分を第 1の薄肉部分 (26) とし、前記第 1の薄肉部分（26) に隣接する部分を前記第 1の薄肉部分（26) よりも薄い第 2の薄肉部分（27) とする工程と、

前記基板（21) の前記裏面（21 B) と支持基板（31) の主面とを貼り合わせた後、前記基板（21) から前記べ一ス基板（41) を剥離する工程と、を含むことを特徴とする光変調器の製造方法。

5. 請求項 4記載の光変調器の製造方法において、

前記第 2の機械加工は、外周刃を用いた研削加工を含むことを特徴とする光変調器の製造方法。

6. 請求項 5記載の光変調器の製造方法において、前記外周刃を整形するためのツル一イング処理工程を含むことを特徴とする光変調器の製造方法。

7. 電気光学効果を有する材料からなる基板（21) の主面（21A) 直下に光導波路（22) を形成する工程と、

前記基板（21) の前記主面（21A) 上に、前記光導波路（22) 内を導波する光を変調するための変調用電極を形成する工程と、

前記基板（2 1) の前記主面（21 A) とベース基板（41) とを、前記変調用電極を介して貼り合せる工程と、

前記ベース基板（41) を固定した状態において、前記基板（2 1) の裏面

(21 B) に対して第 1の機械加工を施すことにより、前記基板（21) の全体を薄板化する工程と、

薄板化された前記基板（21) の前記裏面（21 B) に対してレーザ加工処理を施して、前記基板（21) のうち、前記光導波路（22) を含む部分を薄板化する工程と、

前記基板（21) の前記薄板化された部分に対して第 2の機械加工を施して、前記基板（2 1) のうち、前記光導波路（22) を含む部分を第 1の薄肉部分 (26) とし、前記第 1の薄肉部分（26) に隣接する部分を前記第 1の薄肉部分（26) よりも薄い第 2の薄肉部分（27) とする工程と、

前記基板（21) の前記裏面（21 B) と支持基板（31) の主面（ 31 A) とを貼り合わせた後、前記基板（21) から前記ベース基板（41) を剥離する工程と、

を含むことを特徴とする光変調器の製造方法。

8. 請求項 7記載の光変調器の製造方法において、

9. 請求項 8記載の光変調器の製造方法において、

前記外周刃を整形するためのツル一イング処理工程を含むことを特徴とする光変調器の製造方法。

10. 電気光学効果を有する材料からなる基板（21) の主面（21A) 直下に光導波路（22) を形成する工程と、

前記基板（21) の前記主面（2 1 A) 上に、前記光導波路（22) 内を導波する光を変調するための変調用電極を形成する工程と、

前記ベース基板（41) を固定した状態において、前記基板（2 1) の裏面 (21B) に対して機械加工を施すことにより、前記基板（21) の全体を薄板化する工程と、

薄板化された前記基板（21) の前記裏面（21 B) に対して第 1のレーザ加ェ処理を施して、前記基板（21) のうち、前記光導波路（22) を含む部分を薄板化する工程と、

前記基板（2 1) の前記薄板化された部分に対して第 2のレーザ加工処理を施して、前記基板（21) のうち、前記光導波路（22) を含む部分を第 1の薄肉部分（26) とし、前記第 1の薄肉部分（26) に隣接する部分を前記第 1の薄肉部分（27) よりも薄い第 2の薄肉部分（27) とする工程と、

前記基板（21) の前記裏面と支持基板（31) の主面（31 A) とを貼り合わせた後、前記基板（21) から前記ベース基板（41) を剥離する工程と、を含むことを特徴とする光変調器の製造方法。

1 1. 請求項 1〜 10のいずれか 1項に記載の光変調器の製造方法において、前記支持基板（31) は溝部（35) を有し、

前記基板（2 1) と前記支持基板（3 1) との貼り合わせは、前記光導波路 (22) 、前記第 1の薄肉部分（26) 及び前記第 2の薄肉部分（27) が前記溝部（35)'内に位置するようにして行なうことを特徴とする光変調器の製造方法。

12. 請求項 1〜1 1のいずれか 1項に記載の光変調器の製造方法において、前記機械加工によって、前記基板（21) を厚さ 30 xm〜300 まで薄板化することを特徴とする光変調器の製造方法。

13. 請求項 1〜 12のいずれか 1項に記載の光変調器の製造方法において、前記第 1の薄肉部分（26) の厚さが 5 /m〜 30 xmであることを特徴とする光変調器の製造方法。

14. 請求項 1〜 13のいずれか 1項に記載の光変調器の製造方法において、前記第 1の薄肉部分（26) の厚さと前記第 2の薄肉部分（27) との差が 1 m以上であることを特徴とする光変調器の製造方法。

15. 請求項 1〜 14のいずれか 1項に記載の光変調器の製造方法において、前記変調用電極を構成する中心電極幅を W、前記変調用電極を構成する電極間距離を Gとしたとき、

前記第 1の薄肉部分（26) の幅が、（W+2 ^m) 以上、（W+2 G) 以下であることを特徴とする光変調器の製造方法。