WO2019224908A1 - 電気光学素子のための複合基板とその製造方法 - Google Patents

電気光学素子のための複合基板とその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2019224908A1
WO2019224908A1 PCT/JP2018/019657 JP2018019657W WO2019224908A1 WO 2019224908 A1 WO2019224908 A1 WO 2019224908A1 JP 2018019657 W JP2018019657 W JP 2018019657W WO 2019224908 A1 WO2019224908 A1 WO 2019224908A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
electro
substrate
refractive index
optic crystal
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/019657
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
知義 多井
近藤　順悟
Original Assignee
日本碍子株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本碍子株式会社 filed Critical 日本碍子株式会社
Priority to JP2019528149A priority Critical patent/JP6650551B1/ja
Priority to EP18920077.7A priority patent/EP3798718B1/en
Priority to PCT/JP2018/019657 priority patent/WO2019224908A1/ja
Priority to EP23169552.9A priority patent/EP4235277A3/en
Priority to CN201880093270.8A priority patent/CN112154368B/zh
Priority to FIEP18920077.7T priority patent/FI3798718T3/fi
Publication of WO2019224908A1 publication Critical patent/WO2019224908A1/ja
Priority to US16/950,306 priority patent/US11281032B2/en
Priority to US17/459,411 priority patent/US11573435B2/en
Priority to US18/060,289 priority patent/US11815751B2/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/035—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method

Definitions

  • the technology disclosed in this specification relates to a composite substrate for an electro-optical element (for example, an optical modulator) that uses an electro-optical effect.
  • an electro-optical element for example, an optical modulator
  • Electro-optical elements such as optical modulators are known.
  • the electro-optic element can convert an electrical signal into an optical signal by utilizing an electro-optic effect.
  • the electro-optic element is employed in, for example, optical wave fusion communication, and its development is being promoted in order to realize high-speed and large-capacity communication.
  • Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2010-85789 discloses an optical modulator.
  • This optical modulator is configured using a composite substrate.
  • the composite substrate includes an electro-optic crystal substrate having an electro-optic effect, and a support substrate bonded to the electro-optic crystal substrate.
  • the electro-optic crystal substrate and the support substrate are bonded by an adhesive.
  • the adhesive deteriorates over time, and thus the composite substrate may be peeled off, and further, this peeling may cause damage such as a crack in the electro-optic crystal substrate. .
  • an amorphous layer composed of the elements of the electro-optic crystal substrate and the elements of the support substrate is formed between the electro-optic crystal substrate and the support substrate.
  • This amorphous layer has no crystallinity, optical properties are different from those of both substrates, and the interface between the electro-optic crystal substrate and the amorphous layer is not flat.
  • Such a non-flat interface may scatter (for example, irregular reflection or leakage) and absorb light transmitted through the electro-optic crystal substrate.
  • the present specification provides a composite substrate that can avoid or reduce the above-described problems and a method for manufacturing the same.
  • This specification discloses a composite substrate for an electro-optic element.
  • the composite substrate is located between an electro-optic crystal substrate having an electro-optic effect, a support substrate bonded to the electro-optic crystal substrate via at least an amorphous layer, and the electro-optic crystal substrate and the amorphous layer, A low refractive index layer having a lower refractive index than the electro-optic crystal substrate.
  • the amorphous layer is composed of an element constituting a layer or substrate in contact with the amorphous layer from one side and an element constituting a layer or substrate in contact with the amorphous layer from the other side.
  • the above-described composite substrate can be manufactured by the following manufacturing method.
  • an electro-optic crystal substrate having an electro-optic effect is formed with at least one layer including a low refractive index layer having a lower refractive index than that of the electro-optic crystal substrate, and at least one layer is formed.
  • the direct bonding here means a bonding in which atoms diffuse between two members to be bonded and a covalent bond is formed between the atoms.
  • at least one layer may be formed on the surface of the support substrate.
  • a composite substrate in which a supporting substrate is bonded to an electro-optic crystal substrate can be manufactured without requiring an adhesive.
  • an amorphous layer due to direct bonding is formed, but a low refractive index layer is interposed between the amorphous layer and the electro-optic crystal substrate, and the amorphous layer does not contact the electro-optic crystal substrate.
  • light traveling through the electro-optic crystal substrate is not scattered or absorbed by the amorphous layer or the non-flat interface between the amorphous layer and the electro-optic crystal substrate.
  • the low refractive index layer in contact with the electro-optic crystal substrate has a lower refractive index than the electro-optic crystal substrate, it can suppress leakage of light transmitted through the electro-optic crystal substrate, such as a clad in an optical fiber. it can.
  • an electro-optic element having high performance and excellent durability can be manufactured.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a composite substrate 10 of Example 1.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a composite substrate 10 of Example 1.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a composite substrate 10 of Example 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a step of the method for manufacturing the composite substrate 10 of Example 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a step of the method for manufacturing the composite substrate 10 of Example 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a step of the method for manufacturing the composite substrate 10 of Example 1.
  • a modification of the composite substrate 10 is shown, and electrodes 32 and 34 for forming an electric field on the electro-optic crystal substrate 12 and an optical waveguide region 36 provided in the electro-optic crystal substrate 12 are added.
  • a modification of the composite substrate 10 is shown, and a ridge portion 13 is formed on the upper surface 12 a of the electro-optic crystal substrate 12.
  • a modification of the composite substrate 10 is shown, and a first electrode 42 and a second electrode 44 are added as compared with the modification shown in FIG.
  • the c-axis (c-axis) of the electro-optic crystal substrate 12 is parallel to the electro-optic crystal substrate 12.
  • a modification of the composite substrate 10 is shown, and a first electrode 52 and a second electrode 54 are added as compared with the modification shown in FIG.
  • the c-axis of the electro-optic crystal substrate 12 is perpendicular to the electro-optic crystal substrate 12.
  • FIG. 1 shows typically the cross-section of the composite substrate 10a of Example 2.
  • FIG. 1 shows typically the cross-section of the composite substrate 10a of Example 2.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a method for manufacturing the composite substrate 10a according to the second embodiment.
  • FIG. 10 schematically shows a cross-sectional structure of a composite substrate 10b of Example 3.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a method for manufacturing the composite substrate 10b of Example 3.
  • FIG. 10 schematically shows a cross-sectional structure of a composite substrate 10c of Example 4.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a method for manufacturing the composite substrate 10c of Example 4.
  • FIG. 10 schematically shows a cross-sectional structure of a composite substrate 10d of Example 5.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a method for manufacturing the composite substrate 10d of Example 5.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a composite substrate 10e of Example 6.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a method for manufacturing the composite substrate 10e of Example 6.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a composite substrate 10f of Example 7.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a method for manufacturing the composite substrate 10f of Example 7.
  • FIG. 10 schematically shows a cross-sectional structure of a composite substrate 10g of Example 8.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a method for manufacturing the composite substrate 10g of Example 8.
  • FIG. 10 schematically shows a cross-sectional structure of a composite substrate 10h of Example 9.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a method for manufacturing the composite substrate 10h of Example 9.
  • FIG. 10 schematically shows a cross-sectional structure of a composite substrate 10i in Example 10.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a method for manufacturing the composite substrate 10 i of Example 10.
  • FIG. 18 schematically shows a cross-sectional structure of a composite substrate 10j in Example 11.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a method for manufacturing the composite substrate 10j of Example 11.
  • the electro-optic crystal substrate includes lithium niobate (LiNbO 3 : LN), lithium tantalate (LiTaO 3 : LT), potassium titanate phosphate (KTiOPO 4 : KTP), potassium niobate ⁇ Lithium (K x Li (1-x) NbO 2 : KLN), potassium niobate (KNbO 3 : KN), tantalate / potassium niobate (KNb x Ta (1-x) O 3 : KTN), lithium niobate And a solid solution of lithium tantalate.
  • the low refractive index layer includes silicon oxide (SiO 2 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), magnesium fluoride (MgF 2 ), and calcium fluoride. It may be composed of at least one of (MgF 2 ).
  • the support substrate is made of silicon (Si), glass, sialon (Si 3 N 4 —Al 2 O 3 ), mullite (3Al 2 O 3 .2SiO 2 , 2Al 2 O 3 .SiO 2 ).
  • the layer or substrate in contact with the amorphous layer from one side may be a low refractive index layer.
  • a composite substrate can be manufactured by directly bonding an electro-optic crystal substrate on which a low refractive index layer is formed to a support substrate. At this time, at least one layer may be formed in advance on the surface of the support substrate.
  • the composite substrate may further include a first conductive layer positioned between the low refractive index layer and the amorphous layer.
  • the layer or substrate in contact with the amorphous layer from one side may be the first conductive layer.
  • Such a composite substrate can be manufactured by directly bonding an electro-optic crystal substrate having a first conductive layer formed on a low refractive index layer to a support substrate. At this time, at least one layer may be formed in advance on the surface of the support substrate.
  • the first conductive layer can be used as an electrode for applying an electric signal (that is, an electric field) to the electro-optic crystal substrate in an electro-optic element manufactured from the composite substrate.
  • the first conductive layer can be used as a shield that suppresses the leakage of an electric field from the electro-optical element.
  • the first conductive layer may include gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), platinum (Pt), or an alloy layer including at least two of them. Good. Note that the first conductive layer may have a single-layer structure or a multilayer structure.
  • the surface layer in contact with the amorphous layer of the first conductive layer may be made of platinum. Platinum is a material suitable for direct bonding. Therefore, when the surface layer of the first conductive layer is made of platinum, the electro-optic crystal substrate on which the first conductive layer is formed can be bonded directly and favorably to the support substrate.
  • the composite substrate may further include a first bonding layer positioned between the low refractive index layer and the amorphous layer.
  • the layer or substrate in contact with the amorphous layer from one side may be the first bonding layer.
  • the material constituting the first bonding layer is not particularly limited.
  • a material suitable for direct bonding, such as (TiO 2 ), may be used.
  • the composite substrate may further include a first conductive layer positioned between the low refractive index layer and the bonding layer.
  • the first conductive layer can be used as an electrode for applying an electric signal (that is, an electric field) to the electro-optic crystal substrate in an electro-optic element manufactured from the composite substrate.
  • the first conductive layer can be used as a shield that suppresses the leakage of an electric field from the electro-optical element.
  • the layer or substrate in contact with the amorphous layer from the other side may be a support substrate.
  • a composite substrate can be manufactured by directly bonding an electro-optic crystal substrate to the surface of a support substrate.
  • the electro-optic crystal substrate may be provided with a first conductive layer and / or a first bonding layer in addition to the low refractive index layer.
  • the composite substrate may further include a second bonding layer positioned between the amorphous layer and the support substrate.
  • the layer or substrate in contact with the amorphous layer from the other side may be the second bonding layer.
  • the material constituting the second bonding layer is not particularly limited.
  • a material suitable for direct bonding, such as (TiO 2 ) may be used.
  • the composite substrate may further include a second low refractive index layer that is located between the second bonding layer and the support substrate and has a refractive index lower than that of the electro-optic crystal substrate.
  • the second low refractive index layer since the refractive index is proportional to the square root of the dielectric constant, the second low refractive index layer has a low dielectric constant. Accordingly, when the composite substrate includes the second low refractive index layer, it becomes easy to satisfy the speed matching condition and adjust the characteristic impedance in the electro-optic element manufactured from the composite substrate. In addition, since stray capacitance and dielectric loss can be reduced, the electro-optic element can be operated at high speed and the voltage can be reduced.
  • the composite substrate may further include a second conductive layer positioned between the second low refractive index layer and the support substrate.
  • the second conductive layer can be used as an electrode for applying an electric signal (that is, an electric field) to the electro-optic crystal substrate in an electro-optic element manufactured from the composite substrate.
  • the second conductive layer can be used as a shield that suppresses the leakage of an electric field from the electro-optical element.
  • the composite substrate may further include a second conductive layer positioned between the amorphous layer and the support substrate.
  • the layer or substrate in contact with the amorphous layer from the other side may be the second conductive layer.
  • Such a composite substrate can be manufactured by directly bonding an electro-optic crystal substrate to a support substrate on which the second conductive layer is formed.
  • the second conductive layer can be used as an electrode for applying an electric signal (that is, an electric field) to the electro-optic crystal substrate in an electro-optic element manufactured from the composite substrate. Or it can utilize as a shield which suppresses that an electric field leaks from an electro-optic element.
  • the second conductive layer may include gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), platinum (Pt), or an alloy layer including at least two of them. Good. Note that the second conductive layer may have a single layer structure or a multilayer structure.
  • the surface layer in contact with the amorphous layer of the second conductive layer may be made of platinum. Platinum is a material suitable for direct bonding. Therefore, when the surface layer of the second conductive layer is made of platinum, the support substrate on which the second conductive layer is formed can be directly and well bonded to the electro-optic crystal substrate.
  • the composite substrate may further include a second low refractive index layer that is located between the amorphous layer and the support substrate and has a refractive index lower than that of the electro-optic crystal substrate.
  • the layer or substrate in contact with the amorphous layer from the other side may be the second low refractive index layer.
  • the second low refractive index layer since the refractive index is proportional to the square root of the dielectric constant, the second low refractive index layer has a low dielectric constant. Therefore, when the composite substrate includes the second low refractive index layer, the dielectric loss is reduced in the electro-optic element manufactured from the composite substrate.
  • the composite substrate may further include a second conductive layer positioned between the second low refractive index layer and the support substrate.
  • the second conductive layer can be used as an electrode for applying an electric signal (that is, an electric field) to the electro-optic crystal substrate in an electro-optic element manufactured from the composite substrate.
  • the second conductive layer can be used as a shield that suppresses the leakage of an electric field from the electro-optical element.
  • a ridge portion may be formed on the surface of the electro-optic crystal substrate.
  • an electro-optic element that requires a ridge-type optical waveguide can be easily manufactured.
  • an optical waveguide region doped with impurities for example, titanium or zinc
  • impurities for example, titanium or zinc
  • the amount of increase in the refractive index due to the doping of impurities is small and the light confinement effect is small, so the near-field image (near field diameter) of the light is relatively large.
  • the electro-optic element manufactured from the composite substrate As a result, in the electro-optic element manufactured from the composite substrate, the electric field efficiency is lowered, so that the required driving voltage is increased. This increases the element size. From the viewpoint of lowering the driving voltage and miniaturization of the electro-optic element, a ridge type optical waveguide having a large light confinement effect is preferable.
  • the c-axis (that is, the crystal main axis) of the electro-optic crystal substrate may be parallel to the electro-optic crystal substrate. That is, the electro-optic crystal substrate may be an x-cut or y-cut substrate.
  • the composite substrate includes a first electrode provided on one side surface of the ridge portion, and a second electrode provided on the other side surface of the ridge portion and facing the first electrode across the ridge portion. May be further provided. These first and second electrodes can be used as electrodes for applying an electric signal (that is, an electric field) to the ridge-type optical waveguide when an electro-optical element is manufactured from the composite substrate.
  • the c-axis (that is, the crystal main axis) of the electro-optic crystal substrate may be perpendicular to the electro-optic crystal substrate. That is, the electro-optic crystal substrate may be a z-cut substrate.
  • the composite substrate further includes a first electrode provided on the top surface of the ridge portion and a second electrode provided in a range excluding the ridge portion of the surface of the electro-optic crystal substrate. You may prepare. These first and second electrodes can be used as electrodes for applying an electric signal (that is, an electric field) to a ridge-type optical waveguide in an electro-optical element manufactured from a composite substrate.
  • an optical waveguide region containing impurities may be formed along the longitudinal direction of the ridge portion. According to such a configuration, a desired optical waveguide can be easily formed by changing the impurity doping region without changing the ridge portion.
  • the composite substrate 10 of the present embodiment can be employed in various electro-optic elements such as an optical modulator.
  • the composite substrate 10 of the present embodiment is manufactured in the form of a so-called wafer and provided to the electro-optic element manufacturer.
  • the diameter of the composite substrate 10 is approximately 10 cm (4 inches).
  • a plurality of electro-optic elements are manufactured from one composite substrate 10.
  • the composite substrate 10 is not limited to the form of a wafer, and may be manufactured and provided in various forms.
  • the composite substrate 10 includes an electro-optic crystal substrate 12, a support substrate 14, a low refractive index layer 16, and an amorphous layer 18.
  • the electro-optic crystal substrate 12 is bonded to the support substrate 14 via the low refractive index layer 16 and the amorphous layer 18.
  • the substrates 12 and 14 and the layers 16 and 18 extend in parallel to each other over the entire composite substrate 10.
  • the electro-optic crystal substrate 12 has an upper surface 12 a exposed to the outside and a lower surface 12 b located in the composite substrate 10. Part or all of the electro-optic crystal substrate 12 is an optical waveguide that transmits light in the electro-optic element manufactured from the composite substrate 10.
  • the electro-optic crystal substrate 12 is made of a crystal of a material having an electro-optic effect. Specifically, when an electric field is applied to the electro-optic crystal substrate 12, the refractive index of the electro-optic crystal substrate 12 changes. In particular, when an electric field is applied along the c-axis of the electro-optic crystal substrate 12, the refractive index of the electro-optic crystal substrate 12 changes greatly.
  • the c-axis of the electro-optic crystal substrate 12 may be parallel to the electro-optic crystal substrate 12. That is, the electro-optic crystal substrate 12 may be an x-cut or y-cut substrate, for example. Alternatively, the c-axis of the electro-optic crystal substrate 12 may be perpendicular to the electro-optic crystal substrate 12. That is, the electro-optic crystal substrate 12 may be a z-cut substrate, for example.
  • the thickness T12 of the electro-optic crystal substrate 12 is not particularly limited, but may be, for example, 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the material composing the electro-optic crystal substrate 12 is not particularly limited, but lithium niobate (LiNbO 3 : LN), lithium tantalate (LiTaO 3 : LT), potassium titanate phosphate (KTiOPO 4 : KTP), niobic acid Potassium / lithium (K x Li (1-x) NbO 2 : KLN), potassium niobate (KNbO 3 : KN), tantalate / potassium niobate (KNb x Ta (1-x) O 3 : KTN), niobium It may be either a solid solution of lithium acid lithium and lithium tantalate.
  • the electro-optic crystal substrate 12 may have an electro-optic effect that changes other optical constants in addition to or instead of the refractive index.
  • the support substrate 14 has an upper surface 14a located in the composite substrate 10 and a lower surface 14b exposed to the outside.
  • the electro-optic crystal substrate 12 is bonded to the support substrate 14.
  • the support substrate 14 is provided to increase the strength of the composite substrate 10, and thus the thickness of the electro-optic crystal substrate 12 can be reduced.
  • the support substrate 14 is not particularly limited.
  • the linear expansion coefficient of the material constituting the support substrate 14 is preferably as close as possible to the linear expansion coefficient of the material constituting the electro-optic crystal substrate 12.
  • the linear expansion coefficient of the material constituting the support substrate 24 may be within ⁇ 50 percent of the linear expansion coefficient of the material constituting the electro-optic crystal substrate 12.
  • the low refractive index layer 16 is located between the electro-optic crystal substrate 12 and the amorphous layer 18, and is provided along the lower surface 12 b of the electro-optic crystal substrate 12.
  • the low refractive index layer 16 has a lower refractive index than the electro-optic crystal substrate 12. Thereby, on the lower surface 12b of the electro-optic crystal substrate 12 (that is, the interface in contact with the low refractive index layer 16), light transmitted through the electro-optic crystal substrate 12 is easily totally reflected, and leakage from the electro-optic crystal substrate 12 is suppressed. Is done.
  • the low refractive index layer 16 is not particularly limited.
  • the thickness T16 of the low refractive index layer 16 is not particularly limited, but may be, for example, 0.1 micrometers or more and 10 micrometers or less.
  • the refractive index is proportional to the square root of the dielectric constant. Since the refractive index of the low refractive index layer 16 is lower than the refractive index of the electro-optic crystal substrate 12, the dielectric constant of the low refractive index layer 16 is lower than the dielectric constant of the electro-optic crystal substrate 12. Therefore, when the composite substrate 10 includes the low refractive index layer 16, in the electro-optic element manufactured from the composite substrate 10, it becomes easy to satisfy the speed matching condition and adjust the characteristic impedance. In addition, since stray capacitance and dielectric loss can be reduced, the electro-optic element can be operated at high speed and the voltage can be reduced.
  • the amorphous layer 18 is located between the low refractive index layer 16 and the support substrate 14.
  • the amorphous layer 18 has an amorphous structure, and is composed of an element constituting the low refractive index layer 16 in contact with the amorphous layer 18 from above and an element constituting the support substrate 14 in contact with the amorphous layer 18 from below. Yes.
  • the thickness T18 of the amorphous layer 18 is not particularly limited, but may be 0.1 nanometer or more and 100 nanometers or less.
  • the composite substrate 10 can be manufactured by directly bonding the support substrate 14 to the electro-optic crystal substrate 12 on which the low refractive index layer 16 is formed.
  • the amorphous layer 18 is a layer generated in this direct bonding, and is formed by diffusing atoms of the low refractive index layer 16 and the support substrate 14. Therefore, the upper surface 18a of the amorphous layer 18 (ie, the interface in contact with the low refractive index layer 16) and the lower surface 18b of the amorphous layer 18 (ie, the interface in contact with the support substrate 14) are not necessarily flat.
  • an amorphous layer resulting from direct bonding is composed of elements constituting the material located above and below it, has no crystallinity, and may incorporate different elements from the outside. Different. Further, the interface of the amorphous layer is not flat, and optical absorption and scattering may occur. For this reason, if the amorphous layer 18 is in direct contact with the electro-optic crystal substrate 12, light transmitted through the electro-optic crystal substrate 12 is attenuated by the amorphous layer 18. On the other hand, in the composite substrate 10 of this embodiment, the low refractive index layer 16 is interposed between the amorphous layer 18 and the electro-optic crystal substrate 12, and the amorphous layer 18 is in contact with the electro-optic crystal substrate 12. Absent.
  • the thickness T12 of the electro-optic crystal substrate 12 can be made relatively small.
  • the optical waveguide structure having an excellent light confinement effect can be formed by the low refractive index layer 16
  • light can be propagated in a high-quality bulk crystal not doped with impurities.
  • the electro-optic crystal substrate 12 and the support substrate 14 are directly bonded without using an adhesive, the adhesive is not deteriorated or deformed and has high reliability.
  • there is no dielectric loss due to the adhesive Since the amorphous layer 18 resulting from the direct bonding is separated from the electro-optic crystal substrate 12 by the low refractive index layer 16, the light transmitted through the electro-optic crystal substrate 12 can be propagated to the output side without loss. it can.
  • an electro-optic crystal substrate 12 is prepared.
  • the electro-optic crystal substrate 12 may be an x-cut or y-cut substrate (c-axis is parallel to the substrate).
  • the electro-optic crystal substrate 12 may be an offset substrate in which the c-axis forms an angle within 10 ° with the horizontal plane of the substrate. Alternatively, it may be a z-cut substrate (c-axis is perpendicular to the substrate).
  • a low refractive index layer 16 is formed on the lower surface 12 b of the electro-optic crystal substrate 12.
  • the film formation of the low refractive index layer 16 is not particularly limited, but can be performed by vapor deposition (physical vapor deposition or chemical vapor deposition).
  • the lower surface 12 b of the electro-optic crystal substrate 12 is one main surface of the electro-optic crystal substrate 12.
  • the support substrate 14 is prepared, and the support substrate 14 is directly bonded to the lower surface 12 b of the electro-optic crystal substrate 12 on which the low refractive index layer 16 is formed.
  • the above-described amorphous layer 18 is formed between the support substrate 14 and the low refractive index layer 16.
  • the composite substrate 10 shown in FIGS. 1 and 2 is manufactured.
  • Specific procedures and processing conditions for the direct bonding described above are not particularly limited. It can be determined as appropriate according to the materials of the layers or substrates to be bonded to each other.
  • a neutralized beam is irradiated to each bonding surface in a high vacuum chamber (for example, about 1 ⁇ 10 ⁇ 6 Pascal). Thereby, each joint surface is activated.
  • the activated bonding surfaces are brought into contact with each other in a vacuum atmosphere and bonded at room temperature.
  • the load at the time of joining can be, for example, 100 to 20000 Newton.
  • an inert gas is introduced into the chamber, and a high voltage is applied from a DC power source to the electrode disposed in the chamber.
  • a high voltage is applied from a DC power source to the electrode disposed in the chamber.
  • an electron moves by the electric field produced between an electrode (positive electrode) and a chamber (negative electrode), and the beam of atoms and ions by an inert gas is generated.
  • the ion beam is neutralized by the grid, so that a beam of neutral atoms is emitted from the fast atom beam source.
  • the atomic species constituting the beam is preferably an inert gas element (for example, argon (Ar), nitrogen (N), etc.).
  • the voltage upon activation by beam irradiation can be 0.5 to 2.0 kilovolts, and the current can be 50 to 200 milliamps.
  • the composite substrate 10 may be provided with electrodes 32 and 34 for forming an electric field on the electro-optic crystal substrate 12 on the upper surface 12 a of the electro-optic crystal substrate 12.
  • the material constituting the electrodes 32 and 34 may be a conductor, and may be a metal such as gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), or platinum (Pt).
  • the electrodes 32 and 44 are used as a base layer (lowermost layer) in contact with the electro-optic crystal substrate 12 to prevent the electrodes 32 and 34 from peeling or migrating, such as titanium (Ti), chromium (Cr), nickel (Ni). And a layer of platinum (Pt) or the like.
  • the number, position, and shape of the electrodes 32 and 34 are not particularly limited.
  • the number of electrodes 32 and 34 can be appropriately determined according to the number of electro-optic elements manufactured from the composite substrate 10 and the number of electrodes 32 and 34 required for each electro-optic element.
  • the manufacturer of the electro-optical element can easily manufacture the electro-optical element from the composite substrate 10.
  • the electrodes 32 and 34 shown in FIG. 6 can be similarly provided on composite substrates 10a to 10j of other embodiments described later.
  • the optical waveguide region 36 may be provided in the electro-optic crystal substrate 12 by doping impurities.
  • the refractive index can be selectively increased (that is, locally) by doping a specific impurity such as titanium or zinc, whereby the optical waveguide region 36 can be formed.
  • the number, position, and shape of the optical waveguide regions 36 are not particularly limited.
  • the number of optical waveguide regions 36 can be appropriately determined according to the number of electro-optical elements manufactured from the composite substrate 10 and the number of optical waveguide regions 36 required by each electro-optical element. If the optical waveguide region 36 is provided in advance on the composite substrate 10, the manufacturer of the electro-optical element can easily manufacture the electro-optical element from the composite substrate 10.
  • the optical waveguide region 36 shown in FIG. 6 can be similarly provided on the composite substrates 10a-10j of other embodiments described later.
  • a ridge portion 13 may be formed on the upper surface 12 a of the electro-optic crystal substrate 12.
  • the ridge portion 13 is a protruding portion that extends along the upper surface 12a.
  • the ridge portion 13 constitutes a ridge type optical waveguide in the electro-optic element in which the composite substrate 10 is manufactured.
  • the width W of the ridge portion 13 is not particularly limited, but may be 1 micrometer or more and 10 micrometers or less.
  • the height TR of the ridge portion 13 is not particularly limited, but may be 10% or more and 95% or less of the thickness T12 of the electro-optic crystal substrate 12.
  • the number, position, and shape of the ridge portions 13 are not particularly limited.
  • the composite substrate 10 is used for manufacturing a Mach-Zehnder type electro-optic modulator, it is preferable to form two ridge portions 13 at least partially extending in parallel.
  • the ridge portion 13 shown in FIG. 7 can be similarly provided on composite substrates 10a-10j of other embodiments described later.
  • the composite substrate 10 having the ridge portion 13 may be further provided with a first electrode 42 and a second electrode 44.
  • the first electrode 42 may be provided on one side surface 13 a of the ridge portion 13.
  • the second electrode 44 is preferably provided on the other side surface 13 b of the ridge portion 13 and is opposed to the first electrode 42 with the ridge portion 13 interposed therebetween. According to such a configuration, the first electrode 42 and the second electrode 44 can apply an electric field in parallel to the c-axis to the ridge portion 13 serving as an optical waveguide in the electro-optic element.
  • the material which comprises the 1st electrode 42 and the 2nd electrode 44 should just be a conductor, for example, may be metals, such as gold
  • the electrodes 42 and 44 are used as a base layer (lowermost layer) in contact with the electro-optic crystal substrate 12 in order to prevent the electrodes 42 and 44 from peeling or migrating, such as titanium (Ti), chromium (Cr), nickel (Ni). And a layer of platinum (Pt) or the like.
  • a low refractive index film having a refractive index lower than that of the electro-optic crystal substrate 12 is provided between the first electrode 42 and the electro-optic crystal substrate 12 and between the second electrode 44 and the electro-optic crystal substrate 12. May be.
  • Such a low refractive index film functions as a cladding layer and can suppress loss of light transmitted through the ridge portion 13.
  • the first electrode 42 and the second electrode 44 shown in FIG. 8 can be provided in the same manner on the composite substrates 10a-10j of other embodiments described later together with the ridge portion 13.
  • the c-axis of the electro-optic crystal substrate 12 may be perpendicular to the electro-optic crystal substrate 12. Even in this case, the ridge portion 13 may be formed on the upper surface 12 a of the electro-optic crystal substrate 12.
  • a first electrode 52 and a second electrode 54 may be provided on the upper surface 12 a of the electro-optic crystal substrate 12.
  • the first electrode 52 is preferably provided on the top surface 13 c of the ridge portion 13, and the second electrode 54 is in a range excluding the portion of the ridge portion 13 of the upper surface 12 a of the electro-optic crystal substrate 12. It is good to be provided.
  • the first electrode 52 and the second electrode 54 can apply an electric field in parallel to the c-axis to the ridge portion 13 serving as an optical waveguide in the electro-optic element.
  • the first electrode 52 and the second electrode 54 shown in FIG. 9 can be provided in the same manner on the composite substrates 10a-10j of other embodiments to be described later together with the ridge portion 13.
  • the composite substrate 10a-10j includes the conductive layers 20 and 20 '
  • the conductive layers 20 and 20' can be used instead of the second electrode 54.
  • the second electrode 54 is not necessarily required and can be omitted.
  • the composite substrate 10 a of Example 2 further includes a first conductive layer 20, which is different from the composite substrate 10 of Example 1 in this respect.
  • the first conductive layer 20 is located between the low refractive index layer 16 and the amorphous layer 18 and is in contact with the amorphous layer 18 from above. Therefore, the amorphous layer 18 in this embodiment is composed of an element constituting the first conductive layer 20 and an element constituting the support substrate 14.
  • the first conductive layer 20 can be used as an electrode for applying an electric signal (that is, an electric field) to the electro-optic crystal substrate 12 in the electro-optic element manufactured from the composite substrate 10a.
  • the first conductive layer 20 can be used as a shield that suppresses leakage of an electric field from the electro-optic element.
  • the material which comprises the 1st conductive layer 20 should just be a conductor, for example, gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), platinum (Pt), or those There may be a layer of alloy comprising at least two.
  • the first conductive layer 20 may have a single layer structure or a multilayer structure.
  • the first conductive layer 20 serves as a base layer in contact with the low refractive index layer 16, in order to prevent peeling and migration of the first conductive layer 20, titanium (Ti), chromium (Cr), nickel (Ni), platinum You may have layers, such as (Pt).
  • the thickness T20 of the first conductive layer 20 is not particularly limited, but may be 0.05 micrometers or more and 5 micrometers or less.
  • the composite substrate 10a of this example can also be manufactured by directly bonding the electro-optic crystal substrate 12 to the support substrate.
  • the low refractive index layer 16 and the first conductive layer 20 are formed on the lower surface 12b of the electro-optic crystal substrate 12 prior to direct bonding.
  • the low refractive index layer 16 is formed on the lower surface 12 b of the electro-optic crystal substrate 12, and the first conductive layer 20 is formed on the low refractive index layer 16. Therefore, the direct bonding in the present embodiment is performed between the first conductive layer 20 and the support substrate 14.
  • the surface layer 20a of the first conductive layer 20 may be made of platinum. Platinum is a material suitable for direct bonding.
  • the electro-optic crystal substrate 12 on which the first conductive layer 20 is formed is bonded directly and favorably to the support substrate 14. be able to.
  • the first conductive layer 20 can be formed by sputtering or vapor deposition (physical vapor deposition or chemical vapor deposition), for example.
  • the composite substrate 10b of Example 3 further includes a first bonding layer 22, which is different from the composite substrate 10b of Example 2.
  • the first bonding layer 22 is located between the first conductive layer 20 and the amorphous layer 18 and is in contact with the amorphous layer 18 from above. Therefore, the amorphous layer 18 in this embodiment is composed of an element constituting the first bonding layer 22 and an element constituting the support substrate 14.
  • the material constituting the first bonding layer 22 is not particularly limited, for example, tantalum oxide (Ta 2 O 5), niobium oxide (Nb 2 O 5), silicon (Si), aluminum oxide (Al 2 O 3), oxide A material such as titanium (TiO 2 ) suitable for direct bonding is preferable.
  • the thickness T22 of the first bonding layer 22 is not particularly limited, but may be 0.01 micrometers or more and 0.5 micrometers or less. Since the first bonding layer 22 is separated from the electro-optic crystal substrate 12 by the first conductive layer 20, it does not substantially affect the characteristics of the composite substrate 10b.
  • the composite substrate 10b of this example can also be manufactured by directly bonding the electro-optic crystal substrate 12 to the support substrate.
  • the low refractive index layer 16, the first conductive layer 20, and the first bonding layer 22 are formed on the lower surface 12b of the electro-optic crystal substrate 12 prior to the direct bonding. Is done.
  • the low refractive index layer 16 is formed on the lower surface 12 b of the electro-optic crystal substrate 12, and the first conductive layer 20 is formed on the low refractive index layer 16.
  • the first bonding layer 22 is formed on the first conductive layer 20. Therefore, the direct bonding in the present embodiment is performed between the first bonding layer 22 and the support substrate 14.
  • the electro-optic crystal substrate 12 on which the first bonding layer 22 is formed can be bonded directly to the support substrate 14 in a satisfactory manner. it can.
  • the film formation of the first bonding layer 22 is not particularly limited, but can be performed by sputtering or vapor deposition (physical vapor deposition or chemical vapor deposition).
  • the composite substrate 10c of Example 4 further includes a second bonding layer 22 ', which is different from the composite substrate 10c of Example 3 in this respect.
  • the second bonding layer 22 ′ is located between the amorphous layer 18 and the support substrate 14 and is in contact with the amorphous layer 18 from below. Therefore, the amorphous layer 18 in the present embodiment is composed of an element constituting the first bonding layer 22 and an element constituting the second bonding layer 22 '.
  • the material constituting the second bonding layer 22 ′ is not particularly limited.
  • tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), silicon (Si), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), A material suitable for direct bonding, such as titanium oxide (TiO 2 ), may be used.
  • the thickness T22 ′ of the second bonding layer 22 ′ is not particularly limited, but may be 0.01 ⁇ m or more and 0.5 ⁇ m or less. Since the second bonding layer 22 ′ is separated from the electro-optic crystal substrate 12 by the first conductive layer 20, it does not substantially affect the characteristics of the composite substrate 10b.
  • the composite substrate 10c of the present embodiment can also be manufactured by directly bonding the electro-optic crystal substrate 12 to the support substrate.
  • the second bonding layer 22 ′ is formed on the upper surface 14 a of the support substrate 14 before performing the direct bonding.
  • the low refractive index layer 16, the first conductive layer 20, and the first bonding layer 22 are formed on the lower surface 12 b of the electro-optic crystal substrate 12, as in the third embodiment. Therefore, the direct bonding in the present embodiment is performed between the first bonding layer 22 and the second bonding layer 22 '.
  • the electro-optic crystal substrate 12 on which the first bonding layer 22 is formed is used as the second bonding layer 22 ′.
  • the second bonding layer 22 ′ can be formed by vapor deposition (physical vapor deposition or chemical vapor deposition) as in the case of the first bonding layer 22.
  • Example 5 A composite substrate 10d of Example 5 will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 16, the composite substrate 10d of Example 5 does not include the first conductive layer 20, and is different from the composite substrate 10c of Example 3 in this respect. That is, the first conductive layer 20 is not necessarily required. As shown in FIG. 17, the composite substrate 10 d of this example can also be manufactured by directly bonding the electro-optic crystal substrate 12 to the support substrate 14. In the manufacturing method of the present embodiment, the low refractive index layer 16 and the first bonding layer 22 are formed on the lower surface 12b of the electro-optic crystal substrate 12 prior to performing direct bonding.
  • the low refractive index layer 16 is formed on the lower surface 12 b of the electro-optic crystal substrate 12, and the first bonding layer 22 is formed on the low refractive index layer 16. Therefore, the direct bonding in the present embodiment is performed between the first bonding layer 22 and the support substrate 14.
  • the composite substrate 10e of Example 6 further includes a second bonding layer 22 ', which is different from the composite substrate 10d of Example 5 in this respect.
  • the composite substrate 10e of the present embodiment does not include the first conductive layer 20, and is different from the composite substrate 10e of the fourth embodiment in this respect.
  • the composite substrate 10 e of this example can also be manufactured by directly bonding the electro-optic crystal substrate 12 to the support substrate 14.
  • the low refractive index layer 16 and the first bonding layer 22 are formed on the lower surface 12b of the electro-optic crystal substrate 12 prior to performing direct bonding. Further, the second bonding layer 22 ′ is formed on the upper surface 14 a of the support substrate 14. Therefore, the direct bonding in the present embodiment is performed between the first bonding layer 22 and the second bonding layer 22 '.
  • the composite substrate 10f of Example 7 further includes a second conductive layer 20 ', which is different from the composite substrate 10 of Example 1 in this respect.
  • the second conductive layer 20 ′ is located between the amorphous layer 18 and the support substrate 14 and is in contact with the amorphous layer 18 from below. Therefore, the amorphous layer 18 in this embodiment is composed of the elements constituting the low refractive index layer 16 and the elements constituting the second conductive layer 20 '.
  • the second conductive layer 20 ′ can be used as an electrode for applying an electric signal (ie, electric field) to the electro-optic crystal substrate 12 in the electro-optic element manufactured from the composite substrate 10 f.
  • the second conductive layer 20 ′ can be used as a shield that suppresses the leakage of an electric field from the electro-optic element.
  • the material constituting the second conductive layer 20 ′ may be a conductor, such as gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), platinum (Pt), or among them.
  • a layer of an alloy comprising at least two of The second conductive layer 20 ' may have a single layer structure or a multilayer structure.
  • the second conductive layer 20 ′ serves as a base layer in contact with the support substrate 14, and in order to prevent peeling and migration of the second conductive layer 20 ′, titanium (Ti), chromium (Cr), nickel (Ni), platinum You may have layers, such as (Pt).
  • the thickness T20 'of the second conductive layer 20' is not particularly limited, but may be 0.05 micrometers or more and 5 micrometers or less.
  • the composite substrate 10f of this example can also be manufactured by directly bonding the electro-optic crystal substrate 12 to the support substrate.
  • the second conductive layer 20 ′ is formed on the upper surface 14 a of the support substrate 14 prior to performing direct bonding.
  • a low refractive index layer 16 is formed on the lower surface 12 b of the electro-optic crystal substrate 12 as in the first embodiment. Therefore, the direct bonding in the present embodiment is performed between the low refractive index layer 16 and the second conductive layer 20 '.
  • the surface layer 20a 'of the second conductive layer 20' may be made of platinum. As described above, platinum is a material suitable for direct bonding.
  • the electro-optic crystal substrate 12 is better than the support substrate 14 on which the second conductive layer 20 ′ is formed.
  • the second conductive layer 20 ' can be formed by sputtering or vapor deposition (physical vapor deposition or chemical vapor deposition), for example.
  • the composite substrate 10g of Example 8 further includes a second low refractive index layer 16 ', which is different from the composite substrate 10f of Example 7 in this respect. Similar to the low refractive index layer 16, the second low refractive index layer 16 ′ has a lower refractive index than the electro-optic crystal substrate 12. The second low refractive index layer 16 ′ is located between the amorphous layer 18 and the support substrate 14 and is in contact with the amorphous layer 18 from below.
  • the amorphous layer 18 in this embodiment is composed of an element constituting the low refractive index layer 16 and an element constituting the second low refractive index layer 16 '.
  • the thickness T16 'of the second low refractive index layer 16' is not particularly limited, but may be, for example, 0.1 micrometers or more and 10 micrometers or less.
  • the second low refractive index layer 16 ′ is not particularly limited, but silicon oxide (SiO 2 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), magnesium fluoride (MgF 2 ), and fluoride. It may be composed of at least one of calcium (MgF 2 ).
  • the material constituting the second low refractive index layer 16 ′ may be the same as the material constituting the low refractive index layer 16. Alternatively, the material constituting the second low refractive index layer 16 ′ may be different from the material constituting the low refractive index layer 16. As described above, the refractive index is proportional to the square root of the dielectric constant.
  • the dielectric constant of the second low refractive index layer 16 ′ is higher than the dielectric constant of the electro-optic crystal substrate 12. Low. Therefore, when the composite substrate 10 includes the second low refractive index layer 16 ′, it is easy to satisfy the speed matching condition and adjust the characteristic impedance in the electro-optic element manufactured from the composite substrate 10. Become. In addition, since stray capacitance and dielectric loss can be reduced, the electro-optic element can be operated at high speed and the voltage can be reduced.
  • the composite substrate 10g of the present embodiment can also be manufactured by directly bonding the electro-optic crystal substrate 12 to the support substrate 14.
  • the second conductive layer 20 ′ and the second low refractive index layer 16 ′ are formed on the upper surface 14 a of the support substrate 14 prior to performing direct bonding.
  • the second conductive layer 20 ' is formed on the upper surface 14a of the support substrate 14, and the second low refractive index layer 16' is formed on the second conductive layer 20 '.
  • a low refractive index layer 16 is formed on the lower surface 12 b of the electro-optic crystal substrate 12 as in the first embodiment.
  • the direct bonding in the present embodiment is performed between the low refractive index layer 16 and the second low refractive index layer 16 '.
  • the second low-refractive index layer 16 ′ can be formed by sputtering or vapor deposition (physical vapor deposition or chemical vapor deposition) similarly to the low-refractive index layer 16.
  • Example 9 With reference to FIGS. 24 and 25, a composite substrate 10h of Example 9 will be described.
  • the composite substrate 10h of Example 9 further includes a first bonding layer 22 and a second bonding layer 22 ', and is different from the composite substrate 10g of Example 8 in this respect.
  • the first bonding layer 22 is located between the low refractive index layer 16 and the amorphous layer 18 and is in contact with the amorphous layer 18 from above.
  • the second bonding layer 22 ′ is located between the amorphous layer 18 and the second low refractive index layer 16 ′ and is in contact with the amorphous layer 18 from below. Therefore, the amorphous layer 18 in the present embodiment is composed of an element constituting the first bonding layer 22 and an element constituting the second bonding layer 22 '.
  • each of the first bonding layer 22 and the second bonding layer 22 ′ includes, for example, tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), silicon (Si), aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and titanium oxide (TiO 2 ), and can be made of a material suitable for direct bonding.
  • the first bonding layer 22 and the second bonding layer 22 ′ may be made of the same material or different materials.
  • the thicknesses T22 and T22 ′ of the first bonding layer 22 and the second bonding layer 22 ′ are not particularly limited, but may be 0.01 ⁇ m or more and 0.5 ⁇ m or less.
  • the thicknesses T22 and T22 ′ of the first bonding layer 22 and the second bonding layer 22 ′ may be the same or different.
  • the composite substrate 10h of the present embodiment can also be manufactured by directly bonding the electro-optic crystal substrate 12 to the support substrate 14.
  • the low refractive index layer 16 and the first bonding layer 22 are formed on the lower surface 12b of the electro-optic crystal substrate 12 prior to performing direct bonding.
  • the low refractive index layer 16 is formed on the lower surface 12 b of the electro-optic crystal substrate 12, and the first bonding layer 22 is formed on the low refractive index layer 16.
  • a second conductive layer 20 ′, a second low refractive index layer 16 ′, and a second bonding layer 22 ′ are formed on the upper surface 14 a of the support substrate 14.
  • the second conductive layer 20 ' is formed on the upper surface 14a of the support substrate 14, and the second low refractive index layer 16' is formed on the second conductive layer 20 '. Then, the second bonding layer 22 ′ is formed on the second low refractive index layer 16 ′. Therefore, the direct bonding in the present embodiment is performed between the first bonding layer 22 and the second bonding layer 22 '.
  • the first bonding layer 22 and the second bonding layer 22 ' can be formed by sputtering or vapor deposition (physical vapor deposition or chemical vapor deposition).
  • Example 10 A composite substrate 10i of Example 10 will be described with reference to FIGS.
  • the composite substrate 10i of Example 10 does not include the second conductive layer 20 ', and is different from the composite substrate 10h of Example 9 in this respect. That is, the second conductive layer 20 'is not necessarily required.
  • the composite substrate 10 i of this example can also be manufactured by directly bonding the electro-optic crystal substrate 12 to the support substrate 14.
  • the low refractive index layer 16 and the first bonding layer 22 are formed on the lower surface 12b of the electro-optic crystal substrate 12 prior to performing direct bonding.
  • the low refractive index layer 16 is formed on the lower surface 12 b of the electro-optic crystal substrate 12, and the first bonding layer 22 is formed on the low refractive index layer 16.
  • a second low refractive index layer 16 ′ and a second bonding layer 22 ′ are formed on the upper surface 14 a of the support substrate 14.
  • the second low refractive index layer 16 ' is formed on the upper surface 14a of the support substrate 14, and the second bonding layer 22' is formed on the second low refractive index layer 16 '. Therefore, the direct bonding in the present embodiment is performed between the first bonding layer 22 and the second bonding layer 22 '.
  • Example 11 A composite substrate 10j of Example 11 will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 28, the composite substrate 10j of Example 11 does not include the first bonding layer 22 and the second bonding layer 22 ', and is different from the composite substrate 10i of Example 10 in this respect. That is, the first bonding layer 22 and the second bonding layer 22 'are not necessarily required. As shown in FIG. 29, the composite substrate 10j of this example can also be manufactured by directly bonding the electro-optic crystal substrate 12 to the support substrate.
  • the low refractive index layer 16 is formed on the lower surface 12 b of the electro-optic crystal substrate 12, and the second low refractive index layer is formed on the upper surface 14 a of the support substrate 14. 16 'is deposited. Therefore, the direct bonding in the present embodiment is performed between the low refractive index layer 16 and the second low refractive index layer 16 '.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

電気光学素子のための複合基板を開示する。複合基板は、電気光学効果を有する電気光学結晶基板と、電気光学結晶基板に、少なくともアモルファス層を介して接合された支持基板と、電気光学結晶基板とアモルファス層との間に位置するとともに、電気光学結晶基板よりも屈折率の低い低屈折率層とを備える。アモルファス層は、アモルファス層に一方側から接する層又は基板を構成する元素と、アモルファス層に他方側から接する層又は基板を構成する元素とで構成されている。

Description

電気光学素子のための複合基板とその製造方法
　本明細書で開示する技術は、電気光学効果を利用する電気光学素子（例えば、光変調器）のための複合基板に関する。
　光変調器といった電気光学素子が知られている。電気光学素子は、電気光学効果を利用して、電気信号を光信号に変換することができる。電気光学素子は、例えば光電波融合通信に採用されており、高速かつ大容量な通信を実現するために、その開発が進められている。
　特開２０１０－８５７８９号公報に、光変調器が開示されている。この光変調器は、複合基板を用いて構成されている。複合基板は、電気光学効果を有する電気光学結晶基板と、電気光学結晶基板に接合された支持基板とを備える。
　従来の複合基板では、電気光学結晶基板と支持基板との間が、接着剤によって接合されている。このような構成であると、接着剤が経時的に劣化することによって、複合基板に剥離が生じることや、さらにこの剥離が原因となって、電気光学結晶基板にクラックといった損傷が生じることがある。このような問題を避けるために、接着剤を用いることなく、電気光学結晶基板と支持基板とを直接接合することが考えられる。しかしながら、電気光学結晶基板と支持基板とを直接接合すると、電気光学結晶基板と支持基板との間には、電気光学結晶基板の元素と支持基板の元素から構成されるアモルファス層が形成される。このアモルファス層は結晶性がなく、光学物性も双方の基板とは異なり、電気光学結晶基板とアモルファス層との間の界面も平坦ではない。このような平坦でない界面は、電気光学結晶基板を伝わる光を、散乱（例えば、乱反射や漏出）、吸収させるおそれがある。
　従って、本明細書は、上述した問題を回避又は低減し得る複合基板及びその製造方法を提供する。
　本明細書は、電気光学素子のための複合基板を開示する。この複合基板は、電気光学効果を有する電気光学結晶基板と、電気光学結晶基板に、少なくともアモルファス層を介して接合された支持基板と、電気光学結晶基板とアモルファス層との間に位置するとともに、電気光学結晶基板よりも屈折率の低い低屈折率層とを備える。アモルファス層は、アモルファス層に一方側から接する層又は基板を構成する元素と、アモルファス層に他方側から接する層又は基板を構成する元素とで構成されている。
　上記した複合基板は、次の製造方法によって製造することができる。この製造方法は、電気光学効果を有する電気光学結晶基板に、電気光学結晶基板よりも屈折率の低い低屈折率層を含む、少なくとも一つの層を成膜する工程と、少なくとも一つの層が成膜された電気光学結晶基板を、支持基板の表面に直接接合する工程とを備える。ここでいう直接接合とは、接合される二つの部材の間で原子が拡散し合い、それらの原子間で共有結合が形成される接合を意味する。なお、直接接合に先立って、支持基板の表面には、少なくとも一つの層が成膜されていてもよい。
　上記した製造方法によると、接着剤を必要とすることなく、電気光学結晶基板に支持基板が接合された複合基板を製造することができる。製造された複合基板では、直接接合に起因するアモルファス層が形成されるが、アモルファス層と電気光学結晶基板との間には低屈折率層が介在し、アモルファス層が電気光学結晶基板に接しない。従って、電気光学結晶基板を伝わる光が、アモルファス層やこのアモルファス層と電気光学結晶基板との間の平坦でない界面で、散乱又は吸収されることがない。加えて、電気光学結晶基板に接する低屈折率層は、電気光学結晶基板よりも屈折率が低いことから、光ファイバにおけるクラッドのように、電気光学結晶基板を伝わる光の漏出を抑制することができる。この複合基板を用いることで、高性能、かつ耐久性に優れた電気光学素子を製造することができる。
実施例１の複合基板１０を模式的に示す斜視図。
実施例１の複合基板１０の断面構造を模式的に示す図。
実施例１の複合基板１０の製造方法の一工程を示す図。
実施例１の複合基板１０の製造方法の一工程を示す図。
実施例１の複合基板１０の製造方法の一工程を示す図。
複合基板１０の一変形例を示しており、電気光学結晶基板１２に電界を形成する電極３２、３４と、電気光学結晶基板１２内に設けられた光導波路領域３６が付加されている。
複合基板１０の一変形例を示しており、電気光学結晶基板１２の上面１２ａにリッジ部１３が形成されている。
複合基板１０の一変形例を示しており、図７に示す変形例と比較して、第１の電極４２及び第２の電極４４が付加されている。この変形例では、電気光学結晶基板１２のｃ軸（ｃ－ａｘｉｓ）が、電気光学結晶基板１２に対して平行である。
複合基板１０の一変形例を示しており、図７に示す変形例と比較して、第１の電極５２及び第２の電極５４が付加されている。この変形例では、電気光学結晶基板１２のｃ軸（ｃ－ａｘｉｓ）が、電気光学結晶基板１２に対して垂直である。
実施例２の複合基板１０ａの断面構造を模式的に示す図。
実施例２の複合基板１０ａの製造方法を説明する図。
実施例３の複合基板１０ｂの断面構造を模式的に示す図。
実施例３の複合基板１０ｂの製造方法を説明する図。
実施例４の複合基板１０ｃの断面構造を模式的に示す図。
実施例４の複合基板１０ｃの製造方法を説明する図。
実施例５の複合基板１０ｄの断面構造を模式的に示す図。
実施例５の複合基板１０ｄの製造方法を説明する図。
実施例６の複合基板１０ｅの断面構造を模式的に示す図。
実施例６の複合基板１０ｅの製造方法を説明する図。
実施例７の複合基板１０ｆの断面構造を模式的に示す図。
実施例７の複合基板１０ｆの製造方法を説明する図。
実施例８の複合基板１０ｇの断面構造を模式的に示す図。
実施例８の複合基板１０ｇの製造方法を説明する図。
実施例９の複合基板１０ｈの断面構造を模式的に示す図。
実施例９の複合基板１０ｈの製造方法を説明する図。
実施例１０の複合基板１０ｉの断面構造を模式的に示す図。
実施例１０の複合基板１０ｉの製造方法を説明する図。
実施例１１の複合基板１０ｊの断面構造を模式的に示す図。
実施例１１の複合基板１０ｊの製造方法を説明する図。
　本技術の一実施形態において、電気光学結晶基板は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３：ＬＮ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３：ＬＴ）、チタン酸リン酸カリウム（ＫＴｉＯＰＯ４：ＫＴＰ）、ニオブ酸カリウム・リチウム（ＫｘＬｉ（１－ｘ）ＮｂＯ２：ＫＬＮ）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３：ＫＮ）、タンタル酸・ニオブ酸カリウム（ＫＮｂｘＴａ（１－ｘ）Ｏ３：ＫＴＮ）、ニオブ酸リチウムとタンタル酸リチウムとの固溶体、のうちのいずれかの基板であってよい。
　本技術の一実施形態において、低屈折率層は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）及びフッ化カルシウム（ＭｇＦ２）のうちの少なくとも一つで構成されていてもよい。
　本技術の一実施形態において、支持基板は、シリコン（Ｓｉ）、ガラス、サイアロン（Ｓｉ３Ｎ４－Ａｌ２Ｏ３）、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２，２Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、サファイア、石英、水晶、窒化ガリウム（ＧａＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）のうちのいずれかの基板であってよい。
　本技術の一実施形態において、アモルファス層に一方側から接する層又は基板は、低屈折率層であってもよい。このような複合基板は、低屈折率層が成膜された電気光学結晶基板を、支持基板に直接接合して製造することができる。このとき、支持基板の表面には、少なくとも一つの層が予め成膜されていてもよい。
　本技術の一実施形態では、複合基板が、低屈折率層とアモルファス層との間に位置する第１導電層をさらに備えてもよい。この場合、アモルファス層に一方側から接する層又は基板は、第１導電層であってよい。このような複合基板は、低屈折率層上に第１導電層が成膜された電気光学結晶基板を、支持基板に直接接合して製造することができる。このとき、支持基板の表面には、少なくとも一つの層が予め成膜されていてもよい。第１導電層は、複合基板から製造された電気光学素子において、電気光学結晶基板へ電気信号（即ち、電界）を加える電極として利用することができる。あるいは、第１導電層は、電気光学素子から電界が漏れ出ることを抑制するシールドとして利用することができる。
　第１導電層は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、又は、それらのうちの少なくとも二つを含む合金の層を有してもよい。なお、第１導電層は、単層構造であってもよいし、多層構造を有してもよい。
　第１導電層のアモルファス層に接する表層は、白金で構成されていてもよい。白金は直接接合に適した材料である。そのことから、第１導電層の表層が白金で構成されていていると、第１導電層が成膜された電気光学結晶基板を、支持基板に対して良好に直接接合することができる。
　上記した実施形態において、複合基板は、低屈折率層とアモルファス層との間に位置する第１接合層をさらに備えてもよい。この場合、アモルファス層に一方側から接する層又は基板は、第１接合層であってよい。第１接合層を構成する材料は、特に限定されないが、例えば酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、シリコン（Ｓｉ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）といった、直接接合に適した材料であるとよい。
　上記した実施形態において、複合基板は、低屈折率層と接合層との間に位置する第１導電層をさらに備えてもよい。第１導電層は、複合基板から製造された電気光学素子において、電気光学結晶基板へ電気信号（即ち、電界）を加える電極として利用することができる。あるいは、第１導電層は、電気光学素子から電界が漏れ出ることを抑制するシールドとして利用することができる。
　本技術の一実施形態において、アモルファス層に他方側から接する層又は基板は、支持基板であってよい。このような複合基板は、電気光学結晶基板を、支持基板の表面に直接接合して製造することができる。このとき、電気光学結晶基板には、低屈折率層に加えて、第１導電層及び／又は第１接合層が設けられていてもよい。
　本技術の一実施形態において、複合基板は、アモルファス層と支持基板との間に位置する第２接合層をさらに備えてもよい。この場合、アモルファス層に他方側から接する層又は基板は、第２接合層であってよい。第２接合層を構成する材料は、特に限定されないが、例えば酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、シリコン（Ｓｉ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）といった、直接接合に適した材料であるとよい。
　上記した実施形態において、複合基板は、第２接合層と支持基板との間に位置するとともに、電気光学結晶基板よりも屈折率の低い第２低屈折率層をさらに備えてもよい。一般に、屈折率は誘電率の平方根に比例するので、第２低屈折率層は低い誘電率を有している。従って、複合基板が第２低屈折率層を備えていると、複合基板から製造される電気光学素子において、速度整合条件を満足させることや、特性インピーダンスを調整することが容易になる。また、浮遊容量や誘電損失が低減できることから、電気光学素子の高速での動作や低電圧化が可能となる。
　上記した実施形態において、複合基板は、第２低屈折率層と支持基板との間に位置する第２導電層をさらに備えてもよい。第２導電層は、複合基板から製造された電気光学素子において、電気光学結晶基板へ電気信号（即ち、電界）を加える電極として利用することができる。あるいは、第２導電層は、電気光学素子から電界が漏れ出ることを抑制するシールドとして利用することができる。
　本技術の一実施形態において、複合基板は、アモルファス層と支持基板との間に位置する第２導電層をさらに備えてもよい。この場合、アモルファス層に他方側から接する層又は基板は、第２導電層であってよい。このような複合基板は、第２導電層が成膜された支持基板に、電気光学結晶基板を直接接合して製造することができる。第２導電層は、複合基板から製造された電気光学素子において、電気光学結晶基板へ電気信号（即ち、電界）を加える電極として利用することができる。あるいは、電気光学素子から電界が漏れ出ることを抑制するシールドとして利用することができる。
　第２導電層は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、又は、それらのうちの少なくとも二つを含む合金の層を有してもよい。なお、第２導電層は、単層構造であってもよいし、多層構造を有してもよい。
　第２導電層のアモルファス層に接する表層は、白金で構成されていてもよい。白金は直接接合に適した材料である。そのことから、第２導電層の表層が白金で構成されていていると、第２導電層が成膜された支持基板を、電気光学結晶基板に対して良好に直接接合することができる。
　本技術の一実施形態において、複合基板は、アモルファス層と支持基板の間に位置するとともに、電気光学結晶基板よりも屈折率の低い第２低屈折率層をさらに備えてもよい。この場合、アモルファス層に他方側から接する層又は基板は、第２低屈折率層であってよい。前述したように、屈折率は誘電率の平方根に比例するので、第２低屈折率層は低い誘電率を有している。従って、複合基板が第２低屈折率層を備えていると、複合基板から製造された電気光学素子において誘電損失が低減される。
　上記した実施形態において、複合基板は、第２低屈折率層と支持基板との間に位置する第２導電層をさらに備えてもよい。第２導電層は、複合基板から製造された電気光学素子において、電気光学結晶基板へ電気信号（即ち、電界）を加える電極として利用することができる。あるいは、第２導電層は、電気光学素子から電界が漏れ出ることを抑制するシールドとして利用することができる。
　本技術の一実施形態において、電気光学結晶基板の表面には、リッジ部が形成されていてもよい。複合基板にリッジ部が予め形成されていると、リッジ型光導波路を必要とする電気光学素子の製造を、容易に行うことができる。なお、リッジ部に加えて、又は代えて、電気光学結晶基板には、不純物（例えばチタン又は亜鉛）がドーピングされた光導波路領域が形成されていてもよい。但し、不純物がドーピングされた光導波路領域は、不純物のドーピングによる屈折率の増加量が小さく、光の閉じ込め効果が小さいので、光の近視野像（ニアフィールド径）は比較的に大きくなる。その結果、複合基板から製造される電気光学素子では、電界効率が低下することから、必要とされる駆動電圧が大きくなる。このため素子サイズも大きくなる。電気光学素子の低駆動電圧化や小型化の観点では、光の閉じ込め効果が大きいリッジ型光導波路の方が好ましい。
　上記した実施形態において、電気光学結晶基板のｃ軸（即ち、結晶主軸）が、電気光学結晶基板に対して平行であってもよい。即ち、電気光学結晶基板は、ｘカット又はｙカットの基板であってもよい。この場合、複合基板は、リッジ部の一方の側面に設けられた第１の電極と、リッジ部の他方の側面に設けられ、リッジ部を挟んで第１の電極に対向する第２の電極とをさらに備えてもよい。これらの第１及び第２の電極は、複合基板から電気光学素子を製造するときに、リッジ型光導波路へ電気信号（即ち、電界）を加える電極として利用することができる。
　あるいは、電気光学結晶基板のｃ軸（即ち、結晶主軸）が、電気光学結晶基板に対して垂直であってもよい。即ち、電気光学結晶基板は、ｚカットの基板であってもよい。この場合、複合基板は、リッジ部の頂上面に設けられた第１の電極と、電気光学結晶基板の表面のうちのリッジ部の部分を除いた範囲に設けられた第２の電極とをさらに備えてもよい。これらの第１及び第２の電極は、複合基板から製造された電気光学素子において、リッジ型光導波路へ電気信号（即ち、電界）を加える電極として利用することができる。
　電気光学結晶基板がリッジ部を有する実施形態では、不純物を含有する光導波路領域が、リッジ部の長手方向に沿って形成されていてもよい。このような構成によると、リッジ部を変更することなく、不純物をドーピングする領域を変更することによって、所望の光導波路を容易に形成することができる。
　以下では、本発明の代表的かつ非限定的な具体例について、図面を参照して詳細に説明する。この詳細な説明は、本発明の好ましい例を実施するための詳細を当業者に示すことを単純に意図しており、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。また、以下に開示される追加的な特徴ならびに発明は、さらに改善された複合基板、並びにそれらの使用及び製造方法を提供するために、他の特徴や発明とは別に、又は共に用いることができる。
　また、以下の詳細な説明で開示される特徴や工程の組み合わせは、最も広い意味において本発明を実施する際に必須のものではなく、特に本発明の代表的な具体例を説明するためにのみ記載されるものである。さらに、上記及び下記の代表的な具体例の様々な特徴、ならびに、独立及び従属クレームに記載されるものの様々な特徴は、本発明の追加的かつ有用な実施形態を提供するにあたって、ここに記載される具体例のとおりに、あるいは列挙された順番のとおりに組合せなければならないものではない。
　本明細書及び／又はクレームに記載された全ての特徴は、実施例及び／又はクレームに記載された特徴の構成とは別に、出願当初の開示ならびにクレームされた特定事項に対する限定として、個別に、かつ互いに独立して開示されることを意図するものである。さらに、全ての数値範囲及びグループ又は集団に関する記載は、出願当初の開示ならびにクレームされた特定事項に対する限定として、それらの中間の構成を開示する意図を持ってなされている。
　図面を参照して、実施例の複合基板１０とその製造方法について説明する。本実施例の複合基板１０は、例えば光変調器といった、各種の電気光学素子に採用することができる。図１に示すように、本実施例の複合基板１０は、いわゆるウエハの形態で製造され、電気光学素子の製造者へ提供される。一例ではあるが、複合基板１０の直径は、およそ１０センチ（４インチ）である。通常、一枚の複合基板１０から、複数の電気光学素子が製造される。なお、複合基板１０は、ウエハの形態に限定されず、様々な形態で製造され、提供されてもよい。
　図１、図２に示すように、複合基板１０は、電気光学結晶基板１２と、支持基板１４と、低屈折率層１６と、アモルファス層１８とを備える。電気光学結晶基板１２は、低屈折率層１６及びアモルファス層１８を介して、支持基板１４に接合されている。これらの基板１２、１４及び層１６、１８は、複合基板１０の全体に亘って、互いに平行に広がっている。
　電気光学結晶基板１２は、外部に露出する上面１２ａと、複合基板１０内に位置する下面１２ｂとを有する。電気光学結晶基板１２の一部又は全部は、複合基板１０から製造される電気光学素子において、光を伝える光導波路となる。電気光学結晶基板１２は、電気光学効果を有する材料の結晶で構成されている。詳しくは、電気光学結晶基板１２に電界が印加されると、電気光学結晶基板１２の屈折率が変化する。特に、電気光学結晶基板１２のｃ軸に沿って電界が印加されると、電気光学結晶基板１２の屈折率は大きく変化する。ここで、電気光学結晶基板１２のｃ軸は、電気光学結晶基板１２に平行であってもよい。即ち、電気光学結晶基板１２は、例えばｘカット又はｙカットの基板であってもよい。あるいは、電気光学結晶基板１２のｃ軸は、電気光学結晶基板１２に垂直であってもよい。即ち、電気光学結晶基板１２は、例えばｚカットの基板であってもよい。電気光学結晶基板１２の厚みＴ１２は、特に限定されないが、例えば０．１マイクロメートル以上であって、１０マイクロメートル以下であってよい。
　電気光学結晶基板１２を構成する材料は、特に限定されないが、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３：ＬＮ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３：ＬＴ）、チタン酸リン酸カリウム（ＫＴｉＯＰＯ４：ＫＴＰ）、ニオブ酸カリウム・リチウム（ＫｘＬｉ（１－ｘ）ＮｂＯ２：ＫＬＮ）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３：ＫＮ）、タンタル酸・ニオブ酸カリウム（ＫＮｂｘＴａ（１－ｘ）Ｏ３：ＫＴＮ）、ニオブ酸リチウムとタンタル酸リチウムとの固溶体のいずれかであってよい。なお、電気光学結晶基板１２は、屈折率に加えて、又は代えて、他の光学定数を変化させる電気光学効果を有してもよい。
　支持基板１４は、複合基板１０内に位置する上面１４ａと、外部に露出する下面１４ｂとを有する。支持基板１４には、電気光学結晶基板１２が接合されている。支持基板１４は、複合基板１０の強度を高めるために設けられており、これによって、電気光学結晶基板１２の厚みを薄くすることができる。支持基板１４は、特に限定されないが、例えばシリコン（Ｓｉ）、ガラス、サイアロン（Ｓｉ３Ｎ４－Ａｌ２Ｏ３）、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２，２Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、サファイア、石英、水晶、窒化ガリウム（ＧａＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）のうちのいずれかの基板であってよい。なお、複合基板１０の熱変形（特に反り）を抑制するために、支持基板１４を構成する材料の線膨張係数は、電気光学結晶基板１２を構成する材料の線膨張係数に近いほどよい。特に限定されないが、支持基板２４を構成する材料の線膨張係数は、電気光学結晶基板１２を構成する材料の線膨張係数の±５０パーセント以内であるとよい。
　低屈折率層１６は、電気光学結晶基板１２とアモルファス層１８との間に位置しており、電気光学結晶基板１２の下面１２ｂに沿って設けられている。低屈折率層１６は、電気光学結晶基板１２よりも低い屈折率を有する。これにより、電気光学結晶基板１２の下面１２ｂ（即ち、低屈折率層１６に接する界面）では、電気光学結晶基板１２を伝わる光が全反射されやすく、電気光学結晶基板１２から漏れ出すことが抑制される。低屈折率層１６は、特に限定されないが、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）及びフッ化カルシウム（ＭｇＦ２）のうちの少なくとも一つで構成されていてもよい。低屈折率層１６の厚みＴ１６は、特に限定されないが、例えば０．１マイクロメートル以上であって、１０マイクロメートル以下であってもよい。
　一般に、屈折率は誘電率の平方根に比例する。低屈折率層１６の屈折率は、電気光学結晶基板１２の屈折率よりも低いことから、低屈折率層１６の誘電率は、電気光学結晶基板１２の誘電率よりも低い。従って、複合基板１０が低屈折率層１６を備えていると、複合基板１０から製造された電気光学素子において、速度整合条件を満足させることや、特性インピーダンスを調整することが容易になる。また、浮遊容量や誘電損失が低減できることから、電気光学素子の高速での動作や低電圧化が可能となる。
　アモルファス層１８は、低屈折率層１６と支持基板１４との間に位置している。アモルファス層１８は、アモルファス構造を有しており、アモルファス層１８に上方から接する低屈折率層１６を構成する元素と、アモルファス層１８に下方から接する支持基板１４を構成する元素とで構成されている。アモルファス層１８の厚みＴ１８は、特に限定されないが、０．１ナノメートル以上であって、１００ナノメートル以下であってよい。後述するように、複合基板１０は、低屈折率層１６が成膜された電気光学結晶基板１２に、支持基板１４を直接接合することによって、製造することができる。アモルファス層１８は、この直接接合において生成される層であり、低屈折率層１６及び支持基板１４の原子がそれぞれ拡散することによって形成される。従って、アモルファス層１８の上面１８ａ（即ち、低屈折率層１６に接する界面）、及び、アモルファス層１８の下面１８ｂ（即ち、支持基板１４に接する界面）は、必ずしも平坦ではない。
　一般に、直接接合に起因するアモルファス層は、その上下に位置する材料を構成する元素から構成され、結晶性がなく、外部から異なる元素が取り込まれることもあり、光学特性が上下に位置する材料と異なる。またアモルファス層の界面が平坦でなく、光学的に吸収や散乱が生じ得る。このため、仮に、アモルファス層１８が電気光学結晶基板１２へ直接接触していると、電気光学結晶基板１２を伝わる光が、アモルファス層１８によって減衰する。これに対して、本実施例の複合基板１０では、アモルファス層１８と電気光学結晶基板１２との間に低屈折率層１６が介在しており、アモルファス層１８が電気光学結晶基板１２に接していない。従って、電気光学結晶基板１２を伝わる光が、アモルファス層１８やこの上面１８ａで散乱されることがない。加えて、電気光学結晶基板１２に接する低屈折率層１６は、電気光学結晶基板１２よりも屈折率が低いことから、光ファイバにおけるクラッドのように、電気光学結晶基板１２を伝わる光の漏出を抑制し、光導波路伝搬することができる。
　以上のように、本実施例の複合基板１０では、電気光学結晶基板１２が支持基板１４によって補強されているので、電気光学結晶基板１２の厚みＴ１２を比較的に小さくすることができる。また、低屈折率層１６により光の閉じ込め効果に優れた光導波路構造を形成することができるので、不純物がドープされていない高品質なバルク結晶中で光を伝搬させることができる。さらに、電気光学結晶基板１２と支持基板１４との間は、接着剤を用いることなく直接接合されているので、接着剤の変質及び変形がなく、高い信頼性を有している。また、接着剤による誘電損失もない。そして、直接接合に起因するアモルファス層１８は、低屈折率層１６によって電気光学結晶基板１２から隔てられているので、電気光学結晶基板１２を伝わる光は、損失なく出力側へ伝搬されることができる。
　次に、図３－図５を参照して、複合基板１０の製造方法について説明する。先ず、図３に示すように、電気光学結晶基板１２を用意する。電気光学結晶基板１２は、ｘカット又はｙカットの基板（ｃ軸が基板に平行）であってもよい。また、分極反転部が形成される場合、電気光学結晶基板１２は、ｃ軸が基板の水平面と１０°以内の角度を成すオフセット基板であってもよい。あるいは、ｚカットの基板（ｃ軸が基板に垂直）であってもよい。次に、図４に示すように、電気光学結晶基板１２の下面１２ｂに、低屈折率層１６を成膜する。低屈折率層１６の成膜は、特に限定されないが、蒸着（物理蒸着又は化学蒸着）によって行うことができる。なお、電気光学結晶基板１２の下面１２ｂは、電気光学結晶基板１２の一方の主表面である。次に、図５に示すように、支持基板１４を用意し、低屈折率層１６が成膜された電気光学結晶基板１２の下面１２ｂに、支持基板１４を直接接合する。このとき、支持基板１４と低屈折率層１６との間に、前述したアモルファス層１８が形成される。これにより、図１、図２に示す複合基板１０が製造される。
　上記した直接接合について、具体的な手順や加工条件は特に限定されない。互いに接合される層又は基板の各材料に応じて、適宜定めることができる。一例ではあるが、本実施例の製造方法では、先ず、高真空チャンバー内（例えば、１×１０－６パスカル程度）において、各接合面に中性化ビームを照射する。これより、各接合面が活性化される。次いで、真空雰囲気で、活性化された接合面同士を接触させ、常温で接合する。この接合時の荷重は、例えば、１００～２００００ニュートンとすることができる。この製造方法において、中性化ビームによる表面活性化を行う際には、チャンバーに不活性ガスを導入し、チャンバー内に配置した電極へ、直流電源から高電圧を印加する。これにより、電極（正極）とチャンバー（負極）との間に生じる電界により、電子が運動して、不活性ガスによる原子とイオンのビームが生成される。グリッドに達したビームのうち、イオンビームはグリッドで中和されるので、中性原子のビームが高速原子ビーム源から出射される。ビームを構成する原子種は、不活性ガス元素（例えば、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ）等）が好ましい。ビーム照射による活性化時の電圧は０．５～２．０キロボルト、電流は５０～２００ミリアンペアとすることができる。
　図６に示すように、複合基板１０には、電気光学結晶基板１２に電界を形成するための電極３２、３４が、電気光学結晶基板１２の上面１２ａに設けられてもよい。電極３２、３４を構成する材料は、導電体であればよく、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、プラチナ（Ｐｔ）といった金属であってよい。電極３２、４４は、電気光学結晶基板１２と接触する下地層（最下層）として、電極３２、３４のはがれやマイグレーションを防止するために、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）等の層を有してもよい。電極３２、３４の数、位置、形状については、特に限定されない。例えば、電極３２、３４の数については、複合基板１０から製造される電気光学素子の数や、各々の電気光学素子が必要とする電極３２、３４の数に応じて、適宜定めることができる。複合基板１０に電極３２、３４が予め設けられていると、電気光学素子の製造者は、複合基板１０から電気光学素子を容易に製造することができる。図６に示す電極３２、３４は、後述する他の実施例の複合基板１０ａ－１０ｊにも、同様に設けることができる。
　加えて、又は代えて、電気光学結晶基板１２内には、不純物をドーピングすることによって、光導波路領域３６が設けられてもよい。電気光学結晶基板１２では、チタン又は亜鉛といった特定の不純物をドーピングすることで、屈折率を選択的に（即ち、局所的に）高めることができ、これによって光導波路領域３６を形成することができる。光導波路領域３６の数、位置、形状についても、特に限定されない。例えば、光導波路領域３６の数については、複合基板１０から製造される電気光学素子の数や、各々の電気光学素子が必要とする光導波路領域３６の数に応じて、適宜定めることができる。複合基板１０に光導波路領域３６が予め設けられていると、電気光学素子の製造者は、複合基板１０から電気光学素子を容易に製造することができる。図６に示す光導波路領域３６は、後述する他の実施例の複合基板１０ａ－１０ｊにも、同様に設けることができる。
　図７に示すように、電気光学結晶基板１２の上面１２ａには、リッジ部１３が形成されてもよい。リッジ部１３は、上面１２ａに沿って細長く延びる突出部である。リッジ部１３は、複合基板１０が製造される電気光学素子において、リッジ型光導波路を構成する。複合基板１０にリッジ部１３が予め形成されていると、リッジ型光導波路を必要とする電気光学素子の製造を、容易に行うことができる。リッジ部１３の幅Ｗは、特に限定されないが、１マイクロメートル以上であって、１０マイクロメートル以下であってよい。リッジ部１３の高さＴＲについても、特に限定されないが、電気光学結晶基板１２の厚みＴ１２の１０パーセント以上であって、９５パーセント以下であってよい。リッジ部１３の数、位置、形状についても、特に限定されない。一例ではあるが、複合基板１０がマッハツェンダー型の電気光学変調器の製造に用いられるときは、少なくとも一部が平行に延びる二つのリッジ部１３が形成されるとよい。図７に示すリッジ部１３は、後述する他の実施例の複合基板１０ａ－１０ｊにも、同様に設けることができる。
　図８に示すように、リッジ部１３を有する複合基板１０には、第１の電極４２及び第２の電極４４がさらに設けられてもよい。ここで、電気光学結晶基板１２のｃ軸（ｃ－ａｘｉｓ）が、電気光学結晶基板１２に対して平行である場合、第１の電極４２はリッジ部１３の一方の側面１３ａに設けられるとよい。そして、第２の電極４４は、リッジ部１３の他方の側面１３ｂに設けられ、リッジ部１３を挟んで第１の電極４２に対向するとよい。このような構成によると、電気光学素子において光導波路となるリッジ部１３に対して、第１の電極４２及び第２の電極４４はｃ軸と平行に電界を印加することができる。第１の電極４２及び第２の電極４４を構成する材料は、導電体であればよく、例えば金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）といった金属であってよい。電極４２、４４は、電気光学結晶基板１２と接触する下地層（最下層）として、電極４２、４４のはがれやマイグレーションを防止するために、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）等の層を有してもよい。また、第１の電極４２と電気光学結晶基板１２や、第２の電極４４と電気光学結晶基板１２との間には、電気光学結晶基板１２よりも屈折率の低い低屈折率膜が設けられてもよい。このような低屈折率膜は、クラッド層として機能し、リッジ部１３を伝わる光の損失を抑制することができる。図８に示す第１の電極４２及び第２の電極４４は、リッジ部１３と共に、後述する他の実施例の複合基板１０ａ－１０ｊにも、同様に設けることができる。
　図９に示すように、電気光学結晶基板１２のｃ軸（ｃ－ａｘｉｓ）は、電気光学結晶基板１２に対して垂直であってもよい。この場合でも、電気光学結晶基板１２の上面１２ａには、リッジ部１３が形成されてもよい。また、電気光学結晶基板１２の上面１２ａには、第１の電極５２及び第２の電極５４が設けられてもよい。但し、第１の電極５２は、リッジ部１３の頂上面１３ｃに設けられるとよく、第２の電極５４は、電気光学結晶基板１２の上面１２ａのうちのリッジ部１３の部分を除いた範囲に設けられるとよい。このような構成によると、電気光学素子において光導波路となるリッジ部１３に対して、第１の電極５２及び第２の電極５４はｃ軸と平行に電界を印加することができる。図９に示す第１の電極５２及び第２の電極５４は、リッジ部１３と共に、後述する他の実施例の複合基板１０ａ－１０ｊにも、同様に設けることができる。なお、複合基板１０ａ－１０ｊが導電層２０、２０’を備える場合、導電層２０、２０’を第２の電極５４の代わりに利用することもできる。この場合、第２の電極５４は必ずしも必要とされず、省略することができる。
（実施例２）図１０、１１を参照して、実施例２の複合基板１０ａについて説明する。図１０に示すように、実施例２の複合基板１０ａは第１導電層２０をさらに備えており、この点において実施例１の複合基板１０と相違する。第１導電層２０は、低屈折率層１６とアモルファス層１８との間に位置しており、アモルファス層１８に上方から接している。従って、本実施例におけるアモルファス層１８は、第１導電層２０を構成する元素と、支持基板１４を構成する元素とで構成されている。第１導電層２０は、複合基板１０ａから製造された電気光学素子において、電気光学結晶基板１２へ電気信号（即ち、電界）を加える電極として利用することができる。あるいは、第１導電層２０は、電気光学素子から電界が漏れ出ることを抑制するシールドとして利用することができる。
　第１導電層２０を構成する材料は、導電体であればよく、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、又は、それらのうちの少なくとも二つを含む合金の層を有してよい。第１導電層２０は、単層構造であってもよいし、多層構造を有してもよい。第１導電層２０は、低屈折率層１６と接触する下地層として、第１導電層２０のはがれやマイグレーションを防止するために、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）等の層を有してもよい。第１導電層２０の厚みＴ２０は、特に限定されないが、０．０５マイクロメートル以上であって、５マイクロメートル以下であってよい。
　図１１に示すように、本実施例の複合基板１０ａについても、電気光学結晶基板１２を支持基板１４に直接接合することによって、製造することができる。但し、本実施例の製造方法では、直接接合を実施するのに先立って、電気光学結晶基板１２の下面１２ｂには、低屈折率層１６と第１導電層２０とが形成される。低屈折率層１６は、電気光学結晶基板１２の下面１２ｂ上に成膜され、第１導電層２０は、低屈折率層１６上に成膜される。従って、本実施例における直接接合は、第１導電層２０と支持基板１４との間で実施される。この場合、第１導電層２０の表層２０ａは、白金で構成されていてもよい。白金は直接接合に適した材料である。そのことから、第１導電層２０の表層２０ａが白金で構成されていていると、第１導電層２０が成膜された電気光学結晶基板１２を、支持基板１４に対して良好に直接接合することができる。なお、第１導電層２０の成膜は、例えばスパッタリングや蒸着（物理蒸着又は化学蒸着）によって行うことができる。
（実施例３）図１２、１３を参照して、実施例３の複合基板１０ｂについて説明する。図１２に示すように、実施例３の複合基板１０ｂは第１接合層２２をさらに備えており、この点において実施例２の複合基板１０ｂと相違する。第１接合層２２は、第１導電層２０とアモルファス層１８との間に位置しており、アモルファス層１８に上方から接している。従って、本実施例におけるアモルファス層１８は、第１接合層２２を構成する元素と、支持基板１４を構成する元素とで構成されている。
　第１接合層２２を構成する材料は、特に限定されないが、例えば酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、シリコン（Ｓｉ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）といった、直接接合に適した材料であるとよい。第１接合層２２の厚みＴ２２は、特に限定されないが、０．０１マイクロメートル以上であって、０．５マイクロメートル以下であってよい。第１接合層２２は、第１導電層２０によって電気光学結晶基板１２から隔てられているので、複合基板１０ｂの特性に対して実質的な影響を与えない。
　図１３に示すように、本実施例の複合基板１０ｂについても、電気光学結晶基板１２を支持基板１４に直接接合することによって、製造することができる。但し、本実施例の製造方法では、直接接合を実施するのに先立って、電気光学結晶基板１２の下面１２ｂに、低屈折率層１６と第１導電層２０と第１接合層２２とが形成される。低屈折率層１６は、電気光学結晶基板１２の下面１２ｂ上に成膜され、第１導電層２０は、低屈折率層１６上に成膜される。そして、第１接合層２２は、第１導電層２０上に成膜される。従って、本実施例における直接接合は、第１接合層２２と支持基板１４との間で実施される。第１接合層２２は、直接接合に適した材料で構成されているので、第１接合層２２が成膜された電気光学結晶基板１２を、支持基板１４に対して良好に直接接合することができる。なお、第１接合層２２の成膜は、特に限定されないが、スパッタリングや蒸着（物理蒸着又は化学蒸着）によって行うことができる。
（実施例４）図１４、１５を参照して、実施例４の複合基板１０ｃについて説明する。図１４に示すように、実施例４の複合基板１０ｃは第２接合層２２’をさらに備えており、この点において実施例３の複合基板１０ｃと相違する。第２接合層２２’は、アモルファス層１８と支持基板１４との間に位置しており、アモルファス層１８に下方から接している。従って、本実施例におけるアモルファス層１８は、第１接合層２２を構成する元素と、第２接合層２２’を構成する元素とで構成されている。
　第２接合層２２’を構成する材料は、特に限定されないが、例えば酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、シリコン（Ｓｉ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）といった、直接接合に適した材料であるとよい。第２接合層２２’の厚みＴ２２’は、特に限定されないが、０．０１マイクロメートル以上であって、０．５マイクロメートル以下であってよい。第２接合層２２’は、第１導電層２０によって電気光学結晶基板１２から隔てられているので、複合基板１０ｂの特性に対して実質的な影響を与えない。
　図１５に示すように、本実施例の複合基板１０ｃについても、電気光学結晶基板１２を支持基板１４に直接接合することによって、製造することができる。但し、本実施例の製造方法では、直接接合を実施するのに先立って、支持基板１４の上面１４ａに、第２接合層２２’が成膜される。なお、電気光学結晶基板１２の下面１２ｂに、実施例３と同様に、低屈折率層１６と第１導電層２０と第１接合層２２とが形成される。従って、本実施例における直接接合は、第１接合層２２と第２接合層２２’との間で実施される。第１接合層２２及び第２接合層２２’は、直接接合に適した材料で構成されているので、第１接合層２２が成膜された電気光学結晶基板１２を、第２接合層２２’が成膜された支持基板１４に対して、良好に直接接合することができる。なお、第２接合層２２’の成膜についても、第１接合層２２と同様に、蒸着（物理蒸着又は化学蒸着）によって行うことができる。
（実施例５）図１６、１７を参照して、実施例５の複合基板１０ｄについて説明する。図１６に示すように、実施例５の複合基板１０ｄは第１導電層２０を備えておらず、この点において実施例３の複合基板１０ｃと相違する。即ち、第１導電層２０は、必ずしも必要とされない。図１７に示すように、本実施例の複合基板１０ｄについても、電気光学結晶基板１２を支持基板１４に直接接合することによって、製造することができる。本実施例の製造方法では、直接接合を実施するのに先立って、電気光学結晶基板１２の下面１２ｂに、低屈折率層１６と第１接合層２２とが形成される。低屈折率層１６は、電気光学結晶基板１２の下面１２ｂ上に成膜され、第１接合層２２は、低屈折率層１６上に成膜される。従って、本実施例における直接接合は、第１接合層２２と支持基板１４との間で実施される。
（実施例６）図１８、１９を参照して、実施例６の複合基板１０ｅについて説明する。図１８に示すように、実施例６の複合基板１０ｅは、第２接合層２２’をさらに備えており、この点において実施例５の複合基板１０ｄと相違する。言い換えると、本実施例の複合基板１０ｅは、第１導電層２０を備えておらず、この点において実施例４の複合基板１０ｅと相違する。図１９に示すように、本実施例の複合基板１０ｅについても、電気光学結晶基板１２を支持基板１４に直接接合することによって、製造することができる。本実施例の製造方法では、直接接合を実施するのに先立って、電気光学結晶基板１２の下面１２ｂに、低屈折率層１６と第１接合層２２とが形成される。また、支持基板１４の上面１４ａに、第２接合層２２’が成膜される。従って、本実施例における直接接合は、第１接合層２２と第２接合層２２’との間で実施される。
（実施例７）図２０、２１を参照して、実施例７の複合基板１０ｆについて説明する。図２０に示すように、実施例７の複合基板１０ｆは第２導電層２０’をさらに備えており、この点において実施例１の複合基板１０と相違する。第２導電層２０’は、アモルファス層１８と支持基板１４との間に位置しており、アモルファス層１８に下方から接している。従って、本実施例におけるアモルファス層１８は、低屈折率層１６を構成する元素と、第２導電層２０’を構成する元素とで構成されている。第２導電層２０’は、複合基板１０ｆから製造された電気光学素子において、電気光学結晶基板１２へ電気信号（即ち、電界）を加える電極として利用することができる。あるいは、第２導電層２０’は、電気光学素子から電界が漏れ出ることを抑制するシールドとして利用することができる。
　第２導電層２０’を構成する材料は、導電体であればよく、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、又は、それらのうちの少なくとも二つを含む合金の層を有してよい。第２導電層２０’は、単層構造であってもよいし、多層構造を有してもよい。第２導電層２０’は、支持基板１４と接触する下地層として、第２導電層２０’のはがれやマイグレーションを防止するために、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）等の層を有してもよい。第２導電層２０’の厚みＴ２０’は、特に限定されないが、０．０５マイクロメートル以上であって、５マイクロメートル以下であってよい。
　図２１に示すように、本実施例の複合基板１０ｆについても、電気光学結晶基板１２を支持基板１４に直接接合することによって、製造することができる。但し、本実施例の製造方法では、直接接合を実施するのに先立って、支持基板１４の上面１４ａに第２導電層２０’が成膜される。電気光学結晶基板１２の下面１２ｂには、実施例１と同様に、低屈折率層１６が成膜される。従って、本実施例における直接接合は、低屈折率層１６と第２導電層２０’との間で実施される。この場合、第２導電層２０’の表層２０ａ’は、白金で構成されていてもよい。前述したように、白金は直接接合に適した材料である。そのことから、第２導電層２０’の表層２０ａ’が白金で構成されていていると、電気光学結晶基板１２を、第２導電層２０’が成膜された支持基板１４に対して、良好に直接接合することができる。なお、第２導電層２０’の成膜は、例えばスパッタリングや蒸着（物理蒸着又は化学蒸着）によって行うことができる。
（実施例８）図２２、２３を参照して、実施例８の複合基板１０ｇについて説明する。図２２に示すように、実施例８の複合基板１０ｇは第２低屈折率層１６’をさらに備えており、この点において実施例７の複合基板１０ｆと相違する。第２低屈折率層１６’は、低屈折率層１６と同様に、電気光学結晶基板１２よりも低い屈折率を有する。第２低屈折率層１６’は、アモルファス層１８と支持基板１４との間に位置しており、アモルファス層１８に下方から接している。従って、本実施例におけるアモルファス層１８は、低屈折率層１６を構成する元素と、第２低屈折率層１６’を構成する元素とで構成されている。第２低屈折率層１６’の厚みＴ１６’は、特に限定されないが、例えば０．１マイクロメートル以上であって、１０マイクロメートル以下であってもよい。
　第２低屈折率層１６’は、特に限定されないが、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）及びフッ化カルシウム（ＭｇＦ２）のうちの少なくとも一つで構成されていてもよい。第２低屈折率層１６’を構成する材料は、低屈折率層１６を構成する材料と同じであってもよい。あるいは、第２低屈折率層１６’を構成する材料は、低屈折率層１６を構成する材料とは異なってもよい。前述したように、屈折率は誘電率の平方根に比例する。第２低屈折率層１６’の屈折率は、電気光学結晶基板１２の屈折率よりも低いことから、第２低屈折率層１６’の誘電率は、電気光学結晶基板１２の誘電率よりも低い。従って、複合基板１０が第２低屈折率層１６’を備えていると、複合基板１０から製造された電気光学素子において、速度整合条件を満足させることや、特性インピーダンスを調整することが容易になる。また、浮遊容量や誘電損失が低減できることから、電気光学素子の高速での動作や低電圧化が可能となる。
　図２３に示すように、本実施例の複合基板１０ｇについても、電気光学結晶基板１２を支持基板１４に直接接合することによって、製造することができる。本実施例の製造方法では、直接接合を実施するのに先立って、支持基板１４の上面１４ａに第２導電層２０’と第２低屈折率層１６’とが形成される。第２導電層２０’は、支持基板１４の上面１４ａ上に成膜され、第２低屈折率層１６’は、第２導電層２０’上に成膜される。電気光学結晶基板１２の下面１２ｂには、実施例１と同様に、低屈折率層１６が成膜される。従って、本実施例における直接接合は、低屈折率層１６と第２低屈折率層１６’との間で実施される。なお、第２低屈折率層１６’の成膜は、低屈折率層１６と同様に、スパッタリングや蒸着（物理蒸着又は化学蒸着）によって行うことができる。
（実施例９）図２４、２５を参照して、実施例９の複合基板１０ｈについて説明する。図２４に示すように、実施例９の複合基板１０ｈは、第１接合層２２と第２接合層２２’とをさらに備えており、この点において実施例８の複合基板１０ｇと相違する。第１接合層２２は、低屈折率層１６とアモルファス層１８との間に位置しており、アモルファス層１８に上方から接している。第２接合層２２’は、アモルファス層１８と第２低屈折率層１６’との間に位置しており、アモルファス層１８に下方から接している。従って、本実施例におけるアモルファス層１８は、第１接合層２２を構成する元素と、第２接合層２２’を構成する元素とで構成されている。
　前述したように、第１接合層２２と第２接合層２２’とのそれぞれは、例えば酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、シリコン（Ｓｉ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）といった、直接接合に適した材料で構成されることができる。第１接合層２２と第２接合層２２’は、同じ材料で構成されてもよいし、異なる材料で構成されてもよい。第１接合層２２と第２接合層２２’の厚みＴ２２、Ｔ２２’は、特に限定されないが、０．０１マイクロメートル以上であって、０．５マイクロメートル以下であってよい。第１接合層２２と第２接合層２２’の厚みＴ２２、Ｔ２２’は、同じであってもよいし、異なってもよい。
　図２５に示すように、本実施例の複合基板１０ｈについても、電気光学結晶基板１２を支持基板１４に直接接合することによって、製造することができる。本実施例の製造方法では、直接接合を実施するのに先立って、電気光学結晶基板１２の下面１２ｂに、低屈折率層１６と第１接合層２２とが形成される。低屈折率層１６は、電気光学結晶基板１２の下面１２ｂ上に成膜され、第１接合層２２は、低屈折率層１６上に成膜される。支持基板１４の上面１４ａには、第２導電層２０’と第２低屈折率層１６’と第２接合層２２’が形成される。第２導電層２０’は、支持基板１４の上面１４ａ上に成膜され、第２低屈折率層１６’は、第２導電層２０’上に成膜される。そして、第２接合層２２’が、第２低屈折率層１６’上に成膜される。従って、本実施例における直接接合は、第１接合層２２と第２接合層２２’との間で実施される。第１接合層２２及び第２接合層２２’の成膜は、スパッタリングや蒸着（物理蒸着又は化学蒸着）によって行うことができる。
（実施例１０）図２６、２７を参照して、実施例１０の複合基板１０ｉについて説明する。図２６に示すように、実施例１０の複合基板１０ｉは、第２導電層２０’を備えておらず、この点において実施例９の複合基板１０ｈと相違する。即ち、第２導電層２０’は、必ずしも必要とされない。図２７に示すように、本実施例の複合基板１０ｉについても、電気光学結晶基板１２を支持基板１４に直接接合することによって、製造することができる。本実施例の製造方法では、直接接合を実施するのに先立って、電気光学結晶基板１２の下面１２ｂに、低屈折率層１６と第１接合層２２とが形成される。低屈折率層１６は、電気光学結晶基板１２の下面１２ｂ上に成膜され、第１接合層２２は、低屈折率層１６上に成膜される。支持基板１４の上面１４ａには、第２低屈折率層１６’と第２接合層２２’とが形成される。第２低屈折率層１６’は、支持基板１４の上面１４ａ上に成膜され、第２接合層２２’は、第２低屈折率層１６’上に成膜される。従って、本実施例における直接接合は、第１接合層２２と第２接合層２２’との間で実施される。
（実施例１１）図２８、２９を参照して、実施例１１の複合基板１０ｊについて説明する。図２８に示すように、実施例１１の複合基板１０ｊは、第１接合層２２及び第２接合層２２’を備えておらず、この点において実施例１０の複合基板１０ｉと相違する。即ち、第１接合層２２及び第２接合層２２’は、必ずしも必要とされない。図２９に示すように、本実施例の複合基板１０ｊについても、電気光学結晶基板１２を支持基板１４に直接接合することによって、製造することができる。本実施例の製造方法では、直接接合を実施するのに先立って、電気光学結晶基板１２の下面１２ｂに低屈折率層１６が成膜され、支持基板１４の上面１４ａに第２低屈折率層１６’が成膜される。従って、本実施例における直接接合は、低屈折率層１６と第２低屈折率層１６’との間で実施される。
１０：複合基板
１２：電気光学結晶基板
１３：リッジ部
１４：支持基板
１６：低屈折率層
１６’第２低屈折率層
１８：アモルファス層
２０：第１導電層
２０’：第２導電層
２２：第１接合層
２２’：第２接合層

Claims (25)

  1. 　電気光学素子のための複合基板であって、
    　電気光学効果を有する電気光学結晶基板と、
    　前記電気光学結晶基板に、少なくともアモルファス層を介して接合された支持基板と、
    　前記電気光学結晶基板と前記アモルファス層との間に位置するとともに、前記電気光学結晶基板よりも屈折率の低い低屈折率層と、を備え、
    　前記アモルファス層は、前記アモルファス層に一方側から接する層又は基板を構成する元素と、前記アモルファス層に他方側から接する層又は基板を構成する元素とで構成されている、
    　複合基板。
  2. 　前記低屈折率層は、酸化シリコン、酸化タンタル、酸化アルミニウム、フッ化マグネシウム及びフッ化カルシウムのうちの少なくとも一つで構成されている、請求項１に記載の複合基板。
  3. 　前記支持基板は、シリコン、ガラス、サイアロン、ムライト、窒化アルミニウム、窒化シリコン、酸化マグネシウム、サファイア、石英、水晶、窒化ガリウム、炭化シリコン、酸化ガリウムのうちのいずれかの基板である、請求項１又は２に記載の複合基板。
  4. 　前記アモルファス層に前記一方側から接する層又は基板は、前記低屈折率層である、請求項１から３のいずれか一項に記載の複合基板。
  5. 　前記低屈折率層と前記アモルファス層との間に位置する第１導電層をさらに備え、
    　前記アモルファス層に前記一方側から接する層又は基板は、前記第１導電層である、請求項１から３のいずれか一項に記載の複合基板。
  6. 　前記第１導電層は、金、銀、銅、アルミニウム、白金、又は、それらのうちの少なくとも二つを含む合金の層を有する、請求項５に記載の複合基板。
  7. 　前記第１導電層の前記アモルファス層に接する表層は、白金で構成されている、請求項６に記載の複合基板。
  8. 　前記低屈折率層と前記アモルファス層との間に位置する第１接合層をさらに備え、
    　前記アモルファス層に前記一方側から接する層又は基板は、前記第１接合層である、請求項１から３のいずれか一項に記載の複合基板。
  9. 　前記第１接合層は、酸化タンタル、酸化ニオブ、シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタンのうちの少なくとも一つで構成されている、請求項８に記載の複合基板。
  10. 　前記低屈折率層と前記第１接合層との間に位置する第１導電層をさらに備える、請求項９に記載の複合基板。
  11. 　前記アモルファス層に前記他方側から接する層又は基板は、前記支持基板である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の複合基板。
  12. 　前記アモルファス層と前記支持基板との間に位置する第２接合層をさらに備え、
    　前記アモルファス層に前記他方側から接する層又は基板は、前記第２接合層である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の複合基板。
  13. 　前記第２接合層は、酸化タンタル、酸化ニオブ、シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタンのうちの少なくとも一つで構成されている、請求項１２に記載の複合基板。
  14. 　前記第２接合層と前記支持基板との間に位置するとともに、前記電気光学結晶基板よりも屈折率の低い第２低屈折率層をさらに備える、請求項１２又は１３に記載の複合基板。
  15. 　前記第２低屈折率層と前記支持基板との間に位置する第２導電層をさらに備える、請求項１４に記載の複合基板。
  16. 　前記アモルファス層と前記支持基板との間に位置する第２導電層をさらに備え、
    　前記アモルファス層に前記他方側から接する層又は基板は、前記第２導電層である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の複合基板。
  17. 　前記第２導電層は、金、銀、銅、アルミニウム、白金のうちの少なくとも一つで構成されている、請求項１６に記載の複合基板。
  18. 　前記第２導電層の前記アモルファス層に接する表層は、白金で構成されている、請求項１５に記載の複合基板。
  19. 　前記アモルファス層と前記支持基板の間に位置するとともに、前記電気光学結晶基板よりも屈折率の低い第２低屈折率層をさらに備え、
    　前記アモルファス層に前記他方側から接する層又は基板は、前記第２低屈折率層である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の複合基板。
  20. 　前記第２低屈折率層と前記支持基板との間に位置する導電層をさらに備える、請求項１９に記載の複合基板。
  21. 　前記電気光学結晶基板の表面には、リッジ部が形成されている、請求項１から２０のいずれか一項に記載の複合基板。
  22. 　前記電気光学結晶基板のｃ軸は、前記電気光学結晶基板に対して平行であり、
    　前記リッジ部の一方の側面に設けられた第１の電極と、前記リッジ部の他方の側面に設けられ、前記リッジ部を挟んで前記第１の電極に対向する第２の電極とをさらに備える、請求項２１に記載の複合基板。
  23. 　前記電気光学結晶基板のｃ軸は、前記電気光学結晶基板に対して垂直であり、
    　前記リッジ部の頂上面に設けられた第１の電極と、前記電気光学結晶基板の表面のうちの前記リッジ部の部分を除いた範囲に設けられた第２の電極とをさらに備える、請求項２１に記載の複合基板。
  24. 　前記リッジ部内には、不純物を含有する光導波路領域が、前記リッジ部の長手方向に沿って形成されている、請求項２１から２３のいずれか一項に記載の複合基板。
  25. 　電気光学素子のための複合基板の製造方法であって、
    　電気光学効果を有する電気光学結晶基板に、前記電気光学結晶基板よりも屈折率の低い低屈折率層を含む、少なくとも一つの層を成膜する工程と、
    　前記少なくとも一つの層が成膜された前記電気光学結晶基板を、支持基板の表面に直接接合する工程と、
    　を備える製造方法。
PCT/JP2018/019657 2018-05-22 2018-05-22 電気光学素子のための複合基板とその製造方法 WO2019224908A1 (ja)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019528149A JP6650551B1 (ja) 2018-05-22 2018-05-22 電気光学素子のための複合基板とその製造方法
EP18920077.7A EP3798718B1 (en) 2018-05-22 2018-05-22 Composite substrate for electro-optical element and method for manufacturing same
PCT/JP2018/019657 WO2019224908A1 (ja) 2018-05-22 2018-05-22 電気光学素子のための複合基板とその製造方法
EP23169552.9A EP4235277A3 (en) 2018-05-22 2018-05-22 Composite substrate for electro-optical element and method for manufacturing same
CN201880093270.8A CN112154368B (zh) 2018-05-22 2018-05-22 电光元件用的复合基板及其制造方法
FIEP18920077.7T FI3798718T3 (fi) 2018-05-22 2018-05-22 Komposiittialusta sähköoptiselle elementille ja menetelmä saman valmistamiseksi
US16/950,306 US11281032B2 (en) 2018-05-22 2020-11-17 Composite substrate for electro-optic element and method for manufacturing the same
US17/459,411 US11573435B2 (en) 2018-05-22 2021-08-27 Composite substrate for electro-optic element and method for manufacturing the same
US18/060,289 US11815751B2 (en) 2018-05-22 2022-11-30 Composite substrate for electro-optic element and method for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2018/019657 WO2019224908A1 (ja) 2018-05-22 2018-05-22 電気光学素子のための複合基板とその製造方法

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US16/950,306 Continuation US11281032B2 (en) 2018-05-22 2020-11-17 Composite substrate for electro-optic element and method for manufacturing the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019224908A1 true WO2019224908A1 (ja) 2019-11-28

Family

ID=68616829

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2018/019657 WO2019224908A1 (ja) 2018-05-22 2018-05-22 電気光学素子のための複合基板とその製造方法

Country Status (6)

Country Link
US (3) US11281032B2 (ja)
EP (2) EP3798718B1 (ja)
JP (1) JP6650551B1 (ja)
CN (1) CN112154368B (ja)
FI (1) FI3798718T3 (ja)
WO (1) WO2019224908A1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2021235496A1 (ja) * 2020-05-20 2021-11-25
WO2022071309A1 (ja) * 2020-09-30 2022-04-07 住友大阪セメント株式会社 光導波路素子、および光変調器
JP2022549711A (ja) * 2020-05-14 2022-11-28 蘇州極刻光核科技有限公司 コプレーナウェイブガイドワイヤ電極構造及び変調器
JP2023020811A (ja) * 2020-05-28 2023-02-09 日本碍子株式会社 フォトニック結晶素子用複合基板

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3798718B1 (en) * 2018-05-22 2023-05-10 NGK Insulators, Ltd. Composite substrate for electro-optical element and method for manufacturing same

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06289346A (ja) * 1992-09-01 1994-10-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 誘電体光導波路素子およびその製造方法
JP2004145261A (ja) * 2002-05-31 2004-05-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光学素子およびその製造方法
US20070297732A1 (en) * 2006-06-07 2007-12-27 Collinear Corporation Efficient nonlinear optical waveguide using single-mode, high v-number structure
JP2010085789A (ja) 2008-09-30 2010-04-15 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 光導波路素子
JP2012078375A (ja) * 2010-09-30 2012-04-19 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 光導波路素子
WO2018008183A1 (ja) * 2016-07-07 2018-01-11 日本碍子株式会社 光走査素子

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6289346A (ja) 1985-10-16 1987-04-23 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体装置用ソケツト
EP0818693A1 (en) 1992-07-08 1998-01-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical waveguide device and manufacturing method of the same
JP3963313B2 (ja) 2001-09-05 2007-08-22 日本碍子株式会社 光導波路デバイス、光変調器および光変調器の実装構造
US7295742B2 (en) * 2002-05-31 2007-11-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical element and method for producing the same
JP4851122B2 (ja) 2005-06-13 2012-01-11 住友大阪セメント株式会社 光学素子及びその製造方法
WO2007114367A1 (ja) 2006-03-31 2007-10-11 Sumitomo Osaka Cement Co., Ltd. 光制御素子
KR101675111B1 (ko) * 2010-01-08 2016-11-11 삼성전자주식회사 광 이미지 셔터 및 그 제조 방법
KR101511001B1 (ko) 2012-11-14 2015-04-10 엔지케이 인슐레이터 엘티디 복합 기판
CN103999366B (zh) * 2012-11-14 2016-07-06 日本碍子株式会社 复合基板及其制法
JP6033196B2 (ja) 2013-10-08 2016-11-30 日本碍子株式会社 光学部品の製造方法
KR102257664B1 (ko) 2016-09-20 2021-05-31 엔지케이 인슐레이터 엘티디 복합 기판, 그 제조법 및 전자 디바이스
JP6245587B1 (ja) 2016-10-28 2017-12-13 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 レーザー部品
EP3798718B1 (en) * 2018-05-22 2023-05-10 NGK Insulators, Ltd. Composite substrate for electro-optical element and method for manufacturing same
WO2020095421A1 (ja) * 2018-11-08 2020-05-14 日本碍子株式会社 電気光学素子のための複合基板とその製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06289346A (ja) * 1992-09-01 1994-10-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 誘電体光導波路素子およびその製造方法
JP2004145261A (ja) * 2002-05-31 2004-05-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光学素子およびその製造方法
US20070297732A1 (en) * 2006-06-07 2007-12-27 Collinear Corporation Efficient nonlinear optical waveguide using single-mode, high v-number structure
JP2010085789A (ja) 2008-09-30 2010-04-15 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 光導波路素子
JP2012078375A (ja) * 2010-09-30 2012-04-19 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 光導波路素子
WO2018008183A1 (ja) * 2016-07-07 2018-01-11 日本碍子株式会社 光走査素子

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022549711A (ja) * 2020-05-14 2022-11-28 蘇州極刻光核科技有限公司 コプレーナウェイブガイドワイヤ電極構造及び変調器
JPWO2021235496A1 (ja) * 2020-05-20 2021-11-25
WO2021235496A1 (ja) * 2020-05-20 2021-11-25 日本碍子株式会社 電気光学素子用複合基板
JP7199571B2 (ja) 2020-05-20 2023-01-05 日本碍子株式会社 電気光学素子用複合基板
JP2023040025A (ja) * 2020-05-20 2023-03-22 日本碍子株式会社 電気光学素子用複合基板
JP7401639B2 (ja) 2020-05-20 2023-12-19 日本碍子株式会社 電気光学素子用複合基板
JP2023020811A (ja) * 2020-05-28 2023-02-09 日本碍子株式会社 フォトニック結晶素子用複合基板
JP7361746B2 (ja) 2020-05-28 2023-10-16 日本碍子株式会社 フォトニック結晶素子用複合基板
WO2022071309A1 (ja) * 2020-09-30 2022-04-07 住友大阪セメント株式会社 光導波路素子、および光変調器
JP7505353B2 (ja) 2020-09-30 2024-06-25 住友大阪セメント株式会社 光導波路素子、および光変調器

Also Published As

Publication number Publication date
CN112154368B (zh) 2022-05-13
US20210389613A1 (en) 2021-12-16
US20210072567A1 (en) 2021-03-11
US11573435B2 (en) 2023-02-07
EP4235277A3 (en) 2023-09-06
EP3798718B1 (en) 2023-05-10
JPWO2019224908A1 (ja) 2020-05-28
EP3798718A1 (en) 2021-03-31
EP3798718A4 (en) 2021-07-14
CN112154368A (zh) 2020-12-29
EP4235277A2 (en) 2023-08-30
FI3798718T3 (fi) 2023-07-12
US20230118353A1 (en) 2023-04-20
US11281032B2 (en) 2022-03-22
US11815751B2 (en) 2023-11-14
JP6650551B1 (ja) 2020-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019224908A1 (ja) 電気光学素子のための複合基板とその製造方法
JP6736795B2 (ja) 電気光学素子のための複合基板
JP4443011B2 (ja) 進行波型光変調器
US12025864B2 (en) Composite substrate for electro-optic element and method for manufacturing the same
JP7098666B2 (ja) 電気光学素子のための複合基板とその製造方法
JP7331208B2 (ja) 電気光学素子のための複合基板とその製造方法
US11150497B2 (en) Composite substrate for electro-optic element and method for manufacturing the same
JP7085599B2 (ja) 電気光学素子用複合基板
WO2021111525A1 (ja) 光学素子及びその製造方法
WO2023188195A1 (ja) 光導波路素子及びそれを用いた光変調デバイス並びに光送信装置
JP2624199B2 (ja) 光制御デバイスとその製造方法
WO2014203931A1 (ja) 光制御素子
JPH059775B2 (ja)
JPH09243844A (ja) 光導波路及び導波型音響光学素子

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019528149

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18920077

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018920077

Country of ref document: EP

Effective date: 20201222