JP5333314B2 - Light modulator - Google Patents
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Description
本発明は、光変調器に関し、特に、電気光学効果を有し、厚みが１０μｍ以下の薄板を用いた光変調器に関する。 The present invention relates to an optical modulator, and more particularly to an optical modulator using a thin plate having an electro-optic effect and having a thickness of 10 μm or less.
光計測技術分野や光通信技術分野において、電気光学効果を有する基板を用いた光変調器が多用されている。また、周波数応答特性を広帯域化するため、基板の厚みを薄く構成し、変調信号であるマイクロ波の実効屈折率を下げ、マイクロ波と光波との速度整合を図ることが行われている。 In the optical measurement technical field and the optical communication technical field, an optical modulator using a substrate having an electro-optic effect is frequently used. In order to broaden the frequency response characteristics, the thickness of the substrate is reduced, the effective refractive index of the microwave that is the modulation signal is lowered, and the speed matching between the microwave and the light wave is achieved.
このような薄板は、機械的強度が弱いため、他の補強板に接着して使用される。薄板と補強板との間の熱膨張率に差があると、温度変化に伴い薄板に応力が発生し、光変調器に温度ドリフト現象などが発生する。 Since such a thin plate has a low mechanical strength, it is used by being bonded to another reinforcing plate. If there is a difference in the coefficient of thermal expansion between the thin plate and the reinforcing plate, a stress is generated in the thin plate as the temperature changes, and a temperature drift phenomenon or the like occurs in the optical modulator.
このような温度ドリフトを抑制するため、特許文献１に示すように、薄板と補強板との熱膨張係数を同じすることが行われている。また、特許文献１では、補強板に発生する焦電効果により、光変調器に発生するＤＣドリフト現象も抑制する構成が開示されている。 In order to suppress such temperature drift, as shown in Patent Document 1, the thermal expansion coefficients of the thin plate and the reinforcing plate are made the same. Patent Document 1 discloses a configuration that suppresses a DC drift phenomenon that occurs in an optical modulator due to a pyroelectric effect that occurs in a reinforcing plate.
しかしながら、電気光学効果を有する基板の厚みは、技術の進歩に従い、最近では１０μｍ以下のものも実用化されるようになっている。しかも、この薄板の表面には、数μｍ〜数十μｍの高さを有する変調電極が形成されるため、基板と電極との間の熱膨張係数の差により、温度変化に伴い、基板に反りや割れが発生している。 However, as the thickness of the substrate having the electro-optic effect has recently become practical, a substrate having a thickness of 10 μm or less has been put into practical use as the technology advances. In addition, since a modulation electrode having a height of several μm to several tens of μm is formed on the surface of the thin plate, the substrate warps as the temperature changes due to a difference in thermal expansion coefficient between the substrate and the electrode. And cracks have occurred.
また、薄板に補強板を接着した後に、電極形成プロセスを行うため、薄板ウェハに生じた反りが、光変調器毎のチップに切断するチップ化を行っても、チップの長手方向又は無方向にそのまま反りという問題があった。このため、光変調器の特性が劣化するなど不良品が発生する割合が高くなっていた。 In addition, since the electrode forming process is performed after the reinforcing plate is bonded to the thin plate, the warp generated in the thin plate wafer may be cut into chips for each optical modulator, even if the chip is cut in the longitudinal direction or non-directional direction of the chip. There was a problem of warping as it was. For this reason, the rate of occurrence of defective products such as deterioration of the characteristics of the optical modulator is high.
本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、電気光学効果を有し、厚みが１０μｍ以下の薄板を利用した場合でも、薄板の反りや割れを抑制し、製品の歩留まりを改善した光変調器を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to solve the above-mentioned problems, have an electro-optic effect, and even when a thin plate having a thickness of 10 μm or less is used, warpage and cracking of the thin plate are suppressed, and the product yield is reduced. It is an object to provide an optical modulator that improves the above.
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、電気光学効果を有し、厚みが１０μｍ以下の薄板と、該薄板に形成された光導波路と、該光導波路内を伝搬する光波を変調するための変調電極とを有する光変調器において、該薄板は細長いチップを形成しており、該薄板の該変調電極が形成されていない面が、接着層を介して、補強板に接着されており、該補強板の接着層側の表面には、少なくとも該薄板の長手方向の端部近傍に対応する位置であって、該薄板の劈開面と交差する方向に溝が形成されていることを特徴とする。 In order to solve the above problem, the invention according to claim 1 has an electro-optic effect, a thin plate having a thickness of 10 μm or less, an optical waveguide formed on the thin plate, and a light wave propagating in the optical waveguide is modulated. The thin plate forms an elongated chip, and the surface of the thin plate on which the modulation electrode is not formed is bonded to the reinforcing plate via an adhesive layer. In addition, a groove is formed on the surface of the reinforcing plate on the adhesive layer side at a position corresponding to at least the end portion in the longitudinal direction of the thin plate and in a direction intersecting with the cleavage plane of the thin plate. Features.
請求項２に係る発明は、請求項1に記載の光変調器において、該接着層の厚みが２０μｍ〜１００μｍの範囲であることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the optical modulator according to claim 1, wherein the thickness of the adhesive layer is in the range of 20 μm to 100 μm.
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の光変調器において、該薄板と該補強板との熱膨張係数がほぼ同じであることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is the optical modulator according to claim 1 or 2, characterized in that the thermal expansion coefficients of the thin plate and the reinforcing plate are substantially the same.
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の光変調器において、該薄板と該補強板とは同一の材料で構成されていることを特徴とする。 The invention according to claim 4 is the optical modulator according to claim 3, wherein the thin plate and the reinforcing plate are made of the same material.
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の光変調器において、該薄板は、ＬｉＮｂＯ３又はＬｉＴａＯ５のいずれかであることを特徴とする。 The invention according to claim 5 is the optical modulator according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the thin plate is one of LiNbO 3 and LiTaO 5 .
請求項１に係る発明により、電気光学効果を有し、厚みが１０μｍ以下の薄板と、該薄板に形成された光導波路と、該光導波路内を伝搬する光波を変調するための変調電極とを有する光変調器において、該薄板は細長いチップを形成しており、該薄板の該変調電極が形成されていない面が、接着層を介して、補強板に接着されており、該補強板の接着層側の表面には、少なくとも該薄板の長手方向の端部近傍に対応する位置であって、該薄板の劈開面と交差する方向に溝が形成されているため、溝部分で、また、溝に沿って、補強板が薄板をより強固に保持するため、薄板の反りを抑制し、薄板が劈開面で割れるなどの不具合も抑制することが可能となる。このため、製品の歩留まりも大幅に改善することが可能となる。 According to the first aspect of the invention, there is provided a thin plate having an electrooptic effect and having a thickness of 10 μm or less, an optical waveguide formed on the thin plate, and a modulation electrode for modulating a light wave propagating in the optical waveguide. In the optical modulator, the thin plate forms an elongated chip, and the surface of the thin plate on which the modulation electrode is not formed is bonded to a reinforcing plate via an adhesive layer. On the surface on the layer side, a groove is formed at a position corresponding to at least the vicinity of the longitudinal end of the thin plate and in a direction intersecting with the cleavage plane of the thin plate. Accordingly, since the reinforcing plate holds the thin plate more firmly, it is possible to suppress warping of the thin plate and to suppress problems such as cracking of the thin plate at the cleavage plane. For this reason, the yield of products can be greatly improved.
請求項２に係る発明により、接着層の厚みが２０μｍ〜１００μｍの範囲であるため、補強板が薄板に与える保持力が、補強板の溝によって変化し、当該保持力の変化を効果的に薄板に伝えることが可能となる。 According to the second aspect of the present invention, since the thickness of the adhesive layer is in the range of 20 μm to 100 μm, the holding force applied to the thin plate by the reinforcing plate is changed by the groove of the reinforcing plate, and the change in the holding force is effectively reduced by the thin plate. Can be communicated to.
請求項３に係る発明により、薄板と補強板との熱膨張係数がほぼ同じであるため、補強板に形成された溝により、補強板に発生する熱応力が変化しても、薄板も同様の熱膨張係数で変化するため、補強板の熱応力の変化の影響を薄板が受けにくくなる。これにより、補強板の溝で、薄板に余分な熱応力が付加されることが抑制される。 According to the invention of claim 3, since the thermal expansion coefficients of the thin plate and the reinforcing plate are substantially the same, even if the thermal stress generated in the reinforcing plate is changed by the groove formed in the reinforcing plate, the thin plate is the same. Since it changes with a thermal expansion coefficient, a thin board becomes difficult to receive the influence of the change of the thermal stress of a reinforcement board. Thereby, it is suppressed by the groove | channel of a reinforcement board that an excess thermal stress is added to a thin board.
請求項４に係る発明により、薄板と補強板とは同一の材料で構成されているため、上述した補強板の溝による熱応力の変化の影響をより一層抑制することが可能となる。 According to the invention of claim 4, since the thin plate and the reinforcing plate are made of the same material, it is possible to further suppress the influence of the change in thermal stress caused by the groove of the reinforcing plate.
請求項５に係る発明により、薄板は、ＬｉＮｂＯ３又はＬｉＴａＯ５のいずれかであるため、現在利用されている多くの光変調器に対して、本発明を適用することが可能となる。 According to the invention of claim 5, since the thin plate is either LiNbO 3 or LiTaO 5 , the present invention can be applied to many optical modulators currently used.
以下、本発明の光変調器について、好適例を用いて詳細に説明する。
本発明の光変調器は、電気光学効果を有し、厚みが１０μｍ以下の薄板と、該薄板に形成された光導波路と、該光導波路内を伝搬する光波を変調するための変調電極とを有する光変調器において、該薄板は細長いチップを形成しており、該薄板の該変調電極が形成されていない面が、接着層を介して、補強板に接着されており、該補強板の接着層側の表面には、少なくとも該薄板の長手方向の端部近傍に対応する位置であって、該薄板の劈開面と交差する方向に溝が形成されていることを特徴とする。
Hereinafter, the optical modulator of the present invention will be described in detail using preferred examples.
An optical modulator according to the present invention includes an electro-optic effect, a thin plate having a thickness of 10 μm or less, an optical waveguide formed on the thin plate, and a modulation electrode for modulating a light wave propagating in the optical waveguide. In the optical modulator, the thin plate forms an elongated chip, and the surface of the thin plate on which the modulation electrode is not formed is bonded to a reinforcing plate via an adhesive layer. A groove is formed in the surface on the layer side at a position corresponding to at least the end portion in the longitudinal direction of the thin plate and in a direction intersecting with the cleavage plane of the thin plate.
図１は、電気光学効果を有する基板で構成されるウェハに形成された光変調器（図中では、個々の長方形部分で表示）と、補強板に形成される溝との位置関係を示した図である。基板を構成する結晶材料は、劈開面を有しており、基板の厚みを薄板化すると、薄板の反りにより、当該劈開面で割れが発生し易くなる。例えば、図１はウェハの劈開面を横方向にとり、チップを劈開面に平行になるよう配置形成している。このため、図１のようにチップを平行に配列する場合には、補強板に形成する溝は、チップの配列方向（図の縦方向）に平行に位置するよう形成される。当然、溝の方向は薄板の劈開面に垂直のみがより効果的であるが、劈開面と交差する方向であれば、薄板の反りや割れを防止するために、一定程度の効果が期待できる。 FIG. 1 shows the positional relationship between an optical modulator (indicated by individual rectangular portions in the figure) formed on a wafer composed of a substrate having an electro-optic effect and a groove formed in a reinforcing plate. FIG. The crystal material constituting the substrate has a cleavage plane, and if the thickness of the substrate is reduced, cracks are likely to occur on the cleavage plane due to warpage of the thin plate. For example, in FIG. 1, the cleavage plane of the wafer is taken in the horizontal direction, and the chips are arranged and formed so as to be parallel to the cleavage plane. Therefore, when the chips are arranged in parallel as shown in FIG. 1, the grooves formed in the reinforcing plate are formed so as to be positioned in parallel to the chip arrangement direction (vertical direction in the figure). Naturally, it is more effective that the direction of the groove is perpendicular to the cleavage plane of the thin plate. However, if the direction intersects the cleavage plane, a certain degree of effect can be expected to prevent the thin plate from warping or cracking.
電気光学効果を有する基板としては、特に、ＬｉＮｂＯ３，ＬｉＴａＯ５又はＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）のいずれかの単結晶が好適に利用可能である。特に、光変調器で多用されているＬｉＮｂＯ３，ＬｉＴａＯ５が、好ましい。また、基板に形成する光導波路は、例えば、ＬｉＮｂＯ３基板（ＬＮ基板）上にチタン（Ｔｉ）などの高屈折率物質を熱拡散することにより形成される。 As a substrate having an electro-optic effect, any single crystal of LiNbO 3 , LiTaO 5 or PLZT (lead lanthanum zirconate titanate) can be suitably used. In particular, LiNbO 3 and LiTaO 5 frequently used in optical modulators are preferable. The optical waveguide formed on the substrate is formed, for example, by thermally diffusing a high refractive index material such as titanium (Ti) on a LiNbO 3 substrate (LN substrate).
図２は、図１のウェハを個々のチップ（光変調器）に切断したものの断面を示した図である。薄板に光導波路が形成され、薄板表面には変調電極が配置されている。また、薄板の裏面には接着層を介して補強板が接合されている。補強板の一部には溝が形成されている。 FIG. 2 is a view showing a cross section of the wafer of FIG. 1 cut into individual chips (light modulators). An optical waveguide is formed on the thin plate, and a modulation electrode is disposed on the surface of the thin plate. A reinforcing plate is joined to the back surface of the thin plate via an adhesive layer. A groove is formed in a part of the reinforcing plate.
変調電極は、信号電極や接地電極から構成され、基板表面に、Ｔｉ・Ａｕの電極パターンを形成し、金メッキ方法などにより形成することが可能である。さらに、必要に応じて光導波路形成後の基板表面に誘電体ＳｉＯ２等のバッファ層を設けることも可能である。 The modulation electrode is composed of a signal electrode and a ground electrode, and can be formed by forming a Ti / Au electrode pattern on the surface of the substrate and using a gold plating method or the like. Furthermore, a buffer layer such as a dielectric SiO 2 can be provided on the substrate surface after the formation of the optical waveguide, if necessary.
薄板と補強板とを接合する接着剤は、紫外線硬化性接着剤などが利用可能である。ただし、接着層の厚みは、２０μｍ〜１００μｍが好ましい。２０μｍより薄いと、変調信号であるマイクロ波と光導波路を伝搬する光波との速度整合が達成し難くなる。また、接着層の厚みが１００μｍより大きくなると、補強板に形成した溝による補強効果が余り発揮できず、薄板の反りや割れを効果的に抑制することが難しくなる。 As the adhesive for joining the thin plate and the reinforcing plate, an ultraviolet curable adhesive or the like can be used. However, the thickness of the adhesive layer is preferably 20 μm to 100 μm. If it is thinner than 20 μm, it becomes difficult to achieve speed matching between the microwave that is the modulation signal and the light wave that propagates through the optical waveguide. On the other hand, when the thickness of the adhesive layer is larger than 100 μm, the reinforcing effect by the grooves formed in the reinforcing plate cannot be exhibited so much, and it becomes difficult to effectively suppress the warp and cracking of the thin plate.
補強板に形成する溝の大きさ（深さや幅）としては、接着層の厚みにも依存するが、接着層の厚みが５０μｍ程度の場合には、角溝の幅２５０μｍ，深さ１００μｍ、あるいは、Ｖ溝の幅２７０μｍ，Ｖ溝の傾斜角４５度程度となる。 The size (depth or width) of the groove formed in the reinforcing plate depends on the thickness of the adhesive layer, but when the thickness of the adhesive layer is about 50 μm, the width of the square groove is 250 μm, the depth is 100 μm, or The width of the V groove is 270 μm and the inclination angle of the V groove is about 45 degrees.
補強板の材料としては、補強板自体に溝が形成されるため、薄板と熱膨張係数がほぼ同じ材料を選択することが好ましい。特に、薄板と同一材料が、最も好ましい。これは、補強板に形成された溝により、補強板に発生する熱応力にムラが発生するためである。このような熱応力の変化に対して、当該応力の変化を薄板に伝達しないようにするためにも、薄板と補強板との熱膨張係数をほぼ同じに構成する必要がある。 As the material of the reinforcing plate, since a groove is formed in the reinforcing plate itself, it is preferable to select a material having substantially the same thermal expansion coefficient as that of the thin plate. In particular, the same material as the thin plate is most preferable. This is because the thermal stress generated in the reinforcing plate is uneven due to the grooves formed in the reinforcing plate. In order to prevent such a change in thermal stress from being transmitted to the thin plate, it is necessary to configure the thermal expansion coefficients of the thin plate and the reinforcing plate to be substantially the same.
補強板への溝の形成方法として、ブレードを用いた機械加工により形成することができる。必要に応じてエッチングなどを利用することも可能である。なお、図１及び２では、チップの両端部分近傍にのみに２本の溝を形成しているが、本発明はこれに限らず、３本以上の溝であっても良いし、チップの中央付近（光変調器の作用部）などに形成することも可能である。また、溝の方向は、劈開面に対して垂直方向に限らず、斜め方向であっても良い。 As a method of forming a groove in the reinforcing plate, it can be formed by machining using a blade. Etching or the like can be used as necessary. In FIGS. 1 and 2, two grooves are formed only in the vicinity of both end portions of the chip. However, the present invention is not limited to this, and there may be three or more grooves, or the center of the chip. It can also be formed in the vicinity (acting part of the optical modulator). Further, the direction of the groove is not limited to the direction perpendicular to the cleavage plane, and may be an oblique direction.
図１に示すように、ウェハ上に細長いチップを形成する場合には、単一のチップで見ると、薄板の反りは、チップの長手方向の両端が補強板から持ち上がるような反りが発生する。その原因は、薄板に変調電極を形成する際は、補強板に薄板を貼り付けた後に、変調電極を形成しており、変調電極の形成時に加熱された電極部分が冷却し、変調電極全体が収縮するため、薄板に形成されたチップの長手方向の両端が補強板から持ち上がるような反りとなるためである。このため、図１に示すように、チップの両端に対応する位置の補強板に溝を形成している。つまり、補強板から薄板が離れるような反りや応力が発生する箇所に、溝を形成することで、薄板の反りや薄板の補強板からの浮上がりの発生を未然に防止でき、薄板の劈開面での割れを抑制することが可能となる。 As shown in FIG. 1, in the case of forming an elongated chip on a wafer, when viewed as a single chip, the warp of the thin plate occurs such that both ends in the longitudinal direction of the chip are lifted from the reinforcing plate. The reason for this is that when the modulation electrode is formed on the thin plate, the modulation electrode is formed after the thin plate is attached to the reinforcing plate. This is because the contraction causes warping such that both ends in the longitudinal direction of the chip formed on the thin plate are lifted from the reinforcing plate. For this reason, as shown in FIG. 1, grooves are formed in the reinforcing plates at positions corresponding to both ends of the chip. In other words, by forming a groove at a location where warpage or stress occurs so that the thin plate separates from the reinforcing plate, it is possible to prevent the occurrence of warpage of the thin plate or lifting of the thin plate from the reinforcing plate, and the cleavage surface of the thin plate. It becomes possible to suppress the cracking at.
以上説明したように、本発明によれば、電気光学効果を有し、厚みが１０μｍ以下の薄板を利用した場合でも、薄板の反りや割れを抑制し、製品の歩留まりを改善した光変調器を提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, even when a thin plate having an electro-optic effect and a thickness of 10 μm or less is used, an optical modulator that suppresses warping and cracking of the thin plate and improves product yield. It becomes possible to provide.
Claims (5)
該薄板は細長いチップを形成しており、
該薄板の該変調電極が形成されていない面が、接着層を介して、補強板に接着されており、
該補強板の接着層側の表面には、少なくとも該薄板の長手方向の端部近傍に対応する位置であって、該薄板の劈開面と交差する方向に溝が形成されていることを特徴とする光変調器。 In an optical modulator having an electrooptic effect and having a thin plate having a thickness of 10 μm or less, an optical waveguide formed in the thin plate, and a modulation electrode for modulating a light wave propagating in the optical waveguide,
The thin plate forms an elongated chip,
The surface of the thin plate where the modulation electrode is not formed is bonded to a reinforcing plate via an adhesive layer,
A groove is formed on the surface on the adhesive layer side of the reinforcing plate at a position corresponding to at least the vicinity of the longitudinal end portion of the thin plate and in a direction intersecting with the cleavage plane of the thin plate. Light modulator.
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