專利名稱：光學(xué)元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在接合基片上形成的光學(xué)元件及光學(xué)元件的制造方法。
背景技術(shù)：
把2塊基片接合起來形成的光學(xué)元件，對一塊基片進(jìn)行薄片化后進(jìn)行脊形加工，即可形成脊形光波導(dǎo)。在對該基片進(jìn)行接合的情況下，不使用粘接劑等使基片之間牢固接合的技術(shù)，已知的是直接接合技術(shù)。利用直接接合，能對玻璃、半導(dǎo)體、強(qiáng)電介質(zhì)、壓電陶瓷等各種材料進(jìn)行高精度的接合，有希望應(yīng)用于光學(xué)元件。作為電介質(zhì)基片、半導(dǎo)體基片、玻璃基片等直接接合基片中的光學(xué)元件的一例提出了光波導(dǎo)型元件。例如在專利第2574594號公報和特開平06-222229號公報中，公開了使強(qiáng)電介質(zhì)結(jié)晶基片鈮酸鋰和鉭酸鋰與同種類基片或玻璃基片進(jìn)行直接接合而形成光波導(dǎo)的方法。
并且，在二塊基片之間通過薄膜使其接合而形成的光學(xué)元件，也已提出了幾種方案。用2塊基片，一塊作為波導(dǎo)層的光學(xué)元件，成為波導(dǎo)層的基片，折射率不高不行。因此，在基片間布置折射率比波導(dǎo)層低的薄膜，能不受基片波導(dǎo)率的影響，對光進(jìn)行波導(dǎo)。例如，在上述專利第2574594號公報和特開平06-222229號公報中，說明采用SiO2和SiN作為薄膜材料。并且，在專利第2574606號公報中，說明采用低熔點(diǎn)玻璃作為薄膜材料。并且，專利特開平06-289347號公報中，說明采用金屬氧化物等作為薄膜材料。
如前所述，不設(shè)置薄膜層，而是用折射率相等的同種類的基片構(gòu)成的光學(xué)元件，不能作為光波導(dǎo)使用。并且，例如，像直接接合鈮酸鋰基片和Mg摻雜鈮酸鋰基片的情況那樣，即使在直接接合折射率不同的2種基片的情況下，也不能在折射率小的基片上形成光波導(dǎo)。
在2塊基片之間設(shè)置薄膜，就能解決上述問題。但是，在2塊基片之間設(shè)置薄膜很困難。如專利2574594號公報和特開平06-222229號公報所示，例如在采用SiO2作為薄膜的情況下，很難控制薄膜層的表面光潔度，通過濺射和蒸發(fā)淀積的薄膜，其表面光潔度差。這種表面光潔度不適合直接接合。例如，用CVD(化學(xué)汽相淀積)設(shè)備等來形成薄膜，能提高表面光潔度。但CVD設(shè)備存在的問題是價格昂貴，體積大。并且，根據(jù)薄膜形成條件等不同，薄膜和基片的貼緊性和接合強(qiáng)度分布不均勻，在對已接合的基片進(jìn)行機(jī)械加工時，達(dá)不到足夠的適應(yīng)強(qiáng)度。
此外，如專利2574606號公報所示，在采用低熔點(diǎn)玻璃作為薄膜層的情況下，例如采用的方法是，在基片上涂敷漿狀的溶化玻璃，進(jìn)行接合的基片在貼緊后進(jìn)行燒結(jié)。所以，很難控制膜厚的均勻性。再有，在特開平06-289347號公報所述的技術(shù)中，不能具體特定薄膜所用的金屬氧化物材料，缺乏實(shí)用性。
并且，在直接接合基片上，形成光波導(dǎo)時的光波導(dǎo)的高度控制和光波導(dǎo)的高度均勻性控制，重要的措施是對直接接合的基片中形成光波導(dǎo)的基片的厚度和均勻性進(jìn)行測量。但是，存在的問題是，一般，上述光波導(dǎo)相對于形成基片的厚度均勻性測量很難用光學(xué)方式來進(jìn)行，而是依靠直接接合基片整體的厚度測量，所以，光波導(dǎo)的厚度均勻性很差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種容易制作且所用基片的選擇性強(qiáng)、對基片進(jìn)行接合的結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件及其制造方法。
本發(fā)明的光學(xué)元件具有基體基片和波導(dǎo)基片以及薄膜層，上述薄膜層設(shè)置在上述基體基片和波導(dǎo)基片之間，是包含以Ta2O5或Nb2O5為主要成分的膜在內(nèi)的單層或多層結(jié)構(gòu)。因此，能形成厚度控制精度高，表面光潔度也高的薄膜。并且，不管基體基片和波導(dǎo)基片的折射率如何，均能獲得良好的光波導(dǎo)特性。
并且，最好是，上述基體基片和薄膜層之間、以及上述波導(dǎo)基片和薄膜層之間的至少其一用直接接合法進(jìn)行接合。這樣，能實(shí)現(xiàn)高精度接合。
再者，希望，上述波導(dǎo)基片由LiNbxTa(1-x)O3(0≤x≤1)構(gòu)成。這樣，在波導(dǎo)光范圍內(nèi)透射率高。并且，具有非線性光學(xué)效應(yīng)，所以，能用于波長變換元件等。
并且，希望，在上述波導(dǎo)基片上形成光波導(dǎo)。這樣，能制成光波導(dǎo)型光學(xué)元件。
再者，希望上述薄膜層的厚度不小于50nm。這樣，沒有波導(dǎo)損耗，能獲得良好波導(dǎo)特性。
并且，希望上述薄膜層在用直接接合法進(jìn)行接合的面上，形成以Ta2O5或Nb2O5中的某一種為主要成分的膜。這樣，接合面的表面光潔度好，也能直接接合。
再者，希望上述薄膜層是在不低于100℃的溫度氣氛中在上述基體基片和波導(dǎo)基片上成形的膜。這樣，能加強(qiáng)波導(dǎo)基片和薄膜層的貼緊性。
并且，希望上述薄膜層是具有金屬層的多層膜，上述金屬層不是形成在上述波導(dǎo)基片側(cè)的表面上，上述波導(dǎo)基片與上述薄膜層相接合。這樣，用干擾條紋觀測法能夠很容易地測量出波導(dǎo)基片的厚度均勻性。而且，所謂干擾條紋觀測，是指對反射光的干擾狀態(tài)進(jìn)行觀測，檢查基片厚度均勻性的方法。
再者，希望上述金屬層形成在上述薄膜層的上述基體基片側(cè)的表面上。這樣利用干擾條紋觀測，能很容易地測量出波導(dǎo)基片的厚度均勻性，在薄膜層為2層的情況下，尤其很容易測量。
并且，希望上述金屬層的上述波導(dǎo)基片側(cè)的面和上述波導(dǎo)基片的上述金屬層側(cè)的面距離不小于50nm。這樣，沒有波導(dǎo)損耗，能獲得良好的波導(dǎo)特性。
再者，希望上述金屬層和光入射端表面的距離超過1μm。這樣，沒有波導(dǎo)損耗，能獲得良好的波導(dǎo)特性。
并且，希望上述波導(dǎo)基片是對波長λ的光透明的晶體，由對波長λ的光的折射率n1的材料構(gòu)成；上述基體基片是由對上述波長λ的光的折射率為n2的材料構(gòu)成，上述薄膜層由對上述波長λ的光的折射率為n3的材料構(gòu)成，在n1＞n3，n2＞n3的情況下，上述薄膜層的厚度T為T≠(k×λ)/(2×n3)，在n1＞n3＞＞n3的情況下，T≠((2k-1)×λ)/(4×n3)式中，n3≠n1≠n2，k為自然數(shù)，這樣，利用干擾條紋觀測能測量出波導(dǎo)基片的厚度均勻性。
并且，上述波長λ可以采用380nm、410nm、441.6nm、488nm、532nm、632.8nm中的任一種。
并且，希望上述波導(dǎo)基片是透明的晶體，上述薄膜層是由折射率不同的多種電介質(zhì)材料構(gòu)成的多層膜結(jié)構(gòu)，在上述預(yù)定波長光垂直地射入到上述波導(dǎo)基片內(nèi)的情況下，各層的反射光相位差不會互相抵消。這樣，用干擾條紋觀測，能測量出波導(dǎo)基片的厚度均勻性。并且，上述所謂透明的晶體是指對預(yù)定范圍波長的光具有光透過性的晶體。
再者，上述透明的晶體可以是對波長為380nm、410nm、441.6nm、448nm、532nm、632.8nm的任意光具有光透過性。
并且，本發(fā)明的其他光學(xué)元件，具有波導(dǎo)基片和基體基片，上述波導(dǎo)基片和上述基體基片進(jìn)行接合，在上述波導(dǎo)基片和上述基體基片的接合面上，一部分具有不接合的非接合區(qū)。這樣，沒有薄膜層，不管波導(dǎo)基片和基體基片的折射率如何，均能獲得良好的光波導(dǎo)特性。
再者，希望上述波導(dǎo)基片和基體基片，利用直接接合法進(jìn)行接合。這樣，能實(shí)現(xiàn)高精度接合。
并且，希望上述波導(dǎo)基片和上述基體基片的折射率大致相等。這樣，在上述波導(dǎo)基片和上述基體基片的接合中，能實(shí)現(xiàn)高精度接合。尤其，在直接接合中，能實(shí)現(xiàn)高精度接合。
再者，也可以使上述波導(dǎo)基片和上述基體基片之間通過薄膜層進(jìn)行接合。
并且，希望上述波導(dǎo)基片和上述薄膜層之間、以及上述基體基片和上述薄膜層之間至少一邊利用直接接合法進(jìn)行接合。這樣，能實(shí)現(xiàn)高精度接合。
再者，希望在上述波導(dǎo)基片上形成光波導(dǎo)，上述非接合區(qū)域的寬度超過上述光波導(dǎo)向垂直方向的投影面的寬度，上述投影面位于上述間隙內(nèi)。
這樣，沒有波導(dǎo)損耗，能獲得良好的波導(dǎo)特性。
并且，上述光波導(dǎo)也可以采用脊形光波導(dǎo)。
再者，上述非接合區(qū)域也可以利用在厚度方向采用加工成凹狀的方法來形成上述波導(dǎo)基片和上述基體基片的至少一個。
并且，希望上述非接合區(qū)域的厚度不小于0.01μm。這樣，沒有波導(dǎo)損耗，能獲得良好的波導(dǎo)特性。
再者，希望在非接合區(qū)域上形成折射率比上述波導(dǎo)基片小的充填材料。這樣，沒有波導(dǎo)損耗，能獲得良好的波導(dǎo)特性。
并且，希望上述充填材料是紫外線固化樹脂。這樣，容易制作，沒有波導(dǎo)損耗，能獲得良好的波導(dǎo)特性。
再者，上述充填材料也可作為電介質(zhì)材料。
并且，上述充填材料至少可以形成在與上述波導(dǎo)基片相接，上述光波導(dǎo)基片向垂直方向的投影面上。
再者，希望設(shè)置多個上述非接合區(qū)域，上述非接合區(qū)域形成為等間隔。這樣，接合面的強(qiáng)度高。
并且，本發(fā)明的光學(xué)元件的制造方法是，在波導(dǎo)基片和基體基片的至少一邊的主面上形成作為非接合區(qū)域的凹部，把上述非接合區(qū)域夾持在上述波導(dǎo)基片和上述基體基片之間，為此對上述波導(dǎo)基片和上述基體基片進(jìn)行接合。這樣，不管波導(dǎo)基片和基體基片的折射率如何，都能制作出波導(dǎo)特性良好的光學(xué)元件。
再者，希望對上述波導(dǎo)基片和上述基體基片中的任一邊的主面上在基片的厚度方向上進(jìn)行凹狀加工，以形成上述凹部。這樣，不用薄膜，不管波導(dǎo)基片和基體基片的折射率如何，均能制作波導(dǎo)特性良好的光學(xué)元件。
并且，也可以在上述基體基片和波導(dǎo)基片的任一邊的主面上形成薄膜，在厚度方向上對該薄膜進(jìn)行凹狀加工，這樣來形成上述凹部。
再者，希望在進(jìn)行凹狀加工的面上形成薄膜，對形成上述薄膜的面進(jìn)行CMP加工，使其平整，對上述波導(dǎo)基片和基體基片的主面之間進(jìn)行直接接合，使上述非接合區(qū)域夾持在上述波導(dǎo)基片和基體基片之間。這樣，可以制作出薄膜和波導(dǎo)基片相連接的光學(xué)元件。因此，不管波導(dǎo)基片和基體基片的折射率如何，均能制作波導(dǎo)特性良好的光學(xué)元件。
并且，希望在上述基體基片上形成上述凹部，在上述波導(dǎo)基片的主面上形成薄膜，對上述波導(dǎo)基片和基體基片之間進(jìn)行接合，使上述薄膜形成在上述非接合區(qū)域內(nèi)。這樣，不必研磨薄膜層，能減少工序數(shù)。
再者，希望在對上述波導(dǎo)基片和基體基片之間進(jìn)行接合之后，在上述波導(dǎo)基片和基體基片之間，在通過上述凹部而形成的間隙內(nèi)，充填一種折射率比上述波導(dǎo)基片小的充填材料。這樣，能制作出樹脂和波導(dǎo)基片進(jìn)行連接的光學(xué)元件。因此，不管波導(dǎo)基片和基體基片的折射率如何，均能制作出波導(dǎo)特性良好的光學(xué)元件。
并且，希望上述波導(dǎo)基片和基體基片之間的接合是直接接合。這樣，能制作接合精度高的光學(xué)元件。
再者，本發(fā)明的其他光學(xué)元件的制造方法，通過在厚度方向上對基體基片進(jìn)行凹狀加工，形成按等間隔布置的多個溝槽，在上述基體基片上，對其他基體基片進(jìn)行接合，使各上述溝槽互相對面，而且，各上述溝槽垂直，對上述基片進(jìn)行研磨，使上述溝槽露出。這樣進(jìn)行形成積層基體基片的積層工序，對上述積層基體基片，按預(yù)定次數(shù)重復(fù)進(jìn)行上述積層工序。這樣，容易制作光子學(xué)晶體。


圖1是表示涉及本發(fā)明第1實(shí)施例的光學(xué)元件結(jié)構(gòu)的斜視圖。
圖2是表示濺射膜的原子間力顯微鏡的表面光潔度測量結(jié)果的圖，圖2(a)是表示Ta氧化物濺射膜的表面光潔度測量結(jié)果，圖2(b)表示SiO2濺射膜的表面光潔度測量結(jié)果。
圖3是表示涉及本發(fā)明第1實(shí)施例的光學(xué)元件的另一種結(jié)構(gòu)的斜視圖。
圖4是圖3的光學(xué)元件的第三象限法的正投影圖。
圖5是表示涉及本發(fā)明第2實(shí)施例的光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的斜視圖。
圖6是關(guān)于薄膜層的各表面上的反射光的說明圖。
圖7是表示薄膜層的厚度T與光反射率R的關(guān)系的特性圖。
圖8是表示涉及本發(fā)明第3實(shí)施例的光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的斜視圖。
圖9是表示第3實(shí)施例的光學(xué)元件的非接合區(qū)域的布置位置用的圖，是采用第三象限法的正投影圖。
圖10是表示涉及本發(fā)明第3實(shí)施例的光學(xué)元件的其他結(jié)構(gòu)的斜視圖。
圖11是表示涉及本發(fā)明第4實(shí)施例的光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的斜視圖。
圖12是表示涉及本發(fā)明第4實(shí)施例的光學(xué)元件的其他結(jié)構(gòu)的斜視圖。
圖13是表示涉及本發(fā)明第4實(shí)施例的光學(xué)元件的另一其他結(jié)構(gòu)的斜視圖。
圖14是按制造工序順序來表示涉及本發(fā)明的第5實(shí)施例的光學(xué)元件的正視圖。
圖15是表示涉及本發(fā)明第5實(shí)施例的其他光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的圖，圖15(a)是光學(xué)元件的斜視圖，圖15(b)是光學(xué)元件的正視圖。
圖16是表示涉及本發(fā)明第6實(shí)施例的光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的斜視圖。
圖17是表示涉及本發(fā)明第6實(shí)施例的其他光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的斜視圖。
具體實(shí)施例方式
以下詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。在此，光學(xué)元件以光波導(dǎo)型元件為例，形成光波導(dǎo)的波導(dǎo)基片的材料，采用強(qiáng)電介質(zhì)晶體、即摻雜MgO的LiNbO3晶體(以下簡稱為MgO∶LN晶體)，對作為光學(xué)元件的基片的基體基片，以采用LiNbO3晶體(以下簡稱LN晶體)的情況為例進(jìn)行說明。本發(fā)明并非僅限于該結(jié)構(gòu)。
直接接合技術(shù)已知的是不采用粘合劑等，使基片進(jìn)行牢固接合的技術(shù)，它能對玻璃、半導(dǎo)體、強(qiáng)電介質(zhì)、壓電陶瓷等各種材料進(jìn)行高精度接合。直接接合基片例如可以使接合基片(接合的二塊一組的基片)中的二塊經(jīng)過薄片化后進(jìn)行脊形加工作為光波導(dǎo)使用，它作為制作光學(xué)元件的有效方法之一，引人注目。過去，在LN晶體、LiTaO3晶體(以下簡稱LT晶體)、MgO∶LN晶體、蘭寶石等各種氧化物基片中，在同種類基片之間和不同種類基片之間進(jìn)行直接接合。并且，也有在這些基片之間通過薄膜進(jìn)行直接接合的例子。薄膜材料采用SiO2和SiN、低熔點(diǎn)玻璃、金屬氧化物等。
第1實(shí)施例的光學(xué)元件，是這樣的結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件，例如在由LiNbxTa(1-x)O3(0≤x≤1)構(gòu)成的強(qiáng)電介質(zhì)晶體和其他基片之間通過薄膜層進(jìn)行接合。薄膜層尤其采用包含這樣的膜在內(nèi)的薄膜層，即該膜以Ta2O5或Nb2O5為主要成分。并且，所謂以Ta2O5或Nb2O5為主要成分是指含有不少于80％的Ta2O5或Nb2O5。并且，如果含量不少于90％則更理想。
這樣，能以高精度來控制薄膜層的厚度。所以，例如，作為LiNbxTa(1-x)O3晶體的一種MgO∶LN晶體基片和LN晶體基片進(jìn)行接合，容易制作出以耐光損傷性良好的MgO∶LN為光波導(dǎo)的光學(xué)元件。而且，由LiNbxTa(1-x)O3構(gòu)成的強(qiáng)電介質(zhì)晶體是具有光學(xué)非線性的強(qiáng)電介質(zhì)晶體，利用該晶體來構(gòu)成光學(xué)元件，能實(shí)現(xiàn)利用非線性光學(xué)效應(yīng)的光調(diào)制器和波長變換元件。
本發(fā)明人通過實(shí)測已證實(shí)在薄膜層中采用以Ta2O5或Nb2O5為主要成分的膜所產(chǎn)生的效果，如下所示。首先，薄膜層的熱膨脹系數(shù)接近LiNbxTa(1-x)O3晶體基片的熱膨脹系數(shù)，所以，即使高溫處理，也不會出現(xiàn)膜與基片剝離。并且，作為較簡便的成膜方法，RF濺射成膜時，能使成膜的平面度良好。并且，在包括親水性處理的直接接合工藝及其以后的光學(xué)元件制作工藝中，耐化學(xué)藥品性良好，處理時對膜的質(zhì)量影響小。并且，膜的強(qiáng)度、與LiNbxTa(1-x)O3晶體基片的貼合性良好，直接接合的強(qiáng)度高。即使在金屬氧化物中，尤其Ta2O5或Nb2O5作為由LiNbxTa(1-x)O3構(gòu)成的強(qiáng)電介質(zhì)晶體直接接合的薄膜層，是特別適用的材料。并且，Ta2O5膜與Nb2O5膜相比，折射率低，與LiNbxTa(1-x)O3晶體基片相比，也是折射率低。因此Ta2O5膜尤其適用于制作采用LiNbxTa(1-x)O3晶體基片的光波導(dǎo)型元件。
直接接合技術(shù)的有益用途之一是對不同性質(zhì)的基片之間進(jìn)行接合時精度高，強(qiáng)度好，能實(shí)現(xiàn)具有各種特性的元件。不同種類基片之間的直接接合，其有用性很突出。采用強(qiáng)電介質(zhì)晶體的不同種類基片直接接合的最簡單例子是，玻璃和LN晶體、以及玻璃和LT晶體的不同種類基片的直接接合。但是，一般的直接接合方法是在幾百℃～1000℃范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理，所以，要求接合基片的熱膨脹系數(shù)大致相等。因此，可以認(rèn)為，例如，與上述結(jié)構(gòu)(玻璃和LN晶體的直接接合、以及玻璃和LT晶體的直接接合相比)，LN晶體和MgO∶LN晶體的熱膨脹系數(shù)大致相等，折射率不同，采用這種材料的方法比較容易。
過去，提出了LN晶體和MgO∶LN晶體的直接接合。采用此法的光波導(dǎo)型光學(xué)元件也已示出。在此情況下，LN晶體的折射率大于MgO∶LN晶體的折射率，所以采用LN晶體作為光波導(dǎo)。LN晶體和MgO∶LN晶體，兩者均為具有光學(xué)非線性的強(qiáng)電介質(zhì)晶體，非線性光學(xué)常數(shù)大致相等。并且，與MgO∶LN晶體相比，LN晶體價格低，所以利用非線性光學(xué)效應(yīng)的光調(diào)制器和進(jìn)行長波長的波長變換的情況下，大都采用LN晶體光波導(dǎo)。但是，例如，向波長500nm以下的短波長進(jìn)行波長變換的光波導(dǎo)型波長變換元件中，伴隨光照射而產(chǎn)生不均勻的局部折射率變化(一般稱為光損傷的現(xiàn)象)，所以，很難采用LN晶體光波導(dǎo)。
另一方面，MgOLN晶體是已知的耐光損傷性良好的材料，尤其作為短波長的波長變換元件材料大有希望。所以，在此情況下，以采用MgO∶LN晶體作為光波導(dǎo)為好。
這樣，考慮到直接接合基片的功能方面或成本方面，可以找到一種選材的方法，即不管各種基片的折射率如何，均可用作光學(xué)元件。
過去，關(guān)于采用直接接合的光學(xué)元件，提出的方案是在基片之間布置SiO2、SiN、低熔點(diǎn)玻璃等中間層(薄膜層)。例如特開平06-289347號公報中公開了這樣的直接接合光學(xué)元件及其制造方法，即其中間層的材料的折射率低于形成光波導(dǎo)的基片材料的折射率。這樣，折射率比LN晶體低的MgO∶LN晶體可以用作光波導(dǎo)。但是，例如作為使用低熔點(diǎn)玻璃時形成中間層和直接接合的方法，例如采用如下方法，即，對溶化在溶劑等內(nèi)的玻璃材料涂敷在接合的基片上之后，一邊使其與接合的基片緊密結(jié)合進(jìn)行加壓，一邊進(jìn)行燒結(jié)。因此，存在的問題是，低熔點(diǎn)玻璃的厚度均勻性難于控制，而且，用蒸發(fā)淀積和濺射等簡便的方法而形成的SiO2膜和SiN膜，其表面平整性(平面度)差，因此不能直接接合。
因此，本發(fā)明人針對在直接接合的中間所形成的膜層能均勻控制厚度的電介質(zhì)薄膜，進(jìn)行了特性研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，例如可以采用以Ta2O5和Nb2O5為主要成分的電介質(zhì)膜等。
以下利用附圖，詳細(xì)說明涉及本發(fā)明第1實(shí)施例的光學(xué)元件。
圖1是表示第1實(shí)施例的光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的斜視圖。如圖1所示，第1實(shí)施例的光學(xué)元件，其結(jié)構(gòu)是，基體基片2和波導(dǎo)基片1通過薄膜層4進(jìn)行積層。
例如，在波導(dǎo)基片1上采用X切割的MgO∶LN晶體基片。并且，在基體基片2上采用X切割的LN晶體基片。并且，在波導(dǎo)基片1上進(jìn)行脊形加工，形成脊形光波導(dǎo)3。薄膜層4采用以Ta2O5為主要成分的電介質(zhì)單層膜。
以下說明制作第1實(shí)施例的光學(xué)元件的方法。首先，在波導(dǎo)基片1或基體基片2中的某一塊的主面上形成薄膜層4，薄膜層4的形成方法，例如，可采用RF(高頻)濺射，薄膜層4的Ta2O5薄膜為100nm～400nm厚，例如形成在LN晶體波導(dǎo)基片1上。這時根據(jù)濺射條件，來改變以Ta2O5為主要成分的薄膜層4的折射率。實(shí)測結(jié)果為對波長623.8nm的光折射率在2.05～2.10范圍內(nèi)變化。對相同波長的光，波導(dǎo)基片1即MgO∶LN晶體的折射率為2.17左右，所以，在第1實(shí)施例的光學(xué)元件完成時，能向光波導(dǎo)3內(nèi)送入波長623.8nm的光，使其進(jìn)行波導(dǎo)。
在波導(dǎo)基片1上形成了薄膜層4后，對作為直接接合面的薄膜層4的表面和LN晶體的基體基片2的表面進(jìn)行親水性處理。具體來說，在波導(dǎo)基片1上所形成的薄膜層4和基體基片2上進(jìn)行了丙酮超聲波清洗之后，在氨水∶過氧化氫水∶純水＝1∶1∶6的混合溶液(以下稱為氨過氧化氫水)內(nèi)浸漬15分以上，在純水中清洗，然后進(jìn)行干燥處理。并且，氨過氧化氫水可以使用一般的濃度、即20％～40％。氨過氧化氫水的濃度最好為30％。
然后，在把波導(dǎo)基片1和基體基片2的各自的結(jié)晶軸方向?qū)?zhǔn)的狀態(tài)下，使薄膜層4的表面和基體基片2的表面相接觸，稍稍加壓。這樣，薄膜層4和基體基片2形成貼緊狀態(tài)。進(jìn)一步，對形成在波導(dǎo)基片1上的薄膜層4和基體基片2進(jìn)行熱處理，這樣，使薄膜層4和基體基片2直接接合。在熱處理時使用爐子，為了防止接合基片剝離和急劇加熱造成破損，升溫速度例如預(yù)定為100～500℃/小時，在350～800℃下進(jìn)行熱處理。
而且，所謂直接接合，是指不使用粘合劑和樹脂等使2塊基片牢固接合的方法。例如用上述方法通過OH基的氫鍵使基片之間形成緊密結(jié)合狀態(tài)。進(jìn)一步再通過加熱，使OH基作為H2O分子從接合面上脫離，所以，基片之間能形成更加牢固的結(jié)合狀態(tài)。并且，此方法以外，也還有用靜電吸引力進(jìn)行直接接合的方法。
在這樣通過直接接合而獲得的直接接合基片上，為了形成光波導(dǎo)3，對波導(dǎo)基片1進(jìn)行表面研磨和薄片化，最終使厚度減小到3～4μm為止。然后，利用光刻法來制作光波導(dǎo)圖形，在減薄了的波導(dǎo)基片1的表面上，通過干法腐蝕來形成1.5～2μm的臺階，這樣來形成脊形光波導(dǎo)3。而且，光波導(dǎo)3的兩端面(入射出射面)在形成脊形后，進(jìn)行鏡面研磨。
在此，進(jìn)一步詳細(xì)說明薄膜層4。一般利用濺射和蒸發(fā)淀積方法，在基片上被覆電介質(zhì)膜的情況下，人們知道，因成膜條件(溫度和成膜周圍氣體)不同，形成的膜的特性(折射率和吸收系數(shù))發(fā)生變化。并且，已知膜的表面狀態(tài)(表面光潔度)，因包括成膜設(shè)備在內(nèi)的成膜方法不同而有很大差異，例如蒸發(fā)淀積，RF濺射、CVD等方法和設(shè)備的不同，使膜的均勻性和微密度、表面光潔度有很大差異，并且，即使用同一種方法，也因材料不同而使其表面狀態(tài)不同。
但是，在第一實(shí)施例的光學(xué)元件中，當(dāng)對薄膜層4和基體基片2進(jìn)行接合時，在波導(dǎo)基片1上形成的薄膜層4的表面光潔度會影響接合狀態(tài)。例如，表面光潔度差時，光學(xué)元件的精度低。尤其利用直接接合來對薄膜層4和基體基片2進(jìn)行接合時，由于薄膜層4的表面光潔度差，而無法進(jìn)行接合。例如，用RF濺射或ECR濺射而形成的SiO2膜，已知因表面光潔度差而不能直接接合。根據(jù)這種過去的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，一般不用電介質(zhì)濺射膜來進(jìn)行直接接合。但是，如本發(fā)明那樣，薄膜層4采用以Ta2O5或Nb2O5為主要成分的單層或多層膜，即使用濺射法來成膜，也能使薄膜層4的光潔度很高，能達(dá)到直接接合所需的光潔度。
圖2表示濺射膜的表面光潔度。圖2(a)是鉭氧化物(作為濺射源的靶是Ta2O5)濺射膜的采用原子間力顯微鏡的表面光潔度測量結(jié)果，圖2(b)表示SiO2濺射膜采用原子間力顯微鏡的表面光潔度的測量結(jié)果。從圖2中可以看出，鉭氧化物的表面光潔度(最大值2nm)優(yōu)于SiO2表面光潔度(最大值6nm左右)。與鉭氧化物濺射膜相同程度的表面光潔度，例如鈮氧化物濺射膜(靶為Nb2O5的膜)也能達(dá)到上述表面光潔度。但，鈮氧化膜的折射率對波長632.8nm光為2.25～2.35，大于MgO∶LN晶體。因此，在波導(dǎo)基片1為MgO∶LN晶體的情況下，不能封閉光，不能形成光波導(dǎo)3。但是，在采用折射率更高的材料，例如硅片等半導(dǎo)體材料的情況下，可以利用鈮氧化膜作為薄膜層4。薄膜層4的折射率低于波導(dǎo)基片1，根據(jù)波導(dǎo)基片1所用的材料不同，可以適當(dāng)選用以Ta2O5或Nb2O5為主要成分的電介質(zhì)膜中某一適合的。
實(shí)驗(yàn)證明，其耐化學(xué)藥品性強(qiáng)。這是進(jìn)行直接接合所必須的特性。例如，在上述直接接合時的親水性處理中，進(jìn)行氨過氧化氫處理，SiO2濺射膜因氨過氧化氫而被浸蝕，膜厚的面內(nèi)均勻性進(jìn)一步惡化，所以不能適用于直接接合的薄膜層4。另一方面，以Ta2O5或Nb2O5為主要成分的電介質(zhì)膜不受氨過氧化氫侵蝕，并且對在其他工藝中使用的有機(jī)溶劑和緩沖氫氟酸(氫氟酸∶氟化氨∶水＝1∶5∶50的混合溶液)也有很強(qiáng)的耐蝕性。
在此，把以下Ta2O5為主要成分的電介質(zhì)膜作為薄膜層4使用來制作第1實(shí)施例的光學(xué)元件，其結(jié)果表示如下。介入以Ta2O5為主要成分的薄膜層4的直接接合基片，在直接接合后的工藝(MgO∶LN晶體的波導(dǎo)基片1的薄片化研磨、光刻、干法腐蝕、端面研磨等)中，未發(fā)現(xiàn)剝離和劣化，保持了非常良好的接合狀態(tài)。尤其作為濺射條件，在不低于100℃的溫度氣氛中，進(jìn)行成膜，這樣薄膜層4的Ta2O5濺射膜本身的強(qiáng)度和對波導(dǎo)基片1的貼緊性很牢固，對于薄片化研磨時接合面和濺射面上防止剝離和劣化效果很好。
并且，已形成的光波導(dǎo)3的波導(dǎo)特性也很好。充分的光封閉效應(yīng)和低損耗光波導(dǎo)已得到確認(rèn)。并且，為了形成單模用光波導(dǎo)3，必須精密地進(jìn)行薄膜層4的折射率控制和光波導(dǎo)3的形狀控制。如以Ta2O5為主要成分的電介質(zhì)那樣，采用作為波導(dǎo)基片1的MgO∶LN晶體和折射率接近的材料，其效果是，能大幅度提高光波導(dǎo)設(shè)計余量。
以Ta2O5為主要成分的電介質(zhì)膜作為薄膜層4。此外，在采用以Nb2O5為主要成分的電介質(zhì)膜作為薄膜層4的情況下，同樣，在直接接合中也能保持非常良好的接合狀態(tài)。再者，光波導(dǎo)3中的光的波導(dǎo)也是良好的。而且，與Ta2O5或Nb2O5相比折射率高，所以，可根據(jù)波導(dǎo)基片1中所用的材料而分別選用。
以上說明了以Ta2O5為主要成分的電介質(zhì)單層膜用作薄膜層4，但也可以把以Ta2O5為主要成分的多層膜作為薄膜層4使用。例如，對以Ta2O5為主要成分的電介質(zhì)膜的成膜氛圍氣體(氬氣和氧氣的流量和濺射設(shè)備的箱內(nèi)壓力)加以改變，或者對成膜溫度和濺射設(shè)備的所加電力加以改變，即可形成折射率不同的膜。例如，在MgO∶LN晶體(對波長632.8nm光的折射率為2.17)波導(dǎo)基片1上，利用對波長632.8nm的光的折射率為2.05和2.10的2種Ta2O5為主要成分的薄膜，能形成多層膜.波導(dǎo)基片1和基體基片2相連接的層采用折射率為2.05的層.并且，把折射率為2.05的膜層的厚度定為77nm，僅把折射率為2.10的膜層的厚度為75nm，對其交替地進(jìn)行成膜。這樣構(gòu)成的，由9層的多層膜而構(gòu)成的薄膜層4，其反射率為2.3％，19層的多層膜的薄膜層4的反射率為7.1％。也就是說，通過增加層數(shù)使折射率上升。另一方面，以Ta2O5為主要成分的單層膜，反射率為0.32％。與此相比，容易獲得10倍以上的反射率。
并且，同樣，由鈮氧化物構(gòu)成的多層膜、以及由Ta氧化物和鈮氧化物構(gòu)成的多層膜，可以作為薄膜層4而進(jìn)行直接接合。這樣，能制作出低損耗，有充分光封閉效應(yīng)的光波導(dǎo)型元件。在采用由鉭氧化物和鈮氧化物構(gòu)成的多層膜的情況下，例如形成使低折射率的鉭氧化物膜層與光波導(dǎo)3相連接，在相反側(cè)的面上，利用高折射率的鈮氧化膜層來形成薄膜層4，基體基片2和鈮氧化膜層也可以采用直接接合結(jié)構(gòu)。若采用該結(jié)構(gòu)，則能把光的封閉狀態(tài)控制到希望的狀態(tài)。
并且，薄膜層4也可以采用多層結(jié)構(gòu)，即其中包含以Ta2O5或Nb2O5為主要成分的膜、以及由金屬材料構(gòu)成的金屬層在內(nèi)的多層結(jié)構(gòu)。例如也可以在直接接合的面上構(gòu)成金屬層。
來自直接接合基片里面的反射光，對于由波導(dǎo)基片1表面的反射光以及來自薄膜層4的反射光所產(chǎn)生的干擾條紋來說，變成雜波成分而出現(xiàn)。例如，在研磨作業(yè)時所使用的保持臺和波導(dǎo)基片1的粘接中，在出現(xiàn)灰塵混入和粘合劑不勻的情況下，由于直接接合基片的里面和研磨面表面保持傾斜狀態(tài)，所以，可以觀測出從直接接合基片里面(直接接合基片和保持臺進(jìn)行連接的面)來的反射光以及波導(dǎo)基片1表面上的反射光所造成的干擾條紋。這樣，不易看清從本來被觀測的薄膜層4來的反射光、以及薄片化基片表面的反射光所造成的干擾條紋。因此，通過把金屬層布置在直接接合的中間層內(nèi)，能消除這種雜波成分，容易進(jìn)行被薄片化的基片的減薄處理。
如圖3所示，在基體基片2上形成薄膜層4，其上再形成具有脊形光波導(dǎo)3的波導(dǎo)基片1。薄膜層4的構(gòu)成部分是由鉭等金屬材料構(gòu)成的金屬層5、以及以Ta2O5或Nb2O5為主要成分的電介質(zhì)層6。例如，金屬層5形成在基體基片2側(cè)，電介質(zhì)層6形成在波導(dǎo)基片1側(cè)。而且，在制作該光學(xué)元件時，在X切割的LN晶體基片的基體基片2上形成薄膜層4。然后，X切割的MgO∶LN晶體基片的波導(dǎo)基片1和薄膜層4用直接接合法進(jìn)行接合，在波導(dǎo)基片1上形成光波導(dǎo)3。在薄膜層4的金屬層5上，例如用Ta膜，電介質(zhì)層6采用以Ta2O5為主要成分的單層膜。而且，金屬層5也可以采用任意金屬，只要能獲得與上述同樣的效果即可。
金屬層5和作為強(qiáng)電介質(zhì)晶體的MgO∶LN晶體所構(gòu)成的波導(dǎo)基片1、或者金屬層5和LN晶體即基體基片2的界面上，不能用直接接合法進(jìn)行牢固的接合。以Ta2O5為主要成分的單層膜所構(gòu)成的電介質(zhì)層6和波導(dǎo)基片1，能很好地進(jìn)行直接接合，所以，對其進(jìn)行直接接合。這時，若金屬層5過于接近光波導(dǎo)3，則會造成波導(dǎo)光的吸收損耗。例如，在波導(dǎo)光功率大的情況下，會造成光學(xué)元件破損。所以，金屬層5必須離開光波導(dǎo)3，其離開的程度達(dá)到波導(dǎo)光的易消失的(evanescent)區(qū)域以上。金屬層5和波導(dǎo)基片1離開50nm以上即可。而且，所謂易消失的區(qū)域，是指當(dāng)光在光波導(dǎo)中傳輸時光滲漏出到外部的區(qū)域。在該區(qū)域內(nèi)若形成金屬層5，則波導(dǎo)光受金屬層5的影響，可能造成光學(xué)元件破損。
在利用直接接合來制作光學(xué)元件時，首先在基體基片2上通過RF濺射而依次形成金屬層5和電介質(zhì)層6。金屬層5的厚度為5nm～100nm，電介質(zhì)層6的厚度為10～200nm。
然后，利用直接接合法如上所述對薄膜層4和波導(dǎo)基片1進(jìn)行接合，進(jìn)行光波導(dǎo)3的形成。在該光學(xué)元件中，金屬層5和光波導(dǎo)3(波導(dǎo)基片1)的距離等于電介質(zhì)層6的厚度。在該厚度不小于50nm的情況下，該光學(xué)元件的波導(dǎo)特性良好，充分的光封閉效應(yīng)和低損耗光波導(dǎo)已得到確認(rèn)。
圖4是圖3的光學(xué)元件采用第三象限法的正投影圖。如圖4(a)的俯視圖所示，金屬層5并非形成在整個接合基片面上，而是利用圖形制作法，形成在未形成金屬層5的金屬去除部位5a上。而且，在圖4(a)的俯視圖中，用圖表示了金屬層5，實(shí)際上，在金屬層5上還積層了薄膜層6和波導(dǎo)基片1。透過這些，可以看到金屬層5。
金屬層5如圖4(a)所示進(jìn)行圖形制作，這樣，容易判定形成光波導(dǎo)3時的位置。也就是說，把金屬去除部位5a作為標(biāo)記，對準(zhǔn)位置即可。這樣，其優(yōu)點(diǎn)是，在安裝光學(xué)元件時能達(dá)到很高的安裝精度。波導(dǎo)基片1和基體基片2中所采用的LN晶體和MgO∶LN晶體所構(gòu)成的光學(xué)元件的光波導(dǎo)3中，出現(xiàn)取決于這些晶體軸向的波導(dǎo)損耗。例如，在利用LN晶體的X切割基片，形成Y軸方向傳輸?shù)墓獠▽?dǎo)3的情況下，在偏離Y軸數(shù)度的方向上形成光波導(dǎo)，這樣使波導(dǎo)損耗極端增大。因此，考慮到晶體軸向，在能獲得希望的特性的方向上對準(zhǔn)光波導(dǎo)3的形成方向是很重要的。
并且，尤其在利用光波導(dǎo)3制作波長變換元件的情況下，為了提高波長變換效率，必須形成使晶體極化方向周期性反轉(zhuǎn)的周期狀極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。單一極化的LN晶體的極化方向位于晶體的C軸方向(＝Z軸方向)，例如已知，利用周期狀電極來施加高電壓電場，能形成上述周期地極化反轉(zhuǎn)。波長變換，希望光波動的振動方向和極化方向相一致。因此，為了進(jìn)行高效率波長變換，希望形成該周期狀極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和光波導(dǎo)3垂直的狀態(tài)。這樣，采用直接接合基片的、例如作為波長變換元件的光學(xué)元件的制作工序中必須判定晶體軸向。
在過去的光波導(dǎo)制作工序中，未示出對晶體基片方向進(jìn)行判定的方法。因此，必須在進(jìn)行直接接合的基片里面(光波導(dǎo)形成面和相反的面)上，利用激光標(biāo)記法等來形成用于位置對準(zhǔn)的標(biāo)記。但是，如上所述，通過包括已制成圖形的金屬層5在內(nèi)的薄膜層4，對波導(dǎo)基片1和基體基片2進(jìn)行接合，這樣，不需要用于對準(zhǔn)的標(biāo)記。也就是說，在基體基片2上形成了包括已形成了圖形的金屬層5在內(nèi)的薄膜層4。其上面，當(dāng)放置波導(dǎo)基片1時，把通過該圖形制作而形成的金屬去除部位5a作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行接合，這樣晶體軸向不會偏移。
并且，形成在光波導(dǎo)3的入射端3a附近部分上的金屬層5，當(dāng)來自激光器的入射光與光波導(dǎo)3相耦合時、容易產(chǎn)生光吸收所造成的元件破損。所以，例如圖4(b)所示，在光波導(dǎo)3的入射端3a附近，設(shè)置金屬去除部位5a是有效的。根據(jù)實(shí)測，在至少離開光波導(dǎo)3的入射端3a表面1μm以內(nèi)的區(qū)域內(nèi)，沒有金屬層即可。也就是說，金屬去除部位5a的凹進(jìn)深度d不小于1μm即可。
在第1實(shí)施例中，表示在由LiNbxTa(1-x)O3構(gòu)成的強(qiáng)電介質(zhì)晶體基片和其他晶體基片的直接接合中，通過以Ta2O5或Nb2O5為主要成分的電介質(zhì)膜，即薄膜層4進(jìn)行接合制作光學(xué)元件的情況。但是，除了由LiNbxTa(1-x)O3構(gòu)成的基片外，例如在Si片和SiO2基片等中，通過薄膜層進(jìn)行接合的情況下，也是利用以Ta2O5或Nb2O5為主要成分的電介質(zhì)膜即薄膜層4，同樣能有效地用作平面度好、耐化學(xué)藥品性強(qiáng)的薄膜層4。
第2實(shí)施例的光學(xué)元件，是通過薄膜進(jìn)行接合的基片之一進(jìn)行薄型化時能對基片厚度進(jìn)行高精度的均勻性鑒定的光學(xué)元件。以下詳細(xì)說明薄片化能達(dá)到的良好的厚度均勻性。而且，在第2實(shí)施例中說明了，作為采用薄片化基片的光學(xué)元件制作的一例，在LN晶體和MgO∶LN晶體的直接接合基片上對MgO∶LN晶體進(jìn)行薄型化，形成光波導(dǎo)的情況。本發(fā)明并非僅限于本結(jié)構(gòu)和光波導(dǎo)型元件，在接合方法上也并非僅限于直接接合。
在LN晶體和MgO∶LN晶體中形成光波導(dǎo)的方法，過去已提出了多種。例如，在利用LN晶體和MgO∶LN晶體的非線性光學(xué)特性的波長變換元件中，作為形成光波導(dǎo)的方法，已提出了質(zhì)子交換法和鈦擴(kuò)散法。但是，已知，這些方法采用了向晶體內(nèi)注入雜質(zhì)的折射率變化，所以，非線性光學(xué)常數(shù)隨之變壞。對此，采用接合基片的光波導(dǎo)型元件利用被接合的基片的折射率差，具有基片厚度方向的光封閉效應(yīng)，僅進(jìn)行直接接合基片的形狀加工，形成光波導(dǎo)，所以其優(yōu)點(diǎn)是從原理上不會影響晶體的特性。因此，利用這種非線性光學(xué)效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)光波導(dǎo)型元件的方法，可以說是非常有效的方法。
一般在光波導(dǎo)型元件的形成中，對光波導(dǎo)形狀(厚度和寬度)要求均勻性高。尤其在具有周期狀極化反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)型波長變換元件中，輸入基本波和諧波的相位匹配在整個波導(dǎo)中達(dá)到均勻，這樣，能進(jìn)行高效率的波長變換。相位匹配波長取決于極化反轉(zhuǎn)周期和基本波以及諧波的實(shí)效折射率，所以，光波導(dǎo)形狀(寬度和高度)若相對于波導(dǎo)方向發(fā)生變化，則變換效率顯著降低。例如在用干法腐蝕來形成脊形光波導(dǎo)的情況下，光波導(dǎo)寬度取決于作為腐蝕掩模用的光致抗蝕劑圖形制作精度，所以，能實(shí)現(xiàn)亞微米的高精度。
另一方面，光波導(dǎo)的高度控制，例如能用研磨法進(jìn)行薄片化。但很難達(dá)到亞微米精度的高度控制。其原因是，采用簡便方法的高度絕對值和均勻性測量方法有限，已采用的有以下兩種，一種是厚度絕對值測量方法，它采用臺價高差計等進(jìn)行測量，另一種是均勻性評價方法，它用激光從基片表面進(jìn)行照射，利用干涉儀來觀測從直接接合基片的表面和里面來的反射光。尤其如第1實(shí)施例所示的那樣，在LN晶體和MgO∶LN晶體的直接接合基片中，對于在MgO∶LN晶體內(nèi)形成光波導(dǎo)，通過薄膜層的直接接合是有效的。但是，在過去提出的薄膜層中，從位于薄片化的基片里面的薄膜層得不到充足的反射光，不能用干涉儀來進(jìn)行均勻性評價。所以，很難達(dá)到高精度的高度均勻性。
以下利用附圖，詳細(xì)說明涉及本發(fā)明第2實(shí)施例的光學(xué)元件。由于在第1實(shí)施例所示的通過薄膜的直接接合基片上，形成光波導(dǎo)，所以，在被接合的基片中的一塊的薄片化中，已薄片化的基片的厚度，有希望達(dá)到高精度的均勻性。第2實(shí)施例的光學(xué)元件，能對形成光波導(dǎo)的波導(dǎo)基片的厚度進(jìn)行評價，能使薄片化的厚度均勻性良好。而且，在第2實(shí)施例中，說明以下光學(xué)元件，即作為采用薄片化基片的光學(xué)元件制作的一例，用LN晶體作為基體基片，用MgO∶LN晶體作為波導(dǎo)基片，這些基體基片和波導(dǎo)基片通過薄膜層進(jìn)行接合，對波導(dǎo)基片進(jìn)行薄片化來形成光波導(dǎo)。而且，光學(xué)元件的材料和結(jié)構(gòu)并非僅限于此。
第2實(shí)施例的光學(xué)元件，在通過薄膜層進(jìn)行接合的基片中，薄片化的波導(dǎo)基片對特定的波長λ的光是透明的，對波長λ的光來說波導(dǎo)基片的折射率為n1。并且，通過波導(dǎo)基片和薄膜層進(jìn)行接合的基體基片，對波長λ的光的折射率為n2。并且，作波導(dǎo)基片和基體基片的中間層使用的薄膜層，對波長λ光的折射率為n3(≠n1≠n2)，薄膜層的膜厚T設(shè)自然數(shù)為k，其關(guān)系為T≠(k×λ)/(2×n3)。通過滿足以上條件，利用薄膜層的高精度的膜厚均勻性以及來自薄膜層的反射光，測量波導(dǎo)基片的均勻性，進(jìn)行薄片化。具體來說，對從薄片化的波導(dǎo)基片的表面和薄膜層來的反射光所形成的干擾條紋進(jìn)行觀測，能測量出晶體基片的厚度均勻性。這樣，實(shí)現(xiàn)了具有良好均勻性的薄片化基片的光學(xué)元件。在該薄片化基片部分上進(jìn)行脊形加工，即可制作出光波導(dǎo)型元件。
圖5是表示涉及本發(fā)明第2實(shí)施例的光學(xué)元件結(jié)構(gòu)的斜視圖。它表示通過薄膜層對LN晶體基片和MgO∶LN晶體基片進(jìn)行接合而構(gòu)成的光學(xué)元件的一例。在圖5中，作為X切割的MgO∶LN晶體基片的基體基片2和作為X切割的LN晶體基片的波導(dǎo)基片1，通過薄膜層4而進(jìn)行接合。而且，波導(dǎo)基片1和薄膜層4通過直接接合法而進(jìn)行接合。也就是說，在基體基片2上用濺射等方法來形成薄膜層4，再者，對以Ta2O5為主要成分的電介質(zhì)單層膜即薄膜層4，以及作為X切割的LN晶體基片的波導(dǎo)基片1進(jìn)行直接接合。而且，這樣，波導(dǎo)基片1和基體基片2通過薄膜層4進(jìn)行接合的狀態(tài)，稱為直接接合基片。然后，對直接接合基片的波導(dǎo)基片1進(jìn)行薄片化，即可制作出光學(xué)元件。而且薄膜層4作為以Ta2O5為主要成分的電介質(zhì)單層膜。
在通過研磨來對直接接合基片的波導(dǎo)基片1進(jìn)行薄片化的情況下，應(yīng)當(dāng)使薄片化的波導(dǎo)基片1的厚度達(dá)到均勻一致。為實(shí)現(xiàn)這一目的，除了要求直接接合基片本身平行度好(厚度均勻)外，還需要保持臺具有一定的面精度，以便在研磨時保持接合基片不移動，并且，要求直接接合基片和保持臺的粘接均勻性、薄膜層4的膜厚均勻性等多種因素保持高精度。
為了減小薄片化后的波導(dǎo)基片1的厚度不均勻性，首先，可以采用平行度好的波導(dǎo)基片1和基體基片2。并且，在研磨時，確保對直接接合基片進(jìn)行粘接的保持臺的平面度。再者，因?yàn)槔谜澈蟿┌阎苯咏雍匣辰拥奖３峙_上進(jìn)行研磨，所以，若粘接劑厚度不均勻，則薄片化的波導(dǎo)基片的厚度當(dāng)然不均勻。為防止此現(xiàn)象，例如利用熱固化性粘合劑，采用旋轉(zhuǎn)涂敷等方法在直接接合基片的背面上均勻地涂敷，進(jìn)行加壓加熱處理，粘接在保持臺上。但是，這樣也仍會使粘接的直接接合基片產(chǎn)生微小的變形，所以，以直接接合基片的背面(保持臺和直接接合基片的粘接面)為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行薄片化，也會產(chǎn)生厚度不均勻。因此，進(jìn)一步采用以下方法。
一般，在波導(dǎo)基片1是透明的情況下，對厚度均勻性進(jìn)行觀測的方法有簡便而且高精度的光學(xué)方法即干擾條紋觀測。干擾條紋觀測是在基片表面上例如照射波長633μm激光，并觀測基片表面的反射光及其下層的薄膜層表面的反射光的干擾狀態(tài)，檢查基片厚度均勻性。當(dāng)厚度有誤差時，產(chǎn)生干擾條紋，所以容易檢查出厚度不均勻。但是，在通過薄膜層4的直接接合基片的波導(dǎo)基片1的薄片化時由于從薄膜層4來的反射光較弱，所以，出現(xiàn)很難觀測干擾條紋的問題。
因此，第2實(shí)施例的光學(xué)元件，其結(jié)構(gòu)充分增加了從薄膜層4來的反射光，圖6是關(guān)于薄膜層4的各表面上的反射光的說明圖。并且，圖7是表示薄膜層4的厚度T與光反射率R的關(guān)系的特性圖。在圖6中，反射光8是薄膜層4和波導(dǎo)基片1的界面上的反射光；反射光9是薄膜層4和基體基片2的界面上的反射光。一般，在折射率分別為na、nb的2種電介質(zhì)中，從na的電介質(zhì)垂直射入到nb的電介質(zhì)中的光在電介質(zhì)界面上的非涅爾反射的反射率R由下式表示R＝|(na-nb)/(na+nb)|2×100(％)。
例如，表示波導(dǎo)基片1為MgO∶LN晶體基片、基體基片2為LN晶體基片、薄膜層4為Ta2O5時的計算值。例如，對波長632.8nm光的波導(dǎo)基片1的折射率為2.166，薄膜層4的折射率為2.10，基體基片的折射率為2.23，從上述式中求出反射率R。通過計算可以看出波導(dǎo)基片1和薄膜層4的界面的折射率R為0.024％，基體基片2和薄膜層4的界面的反射率R為0.09％，非常小。在此，若反射光過弱，則不能觀測反射光所產(chǎn)生的干擾條紋。因此，利用光波長λ和薄膜層4的折射率n3和自然數(shù)k，若膜厚度T滿足下式條件，T≠(k×λ)/(2×n3)則能利用反射光8和反射光9的干擾，來增大作為結(jié)果的從薄膜層4來的反射光。
從圖7中可以看出，例如，在干擾條紋觀測中使用的光源的波長λ為632.8nm，對波長λ的薄膜層4(Ta2O5)的折射率n3為2.1，所以，若薄膜層4的膜厚T為150.67nm及其數(shù)倍，則來自薄膜層4的反射率幾乎為0％，沒有反射光。所以偏離該膜厚T越多，反射光越強(qiáng)。
令k為自然數(shù)，薄膜層4的膜厚T如下T＝(2k-1)×λ/(4×n3)在此情況下是理想的，反射光8、反射光9變成互相增強(qiáng)最大的干擾條件，從薄膜層4來的反射光量增大到非涅爾反射的10倍以上。這樣，能夠觀測由來自薄膜層4的反射光和波導(dǎo)基片1的表面反射光而形成的干擾條紋。利用該干擾條紋觀測，能對研磨中的波導(dǎo)基片1的厚度均勻性進(jìn)行評價。根據(jù)觀測的干擾條件，為減小不均勻性，例如改變研磨時的加重分布，任意進(jìn)行研磨，能使波導(dǎo)基片1均勻地薄片化。
本發(fā)明人，利用上述方法觀測的干擾條紋，在面內(nèi)1條以下的狀態(tài)下進(jìn)行研磨，同時利用臺階高差計來測量波導(dǎo)基片1的厚度絕對值，最后使波導(dǎo)基片1薄片化成功，達(dá)到厚度3.5μm，厚度誤差300nm以下。而且，利用波長632.8nm的光源來進(jìn)行干擾條紋觀測，能判斷出每一條干擾條紋約有300nm的不均勻性。通過實(shí)測，已確認(rèn)，利用該薄片化的波導(dǎo)基片1，通過干法腐蝕，例如形成圖1所示的脊形光波導(dǎo)，能獲得良好的光波導(dǎo)特性。并且，也能在薄片化基片上進(jìn)行周期狀極化反轉(zhuǎn)形成和光波導(dǎo)形成，也能制成波長變換元件。在該波長變換元件中，通過提高光波導(dǎo)的厚度均勻性，能達(dá)到良好的相位匹配狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)高波長變換效率。
而且，用k表示自然數(shù)，膜厚T由下式表示T＝(k×λ)/(2×n3)在此情況下，在反射光8和反射光9之間產(chǎn)生互相減弱的干擾，結(jié)果從薄膜層4來的反射光減到極小，這是因?yàn)楸∧?的一邊的界面上的反射光和另一邊的界面上的反射光的相位偏離π/2。而且，這是n1＞n3、n2＞n3的情況。
在n1＞n3＞n2的情況下，在T＝((2k-1)×λ)/(4×n3)的情況下，反射光減到極小。
也就是說，在n1＞n3、n2＞n3的情況下，膜厚T為T≠(k×λ)/(2×n3)，在n1＞n3＞n2的情況下，可以是T≠((2k-1)×λ)/(4×n3)。
并且，尤其，脊形光波導(dǎo)4的膜厚T，根據(jù)T＝(2k-1)×λ)/(4-n3)在±30nm以內(nèi)的情況下，從薄膜層4來的反射光強(qiáng)度能從最大值減小到5％以下。所以，把薄膜層4的膜厚T設(shè)定在該范圍內(nèi)，容易觀測干擾條紋，所以，希望在該范圍內(nèi)進(jìn)行膜厚控制。而且，在反射光8或反射光9的強(qiáng)度非常小的情況下，反射光8和反射光9即使通過干擾而互相增強(qiáng)，也是從薄膜層4來的反射光強(qiáng)度較小。但是，實(shí)驗(yàn)證明n1和n3的折射率差或n2和n3的折射率差中，如果至少一方不小于0.05，那么，能觀測出于擾條紋。
在第2實(shí)施例中，舉例說明了薄膜層4采用以Ta2O5為主要成分的電介質(zhì)單層膜。薄膜層4的材料并非僅限于此。并且，薄膜層4，關(guān)于多層膜的情況也成立同樣的原理。例如，薄膜層4采用由折射率不同的多層而構(gòu)成的多層膜的情況下，如一般已知的那樣，根據(jù)各層的折射率和層厚度，可以求出低反射條件或高反射條件。
例如，如上所述，在MgO∶LN晶體(對波長632.8nm光的折射率為2.17)的波導(dǎo)基片1上，利用對波長632.8nm光的折射率為2.05和2.10的2種以Ta2O5為主要成分的薄膜來形成多層膜。這時，波導(dǎo)基片1和基體基片2相連接的層采用折射率為2.05的層。并且，把折射率為2.05的層的厚度定為77nm；把折射率為2.10的層的厚度定為75nm，使其交替地進(jìn)行成膜。這樣構(gòu)成的采用9層多層膜的薄膜層4的反射率為2.3％。采用19層多層膜的薄膜層4的反射率為7.1％。這樣，通過對多層膜的各層的折射率和厚度進(jìn)行控制，能控制反射率。
而且，所謂低反射條件是指各層界面上的反射光之間因相位不同而互相抵消，使反射光強(qiáng)度減小的條件。并且，所謂高反射條件，是指相反地各層界面上的反射光之間進(jìn)行合成，使反射光的強(qiáng)度增大的條件。根據(jù)高反射條件來設(shè)計薄膜層4，這樣能使薄膜層4整體的反射光量達(dá)到最大。
而且，在第2實(shí)施例中敘述了把干擾條紋觀測用的光源波長λ定為632.8nm的情況。但是，一般作為測量用途的光源波長，有380nm、410nm、441.6nm、488nm、532nm等。無論對哪個波長，都能用同樣的計算方法來計算出最佳薄膜層4的厚度，能增大從薄膜層4來的反射光量。
以下利用附圖，詳細(xì)說明涉及本發(fā)明第3實(shí)施例的光學(xué)元件。在此，光學(xué)元件采用通過直接接合而制作的光波導(dǎo)型元件為例，作為直接接合的2塊基片，采用強(qiáng)電介質(zhì)晶體的LiNbO3晶體(以下簡稱為LN晶體)基片和摻雜MgO的LiNbO3晶體(以下簡稱MgO∶LN晶體)基片，以此情況為例加以說明。但本發(fā)明并非僅限于本結(jié)構(gòu)。
第3實(shí)施例的光學(xué)元件，其結(jié)構(gòu)是在采用光學(xué)研磨后的2塊基片的接合基片(指接合的二塊一組的基片)的光學(xué)元件中，在接合面的一部分的區(qū)域中具有作為間隙的非接合區(qū)域。
第3實(shí)施例的光學(xué)元件是在對同種類基片或不同種類基片進(jìn)行接合，形成光學(xué)元件的情況下，在接合面的一部分上設(shè)置間隙(非接合區(qū)域)。這樣，能獲得基片厚度方向的折射率臺階(高度)差。因此，例如，對接合基片的一邊進(jìn)行薄片化后進(jìn)行脊形加工，形成光波導(dǎo)，這樣，不管基片的折射率如何，均能制作出光波導(dǎo)型光學(xué)元件。
以下利用附圖，詳細(xì)說明涉及本發(fā)明第3實(shí)施例的光學(xué)元件。圖8是表示涉及本發(fā)明第3實(shí)施例的光學(xué)元件結(jié)構(gòu)的斜視圖。第3實(shí)施例的結(jié)構(gòu)是，不使用第1和第2實(shí)施例的薄膜層4，而是設(shè)置非接合區(qū)域24，這樣在基體基片22和波導(dǎo)基片21的接合面附近獲得折射率臺價差。因此，無論是采用什么材料的波導(dǎo)基片21，都能形成光波導(dǎo)，改善波導(dǎo)特性。所以能提高基片材料的選擇性。
例如，波導(dǎo)基片21采用X切割的MgO∶LN晶體基片。并且，基體基片22采用X切割的LN晶體基片。再者，波導(dǎo)基片21進(jìn)行脊形加工，形成脊形光波導(dǎo)23。并且，光波導(dǎo)23不與基體基片22相連接，在基體基片22和光波導(dǎo)23之間，設(shè)置作為非接合區(qū)域24的間隙(以下簡稱為間隙)。對波導(dǎo)基片21和基體基片22的各主面進(jìn)行光學(xué)研磨。再者，基體基片22的波導(dǎo)基片21側(cè)的面，具有加工成凹狀的非接合區(qū)域24，在對基體基片22和波導(dǎo)基片21進(jìn)行接合的情況下，非接合區(qū)域24變成間隙。非接合區(qū)域24在對波導(dǎo)基片21和基體基片22進(jìn)行接合后，變成將其隔開的間隙。
以下說明制造第3實(shí)施例的光學(xué)元件的方法。首先，在基體基片22上形成非接合區(qū)域24。形成非接合區(qū)域24的方法有很多。例如可以采用干法腐蝕。在基體基片22的一邊的主面上利用RF濺射或EB蒸發(fā)淀積方法形成200nm的Cr膜，利用光刻和濕法腐蝕法來進(jìn)行作為非接合區(qū)域24的區(qū)域的圖形制作。然后，把Cr作為腐蝕掩模，在基體基片22上進(jìn)行干法腐蝕，形成深度為100nm到300nm的非接合區(qū)域24即腐蝕溝槽。然后，利用濕法腐蝕法來除去作為掩模使用的Cr。而且，也可以用上述以外的方法來形成基體基片22。
對作為直接接合面的波導(dǎo)基片21的一邊的主面、以及基體基片22的形成了非接合區(qū)域24的主面進(jìn)行親水性處理。具體來說，對波導(dǎo)基片21和基體基片22分別進(jìn)行直接接合的主面進(jìn)行丙酮超聲波清洗，然后，浸入到氨水∶過氧化氫水∶純水＝1∶1∶6的混合溶液(以下簡稱為氨過氧化氫)中15分以上，用純水清洗后進(jìn)行干燥處理。并且，氨過氧化氫水可以使用一般的濃度、即20％～40％。氨過氧化氫水的濃度最好為30％。
然后，對波導(dǎo)基片21和基體基片22的晶體軸向進(jìn)行對準(zhǔn)，使其與各進(jìn)行了親水性處理的主面進(jìn)行接觸，稍稍加壓，這樣，形成了非接合區(qū)域24的部位除外，使波導(dǎo)基片21和基體基片22形成貼緊狀態(tài)。
再者，通過對該貼緊的波導(dǎo)基片21和基體基片22進(jìn)行熱處理，能獲得直接接合基片。熱處理使用爐子，為防止接合基片剝離和急速加熱造成破損，把升溫速度設(shè)定為50～500℃/小時，在350～800℃下進(jìn)行。
為了在這樣獲得的直接接合基片上形成光波導(dǎo)23，對波導(dǎo)基片21進(jìn)行表面研磨和薄片化，最終把波導(dǎo)基片21的厚度減少到3～4μm。然后，利用光刻來進(jìn)行與光波導(dǎo)23相對應(yīng)的圖形制作，在薄片化的MgO∶LN晶體基片，即波導(dǎo)基片21上通過干法腐蝕來形成1.5～2μm的臺階，這樣形成脊形光波導(dǎo)23。而且，光波導(dǎo)23的兩端面在脊形形成后，進(jìn)行鏡面研磨。
而且，接合基片，可以不形成脊形波導(dǎo)，例如用作衍射光柵，調(diào)制器、偏轉(zhuǎn)器等的光學(xué)元件。
以下進(jìn)一步詳細(xì)說明非接合區(qū)域24。一般在光波導(dǎo)型元件中，向光波導(dǎo)內(nèi)充分封閉光和低損耗光波導(dǎo)是最重要的特性。并且，為了使光波導(dǎo)的傳輸特性在整個光波導(dǎo)中均勻一致，并提高制造的合格率，在光波導(dǎo)形狀控制方面必須確保均勻性。即使在光波導(dǎo)形狀控制中，也是在對接合基片的一邊的基片進(jìn)行薄片化，形成光波導(dǎo)的情況下，尤其薄片化的基片(波導(dǎo)基片21)的厚度均勻性好是必須的條件。
接合面25在波導(dǎo)基片21的主面中，是與基體基片22相接合的面。在接合面25中，波導(dǎo)基片21和基體基片22，有一部分未進(jìn)行接合。這是因?yàn)榈?實(shí)施例的光學(xué)元件在波導(dǎo)基片21和基體基片22之間，具有作為非接合區(qū)域24的間隙。所以，在接合面25中，在形成該間隙區(qū)的范圍內(nèi)形成光波導(dǎo)23，這樣，能在光波導(dǎo)23和間隙之間產(chǎn)生折射率臺階高差。這樣，容易獲得在光波導(dǎo)23的基片厚度方向上的充分的光封閉效應(yīng)。這時，若在光波導(dǎo)23在接合面25上投影的區(qū)域內(nèi)，具有與基體基片22相接合的區(qū)域，則光波導(dǎo)23的光封閉效應(yīng)不充分，波導(dǎo)光的傳輸損耗增大。也就是說，非接合區(qū)域24包括光波導(dǎo)23在接合面25上投影的區(qū)域在內(nèi)，成為比該投影區(qū)域更大的區(qū)域是很重要的。這樣，能充分獲得折射率臺階高差所產(chǎn)生的光封閉效應(yīng)。
形成光波導(dǎo)23的工藝是波導(dǎo)基片21的薄片化后。通過設(shè)置非接合區(qū)域24，在為通過光刻來形成光波導(dǎo)23而進(jìn)行圖形制作時，光波導(dǎo)23和非接合區(qū)域24的位置對準(zhǔn)，以非接合區(qū)域24為基準(zhǔn)，很容易進(jìn)行。并且，例如以基體基片22的晶體軸為基準(zhǔn)來形成非接合區(qū)域24，即可與基體基片22的晶體軸對準(zhǔn)，形成光波導(dǎo)23。這樣，能控制波導(dǎo)損耗。
再者，以下說明與光波導(dǎo)23的寬度方向相同的方向的非接合區(qū)域23的寬度、以及各非接合區(qū)域24之間的光波導(dǎo)23的寬度方向的形成間隔。在形成多個非接合區(qū)域24的情況下，為了取得充分的接合強(qiáng)度以適應(yīng)直接接合后的工藝，要在非接合區(qū)域24之間取得足夠的間隔，在把非接合區(qū)域24的中心之間的間隔設(shè)定為不小于1mm而進(jìn)行形成的情況下，通過實(shí)測已經(jīng)證實(shí)，如果非接合區(qū)域的寬度為1μm～500μm，那么能取得足夠的直接接合強(qiáng)度。并且，通過實(shí)測已證明，非接合區(qū)域24的中心之間的間隔為30μm～1mm，非接合區(qū)域24的寬度不大于30μm，能獲得充分的直接接合強(qiáng)度。再者，例如，若光波導(dǎo)23的寬度為5μm，則與其相適應(yīng)，希望非接合區(qū)域24的寬度為10～30μm。并且，非接合區(qū)域24的寬度為30μm，非接合區(qū)域24的中心之間的間隔最好不小于100μm。
若考慮制作光學(xué)元件時的合格率和大量生產(chǎn)及光波導(dǎo)23的特性，則例如在形成寬度3μm的光波導(dǎo)23的情況下，希望把非接合區(qū)域24的寬度設(shè)定為5～10μm，把非接合區(qū)域24的形成間隔設(shè)定為數(shù)10μm。
并且，若非接合區(qū)域24僅在接合面上的一個方向上形成，則在接合基片的機(jī)械加工(例如切斷和研磨)時，對基片的負(fù)荷取決于非接合區(qū)域24的形成方向，具有偏移傾向。這樣，例如在切斷和研磨時會產(chǎn)生光學(xué)元件的破損。為防止這種現(xiàn)象，非接合區(qū)域24如圖9所示，希望制成格子狀。
圖9是表示非接合區(qū)域24的布置位置的圖，是采用第三象限法的正投影圖。如圖9的俯視圖所示，不僅沿光波導(dǎo)23，而且在與光波導(dǎo)23垂直方向上也布置非接合區(qū)域24。并且，該格子的間隔全都是等間隔。也就是說，非接合區(qū)域24形成等間隔的格子狀。用這種結(jié)構(gòu)，能分散減輕切斷和研磨時的負(fù)荷，所以接合強(qiáng)度高。這時，改變接合區(qū)域的稀密程度，對耐機(jī)械加工強(qiáng)度進(jìn)行了實(shí)際測定，其結(jié)果證明機(jī)械強(qiáng)度高。通過圖形制作，把非接合區(qū)域24在直接接合面內(nèi)布置成等間隔的格子狀，能提高直接接合基片的機(jī)械強(qiáng)度。
以下說明與基片厚度方向相對應(yīng)的非接合區(qū)域24的深度(間隙深度)。如上所述，由于光波導(dǎo)23是脊形結(jié)構(gòu)，所以，光波導(dǎo)23的寬度方向和基體基片22的相反側(cè)的光封閉效應(yīng)很充分。并且，必須使波導(dǎo)光不從光波導(dǎo)23的非接合區(qū)域24側(cè)泄漏。也就是說，非接合區(qū)域24的間隙深度、即大小必須達(dá)到在光波導(dǎo)23中傳播的波導(dǎo)光的滲出光在基體基片22內(nèi)不存在。
因此，間隙深度定為0.005μm～0.5μm，制作第3實(shí)施例的光學(xué)元件，對各元件的特性進(jìn)行評價時，在間隙深度為不小于0.01μm的情況下，光波導(dǎo)23的厚度方向光封閉效應(yīng)未出現(xiàn)惡化。所以，在非接合區(qū)域24充滿空氣的狀態(tài)下，如果非接合區(qū)域24的間隙深度不小于0.01μm，那么，波導(dǎo)光在光波導(dǎo)23中能充分傳播。而且，如上所述，利用干法腐蝕來進(jìn)行非接合區(qū)域24的形成，能使對間隙深度的控制達(dá)到數(shù)個百分點(diǎn)的高精度。
而且，波導(dǎo)基片21和基體基片22采用平行度(厚度均勻性)高的規(guī)格的基片，在波導(dǎo)基片21的研磨、薄片化中也能使厚度控制達(dá)到高精度。例如，厚度薄片化為3μm的波導(dǎo)基片21的厚度均勻性在3英寸晶片面內(nèi)可以達(dá)到±50nm以下。
并且，用直接接合法來對波導(dǎo)基片21和基體基片22進(jìn)行接合時，接合的面的平面度很重要。例如，接合的面的表面光潔度若不小于5nm，則很難進(jìn)行接合。所以，在波導(dǎo)基片21和基體基片22的直接接合處理前，進(jìn)行成膜和腐蝕等工藝的情況下進(jìn)行接合的面的平面度變壞引起關(guān)注。但是，在通過了上述Cr濺射，光刻、濕法腐蝕、干法腐蝕等工藝的基體基片22中，通過實(shí)測已證明，主面的平面度沒有變壞，容易和波導(dǎo)基片21進(jìn)行直接接合。
并且，在波導(dǎo)基片21的研磨、薄片化工序中，空氣間隙部分(非接合區(qū)域24)的破損以及，因有非接合區(qū)域24而造成的接合強(qiáng)度下降、即研磨加工時的剝離等也引起關(guān)注。但是，進(jìn)行直接接合后的波導(dǎo)基片21和基體基片22基片，在直接接合后的工藝(波導(dǎo)基片21的薄片化研磨、光刻、干法腐蝕、端面研磨等)中，未發(fā)現(xiàn)剝離和劣化，也已證明接合狀態(tài)保持得十分良好。
再有，也已確認(rèn)，第3實(shí)施例的光學(xué)元件中的光波導(dǎo)23的波導(dǎo)特性良好，能制成充分的光封閉效應(yīng)和低傳播損耗的光波導(dǎo)。
而且，波導(dǎo)基片21和基體基片22進(jìn)行直接接合，具有非接合區(qū)域24的光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)例中，把基體基片22加工成凹狀，形成了非接合區(qū)域24。但也可以把波導(dǎo)基片21加工成凹狀，形成非接合區(qū)域24，這種結(jié)構(gòu)也容易實(shí)現(xiàn)，具有同樣效果。
并且，波導(dǎo)基片21和基體基片22所用的材料也并不僅限于此，而是通過設(shè)置非接合區(qū)域，不限定各基片的折射率，即可利用不同種類基片之間或相同種類基片之間的直接接合來獲得光學(xué)元件。而且，在基片之間接合時也可以采用直接接合以外的接合。
而且，圖10是表示涉及第3實(shí)施例的光學(xué)元件的另一種結(jié)構(gòu)的斜視圖。如圖10所示，也可以在非接合區(qū)域34內(nèi)設(shè)置光波導(dǎo)33。這種結(jié)構(gòu)，預(yù)先準(zhǔn)備形成了脊形光波導(dǎo)33的波導(dǎo)基片31、以及具有加工形成凹狀的非接合區(qū)域34的基體基片32，作為波導(dǎo)基片31例如采用X切割的MgO∶LN晶體基片。并且，基體基片采用X切割的LN晶體基片。波導(dǎo)基片31和基體基片32的各主面進(jìn)行光學(xué)研磨。基體基片32加工成凹狀，在形成的非接合區(qū)域34內(nèi)，具有光波導(dǎo)33，而且具有對光波導(dǎo)33和基體基片33進(jìn)行隔開的間隙。在該結(jié)構(gòu)中也是直接接合狀態(tài)和光波導(dǎo)33的波導(dǎo)特性良好。
而且，第3實(shí)施例的光學(xué)元件，作為光波導(dǎo)型元件進(jìn)行說明。但并非僅限于光波導(dǎo)型元件。例如也可以在接合面的一部分上，形成周期性的非接合區(qū)域，作為衍射光學(xué)元件。
以下利用附圖，詳細(xì)說明涉及本發(fā)明第4實(shí)施例的光學(xué)元件。
圖11是表示第4實(shí)施例的光學(xué)元件的斜視圖。第4實(shí)施例的光學(xué)元件是在第3實(shí)施例的光學(xué)元件的非接合區(qū)域內(nèi)充填與接合基片的材料不同的材料，例如紫外線固化樹脂，這樣，除了直接接合的基片間的接合強(qiáng)度外，還能得到紫外線固化樹脂的粘接力，能增強(qiáng)接合。這樣，能更加提高接合后的工藝(采用研磨的直接接合基片的薄片化等)中的耐機(jī)械加工強(qiáng)度。
在圖11中，通過將作為X切割的MgO∶LN晶體基片的波導(dǎo)基片41、以及作為X切割的LN晶體基片的基體基片42進(jìn)行接合而構(gòu)成。在基體基片42上，形成加工成凹狀的非接合區(qū)域44，充填寫紫外線固化樹脂47。并且，對波導(dǎo)基片41和基體基片42的各主面進(jìn)行光學(xué)研磨。在圖11中，形成多個非接合區(qū)域44。其數(shù)量并非僅限定于此。而且，該光學(xué)元件，也可以使波導(dǎo)基片41的折射率高于充填在非接合區(qū)域44內(nèi)的紫外線固化樹脂47和基體基片42，把波導(dǎo)基片41作為波導(dǎo)，并可以改變各折射率差，有選擇地進(jìn)行波導(dǎo)。再者，也可以對波導(dǎo)基片41進(jìn)行脊形加工，作為脊形波導(dǎo)使用。
第4實(shí)施例的光學(xué)元件的制造方法，與第3實(shí)施例的光學(xué)元件的制造方法在中途以前是相同的。也就是說，相同的工序是在基體基片42上，例如用RF濺射或EB蒸發(fā)法來進(jìn)行Cr成膜，用光刻和濕法腐蝕法來進(jìn)行Cr圖形制作，進(jìn)行干法腐蝕，形成非接合區(qū)域44。然后，在波導(dǎo)基片41和基體基片42上進(jìn)行親水性處理，形成貼緊狀態(tài)，通過加熱處理來進(jìn)行直接接合。以后的工序與第3實(shí)施例不同。
在用上述制造方法制成的直接接合基片的、作為非接合區(qū)域44而形成的間隙內(nèi)，充填紫外線固化樹脂47。
這時紫外線固化樹脂47利用毛細(xì)管現(xiàn)象而被吸入到直接接合基片內(nèi)部所形成的非接合區(qū)域44內(nèi)，尤其紫外線固化樹脂47采用粘度較低的(大致在60cp以下)，這樣能使毛細(xì)管現(xiàn)象的進(jìn)行速度顯著加快，能使充填更加簡便，時間更短。然后，從直接接合基片表面進(jìn)行紫外線照射。這樣，充填的紫外線固化樹脂47經(jīng)過固化，即可在波導(dǎo)基片41和基體基片22之間獲得很強(qiáng)的粘接力。然后，也可以對該光學(xué)元件例如進(jìn)行脊形加工，制成光波導(dǎo)。并且，此外，根據(jù)用途再進(jìn)行其他加工，或者直接使用。
再者，第4實(shí)施例的光學(xué)元件，當(dāng)機(jī)械加工時，紫外線固化樹脂47變成緩沖材料，也具有分散和減輕基片上承受的負(fù)荷的效果。這樣，例如在對波導(dǎo)基片41進(jìn)行研磨、薄片華時也能降低基片破損和直接接合部分剝離的可能性。并且，在第4實(shí)施例光學(xué)元件例如用作為光波導(dǎo)型光學(xué)元件的情況下，由于非接合區(qū)域44內(nèi)具有充填材料，所以，間隙內(nèi)不會侵入異物與波導(dǎo)基片41相連接，波導(dǎo)特性不會變壞。
而且，在第4實(shí)施例的光學(xué)元件中，其他結(jié)構(gòu)例示于圖12。如圖12所示，也可以使波導(dǎo)基片41和基體基片42再通過薄膜層45進(jìn)行接合。能精密地控制薄膜的厚度均勻性。尤其當(dāng)使用電介質(zhì)作為薄膜時，通過選擇材料，能達(dá)到各種折射率和吸收系數(shù)。
圖12所示的光學(xué)元件的制造方法，與圖11所示的光學(xué)元件的制造方法一樣，形成了非接合區(qū)域44的基體基片42和波導(dǎo)基片41進(jìn)行接合。在此，在波導(dǎo)基片41上例如和第1、第2實(shí)施例所示的形成光學(xué)元件薄膜層4的方法一樣，預(yù)先形成薄膜層45。而且，希望薄膜層45的折射率小于波導(dǎo)基片41和基體基片42，例如采用以Ta2O5為主要成分的單層膜。
具有非接合區(qū)域44的基體基片42和具有薄膜層45的波導(dǎo)基片41，與薄膜層45和基體基片42的形成非接合區(qū)域44的一側(cè)進(jìn)行直接接合。然后，在非接合區(qū)域44內(nèi)充填紫外線固化樹脂47。再者，從直接接合基片表面進(jìn)行紫外線照射，使充填的紫外線固化樹脂47進(jìn)行固化。
并且，在第4實(shí)施例的光學(xué)元件中，再一種結(jié)構(gòu)例示于圖13。如圖13所示，也可以采用這樣的結(jié)構(gòu)、即在基體基片42上，在相同的層上有選擇地形成薄膜層45和非接合區(qū)域44，再在其上面形成波導(dǎo)基片41。上述結(jié)構(gòu)，是在波導(dǎo)基片41或基體基片42上用濺射等方法形成薄膜層45，利用光刻和干法腐蝕進(jìn)行圖形制作，把薄膜層45的一部分除去即可完成。薄膜層45被除去的部位成為非接合區(qū)域44。對波導(dǎo)基片41和基體基片42進(jìn)行直接接合之后，在非接合區(qū)域44內(nèi)充填紫外線固化樹脂47。
如上所述，即使在通過薄膜層45對波導(dǎo)基片41和基體基片42進(jìn)行接合的情況下，也能部分地除去薄膜層45，設(shè)置非接合區(qū)域44，充填紫外線固化樹脂47進(jìn)行固化，從而提高接合強(qiáng)度。
而且，充填到非接合區(qū)域44內(nèi)的材料采用了紫外線固化樹脂，但并非僅限于此。
以下利用附圖，詳細(xì)說明涉及本發(fā)明第5實(shí)施例的光學(xué)元件。
圖14(a)～圖14(d)是按制造工序的順序來表示第5實(shí)施例的光學(xué)元件的正視圖。第5實(shí)施例的光學(xué)元件，其結(jié)構(gòu)是在第3實(shí)施例的光學(xué)元件的非接合區(qū)域上形成電介質(zhì)層。
圖14(d)是制成的光學(xué)元件的狀態(tài)的正視圖。圖14(d)中，由作為X切割的MgO∶LN晶體基片的波導(dǎo)基片51、以及作為X切割的LN晶體基片的基體基片52互相連合而構(gòu)成。在基體基片52上加工成凹狀的區(qū)域內(nèi)形成了電介質(zhì)層55。電介質(zhì)層55例如是以Ta2O5為主要成分的單層膜。
以下說明第5實(shí)施例的光學(xué)元件的制造方法。首先，如圖14(a)所示在基體基片52上形成非接合區(qū)域54。然后，如圖14(b)所示，在基體基片52的表面上，通過濺射來淀積薄膜層55。在基體基片52上形成薄膜層55，所以，例如在該狀態(tài)下，即使進(jìn)行直接接合，也是接合強(qiáng)度低，耐機(jī)械加工的薄膜強(qiáng)度不足。因此，如圖14(c)所示，形成僅在非接合區(qū)域54上淀積薄膜層55的狀態(tài)。具體來說，利用CMP(化學(xué)機(jī)械研磨)設(shè)備，通過研磨來除去非接合區(qū)域54以外的薄膜層55，使包括薄膜層55在內(nèi)的基體基片52的表面平整。而且，已知CMP設(shè)備是精度非常高的研磨設(shè)備，能達(dá)到亞微米以下的研磨量絕對值控制、以及數(shù)10nm以下精度的研磨面平面度。
非接合區(qū)域54的深度為100nm～300nm，淀積的薄膜層55的厚度為150nm～350nm。并且，CMP處理能控制到基體基片52的主面被磨削50nm左右。這樣，使基體基片52的表面完全露出，而且，薄膜層55的表面和基體基片52的表面均很平整。而且，不小于非接合區(qū)域54的深度的淀積薄膜層55，通過CMP處理，能使薄膜層55的表面和基體基片52的表面均很平整。
利用CMP設(shè)備，在研磨的同時，能對研磨面進(jìn)行鏡面研磨。所以不需要另外為直接接合而進(jìn)行鏡面研磨。
如圖14(d)所示，對基體基片52和波導(dǎo)基片51的晶體軸向進(jìn)行對準(zhǔn)，使基體基片52的形成了非接合區(qū)域55的的主面，以及波導(dǎo)基片51的主面進(jìn)行接觸，稍稍加壓使其形成貼緊狀態(tài)，通過加熱處理進(jìn)行直接接合。由CMP設(shè)備進(jìn)行研磨處理的基體基片52，在與波導(dǎo)基片51的直接接合中能實(shí)現(xiàn)與對通常的基片之間進(jìn)行直接接合時大致相同的貼緊狀態(tài)和直接接合狀態(tài)。
在這樣得到的接合基片中，也是通過獲得直接接合的高精度基片貼合，與第1實(shí)施例所示僅薄膜層和基體基片進(jìn)行直接接合時相比，能同時實(shí)現(xiàn)以下兩個目的一是因具有基體基片52和波導(dǎo)基片51的直接接合狀態(tài)，從而大幅度提高了耐機(jī)械加工性；二是由于具有電介質(zhì)薄膜，所以提高了光學(xué)元件的功能(低損耗，高功能)。
而且，即使薄膜層55僅僅形成在非接合區(qū)域54的一部分上亦可。例如，圖15(a)、(b)所示，在形成了光波導(dǎo)53的光學(xué)元件中，薄膜層55形成在波導(dǎo)基片51上，至少形成在光波導(dǎo)53向垂直方向的投影面上即可。若是該結(jié)構(gòu)，則波導(dǎo)光能被充分封閉到波導(dǎo)內(nèi)。這樣，能減小薄膜層55的體積，所以，能降低成本。
以下說明圖15(a)、(b)所示的光波導(dǎo)的制造方法。首先，在形成波導(dǎo)基片51的光波導(dǎo)53的面的相反面上，形成薄膜層55。然后，利用光刻、干法腐蝕來對薄膜層55制作圖形，至少在光波導(dǎo)53的正下面形成薄膜層55。最后，對波導(dǎo)基片51和基體基片52進(jìn)行直接接合。這樣，不進(jìn)行研磨處理，即可制造光學(xué)元件。而且，也可以在非接合區(qū)域54內(nèi)的空間54a內(nèi)充填樹脂等。這樣，將提高接合面的強(qiáng)度。
以下用附圖來說明本發(fā)明第6實(shí)施例的光學(xué)元件。第6實(shí)施例的光學(xué)元件是對已光學(xué)研磨的多個基片進(jìn)行積層，例如對各基片之間分別用直接接合法進(jìn)行接合。再在各基片上周期性地形成非接合區(qū)域。
圖16是表示本發(fā)明第6實(shí)施例的光學(xué)元件的斜視圖。第6實(shí)施例的光學(xué)元件是，在具有非接合區(qū)域的基片上對其他基片進(jìn)行直接接合，對該直接接合后的基片進(jìn)行薄片化，形成非接合區(qū)域，這些工序反復(fù)進(jìn)行，即可形成積層結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件?；w基片62a具有平行地按等間隔來形成的溝槽、即非接合區(qū)域64a。在基體基片62a上，平行地按等到間隔來形成多個棒狀基片62b，使其與非接合區(qū)域64a垂直。在各棒狀的基片62b之間形成溝槽狀的非接合區(qū)域64b。再在基片62b上平行地按等間隔來形成多個棒狀的基片62c，使其與非接合區(qū)域64b垂直。在各棒狀的基片62c之間，形成溝槽狀的非接合區(qū)域64c。
以下說明第6實(shí)施例的光學(xué)元件的制造方法。具體來說，首先，在LN晶體基片的基體基片62a上，例如利用以Cr濺射膜為腐蝕掩模的干法腐蝕法來形成非接合區(qū)域64a。在Cr圖形制作后，以Cr為腐蝕掩模在基體基片62a上進(jìn)行干法腐蝕，按照等間隔來形成深度3μm的條狀腐蝕槽(非接合區(qū)域)。而且，用光刻法制作圖形，能以高精度制作出任意形狀的圖形。例如，也可以用周期狀的多角形圖形來形成非接合區(qū)域。具體來說，能形成圖17所示的光學(xué)元件。也就是說，也可以形成這樣的光學(xué)元件，即周期性地具有6角形腐蝕槽(非接合區(qū)域64d、64e)的基片62d、62e之間，進(jìn)行接合的方式是6角形的周期偏移半周期。
另一方面，與上述情況相同，在LN晶體基片的基片62b的一邊的主面上，形成3μm的腐蝕槽，即非接合區(qū)域64b。而且，基片62b的腐蝕槽的方向，為了使基體基片62a和基片62b的各腐蝕槽的方向分別垂直，在對基體基片62a和基片62b的接合加以考慮后進(jìn)行決定。然后，利用濕法腐蝕來除去用作掩模的Cr，對作為直接接合面的基體基片62a的形成了非接合區(qū)域64a的主面、以及基片62b的形成了非接合區(qū)域64b的主面進(jìn)行親水性處理。然后，對基體基片62a和基片62b的晶體軸向進(jìn)行對準(zhǔn)，使基體基片62a的包括非接合區(qū)域64a的主面、以及基片62b的包括非接合區(qū)域64b的主面進(jìn)行接觸，形成基體基片62a和基片62b的貼緊狀態(tài)。進(jìn)一步對該貼緊基片進(jìn)行熱處理，即可對基體基片62a和基片62b進(jìn)行直接接合，獲得直接接合基片。
在這樣獲得的直接接合基片中，對基片62b進(jìn)行表面研磨、薄片化，把基片62b的厚度減小到2.5μm為止。這樣，基片62b并不是一塊基片，而是多個棒狀基片。進(jìn)一步，利用和上述相同的方法，對形成了采用腐蝕槽的非接合區(qū)域64c的基片62c，和多個棒狀的基片62b進(jìn)行直接接合，并使非接合區(qū)域64b和非接合區(qū)域64c垂直，然后進(jìn)行表面研磨和薄片化。并且，重復(fù)進(jìn)行該作業(yè)，對基片進(jìn)行積層。也就是說在基片上形成非接合區(qū)域，使設(shè)置了非接合區(qū)域的基片的非接合區(qū)域面向接合基片進(jìn)行直接接合，通過研磨使直接接合后的基片薄片化，形成多個棒狀的基片。
在上述工序中，能形成具有周期狀積層結(jié)構(gòu)的晶體基片。這是一種電介質(zhì)，它被稱為光子學(xué)晶體，具有折射率周期性變化的結(jié)構(gòu)，能控制光波。光子學(xué)晶體具有一種對光波有能帶結(jié)構(gòu)的特性，能實(shí)現(xiàn)特有的光波導(dǎo)控制，故引人注目。一般，光子學(xué)晶體采用電子束曝光法進(jìn)行制作，在晶體中周期狀地布置形成直徑為數(shù)100nm～幾百μm的空位。因此，光子學(xué)晶體的制作，需要精細(xì)的加工，所以非常困難。
第6實(shí)施例的光學(xué)元件的制造方法，通過用干法腐蝕來形成非接合區(qū)域，即可形成周期狀的非接合區(qū)域。并且，非接合區(qū)域的大小和形成間隔或者基片的厚度方向深度，可以制作到從亞微米級到幾十微米。所以，采用第6實(shí)施例的光學(xué)元件的制造方法，也能制作光子學(xué)晶體。并且，一般，光子學(xué)晶體的形成采用必須嚴(yán)密控制成分和晶體結(jié)構(gòu)的多晶材料。若采用第6實(shí)施例，則也能用結(jié)構(gòu)均勻的單晶材料來制作。
而且，實(shí)施例中具體所示的構(gòu)成光學(xué)元件的材料及其結(jié)構(gòu)，歸根結(jié)底只是一例，本發(fā)明并非僅限于這些具體例子。并且，接合基片的方法也并非僅限于直接接合。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)元件，其特征在于具有基體基片和波導(dǎo)基片以及薄膜層，上述薄膜層設(shè)置在上述基體基片和波導(dǎo)基片之間，是包含以Ta2O5或Nb2O5為主要成分的膜在內(nèi)的單層或多層結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于上述基體基片和上述薄膜層之間、以及上述波導(dǎo)基片和上述薄膜層之間的至少其一通過直接接合進(jìn)行接合。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于上述波導(dǎo)基片由LiNbxTa(1-x)O3(0≤x≤1)構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于在上述波導(dǎo)基片上形成光波導(dǎo)。
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于上述薄膜層的厚度不小于50nm。
6.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)元件，其特征在于上述薄膜層在通過直接接合法進(jìn)行接合的面上，形成以Ta2O5或Nb2O5中的任意一種為主要成分的膜。
7.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于上述薄膜層是在不低于100℃的溫度氣氛中，在上述基體基片或波導(dǎo)基片上成形的膜。
8.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于上述薄膜層是具有金屬層的多層膜，上述金屬層不是形成在上述波導(dǎo)基片側(cè)的表面上，上述波導(dǎo)基片與上述薄膜層相接合。
9.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)元件，其特征在于上述金屬層形成在上述薄膜層的上述基體基片側(cè)的表面上。
10.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)元件，其特征在于上述金屬層的上述波導(dǎo)基片側(cè)的面與上述波導(dǎo)基片的上述金屬層側(cè)的面距離不小于50nm。
11.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)元件，其特征在于上述金屬層與光入射端表面的距離超過1μm。
12.權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于上述波導(dǎo)基片是對波長λ的光透明的晶體，由對波長λ的光的折射率為n1的材料構(gòu)成；上述基體基片是由對上述波長λ的光的折射率為n2的材料構(gòu)成，上述薄膜層由對上述波長λ的光的折射率為n3的材料構(gòu)成，在n1＞n3、n2＞n3的情況下，上述薄膜層的厚度T為T≠(k×λ)/(2×n3)，在n1＞n3＞n2的情況下，T≠((2k-1)×λ/(4×n3)式中，n3≠n1≠n2，k為自然數(shù)。
13.如權(quán)利要求12所述的光學(xué)元件，其特征在于上述波長λ可以采用380nm、410nm、441.6nm、488nm、532nm、632.8nm中的任一種。
14.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)元件，其特征在于上述波導(dǎo)基片是透明的晶體，上述薄膜層是由折射率不同的多種電介質(zhì)材料構(gòu)成的多層膜結(jié)構(gòu)，在上述預(yù)定波長光垂直地射入上述波導(dǎo)基片內(nèi)的情況下，各層的反射光相位差不會互相抵消。
15.如權(quán)利要求14所述的光學(xué)元件，其特征在于上述透明的結(jié)晶相對于波長為380nm、410nm、441.6nm、448nm、532nm、632.8nm的任一種具有光透過性。
16.一種光學(xué)元件，其特征在于具有波導(dǎo)基片和基體基片，上述波導(dǎo)基片與上述基體基片進(jìn)行接合，在上述波導(dǎo)基片和上述基體基片的接合面上，一部分具有不接合的非接合區(qū)。
17.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)元件，其特征在于上述波導(dǎo)基片和基體基片，通過直接接合法進(jìn)行接合。
18.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)元件，其特征在于上述波導(dǎo)基片與上述基體基片的折射率大致相等。
19.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)元件，其特征在于上述波導(dǎo)基片和上述基體基片之間通過薄膜層進(jìn)行接合。
20.如權(quán)利要求19所述的光學(xué)元件，其特征在于上述波導(dǎo)基片和上述薄膜層之間、以及上述基體基片和上述薄膜層之間，至少其一通過直接接合進(jìn)行接合。
21.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)元件，其特征在于在上述波導(dǎo)基片上形成光波導(dǎo)，上述非接合區(qū)域的寬度超過上述光波導(dǎo)向垂直方向的投影面的寬度，上述投影面位于上述非接合區(qū)域內(nèi)。
22.如權(quán)利要求21所述的光學(xué)元件，其特征在于上述光波導(dǎo)是脊形光波導(dǎo)。
23.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)元件，其特征在于上述非接合區(qū)域利用在厚度方向采用加工成凹狀的方法來形成上述波導(dǎo)基片和上述基體基片的至少一個。
24.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)元件，其特征在于上述非接合區(qū)域的厚度不小于0.01μm。
25.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)元件，其特征在于在非接合區(qū)域上形成折射率比上述波導(dǎo)基片小的充填材料。
26.如權(quán)利要求25所述的光學(xué)元件，其特征在于上述充填材料是紫外線固化樹脂。
27.如權(quán)利要求25所述的光學(xué)元件，其特征在于上述充填材料是電介質(zhì)材料。
28.如權(quán)利要求27所述的光學(xué)元件，其特征在于上述充填材料與上述波導(dǎo)基片相接，至少形成在上述光波導(dǎo)向垂直方向的投影面上。
29.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)元件，其特征在于設(shè)置多個上述非接合區(qū)域，上述非接合區(qū)域形成為等間隔。
30.一種光學(xué)元件的制造方法，其特征在于在波導(dǎo)基片和基體基片的至少一邊的主面上形成作為非接合區(qū)域的凹部，以把上述非接合區(qū)域夾持在上述波導(dǎo)基片和上述基體基片之間的方式，對上述波導(dǎo)基片與基體基片們進(jìn)行接合。
31.如權(quán)利要求30所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于對上述波導(dǎo)基片和上述基體基片中的任一邊的主面，在基片的厚度方向上進(jìn)行凹狀加工，以形成上述凹部。
32.如權(quán)利要求30所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于通過在上述基體基片和上述波導(dǎo)基片的任一邊的主面上形成薄膜，在厚度方向上對該薄膜進(jìn)行凹狀加工，以形成上述凹部。
33.如權(quán)利要求30所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于在進(jìn)行了凹狀加工的面上形成薄膜，對形成了上述薄膜的面進(jìn)行CMP加工，使其平整，以把上述非接合區(qū)域夾持在上述波導(dǎo)基片和基體基片之間的方式，對上述波導(dǎo)基片和上述基體基片的主面之間進(jìn)行直接接合。
34.如權(quán)利要求30所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于在上述基體基片上形成上述凹部，在上述波導(dǎo)基片的主面上形成薄膜，以使上述薄膜形成在上述非接合區(qū)域內(nèi)的方式，對上述波導(dǎo)基片和基體基片之間進(jìn)行接合。
35.如權(quán)利要求30所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于在對上述波導(dǎo)基片和上述基體基片之間進(jìn)行接合之后，在上述波導(dǎo)基片和上述基體基片之間，在通過上述凹部而形成的間隙內(nèi)，充填一種折射率比上述波導(dǎo)基片小的充填材料。
36.如權(quán)利要求30所述的光學(xué)元件的制造方法，其特征在于上述波導(dǎo)基片和上述基體基片之間的接合是直接接合。
37.一種光學(xué)元件的制造方法，其特征在于通過在厚度方向上對基體基片進(jìn)行凹狀加工，形成按等間隔布置的多個溝槽，在上述基體基片上，對其他的上述基體基片進(jìn)行接合，使各上述溝槽互相對向，而且，以各上述溝槽垂直的方式，對上述基片進(jìn)行研磨直至上述溝槽露出為止，由此進(jìn)行形成積層基體基片的積層工序，對上述積層基體基片，按預(yù)定次數(shù)重復(fù)進(jìn)行上述積層工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光學(xué)元件，具有基體基片和波導(dǎo)基片以及薄膜層，上述薄膜層設(shè)置在上述基體基片和上述波導(dǎo)基片之間，是包含以Ta
文檔編號G02B6/12GK1461956SQ0313798
公開日2003年12月17日 申請日期2003年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月31日
發(fā)明者杉田知也, 水內(nèi)公典, 山本和久 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社