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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024106914
(43)【公開日】2024-08-08
(54)【発明の名称】複合基板
(51)【国際特許分類】
G02B 6/122 20060101AFI20240801BHJP
G02B 6/12 20060101ALI20240801BHJP
【ＦＩ】
G02B6/122
G02B6/12 371
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023011413
(22)【出願日】2023-01-27
(71)【出願人】
【識別番号】000004064
【氏名又は名称】日本碍子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002365
【氏名又は名称】弁理士法人サンネクスト国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山口 省一郎
(72)【発明者】
【氏名】坂井 淳二
(72)【発明者】
【氏名】野本 祐輝
【テーマコード（参考）】
2H147
【Ｆターム（参考）】
2H147BA05
2H147EA02C
2H147EA05C
2H147EA13A
2H147EA13C
2H147EA14A
2H147EA14B
2H147FA04
2H147FA06
2H147FA07
2H147FA09
2H147FC01
2H147FC05
2H147FC08
2H147FC09
2H147FD15
2H147FF06
(57)【要約】
【課題】光導波路において高い光閉じ込め効果を有し、かつ信頼性が高い複合基板を実現する。
【解決手段】複合基板１００は、第１の光導波路を含む導波基板１０と、導波基板１０を支持する支持基板４０と、導波基板１０と支持基板４０の間に設けられた接合層２０と、第１の光導波路の延在方向と直交する方向において接合層２０の間に設けられた空隙部２１とを有する。導波基板１０と支持基板４０とは、接合層２０を介して互いに接合され、空隙部２１の少なくとも一部は、導波基板１０の厚み方向から見て第１の光導波路と重なっている。
【選択図】図１
【解決手段】複合基板１００は、第１の光導波路を含む導波基板１０と、導波基板１０を支持する支持基板４０と、導波基板１０と支持基板４０の間に設けられた接合層２０と、第１の光導波路の延在方向と直交する方向において接合層２０の間に設けられた空隙部２１とを有する。導波基板１０と支持基板４０とは、接合層２０を介して互いに接合され、空隙部２１の少なくとも一部は、導波基板１０の厚み方向から見て第１の光導波路と重なっている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の光導波路を含む導波基板と、
前記導波基板を支持する支持基板と、
前記導波基板と前記支持基板の間に設けられた接合層と、
前記第１の光導波路の延在方向と直交する方向において前記接合層の間に設けられた空隙部と、を有し、
前記導波基板と前記支持基板とは、前記接合層を介して互いに接合され、
前記空隙部の少なくとも一部は、前記導波基板の厚み方向から見て前記第１の光導波路と重なっている、複合基板。
前記導波基板を支持する支持基板と、
前記導波基板と前記支持基板の間に設けられた接合層と、
前記第１の光導波路の延在方向と直交する方向において前記接合層の間に設けられた空隙部と、を有し、
前記導波基板と前記支持基板とは、前記接合層を介して互いに接合され、
前記空隙部の少なくとも一部は、前記導波基板の厚み方向から見て前記第１の光導波路と重なっている、複合基板。
【請求項2】
請求項１に記載の複合基板において、
前記接合層はアモルファスＳｉ、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３のいずれかで構成される、
複合基板。
前記接合層はアモルファスＳｉ、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３のいずれかで構成される、
複合基板。
【請求項3】
請求項１に記載の複合基板において、
前記接合層と前記支持基板の間に配置される中間層を有する、複合基板。
前記接合層と前記支持基板の間に配置される中間層を有する、複合基板。
【請求項4】
請求項３に記載の複合基板において、
前記中間層は、前記空隙部を間に挟んで前記第１の光導波路と対向して配置される第２の光導波路を含む、複合基板。
前記中間層は、前記空隙部を間に挟んで前記第１の光導波路と対向して配置される第２の光導波路を含む、複合基板。
【請求項5】
請求項４に記載の複合基板において、
前記中間層はＳｉＯ２で構成され、
前記第２の光導波路は、Ｓｉ、ＳｉＮのいずれかで構成される、複合基板。
前記中間層はＳｉＯ２で構成され、
前記第２の光導波路は、Ｓｉ、ＳｉＮのいずれかで構成される、複合基板。
【請求項6】
請求項４に記載の複合基板において、
前記第２の光導波路は、前記中間層の内部に埋没または一部が前記空隙部に表面が露出した状態で形成され、
前記第２の光導波路と前記空隙部の間における前記中間層の厚みは２μｍ以下である、複合基板。
前記第２の光導波路は、前記中間層の内部に埋没または一部が前記空隙部に表面が露出した状態で形成され、
前記第２の光導波路と前記空隙部の間における前記中間層の厚みは２μｍ以下である、複合基板。
【請求項7】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の複合基板において、
前記導波基板は、前記第１の光導波路に対応する他の部分よりも厚みが大きい形状であるリッジ部を有し、
前記リッジ部を含む前記導波基板の厚みをｔ（μｍ）、前記空隙部の幅をｗ（μｍ）とすると、ｔおよびｗは以下の式を満たす、複合基板。
５μｍ≦ｗ≦３０×ｔ
前記導波基板は、前記第１の光導波路に対応する他の部分よりも厚みが大きい形状であるリッジ部を有し、
前記リッジ部を含む前記導波基板の厚みをｔ（μｍ）、前記空隙部の幅をｗ（μｍ）とすると、ｔおよびｗは以下の式を満たす、複合基板。
５μｍ≦ｗ≦３０×ｔ
【請求項8】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の複合基板において、
前記導波基板と前記接合層の間に配置されるクラッド層を有する、複合基板。
前記導波基板と前記接合層の間に配置されるクラッド層を有する、複合基板。
【請求項9】
請求項８に記載の複合基板において、
前記クラッド層はＳｉＯ２で構成される、複合基板。
前記クラッド層はＳｉＯ２で構成される、複合基板。
【請求項10】
請求項８に記載の複合基板において、
前記導波基板は、前記第１の光導波路に対応する他の部分よりも厚みが大きい形状であるリッジ部を有し、
前記リッジ部を含む前記導波基板と前記クラッド層との合計厚みをｔ（μｍ）、前記空隙部の幅をｗ（μｍ）とすると、ｔおよびｗは以下の式を満たす、複合基板。
５μｍ≦ｗ≦３０×ｔ
前記導波基板は、前記第１の光導波路に対応する他の部分よりも厚みが大きい形状であるリッジ部を有し、
前記リッジ部を含む前記導波基板と前記クラッド層との合計厚みをｔ（μｍ）、前記空隙部の幅をｗ（μｍ）とすると、ｔおよびｗは以下の式を満たす、複合基板。
５μｍ≦ｗ≦３０×ｔ
【請求項11】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の複合基板において、
前記導波基板を覆うクラッド膜を有する、複合基板。
前記導波基板を覆うクラッド膜を有する、複合基板。
【請求項12】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の複合基板において、
前記導波基板は、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、Ｓｉ、ＳｉＣのいずれかで構成される、複合基板。
前記導波基板は、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、Ｓｉ、ＳｉＣのいずれかで構成される、複合基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光学素子に使用される複合基板に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、二枚の基板を接合した複合基板を形成し、この複合基板の一方の基板を薄板化してからリッジ加工することで光導波路を形成する技術が知られている。例えば特許文献１には、導波基板とベース基板とを備え、導波基板とベース基板とが接合されていて、導波基板とベース基板との接合面において、一部に、接合していない非接合領域を備えており、この非接合領域に紫外線硬化樹脂が充填されたものが記載されている。これにより、非接合領域と光導波路との間に屈折率段差を生じさせ、光導波路における光閉じ込め効果を十分に得るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００８－２５０３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１の構造では、非接合領域に充填されている樹脂が経年劣化により変形し、導波基板とベース基板の接合に影響を及ぼすおそれがあるため、長期の信頼性が低いという課題があった。また、樹脂の材質によっては光導波路を伝搬する光の一部が樹脂に漏洩するおそれがあり、その場合には光伝搬特性が悪化するという課題もあった。
【0005】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、光導波路において高い光閉じ込め効果を有し、かつ信頼性が高い複合基板を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明による複合基板は、第１の光導波路を含む導波基板と、前記導波基板を支持する支持基板と、前記導波基板と前記支持基板の間に設けられた接合層と、前記第１の光導波路の延在方向と直交する方向において前記接合層の間に設けられた空隙部と、を有し、前記導波基板と前記支持基板とは、前記接合層を介して互いに接合され、前記空隙部の少なくとも一部は、前記導波基板の厚み方向から見て前記第１の光導波路と重なっている。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、光導波路において高い光閉じ込め効果を有し、かつ信頼性が高い複合基板を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の第１の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図2】本発明の第１の実施形態に係る複合基板の製造工程の一例を示す図である。
【図3】本発明の第１の実施形態に係る複合基板の製造工程の一例を示す図である。
【図4】本発明の第２の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図5】本発明の第２の実施形態に係る複合基板の製造工程の一例を示す図である。
【図6】本発明の第２の実施形態に係る複合基板の製造工程の一例を示す図である。
【図7】本発明の第３の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図8】本発明の第４の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。
【図9】本発明の変形例に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。また、図面は説明をより明確にするため、実施の形態に比べ、各部の幅、厚み、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。
【0010】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態における光学素子用の複合基板１００は、導波基板１０が接合層２０および中間層３０を介して支持基板４０に接合された構造を有している。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態における光学素子用の複合基板１００は、導波基板１０が接合層２０および中間層３０を介して支持基板４０に接合された構造を有している。
【0011】
導波基板１０は、第１の光導波路を含む基板であり、その一部に段差を設けることで、第１の光導波路に対応するリッジ部１１を他の部分よりも厚みが大きくなるように形成する加工（リッジ加工）が施されている。導波基板１０の材料には、例えばＬＮ（ＬｉＮｂＯ３：ニオブ酸リチウム）やＬＴ（ＬｉＴａＯ３：タンタル酸リチウム）、Ｓｉなどが用いられる。導波基板１０の厚みは、第１の光導波路を通る光の波長が１．５５μｍである場合、例えばリッジ部１１を含めて３００ｎｍ～５μｍ程度である。より好ましくは、第１の光導波路を通る光の波長をλ（μｍ）とし、リッジ部１１を含む導波基板１０の厚みをｔ（μｍ）とすると、以下の式（１）を満たす範囲で導波基板１０の厚みを決定すると良い。
λ／５≦ｔ≦４×λ ・・・（１）
λ／５≦ｔ≦４×λ ・・・（１）
【0012】
接合層２０は、導波基板１０を支持基板４０に接合する層であり、導波基板１０と支持基板４０の間に設けられている。導波基板１０は、接合に好適な接合面が形成された接合層２０を介して支持基板４０に直接接合されることで、支持基板４０との接合を強固に行うことができる。接合層２０の材料には、例えばアモルファスＳｉ、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３などが用いられる。接合層２０の厚みは、例えば１ｎｍ～５０ｎｍである。
【0013】
導波基板１０と支持基板４０の間には、接合層２０が部分的に形成されていない空隙部２１が存在する。この空隙部２１は、第１の光導波路であるリッジ部１１の延在方向と直交する方向（図１の左右方向）において接合層２０の間に設けられており、導波基板１０のリッジ部１１を複合基板１００の厚み方向から見たときに、少なくともリッジ部１１が占める領域よりも広い範囲となるように設けられている。すなわち、空隙部２１の少なくとも一部は、導波基板１０の厚み方向から見てリッジ部１１と重なっている。これにより、第１の光導波路として機能するリッジ部１１と空隙部２１との間に屈折率段差が生じるようにして、リッジ部１１における光閉じ込め効果が得られるようにしている。空隙部２１の厚みは、接合層２０の厚みと等しく、例えば１ｎｍ～５０ｎｍである。また、空隙部２１の幅は、例えば１０μｍである。
【0014】
図１に示すように、リッジ部１１を含む導波基板１０の厚みをｔ（μｍ）とし、空隙部２１の幅をｗ（μｍ）とすると、ｔおよびｗは以下の式（２）の関係を満たすことが好ましく、式（３）の関係を満たすことがさらに好ましい。このようにすれば、空隙部２１の存在により後述の薄板加工工程において導波基板１０が空隙部２１側に変形したり、低圧環境下で空隙部２１内の空気が膨張して導波基板１０が空隙部２１と反対側に変形したりするのを効果的に防ぐことができる。
ｗ≦３０×ｔ ・・・（２）
ｗ≦２０×ｔ ・・・（３）
ｗ≦３０×ｔ ・・・（２）
ｗ≦２０×ｔ ・・・（３）
【0015】
一方、空隙部２１が光閉じ込め効果を十分に発揮するためには、空隙部２１の幅ｗは少なくとも５μｍ以上であることが好ましい。
【0016】
中間層３０は、接合層２０と支持基板４０の間に配置されており、例えばＳｉＯ２の非晶質体などを用いて構成される。中間層３０の内部には、例えばＳｉやＳｉＮを用いて構成された第２の光導波路３１が設けられている。この第２の光導波路３１は、空隙部２１を間に挟んで、導波基板１０のリッジ部１１と対向して配置されている。
【0017】
第２の光導波路３１は、例えば中間層３０の内部に埋没して形成され得る。この場合、第２の光導波路３１と空隙部２１の間における中間層３０の厚みは、例えば２μｍ以下である。あるいは、第２の光導波路３１は、例えば中間層３０の空隙部２１側の表面において、少なくともその一部が露出した状態で形成され得る。この場合、第２の光導波路３１と空隙部２１の間における中間層３０の厚みは０である。
【0018】
ここで、導波基板１０の第１の光導波路（リッジ部１１）を通る光と、中間層３０の第２の光導波路３１を通る光との間において、所望の光結合を実現するためには、これらの光導波路間の距離を、例えば５００ｎｍ程度またはそれ以下とすることが好ましい。この条件を満たすように、空隙部２１の厚み（接合層２０の厚み）と、第２の光導波路３１と空隙部２１の間における中間層３０の厚みとが設定され得る。また、中間層３０と支持基板４０の界面から第２の光導波路３１までの間隔は、例えば１μｍ以上であることが好ましい。
【0019】
接合層２０や中間層３０は、任意の適切な方法により成膜され得る。例えば、スパッタリング、真空蒸着、イオンビームアシスト蒸着（ＩＡＤ）等の物理蒸着、化学蒸着、原子層堆積（ＡＬＤ）法により成膜され得る。接合層２０や中間層３０の成膜は、例えば、室温（２５℃）～３００℃で行うことができる。また、接合層２０における空隙部２１の形成は、例えば接合層２０の一部をエッチングにより除去することによって行うことができる。
【0020】
支持基板４０は、導波基板１０を支持する。支持基板４０としては、任意の適切な基板が用いられ得る。支持基板４０は、単結晶体で構成されてもよく、多結晶体で構成されてもよい。また、金属で構成されてもよい。支持基板４０を構成する材料としては、好ましくは、シリコン、サイアロン、サファイア、コージェライト、ムライト、ガラス、石英、水晶、アルミナ、ＳＵＳ、鉄ニッケル合金（４２アロイ）および黄銅からなる群から選択される。支持基板４０の厚みとしては、例えば０．３～１ｍｍであるが、これ以外にも任意の適切な厚みが採用され得る。
【0021】
上記シリコンは、単結晶シリコンであってもよく、多結晶シリコンであってもよく、高抵抗シリコンであってもよい。また、支持基板４０は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）であってもよい。
【0022】
代表的には、上記サイアロンは、窒化ケイ素とアルミナとの混合物を焼結して得られるセラミックスであり、例えば、Ｓｉ６－ｗＡｌｗＯｗＮ８－ｗで示される組成を有する。具体的には、サイアロンは、窒化ケイ素中にアルミナが混合された組成を有しており、式中のｗはアルミナの混合比率を示している。ｗは、好ましくは０．５以上４．０以下である。
【0023】
代表的には、上記サファイアはＡｌ２Ｏ３の組成を有する単結晶体であり、上記アルミナはＡｌ２Ｏ３の組成を有する多結晶体である。アルミナは、好ましくは透光性アルミナである。
【0024】
代表的には、上記コージェライトは、２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２の組成を有するセラミックスであり、上記ムライトは、３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２～２Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２の範囲の組成を有するセラミックスである。
【0025】
以上説明した複合基板１００は、例えば２つの光導波路間での光結合を利用する光通信用の光学素子として使用される。なお図示しないが、複合基板１００は、任意の層をさらに有していてもよい。このような層の種類・機能、数、組み合わせ、配置等は、目的に応じて適切に設定され得る。
【0026】
複合基板１００は、任意の適切な形状で製造され得る。１つの実施形態においては、いわゆるウェハの形態で複合基板１００が製造され得る。また、複合基板１００のサイズは、例えばウェハ（基板）の直径が５０ｍｍ～１５０ｍｍなど、目的に応じて適切に設定され得る。
【0027】
【0028】
図２（ａ）は、複合基板１００の製造工程のうち準備工程を示している。この工程では、例えば厚み０．３ｍｍのＬＮ基板１０Ａを用意する。なお前述のように、ＬＮ基板の代わりにＬＴ基板やＳｉ基板を使用することも可能であるが、以下の説明ではこれらの場合を含めて「ＬＮ基板１０Ａ」と称することとする。
【0029】
図２（ｂ）は、複合基板１００の製造工程のうち接合層２０の成膜工程を示している。この工程では、図２（ａ）の準備工程で用意したＬＮ基板１０Ａの表面上に、例えば３０ｎｍの厚みでアモルファスＳｉを成膜することで、接合層２０が形成される。
【0030】
【0031】
図２（ｄ）は、複合基板１００の製造工程のうち接合工程を示している。この工程では、まず支持基板４０の上に中間層３０が形成され、その中間層３０の内部に第２の光導波路３１が形成されたものを用意する。例えば、ＳｉＯ２の非晶質体による層が成膜された支持基板４０を用意し、この支持基板４０上にＳｉやＳｉＮを成膜した後、第２の光導波路３１を形成する部分以外のＳｉ膜またはＳｉＮ膜をエッチングにより除去する。こうして第２の光導波路３１が形成された支持基板４０上に、さらにＳｉＯ２の非晶質体を全体的に成膜することで、中間層３０が形成され、その中間層３０の内部に第２の光導波路３１が形成された支持基板４０を用意することができる。この支持基板４０に対して図２（ｂ）、（ｃ）と同様の工程を行うことにより、中間層３０の上に接合層２０を形成してその一部を除去する。そして、図２（ｃ）の除去工程で得られたＬＮ基板１０Ａと、上記工程で得られた支持基板４０とに対して、それぞれの接合層２０にＦＡＢ（Fast Atom Beam）の照射等を行うことで活性化処理を行った後、互いの接合層２０同士を接合して複合基板１００を形成する。この接合においては、エッチングで除去された基板同士が位置合せされるようにアライメントマークを介して接合する。接合精度としては約±２μｍの精度で接合することができる。
【0032】
なお、図２（ｄ）の接合工程を行った後、複合基板１００を所定温度、例えば４００℃程度まで加熱してもよい。このようにすれば、接合層２０による接合強度を保ちつつ、導波基板１０における光導波路の光伝搬特性を改善することができる。
【0033】
図３（ｅ）は、図２（ｄ）の接合工程後に得られる複合基板１００を示している。この複合基板１００では、接合工程によってＬＮ基板１０Ａ側の接合層２０と支持基板４０側の接合層２０からそれぞれ除去された部分同士が一体化することで、図３（ｅ）に示すように、ＬＮ基板１０Ａと中間層３０の間に空隙部２１が形成される。
【0034】
図３（ｆ）は、複合基板１００の製造工程のうち薄板加工工程を示している。この工程では、図３（ｅ）に示した接合工程後の複合基板１００に対して、ＬＮ基板１０Ａを所定の厚みまで研磨して薄板化する。例えば、研削加工、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish）加工、ガスクラスターイオンビームを用いた表面平坦化加工などを用いて、ＬＮ基板１０Ａを研磨して薄板化することができる。
【0035】
図３（ｇ）は、複合基板１００の製造工程のうちリッジ加工工程を示している。この工程では、図３（ｆ）の薄板加工工程で薄板化されたＬＮ基板１０Ａに対して、さらに前述のリッジ加工を行うことにより、光導波路として機能するリッジ部１１を形成し、第１の光導波路を含む導波基板１０を形成する。例えば、レーザー光を用いた加工や、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等のドライエッチングにより、リッジ加工を行うことができる。
【0036】
以上の各工程により、図１に示した構造の複合基板１００が製造される。
【0037】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態における光学素子用の複合基板１１０は、第１の実施形態で説明した図１の複合基板１００に対して、導波基板１０と接合層２０の間にクラッド層５０がさらに配置された構造を有している。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態における光学素子用の複合基板１１０は、第１の実施形態で説明した図１の複合基板１００に対して、導波基板１０と接合層２０の間にクラッド層５０がさらに配置された構造を有している。
【0038】
クラッド層５０は、図２（ｄ）で説明した接合工程において接合層２０の活性化処理を行う際に、導波基板１０をＦＡＢの照射から保護するために設けられている。クラッド層５０は、中間層３０と同様に、例えばＳｉＯ２の非晶質体などを用いて構成される。クラッド層５０の厚みは、例えば１０ｎｍ程度である。
【0039】
図４に示すように、リッジ部１１を含む導波基板１０とクラッド層５０との合計厚みをｔ（μｍ）とし、空隙部２１の幅をｗ（μｍ）とすると、ｔおよびｗは前述の式（２）の関係を満たすことが好ましく、式（３）の関係を満たすことがさらに好ましい。このようにすれば、第１の実施形態で説明した複合基板１００と同様に、空隙部２１の存在により薄板加工工程において導波基板１０やクラッド層５０が空隙部２１側に変形したり、低圧環境下で空隙部２１内の空気が膨張して導波基板１０やクラッド層５０が空隙部２１と反対側に変形したりするのを効果的に防ぐことができる。また、第１の実施形態と同様に、空隙部２１が光閉じ込め効果を十分に発揮するためには、空隙部２１の幅ｗは少なくとも５μｍ以上であることが好ましい。
【0040】
【0041】
図５（ａ）は、複合基板１１０の製造工程のうち準備工程を示している。この工程では、第１の実施形態で説明した図２（ａ）の工程と同様に、例えば厚み０．３ｍｍのＬＮ基板１０Ａを用意し、このＬＮ基板１０Ａの表面上に例えば１０ｎｍの厚みでＳｉＯ２の非晶質体を成膜することで、クラッド層５０を有するＬＮ基板１０Ａを作製する。
【0042】
図５（ｂ）は、複合基板１１０の製造工程のうち接合層２０の成膜工程を示している。この工程では、図５（ａ）の準備工程で用意したＬＮ基板１０Ａ上に形成されたクラッド層５０の表面上に、第１の実施形態で説明した図２（ｂ）の工程と同様の手法により、例えば３０ｎｍの厚みでアモルファスＳｉを成膜することで、接合層２０が形成される。
【0043】
図５（ｃ）は、複合基板１１０の製造工程のうち接合層２０の除去工程を示している。この工程では、第１の実施形態で説明した図２（ｃ）の工程と同様に、図５（ｂ）の成膜工程で形成された接合層２０の一部をエッチングにより除去する。
【0044】
図５（ｄ）は、複合基板１１０の製造工程のうち接合工程を示している。この工程では、第１の実施形態で説明した図２（ｄ）の工程と同様に、まず支持基板４０の上に中間層３０が形成され、その中間層３０の内部に第２の光導波路３１が形成されたものを用意し、この支持基板４０に対して、中間層３０の上に接合層２０を形成してその一部を除去する。そして、図５（ｃ）の除去工程で得られたＬＮ基板１０Ａと、上記工程で得られた支持基板４０とに対して、それぞれの接合層２０に活性化処理を行った後、互いの接合層２０同士を接合して複合基板１１０を形成する。この接合においては、エッチングで除去された基板同士が位置合せされるようにアライメントマークを介して接合する。接合精度としては約±２μｍの精度で接合することができる。
【0045】
図６（ｅ）は、図５（ｄ）の接合工程後に得られる複合基板１１０を示している。この複合基板１１０では、接合工程によってＬＮ基板１０Ａ側の接合層２０と支持基板４０側の接合層２０からそれぞれ除去された部分同士が一体化することで、図６（ｅ）に示すように、クラッド層５０と中間層３０の間に空隙部２１が形成される。
【0046】
図６（ｆ）は、複合基板１１０の製造工程のうち薄板加工工程を示している。この工程では、第１の実施形態で説明した図３（ｆ）の工程と同様に、図６（ｅ）に示した接合工程後の複合基板１１０に対して、ＬＮ基板１０Ａを所定の厚みまで研磨して薄板化する。
【0047】
図６（ｇ）は、複合基板１１０の製造工程のうちリッジ加工工程を示している。この工程では、第１の実施形態で説明した図３（ｇ）の工程と同様に、図６（ｆ）の薄板加工工程で薄板化されたＬＮ基板１０Ａに対してリッジ加工を行い、光導波路として機能するリッジ部１１を形成し、第１の光導波路を含む導波基板１０を形成する。
【0048】
以上の各工程により、図４に示した構造の複合基板１１０が製造される。
【0049】
（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態における光学素子用の複合基板１２０は、第１の実施形態で説明した図１の複合基板１００に対して、導波基板１０と支持基板４０の間に中間層３０が設けられておらず、導波基板１０が接合層２０を介して支持基板４０に接合された構造を有している。
図７は、本発明の第３の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態における光学素子用の複合基板１２０は、第１の実施形態で説明した図１の複合基板１００に対して、導波基板１０と支持基板４０の間に中間層３０が設けられておらず、導波基板１０が接合層２０を介して支持基板４０に接合された構造を有している。
【0050】
なお、本実施形態においても第１の実施形態と同様に、リッジ部１１を含む導波基板１０の厚みをｔ（μｍ）とし、空隙部２１の幅をｗ（μｍ）とすると、ｔおよびｗは前述の式（２）の関係を満たすことが好ましく、式（３）の関係を満たすことがさらに好ましい。また、空隙部２１が光閉じ込め効果を十分に発揮するためには、空隙部２１の幅ｗは少なくとも５μｍ以上であることが好ましい。
【0051】
図示しないが、本実施形態の複合基板１２０については、第１の実施形態で説明した図２（ａ）～（ｃ）の各工程を実施し、その後に図２（ｄ）の工程では中間層３０を形成せずに、支持基板４０の上に接合層２０を形成してその一部を除去し、ＬＮ基板１０Ａと支持基板４０にそれぞれ形成された接合層２０同士を接合する。こうして形成された複合基板１２０に対して図３の各工程を行うことで、図７に示す構造を有する複合基板１２０を製造することができる。
【0052】
（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態における光学素子用の複合基板１３０は、第３の実施形態で説明した図７の複合基板１２０に対して、導波基板１０と接合層２０の間にクラッド層５０がさらに配置された構造を有している。
図８は、本発明の第４の実施形態に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態における光学素子用の複合基板１３０は、第３の実施形態で説明した図７の複合基板１２０に対して、導波基板１０と接合層２０の間にクラッド層５０がさらに配置された構造を有している。
【0053】
なお、本実施形態においても第２の実施形態と同様に、リッジ部１１を含む導波基板１０とクラッド層５０との合計厚みをｔ（μｍ）とし、空隙部２１の幅をｗ（μｍ）とすると、ｔおよびｗは前述の式（２）の関係を満たすことが好ましく、式（３）の関係を満たすことがさらに好ましい。また、空隙部２１が光閉じ込め効果を十分に発揮するためには、空隙部２１の幅ｗは少なくとも５μｍ以上であることが好ましい。
【0054】
図示しないが、本実施形態の複合基板１３０については、第２の実施形態で説明した図５（ａ）～（ｃ）の各工程を実施し、その後に図５（ｄ）の工程では中間層３０を形成せずに、支持基板４０の上に接合層２０を形成してその一部を除去し、ＬＮ基板１０Ａと支持基板４０にそれぞれ形成された接合層２０同士を接合する。こうして形成された複合基板１３０に対して図６の各工程を行うことで、図８に示す構造を有する複合基板１３０を製造することができる。
【0055】
（変形例）
図９は、本発明の変形例に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。第１、第２の実施形態でそれぞれ説明した複合基板１００，１１０において、図９（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示すように、導波基板１０の表面をクラッド膜６０で覆うようにしてもよい。クラッド膜６０は、中間層３０やクラッド層５０と同様に、例えばＳｉＯ２の非晶質体などを用いて構成される。例えば、スパッタリング等の手法を用いて導波基板１０の表面にＳｉＯ２を成膜することで、クラッド膜６０を形成可能である。このとき、リッジ部１１の側壁にもクラッド膜６０を成膜可能な手法を採用することが好ましい。
図９は、本発明の変形例に係る複合基板の概略構成を示す模式的な断面図である。第１、第２の実施形態でそれぞれ説明した複合基板１００，１１０において、図９（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示すように、導波基板１０の表面をクラッド膜６０で覆うようにしてもよい。クラッド膜６０は、中間層３０やクラッド層５０と同様に、例えばＳｉＯ２の非晶質体などを用いて構成される。例えば、スパッタリング等の手法を用いて導波基板１０の表面にＳｉＯ２を成膜することで、クラッド膜６０を形成可能である。このとき、リッジ部１１の側壁にもクラッド膜６０を成膜可能な手法を採用することが好ましい。
【0056】
なお、図９（ａ）、（ｂ）では複合基板１００，１１０において導波基板１０の表面にクラッド膜６０が形成された例をそれぞれ示したが、第３、第４の実施形態でそれぞれ説明した複合基板１２０，１３０において、導波基板１０の表面にクラッド膜６０を形成してもよい。
【0057】
以上説明した本発明の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
【0058】
（１）複合基板１００～１３０は、第１の光導波路を含む導波基板１０と、導波基板１０を支持する支持基板４０と、導波基板１０と支持基板４０の間に設けられた接合層２０と、第１の光導波路の延在方向と直交する方向において接合層２０の間に設けられた空隙部２１とを有する。導波基板１０と支持基板４０とは、接合層２０を介して互いに接合され、空隙部２１の少なくとも一部は、導波基板１０の厚み方向から見て第１の光導波路と重なっている。このようにしたので、光導波路において高い光閉じ込め効果を有し、かつ信頼性が高い複合基板を実現することができる。
【0059】
（２）複合基板１００，１１０は、接合層２０と支持基板４０の間に配置される中間層３０を有する。また、中間層３０は、空隙部２１を間に挟んで導波基板１０の第１の光導波路と対向して配置される第２の光導波路３１を含む。このようにしたので、２つの光導波路間での光結合を利用する光通信用の光学素子を実現できる。
【0060】
（３）中間層３０はＳｉＯ２で構成され、第２の光導波路３１は、Ｓｉ、ＳｉＮのいずれかで構成され得る。このようにすれば、光伝搬特性に優れた第２の光導波路３１を実現できる。
【0061】
（４）第２の光導波路３１は、中間層３０の内部に埋没または一部が空隙部２１に表面が露出した状態で形成され、第２の光導波路３１と空隙部２１の間における中間層３０の厚みは２μｍ以下であり得る。このようにすれば、導波基板１０の第１の光導波路を通る光と、中間層３０の第２の光導波路３１を通る光との間において、所望の光結合を実現できる。
【0062】
（５）導波基板１０は、導波基板１０の第１の光導波路に対応する、他の部分よりも厚みが大きい形状であるリッジ部１１を有する。複合基板１００，１２０において、リッジ部１１を含む導波基板１０の厚みをｔ（μｍ）、空隙部２１の幅をｗ（μｍ）とすると、ｔおよびｗは「５μｍ≦ｗ≦３０×ｔ」の式を満たすことが好ましい。このようにすれば、導波基板１０の変形を防止できる。
【0063】
（６）複合基板１１０，１３０は、導波基板１０と接合層２０の間に配置されるクラッド層５０を有する。このようにしたので、接合層２０の活性化処理を行う際に導波基板１０を保護することができる。
【0064】
（７）クラッド層５０はＳｉＯ２で構成され得る。このようにすれば、用途に応じて任意の材料でクラッド層５０を構成できる。
【0065】
（８）導波基板１０は、導波基板１０の第１の光導波路に対応する、他の部分よりも厚みが大きい形状であるリッジ部１１を有する。複合基板１１０，１３０において、リッジ部１１を含む導波基板１０とクラッド層５０との合計厚みをｔ（μｍ）、空隙部２１の幅をｗ（μｍ）とすると、ｔおよびｗは「５μｍ≦ｗ≦３０×ｔ」の式を満たすことが好ましい。このようにすれば、導波基板１０の変形を防止できる。
【0066】
（９）複合基板１００～１３０は、導波基板１０を覆うクラッド膜６０を有することもできる。このようにすれば、導波基板１０の第１の光導波路の光伝搬特性を向上するとともに、外部環境から導波基板１０を保護することができる。
【0067】
（１０）導波基板１０は、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、Ｓｉ、ＳｉＣのいずれかで構成され得る。このようにすれば、用途に応じて任意の材料で導波基板１０を構成できる。
【0068】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、任意の構成要素を用いて実施可能である。
【0069】
上記の実施形態や変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【0070】
１０：導波基板
１０Ａ：ＬＮ基板
１１：リッジ部（第１の光導波路）
２０：接合層
２１：空隙部
３０：中間層
３１：第２の光導波路
４０：支持基板
５０：クラッド層
６０：クラッド膜
１００，１１０，１２０，１３０：複合基板
１０Ａ：ＬＮ基板
１１：リッジ部（第１の光導波路）
２０：接合層
２１：空隙部
３０：中間層
３１：第２の光導波路
４０：支持基板
５０：クラッド層
６０：クラッド膜
１００，１１０，１２０，１３０：複合基板
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】