CN106716234A - 光器件 - Google Patents

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Abstract

光器件(1)在具有电光效应的基板(4)内具备光波导(5)，在该基板(4)上且光波导(5)的上方具备信号电极(6)，在该基板(4)上的外周部的至少一部分且从信号电极(6)分离的位置设置有兼具接地电极的防剥离膜(7)。

Description

光器件
技术领域
本发明涉及光器件，更详细而言，涉及能够应用于光通信传输技术的高速化、高频化、高集成化、多值调制化的光器件。
本申请主张基于2014年09月30日申请的日本2014-202162号的优先权，将其内容援用于此。
背景技术
近年来，在光通信传输技术中，高速化、高频化、高集成化、多值调制化等的要求进一步提高，对于该光通信传输技术中使用的光器件，也要求应用于高速化、高频化、高集成化、多值调制化等。
以往，对于光器件而言，为了应对与高频化、高集成化相伴的小型化，提出了在具有电光效应的铌酸锂(LiNbO3)等的上表面与信号电极相邻地形成有上部接地电极的共面型结构的光器件(专利文献3)。以下，有时也将共面型结构称为CPW结构。
为了与CPW结构相比提高调制效率，提出了如下的微带结构的光器件：将使用了LiNbO3、树脂等的电光基板薄板化，分别在该基板的上表面形成信号电极且在下表面形成接地电极，由此利用信号电极和接地电极从上下方向夹持电光基板(参见专利文献1、2等)。以下，有时也将微带结构称为MSL结构。
为了在该CPW结构的情况下使特性稳定，还提出了如下的光器件：在电光基板的上表面与信号电极相邻地形成上部接地电极从而形成CPW结构，并且在该电光基板的下表面形成下部接地电极(专利文献3)。这样的光器件中，还提出了可实现微波与光波的速度匹配、微波的阻抗匹配并且能够高速动作的光器件。
此外，还提出了如下结构的光器件：电极层不架设于将晶片切割为各个芯片(光器件)时的切割位置，所述晶片形成有多个利用一对电极层从上下方向夹持光波导的结构的光器件(专利文献4)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-285288号公报
专利文献2：日本特开2009-145475号公报
专利文献3：日本特开2008-250080号公报
专利文献4：日本特开2009-98197号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在将光器件高频化、集成化的情况下，使光器件的接地电极与固定该光器件的壳体或中继基板、终端电阻等外部电路的接地电极之间的电位保持于同一电位很重要。
不过，对于上述专利文献1、2的MSL结构的光器件而言，需要使嵌入于基板的接地电极与壳体等外部的接地电极保持于同一电位。因此，考虑利用过孔将嵌入的接地电极与外部的接地电极电连接，或者对基板的一部分进行加工而使接地电极露出并通过引线接合法使该接地电极与外部的接地电极电连接。但是，存在如下问题：要确保用于形成新的过孔的空间、或者需要新的用于使接地电极露出的加工。
另外，通过集成化等使得芯片尺寸增大时，芯片的中央附近的接地变弱，因此，对电信号的透过特性、反射特性产生影响。此外，还会产生电极间的串扰等而导致特性劣化。因此，在对接地电极的连接进行研究的情况下，空出过孔的位置因其它电极、波导而空间受限，因此，无法设置于所需部位。
还考虑了将背面电极与壳体等外部接地直接连接。但是，为了提高对光波导的调制效率而使基板变薄，因此，需要在基板下设置加强基板，难以将壳体与接地电极直接连接。
另外，对于上述专利文献3的CPW结构的光器件而言，在基板的上表面与信号电极相邻地设置有接地电极。因此，与壳体等外部之间的电连接容易。但是，需要在基板的上表面包含信号电极和接地电极而进行设计，存在设计、制造条件难的问题。
此外，对于上述的专利文献4的在切割位置不架设电极层的结构的光器件而言，通过对下部电极的切割位置进行开口，切割变得容易。但是，基板本身薄，因此存在如下问题：切割、芯片操作处理时引起的倾倒成为起点，而在基板产生破裂，或者在基板上形成的膜容易发生剥离等。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的提供一种光器件，该光器件能够应用于光通信传输技术的高速化、高频化、高集成化、多值调制化，并且不会产生基板的破裂、膜的剥离。
用于解决问题的手段
本发明人为了解决上述问题反复进行了深入研究，结果发现：如果在光器件的基板上的外周部的至少一部分、并且从信号电极分离的位置设置防剥离膜，其中，所述光器件是在具有电光效应的基板内具备光波导，在所述基板上且所述光波导的上方具备对在所述光波导中传输的光波施加电场的信号电极，在所述基板上且从所述信号电极分离的位置具备接地电极而成的光器件，则能够应用于光通信传输技术的高速化、高频化、高集成化、多值调制化，而且不会产生基板的破裂、膜的剥离，从而完成了本发明。
即，本发明的光器件在具有电光效应的基板内具备光波导，在所述基板上且所述光波导的上方具备对在所述光波导中传输的光波施加电场的信号电极，在所述基板上且从所述信号电极分离的位置具备接地电极，其特征在于，在所述基板上的外周部的至少一部分且从所述信号电极分离的位置设置有防剥离膜。
从所述信号电极到所述防剥离膜的距离优选为80μm以上。
所述防剥离膜优选从所述基板的表面的外周缘部分离设置。
所述防剥离膜优选与所述信号电极近似平行地设置。
所述防剥离膜优选由导电性材料构成，且兼作所述接地电极。
优选在所述基板的下侧具备第二接地电极，所述防剥离膜与所述第二接地电极电连接。
发明效果
根据本发明的光器件，在光器件中的基板上的外周部的至少一部分且从信号电极分离的位置设置有防剥离膜，所述光器件在具有电光效应的基板内具备光波导，并在该基板上且光波导的上方具备信号电极，在该基板上且从信号电极分离的位置具备接地电极，因此，该防剥离膜能够防止基板的破裂、膜的剥离。因此，能够容易地应用于光通信传输技术的高速化、高频化、高集成化、多值调制化。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式的光器件的俯视图。
图2是沿着图1的A-A线的剖面图。
图3示出本发明的第二实施方式的光器件的俯视图。
图4是示出本发明的第三实施方式的光器件的俯视图。
图5是示出本发明的第一实施方式的光器件的上部电极间间隙与nm变化率的关系的图。
具体实施方式
对用于实施本发明的光器件的方式进行说明。
在本发明中，取导入了CPW-MSL结构的光器件为例进行说明。
需要说明的是，下述实施方式是为了更好地理解发明的主旨而具体地进行说明的方式，只要没有特别指定，就并非限定本发明。
【第一实施方式】
图1是示出本发明的第一实施方式的光器件的俯视图，图2是沿着图1的A-A线的剖面图。
图中，标号1是本实施方式的光器件，在硅基板等基板2的上表面整个面上设置有背面接地电极(第二接地电极)3。另外，在该背面接地电极3上设置有具有电光效应的基板4。以下，将具有电光效应的基板4也称为EO基板4。另外，在该EO基板4内与该EO基板4的上表面平行地形成有光波导5。
由此，EO基板4中的光波导5的上侧的部分具有作为上部包覆层的功能，光波导5的下侧的部分具有作为下部包覆层的功能。由此，具有作为由下部包覆层、光波导5和上部包覆层构成的光波导元件的功能。
并且，在该EO基板4上且光波导5的上方设置有对在该光波导5中传输的光波施加电场的信号电极6。在该EO基板4上且从信号电极6分离的位置与信号电极6大致平行地设置有由导电性材料构成的防剥离膜7。
该防剥离膜7设置于从EO基板4的表面的外周缘部略微分离的位置且对阻抗、微波有效折射率等信号电极6的特性没有影响的位置(EO基板4的端部)，并由导电性材料构成，通过这两点，而成为兼具上表面接地电极(接地电极)的防剥离膜。
作为该导电性材料，优选使用金及其合金、银及其合金、铂及其合金、铜、铝等导电性金属。
并且，该防剥离膜7即上表面接地电极通过在厚度方向贯通EO基板4的由导电性材料构成的过孔8而与背面接地电极3电连接。
防剥离膜设置于EO基板4的表面的从外周部略微分离的位置以避免在切割时被卷入。作为分离的距离，考虑到切割时的误差等，优选为200μm以上，另外，为了抑制切割、芯片操作处理时引起的倾倒成为起点等的剥离的剥离抑制效果，优选为500μm以下。
另一方面，防剥离膜设置于对信号电极6的阻抗、微波有效折射率等特性没有影响的位置。
通过设置于切割部位的大致整个区域，能够抑制倾倒成为起点。因此，优选在对切割等制造上、电特性等没有影响的部分设置防剥离膜。
防剥离膜与下部接地电极通过过孔连接，由此，电效应和通过机械强度增加，由此防剥离效果提高。
仅出于防剥离的目的，也可以不通过过孔与下部电极连接。
该EO基板4的厚度优选为100μm以下，更优选为30μm以下，进一步优选为10μm以下。
在此，将EO基板4的厚度设定为100μm以下的原因是因为，若EO基板4的厚度超过100μm，则针对位于该EO基板4的内部的光波导5的调制效率降低，难以应对高频化、高集成化，因此不优选。
作为构成该EO基板4的具有电光效应的材料，优选使用铌酸锂(LiNbO3)、钛酸锂(LiTiO3)、PLZT(PbZrO3·PbTiO3：La)等无机系强电介质材料、或者分散有显示出电光效应的有机分子(有机EO分子)的聚合物材料(电光聚合物)。
作为上述电光聚合物，使用对至少一种以上的有机聚合物或无机聚合物、或者将有机聚合物和无机聚合物复合而成的有机无机复合材料等各种聚合物分散或导入至少一种以上的有机EO色素的材料。通过将该电光聚合物用于波导形成层的至少一部分，形成表现出电光效应的波导层。
作为上述聚合物材料，只要是对在光波导中传输的光具有高透过率的材料即可，没有特别限定。可以列举例如聚甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸类树脂、环氧树脂、聚酰亚胺类树脂、有机硅类树脂、聚苯乙烯类树脂、聚酰胺类树脂、聚酯类树脂、酚醛类树脂、聚喹啉类树脂、聚喹喔啉类树脂、聚苯并噁唑类树脂、聚苯并咪唑类树脂等。
另外，作为上述有机EO分子，只要是公知的有机EO分子就没有特别限定。作为有机EO分子，优选具有如下结构的分子：在一个分子中具备具有供电子性的原子团(以下称为“供体”)和具有吸电子性的原子团(以下称为“受体”)两者，并且在供体与受体之间配置有π电子共轭系的原子团。
“供体”可以仅为供电子性的取代基(供电子性取代基)，也可以是供电子性取代基与脂肪族不饱和键、芳香环、杂芳环等π电子系键合而成的原子团。
作为供电子性取代基，只要是具有供电子性的基团就没有特别限定，优选为烷基、烷氧基、氨基等。
“受体”可以仅为吸电子性的取代基(吸电子性取代基)，也可以为供电子性取代基与脂肪族不饱和键、芳香环、杂芳环等π电子系键合而成的原子团。
作为吸电子性取代基，优选卤素原子、卤取代后烷基、氰基、硝基、羰基等。
作为“π电子共轭系的原子团”，优选脂肪族不饱和键、芳香环、杂芳环等。
具体而言，可以列举例如Disperse Red(分散红)类、Disperse Orenge(分散橙)类、二苯乙烯化合物等。
作为“Disperse Red类”，可以例示出Disperse Red1、Disperse Red11、DisperseRed13、Disperse Red17、Disperse Red19等市售的物质。
作为“Disperse Orenge类”，可以例示出Disperse Orange1、Disperse Orange3、Disperse Orange11、Disperse Orange25、Disperse Orange37等市售的物质。
“二苯乙烯”是示意式表示为C6H5CH＝CHC6H5的有机化合物。表示“C6H5”苯基。另外，在此，二苯乙烯主要是指热稳定的反式体。
“二苯乙烯化合物”是在二苯乙烯骨架所具有的两个芳香环的一个芳香环上结合上述供体在另一个芳香环上结合上述受体的化合物。作为“二苯乙烯骨架”，可以是二苯乙烯所具有的两个苯基中的一个被取代为其它芳香环、硫醇或呋喃等杂芳环。
作为二苯乙烯系化合物，可以例示出下述式(1-1)～(1-7)的化合物。
【化1】
如上所说明，根据本实施方式的光器件1，形成如下的光器件：在该EO基板4上且光波导5的上方设置信号电极6，在该EO基板4上且从信号电极6分离的位置与信号电极6大致平行地设置防剥离膜7，由导电性材料构成这些防剥离膜7，由此兼具上表面接地电极；因此，利用这些防剥离膜7能够防止基板的破裂、膜的剥离。而且，能够形成利用一个防剥离膜7兼具上表面接地电极的光器件。因此，能够容易地应用于光通信传输技术的高速化、高频化、高集成化、多值调制化。
需要说明的是，在本实施方式中，设定为在EO基板4上设置有直线状的光波导5的构成，但光波导5的形状可以对应于光器件1所要求的光动作和功能而适当变更。例如，可以为具有Y分支的光波导，也可以为定向耦合器型的分支形状，也可以为使直线状的光波导与分支组合而成的马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉计型的形状，还可以为使这些形状组合而成的形状。
另外，信号电极6和兼具上表面接地电极的防剥离膜7的形状可以根据所要求的光波导的形状进行各种各样的变更。
【第二实施方式】
图3是示出本发明的第二实施方式的光器件11的俯视图。光器件11是在壳体12的底部通过粘接剂等固定第一实施方式的光器件1。在沿着该光器件1的长度方向的一个端部设置有具有连接光器件1和壳体12的连接器等的中继基板13。该光器件1的信号电极6通过金属线14接合于中继基板13。另一方面，防剥离膜7通过金属线14接合于中继基板13、壳体12的底部中的任一者。
对于本实施方式的光器件11而言，也能够发挥与上述光器件1同样的作用效果。
此外，通过金属线14将光器件1的信号电极6接合于中继基板13，通过金属线14将防剥离膜7接合于中继基板13、壳体12的底部的任一者，因此，能够确定光器件1的接地电位。
需要说明的是，在本实施方式的光器件11中，在接合中使用了金属线14，但除金属线14以外也可以使用金属带、导电性粘接剂等。
【第三实施方式】
图4是示出本发明的第三实施方式的光器件21的俯视图。光器件21经由背面接地电极(第二接地电极)在硅基板等基板的上表面整个面上设置有EO基板4。在该EO基板4内与该EO基板4的上表面平行地设置有马赫-曾德尔型光波导22。在该马赫-曾德尔型光波导22的一个分支光波导22a的上方设置有对在该分支光波导22a中传输的光波施加电场的信号电极23。在该EO基板4上且从信号电极23分离的位置设置有由导电性材料构成的防剥离膜24。
另一方面，在马赫-曾德尔型光波导22的另一个分支光波导22b的上方也设置有对在该分支光波导22b中传输的光波施加电场的信号电极23。在该EO基板4上且从信号电极23分离的位置设置有形状不同的由导电性材料构成的防剥离膜24、25、26。这些防剥离膜24、25、26、…设置于从EO基板4的表面的外周缘部略微分离的位置，即对阻抗或微波有效折射率等信号电极23的特性没有影响的位置(EO基板4的端部)，并由导电性材料构成，通过这两点，这些防剥离膜24、25、26、…兼具上表面接地电极(接地电极)。
并且，在EO基板4上且马赫-曾德尔型光波导22的分支光波导22a、22b之间的上方设置有T字型的上表面接地电极(接地电极)27。该上表面接地电极27通过金属线14接合于防剥离膜25，通过金属线14接合于防剥离膜26。
对于本实施方式的光器件21而言，也能够发挥与上述光器件1、11同样的作用效果。
此外，在利用信号S1对分支光波导22a进行调制，利用与信号S1不同的信号S2对分支光波导22b进行调制的情况下，在分支光波导22a与分支光波导22b之间也设置上表面接地电极27，由此能够抑制串扰。
另外，在发生使上表面接地电极27与背面接地电极电连接的情况时，将该上表面接地电极27通过金属线14分别接合于防剥离膜25、26，由此能够缓和形成过孔的位置时的限制。
需要说明的是，在本实施方式的光器件21中，对应于分支光波导22a、22b的形状而将上表面接地电极27的形状设定为T字型，但并非限定于T字型。可以对应于马赫-曾德尔型光波导22的形状和位置、分支光波导22a、22b的形状和位置、马赫-曾德尔型光波导22与上表面接地电极27的位置关系、上表面接地电极27与防剥离膜24、25、26、…的位置关系等进行各种变形。
实施例
下面，通过实施例和比较例对本发明具体地进行说明，但本发明并非受这些实施例限定。
【实施例1】
对于上述光器件1，为了验证信号电极与防剥离膜的间隔的影响，计算微波有效折射率nm。作为基板2的具有电光效应的材料，使用作为EO聚合物的、分散有Disperse Red1的聚甲基丙烯酸甲酯和铌酸锂(LiNbO3)。以下，将EO聚合物简称为聚合物。另外，将铌酸锂简称为LN。在将这样的聚合物和LN各自的膜厚设定为5μm、25μm这两种的共计四种的条件下，在使信号电极6与兼具上表面接地电极的防剥离膜7的间隔、即上部电极间间隙从10μm到100μm以10μm间隔变化的十种、共计四十种的条件下进行计算。
图5是示出四种测定用光器件各自的上部电极间间隙与nm变化率的关系的图。
由图5可知，随着上部电极间间隙变窄，nm发生变化。即，防剥离膜对上部信号电极带来影响，因此，导致对调制效率、阻抗等电特性有影响。因此，由该图可知：通过间隔设定为80μm以上，使得微波有效折射率nm对EO基板的介电常数没有影响。
需要说明的是，本发明并非限定于上述的实施方式。
例如，在图2的构成中也可以设定为在信号电极和防剥离膜上设置有保护信号电极、防剥离膜的膜的结构。由此能够进一步提高防剥离的效果。
作为膜的材料，没有特别限定，例如可以使用聚二甲基硅氧烷等有机硅树脂、聚甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸类树脂等通用的树脂。另外，考虑到因热引起的膨胀，也可以利用与包覆层相同的材料形成膜。
产业上的可利用性
本发明的光器件在具有电光效应的基板内具备光波导，在该基板上且光波导的上方具备对在光波导中传输的光波施加电场的信号电极，在该基板上且从信号电极分离的位置具备接地电极，在这样构成的光器件中的基板上的外周部的至少一部分、且从信号电极分离的位置设置有防剥离膜，由此，该防剥离膜能够防止基板的破裂、膜的剥离。因此，能够容易地应用于光通信传输技术的高速化、高频化、高集成化、多值调制化。因此，对于光传输技术中使用的光波导元件、光分支元件等光波导型元件自不待言，对于要求高频化、高集成化的光器件而言，也能够提高设计的自由度，其工业价值大。
标号说明
1 光器件
3 背面接地电极(第二接地电极)
4 具有电光效应的基板
5 光波导
6 信号电极
7 防剥离膜
8 过孔
11 光器件
12 壳体
14 金属线
21 光器件
22 马赫-曾德尔型光波导
22a、22b 分支光波导
23 信号电极
24、25、26 防剥离膜

Claims (6)

1.一种光器件，在具有电光效应的基板内具备光波导，在所述基板上且所述光波导的上方具备对在所述光波导中传输的光波施加电场的信号电极，在所述基板上且从所述信号电极分离的位置具备接地电极，其特征在于，
在所述基板上的外周部的至少一部分且从所述信号电极分离的位置设置有防剥离膜。
2.如权利要求1所述的光器件，其特征在于，
从所述信号电极到所述防剥离膜的距离为80μm以上。
3.如权利要求1或2所述的光器件，其特征在于，
所述防剥离膜从所述基板的表面的外周缘部分离设置。
4.如权利要求1～3中任一项所述的光器件，其特征在于，
所述防剥离膜与所述信号电极近似平行地设置。
5.权利要求1～4中任一项所述的光器件，其特征在于，
所述防剥离膜由导电性材料构成，且兼作所述接地电极。
6.如权利要求5所述的光器件，其特征在于，
在所述基板的下侧具备第二接地电极，
所述防剥离膜与所述第二接地电极电连接。
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