JP2003202533A

JP2003202533A - 有機導波路型光変調器および有機導波路型光変調器の製造方法

Info

Publication number: JP2003202533A
Application number: JP2001402026A
Authority: JP
Inventors: Yukie Suzuki; 幸栄鈴木
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2003-07-18

Abstract

(57)【要約】【課題】高速性と低電圧駆動を可能にし、他のデバイ
スへのノイズ源とならず、低コストで信頼性の高い光変
調器を提供すること。【解決手段】入射光を外部からの電界の強さに応じて
出射光の位相または強度を変調する有機導波路型光変調
器であって、４−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−Ｎ−ｍ
ｅｔｈｙｌｓｔｙｌｂａｚｏｌｉｕｍ−ｔｏｓｙｌａｔ
ｅ（ＤＡＳＴ）の有機結晶をコア層１０３にもつ光導波
路の一部または全領域を外部からの電界により制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光インタコネクシ
ョンに用いられ、電気光学効果を応用し、特に低電圧で
駆動する有機導波路型光変調器および有機導波路型光変
調器の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】昨今のインターネットに代表されるよう
にＩＴ（情報技術）の急速な進展によって、より多くの
情報をやり取りするために、大容量で高速の光通信の実
現が要求されている。このような社会環境では、幹線系
のネットワークばかりでなくＬＡＮ（ローカルエリアネ
ットワーク）、ネットワーク端末や電子機器間、ボード
間、ＬＳＩチップ間においても光を用いた情報伝達が提
案されている。特に、機器間やボード間、ＬＳＩチップ
間を結ぶインタコネクションにおいては、そこに搭載さ
れているＬＳＩチップの電源電圧は、低電圧の一途をだ
どっており、それらにノイズを与えないためにも、光イ
ンタコネクションに用いられるデバイスは一層の低電圧
化が要求されている。また、電気信号に応じて光を変調
するドライバも低電圧化されており、システム全体の低
消費電力の要求ともあいまって低電圧化の要求が高い。

【０００３】さて、このような低電圧化を実現する構成
要素の一つに電気光学効果を用いた導波路型光変調器が
知られている。電気光学効果（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔ
ｉｃｅｆｆｅｃｔ）は、光学媒体に電界を印加した場
合、電界の強さに応じて媒体の屈折率が変化する現象で
あり、電界に比例する屈折率変化であるポッケルス効果
（Ｐｏｃｋｅｌｓｅｆｆｅｃｔ）と電界の２乗に比例
するカー効果(Ｋｅｒｒｅｆｅｃｔ)とがある。一般に
は、ポッケルス効果のほうがカー効果より大きいため
に、ポッケルス効果が用いられている。

【０００４】光源とは別に独立させて変調器を設ける従
来の外部変調器(ｅｘｔｅｒｎａｌｍｏｄｕｌａｔｏｒ)
の例として、無機強誘電性結晶であるニオブ酸リチウム
ＬｉＮｂＯ₃（ＬＮ）を用いたマッハツェンダ型光変調
器の構成を図４に示す。図において、符号１０は光導波
路、符号１１は制御用電極、符号１２はＬＮ結晶、符号
１３は終端抵抗、符号１４は高周波電源である。

【０００５】図４において、光導波路１０の部分は、適
当な方位で切り出されたＬＮ結晶に、Ｔｉイオンなどを
拡散させることで、屈折率の大きな領域をコア層とし、
Ｔｉの拡散のないＬＮ結晶やシリコン酸化膜のバッファ
層をクラッド層としている。また、外部からの電場は、
ＡｕやＣｕなどの金属からなる進行波電極で、対称ある
いは非対称平面ストリップラインの変調用電極（制御用
電極１１）に印加される。入射光は、入口側のＹ分岐で
２つのポートに分岐され、ポートを伝搬する光は、電極
に印加されたマイクロ波と相互作用して位相変調を起こ
す。この位相変調を生じた光は、他方を伝搬してきた光
と出口側のＹ分岐でプラスに合成され、合成波は位相変
調に起因して強度変調光となる。

【０００６】しかし、このような光変調器では、結晶の
誘電率が約２８と大きいために、マイクロ波の等価屈折
率が結晶の屈折率に対して大きくなり、マイクロ波と光
波の位相速度差により帯域制限を受ける。したがって、
より高帯域化、つまり高速変調するには、電極長さを大
きくし、マイクロ波と光波の相互作用長を大きくする必
要がある。ところが、電極の長さを大きくすると、変調
のための駆動電圧が高くなるので、高速化と低電圧化の
両立が難しいものとなる。実際に、現状のＬＮ変調器の
一例を示すと１０Ｇｂｐｓで５Ｖ駆動と、ＬＳＩチップ
の電源電圧に比べて２、３倍の大きさになっている。

【０００７】一方、有機結晶や有機高分子材料は、誘電
率が無機材料に比べて小さく、薄膜化が可能で大きな電
気光学定数をもつため、低電圧で高速な光変調器として
期待されている。有機高分子材料は、高分子中に二次光
非線形材料を溶解したもの、あるいは二次光非線形材料
を直接またはスペーサー原子団を介して高分子鎖に結合
したものである。これらの高分子材料は、中心対称構造
をなし、電気光学効果を発現させるために直流電圧印加
やコロナ帯電などによる分極処理が必要である。これら
の一例として、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）
にアゾ色素をドープしたもの（Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ
ＯｐｔｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｍｅｒｉｃ
ａ，Ｂ４（１９８７）９６８）がある。しかし、これら
の高分子材料のガラス転移点は低く、分極が温度や経時
変化によって緩和してしまうため、光変調器として信頼
性が低くなる。

【０００８】他方、有機結晶に関しては、化１の構造式
に示す４−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−Ｎ−ｍｅｔｈ
ｙｌｓｔｙｌｂａｚｏｌｉｕｍ−ｔｏｓｙｌａｔｅ（以
下、ＤＡＳＴという）が、東北大学中西研究室において
開発された。

【０００９】

【化１】

【００１０】このＤＡＳＴは、極めて大きな非線形光学
定数Ｄ₁₁＝１０１０ｐｍ／Ｖ（λ＝１．３μｍ）と電気
光学定数ｒ₁₁＝７５ｐｍ／Ｖ（λ＝８２０ｎｍ）を有
し、有機結晶特有の低い誘電率（ε₁＝５．２）である
ために、低電圧、高速の光変調や検波、ミリ波（または
サブミリ波）発生など関心を集めている。有機結晶であ
るため、有機高分子のように分極処理を必要とせず、分
極緩和のような経時変化がなく安定している。実際に改
良シェア法によってＤＡＳＴ結晶の薄膜を形成し、光変
調を行なった報告（Ｍ．Ｔｈａｋｕｒ他、Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．７４（１９９９）６３
５）や、ＤＡＳＴの電気光学効果を用いてその屈折率変
化から信号線を伝搬する電気信号を計測する装置が特開
平８−２６２１１７号公報に開示されている。

【００１１】ＤＡＳＴは、イオン性結晶のため、トルエ
ンやヘキサンなどの一部の無極性有機溶媒を除いて、水
やメタノール、エタノール、プロパノール、アセトンな
どの溶媒に可溶であるために、フォトリソグラフィーを
用いたパターニングが困難で導波路形成が課題となって
いる。

【００１２】唯一、戎能らによって、ＤＡＳＴ結晶上に
ＰＭＭＡリフトオフ層を設けた導波路形成が報告されて
いる（応用物理、６９巻（２０００）５３２）。その従
来例を図５に示す。バルク結晶（ＤＡＳＴ２０）を樹脂
２１に埋め込み、Ｓｉ基板２２に固定した後、リフトオ
フ層であるＰＭＭＡ２３を塗布とベークによって形成
し、その上層に、同様にバッファ層２５とレジスト２４
の塗布を行なう。その後、マスクを用いて露光、現像を
行なうことにより、レジスト２４を導波路パターンに加
工する。さらに、酸素を用いたドライエッチングによ
り、下層のバッファ層２５、リフトオフ層、ＤＡＳＴ結
晶の加工を行ない、ＤＡＳＴ結晶が可溶しないトルエン
溶媒を用いてＰＭＭＡからなるリフトオフ層を除去する
ことで、水や現像液に可溶なＤＡＳＴ結晶を溶かすこと
なく、リッジ型ＤＡＳＴ導波路構造を形成している。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
示されるように従来の光変調器にあっては、高速化と低
電圧化とを両立させるためには、有機結晶のＤＡＳＴを
用いることが有効であるが、図５に示すようなＤＡＳＴ
結晶の製造プロセスでは、リフトオフ層やバッファ層な
ど最終的には除去される層の形成があるため、プロセス
が複雑になり、製造コストが高くなってしまう。また、
上部クラッド層は空気であるので、屈折率差が大きく、
大気中の湿度を吸湿することによるＤＡＳＴ結晶の劣化
が懸念され、信頼性の面で問題があった。

【００１４】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
って、高速性と低電圧駆動を可能にし、他のデバイスへ
のノイズ源とならず、低コストで信頼性の高い光変調器
を提供することを第１の目的とする。

【００１５】また、電気光学効果をもつ有機媒体を導波
路コアにもつ光変調器に関して、フォトリソグラフィや
エッチング、異物による有機媒体の劣化を防止し、かつ
低コストの有機導波路型光変調器の製造方法を提供する
ことを第２の目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１にかかる有機導波路型光変調器にあって
は、入射光を外部からの電界の強さに応じて出射光の位
相または強度を変調する有機導波路型光変調器であっ
て、４−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−Ｎ−ｍｅｔｈｙ
ｌｓｔｙｌｂａｚｏｌｉｕｍ−ｔｏｓｙｌａｔｅ（ＤＡ
ＳＴ）の有機結晶をコア層にもつ光導波路の一部または
全領域を外部からの電界により制御するものである。

【００１７】この発明によれば、電気光学効果に優れた
有機媒体であるＤＡＳＴをコア層に用いた有機導波路型
光変調器を形成し、光導波路の一部または全領域を外部
からの電界により制御することにより、光変調特性が高
く、低電圧駆動が可能な光変調器が実現する。

【００１８】また、請求項２にかかる有機導波路型光変
調器にあっては、前記有機結晶を水分から隔離するパッ
シベーション層を設けたものである。

【００１９】この発明によれば、請求項１において、イ
オン性結晶のＤＡＳＴが水に可溶する性質を考慮し、Ｄ
ＡＳＴを水分から隔離するパッシベーション層を設ける
ことにより、吸湿によるデバイスの劣化を防止する。

【００２０】また、請求項３にかかる有機導波路型光変
調器にあっては、パッシベーション層は、光導波路のク
ラッド層を兼ねるものである。

【００２１】この発明によれば、請求項２において、イ
オン性結晶のＤＡＳＴが水に可溶する性質を考慮し、Ｄ
ＡＳＴを水分から隔離するパッシベーション層とクラッ
ド層を兼ねる層を設けることにより、吸湿によるデバイ
スの劣化を防止する。

【００２２】また、請求項４にかかる有機導波路型光変
調器の製造方法にあっては、入射光を外部からの電界の
強さに応じて出射光の位相または強度を変調する有機導
波路型光変調器の製造方法であって、導波路保持基板上
にクラッド層を形成する第１の工程と、前記第１の工程
で形成されたクラッド層にコア層となる溝をパターニン
グする第２の工程と、前記第２の工程でパターニングさ
れた溝部分に、電気光学効果をもつ有機媒体を形成する
第３の工程と、研磨によって不要な電気光学効果をもつ
有機媒体を除去し、コア層を形成する第４の工程と、上
部クラッド層を形成する第５の工程と、外部からの電圧
制御のための電極を形成する第６の工程と、を含むもの
である。

【００２３】この発明によれば、電気光学効果を示す有
機媒体（有機分子あるいは有機結晶）をコア層に用いた
有機導波路型光変調器であって、下層クラッド部にコア
溝を形成し、そのコア溝に、優れた電気光学効果を示す
有機媒体（ＤＡＳＴ）を埋め込み、有機媒体の特性を劣
化させない溶媒を用いて化学的機械研磨を行ない、上記
溝以外の有機媒体を除去し、コア部分に有機媒体を形成
することにより、フォトリソグラフィやエッチングによ
る有機媒体の劣化を防止した有機導波路型光変調器の製
造方法が実現する。

【００２４】また、請求項５にかかる有機導波路型光変
調器の製造方法にあっては、前記第４の工程は、微粒子
を含む研磨剤を用いる研磨する第１の研磨工程と、前記
第１の研磨工程の後に、微粒子を含む研磨剤を用いない
第２の研磨工程と、からなるものである。

【００２５】この発明によれば、請求項４において、微
粒子を含む研磨剤を用いる第１の研磨工程と、これに引
き続く微粒子を含む研磨剤を用いない第２の研磨工程の
２段階の研磨工程とすることにより、コア層およびクラ
ッド層の研磨面における研磨剤の残留を防止し、異物に
よる光損失を解消することが可能になる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる有機導波路
型光変調器および有機導波路型光変調器の製造方法の好
適な実施の形態について添付図面を参照し、詳細に説明
する。なお、本発明はこの実施の形態に限定されるもの
ではない。

【００２７】本発明は、電気光学効果を示す有機媒体
（有機分子あるいは有機結晶）をコア層に用いた有機導
波路型光変調器であって、下層クラッド部にコア溝を形
成し、そのコア溝に、電気光学効果を示す有機媒体を埋
め込み、有機媒体の特性を劣化させない溶媒を用いて化
学的機械研磨を行ない、上記溝以外の有機媒体を除去
し、コア部分に有機媒体を形成することにより、特にバ
ルクとしての光変調特性は高いが加工が困難であったＤ
ＡＳＴによる有機導波路型光変調器の製造を実現するも
のである。以下、その具体例について説明する。

【００２８】図１は、本発明の実施の形態にかかる有機
導波路型光変調器の製造工程を示す説明図である。光変
調器を形成するために、まず、（ａ）に示すように、基
板１００として、ＳｉＯ₂やＳｉ、ＧａＡｓ（ガリウム
・ヒ素）などの有機材料またはポリイミド樹脂などの有
機材料、およびプリント基板に用いられるガラス入りエ
ポキシ樹脂などのハイブリッド材料を用いる。この基板
１００上に、メッキやスパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒ
ｉｎｇ）、真空蒸着などの公知の薄膜製造方法によって
接地電極１０１を形成する。さらに、接地電極１０１の
上に、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂、アクリル酸エス
テル系樹脂、シリコン樹脂、シアヌレート樹脂などのコ
ア層より屈折率の小さな樹脂を用いてクラッド層１０２
を形成する。

【００２９】続いて、（ｂ）に示すように、上記クラッ
ド層１０２に、マッハツェンダなどの導波路パターンに
したがったコア溝１０３ａを形成する。なお、ここでは
マッハツェンダ型を例にとっているがこれに限定される
ものではなく、方向性結合型であってもよい。パターニ
ングの方法としては、フォトリソグラフィとエッチング
による半導体微細加工を用いたもの、インプリンティン
グやスタンパーなどの型成形によるもの、クラッド層を
感光性樹脂によるものなどがある。さらに、（ｃ）に示
すように、コア溝１０３ａに、電気光学効果を示す有機
媒体１０６を埋め込む。

【００３０】ＤＡＳＴにおいては、徐冷法やシェアー
法、ＰＶＤ（ＰｈｙｓｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏ
ｓｉｔｉｏｎ：物理気相法）などの方法で結晶成長を行
なう。特にＤＡＳＴに関しては、ｂ軸伝搬においてもっ
とも電気光学効果が大きくなることから、導波路方向が
結晶のｂ軸になるように結晶成長させるのが望ましい。

【００３１】一方、有機高分子の場合は、電気光学効果
を示す媒体として、アゾ化合物やスチルベン化合物、ア
ゾメチン化合物、ポリジアセチレン、ポリアセチレン、
金属フタロシアンなどの有機化合物を、アクリル酸エス
テル系樹脂、ポリスチレン系樹脂およびこれらの重水素
化樹脂、あるいはフッ素化樹脂などの基材に分散もしく
は高分子側鎖に結合させた材料を用いることができる。
これらの材料は、スピンコート法に代表される塗布法に
よって容易に形成される。

【００３２】ところで、ＤＡＳＴの場合、水に溶ける性
質があり、また、吸湿すると非線形性が消失するため、
通常のシリカやアルミナを研磨剤として含むスラリーを
用いることはできない。そこで、ＤＡＳＴが不溶な溶
媒、たとえばヘキサンを用い、発泡ウレタンパッドを使
って化学的機械研磨を行ったところ、コア溝１０３ａ部
分にのみＤＡＳＴを残すことができた。また、上述の貧
溶媒とシリカやアルミナを研磨剤として用い、（ｄ）に
示すように、研磨することによって、より短時間に研磨
することができ、コア層１０３を形成することができ
る。この場合、研磨剤を用いた研磨の後に、貧溶媒のみ
で研磨する２段階の研磨工程によって、研磨面に残留す
る研磨剤を効果的に除去することができる。

【００３３】また、研磨剤を用いず、貧溶媒を用いた研
磨に、少量のＤＡＳＴが可溶の溶媒を滴下することによ
っても、研磨速度が向上することも検証された。貧溶媒
としては、ジエチルエーテル、ｎ−ヘキサン、トルエ
ン、酢酸エチルなどであり、少量滴下する可溶性溶媒と
しは、エタノール、プロパノール、クロロホルム、ジメ
チルスルホキシド、酢酸、ブタノンなどがある。

【００３４】有機高分子の場合は、研磨剤として、シリ
カやアルミナを含むスラリーと発泡ウレタンなどからな
る研磨パッドを用い、化学的機械研磨を行うことによ
り、コア溝１０３ａに有機高分子を残すことで、コア層
１０３を形成することができる。この後に、公知技術に
よって、有機高分子基材のガラス転移点以上に加熱しな
がら、コロナ放電などにより分極処理を行ない、冷却し
て配向を固定化し、電気光学効果が発生するように処理
を行なう。分極処理に関しては、最終的な電極を形成し
た後に、直流電界を印加する方法もある。

【００３５】続いて、上述した（ｄ）の工程の後、
（ｅ）に示すように、上層のクラッド層１０２を形成す
る。この工程でも、先に述べたと同様にコア層１０３よ
り屈折率の小さな樹脂を用いる。また、ＤＡＳＴの場
合、融点が２５６℃であるため、加熱して膜形成を行な
う場合は、これより低温で形成する必要がある。同様
に、有機高分子の場合は、コロナ帯電による分極を起こ
らないように、クラッド層１０２より先に形成した場合
は、分極緩和が起こらないように、少なくとも基材のガ
ラス転移点以下で形成する必要がある。また、紫外線樹
脂を用いてもよい。最後に、（ｆ）に示すように、接地
電極１０１と同様に、公知技術によってコプレーナ型の
変調用電極１０５を形成する。

【００３６】このように、接地電極１０１と変調用電極
１０５でコア層１０３を挟み込む構成とすることによ
り、変調用電気信号の電界の閉じ込めが大きく、より低
電圧動作に対して有効となる。また、接地電極１０１を
コア層１０３の下にしているが、コア層１０３に対し
て、接地電極１０１と変調用電極１０５とを逆の配置に
しても効果は同じである。また、構成を簡単にするた
め、従来のようにコア層１０３の一方側にのみ電極を形
成してもよい。

【００３７】導波路に関しては、周囲のクラッド層１０
２とコア層１０３の屈折率差を最適化することによっ
て、単一モード導波路が形成されるので、上下の電極間
隔を小さくしても、電極を構成する金属による光損失の
効果を小さくすることができ、実用上支障のないレベル
でより有効に電圧印加できるため、低電圧動作が可能に
なる。

【００３８】また、電界がかかる部分、つまり電気光学
効果による変調に寄与する部分だけ溝パターンを形成
し、その部分にのみＤＡＳＴを形成してもよい。この場
合、導波路の一部のみをＤＡＳＴで形成する。特に、チ
ップ間などの光インタコネクションのように、変調器を
光配線としての光導波路や回析格子などのマイクロ光学
素子と集積化する場合に有効であり、低損失な光導波路
と光変調器部分の機能が分離され、より高性能な集積デ
バイスが実現する。

【００３９】上述した製造方法では、基板１００上に多
数の変調器を同時に、少ない工数で、有機材料を用いて
形成するので、低コストの変調器を提供することができ
る。また、先に述べたようにチップ間光インタコネクシ
ョンの集積化にも、光配線としての導波路と一体化する
ことができるため、低コスト化が実現する。

【００４０】この実施の形態では、ＤＡＳＴの吸湿性を
防止するためのパッシベーション膜は、ＳｉＯ₂、Ｓｉ
Ｎ、ＳｉＯＮなどの無機質やポリイミド、エポキシ樹
脂、シリコン樹脂を用いることができる。

【００４１】つぎに、以上説明した有機導波路型光変調
器の製造方法によって実現される有機導波路型光変調器
の具体的な構成例について説明する。

【００４２】（構成例１）図２は、本発明の実施の形態
にかかる有機導波路型光変調器の第１の構成例を示す断
面図である。図２において、基板１００としてポリイミ
ド基板を用い、その基板１００上に、金からなる接地電
極１０１をメッキ法で形成する。その上層に、光導波路
用ＰＭＭＡ樹脂をスピンコートし、クラッド層１０２を
形成する。さらに、マッハツェンダ干渉計の導波路パタ
ーンマスクを用い、フォトリソグラフィと酸素ガスを用
いた反応性イオンエッチングを行ない、コア溝を形成す
る。コア溝のサイズは、幅６μｍ、深さ６μｍとする。

【００４３】さらに、メタノールを溶媒に用いた徐冷法
によって、ＤＡＳＴを結晶成長させる。結晶方位につい
ては種結晶によって導波路方向をｂ軸となるようにす
る。このときコア溝以外にも、結晶成長したＤＡＳＴが
存在する。そこで、発泡ウレタンパッドＩＣ−１０００
／ＳＵＢＡＩＶ（ローデル製）を用い、貧溶媒としてヘ
キサンを、ＤＡＳＴが可溶する溶媒としてジメチルスル
ホキシドを滴下しながら研磨を行ない、コア溝以外のＤ
ＡＳＴを除去し、ＤＡＳＴからなるコア層１０３を形成
する。さらに、この上に、ＰＭＭＡをスピンコートし、
上部クラッド層を形成する。

【００４４】さらに、この上層に、ＳｉＨ₄とＮＨ₃ガス
を原料に、プラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐ
ｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長法）によっ
て、ＳｉＮ膜を形成する。また、変調用電極１０５とし
て、コプレーナ型導波路をスパッタ法で形成する。この
ようにして、マッハツェンダ型のチャネル型導波路をも
つ光変調器を作製する。

【００４５】したがって、このように作製された有機導
波路型光変調器において、波長１．３μｍのレーザ光を
入射しながら同軸ケーブルを介して電極間の変調信号を
入力したところ、約１．５Ｖと低い駆動電圧で光強度変
調ができることが確認された。また、パッシベーション
の効果によって特性の劣化は見られなかった。なお、こ
こでは、パッシベーション層１０４を上部のクラッド層
１０２と変調用電極１０５の間に形成したが、変調用電
極１０５上でもかまわない。クラッド層１０２とパッシ
ベーション層１０４をそれぞれ形成しているため、最適
化した材料を用いることができる。

【００４６】（構成例２）図３は、本発明の実施の形態
にかかる有機導波路型光変調器の第２の構成例を示す断
面図である。図３において、基板１００として表面を熱
酸化したシリコンウェハーを用い、その基板１００上
に、金からなる接地電極１０１をメッキ法で形成する。

【００４７】上記接地電極１０１の上層に、エポキシ系
紫外線硬化樹脂をスピンコートし、クラッド層１０２を
形成する。さらに、マッハツェンダ干渉計の導波路パタ
ーンマスクを用い、フォトリソグラフィと酸素ガスを用
いた反応性イオンエッチングを行ない、コア溝を形成す
る、コア溝のサイズは、幅６μｍ、深さ６μｍとする。

【００４８】さらに、メタノールを溶媒に用いた徐冷法
によって、ＤＡＳＴを結晶成長させる。結晶方位につい
ては種結晶によって導波路方向をｂ軸となるようにす
る。このときコア溝以外にも、結晶成長したＤＡＳＴが
存在する。そこで、発泡ウレタンパッドＩＣ−１０００
／ＳＵＢＡＩＶ（ローデル製）を用い、粒径０．３μｍ
のアルミナ研磨剤とヘキサンを使って研磨を行ない、そ
の後、不織布パッドＳｕｐｒｅｍｅＩＶ（ローデル製）
とヘキサンのみを用いて仕上げの研磨を行ない、コア溝
以外のＤＡＳＴを除去し、コア層１０３を形成する。

【００４９】さらに、コア層１０３の上に、ポリイミド
膜（東芝ケミカル製ＣＴ４１１２Ａ１、焼成温度１８０
℃）をスピンコートし、厚さ８μｍの上層クラッド層兼
パッシベーション層１１０を形成する。この上層クラッ
ド層兼パッシベーション層１１０の上に、変調用電極１
０５として、コプレーナ線路型金属極をスパッタ法で形
成する。このようにして、マッハツェンダ型のチャネル
型導波路をもつ光変調器を作製する。

【００５０】したがって、このように作製された有機導
波路型光変調器において、波長１．３μｍのレーザ光を
入射しながら同軸ケーブルを介して電極間の変調信号を
入力したところ、約１．５Ｖと低い駆動電圧で光強度変
調ができることが確認された。また、パッシベーション
の効果によって特性の劣化は見られなかった。さらに、
クラッド層とパッシベーション層を兼用することによっ
て、プロセス工程が少なくなり、低コストの光変調器を
提供することができる。

【００５１】（構成例３）ここでは、前述した構成例１
（図２参照）と同一構造で、コア層が有機高分子からな
る有機導波路型光変調器を作製する。基板１００とし
て、表面を熱酸化したシリコンウェハーを用い、その基
板１００上に金からなる接地電極１０１をメッキ法で形
成する。さらに、接地電極１０１の上層に、エポキシ系
紫外線硬化樹脂をスピンコートし、構成例１と同様にし
てマッハツェンダ導波路パターンのコア溝を形成する。
ＰＭＭＡに４−Ｎ，Ｎジエチルアミノ−４−ニトロスチ
ルベンを２％溶解した高分子材料を、コア溝を形成した
クラッド層１０２上にスピンコートし、コア溝を埋め込
む。

【００５２】続いて、発泡ウレタンパッドＩＣ−１００
０／ＳＵＢＡＩＶ（ローデル製）を用い、シリカを含ん
だスラリーＳＳ−１２（キャボット製）を使って研磨す
る。その後、不織布パッドＳｕｐｒｅｍｅＩＶ（ローデ
ル製）と純水のみを用いて仕上げ研磨を行ない、コア溝
以外の有機高分子を除去し、コア層１０３を形成する。

【００５３】ここで、１５０℃に加熱しながらコロナ帯
電により分極処理を行ない、冷却して配向を固定する。
この上に、エポキシ系紫外線硬化樹脂をスピンコート
し、上層クラッド層を形成する。この上に、変調用電極
１０５としてコプレレーナ線路型金属極をメッキ法で形
成する。このようにして、有機材料を用いて塗布や研磨
により、簡単なプロセスで、低コストのマッハツェンダ
型のチャネル型導波路をもつ光変調器を提供することが
できる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる有
機導波路型光変調器（請求項１）によれば、電気光学効
果に優れた有機媒体であるＤＡＳＴをコア層に用いた有
機導波路型光変調器を形成し、光導波路の一部または全
領域を外部からの電界により制御することにより、光変
調特性が高く、低電圧駆動が可能になるので、他のデバ
イスへのノイズ源とならない低コストで信頼性の高い光
変調器を提供することができる。

【００５５】また、本発明にかかる有機導波路型光変調
器（請求項２）によれば、請求項１において、イオン性
結晶のＤＡＳＴが水に可溶する性質を考慮し、ＤＡＳＴ
を水分から隔離するパッシベーション層を設けることに
より、吸湿によるデバイスの劣化を防止するため、低コ
ストで信頼性の高い光変調器が実現する。

【００５６】また、本発明にかかる有機導波路型光変調
器（請求項３）によれば、請求項２において、イオン性
結晶のＤＡＳＴが水に可溶する性質を考慮し、ＤＡＳＴ
を水分から隔離するパッシベーション層とクラッド層を
兼ねる層を設けることにより、吸湿によるデバイスの劣
化を防止するため、プロセス工程が削減され、より低コ
ストで信頼性の高い光変調器が実現する。

【００５７】また、本発明にかかる有機導波路型光変調
器の製造方法（請求項４）によれば、電気光学効果を示
す有機媒体（有機分子あるいは有機結晶）をコア層に用
いた有機導波路型光変調器であって、下層クラッド部に
コア溝を形成し、そのコア溝に、優れた電気光学効果を
示す有機媒体（ＤＡＳＴ）を埋め込み、有機媒体の特性
を劣化させない溶媒を用いて化学的機械研磨を行ない、
上記溝以外の有機媒体を除去し、コア部分に有機媒体を
形成するので、従来において加工困難であったフォトリ
ソグラフィやエッチングによる有機媒体の劣化を防止し
た低コストの有機導波路型光変調器の製造方法を実現す
ることができる。

【００５８】また、本発明にかかる有機導波路型光変調
器の製造方法（請求項５）によれば、請求項４におい
て、微粒子を含む研磨剤を用いる第１の研磨工程と、こ
れに引き続く微粒子を含む研磨剤を用いない第２の研磨
工程の２段階の研磨工程とすることにより、コア層およ
びクラッド層の研磨面における研磨剤の残留を防止し、
異物による光損失を解消することが可能になるため、低
コストの有機導波路型光変調器の製造方法を実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる有機導波路型光変
調器の製造工程を示す説明図である。

【図２】本発明の実施の形態にかかる有機導波路型光変
調器の第１の構成例を示す断面図である。

【図３】本発明の実施の形態にかかる有機導波路型光変
調器の第２の構成例を示す断面図である。

【図４】従来のＬｉＮｂＯ₃を用いたマッハツェンダ型
光変調器の構成を示す断面図である。

【図５】従来におけるＤＡＳＴ結晶の光導波路プロセス
を示す説明図である。

【符号の説明】

１００基板１０１接地電極１０２クラッド層１０３コア層１０３ａコア溝１０５変調用電極１０４パッシベーション層１０６有機媒体１１０クラッド層兼パッシベーション層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射光を外部からの電界の強さに応じて
出射光の位相または強度を変調する有機導波路型光変調
器であって、４−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−Ｎ−ｍｅｔｈｙｌｓ
ｔｙｌｂａｚｏｌｉｕｍ−ｔｏｓｙｌａｔｅ（ＤＡＳ
Ｔ）の有機結晶をコア層にもつ光導波路の一部または全
領域を外部からの電界により制御することを特徴とする
有機導波路型光変調器。
【請求項２】前記有機結晶を水分から隔離するパッシ
ベーション層を設けたことを特徴とする請求項１に記載
の有機導波路型光変調器。
【請求項３】前記パッシベーション層は、光導波路の
クラッド層を兼ねることを特徴とする請求項２に記載の
有機導波路型光変調器。
【請求項４】入射光を外部からの電界の強さに応じて
出射光の位相または強度を変調する有機導波路型光変調
器の製造方法であって、導波路保持基板上にクラッド層を形成する第１の工程
と、前記第１の工程で形成されたクラッド層にコア層となる
溝をパターニングする第２の工程と、前記第２の工程でパターニングされた溝部分に、電気光
学効果をもつ有機媒体を形成する第３の工程と、研磨によって不要な電気光学効果をもつ有機媒体を除去
し、コア層を形成する第４の工程と、上部クラッド層を形成する第５の工程と、外部からの電圧制御のための電極を形成する第６の工程
と、を含むことを特徴とする有機導波路型光変調器の製造方
法。
【請求項５】前記第４の工程は、微粒子を含む研磨剤を用いる研磨する第１の研磨工程
と、前記第１の研磨工程の後に、微粒子を含む研磨剤を用い
ない第２の研磨工程と、からなることを特徴とする請求項４に記載の有機導波路
型光変調器の製造方法。