JP2004226861A

JP2004226861A - 導波路型光デバイス及びその製造方法

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Publication number: JP2004226861A
Application number: JP2003016848A
Authority: JP
Inventors: Shinji Taniguchi; 眞司谷口; Tadao Nakazawa; 忠雄中澤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【目的】本発明は導波路型光デバイス及びその製造方法に関し、広帯域化が可能なデバイスの提供が主な目的である。
【構成】本発明による導波路型光デバイスは、電気光学効果を呈する材質から形成され光を導波する光導波路１２を有する導波路基板２と、光導波路に電界を与えるために導波路基板上に設けられた電極２２とを備えている。この光デバイスは、電極の導波路基板に対向する部分に湾曲部２２Ａが形成されている点で特徴付けられる。この構成によると、電極の導波路基板に対向する部分に湾曲部を形成しているので、電極の形状に起因する導体損を小さくして、広帯域化が可能になる。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は導波路型光変調器等の導波路型光デバイス及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＬｉＮｂＯ_３及びＬｉＴａＯ_２等の電気光学効果を呈する導波路基板に比較的高屈折率な光導波路（コア部）を形成し、光導波路に電界を印可するための電極を導波路基板上に形成してなる導波路型光デバイスが知られている。パターニング技術により直線状の光導波路を形成すれば導波路型位相変調器が得られるし、マッハツェンダ干渉計として機能するように光導波路の形状を工夫すれば導波路型強度変調器が得られる。
【０００３】
マッハツェンダ型の強度変調器では、光導波路は、一定強度の光が入力される入力光導波路と、入力光導波路の先端から２分岐するように形成された第１及び第２の平行光導波路と、第１及び第２の平行光導波路が合流する出力光導波路とを含む。第１及び第２の平行光導波路上にはそれぞれ第１及び第２の電極が形成されている。
【０００４】
第１及び第２の電極の間に予め定められた大きさの電圧を印可することによって、第１及び第２の平行光導波路の少なくとも一方には電界が与えられ、第１及び第２の平行光導波路の一方の屈折率が相対的に他方の屈折率よりも高くなる。その結果、第１及び第２の平行光導波路に導波される光には位相差が生じ、位相差が生じた２つの光が出力光導波路で合流するときに、位相差に応じた強度の出力光が得られることとなる。例えば、バイナリ入力信号の２値に対応させて位相差が零及びπになるような設定により、効率の良い強度変調を行うことができる。
【０００５】
変調信号がマイクロ波の領域にあるような高速変調に上述のマッハツェンダ型変調器を適用する場合、第１及び第２の電極は進行波型に構成される。即ち、第１及び第２の電極の一方を接地電極、他方を信号電極とし、これらの一端側を抵抗器で終端して他端側からマイクロ波としての変調信号を入力する。
【０００６】
電極の断面形状等を変化させることによりマイクロ波の実効屈折率や導体損を調節することができるので、光とマイクロ波の速度を整合させることや導体損を低減することによって、広帯域の光応答特性を得ることができる。
【０００７】
尚、関連技術として、特開昭６４−９１１１号公報、特開平４−２８８５１８号公報、特開平３−２２９２１４号公報に記載されている技術がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
電極は、一般的には、レジストパターンを用いたパターン技術により、湿式メッキ等の手法を用いて形成される。導波路基板上にメッキにより析出した金属層の断面は一般的には概ね長方形であるので、電極が導波路基板に接触している部分の電極の側壁面は導波路基板に対して直角又はそれに近い角度をなしていることになる。
【０００９】
このように角がある電極底面部の形状であると、マイクロ波の減衰、特に導体損が生じることになり、導波路型光デバイスの広帯域化の妨げとなっていた。
【００１０】
よって、本発明の目的は、電極の形状に起因する導体損を小さくして、広帯域化が可能な導波路型光デバイス及びその製造方法を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は以下の説明から明らかになる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、電気光学効果を呈する材質から形成され光を導波する光導波路を有する導波路基板と、光導波路に電界を与えるために導波路基板上に設けられた電極とを備えた導波路型光デバイスが提供される。この光デバイスは、電極の導波路基板に対向する部分に湾曲部が形成されている点で特徴付けられる。
【００１３】
この構成によると、電極の導波路基板に対向する部分に湾曲部を形成しているので、電極の形状に起因する導体損を小さくして、広帯域化が可能な導波路型光デバイスの提供が可能になる。
【００１４】
本発明の他の側面によると、導波路型光デバイスの製造方法が提供される。この方法は、導波路基板上の電極が形成されるべき部分を除いてレジストを形成するステップと、レジストの収縮特性によってレジストを変形させるステップと、変形したレジストに基いて電極を形成するステップとを備えている。
【００１５】
本発明の更に他の側面によると、導波路型光デバイスの製造方法が提供される。この方法は、導波路基板上の電極が形成されるべき部分に湾曲面を有する窪みを形成するステップと、導波路基板の窪み上に電極を形成するステップとを備えている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００１７】
図１は本発明による導波路型光デバイスの第１実施形態を示す平面図、図２はそのＩＩ−ＩＩ線断面図である。ここでは、導波路型光デバイスの一例としてマッハツェンダ型光変調器が示されている。
【００１８】
図１によく示されるように、この光変調器は、ＬｉＮｂＯ_３及びＬｉＴａＯ_２等の電気光学効果を呈する材質からなる導波路基板２と、導波路基板２の表面又は表面のごく近傍に形成された光導波路４と、光導波路４に電界を加えるために導波路基板２上に形成された電極（２２，２４及び２６）とを備えている。
【００１９】
光導波路４は、光入力ポート６に供給された光を伝搬させる入力光導波路８と、Ｙ分岐１０にて入力光導波路８に接続されＹ分岐１０で２等分された光を伝搬させる平行光導波路１２及び１４と、平行光導波路１２及び１４にＹ分岐１６にて接続されＹ分岐１６で合流された平行光導波路１２及び１４からの光を伝搬させる出力光導波路１８とを含む。出力光導波路１８の出力端がこの光変調器の出力ポート２０となる。
【００２０】
平行光導波路１２上には信号電極２２が設けられており、平行光導波路１４上には接地電極２４が設けられている。また、信号電極２２の接地電極２４と反対の側にはもう一つの接地電極２６が設けられている。信号電極１２の一端には入力端子２８からの変調信号としてのマイクロ波が供給され、信号電極１２の他端は抵抗器３０により終端されている。
【００２１】
図２に示されるように、光導波路４（図示された範囲では平行光導波路１２及び１４）は、導波路基板２の表面近傍の部分を部分的に高屈折率にして形成されている。例えば、ｚ−ｃｕｔのＬｉＮｂＯ_３からなる導波路基板２の表面にＴｉ（チタン）拡散あるいはプロトン交換により高屈折率部を形成することによって、光導波路４を得ることができる。
【００２２】
導波路基板２上には、ＳｉＯ_２等からなる誘電体層（バッファ層）３２が形成されている。誘電体層３２を設けているのは、これが無い場合に光導波路４を伝搬する光が金属電極に吸収されて損失が大きくなるからであり、誘電体層３２の厚みは例えば０．４〜１．０μｍである。従って、光導波路４上に直接電極が形成されない構造が採用されている場合には、誘電体層３２は不要である。
【００２３】
誘電体層３２上には、それぞれ平行光導波路１２及び１４の位置に対応して信号電極２２及び接地電極２４が形成されている。また、信号電極２２の接地電極２４と反対の側にはもう一つの接地電極２６が形成されている。
【００２４】
この実施形態では、信号電極２２並びに接地電極２４及び２６の各々は、湿式メッキにより形成され、その具体的な製造方法については後述する。各電極の厚みは、進行波型における光とマイクロ波の速度整合を図るために、例えば数１０μｍに設定される。
【００２５】
本発明の特徴的な構造は、この実施形態では、信号電極２２に反映されている。即ち、信号電極２２の導波路基板２に対向する部分には湾曲部２２Ａが形成されている。より具体的には、信号電極２２の両側壁の下方の部分が鋭くなることを避けるために、両側壁の下方を曲面に形成してそれぞれ湾曲部２２Ａとしているのである。
【００２６】
この構造により、信号電極２２の形状に起因する導体損を小さくして、広帯域化が可能な導波路型光デバイス（光変調器）の提供が可能になる。
【００２７】
図３の（Ａ）〜（Ｄ）を参照すると、信号電極２２の製造プロセスの一例が示されている。ここでは、電極形成を中心にプロセスを説明するので、導波路基板２には予め通常の方法により光導波路（平行光導波路）１２及び誘電体層３２が形成されているものとする。光導波路１２は、例えば、ＬｉＮｂＯ_３（ニオブ酸リチウム）基板のＺカット面上にＴｉ（チタン）を熱拡散させて得ることができる。
【００２８】
先ず、図３の（Ａ）に示されるように、誘電体層３２上に電極形成用メッキの下地として金属薄膜３４を形成し、その上に、電極が形成されるべき部分を除いてレジスト３６を形成する。ここでは、一般的な露光・現像の処理により軟化して除去された部分を除いて残ったレジスト剤がレジスト３６として図示されている。
【００２９】
次いで、レジスト３６について熱処理を施す等のポストベークを行って、レジスト３６に含有されている有機溶媒を除去する。この処理により、図３の（Ｂ）に示されるようにレジスト３６が収縮し、レジスト３６の壁面には湾曲部３６Ａが形成される。
【００３０】
レジスト３６の湾曲部３６Ａに対応する電極厚みであると高速化には不十分であるので、この実施形態では、図３の（Ｃ）に示されるように、レジスト３６上に更にレジスト３８を積層する。
【００３１】
そして、図３の（Ｃ）に示される状態にて、金属薄膜３４の露出部分に対して湿式メッキ処理を行い、レジスト３６及び３８の不在箇所に金属を析出させ、その後にレジスト３６及び３８を除去すると共に金属薄膜３４の不要部分を除去することによって、図３の（Ｄ）に示されるように、レジスト３６の湾曲部３６Ａに対応した形状の湾曲部２２Ａを有する電極（信号電極）２２を得ることができる。
【００３２】
この実施形態の方法によると、導波路基板２の側に鋭角的部分を有しない信号電極２２を得ることができる。その結果、信号電極２２の形状に起因する導体損を小さくして、広帯域化が可能な導波路型光デバイス（光変調器）の提供が可能になる。
【００３３】
また、この実施形態では、図３の（Ｃ）に示されるように、レジスト３６及び３８の２層構造が採用されているので、信号電極２２に要求される湾曲部２２Ａの形状によって制限されることなく信号電極２２の厚みを自由に設定し得る。従って、高速化に適した信号電極２２の厚みを容易に得ることができる。
【００３４】
この実施形態では、信号電極２２にのみ湾曲部２２Ａが形成されているが、同じように接地電極２４及び２６に湾曲部を形成してもよい。
【００３５】
また、この実施形態では、平行光導波路１２及び１４のうち光導波路１２にのみ信号電極２２を対応させ、光導波路１４には接地電極２４を対応させているが、平行光導波路１２及び１４の両方に信号電極を対応させてもよい。この場合、光導波路１２及び１４間にもう一つの接地電極が設けられる。
【００３６】
図４の（Ａ）〜（Ｄ）を参照すると、信号電極２２の製造プロセスの他の例が示されている。ここでは、前実施形態と同様に、導波路基板２には予め通常の方法により光導波路（平行光導波路）１２及び誘電体層３２が形成されているものとする。
【００３７】
先ず、図４の（Ａ）に示されるように、光導波路１２上の信号電極２２が形成されるべき誘電体層３２の部分に窪み形状を有する湾曲部３２Ａを形成する。湾曲部３２Ａは例えば湿式の等方性エッチングにより形成することができる。そして、電極形成用メッキの下地として、金属薄膜３４を湾曲部３２Ａを含めて誘電体層３２の表面を形成する。
【００３８】
次いで、図４の（Ｂ）に示されるように、電極が形成されるべき湾曲部３２Ａを除いて誘電体層３２（金属薄膜３４）上にレジスト３６´を形成する。ここでは、前実施形態と同様、露光・現像の処理により軟化して除去された部分を除いて残ったレジスト剤がレジスト３６´として図示されている。
【００３９】
そして、図４の（Ｂ）に示される状態にて、金属薄膜３４の露出部分、即ち湾曲部３２Ａに対して湿式メッキ処理を行い、レジスト３６´の不在箇所に金属を析出させ、図４の（Ｃ）に示されるように、信号電極２２´を形成する。
【００４０】
その後に、レジスト３６´を除去すると共に金属薄膜３４の不要部分を除去することによって、図４の（Ｄ）に示されるように、誘電体層３２の湾曲部３２Ａに対応した形状の湾曲部２２Ａ´を有する電極（信号電極）２２´を得ることができる。
【００４１】
この実施形態では、信号電極２２´にのみ湾曲部２２Ａ´が形成されているが、同じように接地電極２４及び２６に湾曲部を形成してもよい。
【００４２】
更に、図３の（Ａ）〜（Ｄ）により説明した製造プロセスと図４の（Ａ）〜（Ｂ）により説明した製造プロセスとを組み合わせて本発明を実施することによって、相乗効果により更なる高速化が可能な導波路型光デバイス（光変調器）を得ることができる。
【００４３】
本発明は以下の付記を含むものである。
【００４４】
（付記１）電気光学効果を呈する材質から形成され光を導波する光導波路を有する導波路基板と、
前記光導波路に電界を与えるために前記導波路基板上に設けられた電極とを備え、
前記電極の前記導波路基板に対向する部分に湾曲部が形成されている導波路型光デバイス。
【００４５】
（付記２）前記電極の湾曲部は、前記電極の両側壁の前記導波路基板に最も近接する部分の２箇所に形成されている付記１記載の導波路型光デバイス。
【００４６】
（付記３）前記電極の湾曲部は、前記電極の底面に形成されている付記１記載の導波路型光デバイス。
【００４７】
（付記４）前記光導波路と前記電極の間に介在する誘電体層を更に備えた付記１記載の導波路型光デバイス。
【００４８】
（付記５）前記導波路基板はＬｉＮｂＯ_３から形成され、前記誘電体層はＳｉＯ_２から形成される付記４記載の導波路型光デバイス。
【００４９】
（付記６）前記光導波路は第１及び第２のＹ分岐及び前記第１及び第２のＹ分岐を接続する第１及び第２の平行導波路を含み、それによりマッハツェンダ型光変調器の動作が得られる付記１記載の導波路型光デバイス。
【００５０】
（付記７）導波路型光デバイスの製造方法であって、
導波路基板上の電極が形成されるべき部分を除いてレジストを形成するステップと、
前記レジストの収縮特性によって前記レジストを変形させるステップと、
前記変形したレジストに基いて前記電極を形成するステップとを備えた方法。
【００５１】
（付記８）前記レジストを変形させるステップは前記レジストについて熱処理を施すステップを含む付記７記載の方法。
【００５２】
（付記９）前記電極による電界を受ける位置に比較的に高屈折率な領域を形成するステップを更に備えた付記７記載の方法。
【００５３】
（付記１０）前記導波路基板はＬｉＮｂＯ_３によって提供され、
前記領域を形成するステップは前記導波路基板にＴｉを熱拡散させるステップを含む付記９記載の方法。
【００５４】
（付記１１）前記領域と前記電極の間に介在する誘電体層を提供するステップを更に備えた付記９記載の方法。
【００５５】
（付記１２）前記レジストの上に第２のレジストを形成するステップを更に備えた付記７記載の方法。
【００５６】
（付記１３）導波路型光デバイスの製造方法であって、
導波路基板上の電極が形成されるべき部分に湾曲面を有する窪みを形成するステップと、
前記導波路基板の窪み上に前記電極を形成するステップとを備えた方法。
【００５７】
（付記１４）前記電極による電界を受ける位置に比較的に高屈折率な領域を形成するステップを更に備えた付記１３記載の方法。
【００５８】
（付記１５）前記導波路基板はＬｉＮｂＯ_３によって提供され、
前記領域を形成するステップは前記導波路基板にＴｉを熱拡散させるステップを含む付記１４記載の方法。
【００５９】
（付記１６）前記領域と前記電極の間に介在する誘電体層を提供するステップを更に備えた付記１５記載の方法。
【００６０】
（付記１７）前記窪みを形成するステップは前記導波路基板に関してエッチングを行うステップを含む付記１４記載の方法。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、電極の形状に起因する導体損を小さくして、広帯域化が可能な導波路型光デバイス及びその製造方法を提供することが可能になるという効果が生じる。本発明の特定の実施形態により得られる効果については、以上説明した通りであるので、その説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明による導波路型光デバイスの実施形態を示す平面図である。
【図２】図２は図１に示される導波路型光デバイスのＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図３の（Ａ）〜（Ｄ）は本発明による導波路型光デバイスの製造プロセスの第１実施形態を示す図である。
【図４】図４の（Ａ）〜（Ｄ）は本発明による導波路形光デバイスの製造プロセスの第２実施形態を示す図である。
【符号の説明】
２導波路基板
４，光導波路
６入力ポート
８入力導波路
１０，１６Ｙ分岐
１２，１４平行導波路
１８出力導波路
２０出力ポート
２２，２２´ 信号電極
２４，２６接地電極
２８入力端子
３０終端抵抗
３２誘電体層
３４金属薄膜
３６，３６´ レジスト

Claims

電気光学効果を呈する材質から形成され光を導波する光導波路を有する導波路基板と、
前記光導波路に電界を与えるために前記導波路基板上に設けられた電極とを備え、
前記電極の前記導波路基板に対向する部分に湾曲部が形成されている導波路型光デバイス。
導波路型光デバイスの製造方法であって、
導波路基板上の電極が形成されるべき部分を除いてレジストを形成するステップと、
前記レジストの収縮特性によって前記レジストを変形させるステップと、
前記変形したレジストに基いて前記電極を形成するステップとを備えた方法。
導波路型光デバイスの製造方法であって、
導波路基板上の電極が形成されるべき部分に湾曲面を有する窪みを形成するステップと、
前記導波路基板の窪み上に前記電極を形成するステップとを備えた方法。
前記電極による電界を受ける位置に比較的に高屈折率な領域を形成するステップを更に備えた請求項２又は３記載の導波路型光デバイスの製造方法。