JP2008039908A - Method for manufacturing optical waveguide module, and poling processing device - Google Patents

Method for manufacturing optical waveguide module, and poling processing device Download PDF

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滋年 中村
Tapuriya Rooshan
タプリヤ ローシャン
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崇 菊地
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an optical waveguide module, with which disappearance of nonlinearity caused by heat evolution in module formation is suppressed, in the method for manufacturing the optical waveguide module having an optical waveguide element to manifest an electro-optic effect with poling processing. <P>SOLUTION: The method is characterized by including steps: of fabricating the optical waveguide element which at least includes a step of forming a lower cladding layer on a substrate, a step of forming a waveguide layer on the lower cladding layer, and a step of forming an upper cladding layer on the waveguide layer; and a step of fixing the optical waveguide element fabricated with the step of fabricating the optical waveguide element to a module casing, and having a step of aligning orientation of molecules with poling processing of the optical waveguide element subsequent to fixing of the optical waveguide element of the module casing. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、光導波路モジュールの製造方法、及びポーリング処理装置に関する。   The present invention relates to an optical waveguide module manufacturing method and a polling processing apparatus.

情報化社会の進展は著しく、特に最近では動画をはじめとする大容量の情報が企業間だけでなく個人の間でも頻繁にやり取りされるようになり、更なる大容量の高速通信手段が求められている。
大容量高速通信を支える技術の一つに、光通信技術がある。光通信に用いられる素子としては、光ファイバをはじめとして、光スイッチ素子、光変調器やルーターなどの様々な光導波路素子がある。
The progress of the information society is remarkable, especially recently, large volumes of information such as videos are frequently exchanged not only between companies but also between individuals, and there is a need for higher-capacity high-speed communication means. ing.
One of the technologies that support high-capacity high-speed communication is optical communication technology. As an element used for optical communication, there are various optical waveguide elements such as an optical fiber, an optical switch element, an optical modulator, and a router.

近年、電気光学(Electro-optic、以下「EO」と略す)効果で導波光を制御する導波路型光素子の開発が盛んに行われるようになってきた。光導波路素子では、様々なタイプの導波路構造が検討されており、それと同様に様々な導波路形成の方法が報告されている。
従来、上記光導波路素子の光導波路の材料としては、大きなEO効果を示すニオブ酸リチウム(LiNbO)、ランタン添加のチタン酸ジルコン酸鉛((Pb,La)(Zr,Ti)O、「PLZT」と略す)などの無機系材料が広く用いられている。しかしながら、これらの材料は、高誘電率のため応答速度が遅く、そのため適用できる周波数帯域が限定されていた。また、作製方法が複雑であり、かつ高温の処理が必要であるなど、素子のコストが高く、適用できる範囲が限られていた。
In recent years, a waveguide type optical element that controls guided light by an electro-optic (hereinafter referred to as “EO”) effect has been actively developed. For optical waveguide devices, various types of waveguide structures have been studied, and various waveguide formation methods have been reported in the same manner.
Conventionally, as the material of the optical waveguide of the optical waveguide element, lithium niobate (LiNbO 3 ) exhibiting a large EO effect, lanthanum-doped lead zirconate titanate ((Pb, La) (Zr, Ti) O 3 , Inorganic materials such as “PLZT” are widely used. However, these materials have a low response speed due to a high dielectric constant, and therefore, applicable frequency bands are limited. In addition, since the manufacturing method is complicated and high temperature treatment is necessary, the cost of the element is high, and the applicable range is limited.

一方、ポリマーは無機系材料に比べ誘電率が低く、マイクロ波との速度不整合の問題を大幅に改善できることに加えて、スピンコート法などにより容易に薄膜形成が可能であり、サイズの制限も受けない。また、微細加工、成型加工等の加工性にも優れることから、極めて安価に素子化ができるという大きな利点を有するため、光導波路材料として注目を集めている。   On the other hand, polymers have a lower dielectric constant than inorganic materials and can greatly improve the problem of velocity mismatch with microwaves. In addition, thin films can be easily formed by spin coating, etc. I do not receive it. In addition, since it has excellent workability such as microfabrication and molding, it has a great advantage that it can be made into an element at a very low cost, and has attracted attention as an optical waveguide material.

このような高分子光導波路素子は、下部クラッド層、導波路層、上部クラッド層となる高分子材料あるいは高分子前駆体化合物を、シリコン等からなる基板上に溶融または溶解させた状態で順次塗布、硬化させた後に、切断や研磨によって導波路端面を鏡面化することで作製される。また、導波路の形成は、フォトリソグラフィやエッチング等、周知の技術を組み合わせて行われる。特に、電気光学効果を始めとする非線形光学効果を利用するデバイスを作製する場合には、基板上や上部クラッド層の上に電極を配する。クラッド材料としては光あるいは熱硬化性の接着剤が、導波路層材料としては高分子化合物を有機溶剤に溶かした溶液が一般に用いられている。   In such a polymer optical waveguide element, a polymer material or a polymer precursor compound that becomes a lower clad layer, a waveguide layer, and an upper clad layer is sequentially applied in a melted or dissolved state on a substrate made of silicon or the like. After the curing, the waveguide end face is mirrored by cutting or polishing. The waveguide is formed by combining known techniques such as photolithography and etching. In particular, when a device using a nonlinear optical effect such as an electro-optic effect is manufactured, an electrode is disposed on the substrate or the upper cladding layer. A light or thermosetting adhesive is generally used as the cladding material, and a solution obtained by dissolving a polymer compound in an organic solvent is generally used as the waveguide layer material.

このような有機材料がもつ電気光学効果を利用するデバイスにおいては、充分な効果を発現させるために、塗布直後にランダムに分散された非線形性の有機分子を、一定の方向に分極を揃えることが必要である。このため、高分子のガラス転移点以上の温度に素子を保持した後、電界を印加して一定時間保持し、電界を印加した状態で冷却して、有機分子の配向状態を固定化する工程が必須である。この処理をポーリングと言う。   In a device that uses the electro-optic effect of such an organic material, the polarization of non-linear organic molecules randomly dispersed immediately after coating may be aligned in a certain direction in order to achieve a sufficient effect. is necessary. For this reason, after holding the element at a temperature equal to or higher than the glass transition point of the polymer, the step of applying an electric field, holding it for a certain period of time, and cooling it with the electric field applied to fix the orientation state of the organic molecules It is essential. This process is called polling.

近年、有機材料の有する高い非線形性と、高分子の低い誘電率による、駆動用のマイクロ波との速度整合性の高さから、高速、低電圧駆動の導波路素子の実現する材料として、活発に検討されている(例えば、非特許文献1参照。)。   In recent years, it has been actively used as a material to realize high-speed, low-voltage driven waveguide elements because of the high nonlinearity of organic materials and the high speed matching with driving microwaves due to the low dielectric constant of polymers. (See, for example, Non-Patent Document 1).

しかし、近年の活発な研究活動にもかかわらず、実用に供するために充分な素子は実現されていないのが実状である。従来の研究開発においては、有機導波路素子を実現するための材料や構成については検討がなされてきたものの、実際に素子を使用する上で不可欠なパッケージング、すなわちモジュール化については、ほとんど検討がなされていないのが現状である。特に、モジュール化に際して、素子をモジュール筐体に固定する工程、あるいは電気配線を行う上で行われるワイヤボンディングにおいては、ある程度の加熱を必要とされることから、ポーリング処理により一度固定化された分子の配向状態が、再び乱れてしまうという問題があった。このため、素子としては、低電圧による駆動が可能なポテンシャルを有しているにもかかわらず、モジュールとしては、実用に耐えうる充分な性能を有するものを提供することができなかった。
Hua Zhang et al.,Appl.Phys.Lett.,Vol.78,p.3136(2001)Vol.78,p.3136(2001)
However, in spite of active research activities in recent years, the actual situation is that a sufficient element for practical use has not been realized. In conventional R & D, materials and configurations for realizing organic waveguide devices have been studied, but most of the packaging, that is, modularization, which is indispensable for actual use of devices, has been studied. The current situation is that nothing has been done. In particular, in the case of modularization, in the step of fixing the element to the module housing, or in wire bonding performed when performing electrical wiring, a certain amount of heating is required. There has been a problem that the orientation state of is disturbed again. For this reason, although the element has a potential capable of being driven by a low voltage, it has not been possible to provide a module having sufficient performance that can withstand practical use.
Hua Zhang et al., Appl. Phys. Lett., Vol. 78, p. 3136 (2001) Vol. 78, p. 3136 (2001)

本発明は、前記従来の問題点に鑑みなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。すなわち、
本発明の目的は、ポーリング処理により電気光学効果を発現させる光導波路素子を有する光導波路モジュールの製造方法において、モジュール化に際しての熱による非線形性の消失を抑えることができる光導波路モジュールの製造方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、ポーリング処理時において、高電圧によりモジュール筐体が静電破壊することのないポーリング処理装置を提供することにある。
This invention is made | formed in view of the said conventional problem, and makes it a subject to achieve the following objectives. That is,
An object of the present invention is to provide an optical waveguide module manufacturing method that can suppress the disappearance of non-linearity due to heat during modularization in an optical waveguide module manufacturing method having an optical waveguide element that exhibits an electro-optical effect by a poling process. It is to provide.
Another object of the present invention is to provide a polling processing apparatus in which the module housing does not cause electrostatic breakdown due to a high voltage during the polling processing.

本発明は、上記課題を解決するために、鋭意研究を進めた結果、光導波路素子のモジュール化に当り、加熱を必要とする、光導波路素子をモジュール筐体に固定する工程を行った後、ポーリング処理を行うことにより、有機分子の配向緩和を回避して光導波路モジュールの製造が可能であることを見出し、本発明に至った。すなわち本発明は、
<1> 基板上に、下部クラッド層を形成する工程と、該下部クラッド層上に導波路層を形成する工程と、該導波路層の上部に上部クラッド層を形成する工程と、を少なくとも含む光導波路素子作製工程と、
前記光導波路素子作製工程により作製した光導波路素子をモジュール筐体に固定した後、前記光導波路素子の分子の配向を揃えるポーリング処理を施す工程と、を含むことを特徴とする光導波路モジュールの製造方法である。
As a result of diligent research to solve the above-mentioned problems, the present invention, after modularizing the optical waveguide element, requires heating, and after performing the step of fixing the optical waveguide element to the module housing, By performing the polling treatment, it was found that it is possible to manufacture an optical waveguide module while avoiding the relaxation of the orientation of organic molecules, and the present invention has been achieved. That is, the present invention
<1> including at least a step of forming a lower cladding layer on the substrate, a step of forming a waveguide layer on the lower cladding layer, and a step of forming an upper cladding layer on the waveguide layer An optical waveguide device manufacturing process;
And a step of performing a poling process for aligning the molecular orientation of the optical waveguide element after fixing the optical waveguide element manufactured by the optical waveguide element manufacturing step to a module housing. Is the method.

<2> 前記光導波路素子作製工程において、さらに、基板上に下部電極を形成する工程、及び/又は、上部クラッド層上に上部電極を形成する工程を含むことを特徴とする前記<1>に記載の光導波路モジュールの製造方法である。 <2> In the above <1>, the optical waveguide device manufacturing step further includes a step of forming a lower electrode on the substrate and / or a step of forming an upper electrode on the upper cladding layer. It is a manufacturing method of the described optical waveguide module.

<3> 前記導波路層が、電気光学効果を有する導波路層であることを特徴とする前記<1>または<2>に記載の光導波路モジュールの製造方法である。 <3> The method for producing an optical waveguide module according to <1> or <2>, wherein the waveguide layer is a waveguide layer having an electro-optic effect.

<4> 前記光導波路素子作製工程において、導波路層を形成した後、パターンニングを行い、リッジ型の構造に加工することを特徴とする前記<1>から<3>のいずれかに記載の光導波路モジュールの製造方法である。 <4> The method according to any one of <1> to <3>, wherein in the optical waveguide element manufacturing step, after forming a waveguide layer, patterning is performed to process the structure into a ridge structure. It is a manufacturing method of an optical waveguide module.

<5> 前記光導波路素子作製工程において、下部クラッド層を形成した後、パターンニングを行い、該下部クラッド層を加工してトレンチを形成する工程と、該下部クラッド層上に、導波路層を形成することにより、逆リッジ型の構造を得ることを特徴とする前記<1>から<3>のいずれかに記載の光導波路モジュールの製造方法である。 <5> In the optical waveguide device manufacturing step, after forming the lower clad layer, patterning is performed, the lower clad layer is processed to form a trench, and a waveguide layer is formed on the lower clad layer. The method of manufacturing an optical waveguide module according to any one of <1> to <3>, wherein an inverted ridge structure is obtained by forming the structure.

<6> 前記ポーリング処理を施す工程において、ポーリング電圧を印加する側の電極と、該電極に対向する電極に結線された配線間を短絡させたことを特徴とする前記<1>から<5>のいずれかに記載の光導波路モジュールの製造方法である。 <6> The steps <1> to <5>, wherein in the step of performing the polling process, the electrode on the side to which the polling voltage is applied and the wiring connected to the electrode facing the electrode are short-circuited. A method for manufacturing an optical waveguide module according to any one of the above.

<7> 基板上に、下部クラッド層と、導波路層と、上部クラッド層とを少なくとも形成してなる光導波路素子をモジュール筐体に固定する手段と、前記光導波路素子のポーリング電圧を印加する側の電極と、該電極に対向する電極とを結線し短絡させる手段と、前記モジュール筐体に固定された光導波路素子に対してポーリング電圧を印加するポーリング処理手段と、を有することを特徴とするポーリング処理装置である。 <7> On the substrate, a means for fixing an optical waveguide element formed of at least a lower clad layer, a waveguide layer, and an upper clad layer to a module housing, and a polling voltage of the optical waveguide element are applied. A means for connecting and short-circuiting the electrode on the side and the electrode facing the electrode, and a polling processing means for applying a polling voltage to the optical waveguide element fixed to the module housing, A polling processing device.

<8> 前記ポーリング電圧が、コロナポーリングにより印加されることを特徴とする前記<7>に記載のポーリング処理装置である。 <8> The polling processing device according to <7>, wherein the polling voltage is applied by corona polling.

<9> 前記ポーリング電圧が、電極ポーリングにより印加されることを特徴とする前記<7>に記載のポーリング処理装置である。 <9> The polling processing device according to <7>, wherein the polling voltage is applied by electrode poling.

本発明によれば、ポーリング処理により、電気光学効果を発現させる光導波路素子を有する光導波路モジュールの製造方法において、モジュール化に際しての熱による非線形性の消失を抑えることができる光導波路モジュールの製造方法を提供することができる。
また、本発明によれば、ポーリング処理を行う際にモジュール筐体が、ポーリング時の高電圧により静電破壊することなくポーリング処理を行うことができるポーリング処理装置を提供することができる。
According to the present invention, in a method for manufacturing an optical waveguide module having an optical waveguide element that exhibits an electro-optic effect by polling processing, a method for manufacturing an optical waveguide module that can suppress the disappearance of nonlinearity due to heat during modularization. Can be provided.
In addition, according to the present invention, it is possible to provide a polling processing apparatus in which the module housing can perform the polling process without electrostatic breakdown due to the high voltage at the time of polling when performing the polling process.

以下に、本発明の光導波路モジュールの製造方法、及びポーリング処理装置について説明する。
<光導波路モジュールの製造方法>
本発明の光導波路モジュールの製造方法は、基板上に、下部クラッド層を形成する工程と、該下部クラッド層上に導波路層を形成する工程と、該導波路層の上部に上部クラッド層を形成する工程と、を少なくとも含む光導波路素子作製工程と、前記光導波路素子作製工程により作製した光導波路素子をモジュール筐体に固定した後、前記光導波路素子の分子の配向を揃えるポーリング処理を施す工程と、を含むことを特徴としている。
Below, the manufacturing method of the optical waveguide module of this invention and a polling processing apparatus are demonstrated.
<Method for manufacturing optical waveguide module>
An optical waveguide module manufacturing method according to the present invention includes a step of forming a lower cladding layer on a substrate, a step of forming a waveguide layer on the lower cladding layer, and an upper cladding layer on the waveguide layer. An optical waveguide device manufacturing step including at least a forming step, and a poling process for aligning the molecular orientation of the optical waveguide device after fixing the optical waveguide device manufactured by the optical waveguide device manufacturing step to a module housing And a process.

まず、本発明に係る光導波路素子の基本構成を図1に示す。図1は、本発明に係る光導波路素子の一例を光の入出力端面から見た概略断面図である。図1に示す光導波路素子10は、基板12上に、下部クラッド層14、導波路層16、及び上部クラッド層18を有する。
以下に、本発明の光導波路モジュールの製造方法について、順を追って説明する。
First, a basic configuration of an optical waveguide device according to the present invention is shown in FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an example of an optical waveguide device according to the present invention as viewed from the input / output end face of light. An optical waveguide device 10 shown in FIG. 1 has a lower cladding layer 14, a waveguide layer 16, and an upper cladding layer 18 on a substrate 12.
Below, the manufacturing method of the optical waveguide module of this invention is demonstrated in order.

[光導波路素子作製工程]
まず、光導波路素子を作製する工程である光導波路素子作製工程について説明する。
初めに、基板の表面に、必要に応じて下部電極として金属材料を堆積する。上記基板としては、各種金属基板(アルミニウム、金、鉄、ニッケル、クロム、ステンレスなど)、各種半導体基板(シリコン、酸化シリコン、酸化チタン、酸化亜鉛、ガリウム−ヒ素など)、ガラス基板、プラスチック基板(PET(ポリエチレンテレフタレート)、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアセテート、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリウレタン、ポリイミド、ポリスチレン、ポリアミドなど)、等を用いることができる。これらの基板は厚く剛直でもよいし、薄く柔軟でもよい。半導体基板、ガラス基板、プラスチック基板の表面には、前記のように下部電極が形成される。
[Optical waveguide device fabrication process]
First, an optical waveguide element manufacturing process, which is a process of manufacturing an optical waveguide element, will be described.
First, a metal material is deposited on the surface of the substrate as a lower electrode as necessary. Examples of the substrate include various metal substrates (aluminum, gold, iron, nickel, chromium, stainless steel, etc.), various semiconductor substrates (silicon, silicon oxide, titanium oxide, zinc oxide, gallium-arsenide, etc.), glass substrates, plastic substrates ( PET (polyethylene terephthalate), polycarbonate, polyester, polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate, polyurethane, polyimide, polystyrene, polyamide, etc.) can be used. These substrates may be thick and rigid, or thin and flexible. As described above, the lower electrode is formed on the surfaces of the semiconductor substrate, the glass substrate, and the plastic substrate.

下部電極の材料としては、Au、Ti、TiN、Pt、Ir、Cu、Al、Al−Cu、Al−Si−Cu、W、Moなどの各種金属、各種酸化物(NESA(酸化スズ)、酸化インジウム、ITO(酸化スズ−酸化インジウム複合酸化物)や、各種有機導電体(ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリアセチレン)などが用いられる。これらの導電膜は、蒸着、スパッタリング、塗布や電解析出法などにより形成され、必要に応じてパターンが形成されていてもよい。   As materials for the lower electrode, various metals such as Au, Ti, TiN, Pt, Ir, Cu, Al, Al-Cu, Al-Si-Cu, W, and Mo, various oxides (NESA (tin oxide), oxidation) Indium, ITO (tin oxide-indium oxide composite oxide), various organic conductors (polythiophene, polyaniline, polyparaphenylene vinylene, polyacetylene), etc. These conductive films can be deposited, sputtered, applied or electroanalyzed. It may be formed by a method such as a protruding method, and a pattern may be formed as necessary.

なお、基板が金属基板の場合には下部電極を設ける必要はなく、このような導電性の基板、及び前記下部電極は、後述する非線形光学ポリマーに電界を印加する場合の電極として使用することができる。また、前記上部クラッド層の表面に必要により形成される上部電極も、同様の材料により構成される。   When the substrate is a metal substrate, it is not necessary to provide a lower electrode. Such a conductive substrate and the lower electrode can be used as an electrode when an electric field is applied to a nonlinear optical polymer described later. it can. The upper electrode formed on the surface of the upper clad layer as necessary is also made of the same material.

基板あるいは下部電極と後述する下部クラッド層との間、および上部クラッド層と上部電極との間には、必要に応じて他の層が形成されていてもよく、接着性を向上させるための接着層、表面の凹凸を平滑化するための下引層、あるいはこれらの機能を一括して提供する何らかの中間層、が形成されていてもよい。   Other layers may be formed between the substrate or the lower electrode and the lower clad layer, which will be described later, and between the upper clad layer and the upper electrode, as necessary. Adhesion for improving adhesion A layer, an undercoat layer for smoothing the unevenness of the surface, or some intermediate layer that provides these functions collectively may be formed.

このような層を形成する材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル、メタクリル、ポリアミド、塩化ビニル、酢酸ビニル、フェノール、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリイミド、塩化ビニリデン、ポリビニルアセタール、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ニトロセルロース、カゼイン、ゼラチン、ポリグルタミン酸、澱粉、スターチアセテート、アミノ澱粉、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ジルコニウムキレート化合物、チタニルキレート化合物、チタニルアルコキシド化合物、有機チタニル化合物、シランカップリング剤等の公知の材料を用いることができる。   Materials for forming such layers include polyethylene, polypropylene, acrylic, methacrylic, polyamide, vinyl chloride, vinyl acetate, phenol, polycarbonate, polyurethane, polyimide, vinylidene chloride, polyvinyl acetal, vinyl chloride-vinyl acetate copolymer, Polyvinyl alcohol, polyester, nitrocellulose, casein, gelatin, polyglutamic acid, starch, starch acetate, amino starch, polyacrylic acid, polyacrylamide, zirconium chelate compound, titanyl chelate compound, titanyl alkoxide compound, organic titanyl compound, silane coupling agent A known material such as can be used.

前記導波路層と上下クラッド層の間には余計な層はなるべく形成しない方がよいが、素子の特性に影響のでない程度に、前記のような層をごく薄く形成してもよい。あるいは、下部クラッド層表面、導波路層表面に、市販の界面活性剤などを処理することにより、上層との接着性、コーティング時のぬれ性、成膜性などを改善できる場合がある。
本発明に係る光導波路素子においては、本来有する電気光学特性の機能に加えて、導波路である導波路層としての機能を兼有させるため、図1に示す層構成のように、導波路層と基板との間に下部クラッド層が形成される。
It is better not to form an extra layer between the waveguide layer and the upper and lower cladding layers as much as possible. However, such a layer may be formed very thin so as not to affect the characteristics of the element. Alternatively, by treating the surface of the lower clad layer and the surface of the waveguide layer with a commercially available surfactant or the like, the adhesion to the upper layer, the wettability during coating, the film formability, etc. may be improved.
In the optical waveguide device according to the present invention, in addition to the function of the inherent electro-optical characteristics, in addition to the function as a waveguide layer that is a waveguide, the waveguide layer has a structure as shown in FIG. A lower cladding layer is formed between the substrate and the substrate.

前記下部クラッド層としては、導波路層よりも屈折率の低い材料を堆積する。下部クラッド層に用いられる材料としては、導波路層の形成時にインターミキシングを起こさない材料が好ましく、一般的に知られている熱硬化型の架橋樹脂、紫外線硬化型の架橋樹脂、無機材料、導電性高分子、フッ素化ポリマーなどを用いることができる。
前記熱硬化型の架橋樹脂としては、例えばポリイミド、ポリウレタン、ポリベンゾシクロロブテン、ポリアミドなどが挙げられ、前記紫外線硬化型の架橋樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。
As the lower cladding layer, a material having a refractive index lower than that of the waveguide layer is deposited. The material used for the lower cladding layer is preferably a material that does not cause intermixing during the formation of the waveguide layer, and is generally known as a thermosetting crosslinked resin, an ultraviolet curable crosslinked resin, an inorganic material, a conductive material. A functional polymer, a fluorinated polymer, or the like can be used.
Examples of the thermosetting crosslinked resin include polyimide, polyurethane, polybenzocyclobutene, and polyamide. Examples of the ultraviolet curable crosslinking resin include epoxy resin, acrylic resin, and silicone resin. .

下部クラッド層を形成する手段としては、高分子材料であれば、スピンコート法、ディップ法などの一般的な溶液塗布方法が用いられる。また、無機材料であれば、電子ビーム蒸着法、フラッシュ蒸着法、イオン・プレーティング法、RF(高周波)−マグネトロン・スパッタリング法、DC(直流)−マグネトロン・スパッタリング法、イオン・ビーム・スパッタリング法、レーザー・アブレーション法、MBE(分子線エピタキシャル法)、CVD(気相成長法)、プラズマCVD、MOCVD(有機気相成長法)などより選ばれる気相成長法、またはゾルゲル法、MOD法などのウエット・プロセスによって作製が可能であるが、これらに限られるわけではない。
なお、下部クラッド層の膜厚は、利用する光の波長やモードなど、導波路設計指針に依存するが、1〜20μm程度の範囲が好ましく、1.5〜10.0μm程度の範囲とすることがより好ましい。下部クラッド層の膜厚が厚い場合には、導波路層にかかる実効電圧が低くなるため、充分なEO効果が得られず、また、薄い場合には、下部電極による光吸収が増加するため、光損失が大きくなるという問題が生じる場合がある。
As a means for forming the lower cladding layer, a general solution coating method such as a spin coating method or a dip method is used as long as it is a polymer material. For inorganic materials, electron beam evaporation, flash evaporation, ion plating, RF (radio frequency) -magnetron sputtering, DC (direct current) -magnetron sputtering, ion beam sputtering, Vapor deposition methods selected from laser ablation, MBE (molecular beam epitaxy), CVD (vapor deposition), plasma CVD, MOCVD (organic vapor deposition), or wet methods such as sol-gel and MOD・ Manufacturing is possible by the process, but it is not limited to these.
The film thickness of the lower cladding layer depends on the waveguide design guidelines such as the wavelength and mode of light to be used, but is preferably in the range of about 1 to 20 μm, and in the range of about 1.5 to 10.0 μm. Is more preferable. When the thickness of the lower cladding layer is thick, the effective voltage applied to the waveguide layer is low, so that a sufficient EO effect cannot be obtained, and when the thickness is thin, light absorption by the lower electrode increases. There may be a problem that optical loss increases.

下部クラッド層を形成した後、非線形効果を付与したポリマー(非線形光学ポリマー)を積層し導波路層とする。導波路層は電気光学効果を有することが好ましい。リッジ型とする場合には、ドライエッチング法でリッジを形成する。ここで、非線形光学ポリマーとは、高分子マトリックス中に非線形光学特性を有する有機化合物を添加した有機非線形光学ポリマーや、高分子の主鎖あるいは側鎖に、非線形光学特性を有する構造(以下、「クロモフォア構造」という場合がある)を導入した主鎖型有機非線形光学ポリマーあるいは側鎖型有機非線形光学ポリマーなどをいう。   After forming the lower cladding layer, a polymer (nonlinear optical polymer) imparted with a nonlinear effect is laminated to form a waveguide layer. The waveguide layer preferably has an electro-optic effect. In the case of the ridge type, the ridge is formed by a dry etching method. Here, the nonlinear optical polymer is an organic nonlinear optical polymer obtained by adding an organic compound having nonlinear optical characteristics in a polymer matrix, or a structure having nonlinear optical characteristics in the main chain or side chain of the polymer (hereinafter referred to as “ Main chain organic nonlinear optical polymer or side chain organic nonlinear optical polymer into which a chromophore structure is sometimes introduced).

導波路層の材料としては、光導波路が形成可能なものであり、下部クラッド層よりも屈折率の高い材料であれば、本発明の意図を損なうものではないが、前記非線形光学ポリマーを用いることが好ましく、前記のように、高分子の側鎖または主鎖に、ポリマーに非線形性を付与する目的でクロモフォア構造を導入したものを用いることができる。   As the material of the waveguide layer, an optical waveguide can be formed, and any material having a refractive index higher than that of the lower cladding layer does not detract from the intention of the present invention. However, the nonlinear optical polymer should be used. As described above, it is possible to use a polymer having a chromophore structure introduced on the side chain or main chain of the polymer for the purpose of imparting nonlinearity to the polymer.

上記高分子材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリシラン、ポリベンゾシクロブテンなどを用いることができる。   As the polymer material, acrylic resin, polyimide resin, epoxy resin, polycarbonate resin, polystyrene, polyurethane, polysilane, polybenzocyclobutene, or the like can be used.

前記クロモフォア構造は、公知のものであれば特に限定されないが、下記の構造式(1)で表されるものが好ましい。
D−P−A ・・・ 構造式(1)
構造式(1)中、Dは、電子供与性を有する原子団、Pは結合部、Aは電子吸引性を有する原子団、を表す。構造式(1)において、「D」で表される電子供与性を有する原子団としては、電子供与性を有するものであれば公知のものを用いることができるが、電子供与性置換基を有する、脂肪族不飽和結合、芳香環、ヘテロ芳香環、及びそれらの組み合わせからなるものであることが好ましい。前記電子供与性置換基としては、電子供与性を有するものであれば特に限定されないが、アルキル基、アルコキシ基、アミノ基、などが望ましい。なお、前記アルキル基の一部がアルコキシ基やフェニル基で置換されてもよく、前記アルコキシ基の一部がアルコキシ基やフェニル基で置換されてもよく、また、前記アミノ基の一部がアルキル基やアルコキシ基、あるいはフェニル基で置換されてもよい。
Although the said chromophore structure will not be specifically limited if it is a well-known thing, What is represented by following Structural formula (1) is preferable.
D-P-A Structural formula (1)
In Structural Formula (1), D represents an atomic group having an electron donating property, P represents a bonding portion, and A represents an atomic group having an electron withdrawing property. In the structural formula (1), as the atomic group having an electron donating property represented by “D”, a known one can be used as long as it has an electron donating property, and it has an electron donating substituent. , An aliphatic unsaturated bond, an aromatic ring, a heteroaromatic ring, and a combination thereof. The electron donating substituent is not particularly limited as long as it has an electron donating property, but an alkyl group, an alkoxy group, an amino group, and the like are preferable. A part of the alkyl group may be substituted with an alkoxy group or a phenyl group, a part of the alkoxy group may be substituted with an alkoxy group or a phenyl group, and a part of the amino group is an alkyl group. It may be substituted with a group, an alkoxy group, or a phenyl group.

一方、「A」で表される電子吸引性を有する原子団としては、電子吸引性を有するものであれば公知のものいずれでも良いが、電子吸引性置換基を導入した、脂肪族不飽和結合、芳香環、ヘテロ芳香環、及びそれらの組み合わせ、などの構造が望ましい。   On the other hand, as the atomic group having an electron-withdrawing property represented by “A”, any known group having an electron-withdrawing property may be used, but an aliphatic unsaturated bond having an electron-withdrawing substituent introduced therein. , Aromatic rings, heteroaromatic rings, and combinations thereof are desirable.

前記電子吸引性置換基としては、ハロゲン原子、ハロゲン置換されたアルキル基、シアノ基、ニトロ基、カルボニル基、などが望ましい。   As the electron-withdrawing substituent, a halogen atom, a halogen-substituted alkyl group, a cyano group, a nitro group, a carbonyl group, and the like are desirable.

また、「P」で表される結合部は、「D」と「A」とを共有結合で結ぶものであれば如何なるものであっても良いが、電子を非局在化しうる共役結合を持つものが望ましく、例えばπ共役系で「D」と「A」とを結びつけるような構造を有するものが望ましい。具体的には、脂肪族不飽和結合、芳香環、ヘテロ芳香環、及びそれらが互いに結合したものなどが望ましい。   The bond represented by “P” may be any bond that connects “D” and “A” with a covalent bond, but has a conjugate bond that can delocalize electrons. For example, a material having a structure in which “D” and “A” are combined in a π-conjugated system is desirable. Specifically, aliphatic unsaturated bonds, aromatic rings, heteroaromatic rings, and those in which they are bonded to each other are desirable.

導波路層の形成は、前記クロモフォア構造を有する高分子材料、あるいはクロモフォア構造を有する有機化合物と高分子材料とを混合したものを、これらを溶解する溶剤に溶解しコーティング液を作製し、このコーティング液を前記下部クラッド層等の表面にコートすることにより行う。   The waveguide layer is formed by dissolving a polymer material having the chromophore structure or a mixture of an organic compound having a chromophore structure and a polymer material in a solvent that dissolves them to prepare a coating solution. The liquid is coated on the surface of the lower cladding layer or the like.

導波路層のコーティングは、スピンコート、スプレーコート、ブレードコート、ディップコート、など公知の方法を用いて行うことができる。溶剤の除去は、送風乾燥機などで加熱乾燥しても良いし、減圧(真空)乾燥機などで乾燥してもよい。   The waveguide layer can be coated by a known method such as spin coating, spray coating, blade coating or dip coating. The removal of the solvent may be performed by heat drying with a blower dryer or the like, or may be dried with a reduced pressure (vacuum) dryer or the like.

導波路層の膜厚としては、ポリマー導波路の作用部に電界を効果的にかけるために、導波路層の膜厚は薄いほうが好ましく、5.0μm以下が好ましく、3.5μm以下がより好ましい。膜厚が5.0μmより厚いと、ポリマー導波路の作用部への電界印加が大きくなり、目的の低駆動電圧を達成することが不可能となる場合がある。なお、導波路層の膜厚の下限は1.0μm程度である。   As the film thickness of the waveguide layer, in order to effectively apply an electric field to the action part of the polymer waveguide, the film thickness of the waveguide layer is preferably thin, preferably 5.0 μm or less, and more preferably 3.5 μm or less. . When the film thickness is thicker than 5.0 μm, application of an electric field to the action part of the polymer waveguide becomes large, and it may be impossible to achieve a target low driving voltage. The lower limit of the thickness of the waveguide layer is about 1.0 μm.

光導波路のリッジパターンとしては、直線型、S字型、Y分岐型、X交差型、あるいはそれらの組み合わせの導波路パターンが挙げられる。リッジ幅とリッジ高さは、導波路の屈折率と膜厚との組み合わせにより異なるが、リッジ高さ(段差)は一般的には50〜3000nmの範囲が好ましく、500〜2000nmの範囲がより好ましい。段差が50nmに満たないと、十分な屈折率差が得られず光の閉じ込めができなくなる場合がある。3000nmを越えると、マルチモードとなって目的とする素子の機能を十分に発揮できなくなる場合がある。また、リッジ幅としては、1〜15μmの範囲が好ましく、3〜10μmの範囲がより好ましい。   Examples of the ridge pattern of the optical waveguide include a linear type, an S-shaped type, a Y-branch type, an X-crossing type, or a combination thereof. The ridge width and ridge height vary depending on the combination of the refractive index and the film thickness of the waveguide, but the ridge height (step) is generally preferably in the range of 50 to 3000 nm, more preferably in the range of 500 to 2000 nm. . If the step is less than 50 nm, a sufficient difference in refractive index may not be obtained and light may not be confined. If it exceeds 3000 nm, it may become a multi-mode and the function of the target element cannot be fully exhibited. Further, the ridge width is preferably in the range of 1 to 15 μm, and more preferably in the range of 3 to 10 μm.

さらにまた、予め、下部クラッド層を、反応性イオンエッチング(RIE)、湿式エッチング、フォトリソグラフィー、電子線リソグラフィー等の半導体プロセス技術を用いた公知の方法によりパターニングを行い、該下部クラッド層を加工してトレンチを形成し、その上に導波路層を形成することによって、逆リッジ型導波路を形成することもできる。   Furthermore, the lower cladding layer is patterned in advance by a known method using a semiconductor process technology such as reactive ion etching (RIE), wet etching, photolithography, electron beam lithography, and the lower cladding layer is processed. Thus, an inverted ridge-type waveguide can be formed by forming a trench and forming a waveguide layer thereon.

以上のようなリッジ型、または逆リッジ型の構造をとることにより、上下クラッド層との屈折率差を大きく取ることが可能となる。従って、電極による吸収損失を抑制し、かつ素子の実効電界を強めることが可能となることから、駆動電圧の低減をはかることが可能となる。   By adopting the ridge type or reverse ridge type structure as described above, it is possible to obtain a large difference in refractive index between the upper and lower cladding layers. Therefore, the absorption loss due to the electrodes can be suppressed and the effective electric field of the element can be increased, so that the drive voltage can be reduced.

リッジを形成した後、上部クラッド層として、導波路層よりも屈折率の低い材料で、導波路層を覆う。上部クラッド層に用いられる材料としては、上部クラッド層形成時に、導波路層とインターミキシングを起こさない材料が好ましく、前記下部クラッド層に用いた材料等を用いることができる。また、上部クラッド層を形成する手段としても、前記下部クラッド層の形成に用いた手段を同様に使用することができる。なお、上部クラッド層の膜厚としては、1〜20μmの範囲が好ましく、1.5〜10.0μmの範囲がより好ましい。   After the ridge is formed, the waveguide layer is covered with a material having a refractive index lower than that of the waveguide layer as an upper cladding layer. The material used for the upper clad layer is preferably a material that does not intermix with the waveguide layer when the upper clad layer is formed, and the material used for the lower clad layer can be used. Further, as the means for forming the upper clad layer, the means used for forming the lower clad layer can be similarly used. In addition, as a film thickness of an upper clad layer, the range of 1-20 micrometers is preferable, and the range of 1.5-10.0 micrometers is more preferable.

光導波路素子においては、通常、前記導波路層の屈折率に比べ、クラッド層の屈折率を小さくする必要がある。本発明において、導波路層とクラッド層との屈折率の差は、どのような素子として用いるかによって異なるが、例えば、シングルモードの導波路として用いる場合には、前記導波路層とクラッド層との屈折率の差は、0.01〜3%の範囲であることが好ましい。   In an optical waveguide device, it is usually necessary to make the refractive index of the cladding layer smaller than the refractive index of the waveguide layer. In the present invention, the difference in refractive index between the waveguide layer and the clad layer differs depending on the type of element used. For example, when used as a single-mode waveguide, the waveguide layer and the clad layer The difference in refractive index is preferably in the range of 0.01 to 3%.

次いで、上部クラッド層の表面に、上部電極として金属材料を形成し、光導波路素子を形成する。上部電極の材料としては、前述の下部電極に用いた材料が同様に使用できる。
これらの制御用電極(下部電極、上部電極)は、公知の方法、例えば、DCマグネトロン・スパッタリング法、電子ビーム蒸着法、電解メッキ法、フラッシュ蒸着法、イオン・プレーティング法、RFマグネトロン・スパッタリング法、イオン・ビーム・スパッタリング法、レーザー・アブレーション法、MBE法、CVD法、プラズマCVD、MOCVD法などより選ばれる気相成長法、またはゾルゲル法、MOD法などのウエット・プロセスによって、オーバークラッド層表面から薄膜成長を行うことができる。
Next, a metal material is formed as an upper electrode on the surface of the upper cladding layer to form an optical waveguide element. As the material for the upper electrode, the materials used for the lower electrode can be used in the same manner.
These control electrodes (lower electrode, upper electrode) are known methods, for example, DC magnetron sputtering method, electron beam evaporation method, electrolytic plating method, flash evaporation method, ion plating method, RF magnetron sputtering method. The surface of the over clad layer by a vapor growth method selected from ion beam sputtering, laser ablation, MBE, CVD, plasma CVD, MOCVD, etc., or a wet process such as sol-gel, MOD, etc. Thin film growth can be performed.

以上の本発明に係る光導波路素子の製造方法を図面を参照して説明する。図2は、本発明に係る光導波路素子の製造方法における工程を模式的に示す図であり、図2では、基板12上に、下部電極13、下部クラッド層14、導波路層16、上部クラッド層18、及び上部電極20をこの順に有する光導波路素子の製造方法を示す。なお、図2において、図1と同じ構成要素には同じ符合を付している(図1と図2は、上下電極の有無において異なる)。   The manufacturing method of the optical waveguide device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a diagram schematically showing the steps in the method of manufacturing an optical waveguide device according to the present invention. In FIG. 2, the lower electrode 13, the lower cladding layer 14, the waveguide layer 16, and the upper cladding are formed on the substrate 12. A method of manufacturing an optical waveguide element having the layer 18 and the upper electrode 20 in this order will be described. In FIG. 2, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals (FIGS. 1 and 2 differ depending on the presence or absence of the upper and lower electrodes).

先ず、基板12を準備し(図2(A))、該基板12上に、下部電極13を形成する(図2(B))。次いで、下部電極13上に下部クラッド層14を形成し(図2(C))、該下部クラッド層14上に、導波路層材料の溶液を塗布し、導波路層16を成膜する(図2(D))。次いで、導波層16を、ドライエッチングなどにより加工し、リッジ部16Aを有するリッジ型の導波路部を形成する(図2(E))。さらに、導波層16上に、上部クラッド層18を形成する(図2(F))。最後に、上部クラッド層18上の導波路層16のリッジ部16Aが位置する上方に、上部電極20を形成する(図2(G))。   First, the substrate 12 is prepared (FIG. 2A), and the lower electrode 13 is formed on the substrate 12 (FIG. 2B). Next, a lower cladding layer 14 is formed on the lower electrode 13 (FIG. 2C), and a waveguide layer material solution is applied on the lower cladding layer 14 to form a waveguide layer 16 (FIG. 2). 2 (D)). Next, the waveguide layer 16 is processed by dry etching or the like to form a ridge-type waveguide portion having the ridge portion 16A (FIG. 2E). Further, an upper clad layer 18 is formed on the waveguide layer 16 (FIG. 2F). Finally, the upper electrode 20 is formed above the ridge portion 16A of the waveguide layer 16 on the upper clad layer 18 (FIG. 2G).

上記の工程により作製された光導波路素子は、切断によりチップ状(素子状)に加工され、素子を完成する。切断にはダイサーなどが用いられる。なお、素子状とは、一般的には矩形状のことを指すが、光入出力端面での戻り光を低減することを目的として、菱形状、あるいは台形状に加工する場合も含まれる。   The optical waveguide element produced by the above process is processed into a chip shape (element shape) by cutting, thereby completing the element. A dicer or the like is used for cutting. The element shape generally refers to a rectangular shape, but includes a case of processing into a rhombus shape or a trapezoid shape for the purpose of reducing the return light at the light input / output end face.

次いで、以上の光導波路作製工程により作製した光導波路素子を、モジュール筐体に固定し、ワイヤボンディングを施す。ワイヤボンディングは、半導体ICの電気実装に用いられる汎用の装置を用いることが可能であるが、素子に使用される有機材料の破壊および劣化を防止する必要から、ボンディング温度は200℃以下で行うことが好ましい。
そして、その後にポーリング処理により分子の配向を揃える工程を経る。このように、本発明においては、光導波路素子をモジュール筐体に固定した後にポーリング処理を施すため、換言すると、加熱を伴う処理を終えた後にポーリング処理を施すため、ポーリング処理を施して得られた配向状態がその後に再び乱れるなどといった問題を回避することができる。
Next, the optical waveguide device manufactured by the above optical waveguide manufacturing process is fixed to the module housing, and wire bonding is performed. For wire bonding, a general-purpose device used for electrical mounting of semiconductor ICs can be used. However, the bonding temperature should be 200 ° C. or lower because it is necessary to prevent the destruction and deterioration of the organic material used for the element. Is preferred.
And after that, a process of aligning the orientation of the molecules by poling treatment is performed. Thus, in the present invention, since the polling process is performed after the optical waveguide element is fixed to the module housing, in other words, the polling process is performed after the process involving heating is finished. It is possible to avoid such a problem that the alignment state is disturbed again thereafter.

ここで、ポーリング処理とは、成膜した後に、ガラス転移温度(Tg)以上に加熱した状態で電場を印加して配向処理することにより、前記非線形光学ポリマーの分極方向、あるいは、前記クロモフォアを有する非線形光学ポリマーのクロモフォア部分の分極方向、に配向させ、これを維持した状態で、Tg以下に温度を下げた後に電場を取り除く処理をいう。   Here, the poling treatment has the polarization direction of the nonlinear optical polymer or the chromophore by applying an electric field in a state heated to a glass transition temperature (Tg) or higher after film formation, and performing orientation treatment. This refers to a process of removing the electric field after the temperature is lowered to Tg or less in a state where the chromophore part of the nonlinear optical polymer is oriented in the polarization direction and maintained.

このようなポーリング処理としては、電場の印加方法として、非線形光学ポリマーを2つ以上の電極で直接挟み込んで電場を印加する方法(電極ポーリング)、非線形光学ポリマーと電極との間に液体などの媒体を介して電場を印加する方法、あるいは、コロナ放電により間接的な方法で非線形光学ポリマーに対して電場を印加する方法(コロナポーリング)などが挙げられる。   As such a poling process, as an electric field application method, a method of applying an electric field by directly sandwiching a nonlinear optical polymer between two or more electrodes (electrode poling), a medium such as a liquid between the nonlinear optical polymer and the electrode And a method of applying an electric field to the nonlinear optical polymer by an indirect method by corona discharge (corona poling).

ポーリング温度は、ガラス転移温度以上が好ましく、具体的には100〜200℃の範囲内に0.5〜10時間程度保持することが望ましい。ポーリング温度を室温から最終的な温度まで段階的に上昇させる場合、各ステップの上昇温度は5〜50℃程度の範囲、各ステップの時間は10〜120分間程度が望ましく、それらは終始同じでも異なってもよい。連続的に上昇させる場合の昇温速度は、0.1〜20℃/分程度とすることが望ましく、前記の段階的に温度を上昇させるステップと組み合わせてもよい。   The poling temperature is preferably equal to or higher than the glass transition temperature. Specifically, it is desirable to maintain the poling temperature within a range of 100 to 200 ° C. for about 0.5 to 10 hours. When the polling temperature is raised stepwise from room temperature to the final temperature, the rising temperature of each step is preferably in the range of about 5 to 50 ° C., and the time of each step is preferably about 10 to 120 minutes. May be. The rate of temperature increase when the temperature is continuously increased is preferably about 0.1 to 20 ° C./minute, and may be combined with the step of increasing the temperature stepwise.

前記コロナ放電法では、電極、グリッド、サンプル表面の位置関係はこの順であれば任意であるが、電極とサンプル表面との最短距離は5〜100mm程度の範囲、グリッドとサンプル表面との最短距離は1〜30mm程度の範囲とすることが好ましい。グリッドを使用することにより放電を安定化できる場合があり、さらにサンプル表面に必要以上のイオン流が流れ込むのを防止することができるため、表面へのダメージを低減する効果もあると考えられる。   In the corona discharge method, the positional relationship between the electrode, the grid, and the sample surface is arbitrary as long as it is in this order, but the shortest distance between the electrode and the sample surface is in the range of about 5 to 100 mm, and the shortest distance between the grid and the sample surface. Is preferably in the range of about 1 to 30 mm. In some cases, the use of a grid can stabilize the discharge, and since it is possible to prevent an unnecessary ion flow from flowing into the sample surface, it is considered that there is an effect of reducing damage to the surface.

ポーリングの際に電極やグリッドに印加する電圧は一定でもよいし、連続的あるいは段階的に変化させてもよく、温度上昇や下降のタイミングに合わせても合わせなくてもよい。例えば、コロナ電極に印加する電圧は1〜20kV程度の範囲、グリッドを使用する場合のグリッド電圧は0.1〜2kV程度の範囲とするのが好ましい。   The voltage applied to the electrodes and the grid at the time of polling may be constant, may be changed continuously or stepwise, and may or may not match the timing of temperature rise or fall. For example, the voltage applied to the corona electrode is preferably in the range of about 1 to 20 kV, and the grid voltage when the grid is used is preferably in the range of about 0.1 to 2 kV.

また、電極法の電極に印加する電圧としては、0.1〜2kV程度の範囲とするのが好ましい。電極の極性は正負どちらでもよいが、コロナ放電法の場合には、正電圧にした方がオゾンや窒素酸化物などの発生量が少なく、サンプルへのダメージを小さくすることが可能である。なお、温度を下げる工程まで含んだポーリングの総時間は、24時間以内程度とすることが好ましい。   Moreover, it is preferable to set it as the range of about 0.1-2 kV as a voltage applied to the electrode of an electrode method. The polarity of the electrode may be either positive or negative. However, in the case of the corona discharge method, the positive voltage produces less ozone and nitrogen oxides, and the damage to the sample can be reduced. Note that the total polling time including the step of lowering the temperature is preferably within about 24 hours.

以上のポーリング処理において、ポーリング電圧を印加する側の電極と対向する電極に結線された配線間を短絡させることが好ましい。このように設定すると、各電極間で電位差が生じないため、ポーリング時の高電圧による静電破壊を防止することができる。図3はその形態を概念的に示す図である。図3に示す光導波路素子10は、基板12上に、下部電極13と、下部クラッド層14と、導波路層16と、上部クラッド層18と、上部電極20とを有してなる。図3に示すように、下部電極13には接地線が接続されており、下部電極13は該接地線を介して接地されている。また、上部電極20には、配線を介して電源22に接続されおり、電源22は接地線を介して接地されている。すなわち、ポーリング電圧を印加する電極である上部電極20と、該上部電極20に対向する電極である下部電極12とはいずれも接地されており両者は短絡している。この状態で、光導波路素子に電圧を印加しポーリング処理を施すのである。   In the above polling process, it is preferable to short-circuit between the wires connected to the electrode opposite to the electrode to which the polling voltage is applied. With this setting, no potential difference is generated between the electrodes, so that electrostatic breakdown due to a high voltage during poling can be prevented. FIG. 3 is a diagram conceptually showing the form. The optical waveguide device 10 shown in FIG. 3 includes a lower electrode 13, a lower cladding layer 14, a waveguide layer 16, an upper cladding layer 18, and an upper electrode 20 on a substrate 12. As shown in FIG. 3, a ground line is connected to the lower electrode 13, and the lower electrode 13 is grounded via the ground line. The upper electrode 20 is connected to a power source 22 through wiring, and the power source 22 is grounded through a ground line. That is, the upper electrode 20 that is an electrode to which a poling voltage is applied and the lower electrode 12 that is an electrode facing the upper electrode 20 are both grounded and both are short-circuited. In this state, a voltage is applied to the optical waveguide element to perform a polling process.

<ポーリング処理装置>
本発明のポーリング処理装置は、基板上に、下部クラッド層と、導波路層と、上部クラッド層とを少なくとも形成してなる光導波路素子をモジュール筐体に固定する手段と、前記光導波路素子のポーリング電圧を印加する側の電極と、該電極に対向する電極とを結線し短絡させる手段と、前記モジュール筐体に固定された光導波路素子に対してポーリング電圧を印加するポーリング処理手段と、を有することを特徴としている。
<Polling processing device>
The polling processing apparatus of the present invention comprises: a means for fixing an optical waveguide element formed on a substrate with at least a lower clad layer, a waveguide layer, and an upper clad layer to a module housing; A means for connecting and short-circuiting the electrode on the side to which the polling voltage is applied, an electrode facing the electrode, and a polling processing means for applying a polling voltage to the optical waveguide element fixed to the module housing; It is characterized by having.

本発明のポーリング処理装置は、既述の本発明の光導波路モジュールの製造方法における光導波路素子に対してのポーリング処理を実行することができる。すなわち、本発明のポーリング処理装置は、光導波路素子をモジュール筐体に固定し、図3に示すように光導波路素子においてポーリング電圧を印加する側の電極と対向する電極とを結線し短絡させた状態でポーリング処理を施す装置であり、モジュール化に際しての熱による非線形性の消失を抑えることができるとともに、高電圧によりモジュール筐体が静電破壊することなくポーリング処理を実行することができる。   The polling processing apparatus of the present invention can execute a polling process on the optical waveguide element in the method for manufacturing an optical waveguide module of the present invention described above. That is, in the polling processing apparatus of the present invention, the optical waveguide element is fixed to the module housing, and the electrode on the side to which the polling voltage is applied and the opposite electrode are connected and short-circuited in the optical waveguide element as shown in FIG. The apparatus that performs the polling process in a state can suppress the disappearance of non-linearity due to heat at the time of modularization, and can execute the polling process without electrostatic damage of the module housing due to a high voltage.

以下、発明の詳細を、実施例を挙げてさらに具体的に説明する。言うまでもなく、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the details of the invention will be described more specifically with reference to examples. Needless to say, the present invention is not limited to the following examples.

[実施例1]
導波路層の材料として、下記構造式で表されるポリカーボネート樹脂を、THF1質量部とシクロヘキサノン4質量部とを混合した溶媒中に溶解し、15質量%の樹脂溶液を調製した。次いで、この樹脂溶液中に、Dispers Red 1を固形分比として20質量%となる量だけ添加して溶解し、導波路層用塗布液とした。
[Example 1]
As a material for the waveguide layer, a polycarbonate resin represented by the following structural formula was dissolved in a solvent in which 1 part by mass of THF and 4 parts by mass of cyclohexanone were mixed to prepare a 15% by mass resin solution. Next, Dispersed Red 1 was added and dissolved in this resin solution in an amount of 20% by mass as a solid content ratio to obtain a coating solution for a waveguide layer.

Figure 2008039908
Figure 2008039908

自然酸化膜を有するシリコン基板(直径:50.8mm、厚さ:0.5mm)表面に、スパッタ法により下部電極としてAuを厚さ0.3μm設けたものを、基板として用いた。次いで、この下部電極表面に、フッ素化ポリイミド原料(日立化成製、OPI−N3405)を、スピンコート法により塗布した後、加熱によりイミド化しフッ素化ポリイミド膜として下部クラッド層を形成した。該下部クラッド層の膜厚は5.8μmであった。   A silicon substrate (diameter: 50.8 mm, thickness: 0.5 mm) having a natural oxide film provided with 0.3 μm of Au as a lower electrode by sputtering was used as the substrate. Next, a fluorinated polyimide raw material (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd., OPI-N3405) was applied on the surface of the lower electrode by spin coating, and then imidized by heating to form a lower clad layer as a fluorinated polyimide film. The thickness of the lower cladding layer was 5.8 μm.

次いで、上記下部クラッド層の表面に、先に作製した導波路層用塗布液を滴下し、スピンコートにより製膜し、溶媒を乾燥して導波路層とした。該導波路層の膜厚は、2.4μmであった。この導波路層に、フォトリソグラフィーを用いて、マッハツェンダー型の導波路パターンを、パターンニングした後、ドライエッチングにより導波路として幅が4.1μmで、0.8μmの段差を有するリッジ型のチャネル導波路を作製した。   Next, the previously prepared coating solution for the waveguide layer was dropped onto the surface of the lower cladding layer, a film was formed by spin coating, and the solvent was dried to obtain a waveguide layer. The thickness of the waveguide layer was 2.4 μm. A ridge type channel having a width of 4.1 μm and a step of 0.8 μm as a waveguide by dry etching after patterning a Mach-Zehnder type waveguide pattern on the waveguide layer using photolithography A waveguide was fabricated.

さらに、導波路を形成した前記導波路層の表面に、エポキシ樹脂をスピンコートにより塗布して上部クラッド層形成した。該上部クラッド層の膜厚は5.0μmであった。
このようにして上部クラッド層まで形成したシリコンウェハを、ダイサーにより、5mm×20mmに切り出して光導波路素子とした。
Furthermore, an upper clad layer was formed by applying an epoxy resin to the surface of the waveguide layer on which the waveguide was formed by spin coating. The thickness of the upper cladding layer was 5.0 μm.
The silicon wafer thus formed up to the upper cladding layer was cut into 5 mm × 20 mm by a dicer to obtain an optical waveguide element.

以上のように作製された光導波路素子を、あらかじめ用意したモジュール筐体上に熱硬化性の接着剤を用いて、150℃で30分間加熱することにより固定を行った。次いで、このモジュール筐体をワイヤボンダーにセットし、200℃に加熱した上で、モジュール筐体と、導波路素子の電極パッドをワイヤボンディングにより電気的に接続を行った。   The optical waveguide device manufactured as described above was fixed by heating at 150 ° C. for 30 minutes using a thermosetting adhesive on a module housing prepared in advance. Next, the module casing was set on a wire bonder and heated to 200 ° C., and then the module casing and the electrode pad of the waveguide element were electrically connected by wire bonding.

このようにして得られた光導波路モジュールに対して、ポーリング電圧を印加する側の電極と対向する電極に結線された各線間で電位差が生じないように、配線間を短絡させて、接地電極に配線した上で、130℃に加熱し、+800Vの電圧をポーリング電極に印加し、60分間保持した後、モジュールを冷却して、有機分子の配向を固定した。   In the optical waveguide module obtained in this way, the wiring is short-circuited so that a potential difference does not occur between the wires connected to the electrode opposite to the electrode to which the poling voltage is applied. After wiring, it was heated to 130 ° C., a voltage of +800 V was applied to the poling electrode and held for 60 minutes, and then the module was cooled to fix the orientation of the organic molecules.

この導波路型マッハツェンダー光デバイスを用い、波長が1.55μmの半導体レーザを光源とする光挿入損失評価装置により、モードフィールド径10.5μmのシングルモード光ファイバーに対する挿入損失を評価した結果、挿入損失は9.8dBであった。
次いで、この導波路型マッハツェンダー光デバイスに電圧を印加し、変調特性を評価した。半波長電圧(Vπ)は20Vの結果が得られ、光変調素子として機能することが確認された。
Using this waveguide type Mach-Zehnder optical device, the insertion loss for a single mode optical fiber having a mode field diameter of 10.5 μm was evaluated by an optical insertion loss evaluation apparatus using a semiconductor laser having a wavelength of 1.55 μm as a light source. Was 9.8 dB.
Next, a voltage was applied to the waveguide type Mach-Zehnder optical device to evaluate the modulation characteristics. A half-wave voltage (Vπ) of 20 V was obtained, and it was confirmed that the half-wave voltage (Vπ) functions as a light modulation element.

[比較例1]
実施例1と同様にして作製した光導波路素子を、モジュール筐体に固定する前に、実施例1と同様にして、ポーリング処理を行った。ついで、実施例1と同様にして、モジュール筐体への固定と、ワイヤボンディングによる電気実装を行って、光導波路モジュールを作製した。
この導波路型マッハツェンダー光デバイスを用い、波長が1.55μmの半導体レーザを光源として、導波路型マッハツェンダー光デバイスに電圧を印加し、変調特性を評価した。半波長電圧(Vπ)は100Vの以上であり、充分な、光変調素子としての機能を確認することはできなかった。
[Comparative Example 1]
Before the optical waveguide device manufactured in the same manner as in Example 1 was fixed to the module housing, a polling process was performed in the same manner as in Example 1. Next, in the same manner as in Example 1, fixing to the module housing and electrical mounting by wire bonding were performed to produce an optical waveguide module.
Using this waveguide type Mach-Zehnder optical device, a voltage was applied to the waveguide type Mach-Zehnder optical device using a semiconductor laser having a wavelength of 1.55 μm as a light source, and the modulation characteristics were evaluated. The half-wave voltage (Vπ) was 100 V or more, and a sufficient function as a light modulation element could not be confirmed.

本発明に係る光導波路素子の基本構成を示す模式断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a basic configuration of an optical waveguide device according to the present invention. 光導波路素子作製工程を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an optical waveguide element preparation process. 光導波路素子の上部電極と下部電極とを短絡させた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which short-circuited the upper electrode and lower electrode of the optical waveguide element.

符号の説明Explanation of symbols

10 光導波路素子
12 基板
13 制御電極パターン
14 下部クラッド層
16 導波路層
18 上部クラッド層
20 上部電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical waveguide element 12 Substrate 13 Control electrode pattern 14 Lower clad layer 16 Waveguide layer 18 Upper clad layer 20 Upper electrode

Claims (9)

基板上に、下部クラッド層を形成する工程と、該下部クラッド層上に導波路層を形成する工程と、該導波路層の上部に上部クラッド層を形成する工程と、を少なくとも含む光導波路素子作製工程と、
前記光導波路素子作製工程により作製した光導波路素子をモジュール筐体に固定した後、前記光導波路素子の分子の配向を揃えるポーリング処理を施す工程と、を含むことを特徴とする光導波路モジュールの製造方法。
An optical waveguide device including at least a step of forming a lower cladding layer on a substrate, a step of forming a waveguide layer on the lower cladding layer, and a step of forming an upper cladding layer on the waveguide layer Production process;
And a step of performing a poling process for aligning the molecular orientation of the optical waveguide element after fixing the optical waveguide element manufactured by the optical waveguide element manufacturing step to a module housing. Method.
前記光導波路素子作製工程において、さらに、基板上に下部電極を形成する工程、及び/又は、上部クラッド層上に上部電極を形成する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の光導波路モジュールの製造方法。   2. The optical waveguide according to claim 1, wherein the optical waveguide device manufacturing step further includes a step of forming a lower electrode on the substrate and / or a step of forming an upper electrode on the upper clad layer. Module manufacturing method. 前記導波路層が、電気光学効果を有する導波路層であることを特徴とする請求項1または2に記載の光導波路モジュールの製造方法。   The method for manufacturing an optical waveguide module according to claim 1, wherein the waveguide layer is a waveguide layer having an electro-optic effect. 前記光導波路素子作製工程において、導波路層を形成した後、パターンニングを行い、リッジ型の構造に加工することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の光導波路モジュールの製造方法。   4. The optical waveguide module according to claim 1, wherein, in the optical waveguide element manufacturing step, after forming a waveguide layer, patterning is performed to process into a ridge structure. 5. Production method. 前記光導波路素子作製工程において、下部クラッド層を形成した後、パターンニングを行い、該下部クラッド層を加工してトレンチを形成する工程と、該下部クラッド層上に、導波路層を形成することにより、逆リッジ型の構造を得ることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の光導波路モジュールの製造方法。   In the optical waveguide device manufacturing process, after forming the lower cladding layer, patterning, processing the lower cladding layer to form a trench, and forming a waveguide layer on the lower cladding layer The method of manufacturing an optical waveguide module according to claim 1, wherein an inverted ridge structure is obtained by: 前記ポーリング処理を施す工程において、ポーリング電圧を印加する側の電極と、該電極に対向する電極に結線された配線間を短絡させたことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の光導波路モジュールの製造方法。   6. The method according to claim 1, wherein in the step of performing the polling process, an electrode on a side to which a polling voltage is applied and a wiring connected to an electrode facing the electrode are short-circuited. The manufacturing method of the optical waveguide module of description. 基板上に、下部クラッド層と、導波路層と、上部クラッド層とを少なくとも形成してなる光導波路素子をモジュール筐体に固定する手段と、前記光導波路素子のポーリング電圧を印加する側の電極と、該電極に対向する電極とを結線し短絡させる手段と、前記モジュール筐体に固定された光導波路素子に対してポーリング電圧を印加するポーリング処理手段と、を有することを特徴とするポーリング処理装置。   Means for fixing an optical waveguide element formed by forming at least a lower clad layer, a waveguide layer, and an upper clad layer on a substrate to a module housing, and an electrode on a side to which a polling voltage is applied of the optical waveguide element And polling processing means for applying a polling voltage to the optical waveguide element fixed to the module housing. apparatus. 前記ポーリング電圧が、コロナポーリングにより印加されることを特徴とする請求項7に記載のポーリング処理装置。   The polling processing apparatus according to claim 7, wherein the polling voltage is applied by corona polling. 前記ポーリング電圧が、電極ポーリングにより印加されることを特徴とする請求項7に記載のポーリング処理装置。   The polling processing apparatus according to claim 7, wherein the polling voltage is applied by electrode poling.
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