JP2010008887A - 光デバイスの製造方法および光デバイス - Google Patents

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Abstract

【課題】デバイスの製造時における光導波路の放電破壊を回避すること。
【解決手段】パターン形成工程によって、折り返し部123aを有する導波路パターン120aと、折り返し部123aの外周側に位置する導体パターン312と、折り返し部123aと導体パターン312を接続するダミーパターン130aと、を誘電体基板110上に形成する。つぎに、パターン形成工程によってパターン形成された誘電体基板110を熱拡散処理して導波路パターン120aを光導波路にする。
【選択図】図3

Description

この発明は、誘電体基板に光導波路を形成した光デバイスの製造方法および光デバイスに関する。
LiNbO3(ニオブ酸リチウム)やLiTaO3(タンタル酸リチウム)などの電気光学結晶の誘電体基板を用いた光デバイスは、結晶基板上の一部にTi(チタン)などの金属膜を形成し熱拡散させ、あるいはパターニング後に安息香酸中でプロトン交換するなどして光導波路を形成した後、光導波路近傍に電極を設けることで製造される。
このような光デバイスにおいて、光導波路は、たとえば、光を分岐する分岐部と、分岐部によって分岐された各光を通過させる平行導波路と、平行導波路を通過した各光を結合させる結合部と、を有する。そして、平行導波路に沿って信号電極および接地電極を設け、コプレーナ電極を形成する。誘電体基板にZカット基板を用いる場合は、Z方向の電界による屈折率変化を利用するため、光導波路の真上に沿って信号電極を配置する。
光変調器を高速で駆動する場合は、信号電極と接地電極の終端を抵抗で接続して進行波電極とし、信号電極の入力側からマイクロ波信号を印加する。これにより、電界によって平行導波路の各導波路の屈折率がそれぞれ+Δna、−Δnbのように変化し、平行導波路の各導波路間の位相差が変化する。これにより、結合部における各光の干渉がマッハツェンダ干渉となり、強度変調された光信号が結合部から出力される。
こうした光変調器を2つ直列につなぎ、一方をクロック信号、他方をNRZ(Non Return to Zero)データ信号で駆動することによって、RZ信号が生成される。また、折り返し導波路を用いて2つの変調器を1つのチップ上に集積する構成が提案されている。折り返し導波路の部分では、U字型に曲がった光導波路の外周に沿って溝を設けることで光の損失を抑えることができる(たとえば、下記特許文献1参照。)。
ところで、LiNbO3やLiTaO3の結晶を用いた誘電体基板はかなり大きな焦電効果(焦電性)を有している。このため、誘電体基板の温度が変化すると焦電荷が発生し、誘電体基板の表面が帯電して大きな電位が発生する。したがって、加熱によってTi等の金属パターンを誘電体基板の表面に拡散させるときに、多量に発生する焦電荷が金属パターン(導波路パターン)に溜まり易い。その結果、金属パターンに放電が発生し、光導波路パターンが破壊されるといった問題がある。
これに対して、チップ有効範囲から外れた位置において、光導波路となる導波路パターンの端部が、比較的面積の大きな導体パターンに接続しておく技術が開示されている(たとえば、下記特許文献2参照。)。これにより、熱拡散処理を行うときに、導波路パターンに溜まった焦電荷が導体パターンの方へと逃れ、光導波路の放電破壊が軽減される。
特開2004−287093号公報 国際公開第94/010592号パンフレット
しかしながら、上述した従来技術では、光導波路が折り返し部を有する場合は、折り返し部と、焦電荷を逃すための導体パターンと、の間が離れる。このため、熱拡散処理を行うときに、折り返し部と導体パターンの間で電荷密度が異なり、折り返し部と導体パターンの間に電位差が生じる。この電位差が大きくなると、折り返し部と導体パターンの間で放電が発生し、光導波路の折り返し部付近が破壊されるという問題がある。
開示の光デバイスの製造方法および光デバイスは、上述した問題点を解消するものであり、デバイスの製造時における光導波路の放電破壊を回避することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この光デバイスの製造方法は、折り返し部を有する導波路パターンと、前記折り返し部の外周側に位置する導体パターンと、前記折り返し部と前記導体パターンを接続するダミーパターンと、を誘電体基板上に形成するパターン形成工程と、前記パターン形成工程によってパターン形成された前記誘電体基板を熱拡散処理して前記導波路パターンを光導波路にする熱拡散工程と、を含むことを要件とする。
上記方法によれば、熱拡散工程の熱拡散処理によって導波路パターンの折り返し部付近に発生した焦電荷が、ダミーパターンを介して導体パターンへ逃れる。
開示の光デバイスの製造方法および光デバイスによれば、デバイスの製造時における光導波路の放電破壊を回避することができるという効果を奏する。
以下に添付図面を参照して、この光デバイスの製造方法および光デバイスの好適な実施の形態を詳細に説明する。
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1にかかる光デバイスの構成を示す平面図である。図1に示すように、実施の形態1にかかる光デバイス100は、誘電体基板110と、光導波路120と、ダミー導波路130と、溝140と、信号電極151および信号電極152と、接地電極153と、を備えている。光デバイス100は、光を変調する光変調器である。
誘電体基板110は、焦電性を有する誘電体基板である。誘電体基板110は、たとえばLiNbO3またはLiTaO3の結晶基板である。ここでは、誘電体基板110はZカットのLiNbO3基板であるとする。誘電体基板110はチップ状に形成されている。誘電体基板110の長手方向の両端部をそれぞれ端部111および端部112とする。また、誘電体基板110の各側面をそれぞれ側面113および側面114とする。
光導波路120は、誘電体基板110上に形成されている。光導波路120は、入力端121と、第1変調部122と、折り返し部123と、第2変調部124と、出力端125と、を有している。入力端121および出力端125は、誘電体基板110の端部111に導出されている。入力端121には光が入力される。入力端121へ入力される光はたとえば連続光である。入力端121は、入力された光を第1変調部122へ出射する。
第1変調部122は、入力端121から出射された光を分岐する分岐部122Aと、分岐部122Aによって分岐された各光を通過させる平行導波路122Bと、平行導波路122Bを通過した各光を結合させる結合部122Cと、を有している。第1変調部122の結合部122Cによって結合された光は折り返し部123へ出射される。
折り返し部123は、誘電体基板110の端部112の付近に設けられている。折り返し部123は、所定の曲率半径を有する曲がり導波路である。折り返し部123は、第1変調部122から出射された光を180度折り返して第2変調部124へ出射する。
第2変調部124は、折り返し部123から出射された光を分岐する分岐部124Aと、分岐部124Aによって分岐された各光を通過させる平行導波路124Bと、平行導波路124Bを通過した各光を結合させる結合部124Cと、を有している。第2変調部124の結合部124Cによって結合された光は出力端125へ出射される。
出力端125は、第2変調部124から出射された光を外部へ出力する。溝140は、光導波路120の折り返し部123の外周に沿って誘電体基板110の表面に設けられている。溝140は、たとえばエッチングによって形成される。ダミー導波路130は、溝140から誘電体基板110の端部112まで導出されている。
信号電極151、信号電極152および接地電極153は、光導波路120が形成された誘電体基板110の表面に形成されている。信号電極151は、第1変調部122の平行導波路122Bの一方の導波路に沿って誘電体基板110上に設けられている。信号電極151の両端部は、誘電体基板110の側面113へ導出されている。
信号電極152は、第2変調部124の平行導波路124Bの一方の導波路に沿って誘電体基板110上に設けられている。信号電極152の両端部は、誘電体基板110の側面114へ導出されている。接地電極153は、信号電極151および信号電極152を囲むように設けられている。また、接地電極153は、信号電極151および信号電極152との間に所定の間隔(ギャップ)を有するように形成されている。
信号電極151の入力端121側の端部には、マイクロ波信号によってデータが入力される。これにより、第1変調部122を通過する光が強度変調される。信号電極152の折り返し部123側の端部にはクロック信号が入力される。これにより、第2変調部124を通過する光がRZ変調される。このため、出力端125から出力される光は、強度変調およびRZ変調がなされた光信号になる。
ここでは図示していないが、信号電極151、信号電極152および接地電極153と、光導波路120が形成された誘電体基板110の表面と、の間にはバッファ層が設けられている。バッファ層は、たとえば、厚さ0.2〜2μm程度のSiO2である。これにより、光導波路120を通過する光が、信号電極151、信号電極152または接地電極153によって吸収されることを回避することができる。
図2は、図1のA−B線断面図である。図2において、図1に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図2に示すように、折り返し部123の外周は溝140によって縁取られている。また、溝140は、誘電体基板110において、折り返し部123およびダミー導波路130よりも深い位置まで形成されている。
たとえば、折り返し部123およびダミー導波路130のモードフィールド径が3μmである場合は、溝140の深さは3μm以上にする。これにより、光導波路120とダミー導波路130が切り離される。このため、折り返し部123を通過する光がダミー導波路130へ漏れ込むことを回避し、光損失を低減することができる。
図3は、図1に示した光デバイスの製造工程(その1)を示す平面図である。図3において、図1に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。誘電体基板110の点線301は、図1に示した端部111に対応する部分である。誘電体基板110の点線302は、図1に示した端部112に対応する部分である。
まず、誘電体基板110の表面に、導波路パターン120aと、導体パターン311および導体パターン312と、ダミーパターン130aと、を形成する。導波路パターン120a、導体パターン311、導体パターン312およびダミーパターン130aは、たとえばTiを誘電体基板110にパターニングすることによって形成される。
導波路パターン120aは、図1に示した光導波路120と平面形状が同じパターンである。導波路パターン120aは、入力部121a、第1変調部122a、折り返し部123a、第2変調部124aおよび出力部125aを有している。ここでは、2つの導波路パターン120aが誘電体基板110の幅方向(短手方向)に並んで形成されている。
導体パターン311は、誘電体基板110における点線301側の端部321に形成され、2つの導波路パターン120aの各入力部121aおよび出力部125aに接続されている。導体パターン312は、誘電体基板110における点線302側の端部322(折り返し部123aの外周側)に形成されている。導体パターン311および導体パターン312は、十分な面積を有するように形成されたべたパターンである。
ダミーパターン130aは、図1に示したダミー導波路130の平面形状を導体パターン312まで延長した形状のパターンである。ダミー導波路130は、2つの導波路パターン120aの各折り返し部123aにそれぞれ形成されている。ダミーパターン130aは、折り返し部123aと導体パターン312を接続するように形成されている。
この状態において、誘電体基板110に対して熱拡散処理を行う。これにより、導波路パターン120a、導体パターン311,312およびダミーパターン130aが誘電体基板110の表面に拡散する。拡散した導波路パターン120aは、図1に示した光導波路120になる。具体的には、入力部121a、第1変調部122a、折り返し部123a、第2変調部124aおよび出力部125aは、それぞれ図1に示した入力端121、第1変調部122、折り返し部123、第2変調部124および出力端125になる。
図4は、図1に示した光デバイスの製造工程(その2)を示す平面図である。図4において、図1または図3に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図4の符号410,420,430のそれぞれは、図3のA−B線断面図を示している。符号410は、誘電体基板110に、導波路パターン120a、導体パターン311,312およびダミーパターン130aを形成した状態(図3参照)を示している。
符号410に示した状態において、誘電体基板110に対して熱拡散処理を行うと、上述したように、導波路パターン120a、導体パターン311,312およびダミーパターン130aが誘電体基板110の表面に拡散する。たとえば、符号420に示すように、拡散した折り返し部123a(図3参照)は、図1に示した折り返し部123になる。
また、拡散したダミーパターン130a(図3参照)は、図1に示したダミー導波路130になる。この熱拡散処理を行う工程において、誘電体基板110の焦電効果によって折り返し部123aに溜まった焦電荷は、ダミーパターン130aを介して導体パターン312へ逃れる。このため、光導波路120の放電破壊を回避することができる。
つぎに、符号430に示すように、光導波路120の折り返し部123とダミー導波路130を切り離すように溝140(図1,図2参照)を設ける(溝形成工程)。このあと、点線301(図3参照)および点線302の位置で誘電体基板110を切断し、導体パターン311および導体パターン312を取り除く(切断工程)。
点線301および点線302に沿って切断した誘電体基板110の各部分はそれぞれ図1に示した端部111および端部112になる。そして、誘電体基板110の表面にバッファ層を設け、バッファ層の上に信号電極151,152および接地電極153を形成(電極形成工程)することで、図1に示した光デバイス100を製造することができる。
このように、実施の形態1にかかる光デバイス100の製造方法によれば、導波路パターン120aを形成した誘電体基板110を熱拡散処理するときに、誘電体基板110の焦電効果によって折り返し部123a付近に発生した焦電荷が、ダミーパターン130aを介して導体パターン312へ逃れる。これにより、光デバイス100の製造時における光導波路120の放電破壊を回避することができる。
また、折り返し部123の外周に沿って溝140を設けることで、折り返し部123の曲率を小さくしても、折り返し部123における光の曲がり損失を低減することができる。これにより、デバイスの小型化および光損失の低減を図りつつ、光デバイス100の製造時における光導波路120の放電破壊を回避することができる。
また、この溝140によって折り返し部123とダミー導波路130を切り離すことができるため、折り返し部123を通過する光がダミー導波路130に結合することを回避し、光損失を低減することができる。これにより、光損失を増大させることなく、デバイスの製造時における光導波路120の放電破壊を回避することができる。
ここでは、パターン形成を行う工程で、導波路パターン120aと、ダミーパターン130aと、導体パターン311,312と、を同一の材料であるTiによって形成する場合について説明した。これにより、各パターンをパターニングによって一括して形成することができる。ただし、導波路パターン120aと、ダミーパターン130aと、導体パターン311,312と、は互いに異なる材料の導体であってもよい。
(実施の形態2)
図5は、実施の形態2にかかる光デバイスの構成を示す平面図である。図5において、図1に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図5に示すように、実施の形態2にかかる光デバイス100は、図1に示したダミー導波路130に代えて、複数のダミー導波路を備えている。
ここでは、光デバイス100は、ダミー導波路511およびダミー導波路512を備えている。この光デバイス100の製造方法においては、パターン形成を行う工程で、ダミーパターン130a(図3参照)に代えて、それぞれダミー導波路511およびダミー導波路512と平面形状が同じ2つのダミーパターンを形成する。
これにより、熱拡散処理を行うときに誘電体基板110の焦電効果によって折り返し部123a(図4参照)に溜まった焦電荷が、2つのダミーパターンを介して効率的に導体パターン312(図4参照)へ逃れる。また、2つのダミーパターンの一方が断線しても、残ったダミーパターンを介して折り返し部123aから導体パターン312へ焦電荷が逃れる。このため、光導波路120の放電破壊をより確実に回避することができる。
図6は、図5に示した光デバイスの変形例1である。図6において、図5に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図6に示すように、実施の形態2にかかる光デバイス100は、図1に示したダミー導波路130に代えて、光導波路120よりも幅が広いダミー導波路611を備えていてもよい。
たとえば、光導波路120の幅が10μmである場合は、ダミー導波路611の幅を10μmより広くする。この光デバイス100の製造方法においては、パターン形成を行う工程で、ダミーパターン130a(図3参照)に代えて、ダミー導波路611と平面形状が同じダミーパターンを誘電体基板110上に形成する。
これにより、熱拡散処理を行うときに誘電体基板110の焦電効果によって折り返し部123a(図4参照)に溜まった焦電荷が、幅の広いダミーパターンを介して効率的に導体パターン312(図4参照)へ逃れる。また、幅が広いダミーパターンを用いることでダミーパターンの断線を回避することができる。このため、折り返し部123aに溜まった焦電荷が、ダミーパターンの断線によって導体パターン312へ逃れない状態を回避できる。このため、光導波路120の放電破壊をより確実に回避することができる。
図7は、図5に示した光デバイスの変形例2である。図7において、図5に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図7に示すように、実施の形態2にかかる光デバイス100は、図1に示したダミー導波路130に代えて、ダミー導波路711およびダミー導波路712を備えていてもよい。
ダミー導波路711は、溝140から、誘電体基板110の側面113まで導出されている。ダミー導波路712は、溝140から、誘電体基板110の側面114まで導出されている。この光デバイス100の製造方法においては、パターン形成を行う工程で、ダミーパターン130a(図3参照)に代えて、それぞれダミー導波路711およびダミー導波路712と平面形状が同じ2つのダミーパターンを形成する。
図8は、図7に示した光デバイスの製造工程を示す平面図である。図8において、図3に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。まず、円板状のウエハ800の一面に、Tiの薄膜(図の黒い部分)を形成する。そして、Tiの薄膜に対してエッチングを行うことで、導波路パターン120a、導体パターン311,312およびダミーパターン711a,712aを形成する。
ここでは、導波路パターン120aが、導波路パターン120aの短手方向に8つ並べて設けられている。ダミーパターン711aおよびダミーパターン712aは、ダミー導波路711およびダミー導波路712(図7参照)と平面形状が同じ2つのダミーパターンである。ダミーパターン711a,712aは、8つの導波路パターン120aのそれぞれの折り返し部123a(符号は不図示)に設けられている。
各導波路パターン120aに接続されたダミーパターン711aは、隣接する導波路パターン120aに接続されたダミーパターン712aと、導体パターン312と、に接続されている。そして、ウエハ800に対して熱拡散処理を行う。これにより、各導波路パターン120aと、導体パターン311,312と、各導波路パターン120aに接続された各ダミーパターン711a,712aが誘電体基板110の表面に拡散する。
拡散した各導波路パターン120aは、図7に示した光導波路120になる。また、拡散した各ダミーパターン711a,712aは、図7に示した各ダミー導波路711,712になる。このとき、熱拡散処理によって各導波路パターン120aの折り返し部123aに溜まった焦電荷は、各ダミーパターン711a,712aを介して導体パターン312へ逃れる。このため、光導波路120の放電破壊を回避することができる。
つぎに、光導波路120とダミー導波路711,712とを切り離すように溝140(図7参照)を設ける。このあと、ウエハ800を切断して各光導波路120を分離することで、光導波路120、ダミー導波路711,712および溝140が形成された誘電体基板110を8つ得ることができる。そして、誘電体基板110の表面にバッファ層を設け、バッファ層の上に信号電極151,152および接地電極153を形成することで、図7に示した光デバイス100を製造することができる。
このように、実施の形態2にかかる光デバイス100の製造方法によれば、実施の形態2にかかる光デバイス100の製造方法の効果を奏するとともに、パターン形成を行う工程において、ダミーパターン130a(図3参照)に代えて、複数のダミーパターン、または幅が広いダミーパターンを形成することで、焦電効果によって折り返し部123aに溜まった焦電荷がダミーパターンを介して効率的に導体パターン312へ逃れる。このため、光導波路120の放電破壊をより確実に回避することができる。
(実施の形態3)
図9は、実施の形態3にかかる光デバイスの製造工程を示す平面図である。図9において、図1に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図9に示すように、実施の形態3にかかる光デバイス100においては、導波路パターン120aは、入力端121と、第1変調部122と、出力端125と、を有している。第1変調部122の結合部122Cは、出力端125に接続されている。
第1変調部122の平行導波路122Bは、誘電体基板110の端部112付近に折り返し部910を有している。平行導波路122Bの外側の導波路のうちの折り返し部910を形成する部分を折り返し導波路911とする。また、平行導波路122Bの内側の導波路のうちの折り返し部910を形成する部分を折り返し導波路912とする。
ここでは、折り返し導波路911および折り返し導波路912は、互いに平行のまま曲がっている。ダミー導波路920は、折り返し導波路912から端部112まで、折り返し導波路911と交差しつつ導出されている。この光デバイス100の製造方法においては、パターン形成を行う工程で、図3に示した第1変調部122aに代えて、図9に示す第1変調部122aと平面形状が同じパターンを誘電体基板110上に形成する。
また、ダミーパターン130a(図3参照)に代えて、ダミー導波路920と平面形状が同じダミーパターンを誘電体基板110上に形成する。このダミーパターンは、折り返し導波路911および折り返し導波路912となる各パターンと、端部112側に設けられた導体パターン312(図3参照)と、を接続する導体パターンである。
これにより、熱拡散処理を行うときに誘電体基板110の焦電効果によって、折り返し導波路911および折り返し導波路912となる各パターン(図4参照)に溜まった焦電荷が、ダミーパターンを介して導体パターン312(図4参照)へ逃れる。このため、光導波路120の放電破壊を回避することができる。
図10は、実施の形態3にかかる光デバイスの構成を示す平面図である。図11は、図10のA−B線断面図である。図10および図11において、図9に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図9に示した状態において、折り返し導波路911の外周に沿って誘電体基板110に溝1011(第1の溝)を設ける。また、折り返し導波路912の外周に沿って溝1012(第2の溝)を設ける。
つぎに、誘電体基板110の表面にバッファ層1101を設け、バッファ層1101の上に、信号電極151および接地電極153を形成することで、図10に示す光デバイス100を製造することができる。この光デバイス100においては、ダミー導波路920によって接続されていた折り返し導波路911と折り返し導波路912が溝1012によって切り離されるため、ダミー導波路920のうちの溝1012によって削られなかった部分によって、溝1012と折り返し導波路911がつながった状態になる。
図12は、図10に示した光デバイスの変形例を示す平面図である。図13は、図12のA−B線断面図である。図14は、図12のA−C線断面図である。図12および図13において、図10に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図12に示すように、実施の形態3にかかる光デバイス100においては、折り返し導波路912の内周に沿って溝1211(第3の溝)を設けてもよい。
また、溝1211の外周に沿って、溝1211との間に間隔を有して溝1212を設けてもよい。図14に示すように、折り返し導波路911および溝1012の間の距離ds1と、折り返し導波路912および溝1211の間の距離ds2と、が等しくなるように溝1211を設ける。また、溝1011および溝1012の間の距離Wr1と、溝1012および溝1211の間の距離Wr2と、が等しくなるように溝1211を設ける。
これにより、折り返し導波路911および折り返し導波路912の断面形状を互いに同じにすることができる。このため、折り返し導波路911および折り返し導波路912を通過する光の損失が等しくなり、結合部122Cによって干渉した光の消光比を向上させることができる。このため、変調した光信号の特性を向上させることができる。
図15は、図12に示した光デバイスの変形例を示す平面図である。図15において、図12に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図15に示すように、実施の形態3にかかる光デバイス100においては、光導波路120と信号電極151との相互作用部の全域に沿って各溝を設けてもよい。具体的には、図12に示した溝1011,1012,1211,1212のそれぞれを、光導波路120のうちの折り返し導波路911および折り返し導波路912以外の部分にまで延長して設ける。
光導波路120と信号電極151との相互作用部とは、信号電極151のうちの光導波路120に沿っている部分である。これにより、信号電極151の特性インピーダンスやマイクロ波の伝播速度が相互作用部の全域に渡って均一になり、高周波特性を向上させることができる。図15のA−B線断面図は、図13に示した断面図と同様である。
図16は、折り返し部の曲率半径と光の散乱損失の関係を示すグラフである。図16において、横軸は、折り返し導波路911の曲率半径(mm)を示している。縦軸は、折り返し導波路911を通過する光の散乱損失(dB)を示している。図15に示した光デバイス100においては、折り返し導波路911の内側にダミー導波路920が残る。
このため、折り返し導波路911の曲率半径が大きいとダミー導波路920による光の散乱損失が発生する。関係1610は、溝1011を設けない場合の、折り返し導波路911の曲率半径と光の散乱損失の関係を示している。関係1620は、溝1011を設けた場合の、折り返し導波路911の曲率半径と光の散乱損失の関係を示している。
関係1610および関係1620に示すように、折り返し導波路911の曲率半径が4mm以下の範囲において、溝1011を設けることによる光の散乱損失の低減効果が大きいことが分かる。したがって、折り返し導波路911の曲率半径を4mm以下にすることで、光の散乱損失を抑えつつ、光デバイス100の小型化を図ることができる。
このように、実施の形態3にかかる光デバイス100の製造方法によれば、平行導波路122Bの部分に折り返し部910が設けられている構成においても、折り返し部910を形成する折り返し導波路911および折り返し導波路912に沿ってそれぞれ溝1011および溝1012を設けることで、実施の形態1にかかる光デバイス100の製造方法と同様に、デバイスの小型化および光損失の低減を図りつつ、デバイスの製造時における光導波路120の放電破壊を回避することができる。
(実施の形態4)
図17は、実施の形態4にかかる光デバイスの構成を示す平面図である。図17において、図10に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。実施の形態4にかかる光デバイス100においては、第1変調部122の平行導波路122Bは、2カ所以上の折り返し部を有している。
具体的には、平行導波路122Bは、端部112付近に折り返し部1710を有している。平行導波路122Bの外側の導波路のうちの折り返し部1710を形成する部分を折り返し導波路1711とする。また、平行導波路122Bの内側の導波路のうちの折り返し部1710を形成する部分を折り返し導波路1712とする。ここでは、折り返し導波路1711および折り返し導波路1712は、互いに平行のまま曲がっている。
溝1721は、折り返し導波路1711の外周に沿って誘電体基板110に設けられている。溝1722は、折り返し導波路1712の外周に沿って設けられている。ダミー導波路1730は、折り返し導波路1712から端部112まで、折り返し導波路1711と交差しつつ導出され、溝1721および溝1722のそれぞれによって切り離されている。このため、ダミー導波路1730は、溝1721および端部112をつなぐ部分と、溝1722および折り返し導波路1711をつなぐ部分と、に分かれている。
また、平行導波路122Bは、端部111付近に折り返し部1740を有している。平行導波路122Bの外側の導波路のうちの折り返し部1740を形成する部分を折り返し導波路1741とする。また、平行導波路122Bの内側の導波路のうちの折り返し部1740を形成する部分を折り返し導波路1742とする。ここでは、折り返し導波路1741および折り返し導波路1742は、互いに平行のまま曲がっている。
溝1751は、折り返し導波路1741の外周に沿って誘電体基板110に設けられている。溝1752は、折り返し導波路1742の外周に沿って設けられている。ダミー導波路1760は、折り返し導波路1742から端部111まで、折り返し導波路1741と交差しつつ導出され、溝1751および溝1752のそれぞれによって切り離されている。このため、ダミー導波路1760は、溝1751および端部111をつなぐ部分と、溝1752および折り返し導波路1741をつなぐ部分と、に分かれている。
この光デバイス100の製造方法においては、パターン形成を行う工程で、誘電体基板110の端部112側および端部111側のそれぞれに導体パターンが形成される。そして、光導波路120となる導波路パターンが形成される。また、ダミー導波路1730となるダミーパターンが、折り返し導波路1711および折り返し導波路1712となる導波路パターンを、端部112側の導体パターンに接続するように形成される。
また、ダミー導波路1760となるダミーパターンが、折り返し導波路1741および折り返し導波路1742となる導波路パターンを、端部111側の導体パターンに接続するように形成される。これにより、熱拡散処理を行うときに誘電体基板110の焦電効果によって、折り返し導波路1711および折り返し導波路1712となる導波路パターンに溜まった焦電荷が、ダミーパターンを介して端部112側の導体パターンへ逃れる。
また、熱拡散処理を行うときに誘電体基板110の焦電効果によって、折り返し導波路1741および折り返し導波路1742となる導波路パターンに溜まった焦電荷が、ダミーパターンを介して端部111側の導体パターンへ逃れる。このため、光導波路120の放電破壊を回避することができる。つぎに、折り返し導波路1711の外周に沿って溝1721が設けられ、折り返し導波路1712の外周に沿って溝1722が設けられる。
つぎに、端部112および端部111の各部分で誘電体基板110を切断して、端部112側および端部111側の各導体パターンを取り除く。つぎに、誘電体基板110の表面にバッファ層を設け、バッファ層の上に信号電極151,152および接地電極153を形成することで、図17に示す光デバイス100を製造することができる。
このように、実施の形態4にかかる光デバイス100の製造方法によれば、平行導波路122Bの部分において2カ所以上の折り返し部を有している構成においても、各折り返し部のそれぞれにダミーパターンを設け、各折り返し部の各導波路のそれぞれの外周に沿って溝を設けることで、実施の形態1にかかる光デバイス100の製造方法と同様に、デバイスの小型化および光損失の低減を図りつつ、デバイスの製造時における光導波路120の放電破壊を回避することができる。
(実施の形態5)
図18は、実施の形態5にかかる光デバイスの構成を示す平面図である。図18において、図1に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図18に示すように、実施の形態5にかかる光デバイス100においては、ダミー導波路130が、光導波路120における折り返し部123の近傍の直線部1811と、誘電体基板110の端部112と、をつなぐように設けられている。
この光デバイス100の製造方法においては、パターン形成を行う工程で、ダミー導波路130となるダミーパターンが、直線部1811となるパターンと端部112側の導体パターンとを接続するように形成される。つぎに、誘電体基板110の表面にバッファ層を設ける。つぎに、バッファ層の上に、信号電極151,152および接地電極153を形成することで、図18に示す光デバイス100を製造することができる。
直線部1811とダミー導波路130の接続部分において、直線部1811とダミー導波路130の間の角度θが小さすぎると光損失が大きくなるため、角度θは30度以上にすることが好ましい。または、ダミー導波路130の幅を、直線部1811の幅よりもせまくしてもよい。これにより、直線部1811を通過する光のダミー導波路130への結合を低減することができる。このため、光損失を低減することができる。
図19は、図18に示した光デバイスの変形例1を示す平面図である。図19において、図18に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図19に示すように、実施の形態5にかかる光デバイス100においては、図18に示した構成において、ダミー導波路130が、直線部1811と、誘電体基板110の側面114と、をつなぐように設けられていてもよい。
図20は、図18に示した光デバイスの変形例2を示す平面図である。図20において、図18に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図20に示すように、実施の形態5にかかる光デバイス100においては、図18に示した構成において、光導波路120のうちの、折り返し部123から直線部1811までの部分に沿って溝140を設けてもよい。
これにより、溝140によって直線部1811とダミー導波路130を切り離すことができるため、直線部1811を通過する光のダミー導波路130への結合を低減することができる。このため、光損失を低減することができる。つぎに、図20に示した点線1820の部分の詳細について説明する。
図21は、図20に示した光デバイスの一部を拡大して示す平面図である。図21において、図20に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図20に示した構成において、直線部1811と溝140の距離が短いと、溝140の荒れによって直線部1811で光損失が発生する。これに対して、直線部1811と溝140の間の距離が、直線部1811とダミー導波路130の接続部分に近づくほど徐々に小さくなるように溝140を設けるとよい。
これにより、溝140の荒れによる直線部1811の光損失を最小限に抑えることができる。さらに、直線部1811とダミー導波路130の接続部分においては、直線部1811と溝140の距離が0になるように溝140を設けるとよい。これにより、直線部1811とダミー導波路130を完全に切り離すことができる。
このように、実施の形態5にかかる光デバイス100の製造方法によれば、導波路パターン120aを形成した誘電体基板110を熱拡散処理するときに、誘電体基板110の焦電効果によって折り返し部123a付近に発生した焦電荷が、直線部1811とダミーパターン130aを介して導体パターン312(図3参照)へ逃れる。これにより、デバイスの製造時における光導波路120の放電破壊を回避することができる。
また、折り返し部123の外周に沿って溝140を設けることで、折り返し部123の曲率を小さくしても、折り返し部123における光の曲がり損失を低減することができる。これにより、デバイスの小型化および光損失の低減を図りつつ、デバイスの製造時における光導波路120の放電破壊を回避することができる。
また、直線部1811とダミー導波路130を接続し、直線部1811とダミー導波路130の間の角度θを大きく(たとえば30度以上)し、またはダミー導波路130の幅を直線部1811の幅よりもせまくすることで、光損失を低減することができる。または、溝140によって直線部1811とダミー導波路130を切り離すことで、光損失を低減することができる。これにより、光損失を増大させることなく、デバイスの製造時における光導波路120の放電破壊を回避することができる。
(実施の形態6)
図22は、実施の形態6にかかる光デバイスの構成を示す平面図である。図22において、図1に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。上述した各実施の形態においては、光導波路120の第1変調部122および第2変調部124が、分岐部、平行導波路および結合部を有するマッハツェンダ型の変調器である場合について説明したが、各変調部はマッハツェンダ型の変調器に限られない。
図22に示すように、実施の形態6にかかる光デバイス100においては、光導波路120の第1変調部122および第2変調部124のそれぞれが直線導波路になっている。信号電極151は、直線導波路である第1変調部122に沿って設けられている。信号電極152は、直線導波路である第2変調部124に沿って設けられている。
このように、実施の形態6にかかる光デバイス100の製造方法によれば、マッハツェンダ型の変調器でない構成においても、実施の形態1にかかる光デバイス100の製造方法と同様に、デバイスの小型化および光損失の低減を図りつつ、デバイスの製造時における光導波路120の放電破壊を回避することができる。
以上説明したように、開示の光デバイスの製造方法および光デバイスによれば、デバイスの製造時における光導波路の放電破壊を回避することができる。
なお、上述した各実施の形態においては、パターン形成の後に溝(たとえば溝140)を設ける場合について説明したが、パターン形成の前に溝を設けることも可能である。たとえば、実施の形態1にかかる光デバイス100の製造工程において、誘電体基板110の表面に溝140を設けた後に、折り返し部123aと導体パターン312を接続するようにダミーパターン130aを形成する。
これにより、熱拡散処理を行うときに、誘電体基板110の焦電効果によって折り返し部123aに溜まった焦電荷が、ダミーパターン130aを介して導体パターン312へ逃れる。このため、光導波路120の放電破壊を回避することができる。この場合は、形成された折り返し部123を通過する光のダミー導波路130への結合をするため、溝140を十分に深くする。
また、上述した各実施の形態においては、パターン形成した誘電体基板110を熱拡散処理した後に、導体パターン312を取り除く場合について説明したが、導体パターン312は取り除かなくてもよいし、導体パターン312の一部のみを取り除いてもよい。この場合は、たとえば実施の形態1にかかる光デバイス100においては、折り返し部123とダミー導波路130が溝140によって切り離されているため、導体パターン312の一部が残っていても、折り返し部123を通過する光に影響はない。
また、上述した各実施の形態においては、Ti拡散によってパターン形成を行う場合について説明したが、パターン形成はTi拡散に限らない。たとえば、プロトン交換によって、導波路パターン120a、ダミーパターン130aおよび導体パターン311,312などを形成してもよい。上述した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)折り返し部を有する導波路パターンと、前記折り返し部の外周側に位置する導体パターンと、前記折り返し部と前記導体パターンを接続するダミーパターンと、を誘電体基板上に形成するパターン形成工程と、
前記パターン形成工程によってパターン形成された前記誘電体基板を熱拡散処理して前記導波路パターンを光導波路にする熱拡散工程と、
を含むことを特徴とする光デバイスの製造方法。
(付記2)前記熱拡散工程によって形成された光導波路の折り返し部の外周に沿って前記誘電体基板上に溝を設ける溝形成工程を含むことを特徴とする付記1に記載の光デバイスの製造方法。
(付記3)前記熱拡散工程では、前記ダミーパターンがダミー導波路になり、
前記溝形成工程では、前記光導波路と、前記ダミー導波路と、を切り離すように前記溝を設けることを特徴とする付記2に記載の光デバイスの製造方法。
(付記4)前記パターン形成工程では、前記ダミーパターンを複数形成することを特徴とする付記1に記載の光デバイスの製造方法。
(付記5)前記パターン形成工程では、前記導波路パターンよりも幅が広い前記ダミーパターンを形成することを特徴とする付記1に記載の光デバイスの製造方法。
(付記6)前記熱拡散工程によって熱拡散処理された前記誘電体基板における、前記パターン形成工程によって前記導体パターンが形成された部分を切断により取り除く切断工程を含むことを特徴とする付記1に記載の光デバイスの製造方法。
(付記7)前記パターン形成工程では、前記折り返し部を有する平行導波路を含む前記導波路パターンと、前記平行導波路の各導波路と前記導体パターンを接続する前記ダミーパターンを形成し、
前記溝形成工程では、前記平行導波路の外側の折り返し導波路の外周に沿って第1の溝を設け、前記平行導波路の内側の折り返し導波路の外周に沿って第2の溝を設けることを特徴とする付記2に記載の光デバイスの製造方法。
(付記8)前記溝形成工程では、前記平行導波路の内側の折り返し導波路の内周に沿って第3の溝を設けることを特徴とする付記7に記載の光デバイスの製造方法。
(付記9)前記溝形成工程では、前記外側の折り返し導波路および前記第2の溝の間の距離と、前記内側の折り返し導波路および前記第3の溝の間の距離と、が等しくなるように前記第3の溝を設けることを特徴とする付記8に記載の光デバイスの製造方法。
(付記10)前記溝形成工程では、前記第1の溝および前記第2の溝の間の距離と、前記第2の溝および前記第3の溝の間の距離と、が等しくなるように前記第3の溝を設けることを特徴とする付記8または9に記載の光デバイスの製造方法。
(付記11)前記熱拡散工程によって形成された光導波路に沿って信号電極を前記誘電体基板上に設ける電極形成工程を含み、
前記第1の溝、第2の溝および第3の溝は、前記光導波路と前記信号電極の相互作用部の全域に沿って設けられることを特徴とする付記7〜10のいずれか一つに記載の光デバイスの製造方法。
(付記12)前記外側の折り返し導波路の曲率半径は4mm以下であることを特徴とする付記7〜11のいずれか一つに記載の光デバイスの製造方法。
(付記13)前記パターン形成工程では、2カ所以上の折り返し部を有する前記平行導波路と、前記2カ所以上の折り返し部の外周側にそれぞれ位置する各導体パターンと、前記2カ所以上の折り返し部と前記各導体パターンをそれぞれ接続する各ダミーパターンと、を形成することを特徴とする付記7に記載の光デバイスの製造方法。
(付記14)前記溝形成工程では、前記2カ所以上の折り返し部の外周に沿ってそれぞれ溝を設けることを特徴とする付記13に記載の光デバイスの製造方法。
(付記15)折り返し部を有する導波路パターンと、前記折り返し部の外周側に位置する導体パターンと、前記導波路パターンにおける前記折り返し部の近傍の直線部と前記導体パターンを接続するダミーパターンと、を誘電体基板上に形成するパターン形成工程と、
前記パターン形成工程によってパターン形成された前記誘電体基板を熱拡散処理して前記導波路パターンを光導波路にする熱拡散工程と、
を含むことを特徴とする光デバイスの製造方法。
(付記16)前記パターン形成工程では、前記直線部と前記ダミーパターンとの間の角度は30度以上となるように前記ダミーパターンを形成することを特徴とする付記15に記載の光デバイスの製造方法。
(付記17)前記パターン形成工程では、前記直線部よりも幅がせまい前記ダミーパターンを形成することを特徴とする付記15に記載の光デバイスの製造方法。
(付記18)前記熱拡散工程によって形成された光導波路の折り返し部の外周および直線部に沿って前記誘電体基板上に溝を設ける溝形成工程を含むことを特徴とする付記15〜付記17のいずれか一つに記載の光デバイスの製造方法。
(付記19)前記溝形成工程においては、前記直線部と前記溝の間の距離が、前記直線部と前記溝の接続部分に近づくほど徐々に小さくなるように前記溝を設けることを特徴とする付記18に記載の光デバイスの製造方法。
(付記20)誘電体基板上に形成され、折り返し部を有する光導波路と、
前記折り返し部の外周に沿って前記誘電体基板上に設けられた溝と、
前記溝から前記誘電体基板の端部まで導出されたダミー導波路と、
を備えることを特徴とする光デバイス。
実施の形態1にかかる光デバイスの構成を示す平面図である。 図1のA−B線断面図である。 図1に示した光デバイスの製造工程(その1)を示す平面図である。 図1に示した光デバイスの製造工程(その2)を示す平面図である。 実施の形態2にかかる光デバイスの構成を示す平面図である。 図5に示した光デバイスの変形例1である。 図5に示した光デバイスの変形例2である。 図7に示した光デバイスの製造工程を示す平面図である。 実施の形態3にかかる光デバイスの製造工程を示す平面図である。 実施の形態3にかかる光デバイスの構成を示す平面図である。 図10のA−B線断面図である。 図10に示した光デバイスの変形例を示す平面図である。 図12のA−B線断面図である。 図12のA−C線断面図である。 図12に示した光デバイスの変形例を示す平面図である。 折り返し部の曲率半径と光の散乱損失の関係を示すグラフである。 実施の形態4にかかる光デバイスの構成を示す平面図である。 実施の形態5にかかる光デバイスの構成を示す平面図である。 図18に示した光デバイスの変形例1を示す平面図である。 図18に示した光デバイスの変形例2を示す平面図である。 図20に示した光デバイスの一部を拡大して示す平面図である。 実施の形態6にかかる光デバイスの構成を示す平面図である。
符号の説明
100 光デバイス
110 誘電体基板
111,112,321,322 端部
113,114 側面
120 光導波路
120a 導波路パターン
121 入力端
121a 入力部
122,122a 第1変調部
122A,124A 分岐部
122B,124B 平行導波路
122C,124C 結合部
123,123a,910,1710,1740 折り返し部
124,124a 第2変調部
125 出力端
125a 出力部
130,511,512,611,711,712,920,1730,1760 ダミー導波路
130a,711a,712a ダミーパターン
140,1011,1012,1211,1212,1721,1722,1751,1752 溝
151,152 信号電極
153 接地電極
311,312 導体パターン
800 ウエハ
911,912,1711,1712,1741,1742 折り返し導波路
1101 バッファ層
1811 直線部

Claims (10)

  1. 折り返し部を有する導波路パターンと、前記折り返し部の外周側に位置する導体パターンと、前記折り返し部と前記導体パターンを接続するダミーパターンと、を誘電体基板上に形成するパターン形成工程と、
    前記パターン形成工程によってパターン形成された前記誘電体基板を熱拡散処理して前記導波路パターンを光導波路にする熱拡散工程と、
    を含むことを特徴とする光デバイスの製造方法。
  2. 前記熱拡散工程によって形成された光導波路の折り返し部の外周に沿って前記誘電体基板上に溝を設ける溝形成工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の光デバイスの製造方法。
  3. 前記熱拡散工程では、前記ダミーパターンがダミー導波路になり、
    前記溝形成工程では、前記光導波路と、前記ダミー導波路と、を切り離すように前記溝を設けることを特徴とする請求項2に記載の光デバイスの製造方法。
  4. 前記パターン形成工程では、前記ダミーパターンを複数形成することを特徴とする請求項1に記載の光デバイスの製造方法。
  5. 前記パターン形成工程では、前記導波路パターンよりも幅が広い前記ダミーパターンを形成することを特徴とする請求項1に記載の光デバイスの製造方法。
  6. 前記熱拡散工程によって熱拡散処理された前記誘電体基板における、前記パターン形成工程によって前記導体パターンが形成された部分を切断により取り除く切断工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の光デバイスの製造方法。
  7. 前記パターン形成工程では、前記折り返し部を有する平行導波路を含む前記導波路パターンと、前記平行導波路の各導波路と前記導体パターンを接続する前記ダミーパターンを形成し、
    前記溝形成工程では、前記平行導波路の外側の折り返し導波路の外周に沿って第1の溝を設け、前記平行導波路の内側の折り返し導波路の外周に沿って第2の溝を設けることを特徴とする請求項2に記載の光デバイスの製造方法。
  8. 前記溝形成工程では、前記平行導波路の内側の折り返し導波路の内周に沿って第3の溝を設けることを特徴とする請求項7に記載の光デバイスの製造方法。
  9. 折り返し部を有する導波路パターンと、前記折り返し部の外周側に位置する導体パターンと、前記導波路パターンにおける前記折り返し部の近傍の直線部と前記導体パターンを接続するダミーパターンと、を誘電体基板上に形成するパターン形成工程と、
    前記パターン形成工程によってパターン形成された前記誘電体基板を熱拡散処理して前記導波路パターンを光導波路にする熱拡散工程と、
    を含むことを特徴とする光デバイスの製造方法。
  10. 誘電体基板上に形成され、折り返し部を有する光導波路と、
    前記折り返し部の外周に沿って前記誘電体基板上に設けられた溝と、
    前記溝から前記誘電体基板の端部まで導出されたダミー導波路と、
    を備えることを特徴とする光デバイス。
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