JP4925967B2 - 電気光学素子及び電気光学素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気光学素子及びその製造方法に関する。

電界による電気光学結晶の光学的性質の変化をレーザ光で検出する電気光学素子を用いることで、微弱な電界の変化を測定することができる。例えば、生体等の表面を伝送経路とする電界通信において、電気光学素子を用いて情報を伝達する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

図７は、従来の電気光学素子を示す斜視図である。同図に示す電気光学素子５０は、凸型の断面が長手方向に連続した形状であり、電気光学結晶であるＺｎＴｅを材料とする。電気光学素子５０の長手方向の長さは約７．０ｍｍで、台座５２の底辺の幅は約１．５ｍｍ、台座５２の高さは約１．０ｍｍである。台座５２の上に形成されたリッジ５１は、幅が約０．２ｍｍ、高さが約０．５ｍｍである。

電気光学素子５０は、レーザ光を凸型面におけるリッジ５１部分から長手方向に入射可能となっている。リッジ５１の両側面及び台座５２の上面には、リッジ５１を挟んで対向する２つの電極がそれぞれ形成される。この電極は、入射されるレーザ光に対して電界を直角に結合させるようになっている。レーザ光は、凸型面におけるリッジ５１部分に対して入射され、リッジ５１を長手方向に通過し、レーザ光が入射された凸型面に対向する凸型面から放射される。２つの電極の電界の変化により、電気光学結晶の光学的性質が変化し、入射したレーザ光は変調されて放射される。この変調したレーザ光を調べることにより、２つの電極間の微妙な電界の変化を測定することができる。

このような電気光学素子は、図７の電気光学素子５０のように、ミリメートルオーダーで比較的大きなものであることから、半導体素子等で利用される微細加工（リソグラフィ）技術を適用して作製するにはサイズが大き過ぎ、従来、手作業によって直方体の電気光学結晶からリッジ部を削り出して製造されていた。また、手作業の代わりにダイシングソー等を用いて研磨加工の作業効率を上げ、量産する方法も知られている（特許文献２参照）。
特開２００５−２７７７１９号公報 特開２００７−１８３５１７号公報

しかしながら、上記従来の手作業による電気光学素子の作製では、大量生産が困難であるという問題があり、仮に微細加工技術を適用したとしても、ステッパ、エッチャー等の高価な装置や薬品が必要になるため、コストがかかるという問題が生じる。一方、手作業の代わりにダイシングソー等を用いて研磨加工の作業効率を上げ、量産する方法を利用したとしても、高価な電気光学結晶を削り取ってしまう部分が多く、結晶を有効利用できないため、その分コストがかかってしまうという問題があった。また、従来の電気光学素子は、機械的強度が弱い電気光学結晶が突起したリッジ構造となっているため、このリッジ部が欠損しやすいという問題もあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、低コストで大量生産可能な、欠損の少ない電気光学素子を提供することにある。

第１の本発明に係る電気光学素子は、電極間に電圧を印加してセンサチップ内に電界を生じさせるとともに、センサチップ内にレーザ光を通過させ、センサチップから出射したレーザ光の偏光を調べることにより電界の変化を検出する電界光学素子であって、絶縁基板と、絶縁基板上に溝を形成するように離間させて配置した電気的に一対の電極と、電極に挟まれるように溝に収容された電気光学結晶を材料とするセンサチップと、を有し、レーザ光はセンサチップの端面から溝に沿った方向に入射されてセンサチップ内を通過させ、電界は電極によりレーザ光に対して垂直に印加されることを特徴とする。

本発明にあっては、電気光学結晶を材料とするセンサチップを絶縁基板上に形成した電極間に配置することにより、高価な電気光学結晶を台座として使用する必要がなくなり、電気光学結晶の使用量が抑制されるので、低コストの電気光学素子を提供することが可能となる。

本発明にあっては、センサチップが電極間からはみ出さずに収容されることにより、センサチップの欠損などのトラブルが回避可能で、取り扱いの容易な電気光学素子を提供することが可能となる。

第２の本発明に係る電気光学素子の製造方法は、電極間に電圧を印加してセンサチップ内に電界を生じさせるとともに、センサチップ内にレーザ光を通過させ、センサチップから出射したレーザ光の偏光を調べることにより電界の変化を検出する電界光学素子の製造方法であって、絶縁基板と電極板とを貼り合わせて貼合基板を作製する工程と、電極板に、複数の溝を形成する工程と、溝を１つ含むように貼合基板を分離する工程と、溝に電気光学結晶を材料とするセンサチップを組み込む工程と、を有することを特徴とする。

本発明にあっては、高価な微細加工技術を使用することなく、安価な材料でセンサチップを支持する台座を製造することにより、低コストで大量に電気光学素子を提供することが可能となる。また、電気光学結晶から成るセンサチップに金属電極を直接塗布又は蒸着しないため、製作過程における歪み等により破損や素子性能の劣化を防止することができる。

上記電気光学素子の製造方法において、電気光学結晶基板の一方の面を着色する工程と、電気光学結晶基板を分離してセンサチップを作製する工程と、を有することを特徴とする。

本発明にあっては、電気光学結晶基板の一方の面を着色することにより、電気光学結晶基板を分離して作製したセンサチップを溝に組み込む際に、センサチップを組み込む方向を間違えることがなくなる。本発明にあっては、作業が効率化できるため、電気光学素子の大量生産が可能となる。

上記電気光学素子の製造方法において、電気光学結晶基板を分離する工程は、作製されるセンサチップが電極板に形成した溝内に収まる大きさで分離することを特徴とする。

本発明にあっては、センサチップを電極板の溝内に収まるような大きさで分離することにより、もろい電気光学結晶がはみ出した部分がないようにするため、欠損が起こりにくく、取り扱いが容易な電気光学素子を提供することが可能となる。

本発明によれば、高価な電気光学結晶を台座部分に使用する必要が無く、リッジ状に削り出す必要も無いことにより、電気光学結晶を効率的に使用できるので、低コストの電気光学素子を提供することができる。また、電極付き台座及びセンサチップを均一に作製して組み上げるため、大量に均質な電気光学素子を提供することができる。さらに、電気光学素子にリッジ部分が無いため、リッジ部分の欠損トラブルが回避でき、取り扱いの容易な電気光学素子を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本実施の形態における電気光学素子の構成を示す斜視図であり、図２は、レーザ光を入射する面から見た正面図である。電気光学素子１は、電気光学結晶を通過したレーザ光の偏光を調べることにより電界の微妙な変化を測定するものである。

電気光学素子１は、絶縁基板台５の上に２つの電極３，４を備える。２つの電極３，４間に電気光学結晶を材料とするセンサチップ２を挟んで配置する。センサチップ２は、電極３，４間に形成された溝からはみ出さないように収容されている。電極３，４およびセンサチップ２の高さはほぼ同じであり、電気光学素子１の上面は平らとなる。接着剤６により、電極３，４とセンサチップ２は接着される。また、図２に示すセンサチップ２の端面には反射防止膜（ＡＲコート）が形成されており、レーザ光の反射を防止する。電極３，４の上面には、例えば、Ｃｒ（クロム）及びＡｕ（金）が蒸着され、ボンディングワイヤなどを接続する接続部３１，４１を形成する。

電気光学素子１の横幅は、１．５ｍｍであり、長手方向の長さは７．０ｍｍである。電気光学素子１に組み込まれたセンサチップ２の幅は０．２ｍｍ、高さは０．５ｍｍ、長さは７．０ｍｍである。ここに示した電気光学素子１の大きさは例示であり、当然、電気光学素子１の利用形態に合わせて大きさを変更するものであってもよい。

レーザ光は図２に示すセンサチップ２の端面から入射され、センサチップ２を長手方向に通過し、入射面に対向する位置の端面から放射される。センサチップ２を挟む電極３，４は、レーザ光に対して電界を垂直に印加する。電極３，４間の電界の変化により、センサチップ２の光学的性質が変化し、入射したレーザ光は変調されて放射される。この変調したレーザ光を調べることにより、電極３，４間の微妙な変化を測定することができる。

次に、図３乃至図５を用いて電気光学素子１の製造方法を説明する。図３は、基板（ウエハ）からセンサチップ２を作製する工程を示す図であり、図４は、センサチップ２を支持する支持台を作製する工程を示す図であり、図５は、支持台にセンサチップ２を組み込む工程を示す図である。

まず、センサチップ２の作製について説明する。センサチップ２は、電気光学結晶であるＺｎＴｅを材料としたウエハを劈開またはダイシングすることにより作製される。図３（ａ）に示す工程では、ウエハの一方の面（図上における上面）に誘電体を蒸着し着色する。センサチップ２は、入射端面の違い（結晶軸の違い）により偏光の振る舞いが異なるので、ウエハの表裏を区別する必要がある。上記のように、ウエハの上面を着色することにより作製したセンサチップ２の表裏を容易に区別することができる。

図３（ｂ）に示す工程では、ウエハを劈開し、レーザ光を入射する端面を形成する。劈開によって端面を形成することで端面の研磨を不要とすることができる。

図３（ｃ）に示す工程では、劈開あるいはダイシングによりウエハを切り離す。これによりセンサチップ２を得ることができる。センサチップ２の幅は約０．２ｍｍである。センサチップ２の端面にＡＲコートを施す。

このように、電気光学結晶のウエハから従来の電気光学素子のリッジの部分にあたるセンサチップ２だけを分離することにより、同じ大きさのウエハから製造できる電気光学素子の収率が向上するので、より大量の電気光学素子の生産が可能となる。

なお、本実施の形態においては、電気光学結晶としてＺｎＴｅを用いたが、例えば、ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＣｄＴｅ，Ｂｉ_１２ＧｅＯ_２０，Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０，Ｂｉ_１２ＴｉＯ_２０などを用いてもよい。

続いて、支持台の作製について説明する。図４（ａ）に示す工程では、絶縁基板上に電極基板を加熱圧着により貼り合わせ、電極基板の上面にＡｕを蒸着させる。絶縁基板は電気的に絶縁であり、熱的に安定であることが望まれる。絶縁基板の材料としては、ガラス、セラミック、樹脂などを用いる。一方、電極基板は、電気伝導度の高い材料が望まれる。電極基板の材料としては、例えば、銅、アルミなどの金属材料を用いる。

図４（ｂ）に示す工程では、電極基板に電極分離用の溝を形成する。電極分離用の溝は、ダイシング、ワイヤーカット、レーザカット、マイクロドリルなどの手法により形成する。溝の幅は、センサチップ２が支持できるように約０．２２ｍｍであり、溝の深さは、電極基板の厚さおよびセンサチップ２の高さと同じである。

図４（ｃ）に示す工程では、ダイシングにより溝と溝の間を切り離し支持台を作製する。

図５は、センサチップ２を支持台に組み込む様子を示した模式図である。同図に示すように、センサチップ２は、支持台に形成された電極分離用の溝にはめ込まれる。そして、センサチップ２および電極３，４の上面に接着剤６を塗布してセンサチップ２を支持台に固定し、電気光学素子１を作製する。

次に、電気光学素子１の利用例を図６の模式図を用いて説明する。図６に示す電界検出光学装置１００は、レーザ光と電気光学素子１を用いた電気光学的手法により電界を検出するものであり、電気光学素子１、レーザダイオード１１０およびフォトダイオード１１５，１１６を備える。電気光学素子１の電極３，４は信号電極１２０、グランド電極１２１にそれぞれ接続される。電気光学素子１の前段には、レンズ１１１、偏光ビームスプリッタ１１２および波長板１１３が設置され、電気光学素子１の後段には、偏光ビームスプリッタ１１４およびフォトダイオード１１５，１１６が設置される。

レーザダイオード１１０から出射されたレーザ光は、レンズ１１１、偏光ビームスプリッタ１１２および波長板１１３を通過して電気光学素子１のセンサチップ２の端面に入射する。電気光学素子１を通過するレーザ光は、信号電極１２０からの電界によって変調され、入射した側の反対に位置する端面から出射される。電気光学素子１から出射したレーザ光は、偏光ビームスプリッタ１１４によりＰ波成分、Ｓ波成分に分離され、フォトダイオード１１５，１１６において電気信号に変換される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、電極３，４を形成した支持台にセンサチップ２を組み込む構成にするため、台座部分に電気光学結晶を使用する必要が無く、また、電気光学結晶のウエハから劈開あるいはダイシングのみで、均一なセンサチップを多数作製するため、リッジ部を削り出す場合と比べて電気光学結晶の部材を効率的に利用でき、低コストの電気光学素子１を提供することが可能となる。

本実施の形態によれば、均一な電極付き支持台と、均一なセンサチップを一度に大量に作製できるため、電気光学素子１の大量生産が可能となる。また、電気光学結晶から成るセンサチップに、電極金属を直接塗布又は蒸着しないため、作製過程における歪み等による破損や素子性能の劣化を防止することができる。

本実施の形態によれば、センサチップ２及び電極３，４の上面を同一平面としてセンサチップ２がはみ出す部分をなくすことにより、従来あったリッジ部分の欠損トラブルを回避することができ、取り扱いの容易な電気光学素子１を提供することができる。

本実施の形態によれば、予め支持台に電極３，４が形成されているので、もろいセンサチップ２に金属蒸着や銀ペーストなどで電極を形成するプロセスが不要となる。

一実施の形態における電気光学素子の構成を示す斜視図ある。 図１の電気光学素子の正面図である。 図１の電気光学素子に組み込む電気光学結晶の製造工程を説明するための斜視図である。 図１の電気光学素子の電極を備えた支持台の製造工程を説明するための斜視図である。 図１の電気光学素子の製造工程を説明するための図である。 図１の電気光学素子を利用した電界検出光学装置の構成を示す模式図である。 従来の電気光学素子の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１…電気光学素子
２…センサチップ
３，４…電極
３１，４１…接続部
５…絶縁基板台
６…接着剤
１００…電界検出光学装置
１１０…レーザダイオード
１１１…レンズ
１１２，１１４…偏光ビームスプリッタ
１１３…波長板
１１５，１１６…フォトダイオード
１２０…信号電極
１２１…グランド電極
５０…電気光学素子
５１…リッジ
５２…台座

Claims (4)

1. 電極間に電圧を印加してセンサチップ内に電界を生じさせるとともに、前記センサチップ内にレーザ光を通過させ、前記センサチップから出射したレーザ光の偏光を調べることにより前記電界の変化を検出する電界光学素子であって、
   絶縁基板と、
   前記絶縁基板上に溝を形成するように離間させて配置した電気的に一対の電極と、
   前記電極に挟まれるように前記溝に収容された電気光学結晶を材料とするセンサチップと、を有し、
   前記レーザ光は前記センサチップの端面から前記溝に沿った方向に入射されて前記センサチップ内を通過させ、前記電界は前記電極により前記レーザ光に対して垂直に印加されることを特徴とする電気光学素子。
2. 電極間に電圧を印加してセンサチップ内に電界を生じさせるとともに、前記センサチップ内にレーザ光を通過させ、前記センサチップから出射したレーザ光の偏光を調べることにより前記電界の変化を検出する電界光学素子の製造方法であって、
   絶縁基板と電極板とを貼り合わせて貼合基板を作製する工程と、
   前記電極板に、複数の溝を形成する工程と、
   前記溝を１つ含むように前記貼合基板を分離する工程と、
   前記溝に電気光学結晶を材料とするセンサチップを組み込む工程と、
   を有することを特徴とする電気光学素子の製造方法。
3. 電気光学結晶基板の一方の面を着色する工程と、
   前記電気光学結晶基板を分離して前記センサチップを作製する工程と、
   を有することを特徴とする請求項２記載の電気光学素子の製造方法。
4. 前記電気光学結晶基板を分離する工程は、作製される前記センサチップが前記電極板に形成した溝内に収まる大きさで分離することを特徴とする請求項３記載の電気光学素子の製造方法。

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