JP6075347B2 - 光デバイス - Google Patents
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Description
従来、光デバイスにおいては、高周波化や高集積化に伴う小型化に対応するために、電気光学効果を有するニオブ酸リチウム(LiNbO3)等の上面に信号電極に隣接して上部接地電極を形成したコプレーナ型構造(以下、CPW構造と称することもある)の光デバイスが提案されている(特許文献3)。
CPW構造よりも変調効率を高めるため、LiNbO3や樹脂等を用いた電気光学基板を薄板化し、この基板の上面に信号電極を、下面に接地電極を、それぞれ形成することにより、電気光学基板を信号電極及び接地電極により上下方向から挟んだマイクロストリップ構造(以下、MSL構造と称することもある)の光デバイスが提案されている(特許文献1,2等参照)。
ところで、上述した特許文献1,2のMSL構造の光デバイスにおいては、基板に埋め込まれている接地電極と、筺体等の外部の接地電極とを同一の電位に保持することが必要となる。そこで、埋め込まれている接地電極と外部の接地電極とをビアにより電気的に接続したり、あるいは、基板の一部を加工して接地電極を露出させ、この接地電極をワイヤボンディングにより外部の接地電極と電気的に接続することが考えられるが、新たにビアを形成するためのスペースを確保したり、接地電極を露出させるための加工が新たに必要になるという問題点があった。
裏面電極と筺体など外部接地とを直接接続することも考えられるが、光導波路への変調効率を高めるため基板を薄くしているため、基板下に補強基板を設ける必要があり、筺体と接地電極を直接接続することは困難である。
さらに、上述した特許文献4の切断位置に電極層が架からないようにした構造の光デバイスにおいては、下部電極の切断位置を開口することで、切断は容易となるが、基板自体が薄いことから、切断やチップハンドリング時によるチッピングが起点となって、基板に割れが生じたり、あるいは、基板上に形成された膜が剥離し易くなったり等の問題点があった。
前記剥離防止膜は、前記信号電極と略平行に設けられていることが好ましい。
前記基板の下側に第2の接地電極を備え、前記剥離防止膜と前記第2の接地電極とは電気的に接続されていることが好ましい。
前記基板を厚み方向に貫通し、導電性材料からなるビアを有し、前記ビアは、前記剥離防止膜と前記第2の接地電極とを電気的に接続することが好ましい。
本発明では、CPW−MSL構造を導入した光デバイスを例に取り説明する。
なお、以下の実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
図1は、本発明の第1の実施形態の光デバイスを示す平面図、図2は、図1のA−A線に沿う断面図である。
図において、符号1は本実施形態の光デバイスであり、シリコン基板等の基板2の上面全面に裏面接地電極(第2の接地電極)3が設けられ、この裏面接地電極3上に電気光学効果を有する基板(以下、EO基板とも称する)4が設けられ、このEO基板4内に、このEO基板4の上面に平行に光導波路5が形成されている。
そして、このEO基板4上かつ光導波路5の上方に該光導波路5を伝搬する光波に電界を与える信号電極6が設けられ、このEO基板4上かつ信号電極6から離間した位置に、信号電極6とほぼ平行に導電性材料からなる剥離防止膜7が設けられている。
この導電性材料としては、金及びその合金、銀及びその合金、白金及びその合金、銅、アルミニウム等の導電性金属が好適に用いられる。
そして、この剥離防止膜7すなわち上面接地電極は、EO基板4を厚み方向に貫通する導電性材料からなるビア8により裏面接地電極3に電気的に接続されている。
一方、剥離防止膜が信号電極6のインピーダンスやマイクロ波実効屈折率など特性に影響しない位置に設ける。
剥離防止の目的だけで、ビアにより下部電極と接続しなくてもよい。
ここで、EO基板4の厚みを100μm以下とした理由は、EO基板4の厚みが100μmを超えると、このEO基板4の内部にある光導波路5への変調効率が低下し、高周波化や高集積化に対応することが困難となるので好ましくないからである。
「π電子共役系の原子団」としては、脂肪族不飽和結合、芳香環、ヘテロ芳香環などが好ましい。
また、信号電極6及び上面接地電極を兼ね備えた剥離防止膜7の形状は、要求される光導波路の形状に合わせて様々に変更可能である。
図3は、本発明の第2の実施形態の光デバイス11を示す平面図であり、この光デバイス11は、第1の実施形態の光デバイス1が筐体12の底部に接着剤等により固定され、この光デバイス1の長手方向に沿う一方の端部に、光デバイス1と筐体12とを接続するコネクタ等を有する中継基板13が設けられ、この光デバイス1の信号電極6は金属ワイヤ14により中継基板13にボンディングされ、一方、剥離防止膜7は、金属ワイヤ14により中継基板13、筐体12の底部のいずれかにボンディングされている。
さらに、光デバイス1の信号電極6を金属ワイヤ14により中継基板13にボンディングし、剥離防止膜7を金属ワイヤ14により中継基板13、筐体12の底部のいずれかにボンディングしたので、光デバイス1の接地電位を定めることができる。
なお、本実施形態の光デバイス11では、ボンディングに金属ワイヤ14を用いたが、金属ワイヤ14以外に、金属リボン、導電性接着剤等を用いてもよい。
図4は、本発明の第3の実施形態の光デバイス21を示す平面図であり、この光デバイス21は、シリコン基板等の基板の上面全面に裏面接地電極(第2の接地電極)を介して電気光学効果を有する基板(以下、EO基板とも称する)4が設けられ、このEO基板4内に、このEO基板4の上面に平行にマッハツェンダー型光導波路22が設けられ、このマッハツェンダー型光導波路22の一方の分岐光導波路22aの上方に該分岐光導波路22aを伝搬する光波に電界を与える信号電極23が設けられ、このEO基板4上かつ信号電極23から離間した位置に、導電性材料からなる剥離防止膜24が設けられている。
さらに、分岐光導波路22aを信号S1にて変調し、分岐光導波路22bを信号S1と異なる信号S2にて変調する場合においても、分岐光導波路22aと分岐光導波路22bとの間に上面接地電極27を設けることにより、混信を抑制することができる。
また、上面接地電極27を裏面接地電極と電気的に接続するような場合が生じた場合においても、この上面接地電極27を金属ワイヤ14により剥離防止膜25、26にそれぞれボンディングすることで、ビアの位置を形成する際の制限を緩和することができる。
上述した光デバイス1について、信号電極と剥離防止膜との間隔の影響を検証するため、マイクロ波実効屈折率nmを計算する。基板2の電気光学効果を有する材料としてEOポリマーである、Disperse Red1を分散したポリメチルメタクリレート(以下、ポリマーと略記する)とニオブ酸リチウム(LiNbO3:以下、LNと略記する)とを用い、これらのポリマー及びLNそれぞれの膜厚を5μm、25μmの2種類とした計4種類の条件にて、信号電極6と上面接地電極を兼ね備えた剥離防止膜7との間隔、すなわち上部電極間ギャップを10μmから100μmまで10μm間隔で変化させた10種類、合計40種類の条件にて計算した。
図5から、上部電極間ギャップが狭くなるにつれ、nmが変化していることがわかる。つまり、上部信号電極に対し、剥離防止膜が影響を及ぼすため、変調効率やインピーダンスなどの電気特性に対し影響することになる。よって、この図から、間隔が80μm以上にすることで、マイクロ波実効屈折率nmがEO基板の誘電率に影響されないことが分かった。
例えば、図2の構成において信号電極と剥離防止膜の上に信号電極や剥離防止膜を保護する膜を設ける構造としてもよい。こうすることで更に剥離防止の効果を高めることができる。
膜の材料としては特に限定されないが、例えばポリジメチルシロキサンなどのシリコーン樹脂やポリメチルメタクリレートなどのアクリル樹脂などの汎用的な樹脂を用いることができる。また熱による膨張を考慮しクラッド層と同じ材料で膜を形成してもよい。
3 裏面接地電極(第2の接地電極)
4 電気光学効果を有する基板
5 光導波路
6 信号電極
7 剥離防止膜
8 ビア
11 光デバイス
12 筐体
14 金属ワイヤ
21 光デバイス
22 マッハツェンダー型光導波路
22a、22b 分岐光導波路
23 信号電極
24、25、26 剥離防止膜
Claims (5)
- 電気光学効果を有する基板内に光導波路を備え、前記基板上かつ前記光導波路の上方に前記光導波路を伝搬する光波に電界を与える信号電極を備え、前記基板上かつ前記信号電極から離間した位置に接地電極を備えてなる光デバイスであって、
前記基板上の外周部の一部、かつ前記信号電極から離間した位置に剥離防止膜を設けてなり、
前記剥離防止膜は導電性材料からなり、
前記信号電極から前記剥離防止膜までの距離は80μm以上であり、
前記基板の下側に第2の接地電極を備え、
前記信号電極は、帯状に形成され、
前記信号電極の中央部と前記第2の接地電極は、前記光導波路と平面的に重なって設けられ、マイクロストリップ構造を形成し、
前記信号電極に隣り合って前記信号電極の両側には、前記剥離防止膜が設けられ、
前記信号電極の両側に設けられた前記剥離防止膜の少なくとも一方は、前記接地電極を兼ね、
前記信号電極の両側に設けられた前記剥離防止膜または前記接地電極は、前記第2の接地電極と電気的に接続され、かつ前記信号電極とコプレーナ型構造を形成していることを特徴とする光デバイス。 - 前記剥離防止膜は、前記基板の表面の外周縁部から離間して設けられていることを特徴とする請求項1に記載の光デバイス。
- 前記剥離防止膜は、前記信号電極と略平行に設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の光デバイス。
- 前記剥離防止膜と前記第2の接地電極とは電気的に接続されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項記載の光デバイス。
- 前記基板を厚み方向に貫通し、導電性材料からなるビアを有し、
前記ビアは、前記剥離防止膜と前記第2の接地電極とを電気的に接続する請求項4に記載の光デバイス。
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