JPH09297288A

JPH09297288A - 光導波路デバイス

Info

Publication number: JPH09297288A
Application number: JP10917896A
Authority: JP
Inventors: Shinji Taniguchi; 眞司谷口; Masaharu Doi; 正治土居; Minoru Kiyono; 實清野; Yasuhiro Omori; 康弘大森; Takashi Yamane; 隆志山根; Yoshinobu Kubota; 嘉伸久保田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1996-04-30
Publication date: 1997-11-18

Abstract

(57)【要約】【課題】用途に適合するデバイス特性を確保しつつ、電
極剥離を防止して信頼性を高めることを目的とする。【解決手段】光導波路１２が形成された電気光学基板１
１と、光導波路１２に電界を加えるための第１及び第２
の電極１３，１４とを有した光導波路デバイス１におい
て、第１の電極１３を、平面視において延長方向の複数
箇所が部分的に突出した帯状である第１めっき層１３Ａ
と、第１めっき層１３Ａの突出部分を除く部分と重なる
第２めっき層１３Ｂとからなる複層構造の厚膜電極とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気光学効果を利
用して導波光制御を行う光導波路デバイスに関する。

【０００２】光導波路デバイスは、光通信の高速化・大
容量化に欠かせないキーデバイスとして注目されてい
る。通信システムの信頼性を確保するため、光導波路デ
バイスの動作は長期にわたって安定でなければならな
い。

【０００３】

【従来の技術】マッハツェンダ型導波路を有した光外部
変調器は、伝送速度が１．６Ｇｂｐｓを越える高速通信
システムにおいて、レーザ光源の直接変調に代わる光制
御のための送信側デバイスとして実用化されている。マ
ッハツェンダ型導波路は、１つの線が２つに枝分かれし
て再び１つに合わさるように構成され、分岐点と合流点
との間に互いに平行な２つの分波路（直線導波路）を有
している。一方の分波路には進行波電極によって電界が
加えられる。進行波電極に印加する制御電圧に応じて導
波光の位相がシフトし、他方の分波導波路部を伝播する
導波光との間に位相差が生じる。位相の異なる導波光を
合成することにより、位相差に応じた強度の出力光が得
られる。

【０００４】光外部変調器の性能を高める上で、進行
波電極を伝播するマイクロ波（制御信号）と導波路内を
伝播する導波光との間の速度整合をとること、進行波
電極の導体損を低減させること、インピーダンスの整
合をとることが重要である。一般に、広帯域化及び低電
圧駆動を実現するため、進行波電極構造として、コプレ
ーナ導波型電極構造、又は非対称コプレーナ・ストリッ
プ・ライン電極構造が採用されている。これらの構造
は、ともに、幅の小さい第１の進行波電極（ストリップ
電極）と幅の大きい第２の進行波電極（アース電極）と
を同一平面上に配置したものである。ストリップ電極及
びアース電極の材料としては金（Ａｕ）が用いられてい
る。また、形成方法としては、所定の導電性を確保する
ために厚膜電極とする必要があることから、めっき法が
用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ストリップ電極は、幅
が５〜９μｍで厚さが１０〜３０μｍというアスペクト
比の大きな断面構造を有する。すなわち壁状の構造体で
ある。このため、ストリップ電極の支持体からの剥離が
生じ易いという問題があった。従来において、電極剥離
の防止策として２種の方法が提案されている。

【０００６】第１の方法は、図７のように、めっきのた
めの下地層（薄膜）９１のパターンに突起部９１ａを設
け、下地層９１を含めたストリップ電極８１，８２と支
持面Ｓ１との接合面積を増大するものである（特開平４
−２６８５３１号）。図７（Ａ）のように突起部９１ａ
を除いてめっきを行う例と、図７（Ｃ）のように突起部
９１ａを含めて下地層９１の全域にめっきを行う例とが
開示されている。しかし、この方法では、例えば製造時
の洗浄の衝撃で、図７（Ｂ）のように突起部９１ａのみ
を残してストリップ電極８１が剥離したり、図７（Ｄ）
のように突起部９１ａを設けたにも係わらず下地層９１
と支持面Ｓ１との間で剥離が生じたりすることがあっ
た。また、突起部９１ａの上に他の部分（電極本体）と
同じ厚さのめっき層を設けた場合には、特性に顕著な影
響が現れた。

【０００７】第２の方法は、ストリップ電極を二重構造
とし、内側部分が外側部分に比べて粒径の大きい粗い層
となるようにめっき条件を設定するものである（特開平
４−２１７２２６号）。内部を粗い層とすることにより
内部応力が軽減されて密着強度が増す。外側の緻密な層
は導体損の低減に寄与する。しかし、この方法では、微
細な電極を形成することが困難であった。例えば、幅６
μｍの電極を形成する場合、まず４μｍ幅のめっきを行
い、次に４μｍ幅のめっき層の両側に１μｍずつ隙間を
設けるようにレジスト層を設けなければならない。

【０００８】本発明は、用途に適合するデバイス特性を
確保しつつ、電極剥離を防止して信頼性を高めることを
目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】光導波路に対する作用の
上で有効な電極幅に比べて厚さの大きい電極を設ける際
に、電極の平面視形状を所々に突起部を有した帯状と
し、且つ突起部を含んだ平面視形状の下層部と突起部を
含まない平面視形状の上層部とが一体化した構造とす
る。突起部は、電極の幅方向の片側のみに設けてもよい
し、両側にもうけてもよい。下層部の厚さは、必要な機
械的強度を確保するため、デバイス特性への影響が実用
に支障のない範囲内で十分に大きい値に選定する。具体
的には、有効電極幅が５〜１０μｍで厚さが１０〜３０
μｍ程度の電極において、１〜１０μｍ程度が好まし
い。

【００１０】請求項１の発明の光導波路デバイスは、光
導波路が形成された電気光学基板と、前記光導波路に電
界を加えるための第１及び第２の電極とを有し、前記第
１の電極が、平面視において延長方向の複数箇所が部分
的に突出した帯状である第１めっき層と、当該第１めっ
き層の突出部分を除く部分と重なる第２めっき層とから
なるデバイスである。

【００１１】請求項２の発明の光導波路デバイスは、前
記第１及び第２の電極が同一基板面上に形成されてお
り、当該第１の電極が第２の電極よりも厚いデバイスで
ある。請求項３の発明の光導波路デバイスにおいては、
前記第２の電極が、前記第１めっき層と同時にめっき法
によって形成されてなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る変調器１の模
式図である。図１（Ａ）は電極の平面形状を示す。図１
（Ｂ）は図１（Ａ）の部分拡大図であり、図１（Ｃ）は
図１（Ｂ）のｃ−ｃ矢視断面図である。

【００１３】変調器１は、電気光学材料からなる基板１
１、光導波路１２、ストリップ電極１３、アース電極１
４，１５、バッファ層１６、及び下地層１７から構成さ
れている。基板１１はＺカットのＬｉＮｂＯ₃結晶であ
る。基板１１の外形寸法は、例えば２ｍｍ（Ｘ）×５０
ｍｍ（Ｙ）×１ｍｍ（Ｚ）である。

【００１４】光導波路１２は、互いに平行な一対の分波
路１２１，１２２を有したマッハツェンダ型導波路であ
り、基板１１の表層部に形成されている。バッファ層１
６は電極金属による光吸収を防止するための絶縁層（厚
さ１．３μｍ程度）である。下地層１７は、電解めっき
法による電極形成のための蒸着層（厚さ０．２μｍ程
度）である。

【００１５】変調器１の電極パターンは、ストリップ電
極１３の両側にアース電極１４，１５を配置したコプレ
ーナ導波路型であり、分波路１２１，１２２の配列方向
の片側で外部回路と接続するように構成されている。ス
トリップ電極１３の平面形状は、一方のアース電極１５
の側に突出した複数の突起１３１を有する帯状である。
ストリップ電極１３の有効幅ｗは５μｍ、分波路１２１
と重なる部分の長さ（電極長）は４０ｍｍである。突起
１３１は電極の密着強度を高めるために設けられてい
る。突起１３１の幅ａは１０μｍである。

【００１６】また、各アース電極１４，１５とストリッ
プ電極１３との間隙ｇは１５μｍとされ、アース電極１
５は間隙ｇを確保するために各突起１３１を避けるよう
にパターニングされている。

【００１７】変調器１においては、図１（Ｃ）のように
ストリップ電極１３が下層１３Ａとと上層１３Ｂとから
構成されている。下層１３Ａの平面形状は、ストリップ
電極１３の全体の平面形状と同一である。一方、上層１
３Ｂの平面形状は、下層１３Ａのうちの突起１３１を除
いた部分に相当する。下層１３Ａの厚さｔ１は、必要な
機械的強度を確保するため、下地層１７に比べて十分に
大きい値（だたしデバイス特性への影響が実用に支障の
ない範囲内の値）に選定されている。上層１３Ｂの厚さ
ｔ２は、導体損の低減に十分な値に選定されている（ｔ
２＞ｔ１）。アース電極１４，１５は下層１３Ａと同時
にめっき形成されており、アース電極１４，１５の厚さ
は下層１３Ａの厚さｔと等しい。ストリップ電極１３よ
りもアース電極１４，１５を薄くすることにより、同じ
厚さとする場合よりも良好な特性が得られる。

【００１８】図２は変調器１の基本的な製造手順を示す
図である。基板ウエハ１１の表面を鏡面に仕上げ、チタ
ンの熱拡散によって光導波路１２を形成する。二酸化珪
素からなるバッファ層１６を設け、金を蒸着して０．２
μｍ程度の厚さの下地層１７ａを形成する〔図２
（Ａ）〕。下地層１７ａのうちの電極間に対応した部分
をエッチングによって除去し、所定パターンの下地層１
７を得る〔図２（Ｂ）〕。下地層１７の上にフォトリソ
グラフィによってめっきマスク６１を設ける。マスキン
グパターンは進行波電極のネガパターンである。めっき
マスク６１の厚さは、ｔ１より大きい値とする。具体的
には、例えばｔ１を３μｍとする場合において５μｍ程
度とする。その後、例えばシアン系金めっき液を用いる
電解めっきによって下層１３Ａ及びアース電極１４，１
５を形成する〔図２（Ｃ）〕。

【００１９】めっきマスク６１を除去し、新たにめっき
マスク６２を設ける〔図２（Ｄ）〕。このとき、マスキ
ングパターンは上層１３Ｂのネガパターンとし、めっき
マスク６２の厚さはｔ２より大きい値（例えばｔ２を１
０μｍとする場合には１５μｍ程度）とする。再び、金
めっき処理を行って上層１３Ｂを形成した後、めっきマ
スク６２を除去する〔図２（Ｅ）〕。なお、上述の下地
層１７ａを部分的にエッチングする際のアンダーエッチ
ングを避けるには、特開平４−２６８５３１号公報に開
示されているように、アンダーエッチングを見込んだ大
きめのレジスト層を設ければよい。また、実際は複数の
変調器をウエハ上に同時に形成する。そのとき、各変調
器における下地層１７は最終工程においてエッチングに
よって分離される。

【００２０】図３は突起１３１の厚さｔ１とデバイス特
性との関係を示すグラフ、図４は突起１３１の配置間隔
ｃ（図１参照）とデバイス特性との関係を示すグラフで
ある。縦軸は１０ＧＨｚにおけるマイクロ波の透過率Ｓ
₂₁の減衰量を示している。減衰量が少ないほど特性は良
好である。

【００２１】図３が示すとおり、減衰量は突起１３１の
無いときには５．２ｄＢであり、突起１３１の厚さ（す
なわち下層１３Ａの厚さ）ｔ１の増大とともに増加して
いる。ただし、ｔ１が１０μｍ以下であれば、１ｄＢ以
下の増加に過ぎない。また、図４が示すとおり、配置間
隔ｃが５０μｍ以上であれば、突起１３１が無い場合
（ｃ＝∞）との減衰量の差異は１ｄＢ以下である。つま
り、厚さｔ１と配置間隔ｃとを適切に選ぶことにより、
デバイス特性の低下を実用に支障のない程度に抑えるこ
とができる。なお、ここで示した数値は変調器としての
用途を想定した値である。他のデバイスとして用いる場
合にも、用途に応じて特性上に問題が生じない範囲で、
最大の機械的強度が得られるように電極寸法を選定すれ
ばよい。

【００２２】図５は第２の実施形態に係る変調器２の構
成を示す図である。変調器２も上述の変調器１と同様に
マッハツェンダ型の光導波路１２ｂを有したコプレーナ
導波型電極構造のデバイスである。変調器２と変調器１
との構造上の差異は、変調器２のストリップ電極１３ｂ
が幅方向の両側に突起１３１ｂを有している点である。
各アース電極１４ｂ，１５ｂは、ストリップ電極１３ｂ
との間に所定の距離を設けるため、突起１３１ｂを避け
るようにパターニングされている。ストリップ電極１３
ｂは、突起１３１ｂを含むパターンの下層１３Ａ’と突
起１３１ｂを含まないパターンの上層１３Ｂ’とから構
成されており、アース電極１４ｂ，１５ｂの厚さは下層
１３Ａ’の厚さと同一である。基板１１ｂと電極との間
にはバッファ層１６ｂ及び下地層１７ｂが存在する。

【００２３】図６は第３の実施形態に係る変調器３の構
成を示す断面図である。変調器３もコプレーナ導波型電
極構造のデバイスである。ストリップ電極１３ｃ及びア
ース電極１４ｃ，１５ｃは互いに厚さの等しい２層構造
の厚膜電極であり、基板１１ｃの上にバッファ層１６ｃ
及び下地層１７ｃを形成した後に、めっき法によって形
成されたものである。

【００２４】以上の説明では、コプレーナ導波型電極構
造の変調器１，２，３を例示したが、他の電極構造を採
用することができる。例えばアース電極１５，１５ｂ，
１５ｃを省略して非対称コプレーナ・ストリップ・ライ
ン型とすることができる。本発明は、モード変換器、光
スイッチなどの種々の光導波路デバイスにも適用可能で
ある。光導波路はマッハツェンダ型に限定されない。ま
た、電極の寸法条件は、仕様に応じて適宜変更してもよ
い。突起１３１の幅ａ、突出長さｂ、配置間隔（ピッ
チ）ｃのそれぞれの実用的な値は次の範囲内の値であ
る。

【００２５】ａ：２〜５０μｍｂ：５〜１００μｍｃ：ａ以上３ｍｍ以下その他、各構成要素の材質、製造プロセス、めっき方法
及びめっき回数などは、本発明の趣旨に反しない限り、
任意に選定できる。

【００２６】

【発明の効果】請求項１乃至請求項３の発明によれば、
用途に適合するデバイス特性を確保しつつ、電極剥離を
防止して信頼性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る変調器の模式図である。

【図２】変調器の基本的な製造手順を示す図である。

【図３】突起の厚さとデバイス特性との関係を示すグラ
フである。

【図４】突起の配置間隔とデバイス特性との関係を示す
グラフである。

【図５】第２の実施形態に係る変調器の構成を示す図で
ある。

【図６】第３の実施形態に係る変調器の構成を示す断面
図である。

【図７】従来の問題点を説明するための図である。

【符号の説明】

１，２，３変調器（光導波路デバイス）１１基板（電気光学基板）１２光導波路１３，１３ｂ，１３ｃストリップ電極（第１の電極）１４，１４ｂ，１４ｃアース電極（第２の電極）１３Ａ下層（第１めっき層）１３Ｂ上層（第２めっき層）１３１突起（第１めっき層の突出部分）

フロントページの続き (72)発明者清野實神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番１号富士通株式会社内 (72)発明者大森康弘神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番１号富士通株式会社内 (72)発明者山根隆志神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番１号富士通株式会社内 (72)発明者久保田嘉伸神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番１号富士通株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光導波路が形成された電気光学基板と、前
記光導波路に電界を加えるための第１及び第２の電極と
を有し、前記第１の電極は、平面視形状が延長方向の複数箇所に
おいて部分的に突出した帯状である第１めっき層と、当
該第１めっき層の突出部分を除く部分と重なる第２めっ
き層とからなることを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項２】前記第１及び第２の電極が同一基板面上に
形成されており、当該第１の電極が第２の電極よりも厚
い請求項１記載の光導波路デバイス。
【請求項３】前記第２の電極は、前記第１めっき層と同
時にめっき法によって形成されてなる請求項２記載の光
導波路デバイス。