WO2017169710A1 - 光導波回路装置 - Google Patents

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WO2017169710A1
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正典 高橋
泰芳 内田
慎太郎 山崎
長谷川　淳一
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古河電気工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an optical waveguide circuit device.
  • an optical waveguide circuit device using a planar lightwave circuit (PLC) made of silica glass is known.
  • PLC planar lightwave circuit
  • a technique using zirconia (ZrO 2 ) as a dopant for increasing the refractive index in an optical waveguide constituting a PLC is disclosed (see Patent Document 1).
  • ZrO 2 is a material having a higher refractive index and a smaller thermal expansion coefficient than germania (GeO 2 ).
  • GeO 2 germania
  • ZrO 2 is expected as a material that can reduce the stress remaining in the optical waveguide while reducing the size of the PLC and the optical waveguide circuit device using the PLC.
  • a heater and a wiring electrode layer are laminated on a PLC cladding layer.
  • the heater is for heating the optical waveguide to change its refractive index.
  • the wiring electrode layer forms a wiring pattern for supplying power to the heater.
  • the number of wiring electrode layers increases more rapidly than the increase in the number of heaters. Therefore, in the optical waveguide circuit device, even if the area where the optical waveguide is formed in the PLC (optical waveguide formation area) is downsized and the size is reduced, the area where the wiring electrode layer is formed (wiring electrode layer formation area) ) Limits the miniaturization of the chip size of the optical waveguide circuit device. If the width of the wiring electrode layer is reduced, the wiring electrode layer formation region can be reduced. However, if the width of the wiring electrode layer is reduced, the allowable current and allowable applied voltage of the wiring electrode layer are reduced, and the necessary power cannot be supplied to the heater. There is a fear. Further, if the separation distance between the wiring electrode layers is reduced, the wiring electrode layer forming region can be reduced, but the accuracy required for the manufacturing process of the wiring electrode layer is increased, and the productivity is lowered.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a small-sized optical waveguide circuit device.
  • an optical waveguide circuit device includes a clad layer made of silica-based glass formed on a substrate and the clad layer.
  • An optical waveguide comprising an optical waveguide made of silica glass, a plurality of heaters formed above the cladding layer and above the optical waveguide, and for heating the optical waveguide; and formed above the cladding layer.
  • the wiring electrode layers are formed on any of a plurality of wiring layers having different distances from the substrate, and the wiring electrode layers adjacent to each other in plan view are formed on different wiring layers, respectively. Cage, the wiring electrode layers adjacent to each other in the same wiring layer is characterized by spaced apart a predetermined distance or more.
  • the optical waveguide circuit device is characterized in that the relative refractive index difference ⁇ of the optical waveguide with respect to the cladding layer is 3% or more.
  • the optical waveguide circuit device is characterized in that zirconia (ZrO 2 ) is added to the optical waveguide.
  • the end of each of the plurality of wiring electrode layers not connected to the heater is exposed from the insulating layer, and the exposed wiring electrode It is further characterized by further comprising a wiring substrate connected to the end of the layer via an anisotropic conductive film or anisotropic conductive paste.
  • the size of the wiring electrode layer forming region can be reduced while securing the amount of power supply and manufacturability, there is an effect that a small optical waveguide circuit device can be realized.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical waveguide circuit device according to the first embodiment.
  • FIG. 2A is a schematic partial plan view of the optical waveguide circuit device according to the first embodiment.
  • 2B is a partial cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the main surface of the PLC substrate in the optical waveguide circuit device according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2C is a schematic view of the optical waveguide circuit device shown in FIG.
  • FIG. 3 is an example of a flowchart of the manufacturing method of the optical waveguide circuit device according to the first embodiment.
  • FIG. 4A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of each step from the formation of the lower cladding layer to the patterning of the heater layer in the method of manufacturing the optical waveguide circuit device.
  • FIG. 4A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of each step from the formation of the lower cladding layer to the patterning of the heater layer in the method of manufacturing the optical waveguide circuit device.
  • FIG. 4B is a schematic cross-sectional view illustrating an example of each step from the formation of the electrode layer to the formation of the insulating layer in the method of manufacturing the optical waveguide circuit device.
  • FIG. 4C is a schematic plan view illustrating an example of each step of forming and patterning an electrode layer in the method of manufacturing an optical waveguide circuit device.
  • FIG. 4D is a schematic plan view illustrating an example of each process from patterning of an electrode layer to formation of an insulating layer in the method for manufacturing an optical waveguide circuit device.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a method for connecting a wiring electrode layer and a wiring board.
  • FIG. 6A is a schematic plan view illustrating wiring between a wiring electrode layer and a wiring board.
  • FIG. 6B is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a wiring configuration of the wiring electrode layer and the wiring board.
  • FIG. 6C is a schematic cross-sectional view showing another example of the wiring configuration of the wiring electrode layer and the wiring board.
  • FIG. 6D is a schematic cross-sectional view showing still another example of the wiring configuration of the wiring electrode layer and the wiring board.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an optical waveguide circuit device according to the second embodiment.
  • FIG. 8A is a diagram for explaining the size of an optical waveguide circuit device according to a comparative embodiment.
  • FIG. 8B is a diagram illustrating the size of the optical waveguide circuit device according to the second embodiment.
  • FIG. 9A is a diagram illustrating an example of the size of the wiring electrode layer formation region in the optical waveguide circuit device according to the comparative embodiment.
  • FIG. 9B is a diagram illustrating an example of the size of the wiring electrode layer formation region in the optical waveguide circuit device according to the second embodiment.
  • FIG. 9C is a diagram illustrating another example of the size of the wiring electrode layer formation region in the optical waveguide circuit device according to the second embodiment.
  • FIG. 10A is a diagram illustrating an example of a configuration of a wiring electrode layer.
  • FIG. 10B is a diagram illustrating another example of the configuration of the wiring electrode layer.
  • FIG. 11A is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration example of a comparative optical waveguide circuit device.
  • FIG. 11B is a schematic partial plan view of a comparative optical waveguide circuit device.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical switch device that is an optical waveguide circuit device according to the first embodiment.
  • the optical switch device 10 includes a PLC 11 that is an optical waveguide circuit, a plurality of heaters 12, an electrode pad region 13, and a wiring substrate 14.
  • a PLC 11 that is an optical waveguide circuit
  • an optical switch circuit 11a that functions as a 1 ⁇ 8 optical switch circuit is formed.
  • the optical switch circuit 11a has one common port 11b, eight branch ports 11c, and a plurality of Mach-Zehnder interferometers (MZI) 11d connected in cascade.
  • MZI Mach-Zehnder interferometers
  • Each MZI 11d is composed of two couplers (MMI (multimode interference) coupler in the first embodiment) 11da and two arm waveguides 11db and 11dc connecting the two couplers 11da.
  • MMI multimode interference
  • a coupler included in the MZI 11d not only an MMI coupler but also a coupler such as a DC (directional coupler), a WINC (wavelength independent coupler), or a Y branch may be used depending on characteristics.
  • one MZI 11d is provided in the first stage ST1, and two MZIs 11d are provided in the second stage ST2.
  • the two MZI 11d output ports of the second stage ST2 are connected to the two input ports of the MZI 11d of the first stage ST1, respectively.
  • Four MZIs 11d are provided in the third stage ST3.
  • a total of four input ports of the two MZIs 11d in the second stage ST2 are respectively connected to the output ports of the four MZIs 11d in the third stage ST3.
  • Four MZIs 11d are provided in the fourth stage ST4, and eight MZIs 11d are provided in the fifth stage ST5.
  • a total of eight input ports of the four MZIs 11d of the third stage ST3 are respectively connected to the output ports of the four MZIs 11d of the fourth stage ST4 or the output ports of the four MZIs 11d of the fifth stage ST5.
  • the four input ports of the four MZIs 11d in the fourth stage ST4 are respectively connected to the output ports of the remaining four MZIs 11d in the fifth stage ST5.
  • the switch SW1 surrounded by a broken line constitutes a gate switch, and the switch SW2 constitutes a 2 ⁇ 1 switch.
  • the heater 12 is provided in one of the two arm waveguides 11db and 11dc of the MZI 11d, and in the switch SW2, the heater 12 is provided in both of the two arm waveguides 11db and 11dc. Therefore, 22 heaters 12 are provided in total.
  • an optical signal input from one of the two input ports of the MZI 11d is adjusted to be output from one of the two output ports for the MZI 11d constituting the switch SW1.
  • the MZI 11d constituting the switch SW2 is adjusted so as to be output at a branch ratio of 1: 1 to the two output ports.
  • Each heater 12 is connected to an electrode pad in the electrode pad region 13 by a wiring electrode layer (not shown in FIG. 1).
  • a wiring electrode layer (not shown in FIG. 1).
  • the wiring board 14 is comprised with a flexible printed circuit board, for example.
  • the extinction ratio of the optical switch circuit 11a can be increased even when the heater 12 is not energized by the two-stage gate switch formed by the switch SW1.
  • FIGS. 2A to 2C are diagrams illustrating a more specific configuration of the optical switch device 10 which is the optical waveguide circuit device according to the first embodiment.
  • 2A is a schematic partial plan view of the optical switch device 10
  • FIG. 2B is a partial cross-sectional view of the optical switch device 10 in a plane perpendicular to the main surface of the PLC substrate
  • FIG. It is A arrow schematic diagram in 2B.
  • the PLC 11 includes a clad layer 11B made of quartz glass formed on the main surface of a substrate 11A made of silicon or quartz glass, and a plurality of optical waveguides 11C made of quartz glass formed in the clad layer 11B.
  • the optical waveguide 11C is made of quartz glass to which zirconia (ZrO 2 ), which is a dopant for increasing the refractive index, is added.
  • ZrO 2 zirconia
  • the optical waveguide 11C has a higher refractive index than the cladding layer 11B, so that it functions as an optical waveguide for confining and guiding light, and constitutes the common port 11b, branch port 11c, and MZI 11d of the optical switch circuit 11a.
  • the optical waveguide 11C has a relative refractive index difference ⁇ of 3% to 10%, for example, with respect to the cladding layer 11B, and a cross-sectional size of 1.0 ⁇ m ⁇ 1.0 ⁇ m to 5.0 ⁇ m ⁇ 5.0 ⁇ m.
  • the relative refractive index difference ⁇ is 5% to 10%
  • the cross-sectional size is 1.0 ⁇ m ⁇ 1.0 ⁇ m to 3.5 ⁇ m ⁇ 3.5 ⁇ m.
  • the cross section of the optical waveguide 11C is basically square, but may be rectangular or trapezoidal.
  • the refractive index can be increased as compared with the case where GeO 2 is used as a dopant for increasing the refractive index.
  • the relative refractive index difference ⁇ of the optical waveguide 11C with respect to the cladding layer 11B can be set to 3% to 10%, for example, by adjusting the content of ZrO 2 .
  • the relative refractive index difference ⁇ of the optical waveguide using GeO 2 is generally less than 1.5% and is about 2.5% at the maximum.
  • an optical interference element such as the MZI 11d in the PLC 11
  • the waveguide length necessary for generating desired optical interference becomes shorter in proportion to the refractive index height.
  • the MZI 11d including ZrO 2 in the optical waveguide 11C and the PLC 11 including the same are downsized.
  • a plurality (22 in the first embodiment) of heaters 12 are respectively formed above the cladding layer 11B and above the optical waveguide 11C to be heated.
  • the heater 12 is formed immediately above the cladding layer 11B.
  • a plurality (44 in the first embodiment) of wiring electrode layers 15 are formed above the clad layer 11B, are connected to both ends of the plurality of heaters 12, and supply electric power for heating the connected heaters 12. To do.
  • the heater 12 is made of, for example, TaN
  • the wiring electrode layer 15 is made of, for example, gold (Au).
  • the insulating layer 16 is made of, for example, SiO 2 and covers the cladding layer 11B, the heater 12, and the wiring electrode layer 15.
  • the wiring electrode layer 15 is formed in one of two wiring layers La and Lb having different distances from the substrate 11A (distance from the main surface). Specifically, the wiring layer Lb is at a position farther from the substrate 11A than the wiring layer La.
  • the wiring electrode layer 15a formed on the wiring layer La is formed immediately above the cladding layer 11B, and the surface and side surfaces thereof are covered with the insulating layer 16.
  • the wiring electrode layer 15b formed in the wiring layer Lb is covered with an insulating layer 16 in the periphery thereof.
  • the wiring electrode layer 15b formed in the wiring layer Lb is always connected to the wiring electrode layer 15a formed in the wiring layer La and the wiring electrode. They are connected via the layer 15c.
  • the wiring electrode layers 15a and 15b are adjacent to each other in plan view, and are formed in different wiring layers La and Lb (see FIGS. 2B and 2C), respectively.
  • the distance between the wiring electrode layers 15b adjacent to each other is D1, which is not less than a predetermined distance D0 determined by the processing accuracy of the manufacturing process.
  • D0 is more effective for reducing the size of the PLC 11, but is 70 ⁇ m or more, more preferably 100 ⁇ m or more, due to restrictions due to processing accuracy in the manufacturing process.
  • the distance between the wiring electrode layers 15a adjacent to each other in the wiring layer La is D1, which is equal to or greater than a predetermined distance D0.
  • D1 the distance between the wiring electrode layers 15a adjacent to each other in the wiring layer La.
  • D0 the distance between the wiring electrode layers 15a adjacent to each other in the wiring layer La.
  • the wiring electrode layers 15a and 15b formed in different wiring layers La and Lb in plan view are adjacent to each other, and the wiring electrode layers 15a or wirings adjacent to each other in the same wiring layer La or wiring layer Lb Since the separation distance of the electrode layer 15b is equal to or greater than a predetermined distance, the wiring electrode layer 15 can be formed at a high density without reducing the width of the wiring electrode layer or reducing the separation distance between the wiring electrode layers. Can be In addition, by forming the wiring electrode layers 15a and 15b in different wiring layers La and Lb, the size of the wiring electrode layer forming region can be reduced by crossing them. Thereby, since the size of the wiring electrode layer forming region can be reduced while ensuring the amount of power supply and manufacturability, the small optical switch device 10 can be realized.
  • FIGS. 4A to 4D are diagrams for explaining an example of a manufacturing method of the optical switch device 10 which is the optical waveguide circuit device according to the first embodiment.
  • the lower cladding layer 11BA is formed on the substrate 11A using a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method, and the optical waveguide 11C is formed on the lower cladding layer 11BA by sputtering.
  • the optical waveguide forming layer 11D is formed (see FIG. 4A).
  • the lower cladding layer 11BA may use a thermal oxide film formed by thermally oxidizing the substrate 11A, or may be manufactured by a flame deposition (FHD) method.
  • step S102 the lower clad layer 11BA and the optical waveguide forming layer 11D are heat-treated and annealed.
  • step S103 the optical waveguide forming layer 11D is patterned into a pattern of the optical waveguide 11C by a photolithography technique and etching to form the optical waveguide 11C (see FIG. 4A).
  • Etching is performed, for example, by dry etching using a fluorine-based gas (for example, CF 4 ) used in a processing process of quartz glass.
  • a fluorine-based gas for example, CF 4
  • an over clad portion 11BB is formed so as to cover the lower clad layer 11BA and the optical waveguide 11C, and a clad layer 11B composed of the lower clad layer 11BA and the over clad portion 11BB is formed (see FIG. 4A).
  • the over clad portion 11BB is formed by depositing fine particles made of quartz glass so as to cover the lower clad layer 11BA and the optical waveguide 11C, for example, by a known FHD method, and heating and melting the deposited fine particles to form a transparent glass. it can.
  • step S105 a metal material to be the heater 12 is formed on the surface of the cladding layer 11B to form a heater layer, and in step S106, the heater layer is patterned to form the heater 12 (see FIG. 4A). .
  • step S107 a metal material to be the wiring electrode layer 15a is formed on the surface of the cladding layer 11B to form an electrode layer.
  • step S108 the electrode layer is patterned to form the wiring electrode layer 15a ( (See FIGS. 4B and 4C).
  • step S109 an insulating layer 16a is formed so as to cover the main surface of the cladding layer 11B and the wiring electrode layer 15a (see FIGS. 4B and 4C).
  • step S110 the insulating layer 16a is patterned to form a pattern for forming the wiring electrode layers 15b and 15c. Specifically, the groove g is formed on the surface of the insulating layer 16a so that one end of the predetermined wiring electrode layer 15a is exposed (see FIG. 4B).
  • step S111 a metal material to be the wiring electrode layers 15b and 15c is formed on the surface of the cladding layer 11B to form the electrode layer EL (see FIG. 4B), and in step S112, the electrode layer EL is patterned. At the same time, the excess electrode layer is lifted off or etched to form the wiring electrode layers 15b and 15c (see FIG. 4B).
  • step S113 it is determined whether a predetermined number of wiring layers have been formed.
  • the predetermined number of layers is 2, it is determined that the predetermined number of layers has been formed (step S113, Yes), and the process proceeds to step S114.
  • step S113, No when forming a wiring layer further, it determines with not forming the predetermined number of layers (step S113, No), and returns to step S109.
  • step S114 an insulating layer is formed so as to cover the insulating layer 16a and the wiring electrode layers 15b and 15c, thereby forming the insulating layer 16 (see FIGS. 4B and 4D).
  • step S115 a part of the insulating layer 16 corresponding to the electrode pad region 13 (see FIG. 1) is etched to expose one end of the wiring electrode layers 15a and 15b as an electrode pad.
  • step S116 Wiring is performed between the wiring electrode layers 15a and 15b and the wiring board 14 (see FIG. 1), and the step is completed.
  • FIG. 5 and FIGS. 6A to 6D are diagrams for explaining the wiring in the first embodiment.
  • FIG. 5A only the wiring electrode layer 15a is shown among the wiring electrode layers 15a and 15b.
  • the PLC 11 and the wiring board 14 are arranged so as to face each other, and an anisotropic conductive film (ACF) 17 is sandwiched between them.
  • ACF anisotropic conductive film
  • the anisotropic conductive film 17 is obtained by dispersing conductive particles 17b in a film-like adhesive 17a.
  • the adhesive 17a is made of, for example, a thermosetting epoxy resin or acrylic resin
  • the conductive particles 17b are, for example, metal particles or particles formed by coating a resin with a conductive material.
  • the outermost periphery of the conductive particles 17b may be covered with an insulating layer that is broken by pressure.
  • the insulating layer is broken by the pressure and conductivity is generated. Therefore, only between the electrode pad portion 15aa and the electrode 14a. Conduction occurs, and insulation is maintained in other portions. As a result, it is possible to more effectively suppress the occurrence of an unintended short circuit.
  • an anisotropic conductive paste (ACP) in which conductive particles are dispersed in a paste adhesive may be used.
  • each of the two wiring boards 14 is connected to each of the wiring electrode layers 15a and 15b. As shown in FIGS. 6A and 6B, between the electrode of one wiring substrate 14 and the electrode pad portion 15aa at the end of the wiring electrode layer 15a and between the electrode of the other wiring substrate 14 and the end of the wiring electrode layer 15b. By sandwiching and adhering the anisotropic conductive film 17 between the electrode pad portion 15ba and the electrode pad portion 15ba, the electrode pad portion 15aa and the electrode pad portion 15aa, and the other wiring substrate 14 Electrical connection between the electrode and the electrode pad portion 15ba is ensured. In FIG.
  • the two wiring boards 14 are respectively connected to separate electronic boards 18 via the anisotropic conductive film 17, but both of the two wiring boards 14 are as shown in FIG. 6C.
  • One electronic substrate 18 may be connected via an anisotropic conductive film 17.
  • the electronic board 18 is a board having a function of supplying power to the heater 12 to the wiring board 14 and may be equipped with a control unit.
  • one wiring board 14 may be bent and connected to both electrode pad portions 15aa and 15ba as shown in FIG. 6D.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an optical switch device that is an optical waveguide circuit device according to the second embodiment.
  • the optical switch device 20 includes a PLC 21, which is an optical waveguide circuit, a plurality of heaters 22, electrode pad regions 23a and 23b, and wiring boards 24a and 24b.
  • a PLC 21 which is an optical waveguide circuit
  • a plurality of heaters 22 electrode pad regions 23a and 23b
  • wiring boards 24a and 24b In the PLC 21, an optical switch circuit 21a that functions as a 4-array type 8 ⁇ 1 optical switch circuit is formed.
  • the optical switch circuit 21a has eight optical input ports 21b and eight optical output ports 21c.
  • the eight optical input ports 21b are connected to the input ports of the eight two-branch couplers 21d.
  • One output port of each two-branch coupler 21d is connected to each input port of eight two-branch couplers 21e.
  • One output port of each two-branch coupler 21e is connected to each input port of eight two-branch couplers 21f.
  • the other output port of each two-branch coupler 21e is connected to each input port of eight two-branch couplers 21g.
  • a total of 32 output ports of the two-branch couplers 21f and 21g are connected to each branch port of the array optical switch unit 21h having a configuration in which four optical switch circuits 11a shown in FIG. 1 are connected in parallel.
  • the four common ports of the array optical switch unit 21h are connected to four of the optical output ports 21c via four connection waveguides 21i.
  • each two-branch coupler 21d is connected to each input port of eight two-branch couplers 21k via eight connection waveguides 21j.
  • One output port of each two-branch coupler 21k is connected to each input port of eight two-branch couplers 21l.
  • the other output port of each two-branch coupler 21k is connected to each input port of eight two-branch couplers 21m.
  • a total of 32 output ports of the two-branch couplers 21l and 21m are connected to each branch port of the array optical switch unit 21n having a configuration in which four optical switch circuits 11a shown in FIG. 1 are connected in parallel.
  • the four common ports of the array optical switch unit 21n are connected to the other four of the optical output ports 21c through four connection waveguides 21o.
  • the optical switch circuit 21a since the two array optical switch portions 21h and 21n are inverted 180 degrees from each other, the optical waveguide forming region is reduced in size.
  • the configuration of the PLC 21, the heater 22, the wiring electrode layer, the insulating layer, the electrode pad regions 23a and 23b, and the wiring boards 24a and 24b of the optical switch device 20 is the same as the corresponding configuration of the optical switch device 10 of the first embodiment. Therefore, explanation is omitted.
  • the number of heaters 22 is 88, which is four times the number of heaters 12 in the optical switch device 10. Further, in this optical switch device 20, the number of wiring electrode layers is 176, which is four times the number of wiring electrode layers in the optical switch device 10.
  • this optical switch device 20 there are two wiring layers, the wiring electrode layers formed in different wiring layers in plan view are adjacent to each other, and the distance between the wiring electrode layers adjacent to each other in the same wiring layer Is over a predetermined distance.
  • the wiring electrode layer can be densified without reducing the width of the wiring electrode layer or reducing the distance between the wiring electrode layers.
  • the wiring electrode layers formed in different wiring layers can be three-dimensionally crossed to reduce the size of the wiring electrode layer forming region. Thereby, since the size of the wiring electrode layer forming region can be reduced while ensuring the amount of power supply and manufacturability, a small optical switch device 20 can be realized.
  • the optical switch device 20 can be manufactured by the same method as the optical switch device 10.
  • a wiring layer is two layers, it is good also as three or more layers. By using three or more wiring layers, the size of the wiring electrode layer forming region can be further reduced.
  • the optical switch device 100 of the comparative form is identical to the optical switch device 20 of the second embodiment in the configuration of the PLC 11 and the insulating layer 16 and constitutes a 4-array type 8 ⁇ 1 optical switch circuit.
  • the electrode layers 15 are all formed on the surface of the cladding layer 11B. That is, the number of wiring layers is one.
  • the optical waveguide 11C is made of silica glass to which ZrO 2 is added, and the relative refractive index difference ⁇ with respect to the cladding layer 11B is 5%.
  • the number of heaters to be driven is 176, and the number of electrode pads including the ground of each heater is about 200, (wiring electrode layer width) / (adjacent wiring electrode layer Was set to 100 ⁇ m / 100 ⁇ m (that is, the pitch of the wiring electrode layers was 200 ⁇ m).
  • the size of the optical waveguide formation region S1 was 20.0 mm ⁇ 8.0 mm as an example.
  • the size of the wiring electrode layer formation region S2 of the comparative example is 40.5 mm ⁇ 9.0 mm as shown in FIG. 8A as an example, whereas the size of the wiring electrode layer formation region S3 of Embodiment 2 is an example. As shown in FIG. 8B, the size is 20.5 mm ⁇ 9.5 mm, and it was confirmed that the size is greatly reduced by adopting the configuration of the second embodiment.
  • the MZI constituting the gate switch is provided with a heater only in one arm waveguide.
  • a heater may be provided in both arm waveguides of the MZI constituting the gate switch, and power may be supplied to these.
  • the size of the wiring electrode layer forming region S2A of the comparative example is 66.5 mm ⁇ 9.0 mm as shown in FIG. 9A as an example, whereas the wiring electrode layer forming region of the second embodiment is used.
  • the size of S3A is 33.5 mm ⁇ 9.5 mm as shown in FIG. 9B, and it was confirmed that the size of the S3A was greatly reduced by adopting the configuration of the second embodiment.
  • the number of wiring layers is three, it has been confirmed that the size of the wiring electrode layer formation region S4A of Embodiment 2 can be reduced to 22.5 mm ⁇ 10.0 mm as shown in FIG. 9C as an example.
  • the heaters 12 when the heaters 12 are provided in both the arm waveguides 11db and 11dc of the MZI 11d, one heater 12 may be provided in each of the arm waveguides 11db and 11dc as shown in FIG. 10A. As shown in FIG. 10B, two heaters 12 may be provided in each of the arm waveguides 11 db and 11 dc, and these may be connected in parallel by the wiring electrode layer 15. Thereby, since the resistance value of the heater 12 per piece becomes small, the voltage to apply can be made into a low voltage. 10B, since the number of heaters 12 increases, the number of necessary wiring electrode layers 15 also increases. On the other hand, by adopting the multilayer wiring layer configuration of the present invention, the heater 12 can be increased without increasing the wiring electrode layer formation region or keeping the size as it is.
  • the optical waveguide circuit device according to the present invention is useful for an optical switch used for optical communication or the like, and is particularly suitable for downsizing of the device scale.

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Abstract

光導波回路装置は、光導波回路と複数のヒータと複数の配線電極層と絶縁層とを備える。光導波回路は、基板上に形成された石英系ガラスからなるクラッド層と、このクラッド層内に形成された石英系ガラスからなる複数の光導波路と、を有する。複数のヒータは、光導波回路のクラッド層の上方かつ光導波路の上方に形成され、光導波回路の光導波路を加熱する。複数の配線電極層は、光導波回路のクラッド層の上方に形成され、複数のヒータとそれぞれ接続し、接続したヒータに電力を供給する。絶縁層は、これらのクラッド層、ヒータ、および複数の配線電極層を覆う。複数の配線電極層は、光導波回路の基板からの距離が互いに異なる複数の配線層のいずれかに形成されている。平面視で互いに隣接する配線電極層は、それぞれ異なる配線層に形成されている。同一の配線層において互いに隣接する配線電極層は、所定の距離以上離間している。

Description

光導波回路装置
　本発明は、光導波回路装置に関するものである。
　光通信等に用いられる光スイッチとして、石英系ガラスからなる平面光波回路（Planar　Lightwave　Circuit：ＰＬＣ）を用いた光導波回路装置が知られている。ＰＬＣを構成する光導波路において、屈折率を高めるドーパントとして、ジルコニア（ＺｒＯ2）を使う技術が開示されている（特許文献１参照）。ＺｒＯ2は、ゲルマニア（ＧｅＯ2）と比較して屈折率が高く、熱膨張係数が小さい材料である。ＺｒＯ2をドーパントとすることで、ＧｅＯ2をドーパントとしたＰＬＣと比較してコア（光導波路）のクラッド層に対する比屈折率差Δを大幅に高めることが可能となる。これにより、光導波路に許容される最小曲げ半径が小さくなり、ＰＬＣの小型化、低コスト化、高密度集積化が期待できる。そのため、ＺｒＯ2は、ＰＬＣおよびこれを用いた光導波回路装置を小型化しつつ、光導波路に残る応力を低減できる材料として期待されている。
特開２０１３－２１０６２３号公報
　熱光学（Thermo-Optic：ＴＯ）効果を利用した光導波回路装置では、ＰＬＣクラッド層上にヒータと配線電極層とが積層される。ヒータは光導波路を加熱してその屈折率を変化させるためのものである。配線電極層はヒータに電力を供給するための配線パターンをなすものである。
　ここで、光導波回路装置の高機能化等のためにヒータの数が増加すると、それにともなって配線電極層の数が、ヒータの数の増加よりも急激に増加する。そのため、光導波回路装置において、ＰＬＣにおいて光導波路が形成される領域（光導波路形成領域）を小型化し、そのサイズを小型化したとしても、配線電極層が形成される領域（配線電極層形成領域）のサイズにより光導波回路装置のチップサイズの小型化が制限されるという問題がある。配線電極層の幅を狭くすれば配線電極層形成領域を小さくできるが、配線電極層の幅を狭くすると配線電極層の許容電流および許容印加電圧が小さくなり、必要な電力をヒータに供給できなくなるおそれがある。また、配線電極層間の離間距離を狭くすれば配線電極層形成領域を小さくできるが、配線電極層の製造プロセスに必要な精度が高くなり、製造性が低下する。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型の光導波回路装置を提供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に、本発明の一態様に係る光導波回路装置は、基板上に形成された石英系ガラスからなるクラッド層と、前記クラッド層内に形成された石英系ガラスからなる光導波路と、を有する光導波回路と、前記クラッド層の上方かつ前記光導波路の上方に形成され、前記光導波路を加熱する複数のヒータと、前記クラッド層の上方に形成され、前記複数のヒータとそれぞれ接続し、接続したヒータに電力を供給する複数の配線電極層と、前記クラッド層、前記ヒータ、および前記複数の配線電極層を覆う絶縁層と、を備え、前記複数の配線電極層は、前記基板からの距離が互いに異なる複数の配線層のいずれかに形成されており、平面視で互いに隣接する配線電極層は、それぞれ異なる配線層に形成されており、同一の配線層において互いに隣接する配線電極層は、所定の距離以上離間していることを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光導波回路装置は、前記クラッド層に対する前記光導波路の比屈折率差Δは３％以上であることを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光導波回路装置は、前記光導波路にはジルコニア（ＺｒＯ2）が添加されていることを特徴とする。
　本発明の一態様に係る光導波回路装置は、前記複数の配線電極層のそれぞれの、前記ヒータに接続していない側の端部が、前記絶縁層から露出しており、前記露出した配線電極層の端部と異方性導電フィルムまたは異方性導電ペーストを介して接続する配線基板をさらに備えることを特徴とする。
　本発明によれば、給電量や製造性を確保しながら、配線電極層形成領域のサイズを小型化できるので、小型の光導波回路装置を実現できるという効果を奏する。
図１は、実施形態１に係る光導波回路装置の模式的な構成図である。 図２Ａは、実施形態１に係る光導波回路装置の模式的な一部平面図である。 図２Ｂは、実施形態１に係る光導波回路装置におけるＰＬＣの基板の主表面に垂直な面での一部断面図である。 図２Ｃは、図２Ｂに示す光導波回路装置のＡ矢視概略図である。 図３は、実施形態１に係る光導波回路装置の製造方法のフローチャートの一例である。 図４Ａは、光導波回路装置の製造方法のうち下部クラッド層の成膜からヒータ層のパターニングまでの各工程の一例について説明する断面模式図である。 図４Ｂは、光導波回路装置の製造方法のうち電極層の形成から絶縁層の形成までの各工程の一例について説明する断面模式図である。 図４Ｃは、光導波回路装置の製造方法のうち電極層の形成およびパターニングの各工程の一例について説明する平面模式図である。 図４Ｄは、光導波回路装置の製造方法のうち電極層のパターニングから絶縁層の形成までの各工程の一例について説明する平面模式図である。 図５は、配線電極層と配線基板との接続方法の一例について説明する断面模式図である。 図６Ａは、配線電極層と配線基板との配線について説明する平面模式図である。 図６Ｂは、配線電極層と配線基板との配線構成の一例を示す断面模式図である。 図６Ｃは、配線電極層と配線基板との配線構成の別例を示す断面模式図である。 図６Ｄは、配線電極層と配線基板との配線構成の更なる別例を示す断面模式図である。 図７は、実施形態２に係る光導波回路装置の模式的な構成図である。 図８Ａは、比較形態の光導波回路装置のサイズについて説明する図である。 図８Ｂは、実施形態２の光導波回路装置のサイズについて説明する図である。 図９Ａは、比較形態の光導波回路装置における配線電極層形成領域のサイズの一例を示す図である。 図９Ｂは、実施形態２の光導波回路装置における配線電極層形成領域のサイズの一例を示す図である。 図９Ｃは、実施形態２の光導波回路装置における配線電極層形成領域のサイズの別例を示す図である。 図１０Ａは、配線電極層の構成の一例について説明する図である。 図１０Ｂは、配線電極層の構成の別例について説明する図である。 図１１Ａは、比較形態の光導波回路装置の一構成例を示す断面模式図である。 図１１Ｂは、比較形態の光導波回路装置の模式的な一部平面図である。
　以下に、図面を参照して本発明に係る光導波回路装置の実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
（実施形態１）
　図１は、実施形態１に係る光導波回路装置である光スイッチ装置の模式的な構成図である。この光スイッチ装置１０は、光導波回路であるＰＬＣ１１と、複数のヒータ１２と、電極パッド領域１３と、配線基板１４とを備えている。ＰＬＣ１１には、１×８光スイッチ回路として機能する光スイッチ回路１１ａが形成されている。光スイッチ回路１１ａは、１つの共通ポート１１ｂと、８つの分岐ポート１１ｃと、カスケード状に接続された複数のマッハツェンダ型干渉計（ＭＺＩ）１１ｄとを有する。
　各ＭＺＩ１１ｄは、２つのカプラ（本実施形態１ではＭＭＩ（多モード干渉）カプラ）１１ｄａと、２つのカプラ１１ｄａを接続する２本のアーム導波路１１ｄｂ、１１ｄｃとで構成されている。なお、ＭＺＩ１１ｄが有するカプラとしては、ＭＭＩカプラだけでなく、ＤＣ（方向性結合器）、ＷＩＮＣ（波長無依存カプラ）やＹ分岐等のカプラを特性に応じて用いてもよい。
　光スイッチ回路１１ａにおいて、共通ポート１１ｂ側から見て、一段目ＳＴ１には１つのＭＺＩ１１ｄが設けられており、二段目ＳＴ２には２つのＭＺＩ１１ｄが設けられている。一段目ＳＴ１のＭＺＩ１１ｄの２つの入力ポートには二段目ＳＴ２の２つのＭＺＩ１１ｄの出力ポートがそれぞれ接続されている。三段目ＳＴ３には４つのＭＺＩ１１ｄが設けられている。二段目ＳＴ２の２つのＭＺＩ１１ｄの合計４つの入力ポートは、三段目ＳＴ３の４つのＭＺＩ１１ｄの出力ポートにそれぞれ接続されている。四段目ＳＴ４には４つのＭＺＩ１１ｄが設けられており、五段目ＳＴ５には８つのＭＺＩ１１ｄが設けられている。三段目ＳＴ３の４つのＭＺＩ１１ｄの合計８つの入力ポートは、四段目ＳＴ４の４つのＭＺＩ１１ｄの出力ポートまたは五段目ＳＴ５のうち４つのＭＺＩ１１ｄの出力ポートにそれぞれ接続されている。四段目ＳＴ４の４つのＭＺＩ１１ｄの４つの入力ポートは、五段目ＳＴ５のうち残りの４つのＭＺＩ１１ｄの出力ポートにそれぞれ接続されている。
　なお、ＭＺＩ１１ｄのうち、破線で囲んだスイッチＳＷ１はゲートスイッチを構成し、スイッチＳＷ２は２×１スイッチを構成している。スイッチＳＷ１においてはＭＺＩ１１ｄの２本のアーム導波路１１ｄｂ、１１ｄｃのうち一方にヒータ１２が設けられ、スイッチＳＷ２においては２本のアーム導波路１１ｄｂ、１１ｄｃの両方にヒータ１２が設けられている。したがって、ヒータ１２は全部で２２個設けられている。
　ヒータ１２による加熱を行わない状態においては、ＭＺＩ１１ｄの２つの入力ポートのいずれかから入力された光信号は、スイッチＳＷ１を構成するＭＺＩ１１ｄについては、２つの出力ポートの一方から出力されるように調整されており、スイッチＳＷ２を構成するＭＺＩ１１ｄについては、２つの出力ポートに１：１の分岐比で出力されるように調整されている。ヒータ１２によって２本のアーム導波路１１ｄｂ、１１ｄｃのいずれかを加熱すると、該導波路における光の伝搬速度が低下し、光信号が２つの出力ポートの他方から出力されるように変化する。そのため、ヒータ１２の加熱のオン、オフを制御することにより、入力ポートから入力された光信号を２つの出力ポートのどちらから出力するかを選択することができる。各ヒータ１２は電極パッド領域１３の電極パッドに配線電極層（図１では不図示）により接続されている。不図示の制御部から配線基板１４、電極パッド、配線電極層を介してヒータ１２への電力供給の有無を制御することによって、ヒータ１２の加熱の有無を切り替えることができる。このような構成によって、光スイッチ回路１１ａ内において光信号の通る経路を動的に変更することができる。なお、配線基板１４はたとえばフレキシブルプリント基板で構成される。
　また、スイッチＳＷ１が構成する２段構成のゲートスイッチによって、ヒータ１２の無通電時にも光スイッチ回路１１ａの消光比を高めることができる。
　つぎに、光スイッチ装置１０のより具体的な構成について図２Ａ～２Ｃを参照して説明する。図２Ａ～２Ｃは、実施形態１に係る光導波回路装置である光スイッチ装置１０のより具体的な構成について説明する図である。図２Ａは光スイッチ装置１０の模式的な一部平面図であり、図２Ｂは光スイッチ装置１０の、ＰＬＣの基板の主表面に垂直な面での一部断面図であり、図２Ｃは図２ＢにおけるＡ矢視概略図である。
　ＰＬＣ１１は、シリコンや石英ガラスからなる基板１１Ａの主表面の上に形成された石英系ガラスからなるクラッド層１１Ｂと、クラッド層１１Ｂ内に形成された石英系ガラスからなる複数の光導波路１１Ｃと、を有する。
　光導波路１１Ｃは、屈折率を高めるドーパントであるジルコニア（ＺｒＯ2）が添加されている石英系ガラスからなる。これによって、光導波路１１Ｃはクラッド層１１Ｂよりも屈折率が高くなるので、光を閉じ込めて導波する光導波路として機能し、光スイッチ回路１１ａの共通ポート１１ｂや分岐ポート１１ｃやＭＺＩ１１ｄを構成する。光導波路１１Ｃは、クラッド層１１Ｂに対する比屈折率差Δがたとえば３％～１０％であり、断面のサイズは、１．０μｍ×１．０μｍ～５．０μｍ×５．０μｍである。また、より好ましくは比屈折率差Δが５％～１０％であり、断面のサイズは１．０μｍ×１．０μｍ～３．５μｍ×３．５μｍである。光導波路１１Ｃの断面は基本的には正方形だが、長方形もしくは台形でもよい。
　光導波路１１Ｃは、ＺｒＯ2を含むので、屈折率を高めるドーパントとしてＧｅＯ2を使用した場合に比べて、屈折率を高くすることができる。光導波路１１Ｃの、クラッド層１１Ｂに対する比屈折率差Δは、ＺｒＯ2の含有量の調整によって、たとえば３％～１０％にすることができる。これに対して、ＧｅＯ2を使用した光導波路の比屈折率差Δは、一般的には１．５％未満であり、最大でも２．５％程度である。ＰＬＣ１１におけるＭＺＩ１１ｄのような光干渉素子において、所望の光干渉を発生させるために必要な導波路長が、屈折率の高さに比例して短くなる。その結果、光導波路１１ＣにＺｒＯ2を含むＭＺＩ１１ｄ、およびこれを含むＰＬＣ１１は小型になる。
　複数（本実施形態１では２２個）のヒータ１２は、クラッド層１１Ｂの上方かつ加熱対象の光導波路１１Ｃの上方にそれぞれ形成される。本実施形態１では、ヒータ１２はクラッド層１１Ｂの直上に形成されている。
　複数（本実施形態１では４４本）の配線電極層１５は、クラッド層１１Ｂの上方に形成され、複数のヒータ１２のそれぞれの両端に接続し、接続したヒータ１２を加熱させるための電力を供給するものである。ヒータ１２はたとえばＴａＮ、配線電極層１５はたとえば金（Ａｕ）などの材料からなる。
　絶縁層１６は、たとえばＳｉＯ2からなり、クラッド層１１Ｂ、ヒータ１２、および配線電極層１５を覆うものである。ここで、配線電極層１５は、基板１１Ａからの距離（主表面からの距離）が互いに異なる２層の配線層Ｌａ、Ｌｂのいずれかに形成されている。具体的には、配線層Ｌｂは配線層Ｌａよりも基板１１Ａからの距離が遠い位置にある。配線層Ｌａに形成されている配線電極層１５ａはクラッド層１１Ｂの直上に形成されており、その表面と側面とを絶縁層１６に覆われている。一方、配線層Ｌｂに形成されている配線電極層１５ｂはその周囲を絶縁層１６に覆われている。
　なお、上述したようにヒータ１２はクラッド層１１Ｂの直上に形成されているので、配線層Ｌｂに形成されている配線電極層１５ｂは必ず配線層Ｌａに形成されている配線電極層１５ａと配線電極層１５ｃを介して接続している。
　また、図２Ａに示すように、平面視では配線電極層１５ａ、１５ｂが互いに隣接しており、それぞれ異なる配線層Ｌａ、Ｌｂ（図２Ｂ、２Ｃ参照）に形成されている。また、図２Ｂに示すように、同一の配線層、たとえば配線層Ｌｂにおいて互いに隣接する配線電極層１５ｂの離間距離はＤ１であり、製造工程の加工精度により決まる所定の距離Ｄ０以上となっている。なお、Ｄ０は小さいほどＰＬＣ１１の小型化には有効であるが、製造工程の加工精度による制約から７０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上である。同様に、配線層Ｌａにおいて互いに隣接する配線電極層１５ａの離間距離はＤ１であり、所定の距離Ｄ０以上となっている。配線電極層１５ａ、１５ｂの幅については、給電量に応じて設定され、所望の電力を供給可能な所定のサイズ以上となる。配線電極層１５ａ、１５ｂの幅は、好ましくは３０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上である。ただし、チップサイズの小型化には配線電極層１５ａ、１５ｂの幅は小さい方が有利であり、好ましくは５００μｍ以下であり、より好ましくは１００μｍ以下である。
　このように、平面視で異なる配線層Ｌａ、Ｌｂに形成されている配線電極層１５ａ、１５ｂが互いに隣接しており、同一の配線層Ｌａまたは配線層Ｌｂにおいて互いに隣接する配線電極層１５ａまたは配線電極層１５ｂの離間距離が所定の距離以上となっていることにより、配線電極層の幅を狭くしたり、配線電極層間の離間距離を狭くしたりしなくても、配線電極層１５を高密度化できる。また、配線電極層１５ａ、１５ｂを異なる配線層Ｌａ、Ｌｂに形成することで、これらを立体交差させて配線電極層形成領域のサイズを小さくすることもできる。これにより、給電量や製造性を確保しながら、配線電極層形成領域のサイズを小型化できるので、小型の光スイッチ装置１０を実現できる。
　つぎに、図３のフローチャートおよび図４Ａ～４Ｄを参照して光スイッチ装置１０の製造方法の一例を説明する。図４Ａ～４Ｄは、実施形態１に係る光導波回路装置である光スイッチ装置１０の製造方法の一例について説明する図である。
　まず、ステップＳ１０１において、たとえばプラズマＣＶＤ（Chemical　Vapor　Deposition）法を用いて、基板１１Ａ上に下部クラッド層１１ＢＡを成膜し、スパッタ法によって、下部クラッド層１１ＢＡ上に、光導波路１１Ｃを形成するための光導波路形成層１１Ｄを成膜する（図４Ａ参照）。なお、下部クラッド層１１ＢＡは、基板１１Ａを熱酸化して形成した熱酸化膜を利用してもよいし、火炎堆積（Flame　Hydrolysis　Deposition：ＦＨＤ）法で作製しても良い。
　つづいて、ステップＳ１０２において、下部クラッド層１１ＢＡ、光導波路形成層１１Ｄを加熱処理してアニールする。
　つづいて、ステップＳ１０３において、光導波路形成層１１Ｄを、フォトリソグラフィ技術およびエッチングによって光導波路１１Ｃのパターンにパターニングし、光導波路１１Ｃとする（図４Ａ参照）。エッチングについては、たとえば石英系ガラスの加工プロセスにおいて用いられるフッ素系ガス（たとえばＣＦ4）を用いたドライエッチングによって行う。
　つづいて、ステップＳ１０４において、下部クラッド層１１ＢＡおよび光導波路１１Ｃを覆うようにオーバークラッド部１１ＢＢを形成し、下部クラッド層１１ＢＡとオーバークラッド部１１ＢＢとからなるクラッド層１１Ｂを形成する（図４Ａ参照）。オーバークラッド部１１ＢＢは、たとえば公知のＦＨＤ法により、下部クラッド層１１ＢＡおよび光導波路１１Ｃを覆うように石英系ガラスからなる微粒子を堆積し、堆積した微粒子を加熱溶融して透明ガラス化することによって形成できる。
　つづいて、ステップＳ１０５において、クラッド層１１Ｂの表面にヒータ１２となる金属材料を成膜してヒータ層を形成し、ステップＳ１０６において、ヒータ層をパターニングし、ヒータ１２を形成する（図４Ａ参照）。
　つづいて、ステップＳ１０７において、クラッド層１１Ｂの表面に配線電極層１５ａとなる金属材料を成膜して電極層を形成し、ステップＳ１０８において、電極層をパターニングし、配線電極層１５ａを形成する（図４Ｂ、４Ｃ参照）。つづいて、ステップＳ１０９において、クラッド層１１Ｂの主表面と配線電極層１５ａとを覆うように絶縁層１６ａを形成する（図４Ｂ、４Ｃ参照）。
　つづいて、ステップＳ１１０において、絶縁層１６ａをパターニングし、配線電極層１５ｂ、１５ｃを形成するためのパターンを形成する。具体的には、絶縁層１６ａの表面に所定の配線電極層１５ａの一端が露出するように溝ｇを形成する（図４Ｂ参照）。
　つづいて、ステップＳ１１１において、クラッド層１１Ｂの表面に配線電極層１５ｂ、１５ｃとなる金属材料を成膜して電極層ＥＬを形成し（図４Ｂ参照）、ステップＳ１１２において、電極層ＥＬをパターニングするとともに、余分な電極層をリフトオフまたはエッチングし、配線電極層１５ｂ、１５ｃを形成する（図４Ｂ参照）。
　つづいて、ステップＳ１１３において、所定層数の配線層を形成したかどうかを判定する。本実施形態１では、所定層数は２であるので、所定層数を形成したと判定し（ステップＳ１１３、Ｙｅｓ）、ステップＳ１１４に進む。なお、配線層をさらに形成する場合は、所定層数を形成していないと判定し（ステップＳ１１３、Ｎｏ）、ステップＳ１０９に戻る。
　つづいて、ステップＳ１１４において、絶縁層１６ａと配線電極層１５ｂ、１５ｃとを覆うように絶縁層を形成し、絶縁層１６とする（図４Ｂ、４Ｄ参照）。その後、ステップＳ１１５において、絶縁層１６のうち電極パッド領域１３（図１参照）に対応する部分の一部をエッチングして配線電極層１５ａ、１５ｂの一端を電極パッドとして露出させ、ステップＳ１１６において、配線電極層１５ａ、１５ｂと配線基板１４（図１参照）との配線を行って、ステップを終了する。
　配線電極層１５ａ、１５ｂと配線基板１４との配線について図５および図６Ａ～６Ｄを参照して説明する。図５および図６Ａ～６Ｄは、実施形態１における配線について説明する図である。なお、図５では、配線電極層１５ａ、１５ｂのうち配線電極層１５ａのみ示している。配線の際には、図５に示す状態（ａ）のように、電極パッド領域１３（図１参照）において絶縁層１６から露出した配線電極層１５ａの電極パッド部１５ａａと配線基板１４の電極１４ａとが対向するようにＰＬＣ１１と配線基板１４を配置し、これらの間に異方性導電フィルム（Anisotropic　Conductive　Film：ＡＣＦ）１７を挟む。異方性導電フィルム１７は、フィルム状の接着剤１７ａに導電性粒子１７ｂが分散されたものである。接着剤１７ａは、たとえば熱硬化性のエポキシ樹脂やアクリル樹脂からなり、導電性粒子１７ｂは、たとえば金属粒子や、樹脂に導電材料を被覆してなる粒子である。
　つぎに、加熱しながらＰＬＣ１１と配線基板１４とが近付く方向に圧力を掛ける。これにより、図５に示す状態（ｂ）のようにＰＬＣ１１と配線基板１４とが異方性導電フィルム１７によって接着される。その結果、電極パッド部１５ａａと電極１４ａとの間には導電性粒子１７ｂが介在することとなり、導電性粒子１７ｂが電極パッド部１５ａａと電極１４ａとに同時に接触することで、両者の導通が確保される。
　なお、導電性粒子１７ｂの最外周には、圧力により破れる絶縁層が被覆されていてもよい。その場合には、導電性粒子１７ｂが電極パッド部１５ａａと電極１４ａとで挟まれると、その圧力により絶縁層が破れて導電性が発生するため、電極パッド部１５ａａと電極１４ａとの間でのみ導通が発生し、それ以外の部分は絶縁性が維持される。その結果、意図しない短絡の発生をより効果的に抑制することができる。なお、異方性導電フィルム１７に代えて、ペースト状の接着剤に導電性粒子を分散させた異方性導電ペースト（Anisotropic　Conductive　Paste：ＡＣＰ）を用いてもよい。
　本実施形態１では、２枚の配線基板１４のそれぞれを配線電極層１５ａ、１５ｂのそれぞれに接続する。図６Ａ、６Ｂに示すように、一方の配線基板１４の電極と配線電極層１５ａの端部の電極パッド部１５ａａとの間、および、他方の配線基板１４の電極と配線電極層１５ｂの端部の電極パッド部１５ｂａとの間のそれぞれに、異方性導電フィルム１７を挟み、接着させることで、一方の配線基板１４の電極と電極パッド部１５ａａとの間、および、他方の配線基板１４の電極と電極パッド部１５ｂａとの間の導通が確保される。なお、図６Ｂでは、２枚の配線基板１４はそれぞれ別々の電子基板１８に異方性導電フィルム１７を介して接続されているが、図６Ｃのように２枚の配線基板１４のいずれもが１つの電子基板１８に異方性導電フィルム１７を介して接続されていてもよい。なお、電子基板１８は、ヒータ１２に与える電力を配線基板１４に供給する機能を有する基板であり、制御部を搭載していてもよい。また、配線基板１４を２枚用いずに、図６Ｄに示すように１枚の配線基板１４を折り曲げて電極パッド部１５ａａ、１５ｂａの両方に接続するようにしてもよい。
（実施形態２）
　図７は、実施形態２に係る光導波回路装置である光スイッチ装置の模式的な構成図である。この光スイッチ装置２０は、光導波回路であるＰＬＣ２１と、複数のヒータ２２と、電極パッド領域２３ａ、２３ｂと、配線基板２４ａ、２４ｂとを備えている。ＰＬＣ２１には、４アレイ型の８×１光スイッチ回路として機能する光スイッチ回路２１ａが形成されている。光スイッチ回路２１ａは、８つの光入力ポート２１ｂと、８つの光出力ポート２１ｃとを有する。
　８つの光入力ポート２１ｂは、８つの２分岐カプラ２１ｄのそれぞれの入力ポートに接続されている。各２分岐カプラ２１ｄの一方の出力ポートは、それぞれ８つの２分岐カプラ２１ｅのそれぞれの入力ポートに接続されている。各２分岐カプラ２１ｅの一方の出力ポートは、それぞれ８つの２分岐カプラ２１ｆのそれぞれの入力ポートに接続されている。各２分岐カプラ２１ｅの他方の出力ポートは、それぞれ８つの２分岐カプラ２１ｇのそれぞれの入力ポートに接続されている。２分岐カプラ２１ｆ、２１ｇの合計３２個の出力ポートは、図１に示す光スイッチ回路１１ａが４つ並列接続された構成を有するアレイ光スイッチ部２１ｈの各分岐ポートに接続されている。アレイ光スイッチ部２１ｈの４つの共通ポートは、４つの接続導波路２１ｉを介して光出力ポート２１ｃのうちの４つに接続されている。
　一方、各２分岐カプラ２１ｄの他方の出力ポートは、８つの接続導波路２１ｊを介してそれぞれ８つの２分岐カプラ２１ｋのそれぞれの入力ポートに接続されている。各２分岐カプラ２１ｋの一方の出力ポートは、それぞれ８つの２分岐カプラ２１ｌのそれぞれの入力ポートに接続されている。各２分岐カプラ２１ｋの他方の出力ポートは、それぞれ８つの２分岐カプラ２１ｍのそれぞれの入力ポートに接続されている。２分岐カプラ２１ｌ、２１ｍの合計３２個の出力ポートは、図１に示す光スイッチ回路１１ａが４つ並列接続された構成を有するアレイ光スイッチ部２１ｎの各分岐ポートに接続されている。アレイ光スイッチ部２１ｎの４つの共通ポートは、４つの接続導波路２１ｏを介して光出力ポート２１ｃのうちの他の４つに接続されている。
　この光スイッチ回路２１ａでは、２つのアレイ光スイッチ部２１ｈ、２１ｎを互いに１８０度反転して配置しているので、光導波路形成領域が小型になる。
　この光スイッチ装置２０のＰＬＣ２１、ヒータ２２、配線電極層、絶縁層、電極パッド領域２３ａ、２３ｂ、および配線基板２４ａ、２４ｂの構成は実施形態１の光スイッチ装置１０の対応する構成と同様であるので、説明を省略する。
　また、この光スイッチ装置２０では、ヒータ２２の数は８８個であり、光スイッチ装置１０におけるヒータ１２の数の４倍である。さらに、この光スイッチ装置２０では、配線電極層の数は１７６本であり、光スイッチ装置１０における配線電極層の数の４倍である。
　この光スイッチ装置２０においても、配線層が２つあり、平面視で異なる配線層に形成されている配線電極層が互いに隣接しており、同一の配線層において互いに隣接する配線電極層の離間距離が所定の距離以上となっている。これにより、配線電極層の幅を狭くしたり、配線電極層間の離間距離を狭くしたりしなくても、配線電極層を高密度化できる。また、異なる配線層に形成した配線電極層を立体交差させて配線電極層形成領域のサイズを小さくすることもできる。これにより、給電量や製造性を確保しながら、配線電極層形成領域のサイズを小型化できるので、小型の光スイッチ装置２０を実現できる。なお、光スイッチ装置２０は、光スイッチ装置１０と同様の方法で製造することができる。
　なお、上記実施形態では、配線層が２層であるが、３層以上としてもよい。配線層を３層以上とすることで、配線電極層形成領域のサイズをより小型化できる。
　つぎに、実施形態２の光スイッチ装置と、図１１Ａ、１１Ｂに示す比較形態の光スイッチ装置とで、そのサイズを比較する。比較形態の光スイッチ装置１００は、実施形態２の光スイッチ装置２０とは、ＰＬＣ１１や絶縁層１６の構成は同一であり、４アレイ型の８×１光スイッチ回路を構成しているが、配線電極層１５はいずれもクラッド層１１Ｂの表面に形成されている。すなわち配線層の数は１層である。
　ここで、光導波路１１Ｃは、ＺｒＯ2が添加された石英系ガラスであり、クラッド層１１Ｂとの比屈折率差Δが５％のものとした。また、ヒータ１２、２２については、駆動するヒータの数を１７６個とし、各ヒータのグラウンドも含めた電極パッド数は２００個程度であり、（配線電極層の幅）／（隣接する配線電極層間の離間距離）は１００μｍ／１００μｍ（すなわち、配線電極層のピッチとしては２００μｍ）とした。すると、図８Ａ、８Ｂに示すように、実施形態２および比較形態の双方とも、光導波路形成領域Ｓ１のサイズは一例として２０．０ｍｍ×８．０ｍｍであった。また、比較形態の配線電極層形成領域Ｓ２のサイズは一例として図８Ａに示すように４０．５ｍｍ×９．０ｍｍであるのに対して、実施形態２の配線電極層形成領域Ｓ３のサイズは一例として図８Ｂに示すように２０．５ｍｍ×９．５ｍｍであり、実施形態２の構成の採用により大幅に小型化されることが確認された。
　ところで、実施形態２では、ゲートスイッチを構成するＭＺＩは片方のアーム導波路にのみヒータが設けられている。一方、ゲートスイッチを構成するＭＺＩの両方のアーム導波路にヒータを設け、これらに給電する構成とすることもできる。このような構成とすれば、製造誤差等に起因して両方のアーム導波路により与える光の位相差にズレが生じた場合でも、両方のヒータに給電し、加熱することで、最大消光比を得られるように調整することができ、製造歩留まりが向上する。このような構成の場合、駆動するヒータの数を３０４個とし、各ヒータのグラウンドも含めた電極パッド数は３３０個程度となる。このような構成の場合、比較形態の配線電極層形成領域Ｓ２Ａのサイズは一例として図９Ａに示すように６６．５ｍｍ×９．０ｍｍであるのに対して、実施形態２の配線電極層形成領域Ｓ３Ａのサイズは一例として図９Ｂに示すように３３．５ｍｍ×９．５ｍｍであり、実施形態２の構成の採用により大幅に小型化されることが確認された。さらには、配線層を３層とすると、実施形態２の配線電極層形成領域Ｓ４Ａのサイズは一例として図９Ｃに示すように２２．５ｍｍ×１０．０ｍｍまで小型化できることが確認された。
　なお、上記実施形態において、ＭＺＩ１１ｄのアーム導波路１１ｄｂ、１１ｄｃの両方にヒータ１２を設ける場合、図１０Ａに示すように各アーム導波路１１ｄｂ、１１ｄｃに１個ずつヒータ１２を設けてもよいが、図１０Ｂに示すように各アーム導波路１１ｄｂ、１１ｄｃに２個のヒータ１２をそれぞれ設け、これらを配線電極層１５にて並列接続するようにしてもよい。これにより、１個あたりのヒータ１２の抵抗値が小さくなるので、印加する電圧を低電圧とすることができる。なお、図１０Ｂのような構成とすると、ヒータ１２の数が増加するので、必要な配線電極層１５の数も増加する。これに対して、本発明の多層配線層構成を採用することにより、配線電極層形成領域をそれほど大きくせず、またはサイズをそのままとして、ヒータ１２を増加させることができる。
　なお、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
　以上のように、本発明に係る光導波回路装置は、光通信等に用いられる光スイッチに有用であり、特に、装置規模の小型化に適している。
　１０、２０　光スイッチ装置
　１１、２１　ＰＬＣ
　１１Ａ　基板
　１１Ｂ　クラッド層
　１１ＢＡ　下部クラッド層
　１１ＢＢ　オーバークラッド部
　１１Ｃ　光導波路
　１１Ｄ　光導波路形成層
　１１ａ、２１ａ　光スイッチ回路
　１１ｂ　共通ポート
　１１ｃ　分岐ポート
　１１ｄ　ＭＺＩ
　１１ｄａ　カプラ
　１１ｄｂ、１１ｄｃ　アーム導波路
　１２、２２　ヒータ
　１３、２３ａ、２３ｂ　電極パッド領域
　１４、２４ａ、２４ｂ　配線基板
　１４ａ　電極
　１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ　配線電極層
　１５ａａ、１５ｂａ　電極パッド部
　１６、１６ａ　絶縁層
　１７　異方性導電フィルム
　１７ａ　接着剤
　１７ｂ　導電性粒子
　２１ｂ　光入力ポート
　２１ｃ　光出力ポート
　２１ｆ、２１ｇ、２１ｌ、２１ｍ　２分岐カプラ
　２１ｈ、２１ｎ　アレイ光スイッチ部
　２１ｉ、２１ｊ、２１ｏ　接続導波路
　ＥＬ　電極層
　Ｌａ、Ｌｂ　配線層
　Ｓ１　光導波路形成領域
　Ｓ２、Ｓ２Ａ、Ｓ３、Ｓ３Ａ、Ｓ４Ａ　配線電極層形成領域
　ＳＴ１　一段目
　ＳＴ２　二段目
　ＳＴ３　三段目
　ＳＴ４　四段目
　ＳＴ５　五段目
　ＳＷ１、ＳＷ２　スイッチ

Claims (4)

  1. 　基板上に形成された石英系ガラスからなるクラッド層と、前記クラッド層内に形成された石英系ガラスからなる光導波路と、を有する光導波回路と、
    　前記クラッド層の上方かつ前記光導波路の上方に形成され、前記光導波路を加熱する複数のヒータと、
    　前記クラッド層の上方に形成され、前記複数のヒータとそれぞれ接続し、接続したヒータに電力を供給する複数の配線電極層と、
    　前記クラッド層、前記ヒータ、および前記複数の配線電極層を覆う絶縁層と、
    　を備え、
    　前記複数の配線電極層は、前記基板からの距離が互いに異なる複数の配線層のいずれかに形成されており、平面視で互いに隣接する配線電極層は、それぞれ異なる配線層に形成されており、同一の配線層において互いに隣接する配線電極層は、所定の距離以上離間していることを特徴とする光導波回路装置。
  2. 　前記クラッド層に対する前記光導波路の比屈折率差Δは３％以上であることを特徴とする請求項１に記載の光導波回路装置。
  3. 　前記光導波路にはジルコニア（ＺｒＯ2）が添加されていることを特徴とする請求項２に記載の光導波回路装置。
  4. 　前記複数の配線電極層のそれぞれの、前記ヒータに接続していない側の端部が、前記絶縁層から露出しており、
    　前記露出した配線電極層の端部と異方性導電フィルムまたは異方性導電ペーストを介して接続する配線基板をさらに備えることを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の光導波回路装置。
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