(57)【要約】【課題】光損失が小さく、高速駆動且つ低電圧駆動が可能な光変調器を得る。【解決手段】外部から制御された電場によって屈折率が変化して光の位相を変化させる電気光学効果を有する有機材料を少なくとも一部に有して有機材料からなり光を伝搬するコア層と、コア層の層面を上下から挟む有機材料からなる上部クラッド層および下部クラッド層と、を備え、光を伝搬する光導波路と、導波路を伝搬する光の位相を変化させるための複数の電極と、を有し、複数の光導波路上を伝搬する光を干渉させる干渉型の光変調器であって、光導波路が、基板と、基板上に形成された下部クラッド層と、下部クラッド層上に形成され、コア層の構成材に対して研磨速度の遅い研磨停止層と、研磨停止層の表面から下部クラッド層の所定の深さまで形成された電気光学効果を有する有機材料からなるコア層と、研磨停止層上およびコア層上に形成された上部クラッド層と、を備えて構成される。【選択図】        図１
2006251090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から制御された電場によって屈折率が変化して光の位相を変化させる電気光学効果を有する有機材料を少なくとも一部に有して有機材料からなり光を伝搬するコア層と、前記コア層の層面を上下から挟む有機材料からなる上部クラッド層および下部クラッド層と、を備え、光を伝搬する光導波路と、
前記導波路を伝搬する光の位相を変化させるための複数の電極と、
を有し、複数の光導波路上を伝搬する光を干渉させる干渉型の光変調器であって、
前記光導波路が、
基板と、
前記基板上に形成された前記下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に形成され、前記コア層の構成材に対して研磨速度の遅い研磨停止層と、
前記研磨停止層の表面から前記下部クラッド層の所定の深さまで形成された前記電気光学効果を有する有機材料からなるコア層と、
前記研磨停止層上および前記コア層上に形成された前記上部クラッド層と、
を備えて構成されることを特徴とする光変調器。
【請求項２】
前記研磨停止層は、前記下部クラッド層上と前記コア層が形成されるコア溝の壁面上に形成され、エッチング停止層を兼ねることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記電気光学効果を有する有機材料は、４−ジメチルアミノ−Ｎ−メチル−４−スチルバゾリウムトシレート（ＤＡＳＴ）であることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項４】
前記研磨停止層または前記エッチング停止層を兼ねる研磨停止層は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜およびシリコン酸窒化膜のうちのいずれかよりなることを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器。
【請求項５】
外部から制御された電場によって屈折率が変化して光の位相を変化させる電気光学効果を有する有機材料を少なくとも一部に有して有機材料からなり光を伝搬するコア層と、前記コア層の層面を上下から挟む有機材料からなる上部クラッド層および下部クラッド層と、を備え、光を伝搬する光導波路と、
前記導波路を伝搬する光の位相を変化させるための複数の電極と、
を有し、複数の光導波路上を伝搬する光を干渉させる干渉型の光変調器であって、
前記光導波路が、
基板と、
前記基板上に溝を有して形成された下部クラッド層と、
前記下部クラッド層上に形成されたエッチング停止層と、
前記エッチング停止層上に形成されたコア層と、
前記エッチング停止層および前記コア層上に形成された上部クラッド層と、
を備えて構成されることを特徴とする光変調器。
【請求項６】
外部から制御された電場によって屈折率が変化して光の位相を変化させる電気光学効果を有する有機材料を少なくとも一部に有して有機材料からなり光を伝搬するコア層と、前記コア層の層面を上下から挟む有機材料からなる上部クラッド層および下部クラッド層と、を備え、光を伝搬する光導波路と、
前記導波路を伝搬する光の位相を変化させるための複数の電極と、
を有し、複数の光導波路上を伝搬する光を干渉させる干渉型の光変調器の製造方法であって、
基板上に前記有機材料からなる下部クラッド層を形成する工程と、
前記下部クラッド層上に、前記コア層の構成材料に対して研磨速度の遅い研磨停止層を形成する工程と、
前記下部クラッド層にコア層を作製するためのコア溝を形成する工程と、
前記コア溝を覆うようにコア層の構成材料層を形成する工程と、
前記コア層の構成材料層の不要な部分を研磨により取り除いてコア層を形成する工程と、
前記コア層を覆うように前記上部クラッド層を形成する工程と、
前記コア層を挟み込むように前記複数の電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする光変調器の製造方法。
【請求項７】
研磨停止層を形成する工程と、前記コア溝を形成する工程と、の順番を入れ替えて実施し、前記コア溝の壁面上に前記研磨停止層を一様に形成することを特徴とする請求項６に記載の光変調器の製造方法。
【請求項８】
前記コア層の構成材料層の不要な部分を研磨により取り除く際に、シリカ、アルミナの微粒子を研磨剤として用いることを特徴とする請求項６に記載の光変調器の製造方法。
【請求項９】
電気信号を光信号に変換して出力するための光出力部と、その光信号を伝送するための光伝送路と、伝送された光信号を電気信号に変換するための光入力部と、を備えてなる光通信システムにおいて、
前記光出力部は、請求項１〜５に記載のいずれかの光変調器を備えることを特徴とする光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光インタコネクションなどに用いられる光変調器およびその製造方法、ならびに光通信システムに関し、より詳細には、有機材料による電気光学効果を応用し、特に低電圧で駆動する光変調器およびその製造方法、ならびに光通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットに代表される情報化社会の急速な進展によって、より多くの情報をやり取りするために大容量高速の光通信の要求は高まる一方である。このため、幹線系のネットワークばかりでなく、ＬＡＮ、ネットワーク端末や電子機器間、ボード間、ＬＳＩチップ間にも光を用いた情報伝達が提案されている。
【０００３】
この光インタコネクションにおいてデータ信号を電気信号から光信号に変調するためのデバイスとして、電気光学効果を用いた導波路型光変調器がある。電気光学効果は、光学媒体に電界を印加した場合にこの媒体の屈折率が変化する現象であり、電界に比例する屈折率変化であるポッケルス効果と電界の２乗に比例するカー効果とがある。
【０００４】
従来の基幹系に用いられている変調器の例としては、無機強誘電性結晶ＬｉＮｂＯ3（ＬＮ）を用いたマッハツェンダ型の光強度変調器がある。この光強度変調器の光導波路部分は、適当な方位で切り出されたＬＮ結晶にＴｉイオンなどを拡散させることで、屈折率の大きな領域をコア層とし、Ｔｉの拡散のないＬＮ結晶やシリコン酸化膜のバッファ層をクラッド層としている。
【０００５】
また、外部からの電場は、ＡｕやＣｕなどの金属からなる進行波電極で、平面ストリップラインの変調用電極に印加される。入射光は、入り口側のＹ分岐で２つのポートに分岐され、ポートを伝搬する光は、電極に印加されたマイクロ波と相互作用して位相変化を起こす。この位相変化を生じた光は、他方を伝搬してきた光と出口側のＹ分岐で重ね合わされ、合成波は位相変化に起因して強度変化を引き起こし、電気信号に対応した光信号に変換される。
【０００６】
しかし、機器間やボード間、ＬＳＩチップ間を結ぶ光インターコネクションにおいては、そこに搭載されているＬＳＩチップの電源電圧は低電圧化の一途をたどっており、搭載されているＬＳＩにノイズを与えないためや低消費電力化のために、光変調器にも低電圧駆動が求められている。さらに、当然のことながら、ＬＤの直接駆動ではできないような、４０ＧＨｚ、８０ＧＨｚといった高速化の要求がある。しかしながら、従来のＬＮを用いた光変調器では誘電率（ε）がε＝２８と大きいために、より高速の電気信号を印加できるような進行波形の電極にした場合でも、印加されたマイクロ波の屈折率と光の屈折率（ｎo＝２．２８６，ｎe＝２．２００）にずれがあることから、材料面での高速化に限界がある。
【０００７】
また、駆動電圧は、電気光学定数と電極構造によって規定され、低電圧駆動のためには、ＬＮの電気光学定数ｒ33＝３０．８（波長６３３ｎｍ）により、電気光学定数の大きな材料が求められている。さらに、基幹系で用いられているように、ＬＮの光変調器は、ディスクリートデバイスであり、より集積化に適したデバイスも求められている。
【０００８】
そこで、誘電率が無機材料に比べて小さく、薄膜化が可能であり、大きな電気光学定数を有する有機結晶や有機高分子材料を用いた光変調器が、低電圧で高速な光変調器として期待されている。また、有機材料であるため、低温プロセスが可能で、光導波路との集積化も可能であるといる利点もある。
【０００９】
有機高分子材料としては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）やアモルファスポリカーボネート（ＡＰＣ）などの高分子中に電気光学効果を持つ二次非線形光学材料を溶解したもの、または、二次非線形光学材料を直接もしくはスペーサー原子団を介して高分子鎖に結合したものがあり、これらの電気光学効果を持つ有機高分子材料をコア層に用いた光変調器が知られている。その一例として、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）にアゾ色素をドープしたものがある。これらの有機高分子材料のガラス転移点は低く、分極が温度や経時変化によって緩和してしまうため、光変調器としての信頼性が劣るという問題がある。このため、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）に対してよりガラス転移点が高いＡＰＣによる耐熱性改善などが検討されている（たとえば、非特許文献１参照）。しかしながら、改善は十分ではなく、依然として耐熱性、径時変化が課題となっている。
【００１０】
一方、有機結晶に関しては、図８に構造式を示す４−ジメチルアミノ−Ｎ−メチル−４−スチルバゾリウムトシレート（以下、ＤＡＳＴと略称する）が、東北大学中西研究室において開発され、極めて大きな非線形光学定数ｄ11＝１０１０ｐｍ／Ｖ（λ＝１．３μｍ）と電気光学定数ｒ11＝７５ｐｍ／Ｖ（λ＝８２０ｎｍ）を有し、有機結晶特有の低い誘電率（ε1＝５．２）を有するために、低電圧、高速の光変調や検波、ミリ波（または、サブミリ波）発生など関心を集めている。また、有機結晶であるため、有機高分子のように分極処理を必要とせず、分極緩和のような経時変化がなく安定である。実際に改良シェア法によってＤＡＳＴ結晶の薄膜を形成し、光変調の原理確認を行った報告があるが（たとえば、非特許文献２参照。）、面型の光変調器であり、作用長が短いため、変調深さが小さいなどの課題がある。
【００１１】
そこで本発明者は、ＤＡＳＴを用いた導波路型光変調器を提案している（たとえば、特許文献１参照）。この発明においては、下層クラッド部にコア溝を形成し、そこに電気光学効果を示す有機結晶ＤＡＳＴを埋め込む。そして、ＤＡＳＴの特性を劣化しない溶媒を用いて化学的機械研磨を施し、溝部以外のＤＡＳＴを除去してコア部分にＤＡＳＴを形成することによって、導波路型光変調器を実現している。
【００１２】
このようにＤＡＳＴに代表されるエッチング困難な有機材料を光導波路に加工する場合やより平坦性の良好な光導波路を形成する方法としては、クラッド層にコア溝を形成してコア材を埋め込み、研磨によって不要な部分を除去し、その上層に再度クラッド層を形成することによって、光導波路を形成する方法が有効である。
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−２０２５３３号公報
【特許文献２】特開２００１−１３３６４８号公報
【非特許文献１】H.Zhang, et al., Appl. Phys. Lett. , Vol.78 , 2001, p.3136
【非特許文献２】M.Thakur , et al.,Appl. Phys. Lett., Vol.74 ,1999, p.635
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、一般にこのような有機材料からなる光導波路においてはクラッド層も同様な有機材料で形成されているため特性の異なる研磨表面が露出せず、終点検出が困難であり、除去するコア材との研磨速度が同程度となってしまうため設計値どおりのコア深さに対してばらつきが生じやすく、光損失の原因となるという問題がある。したがって、コア深さが均一な形成方法が望まれている。
【００１５】
一方、石英系光導波路の製造方法ではあるが、コア溝を形成して該コア溝にコア材を埋め込み、さらに上層に平坦化層を形成した後にエッチングによって不要な部分の除去を行って全ての部分において等しい厚さのコアを得ることによって、所望の光学特性を有する石英系光導波路を得る方法が示されている（たとえば、特許文献２参照）。
【００１６】
さらに、下部クラッド層上に、Ｓｉ、Ｃ、ＷＳｉ、Ｔｉ、ＡｌおよびＮｉから選択した組成であるエッチング停止層を設けることによって、コア溝深さを均一にすることができる。石英系光導波路の製造方法においてこのようなエッチング停止層を設けることは有効な方法ではあるが、エッチングによる除去であるため膜厚調整層を設ける必要があり工程が複雑になるという問題がある。また、膜厚調整層はポリイミド樹脂などの有機樹脂やシラノール系の有機高分子などの材料であるため、コア材となる石英とは異なる材料を同一エッチング速度でエッチングする必要があり、面内の均一性が不十分となり易いなどの問題がある。
【００１７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光損失が小さく、高速駆動且つ低電圧駆動が可能な光変調器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、外部から制御された電場によって屈折率が変化して光の位相を変化させる電気光学効果を有する有機材料を少なくとも一部に有して有機材料からなり光を伝搬するコア層と、コア層の層面を上下から挟む有機材料からなる上部クラッド層および下部クラッド層と、を備え、光を伝搬する光導波路と、導波路を伝搬する光の位相を変化させるための複数の電極と、を有し、複数の光導波路上を伝搬する光を干渉させる干渉型の光変調器であって、光導波路が、基板と、基板上に形成された下部クラッド層と、下部クラッド層上に形成され、コア層の構成材に対して研磨速度の遅い研磨停止層と、研磨停止層の表面から下部クラッド層の所定の深さまで形成された電気光学効果を有する有機材料からなるコア層と、研磨停止層上およびコア層上に形成された上部クラッド層と、を備えて構成されることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項２にかかる発明は、研磨停止層は、下部クラッド層上とコア層が形成されるコア溝の壁面上に形成され、エッチング停止層を兼ねることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項３にかかる発明は、電気光学効果を有する有機材料は、４−ジメチルアミノ−Ｎ−メチル−４−スチルバゾリウムトシレート（ＤＡＳＴ）であることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項４にかかる発明は、研磨停止層は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜およびシリコン酸窒化膜のうちのいずれかよりなることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項５にかかる発明は、外部から制御された電場によって屈折率が変化して光の位相を変化させる電気光学効果を有する有機材料を少なくとも一部に有して有機材料からなり光を伝搬するコア層と、コア層の層面を上下から挟む有機材料からなる上部クラッド層および下部クラッド層と、を備え、光を伝搬する光導波路と、導波路を伝搬する光の位相を変化させるための複数の電極と、を有し、複数の光導波路上を伝搬する光を干渉させる干渉型の光変調器であって、光導波路が、基板と、基板上に溝を有して形成された下部クラッド層と、下部クラッド層上に形成されたエッチング停止層と、エッチング停止層上に形成されたコア層と、エッチング停止層およびコア層上に形成された上部クラッド層と、を備えて構成されることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項６にかかる発明は、外部から制御された電場によって屈折率が変化して光の位相を変化させる電気光学効果を有する有機材料を少なくとも一部に有して有機材料からなり光を伝搬するコア層と、コア層の層面を上下から挟む有機材料からなる上部クラッド層および下部クラッド層と、を備え、光を伝搬する光導波路と、導波路を伝搬する光の位相を変化させるための複数の電極と、を有し、複数の光導波路上を伝搬する光を干渉させる干渉型の光変調器の製造方法であって、基板上に有機材料からなる下部クラッド層を形成する工程と、下部クラッド層上に、コア層の構成材料に対して研磨速度の遅い研磨停止層を形成する工程と、下部クラッド層にコア層を作製するためのコア溝を形成する工程と、コア溝を覆うようにコア層の構成材料層を形成する工程と、コア層の構成材料層の不要な部分を研磨により取り除いてコア層を形成する工程と、コア層を覆うように上部クラッド層を形成する工程と、コア層を挟み込むように複数の電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２４】
また、請求項７にかかる発明は、研磨停止層を形成する工程と、コア溝を形成する工程と、の順番を入れ替えて実施し、コア溝の壁面上に研磨停止層を一様に形成することを特徴とする。
【００２５】
また、請求項８にかかる発明は、コア層の構成材料層の不要な部分を研磨により取り除く際に、シリカ、アルミナの微粒子を研磨剤として用いることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項９にかかる発明は、電気信号を光信号に変換して出力するための光出力部と、その光信号を伝送するための光伝送路と、伝送された光信号を電気信号に変換するための光入力部と、を備えてなる光通信システムにおいて、光出力部は、請求項１〜５に記載のいずれかの光変調器を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１にかかる発明によれば、光導波路としてのコア層およびクラッド層が有機材料からなり、且つ電気光学効果を持つ媒体も有機材料からなる有機導波路型光変調器において、コア溝を形成する下部クラッド層上に、研磨による除去を行うコア材に対して研磨速度の遅い研磨停止層を設けることによって、設計値に対する光導波路の電気光学効果を示すコア層および光導波路としてのコア部の研磨加工時の厚さばらつきが低減し、損失の小さな、高速で低電圧駆動が可能な光変調器を提供することができる、という効果を奏する。
【００２８】
また、請求項２にかかる発明によれば、光導波路としてのコア層およびクラッド層が有機材料からなり、且つ電気光学効果を持つ媒体も有機材料からなる光変調器において、下部クラッド層上とコア溝の壁面上に一様に形成されたエッチング停止層を兼ねた研磨停止層を設けることによって、設計値に対する光導波路の電気光学効果を示すコアおよび光導波路としてのコア部のエッチングおよび研磨加工時の厚さばらつきが低減し、損失の小さな、高速で低電圧駆動が可能な光変調器を提供することができる、という効果を奏する。
【００２９】
また、請求項３にかかる発明によれば、光導波路のコア層に用いる電気光学効果を有する媒体として、電気光学定数がきわめて大きく、且つ誘電率が小さく、有機結晶であるために熱的に安定な４−ジメチルアミノ−Ｎ−メチル−４−スチルバゾリウムトシレート（ＤＡＳＴ）を用いることによって、加工ばらつきによる損失を低減しながら、より高速で低電圧駆動が可能な、信頼性が高い光変調器を提供することができる、という効果を奏する。
【００３０】
また、請求項４にかかる発明によれば、研磨停止層またはエッチング停止層を兼ねる研磨停止層を、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜の無機膜により構成することによって、有機材料との研磨およびエッチングの選択比が大きく取れるため、よりコア厚さのばらつきが低減し、より損失の小さな、高速で低電圧駆動の可能であり、信頼性の高い光変調器を提供することができる、という効果を奏する。
【００３１】
また、請求項５にかかる発明によれば、光導波路としてのコア層およびクラッド層が有機材料からなり、且つ電気光学効果を有する媒体も有機材料からなる光変調器において、下部クラッド層上にエッチング停止層を設けることによって、設計値に対する光導波路の電気光学効果を示すコアおよび光導波路としてのコア溝エッチング加工時の深さばらつきが低減し、損失の小さな、高速で低電圧駆動が可能な光変調器を提供することができる、という効果を奏する。ここで、エッチング停止層を設ける下部クラッド層上には、下部クラッド層に設けられた溝の内壁も含まれるものである。
【００３２】
また、請求項６にかかる発明によれば、基板上に有機材料からなる下部クラッド層を形成する工程と、下部クラッド層上にコア層の構成材料に対して研磨速度の遅い研磨停止層を形成する工程と、下部クラッド層にコア層を作製するためのコア溝を形成する工程と、コア溝を覆うようにコア層の構成材料層を形成する工程と、コア層の構成材料層の不要な部分を研磨により取り除いてコア層を形成する工程と、コア層を覆うように上部クラッド層を形成する工程と、コア層を挟み込むように複数の電極を形成する工程と、を実施することにより、設計値に対する光導波路の電気光学効果を示すコアおよび光導波路としてのコア部研磨加工時の厚さばらつきを低減し、損失の小さな、高速で低電圧駆動が可能な光変調器を製造することができる、という効果を奏する。
【００３３】
また、請求項７にかかる発明によれば、請求項６にかかる発明において、研磨停止層を形成する工程と、コア溝を形成する工程と、の順番を入れ替えて実施し、コア溝の壁面上に研磨停止層を一様に形成することにより、電気光学効果を有する有機材料を埋め込むコア溝形成時にエッチング加工時の厚さばらつきを低減し、且つ研磨による除去を行う際に厚さばらつきを低減し、より損失の小さな、高速で低電圧駆動が可能な光変調器を製造することができる、という効果を奏する。
【００３４】
また、請求項８にかかる発明によれば、研磨の際に研磨剤として用いる微粒子にシリカ、アルミナを用いることによって、十分な研磨速度を確保しつつ、損失の小さな光変調器の製造方法を提供することができる、という効果を奏する。
【００３５】
また、請求項９にかかる発明によれば、電気信号を光信号に変換して出力するための光出力部と、その光信号を伝送するための光伝送路と、伝送された光信号を電気信号に変換するための光入力部と、を備えてなる光通信システムにおいて、請求項１〜５に記載のいずれかの光変調器を光出力部に用いることによって、光損失が少なく、低電圧駆動が可能で、データ伝送容量が大きい光通信システムを提供することができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光変調器およびその製造方法、ならびに光通信システムの最良な実施の形態を詳細に説明する。なお、この発明は、以下の記述に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００３７】
[第１の実施の形態]
まず、ＤＡＳＴを電気光学効果の媒体に用いた有機導波路型光変調器の一例を、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかる有機導波路型光変調器の概略構成を示す模式図である。ここでは、干渉型の光変調器の例として、マッハツェンダ型を示し、受動部である光導波路はポリマーで形成され、外部の電界により屈折率変化を伴う能動部である両分岐光導波路にＤＡＳＴを選択的に配置している。
【００３８】
図２は、図１中の線分Ａ−Ａ‘における断面図である。図２に示すようにこの有機導波路型光変調器は、基板１０１と、基板１０１上に形成された下部クラッド層１０２と、下部クラッド層１０２上に形成された研磨停止層１０３と、研磨停止層１０３の表面から下部クラッド層１０２の所定の深さまで形成されたＤＡＳＴからなるコア層１０６（ＤＡＳＴ１１）と、研磨停止層１０３上およびコア層１０６（ＤＡＳＴ１１）上に形成された上部クラッド層１０７と、研磨停止層１０３上に形成された信号電極１０８（１２）および接地電極１０９（１３）と、を備えて構成されている。
【００３９】
この有機導波路型光変調器においては、半導体レーザからのＣＷ光が入射側の光導波路１０から入射し、Ｙ分岐ＹＡで２つの分岐光導波路Ｙ１および分岐光導波路Ｙ２に分けられる。そして、２つの分岐光導波路Ｙ１および分岐光導波路Ｙ２に入射した光は、そこを通過する際に、信号電極に印加された高周波変調信号電圧により、分岐光導波路に選択的に配置された電気光学効果媒体である有機結晶ＤＡＳＴ１１によって位相差が生じる。これらの位相変化を生じた光は、他方を伝搬してきた光と出口側のＹ分岐ＹＢで重ね合わされて合成波とされ、該合成波は位相変化に起因して強度変化を引き起こし、電気信号に対応した光信号に変換される。
【００４０】
ＤＡＳＴのバルク結晶は、ａ、ｂ軸方向に大きく、ｃ軸方向に小さい菱形平板状の結晶形をとる。また、ＤＡＳＴの薄膜結晶の場合も膜面内にａ、ｂ軸があり、ｃ軸は膜に垂直な方向となる。このような幾何学的な構造をもつＤＡＳＴは、基板に平行面内にａ、ｂ軸を形成しやすい。一方、ＤＡＳＴのもっとも大きな電気光学定数ｒ１１を使うために、光はｂ軸伝播させ、ａ軸方向に電界が印加され、入射光の偏波面もａ軸に平行となるように入射するのが好ましい。
【００４１】
このため、信号電極と接地電極によって各々形成される電界が基板と平行面になるように、ＤＡＳＴを配した光導波路を信号電極１２と設置電極１３とではさむ形のような配置とすることが好ましい。図１に示すように分岐光導波路中央に信号電極１２を配置し、分岐光導波路の外側に接地電極１３を配置することで、各々ＤＡＳＴに逆向きの電界を印加することができ、プッシュプル動作により２倍の位相変化を生じさせることができる。このため、より低電圧での駆動を可能にしている。また、信号電極１２は５０Ωの終端抵抗１４を付与した進行波型電極とし、高速な光変調に対応できる電極構造としている。
【００４２】
以上のように構成された本実施の形態にかかる有機導波路型光変調器は、下部クラッド層１０２上に、研磨による除去を行うコア材に対して、研磨速度の遅い研磨停止層１０３を設けられているため、設計値に対する光導波路の電気光学効果を示すコアおよび光導波路としてのコア部研磨加工時の厚さばらつきが効果的に低減されており、光損失が小さく、高速で低電圧駆動が可能な有機導波路型光変調器が実現されている。
【００４３】
つぎに、上述した有機導波路型光変調器の作製方法を、図３−１〜図３−６を参照しながら説明する。なお、図３−１〜図３−６は、図１中の線分Ａ−Ａ‘における断面図である。
【００４４】
＜下部クラッド層、研磨停止層形成＞
まず導波路を保持する基板１０１を用意する。基板１０１としては、ＳｉＯ2やＳｉ、ＧａＡｓなどの無機材料、またはポリイミドなどの有機材料、およびプリント板に用いられているガラスエポキシなどのハイブリッド材料の基板を用いることができる。そして、この基板１０１上に、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂、アクリル酸エステル系樹脂、シリコン樹脂、シアヌレート樹脂などの有機材料を用いて、スピンコートとベークにより図３−１に示すように下部クラッド層１０２を形成する。つぎに、図３−１に示すように、この下部クラッド層１０２上に、コア層に対して研磨速度が遅い研磨停止層１０３を形成する。研磨停止層１０３としては、有機膜に対して研磨速度の選択比が取れるシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）などの無機膜が有効である。
【００４５】
＜コア溝形成＞
つぎに、図３−２に示すように、この研磨停止層１０３の表面から下部クラッド層１０２の所定の深さに達するコア溝１０４のパターンを形成する。パターニングの方法としては、たとえばフォトリソグラフィーとエッチングとによる半導体微細加工を用いることができ、これにより研磨停止層１０３および下部クラッド層１０２にコア溝１０４を形成することができる。
【００４６】
＜ＤＡＳＴ薄膜形成＞
つぎに、図３−３に示すように、下部クラッド層１０２よりも高屈折率を有するとともに電気光学効果を有する媒体であるＤＡＳＴ薄膜１０５を、このコア溝１０４に埋め込むように研磨停止層１０３上に形成する。
【００４７】
＜ＤＡＳＴ薄膜形成＞
つぎに、シリカやアルミナを研磨剤として用いた研磨液を用いて、ＤＡＳＴ薄膜１０５の表面に対して化学的機械研磨を行い、コア溝１０４以外の部分に形成されたコア材であるＤＡＳＴ薄膜１０５を除去し、図３−４に示すように、ＤＡＳＴからなるコア層１０６（ＤＡＳＴ１１）を形成する。このとき、ＤＡＳＴ薄膜１０５と下部クラッド層１０２とは同じ有機材料からなるため研磨速度に大きな差は見られず、研磨の終点検出が困難となり、研磨ばらつきによりコア深さのばらつきが発生する。
【００４８】
しかしながら、本実施の形態においては、コア材であるＤＡＳＴ薄膜１０５に対して研磨速度が十分遅い無機膜からなる研磨停止層１０３を下部クラッド層１０２上に形成している。これにより、研磨終点時ではコア溝１０４以外の下部クラッド層１０２上には研磨停止層１０３が存在するため、下部クラッド層１０２が必要以上に余分に研磨されることが防止され、研磨によるＤＡＳＴからなるコア層１０６（ＤＡＳＴ１１）の深さのばらつきの発生が防止され、設計値どおりのコア深さを有したＤＡＳＴからなるコア層１０６（ＤＡＳＴ１１）を形成することができる。
【００４９】
ここで、研磨停止層１０３は、上述したようにＤＡＳＴからなるコア層１０６（ＤＡＳＴ１１）に対して研磨速度が遅い材料より形成されるが、その研磨速度はコア材の研磨速度に対して遅い程、好ましい。また研磨停止層１０３は膜厚が薄いため、除去しなくても構わないが、必要に応じてウエットエッチングやドライエッチングによる選択的なエッチングによって除去するプロセスを入れてもよい。
【００５０】
＜上部クラッド層形成＞
つぎに、図３−５に示すように研磨停止層１０３上およびＤＡＳＴからなるコア層１０６（ＤＡＳＴ１１）上に上部クラッド層１０７を形成する。
【００５１】
＜電極形成＞
そして、上部クラッド層１０７の表面から研磨停止層１０３に達する溝のパターンを形成し、該溝中にメッキ法などにより電極材料を埋め込んで、図３−６に示すように信号電極１０８（１２）および接地電極１０９（１３）を形成する。
【００５２】
上記において、電気光学効果を有する媒体としてＤＡＳＴを用いる場合は、波長７５０ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲での吸収係数は０．５ｃｍ-1程度であり、屈折率変化に必要な部分のみをＤＡＳＴで形成し、その他の部分はより光損失の少ない光導波路で光変調器を形成することが好ましい。その場合は、特に図示しないが、図３−２に示す「コア溝形成」工程と図３−３に示す「ＤＡＳＴ薄膜形成」工程との間に、より光損失の少ない光導波路用のコア層を形成するプロセスを行えばよい。
【００５３】
この低損失な光導波路として、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂、PMMA、アクリル酸エステル系樹脂、シリコン樹脂、シアヌレート樹脂などの樹脂からなるものやＳｉＯ2やＳｉ、ＳｉＮなどの無機膜を用いた光導波路、更には周期的な微細構造を形成したフォトニック結晶を用いた光導波路でもよい。
【００５４】
上述した本実施の形態にかかる有機導波路型光変調器の製造方法においては、導波路を保持する基板上に有機材料からなる下部クラッド層を形成し、下部クラッド層上に、研磨による除去を行うコア材に対して研磨速度の遅い研磨停止層を設け、研磨停止層および下部クラッド層にコア層を作製するためのコア溝をパターニングし、該パターニングされたコア溝に、電気光学効果を有する有機材料を形成し、研磨によって電気光学効果を有する有機材料の不要な部分を取り除いてコア層を形成し、その上に有機材料からなる上部クラッド層を形成し、さらに外部からの電圧制御のための電極を形成する。このように、コア溝を形成する下部クラッド層上に、研磨による除去を行うコア材に対して研磨速度の遅い研磨停止層を設ける工程を行うことによって、設計値に対する光導波路の電気光学効果を示すコアおよび光導波路としてのコア部研磨加工時の厚さばらつきを低減することができ、損失の小さな、高速で低電圧駆動可能な有機導波路型光変調器を作製することができる。
【００５５】
[第２の実施の形態]
つぎに、上述した第１の実施の形態の場合と同様に、図１に示すような概略構成を有し、図４に示すようなエッチング停止層を兼ねる研磨停止層を備えた断面構成を有する有機導波路型光変調器の例について説明する。
【００５６】
図４は、本実施の形態にかかる有機導波路型光変調器の断面図である。図４に示すようにこの有機導波路型光変調器は、基板２０１と、基板２０１上に溝を有して形成された下部クラッド層２０２と、下部クラッド層２０２上に形成されたエッチング停止層を兼ねる研磨停止層２０４と、エッチング停止層を兼ねる研磨停止層２０４の表面から下部クラッド層２０２の所定の深さまで形成されたＤＡＳＴからなるコア層２０８と、エッチング停止層を兼ねる研磨停止層２０４上およびコア層２０８上に形成された上部クラッド層２０９と、上部クラッド層２０９上に形成された信号電極２１０および接地電極２１１と、を備えて構成されている。
【００５７】
以上のように構成された本実施の形態にかかる有機導波路型光変調器は、下部クラッド層上とコア溝上に一様に形成されたエッチング停止層を兼ねた研磨停止層が設けられているため、設計値に対する光導波路の電気光学効果を示すコアおよび光導波路としてのコア部のエッチングおよび研磨加工時の厚さばらつきが効果的に低減されており、光損失が小さく、高速で低電圧駆動が可能な有機導波路型光変調器が実現されている。
【００５８】
つぎに、上述した有機導波路型光変調器の作製方法を、図５−１〜図５−７を参照しながら説明する。
【００５９】
＜下部クラッド層、低光損失光導波路用コア溝形成＞
まず基板２０１を用意する。基板２０１としては上述した第１の実施の形態の場合と同様に、ＳｉＯ2やＳｉ、ＧａＡｓなどの無機材料、またはポリイミドなどの有機材料、およびプリント板に用いられているガラスエポキシなどのハイブリッド材料の基板を用いることができる。そして、この基板２０１上に、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂、アクリル酸エステル系樹脂、シリコン樹脂、シアヌレート樹脂などの有機材料を用いて、スピンコートとベークにより図５−１に示すように下部クラッド層２０２を形成する。つぎに、図５−１に示すように、この下部クラッド層２０２の表面から所定の深さに達する低光損失光導波路用コア溝２０３のパターンを形成する。パターニングの方法としては、フォトリソグラフィーとエッチングとによる半導体微細加工を用いることができる。その他にも、無機膜である研磨停止層がないため、インプリンティングやスタンパ−などの成型による、より低コスト化が可能な手法も用いることができる。
【００６０】
＜研磨停止層形成＞
つぎに、電気光学効果用コア溝形成時のエッチング停止層を兼ねる研磨停止層２０４を、図５−２に示すように低光損失光導波路用コア溝２０３が形成された下部クラッド層２０２上に一様に形成する。このエッチング停止層を兼ねる研磨停止層２０４の材料としては、ＳｉＯ2やＳｉＮ、ＳｉＯＮの無機膜が有効である。これらの無機膜は、電気光学効果用コア溝形成時において有機材料からなるコアを酸素ガスによるエッチングに対してエッチングされることがなく、またシリカやアルミナを研磨剤に用いた研磨時において有機材料に対して十分な研磨速度の違いを有するため、エッチング停止層および研磨停止層として有効に機能する。
【００６１】
＜低光損失光導波路用コア層形成＞
つぎに、内壁にエッチング停止層を兼ねる研磨停止層２０４が形成されたコア溝２０３に、下部クラッド層２０２よりも高屈折率を有するコア材をスピンコートなどにより埋め込む。ついで、シリカやアルミナを研磨剤にもつ研磨液を用いて化学的機械研磨を行い、低光損失光導波路用コア溝２０３以外のコア材を除去し、図５−３に示すように低光損失光導波路用コア層２０５を形成する。このとき、通常コア材とクラッド材は屈折率がわずかに異なる同じ有機材料を用いているため、研磨速度に大きな差は見られず、研磨の終点検出が困難で、研磨ばらつきによりコア深さのばらつきが発生する。
【００６２】
しかしながら、本実施の形態においては、コア材に対して研磨速度が十分遅い無機膜からなる研磨停止層２０４を形成している。これにより、研磨終点ではコア溝２０３以外の下部クラッド層２０２上には研磨停止層２０４が存在するため、下部クラッド層２０２が必要以上に余分に研磨されることが防止され、研磨による低光損失光導波路用コア層２０５の深さのばらつきの発生が防止され、設計値どおりのコア深さを有した低光損失光導波路用コア層２０５を形成することができる。
【００６３】
＜ＤＡＳＴ用コア溝形成＞
つぎに、図５−４に示すようにこの下部クラッド層２０２に電気光学効果を示す媒体を埋め込むＤＡＳＴ用コア溝２０６のパターンを形成する。先に示すように光損失の少ない材料の場合には、光変調器の光導波路部分を全て電気光学効果の媒体で作製することが好ましいが、ＤＡＳＴのような材料の場合は特定領域のみ作製する方が好ましい。パターニングの方法としては、フォトリソグラフィーとエッチングによる半導体微細加工を用いることができる。このとき、有機材料からなるコア材を酸素ガスなどによりエッチングするに際して、ＳｉＯ2やＳｉＮ、ＳｉＯＮの無機膜（エッチング停止層を兼ねる研磨停止層２０４）はエッチングされることがないため、エッチング停止層として働き、先に形成した低光損失光導波路用コア層と等しい深さのＤＡＳＴ用コア溝２０６が形成される。
【００６４】
＜ＤＡＳＴ薄膜形成＞
つぎに、図５−５に示すように、下部クラッド層２０２よりも高屈折率を有するとともに電気光学効果を有する媒体であるＤＡＳＴ薄膜２０７を、ＤＡＳＴ用コア溝２０６を埋め込むように研磨停止層２０４上に形成する。
【００６５】
＜ＤＡＳＴ薄膜形成＞
つぎに、シリカやアルミナを研磨剤として用いたスラリーを用いて、ＤＡＳＴ薄膜２０７の表面に対して化学的機械研磨を行い、ＤＡＳＴ用コア溝２０６以外の部分に形成されたコア材であるＤＡＳＴ薄膜２０７を除去し、図５−６に示すように、ＤＡＳＴからなるコア層２０８を形成する。このとき、ＤＡＳＴ薄膜２０７と下部クラッド層２０２とは同じ有機材料からなるため研磨速度に大きな差は見られず、研磨の終点検出が困難となり、研磨ばらつきによりコア深さのばらつきが発生する。
【００６６】
しかしながら、本実施の形態においては、コア材に対して研磨速度が十分遅い無機膜からなるエッチング停止層を兼ねる研磨停止層２０４を形成している。これにより、研磨終点ではコア溝２０３以外の下部クラッド層２０２上にはエッチング停止層を兼ねる研磨停止層２０４が存在するため、下部クラッド層２０２が必要以上に余分に研磨されることが防止され、ＤＡＳＴからなるコア層２０８の研磨による深さのばらつきの発生が防止され、設計値どおりのコア深さを有したＤＡＳＴからなるコア層２０８を形成することができる。
【００６７】
＜上部クラッド層形成、電極形成＞
つぎに、図５−７に示すようにエッチング停止層を兼ねる研磨停止層２０４上およびＤＡＳＴからなるコア層２０８上に上部クラッド層２０９をスピンコートにより形成する。そして、上部クラッド層２０９の表面からエッチング停止層を兼ねる研磨停止層２０４に達する溝のパターンを形成し、該溝中にメッキ法などにより電極材料を埋め込んで、図５−７に示すように信号電極２１０（１２）および接地電極２１１（１３）を形成する。
【００６８】
上述した本実施の形態にかかる有機導波路型光変調器の製造方法においては、導波路を保持する基板上に有機材料からなる下部クラッド層を形成し、該下部クラッド層にコア溝を形成した後に下部クラッド層上に一様にエッチング停止層を兼ねる研磨停止層を形成する。これにより、後工程の電気光学効果を有する有機材料を埋め込むコア溝形成時にエッチング加工時の厚さばらつきを低減することができ、且つ研磨によるコア材の除去を行う際に厚さばらつきを低減することができ、より光損失の小さな、高速で低電圧駆動可能な有機導波路型光変調器を作製することができる。
【００６９】
＜実施例１＞
つぎに、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。実施例１では、図１および図２の構成を有する有機導波路型光変調器を作製した場合について説明する。
【００７０】
基板として、ポリイミド基板を用い、その基板上に、光導波路の下部クラッド層として働くフッ素化ポリイミド樹脂をスピンコートした。つぎに、下部クラッド層上に、研磨停止層として、ＳｉＯ2膜を厚さ０．２μｍでコーティングした（図３−１参照）。つぎに、マッハツェンダの導波路パターンマスクを用いてフォトリソグラフィーを行い、まずフッ素ガスを用いたリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）によりＳｉＯ2膜をエッチングし、レジスト除去を行った。そして、このＳｉＯ2膜をマスクに用いて下層のフッ素化ポリイミドをエッチングし、コア溝パターンを形成した（図３−２参照）。コア溝のサイズは、６×６μｍとした。
【００７１】
つぎに、より高屈折率のフッ素化ポリイミド樹脂をスピンコートして、コア溝を埋め込んだ。このとき、コア溝以外にも、フッ素化ポリイミドが形成される。そこで、研磨パッドとしてＳｕｐｒｅｍｅ  ＲＮ−Ｈ（商品名、ロデール社製）を使用し、研磨液として、水溶媒に０．３μｍのシリカ粒子を含む研磨剤を用いて研磨を行い、コア溝以外の高屈折率のフッ素化ポリイミドを除去して光導波路コアを形成した（図示なし）。このとき、コア材であるフッ素化ポリイミドと研磨停止層であるＳｉＯ2膜の研磨速度比は、１２：１であった。
【００７２】
つぎに、研磨液を使用せずに純水のみで、研磨パッドとしてＳｕｐｒｅｍｅ  ＲＮ−Ｈ（商品名、ロデール社製）を用いて２次研磨を行い、表面を乾燥させないままの状態でブラシスクラブを行い、研磨面の洗浄を行った。さらにリソグラフィーとエッチングとを用いて、マッハツェンダ型の分岐光導波路の選択部分だけに電気光学効果を示す媒体であるＤＡＳＴを形成するために、フッ素化ポリイミドを除去し、等しい長さのコア溝を形成した（図３−２参照）。
【００７３】
つぎに、メタノールを溶媒に用いた徐冷法によって、このコア溝にＤＡＳＴを結晶成長させた（図３−３参照）。結晶方位については種結晶によって、導波路方向をｂ軸、同じく基板に平行な面内にａ軸、および基板に垂直方向がｃ軸となるように、コア溝を埋め込んだ形でＤＡＳＴ単結晶が形成された。このときコア溝以外にも、結晶成長したＤＡＳＴが存在する。そこで、先ほどと同様に、研磨により不要部分のＤＡＳＴの除去を行った。
【００７４】
不要部分のＤＡＳＴの除去は、発泡ウレタンパッドＳｕｐｒｅｍｅ  ＲＮ−Ｈ（商品名、ロデール社製）を使用し、溶媒としてのシクロヘキサン（関東化学社製）に研磨剤として平均粒径３０ｎｍのシリカ、ｓｉｌｉｃｏｎ  ｄｉｏｘｉｄｅ  ＮａｎｏｔｅｋTM（関東化学社製）を超音波分散させた濃度５ｗｔ％の研磨液を用いて研磨を行った。これにより、コア溝以外のＤＡＳＴを除去し、ＤＡＳＴを特定のコア溝にのみ残すことができた（図３−４参照）。
【００７５】
ここで、ＤＡＳＴは吸湿すると電気光学効果がなくなるため、シクロヘキサンを溶媒とする研磨液で研磨した。このとき、コア材と研磨停止層の研磨速度比は、２０：１であった。つぎに、シクロヘキサンのみで、パッドをＳｕｐｒｅｍｅ  ＲＮ−Ｈ（ロデール製）を用いて、２次研磨を行い、さらにブラシスクラブを行い、最後に研磨面の洗浄を行った。分岐光導波路に選択配置したＤＡＳＴの長さは１０ｍｍ、コアサイズは６×６μｍであった。このように、コア材に対して十分に研磨速度の遅い研磨停止層を設けることによって、下部クラッド層を研磨することなく、設計値どおりの深さのＤＡＳＴコアが形成できた。
【００７６】
この上層に下部クラッド層と同じフッ素化ポリイミドをスピンコートして形成し、厚さ８μｍの上部クラッド層とした（図３−５参照）。なお、上記においては、ＳｉＯ2膜をエッチング停止層としたが、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ膜もエッチング停止層として機能する。
【００７７】
つぎに、ＤＡＳＴが配置された２つの分岐光導波路の両側に、クラッド層であるフッ素化ポリイミドに対して、フォトリソグラフィーと酸素ガスを用いた反応性イオンエッチングとを行い、進行波形信号電極と接地電極を形成するための電極溝を形成した。このとき酸素ガスによりフッ素化ポリイミドをエッチングしているが、先の研磨停止層として形成したＳｉＯ2膜はエッチングされることがないため、電極溝形成時のエッチング停止層としても作用する。
【００７８】
つぎに、メッキ法によりこの溝にＡｕを埋め込み、厚さ８μｍの進行波形信号電極および接地電極の一部を形成した。さらに分岐光導波路と交わる部分の引き出し部分の信号電極の一部を形成し、５０Ωの終端抵抗を取り付け、進行波型電極とした（図３−６参照）。このようにして、マッハツェンダ型の有機導波路型光変調器を作製した。このようにして作製することで、電気光学効果を示すＤＡＳＴに対して信号電極および接地電極がより近接して配置されるため十分な電界を印加でき、且つＤＡＳＴに逆向きの電界を印加することができるため２倍の位相変化を生じさせることができ、より低電圧での光変調を可能にしている。
【００７９】
以上のようにして作製した有機導波路型光変調器に波長１．３μｍのレーザ光を入射しながら、同軸ケーブルを介して電極間に変調信号を入力したところ、変調電圧として１．２Ｖと低い駆動電圧で光変調器を駆動することができ、進行波型電極を用いているため４０ＧＨｚと高速の光強度変調が実現できた。また、光導波路コアの深さばらつきがないため、損失の小さな光変調器が実現できた。
【００８０】
＜実施例２＞
実施例２では、図６に示す構成を有する有機導波路型光変調器を作製した場合について説明する。図６は、本実施例で作製した有機導波路型光変調器の断面図である。図６に示した有機導波路型光変調器は、基板３０１と、基板３０１上に溝を有して形成された下部クラッド層３０２と、下部クラッド層３０２上に形成されたエッチング停止層３０３と、エッチング停止層３０３上に形成された下部クラッド層３０４と、下部クラッド層３０４の表面からエッチング停止層３０３に達する溝に形成されたＤＡＳＴからなるコア層３０５と、エッチング停止層３０３上および下部クラッド層３０４上に形成された上部クラッド層３０６と、上部クラッド層３０６上に形成された信号電極３０７および接地電極３０８と、を備えて構成されている。
【００８１】
この有機導波路型光変調器においては、光導波路の下部クラッド層として働くフッ素化ポリイミド樹脂を２回に分けて形成し、その間に有機材料からなるクラッド層にコア溝をエッチングで形成する際にＳｉＯ2やＳｉＮ、ＳｉＯＮの無機膜をエッチング停止層として設けているのが特徴である。
【００８２】
実施例１と同様に、基板として、ポリイミド基板を用い、その基板上に、光導波路の下部クラッド層として働くフッ素化ポリイミド樹脂を１０μｍの膜厚でスピンコートにより形成した。つぎに、エッチング停止層としてＳｉＯ2膜を０．２μｍの膜厚でスピンコートし、その上層にクラッド層としてフッ素化ポリイミド樹脂を６μｍの膜厚でスピンコートした。つぎに、マッハツェンダの導波路パターンマスクを用いて、フォトリソグラフィーを行い、酸素ガスを用いたリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）によりクラッド層をエッチングした。ＳｉＯ2膜は、酸素ガスを用いたＲＩＥではエッチングされることがないため、コア溝厚みを、２度目に形成したクラッド層厚みである６μｍと、エッチングによる深さのばらつきなく形成できた。
【００８３】
さらに実施例１と同様に、より高屈折率のフッ素化ポリイミド樹脂をスピンコートし、コア溝を埋め込み、研磨によってコア溝以外の高屈折率のフッ素化ポリイミドを除去し、光導波路コアを形成した。さらに、リソグラフィーとエッチングを用いて、電気光学効果を有する媒体であるＤＡＳＴを形成するコア溝を形成し、メタノールを溶媒に用いた徐冷法によって、ＤＡＳＴを結晶成長させた。結晶方位については種結晶によって、導波路方向をｂ軸、同じく基板に平行な面内にａ軸、および基板に垂直方向がｃ軸となるように、コア溝を埋め込んだ形でＤＡＳＴ単結晶が形成された。
【００８４】
そして、コア溝以外のＤＡＳＴは研磨により除去した。分岐光導波路に選択配置したＤＡＳＴの長さは１０ｍｍ、コアサイズは６×６μｍであった。クラッド層に対して十分にエッチング速度の遅いエッチング停止層を設けることによって、コア溝形成時のエッチングによる深さばらつきの少ない光導波路を形成できる。この上層に下部クラッド層と同じフッ素化ポリイミドをスピンコートして形成し、２μｍ厚さの上部クラッド層とした。ここでは、ＳｉＯ2膜をエッチング停止層としたが、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ膜もエッチング停止層として機能する。
【００８５】
つぎに、メッキ法により、Ａｕ電極を厚さ１０μｍで形成し、信号電極および接地電極を形成した。信号電極には、５０Ωの終端抵抗を取り付け、進行波型の信号電極とした。分岐光導波路中央に信号電極を配置し、分岐光導波路の外側に接地電極を配置することで、各々ＤＡＳＴに逆向きの電界を印加することができ、プッシュプル動作により２倍の位相変化を生じさせることができるため、より低電圧での駆動を可能にしている。
【００８６】
以上のようにして作製した有機導波路型光変調器に波長１．３μｍのレーザ光を入射しながら、同軸ケーブルを介して電極間に変調信号を入力したところ、光導波路コアの深さばらつきがないため、損失の小さな光変調器が実現できていることが確認できた。
【００８７】
＜実施例３＞
実施例３では、図１および図４の構成を有する有機導波路型光変調器を作製した場合について説明する。
【００８８】
基板として、Ｓｉ基板を用い、その基板上に、光導波路の下部クラッド層として働くフッ素化ポリイミド樹脂をスピンコートする。つぎに、マッハツェンダの導波路パターンマスクを用いて、フォトリソグラフィーを行い、酸素を用いたリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）により、コア溝パターンを形成した（図５−１参照）。コア溝のサイズは、研磨停止層を形成した後のコアサイズが幅６×深さ６μｍとなるように膜厚を考慮して幅６．２×深さ６．１μｍとした。
【００８９】
つぎに、コア溝を形成した下部クラッド層上に、触媒ＣＶＤ法（Catalytic−ＣＶＤ）を用いることにより低温で、ＳｉＯＮ膜を一様に厚さ０．１μｍ成膜した（図５−２参照）。実施例１と同様に、この上に、より高屈折率のフッ素化ポリイミド樹脂をスピンコートしてコア溝を埋め込み、コア溝以外のフッ素化ポリイミドは研磨により除去した（図５−３参照）。研磨パッドは、Ｓｕｐｒｅｍｅ  ＲＮ−Ｈ（商品名、ロデール社製）を使用し、研磨液として、水溶媒に０．３μｍのアルミナ粒子を含む研磨剤を入れたものを用いて研磨を行った。このとき、コア材であるフッ素化ポリイミドと研磨停止層であるＳｉＯＮ膜の研磨速度比は、１５：１であった。そして、実施例１と同様に、純水のみの研磨とブラシスクラブを行い、研磨面の洗浄を行った。
【００９０】
つぎに、リソグラフィーとエッチングとを用いて、マッハツェンダ型の分岐光導波路の選択部分だけ、電気光学効果を有する媒体であるＤＡＳＴを形成するために、フッ素化ポリイミドを酸素ガスを用いたＲＩＥでエッチングし、等しい長さのコア溝を形成した（図５−４参照）。このとき、ＳｉＯＮからなる研磨停止層は酸素ガスによるＲＩＥではエッチングされないため、エッチング停止層としても働き、先ほど形成した高屈折率のフッ素化ポリイミドコアと等しい深さのコア溝を形成できた。これにより、ＤＡＳＴコアと高屈折率のフッ素化ポリイミドコアの結合部に段差が生じず、光損失が低減される。
【００９１】
つぎに、実施例１と同様に、メタノールを溶媒に用いた徐冷法によって、ＤＡＳＴを結晶成長させた（図５−５参照）。結晶方位については種結晶によって、導波路方向をｂ軸、同じく基板に平行な面内にａ軸、および基板に垂直方向がｃ軸となるように、コア溝を埋め込んだ形でＤＡＳＴ単結晶が形成された。
【００９２】
このときコア溝以外にも、結晶成長したＤＡＳＴが存在する。そこで、研磨により不要部分のＤＡＳＴの除去を行った。ここでは、パッドとして発泡ウレタンパッドＳｕｐｒｅｍｅ  ＲＮ−Ｈ（ロデール製）を使用し、研磨液として、平均粒径３５ｎｍのアルミナ  Ａｌ2Ｏ3  ＮａｎｏｔｅｋTM（関東化学社製）をフッ化炭素溶媒フロリナートＦＣ−４３（住友３Ｍ製）中に超音波分散させた濃度３ｗｔ％のものを使用して、コア溝以外のＤＡＳＴを除去し、ＤＡＳＴを特定のコア溝にのみ残すことができた（図５−６参照）。
【００９３】
ここで、ＤＡＳＴは吸湿すると電気光学効果がなくなるため、実施例１と同様にフロリナートＦＣ−４３を溶媒とする研磨液で研磨した。このとき、コア材と研磨停止層の研磨速度比は、２５：１であった。そして先ほどと同様に、溶媒であるフロリナートＦＣ−４３のみの研磨とブラシスクラブを行い、研磨面の洗浄を行った。分岐光導波路に選択配置したＤＡＳＴの長さは１０ｍｍ、コアサイズは６×６μｍであった。このように、コア材に対して十分に研磨速度の遅い研磨停止層を設けることによって、設計値どおりの深さのＤＡＳＴコアを形成でき、且つＤＡＳＴコア溝形成時のエッチング停止層としても機能するため、ＤＡＳＴコアと高屈折率のフッ素化ポリイミドコアの結合部に段差が生じず、光損失が低減される。
【００９４】
つぎに、この上層に下部クラッド層と同じフッ素化ポリイミドをスピンコートして形成し、厚さ２μｍの上部クラッド層とした。ここでは、ＳｉＯＮ膜をエッチング停止層としたが、ＳｉＯ２、ＳｉＮ膜もエッチング停止層として有効である。
【００９５】
つぎに、メッキ法により、Ａｕ電極を厚さ８μｍ形成し、信号電極および接地電極を形成した。信号電極には、５０Ωの終端抵抗を取り付け、進行波型の信号電極とした（図５−７参照）。分岐光導波路中央に信号電極を配置し、分岐光導波路の外側に接地電極を配置することで、各々ＤＡＳＴに逆向きの電界を印加することができ、プッシュプル動作により２倍の位相変化を生じさせることができるため、より低電圧での駆動を可能にしている。
【００９６】
以上のようにして作製した有機導波路型光変調器に波長１．３μｍのレーザ光を入射しながら、同軸ケーブルを介して電極間に変調信号を入力したところ、変調電圧として１．５Ｖと低い駆動電圧で、光変調器を駆動でき、進行波型電極を用いているため４０ＧＨｚと高速の光強度変調が実現できた。また、研磨停止層を設けているため、光導波路コアの深さばらつきがなく、ＤＡＳＴコア部と高屈折率のフッ素化ポリイミドの結合部においてもエッチング停止層を兼ねることで段差が生じないためより損失の小さな光変調器が実現できた。
【００９７】
＜実施例４＞
実施例４では、本発明にかかる有機導波路型光変調器を用いた光通信システムについて説明する。図７に本発明にかかる有機導波路型光変調器を用いた光通信システムの一構成例を示す。図７に示した光通信システムは、ガラスエポキシでできたボード４０２、６０２上に、複数のＩＣ間の光インターコネクションを実現したものである。光インターコネクションは、高速の信号線に用いており、低速の信号線は図示していないが従来通り電気配線を用いている。
【００９８】
この光通信システムは、ＩＣ４０３からの電気信号を光信号に変換して出力するための光出力部４０１、その光信号を伝送するための光伝送路５０１、および伝送された光信号を電気信号に変換するための光入力部６０１からなる。ここで、光出力部４０１は、半導体レーザからなる光源４０４とその光源４０４から有機導波路型光変調器４０５へＣＷ光を導く光導波路４０６、ＩＣ４０３からの電気信号をシリアル処理する電気回路と有機導波路型光変調器４０５を駆動するためのドライバからなる電気信号処理部４０７、電気信号処理部４０７からの電気信号を光信号に変換する有機導波路型光変調器４０５とからなっている。
【００９９】
ここで、有機導波路型光変調器４０５は、実施例３に示したものと同じ有機導波路型光変調器を用いた。一方、光入力部６０１は、伝送された信号を受光するための受光素子６０３と、必要に応じて受光素子６０３からの信号を増幅するためのアンプおよび受光素子６０３で受けた信号を再度、元のビットに変換するための電気回路からなる電気信号処理部６０４、およびそれらの間の電気信号を伝える電気配線６０５からなっている。また、光伝送路として、シングルモードの光ファイバを用いた。ここでは、光伝送路として、シングルモードの石英光ファイバを用いたが、比較的低速での短距離の伝送など、用途に応じて、マルチモードの光ファイバやＰＯＦ、また、ボード内光通信においては、石英や樹脂からなる光導波路を適宜用いることができる。
【０１００】
なお本実施例では、各々のボード４０２、６０２上に光出力部４０１、光入力部６０１を備えて、双方向の光伝送を可能にした、好ましい光通信システム例ではあるが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。少なくとも有機導波路型光変調器を用いた光出力部４０１を有しており、１対の光出力部４０１と光入力部６０１しかない、一方向の伝送しか行わない光通信システムでもかまわない。また、この例では、異なるボード間の光通信システムを示しているが、ＩＣが同一ボード内にあるような場合でもよい。また、ここでは、有機導波路型光変調器は１つしか形成していないが、必要に応じて複数個をアレイ化し、より広帯域な通信を可能にしてもよい。
【０１０１】
本実施例では、電気光学定数がきわめて大きく、且つ誘電率が小さく、有機結晶であるために熱的に安定な４−ジメチルアミノ−Ｎ−メチル−４−スチルバゾリウムトシレート（ＤＡＳＴ）を電気光学効果の媒体として用いた、高速で低電圧駆動が可能であり、且つ信頼性が高く、また、研磨停止層を設けることによりコア深さが均一とされ損失の少ない有機導波路型光変調器を光出力部４０１の有機導波路型光変調器として用いている。これにより、高速、且つ低電圧駆動が可能で、データ伝送容量が大きい光通信システムを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
以上のように、本発明にかかる光変調器は、光損失が小さく、高速駆動且つ低電圧駆動が要求される用途において有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる有機導波路型光変調器の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１中の線分Ａ−Ａ‘における断面図である。
【図３−１】本発明の実施の形態１にかかる有機導波路型光変調器の作製方法を説明する断面図である。
【図３−２】本発明の実施の形態１にかかる有機導波路型光変調器の作製方法を説明する断面図である。
【図３−３】本発明の実施の形態１にかかる有機導波路型光変調器の作製方法を説明する断面図である。
【図３−４】本発明の実施の形態１にかかる有機導波路型光変調器の作製方法を説明する断面図である。
【図３−５】本発明の実施の形態１にかかる有機導波路型光変調器の作製方法を説明する断面図である。
【図３−６】本発明の実施の形態１にかかる有機導波路型光変調器の作製方法を説明する断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２にかかる有機導波路型光変調器の概略構成を示す断面図である。
【図５−１】本発明の実施の形態２にかかる有機導波路型光変調器の作製方法を説明する断面図である。
【図５−２】本発明の実施の形態２にかかる有機導波路型光変調器の作製方法を説明する断面図である。
【図５−３】本発明の実施の形態２にかかる有機導波路型光変調器の作製方法を説明する断面図である。
【図５−４】本発明の実施の形態２にかかる有機導波路型光変調器の作製方法を説明する断面図である。
【図５−５】本発明の実施の形態２にかかる有機導波路型光変調器の作製方法を説明する断面図である。
【図５−６】本発明の実施の形態２にかかる有機導波路型光変調器の作製方法を説明する断面図である。
【図５−７】本発明の実施の形態２にかかる有機導波路型光変調器の作製方法を説明する断面図である。
【図６】本発明の実施例２にかかる有機導波路型光変調器の概略構成を示す断面図である。
【図７】本発明にかかる有機導波路型光変調器を用いた光通信システム一構成例を示す概略構成図である。
【図８】４−ジメチルアミノ−Ｎ−メチル−４−スチルバゾリウムトシレート（ＤＡＳＴ）の構造式を示した図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０  光導波路
１２  信号電極
１３  接地電極
１４  終端抵抗
１０１  基板
１０２  下部クラッド層
１０３  研磨停止層
１０４  コア溝
１０５  薄膜
１０６  コア層
１０７  上部クラッド層
１０８  信号電極
１０９  接地電極
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図３−４】
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【図３−５】
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【図３−６】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図５−３】
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【図５−４】
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【図５−５】
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【図５−６】
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【図５−７】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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