(57)【要約】【課題】  制御用電極の表面の粗さを低減させ、電気信号特性を向上させた光制御デバイスを提供すること。【解決手段】  電気光学効果を有する結晶性基板上に、制御用電極をめっき法によって形成する光制御デバイスにおいて、該制御用電極の厚みは、１０〜５０μｍであり、該制御用電極の最上部の表面粗さ（Ｒａ）は、５００ｎｍ以下であることを特徴とする。また、該結晶性基板と該制御用電極との間に、少なくとも１層の電極配向等成長抑制層を有し、該電極配向等成長抑制層の厚みは、１２０〜５００ｎｍであり、該電極配向等成長抑制層の表面粗さ（Ｒａ）は、５０ｎｍ以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する結晶性基板上に、制御用電極をめっき法によって形成する光制御デバイスにおいて、
該制御用電極の厚みは、１０〜５０μｍであり、
該制御用電極の最上部の表面粗さは、Ｒａで５００ｎｍ以下であることを特徴とする光制御デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の光制御デバイスにおいて、
該結晶性基板と該制御用電極との間に、少なくとも１層の電極配向等成長抑制層を有し、
該電極配向等成長抑制層の厚みは、１２０〜５００ｎｍであり、
該電極配向等成長抑制層の表面粗さは、Ｒａで５０ｎｍ以下であることを特徴とする光制御デバイス。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光制御デバイスにおいて、
該制御用電極は、最上部近傍に形成されるめっきの粒度が、それより下層位置する部分のめっきの粒度より細かくなるよう設定されていることを特徴とする光制御デバイス。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光制御デバイスにおいて、
該電極配向等成長抑制層は、１層のみで形成されていることを特徴とする光制御デバイス。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の光制御デバイスにおいて、
該制御用電極は、多層で構成されていることを特徴とする光制御デバイス。
【請求項６】
請求項５に記載の光制御デバイスにおいて、
該多層で構成された制御用電極は、少なくとも一層が３〜３８μｍの膜厚で構成されていることを特徴とする光制御デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光制御デバイスに関し、特に、電気光学効果を有する結晶性基板上に、制御用電極をめっき法によって形成する光制御デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信分野や光測定分野において、電気光学効果を有する基板上に光導波路や変調電極を形成した導波路型光変調器などの光制御デバイスが多用されている。光制御デバイスでは、光導波路を伝搬する光波と変調電極を伝搬するマイクロ波との速度整合を行うことが重要であり、特許文献１には、基板の薄板化に加え、制御電極（変調電極）の厚みを１０μｍ〜４０μｍに設定することが開示されている。
【０００３】
しかしながら、特許文献２に示すように、ニオブ酸リチウムなどの電気光学効果を有する結晶性基板上に、変調電極などの制御用電極をめっき法で形成した場合、特に制御用電極の厚みを大きくした場合には、基板の配向性により制御用電極の表面に異常粒が発生する。
【０００４】
このような異常粒は、マイクロ波の散乱する原因となり、広帯域の光制御デバイスを作成する上で、大きな障害となる。特に、薄板化した結晶性基板を用いた場合には、異常粒成長を起因とした応力が光導波路に影響を与え、温度特性の劣化や基板の損傷が発生する。さらに、異常粒成長部は、局所的にめっき厚が高く（面内分布が大きく）、マイクロ波と光波との速度整合を満足できないため、広帯域の光制御デバイスを作成する上で、歩留が低下するなど多くの問題を生じていた。
【０００５】
特許文献２では、異常粒の成長を抑制するため、基板から電極への配向を抑制する層（電極配向等成長抑制層）を設けることを提案している。電極配向等成長抑制層の膜厚は厚くすると、配向性に係る影響を抑制する効果が高まるが、他方で、電気信号に対する抵抗が増大し、伝送可能な周波数帯域は劣化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−８５７８９号公報
【特許文献２】特開２００７−１２２０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、上記の問題を解決し、制御用電極の表面の粗さを低減させ、電気信号特性を向上させた光制御デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の光制御デバイスは以下のような技術的特徴を有する。
（１）  電気光学効果を有する結晶性基板上に、制御用電極をめっき法によって形成する光制御デバイスにおいて、該制御用電極の厚みは、１０〜５０μｍであり、該制御用電極の最上部の表面粗さは、Ｒａで５００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
（２）  上記（１）に記載の光制御デバイスにおいて、該結晶性基板と該制御用電極との間に、少なくとも１層の電極配向等成長抑制層を有し、該電極配向等成長抑制層の厚みは、１２０〜５００ｎｍであり、該電極配向等成長抑制層の表面粗さは、Ｒａで５０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１０】
（３）  上記（１）又は（２）に記載の光制御デバイスにおいて、該制御用電極は、最上部近傍に形成されるめっきの粒度が、それより下層位置する部分のめっきの粒度より細かくなるよう設定されていることを特徴とする。
【００１１】
（４）  上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の光制御デバイスにおいて、該電極配向等成長抑制層は、１層のみで形成されていることを特徴とする。
【００１２】
（５）  上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の光制御デバイスにおいて、該制御用電極は、多層で構成されていることを特徴とする。
【００１３】
（６）  上記（５）に記載の光制御デバイスにおいて、該多層で構成された制御用電極は、少なくとも一層が３〜３８μｍの膜厚で構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のように、電気光学効果を有する結晶性基板上に、制御用電極をめっき法によって形成する光制御デバイスにおいて、該制御用電極の厚みは、１０〜５０μｍであり、該制御用電極の最上部の表面粗さは、Ｒａで５００ｎｍ以下であるため、電極配向等成長抑制層による導体損失の増加を抑制すると共に、制御用電極の表面粗さを低減し、広帯域化など電気信号特性を向上させた光制御デバイスを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の光制御デバイスの概略を示す断面図である。
【図２】制御用電極の表面粗さに対する電子信号特性との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の光制御デバイスの他の実施例を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明について好適例を用いて詳細に説明する。
本発明は、図１に示すように、電気光学効果を有する結晶性基板上に、制御用電極をめっき法によって形成する光制御デバイスにおいて、該制御用電極の厚みは、１０〜５０μｍであり、該制御用電極の最上部の表面粗さは、Ｒａで５００ｎｍ以下であることを特徴とする。なお、「Ｒａ」は、算術平均粗さを意味する。以下、表面粗さは全て算術平均粗さで表示する。
【００１７】
本発明の光制御デバイスに用いる電気光学効果を有する結晶性基板は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）等の単結晶材料やこれらの固溶体結晶材料を用いることができる。基板の厚みは、特に限定されないが、特許文献１のように１０μｍ以下の薄板を用いることも可能である。
【００１８】
結晶性基板の表面には、光導波路や制御用電極である信号電極と接地電極などが配置される。光導波路は、Ｔｉ等を基板中に熱拡散して形成したり、リッジ型導波路のように基板表面に溝等で凹凸を形成して構成することが可能である。
【００１９】
制御用電極は、Ａｕ等の導電性金属をめっき法により形成し、電極の厚みが１０〜５０μｍとなるように設定される。本発明の光制御デバイスでは、電極の厚みが厚いほど効果が高く、例えば、１０〜５０μｍ、更に３０〜５０μｍ、特に４０〜５０μｍで顕著な効果が確認できている。
【００２０】
図２に示すように、制御用電極の表面粗さと帯域特性とは密接に関連している。図２のグラフの縦軸は制御用電極の表面粗さを示しており、横軸は光制御デバイスの電気信号特性が６ｄＢ低下する信号周波数を示している。横軸の数値が大きい程、広帯域化を達成することとなる。
【００２１】
図２を見ると、制御用電極の最上部の表面粗さ（Ｒａ）が５００ｎｍ以下の場合には、６ｄＢ低下する電気信号特性値を８ＧＨｚ程度まで伸ばすことが可能となり、優れた電気信号特性を得ることができる。
【００２２】
本発明の光制御デバイスの特徴は、結晶性基板と制御用電極との間に電極配向等成長抑制層を設けることである。電極配向等成長抑制層を構成する材料としては、Ｇａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ及びこれら材料の窒化物，酸化物等が利用可能である。また、電極配向等成長抑制層は、スパッタ法，蒸着法，ＣＶＤ法等の真空成膜法等により、結晶性基板上に形成することができる。
【００２３】
電極配向等成長抑制層は、上述した材料の中から異なる材料を用いて複数の膜体を積層して形成することも可能であるが、製造プロセスを簡略化するためには１種類の膜体（１層のみ）で構成することが好ましい。
【００２４】
電極配向等成長抑制層の上には、電極配向等成長抑制層の厚みは、制御用電極の表面粗さへの影響や導体損失を考慮して決定される。例えば、電極配向等成長抑制層の厚さが８５ｎｍ程度の場合は、電極の表面粗さが６００〜８００ｎｍであるのに対し、電極配向等成長抑制層の厚さを１２０ｎｍにすると、３００〜５００ｎｍに低減することなどが確認できている。電極配向等成長抑制層の厚みは、１２０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲とすることが、電極の表面粗さを５００ｎｍ以下とするためにも好ましい。より好ましくは１３５ｎｍ〜２００ｎｍが適している。
【００２５】
また、本発明者らが鋭意研究した結果、電極配向等成長抑制層の表面粗さも、制御用電極の表面粗さに大きな影響を与えていることが確認された。電極の表面粗さを５００ｎｍ以下にするには、電極配向等成長抑制層の表面粗さを５０ｎｍ以下に調整することが好ましい。
【００２６】
次に、制御用電極の表面粗さを更に改善する方法について説明する。図３に示すように、制御用電極の表面近傍に電極表面粗さ低減層を配置する。具体的には、電極を形成する電界めっき条件を調整し、電極表面粗さの低減を行う。電界めっき条件の例としては、パルスめっきや電流密度変更（低い値に設定）する。
【００２７】
つまり、上述のように電界めっき条件を調整することで、制御用電極を構成するめっきの粒度がより小さくすることができ、表面粗さ低減することができる。制御用電極全体を低い粒度のめっきで構成すると、電極製造工程に長時間を要し、また、Ａｕの使用量も増加するため、製造コストが増加する。このため、めっき法の初めは高レートで処理し、最後の数μｍのみで電界めっき条件を調整し、めっきの粒度を細かくする。これにより、電極の最上部近傍に形成されるめっきの粒度は、それより下層位置する部分のめっきの粒度より細かくなるよう設定される。
【００２８】
なお、電極表面粗さ低減層を、それより下層の電極部分と異なるめっき液を使用して構成することも可能である。ただし、異なるめっき液を使用する場合には、各電極界面による影響が大きくなり、電気信号特性が劣化する可能性がある。このため、同じ種類のめっき液を使用し、上述した電界めっき条件で当該低減層を形成する方が、電極界面による特性劣化を防ぐ上では好ましい。
【００２９】
また、３０μｍ以上の高さの制御用電極を形成する場合に、めっきの粒度が大きく成長することを抑制するために、複数回に分けてめっきを行い、めっき層を多層で構成することも有効である。この場合は、連続してめっきする１回分の高さを、めっき条件にもよるが３〜３８μｍ程度に制限することが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上のように、本発明によれば、制御用電極の表面の粗さを低減させ、電気信号特性を向上させた光制御デバイスを提供することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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