(57)【要約】【課題】  厚みが２０μｍ以下の薄板を用いた光変調器において、基板内のマイクロ波の共振現象や焦電効果などの不具合を抑制する導電膜を、安定的に保持することが可能な光変調器及びその製造方法を提供すること。【解決手段】  電気光学効果を有する材料で形成され、厚みが２０μｍ以下の薄板（１０）と、該薄板の表面又は裏面に形成された光導波路（１１）と、該薄板の表面に形成され、該光導波路内を通過する光を変調するための変調電極（１３，１４）とを含む光変調器において、該薄板の裏面に接合される補強板（１６）と、該薄板の側面から該補強板の側面に連続して形成された導電膜（１７）を有することを特徴とする。【選択図】図２
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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材料で形成され、厚みが２０μｍ以下の薄板と、該薄板の表面又は裏面に形成された光導波路と、該薄板の表面に形成され、該光導波路内を通過する光を変調するための変調電極とを含む光変調器において、
該薄板の裏面に接合される補強板と、
該薄板の側面から該補強板の側面に連続して形成された導電膜を有することを特徴とする光変調器。
【請求項２】
請求項１に記載の光変調器において、該導電膜が該補強板の裏面にも形成されていることを特徴とする光変調器。
【請求項３】
電気光学効果を有する材料で形成され、厚みが２０μｍ以下の薄板と、該薄板の表面又は裏面に形成された光導波路と、該薄板の表面に形成され、該光導波路内を通過する光を変調するための変調電極とを含む光変調器において、
該薄板の裏面に接着層を介して接合される補強板と、
該接着層と該補強板との間に導電膜が形成されていることを特徴とする光変調器。
【請求項４】
請求項３に記載の光変調器において、該薄板の側面から該補強板の側面に連続して形成された導電膜を有することを特徴とする光変調器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の光変調器において、該導電膜を形成する材料は、Ａｕ、Ｔｉ、Ｓｉの少なくともいずれかを含むことを特徴とする光変調器。
【請求項６】
電気光学効果を有する材料で形成され、厚みが２０μｍ以下の薄板と、該薄板の表面又は裏面に形成された光導波路と、該薄板の表面に形成され、該光導波路内を通過する光を変調するための変調電極とを含む光変調器の製造方法において、
該薄板の裏面側に補強板を接合する接合工程と、
少なくとも該薄板の表面と、該光導波路の出射部及び入射部が形成された該薄板の側面とを保護膜で被覆する被覆工程と、
該被覆工程の後、保護膜で被覆されていない薄板及び補強板の露出部分に導電膜を形成する導電膜形成工程と、
該導電膜形成工程の後、該保護膜を除去する除去工程とを有することを特徴とする光変調器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器に関し、特に、電気光学効果を有する材料で形成され、厚みが２０μｍ以下の薄板と、該薄板の裏面に接着され、該薄板より厚みの大きい補強板とを含む光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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が多用されている。
電気光学効果を有する基板を利用した光変調器においては、特許文献１又は２などのように、図１のような導電膜を基板の側面及び裏面に形成し接地することにより、光変調器に印加されるマイクロ波が基板内で共振する共振現象の発生や、基板内に発生する焦電効果を抑制することが行われている。また、電気的特性（Ｓ１１，Ｓ２１）の向上や、Baisjumpなどの抑制が可能である。Ｓ１１とは、電気信号の反射特性を意味しており、外部端子から信号電極に入力する際の反射量を測定して得られる特性である。Ｓ２１とは、電気信号の透過特性を意味しており、外部端子から信号電極に入力する信号に対する出力される信号の透過量を測定して得られる特性である。一般にディップといわれている現象はこの透過特性（Ｓ２１）に現れる。また、Baisjumpとは、Ｘ板の場合、焦電効果の影響により基板の側面に電荷が発生し、この電荷が基板上に形成された電極に悪影響を及ぼすことを意味している。
なお、図１は光変調器の断面図であり、１は基板、２は光導波路、３はバッファ層、４は信号電極、５は接地電極、及び６は導電膜を示す。以下では、信号電極４及び接地電極５を併せて変調電極という。
【特許文献１】特表平５−５０９４１５号公報
【特許文献２】特許第２９１９１３２号公報
【０００３】
他方、光変調器の広帯域化を実現するため、基板の厚みを、従来の５００μｍ程度から数十μｍまで薄くすることにより、マイクロ波と光波の速度との速度整合条件を満足させ、且つ駆動電圧の低減を同時に図ることが行われている。
例えば、以下の特許文献３又は４においては、３０μｍ以下の厚みを有する薄い基板に、光導波路並びに変調電極を組み込み、第１基板より誘電率の低い他の基板を接合し、マイクロ波に対する実効屈折率を下げ、マイクロ波と光波との速度整合を図り且つ基板の機械的強度を維持することが行われている。
【特許文献３】特開昭６４−１８１２１号公報
【特許文献４】特開２００３−２１５５１９号公報
【０００４】
しかしながら、薄板化された基板（以下、「薄板」という）の側面に上述した導電膜を形成した場合、基板の厚みが薄く、薄板側面の面積が極めて小さくなる為、基板と導電膜との接合力が弱く、導電膜が基板から容易に剥離するという不具合を生じる。
また、基板を薄くすることにより光導波路を伝搬する光波の閉じ込めが弱くなり、その結果光波の光分布が横方向（薄板の厚み方向に垂直な方向）や薄板の厚み方向に広がる現象が生じ、仮に、基板の裏面に導電膜を形成した場合には、該導電膜により光波が散乱又は吸収されるなどの不具合を生じることとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、上述した問題を解決し、厚みが２０μｍ以下の薄板を用いた光変調器において、基板内のマイクロ波の共振現象や焦電効果などの不具合を抑制する導電膜を、安定的に保持することが可能な光変調器及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明では、電気光学効果を有する材料で形成され、厚みが２０μｍ以下の薄板と、該薄板の表面又は裏面に形成された光導波路と、該薄板の表面に形成され、該光導波路内を通過する光を変調するための変調電極とを含む光変調器において、該薄板の裏面に接合される補強板と、該薄板の側面から該補強板の側面に連続して形成された導電膜を有することを特徴とする。
なお、該薄板の裏面と補強板との接合は、直接接合でも、接着剤等による接合でもよく、接着剤による接着剤層が形成される場合は、該導電膜は、該薄板の側面から接着剤層を介して該補強板の側面に連続して形成される。
【０００７】
請求項２に係る発明では、請求項１に記載の光変調器において、該導電膜が該補強板の裏面にも形成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る発明では、電気光学効果を有する材料で形成され、厚みが２０μｍ以下の薄板と、該薄板の表面又は裏面に形成された光導波路と、該薄板の表面に形成され、該光導波路内を通過する光を変調するための変調電極とを含む光変調器において、該薄板の裏面に接着層を介して接合される補強板と、該接着層と該補強板との間に導電膜が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明では、請求項３に記載の光変調器において、該薄板の側面から該補強板の側面に連続して形成された導電膜を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る発明では、請求項１乃至４のいずれかに記載の光変調器において、該導電膜を形成する材料は、Ａｕ、Ｔｉ、Ｓｉの少なくともいずれかを含むことを特徴とする。
【００１１】
請求項６に係る発明では、電気光学効果を有する材料で形成され、厚みが２０μｍ以下の薄板と、該薄板の表面又は裏面に形成された光導波路と、該薄板の表面に形成され、該光導波路内を通過する光を変調するための変調電極とを含む光変調器の製造方法において、該薄板の裏面側に補強板を接合する接合工程と、少なくとも該薄板の表面と、該光導波路の出射部及び入射部が形成された該薄板の側面とを保護膜で被覆する被覆工程と、該被覆工程の後、保護膜で被覆されていない薄板及び補強板の露出部分に導電膜を形成する導電膜形成工程と、該導電膜形成工程の後、該保護膜を除去する除去工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明により、電気光学効果を有する材料で形成され、厚みが２０μｍ以下の薄板と、該薄板の表面又は裏面に形成された光導波路と、該薄板の表面に形成され、該光導波路内を通過する光を変調するための変調電極とを含む光変調器において、該薄板の裏面に接合される補強板と、該薄板の側面から該補強板の側面に連続して形成された導電膜を有するため、導電膜と補強板とを接合することによる導電膜形成面積増により、導電膜と薄板との接合力が増し、導電膜の薄板からの剥離を効果的に抑制することが可能となる。
【００１３】
請求項２に係る発明により、導電膜が補強板の裏面にも形成されているため、薄板の側面に形成された導電膜を、該裏面の導電膜を介して互いに導通し、基板内のマイクロ波の共振現象や焦電効果を効果的に抑制することが可能となる。また、互いの導電膜を導通させることで、導電膜の接地作業も簡略化することが可能となる。
【００１４】
請求項３に係る発明により、電気光学効果を有する材料で形成され、厚みが２０μｍ以下の薄板と、該薄板の表面又は裏面に形成された光導波路と、該薄板の表面に形成され、該光導波路内を通過する光を変調するための変調電極とを含む光変調器において、該薄板の裏面に接着層を介して接合される補強板と、該接着層と該補強板との間に導電膜が形成されているため、薄板の裏面側に導電膜を配置することが可能となり、薄板の厚み方向に発生する焦電効果を効果的に抑制することができる。しかも、接着層により薄板の裏面から離れて導電膜が配置されるため、光導波路を伝搬する光波が散乱・吸収されることも無い。また、補強板に誘電体を用いる場合には、補強板に発生する焦電効果も抑制することが可能となる。
【００１５】
請求項４に係る発明により、接着層と補強板との間に形成された導電膜に加え、薄板の側面から補強板の側面に連続して形成された導電膜を有するため、両者の導電膜の導通をすることにより、導電膜の接地作業も簡略化することが可能となる上、基板内のマイクロ波の共振現象も抑制することが可能となる。
【００１６】
請求項５に係る発明により、導電膜を形成する材料は、Ａｕ、Ｔｉ、Ｓｉの少なくともいずれかを含むため、基板内のマイクロ波の共振現象や焦電効果を抑制する上で十分な導電性を確保できると共に、導電膜の基板や補強板との接着性も高くすることが可能となる。
【００１７】
請求項６に係る発明により、電気光学効果を有する材料で形成され、厚みが２０μｍ以下の薄板と、該薄板の表面又は裏面に形成された光導波路と、該薄板の表面に形成され、該光導波路内を通過する光を変調するための変調電極とを含む光変調器の製造方法において、該薄板の裏面側に補強板を接合する接合工程と、少なくとも該薄板の表面と、該光導波路の出射部及び入射部が形成された該薄板の側面とを保護膜で被覆する被覆工程と、該被覆工程の後、保護膜で被覆されていない薄板及び補強板の露出部分に導電膜を形成する導電膜形成工程と、該導電膜形成工程の後、該保護膜を除去する除去工程とを有するため、導電膜を薄板の側面から補強板の側面に連続して形成できると共に、薄板や補強板の側面の導電膜と併せて補強板の裏面にも同時に導電膜を連続して形成でき、導電膜全体の一体性を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
図２は、本発明に係る光変調器の第１の実施例を示す図であり、光変調器の断面図を示す。
電気光学効果を有する材料で形成され、厚みが２０μｍ以下の薄板１０と、該薄板の表面に形成された光導波路１１（光導波路は、薄板１０の裏面に形成することも可能である。）と、該薄板の表面に形成され、該光導波路内を通過する光を変調するための変調電極（信号電極１３，接地電極１４）とを含む光変調器において、該薄板の裏面に接着層１５を介して接合される補強板１６と、該薄板の側面から該補強板の側面に連続して形成された導電膜１７を有することを特徴としている。この構成により、導電膜と薄板との接合力が、導電膜と補強板との接合による接合面積増により補強され、導電膜の薄板からの剥離を効果的に抑制することが可能となる。なお、薄板の裏面と補強板との接合は、図２のように接着剤による接着層１５を介する接合だけで無く、ダイレクトボンディングなどの直接接合で行っても良い。
【００１９】
図２においては、薄板には、Ｘカット形基板を用いている。Ｘカット型基板では、温度変化により発生する焦電効果により、基板の横方向に発生する分極電荷を、導電膜１７により、効果的に抑制することが可能となる。
また、光変調器に印加されるマイクロ波が基板内で共振する共振現象の発生を、導電膜１７により吸収することにより抑制できる。
【００２０】
図３は、第１の実施例の応用例であり、導電膜１８が補強板の裏面にも形成されている。この構成により、薄板の側面に形成された導電膜を、該裏面の導電膜を介して互いに導通し、基板内のマイクロ波の共振現象や焦電効果を効果的に抑制することが可能となる。また、互いの導電膜を導通させることで、例えば、光変調器本体を導電性のケース内に配置するだけで、補強板の裏面の導電膜を介して導電膜全体の接地が可能となるなど、導電膜の接地作業も簡略化することができる。
【００２１】
光導波路１１の形成方法としては、Ｔｉなどを熱拡散法やプロトン交換法などで基板表面に拡散させることにより形成することができる。また、特許文献５のように薄板１０の表面に光導波路の形状に合わせてリッジを形成し、光導波路を構成することも可能である。
信号電極１３や接地電極１４などの変調電極は、Ｔｉ・Ａｕの電極パターンの形成及び金メッキ方法などにより形成することが可能である。さらに、必要に応じて光導波路形成後の基板表面に誘電体ＳｉＯ２等のバッファ層１２を設け、バッファ層の上に変調電極を形成することも可能である。
【特許文献５】特開平６−２８９３４１号公報
【００２２】
電気光学効果を有する材料としては、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料及びこれらの組み合わせが利用可能である。特に、電気光学効果の高いニオブ酸リチウム（ＬＮ）結晶が好適に利用される。
【００２３】
光変調素子を含む薄板の製造方法は、数百μｍの厚さを有する基板に上述した光導波路を形成し、基板の裏面を研磨して、２０μｍ以下の厚みを有する薄板を作成する。その後薄板の表面に変調電極を作り込む。また、光導波路や変調電極などの作り込みを行った後に、基板の裏面を研磨することも可能である。なお、光導波路形成時の熱的衝撃や各種処理時の薄膜の取り扱いによる機械的衝撃などが加わると、薄板が破損する危険性もあるため、これらの熱的又は機械的衝撃が加わり易い工程は、基板を研磨して薄板化する前に行うことが好ましい。
【００２４】
補強板に使用される材料としては、種々のものが利用可能であり、例えば、薄板と同様の材料を使用する他に、石英、ガラス、アルミナなどのように薄板より低誘電率の材料を使用したり、特許文献５のように薄板と異なる結晶方位を有する材料を使用することも可能である。ただし、線膨張係数が薄板と同等である材料を選定することが、温度変化に対する光変調器の変調特性を安定させる上で好ましい。仮に、同等の材料の選定が困難である場合には、特許文献４のように薄板と補強板とを接合する接着剤に、薄板と同等な線膨張係数を有する材料を選定する。
【００２５】
薄板１０と補強板１６との接合には、接着層１５として、エポキシ系接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化性接着剤、半田ガラス、熱硬化性、光硬化性あるいは光増粘性の樹脂接着剤シートなど、種々の接着材料を使用することが可能である。
【００２６】
導電膜の材料、変調電極と同様にＡｕやＴｉ、Ｓｉを使用することが可能である。基本的に焦電効果の抑制やマイクロ波の共振現象を抑制することが可能な程度の導電性を有する材料であれば、特にこだわらない。
【００２７】
次に、図２又は図３に示した光変調器の導電膜の製造方法について説明する。
（１）薄板を用いた光変調素子の作成
上述したように、基板に光導波路を形成し、基板を研磨することにより薄板化を行い、さらに、薄板の表面に変調電極を形成する。必要に応じ、光導波路を形成した後に、変調電極を形成し、研磨を行い薄板化を行っても良い。
【００２８】
（２）補強板の接合工程
光変調素子を形成した薄板の裏面に接着層を介し補強板を接合する。ただし、基板裏面に光導波路を形成し、基板の裏面側に補強板を接合して、補強板を研磨時の基板保持体として使用し、基板の表面の研磨を行うことも可能である。この場合には、研磨終了後に薄板表面に変調電極を形成する。
通常、ウェハ基板を使用して光変調器を作成するため、薄板に補強板を接合した後、光変調素子毎のチップ（以下、「光変調素子チップ」という）に切断される。
【００２９】
（３）保護膜の被覆工程
光変調素子チップの外表面の内、少なくとも、変調電極が形成された薄板表面と、光導波路の出射部及び入射部が形成された薄板側面とを保護膜で被覆する。保護膜には、レジスト膜が好適に使用可能である。
【００３０】
（４）導電膜形成工程
被覆工程の後、保護膜で被覆されていない薄板の側面や補強板の露出部分（側面又は裏面）に導電膜を形成する。
導電膜の形成方法は、真空蒸着法が好適に利用可能であり、図６に示すように、真空容器３０内に、ターゲット保持体３２に保持された光変調素子チップ３３と導電膜形成材料３１とを配置し、真空容器内の空気を脱気し、ターゲット保持体３２を図の矢印のように回転させながら、導電膜形成材料を気化させる。
ターゲット保持体３２の回転により、複数のチップに対し同時に導電膜を形成できると共に、チップの側面まで均一に蒸着することが可能となる。
【００３１】
（５）保護膜の除去工程
導電膜形成工程の後、保護膜であるレジスト膜を溶剤で除去する。これにより、保護膜で保護されていない光変調素子チップの外表面には導電膜が均一に形成されることとなる。
【００３２】
次に、本発明に係る光変調器の第２の実施例について説明する。
図４は、第２の実施例に係る光変調器の断面図を示す。
第２の実施例は、電気光学効果を有する材料で形成され、厚みが２０μｍ以下の薄板２０と、該薄板の表面又は裏面に形成された光導波路２１と、該薄板の表面に形成され、該光導波路内を通過する光を変調するための変調電極（２３，２４）とを含む光変調器において、該薄板２０の裏面に接着層２５を介して接合される補強板２６と、該接着層２５と該補強板２６との間に導電膜２７が形成されることを特徴としている。なお、２２はバッファ層を示している。
【００３３】
薄板２０は、Ｚカット型基板であり、導電膜２７により、薄板の裏面側に導電膜を配置することが可能となり、薄板の厚み方向に発生する焦電効果を効果的に抑制することができる。また、補強板に誘電体を用いる場合には、補強板に発生する焦電効果の影響も併せて抑制することが可能となる。
しかも、接着層により薄板の裏面から離れて導電膜が配置されるため、光導波路を伝搬する光波が散乱・吸収されることも無い。接着層の厚みは、接着剤の誘電率により異なるが、光導波路を伝搬する光波が散乱・吸収されない程度にすることが好ましい。
【００３４】
図５は、第２の実施例の応用例であり、導電膜２７に加え、導電膜２８が薄板の側面から補強板の側面に連続して形成されると共に、必要に応じて補強板の裏面にまで形成されている。この構成により、導電膜２７を接地する作業も、導電膜２８との導通を介して行うことができるため、接地作業を簡略化することが可能となる。さらに、基板内のマイクロ波の共振現象も抑制することが可能となる。
【００３５】
図４又は図５に示した光変調器の導電膜２７の形成方法には、以下のような方法がある。
（１）導電膜を接着剤により薄板及び補強板に固定する方法
補強板の表面に接着剤と塗布し、その上に導電層（薄膜又は薄片）を配置し、導電層の上に他の接着剤を塗布して、薄板を接合する。
【００３６】
（２）導電膜を補強板の表面に形成する方法
補強板の表面に真空蒸着やメッキなどの方法により導電膜を形成する。また、導電性接着剤を補強板の表面に塗布し乾燥後、非導電性接着剤を薄板裏面又は導電性接着剤の表面に塗布し、両者を接合することも可能である。
さらに、補強板の表面が導電性を有するように改質し、該改質部分を導電膜とすることも可能である。
【００３７】
図５のように、光変調素子チップの周囲に導電膜を形成する方法は、図２又は３に係る光変調器の導電膜の製造方法で説明したように、同様の方法を採用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上説明したように、本発明によれば、厚みが２０μｍ以下の薄板を用いた光変調器において、基板内のマイクロ波の共振現象や焦電効果などの不具合を抑制する導電膜を、安定的に保持することが可能な光変調器及びその製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】従来の光変調器の断面図である。
【図２】本発明に係る光変調器の第１の実施例を示す図である。
【図３】本発明に係る光変調器の第１の実施例の応用例を示す図である。
【図４】本発明に係る光変調器の第２の実施例を示す図である。
【図５】本発明に係る光変調器の第２の実施例の応用例を示す図である。
【図６】本発明に係る光変調器の製造方法で使用される真空蒸着法を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１，１０，２０  基板
２，１１，２１  光導波路
３，１２，２２  バッファ層
４，１３，２３  信号電極
５，１４，２４  接地電極
６，１７，１８，２７，２８  導電膜
１５，２５  接着層
１６，２６  補強板
３０  真空容器
３１  蒸着材料
３２  ターゲット保持体
３３  光変調素子チップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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