JP2006251090A - Optical modulator, method for manufacturing the same, and optical communication system - Google Patents

Optical modulator, method for manufacturing the same, and optical communication system Download PDF

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幸栄 鈴木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical modulator having small optical loss and permitting high-speed driving and low-voltage driving. <P>SOLUTION: The optical modulator of an interference type making interference of light propagated on a plurality of optical waveguides includes: a core layer consisting of an organic material, propagating the light, and at least partly including an organic material having electro-optical effect varying the phase of the light by the variation in the refractive index by externally controlled electric field; and an upper clad layer and a lower clad layer consisting of an organic material sandwiching the layer surfaces of the core layer from the top and the bottom. The optical modulator includes an optical waveguide propagating the light and a plurality electrodes for varying the phase of the light propagated by the waveguide. The optical waveguide 10 is provided with a substrate, the lower clad layer formed on the substrate, a polishing stop layer formed on the lower clad layer and having a slower polishing speed than that of the constituent material of the core layer, the core layer consisting of the organic material having electro-optical effect formed to a prescribed depth of the lower clad layer from the surface of the polishing stop layer, and the upper clad layer formed on the polishing stop layer and the core layer. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

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。   The present invention relates to an optical modulator used for optical interconnection and the like, a manufacturing method thereof, and an optical communication system, and more particularly, an optical modulator that applies an electro-optic effect by an organic material and is driven at a low voltage, and The present invention relates to a manufacturing method thereof and an optical communication system.

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。   In recent years, due to the rapid development of the information society represented by the Internet, the demand for high-capacity and high-speed optical communication is increasing in order to exchange more information. For this reason, information transmission using light has been proposed not only for trunk networks but also for LANs, network terminals and electronic devices, between boards, and between LSI chips.

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。   As a device for modulating a data signal from an electric signal to an optical signal in this optical interconnection, there is a waveguide type optical modulator using an electro-optic effect. The electro-optic effect is a phenomenon in which the refractive index of the medium changes when an electric field is applied to the optical medium, and includes a Pockels effect that is a refractive index change proportional to the electric field and a Kerr effect that is proportional to the square of the electric field. .

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。 As an example of a modulator used in a conventional backbone system, there is a Mach-Zehnder type light intensity modulator using an inorganic ferroelectric crystal LiNbO 3 (LN). The optical waveguide portion of this light intensity modulator diffuses Ti ions and the like into an LN crystal cut out in an appropriate orientation, whereby a region having a large refractive index is used as a core layer and an LN crystal or silicon oxide without Ti diffusion. The buffer layer of the film is a cladding layer.

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。   An electric field from the outside is a traveling wave electrode made of a metal such as Au or Cu, and is applied to the modulation electrode of the planar stripline. Incident light is branched into two ports at the Y branch on the entrance side, and light propagating through the ports interacts with microwaves applied to the electrodes to cause a phase change. The light causing the phase change is superimposed on the light propagating on the other side by the Y branch on the exit side, and the combined wave causes an intensity change due to the phase change and is converted into an optical signal corresponding to the electrical signal. .

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。 However, in optical interconnections connecting devices, boards, and LSI chips, the power supply voltage of LSI chips mounted on them is constantly decreasing, giving noise to the mounted LSIs. In order to reduce power consumption, the optical modulator is also required to be driven at a low voltage. Further, as a matter of course, there is a demand for speeding up to 40 GHz and 80 GHz, which cannot be achieved by direct driving of the LD. However, in the conventional optical modulator using LN, since the dielectric constant (ε) is as large as ε = 28, even when the electrode has a traveling waveform that can apply a higher-speed electric signal, the applied microwave refractive index and refractive index of the (n o = 2.286, n e = 2.200) because there is a gap, there is a limit to the speed of the material surface.

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。 The driving voltage is defined by the electro-optic constant and the electrode structure. For low-voltage driving, a material having a large electro-optic constant is required by the electro-optic constant r 33 = 30.8 (wavelength 633 nm) of LN. ing. Furthermore, as used in backbone systems, LN optical modulators are discrete devices, and devices that are more suitable for integration are also required.

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。   Therefore, an optical modulator using an organic crystal or organic polymer material having a dielectric constant smaller than that of an inorganic material and capable of being thinned and having a large electro-optic constant is expected as a low-voltage and high-speed optical modulator. Has been. In addition, since it is an organic material, there is an advantage that it can be processed at a low temperature and can be integrated with an optical waveguide.

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。   As the organic polymer material, a material in which a second-order nonlinear optical material having an electro-optic effect is dissolved in a polymer such as polymethyl methacrylate (PMMA) or amorphous polycarbonate (APC), or a second-order nonlinear optical material is directly or There are some which are bonded to a polymer chain through a spacer atomic group, and an optical modulator using an organic polymer material having these electro-optic effects as a core layer is known. One example is polymethyl methacrylate (PMMA) doped with an azo dye. Since these organic polymer materials have a low glass transition point and polarization is relaxed due to temperature and aging, there is a problem that reliability as an optical modulator is inferior. For this reason, the heat resistance improvement by APC with a higher glass transition point with respect to polymethylmethacrylate (PMMA) etc. is examined (for example, refer nonpatent literature 1). However, the improvement is not sufficient, and heat resistance and changes with time are still issues.

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。 On the other hand, regarding the organic crystal, 4-dimethylamino-N-methyl-4-stilbazolium tosylate (hereinafter abbreviated as DAST) having a structural formula shown in FIG. 8 was developed in the Nakanishi Laboratory of Tohoku University. It has extremely large nonlinear optical constant d 11 = 1010 pm / V (λ = 1.3 μm) and electro-optical constant r 11 = 75 pm / V (λ = 820 nm), and has a low dielectric constant (ε 1 = 5. 2) has attracted interest such as low voltage, high-speed optical modulation and detection, and millimeter wave (or submillimeter wave) generation. Further, since it is an organic crystal, it does not require a polarization treatment unlike an organic polymer, and is stable with no change over time such as polarization relaxation. Although there is a report that a DAST crystal thin film was actually formed by an improved shear method and the principle of light modulation was confirmed (see, for example, Non-Patent Document 2), it is a planar light modulator and has a short working length. Therefore, there are problems such as a small modulation depth.

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。   Therefore, the present inventor has proposed a waveguide type optical modulator using DAST (see, for example, Patent Document 1). In the present invention, a core groove is formed in the lower clad portion, and an organic crystal DAST showing the electro-optic effect is embedded therein. Then, chemical mechanical polishing is performed using a solvent that does not deteriorate the characteristics of DAST, and DAST other than the groove is removed to form DAST in the core portion, thereby realizing a waveguide type optical modulator.

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。   As described above, when processing an organic material that is difficult to etch represented by DAST into an optical waveguide or a method of forming an optical waveguide with better flatness, a core groove is formed in a cladding layer and a core material is embedded. An effective method is to form an optical waveguide by removing unnecessary portions by polishing and forming a clad layer again thereon.

特開２００３−２０２５３３号公報JP 2003-202533 A 特開２００１−１３３６４８号公報JP 2001-133648 A H.Zhang, et al., Appl. Phys. Lett. , Vol.78 , 2001, p.3136H. Zhang, et al., Appl. Phys. Lett., Vol. 78, 2001, p. 3136 M.Thakur , et al.,Appl. Phys. Lett., Vol.74 ,1999, p.635M. Thakur, et al., Appl. Phys. Lett., Vol.74, 1999, p.635

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。   However, in general, in an optical waveguide made of such an organic material, since the cladding layer is also formed of the same organic material, the polished surface having different characteristics is not exposed, and it is difficult to detect the end point. Since the polishing speed becomes comparable, there is a problem that the core depth is likely to vary as designed, resulting in light loss. Therefore, a formation method with a uniform core depth is desired.

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）。   On the other hand, although it is a method for manufacturing a silica-based optical waveguide, a core groove is formed, a core material is embedded in the core groove, a flattening layer is further formed thereon, and then unnecessary portions are removed by etching. A method for obtaining a silica-based optical waveguide having desired optical characteristics by obtaining a core having an equal thickness in the portion is disclosed (for example, see Patent Document 2).

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。   Furthermore, by providing an etching stop layer having a composition selected from Si, C, WSi, Ti, Al and Ni on the lower cladding layer, the core groove depth can be made uniform. Although it is an effective method to provide such an etching stop layer in a method for manufacturing a silica-based optical waveguide, there is a problem in that the process is complicated because it is necessary to provide a film thickness adjusting layer because of removal by etching. In addition, since the film thickness adjusting layer is made of a material such as an organic resin such as polyimide resin or a silanol-based organic polymer, it is necessary to etch a material different from quartz as the core material at the same etching rate. There is a problem that uniformity tends to be insufficient.

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。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain an optical modulator that has a small optical loss and can be driven at a high speed and a low voltage.

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。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the invention according to claim 1 includes at least an organic material having an electro-optic effect that changes the refractive index and changes the phase of light by an externally controlled electric field. An optical waveguide for propagating light, comprising: a core layer made of an organic material and partially propagating light; and an upper clad layer and a lower clad layer made of an organic material sandwiching the layer surface of the core layer from above and below, An interference-type optical modulator that interferes with light propagating on a plurality of optical waveguides, wherein the optical waveguides are connected to a substrate. A lower cladding layer formed on the substrate, a polishing stopper layer formed on the lower cladding layer and having a lower polishing rate relative to the constituent material of the core layer, and a predetermined depth of the lower cladding layer from the surface of the polishing stopper layer Electric light formed A core layer made of an organic material having an effect, and an upper clad layer formed on the polish stop layer and the core layer, characterized in that it is configured with.

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。   The invention according to claim 2 is characterized in that the polishing stopper layer is formed on the lower cladding layer and on the wall surface of the core groove where the core layer is formed, and also serves as an etching stopper layer.

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。   The invention according to claim 3 is characterized in that the organic material having an electro-optic effect is 4-dimethylamino-N-methyl-4-stilbazolium tosylate (DAST).

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。   The invention according to claim 4 is characterized in that the polishing stopper layer is made of any one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film.

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。   According to a fifth aspect of the present invention, at least a part of an organic material having an electro-optic effect that changes the phase of light by changing the refractive index by an externally controlled electric field is used. In order to change the phase of an optical waveguide that propagates light and an optical waveguide that propagates light, comprising a propagating core layer, and an upper clad layer and a lower clad layer made of an organic material that sandwich the layer surface of the core layer from above and below An interference type optical modulator that interferes with light propagating on a plurality of optical waveguides, wherein the optical waveguide is formed with a substrate and a groove on the substrate A lower cladding layer, an etching stopper layer formed on the lower cladding layer, a core layer formed on the etching stopper layer, and an upper cladding layer formed on the etching stopper layer and the core layer. To be done And butterflies.

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。   The invention according to claim 6 comprises an organic material having at least a part of an organic material having an electro-optic effect that changes the phase of light by changing the refractive index by an externally controlled electric field. In order to change the phase of an optical waveguide that propagates light and an optical waveguide that propagates light, comprising a propagating core layer, and an upper clad layer and a lower clad layer made of an organic material that sandwich the layer surface of the core layer from above and below A method of manufacturing an interference-type optical modulator that interferes with light propagating on a plurality of optical waveguides, the method comprising: forming a lower cladding layer made of an organic material on a substrate; A step of forming a polishing stopper layer having a low polishing rate with respect to the constituent material of the core layer on the lower cladding layer, a step of forming a core groove for forming the core layer in the lower cladding layer, and a core groove Cover the core layer A step of forming a constituent material layer, a step of removing unnecessary portions of the constituent material layer of the core layer by polishing, a step of forming an upper clad layer so as to cover the core layer, and a core layer And a step of forming a plurality of electrodes so as to be sandwiched.

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。   The invention according to claim 7 is carried out by switching the order of the step of forming the polishing stopper layer and the step of forming the core groove to uniformly form the polishing stopper layer on the wall surface of the core groove. It is characterized by that.

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。   The invention according to claim 8 is characterized in that when unnecessary portions of the constituent material layer of the core layer are removed by polishing, fine particles of silica and alumina are used as an abrasive.

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。   According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an optical output unit for converting an electrical signal into an optical signal and outputting the optical signal, an optical transmission line for transmitting the optical signal, and converting the transmitted optical signal into an electrical signal. An optical communication system comprising an optical input unit for conversion, wherein the optical output unit includes any one of the optical modulators according to claims 1 to 5.

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。   According to the first aspect of the present invention, in the organic waveguide type optical modulator in which the core layer and the clad layer as the optical waveguide are made of an organic material and the medium having the electro-optic effect is also made of the organic material, the core groove is formed. By providing a polishing stopper layer having a low polishing rate with respect to the core material to be removed by polishing on the lower cladding layer, the core layer showing the electro-optic effect of the optical waveguide with respect to the design value and the core portion as the optical waveguide There is an effect that it is possible to provide an optical modulator which can reduce thickness variation at the time of polishing processing, has a small loss, and can be driven at a high speed and a low voltage.

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。   According to the second aspect of the present invention, in the optical modulator in which the core layer and the clad layer as the optical waveguide are made of an organic material, and the medium having the electro-optic effect is also made of the organic material, the lower clad layer and the core are formed. By providing a polishing stopper layer that doubles as an etching stopper layer that is uniformly formed on the wall surface of the groove, the core shows the electro-optic effect of the optical waveguide with respect to the design value, and during etching and polishing of the core portion as the optical waveguide Variation in the thickness of the optical modulator can be reduced, and an optical modulator capable of being driven at a high speed and a low voltage with a small loss can be provided.

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。   According to the invention of claim 3, as a medium having an electro-optic effect used for the core layer of the optical waveguide, the electro-optic constant is extremely large, the dielectric constant is small, and the organic crystal is thermally stable. By using 4-dimethylamino-N-methyl-4-stilbazolium tosylate (DAST), light with high reliability that can be driven at higher speed and lower voltage while reducing loss due to processing variations There is an effect that a modulator can be provided.

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。   According to the invention of claim 4, the polishing stopper layer that also serves as the polishing stopper layer or the etching stopper layer is composed of an inorganic material such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film, so that the organic material Therefore, it is possible to provide a highly reliable optical modulator that can be driven at high speed and low voltage with less loss, with a smaller variation in core thickness. , Has the effect.

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。   According to the invention of claim 5, in the optical modulator in which the core layer and the clad layer as the optical waveguide are made of an organic material, and the medium having the electro-optic effect is also made of the organic material, etching is performed on the lower clad layer. By providing the stop layer, the core that shows the electro-optic effect of the optical waveguide with respect to the design value and the depth variation during etching of the core groove as the optical waveguide are reduced, and light that can be driven at high speed and low voltage with low loss. There is an effect that a modulator can be provided. Here, the inner wall of the groove provided in the lower cladding layer is also included on the lower cladding layer on which the etching stop layer is provided.

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。   According to the invention of claim 6, the step of forming the lower cladding layer made of an organic material on the substrate, and the formation of the polishing stopper layer having a lower polishing rate relative to the constituent material of the core layer on the lower cladding layer A step of forming a core groove for forming a core layer in the lower cladding layer, a step of forming a constituent material layer of the core layer so as to cover the core groove, and an unnecessary constituent material layer of the core layer. By performing a step of removing a portion by polishing to form a core layer, a step of forming an upper cladding layer so as to cover the core layer, and a step of forming a plurality of electrodes so as to sandwich the core layer, A core that shows the electro-optic effect of the optical waveguide with respect to the design value and a thickness variation during polishing of the core portion as the optical waveguide can be reduced, and an optical modulator that can be driven at high speed and low voltage with low loss is manufactured. it can There is an effect that.

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。   According to the invention according to claim 7, in the invention according to claim 6, the order of the step of forming the polishing stopper layer and the step of forming the core groove are switched, and on the wall surface of the core groove. By uniformly forming a polishing stopper layer, the thickness variation during etching is reduced when forming a core groove in which an organic material having an electro-optic effect is embedded, and the thickness variation is reduced when removing by polishing. As a result, it is possible to manufacture an optical modulator that can be driven at a high speed and a low voltage with less loss.

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。   The invention according to claim 8 provides a method for manufacturing an optical modulator with a small loss while ensuring a sufficient polishing rate by using silica and alumina as fine particles used as an abrasive during polishing. There is an effect that can be done.

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。   According to the invention of claim 9, an optical output unit for converting an electrical signal into an optical signal and outputting the optical signal, an optical transmission line for transmitting the optical signal, and the transmitted optical signal as electrical In an optical communication system comprising an optical input unit for converting into a signal, by using the optical modulator according to any one of claims 1 to 5 as an optical output unit, there is little optical loss and a low voltage An optical communication system that can be driven and has a large data transmission capacity can be provided.

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。   Exemplary embodiments of an optical modulator, a manufacturing method thereof, and an optical communication system according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited to the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.

[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。 [First embodiment]
First, an example of an organic waveguide type optical modulator using DAST as an electro-optic effect medium will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of an organic waveguide optical modulator according to a first embodiment of the present invention. Here, as an example of an interference type optical modulator, a Mach-Zehnder type is shown, and the optical waveguide as a passive portion is formed of a polymer, and DAST is applied to both branched optical waveguides as an active portion with a refractive index change by an external electric field. Selective placement.

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。   FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ in FIG. 1. As shown in FIG. 2, the organic waveguide type optical modulator includes a substrate 101, a lower cladding layer 102 formed on the substrate 101, a polishing stopper layer 103 formed on the lower cladding layer 102, and a polishing stopper. A core layer 106 (DAST11) made of DAST formed from the surface of the layer 103 to a predetermined depth of the lower cladding layer 102; an upper cladding layer 107 formed on the polishing stopper layer 103 and the core layer 106 (DAST11); And a signal electrode 108 (12) and a ground electrode 109 (13) formed on the polishing stopper layer 103.

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。   In this organic waveguide type optical modulator, the CW light from the semiconductor laser enters from the incident side optical waveguide 10 and is divided into two branch optical waveguides Y1 and Y2 by the Y branch YA. Then, when the light incident on the two branch optical waveguides Y1 and Y2 passes therethrough, the electro-optics selectively disposed in the branch optical waveguide by the high frequency modulation signal voltage applied to the signal electrode. A phase difference is caused by the organic crystal DAST11 which is an effect medium. The light that has undergone these phase changes is superimposed on the light propagating on the other side by the Y-branch YB on the exit side to form a composite wave, which causes an intensity change due to the phase change, It is converted into a corresponding optical signal.

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。   The bulk crystal of DAST takes a rhomboid plate-like crystal form that is large in the a and b axis directions and small in the c axis direction. In the case of a DAST thin film crystal, there are a and b axes in the film plane, and the c axis is a direction perpendicular to the film. DAST having such a geometric structure can easily form a and b axes in a plane parallel to the substrate. On the other hand, in order to use the largest electro-optic constant r11 of DAST, it is preferable that the light propagates in the b-axis, an electric field is applied in the a-axis direction, and the polarization plane of incident light is incident so as to be parallel to the a-axis. .

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。   For this reason, the optical waveguide on which DAST is arranged may be arranged in such a manner that the signal electrode 12 and the installation electrode 13 are sandwiched so that the electric fields formed by the signal electrode and the ground electrode are parallel to the substrate. preferable. As shown in FIG. 1, the signal electrode 12 is arranged at the center of the branched optical waveguide, and the ground electrode 13 is arranged outside the branched optical waveguide, so that a reverse electric field can be applied to each DAST, and push-pull operation is performed. Can cause a double phase change. For this reason, driving at a lower voltage is possible. Further, the signal electrode 12 is a traveling wave electrode provided with a 50Ω termination resistor 14 and has an electrode structure that can cope with high-speed light modulation.

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。   In the organic waveguide optical modulator according to the present embodiment configured as described above, the polishing stopper layer 103 having a low polishing rate is provided on the lower cladding layer 102 with respect to the core material to be removed by polishing. Therefore, the core showing the electro-optic effect of the optical waveguide with respect to the design value and the thickness variation during polishing of the core as the optical waveguide are effectively reduced, the optical loss is small, and the drive is fast and low voltage An organic waveguide type optical modulator capable of realizing the above has been realized.

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。   Next, a method for manufacturing the above-described organic waveguide type optical modulator will be described with reference to FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views taken along line A-A 'in FIG.

＜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。 <Formation of lower cladding layer and polishing stopper layer>
First, a substrate 101 that holds a waveguide is prepared. As the substrate 101, a substrate made of an inorganic material such as SiO 2 , Si, or GaAs, an organic material such as polyimide, or a hybrid material such as glass epoxy used for a printed board can be used. Then, on this substrate 101, an organic material such as polyimide resin, epoxy resin, acrylic ester resin, silicon resin, cyanurate resin is used, and the lower cladding layer 102 is spin-coated and baked as shown in FIG. 3-1. Form. Next, as shown in FIG. 3A, a polishing stopper layer 103 having a lower polishing rate than the core layer is formed on the lower cladding layer 102. As the polishing stopper layer 103, an inorganic film such as a silicon oxide film (SiO 2 ), a silicon nitride film (SiN), and a silicon oxynitride film (SiON) that can take a selection ratio of the polishing rate with respect to the organic film is effective.

＜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。 <Core groove formation>
Next, as shown in FIG. 3B, a pattern of the core groove 104 reaching the predetermined depth of the lower cladding layer 102 from the surface of the polishing stopper layer 103 is formed. As a patterning method, for example, semiconductor microfabrication by photolithography and etching can be used, whereby the core groove 104 can be formed in the polishing stopper layer 103 and the lower cladding layer 102.

＜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。 <DAST thin film formation>
Next, as shown in FIG. 3C, the DAST thin film 105, which is a medium having a higher refractive index than the lower cladding layer 102 and has an electrooptic effect, is embedded on the polishing stopper layer 103 so as to be embedded in the core groove 104. To form.

＜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。 <DAST thin film formation>
Next, the surface of the DAST thin film 105 is subjected to chemical mechanical polishing using a polishing liquid using silica or alumina as an abrasive, and the DAST thin film 105 which is a core material formed in a portion other than the core groove 104. As shown in FIG. 3-4, a core layer 106 (DAST11) made of DAST is formed. At this time, since the DAST thin film 105 and the lower clad layer 102 are made of the same organic material, there is no significant difference in the polishing rate, and it becomes difficult to detect the end point of polishing, resulting in variations in core depth due to variations in polishing.

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。   However, in the present embodiment, the polishing stopper layer 103 made of an inorganic film whose polishing rate is sufficiently slower than the DAST thin film 105 as the core material is formed on the lower cladding layer 102. As a result, since the polishing stopper layer 103 exists on the lower cladding layer 102 other than the core groove 104 at the polishing end point, the lower cladding layer 102 is prevented from being excessively polished. Variation in the depth of the core layer 106 (DAST11) is prevented, and the core layer 106 (DAST11) made of DAST having the core depth as designed can be formed.

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。   Here, as described above, the polishing stopper layer 103 is formed of a material whose polishing rate is lower than that of the core layer 106 (DAST11) made of DAST. The polishing rate is lower as compared with the polishing rate of the core material. ,preferable. Further, since the polishing stopper layer 103 is thin, it does not have to be removed. However, if necessary, a process for removing the polishing stopper layer 103 by selective etching such as wet etching or dry etching may be included.

＜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。 <Upper clad layer formation>
Next, as shown in FIG. 3-5, the upper clad layer 107 is formed on the polishing stopper layer 103 and the core layer 106 (DAST11) made of DAST.

＜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。 <Electrode formation>
Then, a groove pattern reaching the polishing stopper layer 103 from the surface of the upper clad layer 107 is formed, and an electrode material is embedded in the groove by a plating method or the like. As shown in FIG. 3-6, the signal electrode 108 (12) Then, the ground electrode 109 (13) is formed.

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。 In the above, when DAST is used as a medium having an electro-optic effect, the absorption coefficient in the wavelength range of 750 nm to 1600 nm is about 0.5 cm −1 , and only the portion necessary for refractive index change is formed by DAST. It is preferable to form an optical modulator with an optical waveguide with less optical loss in the other portions. In that case, although not shown in particular, the core layer for an optical waveguide with less optical loss between the “core groove formation” step shown in FIG. 3-2 and the “DAST thin film formation” step shown in FIG. The process for forming the substrate may be performed.

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。 As this low-loss optical waveguide, an optical waveguide using a resin such as polyimide resin, epoxy resin, PMMA, acrylate resin, silicon resin, cyanurate resin, or an inorganic film such as SiO 2 , Si, SiN, Furthermore, an optical waveguide using a photonic crystal having a periodic fine structure may be used.

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。   In the method of manufacturing an organic waveguide type optical modulator according to the above-described embodiment, a lower clad layer made of an organic material is formed on a substrate that holds the waveguide, and removal by polishing is performed on the lower clad layer. A polishing stopper layer having a low polishing rate is provided for the core material to be performed, and a core groove for producing a core layer is patterned in the polishing stopper layer and the lower cladding layer, and the patterned core groove has an electro-optic effect. An organic material is formed, an unnecessary portion of the organic material having an electro-optic effect is removed by polishing, a core layer is formed, an upper clad layer made of the organic material is formed thereon, and further for voltage control from the outside The electrode is formed. In this way, the electro-optic effect of the optical waveguide with respect to the design value is achieved by performing a step of providing a polishing stop layer having a low polishing rate on the core material to be removed by polishing on the lower clad layer that forms the core groove. The thickness variation at the time of polishing the core portion as the core and the optical waveguide shown can be reduced, and an organic waveguide type optical modulator that can be driven at high speed and low voltage with low loss can be manufactured.

[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。 [Second Embodiment]
Next, as in the case of the first embodiment described above, it has a schematic configuration as shown in FIG. 1 and a cross-sectional configuration including a polishing stopper layer that also serves as an etching stopper layer as shown in FIG. An example of an organic waveguide type optical modulator will be described.

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。   FIG. 4 is a cross-sectional view of the organic waveguide type optical modulator according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, this organic waveguide type optical modulator includes a substrate 201, a lower cladding layer 202 formed with a groove on the substrate 201, and an etching stop layer formed on the lower cladding layer 202. A polishing stopper layer 204 also serving as an etching stopper, a core layer 208 made of DAST formed from the surface of the polishing stopper layer 204 also serving as an etching stopper layer to a predetermined depth of the lower cladding layer 202, and a polishing stopper layer 204 also serving as an etching stopper layer And an upper clad layer 209 formed on the core layer 208, and a signal electrode 210 and a ground electrode 211 formed on the upper clad layer 209.

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。   The organic waveguide type optical modulator according to the present embodiment configured as described above is provided with a polishing stopper layer that doubles as an etching stopper layer formed uniformly on the lower cladding layer and the core groove. Therefore, the thickness variation during etching and polishing of the core and the core as the optical waveguide, which shows the electro-optic effect of the optical waveguide with respect to the design value, is effectively reduced, and the optical loss is small, driving at low voltage at high speed An organic waveguide type optical modulator capable of realizing the above has been realized.

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。   Next, a method for manufacturing the above-described organic waveguide type optical modulator will be described with reference to FIGS.

＜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。 <Lower cladding layer, core groove formation for low optical loss optical waveguide>
First, a substrate 201 is prepared. As in the case of the first embodiment described above, the substrate 201 is an inorganic material such as SiO 2 , Si or GaAs, or an organic material such as polyimide, and a hybrid material such as glass epoxy used for a printed board. The substrate can be used. Then, on the substrate 201, an organic material such as a polyimide resin, an epoxy resin, an acrylate resin, a silicon resin, or a cyanurate resin is used to spin and bake the lower cladding layer 202 as shown in FIG. Form. Next, as shown in FIG. 5A, a pattern of the core groove 203 for a low optical loss optical waveguide reaching a predetermined depth from the surface of the lower cladding layer 202 is formed. As a patterning method, semiconductor fine processing by photolithography and etching can be used. In addition, since there is no polishing stop layer that is an inorganic film, a technique that can reduce the cost by molding an imprinting or stamper can be used.

＜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。 <Formation of polishing stop layer>
Next, a polishing stopper layer 204 that also serves as an etching stopper layer at the time of forming the electro-optic effect core groove is formed on the lower cladding layer 202 in which the core groove 203 for the low optical loss optical waveguide is formed as shown in FIG. Form uniformly. As a material of the polishing stopper layer 204 that also serves as the etching stopper layer, an inorganic film of SiO 2 , SiN, or SiON is effective. These inorganic films are not etched when the core made of an organic material is etched with oxygen gas when forming a core groove for an electro-optic effect, and the organic material is used when polishing using silica or alumina as an abrasive. Therefore, it functions effectively as an etching stop layer and a polishing stop layer.

＜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。 <Formation of core layer for low optical loss optical waveguide>
Next, a core material having a higher refractive index than that of the lower cladding layer 202 is embedded in the core groove 203 in which the polishing stopper layer 204 also serving as an etching stopper layer is formed on the inner wall by spin coating or the like. Next, chemical mechanical polishing is performed using a polishing liquid having silica or alumina as an abrasive to remove the core material other than the core groove 203 for the low optical loss optical waveguide. As shown in FIG. An optical waveguide core layer 205 is formed. At this time, since the core material and the clad material are usually made of the same organic material with slightly different refractive indexes, there is no significant difference in the polishing rate, and it is difficult to detect the end point of polishing. Variation occurs.

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。   However, in the present embodiment, the polishing stopper layer 204 made of an inorganic film having a sufficiently low polishing rate relative to the core material is formed. As a result, since the polishing stopper layer 204 exists on the lower cladding layer 202 other than the core groove 203 at the polishing end point, the lower cladding layer 202 is prevented from being excessively polished, and low optical loss due to polishing is prevented. The occurrence of variations in the depth of the optical waveguide core layer 205 is prevented, and the core layer 205 for low optical loss optical waveguide having a core depth as designed can be formed.

＜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。 <DAST core groove formation>
Next, as shown in FIG. 5-4, a pattern of a DAST core groove 206 for embedding a medium exhibiting an electrooptic effect in the lower cladding layer 202 is formed. As described above, in the case of a material with little optical loss, it is preferable to make the entire optical waveguide portion of the optical modulator with an electro-optic effect medium, but in the case of a material such as DAST, only a specific region is produced. Is preferred. As a patterning method, semiconductor fine processing by photolithography and etching can be used. At this time, when etching the core material made of an organic material with oxygen gas or the like, the SiO 2 , SiN, or SiON inorganic film (the polishing stopper layer 204 also serving as an etching stopper layer) is not etched. Thus, the DAST core groove 206 having the same depth as the previously formed low optical loss optical waveguide core layer is formed.

＜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。 <DAST thin film formation>
Next, as shown in FIG. 5-5, the DAST thin film 207, which is a medium having a higher refractive index than the lower clad layer 202 and having an electro-optic effect, is polished into a polishing stopper layer 204 so as to fill the DAST core groove 206. Form on top.

＜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。 <DAST thin film formation>
Next, the surface of the DAST thin film 207 is subjected to chemical mechanical polishing using a slurry using silica or alumina as an abrasive, and the DAST thin film which is a core material formed in a portion other than the DAST core groove 206 207 is removed, and a core layer 208 made of DAST is formed as shown in FIGS. At this time, since the DAST thin film 207 and the lower cladding layer 202 are made of the same organic material, there is no significant difference in the polishing rate, and it becomes difficult to detect the end point of polishing, resulting in variations in core depth due to variations in polishing.

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。   However, in the present embodiment, the polishing stopper layer 204 that also serves as an etching stopper layer made of an inorganic film whose polishing rate is sufficiently slow relative to the core material is formed. Thereby, since there is a polishing stopper layer 204 that also serves as an etching stopper layer on the lower cladding layer 202 other than the core groove 203 at the polishing end point, the lower cladding layer 202 is prevented from being excessively polished, Generation of variation in depth due to polishing of the core layer 208 made of DAST is prevented, and the core layer 208 made of DAST having a core depth as designed can be formed.

＜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。 <Upper clad layer formation, electrode formation>
Next, as shown in FIG. 5-7, an upper clad layer 209 is formed by spin coating on the polishing stopper layer 204 which also serves as an etching stopper layer and on the core layer 208 made of DAST. Then, a groove pattern reaching the polishing stopper layer 204 which also serves as an etching stopper layer from the surface of the upper cladding layer 209 is formed, and an electrode material is embedded in the groove by a plating method or the like, and a signal as shown in FIG. Electrode 210 (12) and ground electrode 211 (13) are formed.

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。   In the method of manufacturing an organic waveguide type optical modulator according to the above-described embodiment, a lower cladding layer made of an organic material is formed on a substrate holding the waveguide, and a core groove is formed in the lower cladding layer. Later, a polishing stopper layer that also serves as an etching stopper layer is formed uniformly on the lower cladding layer. As a result, it is possible to reduce the thickness variation during the etching process when forming the core groove in which the organic material having the electro-optic effect in the post process is embedded, and to reduce the thickness variation when removing the core material by polishing. Therefore, it is possible to manufacture an organic waveguide type optical modulator with a smaller optical loss and capable of being driven at a high speed and a low voltage.

＜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。 <Example 1>
Next, the present invention will be described in detail based on specific embodiments. In Example 1, a case where an organic waveguide type optical modulator having the configuration shown in FIGS. 1 and 2 is manufactured will be described.

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。 A polyimide substrate was used as a substrate, and a fluorinated polyimide resin serving as a lower cladding layer of an optical waveguide was spin-coated on the substrate. Next, a SiO 2 film having a thickness of 0.2 μm was coated on the lower cladding layer as a polishing stopper layer (see FIG. 3A). Next, photolithography was performed using a Mach-Zehnder waveguide pattern mask, and the SiO 2 film was first etched by reactive ion etching (RIE) using fluorine gas to remove the resist. Then, using this SiO 2 film as a mask, the underlying fluorinated polyimide was etched to form a core groove pattern (see FIG. 3-2). The size of the core groove was 6 × 6 μm.

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。 Next, the core groove was embedded by spin coating a fluorinated polyimide resin having a higher refractive index. At this time, fluorinated polyimide is formed in addition to the core groove. Therefore, using Super RN-H (trade name, manufactured by Rodale) as a polishing pad, polishing is performed using an abrasive containing 0.3 μm silica particles in an aqueous solvent as a polishing liquid, The optical waveguide core was formed by removing the refractive index fluorinated polyimide (not shown). At this time, the polishing rate ratio between the fluorinated polyimide as the core material and the SiO 2 film as the polishing stopper layer was 12: 1.

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）。   Next, secondary polishing is performed using only pure water without using a polishing liquid, and using Supreme RN-H (trade name, manufactured by Rodel) as a polishing pad, and a brush scrub is performed without leaving the surface dry. And the polished surface was cleaned. Furthermore, by using lithography and etching, fluorinated polyimide is removed to form equal-length core grooves in order to form DAST, which is a medium showing the electro-optic effect, only in selected portions of the Mach-Zehnder type branched optical waveguide. (See FIG. 3-2).

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。   Next, DAST crystal was grown in this core groove by a slow cooling method using methanol as a solvent (see FIG. 3-3). As for the crystal orientation, the DAST single crystal is formed by burying the core groove so that the waveguide direction is the b-axis, the a-axis is in a plane parallel to the substrate, and the c-axis is perpendicular to the substrate. Been formed. At this time, crystal grown DAST exists in addition to the core groove. Therefore, as in the previous case, unnecessary portions of DAST were removed by polishing.

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）。 Unnecessary portions of DAST are removed by using a foamed urethane pad, Supreme RN-H (trade name, manufactured by Rodale), cyclohexane (manufactured by Kanto Chemical Co.) as a solvent, silica having an average particle diameter of 30 nm as an abrasive, and silicon dioxide. Polishing was performed using a polishing solution having a concentration of 5 wt% obtained by ultrasonically dispersing Nanotek ™ (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.). As a result, DAST other than the core groove was removed, and DAST was left only in the specific core groove (see FIG. 3-4).

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。   Here, since DAST loses the electro-optical effect when it absorbs moisture, it was polished with a polishing liquid using cyclohexane as a solvent. At this time, the polishing rate ratio between the core material and the polishing stopper layer was 20: 1. Next, with cyclohexane alone, the pad was subjected to secondary polishing using Supreme RN-H (Rodel), brush scrubbing was performed, and finally the polishing surface was cleaned. The length of DAST selectively arranged in the branch optical waveguide was 10 mm, and the core size was 6 × 6 μm. Thus, by providing a polishing stopper layer having a sufficiently low polishing rate for the core material, a DAST core having a depth as designed could be formed without polishing the lower cladding layer.

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。 The upper layer was formed by spin-coating the same fluorinated polyimide as the lower cladding layer to form an upper cladding layer having a thickness of 8 μm (see FIG. 3-5). In the above description, the SiO 2 film is used as the etching stop layer, but the SiN and SiON films also function as the etching stop layer.

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。 Next, photolithography and reactive ion etching using oxygen gas are performed on the fluorinated polyimide as the cladding layer on both sides of the two branched optical waveguides on which DAST is arranged, and the traveling waveform signal electrode and the ground Electrode grooves for forming electrodes were formed. At this time, the fluorinated polyimide is etched by oxygen gas. However, since the SiO 2 film formed as the previous polishing stopper layer is not etched, it also acts as an etching stopper layer when forming the electrode groove.

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。   Next, Au was embedded in this groove by a plating method, and a traveling waveform signal electrode and a part of the ground electrode having a thickness of 8 μm were formed. Further, a part of the signal electrode at the lead-out portion that intersects with the branched optical waveguide was formed, and a 50Ω termination resistor was attached to form a traveling wave electrode (see FIG. 3-6). Thus, a Mach-Zehnder type organic waveguide type optical modulator was manufactured. By manufacturing in this way, a sufficient electric field can be applied because the signal electrode and the ground electrode are arranged closer to the DAST exhibiting the electro-optic effect, and a reverse electric field can be applied to the DAST. Therefore, it is possible to cause a double phase change and to enable optical modulation at a lower voltage.

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。   When a modulation signal is input between the electrodes via the coaxial cable while the laser light having a wavelength of 1.3 μm is incident on the organic waveguide type optical modulator manufactured as described above, the modulation voltage is as low as 1.2V. The optical modulator can be driven with a driving voltage, and since a traveling wave type electrode is used, high-speed light intensity modulation of 40 GHz can be realized. In addition, since there is no variation in the depth of the optical waveguide core, an optical modulator with a small loss can be realized.

＜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。 <Example 2>
In Example 2, a case where an organic waveguide type optical modulator having the configuration shown in FIG. 6 is manufactured will be described. FIG. 6 is a cross-sectional view of the organic waveguide type optical modulator manufactured in this example. The organic waveguide type optical modulator shown in FIG. 6 includes a substrate 301, a lower cladding layer 302 formed with a groove on the substrate 301, and an etching stop layer 303 formed on the lower cladding layer 302. A lower cladding layer 304 formed on the etching stopper layer 303, a core layer 305 made of DAST formed in a groove reaching the etching stopper layer 303 from the surface of the lower cladding layer 304, and on the etching stopper layer 303 and the lower cladding An upper clad layer 306 formed on the layer 304, and a signal electrode 307 and a ground electrode 308 formed on the upper clad layer 306 are configured.

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。 In this organic waveguide type optical modulator, a fluorinated polyimide resin that serves as a lower cladding layer of an optical waveguide is formed in two portions, and a core groove is formed by etching in a cladding layer made of an organic material between the two. A feature is that an inorganic film of SiO 2 , SiN, or SiON is provided as an etching stop layer.

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。 Similarly to Example 1, a polyimide substrate was used as a substrate, and a fluorinated polyimide resin serving as a lower cladding layer of an optical waveguide was formed on the substrate by spin coating with a thickness of 10 μm. Next, a SiO 2 film was spin-coated with a thickness of 0.2 μm as an etching stop layer, and a fluorinated polyimide resin was spin-coated with a thickness of 6 μm as a clad layer thereon. Next, photolithography was performed using a Mach-Zehnder waveguide pattern mask, and the cladding layer was etched by reactive ion etching (RIE) using oxygen gas. Since the SiO 2 film was not etched by RIE using oxygen gas, the core groove thickness was 6 μm, which is the thickness of the clad layer formed a second time, and could be formed without variations in the etching depth.

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。   Further, in the same manner as in Example 1, a fluorinated polyimide resin having a higher refractive index was spin-coated, the core groove was embedded, and the high refractive index fluorinated polyimide other than the core groove was removed by polishing to form an optical waveguide core. . Further, a core groove for forming DAST, which is a medium having an electro-optic effect, was formed using lithography and etching, and DAST was crystal-grown by a slow cooling method using methanol as a solvent. As for the crystal orientation, the DAST single crystal is formed by burying the core groove so that the waveguide direction is the b-axis, the a-axis is in a plane parallel to the substrate, and the c-axis is perpendicular to the substrate. Been formed.

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。 Then, DAST other than the core groove was removed by polishing. The length of DAST selectively arranged in the branch optical waveguide was 10 mm, and the core size was 6 × 6 μm. By providing an etching stop layer having a sufficiently slow etching rate with respect to the cladding layer, an optical waveguide with little variation in depth due to etching when the core groove is formed can be formed. The upper layer was formed by spin-coating the same fluorinated polyimide as the lower cladding layer to form an upper cladding layer having a thickness of 2 μm. Although the SiO 2 film is used as the etching stop layer here, the SiN and SiON films also function as the etching stop layer.

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。   Next, an Au electrode was formed with a thickness of 10 μm by plating to form a signal electrode and a ground electrode. A 50Ω termination resistor was attached to the signal electrode to obtain a traveling wave type signal electrode. By placing a signal electrode in the center of the branch optical waveguide and a ground electrode outside the branch optical waveguide, a reverse electric field can be applied to each DAST, resulting in a double phase change by push-pull operation. Therefore, it is possible to drive at a lower voltage.

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。   When a modulation signal is input between the electrodes via the coaxial cable while the laser light having a wavelength of 1.3 μm is incident on the organic waveguide type optical modulator manufactured as described above, there is a variation in the depth of the optical waveguide core. Therefore, it was confirmed that a low-loss optical modulator could be realized.

＜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。 <Example 3>
In Example 3, a case where an organic waveguide type optical modulator having the configuration shown in FIGS. 1 and 4 is manufactured will be described.

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。   A Si substrate is used as the substrate, and a fluorinated polyimide resin that serves as a lower cladding layer of the optical waveguide is spin-coated on the substrate. Next, photolithography was performed using a Mach-Zehnder waveguide pattern mask, and a core groove pattern was formed by reactive ion etching (RIE) using oxygen (see FIG. 5A). The size of the core groove was set to width 6.2 × depth 6.1 μm in consideration of the film thickness so that the core size after forming the polishing stopper layer was width 6 × depth 6 μm.

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。   Next, on the lower clad layer in which the core groove is formed, a SiON film is uniformly formed to a thickness of 0.1 μm at a low temperature by using catalytic CVD (see FIG. 5-2). . Similarly to Example 1, a fluorinated polyimide resin having a higher refractive index was spin-coated thereon to fill the core groove, and the fluorinated polyimide other than the core groove was removed by polishing (see FIG. 5-3). As the polishing pad, Supreme RN-H (trade name, manufactured by Rodel) was used, and polishing was performed using a polishing liquid containing an abrasive containing 0.3 μm alumina particles in an aqueous solvent. At this time, the polishing rate ratio between the fluorinated polyimide as the core material and the SiON film as the polishing stopper layer was 15: 1. In the same manner as in Example 1, polishing with pure water alone and brush scrubbing were performed to clean the polished surface.

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。   Next, using lithography and etching, fluorinated polyimide is etched by RIE using oxygen gas in order to form DAST, which is a medium having an electro-optic effect, only in a selected portion of the Mach-Zehnder type branched optical waveguide. The core grooves of equal length were formed (see FIG. 5-4). At this time, since the polishing stopper layer made of SiON was not etched by RIE using oxygen gas, it also functioned as an etching stopper layer, and a core groove having the same depth as the high refractive index fluorinated polyimide core formed earlier could be formed. As a result, there is no step at the joint between the DAST core and the high refractive index fluorinated polyimide core, and light loss is reduced.

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。   Next, as in Example 1, DAST was crystal-grown by a slow cooling method using methanol as a solvent (see FIG. 5-5). As for the crystal orientation, the DAST single crystal is formed by burying the core groove so that the waveguide direction is the b-axis, the a-axis is in a plane parallel to the substrate, and the c-axis is perpendicular to the substrate. Been formed.

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）。 At this time, crystal grown DAST exists in addition to the core groove. Therefore, unnecessary portions of DAST were removed by polishing. Here, a urethane foam pad, Supreme RN-H (manufactured by Rodel), is used as the pad, and an alumina Al 2 O 3 Nanotek ™ (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) having an average particle size of 35 nm is used as the polishing liquid. 43 (manufactured by Sumitomo 3M) was ultrasonically dispersed in a concentration of 3 wt%, and DAST other than the core groove was removed, leaving DAST only in a specific core groove (FIGS. 5-6). reference).

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。   Here, since DAST loses the electro-optical effect when it absorbs moisture, it was polished with a polishing liquid using Fluorinert FC-43 as a solvent in the same manner as in Example 1. At this time, the polishing rate ratio between the core material and the polishing stopper layer was 25: 1. In the same manner as described above, polishing and brush scrubbing of only Fluorinert FC-43 as a solvent was performed to clean the polished surface. The length of DAST selectively arranged in the branch optical waveguide was 10 mm, and the core size was 6 × 6 μm. Thus, by providing a polishing stop layer having a sufficiently low polishing rate for the core material, a DAST core having a depth as designed can be formed, and also functions as an etching stop layer when forming a DAST core groove. Therefore, there is no step at the joint between the DAST core and the high refractive index fluorinated polyimide core, and light loss is reduced.

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。   Next, the upper layer was formed by spin-coating the same fluorinated polyimide as the lower clad layer to form an upper clad layer having a thickness of 2 μm. Although the SiON film is used as the etching stop layer here, the SiO 2 and SiN films are also effective as the etching stop layer.

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。   Next, an Au electrode was formed to a thickness of 8 μm by plating, and a signal electrode and a ground electrode were formed. A 50Ω termination resistor was attached to the signal electrode to obtain a traveling wave type signal electrode (see FIG. 5-7). By placing a signal electrode in the center of the branch optical waveguide and a ground electrode outside the branch optical waveguide, a reverse electric field can be applied to each DAST, resulting in a double phase change by push-pull operation. Therefore, it is possible to drive at a lower voltage.

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。   When a modulation signal is input between electrodes via a coaxial cable while a laser beam having a wavelength of 1.3 μm is incident on the organic waveguide type optical modulator manufactured as described above, the modulation voltage is as low as 1.5 V. The optical modulator can be driven with the driving voltage, and the traveling wave electrode is used, so that high-speed light intensity modulation of 40 GHz can be realized. In addition, since the polishing stop layer is provided, there is no variation in the depth of the optical waveguide core, and there is no step in the DAST core portion and the high refractive index fluorinated polyimide joint portion by serving as an etching stop layer. An optical modulator with low loss was realized.

＜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。 <Example 4>
In Example 4, an optical communication system using the organic waveguide type optical modulator according to the present invention will be described. FIG. 7 shows a configuration example of an optical communication system using the organic waveguide type optical modulator according to the present invention. The optical communication system shown in FIG. 7 realizes optical interconnection between a plurality of ICs on boards 402 and 602 made of glass epoxy. The optical interconnection is used for a high-speed signal line, and a low-speed signal line is not shown, but an electric wiring is used as usual.

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。   In this optical communication system, an optical output unit 401 for converting an electrical signal from the IC 403 into an optical signal and outputting the optical signal, an optical transmission path 501 for transmitting the optical signal, and the transmitted optical signal as an electrical signal. It comprises an optical input unit 601 for conversion. Here, the light output unit 401 includes a light source 404 formed of a semiconductor laser, an optical waveguide 406 that guides CW light from the light source 404 to the organic waveguide type optical modulator 405, and an electric circuit that serially processes an electric signal from the IC 403 and an organic circuit. The electric signal processing unit 407 includes a driver for driving the waveguide type optical modulator 405, and the organic waveguide type optical modulator 405 converts an electric signal from the electric signal processing unit 407 into an optical signal.

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。   Here, the organic waveguide type optical modulator 405 used was the same organic waveguide type optical modulator as that shown in the third embodiment. On the other hand, the optical input unit 601 receives the signal received by the light receiving element 603 for receiving the transmitted signal and the amplifier and the light receiving element 603 for amplifying the signal from the light receiving element 603 as necessary. The electric signal processing unit 604 is formed of an electric circuit for converting the bit into a bit and the electric wiring 605 for transmitting an electric signal therebetween. A single mode optical fiber was used as the optical transmission line. Here, a single-mode quartz optical fiber is used as the optical transmission line, but depending on the application, such as a short-distance transmission at a relatively low speed, a multi-mode optical fiber or POF, or in-board optical communication The optical waveguide made of quartz or resin can be used as appropriate.

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。   In this embodiment, the optical output unit 401 and the optical input unit 601 are provided on each of the boards 402 and 602 to enable bidirectional optical transmission. However, the present invention is not limited to this. It is not limited to such a configuration. An optical communication system that has at least an optical output unit 401 using an organic waveguide type optical modulator and has only a pair of optical output units 401 and an optical input unit 601 and performs transmission in one direction only may be used. Also, in this example, an optical communication system between different boards is shown, but an IC may be in the same board. Here, only one organic waveguide type optical modulator is formed. However, a plurality of the optical waveguide type optical modulators may be arrayed as necessary to enable wider-band communication.

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。   In this example, 4-dimethylamino-N-methyl-4-stilbazolium tosylate (DAST), which has a very large electro-optic constant, a low dielectric constant, and is an organic crystal, is used. Used as an electro-optic effect medium, high-speed, low-voltage drive is possible, high reliability, and by providing a polishing stop layer, the core depth is uniform and loss-free organic waveguide optical modulation This is used as an organic waveguide type optical modulator of the light output unit 401. As a result, an optical communication system capable of high-speed and low-voltage driving and having a large data transmission capacity can be provided.

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。   As described above, the optical modulator according to the present invention has a small optical loss and is useful in applications that require high-speed driving and low-voltage driving.

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。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the organic waveguide type optical modulator concerning Embodiment 1 of this invention. 図１中の線分Ａ−Ａ‘における断面図である。It is sectional drawing in line segment A-A 'in FIG. 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。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the organic waveguide type optical modulator concerning Embodiment 1 of this invention. 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。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the organic waveguide type optical modulator concerning Embodiment 1 of this invention. 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。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the organic waveguide type optical modulator concerning Embodiment 1 of this invention. 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。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the organic waveguide type optical modulator concerning Embodiment 1 of this invention. 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。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the organic waveguide type optical modulator concerning Embodiment 1 of this invention. 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。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the organic waveguide type optical modulator concerning Embodiment 1 of this invention. 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。It is sectional drawing which shows schematic structure of the organic waveguide type optical modulator concerning Embodiment 2 of this invention. 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。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the organic waveguide type optical modulator concerning Embodiment 2 of this invention. 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。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the organic waveguide type optical modulator concerning Embodiment 2 of this invention. 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。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the organic waveguide type optical modulator concerning Embodiment 2 of this invention. 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。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the organic waveguide type optical modulator concerning Embodiment 2 of this invention. 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。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the organic waveguide type optical modulator concerning Embodiment 2 of this invention. 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。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the organic waveguide type optical modulator concerning Embodiment 2 of this invention. 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。It is sectional drawing explaining the manufacturing method of the organic waveguide type optical modulator concerning Embodiment 2 of this invention. 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。It is sectional drawing which shows schematic structure of the organic waveguide type optical modulator concerning Example 2 of this invention. 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。It is a schematic block diagram which shows the example of 1 structure of the optical communication system using the organic waveguide type optical modulator concerning this invention. 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。It is the figure which showed the structural formula of 4-dimethylamino-N-methyl-4-stilbazolium tosylate (DAST).

符号の説明Explanation of symbols

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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical waveguide 12 Signal electrode 13 Ground electrode 14 Termination resistor 101 Substrate 102 Lower clad layer 103 Polishing stop layer 104 Core groove 105 Thin film 106 Core layer 107 Upper clad layer 108 Signal electrode 109 Ground electrode

Claims (9)

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。 A core layer made of an organic material and having an organic material having an electro-optic effect that changes the phase of light by changing the refractive index by an externally controlled electric field, and propagating light; and An upper cladding layer and a lower cladding layer made of an organic material sandwiching the layer surface from above and below, an optical waveguide that propagates light, and
A plurality of electrodes for changing the phase of light propagating through the waveguide;
An interference-type optical modulator that interferes with light propagating on a plurality of optical waveguides,
The optical waveguide is
A substrate,
The lower cladding layer formed on the substrate;
A polishing stopper layer formed on the lower cladding layer and having a low polishing rate with respect to the constituent material of the core layer;
A core layer made of an organic material having the electro-optic effect formed from the surface of the polishing stopper layer to a predetermined depth of the lower cladding layer;
The upper cladding layer formed on the polishing stopper layer and the core layer;
An optical modulator comprising: the optical modulator. 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。   2. The optical modulator according to claim 1, wherein the polishing stopper layer is formed on the lower cladding layer and a wall surface of a core groove in which the core layer is formed, and also serves as an etching stopper layer. 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。   The optical modulator according to claim 1, wherein the organic material having an electro-optic effect is 4-dimethylamino-N-methyl-4-stilbazolium tosylate (DAST). 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。   3. The light modulation according to claim 1, wherein the polishing stopper layer serving also as the polishing stopper layer or the etching stopper layer is formed of any one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film. vessel. 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。 A core layer made of an organic material and having an organic material having an electro-optic effect that changes the phase of light by changing the refractive index by an externally controlled electric field, and propagating light; and An upper cladding layer and a lower cladding layer made of an organic material sandwiching the layer surface from above and below, an optical waveguide that propagates light, and
A plurality of electrodes for changing the phase of light propagating through the waveguide;
An interference-type optical modulator that interferes with light propagating on a plurality of optical waveguides,
The optical waveguide is
A substrate,
A lower clad layer formed with a groove on the substrate;
An etch stop layer formed on the lower cladding layer;
A core layer formed on the etch stop layer;
An upper cladding layer formed on the etch stop layer and the core layer;
An optical modulator comprising: the optical modulator. 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。 A core layer made of an organic material and having an organic material having an electro-optic effect that changes the phase of light by changing the refractive index by an externally controlled electric field, and propagating light; and An upper waveguide layer and a lower cladding layer made of an organic material sandwiching the layer surface from above and below, an optical waveguide for propagating light,
A plurality of electrodes for changing the phase of light propagating through the waveguide;
A method of manufacturing an interferometric optical modulator that interferes with light propagating on a plurality of optical waveguides,
Forming a lower clad layer made of the organic material on a substrate;
Forming a polishing stopper layer having a low polishing rate with respect to the constituent material of the core layer on the lower cladding layer;
Forming a core groove for producing a core layer in the lower cladding layer;
Forming a constituent material layer of the core layer so as to cover the core groove;
Removing unnecessary portions of the constituent material layer of the core layer by polishing to form the core layer;
Forming the upper cladding layer to cover the core layer;
Forming the plurality of electrodes so as to sandwich the core layer; and
The manufacturing method of the optical modulator characterized by including. 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。   The step of forming a polishing stopper layer and the step of forming the core groove are performed in a reversed order to uniformly form the polishing stopper layer on the wall surface of the core groove. A method for manufacturing the optical modulator according to claim 6. 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。   7. The method of manufacturing an optical modulator according to claim 6, wherein when unnecessary portions of the constituent material layer of the core layer are removed by polishing, fine particles of silica and alumina are used as an abrasive. 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。 An optical output unit for converting an electrical signal into an optical signal and outputting the optical signal; an optical transmission path for transmitting the optical signal; and an optical input unit for converting the transmitted optical signal into an electrical signal; In the optical communication system provided,
The said optical output part is provided with the optical modulator in any one of Claims 1-5, The optical communication system characterized by the above-mentioned.
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