JP2009058906A - Waveguide device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、導波路デバイスに関するものである。 The present invention relates to a waveguide device.
情報化社会の進展は著しく、特に最近では動画をはじめとする大容量の情報が企業間だけでなく個人の間でも頻繁にやり取りされるようになり、更なる大容量の高速通信手段が求められている。そのため、大容量高速情報通信が可能な光通信の重要性はますます高まっている。 The progress of the information society is remarkable, especially recently, large volumes of information such as videos are frequently exchanged not only between companies but also between individuals, and there is a need for higher-capacity high-speed communication means. ing. Therefore, the importance of optical communication capable of high-capacity high-speed information communication is increasing.
光通信技術の分野では、電気信号で光信号を制御する技術が重要であり、信号の制御には電場によって屈折率が変化する「電気光学効果(ＥＯ効果)」を有する電気光学材料が利用されている。近年、マイクロ波・ミリ波領域と光波領域との速度不整合がなく、応答速度を大幅に改善できる可能性がある材料として、有機電気光学材料をホストとなる高分子に分散・結合させた高分子電気光学材料への注目が高まっている。高分子電気光学材料は電気光学特性が広い波長域にわたって高く、光学損傷に対しても強いため、高性能な光デバイス材料として期待されている。さらに、高分子電気光学材料は、スピンコート法などの手法により容易に薄膜形成が可能であり、サイズの制限も受けない。また、微細加工、成型加工等の加工性にも優れることから、極めて安価に素子化ができるという大きな利点を有している。 In the field of optical communication technology, technology for controlling an optical signal with an electrical signal is important, and an electro-optic material having an “electro-optic effect (EO effect)” in which a refractive index changes depending on an electric field is used for signal control. ing. In recent years, organic electro-optic materials have been dispersed and bonded to a host polymer as a material that has no speed mismatch between the microwave / millimeter wave region and the light wave region, and that can significantly improve response speed. There is a growing interest in molecular electro-optic materials. The polymer electro-optic material is expected as a high-performance optical device material because it has high electro-optic characteristics over a wide wavelength range and is resistant to optical damage. Furthermore, the polymer electro-optic material can be easily formed into a thin film by a technique such as spin coating, and is not limited in size. Moreover, since it is excellent also in workability, such as a microfabrication and a shaping | molding process, it has the big advantage that an element can be made very cheaply.
一方、高分子電気光学材料はその電気光学特性を発現させるために、高温に加熱して電場を印加し、分子の配向を揃える必要がある（ポーリング）。ポーリングの手段には、コロナポーリングと電極ポーリングの二種類が挙げられる。コロナポーリングの具体例としては、特許文献１が挙げられ、電極ポーリングの具体例としては、非特許文献１、２、及び特許文献２の例を挙げられる。
ところで、上述のポーリング手段には、それぞれ課題が残されている。コロナポーリングでは、デバイスの広い範囲で高分子電気光学材料の配向を揃えることできるが、デバイスに印加される電場は不均一となってしまうため、配向度合の均一性を確保することは難しい。分子の配向度合がデバイス面内で均一でないと、デバイス特性の低下を招いてしまうことがある。例えば、多モード干渉型デバイスでは、配向度合のばらつきにより屈折率のばらつきがデバイスを伝搬する光の干渉パターンを崩す要因となり、光学特性を大幅に低下させてしまうことがある。 By the way, the above-described polling means still have problems. Corona poling can align the orientation of the polymer electro-optic material in a wide range of the device, but the electric field applied to the device becomes non-uniform, so it is difficult to ensure the uniformity of the orientation degree. If the degree of molecular orientation is not uniform in the device plane, device characteristics may be deteriorated. For example, in a multimode interference type device, variations in the refractive index due to variations in the degree of orientation may cause the interference pattern of light propagating through the device to break down, and optical characteristics may be significantly degraded.
一方、電極ポーリングは電極を配した部分しか配向を揃えることができないものの、デバイスに印加される電場は均一にすることが可能であり、配向度合を均一にすることができる。しかし、上記非特許文献１、２のように、無機材料電極をウェハーなどの広い面積に渡って配して電極ポーリングを行うと、デバイスの表面に荒れが生じ、生じた表面の凹凸が時にはデバイスの光学特性を低下させる原因となることがあった。これは、加熱によってデバイスからアウトガスが発生するためである。すなわち、広い面積に渡って気体透過性の低い無機材料電極を配してしまうと、発生したアウトガスが上部クラッド膜と電極の間に閉じ込められ、デバイス表面に荒れが生じ、光学特性を悪化させる一因となる。 On the other hand, although the electrode poling can align the orientation only at the portion where the electrode is arranged, the electric field applied to the device can be made uniform, and the degree of orientation can be made uniform. However, as described in Non-Patent Documents 1 and 2, when electrode poling is performed by arranging inorganic material electrodes over a wide area such as a wafer, the surface of the device is roughened, and the resulting surface irregularities are sometimes In some cases, the optical characteristics of the film may be deteriorated. This is because outgassing is generated from the device by heating. That is, if an inorganic material electrode with low gas permeability is arranged over a wide area, the generated outgas is trapped between the upper clad film and the electrode, and the surface of the device is roughened, which deteriorates the optical characteristics. It becomes a cause.
このような表面荒れを回避する手段として、特許文献２では電極表面に予めクラックを入れておくことにより、発生したアウトガスを逃がす手法が報告されている。しかし、該手法ではクラックを入れた部分にポーリング処理を施すことはできないため、広範囲にわたる均質なポーリング処理と表面の平滑化を両立することが困難であることが現状である。 As a means for avoiding such surface roughness, Patent Document 2 reports a technique of releasing generated outgas by previously cracking the electrode surface. However, since this method cannot perform the polling process on the cracked portion, it is difficult to achieve both a uniform polling process over a wide range and surface smoothing.
そこで、本発明の課題は、広範囲にわたる均質なポーリング処理とデバイス表面の平滑化の両立が図られた導波路デバイスの製造方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a waveguide device that achieves both uniform poling over a wide range and smoothing of the device surface.
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
請求項１に係る発明は、
基板上に、第１電極を形成する工程と、
前記第１電極上に、第１クラッド層を形成する工程と、
前記第１クラッド層上に、有機電気光学材料を含む導波路を形成する工程と、
前記導波路上に、第２クラッド層を形成する工程と、
前記第２クラッド層上の少なくとも一部に第２電極を形成する工程と、
前記有機導電層を、前記第２電極上と共に前記第２電極の形成領域以外の前記第２クラッド層上の少なくとも一部に形成する工程と、
前記第１電極と前記有機導電層との間に電場を印加し、当該電場印加領域における前記導波路に含まれる前記有機非線型光学材料の配向を揃える工程と、
前記有機導電層を除去する工程と、
を有することを特徴とする導波路デバイスの製造方法である。
The above problem is solved by the following means. That is,
The invention according to claim 1
Forming a first electrode on the substrate;
Forming a first cladding layer on the first electrode;
Forming a waveguide containing an organic electro-optic material on the first cladding layer;
Forming a second cladding layer on the waveguide;
Forming a second electrode on at least a portion of the second cladding layer;
Forming the organic conductive layer on at least a part of the second clad layer other than the formation region of the second electrode together with the second electrode;
Applying an electric field between the first electrode and the organic conductive layer and aligning the orientation of the organic nonlinear optical material included in the waveguide in the electric field application region;
Removing the organic conductive layer;
It is a manufacturing method of the waveguide device characterized by having.
請求項２に係る発明は、
基板上に、第１電極を形成する工程と、
前記第１電極上に、第１クラッド層を形成する工程と、
前記第１クラッド層上に、有機電気光学材料を含む導波路を形成する工程と、
前記導波路上に、第２クラッド層を形成する工程と、
前記有機導電層を、前記第２クラッド層上における第２電極形成領域と共に前記第２電極の形成領域以外の領域の少なくとも一部に形成する工程と、
前記第１電極と前記有機導電層との間に電場を印加し、当該電場印加領域における前記導波路に含まれる前記有機非線型光学材料の配向を揃える工程と、
前記有機導電層を除去する工程と、
前記第２クラッド層上の少なくとも一部に第２電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする導波路デバイスの製造方法である。
The invention according to claim 2
Forming a first electrode on the substrate;
Forming a first cladding layer on the first electrode;
Forming a waveguide containing an organic electro-optic material on the first cladding layer;
Forming a second cladding layer on the waveguide;
Forming the organic conductive layer in at least part of a region other than the second electrode formation region together with the second electrode formation region on the second cladding layer;
Applying an electric field between the first electrode and the organic conductive layer and aligning the orientation of the organic nonlinear optical material included in the waveguide in the electric field application region;
Removing the organic conductive layer;
Forming a second electrode on at least a portion of the second cladding layer;
It is a manufacturing method of the waveguide device characterized by having.
請求項３に記載の発明は、
前記有機導電層を、前記導波路における導波路として機能する領域全面上を覆うように形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の導波路デバイスの製造方法である。
The invention according to claim 3
3. The method of manufacturing a waveguide device according to claim 1, wherein the organic conductive layer is formed so as to cover an entire surface of a region functioning as a waveguide in the waveguide.
本発明によれば、広範囲にわたる均質なポーリング処理とデバイス表面の平滑化の両立が図られた導波路デバイスの製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the waveguide device in which coexistence of the uniform polling process over a wide range and smoothing of the device surface was achieved can be provided.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、実質的に同一の機能・作用を持つ部材には、全図面を通して同じ符合を付与し、重複する説明を省略する場合がある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol may be provided to the member which has substantially the same function and effect | action through all the drawings, and the overlapping description may be abbreviate | omitted.
図１は、実施形態に係る導波路デバイスを作製プロセスを説明する工程図を示す。
ここで、図１には、基板２０１上に、下部電極２０２、下部クラッド層２０３、導波路２０４、上部クラッド層２０５、及び上部電極２０６を形成して導波路デバイスを作製する工程を順次示している。
なお、以下に示す作製プロセスは一例であり、デバイスの構造や使用する材料などに合わせて変更しても構わない。
FIG. 1 is a process diagram illustrating a process for producing a waveguide device according to an embodiment.
Here, FIG. 1 sequentially shows the steps of forming a waveguide device by forming a lower electrode 202, a lower cladding layer 203, a waveguide 204, an upper cladding layer 205, and an upper electrode 206 on a substrate 201. Yes.
Note that the manufacturing process described below is an example, and the manufacturing process may be changed according to the structure of the device, the material to be used, or the like.
［基板］
まず、基板２０１を準備する。基板としては特に限定されないが、平坦性に優れたものが好ましい。例えば、金属基板、シリコン基板、透明基板等が挙げられ、導波路型光変調素子の形態によって適宜選択可能である。金属基板の好ましい例としては、金、銀、銅、アルミニウム、シリコン等の基板が挙げられ、透明基板の好ましい例としては、石英、ガラス、プラスチック等の基板が挙げられる。
[substrate]
First, the substrate 201 is prepared. Although it does not specifically limit as a board | substrate, The thing excellent in flatness is preferable. For example, a metal substrate, a silicon substrate, a transparent substrate, etc. are mentioned, and can be appropriately selected depending on the form of the waveguide type light modulation element. Preferred examples of the metal substrate include gold, silver, copper, aluminum, and silicon substrates, and preferred examples of the transparent substrate include quartz, glass, and plastic substrates.
［下部電極］
次に、図１（Ａ）に示すように、基板２０１上に下部電極２０２（電気配線）を形成する。下部電極２０２としては、例えば、金属蒸着層、透明電極層等が適用される。蒸着する金属の好ましい例としては、金、銀、銅、アルミニウム等が挙げられる。また、透明電極層の好ましい例としては、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、フッ素ドープスズ酸化物(ＦＴＯ)、アンチモンドープスズ酸化物等が挙げられる。
[Lower electrode]
Next, as illustrated in FIG. 1A, a lower electrode 202 (electric wiring) is formed over the substrate 201. As the lower electrode 202, for example, a metal vapor deposition layer, a transparent electrode layer, or the like is applied. Preferred examples of the metal to be deposited include gold, silver, copper, and aluminum. Moreover, as a preferable example of a transparent electrode layer, indium tin oxide (ITO), fluorine dope tin oxide (FTO), antimony dope tin oxide, etc. are mentioned.
［下部クラッド層］
次に、図１（Ｂ）に示すように、下部電極２０２上に下部クラッド層２０３を形成する。下部クラッド層２０３の材料としては、ポリイミド、フッ素化ポリイミドの他、光硬化性のアクリル樹脂やエポキシ樹脂が好ましい例として挙げられる。材料の塗布法としては周知の手法、例えばカーテンコーティング法、押し出しコーティング法、ロールコーティング法、スピンコーティング法、ディップコーティング法、バーコーティング法、スプレーコーティング法、スライドコーティング法、印刷コーティング法等を採用することができ、特にスピンコーティング法が簡便である。
[Lower cladding layer]
Next, as shown in FIG. 1B, a lower cladding layer 203 is formed on the lower electrode 202. As a material of the lower clad layer 203, in addition to polyimide and fluorinated polyimide, a photocurable acrylic resin and epoxy resin are preferable examples. As a material application method, a well-known method such as curtain coating method, extrusion coating method, roll coating method, spin coating method, dip coating method, bar coating method, spray coating method, slide coating method, print coating method, etc. is adopted. In particular, the spin coating method is simple.
［導波路］
次に、図１（Ｃ）に示すように、下部クラッド層２０３上に導波路層２０４Ａを形成する。導波路層２０４Ａの形成は、構成材料を有機溶剤に溶解、あるいは熱で溶融させた状態において下部クラッド層２０３上に塗布する。塗布法としては周知の手法、例えばカーテンコーティング法、押し出しコーティング法、ロールコーティング法、スピンコーティング法、ディップコーティング法、バーコーティング法、スプレーコーティング法、スライドコーティング法、印刷コーティング法等を採用することができ、特にスピンコーティング法が簡便である。
[Waveguide]
Next, as shown in FIG. 1C, a waveguide layer 204 </ b> A is formed on the lower cladding layer 203. The waveguide layer 204A is formed on the lower clad layer 203 in a state where the constituent material is dissolved in an organic solvent or melted by heat. As a coating method, a well-known method such as curtain coating method, extrusion coating method, roll coating method, spin coating method, dip coating method, bar coating method, spray coating method, slide coating method, print coating method, etc. may be adopted. In particular, the spin coating method is simple.
次に、図１（Ｄ）に示すように、導波路層２０４Ａを形成した後、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、フォトリソグラフィー、電子線リソグラフィー等の半導体プロセス技術を用いた公知の方法により導波路層２０４Ａをパターニングし、リッジ型の導波路２０４を形成する。また、導波路層２０４Ａの一部にＵＶ光、電子線等をパターニングして照射することにより、照射部分の屈折率を変化させてリッジ型の導波路２０４を形成してもよい。なお、本実施形態では、リッジ型の導波路２０４を形成した形態を示しているが、これに限られず、例えば、チャネル型の導波路、逆リッジ型の導波路、正逆リッジ型の導波路（厚み方向の双方に凸部を持つ導波路）であってもよい。 Next, as shown in FIG. 1D, after the waveguide layer 204A is formed, the waveguide is formed by a known method using a semiconductor process technique such as reactive ion etching (RIE), photolithography, or electron beam lithography. The layer 204A is patterned to form a ridge-type waveguide 204. Alternatively, the ridge-type waveguide 204 may be formed by changing the refractive index of the irradiated portion by patterning and irradiating a part of the waveguide layer 204A with UV light, an electron beam, or the like. In this embodiment, the ridge-type waveguide 204 is formed. However, the present invention is not limited to this. For example, a channel-type waveguide, a reverse ridge-type waveguide, and a forward / reverse ridge-type waveguide are shown. (A waveguide having convex portions on both sides in the thickness direction) may be used.
導波路２０４としては光波工学（コロナ社、１９８８年発行）、第１０７章、２０４頁に記載されている周知の導波路、例えば分岐導波路型、マッハツェンダー型、方向性結合器型、交差導波路型等が採用される。その一例として、多モード干渉型の導波路デバイスを挙げられる。言うまでもないことだが、該文献に記載されていない導波路であっても、本実施形態に適用される。 The waveguide 204 is a well-known waveguide described in light wave engineering (Corona, 1988), Chapter 107, page 204, for example, a branched waveguide type, a Mach-Zehnder type, a directional coupler type, a cross-conduction type. A waveguide type or the like is employed. One example is a multi-mode interference type waveguide device. Needless to say, even a waveguide not described in this document is applied to the present embodiment.
ここで、導波路２０４の構成材料としては、有機電気光学材料が用いられる。有機電気光学材料は、例えば高分子材料と混合した材料として用いる、又は高分子材料と化学反応により結合させた材料として用いる。これら構成材料は、下部クラッド層２０３よりも屈折率の高い材料を選ぶ必要がある。 Here, an organic electro-optic material is used as a constituent material of the waveguide 204. The organic electro-optic material is used, for example, as a material mixed with a polymer material or as a material bonded to the polymer material by a chemical reaction. As these constituent materials, it is necessary to select a material having a refractive index higher than that of the lower cladding layer 203.
有機電気光学材料としては、公知の材料が用いられるが、一次超分極率βが１０×１０−３０ｅｓｕ以上の値を有する低分子化合物であることが望ましい。中でも、電子供与性基と電子求引性基とをπ電子系で繋いだ化合物群は、高い一次超分極率を有しており、好適である。例えば、電子供与性基と電子求引性基を有するアゾ色素や、メロシアニン系の色素などが挙げられ、中でも好適な例としては、Ｄｉｓｐｅｒｓｅ Ｒｅｄ １（ＤＲ１）や、２−メチル−６−（４−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノベンジリデン）−４Ｈ−ピラン−４−イリデンプロパンジニトリル、４−｛［４−（ジメチルアミノ）フェニル］イミノ｝−２，５−シクロヘキサジエン−１−オンなどが挙げられる。 A known material is used as the organic electro-optic material, but it is desirable that the organic electro-optic material be a low molecular compound having a primary hyperpolarizability β of 10 × 10 −30 esu or more. Among them, a compound group in which an electron donating group and an electron withdrawing group are connected by a π electron system has a high first-order hyperpolarizability and is preferable. Examples thereof include azo dyes having an electron donating group and an electron withdrawing group, merocyanine dyes, and the like. Among them, Disperse Red 1 (DR1), 2-methyl-6- (4 -N, N-dimethylaminobenzylidene) -4H-pyran-4-ylidenepropanedinitrile, 4-{[4- (dimethylamino) phenyl] imino} -2,5-cyclohexadien-1-one, and the like. It is done.
高分子材料の具体例としては、例えば、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタラート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリウレタン、ポリアミドなどを挙げることができる。中でも、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホンは溶解性と耐溶剤性のバランスがよく、扱いやすいため好適である。 Specific examples of the polymer material include polyimide, polyetherimide, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylsulfone, polyurethane, and polyamide. Among these, polyimide, polyetherimide, polycarbonate, and polyethersulfone are preferable because they have a good balance between solubility and solvent resistance and are easy to handle.
［上部電極］
次に、図１（Ｆ）に示すように、上部クラッド層２０５上の全面、あるいは一部には、必要に応じて上部電極２０６（電気配線）を配する。上部電極を形成する材料は下部電極と同様、特に限定されない。例えば、金属であれば、金、銀、銅、アルミニウム等を用いることができる。上部電極はこれらの材料を蒸着した電極であることが好ましい。
[Upper electrode]
Next, as shown in FIG. 1F, an upper electrode 206 (electric wiring) is provided on the entire surface or a part of the upper cladding layer 205 as necessary. The material for forming the upper electrode is not particularly limited as is the case with the lower electrode. For example, if it is a metal, gold, silver, copper, aluminum, etc. can be used. The upper electrode is preferably an electrode on which these materials are deposited.
［有機導電層］
次に、図１（Ｇ）に示すように、上部電極２０６が設けられた上部クラッド層２０５上に有機導電層２０７を形成する。本実施形態では、有機導電層２０７は、上部電極２０６が設けられた上部クラッド層２０５上の全面（デバイス面全面）に形成している。
[Organic conductive layer]
Next, as shown in FIG. 1G, an organic conductive layer 207 is formed over the upper cladding layer 205 provided with the upper electrode 206. In this embodiment, the organic conductive layer 207 is formed on the entire surface (the entire device surface) on the upper cladding layer 205 provided with the upper electrode 206.
なお、本実施形態では、有機導電層２０７は、上部電極２０６が設けられた上部クラッド層２０５上の全面（デバイス面全面）に形成しているが、これに限られず、目的に応じて、上部電極２０６上と共に、当該上部電極２０６の形成領域以外の上部クラッド層２０５上の少なくとも一部に形成すればよい。特に、有機導電層２０７は、導波路２０４における導波路として機能する領域（例えば、リッジ型の導波路２０４の場合、凸状に突出した領域）を覆うように形成することがよい。さらに、有機導電性層２０７を同一ウエハー内のチップ間にまたがって形成することにより、同一ウエハー内の複数の素子に対して一括してポーリング処理が施され、デバイス歩留まりが向上する。 In this embodiment, the organic conductive layer 207 is formed on the entire surface of the upper clad layer 205 provided with the upper electrode 206 (the entire device surface). However, the present invention is not limited to this. Along with the electrode 206, it may be formed on at least a part of the upper cladding layer 205 other than the formation region of the upper electrode 206. In particular, the organic conductive layer 207 is preferably formed so as to cover a region functioning as a waveguide in the waveguide 204 (for example, a region protruding in a convex shape in the case of the ridge-type waveguide 204). Further, by forming the organic conductive layer 207 across the chips in the same wafer, a plurality of elements in the same wafer are collectively subjected to a polling process, thereby improving the device yield.
ここで、有機導電層２０７の構成材料としては、例えば、ポリアセチレン系樹脂、ポリアセン系樹脂、ポリ芳香族ビニレン系樹脂、ポリピロール系樹脂、ポリアニリン系樹脂、及びポリチオフェン系樹脂、並びにこれらの誘導体等が挙げられる。 Here, examples of the constituent material of the organic conductive layer 207 include a polyacetylene resin, a polyacene resin, a polyaromatic vinylene resin, a polypyrrole resin, a polyaniline resin, a polythiophene resin, and derivatives thereof. It is done.
有機導電層２０７の形成方法は、周知の塗布法が挙げられる。具体的には、例えば例えばカーテンコーティング法、押し出しコーティング法、ロールコーティング法、スピンコーティング法、ディップコーティング法、バーコーティング法、スプレーコーティング法、スライドコーティング法、印刷コーティング法等が挙げられる。特にスピンコーティング法が簡便であることがら望ましい。 As a method for forming the organic conductive layer 207, a known coating method can be given. Specific examples include a curtain coating method, an extrusion coating method, a roll coating method, a spin coating method, a dip coating method, a bar coating method, a spray coating method, a slide coating method, and a printing coating method. It is particularly desirable that the spin coating method be simple.
なお、有機導電層２０７を塗布形成するにあたり、予め上部クラッド層２０５の表面を処理しておくと、均質で薄膜の有機導電層２０７が得られることからよい。これにより、ポーリング処理のばらつきが低減される。この表面処理の手法としては、例えば、表面解析・改質の化学（日刊工業新聞社、２００３年発行）、第２部などに記載されている手法が採用される。 In addition, when the organic conductive layer 207 is applied and formed, if the surface of the upper clad layer 205 is treated in advance, a uniform and thin organic conductive layer 207 is obtained. Thereby, the dispersion | variation in a polling process is reduced. As the surface treatment method, for example, the method described in the chemistry of surface analysis / modification (Nikkan Kogyo Shimbun, published in 2003), Part 2 is employed.
次に、図１（Ｈ）に示すように、下部電極２０２と有機導電層２０７との間に電圧を印加する。これにより、当該間に電場が印加され、当該電場印加領域における導波路２０４に含まれる前記有機非線型光学材料の配向が揃う、所謂ポーリング処理（分極配向制御処理）を行う。具体的には、ポーリング処理は、導波路２０４に含まれる高分子電気光学材料を加熱して流動・軟化状態で、直流電場を印加して、電場を印加したまま材料を冷却・固化することにより実施される。 Next, as shown in FIG. 1H, a voltage is applied between the lower electrode 202 and the organic conductive layer 207. As a result, a so-called poling process (polarization orientation control process) is performed in which an electric field is applied in the meantime, and the orientation of the organic nonlinear optical material included in the waveguide 204 in the electric field application region is aligned. Specifically, the poling process is performed by heating the polymer electro-optic material included in the waveguide 204 in a fluidized / softened state, applying a DC electric field, and cooling / solidifying the material while the electric field is applied. To be implemented.
ここで、ポーリング処理としては、下部電極２０２と有機導電層２０７との間に電圧を印加するが、当該印加する電圧としては０．１ｋＶ以上２ｋＶ以下程度の範囲とすることがよい。電極の極性は正負どちらでもよい。 Here, as the polling process, a voltage is applied between the lower electrode 202 and the organic conductive layer 207, and the applied voltage is preferably in the range of about 0.1 kV to 2 kV. The polarity of the electrode may be positive or negative.
ポーリング処理の温度は、有機電気光学材料のガラス転移温度以上が好ましく、具体的には５０℃以上２００℃以下の範囲内に０．２時間以上１０時間以下程度保持することが望ましい。 The temperature of the poling treatment is preferably equal to or higher than the glass transition temperature of the organic electro-optical material. Specifically, it is desirable to maintain the temperature within the range of 50 ° C. or higher and 200 ° C. or lower for about 0.2 hours or more and 10 hours or less.
次に、図１（Ｉ）に示すように、有機導電層２０７を除去する。有機導電層２０７の除去には、例えば、ＲＩＥ（（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）加工が採用できる。このようにして、導波路デバイスが得られる。 Next, as shown in FIG. 1I, the organic conductive layer 207 is removed. For example, RIE (Reactive Ion Etching) processing can be employed to remove the organic conductive layer 207. In this way, a waveguide device is obtained.
作製された導波路デバイス１００は、ダイシングやへき開によりウエハーからチップを切出すことで、デバイスとして完成する。 The manufactured waveguide device 100 is completed as a device by cutting a chip from a wafer by dicing or cleaving.
ここで、本実施形態に係る導波路デバイスの型については、特に制限はなく、例えば図２（Ａ）乃至（Ｄ）に示す型のデバイスが挙げられる。図２（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれの導波路デバイスを真上から見た平面図であり、図１と同じ構成要素には同じ符合を付し、内部の導波路部分を視認できるように描いている。図２（Ａ）はマッハ−ツェンダ型の導波路デバイス、（Ｂ）はモード変換型の導波路デバイス、（Ｃ）は分岐スイッチ型の導波路デバイスであり、（Ｄ）は多モード干渉型の導波路デバイスである。 Here, there is no restriction | limiting in particular about the type | mold of the waveguide device which concerns on this embodiment, For example, the type | mold device shown to FIG. 2 (A) thru | or (D) is mentioned. FIGS. 2A to 2D are plan views of the respective waveguide devices as viewed from directly above. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals so that the internal waveguide portions can be visually recognized. It is drawn in. 2A is a Mach-Zehnder type waveguide device, FIG. 2B is a mode conversion type waveguide device, FIG. 2C is a branch switch type waveguide device, and FIG. 2D is a multimode interference type device. It is a waveguide device.
以上説明した実施形態に係る導波路デバイス１００では、上部クラッド層２０５上に有機導電層２０７を形成し、これをポーリング処理（分極配向制御処理）の一方の電極として利用する。この有機導電層２０７は、上部電極２０６の形成領域よりも広範囲（必要に応じてデバイス面全面）に配され、この有機導電層２０７を利用して電極ポーリング処理（分極配向制御処理）を行うと、高分子電気光学材料の配向度合が広範囲にわたり均質に制御される。これにより、デバイス面の広範囲でデバイス特性のばらつきが抑えられる。これに加え、有機導電層２０７がポーリング処理時の加熱によってデバイスから発生したアウトガスを透過することから、ポーリング処理時に発生するデバイス表面の荒れを抑え、デバイスの光学特性が低下も抑制される。したがって、広範囲にわたる均質なポーリング処理とデバイス表面の平滑化の両立が図られる。また、デバイスの歩留まりが向上し、不良品の発生によるコストの増加が抑えられる。 In the waveguide device 100 according to the embodiment described above, the organic conductive layer 207 is formed on the upper clad layer 205, and this is used as one electrode of the poling process (polarization orientation control process). The organic conductive layer 207 is arranged over a wider area (if necessary, the entire device surface) than the formation region of the upper electrode 206, and when this organic conductive layer 207 is used, an electrode poling process (polarization orientation control process) is performed. The degree of orientation of the polymer electro-optic material is uniformly controlled over a wide range. This suppresses variations in device characteristics over a wide range of device surfaces. In addition, since the organic conductive layer 207 transmits outgas generated from the device by heating during the poling process, the surface roughness of the device that occurs during the poling process is suppressed, and the optical characteristics of the device are also prevented from deteriorating. Therefore, it is possible to achieve both uniform polling over a wide range and smoothing of the device surface. In addition, the device yield is improved, and an increase in cost due to the occurrence of defective products can be suppressed.
ここで、本実施形態では、有機導電層２０７が形成された上部クラッド層２０５の表面は、平滑化が実現されるが、具体的には、例えば、表面粗さＲａが０．０１３μｍ以下レベルにまで実現される。また、本実施形態では、有機導電層２０７を利用してポーリング処理を施していることから、有機導電層２０７が形成された領域で導波路２０４における有機非線型光学材料の配向が揃えられる、つまり上部電極２０６形成領域以外でも導波路２０４における有機非線型光学材料の配向が揃えられることとなる。これにより、例えば、モード変換型の導波路デバイス（多モード干渉型の導波路デバイス）において、複数の上部電極間の導波路２０４における有機非線型光学材料の配向が揃えることができ、当該配向度合のばらつきにより屈折率のばらつきがデバイスを伝搬する光の干渉パターンが崩されることが抑制され、結果、光学特性の低下が抑制される。 Here, in the present embodiment, the surface of the upper cladding layer 205 on which the organic conductive layer 207 is formed is smoothed. Specifically, for example, the surface roughness Ra is at a level of 0.013 μm or less. Is realized. Further, in this embodiment, since the polling process is performed using the organic conductive layer 207, the orientation of the organic nonlinear optical material in the waveguide 204 is aligned in the region where the organic conductive layer 207 is formed. The orientation of the organic nonlinear optical material in the waveguide 204 is aligned even outside the region where the upper electrode 206 is formed. Thereby, for example, in the mode conversion type waveguide device (multimode interference type waveguide device), the alignment of the organic nonlinear optical material in the waveguide 204 between the plurality of upper electrodes can be aligned, and the degree of the alignment can be adjusted. The variation in refractive index prevents the interference pattern of light propagating through the device from being disrupted due to the variation in refractive index, and as a result, the deterioration of the optical characteristics is suppressed.
なお、本実施形態では、有機導電層２０７は、上部電極２０６形成後に形成してポーリング処理を施す形態を説明したが、これに限られず、上部電極２０６形成前に、上部クラッド層２０５上に形成してポーリング処理を施した後、上部電極２０６を形成する形態であってもよい。この形態の場合、有機導電層２０７は、上部クラッド層２０５上における上部電極２０６形成領域と共に上部電極２０６の形成領域以外の領域の少なくとも一部に形成する。 In this embodiment, the organic conductive layer 207 is formed after the upper electrode 206 is formed and subjected to the poling process. However, the present invention is not limited to this, and the organic conductive layer 207 is formed on the upper clad layer 205 before the upper electrode 206 is formed. The upper electrode 206 may be formed after the poling process. In the case of this form, the organic conductive layer 207 is formed in at least a part of the region other than the formation region of the upper electrode 206 together with the formation region of the upper electrode 206 on the upper cladding layer 205.
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited to a following example.
［実施例１］
有機電気光学材料（非線形光学材料）の溶液として、シクロヘキサノン、ポリスルホン、及び［３−シアノ−２−ジシアノメチリデン−４−｛ｔｒａｎｓ，ｔｒａｎｓ−［３−（２−（４−Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノフェニル）ビニル）シクロヘク−２−エチリデン］−１−プロペニル｝−５−メチル−５−（４−シクロヘキシルフェニル）−２，５−ジヒドロフランを、前記すべての材料の総質量を１００質量部としてそれぞれ、８５質量部、１３質量部、及び６質量部からなる溶液（以下、ＰＳ溶液）を調製した。
[Example 1]
As a solution of an organic electrooptic material (nonlinear optical material), cyclohexanone, polysulfone, and [3-cyano-2-dicyanomethylidene-4- {trans, trans- [3- (2- (4-N, N-diethylamino) Phenyl) vinyl) cyclohex-2-ethylidene] -1-propenyl} -5-methyl-5- (4-cyclohexylphenyl) -2,5-dihydrofuran, with the total mass of all the materials as 100 parts by mass , 85 parts by mass, 13 parts by mass, and 6 parts by mass (hereinafter referred to as PS solution).
ここで、ＰＳ溶液を石英基板上に塗布し、１２０℃で加熱したサンプルを作製し、屈折率をプリズムカップリング法により測定したところ、屈折率は１．６４であった。 Here, a PS solution was applied on a quartz substrate, a sample heated at 120 ° C. was prepared, and the refractive index was measured by a prism coupling method. The refractive index was 1.64.
次に、下部電極として金をスパッタしたシリコン基板上に、下部クラッド層として屈折率１．５４のアクリル系紫外線硬化樹脂を塗布し、紫外線を照射して膜厚３．５μｍの樹脂硬化膜を得た。 Next, an acrylic ultraviolet curable resin having a refractive index of 1.54 is applied as a lower clad layer on a silicon substrate on which gold is sputtered as a lower electrode, and an ultraviolet ray is irradiated to obtain a cured resin film having a thickness of 3.5 μm. It was.
次に、下部クラッド層上に前記ＰＳ溶液を塗布した後、加熱・硬化させて、膜厚３．３で屈折率１．６４の導波路層を形成した。そして、導波路層に対し、フォトリソグラフィに続くエッチングを施し、マッハ−ツェンダ型の導波路（リッジ型）をパターニングした。導波路の膜厚は３．３μｍであり、リッジ高さは０．７μｍ、リッジ幅は５μｍであった。 Next, after applying the PS solution on the lower clad layer, it was heated and cured to form a waveguide layer having a film thickness of 3.3 and a refractive index of 1.64. Then, the waveguide layer was etched following photolithography to pattern a Mach-Zehnder type waveguide (ridge type). The film thickness of the waveguide was 3.3 μm, the ridge height was 0.7 μm, and the ridge width was 5 μm.
次に、導波路上に、下部クラッド層と同様にして紫外線硬化樹脂（屈折率１．５４）を塗布し、膜厚３．５μｍ厚の上部クラッド層を作製した。 Next, an ultraviolet curable resin (refractive index of 1.54) was applied on the waveguide in the same manner as the lower clad layer to produce an upper clad layer having a thickness of 3.5 μm.
次に、上部クラッド層上に、上部電極をフォトリソグラフィに続くリフトオフによってマッハ−ツェンダ型の導波路の２つアームと重なるようにそれぞれ形成した後、当該上部電極が形成された上部クラッド層上全面に、ＰＥＤＯＴ（ポリエチレン・ジオキシチオフェン）水溶液を塗布、１２０℃にて溶剤を除去して、厚み０．３μｍのＰＥＤＯＴからなる有機導電層を形成した。 Next, after the upper electrode is formed on the upper cladding layer so as to overlap the two arms of the Mach-Zehnder type waveguide by lift-off following photolithography, the entire upper surface of the upper cladding layer on which the upper electrode is formed is formed. Then, a PEDOT (polyethylene dioxythiophene) aqueous solution was applied and the solvent was removed at 120 ° C. to form an organic conductive layer made of PEDOT having a thickness of 0.3 μm.
次に、デバイスを１４０℃に加熱し、下部電極と有機導電層との間に５００Ｖの直流電場を印加してポーリング処理を施した。そして、ＲＩＥにより有機導電層を除去し、ダイシングによりウェハーからチップを切出すことで導波路デバイスを作製した。 Next, the device was heated to 140 ° C. and a poling process was performed by applying a DC electric field of 500 V between the lower electrode and the organic conductive layer. Then, the organic conductive layer was removed by RIE, and a chip was cut out from the wafer by dicing to produce a waveguide device.
得られた導波路デバイス表面（上部クラッド層表面）の顕微鏡写真を図３に示す。得られた導波路デバイスは、そのデバイスの表面に荒れが発生することは無く、デバイス表面の表面粗さを測定したところ、Ｒａ＝０．００４〜０．０１μｍであった。
また、ポーリングの均質性をウエハー内の異なるチップ上に作製されたＭａｃｈ−Ｚｅｈｄｅｒ型導波路素子の半波長電圧を測定をして調べたところ、異なるチップ間においても同じ半波長電圧で駆動できることが確認され、均質なポーリング処理が導波路のデバイス全面にわたって行われていることがわかった。
A micrograph of the obtained waveguide device surface (upper clad layer surface) is shown in FIG. The obtained waveguide device was not roughened on the surface of the device, and when the surface roughness of the device surface was measured, Ra = 0.004 to 0.01 μm.
Further, when the homogeneity of poling is examined by measuring the half-wave voltage of Mach-Zehder type waveguide elements fabricated on different chips in the wafer, it can be driven between the different chips with the same half-wave voltage. It was confirmed that it was found that a uniform poling process was performed over the entire device of the waveguide.
［比較例１］
実施例１と同様にして上部クラッド層までデバイスを作製し、上部クラッド層上全面にチタンをスパッタして無機導電層を形成した後、上部電極をフォトリソグラフィに続くリフトオフによってマッハ−ツェンダ型の導波路の２つアームと重なるようにそれぞれ形成した。その後、下部電極とチタンからなる無機導電層とを電極として実施例１と同様にポーリング処理を行ったところ、チタンからなる無機導電層の表面に表面荒れが発生してしまった。続いて、ＲＩＥによりチタンからなる無機導電層を除去し、ダイシングによりウェハーからチップを切出すことで導波路デバイスを作製した。
[Comparative Example 1]
In the same manner as in Example 1, a device was manufactured up to the upper cladding layer, and an inorganic conductive layer was formed by sputtering titanium on the entire surface of the upper cladding layer. Then, the upper electrode was formed into a Mach-Zehnder type conductor by lift-off following photolithography. Each was formed so as to overlap the two arms of the waveguide. Then, when the poling treatment was performed in the same manner as in Example 1 using the lower electrode and the inorganic conductive layer made of titanium as an electrode, surface roughness was generated on the surface of the inorganic conductive layer made of titanium. Subsequently, the inorganic conductive layer made of titanium was removed by RIE, and a waveguide device was manufactured by cutting a chip from the wafer by dicing.
得られた導波路デバイス表面（上部クラッド層表面）の顕微鏡写真を図４に示す。得られた導波路デバイスは、その表面に荒れが発生しており、デバイスの表面粗さを測定したところ、Ｒａ＝０．０２〜０．０１５μｍであり、平滑で良好な状態ではなくなっていた。 FIG. 4 shows a micrograph of the obtained waveguide device surface (upper clad layer surface). The obtained waveguide device had roughness on its surface, and when the surface roughness of the device was measured, Ra = 0.02 to 0.015 μm, which was not smooth and in a good state.
１００ 導波路デバイス
２０１ 基板
２０２ 下部電極
２０３ 下部クラッド層
２０４Ａ 導波路層
２０４ 導波路
２０５ 上部クラッド層
２０６ 上部電極
２０７ 有機導電層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Waveguide device 201 Substrate 202 Lower electrode 203 Lower clad layer 204A Waveguide layer 204 Waveguide 205 Upper clad layer 206 Upper electrode 207 Organic conductive layer
Claims (3)
前記第１電極上に、第１クラッド層を形成する工程と、
前記第１クラッド層上に、有機電気光学材料を含む導波路を形成する工程と、
前記導波路上に、第２クラッド層を形成する工程と、
前記第２クラッド層上の少なくとも一部に第２電極を形成する工程と、
前記有機導電層を、前記第２電極上と共に前記第２電極の形成領域以外の前記第２クラッド層上の少なくとも一部に形成する工程と、
前記第１電極と前記有機導電層との間に電場を印加し、当該電場印加領域における前記導波路に含まれる前記有機非線型光学材料の配向を揃える工程と、
前記有機導電層を除去する工程と、
を有することを特徴とする導波路デバイスの製造方法。 Forming a first electrode on the substrate;
Forming a first cladding layer on the first electrode;
Forming a waveguide containing an organic electro-optic material on the first cladding layer;
Forming a second cladding layer on the waveguide;
Forming a second electrode on at least a portion of the second cladding layer;
Forming the organic conductive layer on at least a part of the second clad layer other than the formation region of the second electrode together with the second electrode;
Applying an electric field between the first electrode and the organic conductive layer and aligning the orientation of the organic nonlinear optical material included in the waveguide in the electric field application region;
Removing the organic conductive layer;
A method for manufacturing a waveguide device, comprising:
前記第１電極上に、第１クラッド層を形成する工程と、
前記第１クラッド層上に、有機電気光学材料を含む導波路を形成する工程と、
前記導波路上に、第２クラッド層を形成する工程と、
前記有機導電層を、前記第２クラッド層上における第２電極形成領域と共に前記第２電極の形成領域以外の領域の少なくとも一部に形成する工程と、
前記第１電極と前記有機導電層との間に電場を印加し、当該電場印加領域における前記導波路に含まれる前記有機非線型光学材料の配向を揃える工程と、
前記有機導電層を除去する工程と、
前記第２クラッド層上の少なくとも一部に第２電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする導波路デバイスの製造方法。 Forming a first electrode on the substrate;
Forming a first cladding layer on the first electrode;
Forming a waveguide containing an organic electro-optic material on the first cladding layer;
Forming a second cladding layer on the waveguide;
Forming the organic conductive layer in at least part of a region other than the second electrode formation region together with the second electrode formation region on the second cladding layer;
Applying an electric field between the first electrode and the organic conductive layer and aligning the orientation of the organic nonlinear optical material included in the waveguide in the electric field application region;
Removing the organic conductive layer;
Forming a second electrode on at least a portion of the second cladding layer;
A method for manufacturing a waveguide device, comprising:
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| JP2016130768A (en) * | 2015-01-13 | 2016-07-21 | 高知県公立大学法人 | Light modulator |
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