光控制元件的制作方法

专利名称：光控制元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光控制元件，尤其涉及如下光控制元件包括具 有电光效应且厚度为10|im以下的薄板、形成于该薄板的光波导和用于 控制通过该光波导的光的控制电极，并且控制电极中的信号电极所形
成的信号线路的至少一部分为达到70Q以上的高阻抗。
背景技术：
以往，在光通信领域和光测量领域中，多采用在具有电光效应的 基板上形成有光波导和控制电极的波导式光调制器和波导式光开关等 各种光控制元件。
目前利用的光控制元件的方式大多在图1 (a)所示的厚度0.5 lmm左右的光电晶体基板1上，形成光波导2、信号电极4和接地电 极5。另外，图1 (a)表示使用Z切基板的光调制器的示例，标号3
表示Si02膜等缓冲层。
尤其在波导式光调制器中，为了对在光波导中传播的光波进行调 制控制，向控制电极施加微波信号。因此，为了使微波在控制电极中 有效传播，需要实现将微波导入光调制器中的同轴线缆等信号线路与 光调制器内的控制电极的阻抗匹配。
因此，如图1 (a)所示，采用由接地电极5夹持带状信号电极4 的形状、即所谓共面式控制电极。
但是，在共面式控制电极中，由于外部电场不能有效作用于基板1 的电光效应的效率较高的方向(在图1 (a)所示的Z切基板中指上下方向)，所以为了获得必要的光调制度，需要更大的电压。具体地讲，
在利用LiNb03 (以下称为"LN")基板，而且沿光波导的电极长度为 lcm时，需要约10 15V左右的半波长电压。
并且，如图l (b)所示，专利文献1提出了如下结构，为了改善 光波导对光波的封闭，且将控制电极所生成的电场更有效地施加到光 波导，把光波导设为脊型波导20，并将接地电极5、 51、 52配置得更 靠近信号电极4和41。根据这种结构，虽然可以实现某种程度上的驱 动电压的降低，但是尤其在实现高频波段的高速调制时，进一步降低 驱动电压是必不可缺的。
专利文献l:美国专利说明书第6580843号
此外，专利文献2提出了如下方案如图1 (c)所示，由控制电 极夹持基板，沿电光效应的效率较高的方向(在图1 (c)所示的Z切 基板中指上下方向)施加电场。而且，图1 (c)所示的光调制器，使 具有电光效应的基板极化反转，形成自发极化的方向(图中的箭头方 向)不同的基板区域10和11，并且在各个基板区域形成有光波导2， 在利用共用的信号电极42和接地电极53对各个光波导施加电场时， 可以使在各个光波导中传播的光波产生相反方向的相位变化。通过上 述差分驱动，可以进一步降低驱动电压。
专利文献2:日本专利第3638300号公报
但是，在图1 (c)所示的电极构造中，微波的折射率提高，难以 实现在光波导中传播的光波与调制信号即微波的速度匹配。而且，由 于阻抗反向降低，所以具有难以实现与微波的信号线路的阻抗匹配的缺点。
并且，作为利用了极化反转的光控制元件，专利文献3提出了将构成控制电极的信号电极在中途分支为两个以上、对多个光波导施加 相同信号电场的方案。
专利文献3:日本特开2003-202530号公报
在专利文献3中，如图2 (a)所示，使Z切基板的一部分极化反 转，在该基板上形成马赫-增德尔(Mach-Zehnder)式光波导(100、 101、 102)，再配置信号电极103、 104、 105和接地电极106、 107、 108。 信号电极在中途被分支为两部分，形成两个分支信号线路(信号电极 104、 105)。
并且，图2 (b)是沿图2 (a)的单点划线A的剖视图，各个分支 波导IOI、 102分别配置在Z切基板的不同极化区域(110、 111)。
这样，在中途将信号线路分支为多个的情况下，尽管是同一光控 制元件内的信号线路，也需要将信号线路的阻抗设定为不同的阻抗， 例如在信号电极103的信号线路中设定为50Q，在分支信号电极104、 105的分支信号线路中设定为IOOQ等，并且要求调整为在分支信号线 路中具有70Q以上的非常高的阻抗。
因此，在进行上述阻抗调整的同时，实现驱动电压的降低以及微 波与光波的速度匹配是极其困难的问题。
另一方面，在以下专利文献4或5中，在具有厚度为30|im以下 的非常薄的薄板上装配光波导和调制电极，接合介电常数比该薄板低 的其他基板，降低对微波的有效折射率，实现微波与光波的速度匹配。
专利文献4:日本特开昭64-018121号公报 专利文献5:日本特开2003-215519号公报但是，即使在使用上述薄板的光调制器中形成有图1 (a) (C) 所示结构的控制电极的情况下，依旧不能从根本上解决上述问题。在 利用图1 (C)所示的控制电极夹持基板时，在使基板的厚度变薄时， 具有微波折射率下降的趋势，但是难以实现光波与微波的速度匹配。
虽然也依赖于电极的宽度，但是例如在使用LN薄板时，有效折射率为 约5左右，达不到最佳值2.14。另一方面，阻抗具有随着基板变薄而 下降的趋势，这成为加大阻抗不匹配的原因。

发明内容
本发明要解决的课题是解决上述问题，并提供一种光控制元件， 即使在需要具有70Q以上的高阻抗的信号线路时，也能够实现微波与 光波的速度匹配以及微波的阻抗匹配，而且能够降低驱动电压。
并且，提供一种通过降低驱动电压能够抑制光控制元件的温度上 升并能够实现稳定动作的光控制元件，进一步提供一种能够利用成本 更低的低驱动电压式驱动装置的光控制元件。
为了解决上述问题，技术方案1涉及的发明的光控制元件，包括 具有电光效应且厚度为10pm以下的薄板、形成于该薄板的光波导和用 于控制通过该光波导的光的控制电极，其特征在于，该控制电极包括 夹着该薄板而配置的第1电极和第2电极，该第1电极具有至少由信 号电极和接地电极构成的共面式电极构造，该第2电极至少具有接地 电极，并且与第1电极的信号电极协作而向该光波导施加电场，而且 该第1电极的信号电极具有至少一个信号线路在中途被分支为两个以 上的线路的分支信号线路。
本发明中的"共面式电极"指由接地电极夹持带状的信号电极， 例如包括由多个带状线形成信号电极并利用接地电极夹持这些多个带 状线的结构，还包括在多个带状线之间增设接地电极的结构等。技术方案2涉及的发明的特征在于，在技术方案1所述的光控制 元件中，在该分支信号线路的电场作用于该薄板的作用区域的至少一 部分，该薄板极化反转。
技术方案3涉及的发明的特征在于，在技术方案1或2所述的光 控制元件中，该光波导是脊型光波导。
技术方案4涉及的发明的特征在于，在技术方案1 3中任一项所 述的光控制元件中，在该薄板与该第1电极或该第2电极之间形成有 缓冲层。
技术方案5涉及的发明的特征在于，在技术方案1 4中任一项所 述的光控制元件中，该信号电极或该接地电极由透明电极或在薄板一 侧配置有透明电极的电极中的任一种构成。
技术方案6涉及的发明的特征在于，在技术方案3 5中任一项所 述的光控制元件中，在至少配置于该脊型波导两侧的槽中填充有低介 电常数膜。
技术方案7涉及的发明的特征在于，在技术方案6所述的光控制 元件中，向该信号电极供电的信号线被配置成为跨越或者埋入该第1 电极的接地电极，在该信号线与该接地电极之间配置有该低介电常数膜。
技术方案8涉及的发明的特征在于，在技术方案1 7中任一项所 述的光控制元件中，该第2电极是具有与该光波导的形状对应的形状 的图形电极(Patterning electrode)。
技术方案9涉及的发明的特征在于，在技术方案1 8中任一项所 述的光控制元件中，该第1电极的接地电极与该第2电极的接地电极电连接。
技术方案IO涉及的发明的特征在于，在技术方案9所述的光控制 元件中，该第1电极的接地电极与该第2电极的接地电极的电连接是 经由设置于该薄板的通孔实现。
技术方案11涉及的发明的特征在于，在技术方案1 10中任一项
所述的光控制元件中，该薄板隔着该第1电极或该第2电极而经由粘
结层粘结在支撑基板上。
技术方案12涉及的发明的特征在于，在技术方案1 10中任一项 所述的光控制元件中，具有增强该薄板的支撑基板，该第1电极或该 第2电极配置在该支撑基板上。
技术方案13涉及的发明的特征在于，在技术方案1 12中任一项 所述的光控制元件中，该分支信号线路的阻抗为70Q以上。
技术方案14涉及的发明的特征在于，在技术方案13所述的光控 制元件中，至少该分支信号线路的信号电极的宽度W和高度TElj、该 信号电极与接地电极的间隔G、以及光波导为脊型光波导时的脊的深 度D被设定为该分支信号线路中的半波长电压Vpai为12V《m以下； 阻抗Z为70Q以上130Q以下；以及光和微波的折射率差An与该分支 信号线路的电场作用于光波导的作用部分的长度L的乘积为1.3cm以 下。
根据技术方案1涉及的发明的光控制元件，包括具有电光效应且 厚度为lOpm以下的薄板、形成于该薄板的光波导和用于控制通过该光 波导的光的控制电极，该控制电极包括夹着该薄板而配置的第1电极 和第2电极，该第1电极具有至少由信号电极和接地电极构成的共面 式电极构造，该第2电极至少具有接地电极，并且与第1电极的信号电极协作而向该光波导施加电场，而且该第1电极的信号电极具有至 少一个信号线路在中途被分支为两个以上的线路的分支信号线路，因 此能够提供如下光控制元件即使是具有高阻抗的分支信号线路，也 能够实现微波与光波的速度匹配以及微波的阻抗匹配，并能够实现快 速动作。而且，由于能够降低驱动电压，因此能够使用现有的低廉的 驱动装置实现快速驱动，能够削减驱动装置的成本。
根据技术方案2涉及的发明，在该分支信号线路的电场作用于该 薄板的作用区域的至少一部分，该薄板极化反转，因此即使在各个分 支信号线路施加相同方向的电场时，也能够对形成于薄板的光波导赋 予不同的光调制，能够利用简单的控制电极和驱动电路容易地实现光 控制元件的差分驱动，能够降低驱动电压。
根据技术方案3涉及的发明，光波导是脊型光波导，因此光波的 封闭效率提高，能够使控制电极所形成的电场集中于光波导，能够实 现驱动电压更低的光控制元件。
根据技术方案4涉及的发明，在薄板与该第1电极或该第2电极 之间形成有缓冲层，因此能够抑制在光波导中传播的光波的传播损耗， 并将控制电极配置得更加靠近光波导。
根据技术方案5涉及的发明，信号电极或接地电极由透明电极或
在薄板一侧配置有透明电极的电极中的任一种构成，因此即使在没有 缓冲层时，也能够抑制在光波导中传播的光波的传播损耗，并将控制 电极配置得更加靠近光波导。
根据技术方案6涉及的发明，在至少配置于该脊型波导两侧的槽
中填充有低介电常数膜，因此能够调整控制电极的微波折射率和阻抗， 能够获得更加合适的微波折射率和阻抗。根据技术方案7涉及的发明，向信号电极供电的信号线被配置成 为跨越或者埋入第1电极的接地电极，在该信号线与该接地电极之间 配置有该低介电常数膜，因此控制电极的布线自由度增加，能够实现 光集成电路等的复杂布线。并且，能够使布线立体化，能够获得更加 合适的微波折射率和阻抗。
根据技术方案8涉及的发明，第2电极是具有与光波导的形状对 应的形状的图形电极，因此能够使施加给光波导的电场更集中，能够 进一步降低驱动电压。
根据技术方案9涉及的发明，第1电极的接地电极与第2电极的 接地电极电连接，因此能够抑制产生于第1电极的接地电极和第2电 极的接地电极的浮动电荷的漂移，能够对光波导施加更合适的电场。
根据技术方案IO涉及的发明，第1电极的接地电极与第2电极的 接地电极的电连接是经由设置于该薄板的通孔实现，因此如上所述能 够对光波导施加更合适的电场，并且能够简化光控制元件的布线。
根据技术方案11涉及的发明，薄板隔着第1电极或第2电极而经 由粘结层粘结在支撑基板上，因此能够增强薄板的机械强度，能够提 供高可靠性的光控制元件。
根据技术方案12涉及的发明，具有增强薄板的支撑基板，第1电 极或第2电极配置在支撑基板上，因此控制电极的配置自由度提高， 也能够实现光集成电路等的复杂布线。另外，能够减少配置于薄板的 控制电极数量，也能够降低薄板因施加给薄板的热应力等而破损的危 险性。
根据技术方案13涉及的发明，分支信号线路的阻抗为70Q以上， 因此对于具有高阻抗的信号线路的光控制元件，也能够实现微波与光波的速度匹配以及微波的阻抗匹配，并能够实现快速动作。而且，由 于能够降低驱动电压，因此能够使用现有的低廉的驱动装置实现快速 驱动，能够削减驱动装置的成本。
根据技术方案14涉及的发明，至少分支信号线路的信号电极的宽
度W和高度TEl、该信号电极与接地电极的间隔G、以及光波导为脊
型光波导时的脊的深度D被设定为该分支信号线路中的半波长电压
Vpai为12V'cm以下；阻抗Z为70Q以上130Q以下；以及光和微波的 折射率差An与该分支信号线路的电场作用于光波导的作用部分的长度 L的乘积为1.3cm以下，因此对于具有高阻抗的信号线路的光控制元件， 仅调整信号电极的宽度和高度、信号电极与接地电极的间隔和脊的深 度等，即可极其容易地实现微波与光波的速度匹配以及微波的阻抗匹 配，并能够实现快速动作。而且，由于能够降低驱动电压，因此能够 使用现有的低廉的驱动装置实现快速驱动，能够削减驱动装置的成本。


图1是表示现有光控制元件的示例的图。 图2是表示使用了分支信号线路的光控制元件的示例的图。 图3是表示本发明的光控制元件的实施例的图。 图4是表示具有脊型波导的光控制元件的示例的图。 图5是表示具有低介电常数膜的光控制元件的示例的图。 图6是表示在薄板的背面一侧形成有光波导的光控制元件的示例 的图。
图7是表示使用透明电极的光控制元件的示例的图。
图8是表示第2电极使用图形电极的光控制元件的示例的图。
图9是表示使用通孔的光控制元件的示例的图。
图io是说明模拟模型的图。
图ll是表示模拟结果(t = 2pm、 D/t = 0.2)的表。
图12是表示模拟结果(t = 2nm、 D/t = 0.4)的表。
图13是表示模拟结果(t = 2fim、 D/t = 0.6)的表。图14是表示模拟结果( 图15是表示模拟结果( 图16是表示模拟结果(
图17是表示模拟结果( 图18是表示模拟结果( 图19是表示模拟结果( 图20是表示模拟结果( 图21是表示模拟结果( 图22是表示模拟结果(
=2|iim、 D/t = 0.8)的表。 =4|iim、 D/t = 0.2)的表。 =4}im、 D/t = 0.4)的表。 =4(im、 D/t = 0.6)的表。 =4pm、 D/t=0.8)的表。 =10|im、 D/t=0.2)的表。 =10pm、 D/t=0.4)的表。 =10|um、 D/t=0.6)的表。 =10|im、 D/t = 0.8)的表。
标号说明
1 Z切晶体基板
2 光波导
3、 31 缓冲层
4、 41、 42信号电极
5、 51、 52、 53、 54 接地电极
6 粘结层
7 支撑基板
8、 81 低介电常数膜
9、 91、 92、 93、 94 透明电极 11 X切晶体基板
20脊型波导(脊部)
200形成于通孔中的连接线路
具体实施例方式
以下，使用优选示例具体说明本发明。
本发明涉及的光控制元件的基板结构为包括具有电光效应且厚
度为10pm以下的薄板、形成于该薄板的光波导和用于控制通过该光波 导的光的控制电极，其特征在于，该控制电极包括夹着该薄板而配置的第1电极和第2电极，该第1电极具有至少由信号电极和接地电极 构成的共面式电极构造，该第2电极至少具有接地电极，并且与第1 电极的信号电极协作而向该光波导施加电场，而且该第1电极的信号 电极具有至少一个信号线路在中途被分支为两个以上的线路的分支信 号线路。
图3是表示本发明光控制元件的实施例的剖视图，尤其是提取如
图2所示将信号线路在中途分支为两个以上的线路的分支信号线路的 一部分而进行表示。另外，图3表示使用Z切基板(薄板)l的情况， 但是对于根据需要使用了 X切基板的光控制元件，在存在分支信号线 路等高阻抗线路时，当然同样可以适用本发明的技术。
在本发明的光控制元件中，优选薄板的厚度为l(Him以下。
在图3中，在薄板1上形成有光波导2，并夹着该薄板1配置有控 制电极。控制电极包括配置于薄板1上侧的第1电极和配置于薄板下 侧的第2电极。在第1电极设有信号电极4和接地电极5 (51)，此外 在第2电极设有接地电极54。在第1电极和第2电极上，除了设置图 示的电极之外，当然可以适当添加DC电极等所需的电极。
图3所示的光控制元件的特征在于，对光波导2除了施加信号电 极4和接地电极5 (51)的电场之外，还施加信号电极4和接地电极 54的电场。由此，可以加强光波导2中图示纵方向的电场，可以降低 驱动电压。
而且，控制电极的微波折射率和阻抗由信号电极4和接地电极5 (51)及54决定，因此例如可以实现最佳值的微波折射率2.14，并且 将阻抗值设定为70Q以上。
各个电极被配置成在与薄板之间夹着Si02膜等缓冲层3或31。缓
15冲层具有防止在光波导中传播的光波因控制电极而被吸收或散射的效 果。并且，缓冲层的结构可以根据需要增加Si膜等，以缓和薄板l的 热电效应。
另外，存在于接地电极5 (51)或54与薄板1之间的缓冲层可以 省略，但对于薄板1的光波导与接地电极54之间的缓冲层，随着薄板 的厚度变薄，在光波导中传播的光波的模径(Mode diameter)与薄板 的厚度大致相等，所以产生由接地电极54引起的光波的吸收或散射， 因此优选保留该部分的缓冲层。
并且，由于光控制元件的基板是薄板，所以在将第1电极和第2 电极相对于薄板1的配置颠倒的情况下，也可以使光控制元件与图3 的情况同样地动作。
薄板1在形成第2电极后，经由粘结层6接合在支撑基板7上。 由此，即使在薄板1是10pm以下时，也可以确保光控制元件的足够的 机械强度。
并且，在图3中，第2电极(在将第1电极和第2电极的配置颠 倒时指第1电极)与薄板1 一侧连接而配置，但也可以在支撑基板7 上形成第2电极(或第l电极)，并通过粘结层而接合到薄板1。
作为薄板所使用的具有电光效应的晶体基板，例如可以使用铌酸 锂、钽酸锂、PLZT (锆钛酸铅镧)、石英类材料以及它们的组合。尤 其适合使用电光效应较高的铌酸锂(LN)和钽酸锂(LT)晶体。
作为光波导的形成方法，可以通过热扩散法或质子交换法等在基 板表面上扩散Ti等而形成。并且，也可以按照专利文献6所述，在薄 板1的表面与光波导的形状对应地形成脊，并构成光波导。信号电极和接地电极等控制电极可以通过TiAu电极图形的形成 及镀金法等形成。并且，关于后面叙述的透明电极，可以使用ITO或 作为红外透明导电膜的In与Ti的复合氧化物膜等，可以采用以下方法 形成该透明电极通过光刻法形成电极图形并通过剥离法(Liftoff technique)形成的方法；形成掩膜部件以保留预定的电极图形，并通过 干式蚀刻或湿式蚀刻形成的方法等。
专利文献6:日本特开平6-289341号公报
包括光控制元件的薄板1的制造方法是在具有数百^m厚度的基板 上形成上述光波导，研磨基板的背面，从而制作具有10pm以下的厚度 的薄板。然后，在薄板的表面制作控制电极。此外，也可以在制作光 波导和控制电极等之后，研磨基板的背面。另外，如果施加形成光波 导时的热冲击或因各种处理时的薄膜操作而引起的机械冲击等，则存 在薄板破损的危险性，因此优选在研磨基板而形成薄板之前，进行容 易施加上述热冲击或机械冲击的步骤。
作为支撑基板7所使用的材料可以采用各种材料，例如除了使用 与薄板相同的材料之外，也可以使用像石英、玻璃、氧化铝等介电常 数比薄板低的材料，还可以使用具有与薄板不同的晶向的材料。但是， 在稳定光控制元件应对温度变化的调制特性的方面，优选线膨胀系数 与薄板相同的材料。假设在相同材料的选定比较困难时，用于接合薄 板和支撑基板的粘结剂选择具有与薄板相同的线膨胀系数的材料。
关于薄板1与支撑基板7的接合，粘结层6可以使用环氧类粘结 剂、热固性粘结剂、紫外线固化性粘结剂、焊接玻璃以及热固性、光 固性或光敏粘性(Light induced viscosity)的树脂粘结剂片等各种粘结 材料。
以下说明本发明涉及的光控制元件的应用示例。另外，在以下附图中，在使用与前述部件相同的部件时，尽可能使用相同标号，为了明确结构特征，根据需要省略了粘结层和支撑基板。
(具有脊型波导的光控制元件)图4是本发明光控制元件的应用示例，表示由脊型波导形成光波导的示例。通过由脊型光波导形成光波导，光波的封闭效率提高，并且可以使控制电极所形成的电场集中于光波导，可以实现驱动电压更低的光控制元件。
图4 (a)表示图3所示光控制元件的光波导为脊型波导20，封闭在脊部20传播的光波。由于对脊部20集中施加由信号电极4和接地电极5 (51)形成的电场以及由信号电极4和接地电极54形成的电场，所以有助于降低光控制元件的驱动电压。
图4 (b)是将本发明涉及的图4 (a)所示结构适用于图2 (b)所示具有分支的两个分支信号线路的光控制元件时的剖视图。
在图4(b)中，两个光波导2为脊型波导20，并且在两个光波导之间形成与接地电极51对应的脊部。与脊型波导20对应地配置信号电极4和41，对信号电极施加相同的信号。但是，在各个光波导中基板(10、 11)的极化方向彼此不同，所以在光波导中传播的光波的相位变化成为相反的状态，结果可以获得与差分驱动相同的效果。
并且，左侧的脊部20被集中施加了由信号电极4和接地电极5形成的电场、由信号电极4和接地电极54形成的电场以及由信号电极4和接地电极51形成的电场。
(具有低介电常数膜的光控制元件)
图5表示本发明光控制元件的应用示例，表示在形成脊型波导的槽以及构成第1电极的信号电极4和接地电极5 (51)之间配置低介电常数膜的示例。通过配置这种低介电常数膜，可以调整控制电极的微波折射率和阻抗，此外可以提高控制电极的布线自由度。
作为低介电常数膜的材料可以使用苯并环丁烯(BCB)等，低介电常数膜的制作方法可以采用涂敷法等。
如图5 (a)所示，可以形成低介电常数膜8，以覆盖形成于脊型波导20两侧的槽、信号电极4和接地电极5 (51)之间或者第1电极。
并且，如图5 (b)所示，以跨越接地电极5的的方式配置信号电极4的供电部43，在接地电极4和供电部43之间配置低介电常数膜8。由此，可以实现控制电极的立体布线，控制电极的布线设计的自由度提高。另外，也可以使接地电极在信号电极的上方(离开薄板的位置)通过。
(在薄板的背面侧形成有光波导的光控制元件)图6表示本发明的光控制元件的应用示例，表示在薄板1的背面(图中下侧)形成有光波导2 (脊型波导20)的示例。
在使用厚度为l(Hrni以下的薄板时，如图6所示，即使在薄板1的背面形成光波导2，在薄板的表面形成第1电极即信号电极4和接地电极5 (51)，在薄板1的背面形成第2电极即接地电极54，也可以通过尤其是由信号电极4和接地电极54形成的电场，对脊部20施加电场。
另外，在形成脊部20的槽中，根据需要形成低介电常数膜81。
在图4所示的光控制元件中，需要在脊型波导的脊部顶上正确配置信号电极4和41，但在图6所示的光控制元件中，具有以下优点只要将信号电极4和41的宽度设定为脊型波导的宽度以上，则即使在
19两者之间略微产生位置偏移时，也能够有效地向脊部施加电场。
(使用透明电极的光控制元件)图7表示本发明的光控制元件的应用示例，表示电极使用透明电
极(9和91 94)的示例。通过将透明电极或在薄板一侧配置有透明电极的电极中的任一种用作信号电极或接地电极，即使在没有缓冲层时，也能够抑制在光波导中传播的光波的传播损耗，并且能够将控制电极配置得更加靠近光波导，可以降低驱动电压。
图7 (a)是第2电极的接地电极使用透明电极9的示例，图7 (b)是第1电极使用透明电极91、 92的示例。在这些情况下，不需要图4(a)所示的缓冲层31或3，可靠近光波导而配置电极。
另外，构成图7 (b)中第1电极的接地电极(透明电极91)由于在电极附近没有光波导，所以也可以利用普通的金属电极形成。
图7 (c)表示控制电极的一部分(接触薄板1的一侧)使用透明电极的示例。透明电极的电阻率一般高于Au等金属电极，所以基于降低电极的电阻的目的，可以与透明电极9和93 94接触地配置金属电极140、 150、 151、 152。
并且，透明电极如93所示也可以配置在脊型波导的附近或脊型光波导的侧面，可以使电场非常有效地作用于波导。
(第2电极使用图形电极的光控制元件)
图8表示本发明的光控制元件的应用示例，表示形成第2电极的接地电极由图形电极构成的示例。通过使第2电极形成为具有与光波导的形状对应的形状的图形电极，可以将施加到光波导的电场调整为更合适的形状，可以进一步降低驱动电压。在图8中，接地电极57形成为沿着光波导2的带状电极，使由信号电极4和接地电极57形成的电场更加集中于光波导2。
(使用通孔的光控制元件)
图9表示本发明的光控制元件的应用示例，表示利用通孔使第1电极的接地电极与第2电极的接地电极电连接的示例。使第1电极的接地电极与第2电极的接地电极经由设置于薄板的通孔而电连接，从而可以简化光控制元件的布线，并且可以抑制在第1电极的接地电极和第2电极的接地电极产生的浮动电荷的漂移，可以向光波导施加更合适的电场。
图9是使用Z切薄板1的示例，第1电极的接地电极5 (51)和第2电极的接地电极54通过配置于薄板1的通孔内的连接线路200保持导通状态。
图3 图8示例的第1电极的接地电极和第2电极的接地电极是在薄板的周围或外部电导通，随着施加给控制电极的调制信号成为高频，由接地电极诱发的浮动电荷容易产生定时偏差(Timing deviation)。因此，如图9所示，通过使两者在接近光波导的位置导通，可以抑制该定时偏差。
实施例
通过模拟进行了以下确认，即如本发明光控制元件的结构，控制电极包括夹着该薄板而配置的第1电极和第2电极，该第1电极具有至少由信号电极和接地电极构成的共面式电极构造，该第2电极至少具有接地电极，并且与第1电极的信号电极协作而向该光波导施加电场，在该情况下，通过调整至少信号电极的宽度W和高度TEIj、信号电极与接地电极的间隔G、以及光波导为脊型光波导时的脊的深度D，可以设计出满足高阻抗线路所需要的以下条件的光控制元件。(高阻抗线路的条件)
(1) 信号线路中的半波长电压Vpai为12Vxm以下
(2) 阻抗Z为70Q以上130Q以下
(3) 光和微波的折射率差An与信号线路的电场作用于光波导的作用部分的长度(作用长度)L的乘积为1.3cm以下
另外，在AnXL《1.3cm时，可以使光控制元件的光波段在lOGHz以上。
关于模拟的模型，假设为图IO所示的脊型光波导，把信号电极4的宽度设为W，把信号电极4与接地电极5 (51)的间隔设为G,把信号电极4和接地电极5 (51)的高度设为TEL，把脊型光波导20的脊的深度设为D，把基板l的厚度设为t。
对基板的厚度t为2)Lim、 4pm、 lO(am这三种情况进行了模拟，对于各个参数，设定为在以下范围内成为离散条件的数值。
(信号电极的宽度W)信号电极的宽度W使用以基板的厚度t规格化的值，将W/t设定为0.2、 0.5、 0.8、 1.1、 1.4、 1.7、 2.0。
(脊的深度D)
脊的深度D使用以基板的厚度t规格化的值，将D/t设定为0.2、0.4、 0.6、 0.8。
(电极的高度TEL)
电极的高度TEL被设定为0.5、 1.0、 1.5、 2.0、 2.5、 3.0 (pm)。
(电极的间隔G)
电极的间隔G使用以基板的厚度t规格化的值，将G/t (在以下的附图中表述为"Gap/t")设定为1.0、 2.25、 3.5、 4.75、 6.0。
22根据对各个参数设定的数值，计算半波长电压Vpai (在以下的附
图中表述为"Vpi")、阻抗z (在以下的附图中表述为"zo")、微
波折射率NM，对满足以下条件的结果标记"〇"，对不满足该条件的结果标记"X"。
(评价条件)
(1) Vpai《12 (V,cm)
(2) 70Q《Z《130Q
(3) 1.5《雇《2.8
但是，关于微波折射率NM的范围，在作用长度L为2cm《L《6cm时，AnXL为1.3以下。
图11 22表示根据上述评价条件评价的结果。
t = 2jam时的结果如图11 (D/t为0.2)、图12 (D/t为0.4)、图13 (D/t为0.6)和图14 (D/t为0.8)所示。
t = 4|im时的结果如图15 (D/t为0.2)、图16 (D/t为0.4)、图17 (D/t为0.6)和图18 (D/t为0.8)所示。
t=10(_im时的结果如图19 (D/t为0.2)、图20(D/t为0.4)、图21 (D/t为0.6)和图22 (D/t为0.8)所示。
并且，对满足上述评价条件(1) (3)的全部条件的部分画上阴影线。
根据图11 22可知，在本发明的光控制元件中，通过调整信号电极的宽度W、信号电极与接地电极的间隔G、信号电极和接地电极的高度Tel、脊型光波导的脊深度D、基板的厚度t，可以容易实现满足
23上述高阻抗线路的条件的光控制元件。
另外，根据图11 22的结果，对于各个参数还可以确认以下内容。 (信号电极宽度W的范围)
在基板的厚度t是2、 4、 10pm的任一值时，满足上述评价条件的 部分均位于W/t《2的范围内。
W的上限值根据Z偏离上述评价条件而确定。
并且，W的下限值有可能根据Vpai偏离上述评价条件而确定。但 是，有可能W越小越能获得良好的结果，该情况时，根据电极的制造 极限进行确定。
(脊的深度D的范围) 观察t = 2和4fim时的数据，D的上限值在W的上限附近或下限 附近的限制条件不同。
具体地讲，在W的下限边界附近，根据Vpai偏离上述评价条件， 确定D的上限值，在W的上限边界附近，根据Z偏离上述评价条件进 行确定。
并且，关于D的下限值，观察数据可知一般是越小越好，但在制 造上不可能做到D/t = 0，所以优选在基板不会破坏的范围内形成较深 的脊。
(电极间隔G的范围) 观察t = 2和4pm时的数据，G的下限值根据Z或NM偏离上述 评价条件而确定。并且，关于G的上限值，虽然不能根据数据的设定范围来判断， 但在电极间隔越大时电场越弱，所以随着Vpai的增加而受到限制的可 能性比较大。
(电极高度tel的范围)
观察t二2和4(im时的数据，在W的下限边界附近，根据NM偏 离上述评价条件，确定T化的上限值，在W的上限边界附近，根据Z 偏离上述评价条件进行确定。
关于Tel的下限值，虽然不能根据数据的设定范围来判断，但在 电极过薄时电阻增大，所以随着Vpai的增加而受到限制的可能性比较 大。
工业上的可利用性
根据本发明涉及的光控制元件，即使在需要具有70Q以上的高阻 抗的信号线路时，也能够实现微波与光波的速度匹配以及微波的阻抗 匹配，而且可以提供能够降低驱动电压的光控制元件。
并且，提供一种通过降低驱动电压能够抑制光控制元件的温度上 升并能够实现稳定动作的光控制元件，还提供一种能够利用成本更低 的低驱动电压式驱动装置的光控制元件。
权利要求
1. 一种光控制元件，包括具有电光效应且厚度为10μm以下的薄板、形成于该薄板的光波导和用于控制通过该光波导的光的控制电极，所述光控制元件的特征在于，该控制电极包括夹着该薄板而配置的第1电极和第2电极，该第1电极具有至少由信号电极和接地电极构成的共面式电极构造，该第2电极至少具有接地电极，并且与第1电极的信号电极协作而向该光波导施加电场，而且该第1电极的信号电极具有至少一个信号线路在中途被分支为两个以上的线路的分支信号线路。
2. 根据权利要求l所述的光控制元件，其特征在于， 在该分支信号线路的电场作用于该薄板的作用区域的至少一部分，该薄板极化反转。
3. 根据权利要求1或2所述的光控制元件，其特征在于， 该光波导是脊型光波导。
4. 根据权利要求1 3中任一项所述的光控制元件，其特征在于， 在该薄板与该第1电极或该第2电极之间形成有缓冲层。
5. 根据权利要求1 4中任一项所述的光控制元件，其特征在于， 该信号电极或该接地电极由透明电极或在薄板一侧配置有透明电极的电极中的任一种构成。
6. 根据权利要求3 5中任一项所述的光控制元件，其特征在于， 在至少配置于该脊型波导两侧的槽中填充有低介电常数膜。
7. 根据权利要求6所述的光控制元件，其特征在于， 向该信号电极供电的信号线被配置成跨越或者埋入该第1电极的接地电极，在该信号线与该接地电极之间配置有该低介电常数膜。
8. 根据权利要求1 7中任一项所述的光控制元件，其特征在于， 该第2电极是具有与该光波导的形状对应的形状的图形电极。
9. 根据权利要求1 8中任一项所述的光控制元件，其特征在于， 该第1电极的接地电极与该第2电极的接地电极电连接。
10. 根据权利要求9所述的光控制元件，其特征在于，该第1电极的接地电极与该第2电极的接地电极的电连接是经由 设置于该薄板的通孔而实现。
11. 根据权利要求1 10中任一项所述的光控制元件，其特征在于，该薄板隔着该第1电极或该第2电极而经由粘结层粘结在支撑基 板上。
12. 根据权利要求1 10中任一项所述的光控制元件，其特征在于，具有增强该薄板的支撑基板，该第1电极或该第2电极配置在该 支撑基板上。
13. 根据权利要求1 12中任一项所述的光控制元件，其特征在于，该分支信号线路的阻抗为70Q以上。
14. 根据权利要求13所述的光控制元件，其特征在于， 至少该分支信号线路的信号电极的宽度W和高度Tel、该信号电极与接地电极的间隔G、以及光波导为脊型光波导时的脊的深度D被设定为使该分支信号线路中的半波长电压Vpai为12V，cm以下；阻 抗Z为70Q以上130Q以下；以及光和微波的折射率差An与该分支信 号线路的电场作用于光波导的作用部分的长度L的乘积为1.3cm以下。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种光控制元件，即使在需要具有70Ω以上的高阻抗的信号线路时，也能够实现微波与光波的速度匹配以及微波的阻抗匹配，而且能够降低驱动电压。上述光控制元件包括具有电光效应且厚度为10μm以下的薄板(1)、形成于该薄板的光波导(2)和用于控制通过该光波导的光的控制电极，其特征在于，该控制电极包括夹着该薄板而配置的第1电极和第2电极，该第1电极具有至少由信号电极(4)和接地电极(5、51)构成的共面式电极构造，该第2电极至少具有接地电极(54)，并且与第1电极的信号电极协作而向该光波导施加电场，而且该第1电极的信号电极具有至少一个信号线路在中途被分支为两个以上的线路的分支信号线路。
文档编号G02F1/035GK101512416SQ20078003236
公开日2009年8月19日 申请日期2007年9月28日 优先权日2006年9月30日
发明者及川哲, 市川润一郎, 金原勇贵 申请人:住友大阪水泥股份有限公司