(57)【要約】【課題】光変調特性が高性能であるとともに、挿入損失が少なく製作の歩留まりが改善された光変調器を提供する。【解決手段】電気光学効果を有する基板１と、基板の上方に配置された中心導体と接地導体からなる進行波電極と、進行波電極を伝搬する高周波電気信号の電界強度が強い領域における基板の少なくとも一部を掘り下げることにより形成した凹部により構成されるリッジ部とを具備し、リッジ部は中心導体が上方に形成された中心導体用リッジ部と、接地導体が上方に形成された接地導体用リッジ部からなり、中心導体用リッジ部に光導波路が形成されている光変調器において、凹部は、基板の上面側から下面側に向かって幅の異なる第１の凹部１３ｂと第２の凹部１４ｂから少なくともなり、第２の凹部１４ｂの幅は第１の凹部１３ｂの幅よりも狭いことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する基板と、前記基板に形成された少なくとも１本の光導波路と、前記基板の上方に配置された中心導体と接地導体からなる進行波電極と、前記進行波電極を伝搬する高周波電気信号の電界強度が強い領域における前記基板の少なくとも一部を掘り下げることにより形成した凹部により構成されるリッジ部とを具備し、該リッジ部は前記中心導体が上方に形成された中心導体用リッジ部と、前記接地導体が上方に形成された接地導体用リッジ部からなり、前記中心導体用リッジ部に前記光導波路が形成されている光変調器において、
前記凹部は、前記基板の上面側から下面側に向かって幅の異なる第１の凹部と第２の凹部から少なくともなり、該第２の凹部の幅は該第１の凹部の幅よりも狭いことを特徴とする光変調器。
【請求項２】
電気光学効果を有する基板と、前記基板に形成された少なくとも１本の光導波路と、前記基板の上方に配置された中心導体と接地導体からなる進行波電極と、前記進行波電極を伝搬する高周波電気信号の電界強度が強い領域における前記基板の少なくとも一部を掘り下げることにより形成した凹部により構成されるリッジ部とを具備し、該リッジ部は前記中心導体が上方に形成された中心導体用リッジ部と、前記接地導体が上方に形成された接地導体用リッジ部からなり、前記中心導体用リッジ部に前記光導波路が形成されている光変調器において、
前記中心導体用リッジ部は、前記基板の上面側から下面側に向かって幅の異なる第１のリッジ部と第２のリッジ部から少なくともなり、該第１のリッジ部の幅は該第２のリッジ部の幅よりも狭いことを特徴とする光変調器。
【請求項３】
前記中心導体の幅が前記第１のリッジ部の幅よりも狭いことを特徴とする請求項２に記載の光変調器。
【請求項４】
前記中心導体の幅が前記第１のリッジ部の幅と等しいことを特徴とする請求項２に記載の光変調器。
【請求項５】
前記中心導体の幅が前記第１のリッジ部よりも広く、かつ前記第２のリッジ部の幅よりも狭いことを特徴とする請求項２に記載の光変調器。
【請求項６】
前記中心導体の幅が前記第２のリッジ部の幅以上であることを特徴とする請求項２に記載の光変調器。
【請求項７】
前記第２の凹部が機械加工により形成された凹部であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項８】
前記第１の凹部と前記第２の凹部とがドライエッチングにより形成された凹部であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光変調器。
【請求項９】
電気光学効果を有する基板と、前記基板に形成された少なくとも１本の光導波路と、前記基板の上方に配置された中心導体と接地導体からなる進行波電極と、前記進行波電極を伝搬する高周波電気信号の電界強度が強い領域における前記基板の一部を掘り下げることにより形成した第１の凹部と第２の凹部とで少なくともなる凹部により構成されるリッジ部とを具備し、該リッジ部は前記中心導体が上方に形成された中心導体用リッジ部と、前記接地導体が上方に形成された接地導体用リッジ部からなり、前記中心導体用リッジ部に前記光導波路が形成されている光変調器の製造方法であって、
前記基板上にマスクを成形し、当該マスクを用いてドライエッチングにより前記基板に前記第１の凹部を形成する段階と、
前記第１の凹部の底面から前記基板の下面側に向かって、前記第１の凹部よりも幅の狭い前記第２の凹部を機械加工によって形成する段階と、
を含むことを特徴とする光変調器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気光学効果を利用して、光導波路に入射した光を高周波電気信号で変調して光信号パルスとして出射する光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速、大容量の光通信システムが実用化されている。このような高速、大容量の光通信システムに組込むための高速、小型、低価格、かつ高安定な光変調器の開発が求められている。
【０００３】
このような要望に応える光変調器として、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）のように電界を印加することにより屈折率が変化する、いわゆる電気光学効果を有する基板（以下、ＬＮ基板と略す）に光導波路と進行波電極を形成した進行波電極型リチウムナイオベート光変調器（以下、ＬＮ光変調器と略す）がある。このＬＮ光変調器は、その優れたチャーピング特性から２．５Ｇｂｉｔ／ｓ、１０Ｇｂｉｔ／ｓの大容量光通信システムに適用されている。最近はさらに４０Ｇｂｉｔ／ｓの超大容量光通信システムにも適用が検討されている。
【０００４】
以下、従来、実用化され、又は提唱されてきたリチウムナイオベートの電気光学効果を利用したＬＮ光変調器について説明する。
【０００５】
（従来技術）
特許文献１に開示された、ｚ−カットＬＮ基板を用いて構成した、いわゆるリッジ型ＬＮ光変調器を従来技術の光変調器として図１３にその斜視図を示す。なお、図１４は図１３のＡ−Ａ´線における断面図である。
【０００６】
ｚ−カットＬＮ基板１上に光導波路３が形成されている。この光導波路３は、金属Ｔｉを１０５０℃で約１０時間熱拡散して形成した光導波路であり、マッハツェンダ干渉系（あるいは、マッハツェンダ光導波路）を構成している。したがって、光導波路３の電気信号と光が相互作用する部位（相互作用部と言う）には２本の相互作用光導波路３ａ、３ｂ、つまりマッハツェンダ光導波路の２本のアームが形成されている。
【０００７】
この光導波路３の上面にＳｉＯ２バッファ層２が形成され、このＳｉＯ２バッファ層２の上面に進行波電極４が形成されている。進行波電極４としては、１つの中心導体４ａと２つの接地導体４ｂ、４ｃを有するコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）を用いている。なお、通常、進行波電極４は高価な貴金属材料であるＡｕにより形成されている。５はｚ−カットＬＮ基板１を用いて製作したＬＮ光変調器に特有の焦電効果に起因する温度ドリフトを抑圧するための導電層であり、通常はＳｉ導電層を用いる。中心導体４ａの幅Ｓは５〜１０μｍ程度で、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃの間のギャップＷは１５〜４０μｍ程度である。なお、説明を簡単にするために、図１３では図示した温度ドリフト抑圧のためのＳｉ導電層５を図１４においては省略している。また、以下においてもＳｉ導電層５は省略して議論する。
【０００８】
この第１の従来技術では、ｚ−カットＬＮ基板１をドライエッチングなどで掘り込むことにより、凹部９ａ、９ｂ、及び９ｃ（あるいは、リッジ部８ａ、８ｂとも言える）を形成している（ウェットエッチングでも良いが、一般には精度が高いドライエッチングが使用される）。
【０００９】
このリッジ構造をとることにより、高周波電気信号の実効屈折率（あるいは、マイクロ波実効屈折率）、特性インピーダンス、変調帯域、駆動電圧などにおいて優れた特性を実現することができる。なお、図１４では凹部９ａ、９ｂ、及び９ｃの深さ（あるいはリッジ部８ａ、８ｂの高さ）を強調して描いているが、実際には２〜５μｍ程度であることが多く、中心導体４ａや接地導体４ｂ、４ｃの厚み約２０〜３０μｍに比較するとその値は小さい。
【００１０】
ここで、図１３及び図１４のリッジ構造を実現する工程（プロセス工程）の１例について図１５を用いて説明する。
【００１１】
工程（ａ）ではｚ−カットＬＮ基板１の上の全面にドライエッチング用マスク１１を堆積する。この時、ドライエッチング用マスク１１とｚ−カットＬＮ基板１の間にＳｉＯ２などの保護層を設けても良い。そして、ドライエッチング用マスク１１の上にフォトレジストを塗布し、そのフォトレジストを１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄのようにパターニングする。
【００１２】
工程（ｂ）では、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄのようにパターニングしたフォトレジストを用いて、図１５の（ａ）におけるドライエッチング用マスク１１を、ウェットエッチングやドライエッチングにより１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄのようにパターニングした後、フォトレジスト１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを除去する。
【００１３】
工程（ｃ）では、ドライエッチング用マスク１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを用いて、イオンビーム１０によりｚ−カットＬＮ基板１をドライエッチングする。ここで、８ａ、８ｂはリッジ部、９ａ、９ｂ、９ｃは凹部である。
【００１４】
工程（ｄ）では、ドライエッチング用マスク１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを除去する。これで、リッジ構造が完成する。
【００１５】
図１６には図１５における工程（ｃ）に示した領域Ｉの拡大図を示す。ここで８ａ、８ｂはリッジ部である。なお、Ｗｗｇは相互作用光導波路３ａ（あるいは３ｂ）の幅、ＷＲはリッジ部８ａ（あるいは８ｂ）の頂部の幅である。また、Ｈ１はリッジ部８ａ（あるいは８ｂ）の高さ（換言すると、凹部９ａ、９ｂ、９ｃの深さ）であり、前述のように一般的には２〜５μｍである。
【００１６】
ここで、リッジ部８ａ、８ｂの高さ（換言すると、凹部９ａ、９ｂ、９ｃの深さ）は一般的には２〜５μｍと述べた。実はより高性能なＬＮ光変調器としてはリッジ部８ａ、８ｂをもっと高くした方が良いが、ｚ−カットＬＮ基板１は硬い結晶であるため、リッジ部８ａ、８ｂをより高く（例えば、６〜２０μｍと）することは極めて難しく、専用の高価なドライエッチャーが必要である。さらに、専用の高価なドライエッチャーをもってしても、そのような高いリッジ構造の製作は難しいのが現状である。
【００１７】
イオンビーム１０によりｚ−カットＬＮ基板１をドライエッチングする際には、ｚ−カットＬＮ基板１のみならず、ドライエッチング用マスク１１ｂ、１１ｃもエッチングされる。
【００１８】
そのため、図１６（ａ）のドライエッチング用マスク１１ｂ、１１ｃの幅ＷＭも減少する。つまり、ドライエッチングを進めてリッジ部８ａ、８ｂの高さＨ１を高くすると、図１６（ｂ）に示すように、ドライエッチング用マスク１１ｂ、１１ｃの幅ＷＭが大幅に減少する（厚みＴＭも減少する）。このようにドライエッチング用マスク１１ｂ、１１ｃの幅ＷＭが減少し、結果的にリッジ部８ａ、８ｂの頂部の幅（次の図１７に示すようにＷＲ）も減少することをサイドエッチング（あるいはサイドエッチ）という。
【００１９】
図１６の（ａ）と（ｂ）においてドライエッチング用マスク１１ｂ、１１ｃを除去すると、各々図１７と図１８に示す構造となる。図１７からわかるように、リッジ部８ａ、８ｂの高さＨ１が２〜５μｍ程度のリッジの場合には、リッジ部８ａ、８ｂの頂部の幅ＷＲを相互作用光導波路３ａ、３ｂの幅Ｗｗｇよりも広くできる。
【００２０】
しかしながら、さらにドライエッチングを進め、リッジ部８ａ、８ｂの高さＨ１が６〜２０μｍ程度と高くなると、図１８に示すように、リッジ部８ａ、８ｂの幅ＷＲが図１７における相互作用光導波路３ａ、３ｂの幅Ｗｗｇよりも狭くなってしまう。この場合には、相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光の伝搬損失が著しく大きくなるので、実用に耐え得ない。さらにリッジ部８ａ、８ｂの頂部の幅ＷＲがほぼ零となってしまう場合もある。
【００２１】
ＬＮ光変調器としてはリッジ部８ａ、８ｂの頂部の幅ＷＲが相互作用光導波路３ａ、３ｂの幅Ｗｗｇと等しい、もしくは少しだけ広いことが望まれるので、サイドエッチング量を考慮して、図１６におけるドライエッチング用のマスク１１ｃの幅ＷＭを相互作用光導波路３ａ、３ｂの幅Ｗｗｇよりもあらかじめ広くしておけば良いように考えられる。しかしながら、この方法では問題を解決することは困難である。
【００２２】
なぜならば、ｚ−カットＬＮ基板１を深くドライエッチングするとサイドエッチング量が多く、かつその値もＲｕｎ−ｔｏ−ｒｕｎでばらつく。そのため、図１６におけるドライエッチング用のマスク１１ｃの幅ＷＭを相互作用光導波路３ａ、３ｂの幅Ｗｗｇよりもあらかじめ広くしておくと、リッジ部８ａ、８ｂの頂部の幅ＷＲが相互作用光導波路３ａ、３ｂの幅Ｗｗｇよりも広すぎて光変調特性が劣化したり、逆に図１６（ｂ）のように、リッジ部８ａ、８ｂの頂部の幅ＷＲが相互作用光導波路３ａ、３ｂの幅Ｗｗｇよりも狭くなり、挿入損失が増加するなど、歩留まりが非常に悪く、実用的なＬＮ光変調器を製作することは困難である。
【特許文献１】特開平４−２８８５１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
以上のように、リッジ型ＬＮ光変調器として提案された従来の技術では、ドライエッチング時におけるドライエッチング用マスクのサイドエッチングのために、６〜２０μｍのような高いリッジ部（あるいは深い凹部）を形成することは困難であった。その結果、高いリッジ部（あるいは深い凹部）を有する高性能なリッジ型ＬＮ光変調器の開発が急務となっている。
【００２４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、光変調特性が高性能であるとともに、光の挿入損失と製作の歩留まりが改善された光変調器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、前記基板に形成された少なくとも１本の光導波路と、前記基板の上方に配置された中心導体と接地導体からなる進行波電極と、前記進行波電極を伝搬する高周波電気信号の電界強度が強い領域における前記基板の少なくとも一部を掘り下げることにより形成した凹部により構成されるリッジ部とを具備し、該リッジ部は前記中心導体が上方に形成された中心導体用リッジ部と、前記接地導体が上方に形成された接地導体用リッジ部からなり、前記中心導体用リッジ部に前記光導波路が形成されている光変調器において、前記凹部は、前記基板の上面側から下面側に向かって幅の異なる第１の凹部と第２の凹部から少なくともなり、該第２の凹部の幅は該第１の凹部の幅よりも狭いことを特徴とする。
【００２６】
本発明の請求項２の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、前記基板に形成された少なくとも１本の光導波路と、前記基板の上方に配置された中心導体と接地導体からなる進行波電極と、前記進行波電極を伝搬する高周波電気信号の電界強度が強い領域における前記基板の少なくとも一部を掘り下げることにより形成した凹部により構成されるリッジ部とを具備し、該リッジ部は前記中心導体が上方に形成された中心導体用リッジ部と、前記接地導体が上方に形成された接地導体用リッジ部からなり、前記中心導体用リッジ部に前記光導波路が形成されている光変調器において、前記中心導体用リッジ部は、前記基板の上面側から下面側に向かって幅の異なる第１のリッジ部と第２のリッジ部から少なくともなり、該第１のリッジ部の幅は該第２のリッジ部の幅よりも狭いことを特徴とする。
【００２７】
本発明の請求項３の光変調器は、前記中心導体の幅が前記第１のリッジ部の幅よりも狭いことを特徴とする。
【００２８】
本発明の請求項４の光変調器は、前記中心導体の幅が前記第１のリッジ部の幅と等しいことを特徴とする。
【００２９】
本発明の請求項５の光変調器は、前記中心導体の幅が前記第１のリッジ部よりも広く、かつ前記第２のリッジ部の幅よりも狭いことを特徴とする。
【００３０】
本発明の請求項６の光変調器は、前記中心導体の幅が前記第２のリッジ部の幅以上であることを特徴とする。
【００３１】
本発明の請求項７の光変調器は、前記第２の凹部が機械加工により形成された凹部であることを特徴とする。
【００３２】
本発明の請求項８の光変調器は、前記第１の凹部と前記第２の凹部とがドライエッチングにより形成された凹部であることを特徴とする。
【００３３】
本発明の請求項９の光変調器の製造方法は、電気光学効果を有する基板と、前記基板に形成された少なくとも１本の光導波路と、前記基板の上方に配置された中心導体と接地導体からなる進行波電極と、前記進行波電極を伝搬する高周波電気信号の電界強度が強い領域における前記基板の一部を掘り下げることにより形成した第１の凹部と第２の凹部とで少なくともなる凹部により構成されるリッジ部とを具備し、該リッジ部は前記中心導体が上方に形成された中心導体用リッジ部と、前記接地導体が上方に形成された接地導体用リッジ部からなり、前記中心導体用リッジ部に前記光導波路が形成されている光変調器の製造方法であって、前記基板上にマスクを成形し、当該マスクを用いてドライエッチングにより前記基板に前記第１の凹部を形成する段階と、前記第１の凹部の底面から前記基板の下面側に向かって、前記第１の凹部よりも幅の狭い前記第２の凹部を機械加工によって形成する段階と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
以上述べたように、ドライエッチング時に生じるサイドエッチ量の大きさとばらつきは、ドライエッチング量（すなわち、ドライエッチングする深さ）に大きく依存する。つまり、深くドライエッチングをする場合には、サイドエッチング量が大きくばらつく。サイドエッチング量が大きく、その結果リッジ部の頂部の幅が光導波路の幅よりも狭くなると光の挿入損失が増加する。あるいは、光変調特性に関するリッジ部の頂部の幅が光導波路の幅よりも広くなり過ぎると、プレーナ構造に近くなり、リッジの効果が薄れる。そのため、変調特性の観点から極めて歩留まりが劣化する。本発明に係る光変調器では、１つのリッジ部を第１のリッジ部と第２のリッジ部からなる２種類（あるいはそれ以上）のリッジ部構成している（換言すると、１つの凹部が２種類、あるいはそれ以上の凹部から構成される）。そして、本発明の実施形態はドライエッチングと、ダイサー（あるいはサンドブラスト）などの機械加工を組み合わせて形成したリッジ構造や、２回（あるいはそれ以上）のドライエッチングで形成した構造などからなる。ドライエッチングと機械加工を組み合わせて形成したリッジ構造では、次の機械加工の工程において容易に深い凹部を形成できるので、ドライエッチングで最初に形成する第１の凹部の深さを比較的浅くすることができる。従って、第１の凹部の深さが浅いということは、正確にドライエッチング用マスクの大きさを決定でき、精度よくサイドエッチ量を規定できるという利点がある。そして、第２の凹部をダイサー（あるいは、サンドブラスト）のような機械加工を用いることにより、１回のドライエッチングの場合と比較して簡単に深く形成できる。さらに、あらかじめ第１の凹部を形成しているので、機械加工の際にピットが光導波路まで伸びるのを抑えることが可能となる。また、最初のドライエッチングでリッジの頂部を精度よく最適の寸法に（つまり、光導波路の幅とほぼ同じか、少し広く、かつ高周波電気信号にとっては狭く）形成できるので、光の挿入損失を増加することなく、高周波電気信号（換言すると、マイクロ波）の等価屈折率を低減し、光の等価屈折率に近く、あるいは等しくすることが可能となるとともに、５０Ωに近くなるように特性インピーダンスを高め、さらにバッファ層の厚みを薄くすることができるので駆動電圧を低減でき、最終的に高性能な光変調器を極めて歩留まりよく実現できるという効果が生じる。また、２回（あるいは、それ以上）のドライエッチングで形成したリッジ構造では、あらかじめ第１回目のドライエッチングの際に、エッチングする領域の幅を狭くしておき（換言すると、第２のリッジ部の幅を広くすることに対応）、第２回目のドライエッチングの際には、第１のリッジ部の頂部の幅が光導波路の幅よりも少し広いか、同じとなるように、第２回目のドライエッチングの幅を広くする。第１回目のドライエッチングの際には凹部の幅が狭いのでサイドエッチング量を気にしなくて済む。そこで第１回目のドライエッチングにおいて深くエッチングしておけば、第２回目のドライエッチングではエッチングする深さを深くする必要がないので、リッジの頂部を精度よく最適の寸法に（つまり、光導波路の幅とほぼ同じか、少し広く、かつ���周波電気信号にとっては狭く）形成できる。こうして光の挿入損失を増加することなく、高周波電気信号（換言すると、マイクロ波）の等価屈折率を低減し、光の等価屈折率に近く、あるいは等しくすることが可能となるとともに、５０Ωに近くなるように特性インピーダンスを高め、バッファ層の厚みを薄くすることができるので駆動電圧を低減でき、最終的に高性能な光変調器を極めて歩留まりよく実現できるという効果が生じる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態について説明するが、図１３から図１８に示した従来技術と同一の符号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一の符号を持つ機能部の説明を省略する。
【００３６】
（第１の実施形態）
まず、図１５に示した従来技術と同じ手順で図１５の工程（ｄ）と同じ構造を製作する（これを図１とする）。ここで、１３ａ、１３ｂ、１３ｃは第１回目のドライエッチングで形成した第１の凹部であり、第１のリッジ部５０ａと５０ｂが形成される。なお、第１のリッジ部５０ａと５０ｂの頂部のエッジ間の距離をＷ１ｓｔ凹とする。ここで、第１のリッジ部５０ａと５０ｂの頂部の幅Ｗ１ｓｔＲは相互作用光導波路３ａ、３ｂの幅Ｗｗｇとほぼ等しくても良いが、光の伝搬損失を低減するために、本実施形態では第１のリッジ部５０ａと５０ｂの頂部の幅Ｗ１ｓｔＲを相互作用光導波路３ａ、３ｂの幅Ｗｗｇよりも若干広くしている。また、第１のリッジ部５０ａと５０ｂの高さ（換言すると、第１の凹部１３ａ、１３ｂ、１３ｃの深さ）Ｈ２を２〜５μｍと比較的浅く設定することにより、ドライエッチング時における第１のリッジ部５０ａと５０ｂの頂部のサイドエッチング量を精度よく制御している。
【００３７】
次に、図２に示すように、深さＨ３で幅Ｗ２ｎｄ凹の第２の凹部１４ａ、１４ｂ、１４ｃをダイサー（あるいはサンドブラストでも良い）により機械加工的に形成する。これにより、高さＨ３で幅Ｗ２ｎｄＲの第２のリッジ部５１ａ、５１ｂが形成される。このようにして、本発明の特徴である２段リッジ構造が出来上がる。
【００３８】
以上において、ダイサー（あるいは、サンドブラスト）を用いて、図２のように第２の凹部１４ａ、１４ｂ、１４ｃを形成すると説明したが、ここで、重要なことはＷ２ｎｄ凹をＷ１ｓｔ凹よりも狭くしていることである。
【００３９】
これには、加工時の歩留まり及び挿入損失と、光変調帯域の観点からの２つの理由がある。まず、第１の理由について述べる。一般にダイサーで凹部を形成する場合には、切断面のエッジにピット（欠け）が入りやすい。リッジ構造でないプレーナ構造の場合には、このピットが入ると相互作用光導波路３ａ、３ｂまで損傷してしまう。ところが、図１のようにあらかじめ、第１の凹部１３ａ、１３ｂ、１３ｃを形成しておけばダイサーにより図２のように第２の凹部１４ａ、１４ｂ、１４ｃを形成してもｚ−カットＬＮ基板１にピットは入りにくいので、相互作用光導波路３ａ、３ｂを損傷することがなく、光の挿入損失が増加しない。従って、ＬＮ光変調器としての歩留まりを大幅に改善できる。
【００４０】
次に第２の理由について考える。図３では図２の構造にＳｉＯ２バッファ層２´と、中心導体４０ａ、接地導体４０ｂ、４０ｃからなる進行波電極を形成することにより、実際のＬＮ光変調器の構造としている。図３において中心導体４０ａの近傍ＩＩを拡大した図を図４に示す。この構造では中心導体４０ａの幅２Ｓ´は第１のリッジ部５０ａの頂部の幅Ｗ１ｓｔＲよりも広いものの、ダイサーにより規定された第２のリッジ部５１ａの幅Ｗ２ｎｄＲよりも狭く構成している。
【００４１】
中心導体４０ａから発せられる（あるいは中心導体４０ａに向かう）電気力線１５は第２の凹部１４ａ、１４ｂにある空気の低い比誘電率を感じるので、高周波電気信号の等価屈折率ｎｍを低減できるとともに、特性インピーダンスＺを５０Ωに向かって高くすることが可能となる。
【００４２】
また、図５では、中心導体４０ａの幅２Ｓ´を第２の凹部１４ａ、１４ｂにより規定される第２のリッジ部５１ａの幅Ｗ２ｎｄＲよりも広くしている。この場合には、中心導体４０ａのエッジが深さの深い第２の凹部１４ａ、１４ｂに近づくので、高周波電気信号の等価屈折率ｎｍを低減する上で図４の構造よりも一層効果的である。
【００４３】
但し、図６に示すように、中心導体４０ａの幅２Ｓ´を第１のリッジ部５０ａの頂部の幅Ｗ１ｓｔＲにほぼ等しくしても、あるいは少し効果は薄れるものの中心導体４０ａの幅２Ｓ´を第１のリッジ部５０ａの頂部の幅Ｗ１ｓｔＲよりも狭くしても、深さの深い第２の凹部を有している本実施形態の特性が優れていることは言うまでもない。
【００４４】
図７には、図５において、例えばダイサーで形成される第２の凹部１４ａ、１４ｂの深さ（あるいは、第２のリッジ部５１ａの高さ）Ｈ３を変数とした場合の高周波電気信号の等価屈折率ｎｍを示す。ここで、中心導体４０ａの幅２Ｓ´は２０μｍ、その厚みは２５μｍ、第１の凹部１３ａ、１３ｂの深さＨ２は２μｍ、第１のリッジ部５０ａ、５０ｂの頂部の幅Ｗ１ｓｔＲは１４μｍ、第２の凹部１４ａ、１４ｂにより規定される第２のリッジ部５１ａの幅Ｗ２ｎｄＲを３０μｍとした。なお、ＳｉＯ２バッファ層２´は１μｍである。なお、これらの数値はあくまで１例であり、小さくても良いし、大きくても良く、これらに限るものではないことは言うまでもない。
【００４５】
図７からわかるように、第１の凹部１３ａ、１３ｂの深さＨ２が２μｍと浅いにも関わらず、第２の凹部１４ａ、１４ｂの深さＨ３を深くすることにより、高周波電気信号の等価屈折率ｎｍを低減でき、最適な第２の凹部１４ａ、１４ｂの深さＨ３において光の等価屈折率ｎｏに等しくすることができる。
【００４６】
図８には、第２の凹部１４ａ、１４ｂの深さＨ３を変数とした場合の特性インピーダンスＺを示す。図から、第２の凹部１４ａ、１４ｂの深さＨ３を深くすると特性インピーダンスＺは大きくなり、外部回路の５０Ωに近づくことがわかる。
【００４７】
図９には、第２の凹部１４ａ、１４ｂの深さＨ３を変数とした場合における光変調の３ｄＢ帯域Δｆを示す。図から、第２の凹部１４ａ、１４ｂの深さＨ３を深くすると、光変調の３ｄＢ帯域Δｆは徐々に大きくなり、高周波電気信号と光の等価屈折率が等しくなる速度整合点においては光変調の３ｄＢ帯域Δｆが最大となることがわかる。
【００４８】
図１０には、第２の凹部１４ａ、１４ｂの深さＨ３を変数とした場合における高周波電気信号の駆動電圧ＲＦ−Ｖπを示す。第２の凹部１４ａ、１４ｂの深さＨ３を深くすると、光変調の３ｄＢ帯域ＲＦ−Ｖπは徐々に小さくなり、高周波電気信号と光の速度整合点においては最小となることがわかる。
【００４９】
なお、本実施形態を実現するに当たって、１回のドライエッチングと１回のダイサーによる機械加工とを適用したと述べたが、これは２段リッジ構成の場合である。ドライエッチングとダイサーによる機械加工の回数は増やしても良く、多段リッジ構成でも良い。また、機械加工の代わりにメカノケミカル技術を用いても良く、さらに工程のどこかでエッチャントによるケミカルエッチングを行っても良い。
【００５０】
また、図２において第１のリッジ部５０ａ、５０ｂ（換言すると、第１の凹部１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）をドライエッチングで形成する理由は、ドライエッチングで使用するフォトレジストのパターニング工程がダイサーのブレード（刃）の位置決めよりも精度が高いからである。もし、精度の高いダイサーがあればこれらをダイサーにより形成しても良い。なお、深いリッジをダイサーで形成すると、発生したピットにより相互作用光導波路３ａ、３ｂが損傷してしまうが、本発明では第１の凹部１３ａ、１３ｂ、１３ｃが比較的浅いので、ピットによる相互作用光導波路３ａ、３ｂの損傷は極めて少ない。
【００５１】
第１のリッジ部をダイサーなどの機械加工で形成するという考え方は本実施形態のみならず、本発明の全ての実施形態に適用可能である。また、本実施形態を製作する上で、最初にドライエッチングを行い、次にダイサーによる機械加工をすると説明したが、この順序を入れ替えても良い。
【００５２】
（第２の実施形態）
本実施形態は２回のドライエッチングを適用して実現する。図１１に本発明の第２の実施形態の製作工程を示す。
【００５３】
工程（ａ）では、図１５に示した従来技術の工程（ｃ）と同じ手順で、ドライエッチング用マスク１６ａ、１６ｂ、１６ｃを形成し、次にイオンビーム１０によりｚ−カットＬＮ基板１をドライエッチングする。ここで、１９ａと１９ｂは第１回目のドライエッチングにより形成された凹部である。
【００５４】
本実施形態と従来技術との大きな違いは、本実施形態におけるドライエッチング用マスク１６ａ、１６ｂ、１６ｃの幅を、図１５に示した従来技術におけるドライエッチング用マスク１１ａ、１１ｂ、１１ｃの幅よりも広くしていることである。
【００５５】
工程（ｂ）では、工程（ａ）で使用したドライエッチング用マスク１６ａ、１６ｂ、１６ｃを除去した後、あらたにドライエッチング用マスク１７を堆積し、次に、フォトレジスト１８ａ、１８ｂ、１８ｃをパターニングする。
【００５６】
工程（ｃ）においては、工程（ｂ）においてパターニングしたフォトレジスト１８ａ、１８ｂ、１８ｃに従って、ドライエッチング用マスク１７を１７ａ、１７ｂ、１７ｃのようにドライエッチング（またはウェットエッチング）により形成する。
【００５７】
工程（ｄ）では、工程（ｃ）において形成したドライエッチング用マスク１７ａ、１７ｂ、１７ｃをマスクとして、イオンビーム１０により、ｚ−カットＬＮ基板１をドライエッチングする。工程（ａ）において形成された凹部１９ａ、１９ｂはこのドライエッチング後に２１ａ、２１ｂと深く転写され、さらにあらたに凹部２２ａ、２２ｂが形成される。
【００５８】
工程（ｅ）では、ドライエッチング用マスク１７ａ、１７ｂ、１７ｃを除去することにより、最終的に２段リッジ構造を有する本実施形態を形成できる。
【００５９】
この後のプロセスとしては、図３〜図６に示した本発明の第１の実施形態と同様にしてＳｉＯ２バッファ層と進行波電極を形成し、ＬＮ光変調器とすれば良い。
【００６０】
本実施形態においては、第１回目のドライエッチングにより規定される第２のリッジ部５３ａ、５３ｂの幅を、第２回目のドライエッチングにより形成される第１のリッジ部５２ａ、５２ｂの頂部の幅よりも広くしている。
【００６１】
このことにより本発明の第１の実施形態と同様の利点を得ることができる。つまり、次に述べるように、本実施形態においては第１のリッジ部５２ａ、５２ｂの高さを例えば２〜５μｍ程度と低く設定することができるので、第１のリッジ部５２ａ、５２ｂを形成する第２回目のドライエッチングの際に、サイドエッチングの量を制御し易く、第１のリッジ部５２ａ、５２ｂの頂部の幅（図２、図４〜図６に示した第１の実施形態に対応する第１のリッジ部の頂部の幅Ｗ１ｓｔＲに対応）を精度よく実現できる。
【００６２】
また、図１１の（ｅ）における第２のリッジ部５３ａ、５３ｂの幅が、本発明の第１の実施形態として示した図２、図４〜図６における第２のリッジ部の幅Ｗ２ｎｄＲの大きさ程度になるように、図１１の工程（ａ）において第１回目のドライエッチングの際に使用するドライエッチング用マスク１６ａ、１６ｂ、１６ｃの幅を充分に広くしている。
【００６３】
このことは、実際にＬＮ光変調器を製作する上でサイドエッチング以外の観点からも極めて重要である。つまり、図１１の工程（ｂ）と（ｃ）に示したように、第２回目のドライエッチングを行う際に、ドライエッチング用マスク１７を堆積した後、パターニング用のフォトレジスト１８ａ、１８ｂ、１８ｃを用いて、ドライエッチング用マスク１７ａ、１７ｂ、１７ｃを形成する。
【００６４】
一般に、プロセスにおいては、凸部の幅が狭いと凸部に塗布されたレジストの厚みが薄くなるので、精度よくパターニングやリフトオフができない。従って、図１１の例えば工程（ａ）のように、第１回目のドライエッチングの際にエッチングされない領域を広く（換言すると、第１回目のドライエッチングにより形成される凹部１９ａと１９ｂの幅を狭く）している。その結果、本実施形態においては第２回目のドライエッチング用マスク１７ａ、１７ｂ、１７ｃを精度良くパターニングすることができ、最終的に第１のリッジ部５２ａ、５２ｂの頂部の幅を精度良く製作することができる。
【００６５】
（第３の実施形態）
図１２に本発明の第３の実施形態を示す。ここで、４１ａは中心導体、４１ｂ、４１ｃは接地導体、６０ａ、６０ｂ、６０ｃは第１の凹部、６１ａ、６１ｂ、６１ｃは第２の凹部である。図３に示した本発明の第１の実施形態と比較すると、この第３の実施形態では接地導体４１ｂ、４１ｃの下方のｚ−カットＬＮ基板１を広い面積で平坦に形成している。接地導体の下方の広い面積で平坦な部分は、例えば幅の広いブレードを用いて製作することができる。
【００６６】
（各実施形態）
分岐光導波路の例としてマッハツェンダ光導波路を用いたが、方向性結合器などその他の分岐合波型の光導波路にも本発明を適用可能であることは言うまでもなく、考え方は３本以上の光導波路にも適用可能であるし、光導波路が１本の位相変調器にも適用できる。さらに２電極型（あるいはデュアル電極型とも言う）、ＤＱＰＳＫ、ＤＰＳＫのような位相変調型のＬＮ光変調器にも適用できることは言うまでもない。
【００６７】
また、光導波路の形成法としてはＴｉ熱拡散法の他に、プロトン交換法など光導波路の各種形成法を適用できるし、バッファ層としてＡｌ２Ｏ３等のＳｉＯ２以外の各種材料も適用できる。
【００６８】
また、ｚ−カットＬＮ基板について説明したが、ｘ−カットやｙ−カットなどその他の面方位のＬＮ基板でも良いし、リチウムタンタレート基板、さらには半導体基板など異なる材料の基板でも良い。さらに、電極は進行波電極として説明してきたが、原理的には集中定数電極でも良いので、本明細書における進行波電極は集中定数電極も含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる光変調器の製作工程を説明する図
【図２】本発明の第１の実施形態に係わる光変調器の製作工程を説明する図
【図３】本発明の第１の実施形態に係わる光変調器の断面図
【図４】本発明の第１の実施形態の動作原理を説明する図
【図５】本発明の第１の実施形態の動作原理を説明する図
【図６】本発明の第１の実施形態の動作原理を説明する図
【図７】本発明の第１の実施形態の特性を説明する図
【図８】本発明の第１の実施形態の特性を説明する図
【図９】本発明の第１の実施形態の特性を説明する図
【図１０】本発明の第１の実施形態の特性を説明する図
【図１１】本発明の第２の実施形態に係わる光変調器の製作工程を説明する図
【図１２】本発明の第３の実施形態に係わる光変調器の断面図
【図１３】従来技術の光変調器についての概略構成を示す斜視図
【図１４】図１３のＡ−Ａ´における断面図
【図１５】従来技術の光変調器の製作工程を説明する図
【図１６】従来技術の光変調器の問題点を説明する図
【図１７】従来技術の光変調器の問題点を説明する図
【図１８】従来技術の光変調器の問題点を説明する図
【符号の説明】
【００７０】
１：ｚ−カットＬＮ基板（ＬＮ基板）
２、２´：ＳｉＯ２バッファ層（バッファ層）
３：マッハツェンダ光導波路（光導波路）
３ａ、３ｂ：マッハツェンダ光導波路を構成する相互作用光導波路
４：進行波電極
４ａ、４０ａ、４１ａ：中心導体
４ｂ、４０ｂ、４１ｂ、４ｃ、４０ｃ、４１ｃ：接地導体
５：Ｓｉ導電層
６：高周波（ＲＦ）電気信号給電線
７：高周波（ＲＦ）電気信号出力線
８ａ：リッジ部（中心導体用リッジ部）
８ｂ、８ｃ：リッジ部（接地導体用リッジ部）
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ：凹部
１０：イオンビーム
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ：ドライエッチング用マスク
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ：フォトレジスト
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、２２ａ、２２ｂ、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ：第１の凹部
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、２１ａ、２１ｂ、６１ａ、６１ｂ、６１ｃ：第２の凹部
１５  電気力線
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ：フォトレジスト
１９ａ、１９ｂ：第２の実施形態における凹部
５０ａ、５０ｂ、５２ａ、５２ｂ：第１のリッジ部
５１ａ、５１ｂ、５３ａ、５３ｂ：第２のリッジ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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