(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路が形成された電気光学基板を備え、
前記光導波路内にＲＦ電界を生成するために配置されたＲＦ電極構造を備え、前記ＲＦ電極構造は第１のＲＦ電極を含むものであり、
前記基板と前記第１のＲＦ電極の間に配置された第１のバッファ層を備え、
前記光導波路内に低周波電界または直流電界を生成するために配置されたバイアス電極構造を備え、前記バイアス電極構造は前記第１のバッファ層と前記第１のＲＦ電極の間に少なくとも部分的に配置された第１のバイアス電極を含むものであり、かつ
前記第１のＲＦ電極と前記第１のバイアス電極の間に配置された第２のバッファ層を備え、
前記第１のバッファ層は、若干の導電率を有する二酸化ケイ素層を備える、電気光学デバイス。
【請求項２】
前記第１のバッファ層の厚さは、前記第１のバッファ層と前記第１のＲＦ電極の間に配置された前記第１のバイアス電極の一部が、前記光導波路内に生成される低周波電界または直流電界に大きく寄与するように選択される、請求項１に記載の電気光学デバイス。
【請求項３】
前記第１のバッファ層は、前記第２のバッファ層よりも大きい導電率を有する、請求項１に記載の電気光学デバイス。
【請求項４】
前記第１のバッファ層がドープＳｉＯ２層を備えた、請求項３に記載の電気光学デバイス。
【請求項５】
前記第１のバイアス電極が、前記電気光学基板と接触している下部部分および少なくとも部分的に前記第１のバッファ層を覆っている上部部分を備えた、請求項１に記載の電気光学デバイス。
【請求項６】
前記第１のバッファ層が、実質的に前記光導波路と整列した少なくとも１つの細長片を備えた、請求項１に記載の電気光学デバイス。
【請求項７】
前記第１のバイアス電極が前記少なくとも１つの細長片を実質的にカプセル封じしている、請求項６に記載の電気光学デバイス。
【請求項８】
前記第１のバイアス電極が、実質的にブラケット形、Ｌ字形、Ｅ字形およびＴ字形断面のうちの１つを有する、請求項１に記載の電気光学デバイス。
【請求項９】
第１のバッファ層が前記電気光学基板上に平面化され、前記第１のバイアス電極と前記電気光学基板の間にスペーサを提供している、請求項１に記載の電気光学デバイス。
【請求項１０】
前記第１のバイアス電極が２つの平行細長片を備えた、請求項１０に記載の電気光学デバイス。
【請求項１１】
前記第１のバイアス電極が第１の抵抗率を有する第１の材料を含み、前記第１のＲＦ電極が第２の抵抗率を有する第２の材料を含み、前記第１の抵抗率が前記第２の抵抗率より大きい、請求項１から１０のいずれかに記載の電気光学デバイス。
【請求項１２】
前記電気光学基板が、Ｚ切断リチウム・ニオベートおよびＺ切断リチウム・タンタレートのうちの１つを含む、請求項１から１０のいずれかに記載の電気光学デバイス。
【請求項１３】
前記第１のＲＦ電極と前記第２のバッファ層の間に配置されたブリード層を備えた、請求項１から１０のいずれかに記載の電気光学デバイス。
【請求項１４】
前記ブリード層がタンタル窒化ケイ素を含み、粘着層がない場合、前記第１のＲＦ電極が前記ブリード層上に付着される、請求項１３に記載の電気光学デバイス。
【請求項１５】
前記第１のバイアス電極がタンタル窒化ケイ素を含む、請求項１から１０のいずれかに記載の電気光学デバイス。
【請求項１６】
前記第１のバイアス電極が前記第１のＲＦ電極から直流絶縁された、請求項１から１０のいずれかに記載の電気光学デバイス。
【請求項１７】
前記第１のバイアス電極が、第１の複数の細長いセグメントを含む第１のバイアス信号電極を備えた、請求項１から１０のいずれかに記載の電気光学デバイス。
【請求項１８】
前記第１の複数の細長いセグメントの個々のセグメントが共通バイアス電極に結合された、請求項１７に記載の電気光学デバイス。
【請求項１９】
前記共通バイアス電極が、その長さに沿って導電率の大きい細長片に結合された、請求項１８に記載の電気光学デバイス。
【請求項２０】
前記共通バイアス電極が、第２のバイアス信号電極のセグメント間を伸びる複数のフィード・ラインを使用して前記第１の複数の細長いセグメントに結合された、請求項１８に記載の電気光学デバイス。
【請求項２１】
前記共通バイアス電極が、前記バイアス電極構造の所定の周波数応答に応じて間隔を隔てた複数のフィード・ラインを使用して前記第１の複数の細長いセグメントに結合された、請求項１８に記載の電気光学デバイス。
【請求項２２】
光導波路が形成された電気光学基板を用意するステップを備え、
前記電気光学基板上に第１のバッファ層を形成するステップを備え、
前記第１のバッファ層および前記電気光学基板のうちの少なくとも一方の上にバイアス電極層を形成するステップを備え、前記バイアス電極層は、前記第１のバッファ層の上方に少なくとも部分的に伸びる第１のバイアス電極を提供するようにパターン化されるものであり、
前記バイアス電極層上に第２のバッファ層を形成するステップを備え、かつ
前記第２のバッファ層上にＲＦ電極層を形成するステップを備え、前記ＲＦ電極層は、第１のＲＦ電極を含むようにパターン化されるものであり、
前記第１のバッファ層は、若干の導電率を有する二酸化ケイ素層を備える、電気光学デバイスを製造する方法。
【請求項２３】
前記第１のバッファ層を形成するステップが、前記電気光学基板上に第１の誘電体材料を付着させるステップと、前記第１のバッファ層が実質的に前記光導波路と整列した少なくとも１つの細長片を含むように前記第１の誘電体材料をパターン化するステップとを備えた、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に電気光学デバイスに関し、より詳細には光ファイバ電気通信に使用される電気光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、参照により本明細書に組み込まれている、２００７年１月１２日に出願した米国仮特許出願第６０／８８４，６５３号の優先権を主張するものである。
【０００３】
電気光学デバイスは、光信号を操作するために、光ファイバ電気通信システムに頻繁に使用されている。通常、これらの電気光学デバイスは、電気光学材料から形成され、かつ／または電気光学材料内に形成された少なくとも１つの光導波路を備えている。電気光学材料内に電界が生成されると、１つまたは複数の光導波路の屈折率が変化し、その中を伝搬する光信号を変えることができる。電気通信システムに広く使用されている電気光学デバイスのいくつかの例には、光変調器、光スイッチ、光結合器などがある。
【０００４】
マッハ−ツェンダ（ＭＺ）光変調器は、とりわけ成功している電気光学デバイスの一例である。図１ａを参照すると、電気光学基板１０内に光導波路２０が形成されたマッハ−ツェンダ光変調器の一実施形態が示されている。光導波路２０は、第１のＹ分岐２２、第１の干渉計アーム２４、第２の干渉計アーム２６および第２のＹ分岐２８を備えている。いずれか一方または両方の干渉計アーム２４／２６に電界を生成するための電極構造（図１ａには示されていない）は、光導波路２０の近傍に、あるいは光導波路２０に隣接して提供されている。たとえば、良く知られている構成の１つによれば、電極構造は、互いに逆方向に配向された電界を第１の干渉計アーム２４および第２の干渉計アーム２６に生成するように構成された１つの信号電極（しばしばホット電極とも呼ばれている）および２つの接地電極を備えている。従来、電極構造は、金（Ａｕ）などの高度に導電性の金属から形成されている。光導波路２０に対する電極の正確な位置および設計は、通常、基板によって決まる。たとえば、基板がＸ切断リチウム・ニオベート（ＬｉＮｂＯ３）から形成されている場合、信号電極４０は、通常、基板の頂部の実質的に干渉計アーム２４／２６の間に配置され、一方、接地電極４２／４４は、基板の頂部の干渉計アーム２４／２６の外側に配置される（たとえば図１ｂに示すように）。それとは対照的に、基板がＺ切断ＬｉＮｂＯ３から形成されている場合、信号電極４０は、通常、一方の干渉計アーム２６の実質的に上方に配置され、一方、接地電極４２は、もう一方の干渉計アーム２４の実質的に上方に配置される（たとえば図１ｃに示すように）。いずれの場合においても、接地電極４２、４４は、通常、接地に接続され、一方、信号電極４０は高周波電源に接続される。
【０００５】
図１ｄを参照すると、Ｚ切断ＬｉＮｂＯ３変調器１００の一実施形態が示されており、信号電極１４０は、進行波電極として機能するよう、その一方の端部が高周波電源１４５に接続され、また、もう一方の端部が終端抵抗に接続されている。動作中、デバイス１００の左側に光信号が入射し、第１のＹ分岐１２２で分割されるまで光導波路１２０を介して伝送される。第１のＹ分岐１２２で分割された光信号は、２本の干渉計アーム１２４／１２６に対応する分離された２つの経路に沿って等しく伝搬する。それと同時に、高周波電源１４５からのＲＦデータ信号がＲＦ伝送線路１４７（たとえば同軸ケーブル）を介して、マイクロ波伝送線路として機能している信号電極１４０へ伝送される。信号電極１４０と接地電極１４２および１４４の間に変調電圧が印加されると、下を覆っている電気光学基板１１０内に電界が生成される。図１ｅに示すように、第１の干渉計アーム１２４および第２の干渉計アーム１２６内の垂直方向の電界線は、個々のアーム内を伝搬する光が互いにプッシュ−プル方式で相補的に位相シフトするよう、互いに逆方向に配向されている。この電気光学効果によれば、入射した光信号が第２のＹ分岐１２８で互いに強めあって、あるいは互いに弱めあって干渉するよう、電界が干渉計アーム内の屈折率を変化させている。この干渉により、デバイスの右側から射出する振幅変調光信号が生成される。この変調は、元のＲＦデータ信号に対応している。
【０００６】
ＬｉＮｂＯ３結晶のＺ軸は最も高い電気光学係数を有しているため、Ｚ切断ＬｉＮｂＯ３変調器は、その変調効率が比較的高いことに留意されたい。残念なことには、Ｚ切断ＬｉＮｂＯ３変調器は、たとえば温度誘導バイアス・ドリフトおよび／または直流ドリフトの原因になることがある電荷蓄積に起因する多くの問題を抱えていることでも知られている。
【０００７】
温度誘導バイアス・ドリフトは、変調器の動作（バイアス）点が温度の変化によってシフトすることを意味している。ＬｉＮｂＯ３の場合、温度誘導バイアス・ドリフトは、通常、焦電効果によって生じ、基板の温度が変動すると移動電荷が生成される。この移動電荷は、電気光学変調器の動作（バイアス）点を変化させることになる強力な電界を生成することができる。また、Ｚ切断ＬｉＮｂＯ３の焦電効果によって誘導される電界は、基板に対して垂直方向に優勢であるため、移動電荷は、電極１４０、１４２、１４４が配置されている基板の表面に向かって移動する。したがって、通常、Ｚ切断ＬｉＮｂＯ３の表面の近傍にブリード層１６０を配置し、蓄積した電荷を散逸させなければならない。任意選択で、基板の側面または底部の電荷を散逸させるための追加ブリード層（図示せず）が使用される。通常、ブリード層１６０は、高度に導電性の電極１４０／１４２／１４４の短絡を防止するために半導電性材料から形成されている。
【０００８】
直流ドリフトは、長時間にわたって低周波電圧または直流電圧が変調器に印加される場合の変調器の動作（バイアス）点のシフトを意味している。通常、変調器の動作（バイアス）点（つまり、その近傍で変調ＲＦ信号の揺動が得られるポイント）を制御するためには、低周波電圧または直流電圧が必要である。たとえば、図１ｄを参照して説明した実施形態の場合、ＲＦデータ信号は、直流または低周波成分に重畳したＲＦ成分を含んだ変調信号に対応している。
【０００９】
変調器が、基板１１０と信号電極１４０の間に配置されたバッファ層１５０を備えている場合、バイアス・ドリフトとも呼ばれている直流ドリフトは、とりわけ問題である。バッファ層１５０が基板１１０に対してほとんど導電性を有していない場合、基板内の移動電荷（電子、正孔またはイオンの形態である場合もある）は、印加電圧の効果を打ち消して正の直流ドリフトをもたらす。また、バッファ層１５０中の不純物（通常、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などの誘電体材料から形成される）は、印加電圧の効果を打ち消して正の直流ドリフトをもたらすか、あるいは印加バイアス電圧を強化して負の直流ドリフトをもたらす移動電荷をさらに形成すると考えられている。前者は、非ドープＳｉＯ２の場合により一般的である。バッファおよび基板中の移動電荷によってもたらされる最終的な結果は、電気光学変調器の動作に必要なバイアス電圧が時間と共に高くなることである。
【００１０】
バッファ層１５０の目的は２つある。１つは、バッファ層１５０を使用して、上に位置している電極１４０／１４２による光信号の光吸収を防止することである。これは、電極１４０／１４２が干渉計アーム１２６／１２４の真上に位置しているＺ切断実施形態の場合、より重要であることに留意されたい。もう１つの目的は、光波およびマイクロ波が同じ位相速度で伝搬し、したがって相互作用長が長くなり、延いては高い周波数における変調帯域幅および／または効率が改善されるよう、バッファ層１５０を使用してＲＦ変調信号の伝搬速度を速くすることである。
【００１１】
直流ドリフトを防止するための様々な解決法が提案されている。たとえば、Ｘ切断ＬｉＮｂＯ３変調器の場合、図２に示すように、個別の低周波バイアス電極構造２７０をＲＦ電極構造２４０に光学的に直列に提供することが提案されている。バッファ層２５０は、速度整合を提供するためにＲＦ電極構造２４０の下方に提供されているが、直流ドリフトを小さくするためにバイアス電極構造２７０の下方には提供されていない。好都合には、バイアス電極構造２７０は基板に直接付着しているため、必要な駆動（バイアス）電圧が著しく低くなっている。残念なことには、両方の電極構造に適応するために、変調器の長さが著しく長くなっている。また、この設計は、高度に導電性のバイアス電極材料（たとえばＡｕ）によって重大な光損失を招くことがあるため、バイアス電極の真下に導波路が配置されるＺ切断ＬｉＮｂＯ３に対しては理想的ではない。
【００１２】
Ｚ切断ＬｉＮｂＯ３変調器の場合、直流ドリフトは、バッファ層を修正することによって抑制される。たとえば米国特許第５，４０４，４１２号および第５，６８０，４９７号によれば、バッファ層をドーピングし、バッファ層をより導電性にすることによって光変調器内のバッファ層帯電の影響が抑制されている。導電率が大きくなることによって本質的にバッファ層が短絡し、それによりバッファ層の帯電が防止され、また、すべての印加電圧が導波路から獲得される。したがって、信号電極に印加される直流電圧または緩やかに変化する電圧によって、変調器のバイアス点を常に制御することができる。残念なことには、場合によっては、ドーピング・エレメントを高い再現性で導入するための定量的制御が困難である。また、導電性バッファ層が水を吸収し、バッファ層の特性が変化することがある。さらに、生成される電界を導電性バッファ層を通過させなければならないため、必要な駆動（バイアス）電圧が比較的高くなることがある（たとえばＺ切断構成の場合、バッファ層の厚さが著しく分厚くなることがある）。米国特許出願第２００３０１３３６３８号によれば、ＳｉＯ２バッファ層にフッ素イオンを注入することによって直流ドリフトが抑制されている。負のフッ素イオン（Ｆ−）は、基板からのリチウム（Ｌｉ＋）などの正イオンと反応して、ＬｉＦなどの安定した化合物を形成すると考えられている。したがって移動Ｌｉ＋イオンの数が減少し、その結果、直流ドリフトが小さくなる。この場合も、生成される電界をイオンが注入されたバッファ層を通過させなければならないため、必要な駆動（バイアス）電圧が比較的高くなることがある（たとえばＺ切断構成の場合、バッファ層の厚さが著しく分厚くなることがある）。
【００１３】
米国特許出願第２００６／００２３２８８号および米国特許第７，１２７，１２８号によれば、上に位置しているＲＦ電極構造と実質的に整列した個別の低周波バイアス電極構造を提供することによって直流ドリフトが抑制されている。たとえば、図３ａおよび３ｂに示す従来技術によるＸ切断実施形態を考察すると、誘電体バッファ層３５０は、速度整合を提供するためにＲＦ電極構造３４０／３４２／３４４の下方に提供されているが、直流ドリフトを小さくするためにバイアス電極構造３７０／３７２／３７４の下方には提供されていない。有利には、この構成により、駆動電圧が比較的低い（つまりバイアス電極構造が基板３１０に直接付着しているため）、比較的短い変調器（つまりバイアス電極構造およびＲＦ電極構造が積み重ねられているため）が提供される。さらに有利には、バイアス電極構造３７０／３７２／３７４が、低い周波数で導電性であり、かつ、高い周波数で誘電体として機能する抵抗率が大きい材料から製造される。したがって、重大な損失を招くことなくバイアス電極構造を基板に付着させることができる。
【００１４】
また、米国特許出願第２００６／００２３２８８号には、Ｚ切断ＬｉＮｂＯ３変調器の多数の低バイアス・ドリフト実施形態が記述されている。図４ａおよび４ｂを参照すると、Ｚ切断実施形態は、通常、それぞれ２つの細長い個別セグメントに分割された２つのバイアス信号電極を備えている。より詳細には、個々のスプリット・バイアス電極４７０／４７６の個々のセグメントは、対応する導波路セグメント４２６／４２４の反対側まで横方向にシフトしている。この場合も誘電体バッファ層４５０は、速度整合を提供するためにブリード層４６０およびＲＦ電極構造４４０、４４２、４４４の下方に提供されているが、直流ドリフトを小さくするためにバイアス電極構造４７０、４７２、４７４、４７６の下方には提供されていない。有利には、この構成により、駆動電圧が比較的低い（つまりバイアス電極構造が基板４１０に直接付着しているため）、比較的短い変調器（つまりバイアス電極構造およびＲＦ電極構造が積み重ねられているため）が提供される。さらに有利には、バイアス信号電極４７０、４７６が分割され、それぞれ干渉計アーム４２６、４２４の真上に配置されていないため、光損失が小さい。
【００１５】
米国特許出願第２００６／００２３２８８号に記載されている多くの実施形態のさらに他の利点は、改善された耐湿性である。当分野で良く知られているように、非常に強い電界および高いレベルの湿気の存在は、しばしば電気光学デバイスが腐食する原因になっている。たとえば、金属粘着層（たとえばＴｉ、Ｔｉ／Ｗ、Ｃｒなど）を使用してＲＦ電極（たとえばＡｕ）と電気光学基板（たとえばＬｉＮｂＯ３）の間の粘着を促進する場合、多層構造と直接接触する湿気は、すべて、電気化学的腐食を伴う電解液として作用することになる。異種金属の電気化学的電位の差によって生じる電気化学的腐食は、電流リーク、短絡またはＲＦ電極の剥がれの原因になる導電性付着物を表面ＲＦ電極間に形成することがある。電気化学的腐食を未然に防止するための様々なスキームが提案されており、したがって気密パッケージの必要性は減少している。たとえば米国特許第６，８６７，１３４号では粘着層が除去されており、一方、米国特許出願第２００３００６２５５１号では粘着層がカプセル封じされている。別法としては、金と類似した仕事関数を有するニッケルなどの薄い金属を使用して粘着層を構築することも可能である。これらの方法は確かに電気化学的腐食を抑制しているが、エレクトロマイグレーション腐食が生じる可能性は依然として存在している。水または高いレベルの湿気が存在している状態で密に間隔を隔てた電極（たとえば金ＲＦ電極）の両端間に大きな直流電圧が印加されると、エレクトロマイグレーション腐食が生じる。電気化学的腐食と同様、エレクトロマイグレーション腐食も電気光学デバイスの性能に悪影響を及ぼし、その寿命を短くする。したがって電気光学デバイスは、しばしば米国特許第６，５６０，３７７号に示されているようにコーティングされ、かつ／または気密パーケージ内に密閉される。しかしながら、このコーティングもＲＦ電極のＲＦ特性に悪影響を及ぼしており、また、気密パッケージングは、変調器に余計なコストを加えている。
【００１６】
米国特許出願第２００６／００２３２８８号では、様々な方法で耐湿性が改善されている。たとえば、いくつかの実施形態では、バッファ層の真下に配置されたバイアス電極に大きな直流電圧が印加され、また、他の実施形態では、基板の下方に配置されたバイアス電極に大きな直流電圧が印加されている。これらの埋設バイアス電極は湿気から保護されているため、埋設バイアス電極のエレクトロマイグレーション腐食が減少している。また、埋設バイアス電極がＲＦ電極から直流絶縁されると、同じくＲＦ電極のエレクトロマイグレーション腐食も最小化される。さらに、粘着層が除去され、カプセル封じされ、かつ／またはＲＦ電極を形成するために使用される仕事関数と類似した仕事関数を有する材料で形成される場合、電気化学的腐食メカニズムとエレクトロマイグレーション腐食メカニズムの両方が除去され、変調器の低コスト非気密パッケージングが可能になる。
【００１７】
また、耐湿性の改善は、バイアス電極を抵抗率が大きい材料（たとえば電気抵抗率がＲＦ電極の電気抵抗率より実質的に大きく、かつ、基板の電気抵抗率より実質的に小さい材料）から製造することによっても提供される。注目すべきことには、抵抗率が大きいこれらのバイアス電極は、従来技術による高導電性バイアス電極（たとえば金から製造された電極）よりはるかに頑丈であることが分かっている。
【特許文献１】米国特許第５，４０４，４１２号
【特許文献２】米国特許第５，６８０，４９７号
【特許文献３】米国特許出願第２００３０１３３６３８号
【特許文献４】米国特許出願第２００６／００２３２８８号
【特許文献５】米国特許第７，１２７，１２８号
【特許文献６】米国特許第６，８６７，１３４号
【特許文献７】米国特許出願第２００３００６２５５１号
【特許文献８】米国特許第６，５６０，３７７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明者らは、たとえば米国特許出願第２００６／００２３２８８号に開示されているような個別のバイアス電極構造を有する電気光学デバイスは、１つまたは複数のバイアス信号電極と基板の間に薄いバッファ層が提供されると、その性能を改善することができることを見出した。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の一態様によれば、光導波路が形成された電気光学基板を備え、前記光導波路内にＲＦ電界を生成するために配置されたＲＦ電極構造を備え、前記ＲＦ電極構造は第１のＲＦ電極を含むものであり、前記基板と前記第１のＲＦ電極の間に配置された第１のバッファ層を備え、前記光導波路内に低周波電界または直流電界を生成するために配置されたバイアス電極構造を備え、前記バイアス電極構造は前記第１のバッファ層と前記第１のＲＦ電極の間に少なくとも部分的に配置された第１のバイアス電極を含むものであり、かつ前記第１のＲＦ電極と前記第１のバイアス電極の間に配置された第２のバッファ層を備えた、電気光学デバイスが提供される。
【００２０】
本発明の一態様によれば、光導波路が形成された電気光学基板を用意するステップを備え、前記電気光学基板上に第１のバッファ層を形成するステップを備え、前記第１のバッファ層および前記電気光学基板のうちの少なくとも一方の上にバイアス電極層を形成するステップを備え、前記バイアス電極層は、前記第１のバッファ層の上方に少なくとも部分的に伸びる第１のバイアス電極を提供するようにパターン化されるものであり、前記バイアス電極層上に第２のバッファ層を形成するステップを備え、かつ前記第２のバッファ層上にＲＦ電極層を形成するステップを備え、前記ＲＦ電極層は、第１のＲＦ電極を含むようにパターン化されるものである、電気光学デバイスを製造する方法が提供される。
【００２１】
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面に照らして行う以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００２２】
添付のすべての図面を通して、同様の機能は同様の参照数表示で識別されていることに留意されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図５ａを参照すると、本発明の一実施形態による電気光学デバイスの断面図が示されている。電気光学デバイス５００は、基板５１０、第１の光導波路５２４、第２の光導波路５２６、ＲＦ信号電極５４０、ＲＦ接地電極５４２、５４４、上部バッファ層５５０、ブリード層５６０、第１のバイアス信号電極５７０、第２のバイアス信号電極５７６、バイアス接地電極５７２、５７４および下部バッファ層５８０、５８６を備えている。
【００２４】
この実施形態では、基板５１０は、Ｚ切断リチウム・ニオベート（ＬｉＮｂＯ３）などの電気光学材料から製造されている。別法としては、基板は、Ｚ切断リチウム・タンタライト（ＬｉＴａＯ３）などの他の電気光学材料から製造される。基板５１０の幅、長さおよび厚さは、通常、電気光学デバイスのタイプによって異なる。たとえば、従来のマッハ−ツェンダ変調器の基板は、長さ約４０ｍｍ、幅約２ｍｍ、厚さ約１ｍｍであることがしばしばである。当然、他の寸法も可能である。
【００２５】
第１の光導波路５２４および第２の光導波路５２６は、基板５１０内に埋設されているか、さもなければ基板５１０によって支えられている。光導波路５２４、５２６は、チタン拡散またはアニール陽子交換などの良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造することができる。たとえば、一実施形態では、導波路５２４、５２６は、Ｚ切断ＬｉＮｂＯ３基板内または上にチタンをパターン化し、次に、高められた温度に基板をさらし、チタンを基板に拡散させることによって形成されている。従来、チタン拡散ＬｉＮｂＯ３は、幅約７μｍ、深さ約３μｍの１つまたは複数の導波路を提供している。導波路５２４、５２６を形成するために使用されるパターンは、電気光学デバイスのタイプによって様々である。たとえば、電気光学デバイスがマッハ−ツェンダ変調器である場合、パターンは、図５ｂに示すパターンに類似したパターンにすることができる。別法としては、電気光学デバイスが光スイッチまたは波長可変方向性結合器である場合、パターンは、それぞれ図５ｃまたは５ｄに示すパターンに類似したパターンにすることができる。さらに別法としては、パターンは、２つの実質的に平行の導波路または導波路セグメントを有する他の電気光学デバイスに対応していてもよい。いずれの場合においても、線Ａ−Ａのうちのいずれかに沿った断面図は、図５ａに対応することになる。図解を簡潔にするために、図５ｂ、５ｃおよび５ｄには、導波路パターン（点線）および例示的ＲＦ電極構造（草ぶき屋根構造）しか示されていないことに留意されたい（たとえば図にはバッファ層および／またはバイアス電極は省略されている）。
【００２６】
ＲＦ信号電極５４０およびＲＦ接地電極５４４、５４２は、基板５１０によって支えられている。ＲＦ電極５４０、５４２、５４４は、導波路５２４、５２６の両端間に高周波ＲＦ電圧を印加するために使用されるＲＦ電極構造の一部である。たとえば、一実施形態では、ＲＦ電極構造は、第１の光導波路５２４および第２の光導波路５２６内に互いに逆方向に配向された電界を生成するマイクロ波信号を伝搬させるために使用される進行波電極構造を形成している。ＲＦ信号電極５４０およびＲＦ接地電極５４２は、それぞれ導波路５２６、５２４の実質的に上方に配置されている。ＲＦ電極５４０、５４２、５４４は、通常、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）または白金（Ｐｔ）などの導電率の大きい材料から形成されている。これらの金属は、従来のブリード層材料に必ずしも容易に粘着しないため、粘着を促進するための粘着層が任意選択で使用される。適切な粘着層のいくつかの例には、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、チタン−タングステン（Ｔｉ／Ｗ）などの薄膜層がある。別法としては、粘着層は、ＲＦ電極材料の仕事関数と類似した仕事関数を有する材料から形成される（たとえばニッケル（Ｎｉ）は、Ａｕの仕事関数と類似した仕事関数を有している）。上で説明したように、仕事関数を整合させることにより、２つの金属の両端間にほとんど電圧電位が発生せず、したがって電気化学的腐食が確実に減少する。別法としては、米国特許出願第２００３００６２５５１号に記載されているように粘着層がカプセル封じされ、あるいは米国特許第６，８６７，１３４号に記載されているように、表面を活性化させることによって粘着層が除去される。図５ｂ、５ｃ、５ｄに示すＲＦ電極構造は、適切な電極設計の一実施例を示したものであるが（たとえば共面導波路として知られている）、他の設計も可能である（たとえば従来の共面細長片（ｓｔｒｉｐ）、非対称共面細長片など）。一実施形態では高さが約１５〜４０μｍであるＲＦ電極構造５４０、５４２、５４４は、電気めっき、スパッタリング、蒸着、プラズマ・エッチング、リフトオフなどの良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造することができる。
【００２７】
上部バッファ層５５０は、ＲＦ電極からの吸収による光損失を小さくするために、また、光信号とＲＦ信号の間の速度整合を提供するために設けられている。したがって上部バッファ層５５０は、通常、重要な波長（たとえば１．５５ミクロン）で光学的に透明である材料を使用して製造されており、基板５１０の誘電率より小さい誘電率を有している。たとえば、一実施形態では、バッファ層５５０は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を使用して製造されている。他の実施形態では、バッファ層５５０は、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）を使用して製造されている。通常、バッファ層５５０の抵抗率は、２５℃において約１０１７〜１０１９Ω−ｃｍの範囲であるが、もっと大きくすることも可能である。また、実質的に非導電性の材料を使用すると、バッファ層５５０は、バイアス信号電極間および／またはバイアス信号電極とＲＦ信号電極の間に電気絶縁を提供することができる。バッファ層５５０は、通常、真空蒸着、イオン・アシスト真空蒸着、スパッタリングまたは化学気相成長（ＣＶＤ）などの良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造される。一実施形態では、バッファ層５５０は、ウェーハ全体にわたって平面化されている。他の実施形態では、バッファ層５５０は、バイアス電極構造のみを覆うようにパターン化されている。さらに他の実施形態では、バッファ層５５０は、バイアス信号電極のみを覆うようにパターン化されている。上部バッファ層５５０の厚さは、通常、約０．０５μｍと２μｍの間の範囲であり、より一般的には約０．４μｍと１．０μｍの間である。従来のＳｉＯ２バッファ層は、付着後にアニールするステップが施されることがしばしばであることに留意されたい。このアニールするステップは、任意選択で、バイアス電極の損傷を防止するために省略される。
【００２８】
ブリード層５６０は、焦電効果によって生成される電荷を取り除くために使用される。したがって、蓄積した電荷を散逸させるために使用されるブリード層５６０は、通常、導電性の膜から形成されている。この膜は、ＲＦ電極の短絡を防止するために、半導体から形成されることが好ましい。若干の導電性を有する膜５６０に適した材料のいくつかの例には、タンタル窒化ケイ素（ＴａＳｉＮ）、チタン窒化ケイ素（ＴｉＳｉＮ）、シリコン・チタン・ナイトライド（ＳｉＴｉＯＮ）、非晶質または多結晶シリコン（Ｓｉ）などがある。好都合には、ブリード層５６０をＴａＳｉＮなどの材料から形成すると、高度に抵抗性のブリード層は、バッファ層への不純物の浸入を防止し、かつ／またはバイアス電極の近傍の電圧誘導イオン移動を防止する吸湿防止材としても作用する。したがって、電気光学デバイスは、耐湿性電気光学デバイスおよび／または耐大気性電気光学デバイスとして記述することも可能である。また、ブリード層５６０をＴａＳｉＮなどの材料から形成する場合、ブリード層上にＲＦ電極を直接付着させる（つまり粘着層または活性表面が存在することなく付着させる）ことができ、したがって製造プロセスが簡略化され、耐湿性がさらに改善される。本明細書に使用されているＴａＳｉＮという用語は、場合によってはもっと複雑で、略化学名称で示唆されている１：１：１の比率では必ずしも表現されない化学組成に対応していることに留意されたい（たとえば実際の化学式は、より正確にはＴａｘＳｉｙＮｚで表現することができる）。ブリード層５６０は、通常、真空蒸着、イオン・アシスト真空蒸着、スパッタリングまたは化学気相成長（ＣＶＤ）などの良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造される。ブリード層５６０の厚さは、通常、約０．０５μｍと０．５μｍの間の範囲であり、より一般的には約０．０５μｍと０．２５μｍの間である。
【００２９】
第１のバイアス信号電極５７０、第２のバイアス信号電極５７６、第１のバイアス接地電極５７４および第２のバイアス接地電極５７２は、すべて、基板５１０によって支えられている。バイアス電極５７０、５７２、５７４、５７６は、光導波路の両端間に低周波電圧または直流電圧を印加するために使用されるバイアス電極構造の一部である。第１のバイアス信号電極５７０および第２のバイアス信号電極５７６の各々は、基板の上に直接配置された下部スプリット部分、および対応する下部スプリット部分を橋絡している上部キャップ・セクションを備えている。
【００３０】
バイアス電極５７０、５７２、５７４、５７６の各々は、通常、タンタル窒化ケイ素（ＴａＳｉＮ）、非晶質シリコン（Ｓｉ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの抵抗率の大きい材料から形成されている。抵抗率の大きい電極材料を使用することにより、バイアス電極５７０、５７２、５７４、５７６を低い周波数で導電性にし、かつ、高い周波数で誘電体として機能させることができる。したがってバイアス電極は、事実上、ＲＦ電極によって生成される電界に対して透明である。バイアス電極材料の適切な抵抗率の値は、ＲＦ電極材料の抵抗率と基板の抵抗率の間に存在している。たとえばＴａＳｉＮは、通常、２５℃において最大約１０４Ω−ｃｍないし１０６Ω−ｃｍの範囲の抵抗率を有しており、これは、２５℃における２．３×１０−６Ω−ｃｍ（Ａｕ）と２５℃における最大１．３×１０１７Ω−ｃｍ（ＬｉＮｂＯ３）の間である。バイアス電極材料の抵抗率は、２５℃において約１オーム−ｃｍから１０８オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）の範囲であることが好ましく、２５℃において約１０２オーム−ｃｍから１０７オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）であることがより好ましく、２５℃において約１０４オーム−ｃｍから１０６オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）であることが最も好ましい。好ましい範囲は、通常、より小さい抵抗率の材料によってより速い応答時間が提供され、一方、バイアス電極が１つまたは複数の導波路に近接しているため、より大きい抵抗率の材料によって光損失が小さくなることから決定される。また、抵抗率がより大きいバイアス電極材料を使用することにより、ＲＦ信号との結合を小さくすることができ、したがってＲＦ信号電極の単位長さ当たりの正味ＲＦ損失が減少する。バイアス電極５７０、５７２、５７４、５７６の各々は、ブリード層５６０を形成するために使用される材料から形成することも、あるいは異なる材料から形成することもできる。好都合には、バイアス電極５７０、５７２、５７４、５７６およびブリード層５６０を同じ材料（たとえばＴａＳｉＮ）から製造する場合、製造プロセスが比較的単純である。バイアス電極５７０、５７２、５７４、５７６は、蒸着およびスパッタリングを始めとする良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造することができる。バイアス電極５７０、５７２、５７４、５７６の厚さは、通常、約０．０５μｍと０．５μｍの間の範囲であり、より一般的には約０．０５μｍと０．２５μｍの間である。
【００３１】
下部バッファ層５８０、５８６は、それぞれ、光導波路５２６、５２４と、その上方に位置しているバイアス信号電極５７０、５７６の上部キャップ・セクションとの間にスペーサを提供している。したがって下部バッファ層５８０、５８６は、通常、重要な波長（たとえば１．５５ミクロン）で光学的に透明である材料を使用して製造されている。一実施形態では、下部バッファ層５８０、５８６は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）またはベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）などの実質的に非導電性誘電体材料を使用して製造されている。他の実施形態では、下部バッファ層５８０、５８６は、若干の固有導電率を示すようにスパッタリングされたＳｉＯ２などの誘電体材料から製造されている。さらに他の実施形態では、下部バッファ層５８０、５８６は、ドープまたはイオン注入されたＳｉＯ２などの若干の導電率を有する誘電体材料を使用して製造されている。通常、下部バッファ層の抵抗率は、２５℃において約１０１７〜１０１９Ω−ｃｍの範囲である。下部バッファ層５８０、５８６は、通常、真空蒸着、イオン・アシスト真空蒸着、スパッタリングまたは化学気相成長（ＣＶＤ）などの良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造される。下部バッファ層５８０、５８６の厚さは、通常、約０．０５μｍと１μｍの間の範囲であり、より一般的には約０．１μｍと０．５μｍの間である。下部バッファ層をＳｉＯ２から形成する場合、場合によっては、付着後にアニールするステップが必要である。
【００３２】
本発明の一実施形態によれば、電気光学デバイス５００は、最初に下部バッファ層材料を付着させ（この材料は、引き続いて、下部バッファ層５８０、５８６を形成するべくアニールされ、かつ、エッチングされる）、次にバイアス電極材料を付着させることによって製造される（このバイアス電極材料は、引き続いて、バイアス電極５７０、５７２、５７４、５７６を形成するべくエッチングされる）。図に示すこの実施形態のバイアス信号電極５７０、５７６は、実質的にブラケット形（つまり［−形）断面を有している。他の実施形態では、バイアス信号電極５７０、５７６は、下部バッファ層の個々の領域にコンフォーマル・コーティングが提供されるよう、実質的にＵ字形の断面にすることができる。いずれの実施例においても、個々のバイアス信号電極５７０、５７６の下部スプリット部分および上部キャップ・セクションは、それぞれ下部バッファ層の第１の領域５８０および第２の領域５８６を実質的にカプセル封じしている。
【００３３】
有利には、導波路５２６、５２４の上方に伸びる上部キャップ・セクションは、バイアス電極変調効率を著しく改善している。また、下部スプリット部分は、印加電界に寄与しているだけではなく、個々のバイアス信号電極５７０、５７６から印加される電界を妨害することになる下部バッファ層５８０、５８６中のあらゆるイオン伝導の制限を促進している。より詳細には、バイアス電極によって下部バッファ層をカプセル封じすることにより、１つのバイアス電極の近傍の領域から他のバイアス電極の近傍の領域への水平方向のイオンの移動が防止される。しかしながら、このようなカプセル封じによっては、下部バッファ層内で垂直方向に生じるイオン／電子移動は防止されない。下部バッファ層５８０、５８６は、バイアス信号電極５７０、５７６のキャップ・セクションと結合した光学モードの損失の低減を促進している。
【００３４】
電気光学デバイス５００の性能は、通常、下部バッファ層５８０、５８６の厚さおよび導電率で決まる。たとえば、下部バッファ層は、その厚さが薄いほどバイアス電極の変調効率が高くなるが、その反面、光損失も大きくなる。同様に、材料は、その抵抗率が小さいほどバイアス電極の変調効率が高くなり、また、応答時間が速くなるが、その反面、光損失も一般的に大きくなる。前者に関しては、バイアス信号電極５７０、５７６は、下部バッファ層５８０、５８６が導波路５２６、５２４内の光学モードをバイアス信号電極５７０、５７６のキャップ・セクションから光学的に分離するだけの十分な厚さを有していない場合、光損失をもたらすことがある。
【００３５】
図６を参照すると、本発明の他の実施形態による電気光学デバイスの断面図が示されている。電気光学デバイス６００は、基板５１０、第１の光導波路５２４、第２の光導波路５２６、ＲＦ信号電極５４０、ＲＦ接地電極５４２、５４４、上部バッファ層５５０、ブリード層５６０、第１のバイアス信号電極６７０、第２のバイアス信号電極６７６、バイアス接地電極６７２、６７４および下部バッファ層６８０、６８６を備えている。
【００３６】
基板５１０、第１の光導波路５２４、第２の光導波路５２６、ＲＦ信号電極５４０、ＲＦ接地電極５４２、５４４、上部バッファ層５５０およびブリード層５６０は、上で説明した通りである。
【００３７】
第１のバイアス信号電極６７０、第２のバイアス信号電極６７６、第１のバイアス接地電極６７４および第２のバイアス接地電極６７２は、すべて、基板５１０によって支えられている。バイアス電極６７０、６７２、６７４、６７６は、光導波路の両端間に低周波電圧または直流電圧を印加するために使用されるバイアス電極構造の一部である。第１のバイアス信号電極６７０および第２のバイアス信号電極６７６の各々は、基板の上に直接配置された下部部分および上部部分を備えている。上部部分は下部部分を覆っており、下部バッファ層の第１の領域６８０および第２の領域６８６の上方にそれぞれ伸びる。
【００３８】
バイアス電極６７０、６７２、６７４、６７６の各々は、通常、タンタル窒化ケイ素（ＴａＳｉＮ）、非晶質シリコン（Ｓｉ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの抵抗率の大きい材料から形成されている。抵抗率の大きい材料を使用することにより、バイアス電極６７０、６７２、６７４、６７６を低い周波数で導電性にし、かつ、高い周波数で誘電体として機能させることができる。したがってバイアス電極は、事実上、ＲＦ電極によって生成される電界に対して透明である。バイアス電極材料の適切な抵抗率の値は、ＲＦ電極材料の抵抗率と基板の抵抗率の間に存在している。たとえばＴａＳｉＮは、通常、２５℃において約１０４Ω−ｃｍないし１０６Ω−ｃｍの範囲の抵抗率を有しており、これは、２５℃における最大２．３×１０−６Ω−ｃｍ（Ａｕ）と２５℃における最大１．３×１０１７Ω−ｃｍ（ＬｉＮｂＯ３）の間である。バイアス電極材料の抵抗率は、２５℃において約１オーム−ｃｍから１０８オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）の範囲であることが好ましく、２５℃において約１０２オーム−ｃｍから１０７オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）であることがより好ましく、２５℃において約１０４オーム−ｃｍから１０６オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）であることが最も好ましい。好ましい範囲は、通常、より小さい抵抗率の材料によってより速い応答時間が提供され、一方、バイアス電極が１つまたは複数の導波路に近接しているため、より大きい抵抗率の材料によって光損失が小さくなることから決定される。また、抵抗率がより大きいバイアス電極材料を使用することにより、ＲＦ信号との結合を小さくすることができ、したがってＲＦ信号電極の単位長さ当たりの正味ＲＦ損失が減少する。バイアス電極６７０、６７２、６７４、６７６の各々は、ブリード層５６０を形成するために使用される材料から形成することも、あるいは異なる材料から形成することもできる。好都合には、バイアス電極６７０、６７２、６７４、６７６およびブリード層を同じ材料（たとえばＴａＳｉＮ）から製造する場合、製造プロセスが比較的単純である。バイアス電極６７０、６７２、６７４、６７６は、蒸着およびスパッタリングを始めとする良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造することができる。バイアス電極６７０、６７６の厚さは、通常、約０．０５μｍと０．５μｍの間の範囲であり、より一般的には約０．０５μｍと０．２５μｍの間である。
【００３９】
下部バッファ層６８０、６８６は、それぞれ、光導波路５２６、５２４と、その上方に位置しているバイアス信号電極６７０、６７６の上部部分との間にスペーサを提供している。したがって下部バッファ層６８０、６８６は、通常、重要な波長（たとえば１．５５ミクロン）で光学的に透明である材料を使用して製造されている。一実施形態では、下部バッファ層６８０、６８６は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）またはベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）などの実質的に非導電性誘電体材料を使用して製造されている。他の実施形態では、下部バッファ層６８０、６８６は、若干の固有導電率を示すようにスパッタリングされたＳｉＯ２などの誘電体材料から製造されている。さらに他の実施形態では、下部バッファ層６８０、６８６は、ドープまたはイオン注入されたＳｉＯ２などの若干の導電率を有する誘電体材料を使用して製造されている。通常、下部バッファ層の抵抗率は、２５℃において約１０１７〜１０１９Ω−ｃｍの範囲である。下部バッファ層６８０、６８６は、通常、真空蒸着、イオン・アシスト真空蒸着、スパッタリングまたは化学気相成長（ＣＶＤ）などの良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造される。下部バッファ層６８０、６８６の厚さは、通常、約０．０５μｍと１μｍの間の範囲であり、より一般的には約０．１μｍと０．５μｍの間である。下部バッファ層をＳｉＯ２から形成する場合、場合によっては、付着後にアニールするステップが必要である。
【００４０】
本発明の一実施形態によれば、電気光学デバイス６００は、最初に下部バッファ層材料を付着させ（この材料は、引き続いて、下部バッファ層６８０、６８６を形成するべくアニールされ、かつ、エッチングされる）、次にバイアス電極材料を付着させることによって製造される（このバイアス電極材料は、引き続いて、バイアス電極６７０、６７２、６７４、６７６を形成するべくエッチングされる）。図に示すこの実施形態のバイアス信号電極６７０、６７６は、実質的にＬ字形断面を有している。他の実施形態では、バイアス信号電極６７０、６７６の左上隅を丸くすることができる。他の実施形態では、バイアス電極の厚さは一定であり、下部バッファ層の形状と一致している。
【００４１】
有利には、導波路５２６、５２４の上方に伸びる上部部分は、バイアス電極変調効率を著しく改善している。下部部分は、印加電界に寄与しているだけではなく、個々のバイアス信号電極６７０、６７６から印加される電界を妨害することになる下部バッファ層６８０、６８６中の水平方向のあらゆるイオン伝導の制限を促進している。下部バッファ層６８０、６８６は、バイアス信号電極６７０、６７６の上部部分と結合した光学モードの損失の低減を促進している。
【００４２】
さらに有利には、バイアス信号電極６７０、６７６は、図５ａに示すブラケット形断面ではなく、実質的にＬ字形断面を有しているため、光損失が小さくなっている。詳細には、この光損失の減少は、下部スプリット部分の半分によって生成される光負荷が除去されることによるものである。実質的にＬ字形の断面によって光損失が小さくなるが、その反面、場合によっては変調効率が若干低下することに留意されたい。
【００４３】
この実施形態では、バイアス信号電極６７０、６７６は、個々のバイアス電極６７０、６７６の下部部分がデバイスの同じ側（たとえば、それぞれ導波路５２４、５２６の左側）に配置されるように製造されている。したがって、製造プロセスの間にたとえ誤整列誤差が生じても、光負荷の対称性が有利に維持される。たとえば、個々のバイアス電極６７０、６７６の薄い下部部分を図６の左側に極端に離れて付着させると、その効果は、両方の光導波路５２４、５２６に等しく及ぶことになる。
【００４４】
図７を参照すると、本発明の他の実施形態による電気光学デバイスの断面図が示されている。電気光学デバイス７００は、基板５１０、第１の光導波路５２４、第２の光導波路５２６、ＲＦ信号電極５４０、ＲＦ接地電極５４２、５４４、上部バッファ層５５０、ブリード層５６０、第１のバイアス信号電極７７０、第２のバイアス信号電極７７６、バイアス接地電極７７２、７７４および下部バッファ層７８０、７８６を備えている。
【００４５】
基板５１０、第１の光導波路５２４、第２の光導波路５２６、ＲＦ信号電極５４０、ＲＦ接地電極５４２、５４４、上部バッファ層５５０およびブリード層５６０は、上で説明した通りである。
【００４６】
第１のバイアス信号電極７７０、第２のバイアス信号電極７７６、第１のバイアス接地電極７７４および第２のバイアス接地電極７７２は、すべて、基板５１０によって支えられている。バイアス電極７７０、７７２、７７４、７７６は、光導波路の両端間に低周波電圧または直流電圧を印加するために使用されるバイアス電極構造の一部である。第１のバイアス信号電極７７０および第２のバイアス信号電極７７６の各々は、基板の上に直接配置された下部部分および上部部分を備えている。上部部分は下部部分を覆っており、それぞれ下部バッファ層の第１の領域７８０および第２の領域７８６の上方に伸びる。より詳細には、第１のバイアス信号電極７７０は、下部部分７７０ａおよび上部部分７７０ｂを備えており、一方、第２のバイアス信号電極７７６は、下部部分７７６ａおよび上部部分７７６ｂを備えている。
【００４７】
バイアス電極７７０、７７２、７７４、７７６の各々は、通常、タンタル窒化ケイ素（ＴａＳｉＮ）、非晶質シリコン（Ｓｉ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの抵抗率の大きい材料から形成されている。抵抗率の大きい材料を使用することにより、バイアス電極７７０、７７２、７７４、７７６を低い周波数で導電性にし、かつ、高い周波数で誘電体として機能させることができる。したがってバイアス電極は、事実上、ＲＦ電極によって生成される電界に対して透明である。バイアス電極材料の適切な抵抗率の値は、ＲＦ電極材料の抵抗率と基板の抵抗率の間に存在している。たとえばＴａＳｉＮは、通常、２５℃において約１０４Ω−ｃｍないし１０６Ω−ｃｍの範囲の抵抗率を有しており、これは、２５℃における最大２．３×１０−６Ω−ｃｍ（Ａｕ）と２５℃における最大１．３×１０１７Ω−ｃｍ（ＬｉＮｂＯ３）の間である。バイアス電極材料の抵抗率は、２５℃において約１オーム−ｃｍから１０８オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）の範囲であることが好ましく、２５℃において約１０２オーム−ｃｍから１０７オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）であることがより好ましく、２５℃において約１０４オーム−ｃｍから１０６オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）であることが最も好ましい。好ましい範囲は、通常、より小さい抵抗率の材料によってより速い応答時間が提供され、一方、バイアス電極が１つまたは複数の導波路に近接しているため、より大きい抵抗率の材料によって光損失が小さくなることから決定される。また、抵抗率がより大きいバイアス電極材料を使用することにより、ＲＦ信号との結合を小さくすることができ、したがってＲＦ信号電極の単位長さ当たりの正味ＲＦ損失が減少する。バイアス電極７７０、７７２、７７４、７７６の各々は、ブリード層５６０を形成するために使用される材料から形成することも、あるいは異なる材料から形成することもできる。好都合には、バイアス電極７７０、７７２、７７４、７７６およびブリード層を同じ材料（たとえばＴａＳｉＮ）から製造する場合、製造プロセスが比較的単純である。バイアス電極７７０、７７２、７７４、７７６は、蒸着およびスパッタリングを始めとする良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造することができる。バイアス電極７７０、７７６の厚さは、通常、約０．０５μｍと０．５μｍの間の範囲であり、より一般的には約０．０５μｍと０．２５μｍの間である。
【００４８】
下部バッファ層７８０、７８６は、それぞれ、光導波路５２６、５２４と、その上方に位置しているバイアス信号電極７７０、７７６の上部部分との間にスペーサを提供している。したがって下部バッファ層７８０、７８６は、通常、重要な波長（たとえば１．５５ミクロン）で光学的に透明である材料を使用して製造されている。一実施形態では、下部バッファ層７８０、７８６は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）またはベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）などの実質的に非導電性誘電体材料を使用して製造されている。他の実施形態では、下部バッファ層７８０、７８６は、若干の固有導電率を示すようにスパッタリングされたＳｉＯ２などの誘電体材料から製造されている。さらに他の実施形態では、下部バッファ層７８０、７８６は、ドープまたはイオン注入されたＳｉＯ２などの若干の導電率を有する誘電体材料を使用して製造されている。通常、下部バッファ層の抵抗率は、２５℃において約１０１７〜１０１９Ω−ｃｍの範囲である。下部バッファ層７８０、７８６は、通常、真空蒸着、イオン・アシスト真空蒸着、スパッタリングまたは化学気相成長（ＣＶＤ）などの良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造される。下部バッファ層７８０、７８６の厚さは、通常、約０．０５μｍと１μｍの間の範囲であり、より一般的には約０．１μｍと０．５μｍの間である。下部バッファ層をＳｉＯ２から形成する場合、場合によっては、付着後にアニールするステップが必要である。
【００４９】
本発明の一実施形態によれば、電気光学デバイス７００は、最初に下部バッファ層材料を付着させ（この材料は、引き続いて、下部バッファ層７８０、７８６を形成するべくアニールされ、かつ、エッチングされる）、次にバイアス電極材料を付着させることによって製造される（このバイアス電極材料は、引き続いて、バイアス電極７７０、７７２、７７４、７７６を形成するべくエッチングされる）。図に示すこの実施形態のバイアス信号電極７７０、７７６は、実質的にＬ字形断面を有している。他の実施形態では、バイアス信号電極７７０、７７６の外側の隅を丸くすることができる。他の実施形態では、バイアス電極の厚さは一定であり、下部バッファ層の形状と一致している。
【００５０】
有利には、導波路５２６、５２４の上方に伸びる上部部分は、バイアス電極変調効率を著しく改善している。下部部分は、印加電界に寄与しているだけではなく、個々のバイアス信号電極７７０、７７６から印加される電界を妨害することになる下部バッファ層７８０、７８６中の水平方向のあらゆるイオン伝導の制限を促進している。下部バッファ層７８０、７８６は、バイアス信号電極７７０、７７６の上部部分と結合した光学モードの損失の低減を促進している。
【００５１】
さらに有利には、バイアス電極７７０、７７６は、図５ａに示すブラケット形断面ではなく、実質的にＬ字形断面を有しているため、光損失が小さくなっている。詳細には、この光損失の減少は、下部スプリット部分の半分によって生成される光負荷が除去されることによるものである。実質的にＬ字形の断面によって光損失が小さくなるが、その反面、場合によっては変調効率が若干低下することになることに留意されたい。
【００５２】
この実施形態では、バイアス電極７７０、７７６は、個々のバイアス電極７７０、７７６の下部部分７７０ａ、７７６ａがデバイスの反対側に配置されるように製造されている（たとえば下部部分７７０ａ、７７６ａが導波路５２４、５２６の外側へ横方向にシフトするように製造されている）。したがって、導波路５２６、５２４が密接している実施形態（たとえば光結合器および／または光スイッチ）の場合、より容易に電気光学デバイスを製造することができる。また、それぞれ下部部分７７０ａ、７７６ａと上部部分７７０ｂ、７７６ｂとの間の整列も、場合によってはそれほど重要ではない。たとえば、上部部分７７０ｂ、７７６ｂを図７に示す実施形態の右側に極端に離れて付着させても、図６に示す実施形態のシナリオと類似しているため、２つのバイアス信号電極間が短くなることにはならない。
【００５３】
図８を参照すると、本発明の他の実施形態による電気光学デバイスの断面図が示されている。電気光学デバイス８００は、基板５１０、第１の光導波路５２４、第２の光導波路５２６、ＲＦ信号電極５４０、ＲＦ接地電極５４２、５４４、上部バッファ層５５０、ブリード層５６０、第１のバイアス信号電極８７０、第２のバイアス信号電極８７６、バイアス接地電極８７２、８７４および下部バッファ層８８０、８８６を備えている。
【００５４】
基板５１０、第１の光導波路５２４、第２の光導波路５２６、ＲＦ信号電極５４０、ＲＦ接地電極５４２、５４４、上部バッファ層５５０およびブリード層５６０は、上で説明した通りである。
【００５５】
第１のバイアス信号電極８７０、第２のバイアス信号電極８７６、第１のバイアス接地電極８７４および第２のバイアス接地電極８７２は、すべて、基板５１０によって支えられている。バイアス電極８７０、８７２、８７４、８７６は、光導波路の両端間に低周波電圧または直流電圧を印加するために使用されるバイアス電極構造の一部である。第１のバイアス信号電極８７０および第２のバイアス信号電極８７６の各々は、基板の上に直接配置された３つのセグメントを有する下部部分および上部キャップ・セクションを備えている。個々の下部部分８７０ａ、８７６ａの中央セグメントは、対応する下部バッファ層を２つの部分に分割している。キャップ・セクション８７０ｂ、８７６ｂは、それぞれスプリット・バッファ層８８０、８８６の上方に伸び、下部部分セグメントを橋絡している。
【００５６】
バイアス電極８７０、８７２、８７４、８７６の各々は、通常、タンタル窒化ケイ素（ＴａＳｉＮ）、非晶質シリコン（Ｓｉ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの抵抗率の大きい材料から形成されている。抵抗率の大きい材料を使用することにより、バイアス電極８７０、８７２、８７４、８７６を低い周波数で導電性にし、かつ、高い周波数で誘電体として機能させることができる。したがってバイアス電極は、事実上、ＲＦ電極によって生成される電界に対して透明である。バイアス電極材料の適切な抵抗率の値は、ＲＦ電極材料の抵抗率と基板の抵抗率の間に存在している。たとえばＴａＳｉＮは、通常、２５℃において約１０４Ω−ｃｍないし１０６Ω−ｃｍの範囲の抵抗率を有しており、これは、２５℃における最大２．３×１０−６Ω−ｃｍ（Ａｕ）と２５℃における最大１．３×１０１７Ω−ｃｍ（ＬｉＮｂＯ３）の間である。バイアス電極材料の抵抗率は、２５℃において約１オーム−ｃｍから１０８オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）の範囲であることが好ましく、２５℃において約１０２オーム−ｃｍから１０７オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）であることがより好ましく、２５℃において約１０４オーム−ｃｍから１０６オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）であることが最も好ましい。好ましい範囲は、通常、より小さい抵抗率の材料によってより速い応答時間が提供され、一方、バイアス電極が１つまたは複数の導波路に近接しているため、より大きい抵抗率の材料によって光損失が小さくなることから決定される。また、抵抗率がより大きいバイアス電極材料を使用することにより、ＲＦ信号との結合を小さくすることができ、したがってＲＦ信号電極の単位長さ当たりの正味ＲＦ損失が減少する。バイアス電極８７０、８７２、８７４、８７６の各々は、ブリード層５６０を形成するために使用される材料から形成することも、あるいは異なる材料から形成することもできる。好都合には、バイアス電極８７０、８７２、８７４、８７６およびブリード層を同じ材料（たとえばＴａＳｉＮ）から製造する場合、製造プロセスが比較的単純である。バイアス電極８７０、８７２、８７４、８７６は、蒸着およびスパッタリングを始めとする良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造することができる。バイアス電極８７０、８７６の厚さは、通常、約０．０５μｍと０．５μｍの間の範囲であり、より一般的には約０．０５μｍと０．２５μｍの間である。
【００５７】
下部バッファ層８８０、８８６は、それぞれ、光導波路５２６、５２４と、その上方に位置しているバイアス信号電極８７０、８７６の部分との間にスペーサを提供している。したがって下部バッファ層８８０、８８６は、通常、重要な波長（たとえば１．５５ミクロン）で光学的に透明である材料を使用して製造されている。一実施形態では、下部バッファ層８８０、８８６は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）またはベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）などの実質的に非導電性誘電体材料を使用して製造されている。他の実施形態では、下部バッファ層８８０、８８６は、若干の固有導電率を示すようにスパッタリングされたＳｉＯ２などの誘電体材料から製造されている。さらに他の実施形態では、下部バッファ層８８０、８８６は、ドープまたはイオン注入されたＳｉＯ２などの若干の導電率を有する誘電体材料を使用して製造されている。通常、下部バッファ層の抵抗率は、２５℃において約１０１７〜１０１９Ω−ｃｍの範囲である。下部バッファ層８８０、８８６は、通常、真空蒸着、イオン・アシスト真空蒸着、スパッタリングまたは化学気相成長（ＣＶＤ）などの良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造される。下部バッファ層８８０、８８６の厚さは、通常、約０．０５μｍと１μｍの間の範囲であり、より一般的には約０．１μｍと０．５μｍの間である。下部バッファ層をＳｉＯ２から形成する場合、場合によっては、付着後にアニールするステップが必要である。
【００５８】
本発明の一実施形態によれば、電気光学デバイス８００は、最初に下部バッファ層材料を付着させ（この材料は、引き続いて、下部スプリット・バッファ層８８０、８８６を形成するべくアニールされ、かつ、エッチングされる）、次にバイアス電極材料を付着させることによって製造される（このバイアス電極材料は、引き続いて、バイアス電極８７０、８７２、８７４、８７６を形成するべくエッチングされる）。図に示すこの実施形態のバイアス信号電極８７０、８７６は、実質的にＥ字形断面を有している。他の実施形態では、バイアス信号電極８７０、８７６は、それぞれスプリット下部バッファ層８８０、８８６のよりコンフォーマルなコーティングを提供することができる。
【００５９】
有利には、それぞれ導波路５２６、５２４の上方に伸びる上部層８７０ｂ、８７６ｂは、バイアス電極構造の変調効率を著しく改善している。下部部分８７０ａ、８７６ａは、印加電界に寄与しているだけではなく、個々のバイアス信号電極８７０、８７６から印加される電界を妨害することになるスプリット・バッファ層８８０、８８６中の水平方向のあらゆるイオン伝導の制限を促進している。下部スプリット・バッファ層８８０、８８６は、バイアス信号電極８７０、８７６の存在による光学モードの損失の低減を促進している。
【００６０】
さらに有利には、バイアス電極８７０、８７６は、図５ａに示すブラケット形断面ではなく、実質的にＥ字形断面を有しているため、下部部分の中央セグメントは、変調効率を著しく改善することができる。下部部分８７０ａ、８７６ａの中央セグメントは、過度の光損失を招くことがないよう、比較的薄いことが好ましい。たとえば、一実施形態によれば、下部部分８７０ａ、８７６ａの中央セグメントは、対応する外部セグメントよりはるかに薄くなっている。
【００６１】
図９を参照すると、本発明の他の実施形態による電気光学デバイスの断面図が示されている。電気光学デバイス９００は、基板５１０、第１の光導波路５２４、第２の光導波路５２６、ＲＦ信号電極５４０、ＲＦ接地電極５４２、５４４、上部バッファ層５５０、ブリード層５６０、第１のバイアス信号電極９７０、第２のバイアス信号電極９７６、バイアス接地電極９７２、９７４および下部バッファ層９８０、９８６を備えている。
【００６２】
基板５１０、第１の光導波路５２４、第２の光導波路５２６、ＲＦ信号電極５４０、ＲＦ接地電極５４２、５４４、上部バッファ層５５０およびブリード層５６０は、上で説明した通りである。
【００６３】
第１のバイアス信号電極９７０、第２のバイアス信号電極９７６、第１のバイアス接地電極９７４および第２のバイアス接地電極９７２は、すべて、基板５１０によって支えられている。バイアス電極９７０、９７２、９７４、９７６は、光導波路の両端間に低周波電圧または直流電圧を印加するために使用されるバイアス電極構造の一部である。第１のバイアス信号電極９７０および第２のバイアス信号電極９７６の各々は、下部部分および上部キャップ・セクションを備えている。下部部分９７０ａ、９７６ａの各々は、基板５１０の上に直接配置された２つの外部セグメントおよび基板５１０と接触していない中央セグメントを備えている。上部キャップ・セクション９７０ｂ、９７６ｂは、それぞれバッファ層９８０、９８６ｂの上方に伸び、外部セグメントを橋絡し、中央セグメントとの接触を提供している。
【００６４】
バイアス電極９７０、９７２、９７４、９７６の各々は、通常、タンタル窒化ケイ素（ＴａＳｉＮ）、非晶質シリコン（Ｓｉ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの抵抗率の大きい材料から形成されている。抵抗率の大きい材料を使用することにより、バイアス電極９７０、９７２、９７４、９７６を低い周波数で導電性にし、かつ、高い周波数で誘電体として機能させることができる。したがってバイアス電極は、事実上、ＲＦ電極によって生成される電界に対して透明である。バイアス電極材料の適切な抵抗率の値は、ＲＦ電極材料の抵抗率と基板の抵抗率の間に存在している。たとえばＴａＳｉＮは、通常、２５℃において約１０４Ω−ｃｍないし１０６Ω−ｃｍの範囲の抵抗率を有しており、これは、２５℃における最大２．３×１０−６Ω−ｃｍ（Ａｕ）と２５℃における最大１．３×１０１７Ω−ｃｍ（ＬｉＮｂＯ３）の間である。バイアス電極材料の抵抗率は、２５℃において約１オーム−ｃｍから１０８オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）の範囲であることが好ましく、２５℃において約１０２オーム−ｃｍから１０７オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）であることがより好ましく、２５℃において約１０４オーム−ｃｍから１０６オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）であることが最も好ましい。好ましい範囲は、通常、より小さい抵抗率の材料によってより速い応答時間が提供され、一方、バイアス電極が１つまたは複数の導波路に近接しているため、より大きい抵抗率の材料によって光損失が小さくなることから決定される。また、抵抗率がより大きいバイアス電極材料を使用することにより、ＲＦ信号との結合を小さくすることができ、したがってＲＦ信号電極の単位長さ当たりの正味ＲＦ損失が減少する。バイアス電極９７０、９７２、９７４、９７６の各々は、ブリード層５６０を形成するために使用される材料から形成することも、あるいは異なる材料から形成することもできる。好都合には、バイアス電極９７０、９７２、９７４、９７６およびブリード層を同じ材料（たとえばＴａＳｉＮ）から製造する場合、製造プロセスが比較的単純である。バイアス電極９７０、９７２、９７４、９７６は、蒸着およびスパッタリングを始めとする良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造することができる。バイアス電極９７０、９７６の厚さは、通常、約０．０５μｍと０．５μｍの間の範囲であり、より一般的には約０．０５μｍと０．２５μｍの間である。
【００６５】
下部バッファ層９８０、９８６は、それぞれ、光導波路５２６、５２４と、その上方に位置しているバイアス信号電極９７０、９７６のキャップ・セクションとの間にスペーサを提供している。したがって下部バッファ層９８０、９８６は、通常、重要な波長（たとえば１．５５ミクロン）で光学的に透明である材料を使用して製造されている。一実施形態では、下部バッファ層９８０、９８６は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）またはベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）などの実質的に非導電性誘電体材料を使用して製造されている。他の実施形態では、下部バッファ層９８０、９８６は、若干の固有導電率を示すようにスパッタリングされたＳｉＯ２などの誘電体材料から製造されている。さらに他の実施形態では、下部バッファ層９８０、９８６は、ドープまたはイオン注入されたＳｉＯ２などの若干の導電率を有する誘電体材料を使用して製造されている。通常、下部バッファ層の抵抗率は、２５℃において約１０１７〜１０１９Ω−ｃｍの範囲である。下部バッファ層９８０、９８６は、通常、真空蒸着、イオン・アシスト真空蒸着、スパッタリングまたは化学気相成長（ＣＶＤ）などの良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造される。下部バッファ層９８０、９８６の厚さは、通常、約０．０５μｍと１μｍの間の範囲であり、より一般的には約０．１μｍと０．５μｍの間である。下部バッファ層をＳｉＯ２から形成する場合、場合によっては、付着後にアニールするステップが必要である。
【００６６】
本発明の一実施形態によれば、電気光学デバイス９００は、最初に下部バッファ層材料を付着させ（この材料は、引き続いて、下部バッファ層９８０、９８６を形成するべくアニールされ、かつ、エッチングされる）、次にバイアス電極材料を付着させることによって製造される（このバイアス電極材料は、引き続いて、バイアス電極９７０、９７２、９７４、９７６を形成するべくエッチングされる）。下部バッファ層は、バイアス信号電極９７０、９７６が実質的にＥ字形断面を有し、Ｅ字形の中央のアームが外側のアームより短くなるよう、個々の導波路５２６、５２４の真上の領域の一部のみがエッチングされることに留意されたい。他の実施形態によれば、バイアス信号電極９７０、９７６は、それぞれ下部バッファ層９８０、９８６のよりコンフォーマルなコーティングを提供することができる。
【００６７】
有利には、それぞれ導波路５２６、５２４の上方に伸びる上部層９７０ｂ、９７６ｂは、バイアス電極構造の変調効率を著しく改善している。下部層９７０ａ、９７６ａの外部セグメントは、印加電界に寄与しているだけではなく、個々のバイアス信号電極９７０、９７６から印加される電界を妨害することになるバッファ層９８０、９８６中の水平方向のあらゆるイオン伝導の制限を促進している。有利には、下部部分９７０ａ、９７６ａの中央セグメント９７０ｃ、９７６ｃは、それぞれ、印加電界の集束を促進し、かつ、光損失の増加を最小化している。
【００６８】
図１０を参照すると、本発明の他の実施形態による電気光学デバイスの断面図が示されている。電気光学デバイス１０００は、基板５１０、第１の光導波路５２４、第２の光導波路５２６、ＲＦ信号電極５４０、ＲＦ接地電極５４２、５４４、上部バッファ層５５０、ブリード層５６０、第１のバイアス信号電極１０７０、第２のバイアス信号電極１０７６、バイアス接地電極１０７２、１０７４および下部バッファ層１０８０、１０８６を備えている。
【００６９】
基板５１０、第１の光導波路５２４、第２の光導波路５２６、ＲＦ信号電極５４０、ＲＦ接地電極５４２、５４４、上部バッファ層５５０およびブリード層５６０は、上で説明した通りである。
【００７０】
第１のバイアス信号電極１０７０、第２のバイアス信号電極１０７６、第１のバイアス接地電極１０７４および第２のバイアス接地電極１０７２は、すべて、基板５１０によって支えられている。バイアス電極１０７０、１０７２、１０７４、１０７６は、光導波路の両端間に低周波電圧または直流電圧を印加するために使用されるバイアス電極構造の一部である。第１のバイアス信号電極１０７０および第２のバイアス信号電極１０７６の各々は、下部部分および上部キャップ・セクションを備えている。下部部分１０７０ａ、１０７６ａの各々は、基板５１０の上に直接配置された、下部バッファ層を２つのセグメントに分割している中央セグメントを備えている。上部キャップ・セクション１０７０ｂ、１０７６ｂは、それぞれスプリット・バッファ層１０８０、１０８６の上方に伸びており、それぞれ下部部分１０７０ａ、１０７６ａと接触している。
【００７１】
バイアス電極１０７０、１０７２、１０７４、１０７６の各々は、通常、タンタル窒化ケイ素（ＴａＳｉＮ）、非晶質シリコン（Ｓｉ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの抵抗率の大きい材料から形成されている。抵抗率の大きい材料を使用することにより、バイアス電極１０７０、１０７２、１０７４、１０７６を低い周波数で導電性にし、かつ、高い周波数で誘電体として機能させることができる。したがってバイアス電極は、事実上、ＲＦ電極によって生成される電界に対して透明である。バイアス電極材料の適切な抵抗率の値は、ＲＦ電極材料の抵抗率と基板の抵抗率の間に存在している。たとえばＴａＳｉＮは、通常、２５℃において約１０４Ω−ｃｍないし１０６Ω−ｃｍの範囲の抵抗率を有しており、これは、２５℃における最大２．３×１０−６Ω−ｃｍ（Ａｕ）と２５℃における最大１．３×１０１７Ω−ｃｍ（ＬｉＮｂＯ３）の間である。バイアス電極材料の抵抗率は、２５℃において約１オーム−ｃｍから１０８オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）の範囲であることが好ましく、２５℃において約１０２オーム−ｃｍから１０７オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）であることがより好ましく、２５℃において約１０４オーム−ｃｍから１０６オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）であることが最も好ましい。好ましい範囲は、通常、より小さい抵抗率の材料によってより速い応答時間が提供され、一方、バイアス電極が１つまたは複数の導波路に近接しているため、より大きい抵抗率の材料によって光損失が小さくなることから決定される。また、抵抗率がより大きいバイアス電極材料を使用することにより、ＲＦ信号との結合を小さくすることができ、したがってＲＦ信号電極の単位長さ当たりの正味ＲＦ損失が減少する。バイアス電極１０７０、１０７２、１０７４、１０７６の各々は、ブリード層５６０を形成するために使用される材料から形成することも、あるいは異なる材料から形成することもできる。好都合には、バイアス電極１０７０、１０７２、１０７４、１０７６およびブリード層を同じ材料（たとえばＴａＳｉＮ）から製造する場合、製造プロセスが比較的単純である。バイアス電極１０７０、１０７２、１０７４、１０７６は、蒸着およびスパッタリングを始めとする良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造することができる。バイアス電極１０７０、１０７６の厚さは、通常、約０．０５μｍと０．５μｍの間の範囲であり、より一般的には約０．０５μｍと０．２５μｍの間である。
【００７２】
下部バッファ層１０８０、１０８６は、それぞれ、光導波路５２６、５２４と、その上方に位置している上部キャップ・セクション１０７０ｂ、１０７６ｂとの間にスペーサを提供している。したがって下部バッファ層１０８０、１０８６は、通常、重要な波長（たとえば１．５５ミクロン）で光学的に透明である材料を使用して製造されている。一実施形態では、下部バッファ層１０８０、１０８６は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）またはベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）などの実質的に非導電性誘電体材料を使用して製造されている。他の実施形態では、下部バッファ層１０８０、１０８６は、若干の固有導電率を示すようにスパッタリングされたＳｉＯ２などの誘電体材料から製造されている。さらに他の実施形態では、下部バッファ層１０８０、１０８６は、ドープまたはイオン注入されたＳｉＯ２などの若干の導電率を有する誘電体材料を使用して製造されている。通常、下部バッファ層の抵抗率は、２５℃において約１０１７〜１０１９Ω−ｃｍの範囲である。下部バッファ層１０８０、１０８６は、通常、真空蒸着、イオン・アシスト真空蒸着、スパッタリングまたは化学気相成長（ＣＶＤ）などの良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造される。下部バッファ層１０８０、１０８６の厚さは、通常、約０．０５μｍと１μｍの間の範囲であり、より一般的には約０．１μｍと０．５μｍの間である。下部バッファ層をＳｉＯ２から形成する場合、場合によっては、付着後にアニールするステップが必要である。
【００７３】
本発明の一実施形態によれば、電気光学デバイス１０００は、最初に下部バッファ層材料を付着させ（この材料は、引き続いて、下部スプリット・バッファ層１０８０、１０８６を形成するべくアニールされ、かつ、エッチングされる）、次にバイアス電極材料を付着させることによって製造される（このバイアス電極材料は、引き続いて、バイアス電極１０７０、１０７２、１０７４、１０７６を形成するべくエッチングされる）。図に示すこの実施形態のバイアス信号電極１０７０、１０７６は、実質的にＴ字形断面を有している。他の実施形態では、バイアス信号電極１０７０、１０７６は、それぞれ下部バッファ層１０８０、１０８６のよりコンフォーマルなコーティングを提供することができる。
【００７４】
有利には、それぞれ導波路５２６、５２４の上方に伸びる上部キャップ・セクション１０７０ｂ、１０７６ｂは、バイアス電極構造の変調効率を著しく改善している。
【００７５】
さらに有利には、バイアス電極１０７０、１０７６は、図８に示すＥ字形断面ではなく、実質的にＴ字形断面を有しているため、外部セグメントからの光負荷が除去される。
【００７６】
図１１を参照すると、本発明の他の実施形態による電気光学デバイスの断面図が示されている。電気光学デバイス１１００は、基板５１０、第１の光導波路５２４、第２の光導波路５２６、ＲＦ信号電極５４０、ＲＦ接地電極５４２、５４４、上部バッファ層５５０、ブリード層５６０、第１のバイアス信号電極１１７０、第２のバイアス信号電極１１７６、バイアス接地電極１１７２、１１７４および下部バッファ層１１８０、１１８６を備えている。
【００７７】
基板５１０、第１の光導波路５２４、第２の光導波路５２６、ＲＦ信号電極５４０、ＲＦ接地電極５４２、５４４、上部バッファ層５５０およびブリード層５６０は、上で説明した通りである。
【００７８】
第１のバイアス信号電極１１７０、第２のバイアス信号電極１１７６、第１のバイアス接地電極１１７４および第２のバイアス接地電極１１７２は、すべて、基板５１０によって支えられている。バイアス電極１１７０、１１７２、１１７４、１１７６は、光導波路の両端間に低周波電圧または直流電圧を印加するために使用されるバイアス電極構造の一部である。第１のバイアス信号電極１１７０および第２のバイアス信号電極１１７６の各々は、それぞれ、下部スプリット部分１１７０ａ、１１７６ａおよび上部スプリット部分１１７０ｂ、１１７６ｂを備えている。上部スプリット部分１１７０ｂ、１１７６ｂの少なくとも一部は、それぞれバッファ層１１８０、１１８６の上方に伸びる。
【００７９】
バイアス電極１１７０、１１７２、１１７４、１１７６の各々は、通常、タンタル窒化ケイ素（ＴａＳｉＮ）、非晶質シリコン（Ｓｉ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの抵抗率の大きい材料から形成されている。抵抗率の大きい材料を使用することにより、バイアス電極１１７０、１１７２、１１７４、１１７６を低い周波数で導電性にし、かつ、高い周波数で誘電体として機能させることができる。したがってバイアス電極は、事実上、ＲＦ電極によって生成される電界に対して透明である。バイアス電極材料の適切な抵抗率の値は、ＲＦ電極材料の抵抗率と基板の抵抗率の間に存在している。たとえばＴａＳｉＮは、通常、２５℃において約１０４Ω−ｃｍないし１０６Ω−ｃｍの範囲の抵抗率を有しており、これは、２５℃における最大２．３×１０−６Ω−ｃｍ（Ａｕ）と２５℃における最大１．３×１０１７Ω−ｃｍ（ＬｉＮｂＯ３）の間である。バイアス電極材料の抵抗率は、２５℃において約１オーム−ｃｍから１０８オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）の範囲であることが好ましく、２５℃において約１０２オーム−ｃｍから１０７オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）であることがより好ましく、２５℃において約１０４オーム−ｃｍから１０６オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）であることが最も好ましい。好ましい範囲は、通常、より小さい抵抗率の材料によってより速い応答時間が提供され、一方、バイアス電極が１つまたは複数の導波路に近接しているため、より大きい抵抗率の材料によって光損失が小さくなることから決定される。また、抵抗率がより大きいバイアス電極材料を使用することにより、ＲＦ信号との結合を小さくすることができ、したがってＲＦ信号電極の単位長さ当たりの正味ＲＦ損失が減少する。バイアス電極１１７０、１１７２、１１７４、１１７６の各々は、ブリード層５６０を形成するために使用される材料から形成することも、あるいは異なる材料から形成することもできる。好都合には、バイアス電極１１７０、１１７２、１１７４、１１７６およびブリード層を同じ材料（たとえばＴａＳｉＮ）から製造する場合、製造プロセスが比較的単純である。バイアス電極１１７０、１１７２、１１７４、１１７６は、蒸着およびスパッタリングを始めとする良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造することができる。バイアス電極１１７０、１１７６の厚さは、通常、約０．０５μｍと０．５μｍの間の範囲であり、より一般的には約０．０５μｍと０．２５μｍの間である。
【００８０】
下部バッファ層１１８０、１１８６は、それぞれ、光導波路５２６、５２４と、その上方に位置しているバイアス信号電極１１７０、１１７６の上部スプリット部分との間にスペーサを提供している。したがって下部バッファ層１１８０、１１８６は、通常、重要な波長（たとえば１．５５ミクロン）で光学的に透明である材料を使用して製造されている。一実施形態では、下部バッファ層１１８０、１１８６は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）またはベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）などの実質的に非導電性誘電体材料を使用して製造されている。他の実施形態では、下部バッファ層１１８０、１１８６は、若干の固有導電率を示すようにスパッタリングされたＳｉＯ２などの誘電体材料から製造されている。さらに他の実施形態では、下部バッファ層１１８０、１１８６は、ドープまたはイオン注入されたＳｉＯ２などの若干の導電率を有する誘電体材料を使用して製造されている。通常、下部バッファ層の抵抗率は、２５℃において約１０１７〜１０１９Ω−ｃｍの範囲である。下部バッファ層１１８０、１１８６は、通常、真空蒸着、イオン・アシスト真空蒸着、スパッタリングまたは化学気相成長（ＣＶＤ）などの良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造される。下部バッファ層１１８０、１１８６の厚さは、通常、約０．０５μｍと１μｍの間の範囲であり、より一般的には約０．１μｍと０．５μｍの間である。下部バッファ層をＳｉＯ２から形成する場合、場合によっては、付着後にアニールするステップが必要である。
【００８１】
本発明の一実施形態によれば、電気光学デバイス１１００は、最初に下部バッファ層材料を付着させ（この材料は、引き続いて、下部バッファ層１１８０、１１８６を形成するべくアニールされ、かつ、エッチングされる）、次にバイアス電極材料を付着させることによって製造される（このバイアス電極材料は、引き続いて、バイアス電極１１７０、１１７２、１１７４、１１７６を形成するべくエッチングされる）。
【００８２】
有利には、それぞれ導波路５２６、５２４の上方に伸びる上部スプリット部分１１７０ｂ、１１７６ｂは、バイアス電極構造の変調効率を著しく改善している。下部スプリット部分１１７０ａ、１１７６ａは、印加電界に寄与しているだけではなく、個々のバイアス信号電極１１７０、１１７６から印加される電界を妨害することになるバッファ層１１８０、１１８６中の水平方向のあらゆるイオン伝導の制限を促進している。
【００８３】
さらに有利には、上部スプリット部分１１７０ｂ、１１７６ｂは部分キャップを形成しており、したがって光損失を小さくしている。また、スプリット部分１１７０ｂ、１１７６ｂの内側の底部の隅を使用して、それぞれ下方に位置している導波路５２６、５２４に印加電界を集束させることができる。
【００８４】
図１２を参照すると、本発明の他の実施形態による電気光学デバイスの断面図が示されている。電気光学デバイス１２００は、基板５１０、第１の光導波路５２４、第２の光導波路５２６、ＲＦ信号電極５４０、ＲＦ接地電極５４２、５４４、上部バッファ層５５０、ブリード層５６０、第１のバイアス信号電極１２７０、第２のバイアス信号電極１２７６、バイアス接地電極１２７２、１２７４および下部バッファ層１２８０、１２８６を備えている。
【００８５】
基板５１０、第１の光導波路５２４、第２の光導波路５２６、ＲＦ信号電極５４０、ＲＦ接地電極５４２、５４４、上部バッファ層５５０およびブリード層５６０は、上で説明した通りである。
【００８６】
第１のバイアス信号電極１２７０、第２のバイアス信号電極１２７６、第１のバイアス接地電極１２７４および第２のバイアス接地電極１２７２は、すべて、基板５１０によって支えられている。バイアス電極１２７０、１２７２、１２７４、１２７６は、光導波路の両端間に低周波電圧または直流電圧を印加するために使用されるバイアス電極構造の一部である。第１のバイアス信号電極１２７０および第２のバイアス信号電極１２７６の各々は、それぞれ、下部スプリット部分１２７０ａ、１２７６ａおよび部分キャップ部分１２７０ｂ、１２７６ｂを備えている。部分キャップ部分１２７０ｂ、１２７６ｂの少なくとも一部は、それぞれバッファ層１２８０、１２８６の上方に伸びる。
【００８７】
バイアス電極１２７０、１２７２、１２７４、１２７６の各々は、通常、タンタル窒化ケイ素（ＴａＳｉＮ）、非晶質シリコン（Ｓｉ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの抵抗率の大きい材料から形成されている。抵抗率の大きい材料を使用することにより、バイアス電極１２７０、１２７２、１２７４、１２７６を低い周波数で導電性にし、かつ、高い周波数で誘電体として機能させることができる。したがってバイアス電極は、事実上、ＲＦ電極によって生成される電界に対して透明である。バイアス電極材料の適切な抵抗率の値は、ＲＦ電極材料の抵抗率と基板の抵抗率の間に存在している。たとえばＴａＳｉＮは、通常、２５℃において約１０４Ω−ｃｍないし１０６Ω−ｃｍの範囲の抵抗率を有しており、これは、２５℃における最大２．３×１０−６Ω−ｃｍ（Ａｕ）と２５℃における最大１．３×１０１７Ω−ｃｍ（ＬｉＮｂＯ３）の間である。バイアス電極材料の抵抗率は、２５℃において約１オーム−ｃｍから１０８オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）の範囲であることが好ましく、２５℃において約１０２オーム−ｃｍから１０７オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）であることがより好ましく、２５℃において約１０４オーム−ｃｍから１０６オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）であることが最も好ましい。好ましい範囲は、通常、より小さい抵抗率の材料によってより速い応答時間が提供され、一方、バイアス電極が１つまたは複数の導波路に近接しているため、より大きい抵抗率の材料によって光損失が小さくなることから決定される。また、抵抗率がより大きいバイアス電極材料を使用することにより、ＲＦ信号との結合を小さくすることができ、したがってＲＦ信号電極の単位長さ当たりの正味ＲＦ損失が減少する。バイアス電極１２７０、１２７２、１２７４、１２７６の各々は、ブリード層５６０を形成するために使用される材料から形成することも、あるいは異なる材料から形成することもできる。好都合には、バイアス電極１２７０、１２７２、１２７４、１２７６およびブリード層を同じ材料（たとえばＴａＳｉＮ）から製造する場合、製造プロセスが比較的単純である。バイアス電極１２７０、１２７２、１２７４、１２７６は、蒸着およびスパッタリングを始めとする良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造することができる。バイアス電極１２７０、１２７６の厚さは、通常、約０．０５μｍと０．５μｍの間の範囲であり、より一般的には約０．０５μｍと０．２５μｍの間である。
【００８８】
下部バッファ層１２８０、１２８６は、それぞれ、光導波路５２６、５２４と、その上方に位置しているバイアス信号電極１２７０、１２７６の部分キャップ・セクションとの間にスペーサを提供している。したがって下部バッファ層１２８０、１２８６は、通常、重要な波長（たとえば１．５５ミクロン）で光学的に透明である材料を使用して製造されている。一実施形態では、下部バッファ層１２８０、１２８６は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）またはベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）などの実質的に非導電性誘電体材料を使用して製造されている。他の実施形態では、下部バッファ層１２８０、１２８６は、若干の固有導電率を示すようにスパッタリングされたＳｉＯ２などの誘電体材料から製造されている。さらに他の実施形態では、下部バッファ層１２８０、１２８６は、ドープまたはイオン注入されたＳｉＯ２などの若干の導電率を有する誘電体材料を使用して製造されている。通常、下部バッファ層の抵抗率は、２５℃において約１０１７〜１０１９Ω−ｃｍの範囲である。下部バッファ層１２８０、１２８６は、通常、真空蒸着、イオン・アシスト真空蒸着、スパッタリングまたは化学気相成長（ＣＶＤ）などの良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造される。下部バッファ層１２８０、１２８６の厚さは、通常、約０．０５μｍと１μｍの間の範囲であり、より一般的には約０．１μｍと０．５μｍの間である。下部バッファ層をＳｉＯ２から形成する場合、場合によっては、付着後にアニールするステップが必要である。
【００８９】
本発明の一実施形態によれば、電気光学デバイス１２００は、最初に下部バッファ層材料を付着させ（この材料は、引き続いて、下部バッファ層１２８０、１２８６を形成するべくアニールされ、かつ、エッチングされる）、次にバイアス電極材料を付着させることによって製造される（このバイアス電極材料は、引き続いて、バイアス電極１２７０、１２７２、１２７４、１２７６を形成するべくエッチングされる）。
【００９０】
有利には、それぞれ導波路５２６、５２４の上方に伸びる部分キャップ部分１２７０ｂ、１２７６ｂは、バイアス電極構造の変調効率を著しく改善している。下部スプリット部分１２７０ａ、１２７６ａは、印加電界に寄与しているだけではなく、個々のバイアス信号電極１２７０、１２７６から印加される電界を妨害することになるバッファ層１２８０、１２８６中の水平方向のあらゆるイオン伝導の制限を促進している。
【００９１】
さらに有利には、部分キャップ部分１２７０ｂ、１２７６ｂは、対応する導波路５２６、５２４の上方に完全には伸びていないため、光損失が小さい。また、部分キャップ部分１２７０ｂ、１２７６ｂの内側の底部の隅を使用して、それぞれ下方に位置している導波路５２６、５２４に印加電界を集束させることができる。
【００９２】
図１３を参照すると、本発明の他の実施形態による電気光学デバイスの断面図が示されている。電気光学デバイス１３００は、基板５１０、第１の光導波路５２４、第２の光導波路５２６、ＲＦ信号電極５４０、ＲＦ接地電極５４２、５４４、上部バッファ層５５０、ブリード層５６０、第１のバイアス信号電極１３７０、第２のバイアス信号電極１３７６、バイアス接地電極１３７２、１３７４および下部バッファ層１３８０、１３８６を備えている。
【００９３】
基板５１０、第１の光導波路５２４、第２の光導波路５２６、ＲＦ信号電極５４０、ＲＦ接地電極５４２、５４４、上部バッファ層５５０およびブリード層５６０は、上で説明した通りである。
【００９４】
第１のバイアス信号電極１３７０、第２のバイアス信号電極１３７６、第１のバイアス接地電極１３７４および第２のバイアス接地電極１３７２は、すべて、基板５１０によって支えられている。バイアス電極１３７０、１３７２、１３７４、１３７６は、光導波路の両端間に低周波電圧または直流電圧を印加するために使用されるバイアス電極構造の一部である。バイアス信号電極１３７０、１３７６は、それぞれバッファ層の第１の領域１３８０および第２の領域１３８６の上方に伸びる。
【００９５】
バイアス電極１３７０、１３７２、１３７４、１３７６の各々は、通常、タンタル窒化ケイ素（ＴａＳｉＮ）、非晶質シリコン（Ｓｉ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの抵抗率の大きい材料から形成されている。抵抗率の大きい材料を使用することにより、バイアス電極１３７０、１３７２、１３７４、１３７６を低い周波数で導電性にし、かつ、高い周波数で誘電体として機能させることができる。したがってバイアス電極は、事実上、ＲＦ電極によって生成される電界に対して透明である。バイアス電極材料の適切な抵抗率の値は、ＲＦ電極材料の抵抗率と基板の抵抗率の間に存在している。たとえばＴａＳｉＮは、通常、２５℃において約１０４Ω−ｃｍないし１０６Ω−ｃｍの範囲の抵抗率を有しており、これは、２５℃における最大２．３×１０−６Ω−ｃｍ（Ａｕ）と２５℃における最大１．３×１０１７Ω−ｃｍ（ＬｉＮｂＯ３）の間である。バイアス電極材料の抵抗率は、２５℃において約１オーム−ｃｍから１０８オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）の範囲であることが好ましく、２５℃において約１０２オーム−ｃｍから１０７オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）であることがより好ましく、２５℃において約１０４オーム−ｃｍから１０６オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）であることが最も好ましい。好ましい範囲は、通常、より小さい抵抗率の材料によってより速い応答時間が提供され、一方、バイアス電極が１つまたは複数の導波路に近接しているため、より大きい抵抗率の材料によって光損失が小さくなることから決定される。また、抵抗率がより大きいバイアス電極材料を使用することにより、ＲＦ信号との結合を小さくすることができ、したがってＲＦ信号電極の単位長さ当たりの正味ＲＦ損失が減少する。バイアス電極１３７０、１３７２、１３７４、１３７６の各々は、ブリード層５６０を形成するために使用される材料から形成することも、あるいは異なる材料から形成することもできる。好都合には、バイアス電極１３７０、１３７２、１３７４、１３７６およびブリード層を同じ材料（たとえばＴａＳｉＮ）から製造する場合、製造プロセスが比較的単純である。バイアス電極１３７０、１３７２、１３７４、１３７６は、蒸着およびスパッタリングを始めとする良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造することができる。バイアス電極１３７０、１３７６の厚さは、通常、約０．０５μｍと０．５μｍの間の範囲であり、より一般的には約０．０５μｍと０．２５μｍの間である。
【００９６】
下部バッファ層１３８０、１３８６は、それぞれ、光導波路５２６、５２４と、その上方に位置しているバイアス信号電極１３７０、１３７６との間にスペーサを提供している。したがって下部バッファ層１３８０、１３８６は、通常、重要な波長（たとえば１．５５ミクロン）で光学的に透明である材料を使用して製造されている。バイアス信号電極１３７０、１３７６は、基板５１０と直接接触していないため、下部バッファ層１３８０、１３８６は、少なくとも若干の導電率を有する材料から製造されることが好ましい。たとえば、一実施形態では、下部バッファ層１３８０、１３８６は、若干の固有導電率を示すようにスパッタリングされた、あるいは大きい導電率を提供するためにドープまたはイオン注入されたＳｉＯ２などの誘電体材料から製造されている。通常、下部バッファ層１３８０、１３８６の抵抗率は、２５℃において約１０１７〜１０１９Ω−ｃｍの範囲である。下部バッファ層１３８０、１３８６は、通常、真空蒸着、イオン・アシスト真空蒸着、スパッタリングまたは化学気相成長（ＣＶＤ）などの良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造される。下部バッファ層１３８０、１３８６の厚さは、通常、約０．０５μｍと１μｍの間の範囲であり、より一般的には約０．１μｍと０．５μｍの間である。下部バッファ層をＳｉＯ２から形成する場合、場合によっては、付着後にアニールするステップが必要である。
【００９７】
本発明の一実施形態によれば、電気光学デバイス１３００は、最初に下部バッファ層材料を付着させ（この材料は、引き続いて、下部バッファ層１３８０、１３８６を形成するべくアニールされ、かつ、エッチングされる）、次にバイアス電極材料を付着させることによって製造される（このバイアス電極材料は、引き続いて、バイアス電極１３７０、１３７２、１３７４、１３７６を形成するべくエッチングされる）。
【００９８】
有利には、下部バッファ層１３８０、１３８６は、その上方にバイアス信号電極１３７０、１３７６が存在しているため、導波路５２６、５２４の光損失が著しく小さい。
【００９９】
さらに有利には、図１３に示す非スプリット・バイアス信号電極は、図４、１１および１２に示すスプリット・バイアス信号電極と比較すると、その製造がより容易である。また、さらに有利には、図１３に示す非スプリット・バイアス電極は、それらがそれらの下方に位置している光導波路に強いる機械応力がより一様であるため、温度によって変化する差動機械応力がより小さく、したがって２つの導波路内における相対光位相の温度に対する感度がより鈍感である。相対光位相が変化すると、ＭＺのバイアス点が不要にシフトすることになる。
【０１００】
図１４を参照すると、本発明の他の実施形態による電気光学デバイスの断面図が示されている。電気光学デバイス１４００は、基板５１０、第１の光導波路５２４、第２の光導波路５２６、ＲＦ信号電極５４０、ＲＦ接地電極５４２、５４４、上部バッファ層５５０、ブリード層５６０、第１のバイアス信号電極１４７０、第２のバイアス信号電極１４７６、バイアス接地電極１４７２、１４７４および下部バッファ層１４８５を備えている。
【０１０１】
基板５１０、第１の光導波路５２４、第２の光導波路５２６、ＲＦ信号電極５４０、ＲＦ接地電極５４２、５４４、上部バッファ層５５０およびブリード層５６０は、上で説明した通りである。
【０１０２】
第１のバイアス信号電極１４７０、第２のバイアス信号電極１４７６、第１のバイアス接地電極１４７４および第２のバイアス接地電極１４７２は、すべて、基板５１０によって支えられている。バイアス電極１４７０、１４７２、１４７４、１４７６は、光導波路の両端間に低周波電圧または直流電圧を印加するために使用されるバイアス電極構造の一部である。バイアス信号電極１４７０、１４７６は、バッファ層１４８５の上方に伸びる。
【０１０３】
バイアス電極１４７０、１４７２、１４７４、１４７６の各々は、通常、タンタル窒化ケイ素（ＴａＳｉＮ）、非晶質シリコン（Ｓｉ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの抵抗率の大きい材料から形成されている。抵抗率の大きい材料を使用することにより、バイアス電極１４７０、１４７２、１４７４、１４７６を低い周波数で導電性にし、かつ、高い周波数で誘電体として機能させることができる。したがってバイアス電極は、事実上、ＲＦ電極によって生成される電界に対して透明である。バイアス電極材料の適切な抵抗率の値は、ＲＦ電極材料の抵抗率と基板の抵抗率の間に存在している。たとえばＴａＳｉＮは、通常、２５℃において約１０４Ω−ｃｍないし１０６Ω−ｃｍの範囲の抵抗率を有しており、これは、２５℃における最大２．３×１０−６Ω−ｃｍ（Ａｕ）と２５℃における最大１．３×１０１７Ω−ｃｍ（ＬｉＮｂＯ３）の間である。バイアス電極材料の抵抗率は、２５℃において約１オーム−ｃｍから１０８オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）の範囲であることが好ましく、２５℃において約１０２オーム−ｃｍから１０７オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）であることがより好ましく、２５℃において約１０４オーム−ｃｍから１０６オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）であることが最も好ましい。好ましい範囲は、通常、より小さい抵抗率の材料によってより速い応答時間が提供され、一方、バイアス電極が１つまたは複数の導波路に近接しているため、より大きい抵抗率の材料によって光損失が小さくなることから決定される。また、抵抗率がより大きいバイアス電極材料を使用することにより、ＲＦ信号との結合を小さくすることができ、したがってＲＦ信号電極の単位長さ当たりの正味ＲＦ損失が減少する。バイアス電極１４７０、１４７２、１４７４、１４７６の各々は、ブリード層５６０を形成するために使用される材料から形成することも、あるいは異なる材料から形成することもできる。好都合には、バイアス電極１４７０、１４７２、１４７４、１４７６およびブリード層を同じ材料（たとえばＴａＳｉＮ）から製造する場合、製造プロセスが比較的単純である。バイアス電極１４７０、１４７２、１４７４、１４７６は、蒸着およびスパッタリングを始めとする良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造することができる。バイアス電極１４７０、１４７６の厚さは、通常、約０．０５μｍと０．５μｍの間の範囲であり、より一般的には約０．０５μｍと０．２５μｍの間である。
【０１０４】
下部バッファ層１４８５は、それぞれ光導波路５２６、５２４と、その上方に位置しているバイアス信号電極１４７０、１４７６との間にスペーサを提供している。したがって下部バッファ層１４８５は、通常、重要な波長（たとえば１．５５ミクロン）で光学的に透明である材料を使用して製造されている。バイアス信号電極１４７０、１４７６は、基板５１０と直接接触していないため、下部バッファ層１４８５は、少なくとも若干の導電率を有する材料から製造されることが好ましい。たとえば、一実施形態では、下部バッファ層１４８５は、若干の固有導電率を示すようにスパッタリングされた、あるいは大きい導電率を提供するためにドープまたはイオン注入されたＳｉＯ２などの誘電体材料から製造されている。通常、下部バッファ層１４８５の抵抗率は、２５℃において約１０１７〜１０１９Ω−ｃｍの範囲である。下部バッファ層１４８５は、通常、真空蒸着、イオン・アシスト真空蒸着、スパッタリングまたは化学気相成長（ＣＶＤ）などの良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造される。下部バッファ層１４８５の厚さは、通常、約０．０５μｍと１μｍの間の範囲であり、より一般的には約０．１μｍと０．５μｍの間である。
【０１０５】
本発明の一実施形態によれば、電気光学デバイス１４００は、平面化された下部バッファ層１４８５を最初に付着させ、次にバイアス電極材料を付着させることによって製造される（このバイアス電極材料は、引き続いて、バイアス電極１４７０、１４７２、１４７４、１４７６を形成するべくエッチングされる）。リフトオフ・プロセスを使用してバイアス電極をパターン化することも可能である。
【０１０６】
有利には、下部バッファ層１４８５は、その上方にバイアス信号電極１４７０、１４７６が存在しているため、導波路５２６、５２４の光損失が著しく小さい。
【０１０７】
さらに有利には、図１４に示す非スプリット・バイアス信号電極は、図４、１１および１２に示すスプリット・バイアス信号電極と比較すると、その製造がより容易である。また、下部バッファ層１４８５は、図５ａ、６、７、８、９、１０、１１、１２および１３に関連して説明した下部バッファ層のようにパターン化する必要がないため、電気光学デバイス１４００は、その製造がより単純である。さらに有利には、図１４に示す非スプリット・バイアス電極は、それらがそれらの下方に位置している光導波路に強いる機械応力がより一様であるため、温度によって変化する差動機械応力がより小さく、したがって２つの導波路内における相対光位相の温度に対する感度がより鈍感である。相対光位相が変化すると、ＭＺのバイアス点が不要にシフトすることになる。
【０１０８】
図５ａ、６、７、８、９、１０、１１、１２および１３に関連して説明した実施形態は、すべて、平面化された下部バッファ層（たとえば１４８５のような層）を備えることができることに留意されたい。詳細には、これらの実施形態で開示したバイアス信号電極は、すべて、基板に直接付着させるのではなく、基板に付着した、平面化されたバッファ層の上に付着させることができる。たとえば、図１５に示す、図５ａに関連して説明した実施形態と同様の実施形態について考察する。
【０１０９】
電気光学デバイス１５００は、基板５１０、第１の光導波路５２４、第２の光導波路５２６、ＲＦ信号電極５４０、ＲＦ接地電極５４２、５４４、上部バッファ層５５０、ブリード層５６０、第１のバイアス信号電極１５７０、第２のバイアス信号電極１５７６、バイアス接地電極１５７２、１５７４および下部バッファ層１５８５を備えている。
【０１１０】
基板５１０、第１の光導波路５２４、第２の光導波路５２６、ＲＦ信号電極５４０、ＲＦ接地電極５４２、５４４、上部バッファ層５５０およびブリード層５６０は、上で説明した通りである。
【０１１１】
第１のバイアス信号電極１５７０、第２のバイアス信号電極１５７６、第１のバイアス接地電極１５７４および第２のバイアス接地電極１５７２は、すべて、基板５１０によって支えられている。バイアス電極１５７０、１５７２、１５７４、１５７６は、光導波路の両端間に低周波電圧または直流電圧を印加するために使用されるバイアス電極構造の一部である。第１のバイアス信号電極１５７０および第２のバイアス信号電極１５７６の各々は、下部スプリット部分および対応する下部スプリット部分を橋絡している上部キャップ・セクションを備えている。
【０１１２】
バイアス電極１５７０、１５７２、１５７４、１５７６の各々は、通常、タンタル窒化ケイ素（ＴａＳｉＮ）、非晶質シリコン（Ｓｉ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの抵抗率の大きい材料から形成されている。抵抗率の大きい材料を使用することにより、バイアス電極１５７０、１５７２、１５７４、１５７６を低い周波数で導電性にし、かつ、高い周波数で誘電体として機能させることができる。したがってバイアス電極は、事実上、ＲＦ電極によって生成される電界に対して透明である。バイアス電極材料の適切な抵抗率の値は、ＲＦ電極材料の抵抗率と基板の抵抗率の間に存在している。たとえばＴａＳｉＮは、通常、２５℃において約１０４Ω−ｃｍないし１０６Ω−ｃｍの範囲の抵抗率を有しており、これは、２５℃における最大２．３×１０−６Ω−ｃｍ（Ａｕ）と２５℃における最大１．３×１０１７Ω−ｃｍ（ＬｉＮｂＯ３）の間である。バイアス電極材料の抵抗率は、２５℃において約１オーム−ｃｍから１０８オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）の範囲であることが好ましく、２５℃において約１０２オーム−ｃｍから１０７オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）であることがより好ましく、２５℃において約１０４オーム−ｃｍから１０６オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）であることが最も好ましい。好ましい範囲は、通常、より小さい抵抗率の材料によってより速い応答時間が提供され、一方、バイアス電極が１つまたは複数の導波路に近接しているため、より大きい抵抗率の材料によって光損失が小さくなることから決定される。また、抵抗率がより大きいバイアス電極材料を使用することにより、ＲＦ信号との結合を小さくすることができ、したがってＲＦ信号電極の単位長さ当たりの正味ＲＦ損失が減少する。バイアス電極１５７０、１５７２、１５７４、１５７６の各々は、ブリード層５６０を形成するために使用される材料から形成することも、あるいは異なる材料から形成することもできる。好都合には、バイアス電極１５７０、１５７２、１５７４、１５７６およびブリード層を同じ材料（たとえばＴａＳｉＮ）から製造する場合、製造プロセスが比較的単純である。バイアス電極１５７０、１５７２、１５７４、１５７６は、蒸着およびスパッタリングを始めとする良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造することができる。バイアス電極１５７０、１５７６の厚さは、通常、約０．０５μｍと０．５μｍの間の範囲であり、より一般的には約０．０５μｍと０．２５μｍの間である。
【０１１３】
下部バッファ層１５８５は、それぞれ光導波路５２６、５２４と、その上方に位置しているバイアス信号電極１５７０、１５７６のキャッピング・セクションとの間にスペーサを提供している。したがって下部バッファ層１５８５は、通常、重要な波長（たとえば１．５５ミクロン）で光学的に透明である材料を使用して製造されている。バイアス信号電極１５７０、１５７６は、基板５１０と直接接触していないため、下部バッファ層１５８５は、少なくとも若干の導電率を有する材料から製造されることが好ましい。たとえば、一実施形態では、下部バッファ層１５８５は、若干の固有導電率を示すようにスパッタリングされた、あるいは大きい導電率を示すようドープ／イオン注入された二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などの誘電体材料を使用して製造されている。通常、下部バッファ層１５８５の抵抗率は、２５℃において約１０１７〜１０１９Ω−ｃｍの範囲である。下部バッファ層１５８５は、通常、真空蒸着、イオン・アシスト真空蒸着、スパッタリングまたは化学気相成長（ＣＶＤ）などの良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造される。下部バッファ層１５８５の厚さは、通常、約０．０５μｍと１μｍの間の範囲であり、より一般的には約０．１μｍと０．５μｍの間である。
【０１１４】
本発明の一実施形態によれば、電気光学デバイス１５００は、平面化された下部バッファ層１５８５を基板５１０に付着させ、バイアス信号電極１５７０、１５７６の下部スプリット部分に適応するべく、下部バッファ層１５８５にエッチングを施して（たとえば中ほどまでエッチングを施して）スロットを提供し、バイアス電極材料を付着させ、かつ、バイアス電極材料にエッチングを施してバイアス電極１５７０、１５７２、１５７４、１５７６を形成することによって製造される。バイアス電極１５７０および１５７６は、ほぼ一定の厚さにすることができ、下部バッファ層１５８５の形状に対してよりコンフォーマルにすることができる。
【０１１５】
有利には、この製造方法によれば、比較的一様になるようにバイアス電極の下部部分を製造することができる。たとえば、バイアス電極材料をエッチングする際に整列誤差が存在しても、下部部分の幅が不均一になることはない。
【０１１６】
図５ａ、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４および１５に関連して説明した実施形態の各々では、電気光学デバイスは、実質的に導波路の上方に配置されたバイアス電極を備えており、下部バッファ層が介在している。これは、米国特許出願第２００６／００２３２８８号および米国特許第７，１２７，１２８号に記載されている、バイアス電極が導波路に対して横方向にシフトし、また、直流ドリフトを小さくし、かつ、バイアス電極変調効率を改善するためにバイアス信号電極の下方のバッファ層が除去されている実施形態とは対照的であることに留意されたい。
【０１１７】
上で説明した実施形態の各々では、下部バッファ層は、上方に位置しているバイアス信号電極によってもたらされる導波路５２６、５２４の光損失を著しく小さくしている。たとえば、下部バッファ層が存在していない場合、Ｚ切断ＬｉＮｂＯ３光変調器内の導波路の真上に付着したＴａＳｉＮなどの抵抗率の大きいバイアス電極材料によって、約１ｄＢ／ｍｍないし２ｄＢ／ｍｍの光損失、つまり３０ｍｍの電極の場合、３０ｄＢないし６０ｄＢの光損失がもたらされることになる。下部バッファ層の厚さが０．３μｍの場合、光損失が実質的に小さくなり、デバイス内の他の光損失メカニズムと比較するとほぼ無視し得る程度になる。
【０１１８】
上で説明した実施形態の各々では、バイアス電極変調効率は、少なくとも部分的に、個々の下部バッファ層の厚さおよびその導電率で決まる。たとえば、下部バッファ層は、その厚さが薄いほど変調効率が改善されるが、その反面、光損失が大きくなる。
【０１１９】
図５ａ、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４および１５に関連して説明した電気光学デバイスの性能は、バイアス電極構造を適切に設計することによって改善することができる。
【０１２０】
図１６、１７ａ、ｂ、ｃ、１８および１９は、いくつかの可能バイアス電極構造設計を示したものである。実例で示すために、図１６および１７ａ、ｂ、ｃに示す実施形態について、図５ａを参照して説明した、マッハ−ツェンダ干渉計を形成するために導波路５２４、５２６がパターン化された電気光学デバイス５００を使用して説明する。当然、当業者は、これらのバイアス電極構造設計を本発明の他の実施形態に適合させることができよう。図面を簡潔にするために、ＲＦ電極構造５４０、５４２、５４４は平面図から省略されている。
【０１２１】
図１６を参照すると、バイアス電極構造５７０、５７２、５７４、５７６がＲＦ電極構造（図示せず）を実質的に遮っている実施形態が示されている。たとえば、バイアス信号電極５７０、５７６の各々は、細長い上部キャップ・セクションで覆われた細長い下部スプリット部分を備えている。細長い上部キャップ・セクションおよび細長い下部スプリット部分は、いずれも、干渉計アームの平行セクションの長さ（つまり相互作用距離）にわたってＲＦ電極構造の下方に伸びる。接地電極５７２、５７４には接地電位が提供されている。バイアス信号電極５７０は、バイアス電圧（たとえば＋５Ｖ）を提供する低周波電力源または直流電力源に結合されている。また、他のバイアス信号電極５７６は、任意選択で、もう１つのバイアス電圧（たとえば−５Ｖ）を提供する低周波電力源または直流電力源（図示せず）に結合されている。この実施形態では、線Ａ−Ａに沿った断面図は、図５ａに示す断面図に対応している。
【０１２２】
次に図１７ａを参照すると、バイアス接地電極５７４、５７２およびバイアス信号電極５７０、５７６がセグメント化され、それらの長さに沿ったＲＦ信号の伝搬を抑制し、かつ、それらの長さに沿った機械応力の蓄積を小さくするようになされた実施形態が示されている。より詳細には、バイアス電極材料は、セグメント化されたバイアス信号電極５７０、５７６がバイアス接地電極セグメント５７４と５７２の間に伸びるフィード・ラインを使用して外部バイアス信号電極５７１、５７７に結合されるようにパターン化されている。通常、外部バイアス信号電極５７１、５７７は、セグメント化された薄いバイアス電極５７０、５７６によってそれぞれ導入される大きい直列抵抗を補償するために比較的小さい直列抵抗で製造されている。詳細には、この小さい直列抵抗によって、最小の電圧降下でバイアス信号電圧をバイアス信号電極５７０、５７６に印加するための手段が提供される。一実施形態では、幅の広い外部バイアス信号電極５７１、５７７を提供することによって直列抵抗を小さくしている。他の実施形態では、対応する個々の外部バイアス信号電極５７１、５７７の頂部に、Ｃｒ、Ｎｉ／Ｃｒ（ニッケル／クロム）、Ｔｉ／Ｗおよび／またはＡｕなどの薄い金属膜５７３、５７９を提供することによって直列抵抗を小さくしている。
【０１２３】
上で説明したように、セグメント化されたバイアス信号電極５７０、５７６は、それぞれ複数のフィード・ポイントで外部バイアス電極５７１、５７７に結合されている。実例で示すために、バイアス信号電極毎に３つのフィード・ポイントが示されている。他の実施形態では、０．２５ｍｍないし５ｍｍ毎にフィード・ポイントが提供されている。フィード・ポイントは、導波路の長さにわたって一定の間隔にすることも、あるいは間隔を変化させることも可能である。たとえば後者の場合、フィード・ポイントとフィード・ポイントの間の間隔は、一定の増分で変化させる（つまり連続する個々の間隔が異なるように変化させる）ことも、あるいは階段状に変化させる（つまり少なくともいくつかの連続する間隔が同じになるように変化させる）こともできる。間隔を変化させることにより、バイアス電極の周波数応答を適合させることができる。たとえば、複数の間隔を有するように設計することにより、任意の大きさの複数の時定数が得られ、バイアス電極の時間領域応答を画定することができる。バイアス電極の時間領域応答を適合させることにより、基板の大部分または基板の表面の近傍に生じる他の緩和効果を補償することができる。
【０１２４】
線Ｂ−Ｂに沿った断面図である図１７ｂに示すように、セグメント化されたバイアス信号電極５７０、５７６を対応する外部バイアス信号電極５７１、５７７に結合しているフィード・ラインは、下部スプリット部分と同じレベルに位置している。この実施形態の場合、電気光学デバイスの製造は、上で説明した、電気光学デバイス５００を製造するためのプロセスと類似している。
【０１２５】
線Ｃ−Ｃに沿った断面図である図１７ｃに示すように、セグメント化されたバイアス接地電極５７２、５７４は、それぞれその上方に位置しているＲＦ接地電極５４２、５４４にビア５７５（たとえばブリード層およびバッファ層をエッチングすることによって形成されたＡｕビア）を介して電気結合されている。
【０１２６】
ＲＦ接地電極５４２、５４４、したがってバイアス接地電極５７２、５７４には接地電位が提供されている。外部バイアス電極５７１は、バイアス電圧（たとえば＋５Ｖ）を提供する低周波電力源または直流電力源に結合されている。また、他の外部バイアス信号電極５７７は、任意選択で、反対の符号を有するもう１つのバイアス電圧（たとえば−５Ｖ）を提供する低周波電力源または直流電力源（図示せず）に結合されている。
【０１２７】
図１８を参照すると、その長さに沿ったＲＦ信号の伝搬を抑制し、かつ、その長さに沿った機械応力の蓄積を小さくするべくセグメント化されたバイアス電極を有するもう１つの実施形態が示されている。この実施形態では、バイアス電極材料は、セグメント化された個々のバイアス信号電極１８７０、１８７６が、それぞれ他のバイアス信号電極１８７６、１８７０のセグメント間に伸びるフィード・ラインを使用して外部バイアス信号電極１８７７、１８７１に結合されるようにパターン化されている。より詳細には、フィード・ラインは、第１の導波路１８２６のためのセグメント化バイアス信号電極１８７０を外部バイアス電極１８７７に結合し、かつ、第２の導波路１８２４のためのセグメント化バイアス信号電極１８７６を外部バイアス電極１８７１に結合している。したがって外部バイアス電極１８７１は、セグメント化されたバイアス電極１８７０の接地電極として機能し、一方、外部バイアス電極１８７７は、セグメント化されたバイアス電極１８７６の接地電極として機能している。外部バイアス電極１８７１は、第１のバイアス電圧（たとえば−５Ｖ）を提供する低周波電力源または直流電力源に結合されており、他の外部バイアス信号電極１８７７は、第２のバイアス電圧（たとえば＋５Ｖ）を提供する低周波電力源または直流電力源（図示せず）に結合されている。有利には、このプッシュ−プル構造が、セグメント化されたバイアス電極の変調効率を最大化している。
【０１２８】
通常、外部バイアス信号電極１８７１、１８７７は、セグメント化された薄いバイアス電極１８７６、１８７０によってそれぞれ導入される大きい直列抵抗を補償するために比較的小さい直列抵抗で製造されている。詳細には、この小さい直列抵抗によって、最小の電圧降下でバイアス信号電圧をバイアス信号電極１８７０、１８７６に印加するための手段が提供される。一実施形態では、幅の広い外部バイアス信号電極１８７１、１８７７を提供することによって直列抵抗を小さくしている。他の実施形態では、対応する個々の外部バイアス信号電極１８７１、１８７７の頂部に、Ｃｒ、Ｎｉ／Ｃｒ、Ｔｉ／Ｗおよび／またはＡｕなどの薄い金属膜１８７３、１８７９を提供することによって直列抵抗を小さくしている。
【０１２９】
上で説明したように、セグメント化されたバイアス信号電極１８７０、１８７６は、それぞれ複数のフィード・ポイントで外部バイアス電極１８７７、１８７１に結合されている。実例で示すために、バイアス信号電極毎に２つ〜３つのフィード・ポイントが示されている。他の実施形態では、０．２５ｍｍないし５ｍｍ毎にフィード・ポイントが提供されている。フィード・ポイントは、導波路の長さにわたって一定の間隔にすることも、あるいは間隔を変化させることも可能である。たとえば後者の場合、フィード・ポイントとフィード・ポイントの間の間隔は、一定の増分で変化させる（つまり連続する個々の間隔が異なるように変化させる）ことも、あるいは階段状に変化させる（つまり少なくともいくつかの連続する間隔が同じになるように変化させる）こともできる。
【０１３０】
セグメント化されたバイアス信号電極１８７０、１８７６には、実質的にブラケット形、Ｕ字形、Ｔ字形、Ｅ字形または他の形状の断面を持たせることができる。断面が実質的にブラケット形である場合、セグメント化されたバイアス信号電極１８７０、１８７６をそれぞれ外部バイアス信号電極１８７７、１８７１に接続しているフィード・ラインのレベルと下部スプリット部分のレベルが同じレベルになるようにバイアス電極材料をパターン化することができる（たとえば図１７ａ、ｂ、ｃに示す実施形態で説明した製造方法と同様に）。別法としては、セグメント化されたバイアス信号電極１８７０、１８７６をそれぞれ外部バイアス信号電極１８７７、１８７１に接続しているフィード・ラインのレベルとキャップ・セクションのレベルが同じレベルになるようにバイアス電極材料をパターン化することも可能である。この実施例の場合、電気光学デバイスの製造は、上で説明した、電気光学デバイス１５００を製造するためのプロセスと類似している。さらに別法として、セグメント化されたバイアス信号電極１８７０、１８７６をそれぞれ外部バイアス信号電極１８７７、１８７１に接続しているフィード・ラインが、キャップ・セクションの上方に配置される抵抗率の大きい中間層の一部になるようにバイアス電極材料をパターン化することも可能である。この実施例の場合、セグメント化されたバイアス信号電極１８７０、１８７６は、米国特許出願第２００６／００２３２８８号の図１２ａおよび１５ａで考察されているように、抵抗率の大きいビアを使用して、抵抗率の大きい中間層に周期的に接続することができる。この抵抗率の大きい中間層は、光導波路内に生成される電界に直接寄与するために、基板から極端に離れていることに留意されたい。
【０１３１】
図１９を参照すると、その長さに沿ったＲＦ信号の伝搬を抑制し、かつ、その長さに沿った機械応力の蓄積を小さくするべくセグメント化されたバイアス電極を有する他の実施形態が示されている。この実施形態では、バイアス電極材料は、同じく、セグメント化された個々のバイアス信号電極１９７０、１９７６が、それぞれ他のバイアス信号電極１９７６、１９７０のセグメント間に伸びるフィード・ラインを使用して外部バイアス信号電極１９７７、１９７１に結合されるようにパターン化されている。より詳細には、フィード・ラインは、第１の導波路１９２６のためのセグメント化バイアス信号電極１９７０を外部バイアス電極１９７７に結合し、かつ、第２の導波路１９２４のためのセグメント化バイアス信号電極１９７６を外部バイアス電極１９７１に結合している。したがって外部バイアス電極１９７１は、セグメント化されたバイアス電極１９７０の接地電極として機能し、一方、外部バイアス電極１９７７は、セグメント化されたバイアス電極１９７６の接地電極として機能している。外部バイアス電極１９７１は、第１のバイアス電圧（たとえば−５Ｖ）を提供する低周波電力源または直流電力源に結合されており、他の外部バイアス信号電極１９７７は、第２のバイアス電圧（たとえば＋５Ｖ）を提供する低周波電力源または直流電力源に結合されている。有利には、このプッシュ−プル構造が、セグメント化されたバイアス電極の変調効率を最大化している。
【０１３２】
通常、外部バイアス信号電極１９７１、１９７７は、セグメント化された薄いバイアス電極１９７６、１９７０によってそれぞれ導入される大きい直列抵抗を補償するために比較的小さい直列抵抗で製造されている。詳細には、この小さい直列抵抗によって、最小の電圧降下でバイアス信号電圧をバイアス信号電極１９７０、１９７６に印加するための手段が提供される。一実施形態では、幅の広い外部バイアス信号電極１９７１、１９７７を提供することによって直列抵抗を小さくしている。他の実施形態では、対応する個々の外部バイアス信号電極１９７１、１９７７の頂部に、Ｃｒ、Ｎｉ／Ｃｒ、Ｔｉ／Ｗおよび／またはＡｕなどの薄い金属膜１９７３、１９７９を提供することによって直列抵抗を小さくしている。
【０１３３】
上で説明したように、セグメント化されたバイアス信号電極１９７０、１９７６は、それぞれ複数のフィード・ポイントで外部バイアス電極１９７７、１９７１に結合されている。実例で示すために、バイアス信号電極毎に２つのフィード・ポイントが示されている。他の実施形態では、０．２５ｍｍないし５ｍｍ毎にフィード・ポイントが提供されている。フィード・ポイントは、導波路の長さにわたって一定の間隔にすることも、あるいは間隔を変化させることも可能である。たとえば後者の場合、フィード・ポイントとフィード・ポイントの間の間隔は、一定の増分で変化させる（つまり連続する個々の間隔が異なるように変化させる）ことも、あるいは階段状に変化させる（つまり少なくともいくつかの連続する間隔が同じになるように変化させる）こともできる。
【０１３４】
バイアス信号電極１９７０、１９７６の各々の個々のセグメントは、スプリット・バイアス電極を備えている。有利には、バイアス電極１９７０、１９７６の設計は、適合周波数応答を提供するように選択されている。たとえば、この実施形態の場合、図１９の右側のセグメントの方が図１９の左側のセグメントより長く、また、図１９の右側のスプリット・バイアス電極間のギャップの方が図１９の左側のスプリット・バイアス電極間のギャップより広くなっている。より長いバイアス信号電極セグメントは、その直列抵抗がより大きく、また、キャパシタンスがほぼ同じであるため、これらのバイアス電極セグメントは、そのＲＣ時定数がはるかに長い。スプリット電極間のギャップは、より長い電極セグメントの方がより広いため、その分、単位長さ当たりの変調効率が小さいが、単位長さ当たりのキャパシタンスをほぼ同じにしている。スプリット電極のギャップを関数としたキャパシタンスの変化はほとんどなく、一方、ＶπＬで与えられる変調効率は劇的に変化する。したがって時定数がより長いセグメントの変調効率は、時定数がより短いセグメントの変調効率に無関係に調整が可能である。任意選択で、ＲＣ時定数およびＶπＬが異なるバイアス信号電極セグメントのグループを３つ以上備えることにより、広範囲にわたる様々な適合周波数応答が可能になる。一実施形態では、バイアス電極構造は、バイアス周波数応答に影響を及ぼす他の効果を補償し、周波数が変化してもほとんど変化しない変調効率が生成されるように設計されている。たとえば、基板中または基板表面における短期導電率効果は、バイアス電極周波数応答に影響を及ぼすことがある。バイアス電極応答に複数の適合時定数を使用することにより、これらの効果を補償し、平らな周波数応答を得ることができる。より平らなバイアス周波数応答により、バイアス制御回路の性能が改善される。また、平らな低周波数応答を備えたバイアス電極は、バイアスまたは他の変調信号を徐々にスイープさせるか、あるいは予測可能な方法で常に変化させなければならないあらゆるアプリケーションに有用である。
【０１３５】
有利には、図５ａ、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７ａ、ｂ、ｃ、１８および１９に関連して説明した電気光学デバイスは、耐湿性である。詳細には、耐湿性は、上部バッファ層の下方にバイアス電極を埋設し、それによりバイアス電極を湿気から保護し、かつ、埋設されたバイアス電極のエレクトロマイグレーション腐食を抑制することによって提供される。耐湿性は、任意選択で、ＲＦ電極粘着層を除去することによって、ＲＦ電極粘着層をカプセル封じすることによって、かつ／またはＲＦ電極を形成するために使用される材料と同様の仕事関数を有するＲＦ電極粘着層を使用することによって改善される。耐湿性は、さらに任意選択で、バイアス電極をＲＦ電極５４０、５４２、５４４から直流絶縁させることによって改善される。
【０１３６】
一実施形態によれば、直流絶縁は、ＲＦ発生器から低域通過フィルタを介してバイアス信号電極（たとえば５７０）に信号を引き渡し、また、ＲＦ発生器から高域通過フィルタを介してＲＦ信号電極（たとえば５４０）に信号を引き渡すことによって提供される。有利には、この構造により、ハイ・エンド周波数応答が入力バイアス信号までブーストされ、徐々に変化するバイアス電圧にしばしば重畳するＭＨｚ周波数レンジのディザー信号または他のトーンに適応する。他の実施形態によれば、バイアス・ティーを使用して、バイアス信号電極（たとえば５７０）とＲＦ信号電極（たとえば５４０）が結合される。当然、他の様々なバイアス制御回路が同じく想定されている。
【０１３７】
上で説明した実施形態の各々では、電気光学デバイスは、上部バッファ層および下部バッファ層を備えている。上部バッファ層および下部バッファ層は、同じ材料（たとえばドープされたＳｉＯ２）から形成することも、あるいは異なる材料から形成することもできるが、上部バッファ層および下部バッファ層が異なる導電率を有している場合、性能を改善することができる。より詳細には、下部バッファ層の方が上部バッファ層より導電性であり、とりわけ下部バッファ層が実質的に基板の導電率と同じかあるいはそれより大きい導電率を有している場合、性能の改善が期待される。上で説明したように、ドープされたＳｉＯ２バッファ層を使用することによって比較的大きい導電率を提供することができる。適切なドーパントのいくつかの例には、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｌ、ＣｒおよびＺｎがある。ＳｉＯ２バッファ層をドーピングすることによって導電率を大きくすることは、当分野では良く知られており、米国特許第５，４０４，４１２号および第５，６８０，４９７号にさらに詳細に考察されている。
【０１３８】
上部非ドープ・バッファ層がＲＦ電極をバイアス電極から分離し、かつ、下部ドープ・バッファ層が少なくとも部分的にバイアス電極を基板から分離しているスタック設計を有する電気光学デバイスは、共通バイアス／ＲＦ電極を基板から分離している単一のドープ・バッファ層を有する電気光学デバイスと比較すると、多くの利点を提供していることに留意されたい。たとえば、前者の場合、ドープ・バッファ層の厚さは、速度整合を提供するためではなく、バイアス電極による光損失が小さくなるように選択される。したがってドープ・バッファ層は比較的薄く、必要な駆動（バイアス）電圧に影響を及ぼすことが期待される。また、前者の場合、ドープ・バッファ層が非ドープ・バッファ層によって大気から保護される。したがって不純物（たとえば水）がドープ・バッファ層に吸収される可能性が減少する。また、バイアス電極が非ドープ・バッファ層によって大気からから保護されるため、耐湿性が改善される。
【０１３９】
また、上部非ドープ・バッファ層がＲＦ電極をバイアス電極から分離し、かつ、下部ドープ・バッファ層が少なくとも部分的にバイアス電極を基板から分離しているスタック設計を有する電気光学デバイスは、ＲＦ電極をバイアス電極から分離している非導電性バッファ層のみを有する電気光学デバイスと比較すると、多くの利点を提供している。詳細には、下部ドープ・バッファ層は、光損失を実質的に小さくしている。たとえば、図１３および１４に示す実施形態の場合、光損失が十分に小さく、したがって非スプリット・バイアス信号電極をＺ切断ＬｉＮｂＯ３と共に使用することができる。
【０１４０】
上で説明したスタック設計は、バイアス電極が、通常、導波路の上方に配置されるＺ切断ＬｉＮｂＯ３またはＺ切断ＬｉＴａＯ３に基づく電気光学デバイスの場合にとりわけ価値があるが、スタック設計には、他の基板との使用も同じく想定されており、かつ／またはバイアス電極が導波路の真上に配置されない場合も想定されている。たとえば、下部バッファ層は、それぞれ図２０および２１に示すように、図３ａおよび４ａに関連して説明した電気光学デバイスに含めることができる。これらの実施形態では、下部バッファ層３８５、４８５は、平面化され、かつ、それぞれ上部バッファ層３５０、４５０より大きい導電率を有している。一般的に、適切な電気光学基板のいくつかの例には、Ｘ切断ＬｉＮｂＯ３、Ｘ切断ＬｉＴａＯ３、Ｙ切断ＬｉＮｂＯ３、Ｙ切断ＬｉＴａＯ３、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）およびリン化インジウム（ＩｎＰ）がある。別法としては、基板は、電気光学高分子導波路を有する高分子基板であってもよい。
【０１４１】
また、スタック設計は、図２２に示すように、導波路の周りにリッジを形成するべく基板がエッチングされた電気光学デバイスに使用することも可能である。電気光学デバイス２２００は、スロット２２９０、２２９１および２２９２を形成するべくエッチングされた基板５１０、第１の光導波路５２４、第２の光導波路５２６、ＲＦ信号電極５４０、ＲＦ接地電極５４２、５４４、上部バッファ層５５０、ブリード層５６０、第１のバイアス信号電極２２７０、第２のバイアス信号電極２２７６、バイアス接地電極２２７２、２２７４および下部バッファ層２２８５を備えている。
【０１４２】
基板５１０、第１の光導波路５２４、第２の光導波路５２６、ＲＦ信号電極５４０、ＲＦ接地電極５４２、５４４、上部バッファ層５５０およびブリード層５６０は、上で説明した通りである。
【０１４３】
第１のバイアス信号電極２２７０、第２のバイアス信号電極２２７６、第１のバイアス接地電極２２７４および第２のバイアス接地電極２２７２は、すべて、基板５１０によって支えられている。バイアス電極２２７０、２２７２、２２７４、２２７６は、光導波路の両端間に低周波電圧または直流電圧を印加するために使用されるバイアス電極構造の一部である。第１のバイアス信号電極２２７０および第２のバイアス信号電極２２７６の各々は、下部バッファ層２２８５の頂部に位置している。
【０１４４】
バイアス電極２２７０、２２７２、２２７４、２２７６の各々は、通常、タンタル窒化ケイ素（ＴａＳｉＮ）、非晶質シリコン（Ｓｉ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの抵抗率の大きい材料から形成されている。抵抗率の大きい材料を使用することにより、バイアス電極２２７０、２２７２、２２７４、２２７６を低い周波数で導電性にし、かつ、高い周波数で誘電体として機能させることができる。したがってバイアス電極は、事実上、ＲＦ電極によって生成される電界に対して透明である。バイアス電極材料の適切な抵抗率の値は、ＲＦ電極材料の抵抗率と基板の抵抗率の間に存在している。たとえばＴａＳｉＮは、通常、２５℃において約１０４Ω−ｃｍないし１０６Ω−ｃｍの範囲の抵抗率を有しており、これは、２５℃における最大２．３×１０−６Ω−ｃｍ（Ａｕ）と２５℃における最大１．３×１０１７Ω−ｃｍ（ＬｉＮｂＯ３）の間である。バイアス電極材料の抵抗率は、２５℃において約１オーム−ｃｍから１０８オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）の範囲であることが好ましく、２５℃において約１０２オーム−ｃｍから１０７オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）であることがより好ましく、２５℃において約１０４オーム−ｃｍから１０６オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）であることが最も好ましい。好ましい範囲は、通常、より小さい抵抗率の材料によってより速い応答時間が提供され、一方、バイアス電極が１つまたは複数の導波路に近接しているため、より大きい抵抗率の材料によって光損失が小さくなることから決定される。また、抵抗率がより大きいバイアス電極材料を使用することにより、ＲＦ信号との結合を小さくすることができ、したがってＲＦ信号電極の単位長さ当たりの正味ＲＦ損失が減少する。バイアス電極２２７０、２２７２、２２７４、２２７６の各々は、ブリード層５６０を形成するために使用される材料から形成することも、あるいは異なる材料から形成することもできる。好都合には、バイアス電極２２７０、２２７２、２２７４、２２７６およびブリード層を同じ材料（たとえばＴａＳｉＮ）から製造する場合、製造プロセスが比較的単純である。バイアス電極２２７０、２２７２、２２７４、２２７６は、蒸着およびスパッタリングを始めとする良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造することができる。バイアス電極２２７０、２２７６の厚さは、通常、約０．０５μｍと０．５μｍの間の範囲であり、より一般的には約０．０５μｍと０．２５μｍの間である。
【０１４５】
下部バッファ層２２８５は、それぞれ、光導波路５２６、５２４と、その上方に位置しているバイアス信号電極２２７０、２２７６との間にスペーサを提供している。したがって下部バッファ層２２８５は、通常、重要な波長（たとえば１．５５ミクロン）で光学的に透明である材料を使用して製造されている。バイアス信号電極２２７０、２２７６は基板５１０と直接接触していないため、下部バッファ層２２８５は、少なくとも若干の導電率を有する材料から製造されることが好ましい。たとえば、一実施形態では、下部バッファ層２２８５は、若干の固有導電率を示すようにスパッタリングされた、あるいは大きい導電率を示すようドープ／イオン注入された二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などの誘電体材料を使用して製造されている。通常、下部バッファ層２２８５の抵抗率は、２５℃において約１０１７〜１０１９Ω−ｃｍの範囲である。下部バッファ層２２８５は、通常、真空蒸着、イオン・アシスト真空蒸着、スパッタリングまたは化学気相成長（ＣＶＤ）などの良く知られている様々な方法のうちの１つを使用して製造される。下部バッファ層２２８５の厚さは、通常、約０．０５μｍと１μｍの間の範囲であり、より一般的には約０．１μｍと０．５μｍの間である。
【０１４６】
一実施形態によれば、電気光学デバイス２２００は、最初に、反応性イオン・エッチングまたはイオン・ミリングなどのプロセスを使用して、Ｚ切断リチウム・ニオベート基板にスロット２２９０、２２９１および２２９２をエッチングすることによって製造される。エッチ深さは、通常、１μｍと１０μｍの間である。次に、エッチングが施された基板５１０の上に、スロットと共形の下部バッファ層２２８５が付着される。下部バッファ層は、必要に応じてアニールされる。次に、バイアス電極２２７０、２２７２、２２７４、２２７６を形成するべくバイアス電極材料が付着され、かつ、エッチングされる。上部バッファ層５５０、ブリード層５６０およびＲＦ電極５４０、５４２、５４４が、上で説明したように製造される。上部バッファ層５５０は、下部バッファ層２２８５の材料と同じ材料で製造することができるが、ほとんど場合、非ドープ二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などのより抵抗率の大きい材料から製造される。
【０１４７】
上で説明した本発明の実施形態は、当然、単に実施例を提供したものにすぎない。特許請求の範囲で定義されている本発明の精神および範囲を逸脱することなく、様々な省略および置換が可能であることは当業者には理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１ａ】共通光導波路構成を示す従来技術によるマッハ−ツェンダ光変調器の略図である。
【図１ｂ】Ｘ切断ＬｉＮｂＯ３の場合の共通電極構成を示す従来技術によるマッハ−ツェンダ光変調器の略図である。
【図１ｃ】Ｚ切断ＬｉＮｂＯ３の場合の共通電極構成を示す従来技術によるマッハ−ツェンダ光変調器の略図である。
【図１ｄ】Ｚ切断ＬｉＮｂＯ３基板を有する従来技術によるマッハ−ツェンダ光変調器の平面図である。
【図１ｅ】図１ｄに示す従来技術によるマッハ−ツェンダ光変調器の線Ｉ−Ｉに沿って取った断面図である。
【図２】Ｘ切断ＬｉＮｂＯ３基板を有する従来技術による低バイアス・ドリフト・マッハ−ツェンダ光変調器の平面図である。
【図３】図３ａは、Ｘ切断ＬｉＮｂＯ３基板を有する従来技術による他の低バイアス・ドリフト・マッハ−ツェンダ光変調器の平面図である。図３ｂは、図３ａに示す従来技術によるマッハ−ツェンダ光変調器の線ＩＩ−ＩＩに沿って取った断面図である。
【図４】図４ａは、Ｚ切断ＬｉＮｂＯ３基板を有する従来技術による低バイアス・ドリフト・マッハ−ツェンダ光変調器の平面図である。図４ｂは、図４ａに示す従来技術によるマッハ−ツェンダ光変調器の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って取った断面図である。
【図５ａ】本発明の一実施形態による電気光学デバイスの断面図である。
【図５ｂ】光導波路がマッハ−ツェンダ干渉計を形成するべくパターン化された一実施形態を示す、図５ａに示す電気光学デバイスの平面図である。
【図５ｃ】光導波路が２×２光スイッチを形成するべくパターン化された一実施形態を示す、図５ａに示す電気光学デバイスの平面図である。
【図５ｄ】光導波路が光結合器を形成するべくパターン化された一実施形態を示す、図５ａに示す電気光学デバイスの平面図である。
【図６】本発明の他の実施形態による、パターン化された下部バッファ層を有する電気光学デバイスの断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態による、パターン化された下部バッファ層を有する電気光学デバイスの断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態による、パターン化された下部バッファ層を有する電気光学デバイスの断面図である。
【図９】本発明の他の実施形態による、パターン化された下部バッファ層を有する電気光学デバイスの断面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態による、パターン化された下部バッファ層を有する電気光学デバイスの断面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態による、パターン化された下部バッファ層を有する電気光学デバイスの断面図である。
【図１２】本発明の他の実施形態による、パターン化された下部バッファ層を有する電気光学デバイスの断面図である。
【図１３】本発明の他の実施形態による、パターン化された下部バッファ層を有する電気光学デバイスの断面図である。
【図１４】本発明の他の実施形態による、平面化された下部バッファ層を有する電気光学デバイスの断面図である。
【図１５】本発明の他の実施形態による、平面化された下部バッファ層を有する電気光学デバイスの断面図である。
【図１６】バイアス電極構造がＲＦ電極構造（図示せず）と実質的に整列した一実施形態を示す平面図である。
【図１７ａ】バイアス電極構造がセグメント化された一実施形態を示す平面図である。
【図１７ｂ】図１７ａに示す実施形態の線Ｂ−Ｂに沿って取った断面図である。
【図１７ｃ】図１７ａに示す実施形態の線Ｃ−Ｃに沿って取った断面図である。
【図１８】バイアス電極構造がセグメント化された他の実施形態を示す平面図である。
【図１９】バイアス電極構造がセグメント化された他の実施形態を示す平面図である。
【図２０】本発明の他の実施形態による、平面化された下部バッファ層を有する電気光学デバイスの断面図である。
【図２１】本発明の他の実施形態による、平面化された下部バッファ層を有する電気光学デバイスの断面図である。
【図２２】本発明の他の実施形態による、エッチングが施された基板を有する電気光学デバイスの断面図である。
【符号の説明】
【０１４９】
５００  電気光学デバイス
５１０  基板
５２４  第１の光導波路
５２６  第２の光導波路
５４０  ＲＦ信号電極
５４２、５４４  ＲＦ接地電極
５５０  上部バッファ層
５６０  ブリード層
５７０  第１のバイアス信号電極
５７２  第２のバイアス接地電極
５７４  第１のバイアス接地電極
５７６  第２のバイアス信号電極
５８０、５８６  下部バッファ層
【図１ａ】
0005435873.tif 000002
【図１ｂ】
0005435873.tif 000003
【図１ｃ】
0005435873.tif 000004
【図１ｄ】
0005435873.tif 000005
【図１ｅ】
0005435873.tif 000006
【図２】
0005435873.tif 000007
【図３】
0005435873.tif 000008
【図４】
0005435873.tif 000009
【図５ａ】
0005435873.tif 000010
【図５ｂ】
0005435873.tif 000011
【図５ｃ】
0005435873.tif 000012
【図５ｄ】
0005435873.tif 000013
【図６】
0005435873.tif 000014
【図７】
0005435873.tif 000015
【図８】
0005435873.tif 000016
【図９】
0005435873.tif 000017
【図１０】
0005435873.tif 000018
【図１１】
0005435873.tif 000019
【図１２】
0005435873.tif 000020
【図１３】
0005435873.tif 000021
【図１４】
0005435873.tif 000022
【図１５】
0005435873.tif 000023
【図１６】
0005435873.tif 000024
【図１７ａ】
0005435873.tif 000025
【図１７ｂ】
0005435873.tif 000026
【図１７ｃ】
0005435873.tif 000027
【図１８】
0005435873.tif 000028
【図１９】
0005435873.tif 000029
【図２０】
0005435873.tif 000030
【図２１】
0005435873.tif 000031
【図２２】
0005435873.tif 000032