(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路が形成された基板を備え、
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第１の部分および第２の部分を有する第１のバイアス電極を含み、前記第１の部分は前記光導波路の中心の真上に配置されかつ前記中心と実質的に整列した細長片を含み、前記第１の部分は前記第２の部分より大きい透明度を有するものであり、
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、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バッファ層を備えた、電気光学デバイス。
【請求項２】
前記第１の部分が第１の材料を含み、前記第２の部分が第２の材料を含み、前記第１の材料が前記第２の材料より大きい抵抗率を有する、請求項１に記載の電気光学デバイス。
【請求項３】
前記第１の部分が第１の厚さを有する第１の層を備え、前記第２の部分が第２の厚さを有する第２の層を備え、前記第１の厚さが前記第２の厚さより薄い、請求項１に記載の電気光学デバイス。
【請求項４】
前記第１の部分が、２５℃で約１０６オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）より大きい抵抗率を有するタンタル窒化ケイ素層およびチタン窒化ケイ素層のうちの１つを備えた、請求項１に記載の電気光学デバイス。
【請求項５】
前記第１の部分が、約１５０Å未満の厚さを有するタンタル窒化ケイ素層およびチタン窒化ケイ素層のうちの１つを備えた、請求項１に記載の電気光学デバイス。
【請求項６】
前記第２の部分が、前記光導波路の第１の側に配置された第１のセグメントを備えた、請求項１に記載の電気光学デバイス。
【請求項７】
前記第２の部分が、前記光導波路の反対側の第２の側に配置された第２のセグメントを備えた、請求項６に記載の電気光学デバイス。
【請求項８】
前記第１のバイアス電極および前記第１のＲＦ電極が前記光導波路と実質的に整列した、請求項１に記載の電気光学デバイス。
【請求項９】
前記第１の部分が、約１５０Å未満の厚さを有するＩｎ２Ｏ３層、ＳｎＯ２層およびＺｎＯ層のうちの１つを備えた、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ＲＦ電極と前記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に記載の電気光学デバイス。
【請求項１１】
前記ブリード層が、タンタル窒化ケイ素およびチタン窒化ケイ素のうちの１つを含み、接着層が存在しない場合、前記ブリード層上に前記第１のＲＦ電極が付着される、請求項１０に記載の電気光学デバイス。
【請求項１２】
前記第２の部分が、約１０４オーム−ｃｍと約１０６オーム−ｃｍの間の抵抗率を有するタンタル窒化ケイ素層およびチタン窒化ケイ素層のうちの１つを備えた、請求項１から１１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１１のいずれかに記載の電気光学デバイス。
【請求項１４】
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有する第１のバイアス信号電極を備えた、請求項１から１１のいずれかに記載の電気光学デバイス。
【請求項１５】
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１４に記載の電気光学デバイス。
【請求項１６】
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１５に記載の電気光学デバイス。
【請求項１７】
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１５に記載の電気光学デバイス。
【請求項１８】
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１５に記載の電気光学デバイス。
【請求項１９】
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１１のいずれかに記載の電気光学デバイス。
【請求項２０】
前記第１の部分および第２の部分の少なくとも一方が、前記第１のＲＦ電極の抵抗率より大きく、かつ、前記基板の抵抗率より小さい抵抗率を有する材料から形成された１つの層を備えた、請求項１から１１のいずれかに記載の電気光学デバイス。
【請求項２１】
光導波路が形成された基板を用意するステップを備え、
前記基板上に第１のバイアス電極層を形成するステップを備え、前記第１のバイアス電極層は、前記光導波路の中心の真上に配置されかつ前記中心と実質的に整列した細長片を提供するようにパターン化されるものであり、
前記第１のバイアス電極層および前記基板のうちの少なくとも一方の上に第２のバイアス電極層を形成するステップを備え、前記第２のバイアス電極層は、前記光導波路の中心に対して横方向にシフトした少なくとも１つの細長片を含むようにパターン化され、前記第１のバイアス電極層は、前記第２のバイアス電極層より大きい光透明度を有するものであり、
前記第１および第２のバイアス電極層上にバッファ層を形成するステップを備え、かつ
前記バッファ層上に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。
【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。残念なことには、抵抗率の大きい材料の選択には、通常、ＲＦ透明度、光透明度および直列抵抗のうちの少なくとも１つの犠牲が伴っている。たとえば、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）は、適度に光透明性であるが、その抵抗率は、２５℃において約１オーム−ｃｍ（Ω−ｃｍ）であり、場合によっては若干のＲＦ信号損失が存在している。一方、２５℃における抵抗率の範囲が最大約１０４Ω−ｃｍないし１０６Ω−ｃｍであるＴａＳｉＮは、ＲＦ信号に対して適度に透明であるが、光導波路の上方に直接付着させる場合、若干の光損失を招くことがある。
【００１８】
米国特許第６，８５３，７５７号の中で、Ｓｅｉｎｏは、電気光学基板に電圧を印加するために、高度に導電性の金属電極の下方に透明な導電性の膜を使用することを教示している。高度に導電性の金属電極（たとえば金）は、光損失を最小化するために、導波路の中心に対して横方向にシフトされている。しかしながら、この透明な導電性の膜（たとえばインジウム酸化スズ（ＩＴＯ））には、高周波信号および低周波信号の両方を高度に導電性の電極から導波路へ運ぶことが意図されているため、電気光学デバイスは耐湿性ではなく、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しなければならず、かつ／または気密パッケージ内に密閉しなければならない。
【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６，８５３，７５７号
【特許文献９】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】
【００１９】
本発明は、個別のバイアス電極構造を有する耐湿性電気光学デバイスに関する。バイアス電極は、第１の部分および第２の部分を備えている。また、第２の部分は、下方に位置している光導波路を通って伝播する光信号のためのバイアス電極の光透明度を改善するために、第１の部分とは異なる材料から製造されており、かつ／または第１の部分とは異なる厚さを有している。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の第１の態様によれば、光導波路が形成された基板を備え、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第１の部分および第２の部分を有する第１のバイアス電極を含み、前記第１の部分は前記光導波路と実質的に整列した細長片を含み、前記第１の部分は前記第２の部分より大きい透明度を有するものであり、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、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バッファ層を備えた、電気光学デバイスが提供される。
【００２１】
本発明の一態様によれば、光導波路が形成された基板を用意するステップを備え、前記基板上に第１のバイアス電極層を形成するステップを備え、前記第１のバイアス電極層は、前記光導波路と実質的に整列した細長片を提供するようにパターン化されるものであり、前記第１のバイアス電極層および前記基板のうちの少なくとも一方の上に第２のバイアス電極層を形成するステップを備え、前記第２のバイアス電極層は、前記光導波路の中心に対して横方向にシフトした少なくとも１つの細長片を含むようにパターン化され、前記第１のバイアス電極層は、前記第２のバイアス電極層より大きい光透明度を有するものであり、前記第１および第２のバイアス電極層上にバッファ層を形成するステップを備え、かつ前記バッファ層上に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。
【００２２】
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。
【００２３】
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】
【００２４】
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、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およびバイアス接地電極５７２、５７４を備えている。
【００２５】
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。
【００２６】
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、チタンを基板中に拡散させることによって形成されている。従来、ＬｉＮｂＯ３中のチタン拡散導波路は、幅約７μｍ、深さ約３μｍである。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）。
【００２７】
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金属から形成される（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、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。
【００２８】
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提供されている。したがってバッファ層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。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１μｍ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、下方に位置しているバイアス電極の損傷を防止するために省略される。
【００２９】
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・オキシナイトライド（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から形成する場合、ブリード層の上に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。
【００３０】
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。
【００３１】
バイアス電極５７０、５７２、５７４、５７６は、通常、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・オキシナイトライド（ＳｉＴｉＯＮ）、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、バイアス信号電極構造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信号電極５７０、５７２、５７４、５７６は、事実上、ＲＦ電極構造によって生成される電界に対して透明である。
【００３２】
バイアス信号電極５７０、５７６の各々は、それぞれ下部部分５７０ａ、５７６ａおよび上部スプリット部分５７０ｂ、５７６ｂを備えている。下部部分５７０ａ、５７６ａは、それぞれ光導波路５２６、５２４と整列した材料の細長片から形成されている。上部スプリット部分５７０ｂ、５７６ｂは、それぞれ下部部分５７０ａ、５７６ａの上に配置されている。上部スプリット部分５７０ｂ、５７６ｂの各々は、対応する導波路セグメントに対して実質的に平行に走っており、かつ、導波路セグメントに対して千鳥形をなしている２つの細長いセグメントを備えている。
【００３３】
バイアス電極の上部スプリット部分５７０ｂ、５７６ｂ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、ｘ≒１、ｙ≒１およびｚ≒１の場合、ＴａｘＳｉｙＮｚ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。上部スプリット部分の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。
【００３４】
下部部分５７０ａ、５７６ａは、上部スプリット部分５７０ｂ、５７６ｂを形成するために使用される材料の抵抗率より大きい抵抗率を有する材料から製造される。したがって、下部部分５７０ａ、５７６ａを形成するために使用される材料は、説明上、超高抵抗率材料と呼ぶことができる。通常、この超高抵抗率材料は十分に導電性であり、下部部分にバイアス信号電極５７０、５７６の一部として機能させることができ、また、直流電界に対して大きく寄与させることができる。
【００３５】
たとえば、一実施形態では、上部部分５７０ｂ、５７６ｂは、２５℃において約１０４Ω−ｃｍから１０６Ω−ｃｍの範囲の抵抗率を有する高抵抗率ＴａＳｉＮ層から形成されており、一方、下部部分５７０ａ、５７６ａは、２５℃において約１０６Ω−ｃｍから１０１０Ω−ｃｍの範囲の抵抗率を有する超高抵抗率ＴａＳｉＮ層から形成されている。当業者には理解されるように、これらの２つのＴａＳｉＮ層の間の抵抗率の差は、Ｔａ：Ｓｉ：Ｎの比率を変化させることによって達成することができ、通常、Ｔａの量が多いほど小さい抵抗率が提供される。別法としては、スパッタリングの間、窒素（たとえばＮ２／空気混合物中の窒素）の分圧を変化させることによってこれらの２つのＴａＳｉＮ層の間の抵抗率の差が達成される。たとえば、一実施形態では、下部部分は、より高い窒素分圧（たとえば１２．５ミリトールの全圧中における１．８ミリトールの窒素分圧）を使用してスパッタ付着されており、一方、上部部分は、より低い窒素分圧（たとえば１２．５ミリトールの全圧中における０．６ミリトールの窒素分圧）を使用してスパッタ付着されている。
【００３６】
通常、下部部分５７０ａ、５７６ａの抵抗率の上限は、上部部分５７０ｂ、５７６ｂの抵抗率の上限に比例している。２つの抵抗率の比率に対する上限は、バイアス電極構造によって決まる。下部部分の場合、上部部分によって生成されるバイアス電極変調を改善するためには、下部部分によって導入される直列抵抗を上部部分によって導入される直列抵抗に匹敵させるか、あるいはそれ未満にしなければならない。下部部分５７０ａ、５７６ａによって導入される直列抵抗が上部部分５７０ｂ、５７６ｂによって導入される直列抵抗よりはるかに大きい場合、下部部分５７０ａ、５７６ａによる変調を改善することは依然として可能であるが、時間スケール上では、上部部分５７０ｂ、５７６ｂと結合した応答時間よりはるかに長くなる可能性が最も高い。たとえば、下部部分の直列抵抗が下部部分と比較して大きい場合、周波数成分が１Ｈｚを超えるバイアス信号に対する応答を下部部分の導電率によって改善することはできない。しかしながら、数時間程度またはそれより長いバイアス・ドリフトを小さくすることは可能である。
【００３７】
導体の直列抵抗は、単純な式、
【００３８】
【数１】
0005435874.tif 000002
で与えられる。上式で、ρはバルク抵抗率、Ｌは長さ、ｔは厚さ、Ｗは幅である。したがって、上部部分５７０ｂ、５７６ｂの直列抵抗は、
【００３９】
【数２】
0005435874.tif 000003
で与えられる。上式で、ρｕｐｐｅｒ、ｔ、ＬおよびＷは、それぞれ上部部分の１つの細長片のバルク抵抗率、厚さ、長さおよび幅である。下部部分５７０ａ、５７６ａの直列抵抗は、伝導電流が縦方向（導波路の長さに沿って）ではなく横方向（導波路に対して直角）に移動するため、まったく異なっている。したがって、下部部分５７０ａ、５７６ａの各々の直列抵抗は、
【００４０】
【数３】
0005435874.tif 000004
で与えられる。上式で、Ｇａｐは、バイアス電極の上部部分を形成している２つの細長片の間のギャップであり、Ｌは、バイアス電極セグメントの長さ（導波路に沿った長さ）である。したがってＧａｐおよびＬは、それぞれ下部部分の直列抵抗の長さおよび幅に対応している。これらの２つの直列抵抗の比率は、単純に、
【００４１】
【数４】
0005435874.tif 000005
である。
【００４２】
この比率は、下部部分５７０ａ、５７６ａに上部部分５７０ｂ、５７６ｂの時間スケールと同じ時間スケール上での変調に寄与させる場合、１程度またはそれ未満であることが好ましい。これは、バイアス信号電極とバイアス接地電極の間のバイアス電極キャパシタンスが上部部分と下部部分の両方に対して同じであると仮定した場合、同じことが言える。下部部分の表面積は上部部分の表面積より広いため、下部部分のキャパシタンスは、場合によって実際にはより大きく、そのために上部部分に対する下部部分の時定数がさらに長くなることに留意されたい。しかしながら、式４は、依然として、下部部分の抵抗率の上限に対する手引きを提供している。また、式４は、さらに、下部部分の厚さの下限に対する手引きを提供している。たとえば、ＷおよびＧａｐがいずれも１０μｍであり、Ｌが１ｍｍで、かつ、上部部分および下部部分の厚さが同じである場合、下部部分の抵抗率は、上部部分の抵抗率の約１０，０００倍以下でなければならない。別法としては、上部部分および下部部分の両方が同じ材料でできており、したがって同じ抵抗率を有しており、また、上部部分の厚さが０．２５μｍである場合、下部部分の厚さは、少なくとも０．２５オングストロームでなければならないが、すべての材料は、単原子層であってもその厚さは数オングストロームであることが考えられるため、この制約に合致することは容易である。
【００４３】
バイアス電極５７０、５７２、５７４、５７６の各々に使用される抵抗率の大きい１つまたは複数の材料は、ブリード層５６０を形成するために使用される材料と同じ材料を含有することも、あるいは異なる材料を含有することも可能である。好都合には、それらが同じ材料（たとえばＴａＳｉＮ）を含有している場合、製造プロセスが比較的単純である。１つまたは複数のバイアス電極材料は、真空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つを使用して付着させることができる。上部高抵抗率層の厚さは、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。下部超高抵抗率層の厚さも、通常、同じく約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。
【００４４】
有利には、バイアス信号電極の上部部分５７０ｂ、５７６ｂおよび下部部分５７０ａ、５７６ａが抵抗率の大きい材料から形成されているため、ＲＦ信号がバイアス電極と結合する可能性が小さくなり、ＲＦ信号電極の単位長さ当たりの正味ＲＦ損失を小さくすることができる。
【００４５】
さらに有利には、抵抗率の値がより大きい材料は、抵抗率の値が小さい材料と比較すると光透明度が大きいことがしばしばであるため、超高抵抗率材料は、光周波数において比較的透明である。また、光学的に透明な下部部分が導波路の真上に配置されているため、これらの下部部分によって、直流電圧に応じてバイアス電極変調効率を改善することができ、また、これらの下部部分をスペーサとして機能させることができるため、透明度の劣る上部部分に起因する光損失が最小化される。光損失は、上部部分の各々の細長いセグメントが対応する導波路の中心に対して横方向にシフトしているため、さらに小さくなる。
【００４６】
上で説明したように、１つまたは複数のバイアス電極材料の抵抗率を大きくすることにより、ＲＦ電極との結合が最小化され、かつ／または光透明度が大きくなる。残念なことには、１つまたは複数のバイアス電極材料の抵抗率が大きすぎると、バイアス電極の応答時間が長くなり、かつ／またはバイアス電極の直列抵抗が極端に大きくなる。たとえば、抵抗率が極めて大きい材料から形成された細い細長片電極は、通常、その直列抵抗が大きく、したがって時定数が長いことは当分野で良く知られている。
【００４７】
この実施形態では、超高抵抗率材料を直列抵抗の著しい増加を伴うことなくバイアス電極の一部として使用する利点が実現されている。詳細には、バイアス信号を超高抵抗率下部部分の長さ全体にわたって移動させる必要がないため、直列抵抗が過度に大きくならない。たとえば、バイアス信号は、高抵抗率上部部分の長さ（たとえばセグメント化された実施形態の場合、通常、約１ｍｍの長さ）にわたって移動させる必要があるが、移動させる必要があるのは、超高抵抗率下部部分の幅（たとえば、通常、約２０μｍ以下）だけである。バイアス信号を下部部分内の遠くまで移動させる必要がないため、超高抵抗率材料を有利に選択することにより、直列抵抗を小さくし、かつ／または応答時間を短くする問題をそれほど考慮する必要なく、光透明度およびＲＦ透明度を最適化することができる。
【００４８】
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、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およびバイアス接地電極６７２、６７４を備えている。
【００４９】
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、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。
【００５０】
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６１０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。
【００５１】
バイアス電極６７０、６７２、６７４、６７６は、通常、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・オキシナイトライド（ＳｉＴｉＯＮ）、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、バイアス信号電極構造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信号電極６７０、６７２、６７４、６７６は、事実上、ＲＦ電極構造によって生成される電界に対して透明である。
【００５２】
バイアス信号電極６７０、６７６の各々は、それぞれ下部部分６７０ａ、６７６ａおよび上部部分６７０ｂ、６７６ｂを備えている。下部部分６７０ａ、６７６ａは、それぞれ光導波路５２６、５２４と整列した材料の細長片から形成されている。上部部分６７０ｂ、６７６ｂは、それぞれ下部部分６７０ａ、６７６ａの上に配置されている。上部部分６７０ｂ、６７６ｂの各々は、それぞれ対応する導波路セグメント５２６、５２４の一方の側に対して実質的に平行に走っており、かつ、該一方の側に対して横方向にシフトした細長いセグメントを備えている。図５ａに示す実施形態に対して上部部分の半分が除去されているため、バイアス電極による光導波路の装荷が少ないと考えられる。
【００５３】
バイアス電極の上部部分６７０ｂ、６７６ｂ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、ｘ≒１、ｙ≒１およびｚ≒１の場合、ＴａｘＳｉｙＮｚ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。上部スプリット部分の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。
【００５４】
下部部分６７０ａ、６７６ａは、上部部分６７０ｂ、６７６ｂを形成するために使用される材料の抵抗率より大きい抵抗率を有する材料から製造される。したがって、下部部分６７０ａ、６７６ａを形成するために使用される材料は、説明上、超高抵抗率材料と呼ぶことができる。通常、この超高抵抗率材料は十分に導電性であり、下部部分にバイアス信号電極６７０、６７６の一部として機能させることができ、また、直流電界に対して大きく寄与させることができる。
【００５５】
たとえば、一実施形態では、上部部分６７０ｂ、６７６ｂは、２５℃において約１０４Ω−ｃｍから１０６Ω−ｃｍの範囲の抵抗率を有する高抵抗率ＴａＳｉＮ層から形成されており、一方、下部部分６７０ａ、６７６ａは、２５℃において約１０６Ω−ｃｍから１０１０Ω−ｃｍの範囲の抵抗率を有する超高抵抗率ＴａＳｉＮ層から形成されている。当業者には理解されるように、これらの２つのＴａＳｉＮ層の間の抵抗率の差は、Ｔａ：Ｓｉ：Ｎの比率を変化させることによって達成することができ、通常、Ｔａの量が多いほど小さい抵抗率が提供される。別法としては、スパッタリングの間、窒素（たとえばＮ２／空気混合物中の窒素）の分圧を変化させることによってこれらの２つのＴａＳｉＮ層の間の抵抗率の差が達成される。たとえば、一実施形態では、下部部分は、より高い窒素分圧（たとえば１２．５ミリトールの全圧中における１．８ミリトールの窒素分圧）を使用してスパッタ付着されており、一方、上部部分は、より低い窒素分圧（たとえば１２．５ミリトールの全圧中における０．６ミリトールの窒素分圧）を使用してスパッタ付着されている。上で説明したように、下部部分６７０ａ、６７６ａの抵抗率の上限は、通常、上部部分６７０ｂ、６７６ｂの抵抗率の上限に比例している。
【００５６】
バイアス電極６７０、６７２、６７４、６７６の各々に使用される抵抗率の大きい１つまたは複数の材料は、ブリード層６６０を形成するために使用される材料と同じ材料を含有することも、あるいは異なる材料を含有することも可能である。好都合には、それらが同じ材料（たとえばＴａＳｉＮ）を含有している場合、製造プロセスが比較的単純である。１つまたは複数のバイアス電極材料は、真空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つを使用して付着させることができる。上部高抵抗率層の厚さは、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。下部超高抵抗率層の厚さも、通常、同じく約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】
有利には、バイアス信号電極の上部部分６７０ｂ、６７６ｂおよび下部部分６７０ａ、６７６ａが抵抗率の大きい材料から形成されているため、ＲＦ信号がバイアス電極と結合する可能性が小さくなり、ＲＦ信号電極の単位長さ当たりの正味ＲＦ損失を小さくすることができる。
【００５８】
さらに有利には、抵抗率の値がより大きい材料は、抵抗率の値が小さい材料と比較すると光透明度が大きいことがしばしばであるため、超高抵抗率材料は、光周波数において比較的透明である。また、光学的に透明な下部部分が導波路の真上に配置されているため、これらの下部部分によって、直流電圧に応じてバイアス電極変調効率を改善することができ、また、これらの下部部分をスペーサとして機能させることができるため、透明度の劣る上部部分に起因する光損失が最小化される。光損失は、上部部分の各々が対応する導波路の一方の側に対して横方向にシフトしているため、さらに小さくなる。
【００５９】
上で説明したように、１つまたは複数のバイアス電極材料の抵抗率を大きくすることにより、ＲＦ電極との結合が最小化され、かつ／または光透明度が大きくなる。残念なことには、１つまたは複数のバイアス電極材料の抵抗率が大きすぎると、バイアス電極の応答時間が長くなり、かつ／またはバイアス電極の直列抵抗が極端に大きくなる。たとえば、抵抗率が極めて大きい材料から形成された細い細長片電極は、通常、その直列抵抗が大きく、したがって時定数が長いことは当分野で良く知られている。
【００６０】
この実施形態では、超高抵抗率材料を直列抵抗の著しい増加を伴うことなくバイアス電極の一部として使用する利点が実現されている。詳細には、バイアス信号を超高抵抗率下部部分の長さ全体にわたって移動させる必要がないため、直列抵抗が過度に大きくならない。たとえば、バイアス信号は、高抵抗率上部部分の長さ（たとえばセグメント化された実施形態の場合、通常、最大約１ｍｍの長さ）にわたって移動させる必要があるが、移動させる必要があるのは、超高抵抗率下部部分の幅（たとえば、通常、約２０μｍ以下）だけである。バイアス信号を下部部分内の遠くまで移動させる必要がないため、超高抵抗率材料を有利に選択することにより、直列抵抗を小さくし、かつ／または応答時間を短くする問題をそれほど考慮する必要なく、光透明度およびＲＦ透明度を最適化することができる。
【００６１】
図５ａおよび６を参照して説明した実施形態では、下部部分は、上部部分を形成するために使用される材料の抵抗率より大きい抵抗率を有する材料を使用して製造されている。別法または追加として、光透明度およびＲＦ透明度は、図５ａおよび６に示すバイアス電極の下部部分を比較的薄くすることによって改善される。
【００６２】
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、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およびバイアス接地電極７７２、７７４を備えている。
【００６３】
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、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。
【００６４】
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。
【００６５】
バイアス電極７７０、７７２、７７４、７７６は、通常、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・オキシナイトライド（ＳｉＴｉＯＮ）、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１つまたは複数の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、バイアス信号電極構造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信号電極７７０、７７２、７７４、７７６は、事実上、ＲＦ電極構造によって生成される電界に対して透明である。
【００６６】
バイアス信号電極７７０、７７６の各々は、それぞれ下部部分７７０ａ、７７６ａおよび上部スプリット部分７７０ｂ、７７６ｂを備えている。下部部分７７０ａ、７７６ａは、それぞれ光導波路５２６、５２４と整列した材料の細長片から形成されている。上部スプリット部分７７０ｂ、７７６ｂは、それぞれ下部部分７７０ａ、７７６ａの上に配置されている。上部スプリット部分７７０ｂ、７７６ｂの各々は、対応する導波路セグメントに対して実質的に平行に走っており、かつ、導波路セグメントに対して千鳥形をなしている２つの細長いセグメントを備えている。別法としては、図６に示すように、左側のスプリット部分７７０ｂの右側のセグメントおよび右側のスプリット部分７７６ｂの左側のセグメントが除去される。さらに別法としては、左側のスプリット部分７７０ｂの右側のセグメントおよび右側のスプリット部分７７６ｂの右側のセグメントが除去される。
【００６７】
バイアス電極の上部部分および／または下部部分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、ｘ≒１、ｙ≒１およびｚ≒１の場合、ＴａｘＳｉｙＮｚ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い。
【００６８】
下部部分７７０ａ、７７６ａは、上部部分７７０ｂ、７７６ｂよりはるかに薄く製造しなければならない。下部部分７７０ａ、７７６ａの厚さは、約０．１５μｍ未満であることが好ましく、約０．０１５μｍ（たとえば１５０Å）未満であることがより好ましい。一方、上部部分７７０ｂ、７７６ｂの厚さは、約０．０５μｍと０．５μｍの間の範囲であることが好ましく、約０．０５μｍと０．２５μｍの間であることがより好ましい。上で説明したように、式４は、下部部分の厚さの下限に対する手引きを提供している。
【００６９】
下部部分６７０ａ、６７６ａを形成するために使用される抵抗率の大きい材料は、上部スプリット部分７７０ｂ、７７６ｂを形成するために使用される材料と同じ材料であっても、あるいは異なる材料であってもよい。また、バイアス電極７７０、７７２、７７４、７７６の各々に使用される抵抗率の大きい材料は、ブリード層５６０を形成するために使用される材料と同じ材料であっても、あるいは異なる材料であってもよい。好都合には、同じ材料（たとえばＴａＳｉＮ）を使用して下部部分６７０ａ、６７６ａ、上部スプリット部分７７０ｂ、７７６ｂおよびブリード層５６０が形成される場合、製造プロセスが比較的単純である。１つまたは複数のバイアス電極材料は、真空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つを使用して付着させることができる。
【００７０】
たとえば、一実施形態では、上部部分７７０ｂ、７７６ｂは、層の厚さが約０．２μｍの高抵抗率ＴａＳｉＮ層から形成されており、一方、下部部分７７０ａ、７７６ａは、厚さが約１００Åの高抵抗率ＴａＳｉＮ層から形成されている。
【００７１】
有利には、バイアス信号電極の上部部分７７０ｂ、７７６ｂおよび下部部分７７０ａ、７７６ａが抵抗率の大きい材料から形成されているため、ＲＦ信号がバイアス電極と結合する可能性が小さくなり、ＲＦ信号電極の単位長さ当たりの正味ＲＦ損失を小さくすることができる。また、下部部分が比較的薄いため、ＲＦ結合がさらに小さくなる。
【００７２】
さらに有利には、極めて薄い層は、より分厚い層と比較すると光透明度が大きいため、下部部分は、光周波数において比較的透明である。また、光学的に透明な下部部分が導波路の真上に配置されているため、これらの下部部分によって、重大な光損失を伴うことなく、直流電圧に応じてバイアス電極変調効率を改善することができる。より分厚い上部部分の各々の細長いセグメントは、対応する導波路の両側に対して横方向にシフトしているため、光損失がさらに小さくなる。
【００７３】
上で説明したように、抵抗率の大きい極めて薄い材料を使用することにより、ＲＦ電極との結合が最小化され、かつ／または光透明度が大きくなる。残念なことには、バイアス電極が薄くなりすぎると、バイアス電極の直列抵抗が極端に大きくなる。たとえば、抵抗率が極めて大きい材料から形成された薄い電極は、通常、その直列抵抗が大きく、したがって時定数が長いことは当分野で良く知られている。
【００７４】
この実施形態では、極めて薄い下部部分を使用する利点が、直列抵抗の著しい増加を伴うことなく実現されている。詳細には、バイアス信号を極めて薄い下部部分の長さ全体にわたって移動させる必要がないため、直列抵抗が過度に大きくならない。たとえば、バイアス信号は、高抵抗率上部部分の長さ（たとえばセグメント化された実施形態の場合、通常、最大約１ｍｍの長さ）にわたって移動させる必要があるが、移動させる必要があるのは、極めて薄い下部部分の幅（たとえば、通常、約２０μｍ以下）だけである。バイアス信号を下部部分内の遠くまで移動させる必要がないため、下部部分の厚さを有利に選択することにより、直列抵抗を小さくする問題をそれほど考慮する必要なく、光透明度を最適化することができる。
【００７５】
他の実施形態では、上部部分７７０ｂ、７７６ｂは、層の厚さが約０．２μｍの高抵抗率ＴａＳｉＮ層から形成されており、一方、下部部分７７０ａ、７７６ａは、厚さが約１００Åの光透明半導体層から形成されている（たとえばＩｎ２Ｏ３から形成されている）。
【００７６】
有利には、バイアス信号電極の上部部分７７０ｂ、７７６ｂおよび下部部分７７０ａ、７７６ａが抵抗率の大きい材料から形成されているため、ＲＦ信号がバイアス電極と結合する可能性が小さくなり、ＲＦ信号電極の単位長さ当たりの正味ＲＦ損失を小さくすることができる。また、下部部分が比較的薄いため、ＲＦ結合がさらに小さくなる。たとえば、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２およびＺｎＯなどの半導体材料は、事実上、ＲＦ電極構造によって生成される電界に対して透明であるが、ＲＦ信号に対しては、ＴａＳｉＮなどの材料ほどには透明ではない。しかしながら、これらの層の厚さを１５０Å以下まで（たとえば８０Åまで）薄くすることにより、それらのＲＦ透明度が著しく大きくなる。
【００７７】
さらに有利には、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２およびＺｎＯなどの半導体材料の薄い層は、実質的に光学的に透明であるため、これらの下部部分によって、重大な光損失を伴うことなく、直流電圧に応じてバイアス電極変調効率を改善することができる。上部部分の各々の細長いセグメントは、対応する導波路の両側に対して横方向にシフトしているため、光損失がさらに小さくなる。
【００７８】
一実施形態によれば、上で説明した電気光学デバイス５００／６００／７００が、最初に真空蒸着またはスパッタリングによってバイアス電極の下部部分を付着させることによって製造され、かつ、エッチングによって、あるいは「リフトオフ」プロセスを使用することによってパターン化される。次に、バイアス電極の上部部分が、同じく真空蒸着またはスパッタリングによって付着され、かつ、エッチングによって、あるいは「リフトオフ」プロセスを使用することによってパターン化される。上部部分をパターン化するためのリフトオフ・プロセスは、エッチング・プロセスが使用される場合、上部部分をパターン化している間に下部部分がエッチングされる可能性があるため、望ましいプロセスである。バッファ層およびブリード層ならびに金電極層が、当業者に知られている、良く知られている方法によって付着され、かつ、パターン化される。
【００７９】
図８、９ａ、ｂ、ｃおよび１０を参照すると、バイアス信号電極は、図８に示すように連続させることも、あるいは図９ａ、ｂ、ｃおよび１０に示すようにセグメント化することも可能である。実例で示すために、図８および１０に示す実施形態は、図５ａを参照して説明した電気光学デバイス５００を使用して説明されており、また、図９ａ、ｂ、ｃに示す実施形態は、図６を参照して説明した電気光学デバイス６００を使用して説明されている。いずれの場合においても、導波路５２４、５２６は、マッハ−ツェンダ干渉計を形成するためにパターン化されている。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および／または他の導波路パターン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。
【００８０】
図８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。詳細には、細長い上部スプリット部分５７０ｂ、５７６ｂおよび下部部分５７０ａ、５７０ｂの両方が、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電極構造の下方に実質的に伸びる。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。
【００８１】
次に図９ａを参照すると、バイアス接地電極６７４、６７２およびバイアス信号電極６７０、６７６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６７０、６７６がバイアス接地電極セグメント６７４と６７２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６７１、６７７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６７１、６７７は、セグメント化された薄いバイアス電極６７０、６７６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。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６７０、６７６に印加するための手段が提供される。この実施形態では、Ａｕなどの薄い金属膜６７３、６７９をそれぞれ外部バイアス信号電極６７１、６７７の頂部に提供することによって直列抵抗を小さくしている。別法としては、幅の広い外部バイアス信号電極６７１、６７７を提供することによって直列抵抗を小さくしている。
【００８２】
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６７０、６７６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６７１、６７７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、導波路の長さ全体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）ことも可能である。
【００８３】
線Ｂ−Ｂに沿った断面図である図９ｂに示すように、セグメント化されたバイアス信号電極６７０、６７６を対応する外部バイアス信号電極６７１、６７７に結合しているフィード・ラインは、抵抗率の大きい上部部分６７０ｂ、６７６ｂを形成するために使用される層と同じ層から形成されている。この実施形態では、有利には、上部部分を形成するために使用される抵抗率の大きい材料は、光導波路と交差しないため、光損失が最小化される。
【００８４】
線Ｃ−Ｃに沿った断面図である図９ｃに示すように、セグメント化されたバイアス接地電極６７２、６７４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６７５（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。
【００８５】
ＲＦ接地電極５４２、５４４、したがってバイアス接地電極６７２、６７４には接地電位が提供されている。外部バイアス電極６７１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６７７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。
【００８６】
図１０を参照すると、その長さに沿ったＲＦ信号の伝搬を抑制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、抵抗率の大きい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５７０、５７６が、それぞれ他のバイアス信号電極５７６、５７０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５７７、５７１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５２６のためのセグメント化バイアス信号電極５７０を外部バイアス電極５７７に結合し、かつ、第２の導波路５２４のためのセグメント化バイアス信号電極５７６を外部バイアス電極５７１に結合している。したがって外部バイアス電極５７１は、セグメント化されたバイアス電極５７０の接地電極として機能し、一方、外部バイアス電極５７７は、セグメント化されたバイアス電極５７６の接地電極として機能している。外部バイアス電極５７１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５７７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。
【００８７】
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５７６、５７０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。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。この実施形態では、Ａｕなどの薄い金属膜５７３、５７９をそれぞれ外部バイアス信号電極５７１、５７７の頂部の外部周囲に提供することによって直列抵抗を小さくし、それにより薄い金属層へのＲＦのあらゆる結合を防止している。別法としては、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。
【００８８】
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５７７、５７１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。一実施形態では、フィード・ラインは、上部スプリット部分を形成するために使用される抵抗率の大きい材料から製造されている。他の実施形態では、下部部分を形成するために使用される超高抵抗率材料がフィード・ラインの少なくとも一部を形成している（たとえばフィード・ラインと光導波路が交差する領域に）。
【００８９】
バイアス電極５７０、５７６の設計は、任意選択で、適合周波数応答を提供するように選択される。たとえば、図１０では、図の右側のセグメントの方が図の左側のセグメントより長く、また、図の右側の上部スプリット部分の細長いセグメント間のギャップの方が図の左側の上部スプリット部分の細長いセグメント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。上部スプリット部分の電極のギャップは、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。上部スプリット部分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、基板中または基板の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。
【００９０】
有利には、図５ａ、６、７、８、９ａ、ｂ、ｃおよび１０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、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から直流絶縁させることによって改善される。
【００９１】
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。
【００９２】
上で説明した実施形態の各々の場合、埋設バイアス電極は、比較的透明な第２の部分と接触して、該第２の部分の上方に配置された第１の部分を備えている。第１の部分は、光損失を最小化するために光導波路の中心に対して横方向にシフトした少なくとも１つの細長片を備えている。光学的に透明な第２の部分は、バイアス電極の変調効率を大きな光損失を伴うことなく改善するために光導波路の真上に配置された細長片を備えている。２つの材料および／または２つの厚さが第１および第２の部分に使用されているため、光透明度、ＲＦ透明度および直列抵抗の間の妥協の程度が小さい。
【００９３】
別法としては、図１１に示すように、比較的透明な第２の部分と接触して、該第２の部分に隣接して配置された第１の部分を提供することにより、２部構成埋設バイアス電極を使用する利点が実現される。この実施形態では、第１の部分は、光損失を最小化するために光導波路の中心に対して横方向にシフトした少なくとも１つの細長片８７０ｂ、８７６ｂを備えている。第２の部分は、バイアス電極の変調効率を大きな光損失を伴うことなく改善するために光導波路の真上に配置された細長片８７０ａ、８７６ａを備えている。２つの材料および／または２つの厚さが第１および第２の部分に使用されているため、光透明度、ＲＦ透明度および直列抵抗の間の妥協の程度が小さい。
【００９４】
さらに別法としては、図１２に示すように、接触を改善するために少なくとも一部が比較的透明な第２の部分の頂部に付着した第１の部分を提供することにより、２部構成埋設バイアス電極を使用する利点が実現される。この実施形態では、第１の部分は、光損失を最小化するために光導波路の中心に対して横方向にシフトした少なくとも１つの層９７０ｂ、９７６ｂを備えている。第２の部分は、バイアス電極の変調効率を大きな光損失を伴うことなく改善するために光導波路の真上に配置された層９７０ａ、９７６ａを備えている。２つの材料および／または２つの厚さが第１および第２の部分に使用されているため、光透明度、ＲＦ透明度および直列抵抗の間の妥協の程度が小さい。
【００９５】
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、他の基板および／または構成との使用も同じく想定されている。たとえば、一実施形態では、図１３に示すように、溝５９０、５９１、５９２を備えるべくエッチングされた基板の上に、１つまたは複数のバイアス電極材料が配置されている。さらに他の実施形態では、基板は、Ｘ切断ＬｉＮｂＯ３、Ｘ切断ＬｉＴａＯ３、Ｙ切断ＬｉＮｂＯ３、Ｙ切断ＬｉＴａＯ３、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）および電気光学高分子のうちの１つを含有している。
【００９６】
当然のことであるが、上で説明した本発明の実施形態は、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】
【００９７】
【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電気光学デバイスの断面図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態による電気光学デバイスの断面図である。
【図８】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９ａ】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９ｂ】図９ａ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９ｃ】図９ａ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１０】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１１】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１２】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である。
【図１３】本発明のさらに他の実施形態による電気光学デバイスの断面図である。
【符号の説明】
【００９８】
５００  電気光学デバイス
５１０  基板
５２４、５２６  光導波路
５４０  ＲＦ信号電極
５４２、５４４  ＲＦ接地電極
５５０  バッファ層
５６０  ブリード層
５７０  第１のバイアス信号電極
５７０ａ  第１のバイアス信号電極の下部部分
５７０ｂ  第１のバイアス信号電極の上部部分
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
５７６ａ  第２のバイアス信号電極の下部部分
５７６ｂ  第２のバイアス信号電極の上部部分
【図１ａ】
0005435874.tif 000006
【図１ｂ】
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【図１ｃ】
0005435874.tif 000008
【図１ｄ】
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【図１ｅ】
0005435874.tif 000010
【図２】
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【図３】
0005435874.tif 000012
【図４】
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【図５ａ】
0005435874.tif 000014
【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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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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