(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニオブ酸リチウム電気光学変調器であって：
一又は複数のＤＣセクション及び一つのＲＦセクションを有する光導波管の形態のニオブ酸リチウム基板；
一又は複数のＤＣセクションの光導波管の上にパターン化された高ドープ半導体層；
ＲＦセクションの光導波管の上に形成された緩衝層；
半導体層とオーミック接触を形成する金属層；及び
ＲＦセクション及び一又は複数のＤＣセクションの光導波管の上の一又は複数の電極
を含む変調器。
【請求項２】
光導波管がマッハツェンダー構成で形成されている、請求項１に記載の変調器。
【請求項３】
ニオブ酸リチウム基板がさらに、基板の最上部に形成されパターン化されて、基板内に拡散されたチタン層を含む、請求項１に記載の変調器。
【請求項４】
高ドープ半導体層が、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素からなるグループから選択される物質を含む、請求項１に記載の変調器。
【請求項５】
高ドープ半導体層が１０１８ｃｍ−３〜１０１９ｃｍ−３の範囲のドーピングレベルを有し、これにより金属層による電界の均一な分布が可能になる、請求項１に記載の変調器。
【請求項６】
高ドープ半導体層が２００〜８００オングストロームの範囲の厚さを有する、請求項１に記載の変調器。
【請求項７】
高ドープ半導体層が、一又は複数のＤＣセクションの光導波管の上の電気層として、また光導波管の上方クラッド層として機能する、請求項１に記載の変調器。
【請求項８】
緩衝層が、二酸化珪素、酸化スズ、酸化インジウム、及びこれらのうちの２つ以上の混合物からなるグループから選択される物質を含む、請求項１に記載の変調器。
【請求項９】
金属層が、金、アルミニウム、金／アルミニウム混合物、及び銅からなるグループから選択される物質を含む、請求項１に記載の変調器。
【請求項１０】
ＤＣバイアス変動を低減させる、請求項１に記載の変調器。
【請求項１１】
一又は複数のＤＣセクション及び一つのＲＦセクションを有する光変調器デバイスであって：
ニオブ酸リチウム基板；
一又は複数のＤＣセクションの光導波管の上に形成された高ドープ半導体層；
ＲＦセクションの光導波管の上に形成された緩衝層；
半導体層とオーミック接触を形成する金属層；及び
光導波管の上の一又は複数の電極
を含むデバイス。
【請求項１２】
ＤＣバイアス変動を低減させる、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
ＤＣバイアス変動を低減するためのニオブ酸リチウム変調器構造体であって、一又は複数のＤＣセクション及び一つのＲＦセクションを有する光導波管の上にパターン化された高ドープ半導体層を含み、金属コンタクトが半導体層の一部とオーミック接触を形成しており、緩衝層がＲＦセクションに形成されている変調器構造体。
【請求項１４】
ニオブ酸リチウム電気光学変調器を作製する方法であって：
一又は複数のＤＣセクション及び一つのＲＦセクションを有する光導波管の形態でニオブ酸リチウム基板を提供すること；
緩衝層をＲＦセクションの光導波管の上に形成すること；
一又は複数のＤＣセクションの光導波管の上にパターン化された高ドープ半導体層を形成すること；
半導体層とオーミック接触を形成する金属層を形成すること；および
ＲＦセクション及び一又は複数のＤＣセクションの光導波管の上に一又は複数の電極を提供すること
を含む方法。
【請求項１５】
光導波管をマッハツェンダー構成で形成する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
ニオブ酸リチウム基板が、基板の最上部に形成されパターン化されて基板内に拡散されたチタン層を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
高ドープ半導体層が、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素からなるグループから選択される物質を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
高ドープ半導体層が１０１８ｃｍ−３〜１０１９ｃｍ−３の範囲のドーピングレベルを有し、これにより金属層による電界の均一な分布が可能になる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
高ドープ半導体層が２００〜８００オングストロームの範囲の厚さを有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
高ドープ半導体層が、一又は複数のＤＣセクションの光導波管の上の電気層として、また光導波管の上方クラッド層として機能する、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
緩衝層が、二酸化珪素、酸化スズ、酸化インジウム、及びこれらのうちの２つ以上の混合物からなるグループから選択される物質を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
金属層が、金、アルミニウム、金／アルミニウム混合物、及び銅からなるグループから選択される物質を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
変調器によりＤＣバイアス変動を低減させる、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニオブ酸リチウム電気光学変調器に関し、さらに具体的には、ＤＣバイアス変動を低減するためのドープ半導体構造体を有するニオブ酸リチウム電気光学変調器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気光学変調器は、電気光学効果を表示する信号制御素子を使用して光線を変調する光学デバイスである。電気光学変調器は高速光通信システムの主要要素である。上記電気光学変調器は通常、その高い電気光学係数と高品質の結晶のために、「ＬＮ」と呼ばれる、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）でできている。ＬＮ変調器は主として、高速電気信号を例えば衛星及び地上用途用の自由空間レーザー通信システム、及び地上及び水中光ファイバ通信システム等の長距離通信システムの光学信号に変換する電気光学変調器として使用される。ＬＮ電気光学変調器の設計は通常、マッハツェンダー構成の平面基板上に作られた導波路を用いる（図１参照）。
【０００３】
周知のＬＮ電気光学変調器によく起こりがちなのは、デバイスにおける好ましくない電荷の生成及び電荷のリディストリビューションによるＤＣ（直流）バイアス変動の発生である。ＤＣバイアス変動とは、特定の動作点において変調器にバイアスを掛けるのに使用される電源の出力電圧の、一定期間にわたる変化である。バイアス状態を維持するのに必要な電圧に到達するまでの一定の増加により制御システムのリセットが発生し、これによりデータの損失が起こる可能性がある。加えて、ＬＮ電気光学変調器のＤＣバイアス電圧の変動は、相対光度の位相シフトにつながる。時間がたつと、このＤＣバイアス電圧はバイアスの大きさの増加により、修正又は補正することができなくなる。ＤＣバイアス変動は自ずと、デバイスがマッハツェンダー光度変調器の構成で動作している時に、一定の出力光度を維持するのに必要な変調器のＤＣバイアス電圧における緩やかな変動に現れる。上記ＤＣバイアス変動を制御する周知のデバイスが存在する。例えば、フィードバックループを使用してＤＣ供給電圧を監視及び調節して、適切な動作を維持することができる。しかしながら、上記フィードバックループは頻繁に監視しなければならないため時間がかかる場合があり、上記フィードバックループは、供給電圧は特定の電圧範囲にのみとどまり、その後切れるために、衛星及び航空宇宙用途においては効果がない場合がある。加えて、ＤＣバイアス変動を低減するための周知のＬＮデバイスは、Ｓｅｉｎｏ氏らに発行された米国特許第５４０４４１２号明細書に開示されている。この特許明細書では、ＬＮ基板と、導波路構造体全体、つまり導波路のＤＣ及びＲＦセクションの両方の上部のドープ多成分酸化物緩衝層を有する光導波管デバイスが開示されている。緩衝層は低い抵抗率を有し、結果的にＤＣバイアス変動が減る。しかしながら、上記デバイスには、ＤＣ及びＲＦセクション両方の上に多成分酸化物緩衝層を使用することによるＤＣバイアス変動の低減の再現性及び不変性に問題がある。この周知のデバイスの再現性及び普遍性に影響を与え得る要素には、非限定的に酸化物化合物の組成物、多様な酸化物形成状態、及び形成前のＬＮ表面処理が挙げられる。
【０００４】
したがって、周知のデバイス及び方法よりも有利な、ＤＣバイアス変動を低減するためのドープ半導体構造体を有するＬＮ電気光学変調器が必要である。
【発明の概要】
【０００５】
このＤＣバイアス変動を低減するためのドープ半導体構造体を有するＬＮ電気光学変調器、及び特有の非自明的で有利な方法及びシステムの必要は満たされ、多数の利点が本明細書に記載されている。ＤＣバイアス変動を低減するためのドープ半導体構造体を有するＬＮ電気光学変調器の実施形態により、一又は複数の下記の利点が提供され得る：ＤＣバイアス変動を低減するための予測可能で信頼性のある解決方法を提供するＬＮ電気光学変調器デバイスを提供する；ＤＣバイアス変動を低減し、実行するのが容易なＬＮ電気光学変調器構造体を提供する；デバイスのＲＦセクションのみが緩衝層で作られており、ＤＣセクションは緩衝層で作られていないため、デバイスのＤＣセクションから従来の（０．５〜１．０μｍ（マイクロメータ）の厚さの）酸化物緩衝層を除去することで、ＤＣ動作過電圧（Ｖπ）を低減するＬＮ電気光学変調器デバイスを提供する；バイアス電圧を直接光導波管構造体に印加することによって、非再現性の問題を解決するＬＮ電気光学変調器デバイスを提供する；導波路以外のポイントにおいて金属又は導電層によって電気的に接触する光導波管の上部に高ドープ半導体層を有することにより、接触を良好にして電界の均一な分布を可能にするＬＮ電気光学変調器を提供する；作製が容易であり、頑丈で再現性があるＬＮ電気光学変調器デバイスを提供する；ＤＣバイアス変動を監視するためのフィードバックループの使用を最小限に抑えるＬＮ電気光学変調器デバイスを提供する；本明細書に記載したように、ＬＮ電気光学変調器を用いてＤＣバイアス変動を低減する方法を提供する；そして、非限定的に、衛星及び地上用途用の自由空間レーザー通信システム、及び地上及び水中光ファイバ通信等の長距離通信システムを含む多様な用途に使用可能であるＬＮ電気光学変調器デバイスを提供する。
【０００６】
本発明の実施形態のうちの一つでは、一又は複数のＤＣセクション及び一つのＲＦセクションを有する光導波管の形態のＬＮ基板；一又は複数のＤＣセクションの光導波管の上にパターン化された高ドープ半導体層；ＲＦセクションの光導波管の上に形成された緩衝層；半導体層に接触する金属層；及び、ＲＦセクションと一又は複数のＤＣセクションの光導波管の上の一又は複数の電極を含むＬＮ電気光学変調器が提供されている。
【０００７】
本発明の別の実施形態では、一又は複数のＤＣセクション及び一つのＲＦセクションを有する光導波管デバイスが提供されており、この光導波管デバイスは：ＬＮ基板；一又は複数のＤＣセクションの光導波管の上に形成された高ドープ半導体層；ＲＦセクションの光導波管の上に形成された緩衝層；半導体層に接触する金属層；及び光導波管上の一又は複数の電極を含む。
【０００８】
本発明の別の実施形態では、一又は複数のＤＣセクション及び一つのＲＦセクションを有する光導波管の上にパターン化された高ドープ半導体層を含み、金属コンタクトが半導体層の一部と接触しており、緩衝層がＲＦセクションに形成されている、ＤＣバイアス変動を低減するＬＮ変調器構造体が提供されている。
【０００９】
本発明の別の実施形態では、ＬＮ電気光学変調器を作製する方法が提供されており、この方法は：一又は複数のＤＣセクション及び一つのＲＦセクションを有する光導波管の形態のＬＮ基板を提供し；ＲＦセクションの光導波管の上に緩衝層を形成し；一又は複数のＤＣセクションの光導波管の上にパターン化された高ドープ半導体層を形成し；半導体層に接触する金属層を形成し；そして、ＲＦセクション及び一又は複数のＤＣセクションの光導波管の上に一又は複数の電極を提供するステップを含む。
【００１０】
前述した利点及び特徴とその他の利点及び特徴、及びそれらを完成させる方法は、好ましい実例となる実施形態を示しているが、必ずしも原寸に比例していない添付の図面と併用される下記の詳細説明を考慮することによってさらに容易に理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は従来のマッハツェンダー光変調器を示す配線図である。
【図２】図２はマッハツェンダー構成を有する従来のＬＮ光変調器のＤＣバイアス変動を示すグラフである。
【図３】図３は本発明のＬＮ変調器の第１開示実施形態の上面図である。
【図４】図４は図３のＬＮ変調器の第１ＤＣセクションの拡大した切取上面図である。
【図５】図５は図３の線５−５に沿って切り取った、ＬＮ変調器の第１ＤＣセクションの断面図である。
【図６】図６は本発明のＬＮ変調器の開示された実施形態の第１ＤＣセクションの拡大した切取上面図である。
【図７】図７は本発明の実施形態のうちの一つによる、ＬＮ変調器のＤＣバイアス変動の特徴を示す図である。
【図８】図８は従来の光変調器のドープ緩衝層のＤＣバイアス変動の特徴を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで本開示の実施形態を、添付の図面を参照しながら以下にさらに全体的に説明する。添付の図面には、幾つかの開示の実施形態が示されているが、全ての開示の実施形態が示されているわけではない。実際には、幾つかの異なる実施形態を提供することが可能であり、本明細書に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が当業者に対して詳細で完全であり、本開示の範囲を完全に伝達するものであるように提供される。
【００１３】
本開示の実施形態のデバイス及び方法は、非限定的に、例えば衛星及び地上用途用の自由空間レーザー通信システム、及び地上及び水中光ファイバ通信システム等の長距離通信システムを含む多様な用途に関連して使用することができる。したがって、当業者には、本開示のデバイス及び方法はＤＣバイアス変動を低減するためのドープ半導体構造体を有するＬＮ電気光学変調器を含むいかなる数の用途においても使用可能であることが理解され、認識される。
【００１４】
本開示の開示された実施形態のうちの一つにおいては、ドープ半導体構造体を有するニオブ酸リチウム（ＬＮ）電気光学変調器デバイスが提供されている。好ましくは、このデバイスはＤＣバイアス変動を低減させる。ＬＮ変調器の設計は、図１に示すように、従来のマッハツェンダー構成の光導波管構造体が形成されていることが望ましい。図１は従来のマッハツェンダー光変調器を示す配線図である。図１は、第１ＤＣ（直流）セクション１４、第２ＤＣセクション１６、及びＲＦ（無線周波）セクション１８を有する光導波管１２のマッハツェンダー構成を示す。導波路への光度（Ｉ）は進入点２０において進入し、導波路からの光度は出口点２２から出て行く。開示のＬＮ変調器デバイスによりＤＣバイアス変動が低減する。従来の電気光学変調器のＤＣバイアス電圧の変動の結果、図２に示すように、光度対電圧の曲線がシフトする。図２は、マッハツェンダー構成を有する従来のＬＮ光変調器におけるＤＣバイアス変動を示すグラフであり、ｙ軸は出て行く光度（Ｉｏｕｔ）／進入光度（Ｉｉｎ）の比であり、ｘ軸はＤＣ電圧、及び２つの異なる時点（Ｔ）、つまりＴ１及びＴ２の光度曲線である。ＤＣバイアス変動は自ずとデバイスがマッハツェンダー光度変調器の構成で動作している時に、時間の関数としての一定の出力光度を維持するのに必要な変調器のＤＣバイアス電圧における緩やかな変動に現れる。
【００１５】
図３は本開示のＬＮ電気光学変調器３０の第１開示実施形態の上面図である。ＤＣバイアス変動を低減するためのＬＮ電気光学変調器は、マッハツェンダー構成の光導波管構造体３４が形成されたＬＮ基板３２（図５参照）を含む。これは、熱拡散によってＬＮ基板に薄い拡散層３６（図５参照）を形成することによって達成可能である。この薄い拡散層は、拡散前に約６００Ａ〜１０００Ａ（オングストローム）の厚さを有することができるチタン又は別の好適な金属を含むことが好ましい。この薄い拡散層は、約８５０Ａ〜９００Ａ（オングストローム）の厚さを有し得ることがさらに好ましい。あるいは、これはプロトン交換導波路形成プロセスによって達成可能である。ＬＮ基板はさらに、基板の最上部に形成されパターン化されて、基板の中に拡散したチタン層を含むことができる。光導波管構造体を形成した後に、基板は一又は複数のＤＣセクション及び一つのＲＦセクションを有し得ることが好ましい。図３に示すように、ＬＮ変調器３０は第１ＤＣセクション３８、第２ＤＣセクション４０、及びＲＦセクション４２を含む。開示の実施形態のＬＮ変調器は、第１及び第２ＤＣセクション３８、４０がバイアス変動効果が発生する変調器のセクションであるため、これらの変調器に適用される。図５は図３の線５−５に沿って切り取ったＬＮ変調器の第１ＤＣセクション３８の断面図である。
【００１６】
ＬＮ変調器はさらに、変調器３０の第１及び第２ＤＣセクション３８、４０の光導波管構造体３４の上にパターン化され、又は光導波管構造体３４上に配置されて導波路と同様のやり方でパターン化された高ドープ半導体層４４を含む。半導体層４４は、導波路への導波光が漏出しない、又は光導波管の最上部に配置した結果大幅に弱まるような厚さ及び複素屈折率を有することが好ましい。動作波長における半導体層の厚さと複素屈折率の実部により光閉込度が決まり、その一方で複素屈折率の虚部は変調器の光挿入損失に影響を与える。高ドープ半導体層は、例えばシリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、又は別の好適な物質等の物質を含むことができる。高ドープ半導体層は、金属層で電界の均一な分布を可能にするのに十分な良好なオーミック接触を促して、１０１８ｃｍ−３〜１０１９ｃｍ−３の範囲のドーピングレベルを有することが好ましい。さらに好ましくは、半導体層は、多結晶又は非晶質のいずれかの状態の高ドープ（１０１８〜１０１９ｃｍ−３）のｎ型又はｐ型シリコン（Ｓｉ）を含む。高ドープ半導体層は薄く、２００Ａ〜８００Ａ（オングストローム）の範囲の厚さを有することが好ましい。さらに好ましくは、この厚さは約５００Ａ（オングストローム）である。高ドープ半導体層は、ＤＣセクションの光導波管の上の電気接触層として、また、光導波管の上方のクラッド層として機能する。半導体層は、ＬＮ基板に形成された光導波管の最上部に直接形成されていることが好ましい。シリコンの通信波長（１４００ｎｍ〜１６００ｎｍ（ナノメートル））における複素屈折率（ｎ）の実部は、上記ドーピングレベルにおいて３．４５である。２．１５の屈折率を有するＬＮクラッド層又は基板を含む光導波管構造体と、２．１６の屈折率を有するチタン（Ｔｉ）拡散コア領域、及び３．４５の屈折率を有する（最上部に空気を有する）５００Ａ（オングストローム）のシリコン製外側クラッド層により、クラッド領域への光の漏出が非常に少ない、導波路コアにおける優れた光閉め込み効果が得られる。シリコンの複素屈折率（ｋ）の虚部は、１０１８ｃｍ−３のドーピングレベルにおいて５×１０−５であり、１０１９ｃｍ−３のドーピングレベルにおいてはおよそ１０−３である。これらｋ値における導波路の光挿入損失はほとんどごくわずかである。したがって、薄い高ドープ半導体層により、変調器光導波管構造体を通して伝播される導波光のいかなる損失も引き起こされ得ない。
【００１７】
薄い高ドープ半導体層により、その最上部に金属層を使用することなく、変調器のＤＣセクションの光導波管の長さに沿って均一なＤＣ電界が得られる。これは、薄い半導体層最上部に金属層があることによって、導波路における大幅な（＞１０ｄＢ／ｃｍ（デシベル／センチメートル））光挿入損失が起こる可能性があるためである。ＬＮ変調器により、高ドープ半導体層を使用し、これをオーミック金属層と電気接触させることによって、又は導波路領域外で導波路（＜５０μｍ（マイクロメータ））の非常に小さな部分において接触させることによって、ＤＣセクションの光導波管の長さに沿って均一な電界が得られる。薄い半導体層の高ドーピングレベルにより、好適な金属を使用したオーミック接触の形成が著しく促進され、金属による電界の均一な分布が可能になる。
【００１８】
半導体層４４は一箇所の接点においてのみ適用されているが、これによりＤＣセクションの電極の長さ全体に均一な電界の分布もまた可能になる。ＤＣセクションの電極の全体長の最上部に金属層のない均一な電界により、導波路における光挿入損失が最小限となる。光の動作波長における適切な厚さ、屈折率、及び吸収係数により、導波路における光閉め込み効果の損失が起こらず、導波路における光減衰への影響が少ない。
【００１９】
ＬＮ変調器はさらに、ＲＦセクションの光導波管の上に形成された緩衝層４６を含む。緩衝層は例えば、二酸化珪素、酸化スズ、酸化インジウム、又は上記酸化物の組合せ、例えば二酸化珪素、酸化スズ及び酸化インジウムのうちの二以上の混合物等の酸化物を含むことができる。緩衝層はまた、他の好適な物質も含むことができる。ＬＮ変調器はさらに、ＲＦセクションの光導波管の上に一又は複数の電極４８（図４参照）と、ＤＣセクションの光導波管の上に一又は複数の電極を含む。これら電極は金、銅、アルミニウム、又は別の好適な物質等の物質からできていてよい。緩衝層４６を電極構造体と光導波管の間のＲＦセクションに使用して、金属電極の存在による導波路での光損失を回避することができる。電極は緩衝層によって基板から分離されていることが好ましい。緩衝層により、金属電極による光学モードの光吸収が回避される。通常、二酸化珪素（ＳｉＯ２）は、その１．５５ミクロンの光透過性と低い誘電率のために、緩衝層として使用される。電極構造体をＲＦセクションに使用して、その長さに沿ってＲＦ損失を最小限に抑えるだけでなく、進行波変調器構成における光学場及び電界間の屈折率の整合を得ることができる。
【００２０】
ＬＮ変調器はさらに、金属層５０又は導電層を含む。金属層は半導体層に接触していることが好ましい。金属層は、光導波管又は光導波管領域外で（図６参照）、又は光導波管又は光導波管領域内で半導体層と接触していてよい。金属層は、例えば金、アルミニウム、金／アルミニウムの混合物、銅、又は別の好適な金属等の金属を含むことができる。半導体層は、変調器デバイスの第１及び第２ＤＣセクションにおける構造体の導波路領域外のどこの単一部分又はポイントにおいても、導電層に電気的に接触していることが好ましい。半導体層の高い導電率により、好適な金属による良好なオーミックコンタクトの形成を容易にするだけでなく、接触点で接触している間、ＤＣセクション又は電極セクションの全体長に付与された電界の均一な分布が可能になる。本開示のＬＮ変調器は、デバイスのＤＣセクションに用いられることが好ましい。変調器のＲＦセクション４０はそのまま変わらない。
【００２１】
図４は図３のＬＮ変調器の第１ＤＣセクションの拡大した切取上面図である。図４は、導波路３４、導波路の最上部の半導体層４４、金属層コンタクト５０、電極４８、半導体層の軸部分５４、及びワイヤボンド５６を示す。図６は本開示のＬＮ変調器の第１ＤＣセクションの拡大した切取上面図である。図６は、導波路３４、半導体層４４、半導体層の軸部分５４、金属層コンタクト５０を示し、ドープ半導体層への金属コンタクトは導波路領域外に形成される。上記構成により、導波路を介した光減衰が最小限に抑えられる。
【００２２】
本開示のＬＮ変調器構造体により、導波路セクションに直接ＤＣバイアス電圧が印加され、これによりＬＮ変調器のＤＣバイアス変動を起こす可能性のある標準の酸化物緩衝層を、ＤＣセクションの光導波管の上から取り除くことが可能になる。加えて、デバイスのＤＣセクションから、通常従来のＬＮ変調器に含まれる従来（０．５〜１．０μｍ（マイクロメートル）の厚さ）の酸化物緩衝層を除去したことで、開示の実施形態のＬＮ変調器のＤＣ動作過電圧（Ｖπ）もまた低減することができる。開示の実施形態のＬＮ変調器構造体は、デバイスのＤＣセクションに酸化物緩衝層がなく、バイアス電圧が直接光導波管構造体に印加されるため、従来のＬＮ変調器が持つような再現性の問題がわずかである、又は全くない。さらに、開示の実施形態は、バイアス電圧がいかなる緩衝層も間にはさまずに、直接光導波管に印加されるため、従来のデバイスと比較してＤＣ動作過電圧が低減するという追加の利点がある。従来のデバイスにおけるバイアス変動効果の主な原因である、多成分酸化物緩衝層は、開示のＬＮ変調器構造体から取り除かれる。
【００２３】
本開示の別の実施形態では、一又は複数のＤＣセクションと一つのＲＦセクションを有する光導波管デバイスが提供されている。このデバイスは、ＤＣバイアス変動を低減することが好ましい。デバイスはＬＮ基板、ＤＣセクションの光導波管の上に形成された高ドープ半導体層、ＲＦセクションの光導波管の上に形成された緩衝層、及び半導体層に接触する金属層を含む。金属層は、光導波管外で又は光導波管内で、半導体層に接触することができる。
【００２４】
本開示の別の実施形態では、一又は複数のＤＣセクション及び一つのＲＦセクションを有する光導波管の上にパターン化された高ドープ半導体層を含む、ＤＣバイアス変動を低減するためのＬＮ変調器構造体が提供されており、金属コンタクトが半導体層の一部と接触しており、緩衝層はＲＦセクションに形成されている。金属コンタクトは、光導波管外又は光導波管内のいずれかにおいて、半導体層の一部と接触可能である。
【００２５】
本開示の別の実施形態では、ＬＮ電気光学変調器を作製する方法が提供されている。変調器はＤＣバイアス変動を低減することが好ましい。この方法は、一又は複数のＤＣセクション及び一つのＲＦセクションを有する光導波管の形態でＬＮ基板を提供するステップを含む。光導波管は、マッハツェンダー構成で形成されていることが好ましい。ＬＮ基板は、基板の最上部に形成されパターン化されて、基板内に拡散されたチタン層を含むことが好ましい。実施例では、拡散前に約６００Ａ〜１０００Ａ（オングストローム）の厚さを有することが好ましく、８５０Ａ〜９００Ａ（オングストローム）の厚さを有することがさらに好ましいチタン（Ｔｉ）等の薄い金属層を、ＬＮ基板の最上部に形成しパターン化することができる。この層は次に、酸素雰囲気の中でＬＮ基板に拡散されて、マッハツェンダー構成の光導波管構造体が形成される。この方法はさらに、ＲＦセクションの光導波管の上に緩衝層を形成するステップを含む。好ましくは、緩衝層は例えば、二酸化珪素、酸化スズ、酸化インジウム、又は上記酸化物の組合せ、又は別の好適な物質等の酸化物を含むことができる。実施例によれば、二酸化珪素（ＳｉＯ２）の０．５〜１．０μｍ（マイクロメートル）の緩衝層をＬＮ基板全体に形成して、その後デバイスのＤＣセクションから取り除いて、緩衝層がＲＦセクションにのみあるようにすることができる。本方法はさらに、ＤＣセクションの光導波管の上にパターン化された高ドープ半導体層を形成するステップを含む。高ドープ半導体層はシリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、又は別の好適な物質を含むことができる。高ドープ半導体層は、金属層により電界の均一な分布を可能にするのに十分な良好なオーミック接触又後述する接触を促して、１０１８ｃｍ−３〜１０１９ｃｍ−３の範囲のドーピングレベルを有することが好ましい。高ドープ半導体層は、２００Ａ〜８００Ａ（オングストローム）の範囲の厚さを有することが好ましい。さらに好ましくは、この厚さは約５００Ａ（オングストローム）である。高ドープ半導体層は、ＤＣセクションの光導波管の上の電気層として、また、光導波管の上方クラッド層として機能する。実施例としては、化学蒸着法又はスパッタリングを使用した５００Ａ（オングストローム）の高ドープ（１０１８〜１０１９ｃｍ−３）のｐ型多結晶又は非晶質シリコン層の形成は、導波路上で行うことができる。半導体層は、図５に示すように、変調器のＤＣセクションのみの導波路の上にパターン化され、ＲＦセクション全体からは除去されることが好ましい。本方法はさらに、半導体層に接触する金属層を形成するステップを含む。金属層は、光導波管外又は光導波管内のいずれかにおいて半導体層と接触することができる。金属層は例えば、金、アルミニウム、金／アルミニウム混合物、銅、又は別の好適な金属等の金属を含むことが好ましい。実施例としては、薄いアルミニウム／金の二重導電層又は金属層をＬＮ基板全体に形成することができ、アルミニウムは高ドープｐ型シリコン層とオーミックコンタクトを形成し、金は、次の変調器電極の金メッキ用のベース層（メッキプレート）を形成する。本方法はさらに、ＲＦセクションの光導波管の上に一又は���数の電極を提供し、一又は複数のＤＣセクションの光導波管の上に一又は複数の電極を提供するステップを含む。変調器のＤＣセクションの光導波管の上の電極パターンは、半導体層の軸部分を使用して、ドープ半導体層と電気的に接触する導波路領域外の領域に限定されていることが好ましい（図４及び６参照）。この小さい接触領域をパッド（図示せず）に接続して、電気接続以外のアクセスポイントを得ることができる。金電極は次に適切な厚さでメッキされ、メッキプレートが取り外されてＬＮ変調器の加工が完了する。金は、半導体層の上以外の、導波路のどの部分にも蒸着することができる。
【００２６】
本開示の別の実施形態では、本明細書に記載されるように、ＬＮ電気光学変調器の一又は複数の実施形態を使用してＤＣバイアス変動を低減する方法が提供されている。
【００２７】
図７は本開示の実施形態によるＬＮ変調器のＤＣバイアス変動の特徴を示す図である。図８は従来の光変調器のドープＳｉＯ２（二酸化珪素）緩衝層のＤＣバイアス変動の特徴を示す図である。
【００２８】
半導体層の光複素屈折率は、光導波管のクラッド層として機能しても、光閉込効果の損失又は光減衰が起こらないようなレベルである。電極全長の最上部に金属層のない、均一な電界により、導波路の光挿入損失が最小限となる。
【００２９】
本発明に関連する当業者によって、前述の説明及び関連する図面に示された教示の利点を有する本発明の多数の変形及び他の実施形態が発想される。したがって当然ながら、本発明は開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、変形及び他の実施形態も添付の請求項の範囲内に含まれるものとする。本明細書では特定の用語が使われているが、これらは一般的及び説明的な用途で使用されており、限定するためのものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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