(57)【要約】  【課題】    低駆動電圧による高速駆動及びＤＣドリフトの抑圧を可能とし、信頼性が高くかつ製作の歩留まりが良い光変調器を提供する。  【解決手段】    電気光学効果を有し、少なくともｘ−カット又はｙ−カットの面方位を含む基板１と、基板に形成された光を導波するための光導波路３と、光を変調するための電圧を印加する、基板の一方の面側に形成された中心導体４ａ及び接地導体４ｂ、４ｃからなる電極４と、光導波路３が中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃとの間に電圧を印加することにより光の位相を変調するための相互作用部３ａ、３ｂとを具備する光変調器において、基板上面の一部分に電気的に接触するとともに、光導波路３の上面を被覆しないように形成した導電層１５と、導電層１５の上方に形成した第２バッファ層１６を具備し、相互作用部３ａ、３ｂでは中心導体４ａが導電層１５に接触せず、第２バッファ層１６の上方に形成された中心導体４ａを具備する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有し、少なくともｘ−カット又はｙ−カットの面方位を含む基板と、該基板に形成された光を導波するための光導波路と、前記光を変調するための電圧を印加する、前記基板の一方の面側に形成された中心導体及び接地導体からなる電極と、前記光導波路が前記中心導体と前記接地導体との間に前記電圧を印加することにより前記光の位相を変調するための相互作用部とを具備する光変調器において、
前記基板上面の一部分に電気的に接触するとともに、前記光導波路の上面の少なくとも一部を被覆しないように形成した導電層と、該導電層の上方に形成したバッファ層を具備し、前記相互作用部では前記中心導体が前記導電層に接触せず、前記バッファ層の上方に形成された前記中心導体を具備することを特徴とする光変調器。
【請求項２】
前記中心導体の一部と前記導電層が電気的に接触していることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記中心導体の一部と前記導電層が電気的に分離していることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項４】
前記中心導体の一部が、相互作用部以外であることを特徴とする請求項２に記載の光変調器。
【請求項５】
前記中心導体の一部が、相互作用部であることを特徴とする請求項３に記載の光変調器。
【請求項６】
前記中心導体の一部が、ＤＣバイアス供給部であることを特徴とする請求項２に記載の光変調器。
【請求項７】
前記接地導体の少なくとも一部が前記基板に電気的に接触していることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載の光変調器。
【請求項８】
前記中心導体を介して、前記導電層にＤＣバイアスを印加することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一に記載の光変調器。
【請求項９】
前記中心導体を介さずに、前記導電層にＤＣバイアスを印加することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一に記載の光変調器。
【請求項１０】
前記導電層が半導体からなることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一に記載の光変調器。
【請求項１１】
前記導電層が金属もしくは金属酸化物の少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一に記載の光変調器。
【請求項１２】
前記導電層が半導体と金属もしくは金属酸化物の組み合わせからなることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一に記載の光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光変調器に係り、特に、高速で駆動電圧が低く、かつＤＣドリフトが小さく、製作の歩留まりの良い光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、光変調器において、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）のように電界を印加することにより屈折率が変化する、いわゆる電気光学効果を有する基板（以下、リチウムナイオベート基板をＬＮ基板と略す）に光導波路と進行波電極を形成した進行波電極型リチウムナイオベート光変調器（以下、ＬＮ光変調器と略す）は、その優れたチャーピング特性から２．５Ｇｂｉｔ／ｓ、１０Ｇｂｉｔ／ｓの大容量光伝送システムに適用されている。
【０００３】
このようなＬＮ光変調器は、最近ではさらに４０Ｇｂｉｔ／ｓの超大容量光伝送システムにも適用が検討されており、大容量光伝送システムにおけるキーデバイスとして期待されている。
【０００４】
このＬＮ光変調器には、ｚ−カットＬＮ基板を使用するタイプとｘ−カットＬＮ基板（あるいはｙ−カットＬＮ基板）を使用するタイプがある。
【０００５】
図９は、第１の従来技術として、ｘ−カットＬＮ基板とコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）進行波電極を使用したｘ−カット基板ＬＮ光変調器の斜視図を示す。図１０は、図９のＡ−Ａ’における断面図である。
【０００６】
図中、参照符号１はｘ−カットＬＮ基板、参照符号２は１．３μｍ、あるいは１．５５μｍなど光通信において使用する波長領域では透明な厚み２００ｎｍから１μｍ程度のＳｉＯ２バッファ層、参照符号３はｘ−カットＬＮ基板１にＴｉを蒸着後、１０５０℃で約１０時間熱拡散して形成した光導波路であり、この光導波路３はマッハツェンダ干渉系（あるいは、マッハツェンダ光導波路）を構成している。
【０００７】
なお、図中、参照符号３ａ、３ｂは電気信号と光が相互作用する部位（相互作用部と言う）における光導波路（あるいは、相互作用光導波路）、つまりマッハツェンダ光導波路の２本のアームであり、不図示のＹ分岐光導波路などによって光導波路３を分岐したものである。
【０００８】
また、図中、参照符号４はＣＰＷ進行波電極であり、このＣＰＷ進行波電極４は中心導体４ａ、接地導体４ｂ、４ｃからなっている。
【０００９】
ここで、バッファ層２は、進行波電極４における電気信号即ちマイクロ波の等価屈折率ｎｍを光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光の等価屈折率ｎ０に近づけることにより、光変調帯域を拡大するという重要な働きをしている。
【００１０】
次に、このように構成されるＬＮ光変調器の動作について説明すると、このＬＮ光変調器を動作させるには、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃ間に直流バイアス（以下、ＤＣバイアスという）と高周波電気信号（以下、ＲＦ電気信号という）とを印加する必要がある。
【００１１】
図１１に示す電圧−光出力特性において、図示実線の曲線はある状態でのＬＮ光変調器の電圧−光出力特性であり、Ｖｂはその際のＤＣバイアス電圧である。
【００１２】
この図１１に示すように、通常、ＤＣバイアス電圧Ｖｂは光出力特性の山と底の中点に設定される。
【００１３】
一般に、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃの間には通常５Ｖから１０ＶのＤＣバイアス電圧が印加されるが、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃの間のギャップが通常１０μｍから４０μｍ程度であることから、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃの間には各々数１００ｋＶ／ｍから１０００ｋＶ／ｍもの高い電界が印加されることになる。
【００１４】
ｘ−カットＬＮ基板１には焦電効果がないものの、このように高い電界の下では、ＳｉＯ２などの酸化物からなるバッファ層２内に誘起された電荷が移動する結果、図１１において図示破線の曲線で示すように電圧−光出力特性が図示矢印で示す方向に変化してしまうため、ＤＣバイアス点をＶｂからＶｂ’のように設定変更する必要がある。
【００１５】
そして、環境温度が一定の場合におけるこのＤＣバイアス点Ｖの変化がＤＣドリフトと呼ばれている。
【００１６】
次に、図１２に示す図９および図１０に示したｘ−カット基板ＬＮ光変調器の等価回路図を用いてＤＣドリフト現象について考察する。なお、図１２では、図９および図１０に示したｘ−カット基板ＬＮ光変調器の対称性を考慮し、左半分のみについて表している。
【００１７】
ここで、ＣＢ、ＲＢはバッファ層２の等価的なキャパシタンスと抵抗、ＣＬＮ、ＲＬＮは、それぞれ、光導波路３ａを含むＬＮ基板１の等価的なキャパシタンスと抵抗を表している。
【００１８】
電圧が印加された瞬間における電圧の分配はバッファ層２のキャパシタンスＣＢとＬＮ基板１のキャパシタンスＣＬＮにより決定されるが、印加された電圧は時間が経つにつれてバッファ層２の抵抗ＲＢと、ＬＮ基板１の抵抗ＲＬＮとにより分割される。
【００１９】
例えば、バッファ層２の抵抗ＲＢがＬＮ基板１の抵抗ＲＬＮよりも大きい場合には、印加した電圧の多くがバッファ層２の抵抗ＲＢに加わるので、ｘ−カットＬＮ基板１の抵抗ＲＬＮにおける電圧降下は小さくなる。
【００２０】
この場合には、ＤＣバイアス電圧Ｖｂを加えても、ｘ−カットＬＮ基板１の抵抗ＲＬＮにはあまり印加されない。つまり、光導波路３ａ、３ｂには大きな印加電圧は作用していないので、ＤＣバイアス電圧Ｖｂとしてはより大きな値が必要になってくることになる。これを正のＤＣドリフトと呼んでいる。
【００２１】
この設定変更されたＤＣバイアス点Ｖｂ’が電気制御回路により制御できる範囲を超える場合には、電気的に制御不可能となるので、このＤＣドリフトを低減することは極めて重要となる。
【００２２】
このＤＣドリフトを解決するために、ｚ−カットＬＮ基板については、例えば、図１３の断面図に示す構成例が第２の従来技術として特許文献１に開示されている。
【００２３】
ここで、参照符号５はｚ−カットＬＮ基板、参照符号６ａ、６ｂはＳｉＯ２バッファ層、参照符号７は厚み３０ｎｍから１００ｎｍ程度のＳｉ膜からなる導電層、参照符号８ａ、８ｂは各々中心導体と接地導体に対応する。
【００２４】
この構成例では２本の光導波路の真上のみにバッファ層６ａ、６ｂが形成され、そのバッファ層６ａ、６ｂが導電層７で覆われている。
【００２５】
しかしながら、このように中心導体８ａ、接地導体８ｂ間を導電層７によって覆う場合には、ＤＣドリフトは、ｚ−カットＬＮ基板５の基板表面に垂直な方向の導電層７の抵抗と中心導体８ａと接地導体８ｂ間における導電層７の抵抗の比により単純に決定されてしまう。
【００２６】
しかるに、通常、中心導体８ａと接地導体８ｂ間のギャップの大きさは、進行波電極としての電気的特性、即ちマイクロ波の等価屈折率ｎｍや特性インピーダンスＺから決めるべきことであるので、図１３の構成では、ＤＣドリフトの量を設計する上では自由度が少なく、一般に、上記抵抗比はＤＣドリフトを充分に抑えるには不十分である。
【００２７】
さらに、図１３に示した構造はｚ−カットＬＮ基板用であるのに対し、図９や図１０に示すように、ｘ−カットＬＮ基板では中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃの間に光導波路３ａ、３ｂがあるので、この第２の従来技術を適用することはできない。
【００２８】
また、光の伝搬損失が大きな導電層７を光導波路の上に直接に堆積することは、光の伝搬損失の観点からｘ−カットＬＮ基板への適用は好ましくない。
【００２９】
また、ＳｉやＳｉＯｘからなる導電層７の抵抗率を１０７から１０１０Ω・ｃｍに設定する必要があるが、具体的にこの値に設定するにはＳｉを堆積後、数１００℃の熱処理を行う必要がある。
【００３０】
ところが、この場合、抵抗率の制御が難しく、コストと歩留まりにおいて問題があることに加えて、導電層７の抵抗率が設計値よりも大幅に低くなった場合には、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃ間において電気的ショートが発生し、素子が破壊されてしまうという問題がある。
【００３１】
図１４の断面図に示す構成例は、特許文献２に開示されている第３の従来技術によるｚ−カットＬＮ基板である。
【００３２】
この構成例は、ＳｉＯ２バッファ層６ａ、６ｂが光導波路３ａ、３ｂをカバーするとともに、中心導体８ａと接地導体８ｂが光導波路の上方にあり、第２の従来技術の構成と同様にｚ−カットＬＮ基板についての構造である。
【００３３】
また、図中、参照符号１２ａ、１２ｂ、１２ｃは導電層であり、この第３の従来技術では、導電層１２ｂを形成することにより、一対の中心導体８ａと接地導体８ｂの間に複数個の絶縁箇所１３ａ、１３ｂを設けることを特徴としている。
【００３４】
この第３の従来技術によるＬＮ光変調器では、進行波電極として中心導体８ａと接地導体８ｂからなる対称コプレーナストリップ（ＣＰＳ）を具備している。ＳｉＯ２バッファ層６ａ、６ｂが光導波路３ａ、３ｂをカバーするとともに、中心導体８ａと接地導体８ｂが光導波路の上方にあり、第２の従来技術の構成と同様にｚ−カットＬＮ基板５についての構造である。
【００３５】
また、図中、参照符号１２ａ、１２ｂ、１２ｃは導電層であり、この第３の従来技術では、導電層１２ｂを形成することにより、一対の中心導体８ａと接地導体８ｂの間に複数個の絶縁箇所１３ａ、１３ｂを設けることを特徴としている。
【００３６】
しかしながら、この第３の従来技術では導電層１２ｂが電気的に浮いているため、導電層１２ｂに誘起される電荷が中心導体８ａと接地導体８ｂに誘起される電荷に大きく影響されるという電気的な不安定性を有している。
【００３７】
さらに、この第３の従来技術を実現するには技術的に極めて難しい問題がある。この第３の従来技術を実現するための電極作製工程では、まず２０μｍから３０μｍと厚い金メッキからなる中心導体８ａと接地導体８ｂを形成した後、全面に導電層を堆積する。次に、フォトレジストを全面に塗布した後、露光・現像により中心導体８ａと接地導体８ｂの直上と直近のフォトレジストに窓を開ける。フォトレジストに開けた窓の箇所の導電層を除去するとともに、導電層を１２ａ、１２ｂ、１２ｃと分割する。ところが、２０μｍから３０μｍもの厚みの中心導体８ａと接地導体８ｂがあると、中心導体８ａと接地導体８ｂの直上のレジストは薄く（導体のエッジ部にはフォトレジストがほとんどない箇所もある）、また中心導体８ａや接地導体８ｂと導電層が接する付近にはレジストが厚く溜まる。その結果、フォトレジストの厚みは各所で大きく異なっており、特に中心導体８ａと接地導体８ｂの近傍では精度良くパターニングすることは極めて難しく、製造の歩留まりに大きな問題があった。
【００３８】
【特許文献１】特開平１−３０２３２５号公報
【特許文献２】特開平８−１４６３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３９】
以上のように、従来提案されているＤＣドリフト抑圧構造はｚ−カット基板ＬＮ光変調器についてであり、ｘ−カット基板ＬＮ光変調器についての有効なＤＣドリフト抑圧構造はまだ提案されていない。
【００４０】
さらに、従来提案されているｚ−カット基板のＬＮ光変調器についても、特許文献１に示されている第２の従来技術では中心導体８ａと接地導体８ｂが導電層７により導通しているので、ＤＣドリフト抑圧の効果がＬＮ基板５の表面水平方向と垂直方向の幾何学的な構造で決まってしまう。
【００４１】
つまり、第２の従来技術では、マイクロ波の等価屈折率ｎｍや特性インピーダンスを決定すべき中心導体８ａと接地導体８ｂ間のギャップの大きさによりＤＣドリフト量が決まることになり、ＤＣドリフト量の設計の自由度が少ないという問題がある。
【００４２】
さらに、この第２の従来技術では、導電層７の抵抗が設計値よりも低くなった場合には電気的なショートが発生し、素子を破壊してしまう、あるいは高い温度での熱処理を必要とする際の温度制御性や歩留まりの点で問題がある。
【００４３】
また、第３の従来技術では電気的に浮いた導電層１２ｂを設けているため、電気的な不安定性を有している。さらに、中心導体８ａと接地導体８ｂの近傍の導電層にパターニングにより、ギャップを開ける工程が不可欠となるが、中心導体８ａと接地導体８ｂが厚いためにこの工程は技術的に極めて難しく、製作性と歩留まりの点で問題を有している。
【００４４】
そこで、本発明は以上のような従来技術の問題点を解消することにより、高速で駆動電圧が低く、かつＤＣドリフトが小さく、製作の歩留まりの良い光変調器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００４５】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１の光変調器は、電気光学効果を有し、少なくともｘ−カット又はｙ−カットの面方位を含む基板と、該基板に形成された光を導波するための光導波路と、前記光を変調するための電圧を印加する、前記基板の一方の面側に形成された中心導体及び接地導体からなる電極と、前記光導波路が前記中心導体と前記接地導体との間に前記電圧を印加することにより前記光の位相を変調するための相互作用部とを具備する光変調器において、前記基板上面の一部分に電気的に接触（あるいは接続とも言う）するとともに、前記光導波路の上面の少なくとも一部を被覆しないように形成した導電層と、該導電層の上方に形成したバッファ層を具備し、前記相互作用部では前記中心導体が前記導電層に接触せず、前記バッファ層の上方に前記中心導体が形成されていることを特徴とする。
【００４６】
本発明の請求項２の光変調器は、請求項１において、前記中心導体の一部と前記導電層が電気的に接触していることを特徴とする。
【００４７】
本発明の請求項３の光変調器は、請求項１において、前記中心導体の一部と前記導電層が電気的に分離していることを特徴とする。
【００４８】
本発明の請求項４の光変調器は、請求項２において、前記中心導体の一部が、相互作用部以外であることを特徴とする。
【００４９】
本発明の請求項５の光変調器は、請求項３において、前記中心導体の一部が、相互作用部であることを特徴とする。
【００５０】
本発明の請求項６の光変調器は、請求項２において、前記中心導体の一部が、ＤＣバイアス供給部であることを特徴とする。
【００５１】
本発明の請求項７の光変調器は、請求項１乃至請求項６において、前記接地導体の少なくとも一部が前記基板に電気的に接触していることを特徴とする。
【００５２】
本発明の請求項８の光変調器は、請求項１乃至請求項７において、前記中心導体を介して、前記導電層にＤＣバイアスを印加することを特徴とする。
【００５３】
本発明の請求項９の光変調器は、請求項１乃至請求項７において、前記中心導体を介さずに、前記導電層にＤＣバイアスを印加することを特徴とする。
【００５４】
本発明の請求項１０の光変調器は、請求項１乃至請求項９において、前記導電層が半導体からなることを特徴とする。
【００５５】
本発明の請求項１１の光変調器は、請求項１乃至請求項９において、前記導電層が金属もしくは金属酸化物の少なくとも１つからなることを特徴とする。
【００５６】
本発明の請求項１２の光変調器は、請求項１乃至請求項９において、前記導電層が半導体と金属もしくは金属酸化物の組み合わせからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００５７】
本発明による光変調器では、中心導体と接地導体の間に光導波路が存在するｘ−カットＬＮ基板、ｙ−カットＬＮ基板において、中心導体の下方にあり、かつ２本の光導波路の間の基板に電気的に接触した導電層にＤＣバイアスを印加しているので、バッファ層における電圧の降下は極めて小さい。
【００５８】
従って、本発明の光変調器によると、中心導体と接地導体との間に印加された電圧のほとんどが基板、換言すると光導波路に有効に印加されるので、ＤＣドリフトを抑えることが可能となる。
【００５９】
また、中心導体と接地導体を伝搬するＲＦ電気信号と、光導波路を伝搬する光が相互作用する相互作用部においては、バッファ層の上方に形成した中心導体と、基板に電気的に接触するように形成した導電層とは構造的に接触していない。そのため、構造が簡単であり、製作性と製作の歩留まりが著しく良い。
【００６０】
さらに、導電層は中心導体の下方、即ち２本の光導波路の中間に設けているので、光導波路を伝搬する光の伝搬損失を増加することなく、ＤＣドリフトを抑圧できるという効果がある。
【００６１】
ここで、中心導体と接地導体を完全に電気的に絶縁する構成である場合には、ＤＣドリフト抑圧の効果が著しい。この場合には、中心導体と接地導体が導電層により導通していないことが実現できるため、導電層の抵抗が低い場合にも電気的ショートが発生するという問題を回避することができる。
【００６２】
また、中心導体の下方に設けている導電層がＬＮ基板に電気的に直接接触しているので、ＤＣバイアス電圧を低減でき、ＤＣドリフトに起因する長期信頼性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６３】
以下、本発明の実施形態について説明するが、図９乃至図１４に示した従来技術と同一の符号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一の符号を持つ機能部の説明を省略する。
【００６４】
［第１実施形態］
図１の（ａ）〜（ｅ）は、本発明による光変調器における第１実施形態の製造工程の手順（ステップ）を示す。また、図２は本発明における第１実施形態の概略の斜視図であり、図１の（ａ）〜（ｅ）は、図２のＡ−Ａ’部における断面に対応している。
【００６５】
（ａ）第１バッファ層１４の堆積
このステップでは、ｘ−カットＬＮ基板１にＴｉを熱拡散して製作した光導波路３ａ、３ｂを形成した後、ＳｉＯ２などの第１バッファ層１４を堆積する。
【００６６】
（ｂ）第１バッファ層１４のエッチング
このステップでは、第１バッファ層１４を部分的にエッチングし、窓を開ける。
【００６７】
（ｃ）導電層１５と第２バッファ層１６の堆積
このステップでは、エッチングしたＳｉＯ２とエッチングにより開けられたＳｉＯ２の窓から見えているｘ−カットＬＮ基板１の上に、ＳｉやＳｉＯｘからなる導電層１５とＳｉＯ２などからなる第２バッファ層１６を堆積する。このとき、導電層１５がｘ−カットＬＮ基板１の表面に電気的に接触する。
【００６８】
（ｄ）第２バッファ層１６と導電層１５のエッチング
後述するステップで形成する中心導体４ａと接地導体間４ｂ、４ｃ間の抵抗を高めるために、光導波路３ａ、３ｂの上の第２バッファ層１６と導電層１５をエッチングする。その結果、光導波路３ａ、３ｂとｘ−カットＬＮ基板１が部分的にむき出しになる。
【００６９】
（ｅ）電極（中心導体４ａ、接地導体４ｂ、４ｃ）の形成
このステップでは、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃを形成する。
【００７０】
なお、本実施形態では中心導体４ａと接地導体間４ｂ、４ｃ間は、導電層１５が除去されているので、電気的に分離されており、特許文献１と異なり、高い抵抗を持つ。
【００７１】
また、ＳｉＯ２などからなる第１バッファ層１４ａ’、１４ａ’’と第２バッファ層１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、特に中心導体４ａの下に配置した第２バッファ層１６ａが、マイクロ波の等価屈折率ｎｍを光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光の等価屈折率ｎ０に近づけるために重要な働きをする。
【００７２】
このように、本発明ではマイクロ波の等価屈折率ｎｍを光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光の等価屈折率ｎ０に近づけつつ、導電層１５ａ（１５ｂ、１５ｃがあっても同じである）をｘ−カットＬＮ基板１に電気的に接触している。
【００７３】
図２は本発明における第１実施形態の概略の斜視図である。高周波（ＲＦ）電気信号であるマイクロ波の出力部におけるＢ−Ｂ’部の断面図を図３に示す（一般に、ＲＦ電気信号であるマイクロ波の入出力ポートをフィードスルー部と言う）。
【００７４】
図３からわかるように、マイクロ波出力部において中心導体４ａは導電層１５ａに電気的に接続されており、ここから中心導体４ａを通じてＤＣバイアス電圧を導電層１５ａに供給している。なお、図１や図３では中心導体４ａを対称軸として左右対称と考えている。図３では左半分に重きを置いて図示している。なお、図１や図３において接地導体４ｂ、４ｃは導電層を介してｘ−カットＬＮ基板１に導通しても良いし、直接ｘ−カットＬＮ基板１に接触しても良い。
【００７５】
中心導体４ａを中心として左右対称でも良いし、左右対称でなくても良いというのは第１実施形態のみでなく本発明のその他の実施形態にも成り立つことは言うまでもない。
【００７６】
なお、図１の（ｅ）に示したように相互作用部においても接地導体４ｂの下には導電層１５ｂと第２バッファ層１６ｂが、また接地導体４ｃの下には導電層１５ｃと第２バッファ層１６ｃがあるが、この領域の幅（図１における左右方向の長さ）は中心導体４ａと接地導体４ｂ間の距離の数倍あれば充分であることを確認している。但し、接地導体４ｂ、４ｃの一部もしくは全部がｘ−カットＬＮ基板１に直接接触しても光変調器としての高速応答特性を損なうことはないし、ＤＣドリフトを抑圧するという本発明の効果はより一層強く実現できる。このことは図３に示すフィードスルー部においても同様に成り立つ。
【００７７】
図４は図２のマイクロ波の出力ポートにおけるＣ−Ｃ’での断面図である。この実施形態では、ＤＣバイアスが導電層１５ａと同時に中心導体４ａにも印加されている。なお、ｘ−カットＬＮ基板１に接している導電層１５ａと中心導体４ａは同電位であるので、バッファ層１６ａの上下で電位差は生じない。また、出力ポートのみでなく入力ポート側も図３の構造としても良い。
【００７８】
図５のように、図２のＣ−Ｃ’における断面において、ＤＣバイアス供給部１７を中心導体４ａと電気的に分離した構造が本発明の第２実施形態である。この場合にも、ＤＣバイアスは導電層１５ａから供給されるが、ＤＣバイアス供給部１７と中心導体４ａは電気的に分離されているので、ＤＣバイアス供給部１７にはＤＣバイアスのみが、中心導体４ａにはＲＦ電気信号のみが印加されることになる。なお、図２のマイクロ波出力ポート部において、ＤＣバイアス供給部１７を中心導体４ａから横に引き出して別途設けておけば、ＤＣバイアスを印加するのに都合が良い。
【００７９】
また、図４のようにＤＣバイアスを供給する箇所が中心導体４ａと電気的につながっていても良いし、図５のようにつながっていなくても良いというのは本発明のその他の実施形態にも成り立つ。
【００８０】
本発明のその他の実施形態と同様に、以上の実施形態では中心導体４ａと接地導体間４ｂ、４ｃ間は導電層１５が除去されている。そのため、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃ間は電気的に分離されており、図１３に示した第２の従来技術である特許文献１や図１４に示した第３の従来技術である特許文献２と異なり、高い抵抗を持つ。なお、図１３の第２の従来技術や図１４の第３の従来技術における導電層７や１２ａ、１２ｂ、１２ｃの抵抗は１０７〜１０１０Ω・ｃｍが好適ではあるが、本発明ではこれらとは異なり、中心導体４ａと接地導体４ｂ（あるいは４ｃ）が互いに導電層で接続しないように設計できるので、これ以外の値、例えば、より小さな抵抗値でも良いという利点がある。
【００８１】
図６は、この電気的な接続の様子（等価回路）を示している。説明を簡単にするために、図６では光変調器の構成要素としては中心導体４ａ、接地導体４ｂ、４ｃと光導波路３ａ、３ｂのみを示している。また、図に示した等価回路は対称性を考慮し、左半分のみを描いている。
【００８２】
図中、ＣＣ、ＲＣはｘ−カットＬＮ基板１の表面から中心導体４ａあるいは接地導体４ｂ（または、４ｃ）を見た時のキャパシタンスと抵抗である。
【００８３】
一般に、ＳｉＯ２よりもＳｉやＳｉＯｘなどの導電層は抵抗が小さいため、特に、ＤＣドリフトに大きな影響を与える抵抗ＲＣはｘ−カットＬＮ基板１の表面と中心導体４ａあるいは接地導体４ｂ（または、４ｃ）間の導電層１５ａの抵抗と考えてよい。
【００８４】
このとき、ｘ−カットＬＮ基板１の抵抗ＲＬＮと導電層１５ａの抵抗ＲＣとの間に
ＲＬＮ＞＞ＲＣ                                      …（１）
の関係が成り立てば、第１の従来技術において説明した図９のＳｉＯ２バッファ層２の抵抗ＲＢにおける電圧降下を防ぐことができる。
【００８５】
つまり、この場合には中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃに印加したＤＣバイアス電圧のほとんど全てをｘ−カットＬＮ基板１に印加することができるので、バッファ層内での電荷の移動がなくなり、その結果、光変調器としての駆動電圧の上昇を防ぐことができるとともに、ＤＣドリフトを著しく低減することが可能となる。
【００８６】
なお、導電層の抵抗ＲＣは１０７〜１０１０Ω・ｃｍが好適ではあるが、本発明では特許文献１として示した第２の従来技術の構造と異なり、中心導体４ａと接地導体４ｂ（あるいは４ｃ）が互いに導電層で接続しないように設計できるので、これ以外の値、例えば、より小さな抵抗値でも良いという利点がある。
【００８７】
［第３実施形態］
図７は、本発明による光変調器の第３実施形態を示す断面図である。本実施形態では導電層１５ａの幅を狭くすることにより、ＳｉやＳｉＯｘなどの半導体からなる導電層１５ａがＲＦ電気信号に与える影響を小さくしている。従って、導電層１５の幅は中心導体４ａより狭いことが望ましい。ここで、参照番号１４ａ’、１４ａ’’ はいずれも第１バッファ層である。
【００８８】
また、本実施形態を含む本発明の全ての実施形態において、導電層はｘ−カットＬＮ基板に電気的に接触しているため、ＤＣバイアス電圧を光導波路にバッファ層を介さずに直接印加することが可能となる。一方、この導電層はＲＦ電気信号に対しては、ほぼ誘電体として機能する。つまり、ＲＦ電気信号にとってのマイクロ波特性、即ち、マイクロ波実効屈折率や特性インピーダンスはバッファ層とほぼ誘電体として見える導電層により決定され、高速光変調が可能となる。換言すると、本発明においてはＤＣ的な駆動電圧をＲＦ的な駆動電圧よりも低減できる（例えば、各々２Ｖと５Ｖ）ので、ＤＣドリフトに起因する長期信頼性に大きな影響を与えるＤＣバイアス電圧を低く設定することが可能となり、ＤＣ的な駆動電圧とＲＦ的な駆動電圧が等しく、大きなＤＣバイアス電圧を必要とした従来のｘ−カット光変調器よりも高い長期信頼性を実現できるという優れた利点がある。
【００８９】
［第４実施形態］
図８は、本発明による光変調器の第４実施形態を示す断面図である。本実施形態では導電層１５ａの幅を狭くすることにより、ＳｉやＳｉＯｘなどの半導体からなる導電層１５ａがＲＦ電気信号に与える影響を小さくするとともに、図７の第３実施形態における第１バッファ層１４ａ’、１４ａ’’を省略している。そのため、製作がより簡単である。
【００９０】
［各実施形態について］
本発明による光変調器では中心導体と接地導体が電気的に絶縁されており、かつ導電層が基板に電気的に接触しているので、上述したようにＤＣドリフト抑圧とＤＣバイアス電圧低減による光変調器としての長期信頼性が向上するという効果を有している。
【００９１】
この場合、ＣＰＷ電極は１つの中心導体と２つの接地導体からなっているが、中心導体と１つの接地導体を導電層により電気的に接続した場合には、本発明による光変調器の効果を最大限には生かすことができなくはなるが、中心導体と２つの接地導体を導電層により電気的に接続した場合に比べると効果があることは言うまでもない。
【００９２】
なお、各実施形態としては主に、中心導体と接地導体間の第１バッファ層、あるいは第２バッファ層をエッチング除去した場合について説明したが、エッチング除去しなくても本発明としての効果があることは言うまでもない。
【００９３】
また、本発明による光変調器において用いる基板としてはＬＮ基板を例に用いて説明したが、リチウムタンタレートなど、電気光学効果を有するその他の各種基板でも良いし、半導体基板でも良い。
【００９４】
また、本発明による光変調器におけるバッファ層はＳｉＯ２、導電層はＳｉやＳｉＯｘとして説明したが、ＳｉＮｘやポリイミドなどその他の材料のバッファ層でも良いし、導電層としては、上に述べたＳｉやＳｉＯｘなどの半導体の他に、Ｔｉなどの金属やその酸化物などでも良いし、さらにはそれらの組み合わせなど、その他のいかなる材料の導電層でも良いことは言うまでもない。
【００９５】
なお、金属や金属酸化物はそれらの最適厚みが数１０ｎｍと比較的薄く、それらのパターンが段切れをおこす場合があるが、ＳｉやＳｉＯｘのような半導体の場合にはそれらの厚みが１００ｎｍ程度と比較的厚く、パターンの段切れを起こしにくい。
【００９６】
しかしながら、金属や金属酸化物はエッチングやリフトオフにより容易にパターン形成ができるが、ＳｉやＳｉＯｘのような半導体の場合には金属や金属酸化物ほどにはパターン形成が容易ではない。
【００９７】
従って、これらのメリット・デメリットと利用可能な装置との兼ね合いを考慮して、本発明による光変調器で用いる導電層の材料を選択することが重要である。
【００９８】
また、各実施形態を説明する際のバッファ層や導電層、あるいは光導波路の構造として中心導体の中心に左右対称として主に説明したが、勿論、左右対称でなくても良いことは言うまでもない。
【００９９】
さらに、進行波電極としてはＣＰＷ電極を例にとり説明したが、非対称コプレーナストリップ（ＡＣＰＳ）や対称コプレーナストリップ（ＣＰＳ）などの各種進行波電極、あるいは集中定数型の電極でも良いことは言うまでもない。
【０１００】
また、光導波路としてはマッハツェンダ型光導波路の他に、方向性結合器や直線など、その他の光導波路でも良いことは言うまでもない。
【０１０１】
また、以上の各実施形態においては、ｘ−カット，ｙ−カットの面方位、即ち、基板表面（カット面）に対して垂直な方向に結晶のｘ軸，もしくはｙ軸を持つ基板としたが、以上に述べた各実施形態での面方位を主たる面方位とし、これらに他の面方位が副たる面方位として混在しても良いことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
以上のように、本発明にかかる光変調器は、低駆動電圧による高速駆動及びＤＣドリフトの抑圧を可能とし、信頼性が高くかつ製作の歩留まりが良い光変調器として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、本発明による光変調器における第１実施形態の製造工程の手順を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態と第２実施形態の斜視図であり、フィードスルー部の構造を説明する図である。
【図３】フィードスルー部の構造であり、図２におけるＢ−Ｂ’での断面図である。また、ＤＣバイアスを印加する方法を説明する図である。
【図４】フィードスルー部の構造であり、図２におけるＣ−Ｃ’での断面図である。また、ＤＣバイアスを印加する方法を説明する図である。
【図５】フィードスルー部の構造であり、図２におけるＣ−Ｃ’での断面図である。また、ＤＣバイアスを印加する方法を説明する図である。
【図６】図１に示される本発明の第１実施形態による光変調器の電気的な接続の様子を説明するために示す等価回路図である。
【図７】本発明の第３実施形態による光変調器を示す断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態による光変調器を示す断面図である。
【図９】第１の従来技術によるｘ−カットＬＮ基板を用いて構成したＬＮ光変調器の構成を示す斜視図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ’における断面図である。
【図１１】図９および図１０に示される第１の従来技術によるＬＮ光変調器の動作原理を説明するために示す電圧−光出力特性曲線図である。
【図１２】図９および図１０に示されるＬＮ光変調器について電気的な接続の様子を説明するために示す等価回路図である。
【図１３】第２の従来技術として、特許文献１に開示されているＬＮ光変調器を示す断面図である。
【図１４】第３の従来技術として、特許文献２に開示されているＬＮ光変調器を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１：ｘ−カットＬＮ基板（ＬＮ基板）
２：ＳｉＯ２バッファ層（バッファ層）
３：光導波路
３ａ、３ｂ：相互作用部の光導波路（光導波路）
４：進行波電極
４ａ：中心導体
４ｂ、４ｃ：接地導体
５：ｚ−カットＬＮ基板（ＬＮ基板）
６ａ、６ｂ：ＳｉＯ２バッファ層（バッファ層）
７：導電層
８ａ：中心導体
８ｂ：接地導体
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ：導電層
１３ａ、１３ｂ：絶縁箇所
１４：第１バッファ層
１４ａ、１４ａ’、１４ａ’’：第１バッファ層
１５：導電層
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ：導電層
１６：第２バッファ層
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ：第２バッファ層
１７：ＤＣバイアス供給部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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