(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する基板と、
当該基板上に形成された複数の光導波路と、
当該光導波路を伝搬する光波を制御するＲＦ電極と、
当該ＲＦ電極に離間して配置された第１の接地電極と、
ＤＣ電圧を印加するためのＤＣバイアス電極と、
を備え、
前記ＤＣバイアス電極の延在方向の両側には、第２及び第３の接地電極があり、前記第２及び第３の接地電極は、前記ＤＣバイアス電極を前記基板上方にて空間を介して覆うように接続されている、
光制御素子。
【請求項２】
前記基板上に形成された複数の導波路型光素子の少なくとも一つは、マッハツェンダ型の光導波路を備えた光変調器である、請求項１に記載の光制御素子。
【請求項３】
前記基板は、ＸカットもしくはＺカットのニオブ酸リチウムである、請求項１又は２に記載の光制御素子。
【請求項４】
前記基板の厚さは、５０μｍ以下であり、
前記基板のうち、前記導波路型光素子が形成されている面と対向する面は、当該基板より低い誘電率を持つ材料又は空気に接触するよう構成される、
請求項３に記載の光制御素子。
【請求項５】
前記第２及び第３の接地電極は、相異なる幅の開口を有する複数の金属膜を前記基板上に順次積層することにより、前記各ＤＣバイアス電極を跨ぐように形成される、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の光制御素子。
【請求項６】
前記第２及び第３の接地電極は、前記基板上に前記各ＤＣバイアス電極から所定距離離れて当該各ＤＣバイアス電極と並走するように設けられた金属膜と、略板状の導電性部材とを接合して形成される、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の光制御素子。
【請求項７】
前記接合は、フリップチップボンディングにより行われる、請求項６に記載の光制御素子。
【請求項８】
前記導電性部材は、前記ＤＣバイアス電極を跨ぐように形成されたＶ溝を有する、請求項６又は７に記載の光制御素子。
【請求項９】
前記導電性部材は、半導体材料の板である請求項８に記載の光制御素子。
【請求項１０】
前記第２及び第３の接地電極が前記各ＤＣバイアス電極を跨ぐ部分の寸法は、前記第２及び第３の接地電極が前記基板に接触する部分と前記ＤＣバイアス電極との間の基板面に沿面放電が生じないように定められる、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の光制御素子。
【請求項１１】
前記寸法は、さらに、前記第２及び第３の接地電極が前記基板に接触する部分により、前記光導波路を伝搬する光が吸収されて損失を生じないように定められる、請求項１０に記載の光制御素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光制御素子に関し、特に、同一基板上に複数の導波路型光素子を集積した集積型光制御素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信や光計測の分野においては、電気光学効果を有する基板上に光導波路を形成した、光変調器などの導波路型光素子が多く用いられている。導波路型光素子は、一般に、上記光導波路と共に当該光導波路内を伝搬する光波を制御するための制御電極を備える。
【０００３】
このような導波路型光素子として、例えば強誘電体結晶であるニオブ酸リチウム（LiNbO3）（「ＬＮ」とも称する）を基板に用いたマッハツェンダ型光変調器が広く用いられている。マッハツェンダ型光変調器は、外部から光を導入するための入射導波路と、当該入射導波路により導入された光を２つの経路に分けて伝搬させるための分岐部と、分岐部の後段に分岐されたそれぞれの光を伝搬させる２本の並行導波路と、当該２本の並行導波路を伝搬した光を合波して外部へ出力するための出射導波路とにより構成されるマッハツェンダ型光導波路を備える。また、マッハツェンダ型光変調器は、電圧を印加することで、電気光学効果を利用して、上記並行導波路内を伝搬する光波の位相を変化させて制御するための制御電極を備える。当該制御電極は、一般に、上記並行導波路の上部又はその近傍に形成されたＲＦ（高周波）信号電極（以下、「ＲＦ電極」と称する）と、当該ＲＦ電極に離間して配置された接地電極とで構成されている。
【０００４】
ＬＮを基板に用いたマッハツェンダ型光変調器では、いわゆるＤＣドリフト現象や温度ドリフト現象により、印加電圧に対する光出力特性がシフトするため、例えば変調器から出力される光変調波形に歪等が発生し、変調特性の変化（例えば、波形品質の劣化）が生じ得る。
【０００５】
このようなドリフト現象に起因した変調特性の変化を防止する方法として、高周波信号電圧を印加するための、ＲＦ電極および接地電極のほかに、ＤＣ電圧を印加するための電極（以下、「ＤＣバイアス電極」と称する）を並行導波路の上部、またはその近傍に配置して、ドリフト現象による電圧シフト量を補償する方法が知られている（特許文献１）。
【０００６】
また、上記の構成において、電圧シフト量を検出してＤＣバイアス電極に印加するＤＣ電圧にフィードバック制御するために、光変調器から出力される変調光の品質に影響を与えない程度の小さな振幅及び低い周波数のディザー信号を重畳し、２本の並行導波路間に印加されるＤＣ電圧の相対的電位差（以下、「ＤＣバイアス電圧」と称する）を制御することが知られている（特許文献１）。
【０００７】
また、上記のＤＣバイアス電圧は、いずれの並行導波路側が高電位であってもよい。このため、２本の並行導波路（したがって、２つのＤＣバイアス電極）に印加するＤＣ電圧の一方の電位を正電位とし、他方の電位を負電位とするプッシュプル動作を行う場合もある。この場合、所要のＤＣバイアス電圧に対して必要となるＤＣ電源電圧を低減することができる。
【０００８】
ところで、近年、光通信分野では、大容量高速光伝送のニーズに応えるべく、位相変調を用いた多値変調方式が検討され、一部商用化している。例えば、ＱＰＳＫ（四位相偏移変調、Quadrature Phase Shift Keying）や１６ＱＡＭ（直角位相振幅変調、Quadrature Amplitude Modulation）と称される光変調方式では、複数のマッハツェンダ型光変調器で構成されるネスト型光変調器が用いられている。
【０００９】
このようなネスト型光変調器のサイズを小さくするためには、複数のマッハツェンダ型光変調器を同一基板上に集積することが考えられる。しかしながら、同一基板上において、複数のマッハツェンダ型光変調器が近接すると、一つのマッハツェンダ型光変調器のＤＣバイアス電極が他のマッハツェンダ型光変調器のＤＣバイアス電極に近接することとなる。この場合、例えば一つのマッハツェンダ型光変調器のＤＣバイアス電極と他のマッハツェンダ型光変調器のＤＣバイアス電極との間に電位差が存在する場合には、当該ＤＣバイアス電極間において基板内部を通る電気力線が無視できなくなりそれぞれのマッハツェンダ型光変調器に適切なＤＣバイアス電圧が生じず、変調動作が不安定になるという問題が生ずる。
【００１０】
また、隣接するマッハツェンダ型光変調器のＤＣバイアス電極間において、空間を介した放射雑音による影響も無視できなくなる。
【００１１】
同一基板上に複数のマッハツェンダ型光変調器が形成される場合、隣接するマッハツェンダ型光変調器のＤＣバイアス電極間の干渉による変調動作の不安定現象を防止する一つの方法として、従来、隣接するＤＣバイアス電極を所定の距離以上離して形成する方法や、各マッハツェンダ型光変調器のディザー信号の周波数を異なるものとしたり、ディザー信号の振幅を極力小さくする方法が知られている。
【００１２】
また、上記ＤＣバイアス電極間の干渉による変調動作の不安定現象を防止する他の方法として、従来、隣接するマッハツェンダ型光変調器のＤＣバイアス電極間の基板部分に、溝を設ける方法（特許文献２）やグランドパターンを設ける方法（特許文献３）が知られている。
【００１３】
しかしながら、隣接するマッハツェンダ型光変調器をＤＣバイアス電極を所定の距離以上離して形成する方法では、これら複数のマッハツェンダ型光変調器を集積化した光制御素子のサイズが大型化してしまう。また、当該大型化に伴って、１枚の基板ウェハ上に作製することのできる光制御素子の数が少なくなり、コストが増加してしまうという問題も生ずる。また、ディザー信号の周波数や振幅に制限を設ける方法では、光変調器を駆動する制御回路が複雑化したり、制御精度が厳しくなるという問題がある。
【００１４】
また、光変調器間の基板部分に溝を設ける方法やグランドパターンを設ける方法では、基板を通過する電気力線を介した干渉を緩和することはできるものの、上述した空間を介した電磁放射による干渉を十分に抑圧することはできない。特に、xPSKやQAM等の多値変調やアナログ変調、計測用途の高純度信号発生など高い変調精度が要求される用途においては、バイアス制御信号の干渉は深刻な問題である。たとえば、ネスト形マッハツェンダー干渉計構成の変調器を用いて光２トーン信号発生させる場合（特許文献４）、ＤＣバイアス信号の干渉により、主マッハツェンダー変調器のバイアス電圧が最適状態から0.01%(半波長電圧比)の変動しただけでも、不要な光キャリア成分が６ｄＢ以上増大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平５−２２４１６３号公報
【特許文献２】特開２００９−０５３４４４号公報
【特許文献３】特開２０１１−０２８０１４号公報
【特許文献４】国際公開第２０１３／０４７８２９（Ａ１）号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記背景より、ＤＣバイアス電極を備えた複数の導波路型光素子（例えば光変調器）を集積化した光制御素子において、隣接するＤＣバイアス電極間の干渉を有効に防止して集積度を向上することのできる構成の実現が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一の態様は、電気光学効果を有する基板と、当該基板上に形成された、複数の光導波路と、を有する制御素子であって、当該光導波路を伝搬する光波を制御するＲＦ電極と当該ＲＦ電極に離間して配置された第１の接地電極と、ＤＣ電圧を印加するためのＤＣバイアス電極とを備え、前記ＤＣバイアス電極の延在方向の両側には、第２及び第３の接地電極があり、前記第２及び第３の接地電極は、前記ＤＣバイアス電極を前記基板上方にて空間を介して覆うように接続されている。
本発明の他の態様によると、前記基板上に形成された複数の導波路型光素子の少なくとも一つは、マッハツェンダ型光導波路を備えた光変調器である。
本発明の他の態様によると、前記基板は、Ｘカット又はＺカットのニオブ酸リチウムである。
本発明の他の態様によると、前記基板の厚さは、５０μｍ以下であり、前記基板のうち、前記導波路型光素子が形成されている面と対向する面は、当該基板より低い誘電率を持つ材料又は空気に接触するよう構成される。
本発明の他の態様によると、前記第１、第２、及び第３の接地電極は、前記ＲＦ電極を形成する工程と同一の工程において形成され、かつ、メッキ法により形成される。
本発明の他の態様によると、前記第２及び第３の接地電極は、相異なる幅の開口を有する複数の金属膜を前記基板上に順次積層することにより、前記各ＤＣバイアス電極を跨ぐように形成される。
本発明の他の態様によると、前記第２及び第３の接地電極は、前記基板上に前記各ＤＣバイアス電極から所定距離離れて当該各ＤＣバイアス電極と並走するように設けられた金属膜と、略板状の導電性部材とを接合して形成される。
本発明の他の態様では、前記接合は、フリップチップボンディングにより行われる。
本発明の他の態様によると、前記導電性部材は、前記ＤＣバイアス電極を跨ぐように形成されたＶ溝を有する。
本発明の他の態様によると、前記導電性部材は、半導体材料の板である。
本発明の他の態様によると、前記第２及び第３の接地電極が前記各ＤＣバイアス電極を跨ぐ部分の寸法は、前記第２及び第３の接地電極が前記基板に接触する部分と前記ＤＣバイアス電極との間の基板面に沿面放電が生じないように定められる。
本発明の他の態様によると、前記寸法は、さらに、前記第２及び第３の接地電極が前記基板に接触する部分により、前記光導波路を伝搬する光が吸収されて損失を生じないように定められる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光制御素子の構成を示す平面図である。
【図２】図１に示す光制御素子のＡＡ断面矢視図である。
【図３】金属層を積層することにより形成される接地電極の例を示す断面図である。
【図４】導電性部材の接合により形成される接地電極の例を示す断面図である。
【図５】Ｖ溝を形成したシリコン板を用いた接地電極の例を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る光制御素子の構成を示す平面図である。
【図７】図６に示す光制御素子のＢＢ断面矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光制御素子の構成を示す平面図である。
本光制御素子１００は、例えば集積型光変調器であり、複数の導波路型光素子として２つのマッハツェンダ型の光変調器１１０ａ及び１１０ｂ（それぞれ細い破線で図示した部分）が同一の基板１０２上に形成されている。
【００２１】
光制御素子１００は、例えばＱＰＳＫ変調を行うものであり、同じ波長であって互いに対し９０度だけ位相の異なる光が光変調器１１０ａ及び１１０ｂにそれぞれ入射し、光変調器１１０ａ及び１１０ｂにおいてそれぞれ位相変調され、それらの変調光の合波光がＱＰＳＫ変調光として出力される。
【００２２】
光変調器１１０ａは、外部から光を導入するための入射導波路１２０ａと、当該入射導波路１２０ａにより導入された光を２つの経路に分けて伝搬させる２本の並行導波路１２２ａ及び１２４ａと、当該並行導波路１２２ａ及び１２４ａを伝搬した光を合波して出力するための出射導波路１２６ａと、を備える（各導波路は、太い破線で図示されている）。また、光変調器１１０ａは、並行導波路１２２ａ及び１２４ａの、互いに隣接する部分に、所定の長さにわたってそれぞれ設けられたバイアス電極１３０ａ及び１３２ａ（いずれも図示点線部分）を備える。さらに、光変調器１１０ａは、並行導波路１２２ａ上の、バイアス電極１３０ａから所定距離離れた位置に、所定の長さにわたって設けられたＲＦ電極１３４ａを備える。
【００２３】
すなわち、バイアス電極１３０ａ、１３２ａと、ＲＦ電極１３４ａとは、光変調器１１０ａが備える導波路（特に、並行導波路１２２ａ及び１２４ａ）を伝搬する光を制御するための制御電極を構成しており、これら制御電極により並行導波路１２２ａ及び１２４ａにおいてそれぞれ制御された光が、出射導波路１２６ａにおいて合波されて変調光となる。尚、図１では、バイアス電極１３０ａ、１３２ａ、及びＲＦ電極１３４ａは、それぞれ、図示縦方向に描かれた引き出しラインと繋がっており、それぞれの引き出しラインを介して外部の制御回路に接続される。
【００２４】
同様に、光変調器１１０ｂは、外部から光を導入するための入射導波路１２０ｂと、当該入射導波路１２０ｂにより導入された光を２つの経路に分けて伝搬させる２本の並行導波路１２２ｂ及び１２４ｂと、当該並行導波路１２２ｂ及び１２４ｂを伝搬した光を合波して出力するための出射導波路１２６ｂと、を備える。また、光変調器１１０ｂは、並行導波路１２２ｂと１２４ｂの、互いに隣接する部分に、所定の長さにわたってそれぞれ設けられたバイアス電極１３０ｂ及び１３２ｂ（いずれも図示点線部分）を備える。さらに、光変調器１１０ｂは、並行導波路１２２ｂ上の、バイアス電極１３０ｂから所定距離離れた位置に、所定の長さにわたって設けられたＲＦ電極１３４ｂを備える。
【００２５】
すなわち、バイアス電極１３０ｂ、１３２ｂと、ＲＦ電極１３４ｂとは、光変調器１１０ｂの導波路部分（特に、並行導波路１２２ｂ及び１２４ｂ）を伝搬する光を制御する制御電極を構成しており、これら制御電極により並行導波路１２２ｂ及び１２４ｂにおいてそれぞれ制御された光が、出射導波路１２６ｂにおいて合波されて変調光となる。尚、図１では、バイアス電極１３０ｂ、１３２ｂ、及びＲＦ電極１３４ｂは、それぞれ、図示縦方向に描かれた引き出しラインと繋がっており、それぞれの引き出しラインを介して外部の制御回路に接続される。
【００２６】
また、光制御素子１００は、光変調器１１０ａの出射導波路１２６ａからの変調光と、光変調器１１０ｂの出射導波路１２６ｂからの変調光と、を合波して外部へ出力するための出力導波路１２８を備える。
【００２７】
基板１０２は、例えばＬＮ（ニオブ酸リチウム、ＬｉＮｂＯ３）基板であり、各導波路１２０ａ〜１２６ａ、１２０ｂ〜１２６ｂ、１２８は、例えば基板１０２上においてフォトリソグラフィとスパッタリング等の手法により所望の導波路パターンを形成するように堆積された金属チタン（Ｔｉ）を、基板１０２内部へ熱拡散させることにより形成することができる。なお、ＬＮを用いた基板１０２への上記導波路の形成は、上述のＴｉ熱拡散法に限らず、プロトン交換法等の他の公知の手法により行うことができる。また、基板１０２としては、上記ＬＮのほか、タンタル酸リチウムや、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、電気光学ポリマー等、電界印加により所要の屈折率変化を誘起することのできる電気光学定数を持った素材とすることができる。
【００２８】
バイアス電極１３０ａ、１３２ａ、１３０ｂ、１３２ｂ、及びＲＦ電極１３４ａ、１３４ｂは、例えばＴｉ又はＣｒを下地としてＡｕ又はＡｌ等の金属により形成した金属電極とすることができる。
【００２９】
また、本実施形態において基板１０２に用いたＬＮ基板はＺカット基板であり、導波路に対し基板深さ方向に電界を印加する必要があるため、バイアス電極１３０ａ、１３２ａ、及びＲＦ電極１３４ａ、並びにバイアス電極１３０ｂ、１３２ｂ、及びＲＦ電極１３４ｂは、対応する並行導波路１２２ａ、１２４ａ、１２２ｂ、又は１２４ｂの直上部に、バッファ層１０４を介して形成されている（図２参照）。バッファ層１０４は、導波路（１２２ａ等）を伝搬する光が、その上部の電極（１３０ａ等）の金属により吸収されて損失を受けるのを防止するためのものであり、例えばＳｉＯ２等の誘電体により構成される。また、長期的に徐々におこるバイアスドリフト（いわゆるＤＣドリフト現象）を低減するために、バッファ層１０４のＳｉＯ２には、通常、Ｉｎ、ＴｉやＳｎなどの不純物をドープして電気抵抗値を小さくすることが行われる（例えば、特許第３００１０２７号公報参照）。さらに、温度変化に伴って発生するバイアスドリフト（いわゆる温度ドリフト現象）を抑圧するために、バッファ層１０４の表層には、通常、電荷分散効果を有するシリコンなどの半導電性の薄膜が形成される（例えば、特公平４−２２４８５号公報参照）。
【００３０】
また、基板１０２上のバッファ層１０４の上には、ＲＦ電極１３４ａ及び１３４ｂをそれぞれ挟むように接地電極１４０、１４２、１４４が形成されている（図１参照）。これにより、ＲＦ１３４ａは、接地電極１４０、１４２と共にコプレーナ電極を構成しており、ＲＦ１３４ｂは、接地電極１４２、１４４と共にコプレーナ電極を構成している。
【００３１】
さらに、基板１０２上のバッファ層１０４上には、バイアス電極１３０ａ、１３２ａ、１３０ｂ、及び１３２ｂを覆い、且つこれらのバイアス電極をそれぞれ跨ぐように形成された、接地電極１４６が設けられている。
【００３２】
図２は、図１に示す光制御素子１００のＡＡ断面の矢視図である。接地電極１４６は、バッファ層１０４を介して基板１０２上に形成されている。また接地電極１４６は、光変調器１１０ａ、１１０ｂの並行導波路１２２ａ、１２４ａ、１２２ｂ、１２４の上に形成されたバイアス電極１３０ａ、１３２ａ、１３０ｂ、１３２ｂを覆うように形成され、且つこれらのバイアス電極をそれぞれ跨ぐように、ブリッジ１５０ａ、１５２ａ、１５０ｂ、及び１５２ｂが形成されている。
【００３３】
これにより、光制御素子１００は、隣接する光変調器１１０ａと１１０ｂとの間のバイアス電極間において、基板１０２内部を通る電気力線による干渉が防止されるのみならず、空間を伝搬する電磁放射による干渉も効果的に防止されることとなる。
【００３４】
すなわち、基板１０２内部を通る電気力線による干渉は、各バイアス電極１３０ａ、１３２ａ、１３０ｂ、１３２ｂを一端とする各電気力線が、当該各バイアス電極に隣接する接地電極１４６と基板１０２（より正確にはバッファ層１０４）との接触部分により終端されることにより、防止される。そして、これと同時に、空間を伝搬する電磁放射による干渉は、各バイアス電極１３０ａ、１３２ａ、１３０ｂ、１３２ｂからの電磁放射が、当該各バイアス電極を跨ぐように形成されたブリッジ１５０ａ、１５２ａ、１５０ｂ、及び１５２ｂによりそれぞれシールドされることにより、防止される。
【００３５】
なお、図２では、ブリッジ１５０ａ、１５２ａ、１５０ｂ、及び１５２ｂの形状を半円で示しているが、これらのブリッジの形状はこれに限らず任意の形状とすることができ、例えば半長丸、長半楕円、あるいは任意の多角形とすることができる。
【００３６】
接地電極１４６は、例えばＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuits）の製造工程において回路素子間の空中接続配線（エアブリッジ）の形成に用いられるプロセスと同様のプロセスにより実現することができる。この場合、ブリッジ部分を構成するための犠牲層（金属堆積後に除去されてブリッジを構成する部分）の素材としては、フォトレジストや、ニッケル、クロム、ニクロムなどの金属を用いることができる。
【００３７】
また、バイアス電極１３０ａ、１３２ａ、１３０ｂ、及び１３２ｂは、ＲＦ電極１３４ａ、１３４ｂのように数十ＧＨｚに及ぶ信号周波数を扱うものではないため、アスペクト比の大きい背の高い電極とする必要はなく、その厚さは例えば５００Å〜５μｍ程度であれば十分である。このため、ブリッジ１５０ａ、１５２ａ、１５０ｂ、及び１５２ｂの高さも、これに応じて低くすることができ、その結果、接地電極１４６の厚さは、例えば５０〜１００μｍ程度であればよい。
【００３８】
この厚さは、上述した背の高いセンタストリップとして形成されるＲＦ電極材料の堆積厚さと同等であり、したがって、接地電極１４６の材料堆積は、ＲＦ電極材料の堆積に用いるものと同じメッキプロセス（メッキ法）を用いて、例えばＲＦ電極材料を堆積する工程と同一の工程において行うことができる。例えば、ブリッジ部分となる上述の犠牲層（フォトレジスト等）をバッファ層１０４上に堆積した後、ＲＦ電極１３４ａ、１３４ｂの材料を堆積する際に、これと同じ材料により接地電極１４６も堆積させ、その後に犠牲層をエッチング除去することで、ブリッジ１５０ａ、１５２ａ、１５０ｂ、及び１５２ｂを容易に形成することができる。この場合には、接地電極１４６の素材や犠牲層に用いる素材に制限があるものの、少ない工程で接地電極１４６を形成することができ、製造コストの点で有利である。
【００３９】
また、接地電極１４６の形成は、所定の幅の開口を有する少なくとも一つの金属層を含む、複数の金属膜を基板１０２上に積層して、各バイアス電極１３０ａ、１３２ａ、１３０ｂ、１３２ｂを跨ぐように構成するものとすることもできる。
【００４０】
図３は、金属層を積層することにより形成される接地電極の例を示す断面図である。図示の接地電極３４６は、図２の接地電極１４６に代えて光制御素子１００に用いることができる。本接地電極３４６は、バイアス電極１３０ａ、１３２ａ、１３０ｂ、及び１３２ｂをそれぞれ跨ぐブリッジ３５０ａ、３５２ａ、３５０ｂ、及び３５２ｂを構成するための開口を有する２つの金属層３６０ａ、３６０ｂと、開口を有さない金属層３６０ｃとを、基板１０２上にバッファ層１０４を介して積層させることで形成されている。なお、積層する金属層の数は３に限らず、ブリッジ３５０ａ、３５２ａ、３５０ｂ、３５２ｂについて所望される形状に応じて、４つ以上の金属層を積層するものとすることができる。
【００４１】
さらに、図１及び図２において、接地電極１４６は、ブリッジ１５０ａ、１５２ａ、１５０ｂ、及び１５２ｂによりバイアス電極を跨ぐように形成された導電材料であればよく、必ずしもその全体がバッファ層１０４上への材料堆積により形成される必要はない。したがって、例えば、バイアス電極１３０ａ、１３２ａ、１３０ｂ、１３２ｂをそれぞれ跨ぐように構成された４つの溝を形成した略板状または溝を形成した導電性部材を、各バイアス電極１３０ａ、１３２ａ、１３０ｂ、１３２ｂから所定距離離れて並走するように設けられた金属膜に対し、例えばフリップチップボンディングにより接合して、接地電極１４６を構成するものとすることもできる。この場合には、上記メッキプロセスとは異なり犠牲層を用いる必要は無い。
【００４２】
図４は、導電性部材の接合により形成される接地電極の例を示す断面図である。図４に示す接地電極４４６は、図２に示す接地電極１４６に代えて光制御素子１００に用いることができる。本接地電極４４６は、バイアス電極１３０ａ、１３２ａ、１３０ｂ、及び１３２ｂをそれぞれ跨ぐブリッジ４５０ａ、４５２ａ、４５０ｂ、及び４５２ｂを構成するための４つの溝部を設けた略板状の導電性部材４６０（例えばアルミニウム板）と、各バイアス電極１３０ａ、１３２ａ、１３０ｂ、１３２ｂから所定の距離だけ離れて並走するように設けられた金属膜４６２ａ、４６２ｂ、４６２ｃ、４６２ｄ、４６２ｅとにより構成される。導電性部材４６０の、金属膜４６２ａ、４６２ｂ、４６２ｃ、４６２ｄ、４６２ｅと対向する部分には、ハンダバンプ４６４ａ、４６４ｂ、４６４ｃ、４６４ｄ、４６４ｅが設けられており、これらのハンダバンプを用いて、導電性部材４６０が、フリップチップボンディングにより金属膜４６２ａ、４６２ｂ、４６２ｃ、４６２ｄ，４６２ｅに接合されて、基板１０２に固定される。
【００４３】
接地電極１４６の他の代替例として、ブリッジ１５０ａ、１５２ａ、１５０ｂ、及び１５２ｂを逆Ｖ字型の形状とするものとし、バイアス電極１３０ａ、１３２ａ、１３０ｂ、１３２ｂをそれぞれ跨ぐように構成された４つのＶ溝を形成した導電性部材（例えば、シリコン板）を、各バイアス電極１３０ａ、１３２ａ、１３０ｂ、１３２ｂを挟んで並走するように設けられた金属膜と接合することにより、接地電極１４６を形成するものとすることができる。
【００４４】
図５は、Ｖ溝を形成したシリコン板を用いた接地電極の例を示す断面図である。図５に示す接地電極５４６は、図２に示す接地電極１４６に代えて光制御素子１００に用いることができる。本接地電極５４６は、バイアス電極１３０ａ、１３２ａ、１３０ｂ、及び１３２ｂをそれぞれ跨ぐブリッジ５５０ａ、５５２ａ、５５０ｂ、及び５５２ｂを構成するための４つのＶ溝部を設けた導電性部材であるシリコン板５６０と、各バイアス電極１３０ａ、１３２ａ、１３０ｂ、１３２ｂから所定の距離だけ離れて並走するように設けられた金属膜５６２ａ、５６２ｂ、５６２ｃ、５６２ｄ、５６２ｅとにより構成されている。シリコン板５６０のうちＶ溝が形成されていない平坦部分には、例えばＡｕ等の薄膜が堆積されており、当該平坦部と金属膜５６２ａ、５６２ｂ、５６２ｃ、５６２ｄ、５６２ｅとが（ハンダ等により）接合されることにより、シリコン板５６０が基板１０２に固定される。なお、シリコン板５６０にハンダバンプを設けて、シリコン板５６０と金属膜５６２ａ、５６２ｂ、５６２ｃ、５６２ｄ、５６２ｅとをフリップチップボンディングにより接合することもできる。
【００４５】
上述した多層金属膜や導電性部材を用いて接地電極１４６を形成する構成では、ＲＦ電極１３４ａ、１３４ｂのための材料堆積とは異なる工程を用いて接地電極１４６を形成することとなるため、接地電極１４６の材料をＲＦ電極１３４ａ、１３４ｂの材料と同一とする必要はなく、材料選択の自由度が増す。
【００４６】
なお、本実施形態に係る光制御素子１００の基板１０２の厚さに制限はないが、例えば基板１０２の厚さを５０μｍ以下とし、光制御素子１００が形成されている面（すなわち、導波路型光素子である光変調器１１０ａ、１１０ｂが形成されている面）と対向する面を、基板１０２より低い誘電率を持つ材料又は空気と接触するように構成すれば、隣接するバイアス電極１３２ａと１３０ｂとの間に発生する基板１０２内部を通る電気力線を更に低減させて、当該電気力線を介した光変調器１１０ａ、１１０ｂ間の干渉を更に有効に低減することができる。
【００４７】
〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態に係る光制御素子は、基板としてＸカットのＬＮを用いる点が第１の実施形態における光制御素子１００と異なる。
図６は、本発明の第２の実施形態に係る光制御素子の構成を示す平面図である。また、図７は、図６に示す光制御素子６００のＢＢ断面の矢視図である。
【００４８】
なお、図６、図７に示す光制御素子６００の構成要素のうち、図１、図２に示す光制御素子１００と同一の構成要素については、図１、図２における符号と同じ符号を用いて示すものとし、当該構成要素についての上述の説明を援用するものとする。
【００４９】
光制御素子６００は、基板６０２としてＸカットのＬＮを用いている。このため、導波路に対し基板面に並行に電界を印加する必要があることから、バイアス電極６３０ａ、６３２ａ、６３０ｂ、６３２ｂ（いずれも図示点線部分）、及びＲＦ電極６３４ａ、６３４ｂは、並行導波路１２２ａ、１２４ａ、１２２ｂ、１２４ｂの直上部ではなく、対応する並行導波路１２２ａ、１２４ａ、１２２ｂ、又は１２４ｂの側方（図示上下方向にずれた位置）においてそれぞれ所定の距離に亘って並走するように形成されている。
【００５０】
導波路の直上部に電極が形成されないことから、並行導波路１２２ａ、１２４ａ、１２２ｂ、１２４を伝搬する光は、バイアス電極１３０ａ、１３２ａ、１３０ｂ、１３２ｂ及びＲＦ電極６３４ａ、６３４ｂにより吸収されないため、基板６０２上にはバッファ層は設けられていない。ただし、基板６０２上にＳｉＯ２等のバッファ層を設けるものとしてもよい。バッファ層を設けた場合には、例えば並行導波路１２２ａを伝搬する光が、当該並行導波路１２２ａと交差するバイアス電極６３２ａの部分により吸収されて損失を受けるのを回避することができる等、細かな光損失の発生を回避することができる。
【００５１】
基板６０２上には、ＲＦ電極６３４ａ及び６３４ｂをそれぞれ挟むように接地電極６４０、６４２、６４４が形成されている（図３参照）。これにより、ＲＦ６３４ａは、接地電極６４０、６４２と共にコプレーナ電極を構成しており、ＲＦ６３４ｂも、接地電極６４２、６４４と共にコプレーナ電極を構成している。
【００５２】
さらに、基板６０２上には、バイアス電極６３０ａ、６３２ａ、６３０ｂ、及び６３２ｂを覆い、且つこれらのバイアス電極をそれぞれ跨ぐように形成された、接地電極６４６が設けられている。
【００５３】
図７に示すように、接地電極６４６は、基板６０２上に形成されている。また、接地電極６４６は、光変調器６１０ａ、６１０ｂの並行導波路１２２ａ、１２４ａ、１２２ｂ、１２４の近傍に形成されたバイアス電極６３０ａ、６３２ａ、６３０ｂ、６３２ｂを覆うように形成され、且つこれらのバイアス電極をそれぞれ跨ぐように、ブリッジ６５０ａ、６５２ａ、６５０ｂ、及び６５２ｂが形成されている。
【００５４】
これにより、光制御素子６００は、第１の実施形態に係る光制御素子１００と同様に、隣接する光変調器６１０ａと６１０ｂとの間のバイアス電極間において、基板６０２内部を通る電気力線による干渉が防止されるのみならず、空間を伝搬する電磁放射による干渉も効果的に防止されることとなる。
【００５５】
すなわち、基板６０２内部を通る電気力線による干渉は、各バイアス電極６３０ａ、６３２ａ、６３０ｂ、６３２ｂを一端とする各電気力線が当該各バイアス電極に隣接する接地電極６４６と基板６０２との接触部分により終端されることにより、防止される。そして、これと同時に、空間を伝搬する電磁放射による干渉は、各バイアス電極６３０ａ、６３２ａ、６３０ｂ、６３２ｂからの電磁放射が、当該各バイアス電極を跨ぐように形成されたブリッジ６５０ａ、６５２ａ、６５０ｂ、及び６５２ｂによりそれぞれシールドされることにより、防止される。
【００５６】
なお、基板６０２への各導波路１２０ａ〜１２６ａ、１２０ｂ〜１２６ｂ、１２８の作製方法（プロセス）、電極６３０ａ〜６３４ａ、６３０ｂ〜６３４ｂの作製方法、接地電極６４０〜６４６の作製方法は、上述した第１の実施形態に係る光制御素子における対応する各導波路、各電極、及び各接地電極の作製方法と同様である。
【００５７】
また、接地電極６４６のブリッジ６５０ａ、６５２ａ、６５０ｂ、６５０ｂの寸法については、バイアス電極６３０ａ、６３２ａ、６３０ｂ、６３２ｂと、各バイアス電極に隣接するブリッジ６５０ａ、６５２ａ、６５０ｂ、６５０ｂとの間の、基板６０２の表面に沿った沿面放電を回避できる寸法とすることに加えて、各並行導波路１２２ａ、１２４ａ，１２２ｂ、１２４ｂを伝搬する光についての接地電極６４６による吸収損失が生じない寸法とする必要がある。例えば、並行導波路１２２ａ、１２４ａ，１２２ｂ、１２４ｂを通る光のフィールド径を１０μｍとする場合には、当該光フィールドの縁部と、隣接するブリッジ（６５０ａ、６５２ａ、６５０ｂ、又は６５０ｂ）と基板６０２との接触部までの距離は、少なくとも２．５μｍ程度確保されている必要がある（上記光フィールドの縁部と、隣接するバイアス電極６３０ａ、６３２ａ、６３０ｂ、又は６３２ｂまでの距離も、同様に、少なくとも２．５μｍ程度確保されている必要がある）。
【００５８】
基板としてＸカットのＬＮを用いた場合、Ｚカットを用いた場合と異なり、バッファー層や電荷分散膜が不要である。ＬＮ結晶からなる基板３０２は高抵抗の絶縁体であり、電気抵抗が小さい材料の膜がないため、バイアス電極１３０ａ、１３２ａ、１３０ｂ、１３２ｂと接地電極６４６と間の電気抵抗値は、ＺカットのＬＮを用いた場合より格段に大きい。電極間の距離や電極の形状にも依存するが、長さ１０ｍｍ程度のバイアス電極の場合、ＺカットのＬＮを用いた変調器のバイアス電極間抵抗は、数１０〜数１００Ωであるのに対し、バッファー層のないＸカットのＬＮを用いた変調器のバイアス電極間抵抗は、数Ｍ（メガ）Ω以上である。これは、Ｘカットを用いたＬＮでは、小さな電力の干渉ノイズであっても、バイアス電極６３０ａ、６３２ａ、６３０ｂ、６３２ｂと接地電極６４６と間には、大きな電圧がかかることも意味する。
【００５９】
薄い基板を用いた場合、基板を通る電気力線の割合よりバイアス電極の上方、側方の空間を通る電気力線の割合が多いため、空間部分にブリッジを形成して、空間を介した干渉を抑圧することが有効である。ＬＮを基板とする光変調器の場合、バイアス印加電極のノイズ耐性を高めるために接地を強化し、接地電極部は５０μｍ以上の幅にすることが一般的である。バイアス印加電極間に接地電極が存在し、その幅が基板の厚さ以上であれば、バイアス電極から生じる電気力線が基板を経由して他の光変調器の光導波路やバイアス電極に与える影響を緩和する効果は特に高い。基板の厚さが、バイアス印加電極間に存在する接地電極の幅の１／５以下の場合、つまり、基板の厚さが１０μｍ以下の場合、バイアス電極から生じる電気力線が基板を経由して他の光変調器の光導波路やバイアス電極に与える影響は、―５０ｄＢ以下であり無視できる。換言すれば、厚さ１０μｍ以下の基板をもちいて、バイアス電極を跨ぐように接地電極を形成すれば、バイアス信号の干渉波ほぼ完全に抑圧することができる。
【００６０】
以上、説明したように、本実施形態の光制御素子は、同一基板上に形成された隣接する２つの光変調器がそれぞれ有する複数のバイアス電極の全体を覆うように、且つ各バイアス電極を個別に跨ぐように形成された、接地電極を備える。これにより、本光制御素子は、接地電極と基板との接触部が、隣接するバイアス電極間の間隙部分に設けられると共に、各バイアス電極が当該接地電極によりシールドされることから、隣接する上記２つの光変調器間におけるバイアス電極間の、基板内部を通る電気力線による干渉のみならず、各バイアス電極から生じる電磁放射による干渉も、効果的に防止される。したがって、基板上における光変調器間の距離を低減して集積度を向上することができる。
【００６１】
なお、上述の実施形態では、光制御素子として、同一基板上に２つの光変調器が設けられる構成を示したが、本発明は当該構成に限定されるものではなく、同一基板上に設けられた複数の任意の数の光変調器の複数のバイアス電極の全体に対し、各バイアス電極を跨ぐ接地電極を設けても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００６２】
また、本実施形態では、同一基板上に設けられる複数の導波路型光素子としてマッハツェンダ型光変調器を示したが、これに限らず、本発明は、光波制御の基準電圧たる動作点電圧を制御するためのバイアス電極がＲＦ電極とは別に設けられた、他のタイプの導波路型光変調器や、他の導波路型光機能素子（光スイッチ、光周波数シフタ、光位相シフタ等）、若しくはこれらの任意の組み合わせを集積した光制御素子にも同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１００、３００・・・光制御素子、１０２、３０２・・・基板、１０４・・・バッファ層、１１０ａ、１１０ｂ、６１０ａ、６１０ｂ・・・光変調器、１２０ａ、１２０ｂ・・・入射導波路、１２２ａ、１２２ｂ、１２４ａ、１２４ｂ・・・並行導波路、１２６ａ、１２６ｂ・・・出射導波路、１２８・・・出力導波路、１３０ａ、１３０ｂ、１３２ａ、１３２ｂ、６３０ａ、６３０ｂ、６３２ａ、６３２ｂ・・・バイアス電極、１３４ａ、１３４ｂ、６３４ａ、６３４ｂ・・・ＲＦ電極、１４０、１４２、１４４、１４６、３４６、４４６、５４６、６４０、６４２、６４４、６４６・・・接地電極、１５０ａ、１５０ｂ、１５２ａ、１５２ｂ、３５０ａ、３５０ｂ、３５２ａ、３５２ｂ、４５０ａ、４５０ｂ、４５２ａ、４５２ｂ、５５０ａ、５５０ｂ、５５２ａ、５５２ｂ、６５０ａ、６５０ｂ、６５２ａ、６５２ｂ・・・ブリッジ、３６０ａ、３６０ｂ、３６０ｃ・・・金属層、４６０・・・導電性部材、４６２ａ、４６２ｂ、４６２ｃ、４６２ｄ、４６２ｅ、５６２ａ、５６２ｂ、５６２ｃ、５６２ｄ、５６２ｅ・・・金属膜、４６４ａ、４６４ｂ、４６４ｃ、４６４ｄ、４６４ｅ・・・ハンダバンプ。
【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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