(57)【要約】入射した光を導波する光導波路は、電気光学効果を有する基板に形成される。第１のバッファ層は、前記基板の上面を覆うように形成される。導電性膜は、前記第１のバッファ層の上方に形成される。中心電極及び接地電極とは、前記光導波路に電界を誘起するために電圧を印加するために形成される。第２のバッファ層は、前記導電性膜と、前記中心電極及び接地電極との少なくとも一方との間に形成される。前記導電性膜は、前記接地電極の下方の少なくとも一部に存在するように形成される。前記光導波路を導波する光は、前記光導波路に印加された電圧によって位相が変化されることにより変調される。これにより、熱ドリフトを効果的に抑圧して優れた電気的特性を有する光変調デバイスが実現される。
2002097521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する基板と、
前記基板に形成され、入射した光を導波する光導波路と、
前記基板の上面を覆う第１のバッファ層と、
前記第１のバッファ層の上方に形成された導電性膜と、
前記光導波路に電界を誘起するために電圧を印加するための中心電極及び接地電極と、
前記導電性膜と、前記中心電極及び接地電極との少なくとも一方との間に形成された第２のバッファ層とを具備し、
前記導電性膜は、前記接地電極の下方の少なくとも一部に存在するように形成され、
前記光導波路を導波する光を、前記光導波路に印加された電圧によって位相を変化させることにより変調する光変調デバイス。
【請求項２】
前記中心電極は前記導電性膜に接触し、前記接地電極は前記導電性膜に接触しないように形成されている請求の範囲１に従う光変調デバイス。
【請求項３】
前記接地電極と前記導電性膜との間に第２のバッファ層が形成されている請求の範囲１または２に従う光変調デバイス。
【請求項４】
前記接地電極は前記導電性膜に接触し、前記中心電極は前記導電性膜に接触しないように形成されている請求の範囲１に従う光変調デバイス。
【請求項５】
前記中心電極と前記導電性膜との間に第２のバッファ層が形成されている請求の範囲１または４に従う光変調デバイス。
【請求項６】
前記中心電極が複数設けられ、該複数の中心電極の少なくとも一つが前記導電性膜に接触し、前記接地電極は前記導電性膜に接触しないように形成されている請求の範囲１に従う光変調デバイス。
【請求項７】
前記中心電極が複数設けられ、該複数の中心電極の全てが前記導電性膜に接触し、前記接地電極は前記導電性膜に接触しないように形成されている請求の範囲１に従う光変調デバイス。
【請求項８】
前記接地電極と前記導電性膜との間に第２のバッファ層が形成されている請求の範囲６または７に従う光変調デバイス。
【請求項９】
前記接地電極が複数設けられ、該複数の接地電極の少なくとも一つが前記導電性膜に接触し、前記中心電極は前記導電性膜に接触しないように形成されている請求の範囲１に従う光変調デバイス。
【請求項１０】
前記中心電極と前記導電性膜との間に第２のバッファ層が形成されている請求の範囲９に従う光変調デバイス。
【請求項１１】
前記中心電極及び前記接地電極と、前記導電性膜との間に第２のバッファ層が形成されており、前記中心電極及び前記接地電極は前記導電性膜に接触しないように形成され、前記導電性膜の一部が外部と電気的に接続されている請求の範囲１に従う光変調デバイス。
【請求項１２】
前記中心電極が複数設けられている請求の範囲１１に従う光変調デバイス。
【請求項１３】
前記接地電極が複数設けられている請求の範囲１１に従う光変調デバイス。
【請求項１４】
前記中心電極及び前記接地電極が複数設けられ、該複数の中心電極の少なくとも一つが前記導電性膜に接触し、かつ該複数の接地電極の少なくとも一つが前記導電性膜に接触し、前記複数の中心電極の少なくとも一つの中心電極もしくは前記複数の接地電極の少なくとも一つの接地電極が前記導電性膜に接触しないように形成されている請求の範囲１に従う光変調デバイス。
【請求項１５】
前記接地電極の一部のみが前記導電性膜に接触されるように形成されている請求の範囲９または１０に従う光変調デバイス。
【請求項１６】
電気光学効果を有する基板を準備し、
前記基板に、入射した光を導波する光導波路を形成し、
前記基板の上面を覆う第１のバッファ層を形成し、
前記第１のバッファ層の上方に導電性膜を形成し、
前記光導波路に電界を誘起するために電圧を印加するための中心電極及び接地電極を形成し、
前記導電性膜と、前記中心電極及び接地電極との少なくとも一方との間に第２のバッファ層を形成し、を具備し、
前記導電性膜は、前記接地電極の下方の少なくとも一部に存在するように形成され、
前記光導波路を導波する光を、前記光導波路に印加された電圧によって位相を変化させることにより変調する光変調デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は光変調デバイス及びその製造方法に係り、特に、入射した光を電気光学効果を利用して変調する光変調デバイス及びその製造方法に関する。
背景技術
周知のように、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）のように電界を印加することにより、光の屈折率が変化する電気光学効果を有する材料が存在する。
このような材料で形成された基板（以下、ＬＮ基板と略す）に光導波路と進行波電極を形成して構成された進行波電極型リチウムナイオベート光変調器（ＬＮ光変調器）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。
この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、光通信技術の分野において重要なデバイスとして今後の展開が期待されている。
図１８は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を用いた一般的な光変調デバイスの概略構成を示す斜視図である。
また、図１９は、図１８の光変調デバイスを１９−１９線で切断した場合の断面図である。
図１８及び図１９において、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を結晶面のｚ面方向に切断したｚ−ｃｕｔ状態のＬＮ基板１内の上面に接して光導波路２が、ＬＮ基板１の一端から他端まで形成されている。
この光導波路２は、ＬＮ基板１内の中途位置で二つの光導波路２ａ、２ｂに分岐されているとともに、他端近傍で再度一つにまとめられている。
この光導波路２ａ、２ｂの上面とＬＮ基板１の上面とを共通に覆うバッファ層５が形成されている。
このバッファ層５の上面において、一方の光導波路２ａに対向する位置に中心電極３が形成されている。
さらに、バッファ層５の上面において、一方の光導波路２ａに対向しない位置、及び他方の光導波路２ｂに対向する位置に、中心電極３を間に挟むように、接地電極４ａ、４ｂがそれぞれ形成されている。
ここでの議論はどのような形態での進行波電極にも当てはまるが、例として、１つの中心電極３と２つの接地電極４ａ、４ｂを有するコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）を用いることを想定する。
また、光導波路２、２ａ、２ｂは、金属チタン（Ｔｉ）を数１０ｎｍから１００ｎｍ強の厚みに蒸着後、幅６〜８μｍ程度にパターニングし、さらに１０００℃前後で熱拡散することによって形成された、いわゆるＴｉ熱拡散光導波路である。
なお、図１８、図１９に示す光変調デバイスにおいては、マッハツェンダ型干渉計としての光導波路２、２ａ、２ｂが構成されている。
なお、マッハツェンダ型干渉計に代えて位相変調器の場合には、１本の直線の光導波路で良い。
そして、バッファ層５は、光導波路２ａ、２ｂを導波する光が進行波電極（中心電極３、接地電極４ａ、４ｂ）である金属（一般に、Ａｕを用いる）から受ける吸収損を抑えるために、中心電極３及び接地電極４ａ、４ｂからなる進行波電極とＬＮ基板１との間に堆積される。
このバッファ層５は、通常、１μｍ程度の厚いＳｉＯ２からなる。
なお、バッファ層５は、上記吸収損を抑える以外に、中心電極３及び接地電極４ａ、４ｂからなる進行波電極を導波する電気信号のマイクロ波等価屈折率（あるいは、進行波電極のマイクロ波等価屈折率）を低減し、光導波路２ａ、２ｂを導波する光の等価屈折率（あるいは、光導波路の等価屈折率）に近づけるためにも使用されるとともに、特性インピーダンスを５０Ωに近づけるためにも使用されている。
図２０は、このような構成の光変調デバイスの動作を説明するために示されている図である。
すなわち、図２０は、進行波電極の中心電極３と接地電極４ａ、４ｂとの間に電圧が印加された際における望ましい電気力線７ａの分布を示している。
この図２０から理解できるように、２つの光導波路２ａ、２ｂを横切る電気力線７ａの向きは互いの逆向きであるため、マッハツェンダ型干渉計の光導波路では２本の光導波路２ａ、２ｂを導波する光の位相を１８０度（π）ずらすことにより、光のＯＦＦ状態を実現することができる。
しかしながら、図１９に示した断面構造を有する光変調デバイスにおいても、まだ、以下に示すような不都合な問題を有している。
ＬＮ基板１は焦電効果を有しているので、図２１に示すように、ＬＮ基板１の温度が変化するとその表面に電荷９ａが誘起される。
ところが、ＳｉＯ２からなるバッファ層５は導電性を有していないので、進行波電極の中心電極３と接地電極４ａ、４ｂにおいて、ＬＮ基板１に対向する面にＬＮ基板１の表面に誘起された電荷９ａの極性とは反対の極性の電荷９ｂが外部回路を通じて誘起される。
その結果、ＬＮ基板１に誘起された電荷９ａと進行波電極の中心電極３および接地電極４ａ、４ｂに誘起された電荷９ｂとの間に電気力線７ｂが生じる。
ところが、図２１から理解できるように、この電気力線７ｂの発生の仕方はランダムであるため、光変調デバイスを動作させるために中心電極３と接地電極４ａ、４ｂとの間に印加された電圧によって発生された、電気力線７ａがランダムに打消されてしまう。
そのため、光変調デバイスとしての光変調率が、温度の変化によって大きく変化することになる。
この光変調率の変化は、動作点のシフトという現象として現れる。
この温度による動作点のシフトは、熱ドリフトと呼ばれている。
上述した光変調デバイスの不都合な問題点を解決するために、図２２に示す断面形状を有する光変調デバイスが提唱されている（特公平４−２２４８５号公報）。
なお、この図２２では動作を説明するために、図を上下方向にやや拡大して示している。
また、図２２に示す光変調デバイスにおいて、図１９に示す光変調デバイスと同一部分には同一符号を付している。
さらに、図２２に示す光変調デバイスの全体構造を示す斜視図としては、図１８に示す光変調デバイスの斜視図にほぼ等しい。
この図２２に示す光変調デバイスにおいては、バッファ層５の上側に導電性膜６が形成されているとともに、この導電性膜６の上側に中心電極３と接地電極４ａ、４ｂとが形成されている。
すなわち、図２２に示すように、ＬＮ基板１が持つ焦電効果のためにＬＮ基板１に誘起された電荷９ａの極性とは反対の極性の電荷９ｃが、中心電極３及び接地電極４ａ、４ｂに接触した導電性膜６に誘起される。
その結果、ＬＮ基板１に誘起された電荷９ａと導電性膜６に誘起された電荷９ｃとの間の電気力線７ｃは、図２２に示すように、一様となり、光導波路２ａ、２ｂをランダムな電気力線が横切ることはなくなる。
つまり、焦電効果により誘起された電荷９ａに起因する屈折率変化は２本の光導波路２ａ、２ｂにおいて同じとなる。
これにより、図２２に示す光変調デバイスにおいては、２本の光導波路２ａ、２ｂを導波する光の位相差は、外部から加えた電圧のみによることとなり、このデバイスが光変調器として機能することを可能とする。
なお、導電性膜６としては、厚み１００ｎｍ程度のＳｉ膜が採用される。
しかし、このように導電性膜６を採用した光変調デバイスにおいてもまだ解決すべき重要な問題点がある。
すなわち、一般に良く知られているように、導電性膜６の電気伝導度はその制御が極めて難しく、膜に入れる不純物や膜の堆積条件などによって、その導電率が簡単に２〜３桁程度変動する。
導電性膜６の導電率が低過ぎると、図１９に示した導電性膜６を採用していない光変調デバイスに近くなり、この光変調デバイスが有していた問題点が生じてしまう。
逆に、この導電性膜６の導電率が高すぎると、中心電極３と接地電極４ａ、４ｂとが電気的に導通状態となる。
その結果、中心電極３と接地電極４ａ、４ｂとからなる進行波電極の特性インピーダンスが著しく低下し、高周波特性を含む電気特性が劣化する、あるいは、中心電極３と接地電極４ａ、４ｂとの間に大電流が流れ、デバイスそのものが破壊される。
このように、適切な値の導電率を持つ導電性膜６を再現性よく形成することは非常に難しく、この図２２に示す導電性膜６を採用した光変調デバイスは、その製造上の再現性に大きな問題を有している。
上述した光変調デバイスの不都合な問題点を解決するために、さらに、図２３に示す断面形状を有する光変調デバイスが提唱されている（特許第２８７３２０３号公報）。
図２３に示す光変調デバイスにおいて、図１９に示す光変調デバイスと同一部分には同一符号を付している。
この図２３に示す光変調デバイスにおいては、導電性膜６ａの幅を有限とすることにより、導電性膜６ａを中心電極３のみに接触させている。
また、図２３に示す光変調デバイスにおいては、両側の接地電極４ａ、４ｂと導電性膜６ａとの間に幅Ｇのギャップ１０を設けることにより、接地電極４ａ、４ｂと導電性膜６ａとが接触しないように構成されている。
次に、このような導電性膜６ａの幅を制限した光変調デバイスの動作を説明する。
中心電極３の下方に位置する光導波路２ａに印加される電界については、導電性膜６ａの存在によって、図２３の領域Ａと領域Ｂにおける焦電効果で誘起された電荷９ａからの電界の影響以外は、図２２に示した光変調デバイスと同じ原理により均一な電界分布に起因する電気力線７ｄを得ることができる。
一方、接地電極４ａ、４ｂについては、図２２に示した光変調デバイスと異なり、接地電極４ａ、４ｂは導電性膜６ａと接触していない。
したがって、図２３の領域Ｂに位置する光導波路２ｂについては、図１９に示した光変調デバイスと同様の問題が生じることが予想される。
それを避けるために、次の工夫がなされている。
中心電極３と接地電極４ａ、４ｂとからなる進行波電極の厚みは、数μｍ以上と厚くされている。
すなわち、金属（一般に、材料としてはＡｕを使用するが、アルミニウムや銅など他の各種金属も採用可能である）である進行波電極と、誘電体であるＬＮ基板１とは熱膨張係数が異なるために、温度変化に応じてＬＮ基板１の内部に応力が生じる。
なお、数μｍ以上メッキするとＬＮ基板１にそりが生じる程度に、メッキによる内部応力は大きくなる。
この内部応力に起因する光弾性効果のために内部電界が生じる。
一方、図１９に示した光変調デバイスにおいて説明したように、温度が変化すると焦電効果によりＬＮ基板１の表面に電荷９ａが発生し、内部電界が生じる。
そこで、この図２３に示した光変調デバイスにおいては、導電性膜６ａと両側の接地電極４ａ、４ｂとの間に幅Ｇのギャップ１０を設け、その幅Ｇをフォトリソグラフィーにより規定することにより、内部応力に起因する光弾性効果による内部電界と、温度変化に起因する焦電効果による内部電界を打消す。
したがって、中心電極３と接地電極４ａ、４ｂとからなる進行波電極の特性インピーダンスを一定状態に維持した状態で、光変調デバイスを動作させるために中心電極３と接地電極４ａ、４ｂとの間に印加した電圧による電気力線７ａがランダムに打消されることが防止される。
しかしながら、図２３に示す導電性膜６ａの幅を制限した光変調デバイスにおいても、まだ解消すべき、次のような問題が残っている。
すなわち、上述の説明から容易に推測できるように、ＬＮ基板１内に生じる上述した２つの内部電界を最適に打消すことは簡単でない。
また、これが実現できない場合には、接地電極４ｂの下方に位置する光導波路２ｂには、図１９で示した光変調デバイスと同様に、ランダムな電界が加わる。
特に、領域Ａからのランダムな電界の影響が大きい。
なお、領域Ｂからのランダムな電界は特に中心電極３の下の光導波路２ａに作用する。
その結果、温度とともに光変調デバイスの光変調における動作点が大きくシフトする結果となる。
通常、中心電極３と接地電極４ａ、４ｂとからなる進行波電極は電解メッキ法で形成するが、電解メッキ液中に温度分布や電流分布があるために、メッキ時に同じ液温でかつ同じ電流を流しても、成長したメッキの粒子や電極の厚みにメッキ工程のｒｕｎ―ｔｏ―ｒｕｎ毎の微妙な分布が生じる。
そのため、形成したメッキにより引き起こされる内部応力はメッキをする度に異なってしまう。
さらには、電解メッキ液中においては、メッキ用電極とウェーハとの間における電流や液温に分布が存在するとともに、電解メッキ液の対流のため、同じウェーハにおいてでさえもメッキの粒子や電極の厚みに微妙な分布があり、チップごとの内部応力が異なる。
その結果、熱応力に起因する光弾性効果による内部電界と温度変化に起因する焦電効果による内部電界とを打消すための最適なギャップ１０の幅Ｇ決定には困難が伴う。
さらに、ギャップ１０はフォトリソグラフィーにより実現するので、進行波電極を１０μｍ以上厚くメッキする前に行う必要がある。
つまり、ギャップ１０は、ＬＮ基板１を含む各変調素子をウェーハから切り出す前の段階、すなわちウェーハ段階で形成する必要がある。
その結果、各変調素子の熱ドリフト特性を測定する前に行わねばならず、ギャップ１０の幅Ｇの決定が難しいとともに、各ウェーハに対して、さらには各チップに対して必ずしも的確に実施されるとは限らず、ＬＮ基板１を含む光変調デバイスの歩留まりを制限する結果となる。
さらに、上述したように、ＬＮ基板１内に生じる上述した２つの内部電界を打消すことによる効果には限界があるため、進行波電極のメッキの厚みは１０〜２０μｍ程度に制限されてしまう。
ところが、実際の光変調デバイスにおいて、光変調の広帯域化に不可欠なマイクロ波と光の速度整合を達成するには、２５μｍから３０μｍ、さらにはそれ以上の厚みの進行波電極が必要な場合がある。
その場合には、この図２３に示した２つの内部電界を打消す機構を有した光変調デバイスを使用できず適用に限界がある。
発明の開示
本発明の目的は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、導電性膜を用いかつ中心電極と接地電極とを電気的に分離することにより、中心電極と接地電極間の電気的な抵抗値を大きくして、素子の破壊を避けるとともに優れた高周波特性を満たしつつ、構造決定や製作工程の容易性や製作の再現性を確保しつつ、さらに通常必要とされるメッキの厚みが２０μｍ以上の進行波電極（中心電極及び接地電極）についても熱ドリフトを有効に抑えることができ、結果として、小型で高速、かつ熱ドリフトに起因する動作点シフトの少ない光変調デバイスを提供することにある。
本発明の別の目的は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、導電性膜を用いかつ中心電極と接地電極とを電気的に分離することにより、中心電極と接地電極間の電気的な抵抗値を大きくして、素子の破壊を避けるとともに優れた高周波特性を満たしつつ、構造決定や製作工程の容易性や製作の再現性を確保しつつ、さらに通常必要とされるメッキの厚みが２０μｍ以上の進行波電極（中心電極及び接地電極）についても熱ドリフトを有効に抑えることができ、結果として、小型で高速、かつ熱ドリフトに起因する動作点シフトの少ない光変調デバイスの製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様によると、
電気光学効果を有する基板（１）と、
前記基板に形成され、入射した光を導波する光導波路（２）と、
前記基板の上面を覆う第１のバッファ層（５）と、
前記第１のバッファ層の上方に形成された導電性膜（６）と、
前記光導波路に電界を誘起するために電圧を印加するための中心電極（３）及び接地電極（４）と、
前記導電性膜と、前記中心電極及び接地電極との少なくとも一方との間に形成された第２のバッファ層（８）とを具備し、
前記導電性膜は、前記接地電極の下方の少なくとも一部に存在するように形成され、
前記光導波路を導波する光を、前記光導波路に印加された電圧によって位相を変化させることにより変調する光変調デバイスが提供される。
上記目的を達成するために、本発明の第２の態様によると、
前記中心電極は前記導電性膜に接触し、前記接地電極は前記導電性膜に接触しないように形成されている第１の態様に従う光変調デバイスが提供される。
上記目的を達成するために、本発明の第３の態様によると、
前記接地電極と前記導電性膜との間に第２のバッファ層が形成されている第１または第２の態様に従う光変調デバイスが提供される。
上記目的を達成するために、本発明の第４の態様によると、
前記接地電極は前記導電性膜に接触し、前記中心電極は前記導電性膜に接触しないように形成されている第１の態様に従う光変調デバイスが提供される。
上記目的を達成するために、本発明の第５の態様によると、
前記中心電極と前記導電性膜との間に第２のバッファ層が形成されている第１または第４の態様に従う光変調デバイスが提供される。
上記目的を達成するために、本発明の第６の態様によると、
前記中心電極が複数設けられ、該複数の中心電極の少なくとも一つが前記導電性膜に接触し、前記接地電極は前記導電性膜に接触しないように形成されている第１の態様に従う光変調デバイスが提供される。
上記目的を達成するために、本発明の第７の態様によると、
前記中心電極が複数設けられ、該複数の中心電極の全てが前記導電性膜に接触し、前記接地電極は前記導電性膜に接触しないように形成されている第１の態様に従う光変調デバイスが提供される。
上記目的を達成するために、本発明の第８の態様によると、
前記接地電極と前記導電性膜との間に第２のバッファ層が形成されている第６または第７の態様に従う光変調デバイスが提供される。
上記目的を達成するために、本発明の第９の態様によると、
前記接地電極が複数設けられ、該複数の接地電極の少なくとも一つが前記導電性膜に接触し、前記中心電極は前記導電性膜に接触しないように形成されている第１の態様に従う光変調デバイスが提供される。
上記目的を達成するために、本発明の第１０の態様によると、
前記中心電極と前記導電性膜との間に第２のバッファ層が形成されている第９の態様に従う光変調デバイスが提供される。
上記目的を達成するために、本発明の第１１の態様によると、
前記中心電極及び前記接地電極と、前記導電性膜との間に第２のバッファ層が形成されており、前記中心電極及び前記接地電極は前記導電性膜に接触しないように形成され、前記導電性膜の一部が外部と電気的に接続されている第１の態様に従う光変調デバイスが提供される。
上記目的を達成するために、本発明の第１２の態様によると、
前記中心電極が複数設けられている第１１の態様に従う光変調デバイスが提供される。
上記目的を達成するために、本発明の第１３の態様によると、
前記接地電極が複数設けられている第１１の態様に従う光変調デバイスが提供される。
上記目的を達成するために、本発明の第１４の態様によると、
前記中心電極及び前記接地電極が複数設けられ、該複数の中心電極の少なくとも一つが前記導電性膜に接触し、かつ該複数の接地電極の少なくとも一つが前記導電性膜に接触し、前記複数の中心電極の少なくとも一つの中心電極もしくは前記複数の接地電極の少なくとも一つの接地電極が前記導電性膜に接触しないように形成されている第１の態様に従う光変調デバイスが提供される。
上記目的を達成するために、本発明の第１５の態様によると、
前記接地電極の一部のみが前記導電性膜に接触されるように形成されている第９または第１０の態様に従う光変調デバイスが提供される。
上記目的を達成するために、本発明の第１６の態様によると、
電気光学効果を有する基板（１）を準備し、
前記基板に、入射した光を導波する光導波路（２）を形成し、
前記基板の上面を覆う第１のバッファ層（５）を形成し、
前記第１のバッファ層の上方に導電性膜（６）を形成し、
前記光導波路に電界を誘起するために電圧を印加するための中心電極（３）及び接地電極（４）を形成し、
前記導電性膜と、前記中心電極及び接地電極との少なくとも一方との間に第２のバッファ層（８）形成し、を具備し、前記導電性膜は、前記接地電極の下方の少なくとも一部に存在するように形成され、
前記光導波路を導波する光を、前記光導波路に印加された電圧によって位相を変化させることにより変調する光変調デバイスの製造方法が提供される。
このように構成された光変調デバイスにおいては、温度が変化した際に焦電効果により電気光学効果を有する基板の表面に誘起される電荷の極性と反対の極性の電荷が、外部回路から中心電極と接地電極とからなる進行波電極を介して導電性膜に誘起される。
その結果、この光変調デバイスにおいては、誘起された電荷どうしによる電界は、光導波路が存在する領域においては均一となり、光変調には影響を与えず、結果的に熱ドリフトに起因する動作点シフトを抑圧することができる。
さらに、この光変調デバイスにおいては、進行波電極を構成する中心電極と接地電極とは電気的に分離されているので、焦電効果に起因する熱ドリフトを抑圧するための導電性膜の導電率がたとえ高くなっても、高周波特性を含めて優れた電気的特性を満足することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の各実施の形態を図面を用いて説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図である。
この図１に示す光変調デバイスにおいては、説明を解りやすくするために、上下方向に多少拡大している。
また、この図１に示す光変調デバイスおいては、図２２に示した従来の光変調デバイスと同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。
なお、図１に示す光変調デバイスの全体構造を示す斜視図は、図１８に示した従来の光変調デバイスの斜視図とほぼ等しい。
すなわち、本発明の第１実施形態に係わる光変調デバイスにおいては、図１に示すように、ｚ−ｃｕｔ状態のＬＮ基板１内の上面に接して光導波路２が、ＬＮ基板１の一端から他端まで形成されている。
この光導波路２は、ＬＮ基板１の中途位置で二つの光導波路２ａ、２ｂに分岐され、他端近傍で再度一つにまとめられる。
この光導波路２ａ、２ｂの上面とＬＮ基板１の上面とを共通に覆うように、バッファ層５が形成される。
このバッファ層５の上面には、導電性膜６が形成されている。
さらに、この導電性膜６の上面において、一方の光導波路２ａに対向する位置には、中心電極３が形成されている。
さらに、この導電性膜６の上面において、一方の光導波路２ａに対向しない位置、及び他方の光導波路２ｂに対向する位置に、上記中心電極３を間に挟むように、絶縁性の第２のバッファ層８ａ、８ｂがそれぞれ形成されている。
そして、この第２のバッファ層８ａ、８ｂのそれぞれの上に接地電極４ａ、４ｂが形成されている。
すなわち、この第１実施形態の光変調デバイスにおいては、図２２に示した従来の光変調デバイスと同様に、中心電極３と導電性膜６とが接触している。
接地電極４ａ、４ｂは、図２２に示した従来の光変調デバイスとは異なり、導電性膜６とは接触していない。
また、この第１実施形態の光変調デバイスにおいては、導電性膜６が基板表面方向全体に渡って形成されるために、図２３に示した従来の光変調デバイスとは異なり、ギャップ１０がないばかりでなく、接地電極４ａ、４ｂの下方にも存在している。
次に、この第１実施形態の光変調デバイスの製作手順を説明する。
この第１実施形態の光変調デバイスにおいては、図２２に示した従来の光変調デバイスと同様にｚ−ｃｕｔのＬＮ基板１にＴｉ熱拡散光導波路２ａ、２ｂが形成される。
次に、厚さ数１０ｎｍから１μｍ程度のＳｉＯ２からなるバッファ層５がスパッタなどによりＬＮ基板１上に堆積される。
この後、バッファ層５の上に導電性膜６として、１００ｎｍ程度の厚みのＳｉ膜が形成される。
次に、各接地電極４ａ、４ｂと導電性膜６とを電気的に分離するために数１０ｎｍから１μｍ程度の厚さのＳｉＯ２膜からなる第２のバッファ層を形成するための絶縁層が、導電性膜６の上に堆積される。
次に、後に形成する接地電極４ａ、４ｂの下にあたる部分以外のＳｉＯ２膜が、ドライエッチングまたはウェットエッチングなどにより除去される。
これにより、接地電極４ａ、４ｂの下にあたる部分にそれそれぞれ第２のバッファ層８ａ、８ｂが形成される。
この時点では、部分的にバッファ層がない領域があり、そこには導電性膜６が表面に出ている。
さらに、Ｔｉ、Ａｕを全面に蒸着した後、中心電極３と接地電極４ａ、４ｂをメッキ成長するためのフォトレジストが形成される。
次に、所望の光変調帯域に応じて３μｍ〜４０μｍ程度の厚みのＡｕが電解メッキ法により成長された後、アセトンなどによりフォトレジストが除去される。
この後、不要なＴｉとＡｕが、ドライエッチングあるいはウェットエッチングにより除去される。
次に、図１を用いて、第１実施形態の光変調デバイスの動作を説明する。
ＬＮ基板１の温度が上がると焦電効果によりＬＮ基板１の表面に電荷９ａが誘起される。
第１実施形態では中心電極３と導電性膜６とが接触しているので、ＬＮ基板１の表面に誘起された電荷９ａの極性と反対の極性の電荷９ｃが中心電極３を通して外部回路から導電性膜６に誘起される。
導電性膜６は中心電極３の下のみならず接地電極４ａ、４ｂの下にも存在する。
そのため、ＬＮ基板１の表面に誘起された電荷９ａと導電性膜６に誘起された電荷９ｃとの間に発生した電界による電気力線７ｃは、光導波路２ａ、２ｂが存在する領域において均一であり、２本の光導波路２ａ、２ｂにとっては同じ屈折率変化、言いかえると同じ位相変化を引き起こす。
マッハツェンダ型干渉計では２本の光導波路２ａ、２ｂを導波する光の位相差に応じた強度変調を生じるので、２本の光導波路２ａ、２ｂを導波する光が同量の位相変化を生じても合波時には何らの影響もない。
また、ＳｉＯ２からなる絶縁性の第２のバッファ層８ａ、８ｂの上に形成されている接地電極４ａ、４ｂには導電性膜６に誘起された電荷９ｃと反対の極性の電荷９ｄが外部回路を通じて誘起される。
ところが、両誘起電荷９ｃ、９ｄに起因する電気力線７ｅは接地電極４ａ、４ｂと導電性膜６との間に限られており、光導波路２ａ、２ｂを横切ることはないので光変調率に悪影響を与えることはない。
なお、接地電極４ａ、４ｂの下側に位置する第２のバッファ層８ａ、８ｂを中心電極３と両側の接地電極４ａ、４ｂの間にまで伸ばした方が製造上容易であるが、こうしても何ら問題はない。
（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図である。
図２に示す第２実施形態の光変調デバイスにおいて、図１に示した第１実施形態の光変調デバイスと同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。
この第２実施形態の光変調デバイスにおいては、図１に示した第１実施形態の光変調デバイスにおける２つの接地電極４ａ、４ｂの下側に位置する第２のバッファ層８ａ、８ｂが中心電極３側に伸ばされている。
この場合、一方の接地電極４ａ（４ｂ）についてのみ、第２のバッファ層８ａ（８ｂ）が中心電極３側に伸ばされても良いことは言うまでもない。
さらには、第２のバッファ層８ａ、８ｂの少なくとも１方のエッジが接地電極４ａ、４ｂ側に引っ込むように、第２のバッファ層８ａ、８ｂのエッジがエッチングされていても良い。
以上のように、第１及び第２実施形態の光変調デバイスによれば、焦電効果による光変調の熱ドリフトは有効に抑圧できる。
さらに、第１及び第２実施形態の光変調デバイスによれば、導電性膜６が中心電極３ばかりでなく接地電極４ａ、４ｂの領域にも形成されており、図２３に示した従来の光変調デバイスと比較して熱ドリフト抑圧の効果は著しい。
また、図２２に示した従来の光変調デバイスでは中心電極３と接地電極４ａ、４ｂの両方が導電性膜６に接触していたので、導電性膜６の導電率が進行波電極としての電気的特性に大きく影響し、場合によっては素子破壊も引き起こしかねなかったが、第１及び第２実施形態の光変調デバイスにおいては、接地電極４ａ、４ｂが導電性膜６と接触していないので、中心電極３と接地電極４ａ、４ｂとは電気的に完全に分離されているため、素子破壊を生じず、かつ導電性膜６の導電率が進行波電極としての電気的特性に影響を与えにくいという利点がある。
（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図である。
図３に示す第３実施形態に係わる光変調デバイスにおいて、図２２に示した従来の光変調デバイスと同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。
この第３実施形態の光変調デバイスにおいては、図２２に示した従来の光変調デバイスと同様に接地電極４ａ、４ｂと導電性膜６とが接触している。
しかしながら、第３実施形態の光変調デバイスにおいては、導電性膜６の上面の中央部に絶縁性の第２のバッファ層８ｃが形成されており、その第２のバッファ層８ｃ上に中心電極３が形成されている。
その結果、第３実施形態の光変調デバイスにおいては、図２２に示した従来の光変調デバイスとは異なり、中心電極３と導電性膜６とは接触していない。
次に、図３を用いて、第３実施形態の光変調デバイスの動作説明を行う。
ＬＮ基板１の温度が上がると焦電効果によりＬＮ基板１の表面に電荷９ａが誘起される。
本実施形態では接地電極４ａ、４ｂと導電性膜６とが接触しているので、ＬＮ基板１の表面に誘起された電荷９ａの極性と反対の極性の電荷９ｃが接地電極４ａ、４ｂを通して外部回路から導電性膜６に誘起される。
この導電性膜６は、接地電極４ａ、４ｂの下側のみならず中心電極３の下側にも存在している。
そのため、ＬＮ基板１の表面に誘起された電荷９ａと導電性膜６に誘起された電荷９ｃとの間に発生した電界を表す電気力線７ｃは、光導波路２ａ、２ｂが存在する領域において均一であり、２本の光導波路２ａ、２ｂにとっては同じ屈折率変化、言いかえると同じ位相変化を引き起こす。
しかるに、マッハツェンダ型干渉計では２本の光導波路２ａ、２ｂを導波する光の位相差に応じた強度変調を生じるので、２本の光導波路２ａ、２ｂを導波する光が同量の位相変化を生じても合波時には何らの悪影響もない。
また、ＳｉＯ２からなる絶縁性の第２のバッファ層８ｃ上に形成されている中心電極３には、導電性膜６に誘起された電荷９ｃと反対の極性の電荷９ｂが外部回路を通じて誘起される。
この両誘起電荷９ｃ、９ｂに起因する電気力線７ｆは、中心電極３と導電性膜６との間に限られており、光導波路２ａを横切ることはないので光変調率には影響を与えない。
なお、図３ではバッファ層８ｃの幅は中心電極３の幅よりも広くされているが、中心電極３の幅と同程度に狭くしても良いし、接地電極４ａ、４ｂの少なくとも一方のエッジに至るまで、もしくはその途中まで広くしても良いことは言うまでもない。
このように、この第３実施形態の光変調デバイスにおいても、先の第１及び第２実施形態の光変調デバイスと同様に、焦電効果による光変調の熱ドリフトを有効に抑圧することができる。
また、この第３実施形態の光変調デバイスにおいては、中心電極３と導電性膜６が接触していないので、中心電極３と両側の接地電極４ａ、４ｂとは電気的に分離されている。
そのため、素子破壊を生じず、かつ導電性膜６の導電率が進行波電極としての電気的特性に影響を与えにくいという利点もある。
（第４実施形態）
図４は、本発明の第４実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図である。
図４に示す第４実施形態の光変調デバイスにおいて、図３に示した第３実施形態の光変調デバイスと同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。
この第４実施形態の光変調デバイスにおいては、進行波電極が有する２つの接地電極４ａ、４ｂのうち、一方の接地電極４ｂの下面の一部が導電性膜６に接触している。
そして、この場合、片方の接地電極４ｂの下面の残りの部分と導電性膜６との間には、第２のバッファ層８ｄが介在されている。
また、他方の接地電極４ａ、中心電極３と導電性膜６との間には、それぞれ個別の第２のバッファ層８ａ、８ｃ、８ｄが介在されている。
このように構成された第４実施形態の光変調デバイスにおいては、先の第１乃至第３実施形態の光変調デバイスと同様に、ＬＮ基板１の表面に誘起された電荷９ａの極性と反対の極性の電荷９ｃが、中心電極３、接地電極４ａ、４ｂを通して外部回路から導電性膜６に誘起される。
このように、本実施形態においても、導電性膜６に電荷９ｃが誘起されるので、熱ドリフトに起因する動作点シフトを抑圧するのに充分な効果がある。
また、本実施形態においては、中心電極３と導電性膜６とが接触していないので、中心電極３と接地電極４とは電気的に完全に分離されているため、素子破壊を生じず、かつ導電性膜６の導電率が進行波電極としての電気的特性に悪影響を与えにくいという利点もある。
なお、導電性膜６に接触している接地電極４ｂについては、下面の一部ではなく、その全部が導電性膜６に接触しても良いし、もう一方の接地電極４ａについても、下面の一部もしくはその全部が導電性膜６に接触しても良いことは勿論である。
なお、図４に示した第４実施形態では、中心電極３と２つの接地電極４ａ、４ｂとの間の第２のバッファ層８ｃ、８ａ、８ｄは互いに分離していたが、中心電極３と接地電極４ａ、４ｂの片方、もしくは中心電極３と両方の接地電極４ａ、４ｂ間において第２のバッファ層が連続状に形成されていても良い。
さらに、逆に、図４に示した第４実施形態の光変調デバイスにおいて、第２のバッファ層８ｃ、８ａ、８ｄのエッジが中心電極３や各接地電極４ａ、４ｂのエッジの内側に入っても良いことは言うまでもない。
（第５実施形態）
図５は、本発明の第５実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図である。
図５に示す第５実施形態の光変調デバイスにおいて、図４に示した第４実施形態の光変調デバイスと同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。
この第５実施形態の光変調デバイスにおいては、図４に示した第４実施形態の光変調デバイスにおける導電性層６の上側に独立に形成された３つの第２のバッファ層８ａ、８ｃ、８ｄが、一枚の第２のバッファ層８ｅに合成されている。
このように構成された第５実施形態の光変調デバイスにおいても、図４に示した第４実施形態の光変調デバイスとほぼ同じ作用効果を奏することが可能である。
（第６実施形態）
図６は、本発明の第６実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図である。
図６に示す第６実施形態の光変調デバイスにおいて、図５に示した第５実施形態の光変調デバイスと同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。
この第６実施形態の光変調デバイスにおいては、バッファ層５の上側に形成された導電性膜６上に共通の１枚の第２のバッファ層８ｆが形成される。
そして、この共通の第２のバッファ層８ｆの上側に、中心電極３と各接地電極４ａ、４ｂとが形成されている。
さらに、この第６実施形態においては、導電性膜６は、この光変調デバイスを覆う筐体に金リボン１１を介して接続されている。
このように構成された第６実施形態の光変調デバイスにおいては、中心電極３と各接地電極４ａ、４ｂは直接導電性膜６に接触されていない。
しかし、導電性膜６は、筐体に接続されている。
一般に、接地電極４ａ、４ｂも筐体に接続されているので、接地電極４ａ、４ｂと導電性膜６とは同電位で接地されていることになる。
なお、接地電極４ａ、４ｂを筐体に接続し、導電性膜６を何らかの電位を有するような外部電極に接続する等の手段を講じて、接地電極４ａ、４ｂと導電性膜６との間に電位差を付与しても良いことは言うまでもない。
この第６実施形態では、ＬＮ基板１の表面に誘起される電荷と反対の極性を持つ電荷を導電性膜６に誘起すれば良いので、導電性膜６がその電荷を供給することができる何らかの外部回路に電気的に接続されていれば良い。
また、第２のバッファ層８ｆのうち、中心電極３と接地電極４ａ、４ｂとの間にある部分を除去しても良い。
したがって、このように構成された第６実施形態の光変調デバイスにおいても、先に説明した第３乃至第５実施形態の各光変調デバイスとほぼ同じ作用効果を奏することが可能である。
（第７実施形態）
図７は、本発明の第７実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図である。
図７に示す第７実施形態の光変調デバイスにおいて、図１に示した第１実施形態の光変調デバイスと同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。
この第７実施形態の光変調デバイスにおいては、バッファ層５の上側に形成された導電性膜６の上面の中央位置に直接中心電極３が形成されているとともに、導電性膜６の上面の両側位置にそれぞれ第２のバッファ層８ａ、８ｇが形成されている。
そして、一方の第２のバッファ層８ａの上側に一方の接地電極４ａが形成されているとともに、他方の第２のバッファ層８ｇの上面の一部に他方の接地電極４ｂの一部が形成されている。
すなわち、他方の接地電極４ｂの下面における一部は、導電性膜６に直接接触されている。
このように構成された第７実施形態の光変調デバイスにおいては、前述した第１乃至第６の各実施形態の光変調デバイスと同様に、熱ドリフトに起因する動作点シフトを抑圧することができる。
しかるに、図２２に示した従来の光変調デバイスと同様に、導電性膜６の導電率が大きいと、接地電極４ａ、４ｂと導電性膜６に接触した中心電極３との間の電気的抵抗が小さくなり、電気的特性に悪影響が出ることが予想される。
そのため、この第７実施形態の光変調デバイスにおいては、上で述べた第１実施形態から第６実施形態ほど進行波電極の電気的特性の安定性に対して効果的ではない。
しかしながら、この第７実施形態の光変調デバイスにおいては、片方の接地電極４ａは導電性膜６に接触していないので、両方の接地電極４ａ、４ｂが導電性膜６に接触している図２２に示した従来の光変調デバイスと比較すれば、導電性膜６が中心電極３と接地電極４ａ、４ｂからなる進行波電極に与える電気的悪影響を抑えることができる。
また、本発明による光変調デバイスは、電圧印加時のジュール熱による破壊に対しても、図２２に示した従来の光変調デバイスと比較して有利である。
ここでは、図７に示した第７実施形態において、片方の接地電極４ｂの下に第２のバッファ層８ｇがなく、片方の設置電極４ｂの下面全体が導電性膜６に接触した場合について考える。
中心電極３と接地電極４ｂとの直流抵抗をＲ、中心電極３と接地電極４ａとの直流抵抗をＲ′とすると、中心電極３と接地電極４ａ、４ｂ間の合成直流抵抗Ｒｔは、Ｒ′＞＞Ｒであるから
Ｒｔ＝Ｒ・Ｒ′／（Ｒ＋Ｒ′）
＝Ｒ                                …（１）
となる。
一方、図２２に示した従来の光変調デバイスにおいては、
Ｒｔ＝Ｒ・Ｒ／（Ｒ＋Ｒ）
＝Ｒ／２                            …（２）
となる。
中心電極３と接地電極４ａ、４ｂとの間に電圧Ｖを印加した場合に発生するジュール熱Ｐは
Ｐ＝Ｖ２／Ｒｔ                          …（３）
と表される。
従って、本実施形態の光変調デバイスのように、たとえ中心電極３と接地電極４ｂとが接触しても、図２２に示した従来の光変調デバイス比較して本発明では発生するジュール熱は半分ですむことになる。
このように、発生するジュール熱が小さいということは素子が破壊されにくいことに対応しており、たとえ片方の接地電極が導電性膜６に接触しても、本発明による光変調デバイスが有効であることが分かる。
以上説明した第１乃至第７実施形態の各光変調デバイスから理解できるように、焦電効果によりＬＮ基板１表面に誘起された電荷９ａの極性と反対の極性の電荷９ｃが誘起される導電性膜６が接地電極４ａ、４ｂの下側領域にも形成されており、誘起された電荷に起因する電界が広い範囲で均一となるので、図２３に示す従来の光変調デバイスと比較して熱ドリフト抑圧の効果は著しい。
また、図２２に示す従来の光変調デバイスでは中心電極３と接地電極４ａ、４ｂの両方が導電性膜６に接触していたので、導電性膜６の導電率が進行波電極としての電気的特性に大きく影響している。
ところが、本発明の各実施形態の光変調デバイスでは、中心電極３と接地電極４ａ、４ｂとは電気的に完全に分離されている。
又は、複数個の接地電極４ａ、４ｂがある場合には中心電極３と電気的に完全に分離されている接地電極（４ａ又は４ｂ）が少なくとも１つある。
そのため、本発明の各実施形態の光変調デバイスは、図２２に示す従来の光変調デバイスと比較して、導電性膜６の導電率がたとえ高くなっても、素子の破壊を生じず、かつ導電性膜６の導電率が進行波電極としての電気的特性に悪影響を与えにくいという利点もある。
（第８実施形態）
図８は、非対称コプレーナストリップ（ＡＣＰＳ）構造の進行波電極を採用した本発明の第８実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図である。
図８に示す第８実施形態の光変調デバイスにおいて、図１に示した第１実施形態の光変調デバイスと同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。
図８に示すように、この第８実施形態の光変調デバイスにおいては、１つの中心電極３ａと１つの接地電極４ｃからなる非対称コプレーナストリップ（ＡＣＰＳ）として適用されている。
図８から分かるように、中心電極３ａが導電性膜６に接触している。
参照符号８ｂは、第２のバッファ層である。
このように非対称コプレーナストリップ（ＡＣＰＳ）構造の進行波電極を採用した第８実施形態の光変調デバイスにおいても、前述した第１乃至第７の各実施形態の光変調デバイスと同様に、熱ドリフトに起因する動作点シフトを抑圧することができる。
（第９実施形態）
図９は、非対称コプレーナストリップ（ＡＣＰＳ）構造の進行波電極を採用した本発明の第９実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図である。
図９に示す第９実施形態の光変調デバイスにおいて、図１に示した第１実施形態の光変調デバイスと同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。
図９に示すように、この第９実施形態の光変調デバイスにおいては、１つの中心電極３ａと１つの接地電極４ｃからなる非対称コプレーナストリップ（ＡＣＰＳ）として適用されている。
図９から分かるように、接地電極４ｃが導電性膜６に接触している。
参照符号８ｇは、第２のバッファ層である。
このように非対称コプレーナストリップ（ＡＣＰＳ）構造の進行波電極を採用した第９実施形態の光変調デバイスにおいても、前述した第１乃至第７の各実施形態の光変調デバイスと同様に、熱ドリフトに起因する動作点シフトを抑圧することができる。
そして、図８に示した第８実施形態及び図９に示した第９実施形態による光変調デバイスのように、本発明をＡＣＰＳに適用した場合にも、中心電極３ａあるいは接地電極４ｃのいずれかが導電性膜６と接触していないため、導電性膜６の導電率が高い場合にも中心電極３ａと接地電極４ｃは電気的に短絡状態にはならず、素子破壊を起こしにくいという優れた利点がある。
さらに、本発明は、マッハツェンダ型干渉系の光導波路を構成する２本の光導波路２ａ、２ｂの各々に２つのＣＰＷや２つのＡＣＰＳの中心電極を設定する、いわゆるプッシュプル構造の進行波電極にも適用することができる。
（第１０実施形態）
図１０は、プッシュプル構造の進行波電極を採用した本発明の第１０実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図である。
図１０に示す第１０実施形態の光変調デバイスにおいて、図１に示した第１実施形態の光変調デバイスと同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。
図１０に示すように、この第１０実施形態の光変調デバイスにおいては、２つの中心電極３ｂ、３ｃと、３つの接地電極４ｄ、４ｅ、４ｆとが設けられている。
そして、この第１０実施形態の光変調デバイスにおいては、２つの中心電極３ｂ、３ｃが導電性膜６に接触している。
参照符号８ａ、８ｂ、８ｈが第２のバッファ層である。
このようにプッシュプル構造の進行波電極を採用した第１０実施形態の光変調デバイスにおいても、前述した第１乃至第７の各実施形態の光変調デバイスと同様に、熱ドリフトに起因する動作点シフトを抑圧することができる。
（第１１実施形態）
図１１は、プッシュプル構造の進行波電極を採用した本発明の第１１実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図である。
図１１に示す第１１実施形態の光変調デバイスにおいて、図１に示した第１実施形態の光変調デバイスと同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。
図１１に示すように、この第１１実施形態の光変調デバイスにおいては、２つの中心電極３ｂ、３ｃと、３つの接地電極４ｄ、４ｅ、４ｆとが設けられている。
そして、この第１１実施形態の光変調デバイスにおいては、３つの接地電極４ｄ、４ｅ、４ｆが導電性膜６に接触している。
参照符号８ａ、８ｉ、８ｊが、第２のバッファ層である。
このようにプッシュプル構造の進行波電極を採用した第１１実施形態の光変調デバイスにおいても、前述した第１乃至第７の各実施形態の光変調デバイスと同様に、熱ドリフトに起因する動作点シフトを抑圧することができる。
（第１２実施形態）
図１２は、プッシュプル構造の進行波電極を採用した本発明の第１２実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図である。
図１２に示す第１２実施形態の光変調デバイスにおいて、図１に示した第１実施形態の光変調デバイスと同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。
図１２に示すように、この第１２実施形態の光変調デバイスにおいては、２つの中心電極３ｂ、３ｃと、３つの接地電極４ｄ、４ｅ、４ｆとが設けられている。
そして、この第１２実施形態の光変調デバイスにおいては、１つの中心電極３ｂのみが導電性膜６に接触している。
参照符号８ａ、８ｋが、第２のバッファ層である。
このようにプッシュプル構造の進行波電極を採用した第１２実施形態の光変調デバイスにおいても、前述した第１乃至第７の各実施形態の光変調デバイスと同様に、熱ドリフトに起因する動作点シフトを抑圧することができる。
（第１３実施形態）
図１３は、プッシュプル構造の進行波電極を採用した本発明の第１３実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図である。
図１３に示す第１３実施形態の光変調デバイスにおいて、図１に示した第１実施形態の光変調デバイスと同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。
図１３に示すように、この第１３実施形態の光変調デバイスにおいては、２つの中心電極３ｂ、３ｃと、３つの接地電極４ｄ、４ｅ、４ｆとが設けられている。
そして、この第１３実施形態の光変調デバイスにおいては、１つの接地電極４ｅの一部が導電性膜６に接触している。
なお、接地電極４ｅの下面全てが導電性膜６に接触して良いことは言うまでもない。
参照符号８ｆ、８ｍが、第２のバッファ層である。
このようにプッシュプル構造の進行波電極を採用した第１３実施形態の光変調デバイスにおいても、前述した第１乃至第７の各実施形態の光変調デバイスと同様に、熱ドリフトに起因する動作点シフトを抑圧することができる。
なお、プッシュプル型のＣＰＷについて本発明を適用した場合、理想的には中心電極と接地電極が第２のバッファ層を介して互いに電気的に分離されていることが望ましい。
この条件を満たす限り、複数の中心電極と複数の接地電極の導電層６への接触の仕方には図８乃至図１３に示した以外にも各種の組み合わせがあることは言うまでもない。
さらに、図７に示した第７実施形態と同様に、本発明では少なくとも１つの中心電極もしくは接地電極が第２バッファ層を介して電気的に分離されるように構成することも可能である。
このように構成された本発明の光変調デバイスの場合にも、高周波特性と電圧を印加した場合に発生するジュール熱の観点から、全ての中心電極と接地電極が導電性膜６と接触する従来の光変調デバイスよりも有利である。
なお、プッシュプル型ＣＰＷにおける２つの中心電極３ａ、３ｂの間の接地電極４ｆを省略した場合がプッシュプル型ＡＣＰＳであり、本発明をプッシュプル型ＡＣＰＳにも適用できることは言うまでもない。
このようにプッシュプル型ＡＣＰＳに適用する場合にも、導電性膜６に接触する中心電極と接地電極の選択には各種の選択が存在する。
さらには、図６に示した第６実施形態のように、プッシュプル型ＣＰＷとプッシュプル型ＡＣＰＳについて、導電性膜６を外部回路に接続もしくは接地しておき、中心電極や接地電極が導電性膜６に非接触（あるいは一部が接触）でも良いことは言うまでもない。
以下に、プッシュプル型ＡＣＰＳに適用した本発明の実施形態について説明する。
（第１４実施形態）
図１４は、プッシュプル型ＡＣＰＳに適用した本発明の第１４実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図である。
図１４に示す第１４実施形態に係わる光変調デバイスにおいて、図１０に示した第１０実施形態の光変調デバイスと同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。
図１４に示すように、この第１４実施形態の光変調デバイスにおいては、２つの中心電極３ｂ、３ｃと、２つの接地電極４ｄ、４ｅとが設けられている。
そして、この第１４実施形態の光変調デバイスにおいては、２つの中心電極３ｂ、３ｃが導電性膜６に接触している。
参照符号８ａ、８ｂが第２のバッファ層である。
このようにプッシュプル型ＡＣＰＳに適用された第１４実施形態の光変調デバイスにおいても、前述した第１乃至第７の各実施形態の光変調デバイスと同様に、熱ドリフトに起因する動作点シフトを抑圧することができる。
（第１５実施形態）
図１５は、プッシュプル型ＡＣＰＳに適用した本発明の第１５実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図である。
図１５に示す第１５実施形態に係わる光変調デバイスにおいて、図１１に示した第１１実施形態の光変調デバイスと同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。
図１５に示すように、この第１５実施形態の光変調デバイスにおいては、２つの中心電極３ｂ、３ｃと、２つの接地電極４ｄ、４ｅとが設けられている。
そして、この第１５実施形態の光変調デバイスにおいては、２つの接地電極４ｄ、４ｅが導電性膜６に接触している。
参照符号８ｎが、第２のバッファ層である。
このようにプッシュプル型ＡＣＰＳに適用された第１５実施形態の光変調デバイスにおいても、前述した第１乃至第７の各実施形態の光変調デバイスと同様に、熱ドリフトに起因する動作点シフトを抑圧することができる。
（第１６実施形態）
図１６は、プッシュプル型ＡＣＰＳに適用した本発明の第１６実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図である。
図１６に示す第１６実施形態に係わる光変調デバイスにおいて、図１２に示した第１２実施形態の光変調デバイスと同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。
図１６に示すように、この第１６実施形態の光変調デバイスにおいては、２つの中心電極３ｂ、３ｃと、２つの接地電極４ｄ、４ｅとが設けられている。
そして、この第１６実施形態の光変調デバイスにおいては、１つの中心電極３ｂのみが導電性膜６に接触している。
参照符号８ａ、８ｋが、第２のバッファ層である。
このようにプッシュプル型ＡＣＰＳに適用された第１６実施形態の光変調デバイスにおいても、前述した第１乃至第７の各実施形態の光変調デバイスと同様に、熱ドリフトに起因する動作点シフトを抑圧することができる。
（第１７実施形態）
図１７は、プッシュプル型ＡＣＰＳに適用した本発明の第１７実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図である。
図１７に示す第１７実施形態に係わる光変調デバイスにおいて、図１３に示した第１３実施形態の光変調デバイスと同一部分には同一符号を付して、重複する部分の詳細説明を省略する。
図１７に示すように、この第１７実施形態の光変調デバイスにおいては、２つの中心電極３ｂ、３ｃと、２つの接地電極４ｄ、４ｅとが設けられている。
そして、この第１７実施形態の光変調デバイスにおいては、１つの接地電極４ｅの一部が導電性膜６に接触している。
なお、接地電極４ｅの下面全てが導電性膜６に接触して艮いことは言うまでもない。
参照符号８ｆ、８ｍが、第２のバッファ層である。
このようにプッシュプル型ＡＣＰＳに適用された第１７実施形態の光変調デバイスにおいても、前述した第１乃至第７の各実施形態の光変調デバイスと同様に、熱ドリフトに起因する動作点シフトを抑圧することができる。
さらに、本発明における焦電効果に起因する動作点シフトを除去する原理は電極構造によらないので、これまでに述べた進行波電極のみならず、集中定数型電極にも適用可能である。
以上における本発明の各実施形態の説明では、電気的絶縁用の第２のバッファ層８ａ、８ｂ、…、８ｇとしてはＳｉＯ２膜を想定したが、これに限らずＳｉＮｘ、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ポリイミド、ＢＣＢ（登録商標）などその他のいかなる絶縁材料でも良い。
また、導電性膜６の材料として、Ｓｉを想定したが、ＳｉＯ２やＩＴＯ（登録商標）などある程度の導電性を有していればどのような材料でも良い。
また、ＬＮ基板１に接触しているバッファ層５、導電性膜６、中心電極３あるいは接地電極４ａ、４ｂに接触している第２のバッファ層８ａ、８ｂ、…、８ｇの厚みは、各々、数１００ｎｍ〜２μｍ程度、５ｎｍ〜２μｍ程度、数１００ｎｍ〜２μｍ程度の範囲で各種組み合わせが存在する。
但し、中心電極３と接地電極４ａ、４ｂとの間に印加する光変調の駆動電圧があまり高くならないように、導電性膜６の上下に位置するバッファ層５、８ａ、８ｂ、…、８ｇの厚みと導電性膜６の厚みの合計を２μｍ程度以下にした方が好適である。
上述した各実施形態における説明では１００ｎｍとした導電性膜６の厚みは、導電率の大きさに依存するが、数１００ｎｍとさらに厚くすることが可能であることが確認されている。
このように導電性膜６の厚みを増加することによって、導電性膜を均一に作ることができる。
なお、導電性膜６の厚みは、膜の連続性を確保できるなら１００ｎｍより薄くても良い。
また、ここで示した本発明の各実施形態の光変調デバイスでは、導電層膜６はバッファ層５の上の全面に形成されていたが、光導波路２ａ、２ｂに加わる電界が熱ドリフトを生起させなければ良いので、この条件を満たせば導電性膜６はバッファ層５の上の全面に形成されている必要性はない。
また、進行波電極の構成として１つの中心電極３と広い２つの接地電極４ａ、４ｂが存在するＣＰＷを用いて説明したが、中心電極と接地電極が各々１つしかない非対称コプレーナストリップ（ＡＣＰＳ）や１つの中心電極と２つの狭い接地導体がある３電極構造電極等、いかなる形態の進行波電極でも可能である。
なお、本発明の全ての実施形態において、導電性膜６が空気に触れないように第２のバッファ層により導電性膜６を覆うことにより、水蒸気が導電性膜６に付着することを避けることができる。
この場合には、さらに、光変調デバイスの中心電極と、接地電極とのギャップが１０μｍ乃至３０μｍと小さく、このギャップに５Ｖ乃至１００Ｖの電圧を印加するので、このギャップには高電界が存在する。
従って、導電性膜６に水蒸気が付着すると、このギャップ間にリーク電流が生じるが、これを避けることもできる。
また、各実施形態においては、ｚ−ｃｕｔのＬＮ基板１を想定して説明したが、ｘ−ｃｕｔやｙ−ｃｕｔなどその他の結晶方位のＬＮ基板１でも良いし、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基板でも良いことは言うまでもない。
さらに、各実施形態においては、マッハツェンダ型干渉計の光導波路を用いる強度変調器で代表される光変調デバイスを例にとって説明したが、マッハツェンダ型光導波路の代わりに方向性結合器を用いても良いし、その他の構造の光導波路を用いても良い。
また、高速化と低電圧化のために提案されたリッジ構造のＬＮ光変調器（特許第２７２８１５０号公報）にも適用できることは言うまでもない。
さらに、強度変調器のみならず、位相変調器や偏波スクランブラなど電気光学効果を有する基板を用いて製作した各種光変調デバイスに適用可能である。
以上説明したように、本発明の光変調デバイスにおいては、導電性膜を用いかつ中心電極と接地電極とを電気的に分離している。
これによって、温度が変化した際に焦電効果により基板の表面に誘起される電荷の極性と反対の極性の電荷が、外部回路から進行波電極を介して導電性膜に誘起されるので、誘起された電荷同士による電界は光導波路が存在する領域においては均一となり、光変調には影響を与えず、結果的に熱ドリフトに起因する動作点シフトを抑圧できる。
さらに、進行波電極を構成する中心電極と接地電極とは電気的に分離されているので、焦電効果に起因する熱ドリフトを抑圧するための導電性膜の導電率がたとえ高くなっても、素子の破壊を生じず、かつ高周波特性を含め優れた電気的特性を満足することができる。
従って、以上詳述したように、本発明によれば、導電性膜を用いかつ中心電極と接地電極とを電気的に分離することにより、中心電極と接地電極間の電気的な抵抗値を大きくすることにより素子の破壊を避けるとともに優れた高周波特性を満たしつつ、構造決定や製作工程の容易性や製作の再現性を確保しつつ、さらに２０μｍ以上の通常必要とされる厚い進行波電極についても熱ドリフトを有効に抑えることができ、結果として、小型で高速、かつ熱ドリフトに起因する動作点シフトの少ない光変調デバイスを提供することができる。
また、本発明によれば、導電性膜を用いかつ中心電極と接地電極とを電気的に分離することにより、中心電極と接地電極間の電気的な抵抗値を大きくすることにより素子の破壊を避けるとともに優れた高周波特性を満たしつつ、構造決定や製作工程の容易性や製作の再現性を確保しつつ、さらに２０μｍ以上の通常必要とされる厚い進行波電極についても熱ドリフトを有効に抑えることができ、結果として、小型で高速、かつ熱ドリフトに起因する動作点シフトの少ない光変調デバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図であり、
図２は、本発明の第２実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図であり、
図３は、本発明の第３実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図であり、
図４は、本発明の第４実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図であり、
図５は、本発明の第５実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図であり、
図６は、本発明の第６実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図であり、
図７は、本発明の第７実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図であり、
図８は、本発明の第８実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図であり、
図９は、本発明の第９実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図であり、
図１０は、本発明の第１０実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図であり、
図１１は、本発明の第１１実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図であり、
図１２は、本発明の第１２実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図であり、
図１３は、本発明の第１３実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図であり、
図１４は、本発明の第１４実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図であり、
図１５は、本発明の第１５実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図であり、
図１６は、本発明の第１６実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図であり、
図１７は、本発明の第１７実施形態に係わる光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図であり、
図１８は、従来の一般的な光変調デバイスの概略構成を示す斜視図であり、
図１９は、従来の光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図であり、
図２０は、従来の光変調デバイスの動作を説明するための図であり、
図２１は、従来の光変調デバイスの問題点を説明するための図であり、
図２２は、他の従来の光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図であり、
図２３は、さらに別の従来の光変調デバイスの概略構成を示す断面模式図である。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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