特開 2022-182321 光導波路素子、光変調素子の作製方法、光変調器、光変調モジュール、及び光送信装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022182321

(43)【公開日】2022-12-08

(54)【発明の名称】光導波路素子、光変調素子の作製方法、光変調器、光変調モジュール、及び光送信装置

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/035 20060101AFI20221201BHJP

【ＦＩ】

G02F1/035

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021089825

(22)【出願日】2021-05-28

(71)【出願人】

【識別番号】000183266

【氏名又は名称】住友大阪セメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001081

【氏名又は名称】弁理士法人クシブチ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】本谷 将之

(72)【発明者】

【氏名】平田 章太郎

(72)【発明者】

【氏名】岡橋 宏佑

(72)【発明者】

【氏名】片岡 優

(72)【発明者】

【氏名】高野 真悟

【テーマコード（参考）】

2K102

【Ｆターム（参考）】

2K102AA22

2K102BA03

2K102BB01

2K102BB04

2K102BC04

2K102BD01

2K102CA23

2K102CA28

2K102DA05

2K102DB04

2K102DB05

2K102DC08

2K102DD05

2K102EA02

2K102EA12

2K102EA14

2K102EA22

2K102EB10

2K102EB16

2K102EB30

(57)【要約】

【課題】光導波路素子において、作用電極の下地層のオーバエッチングを防止してその上部の導電層のオーバハングの発生を防止すること。
【解決手段】基板と、基板に形成された光導波路と、光導波路を伝搬する光波を制御する作用電極と、を含み、作用電極は、第１材料からなる第１下地層と、第１下地層の上の第１導電層と、第１導電層の上の第２下地層であって第１材料と異なる第２材料からなる第２下地層と、第２下地層の上の第２導電層と、で構成され、光導波路の延伸方向に垂直な断面において、第２下地層の端部は第２導電層に覆われている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、前記基板に形成された光導波路と、前記光導波路を伝搬する光波を制御する作用電極と、を含む光導波路素子であって、
前記作用電極は、
第１材料からなる第１下地層と、
前記第１下地層の上の第１導電層と、
前記第１導電層の上の第２下地層であって前記第１材料と異なる第２材料からなる第２下地層と、
前記第２下地層の上の第２導電層と、で構成され、
前記光導波路の延伸方向に垂直な断面において、前記第２下地層の端部は、前記第２導電層に覆われている、
光導波路素子。

【請求項2】

前記作用電極に接続された配線電極を備え、
前記配線電極は、前記作用電極から延在する前記第２導電層を含む、
請求項１に記載の光導波路素子。

【請求項3】

前記第２材料はチタン（Ｔｉ）で構成され、
前記第１導電層および前記第２導電層は、金（Ａｕ）で構成されている、
請求項１または２に記載の光導波路素子。

【請求項4】

前記第１材料は、ニオブ（Ｎｂ）で構成されている、
請求項３に記載の光導波路素子。

【請求項5】

前記第１下地層の厚さは３０ｎｍ以下であり、
前記第２下地層の厚さは１００ｎｍ以上である、
請求項４に記載の光導波路素子。

【請求項6】

前記光導波路は、前記基板上に延在する凸部により構成される凸状光導波路である、
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の光導波路素子。

【請求項7】

前記光導波路を前記基板の面内において前記作用電極と共に挟むグラウンド電極を有し、
前記作用電極とグラウンド電極との間隔は、１．０μｍ以上、５．０μｍ以下である、
請求項６に記載の光導波路素子。

【請求項8】

前記基板上の領域のうち、前記光導波路の入力端から出力端までの経路以外の領域に、前記第１材料とは異なる第３材料からなる第３下地層と、該第３下地層の上の第３導電層と、で構成される導体パターンが形成されている、
請求項１ないし７のいずれか一項に光導波路素子。

【請求項9】

前記第３材料は、前記光導波路を伝搬する光の波長における光吸収係数が、前記第１材料よりも大きい、
請求項８に記載の光導波路素子。

【請求項10】

請求項３に記載の光導波路素子の作製方法であって、
前記第２導電層を構成する金の一部をメッキにより形成する工程を含む、
光導波路素子の作製方法。

【請求項11】

光の変調を行う光変調素子である請求項１ないし９のいずれか一項に記載の光導波路素子と、
前記光導波路素子を収容する筐体と、
前記光導波路素子に光を入力する光ファイバと、
前記光導波路素子が出力する光を前記筐体の外部へ導く光ファイバと、
を備える光変調器。

【請求項12】

光の変調を行う光変調素子である請求項１ないし９のいずれか一項に記載の光導波路素子と、
前記光導波路素子を収容する筐体と、
前記光導波路素子に光を入力する光ファイバと、
前記光導波路素子が出力する光を前記筐体の外部へ導く光ファイバと、
前記光導波路素子を駆動する駆動回路と、
を備える光変調モジュール。

【請求項13】

請求項１１に記載の光変調器または請求項１２に記載の光変調モジュールと、
前記光導波路素子に変調動作を行わせるための電気信号を生成する電子回路と、
を備える光送信装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光導波路素子、光変調素子の作製方法、光変調器、光変調モジュール、及び光送信装置に関する。

【背景技術】

【0002】

商用の光ファイバ通信システムでは、基板上に形成された光導波路と、光導波路に電界を作用させて光波を制御する作用電極と、で構成される光導波路素子としての光変調素子を組み込んだ光変調器が多く用いられている。中でも、電気光学効果を有するＬｉＮｂＯ_３（以下、ＬＮともいう）を基板に用いた光変調素子は、光の損失が少なく且つ高速な光変調特性を実現し得ることから、高速・大容量の基幹光伝送ネットワークやメトロネットワークの光ファイバ通信システムに広く用いられている。

【0003】

そのような光変調素子の小型化、高速化、省電力化の一つの策として、基板中における信号電界と導波光との相互作用をより強めるべく（すなわち、電界効率を高めるべく）ＬＮ基板を薄膜化した光変調器や、ＬＮ基板の表面に帯状の凸部を形成することで構成されるリブ型光導波路またはリッジ型光導波路（以下、総称して凸状光導波路という）を用いた光変調器も実用化されつつある（例えば、特許文献１、２）。

【0004】

また、動作速度の高速化のため、従来、作用電極を伝搬する電気信号の速度と光導波路を伝搬する光波の速度とを整合させつつ、作用電極のインピーダンスを所定の範囲に設定するために、基板上において作用電極を２段で構成することが知られている（例えば、特許文献３参照）。また、現在では、さらなる高速化のため、電界効率を更に高めるべく、作用電極の１段目を凸状光導波路に対しより近接して設ける検討も進められている。

【0005】

しかしながら、このように２段電極を凸状光導波路に近接させていくと、電極を形成する過程において、基板上には複雑且つ微細な凹凸形状が存在することとなり得る。このため、例えばパターニング工程中において基板上に形成した金属膜をエッチングする場合には、当該基板上における凹凸構造の偏在等に起因して金属膜のエッチングレートが基板面内において異なるものとなり得る。その結果、図１２に示すように、例えば、凸状光導波路７００ａ、７００ｂの近傍の微細な凹凸部分に形成された不要な下地層７０２（図示黒塗の層）をエッチングする際に（図１２の（ａ））、作用電極７０４ａ、７０４ｂ、７０４ｃの２段目の下地層７０２が、例えばその上部の導電層７０６との間にまで広範囲に過剰にエッチング（いわゆるオーバーエッチング）され、導電層７０６のオーバハングを生じてしまうという状況が発生し得る（図１２の（ｂ））。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００７－２６４５４８号公報

【特許文献2】国際公開第２０１８／１０３１９１６号明細書

【特許文献3】特開平９－１８５０２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記背景より、光導波路素子において、電極下地層のオーバエッチングを防止してその上部の導電層のオーバハングの発生を防止することのできる電極構造の実現が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一の態様は、基板と、前記基板に形成された光導波路と、前記光導波路を伝搬する光波を制御する作用電極と、を含む光導波路素子であって、前記作用電極は、第１材料からなる第１下地層と、前記第１下地層の上の第１導電層と、前記第１導電層の上の第２下地層であって前記第１材料と異なる第２材料からなる第２下地層と、前記第２下地層の上の第２導電層と、で構成され、前記光導波路の延伸方向に垂直な断面において、前記第２下地層の端部は、前記第２導電層に覆われている。
本発明の他の態様によると、前記作用電極に接続された配線電極を備え、前記配線電極は、前記作用電極から延在する前記第２導電層を含む。
本発明の他の態様によると、前記第２材料はチタン（Ｔｉ）で構成され、前記第１導電層および前記第２導電層は、金（Ａｕ）で構成されている。
本発明の他の態様によると、前記第１材料は、ニオブ（Ｎｂ）で構成されている。
本発明の他の態様によると、前記第１下地層の厚さは３０ｎｍ以下であり、前記第２下地層の厚さは１００ｎｍ以上である。
本発明の他の態様によると、前記光導波路は、前記基板上に延在する凸部により構成される凸状光導波路である。
本発明の他の態様によると、前記光導波路を前記基板の面内において挟む２つの前記作用電極を有し、２つの前記作用電極の間隔は、０．１μｍ以上、５．０μｍ以下である。
本発明の他の態様によると、前記基板上の領域のうち、前記光導波路の入力端から出力端までの経路以外の領域に、前記第１材料とは異なる第３材料からなる第３下地層と、該第３下地層の上の第３導電層と、で構成される導体パターンが形成されている。
本発明の他の態様によると、前記第３材料は、前記光導波路を伝搬する光の波長における光吸収係数が、前記第１材料よりも大きい。
本発明の他の態様は、前記第２導電層を構成する金の一部をメッキにより形成する工程を含む、光導波路素子の作製方法である。
本発明の他の態様は、光の変調を行う光変調素子である上記いずれかの光導波路素子と、前記光導波路素子を収容する筐体と、前記光導波路素子に光を入力する光ファイバと、前記光導波路素子が出力する光を前記筐体の外部へ導く光ファイバと、を備える光変調器である。
本発明の他の態様は、光の変調を行う光変調素子である上記いずれかの光導波路素子と、前記光導波路素子を収容する筐体と、前記光導波路素子に光を入力する光ファイバと、前記光導波路素子が出力する光を前記筐体の外部へ導く光ファイバと、前記光導波路素子を駆動する駆動回路と、を備える光変調モジュールである。
本発明の更に他の態様は、前記光変調器または前記光変調モジュールと、前記光導波路素子に変調動作を行わせるための電気信号を生成する電子回路と、を備える光送信装置である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、光導波路素子において、作用電極の下地層のオーバエッチングを防止してその上部の導電層のオーバハングの発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る光変調素子の構成を示す図である。

【図2】図１に示す光変調素子のＩＩ－ＩＩ断面図である。

【図3】図１に示す光変調素子のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。

【図4】図２に示すＡ部の部分詳細図である。

【図5】図２に示すＢ部における電極形成工程について説明するための図である。

【図6】種々の金属を第１下地層とした場合の、第１下地層の厚さに対する光吸収損失増加量のシミュレーション結果である。

【図7】第１の実施形態の変形例に係る光変調素子の構成を示す図である。

【図8】図７に示す光変調素子のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ断面図である。

【図9】本発明の第２の実施形態に係る光変調器の構成を示す図である。

【図10】本発明の第３の実施形態に係る光変調モジュールの構成を示す図である。

【図11】本発明の第４の実施形態に係る光送信装置の構成を示す図である。

【図12】従来の光導波路素子における電極形成について説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
［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導波路素子である光変調素子１００の構成を示す図である。光変調素子１００は、例えば、光通信用として一般に用いられている１．３μｍ帯及び又は１．５５μｍ帯を含む近赤外波長域の波長を動作光波長とする。

【0012】

光変調素子１００は、基板１０２に形成された光導波路１０４で構成される。基板１０２は、例えば、２０μｍ以下（例えば２μｍ）の厚さに加工され薄板化された、電気光学効果を有するＸカットのＬＮ基板である。光導波路１０４は、薄板化された基板１０２の表面に形成された帯状に延在する凸部で構成される凸状光導波路（例えば、リブ型光導波路又はリッジ型光導波路）である。

【0013】

基板１０２は、例えば矩形であり、図示上下方向に延在して対向する図示左右の２つの辺１４０ａ、１４０ｂ、および図示左右方向に延在して対向する図示上下の辺１４０ｃ、１４０ｄを有する。

【0014】

光変調素子１００は、２つのネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ａ、１０８ｂによりＤＰ－ＱＰＳＫ光変調器を構成する。ネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ａは２つのマッハツェンダ型光導波路１１０ａおよび１１０ｂを含む。また、ネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ｂは、２つのマッハツェンダ型光導波路１１０ｃおよび１１０ｄを含む。

【0015】

マッハツェンダ型光導波路１１０ａおよび１１０ｂは、それぞれ、２本の並行導波路１１２ａ、１１２ｂおよび１１２ｃ、１１２ｄを有する。また、マッハツェンダ型光導波路１１０ｃおよび１１０ｄは、それぞれ、２本の並行導波路１１２ｅ、１１２ｆおよび１１２ｇ、１１２ｈを有する。

【0016】

基板１０２の図示左側の辺１４０ａの図示下側において光導波路１０４の入力導波路１０６に入射した入力光（図示右方を向く矢印）は、光の伝搬方向が１８０度折り返された後、２つの光に分岐され、２つのネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ａ、１０８ｂにより、それぞれＱＰＳＫ変調される。ＱＰＳＫ変調された２つの光は、それぞれ出力導波路１２６ａ、１２６ｂを介して基板１０２の図示左側の辺１４０ａの図示上側から出力される（図示左方を向く２つの矢印）。

【0017】

これら２つの出力光は、基板１０２から出射したのち、例えば、偏波合成器により偏波合成されて一つの光ビームにまとめられ、ＤＰ－ＱＰＳＫ変調された光信号として伝送用光ファイバへ送出される。

【0018】

ネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ａにおけるＱＰＳＫ変調のため、マッハツェンダ型光導波路１１０ａの２本の並行導波路１１２ａと１１２ｂとの間、およびマッハツェンダ型光導波路１１０ｂの２本の並行導波路１１２ｃと１１２ｄとの間には、それぞれ、変調のための高周波電気信号が入力される信号電極１１４－１ａおよび１１４－１ｂが配されている。

【0019】

また、ネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ｂにおけるＱＰＳＫ変調のため、マッハツェンダ型光導波路１１０ｃの２本の並行導波路１１２ｅと１１２ｆとの間、およびマッハツェンダ型光導波路１１０ｄの２本の並行導波路１１２ｇと１１２ｈとの間には、それぞれ、変調のための高周波電気信号が入力される信号電極１１４－１ｃおよび１１４－１ｄが配されている。

【0020】

信号電極１１４－１ａは、並行導波路１１２ａおよび１１２ｂのそれぞれを挟んで対向するグラウンド電極１１４－２ａ、１１４－２ｂと共にコプレーナ型伝送線路を構成し、信号電極１１４－１ｂは、並行導波路１１２ｃおよび１１２ｄのそれぞれを挟んで対向するグラウンド電極１１４－２ｂ、１１４－２ｃと共にコプレーナ型伝送線路を構成する。

【0021】

信号電極１１４－１ｃは、並行導波路１１２ｅおよび１１２ｆのそれぞれを挟んで対向するグラウンド電極１１４－２ｃ、１１４－２ｄと共にコプレーナ型伝送線路を構成し、信号電極１１４－１ｄは、並行導波路１１２ｅおよび１１２ｆのそれぞれを挟んで対向するグラウンド電極１１４－２ｄ、１１４－２ｅと共にコプレーナ型伝送線路を構成する。

【0022】

以下、ネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ａ、１０８ｂを総称してネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ともいうものとする。また、マッハツェンダ型光導波路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅ、１１０ｆ、１１０ｇ、１１０ｈを総称してマッハツェンダ型光導波路１１０ともいうものとする。また、並行導波路１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、１１２ｅ、１１２ｆ、１１２ｇ、１１２ｈを総称して並行導波路１１２ともいうものとする。また、信号電極１１４－１ａ、１１４－１ｂ、１１４－１ｃ、１１４－１ｄを総称して信号電極１１４－１ともいうものとする。また、グラウンド電極１１４－２ａ、１１４－２ｂ、１１４－２ｃ、１１４－２ｄ、１１４－２ｅを総称してグラウンド電極１１４－２ともいうものとする。

【0023】

また、信号電極１１４－１およびグラウンド電極１１４－２を総称して作用電極１１４というものとする。作用電極１１４である信号電極１１４－１およびグラウンド電極１１４－２は、光導波路１０４を伝搬する光波を制御する。また、信号電極１１４－１とグラウンド電極１１４－２とは、光導波路１０４の並行導波路１１２を基板１０２の面内において挟む２つの作用電極１１４である。

【0024】

信号電極１１４－１ａ、１１４－１ｂ、１１４－１ｃ、１１４－１ｄの図示右端部は、信号配線電極１１８－１ａ、１１８－１ｂ、１１８－１ｃ、１１８－１ｄにそれぞれ接続されている。また、信号電極１１４－１ａ、１１４－１ｂ、１１４－１ｃ、１１４－１ｄの図示左端部は、信号配線電極１１８－１ｅ、１１８－１ｆ、１１８－１ｇ、１１８－１ｈにそれぞれ接続されている。

【0025】

グラウンド電極１１４－２ａ、１１４－２ｂ、１１４－２ｃ、１１４－２ｄ、１１４－２ｅの図示右端は、それぞれグラウンド配線電極１１８－２ａ、１１８－２ｂ、１１８－２ｃ、１１８－２ｄ、１１８－２ｅに接続されている。これにより、信号配線電極１１８－１ａ、１１８－１ｂ、１１８－１ｃ、１１８－１ｄは、これらの信号配線電極に隣接するグラウンド配線電極１１８－２ａ、１１８－２ｂ、１１８－２ｃ、１１８－２ｄ、１１８－２ｅと共に、コプレーナ型伝送線路を構成する。

【0026】

同様に、グラウンド電極１１４－２ａ、１１４－２ｂ、１１４－２ｃ、１１４－２ｄ、１１４－２ｅの図示左端は、それぞれグラウンド配線電極１１８－２ｆ、１１８－２ｇ、１１８－２ｈ、１１８－２ｉ、１１８－２ｊに接続されている。これにより、信号配線電極１１８－１ｅ、１１８－１ｆ、１１８－１ｇ、１１８－１ｈは、これらの信号配線電極に隣接するグラウンド配線電極１１８－２ｆ、１１８－２ｇ、１１８－２ｈ、１１８－２ｉ、１１８－２ｊと共に、コプレーナ型伝送線路を構成する。

【0027】

基板１０２の図示下側の辺１４０ｄまで延在する信号配線電極１１８－１ｅ、１１８－１ｆ、１１８－１ｇ、１１８－１ｈは、基板１０２の外部において所定のインピーダンスを持つ終端抵抗により終端される。

【0028】

これにより、基板１０２の図示上側の辺１４０ｃまで延在する信号配線電極１１８－１ａ、１１８－１ｂ、１１８－１ｃ、１１８－１ｄから入力される高周波電気信号は、進行波となって信号電極１１４－１ａ、１１４－１ｂ、１１４－１ｃ、１１４－１ｄを伝搬し、それぞれ、マッハツェンダ型光導波路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄを伝搬する光波を変調する。

【0029】

以下、信号配線電極１１８－１ａ、１１８－１ｂ、１１８－１ｃ、１１８－１ｄ、１１８－１ｅ、１１８－１ｆ、１１８－１ｇ、１１８－１ｈを総称して信号配線電極１１８－１ともいうものとする。また、グラウンド配線電極１１８－２ａ、１１８－２ｂ、１１８－２ｃ、１１８－２ｄ、１１８－２ｅ、１１８－２ｆ、１１８－２ｇ、１１８－２ｈ、１１８－２ｉ、１１８－２ｊを総称してグラウンド配線電極１１８－２ともいうものとする。また、信号配線電極１１８－１およびグラウンド配線電極１１８－２を総称して、配線電極１１８ともいうものとする。すなわち、信号配線電極１１８－１およびグラウンド配線電極１１８－２は、作用電極１１４に接続された配線電極１１８である。

【0030】

基板１０２には、また、マッハツェンダ型光導波路１１０ａ、１１０ｂのバイアス点を調整するためのバイアス電極１３２ａと、マッハツェンダ型光導波路１１０ｃ、１１０ｄのバイアス点を調整するためのバイアス電極１３２ｂと、ネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ａ、１０８ｂのバイアス点を調整するためのバイアス電極１３２ｃが設けられている。

【0031】

図２は、図１に示す光変調素子１００のＩＩ－ＩＩ断面矢視図である。また、図３は、図１に示す光変調素子１００のＩＩＩ－ＩＩＩ断面矢視図である。基板１０２は、その裏面（図示下側の面）が支持板１４２により支持され補強されている。支持板１４２は、例えばガラスである。基板１０２の図示上面には、並行導波路１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、および１１２ｄが、それぞれ、基板１０２上に形成された凸部１４４ａ、１４４ｂ、１４４ｃ、および１４４ｄにより凸状光導波路として構成されている。なお、図示４つの点線楕円は、それぞれ、凸状光導波路である並行導波路１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、および１１２ｄを伝搬する光を模式的に示している。以下、凸部１４４ａ、１４４ｂ、１４４ｃ、１４４ｄを含め、光導波路１０４を構成する基板１０２上の凸部を総称して凸部１４４ともいうものとする。

【0032】

図２を参照し、基板１０２上には、作用電極１１４である信号電極１１４－１ｂおよびグラウンド電極１１４－２ｂ、１１４－２ｃが、並行導波路１１２ｃおよび１１２ｄを基板１０２の面内において挟む位置に配されている。信号電極１１４－１ｂおよびグラウンド電極１１４－２ｂ、１１４－２ｃは、それぞれ、第１段目電極１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃと、第２段目電極１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃと、で構成される２段電極である。

【0033】

図４は、図２におけるＡ部の部分詳細図である。信号電極１１４－１ｂは、第１下地層１５４ａと、第１下地層１５４ａの上の第１導電層１５６ａと、第１導電層１５６ａの上の第２下地層１５８ａと、第２下地層１５８ａの上の第２導電層１６０ａと、で構成されている。第１下地層１５４ａと第１導電層１５６ａとは第１段目電極１５０ａを構成し、第２下地層１５８ａと第２導電層１６０ａとは第２段目電極１５２ａを構成する。

【0034】

第１下地層１５４ａは第１材料から成り、第２下地層１５８ａは、第１材料とは異なる第２材料から成る。本実施形態では、第１材料はニオブ（Ｎｂ）であり、第２材料はチタン（Ｔｉ）である。また、第１導電層１５６および第２導電層１６０は、ともに金（Ａｕ）である。

【0035】

そして、並行導波路１１２の延伸方向に垂直な断面において、第２下地層１５８ａの並行導波路１１２ｃ側の端部１６２ａは、第２導電層１６０ａに覆われている。同様に、並行導波路１１２の延伸方向に垂直な断面において、第２下地層１５８ａの並行導波路１１２ｄ側の端部１６２ｂは、第２導電層１６０ａに覆われている。

【0036】

また、グラウンド電極１１４－２ｂは、第１下地層１５４ｂと、第１下地層１５４ｂの上の第１導電層１５６ｂと、第１導電層１５６ｂの上の第２下地層１５８ｂと、第２下地層１５８ｂの上の第２導電層１６０ｂと、で構成されている。第１下地層１５４ｂと第１導電層１５６ｂとは第１段目電極１５０ｂを構成し、第２下地層１５８ｂと第２導電層１６０ｂとは第２段目電極１５２ｂを構成する。第１下地層１５４ｂは第１材料から成り、第２下地層１５８ｂは、第１材料とは異なる第２材料から成る。そして、並行導波路１１２の延伸方向に垂直な断面において、第２下地層１５８ｂの並行導波路１１２ｃ側の端部１６２ｃは、第２導電層１６０ｂに覆われている。

【0037】

同様に、グラウンド電極１１４－２ｃは、第１下地層１５４ｃと、第１下地層１５４ｃの上の第１導電層１５６ｃと、第１導電層１５６ｃの上の第２下地層１５８ｃと、第２下地層１５８ｃの上の第２導電層１６０ｃと、で構成されている。第１下地層１５４ｃと第１導電層１５６ｃとは第１段目電極１５０ｃを構成し、第２下地層１５８ｃと第２導電層１６０ｃとは第２段目電極１５２ｃを構成する。第１下地層１５４ｃは第１材料から成り、第２下地層１５８ｃは、第１材料とは異なる第２材料から成る。そして、並行導波路１１２の延伸方向に垂直な断面において、第２下地層１５８ｃの並行導波路１１２ｄ側の端部１６２ｄは、第２導電層１６０ｃに覆われている。

【0038】

信号電極１１４－１ｂ以外の他の信号電極１１４－１ａ、１１４－１ｃ、１１４－１ｄ、およびグラウンド電極１１４－２ｂ、１１４－２ｃ以外の他のグラウンド電極１１４－２ａ、１１４－２ｄ、１１４－２ｅも、上記の信号電極１１４－１ａおよびグラウンド電極１１４－２ａ、１１４－２ｂと同様に構成される。以下、信号電極１１４－１およびグラウンド電極１１４－２の第１下地層、第１導電層、第２下地層、および第２導電層のそれぞれを総称して、第１下地層１５４、第１導電層１５６、第２下地層１５８、および第２導電層１６０ともいうものとする。

【0039】

また、図４に示す第１段目電極１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃを含め、作用電極１１４の第１下地層１５４と第１導電層１５６とが構成する第１段目電極を総称して第１段目電極１５０というものとする。また、第２段目電極１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃを含め、作用電極１１４の第２下地層１５８と第２導電層１６０とが構成する第２段目電極を総称して第２段目電極１５２というものとする。また、端部１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄを含め、第２下地層１５８の、隣接する並行導波路１１２の側の端部を総称して端部１６２ともいうものとする。

【0040】

すなわち、光変調素子１００では、作用電極１１４である信号電極１１４－１およびグラウンド電極１１４－２は、それぞれ、第１材料からなる第１下地層１５４と、第１下地層１５４の上の第１導電層１５６と、第１導電層１５６ｃの上の第２下地層１５８であって第１材料とは異なる第２材料からなる第２下地層１５８と、第２下地層１５８の上の第２導電層１６０と、で構成されている。そして、並行導波路１１２の延伸方向に垂直な断面において、作用電極１１４の第２下地層１５８の並行導波路１１２側の端部１６２は、第２導電層１６０に覆われている。

【0041】

図２を参照し、基板１０２上には、グラウンド電極１１４－２ｂに接続されたグラウンド配線電極１１８－２ｂが設けられている。グラウンド配線電極１１８－２ｂは、グラウンド電極１１４－２ｂの第２段目電極１５２ｂが基板１０２上を図示左方に延在して構成される。すなわち、グラウンド配線電極１１８－２ｂは、グラウンド電極１１４－２ｂから延在する第２導電層１６０ｂを含む。本実施形態では、グラウンド配線電極１１８－２ｂと並行導波路１１２ａ、１１２ｂとの間には、樹脂層１４６が設けられている。

【0042】

図３を参照し、基板１０２上には、信号電極１１４－１ｂに接続された信号配線電極１１８－１ｂが設けられている。信号配線電極１１８－１ｂは、図２のグラウンド配線電極１１８－２ｂと同様に、信号電極１１４－１ｂの第２段目電極１５２ａが基板１０２上を図示左方に延在して構成される。すなわち、信号配線電極１１８－１ｂは、信号電極１１４－１ｂから延在する第２導電層１６０を含む。本実施形態では、信号配線電極１１８－１ｂと並行導波路１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃとの間には、樹脂層１４６が設けられている。

【0043】

グラウンド配線電極１１８－２ｂ以外の他のグラウンド配線電極１１８－２も、図２のグラウンド配線電極１１８－２ｂと同様に構成される。また、信号配線電極１１８－１ｂ以外の他の信号配線電極１１８－１も、信号配線電極１１８－１ｂと同様に構成される。

【0044】

すなわち、光変調素子１００は、作用電極１１４に接続された配線電極１１８を備え、配線電極１１８は、作用電極１１４から延在する第２導電層１６０を含む。そして、配線電極１１８と、当該配線電極１１８の下にある光導波路１０４との間には、樹脂層１４６が形成されている。

【0045】

上記の構成を有する光変調素子１００は、作用電極１１４である信号電極１１４－１およびグラウンド電極１１４－２の第１下地層１５４を構成する第１材料が、第２下地層１５８を構成する第２材料とは異なる材料、例えばニオブで構成される。ニオブは、電極の下地層材料として従来より一般に用いられているチタンに比べて、光変調素子１００の動作光波長（例えば、光通信用波長である１．３μｍ帯及び又は１．５５μｍ帯）における光吸収係数が小さい。このため、これら作用電極１１４の第１段目電極１５０を、並行導波路１１２に対し、従来に比べてより近接して配置することができる。例えば、本実施形態では、並行導波路１１２を挟む２つの作用電極１１４である信号電極１１４－１とグラウンド電極１１４－２との間隔Ｗ（図４参照）は、１．０μｍ以上、５．０μｍ以下である。

【0046】

その一方、光変調素子１００では、第２下地層１５８の第２材料は、第１材料とは異なる材料、例えば従来と同様のチタンを用い得るので、第２段目電極１５２を第１段目電極１５０に堅牢に固定することができる。その結果、光変調素子１００では、従来に比べて駆動電圧が小さく且つ高速な光変調動作を高信頼度で実現することができる。

【0047】

また、特に、光変調素子１００では、図４に示すように、並行導波路１１２の延伸方向に垂直な断面において、作用電極１１４である信号電極１１４－１およびグラウンド電極１１４－２の、第２下地層１５８の並行導波路１１２側の端部１６２が、第２下地層１５８の上の第２導電層１６０に覆われている。これにより、光変調素子１００では、作用電極１１４の第２導電層１６０の形成後に基板１０２に残存する第２材料（第２下地層１５８の材料）の膜をエッチングする際に、第２導電層１６０下部の第２下地層１５８がオーバエッチングされるのを防止することができる。その結果、光変調素子１００では、第２下地層１５８のオーバエッチングにより第２導電層１６０において図１２に示すようなオーバハングが発生してしまうのを防止することができる。

【0048】

図５は、図２のＡ部における、光変調素子１００の電極形成工程の一例を示す図である。図５の（ａ）は、基板１０２上に第１材料から成る第１層１７０と、Ａｕで構成される第２層１７２と、を形成して第１回目のパターンニングを行ったのち、第２材料から成る第３層１７６およびＡｕ薄膜である第４層１７８を形成した状態を示している。ここで、第４層１７８のＡｕ薄膜は、例えば電子ビーム蒸着で形成される。

【0049】

なお、図５の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各図において、右側に示す第１層１７０，第２層１７２、第３層１７６、第４層１７８、および後述するレジスト１８０および第５層１８２のそれぞれと同種のハッチングで示された他のそれぞれの層も、第１層１７０，第２層１７２、第３層１７６、第４層１７８、レジスト１８０、および第５層１８２であるものと理解されたい。

【0050】

図５の（ａ）において、第１層１７０および第２層１７２は、上記第１回目のパターンニングにより、並行導波路１１２ｃおよび１１２ｄの上部から除去されている。このため、並行導波路１１２ｃおよび１１２ｄの上部およびその周辺には、第３層１７６と第４層１７８が形成された状態となっている。図５の（ａ）では、さらに、第３層１７６及び第４層１７８をエッチングするためのレジスト１８０が、第４層１７８の上に形成されている。

【0051】

図５の（ｂ）は、図５の（ａ）に示す状態において第２層１７２の上に形成された第３層１７６及び第４層１７８をエッチングしたのち、第４層１７８の上にメッキによりＡｕ厚膜の第５層１８２を形成してパターンニングした状態を示している。共にＡｕで構成される第４層１７８と第５層１８２とで、信号電極１１４－１ｂの第２導電層１６０が構成される。グラウンド電極１１４－２ｃおよび１１４－２ｄも同様である。すなわち、光変調素子１００の作製方法（作製工程）には、第２導電層を構成する金の一部をメッキにより形成する工程が含まれる。

【0052】

なお、図５の（ｂ）において、並行導波路１１２ｃおよび１１２ｄの上部およびその周辺にある第３層１７６及び第４層１７８は、第５層１８２のＡｕ厚膜をメッキにより形成する際に基板１０２の上面における電位ムラを低減してＡｕ厚膜の均質性を確保するために残されていたものである。

【0053】

図５（ｃ）は、並行導波路１１２ｃおよび１１２ｄの上部およびその周辺にある第３層１７６及び第４層１７８をエッチングにより除去した状態を示している。図示のように、信号電極１１４－１ｂの第２下地層１５８の、並行導波路１１２ｃ、１１２ｄの側のそれぞれの端部１６２ａ、１６２ｂは、第２下地層１５８の上の第２導電層１６０に覆われているので、第２下地層１５８のオーバエッチングは発生しない。したがって、オーバハングのない良好な側面を有する第２段目電極１５２ａが形成され得る。グラウンド電極１１４－２ｃおよび１１４－２ｄも同様である。

【0054】

ところで、本実施形態では、信号電極１１４－１の第１段目電極１５０を構成する第１下地層１５４は、ニオブ（Ｎｂ）で構成されるものとした。ニオブは、第１下地層１５４の材料として従来一般に用いられているチタン（Ｔｉ）に比べて、光変調素子１００の動作光波長が含まれる近赤外波長域における光吸収係数が小さい。このため、光変調素子１００では、作用電極１１４を、並行導波路１１２に対し、従来に比べてより近接して設けることができる。したがって、光変調素子１００では、電界効率を高めて高速かつ低電圧の動作を実現することができる。

【0055】

なお、第１下地層１５４を構成する材料は、上記のように、従来用いられているチタンに比べて動作光波長における光吸収係数の小さい材料であればよく、ニオブ（Ｎｂ）には限られない。図６は、種々の金属により第１下地層１５４を構成した場合の、第１下地層１５４の厚さに対する並行導波路１１２ｃにおける光吸収損失増加量の、シミュレーション結果である。図６には、第１段目電極１５０に第１下地層１５４を用いない場合（Ａｕ単膜（第１導電層１５６のみ）の場合）に加えて、第１下地層１５４の材料としてＴｉ、Ａｌ（アルミニウム）、及びＮｂを用いた場合の計算結果が示されている。

【0056】

図６において、横軸は、第１下地層１５４の厚さｔ、縦軸は、その第１下地層１５４に隣接する並行導波路１１２の単位長さ（１ｃｍ）当たりの光吸収損失量である。シミュレーションでは、第１導電層１５６としてＡｕを仮定し、動作光波長として１．５５μｍを仮定した。また、光吸収損失の算出に際し、Ｔｉ、Ａｌ、及びＮｂの光吸収スペクトルから得られる各金属の動作波長１．５５μｍでの光吸収量を用いた。

【0057】

ライン２００で示すＡｕ単膜の（下地層が存在しない）場合の光吸収損失α_０は、上記構成におけるバックグラウンドとしての光吸収損失であり、この基準ラインからの光吸収損失の増加分として、第１下地層１５４における光吸収損失を評価し得る。

【0058】

ライン２０２、２０４、及び２０６は、それぞれ、第１下地層１５４を構成する金属をＴｉ、Ａｌ、及びＮｂで構成した場合の光吸収損失を示している。これらの金属においては、ライン２０２で示すＴｉが最も光吸収損失が大きく、その膜厚と共に光吸収損失が大きく増加していく。

【0059】

一方、動作波長を光吸収域に含まないＡｌ及びＮｂを第１下地層１５４とした場合を示すライン２０４、２０６は、Ｔｉの場合（ライン２０２）に比べて光吸収損失が大幅に軽減されることが判る。図６に示す評価結果の範囲では、第１下地層１５４がＡｌの場合（ライン２０４）において最も光吸収損失が小さく、且つ下地層の厚さに対して光吸収損失はほぼ一定である。しかしながら、Ａｌは、一般的には基板への固着強度は低いことが知られている。

【0060】

図６のライン２０６及び２００より、Ｎｂで構成される第１下地層１５４の厚さは、３０ｎｍ以下であることが望ましい。Ｎｂの下地層の厚さがこの範囲であれば、光吸収損失を、Ａｕ単膜での値α_０に対し２倍の２α_０以下、または従来のＴｉを用いた第１下地層１５４の場合の値、約６α_０に対し、１／３以下の値に抑制することができる。

【0061】

［第２実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、上述した第１の実施形態に係る光変調素子１００を用いた光変調器である。図９は、第２の実施形態に係る光変調器４００の構成を示す図である。光変調器４００は、筐体４０２と、当該筐体４０２内に収容された光変調素子１００と、中継基板４０６と、を有する。筐体４０２は、最終的にはその開口部に板体であるカバー（不図示）が固定されて、その内部が気密封止される。

【0062】

光変調器４００は、また、光変調素子１００の変調に用いる高周波電気信号を入力するための信号ピン４０８と、光変調素子１００の動作点の調整に用いる電気信号を入力するための信号ピン４１０と、を有する。

【0063】

さらに、光変調器４００は、筐体４０２内に光を入力するための入力光ファイバ４１４と、光変調素子１００により変調された光を筐体４０２の外部へ導く出力光ファイバ４２０と、を筐体４０２の同一面（本実施形態では、図示左側の面）に有する。

【0064】

ここで、入力光ファイバ４１４及び出力光ファイバ４２０は、固定部材であるサポート４２２及び４２４を介して筐体４０２にそれぞれ固定されている。入力光ファイバ４１４から入力された光は、サポート４２２内に配されたレンズ４３０によりコリメートされた後、レンズ４３４を介して光変調素子１００へ入力される。ただし、これは一例であって、光変調素子１００への光の入力は、従来技術に従い、例えば、入力光ファイバ４１４を、サポート４２２を介して筐体４０２内に導入し、当該導入した入力光ファイバ４１４の端面を光変調素子１００の基板１０２の端面に接続することで行うものとすることもできる。

【0065】

光変調素子１００から出力される光は、光学ユニット４１６と、サポート４２４に配されたレンズ４１８と、を介して出力光ファイバ４２０に結合される。光学ユニット４１６は、光変調素子１００から出力される２つの変調光を一つのビームに結合する偏波合成器を含み得る。

【0066】

中継基板４０６は、当該中継基板４０６に形成された導体パターン（不図示）により、信号ピン４０８から入力される高周波電気信号および信号ピン４１０から入力される動作点（バイアス点）調整用等の電気信号を、光変調素子１００へ中継する。中継基板４０６上の上記導体パターンは、例えばワイヤボンディング等により、光変調素子１００の配線電極１１８の一端を構成するパッドにそれぞれ接続される。また、光変調器４００は、所定のインピーダンスを有する終端器４１２を筐体４０２内に備える。

【0067】

上記の構成を有する光変調器４００は、上述した第１の実施形態に係る光変調素子１００を用いて構成されるので、従来に比べて駆動電圧が小さく且つ高速な光変調動作を高信頼度で実現することができる。

【0068】

［第３実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態は、上述したいずれかの実施形態または変形例に係る光変調素子を用いた光変調モジュール５００である。図１０は、本実施形態に係る光変調モジュール５００の構成を示す図である。図１０において、図９に示す第２の実施形態に係る光変調器４００と同一の構成要素については、図９に示す符号と同じ符号を用いて示すものとし、上述した図９についての説明を援用する。

【0069】

光変調モジュール５００は、図９に示す光変調器４００と同様の構成を有するが、中継基板４０６に代えて、回路基板５０６を備える点が、光変調器４００と異なる。回路基板５０６は、駆動回路５０８を備える。駆動回路５０８は、信号ピン４０８を介して外部から供給される例えば変調信号に基づいて、光変調素子１００を駆動する高周波電気信号を生成し、当該生成した高周波電気信号を光変調素子１００へ出力する。

【0070】

上記の構成を有する光変調モジュール５００は、上述した第１の実施形態に係る光変調素子１００を用いて構成されるので、従来に比べて駆動電圧が小さく且つ高速な光変調動作を高信頼度で実現することができる。

【0071】

［第４実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態は、第２の実施形態に係る光変調器４００を搭載した光送信装置６００である。図１１は、本実施形態に係る光送信装置６００の構成を示す図である。この光送信装置６００は、光変調器４００と、光変調器４００に光を入射する光源６０４と、変調器駆動部６０６と、変調信号生成部６０８と、を有する。なお、光変調器４００及び変調器駆動部６０６に代えて、上述した光変調モジュール５００を用いることもできる。

【0072】

変調信号生成部６０８は、光変調器４００に変調動作を行わせるための電気信号を生成する電子回路であり、外部から与えられる送信データに基づき、光変調器４００に当該変調データに従った光変調動作を行わせるための高周波信号である変調信号を生成して、変調器駆動部６０６へ出力する。

【0073】

変調器駆動部６０６は、変調信号生成部６０８から入力される変調信号を増幅して、光変調器４００が備える光変調素子１００の信号電極を駆動するための高周波電気信号を出力する。尚、上述したように、光変調器４００および変調器駆動部６０６に代えて、例えば変調器駆動部６０６に相当する回路を含む駆動回路５０８を筐体４０２の内部に備えた、光変調モジュール５００を用いることもできる。

【0074】

上記高周波電気信号は、光変調器４００の信号ピン４０８に入力されて、光変調素子１００を駆動する。これにより、光源６０４から出力された光は、光変調器４００により変調され、変調光となって光送信装置６００から出力される。

【0075】

上記の構成を有する光送信装置６００は、上述した第２の実施形態に係る光変調器４００および第３の実施形態に係る光変調モジュール５００と同様に、小型で且つ波長依存性の少ない変調動作が可能な光変調素子１００等を用いているので、従来に比べて駆動電圧が小さく且つ高速な光変調動作を高信頼度で実現して、良好な光伝送を行い得る。

【0076】

なお、本発明は上記実施形態の構成およびその代替構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。

【0077】

例えば、図１に示す光変調素子１００において、配線電極１１８、およびバイアス電極１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃの配線（以下、バイアス電極配線）の経路は、図１に記載の経路には限られない。基板１０２上における配線電極１１８およびバイアス電極配線の経路は、従来技術に従い、光導波路１０４に作用しない限り任意である。例えば、配線電極１１８は、光導波路１０４に作用しないように、信号電極１１４－１から直線状に延在していてもよい。また、バイアス電極配線は、例えば、入力導波路１０６および出力導波路１２６ａ、１２６ｂが形成されている辺１４０ａに対向する辺１４０ｂに達するように、任意の経路で形成されていてもよい。

【0078】

また、基板１０２上の領域のうち、光導波路１０４の光信号の入力端から出力端までの経路以外の領域に、第１材料とは異なる第３材料からなる第３下地層と、該第３下地層の上の第３導電層と、で構成される導体パターンが形成されていてもよい。ここで入力端とは光が入射される入力導波路１０６の端部であり、出力端とは入力端から入射された光が出力される出力導波路１２６ａ、１２６ｂの端部である。また、光導波路１０４の光信号の入力端から出力端までの経路以外の領域とは、光信号として用いられない不要な光が伝搬する領域をいう。例えば、Ｙ分岐導波路に付加されて不要な放射光を伝搬させる放射光用導波路や、迷光が伝搬する基板１０２上の領域等は、上記“入力端から出力端までの経路以外の領域”である。

【0079】

図７は、図１に示す光変調素子１００の変形例に係る、光信号の入力端から出力端までの経路以外の領域に第３下地層および第３導電層が形成された光変調素子１００－１の構成を示す図である。図７において、図１に示す構成要素と同じ構成要素については、図１における符号と同じ符号を用いて示すものとし、上述した図１についての説明を援用する。

【0080】

図７に示す光変調素子１００－１では、図１に示す光変調素子１００の構成要素に加えて、ネスト型マッハツェンダ型光導波路１０８ｂを構成するＹ分岐導波路である合波部１２８に、合波されることなく漏れ出る放射光を伝搬させるための放射光用導波路１３０ａおよび１３０ｂが設けられている。そして、放射光用導波路１３０ａが形成された基板１０２上の領域に、放射光用導波路１３０ａの少なくとも一部を覆うように、導体パターン１９４ａが形成されている。

【0081】

図８は、図７におけるＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ断面矢視図であり、放射光用導波路１３０ａが形成された部分の断面図である。放射光用導波路１３０ａを覆う導体パターン１９４ａは、上述した第１材料とは異なる第３材料からなる第３下地層１９０と、第３下地層１９０の上の第３導電層１９２と、で構成されている。

【0082】

ここで、上記第３材料は、光導波路１０４を伝搬する光の波長における光吸収係数が、第１材料よりも大きいものとすることができる。第３材料は、例えばニッケルである。これにより、放射光用導波路１３０ａを伝搬する不要光は、第３下地層１９０を構成するニッケルにより効率的に吸収される。この場合にも、第１材料は、上述したニオブを用いることができる。また、第３材料は、チタンであるものとすることができる。

【0083】

図７に示す光変調素子１００－１には、また、基板１０２のうち、光導波路１０４の光入力端（図示左側の辺１４０ａのうち入力導波路１０６の端部が形成された部分）に隣接する図示点線矩形で示す矩形領域１９６に重なるように、入力導波路１０６を避けて導体パターン１９４ｂおよび１９４ｃが形成されている。導体パターン１９４ｂ、１９４ｃは、図８に示す導体パターン１９４ａと同様に、第３下地層と、第３下地層の上の第３導電層と、で構成されている。これにより、上記光入力端から入射して入力導波路１０６に結合することなく基板１０２を伝搬する不要光を、導体パターン１９４ｂ、１９４ｃにより効果的に吸収することができる。

【0084】

なお、基板１０２上に形成する第３下地層の位置は、導体パターン１９４ａ、１９４ｂ、１９４ｃの位置に限定されず、不要光を吸収し得る任意の位置とすることができる。また、図７の例では、合波部１２８に設けられた一方の放射光用導波路１３０ａに第３下地層１９０を含む導体パターン１９４ａが形成されるものとしたが、放射光用導波路１３０ｂにも同様の導体パターンを形成してもよい。また、光導波路１０４が含む他の任意のＹ分岐部分にも放射光用導波路を設け、そのそれぞれに、第３下地層を含む同様の導体パターンを形成してもよい。なお、例えば、放射光用導波路１３０ａの端部に受光素子を配置して、放射光用導波路１３０ａから出力される光の光量をモニタする場合には、当該放射光用導波路１３０ａの端部は、光導波路１０４の光信号の出力端となるため、第３下地層を含む導体パターンは形成されない。

【0085】

これらの構成によれば、光波を制御する作用電極による光波の吸収を抑制するとともに、基板１０２を伝搬する不要光を効果的に除去することができる。

【0086】

また、第１の実施形態では、本発明に係る光導波路素子の一例として、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ_３）である基板１０２により構成される光変調素子１００を示したが、本発明に係る光導波路素子は、これには限られない。光導波路素子は、任意の材料（ＬＮのほか、ＩｎＰ、Ｓｉなど）の基板で構成される、任意の機能（光変調のほか、光スイッチ、光方向性結合器など）を有する素子であるものとすることができる。そのような素子は、例えば、いわゆるシリコン・フォトニクス導波路デバイスであり得る。

【0087】

また、上述した実施形態では、基板１０２は、一例としてＸカット（基板法線方向が結晶軸のＸ軸）のＬＮ基板（いわゆるＸ板）であるものしたが、ＺカットのＬＮ基板を基板１０２として用いることもできる。

【0088】

以上説明したように、上述した実施形態に係る光導波路素子である光変調素子１００は、基板１０２と、基板１０２に形成された光導波路１０４と、光導波路１０４を伝搬する光波を制御する作用電極１１４（すなわち、信号電極１１４－１およびグラウンド電極１１４－２）と、を含む。作用電極１１４は、第１材料（例えば、ニオブ）からなる第１下地層１５４と、第１下地層１５４の上の第１導電層１５６と、第１導電層１５６の上の第２下地層１５８であって第１材料と異なる第２材料（例えばチタン）からなる第２下地層１５８と、第２下地層１５８の上の第２導電層１６０と、で構成される。そして、並行導波路１１２の延伸方向に垂直な断面において、第２下地層１５８の光導波路１０４の側の端部、例えば光導波路１０４の一部である並行導波路１１２の側の端部１６２が、第２導電層１６０に覆われている。

【0089】

この構成によれば、第２導電層１６０の下部の第２下地層１５８のオーバエッチングを防止して、良好な側面状態を有する信号電極１１４－１を形成することができるので、動作安定性が高く長期信頼性の高い光導波路素子を実現することができる。

【0090】

また、光変調素子１００は、作用電極１１４に接続された配線電極１１８を備える。配線電極１１８は、作用電極１１４から延在する第２導電層１６０を含む。この構成によれば、作用電極１１４の第２段目電極１５２を形成する際に配線電極１１８を同時に作製することができる。

【0091】

また、第２下地層１５８を構成する第２材料はチタン（Ｔｉ）であり、第１導電層１５６および第２導電層１６０は金（Ａｕ）で構成されている。この構成によれば、下地層の材料および導電層の材料としてそれぞれ従来用いられていたチタンおよび金を用いて、第２下地層１５８，第１導電層１５６、および第２導電層１６０が形成されるので、従来と同様の工程により、これらの層を形成することができる。

【0092】

また、第１下地層１５４を構成する第１材料は、ニオブ（Ｎｂ）である。この構成によれば、下地層の材料として従来用いられていたチタンを用いて第１下地層を構成する場合に比べて、作用電極１１４の第１段目電極１５０を並行導波路１１２に近接して設けることができるので、電界効率を高めて高速、低電圧駆動の光導波路素子を実現することができる。

【0093】

また、光変調素子１００では、ニオブで構成される第１下地層１５４の厚さは３０ｎｍ以下であり、第２下地層１５８の厚さは１００ｎｍ以上である。この構成によれば、第１下地層１５４を構成するニオブにより並行導波路１１２に発生する光吸収損失の増加を抑制しつつ、十分な厚さの第２下地層１５８により第２段目電極１５２を第１段目電極１５０の上に堅牢に固定することができる。

【0094】

また、光変調素子１００を構成する光導波路１０４は、基板１０２上に延在する凸部１４４により構成される凸状光導波路である。この構成によれば、さらに電界効率を高めて、更に駆動電圧の低い、高速かつ低損失の光変調素子を実現することができる。

【0095】

また、光変調素子１００は、基板１０２の面内において光導波路１０４の並行導波路１１２を挟む２つの作用電極１１４（すなわち、信号電極１１４－１とグラウンド電極１１４－２）を有する。そして、これら２つの作用電極１１４の間隔は、１．０μｍ以上、５．０μｍ以下である。この構成によれば、基板１０２上に３μｍ前後の間隔で微細な凹凸が存在する場合でも、作用電極１１４の第２下地層１５８のオーバエッチングを防止して、良好な側面形状の作用電極１１４を形成することができる。

【0096】

また、光変調素子１００の作製工程には、第２導電層１６０の一部の金をメッキにより形成する工程が含まれる。この構成によれば、第２導電層１６０の形成後まで基板１０２上の微細な隙間に第２下地層１５８と同じ第２材料の層を維持しなければならない場合でも、その後の第２材料のエッチングに際して作用電極１１４の第２下地層１５８がオーバエッチングされるのを防止して、良好な側面形状の作用電極１１４を形成することができる。

【0097】

また、上述した第２の実施形態に係る光変調器４００は、光の変調を行う光変調素子１００と、光変調素子１００を収容する筐体４０２と、光変調素子１００に光を入力する入力光ファイバ４１４と、光変調素子１００が出力する光を筐体４０２の外部へ導く出力光ファイバ４２０と、を備える。

【0098】

また、上述した第３の実施形態に係る光変調モジュール５００は、光変調素子１００と、光変調素子１００を収容する筐体４０２と、光変調素子１００に光を入力する入力光ファイバ４１４と、光変調素子１００が出力する光を筐体４０２の外部へ導く出力光ファイバ４２０と、光変調素子を駆動する駆動回路５０８と、を備える。

【0099】

また、上述した第４の実施形態に係る光送信装置６００は、第２の実施形態に係る光変調器４００または第３の実施形態に係る光変調モジュール５００と、光変調素子１００に変調動作を行わせるための電気信号を生成する電子回路である変調信号生成部６０８と、を備える。

【0100】

これらの構成によれば、消費電力が小さく高速かつ低損失の光変調器４００、光変調モジュール５００、又は光送信装置６００を実現することができる。

【符号の説明】

【0101】

１００、１００－１…光変調素子、１０２…基板、１０４…光導波路、１０６…入力導波路、１０８ａ、１０８ｂ…ネスト型マッハツェンダ型光導波路、１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ…マッハツェンダ型光導波路、１１２、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、１１２ｅ、１１２ｆ、１１２ｇ、１１２ｈ…並行導波路、１１４、７０４ａ、７０４ｂ、７０４ｃ…作用電極、１１４－１、１１４－１ａ、１１４－１ｂ、１１４－１ｃ、１１４－１ｄ、７０４…信号電極、１１４－２、１１４－２ａ、１１４－２ｂ、１１４－２ｃ、１１４－２ｄ、１１４－２ｅ…グラウンド電極、１１８…配線電極、１１８－１、１１８－１ａ、１１８－１ｂ、１１８－１ｃ、１１８－１ｄ、１１８－１ｅ、１１８－１ｆ、１１８－１ｇ、１１８－１ｈ…信号配線電極、１１８－２、１１８－２ａ、１１８－２ｂ、１１８－２ｃ、１１８－２ｄ、１１８－２ｅ、１１８－２ｆ、１１８－２ｇ、１１８－２ｈ、１１８－２ｉ、１１８－２ｊ…グラウンド配線電極、１２６ａ、１２６ｂ…出力導波路、１２８…合波部、１３０ａ、１３０ｂ…放射光用導波路、１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ…バイアス電極、１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ…辺、１４２…支持板、１４４、１４４ａ、１４４ｂ、１４４ｃ、１４４ｄ…凸部、１４６…樹脂層、１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ…第１段目電極、１５２、１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃ…第２段目電極、１５４、１５４ａ、１５４ｂ、１５４ｃ…第１下地層、１５６、１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃ…第１導電層、１５８、１５８ａ、１５８ｂ、１５８ｃ…第２下地層、１６０、１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃ…第２導電層、１６２、１６２ａ、１６２ｂ…端部、１７０…第１層、１７２…第２層、１７６…第３層、１７８…第４層、１８０…レジスト、１８２…第５層、１９０…第３下地層、１９２…第３導電層、１９４ａ、１９４ｂ、１９４ｃ…導体パターン、１９６…矩形領域、２００、２０２、２０４、２０６…ライン、４０２…筐体、４０６…中継基板、４０８、４１０…信号ピン、４１２…終端器、４１４…入力光ファイバ、４１６…光学ユニット、４１８、４３０、４３４…レンズ、４２０…出力光ファイバ、４２２、４２４…サポート、５０６…回路基板、５０８…駆動回路、６００…光送信装置、６０４…光源、６０６…変調器駆動部、６０８…変調信号生成部、７００ａ、７００ｂ…凸状光導波路、７０２…下地層、７０６…導電層。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】