特許 7476342 電気光学デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-19

(45)【発行日】2024-04-30

(54)【発明の名称】電気光学デバイス

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/035 20060101AFI20240422BHJP

【ＦＩ】

G02F1/035

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022558392

(86)(22)【出願日】2021-03-31

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-05-29

(86)【国際出願番号】 JP2021013932

(87)【国際公開番号】W WO2021201131

(87)【国際公開日】2021-10-07

【審査請求日】2022-09-27

(31)【優先権主張番号】202010241143.7

(32)【優先日】2020-03-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100108213

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 豊隆

(74)【代理人】

【識別番号】100127177

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 貴子

(72)【発明者】

【氏名】長瀬 健司

(72)【発明者】

【氏名】田家 裕

(72)【発明者】

【氏名】宮田 晋吾

【審査官】奥村 政人

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／０３９２１５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０７４５９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１４２４１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０１４７１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００２／０１０６１４１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｆ １／００－ １／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１－ ７／００

Ｇ０２Ｂ ６／１２－ ６／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板上に、リッジ状に形成された電気光学材料膜からなる光導波路と、
前記光導波路を覆うように設けられたバッファ層と、
前記光導波路上に前記バッファ層を介して設けられた上部電極と、を有し、
前記バッファ層は、前記光導波路上の前記上部電極側に、前記光導波路側に向かって湾曲した曲面状の凹みを有することを特徴とする電気光学デバイス。

【請求項2】

基板と、
前記基板上にリッジ状に形成された、電気光学材料膜からなり、互いに隣り合う第１及び第２の光導波路と、
前記第１及び第２の光導波路を覆うと共に、前記第１及び第２の光導波路間を埋めるバッファ層と、
前記バッファ層の上方に前記第１及び第２の光導波路と対向して設けられた第１及び第２電極と、を備え、
前記バッファ層は、前記第１及び第２の光導波路上の前記第１及び第２の電極側に、前記第１及び第２の光導波路側に向かって湾曲した曲面状の凹みを有することを特徴とする電気光学デバイス。

【請求項3】

前記第１及び第２の光導波路と第１及び第２電極との間に設けられたバッファ層は、前記第１及び第２の光導波路上の前記第１及び第２の電極側に、前記第１及び第２の光導波路の上方全体にわたって形成された、前記第１及び第２の光導波路側に向かって湾曲した曲面状の凹みを有することを特徴とする請求項２に記載の電気光学デバイス。

【請求項4】

前記第１及び第２の光導波路と第１及び第２電極との間に設けられたバッファ層は、第１のバッファ層及び第２のバッファ層を含み、前記第１のバッファ層及び前記第２のバッファ層はいずれも、前記第１及び第２の光導波路の上方全体にわたって形成された、前記第１及び第２の光導波路側に向かって湾曲した曲面状の凹みを有することを特徴とする請求項３に記載の電気光学デバイス。

【請求項5】

前記バッファ層の凹み量は、１０００～１００００オングストロームであることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の電気光学デバイス。

【請求項6】

前記バッファ層の凹み量は、１０００～２０００オングストロームであることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の電気光学デバイス。

【請求項7】

前記第１及び第２の光導波路はマッハツェンダー光導波路であることを特徴とする請求項２～６のいずれか一項に記載の電気光学デバイス。

【請求項8】

前記基板は単結晶基板であり、
前記電気光学材料膜はニオブ酸リチウム膜であることを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の電気光学デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

[0001] 本発明は、光通信及び光計測分野において使用される電気光学デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

[0002] インターネット利用の普及に伴い、通信トラフィックは著しく増大しており、光ファイバ通信は極めて重要になりつつある。光ファイバ通信は、電気信号を光信号に変換し、光ファイバを通して光信号を伝送する技術であり、広い帯域幅、低い損失、及びノイズへの耐性を有する。

【0003】

[0003] 光ファイバ通信はこのような利点を有しているため、様々な製品に適用され、その代表的なものとしては、例えば、光スイッチングデバイス又は光変調器を挙げることができる。特に、電気信号を光信号に変換するための方法としては、半導体レーザを使用する直接変調方式、及び光変調器を使用する外部変調方式が知られている。直接変調は光変調器が不要であるため、低コストであるが、高速変調という点では限界があり、このため、高速で長距離の用途には外部変調方式が使用されている。

【0004】

[0004] 光変調器としては、単結晶ニオブ酸リチウム基板の表面付近にＴｉ（チタン）拡散により光導波路が形成されたマッハツェンダー型光変調器が実用化されている（例えば、特許文献１を参照）。変調速度が４０Ｇｂ／ｓ以上の高速の光変調器が市販で入手可能であるが、全長が約１０ｃｍもの長さであるという大きな欠点がある。マッハツェンダー型光変調器は、マッハツェンダー干渉計の構造を有する光導波路（マッハツェンダー光導波路）を使用する光変調器である。マッハツェンダー干渉計は、１つの光源から出た光を２つのビームに分け、この２つのビームに異なる経路を通過させた後、２つのビームを再結合させて干渉を起こさせるデバイスであり、マッハツェンダー干渉計を用いるマッハツェンダー型光変調器は、様々な変調光を発生させるために使用される。

【0005】

[0005] 対照的に、特許文献２は、ニオブ酸リチウム膜を使用したマッハツェンダー型光変調器を開示している。ニオブ酸リチウム膜を使用した光変調器は、ニオブ酸リチウム単結晶基板を使用した光変調器と比較して、大幅な小型化及び低駆動電圧化を実現する。図５は、特許文献２に記載されている従来の光変調器３００の断面構造を示す。サファイア基板２１上に、ニオブ酸リチウム膜からなる１対の光導波路２２ａ及び２２ｂが形成されており、光導波路２２ａ及び２２ｂの上方にバッファ層２３を介して信号電極２４ａ及び接地電極２４ｂがそれぞれ配置されている。この光変調器３００は、１つの信号電極２４ａを有するいわゆるシングル駆動型であり、信号電極２４ａ及び接地電極２４ｂは対称構造を有しており、これにより、光導波路２２ａ及び２２ｂに印加される電界は大きさが同じであり、極性が逆になっている。しかしながら、光導波路２２ａ、２２ｂの断面形状は矩形であり、光の伝搬損失が大きい。

【0006】

[0006] 特許文献３は、マッハツェンダー型光変調器の場合に光導波路を曲げる必要がある部分を開示している。曲げ部分の損失を防ぐために、光の閉じ込めをさらに強化することが必要であり、リッジ状の光導波路を形成する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】日本特許第４４８５２１８号

【文献】特開２００６－１９５３８３号

【文献】特開２００７－３２８２５７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

[0007] 光変調器の小型化により光伝搬損失を低減するために、リッジ状のＬＮ膜の光導波路において光導波路から漏れる光の吸収及び反射を低減し、層上の電極から光導波路に電界を効果的に印加することが必要である。

【課題を解決するための手段】

【0009】

[0009] 本発明は、上述の問題を考慮して完成したものであり、本発明の目的は、基板と、基板上に、リッジ状に形成された電気光学材料膜からなる光導波路と、光導波路を覆うように設けられたバッファ層と、光導波路上にバッファ層を介して設けられた上部電極と、を有し、バッファ層は、光導波路上の上部電極側に凹みを有する電気光学デバイスを提供することである。

【0010】

[0010] 加えて、本発明の別の目的は、光伝搬損失の少ない電気光学デバイスであって、基板と、基板上にリッジ状に形成された電気光学材料膜からなり、互いに隣り合う第１及び第２の光導波路と、第１及び第２の光導波路を覆うように構成され、第１及び第２の光導波路間を埋めるバッファ層と、バッファ層の上方に第１及び第２の光導波路と対向して設けられた第１及び第２電極と、を備え、バッファ層は第１及び第２の光導波路上に凹みを有する、電気光学デバイスを提供することである。

【0011】

[0011] 加えて、本発明の別の目的は、基板と、基板上にリッジ状に形成された電気光学材料膜からなり、互いに隣り合う第１及び第２の光導波路と、第１及び第２の光導波路を覆い、第１及び第２の光導波路間を埋めるように構成されたバッファ層と、バッファ層の上方に第１及び第２の光導波路と対向して設けられた第１及び第２電極と、を備え、基板表面から光導波路上のバッファ層最上部までの距離は、基板表面から光導波路が形成されない部分上のバッファ層最上部までの距離よりも短い電気光学デバイスを提供することである。

【0012】

[0012] 加えて、本発明の電気光学デバイスでは、第１及び第２の光導波路と第１及び第２電極との間に設けられたバッファ層は、第１及び第２の光導波路で下に突の形状を有することが好ましい。

【0013】

[0013] 加えて、本発明の電気光学デバイスでは、第１及び第２の光導波路と第１及び第２電極との間に設けられたバッファ層は、第１及び第２の光導波路で下に湾曲していることが好ましい。

【0014】

[0014] 加えて、本発明の電気光学デバイスでは、第１及び第２の光導波路上のバッファ層の凹み量は、５００オングストローム以上であることが好ましく、より好ましくは、１０００オングストローム～１００００オングストロームである。

【0015】

[0015] 加えて、本発明の電気光学デバイスでは、第１及び第２の光導波路はマッハツェンダー光導波路であることが好ましい。

【0016】

[0016] 加えて、本発明の電気光学デバイスでは、基板は単結晶基板であり、電気光学材料膜はニオブ酸リチウム膜であることが好ましい。

【発明の効果】

【0017】

[0017] 本発明の電気光学デバイスによれば、光導波路に電界を効果的に印加することができ、これにより、光を光導波路に閉じ込め、光の伝搬損失を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1a】[0018]図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態による光変調器１００の平面図であり、図１（ａ）は光導波路のみを示す。

【図1b】[0018]図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態による光変調器１００の平面図であり、図１（ｂ）は進行波電極を含めた光変調器１００の全体構成を示す。

【図2】[0018]図２は、図１（ｂ）の線Ａ－Ａ’に沿って得られた、光変調器１００の概略的な断面図である。

【図3】[0018]図３は、本発明の別の実施形態による光スイッチングデバイス２００の平面図である。

【図4】[0018]図４は、図３の線Ｂ－Ｂ’に沿って得られた、光スイッチングデバイス２００の概略的な断面図である。

【図5】[0018]図５は、従来の光変調器３００の断面構造である。

【図6】[0018]図６は、光変調器１００の修正形態の断面構造である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

[0019] 添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

【0020】

[0020] 図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態による光変調器（電気光学デバイス）１００の平面図であり、図１（ａ）は光導波路のみを図示し、図１（ｂ）は進行波電極を含めた光変調器１００の全体を示している。

【0021】

[0021] 図１（ａ）及び図１（ｂ）に図示されているように、光変調器１００は、基板１上に形成されたマッハツェンダー光導波路１０であって、互いに平行に設けられた第１及び第２の光導波路１０ａ、１０ｂを有するマッハツェンダー光導波路１０と、第１の光導波路１０ａに沿って設けられた第１電極７と、第２の光導波路１０ｂに沿って設けられた第２電極８と、を含む。

【0022】

[0022] マッハツェンダー光導波路１０は、例えば、マッハツェンダー干渉計の構造を有する光導波路である。マッハツェンダー光導波路１０は、分波部１０ｃで単一の入力光導波路１０ｉから分岐した第１及び第２の光導波路１０ａ、１０ｂを有し、第１及び第２の光導波路１０ａ、１０ｂは、合波部１０ｄで単一の出力光導波路１０ｏに合体される。入力光Ｓｉは、分波部１０ｃによって分波され、第１及び第２の光導波路１０ａ、１０ｂをそれぞれ通って進行し、その後、合波部１０ｄで合波され、合波された光は、変調光Ｓｏとして出力光導波路１０から出力される。

【0023】

[0023] 第１電極７は、平面図では第１の光導波路１０ａを覆い、第２電極８もまた、平面図では第２の光導波路１０ｂを覆っている。すなわち、第１電極７は、バッファ層（後述する）を介して第１の光導波路１０ａ上に形成され、第２電極８もまた、バッファ層を介して第２の光導波路１０ｂ上に形成されている。第１電極７は、例えば、ＡＣ信号に接続され、信号電極と呼ぶことができる。第２電極は、例えば、接地され、「接地」電極と呼ばれる場合がある。

【0024】

[0024] 電気信号（変調信号）は、第１電極７に入力される。第１の光導波路１０ａ及び第２の光導波路１０ｂは、電気光学効果を有するニオブ酸リチウムなどの材料からなるので、第１の光導波路１０ａ及び第２の光導波路１０ｂに印加された電界によって、第１の光導波路１０ａ及び第２の光導波路１０ｂの屈折率が、＋△ｎ及び－△ｎのように変化し、その結果、光導波路の対の間の位相差が変化する。この位相差の変化により変調された信号光が出力光導波路１０ｏから出力される。

【0025】

[0025] 図２は、図１（ｂ）の線Ａ－Ａ’に沿って得られた、光変調器１００の概略的な断面図である。

【0026】

[0026] 図２に図示されているように、本実施形態の光変調器１００は、基板１、導波路層２、バッファ層３、及び電極層４がこの順序で積層された多層構造を有する。基板１は、例えば、サファイア基板であり、基板１の表面にはニオブ酸リチウム膜からなる導波路層２が形成されている。導波路層２は、リッジ部分２ｒからなる第１及び第２の光導波路１０ａ、１０ｂを有する。第１及び第２の光導波路１０ａ、１０ｂの幅は、例えば、１μｍとすることができる。

【0027】

[0027] バッファ層３は、第１及び第２の光導波路１０ａ、１０ｂを通って伝搬する光が第１電極７又は第２電極８によって吸収されることを防ぐために、導波路層２のリッジ部分２ｒの少なくとも上面に形成されている。したがって、バッファ層３は、単に光導波路と信号電極との間の中間層としての機能を果たすだけでよいし、バッファ層の材料は、材料が非金属である限り、幅広く選択することが可能である。例えば、バッファ層は、金属酸化物、金属窒化物、及び金属炭化物などの絶縁材料からなるセラミック層を使用してもよい。バッファ層の材料は、結晶質材料であってもよいし、又は非晶質材料であってもよい。バッファ層３は、導波路層２の屈折率よりも小さい屈折率を有する材料、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＬａＡｌＯ₃、ＬａＹＯ₃、ＺｎＯ、ＨｆＯ₂、ＭｇＯ、Ｙ₂Ｏ₃などで形成されることが好ましい。光導波路上に形成されたバッファ層の厚さは、約０．２μｍ～１．２μｍとすることができる。本実施形態では、バッファ層３は、第１及び第２の光導波路１０ａ、１０ｂの上面を覆っているのみならず、さらに第１の光導波路１０ａと第２の光導波路１０ｂとの間を埋めている。すなわち、平面図では、バッファ層３は、第１の光導波路１０ａ及び第２の光導波路１０ｂと重ならない領域にも形成されている。バッファ層３は、導波路層２の上面のうちリッジ部分２ｒが形成されていない領域全体を覆い、リッジ部分２ｒの側面もまたバッファ層３によって覆われている。

【0028】

[0028] 電極層４には、第１電極７及び第２電極８が設けられている。第１電極７は、第１の光導波路１０ａ内を進行する光を変調するために、バッファ層３を介して第１の光導波路１０ａと対向し、第１の光導波路１０ａに対応するリッジ部分２ｒに重ねて設けられている。第２電極８は、第２の光導波路１０ｂ内を進行する光を変調するために、バッファ層３を介して第２の光導波路１０ｂと対向し、第２の光導波路１０ｂに対応するリッジ部分２ｒに重ねて設けられている。

【0029】

[0029] 導波路層２は、電気光学材料である限り、特に限定されないが、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）からなることが好ましい。これは、ニオブ酸リチウムが大きな電気光学定数を有しているため、光変調器などの光学デバイスの構成材料として適切であるからである。以下に、導波路層２がニオブ酸リチウム膜を使用して形成される場合の、本発明の構成について詳細に説明する。

【0030】

[0030] 基板１は、ニオブ酸リチウム膜の屈折率よりも屈折率が低い限り、特に限定されないが、ニオブ酸リチウム膜をエピタキシャル膜として形成することができる基板が好ましい。具体的には、基板１は、サファイア単結晶基板又はシリコン単結晶基板が好ましい。単結晶基板の結晶方位は特に限定されない。ニオブ酸リチウム膜は、様々な結晶方位を有する単結晶基板上にｃ軸配向のエピタキシャル膜として容易に形成することができる。ｃ軸配向のニオブ酸リチウム膜は、３回対称の対称性を有しているので、下地の単結晶基板も同じ対称性を有していることが好ましい。このため、単結晶サファイア基板はｃ面を有していることが好ましく、単結晶シリコン基板は（１１１）面を有していることが好ましい。

【0031】

[0031] 「エピタキシャル膜」という用語は、本明細書で使用する場合、結晶方位が下地の基板又は下地の膜に対して位置合わせされている膜を指す。膜面をＸ－Ｙ面とし、膜厚方向をＺ軸としたとき、結晶がＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に位置合わせされている。例えば、最初に２θ－θＸ線回析により配向位置でのピーク強度を測定し、次に極点を確認することにより、エピタキシャル膜の存在を確認することができる。

【0032】

[0032] 具体的には、第１に、２θ－θＸ線回折による測定では、目的とする面以外のすべてのピーク強度が、目的とする面の最大ピーク強度の１０％以下、好ましくは５％以下でなければならない。例えば、ｃ軸配向のエピタキシャルニオブ酸リチウム膜では、（００Ｌ）面以外のピーク強度は、（００Ｌ）面の最大ピーク強度の１０％以下、好ましくは５％以下である。（００Ｌ）は、（００１）、（００２）などの等価な面を総称する表示である。

【0033】

[0033] 第２に、測定において、極点が観測されることが必要である。第１の配向位置でのピーク強度の確認の条件においては、一方向の配向性だけが示される。第１の条件が満たされたとしても、面内での結晶の配向が不均一である場合には、特定の角度でＸ線の強度が高まることはなく、極点を観測することができない。ＬｉＮｂＯ₃は三方晶系の結晶系を有するため、単結晶ＬｉＮｂＯ₃（０１４）の極点は３つとなる。ニオブ酸リチウム膜の場合、ｃ軸を中心に１８０°回転させた結晶が対称的に結合した、いわゆる双晶の状態でエピタキシャル成長することが知られている。この場合、３つの極点が対称的に２つ結合されて６つの極点を形成する。ニオブ酸リチウム膜が（１００）面の単結晶シリコン基板上に形成される場合には、基板は４回対称の対称性を有するため、４×３＝１２個の極点が観測される。本発明では、双晶の状態でエピタキシャル成長したニオブ酸リチウム膜もまた、エピタキシャル膜であると見なされる。

【0034】

[0034] ニオブ酸リチウム膜の組成はＬｉｘＮｂＡｙＯｚである。ＡはＬｉ、Ｎｂ、及びＯ以外の元素を表示する。ｘは、０．５～１．２の範囲であり、好ましくは、０．９～１．０５の範囲である。ｙは、０～０．５の範囲である。ｚは、１．５～４の範囲であり、好ましくは、２．５～３．５の範囲である。元素Ａの例には、Ｋ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｃ、及びＣｅが単体で、又は組み合わせで含まれる。

【0035】

[0035] ニオブ酸リチウム膜の厚さは、２μｍ以下であることが好ましい。これは、厚さが２μｍよりも厚くなると、高品質のニオブ酸リチウム膜を形成することが困難になるからである。ニオブ酸リチウム膜の厚さが薄すぎると、完全に光を閉じ込めることができず、基板又はバッファ層に光が漏れるため、導波することになる。したがって、ニオブ酸リチウム膜に電界を印加しても、光導波路（１０ａ及び１０ｂ）の実効屈折率の変化が小さくなる可能性がある。このため、ニオブ酸リチウム膜は、使用される光の波長の少なくとも１０分の１程度の厚さであることが好ましい。

【0036】

[0036] スパッタ法、ＣＶＤ法、又はゾルゲル法などの膜形成方法によって、ニオブ酸リチウム膜を形成することが望ましい。ニオブ酸リチウム膜のｃ軸が単結晶基板の主面に垂直に配向されている場合、ｃ軸に平行に電界が印加され、これにより、電界の強度に比例して光学屈折率が変化する。単結晶基板がサファイアである場合、ニオブ酸リチウム膜は、エピタキシャル成長によって、サファイア単結晶基板上に直接形成される。単結晶基板がシリコンである場合、ニオブ酸リチウム膜は、エピタキシャル成長によって、基板上に形成されたクラッド層（図示せず）上に形成される。クラッド層（図示せず）は、ニオブ酸リチウム膜の屈折率よりも屈折率が低く、当然エピタキシャル成長に適した材料からなる。例えば、Ｙ₂Ｏ₃からなるクラッド層（図示せず）であれば、高品質のニオブ酸リチウム膜を形成することができる。

【0037】

[0037] ニオブ酸リチウム膜の形成方法として、ニオブ酸リチウム単結晶基板を薄く研磨する方法又はスライスする方法が知られている。この方法は、単結晶と同じ特性を得ることができるという点で有利であり、本発明に適用することが可能である。

【0038】

[0038] この実施形態では、バッファ層３は、第１の光導波路１０ａ及び第２の光導波路１０ｂの上方に凹みを有する。具体的には、第１及び第２の光導波路１０ａ、１０ｂと第１及び第２電極７、８との間に設けられたバッファ層３は、第１及び第２の光導波路１０ａ、１０ｂで下に突の形状を有する。すなわち、第１及び第２の光導波路１０ａ、１０ｂと第１及び第２電極７、８との間に設けられたバッファ層３は、第１及び第２の光導波路１０ａ、１０ｂで下に湾曲している。光導波路１０ａ、１０ｂ上の電極７、８は、このようなバッファ層３を介して光導波路１０ａ、１０ｂに更に近付くことが可能であり、光導波路に電界を効果的に印加することができ、これにより、光を光導波路１０ａ、１０ｂに閉じ込め、光の伝搬損失を抑えることができる。

【0039】

[0039] 図２に図示されているように、第１及び第２の光導波路１０ａ、１０ｂ上のバッファ層３の凹み量Ｒは、５００オングストローム以上であり、好ましくは、１０００オングストローム～１００００オングストロームであり、より好ましくは、１０００オングストローム～２０００オングストロームである。本明細書では、凹み量Ｒは、バッファ層３の上面の最上端から上面の最下端（くぼみの最下端）までの距離である。バッファ層３の凹み量Ｒと、光の伝搬損失との間の関係を検証するために、本発明の発明者は、以下の実験を行った。具体的には、サンプル１～３及び比較例は、リッジ状の光導波路上のバッファ層の凹みの量が異なっている以外は同じ構造を有する電気光学デバイスである。

【0040】

【表1】

【0041】

[0041] 凹み量Ｒが１０００オングストロームを超えるとき、特に、１０００オングストローム～２０００オングストロームであるときに、光伝搬損失が低くなっていることが表からわかる。伝搬損失の低減に関しては、原因は完全には明らかにされていないが、凹みにより、光導波路に電界がより効果的に印加されるようになったと推定することができる。加えて、この凹みにより、光導波路から上方に漏れる光が反射され、戻されて、互いに作用し合うのを防ぐことが可能である。したがって、信号光から漏れる光が散乱、反射し、信号光に悪影響を及ぼすのを防ぐことが可能である。凹み量Ｒが０オングストロームであるとき、すなわち、凹みが形成されてないとき、光の伝搬損失が比較的大きくなっている。これは、光導波路から上方に漏れる光が反射され、戻されて、互いに作用し合い、信号光から漏れる光が散乱、反射して、信号光に悪影響を及ぼすという事実が原因である可能性がある。加えて、製造の容易さの観点から見ると、凹み量Ｒは１００００オングストローム以下であることが好ましい。

【0042】

[0042] 加えて、本実施形態では、基板１の表面（上面）から、光導波路１０ａ、１０ｂ上のバッファ層３の最上部分までの距離は、基板１の表面（上面）から、バッファ層３の最上部分のうち光導波路が形成されていない部分（すなわち、光導波路１０ａ、１０ｂの間と、光導波路１０ａ、１０ｂ以外の部分）までの距離よりも短い。この配置を用いると、光導波路１０ａ、１０ｂ上の電極７、８を、光導波路１０ａ、１０ｂに更に近付けることも可能であり、光導波路に電界を効果的に印加することができ、これにより、光を光導波路１０ａ、１０ｂに閉じ込め、光の伝搬損失を抑えることができる。

【0043】

[0043] 図３は、本発明の別の実施形態による光スイッチングデバイス２００の平面図である。図４は、図３の線Ｂ－Ｂ’に沿って得られた、光スイッチングデバイス２００の概略的な断面図である。光スイッチングデバイス２００は、基板１上に形成された第１及び第２の光導波路３１０ａ、３１０ｂと、第１の光導波路３１０ａに沿って設けられた膜状ヒータ（膜電極３４）３０７と、膜状ヒータに通電するための配線３０９ａ、３０９ｂと、を含む。膜状ヒータ（膜電極３４）３０７は、平面図では第１の光導波路３１０ａと重なるように、第１の光導波路３１０ａの真上に設けられている。図４に図示されているように、本実施形態による光スイッチングデバイス２００は、基板３１、導波路層３２、バッファ層３３、及び膜電極層３４がこの順序で積層された多層構造を有する。基板３１は、例えば、シリコン基板であり、基板３１の表面にはニオブ酸リチウム膜からなる導波路層３２が形成されている。導波路層３２は、リッジ部分３２ｒによってそれぞれ形成された第１の光導波路３１０ａ及び第２の光導波路３１０ｂを有する。

【0044】

[0044] 光スイッチングデバイス２００は、第１の実施形態の光変調器１００と同じリッジ状のニオブ酸リチウム膜を使用し、光導波路がバッファ層に埋め込まれた構造を有する。光スイッチングデバイス２００には電極層４がなく、代わりに、膜状ヒータ（膜電極３４）３０７が使用されている。すなわち、膜状ヒータ３０７は、光導波路３１０ａ及び３１０ｂ（この実施形態では光導波路３１０ａ）の一部の上層に形成されており、膜状ヒータ３０７に電流を流すことによって光導波路３１０ａに加熱することができる。

【0045】

[0045] 光スイッチングデバイス２００では、膜状ヒータ３０７のスイッチがオンの状態では、光導波路３１０ａを通過する光の位相がシフトされ、光はもう一方の光導波路３１０ｂと合波されることにより、光を切り替える。光スイッチングデバイス２００では、バッファ層３３が膜状ヒータ３０７側に凹みを有するようにすることによって、光の伝搬損失を低減することもまた可能であり、これにより、性能が優れた光スイッチングデバイス２００を得ることが可能である。

【0046】

[0046] 加えて、膜状ヒータに使用される材料として、ＭｎＮｉＣｏ系酸化物などの感熱材料を使用することが可能であるし、又は白金ヒータを使用することが可能である。

【0047】

[0047] 図面及び実施形態に関連して本発明を具体的に上記で説明してきたが、上記の説明は、いかなる形でも本発明を限定するものではないと理解することができる。例えば、光変調器１００の上記の説明では、第１電極は信号電極として使用され、第２電極は接地電極として使用されている。しかしながら、これに限定されるのではなく、第１及び第２電極は、光導波路に電界を印加する任意の電極とすることができる。さらに、図６に示されているように、隣り合う第１の光導波路１０ａ及び第２の光導波路１０ｂの上方のバッファ層３の凹みを全体として形成することができる。すなわち、光導波路１０ａ及び１０ｂ全体にわたって、１つの凹みを形成することができる。加えて、バッファ層３は、バッファ層３ａ及びバッファ層３ｂで構成してもよく、この構成では、バッファ層３ｂは光導波路１０ａ及び１０ｂと同じ層に形成され、バッファ層３ａは、光導波路１０ａ及び１０ｂ、並びにバッファ層３ｂの上に形成されている。バッファ層３ａ及びバッファ層３ｂは両方とも、光導波路１０ａ及び１０ｂ全体にわたって凹みを有していてもよい。当業者は、本発明の本質的な趣旨及び範囲から逸脱することなく、必要に応じて本発明に修正及び変更を行うことができ、これらの修正及び変更は本発明の範囲内にある。

【符号の説明】

【0048】

[0048]
１００ 光変調器
１ 基板
２ 導波路層
２ｒ リッジ部分
３ バッファ層
４ 電極層
７ 第１電極
８ 第２電極
１０ マッハツェンダー光導波路
１０ａ 第１の光導波路
１０ｂ 第２の光導波路
１０ｃ 分波部
１０ｄ 合波部
１０ｉ 入力光導波路
１０ｏ 出力光導波路
２００ 光スイッチングデバイス
３１ 基板
３２ 導波路層
３２ｒ リッジ部分
３３ バッファ層
３４ 膜電極層
３０７ 膜状ヒータ
３０９ａ、３０９ｂ 配線
３１０ａ、３１０ｂ 第１及び第２の光導波路

【図1a】

【図1b】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】