(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】2024-06-26
(45)【発行日】2024-07-04
(54)【発明の名称】光変調器
(51)【国際特許分類】
G02F 1/035 20060101AFI20240627BHJP
【ＦＩ】
G02F1/035
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2022558416
(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】 JP2021013934
(87)【国際公開番号】W WO2021201133
(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】202010243496.0
(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】田家 裕
(72)【発明者】
【氏名】長瀬 健司
(72)【発明者】
【氏名】ビナラオ アンソニー レイモンド メラド
(72)【発明者】
【氏名】ヘン，チェン ブー
【審査官】野口 晃一
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１８／００１１３４８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第０８５８２９２７（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】特開２００６－３１７５５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－１９９５００（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００２／０９７５２１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００６－２０１７３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－３２８２５７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｆ １／００－１／１２５
１／２１－７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、前記基板上に形成される光導波路と、第１のバッファ層を介して前記光導波路上に形成され前記光導波路に変調信号を印加する信号電極と、第２のバッファ層を介して前記光導波路上に形成され前記光導波路にＤＣバイアス電圧を印加するバイアス電極とを有し、前記第１のバッファ層と前記第２のバッファ層は、前記第１のバッファ層と前記第２のバッファ層の境界部において、前記第１のバッファ層と前記第２のバッファ層のうちのいずれかの一方のバッファ層が他方のバッファ層の端面を覆うように形成されており、
前記第１のバッファ層と前記第２のバッファ層は、前記境界部において、前記基板の厚さ方向からみて重なりがあるように形成されており、前記他方のバッファ層の端面は、前記基板に対して傾斜して形成されており、
前記他方のバッファ層の前記傾斜した端面を厚さ方向に投影したときの、最大傾斜方向における幅は、前記他方のバッファ層の厚さに対して２倍～１００倍であることを特徴とする、光変調器。
【請求項2】
前記他方のバッファ層の端面は、曲面状に形成され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】
前記境界部において、前記第１のバッファ層は前記第２のバッファ層上に形成されていること、又は前記第２のバッファ層は前記第１のバッファ層上に形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の光変調器。
【請求項4】
前記第１のバッファ層と前記第２のバッファ層は異なる組成で形成されていることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の光変調器。
【請求項5】
前記第１のバッファ層は、Ｍ－Ｓｉ－Ｏ系化合物であり、Ｍは、Ａｌ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｌａ、Ｂａ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｍｏ、Ｉｎから選ばれる少なくともいずれか１種以上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光変調器。
【請求項6】
前記第２のバッファ層を構成する元素は、前記第１のバッファ層を構成する元素のうち少なくともいずれか１種以上を含むことを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の光変調器。
【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で使用される光変調器に関する。
【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] 電気信号を光信号に変換するシステムとして、半導体レーザを使用する直接変調システム、及び光変調器を使用する外部変調システムが知られている。直接変調システムは光変調器を必要とせず、それゆえ、低コストであるが、高速変調の点で限界を有し、それゆえ、高速及び長距離の用途では外部変調システムが使用される。
【0004】
[0004] 光変調器として、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮbＯ3、以下「ＬＮ」と呼ぶ）によって形成される光導波路を使用する光変調器には、高速、低損失、及び光波形制御の歪みが低いという利点がある。しかしながら、半導体光デバイスと比較して、駆動電圧が大きく、且つサイズが大きいという欠点がある。
【0005】
[0005] 上記の欠点を解消するために、薄膜技術をサファイア基板に適用することによって形成されるＬＮ膜を有する光導波路を使用することにより、著しく小型化され駆動電圧が低い光デバイスを実現することができることが分かっている（特許文献１及び特許文献２参照）。
【0006】
[0006] そのような光デバイスでは、光導波路に印加される電圧が、電圧が電極に印加された直後及び十分に長い時間期間後に変化し、それにより、光変調器から出力される光も変化する現象が観測され得る。光導波路に印加される電圧の変化は、ＤＣドリフトと呼ばれる。光変調器におけるＤＣドリフトを可能な限り抑えることが望ましい。ＤＣドリフトを低減し、長時間にわたって安定した制御が可能な構造を有する光変調器として、特許文献３の光変調器が提案されている。
【0007】
[0007] しかしながら、薄膜技術を使用した上記光デバイスには、製造プロセスが長く、プロセス中の熱処理によって温度変化が生じ、シンギュレーションのために水に曝される等の幾つかの問題がある。したがって、そのような光デバイスには、信頼性が低いという問題が存在する。例えば、既存の光変調器の全体構造を示す図１に示すように、基板１、導波路層２、及びバッファ層４を積層することによって形成される構造では、バッファ層４は、異なる材料の第１のバッファ層４１及び第２のバッファ層４２を含む。第１のバッファ層４１及び第２のバッファ層４２は、第１のバッファ層４１の端面及び第２のバッファ層４２の端面が互いに接触するように基板１の主面に平行に配置され、それにより、第１のバッファ層４１と第２のバッファ層４２との間の境界が、応力等に起因して剥離又はクラックを生じやすいという問題がある。
【0008】
[0008] したがって、特に薄膜技術を使用する上記光デバイスには、そのようなプロセス上の応力に耐えることができる、信頼性の高い光デバイスが必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】特開２００６－１９５３８３Ａ号
【文献】特開２０１４－６３４８Ａ号
【文献】国際公開第２０１９／０６９８１５Ａ号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
[0010] 本発明は上記課題に鑑みた研究の結果であり、高い信頼性を有する光変調器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
[0011] 上記目的を達成するために、本発明の一態様は、基板と、基板上に形成された光導波路と、第１のバッファ層を介して光導波路上に形成され変調信号を光導波路に印加する信号電極と、第２のバッファ層を介して光導波路上に形成されＤＣバイアス電圧を光導波路に印加するバイアス電極とを有し、第１のバッファ層と第２のバッファ層は、第１のバッファ層と第２のバッファ層の境界部において、第１のバッファ層と第２のバッファ層のうちのいずれかの一方が第１のバッファ層と第２のバッファ層の他方の端面を覆うように形成されている光変調器に関する。このように、第１のバッファ層と第２のバッファ層は、境界部において、いずれか一方が他方の端面を覆うように形成されており、それにより、剥離及びクラックが生じない信頼性の高い構造を形成し、製品の歩留まりが改善される。
【0012】
[0012] さらに、本発明の上記態様による光変調器では、第１のバッファ層及び第２のバッファ層が、基板の厚さ方向から見て境界部において重なりがあるように形成されていることが好ましい。
【0013】
[0013] さらに、本発明の上記態様による光変調器では、他方のバッファ層の端面が基板に対して傾斜して形成されていることが好ましい。
【0014】
[0014] さらに、本発明の上記態様による光変調器では、他方のバッファ層の端面が曲面状に形成されていることが好ましい。
【0015】
[0015] さらに、本発明の上記態様による光変調器では、境界部において、第１のバッファ層が第２のバッファ層上に形成されていること、又は第２のバッファ層が第１のバッファ層上に形成されていることが好ましい。
【0016】
[0016] さらに、本発明の上記態様による光変調器では、他方のバッファ層の端面の、基板の厚さ方向に沿って基板に投影する長さが、他方のバッファ層の厚さに対して２倍～１００倍であることが好ましい。
【0017】
[0017] さらに、本発明の上記態様による光変調器では、第１のバッファ層と第２のバッファ層が異なる組成で形成されていることが好ましい。
【0018】
[0018] さらに、本発明の上記態様による光変調器では、第１のバッファ層がＭ－Ｓｉ－Ｏ系化合物であり、Ｍが、Ａｌ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｌａ、Ｂａ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｍｏ、及びＩｎから選ばれる少なくともいずれか１種以上であることが好ましい。
【0019】
[0019] さらに、本発明の上記態様による光変調器では、第２のバッファ層を構成する元素が、第１のバッファ層を構成する元素のうち少なくともいずれか１種以上を含むことが好ましい。
【0020】
[0020] 本発明の一態様によれば、信頼性の高い光変調器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】[0021]従来技術による光変調器の断面図である。
【図2】[0021]本発明の第１の実施形態による光変調器１００の平面図である。
【図3】[0021]進行波電極を含む光変調器１００の全体の平面図である。
【図7】[0021]本発明の第１の実施形態の一変形による光変調器の断面図である。
【図8】[0021]本発明の第１の実施形態の別の変形による光変調器の断面図である。
【図9】[0021]本発明の第２の実施形態による光変調器２００の平面図である。
【図10】[0021]本発明の第３の実施形態による光変調器の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
[0022] 本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。ここで、図面の説明では、同じ又は同様の要素は同じ参照符号で示され、説明の繰り返しが省かれる。
【0023】
第１の実施形態
[0023] 図２は、本発明の第１の実施形態による光変調器１００の平面図である。図３は、進行波電極を含む光変調器１００の全体の平面図である。図４は、図２のＡ－Ａ’線に沿った光変調器の断面図である。図５は、図２のＢ－Ｂ’線に沿った光変調器の断面図である。図６は、図２のＣ－Ｃ’線に沿った光変調器の断面図である。
[0023] 図２は、本発明の第１の実施形態による光変調器１００の平面図である。図３は、進行波電極を含む光変調器１００の全体の平面図である。図４は、図２のＡ－Ａ’線に沿った光変調器の断面図である。図５は、図２のＢ－Ｂ’線に沿った光変調器の断面図である。図６は、図２のＣ－Ｃ’線に沿った光変調器の断面図である。
【0024】
[0024] 図２及び図３に示すように、光変調器１００は、基板１上に形成され、互いに平行して提供される第１及び第２の光導波路１０ａ及び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と重なって設けられる第１の信号電極７ａと、第２の光変調器１０ｂと重なって設けられる第２の信号電極７ｂと、間に第１及び第２の信号電極７ａ及び７ｂを挟んで設けられる第１及び第２の接地電極８ａ及び８ｂと、第１の光導波路１０ａと重なって設けられる第１のバイアス電極９ａと、第２の光導波路１０ｂと重なって設けられる第２のバイアス電極９ｂと、第１のバイアス電極９ａに隣接して設けられる第３のバイアス電極９ｃと、第２のバイアス電極９ｂに隣接して設けられる第４のバイアス電極９ｄとを含む。
【0025】
[0025] マッハ－ツェンダー光導波路１０は、マッハ－ツェンダー干渉計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において単一の入力光導波路１０ｉから分波する第１及び第２の光導波路１０ａ及び１０ｂを有し、第１及び第２の光導波路１０ａ及び１０ｂは、合波部１０ｄにおいて単一の出力光導波路１０ｏに合波される。入力光Ｓｉは分波部１０ｃにおいて分波され、それぞれ第１及び第２の光導波路１０ａ及び１０ｂを通って進行し、その後、合波部１０ｄにおいて合波される。合波された光は、出力光導波路１０ｏから変調光Ｓｏとして出力される。
【0026】
[0026] 第１及び第２の信号電極７ａ及び７ｂは、平面図において第１の接地電極８ａと第２の接地電極８ｂとの間に位置決めされる。第１及び第２の信号電極７ａ及び７ｂの一端部７ａ１及び７ｂ１は各々、信号入力端子として機能し、第１及び第２の信号電極７ａ及び７ｂの他端部７ａ２及び７ｂ２は、終端抵抗器１２を通して互いに接続される。代替的には、第１の信号電極７ａの他端部７ａ２は、第１の終端抵抗器を通して第１の接地電極８ａに接続し得、第２の信号電極７ｂの他端部７ｂ２は、第２の終端抵抗器を通して第２の接地電極８ｂに接続し得る。その結果として、第１及び第２の信号電極７ａ及び７ｂは第１及び第２の接地電極８ａ及び８ｂと共に、差動の同一平面進行波電極として機能する。
【0027】
[0027] 第１及び第２のバイアス電極９ａ及び９ｂはそれぞれ、第１及び第２の信号電極７ａ及び７ｂから独立して設けられて、直流バイアス電圧（ＤＣバイアス電圧）を第１及び第２の光導波路１０ａ及び１０ｂに印加する。第１及び第２のバイアス電極９ａ及び９ｂの一端部９ａ１及び９ｂ１は各々、ＤＣバイアス電圧の入力端子である。本実施形態では、第１及び第２のバイアス電極９ａ及び９ｂは、第１及び第２の信号電極７ａ及び７ｂの形成エリアよりもマッハ－ツェンダー光導波路１０の出力端子側の近くに位置決めされるが、入力端子側の近くに位置決めされてもよい。さらに、第１及び第２のバイアス電極９ａ及び９ｂは省いてもよく、その代わり、重畳ＤＣバイアス電圧を含む変調信号を第１及び第２の信号電極７ａ及び７ｂに入力してもよい。
【0028】
[0028] ＡＣ信号（変調信号）は、第１の信号電極７ａの一端部７ａ１及び第２の信号電極７ｂの一端部７ｂ１に入力される。第１及び第２の光導波路１０ａ及び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で作製されており、これにより、第１及び第２の光導波路１０ａ及び１０ｂの屈折率は、第１及び第２の光導波路１０ａ及び１０ｂに印加される電界によって＋Δｎ及び－Δｎのように変化させられ、その結果、光導波路の対の間の位相差が変化する。位相差の変化によって変調された信号光は出力光導波路１０ｏから出力される。
【0029】
[0029] 図４～図６に示すように、本実施形態による光変調器１００は、基板１と、導波路層２と、保護層３と、バッファ層４Ａと、電極層５とを、この順序で積層されて含む多層構造を有する。基板１は例えばサファイア基板であり、ニオブ酸リチウム膜等の電気光学材料で形成された導波路層２は、基板１の表面上に形成される。導波路層２は、各々リッジ部２ｒによって形成される第１及び第２の光導波路１０ａ及び１０ｂを有する。
【0030】
[0030] バッファ層４Ａは、第１及び第２の光導波路１０ａ及び１０ｂを伝播する光が第１及び第２の信号電極７ａ及び７ｂによって吸収されるのを妨げるために、導波路層２のリッジ部２ｒの上面上に形成される。バッファ層４Ａは好ましくは、導波路層２よりも低い屈折率及び高い透明性を有する材料で形成され、その厚さは約０．２μｍ～１．２μｍであり得る。本実施形態では、バッファ層４Ａは第１及び第２の光導波路１０ａ及び１０ｂのそれぞれの上面のみならず、保護層３の上面を含む下の層全体も覆うが、第１及び第２の光導波路１０ａ及び１０ｂの上面の近傍のみを選択的に覆うようにパターニングされてもよい。さらに、バッファ層４Ａは、保護層３を省いて導波路層２の上面上に直接形成されてもよい。
【0031】
[0031] バッファ層４Ａの膜厚は、好ましくは電極の光吸収を低減するために可能な限り厚く、好ましくは第１及び第２の光導波路１０ａ及び１０ｂに高電界を印加するために可能な限り薄い。電極の光吸収及び印加電圧はトレードオフの関係を有し、したがって、目的に従って適切な膜厚を設定する必要がある。バッファ層４Ａの誘電率が高いほど、ＶπＬ（電界効率を表す指標）が低減されるため、好ましい。さらに、バッファ層４Ａの屈折率が低いほど、バッファ層４Ａを薄くすることができるため、好ましい。一般に、高誘電率を有する材料は高い屈折率を有し、したがって、誘電率と屈折率との間のバランスを考慮して、高誘電率及び比較的低い屈折率を有する材料を選ぶことが重要である。例えば、Ａｌ2Ｏ3は約９の比誘電率及び約１．６の屈折率を有し、それゆえ、好ましい。ＬａＡｌＯ3は約１３の比誘電率及び約１．７の屈折率を有し、ＬａＹＯ3は約１７の比誘電率及び約１．７の屈折率を有し、それゆえ、特に好ましい。
【0032】
[0032] バッファ層４Ａは、保護層３及び導波路層２（特に導波路層２のリッジ２ｒ）上に第１のバッファ層４１Ａと、保護層３及び導波路層２（特に導波路層２のリッジ２ｒ）上の第２のバッファ層４２Ａとを含む。第１のバッファ層４１Ａ及び第２のバッファ層４２Ａは、第１のバッファ層４１Ａと第２のバッファ層４２Ａの境界部Ｄにおいて、第１のバッファ層４１Ａが第２のバッファ層４２Ａの端面４２ＡＳを直接覆うように形成される。このようにして、第１のバッファ層と第２のバッファ層の境界部において、第１のバッファ層が第２のバッファ層の端面を直接覆うように第１のバッファ層及び第２のバッファ層を形成することにより、剥離及びクラックのない、信頼性の高い構造が達成され、製品の歩留まりが改善する。
【0033】
[0033] さらに、この実施形態では、第１のバッファ層４１Ａは、第２のバッファ層４２ａの端面４２ＡＳのみならず、第２のバッファ層４２Ａの上面全体も覆う。しかしながら、これに限定されず、第１のバッファ層４１Ａは、第２のバッファ層４２Ａの上面の一部分のみを覆ってもよい。
【0034】
[0034] 特に、本実施形態では、第１のバッファ層４１Ａ及び第２のバッファ層４２Ａは、境界部Ｄにおいて、基板１の厚さ方向Ｚから見て重なりがあるように形成される。すなわち、境界部Ｄにおいて、第１のバッファ層４１Ａは第２のバッファ層４２Ａ上に形成される。
【0035】
[0035] しかしながら、上記構造に限定されず、以下のようであることもできる。即ち、図７に示すように、バッファ層４Ｂは、第１のバッファ層４１Ｂ及び第２のバッファ層４２Ｂを含む。第１のバッファ層４１Ｂ及び第２のバッファ層４２Ｂは、境界部Ｄ１において、基板１の厚さ方向Ｚから見たとき重なりがないように形成される。
【0036】
[0036] 例えば図６に示すように、特定の例として、第１のバッファ層４１Ａ及び第２のバッファ層４２Ａが、基板１の厚さ方向Ｚから見て境界部Ｄに重なりがあるように形成される場合、第２のバッファ層４２Ａの端面４２ＡＳは基板に対して傾斜して形成される。しかしながら、これに限定されない。図８に示すように、バッファ層４Ｃは、第１のバッファ層４１Ｃ及び第２のバッファ層４２Ｃを含み、第２のバッファ層４２Ｃの端面４２ＣＳは、曲面状に形成されている。
【0037】
[0037] 加えて、基板１の厚さ方向Ｚに沿って基板１に投影される第２のバッファ層４２Ａの端面４２ＡＳの長さＬは、好ましくは、第２のバッファ層４２Ａの厚さの２倍～１００倍である。
【0038】
[0038] 本実施形態では、第１のバッファ層４１Ａ及び第２のバッファ層４２Ａは、異なる組成又は同じ組成で形成し得る。例えば、第１のバッファ層４１ＡはＭ－Ｓｉ－Ｏ系化合物であり、Ｍは、Ａｌ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｌａ、Ｂａ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｍｏ、及びＩｎから選ばれる少なくともいずれか１種以上である。加えて、第２のバッファ層４２Ａを構成する元素は、第１のバッファ層４１Ａを構成する元素のうち少なくともいずれか１種以上を含み得る。
【0039】
[0039] 電極層５には、第１の信号電極７ａ、第２の信号電極７ｂ、第１の接地電極８ａ、及び第２の接地電極８ｂが設けられる。第１の信号電極７ａは、第１の光導波路１０ａ内部を進行する光を変調するために、第１の光導波路１０ａに対応するリッジ部２ｒと重なって設けられ、第１のバッファ層４１Ａを通して第１の光導波路１０ａに対向する。第２の信号電極７ｂは、第２の光導波路１０ｂ内部を進行する光を変調するために、第２の光導波路１０ｂに対応するリッジ部２ｒと重なって設けられ、第１のバッファ層４１Ａを通して第２の光導波路１０ｂと対向する。第１の接地電極８ａは、第１の信号電極７ａに関して第２の信号電極７ｂの逆側に設けられ、第２の接地電極８ｂは、第２の信号電極７ｂに関して第１の信号電極７ａの逆側に設けられる。
【0040】
[0040] さらに、電極層５には第１のバイアス電極９ａ、第２のバイアス電極９ｂ、第３のバイアス電極９ｃ、及び第４のバイアス電極９ｄが設けられる。第１のバイアス電極９ａは、直流バイアス電圧（ＤＣバイアス）を第１の光導波路１０ａに印加するために、第１の光導波路１０ａに対応するリッジ部２ｒに重なって設けられ、第２のバッファ層４２Ａを通して第１の光導波路１０ａと対向する。第２のバイアス電極９ｂは、直流バイアス電圧（ＤＣバイアス）を第２の光導波路１０ｂに印加するために、第２の光導波路１０ｂに対応するリッジ部２ｒに重なって設けられ、第２のバッファ層４２Ａを通して第２の光導波路１０ｂと対向する。
【0041】
[0041] 導波路層２は、電気光学材料で形成される限り、特に限定されないが、好ましくはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）で形成される。これは、ニオブ酸リチウムが大きな電気光学定数を有し、それゆえ、光変調器等の光デバイスの構成材料として適するためである。以下、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実施形態の構成について詳細に説明する。
【0042】
[0042] 基板１は、ニオブ酸リチウム膜よりも低い屈折率を有する限り、特に限定されないが、好ましくはニオブ酸リチウム膜をエピタキシャル膜として上に形成することができる基板である。特に、基板１は好ましくはサファイア単結晶基板又はシリコン単結晶基板である。単結晶基板の結晶配向は特に限定されない。ニオブ酸リチウム膜は、異なる結晶配向を有する単結晶基板上に、ｃ軸配向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軸配向ニオブ酸リチウム膜は３回対称であるため、下の単結晶基板は好ましくは同じ対称性を有する。それゆえ、単結晶サファイア基板は好ましくはｃ面を有し、単結晶シリコン基板は好ましくは（１１１）面を有する。
【0043】
[0043] 「エピタキシャル膜」は、下の基板又は膜の結晶配向と同じ配向を有する膜を指す。膜面がＸ－Ｙ面に延在し、膜厚方向（即ち基板１の厚さ方向）がＺ軸方向であると仮定すると、エピタキシャル膜の結晶はＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に沿って配向される。
【0044】
[0044] ニオブ酸リチウム膜はＬｉxＮｂＡyＯzの組成を有する。ＡはＬｉ、Ｎｂ、及びＯ以外の元素を示し、ｘは０．５～１．２の範囲であり、好ましくは０．９～１．０５の範囲であり、ｙは０～０．５の範囲であり、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、単独で又は以下の２つ以上の組合せでＫ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｃ、及びＣｅがある。
【0045】
[0045] ニオブ酸リチウム膜は好ましくは、２μｍ以下の膜厚を有する。これは、厚さが２μｍよりも厚い高品質のニオブ酸リチウム膜の形成が難しいためである。過度に薄いニオブ酸リチウム膜は、光を内部に完全に閉じ込めることができず、光が基板１及び／又はバッファ層４に漏れる。したがって、電界をニオブ酸リチウム膜に印加しても、光導波路（１０ａ及び１０ｂ）の有効屈折率の変化が小さくなる恐れがある。それゆえ、ニオブ酸リチウム膜は好ましくは、使用される光の波長の少なくとも概ね１／１０である膜厚を有する。
【0046】
[0046] ニオブ酸リチウム膜は好ましくは、スパッタリング、ＣＶＤ、又はゾルゲル法等の膜形成方法を使用して形成される。基板１の主面に直交して配向されるニオブ酸リチウムのｃ軸に平行に電界を印加することで、電界に比例して光屈折率を変えることができる。サファイア製の単結晶基板の場合、ニオブ酸リチウム膜をサファイア単結晶基板上に直接、エピタキシャル成長させることができる。シリコン製の単結晶基板の場合、ニオブ酸リチウム膜をクラッド層（図示せず）上にエピタキシャル成長させることができる。クラッド層（図示せず）は、ニオブ酸リチウム膜よりも低い屈折率を有し、エピタキシャル成長に適する材料からなる。例えば、Ｙ2Ｏ3製のクラッド層（図示せず）上には、高品質のニオブ酸リチウム膜を形成することができる。
【0047】
[0047] 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又はスライスする方法が既知である。この方法には、単結晶と同じ特性を得ることができるという利点があり、本発明に適用可能である。
【0048】
第２の実施形態
[0048] 図９は、本発明の第２の実施形態による光変調器２００の平面図である。図９に示すように、本実施形態の光変調器２００と第１の実施形態の光変調器１００との間の違いは、マッハ－ツェンダー光導波路１０が直線部と曲線部との組合せによって構築されていることである。本実施形態による光変調器２００の他の構造は、第１の実施形態による光変調器１００の構造と同じであるため、詳細な説明は省く。
[0048] 図９は、本発明の第２の実施形態による光変調器２００の平面図である。図９に示すように、本実施形態の光変調器２００と第１の実施形態の光変調器１００との間の違いは、マッハ－ツェンダー光導波路１０が直線部と曲線部との組合せによって構築されていることである。本実施形態による光変調器２００の他の構造は、第１の実施形態による光変調器１００の構造と同じであるため、詳細な説明は省く。
【0049】
[0049] 特に、マッハ－ツェンダー光導波路１０は、互いに平行に配置された第１～第３の直線部１０ｅ1、１０ｅ2、及び１０ｅ3と、第１及び第２の直線部１０ｅ1及び１０ｅ2を結ぶ第１の曲線部１０ｆ1と、第２の及び第３の直線部１０ｅ2及び１０ｅ3を結ぶ第２の曲線部１０ｆ2とを有する。
【0050】
[0050] 本実施形態では、入力光Ｓｉは、第１の直線部１０ｅ1の一方の端部に入力され、第１の直線部１０ｅ1の一方の端部からその他方の端部に向けて進行し、第１の曲線部１０ｆ1においてＵターンし、第１の直線部１０ｅ1内のものとは逆方向に、第２の直線部１０ｅ2の一方の端部からその他方の端部に向けて進行し、第２の曲線部１０ｆ2においてＵターンし、第１の直線部１０ｅ1内のものと同じ方向に、第３の直線部１０ｅ3の一方の端部からその他方の端部に向けて進行する。
【0051】
[0051] 光変調器には、実用においてデバイスの長さが長いという問題がある。しかしながら、図示のように光導波路を折り畳むことにより、デバイスの長さを大幅に短くすることができ、顕著な効果が得られる。特に、ニオブ酸リチウム膜で形成された光導波路は、その曲率半径が約５０μｍまで低減される場合であっても損失が小さいという特徴を有し、それゆえ、本実施形態に適する。
【0052】
第３の実施形態
[0052] 図１０は、本発明の第３の実施形態による光変調器の断面図を示す。本実施形態による光変調器と第１の実施形態による光変調器１００との間の違いは、バッファ層４Ｄが第１のバッファ層４１Ｄ及び第２のバッファ層４２Ｄを含むことである。
[0052] 図１０は、本発明の第３の実施形態による光変調器の断面図を示す。本実施形態による光変調器と第１の実施形態による光変調器１００との間の違いは、バッファ層４Ｄが第１のバッファ層４１Ｄ及び第２のバッファ層４２Ｄを含むことである。
【0053】
[0053] 第１のバッファ層４１Ｄ及び第２のバッファ層４２Ｄは、第１のバッファ層４１Ｄと第２のバッファ層４２Ｄの境界部Ｄ２において、第２のバッファ層４２Ｄが直接、第１のバッファ層４１Ｄの端面４１ＤＳを覆うように形成される。本実施形態による光変調器の他の構造は、第１の実施形態による光変調器１００の構造と同じであるため、詳細な説明は省く。
【0054】
[0054] さらに、本実施形態では、第２のバッファ層４２Ｄは、第１のバッファ層４１Ｄの端面４１ＤＳのみならず、第１のバッファ層４１Ｄの上面の一部分も覆う。しかしながら、これに限定されず、第２のバッファ層４２Ｄは、第１のバッファ層４１Ｄの上面の全体を覆ってもよい。
【0055】
[0055] 特に、本実施形態では、第１のバッファ層４１Ｄ及び第２のバッファ層４２Ｄは、基板１の厚さ方向Ｚから見て、境界部Ｄ２に重なりがあるように形成される。すなわち、境界部Ｄ２において、第２のバッファ層４２Ｄは第１のバッファ層４１Ｄ上に形成される。
【0056】
[0056] 本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変更を本発明の範囲内で行うことが可能であり、そのような全ての変更は本発明に包含される。
【0057】
[0057] 例えば、上記実施形態では、光変調器は、基板１上にエピタキシャル成長したニオブ酸リチウム膜で各々形成された一対の光導波路１０ａ及び１０ｂを有するが、本発明はそのような構造に限定されず、光導波路は、チタン酸バリウム又はチタン酸ジルコン酸鉛等の電気光学材料で形成されてもよい。さらに、導波路層２として、電気光学効果を有する半導体材料、ポリマー材料等を使用してもよい。
【0058】
[0058] 加えて、本発明は、同じ層における２つのバッファ層（即ち第１のバッファ層及び第２のバッファ層）の境界面（端部間の境界面）上の関係の設計に関する。したがって、本発明のバッファ層の上層及び下層に特別な制限はなく、他の層が含まれてもよく、又は他の層が含まれなくてもよい。
【符号の説明】
【0059】
[0059] １ 基板
２ 導波路層
３ 保護層
４Ａ バッファ層
４Ｂ バッファ層
４Ｃ バッファ層
４Ｄ バッファ層
４１Ａ 第１のバッファ層
４２Ａ 第２のバッファ層
４１Ｂ 第１のバッファ層
４２Ｂ 第２のバッファ層
４１Ｃ 第１のバッファ層
４２Ｃ 第２のバッファ層
４１Ｄ 第１のバッファ層
４２Ｄ 第２のバッファ層
４１ＤＳ 端面
４２ＡＳ 端面
４２ＣＳ 端面
５ 電極層
７ａ 第１の信号電極
７ｂ 第２の信号電極
９ａ 第１のバイアス電極
９ｂ 第２のバイアス電極
１０ 光導波路
１０ａ 第１の光導波路
１０ｂ 第２の光導波路
１００ 光変調器
２００ 光変調器
Ｄ 境界部
Ｄ１ 境界部
Ｄ２ 境界部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】