JP2006317551A - Optical modulator - Google Patents

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Kenji Kono
健治 河野
Yuji Sato
勇治 佐藤
Masaya Nanami
雅也 名波
Yasuji Uchida
靖二 内田
Nobuhiro Igarashi
信弘 五十嵐
Toru Nakahira
中平  徹
Hiroaki Senda
宏明 仙田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical modulator which can be driven at a high speed with a low voltage and can suppress DC drift, having high reliability and a good yield of manufacturing. <P>SOLUTION: The optical modulator is provided with: a substrate 1 having an electro-optical effect and including at least a face azimuth of x-cut or y-cut; an optical waveguide 3 for wave-guiding the light formed in the substrate; an electrode 4 consisting of a central conductor 4a and grounding conductors 4b, 4c formed on one face side of the substrate for applying voltage to modulate the light; and interactive parts 3a, 3b for the optical waveguide 3 to modulate the phase of the light by applying voltage across the central conductor 4a and the grounding conductors 4b, 4c. The optical modulator is also provided with: a conductive layer 15 which is electrically in contact with a part of the substrate upper surface and is formed so as not to cover the upper surface of the optical waveguide 3; a second buffer layer 16 formed above the conductive layer 15; and the central conductor 4a formed on the second buffer layer 16 in npn-contact with the conductive layer 15 in the interactive parts 3a, 3b. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は光変調器に係り、特に、高速で駆動電圧が低く、かつDCドリフトが小さく、製作の歩留まりの良い光変調器に関する。   The present invention relates to an optical modulator, and more particularly, to an optical modulator that has a high driving speed, a low driving voltage, a small DC drift, and a high manufacturing yield.

周知のように、光変調器において、リチウムナイオベート(LiNbO)のように電界を印加することにより屈折率が変化する、いわゆる電気光学効果を有する基板(以下、リチウムナイオベート基板をLN基板と略す)に光導波路と進行波電極を形成した進行波電極型リチウムナイオベート光変調器(以下、LN光変調器と略す)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。 As is well known, in an optical modulator, a substrate having a so-called electro-optic effect in which a refractive index is changed by applying an electric field, such as lithium niobate (LiNbO 3 ) (hereinafter, a lithium niobate substrate is referred to as an LN substrate). A traveling wave electrode type lithium niobate optical modulator (hereinafter abbreviated as an LN optical modulator) in which an optical waveguide and a traveling wave electrode are formed is 2.5 Gbit / s, 10 Gbit / s because of its excellent chirping characteristics. It is applied to large-capacity optical transmission systems.

このような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、大容量光伝送システムにおけるキーデバイスとして期待されている。   Such an LN optical modulator has recently been studied for application to an ultra large capacity optical transmission system of 40 Gbit / s, and is expected as a key device in the large capacity optical transmission system.

このLN光変調器には、z−カットLN基板を使用するタイプとx−カットLN基板(あるいはy−カットLN基板)を使用するタイプがある。   This LN optical modulator includes a type using a z-cut LN substrate and a type using an x-cut LN substrate (or a y-cut LN substrate).

図9は、第1の従来技術として、x−カットLN基板とコプレーナウェーブガイド(CPW)進行波電極を使用したx−カット基板LN光変調器の斜視図を示す。図10は、図9のA−A’における断面図である。   FIG. 9 shows a perspective view of an x-cut substrate LN optical modulator using an x-cut LN substrate and a coplanar waveguide (CPW) traveling wave electrode as a first prior art. FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 9.

図中、参照符号1はx−カットLN基板、参照符号2は1.3μm、あるいは1.55μmなど光通信において使用する波長領域では透明な厚み200nmから1μm程度のSiOバッファ層、参照符号3はx−カットLN基板1にTiを蒸着後、1050℃で約10時間熱拡散して形成した光導波路であり、この光導波路3はマッハツェンダ干渉系(あるいは、マッハツェンダ光導波路)を構成している。 In the figure, reference numeral 1 is an x-cut LN substrate, reference numeral 2 is a transparent SiO 2 buffer layer having a thickness of about 200 nm to 1 μm in a wavelength region used in optical communication such as 1.3 μm or 1.55 μm, reference numeral 3 Is an optical waveguide formed by thermally diffusing Ti at about 1050 ° C. for 10 hours after vapor deposition of Ti on the x-cut LN substrate 1, and this optical waveguide 3 constitutes a Mach-Zehnder interference system (or Mach-Zehnder optical waveguide). .

なお、図中、参照符号3a、3bは電気信号と光が相互作用する部位(相互作用部と言う)における光導波路(あるいは、相互作用光導波路)、つまりマッハツェンダ光導波路の2本のアームであり、不図示のY分岐光導波路などによって光導波路3を分岐したものである。   In the figure, reference numerals 3a and 3b denote optical waveguides (or interaction optical waveguides) at a portion where an electrical signal and light interact (referred to as an interaction portion), that is, two arms of a Mach-Zehnder optical waveguide. The optical waveguide 3 is branched by a Y-branch optical waveguide (not shown).

また、図中、参照符号4はCPW進行波電極であり、このCPW進行波電極4は中心導体4a、接地導体4b、4cからなっている。   In the figure, reference numeral 4 denotes a CPW traveling wave electrode, and this CPW traveling wave electrode 4 is composed of a central conductor 4a and ground conductors 4b and 4c.

ここで、バッファ層2は、進行波電極4における電気信号即ちマイクロ波の等価屈折率nを光導波路3a、3bを伝搬する光の等価屈折率nに近づけることにより、光変調帯域を拡大するという重要な働きをしている。 Here, the buffer layer 2 is expanded by bringing the effective refractive index n m of the electric signal or microwaves in the traveling-wave electrode 4 optical waveguide 3a, the equivalent refractive index n 0 of the light propagating through 3b, and the optical modulation band It plays an important role.

次に、このように構成されるLN光変調器の動作について説明すると、このLN光変調器を動作させるには、中心導体4aと接地導体4b、4c間に直流バイアス(以下、DCバイアスという)と高周波電気信号(以下、RF電気信号という)とを印加する必要がある。   Next, the operation of the LN optical modulator configured as described above will be described. To operate the LN optical modulator, a direct current bias (hereinafter referred to as a DC bias) is provided between the center conductor 4a and the ground conductors 4b and 4c. And a high-frequency electrical signal (hereinafter referred to as an RF electrical signal) need to be applied.

図11に示す電圧−光出力特性において、図示実線の曲線はある状態でのLN光変調器の電圧−光出力特性であり、Vbはその際のDCバイアス電圧である。   In the voltage-light output characteristics shown in FIG. 11, the curve shown by the solid line is the voltage-light output characteristics of the LN optical modulator in a certain state, and Vb is the DC bias voltage at that time.

この図11に示すように、通常、DCバイアス電圧Vbは光出力特性の山と底の中点に設定される。   As shown in FIG. 11, the DC bias voltage Vb is normally set at the midpoint between the peak and bottom of the light output characteristic.

一般に、中心導体4aと接地導体4b、4cの間には通常5Vから10VのDCバイアス電圧が印加されるが、中心導体4aと接地導体4b、4cの間のギャップが通常10μmから40μm程度であることから、中心導体4aと接地導体4b、4cの間には各々数100kV/mから1000kV/mもの高い電界が印加されることになる。   Generally, a DC bias voltage of 5V to 10V is normally applied between the center conductor 4a and the ground conductors 4b and 4c, but the gap between the center conductor 4a and the ground conductors 4b and 4c is usually about 10 μm to 40 μm. Therefore, an electric field as high as several hundred kV / m to 1000 kV / m is applied between the center conductor 4a and the ground conductors 4b and 4c.

x−カットLN基板1には焦電効果がないものの、このように高い電界の下では、SiOなどの酸化物からなるバッファ層2内に誘起された電荷が移動する結果、図11において図示破線の曲線で示すように電圧−光出力特性が図示矢印で示す方向に変化してしまうため、DCバイアス点をVbからVb’のように設定変更する必要がある。 Although the x-cut LN substrate 1 does not have a pyroelectric effect, the charge induced in the buffer layer 2 made of an oxide such as SiO 2 moves under such a high electric field. Since the voltage-light output characteristic changes in the direction indicated by the arrow as shown by the dashed curve, it is necessary to change the setting of the DC bias point from Vb to Vb ′.

そして、環境温度が一定の場合におけるこのDCバイアス点Vの変化がDCドリフトと呼ばれている。   The change of the DC bias point V when the environmental temperature is constant is called DC drift.

次に、図12に示す図9および図10に示したx−カット基板LN光変調器の等価回路図を用いてDCドリフト現象について考察する。なお、図12では、図9および図10に示したx−カット基板LN光変調器の対称性を考慮し、左半分のみについて表している。   Next, the DC drift phenomenon will be considered using the equivalent circuit diagram of the x-cut substrate LN optical modulator shown in FIG. 9 and FIG. 10 shown in FIG. In FIG. 12, only the left half is shown in consideration of the symmetry of the x-cut substrate LN optical modulator shown in FIGS.

ここで、C、Rはバッファ層2の等価的なキャパシタンスと抵抗、CLN、RLNは、それぞれ、光導波路3aを含むLN基板1の等価的なキャパシタンスと抵抗を表している。 Here, C B and R B represent the equivalent capacitance and resistance of the buffer layer 2, and C LN and R LN represent the equivalent capacitance and resistance of the LN substrate 1 including the optical waveguide 3a, respectively.

電圧が印加された瞬間における電圧の分配はバッファ層2のキャパシタンスCとLN基板1のキャパシタンスCLNにより決定されるが、印加された電圧は時間が経つにつれてバッファ層2の抵抗Rと、LN基板1の抵抗RLNとにより分割される。 Although the distribution of the voltage at the instant the voltage is applied is determined by the capacitance C LN capacitance C B and LN substrate 1 a buffer layer 2, the applied voltage and the resistance R B of the buffer layer 2 over time, divided by the resistance R LN of LN substrate 1.

例えば、バッファ層2の抵抗RがLN基板1の抵抗RLNよりも大きい場合には、印加した電圧の多くがバッファ層2の抵抗Rに加わるので、x−カットLN基板1の抵抗RLNにおける電圧降下は小さくなる。 For example, when the resistance R B of the buffer layer 2 is greater than the resistance R LN of LN substrate 1, since the number of the applied voltage is applied to the resistance R B of the buffer layer 2, x- cut LN resistor substrate 1 R The voltage drop at LN is small.

この場合には、DCバイアス電圧Vbを加えても、x−カットLN基板1の抵抗RLNにはあまり印加されない。つまり、光導波路3a、3bには大きな印加電圧は作用していないので、DCバイアス電圧Vbとしてはより大きな値が必要になってくることになる。これを正のDCドリフトと呼んでいる。 In this case, even if the DC bias voltage Vb is applied, it is not so much applied to the resistor R LN of the x-cut LN substrate 1. That is, since a large applied voltage does not act on the optical waveguides 3a and 3b, a larger value is required as the DC bias voltage Vb. This is called positive DC drift.

この設定変更されたDCバイアス点Vb’が電気制御回路により制御できる範囲を超える場合には、電気的に制御不可能となるので、このDCドリフトを低減することは極めて重要となる。   When the DC bias point Vb 'whose setting has been changed exceeds the range that can be controlled by the electric control circuit, it cannot be electrically controlled. Therefore, it is extremely important to reduce this DC drift.

このDCドリフトを解決するために、z−カットLN基板については、例えば、図13の断面図に示す構成例が第2の従来技術として特許文献1に開示されている。   In order to solve this DC drift, for the z-cut LN substrate, for example, a configuration example shown in the cross-sectional view of FIG. 13 is disclosed in Patent Document 1 as a second prior art.

ここで、参照符号5はz−カットLN基板、参照符号6a、6bはSiOバッファ層、参照符号7は厚み30nmから100nm程度のSi膜からなる導電層、参照符号8a、8bは各々中心導体と接地導体に対応する。 Here, reference numeral 5 is a z-cut LN substrate, reference numerals 6a and 6b are SiO 2 buffer layers, reference numeral 7 is a conductive layer made of a Si film having a thickness of about 30 nm to 100 nm, and reference numerals 8a and 8b are central conductors, respectively. And corresponding to ground conductor.

この構成例では2本の光導波路の真上のみにバッファ層6a、6bが形成され、そのバッファ層6a、6bが導電層7で覆われている。   In this configuration example, buffer layers 6 a and 6 b are formed only directly above two optical waveguides, and the buffer layers 6 a and 6 b are covered with a conductive layer 7.

しかしながら、このように中心導体8a、接地導体8b間を導電層7によって覆う場合には、DCドリフトは、z−カットLN基板5の基板表面に垂直な方向の導電層7の抵抗と中心導体8aと接地導体8b間における導電層7の抵抗の比により単純に決定されてしまう。   However, when the space between the center conductor 8a and the ground conductor 8b is covered with the conductive layer 7 in this way, the DC drift is caused by the resistance of the conductive layer 7 in the direction perpendicular to the substrate surface of the z-cut LN substrate 5 and the center conductor 8a. And the resistance ratio of the conductive layer 7 between the ground conductor 8b is simply determined.

しかるに、通常、中心導体8aと接地導体8b間のギャップの大きさは、進行波電極としての電気的特性、即ちマイクロ波の等価屈折率nや特性インピーダンスZから決めるべきことであるので、図13の構成では、DCドリフトの量を設計する上では自由度が少なく、一般に、上記抵抗比はDCドリフトを充分に抑えるには不十分である。 However, usually, the size of the gap between the center conductor 8a and the ground conductor 8b, the electrical characteristics of the traveling-wave electrode, that is, we should decide from microwave equivalent refractive index n m and the characteristic impedance Z, FIG. In the configuration of 13, the degree of freedom is small in designing the amount of DC drift, and in general, the resistance ratio is insufficient to sufficiently suppress the DC drift.

さらに、図13に示した構造はz−カットLN基板用であるのに対し、図9や図10に示すように、x−カットLN基板では中心導体4aと接地導体4b、4cの間に光導波路3a、3bがあるので、この第2の従来技術を適用することはできない。   Further, while the structure shown in FIG. 13 is for a z-cut LN substrate, as shown in FIG. 9 and FIG. 10, in the x-cut LN substrate, light is transmitted between the center conductor 4a and the ground conductors 4b and 4c. Since the waveguides 3a and 3b are present, the second prior art cannot be applied.

また、光の伝搬損失が大きな導電層7を光導波路の上に直接に堆積することは、光の伝搬損失の観点からx−カットLN基板への適用は好ましくない。   In addition, it is not preferable to directly deposit the conductive layer 7 having a large light propagation loss on the optical waveguide from the viewpoint of the light propagation loss to the x-cut LN substrate.

また、SiやSiOxからなる導電層7の抵抗率を10から1010Ω・cmに設定する必要があるが、具体的にこの値に設定するにはSiを堆積後、数100℃の熱処理を行う必要がある。 In addition, the resistivity of the conductive layer 7 made of Si or SiOx needs to be set to 10 7 to 10 10 Ω · cm. In order to specifically set this value, a heat treatment of several hundred degrees C. is performed after depositing Si. Need to do.

ところが、この場合、抵抗率の制御が難しく、コストと歩留まりにおいて問題があることに加えて、導電層7の抵抗率が設計値よりも大幅に低くなった場合には、中心導体4aと接地導体4b、4c間において電気的ショートが発生し、素子が破壊されてしまうという問題がある。   However, in this case, it is difficult to control the resistivity and there are problems in cost and yield. In addition, when the resistivity of the conductive layer 7 is significantly lower than the design value, the center conductor 4a and the ground conductor There is a problem that an electrical short circuit occurs between 4b and 4c and the element is destroyed.

図14の断面図に示す構成例は、特許文献2に開示されている第3の従来技術によるz−カットLN基板である。   The configuration example shown in the sectional view of FIG. 14 is a z-cut LN substrate according to the third prior art disclosed in Patent Document 2.

この構成例は、SiOバッファ層6a、6bが光導波路3a、3bをカバーするとともに、中心導体8aと接地導体8bが光導波路の上方にあり、第2の従来技術の構成と同様にz−カットLN基板についての構造である。 In this configuration example, the SiO 2 buffer layers 6a and 6b cover the optical waveguides 3a and 3b, and the center conductor 8a and the ground conductor 8b are located above the optical waveguide. It is a structure about a cut LN substrate.

また、図中、参照符号12a、12b、12cは導電層であり、この第3の従来技術では、導電層12bを形成することにより、一対の中心導体8aと接地導体8bの間に複数個の絶縁箇所13a、13bを設けることを特徴としている。   In the figure, reference numerals 12a, 12b, and 12c denote conductive layers. In the third prior art, a plurality of conductive layers 12b are formed between the pair of center conductors 8a and the ground conductor 8b. Insulating portions 13a and 13b are provided.

この第3の従来技術によるLN光変調器では、進行波電極として中心導体8aと接地導体8bからなる対称コプレーナストリップ(CPS)を具備している。SiOバッファ層6a、6bが光導波路3a、3bをカバーするとともに、中心導体8aと接地導体8bが光導波路の上方にあり、第2の従来技術の構成と同様にz−カットLN基板5についての構造である。 The LN optical modulator according to the third prior art includes a symmetric coplanar strip (CPS) comprising a center conductor 8a and a ground conductor 8b as traveling wave electrodes. The SiO 2 buffer layers 6a and 6b cover the optical waveguides 3a and 3b, and the center conductor 8a and the ground conductor 8b are located above the optical waveguide, and the z-cut LN substrate 5 is similar to the configuration of the second prior art. This is the structure.

また、図中、参照符号12a、12b、12cは導電層であり、この第3の従来技術では、導電層12bを形成することにより、一対の中心導体8aと接地導体8bの間に複数個の絶縁箇所13a、13bを設けることを特徴としている。   In the figure, reference numerals 12a, 12b, and 12c denote conductive layers. In the third prior art, a plurality of conductive layers 12b are formed between the pair of center conductors 8a and the ground conductor 8b. Insulating portions 13a and 13b are provided.

しかしながら、この第3の従来技術では導電層12bが電気的に浮いているため、導電層12bに誘起される電荷が中心導体8aと接地導体8bに誘起される電荷に大きく影響されるという電気的な不安定性を有している。   However, since the conductive layer 12b is electrically floating in the third prior art, the electrical charge induced in the conductive layer 12b is greatly affected by the electrical charge induced in the center conductor 8a and the ground conductor 8b. Instability.

さらに、この第3の従来技術を実現するには技術的に極めて難しい問題がある。この第3の従来技術を実現するための電極作製工程では、まず20μmから30μmと厚い金メッキからなる中心導体8aと接地導体8bを形成した後、全面に導電層を堆積する。次に、フォトレジストを全面に塗布した後、露光・現像により中心導体8aと接地導体8bの直上と直近のフォトレジストに窓を開ける。フォトレジストに開けた窓の箇所の導電層を除去するとともに、導電層を12a、12b、12cと分割する。ところが、20μmから30μmもの厚みの中心導体8aと接地導体8bがあると、中心導体8aと接地導体8bの直上のレジストは薄く(導体のエッジ部にはフォトレジストがほとんどない箇所もある)、また中心導体8aや接地導体8bと導電層が接する付近にはレジストが厚く溜まる。その結果、フォトレジストの厚みは各所で大きく異なっており、特に中心導体8aと接地導体8bの近傍では精度良くパターニングすることは極めて難しく、製造の歩留まりに大きな問題があった。   Furthermore, there are technically very difficult problems to realize the third prior art. In the electrode manufacturing process for realizing the third prior art, first, a central conductor 8a and a ground conductor 8b made of thick gold plating of 20 to 30 μm are formed, and then a conductive layer is deposited on the entire surface. Next, after a photoresist is applied to the entire surface, windows are opened in the photoresist just above and near the center conductor 8a and the ground conductor 8b by exposure and development. The conductive layer at the window portion opened in the photoresist is removed, and the conductive layer is divided into 12a, 12b, and 12c. However, if there is a center conductor 8a and a ground conductor 8b having a thickness of 20 to 30 μm, the resist immediately above the center conductor 8a and the ground conductor 8b is thin (there is a portion where there is almost no photoresist at the edge of the conductor), and A thick resist is accumulated in the vicinity of the conductive layer contacting the central conductor 8a or the ground conductor 8b. As a result, the thickness of the photoresist is greatly different in various places, and it is extremely difficult to pattern with high precision especially in the vicinity of the center conductor 8a and the ground conductor 8b, and there is a big problem in the manufacturing yield.

特開平1−302325号公報JP-A-1-302325 特開平8−146367号公報JP-A-8-146367

以上のように、従来提案されているDCドリフト抑圧構造はz−カット基板LN光変調器についてであり、x−カット基板LN光変調器についての有効なDCドリフト抑圧構造はまだ提案されていない。   As described above, the conventionally proposed DC drift suppression structure is for the z-cut substrate LN optical modulator, and an effective DC drift suppression structure for the x-cut substrate LN optical modulator has not yet been proposed.

さらに、従来提案されているz−カット基板のLN光変調器についても、特許文献1に示されている第2の従来技術では中心導体8aと接地導体8bが導電層7により導通しているので、DCドリフト抑圧の効果がLN基板5の表面水平方向と垂直方向の幾何学的な構造で決まってしまう。   Further, with respect to the conventionally proposed z-cut substrate LN optical modulator, the center conductor 8a and the ground conductor 8b are electrically connected by the conductive layer 7 in the second prior art disclosed in Patent Document 1. The effect of suppressing the DC drift is determined by the geometric structure in the horizontal and vertical directions of the surface of the LN substrate 5.

つまり、第2の従来技術では、マイクロ波の等価屈折率nや特性インピーダンスを決定すべき中心導体8aと接地導体8b間のギャップの大きさによりDCドリフト量が決まることになり、DCドリフト量の設計の自由度が少ないという問題がある。 That is, in the second prior art, the DC drift amount is determined by the size of the gap between the center conductor 8a and the ground conductor 8b in which the microwave equivalent refractive index nm and the characteristic impedance are to be determined. There is a problem that the degree of freedom of design is small.

さらに、この第2の従来技術では、導電層7の抵抗が設計値よりも低くなった場合には電気的なショートが発生し、素子を破壊してしまう、あるいは高い温度での熱処理を必要とする際の温度制御性や歩留まりの点で問題がある。   Further, in the second prior art, when the resistance of the conductive layer 7 becomes lower than the design value, an electrical short circuit occurs, which destroys the device or requires heat treatment at a high temperature. There are problems in terms of temperature controllability and yield.

また、第3の従来技術では電気的に浮いた導電層12bを設けているため、電気的な不安定性を有している。さらに、中心導体8aと接地導体8bの近傍の導電層にパターニングにより、ギャップを開ける工程が不可欠となるが、中心導体8aと接地導体8bが厚いためにこの工程は技術的に極めて難しく、製作性と歩留まりの点で問題を有している。   Further, in the third prior art, since the electrically floating conductive layer 12b is provided, it has electrical instability. In addition, a process of opening a gap by patterning the conductive layer in the vicinity of the center conductor 8a and the ground conductor 8b is indispensable. However, since the center conductor 8a and the ground conductor 8b are thick, this process is extremely difficult technically, and is easy to manufacture. And have a problem in terms of yield.

そこで、本発明は以上のような従来技術の問題点を解消することにより、高速で駆動電圧が低く、かつDCドリフトが小さく、製作の歩留まりの良い光変調器を提供することを目的としている。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical modulator having a high production yield by eliminating the above-described problems of the prior art and at a high speed, a low driving voltage, a small DC drift.

上記課題を解決するために、本発明の請求項1の光変調器は、電気光学効果を有し、少なくともx−カット又はy−カットの面方位を含む基板と、該基板に形成された光を導波するための光導波路と、前記光を変調するための電圧を印加する、前記基板の一方の面側に形成された中心導体及び接地導体からなる電極と、前記光導波路が前記中心導体と前記接地導体との間に前記電圧を印加することにより前記光の位相を変調するための相互作用部とを具備する光変調器において、前記基板上面の一部分に電気的に接触(あるいは接続とも言う)するとともに、前記光導波路の上面の少なくとも一部を被覆しないように形成した導電層と、該導電層の上方に形成したバッファ層を具備し、前記相互作用部では前記中心導体が前記導電層に接触せず、前記バッファ層の上方に前記中心導体が形成されていることを特徴とする。   In order to solve the above problems, an optical modulator according to claim 1 of the present invention has an electro-optic effect and includes at least an x-cut or y-cut plane orientation, and light formed on the substrate. An optical waveguide for guiding light, an electrode made of a central conductor and a ground conductor formed on one side of the substrate, to which a voltage for modulating the light is applied, and the optical waveguide is the central conductor And an electrical contact between the ground conductor and the ground conductor. The optical modulator comprises an interaction unit for modulating the phase of the light by applying the voltage. And a conductive layer formed so as not to cover at least a part of the upper surface of the optical waveguide, and a buffer layer formed above the conductive layer, wherein the central conductor is the conductive layer in the interaction portion. Contact the layer , Wherein the central conductor above the buffer layer is formed.

本発明の請求項2の光変調器は、請求項1において、前記中心導体の一部と前記導電層が電気的に接触していることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the optical modulator according to the first aspect, a part of the central conductor and the conductive layer are in electrical contact.

本発明の請求項3の光変調器は、請求項1において、前記中心導体の一部と前記導電層が電気的に分離していることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the optical modulator according to the first aspect, wherein a part of the central conductor and the conductive layer are electrically separated.

本発明の請求項4の光変調器は、請求項2において、前記中心導体の一部が、相互作用部以外であることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the optical modulator according to the second aspect, a part of the central conductor is other than the interaction portion.

本発明の請求項5の光変調器は、請求項3において、前記中心導体の一部が、相互作用部であることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the optical modulator according to the third aspect, a part of the central conductor is an interaction portion.

本発明の請求項6の光変調器は、請求項2において、前記中心導体の一部が、DCバイアス供給部であることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the optical modulator according to the second aspect, a part of the center conductor is a DC bias supply section.

本発明の請求項7の光変調器は、請求項1乃至請求項6において、前記接地導体の少なくとも一部が前記基板に電気的に接触していることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, in the optical modulator according to the first to sixth aspects, at least a part of the ground conductor is in electrical contact with the substrate.

本発明の請求項8の光変調器は、請求項1乃至請求項7において、前記中心導体を介して、前記導電層にDCバイアスを印加することを特徴とする。   An optical modulator according to an eighth aspect of the present invention is characterized in that, in the first to seventh aspects, a DC bias is applied to the conductive layer via the central conductor.

本発明の請求項9の光変調器は、請求項1乃至請求項7において、前記中心導体を介さずに、前記導電層にDCバイアスを印加することを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, in the optical modulator according to the first to seventh aspects, a DC bias is applied to the conductive layer without passing through the central conductor.

本発明の請求項10の光変調器は、請求項1乃至請求項9において、前記導電層が半導体からなることを特徴とする。   An optical modulator according to a tenth aspect of the present invention is the optical modulator according to the first to ninth aspects, wherein the conductive layer is made of a semiconductor.

本発明の請求項11の光変調器は、請求項1乃至請求項9において、前記導電層が金属もしくは金属酸化物の少なくとも1つからなることを特徴とする。   An optical modulator according to an eleventh aspect of the present invention is the optical modulator according to the first to ninth aspects, wherein the conductive layer is made of at least one of a metal or a metal oxide.

本発明の請求項12の光変調器は、請求項1乃至請求項9において、前記導電層が半導体と金属もしくは金属酸化物の組み合わせからなることを特徴とする。   An optical modulator according to a twelfth aspect of the present invention is the optical modulator according to any one of the first to ninth aspects, wherein the conductive layer is made of a combination of a semiconductor and a metal or a metal oxide.

本発明による光変調器では、中心導体と接地導体の間に光導波路が存在するx−カットLN基板、y−カットLN基板において、中心導体の下方にあり、かつ2本の光導波路の間の基板に電気的に接触した導電層にDCバイアスを印加しているので、バッファ層における電圧の降下は極めて小さい。   In the optical modulator according to the present invention, in the x-cut LN substrate and the y-cut LN substrate in which the optical waveguide exists between the central conductor and the ground conductor, the optical modulator is located below the central conductor and between the two optical waveguides. Since a DC bias is applied to the conductive layer in electrical contact with the substrate, the voltage drop in the buffer layer is very small.

従って、本発明の光変調器によると、中心導体と接地導体との間に印加された電圧のほとんどが基板、換言すると光導波路に有効に印加されるので、DCドリフトを抑えることが可能となる。   Therefore, according to the optical modulator of the present invention, since most of the voltage applied between the center conductor and the ground conductor is effectively applied to the substrate, in other words, the optical waveguide, it is possible to suppress DC drift. .

また、中心導体と接地導体を伝搬するRF電気信号と、光導波路を伝搬する光が相互作用する相互作用部においては、バッファ層の上方に形成した中心導体と、基板に電気的に接触するように形成した導電層とは構造的に接触していない。そのため、構造が簡単であり、製作性と製作の歩留まりが著しく良い。   Further, in the interaction portion where the RF electrical signal propagating through the central conductor and the ground conductor and the light propagating through the optical waveguide interact, the central conductor formed above the buffer layer is in electrical contact with the substrate. It is not structurally in contact with the conductive layer formed in the above. Therefore, the structure is simple and the manufacturability and production yield are remarkably good.

さらに、導電層は中心導体の下方、即ち2本の光導波路の中間に設けているので、光導波路を伝搬する光の伝搬損失を増加することなく、DCドリフトを抑圧できるという効果がある。   Furthermore, since the conductive layer is provided below the central conductor, that is, in the middle of the two optical waveguides, there is an effect that the DC drift can be suppressed without increasing the propagation loss of light propagating through the optical waveguide.

ここで、中心導体と接地導体を完全に電気的に絶縁する構成である場合には、DCドリフト抑圧の効果が著しい。この場合には、中心導体と接地導体が導電層により導通していないことが実現できるため、導電層の抵抗が低い場合にも電気的ショートが発生するという問題を回避することができる。   Here, when the center conductor and the ground conductor are completely electrically insulated, the effect of suppressing the DC drift is remarkable. In this case, since it is possible to realize that the central conductor and the ground conductor are not conducted by the conductive layer, it is possible to avoid the problem that an electrical short occurs even when the resistance of the conductive layer is low.

また、中心導体の下方に設けている導電層がLN基板に電気的に直接接触しているので、DCバイアス電圧を低減でき、DCドリフトに起因する長期信頼性を向上させることが可能となる。   In addition, since the conductive layer provided below the central conductor is in direct electrical contact with the LN substrate, the DC bias voltage can be reduced and long-term reliability due to DC drift can be improved.

以下、本発明の実施形態について説明するが、図9乃至図14に示した従来技術と同一の符号は同一機能部に対応しているため、ここでは同一の符号を持つ機能部の説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. However, since the same reference numerals as those in the related art shown in FIGS. 9 to 14 correspond to the same functional units, description of the functional units having the same reference numerals is omitted here. To do.

[第1実施形態]
図1の(a)〜(e)は、本発明による光変調器における第1実施形態の製造工程の手順(ステップ)を示す。また、図2は本発明における第1実施形態の概略の斜視図であり、図1の(a)〜(e)は、図2のA−A’部における断面に対応している。
[First Embodiment]
FIGS. 1A to 1E show a procedure (step) of a manufacturing process of the first embodiment in the optical modulator according to the present invention. FIG. 2 is a schematic perspective view of the first embodiment of the present invention, and FIGS.

(a)第1バッファ層14の堆積
このステップでは、x−カットLN基板1にTiを熱拡散して製作した光導波路3a、3bを形成した後、SiOなどの第1バッファ層14を堆積する。
(A) Deposition of the first buffer layer 14 In this step, after forming the optical waveguides 3a and 3b manufactured by thermally diffusing Ti on the x-cut LN substrate 1, the first buffer layer 14 such as SiO 2 is deposited. To do.

(b)第1バッファ層14のエッチング
このステップでは、第1バッファ層14を部分的にエッチングし、窓を開ける。
(B) Etching the first buffer layer 14 In this step, the first buffer layer 14 is partially etched to open a window.

(c)導電層15と第2バッファ層16の堆積
このステップでは、エッチングしたSiOとエッチングにより開けられたSiOの窓から見えているx−カットLN基板1の上に、SiやSiOxからなる導電層15とSiOなどからなる第2バッファ層16を堆積する。このとき、導電層15がx−カットLN基板1の表面に電気的に接触する。
(C) Deposition of conductive layer 15 and second buffer layer 16 In this step, Si or SiOx is formed on the x-cut LN substrate 1 that is visible from the etched SiO 2 and SiO 2 windows opened by etching. A conductive layer 15 and a second buffer layer 16 made of SiO 2 or the like are deposited. At this time, the conductive layer 15 is in electrical contact with the surface of the x-cut LN substrate 1.

(d)第2バッファ層16と導電層15のエッチング
後述するステップで形成する中心導体4aと接地導体間4b、4c間の抵抗を高めるために、光導波路3a、3bの上の第2バッファ層16と導電層15をエッチングする。その結果、光導波路3a、3bとx−カットLN基板1が部分的にむき出しになる。
(D) Etching of the second buffer layer 16 and the conductive layer 15 In order to increase the resistance between the center conductor 4a and the ground conductors 4b and 4c formed in the steps described later, the second buffer layer on the optical waveguides 3a and 3b. 16 and the conductive layer 15 are etched. As a result, the optical waveguides 3a and 3b and the x-cut LN substrate 1 are partially exposed.

(e)電極(中心導体4a、接地導体4b、4c)の形成
このステップでは、中心導体4aと接地導体4b、4cを形成する。
(E) Formation of electrodes (center conductor 4a, ground conductors 4b, 4c) In this step, the center conductor 4a and the ground conductors 4b, 4c are formed.

なお、本実施形態では中心導体4aと接地導体間4b、4c間は、導電層15が除去されているので、電気的に分離されており、特許文献1と異なり、高い抵抗を持つ。   In the present embodiment, the conductive layer 15 is removed between the center conductor 4a and the ground conductors 4b and 4c, so that they are electrically separated and have a high resistance, unlike Patent Document 1.

また、SiOなどからなる第1バッファ層14a’、14a’’と第2バッファ層16a、16b、16c、特に中心導体4aの下に配置した第2バッファ層16aが、マイクロ波の等価屈折率nを光導波路3a、3bを伝搬する光の等価屈折率nに近づけるために重要な働きをする。 Further, the first buffer layers 14a ′, 14a ″ made of SiO 2 and the like and the second buffer layers 16a, 16b, 16c, in particular, the second buffer layer 16a disposed under the central conductor 4a are provided with an equivalent refractive index of microwaves. It plays an important role in bringing n m closer to the equivalent refractive index n 0 of the light propagating through the optical waveguides 3a and 3b.

このように、本発明ではマイクロ波の等価屈折率nを光導波路3a、3bを伝搬する光の等価屈折率nに近づけつつ、導電層15a(15b、15cがあっても同じである)をx−カットLN基板1に電気的に接触している。 Thus, the present invention will close the equivalent refractive index n 0 of the light propagating the optical waveguide 3a and the equivalent refractive index n m of the microwave, the 3b, conductive layer 15a (15b, is the same even 15c is) Is in electrical contact with the x-cut LN substrate 1.

図2は本発明における第1実施形態の概略の斜視図である。高周波(RF)電気信号であるマイクロ波の出力部におけるB−B’部の断面図を図3に示す(一般に、RF電気信号であるマイクロ波の入出力ポートをフィードスルー部と言う)。   FIG. 2 is a schematic perspective view of the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of the B-B ′ portion in the output portion of the microwave that is a high frequency (RF) electric signal (generally, the input / output port of the microwave that is the RF electric signal is referred to as a feedthrough portion).

図3からわかるように、マイクロ波出力部において中心導体4aは導電層15aに電気的に接続されており、ここから中心導体4aを通じてDCバイアス電圧を導電層15aに供給している。なお、図1や図3では中心導体4aを対称軸として左右対称と考えている。図3では左半分に重きを置いて図示している。なお、図1や図3において接地導体4b、4cは導電層を介してx−カットLN基板1に導通しても良いし、直接x−カットLN基板1に接触しても良い。   As can be seen from FIG. 3, the center conductor 4a is electrically connected to the conductive layer 15a in the microwave output portion, and a DC bias voltage is supplied to the conductive layer 15a through the center conductor 4a. In FIGS. 1 and 3, it is assumed that the center conductor 4a is symmetrical with respect to the center conductor 4a. In FIG. 3, the left half is weighted. 1 and 3, the ground conductors 4b and 4c may be electrically connected to the x-cut LN substrate 1 through a conductive layer, or may be in direct contact with the x-cut LN substrate 1.

中心導体4aを中心として左右対称でも良いし、左右対称でなくても良いというのは第1実施形態のみでなく本発明のその他の実施形態にも成り立つことは言うまでもない。   Needless to say, it may be left-right symmetric about the center conductor 4a or not left-right symmetric, not only in the first embodiment but also in other embodiments of the present invention.

なお、図1の(e)に示したように相互作用部においても接地導体4bの下には導電層15bと第2バッファ層16bが、また接地導体4cの下には導電層15cと第2バッファ層16cがあるが、この領域の幅(図1における左右方向の長さ)は中心導体4aと接地導体4b間の距離の数倍あれば充分であることを確認している。但し、接地導体4b、4cの一部もしくは全部がx−カットLN基板1に直接接触しても光変調器としての高速応答特性を損なうことはないし、DCドリフトを抑圧するという本発明の効果はより一層強く実現できる。このことは図3に示すフィードスルー部においても同様に成り立つ。   As shown in FIG. 1E, also in the interaction portion, the conductive layer 15b and the second buffer layer 16b are provided under the ground conductor 4b, and the conductive layer 15c and the second buffer layer are provided under the ground conductor 4c. Although there is the buffer layer 16c, it has been confirmed that the width of this region (the length in the left-right direction in FIG. 1) is sufficient if it is several times the distance between the center conductor 4a and the ground conductor 4b. However, even if a part or all of the ground conductors 4b and 4c are in direct contact with the x-cut LN substrate 1, the high-speed response characteristic as the optical modulator is not impaired, and the effect of the present invention of suppressing the DC drift is It can be realized even stronger. This also holds true for the feedthrough portion shown in FIG.

図4は図2のマイクロ波の出力ポートにおけるC−C’での断面図である。この実施形態では、DCバイアスが導電層15aと同時に中心導体4aにも印加されている。なお、x−カットLN基板1に接している導電層15aと中心導体4aは同電位であるので、バッファ層16aの上下で電位差は生じない。また、出力ポートのみでなく入力ポート側も図3の構造としても良い。   4 is a cross-sectional view taken along the line C-C ′ at the microwave output port of FIG. 2. In this embodiment, the DC bias is applied to the central conductor 4a simultaneously with the conductive layer 15a. Since the conductive layer 15a in contact with the x-cut LN substrate 1 and the central conductor 4a are at the same potential, no potential difference occurs above and below the buffer layer 16a. Further, not only the output port but also the input port side may have the structure shown in FIG.

図5のように、図2のC−C’における断面において、DCバイアス供給部17を中心導体4aと電気的に分離した構造が本発明の第2実施形態である。この場合にも、DCバイアスは導電層15aから供給されるが、DCバイアス供給部17と中心導体4aは電気的に分離されているので、DCバイアス供給部17にはDCバイアスのみが、中心導体4aにはRF電気信号のみが印加されることになる。なお、図2のマイクロ波出力ポート部において、DCバイアス供給部17を中心導体4aから横に引き出して別途設けておけば、DCバイアスを印加するのに都合が良い。   As shown in FIG. 5, the structure in which the DC bias supply unit 17 is electrically separated from the central conductor 4a in the cross section taken along the line C-C 'of FIG. 2 is the second embodiment of the present invention. Also in this case, the DC bias is supplied from the conductive layer 15a. However, since the DC bias supply unit 17 and the central conductor 4a are electrically separated, only the DC bias is supplied to the DC bias supply unit 17 from the central conductor. Only the RF electrical signal is applied to 4a. In the microwave output port portion of FIG. 2, it is convenient to apply the DC bias if the DC bias supply portion 17 is pulled out from the central conductor 4a and provided separately.

また、図4のようにDCバイアスを供給する箇所が中心導体4aと電気的につながっていても良いし、図5のようにつながっていなくても良いというのは本発明のその他の実施形態にも成り立つ。   Further, the location where the DC bias is supplied as shown in FIG. 4 may be electrically connected to the central conductor 4a, or may not be connected as shown in FIG. 5, in other embodiments of the present invention. Also holds.

本発明のその他の実施形態と同様に、以上の実施形態では中心導体4aと接地導体間4b、4c間は導電層15が除去されている。そのため、中心導体4aと接地導体4b、4c間は電気的に分離されており、図13に示した第2の従来技術である特許文献1や図14に示した第3の従来技術である特許文献2と異なり、高い抵抗を持つ。なお、図13の第2の従来技術や図14の第3の従来技術における導電層7や12a、12b、12cの抵抗は10〜1010Ω・cmが好適ではあるが、本発明ではこれらとは異なり、中心導体4aと接地導体4b(あるいは4c)が互いに導電層で接続しないように設計できるので、これ以外の値、例えば、より小さな抵抗値でも良いという利点がある。 As in the other embodiments of the present invention, the conductive layer 15 is removed between the center conductor 4a and the ground conductors 4b and 4c in the above embodiments. Therefore, the center conductor 4a and the ground conductors 4b and 4c are electrically separated, and the second prior art shown in FIG. 13 and the third prior art shown in FIG. Unlike literature 2, it has high resistance. The resistance of the conductive layers 7 and 12a, 12b, and 12c in the second prior art in FIG. 13 and the third prior art in FIG. 14 is preferably 10 7 to 10 10 Ω · cm. In contrast, since the center conductor 4a and the ground conductor 4b (or 4c) can be designed not to be connected to each other by a conductive layer, there is an advantage that other values, for example, smaller resistance values may be used.

図6は、この電気的な接続の様子(等価回路)を示している。説明を簡単にするために、図6では光変調器の構成要素としては中心導体4a、接地導体4b、4cと光導波路3a、3bのみを示している。また、図に示した等価回路は対称性を考慮し、左半分のみを描いている。   FIG. 6 shows the state of this electrical connection (equivalent circuit). For the sake of simplicity, FIG. 6 shows only the central conductor 4a, the ground conductors 4b and 4c, and the optical waveguides 3a and 3b as components of the optical modulator. In addition, the equivalent circuit shown in the figure shows only the left half in consideration of symmetry.

図中、C、Rはx−カットLN基板1の表面から中心導体4aあるいは接地導体4b(または、4c)を見た時のキャパシタンスと抵抗である。 In the figure, C C and R C are capacitance and resistance when the center conductor 4a or the ground conductor 4b (or 4c) is viewed from the surface of the x-cut LN substrate 1.

一般に、SiOよりもSiやSiOxなどの導電層は抵抗が小さいため、特に、DCドリフトに大きな影響を与える抵抗Rはx−カットLN基板1の表面と中心導体4aあるいは接地導体4b(または、4c)間の導電層15aの抵抗と考えてよい。 In general, since a conductive layer such as Si or SiOx has a smaller resistance than SiO 2 , in particular, the resistance RC that has a large influence on DC drift is the surface of the x-cut LN substrate 1 and the central conductor 4a or the ground conductor 4b (or 4c) may be considered as the resistance of the conductive layer 15a.

このとき、x−カットLN基板1の抵抗RLNと導電層15aの抵抗Rとの間に
LN>>R …(1)
の関係が成り立てば、第1の従来技術において説明した図9のSiOバッファ層2の抵抗Rにおける電圧降下を防ぐことができる。
At this time, R LN >> R C (1) between the resistance R LN of the x-cut LN substrate 1 and the resistance R C of the conductive layer 15a.
If Naritate is related, it is possible to prevent a voltage drop in the first SiO 2 buffer layer 2 resistors in Figure 9 described in the prior art R B.

つまり、この場合には中心導体4aと接地導体4b、4cに印加したDCバイアス電圧のほとんど全てをx−カットLN基板1に印加することができるので、バッファ層内での電荷の移動がなくなり、その結果、光変調器としての駆動電圧の上昇を防ぐことができるとともに、DCドリフトを著しく低減することが可能となる。   That is, in this case, almost all of the DC bias voltage applied to the center conductor 4a and the ground conductors 4b and 4c can be applied to the x-cut LN substrate 1, so that there is no movement of charges in the buffer layer, As a result, it is possible to prevent an increase in driving voltage as an optical modulator and to significantly reduce DC drift.

なお、導電層の抵抗Rは10〜1010Ω・cmが好適ではあるが、本発明では特許文献1として示した第2の従来技術の構造と異なり、中心導体4aと接地導体4b(あるいは4c)が互いに導電層で接続しないように設計できるので、これ以外の値、例えば、より小さな抵抗値でも良いという利点がある。 The resistance RC of the conductive layer is preferably 10 7 to 10 10 Ω · cm. However, in the present invention, unlike the structure of the second prior art shown as Patent Document 1, the center conductor 4a and the ground conductor 4b ( Alternatively, since 4c) can be designed not to be connected to each other by a conductive layer, there is an advantage that a value other than this, for example, a smaller resistance value may be used.

[第3実施形態]
図7は、本発明による光変調器の第3実施形態を示す断面図である。本実施形態では導電層15aの幅を狭くすることにより、SiやSiOxなどの半導体からなる導電層15aがRF電気信号に与える影響を小さくしている。従って、導電層15の幅は中心導体4aより狭いことが望ましい。ここで、参照番号14a’、14a’’ はいずれも第1バッファ層である。
[Third Embodiment]
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a third embodiment of an optical modulator according to the present invention. In the present embodiment, the influence of the conductive layer 15a made of a semiconductor such as Si or SiOx on the RF electrical signal is reduced by reducing the width of the conductive layer 15a. Therefore, it is desirable that the width of the conductive layer 15 is narrower than that of the central conductor 4a. Here, reference numerals 14a ′ and 14a ″ are the first buffer layer.

また、本実施形態を含む本発明の全ての実施形態において、導電層はx−カットLN基板に電気的に接触しているため、DCバイアス電圧を光導波路にバッファ層を介さずに直接印加することが可能となる。一方、この導電層はRF電気信号に対しては、ほぼ誘電体として機能する。つまり、RF電気信号にとってのマイクロ波特性、即ち、マイクロ波実効屈折率や特性インピーダンスはバッファ層とほぼ誘電体として見える導電層により決定され、高速光変調が可能となる。換言すると、本発明においてはDC的な駆動電圧をRF的な駆動電圧よりも低減できる(例えば、各々2Vと5V)ので、DCドリフトに起因する長期信頼性に大きな影響を与えるDCバイアス電圧を低く設定することが可能となり、DC的な駆動電圧とRF的な駆動電圧が等しく、大きなDCバイアス電圧を必要とした従来のx−カット光変調器よりも高い長期信頼性を実現できるという優れた利点がある。   In all the embodiments of the present invention including this embodiment, since the conductive layer is in electrical contact with the x-cut LN substrate, the DC bias voltage is directly applied to the optical waveguide without passing through the buffer layer. It becomes possible. On the other hand, this conductive layer functions almost as a dielectric for RF electrical signals. That is, the microwave characteristics for the RF electrical signal, that is, the microwave effective refractive index and the characteristic impedance are determined by the buffer layer and the conductive layer that appears to be almost dielectric, and high-speed optical modulation is possible. In other words, in the present invention, the DC drive voltage can be reduced more than the RF drive voltage (for example, 2V and 5V, respectively), so that the DC bias voltage that greatly affects the long-term reliability caused by DC drift is reduced. It is possible to set, and the DC driving voltage and RF driving voltage are equal, and it is possible to realize a long-term reliability higher than that of a conventional x-cut optical modulator that requires a large DC bias voltage. There is.

[第4実施形態]
図8は、本発明による光変調器の第4実施形態を示す断面図である。本実施形態では導電層15aの幅を狭くすることにより、SiやSiOxなどの半導体からなる導電層15aがRF電気信号に与える影響を小さくするとともに、図7の第3実施形態における第1バッファ層14a’、14a’’を省略している。そのため、製作がより簡単である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a fourth embodiment of an optical modulator according to the present invention. In the present embodiment, by reducing the width of the conductive layer 15a, the influence of the conductive layer 15a made of a semiconductor such as Si or SiOx on the RF electrical signal is reduced, and the first buffer layer in the third embodiment of FIG. 14a 'and 14a''are omitted. Therefore, it is easier to manufacture.

[各実施形態について]
本発明による光変調器では中心導体と接地導体が電気的に絶縁されており、かつ導電層が基板に電気的に接触しているので、上述したようにDCドリフト抑圧とDCバイアス電圧低減による光変調器としての長期信頼性が向上するという効果を有している。
[About each embodiment]
In the optical modulator according to the present invention, the center conductor and the ground conductor are electrically insulated, and the conductive layer is in electrical contact with the substrate. Therefore, as described above, the light due to DC drift suppression and DC bias voltage reduction is reduced. This has the effect of improving long-term reliability as a modulator.

この場合、CPW電極は1つの中心導体と2つの接地導体からなっているが、中心導体と1つの接地導体を導電層により電気的に接続した場合には、本発明による光変調器の効果を最大限には生かすことができなくはなるが、中心導体と2つの接地導体を導電層により電気的に接続した場合に比べると効果があることは言うまでもない。   In this case, the CPW electrode is composed of one center conductor and two ground conductors. However, when the center conductor and one ground conductor are electrically connected by a conductive layer, the effect of the optical modulator according to the present invention is reduced. Needless to say, it is not as effective as possible, but it is more effective than the case where the central conductor and the two ground conductors are electrically connected by the conductive layer.

なお、各実施形態としては主に、中心導体と接地導体間の第1バッファ層、あるいは第2バッファ層をエッチング除去した場合について説明したが、エッチング除去しなくても本発明としての効果があることは言うまでもない。   In each of the embodiments, the case where the first buffer layer or the second buffer layer between the center conductor and the ground conductor is removed by etching has been described. However, the present invention has an effect even if the etching is not removed. Needless to say.

また、本発明による光変調器において用いる基板としてはLN基板を例に用いて説明したが、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各種基板でも良いし、半導体基板でも良い。   The substrate used in the optical modulator according to the present invention has been described using the LN substrate as an example. However, other various substrates having an electro-optic effect such as lithium tantalate or a semiconductor substrate may be used.

また、本発明による光変調器におけるバッファ層はSiO、導電層はSiやSiOxとして説明したが、SiNxやポリイミドなどその他の材料のバッファ層でも良いし、導電層としては、上に述べたSiやSiOxなどの半導体の他に、Tiなどの金属やその酸化物などでも良いし、さらにはそれらの組み合わせなど、その他のいかなる材料の導電層でも良いことは言うまでもない。 Further, although the buffer layer in the optical modulator according to the present invention has been described as SiO 2 and the conductive layer as Si or SiOx, it may be a buffer layer of other materials such as SiNx or polyimide, and the conductive layer may be Si as described above. Needless to say, in addition to a semiconductor such as SiOx, a metal such as Ti or an oxide thereof, or a combination thereof may be used.

なお、金属や金属酸化物はそれらの最適厚みが数10nmと比較的薄く、それらのパターンが段切れをおこす場合があるが、SiやSiOxのような半導体の場合にはそれらの厚みが100nm程度と比較的厚く、パターンの段切れを起こしにくい。   Metals and metal oxides have a relatively thin optimum thickness of several tens of nanometers, and their patterns may be cut off. However, in the case of a semiconductor such as Si or SiOx, their thickness is about 100 nm. It is relatively thick and is difficult to cause pattern breaks.

しかしながら、金属や金属酸化物はエッチングやリフトオフにより容易にパターン形成ができるが、SiやSiOxのような半導体の場合には金属や金属酸化物ほどにはパターン形成が容易ではない。   However, metal or metal oxide can be easily patterned by etching or lift-off, but in the case of a semiconductor such as Si or SiOx, pattern formation is not as easy as metal or metal oxide.

従って、これらのメリット・デメリットと利用可能な装置との兼ね合いを考慮して、本発明による光変調器で用いる導電層の材料を選択することが重要である。   Therefore, it is important to select the material of the conductive layer used in the optical modulator according to the present invention in consideration of the tradeoff between these advantages and disadvantages and available devices.

また、各実施形態を説明する際のバッファ層や導電層、あるいは光導波路の構造として中心導体の中心に左右対称として主に説明したが、勿論、左右対称でなくても良いことは言うまでもない。   Further, although the buffer layer, the conductive layer, or the structure of the optical waveguide in describing each embodiment has been mainly described as being symmetric with respect to the center of the central conductor, it goes without saying that it is not necessarily symmetric.

さらに、進行波電極としてはCPW電極を例にとり説明したが、非対称コプレーナストリップ(ACPS)や対称コプレーナストリップ(CPS)などの各種進行波電極、あるいは集中定数型の電極でも良いことは言うまでもない。   Furthermore, although the CPW electrode has been described as an example of the traveling wave electrode, it goes without saying that various traveling wave electrodes such as an asymmetric coplanar strip (ACPS) and a symmetric coplanar strip (CPS), or a lumped constant type electrode may be used.

また、光導波路としてはマッハツェンダ型光導波路の他に、方向性結合器や直線など、その他の光導波路でも良いことは言うまでもない。   In addition to the Mach-Zehnder type optical waveguide, it goes without saying that other optical waveguides such as directional couplers and straight lines may be used as the optical waveguide.

また、以上の各実施形態においては、x−カット,y−カットの面方位、即ち、基板表面(カット面)に対して垂直な方向に結晶のx軸,もしくはy軸を持つ基板としたが、以上に述べた各実施形態での面方位を主たる面方位とし、これらに他の面方位が副たる面方位として混在しても良いことは言うまでもない。   Further, in each of the above embodiments, the substrate has x-cut and y-cut plane orientations, that is, a crystal x-axis or y-axis in a direction perpendicular to the substrate surface (cut surface). Needless to say, the plane orientation in each of the embodiments described above may be used as the main plane orientation, and other plane orientations may be subordinate to these.

以上のように、本発明にかかる光変調器は、低駆動電圧による高速駆動及びDCドリフトの抑圧を可能とし、信頼性が高くかつ製作の歩留まりが良い光変調器として有用である。   As described above, the optical modulator according to the present invention is useful as an optical modulator that enables high-speed driving with a low driving voltage and suppression of DC drift, is highly reliable, and has a good manufacturing yield.

(a)〜(e)は、それぞれ、本発明による光変調器における第1実施形態の製造工程の手順を示す断面図である。(A)-(e) is sectional drawing which shows the procedure of the manufacturing process of 1st Embodiment in the optical modulator by this invention, respectively. 本発明の第1実施形態と第2実施形態の斜視図であり、フィードスルー部の構造を説明する図である。It is a perspective view of 1st Embodiment and 2nd Embodiment of this invention, and is a figure explaining the structure of a feedthrough part. フィードスルー部の構造であり、図2におけるB−B’での断面図である。また、DCバイアスを印加する方法を説明する図である。It is a structure of a feedthrough part and is sectional drawing in B-B 'in FIG. It is also a diagram for explaining a method of applying a DC bias. フィードスルー部の構造であり、図2におけるC−C’での断面図である。また、DCバイアスを印加する方法を説明する図である。It is a structure of a feedthrough part and is sectional drawing in C-C 'in FIG. It is also a diagram for explaining a method of applying a DC bias. フィードスルー部の構造であり、図2におけるC−C’での断面図である。また、DCバイアスを印加する方法を説明する図である。It is a structure of a feedthrough part and is sectional drawing in C-C 'in FIG. It is also a diagram for explaining a method of applying a DC bias. 図1に示される本発明の第1実施形態による光変調器の電気的な接続の様子を説明するために示す等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram shown in order to demonstrate the mode of the electrical connection of the optical modulator by 1st Embodiment of this invention shown by FIG. 本発明の第3実施形態による光変調器を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the optical modulator by 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態による光変調器を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the optical modulator by 4th Embodiment of this invention. 第1の従来技術によるx−カットLN基板を用いて構成したLN光変調器の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the LN optical modulator comprised using the x-cut LN board | substrate by a 1st prior art. 図9のA−A’における断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG. 9. 図9および図10に示される第1の従来技術によるLN光変調器の動作原理を説明するために示す電圧−光出力特性曲線図である。FIG. 11 is a voltage-light output characteristic curve diagram for explaining the operation principle of the LN optical modulator according to the first prior art shown in FIGS. 9 and 10. 図9および図10に示されるLN光変調器について電気的な接続の様子を説明するために示す等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram shown in order to demonstrate the mode of electrical connection about the LN optical modulator shown by FIG. 9 and FIG. 第2の従来技術として、特許文献1に開示されているLN光変調器を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the LN optical modulator currently disclosed by patent document 1 as 2nd prior art. 第3の従来技術として、特許文献2に開示されているLN光変調器を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the LN optical modulator currently disclosed by patent document 2 as 3rd prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1:x−カットLN基板(LN基板)
2:SiOバッファ層(バッファ層)
3:光導波路
3a、3b:相互作用部の光導波路(光導波路)
4:進行波電極
4a:中心導体
4b、4c:接地導体
5:z−カットLN基板(LN基板)
6a、6b:SiOバッファ層(バッファ層)
7:導電層
8a:中心導体
8b:接地導体
12a、12b、12c:導電層
13a、13b:絶縁箇所
14:第1バッファ層
14a、14a’、14a’’:第1バッファ層
15:導電層
15a、15b、15c:導電層
16:第2バッファ層
16a、16b、16c:第2バッファ層
17:DCバイアス供給部
1: x-cut LN substrate (LN substrate)
2: SiO 2 buffer layer (buffer layer)
3: Optical waveguide 3a, 3b: Optical waveguide of the interaction part (optical waveguide)
4: traveling wave electrode 4a: central conductor 4b, 4c: ground conductor 5: z-cut LN substrate (LN substrate)
6a, 6b: SiO 2 buffer layer (buffer layer)
7: Conductive layer 8a: Center conductor 8b: Ground conductors 12a, 12b, 12c: Conductive layers 13a, 13b: Insulation locations 14: First buffer layers 14a, 14a ′, 14a ″: First buffer layers 15: Conductive layers 15a , 15b, 15c: conductive layer 16: second buffer layer 16a, 16b, 16c: second buffer layer 17: DC bias supply unit

Claims (12)

電気光学効果を有し、少なくともx−カット又はy−カットの面方位を含む基板と、該基板に形成された光を導波するための光導波路と、前記光を変調するための電圧を印加する、前記基板の一方の面側に形成された中心導体及び接地導体からなる電極と、前記光導波路が前記中心導体と前記接地導体との間に前記電圧を印加することにより前記光の位相を変調するための相互作用部とを具備する光変調器において、
前記基板上面の一部分に電気的に接触するとともに、前記光導波路の上面の少なくとも一部を被覆しないように形成した導電層と、該導電層の上方に形成したバッファ層を具備し、前記相互作用部では前記中心導体が前記導電層に接触せず、前記バッファ層の上方に形成された前記中心導体を具備することを特徴とする光変調器。
A substrate having an electro-optic effect and including at least an x-cut or y-cut plane orientation, an optical waveguide for guiding light formed on the substrate, and a voltage for modulating the light are applied. And an electrode composed of a central conductor and a ground conductor formed on one surface of the substrate, and the optical waveguide applies the voltage between the central conductor and the ground conductor to thereby adjust the phase of the light. An optical modulator comprising an interaction unit for modulating,
A conductive layer formed in electrical contact with a portion of the upper surface of the substrate and not covering at least a portion of the upper surface of the optical waveguide; and a buffer layer formed over the conductive layer, and the interaction The optical modulator includes the central conductor formed above the buffer layer, the central conductor being not in contact with the conductive layer.
前記中心導体の一部と前記導電層が電気的に接触していることを特徴とする請求項1に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 1, wherein a part of the center conductor and the conductive layer are in electrical contact. 前記中心導体の一部と前記導電層が電気的に分離していることを特徴とする請求項1に記載の光変調器。   2. The optical modulator according to claim 1, wherein a part of the central conductor and the conductive layer are electrically separated. 前記中心導体の一部が、相互作用部以外であることを特徴とする請求項2に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 2, wherein a part of the central conductor is other than the interaction part. 前記中心導体の一部が、相互作用部であることを特徴とする請求項3に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 3, wherein a part of the central conductor is an interaction portion. 前記中心導体の一部が、DCバイアス供給部であることを特徴とする請求項2に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 2, wherein a part of the central conductor is a DC bias supply unit. 前記接地導体の少なくとも一部が前記基板に電気的に接触していることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 1, wherein at least a part of the ground conductor is in electrical contact with the substrate. 前記中心導体を介して、前記導電層にDCバイアスを印加することを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか一に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 1, wherein a DC bias is applied to the conductive layer through the center conductor. 前記中心導体を介さずに、前記導電層にDCバイアスを印加することを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか一に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 1, wherein a DC bias is applied to the conductive layer without passing through the central conductor. 前記導電層が半導体からなることを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか一に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 1, wherein the conductive layer is made of a semiconductor. 前記導電層が金属もしくは金属酸化物の少なくとも1つからなることを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか一に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 1, wherein the conductive layer is made of at least one of a metal or a metal oxide. 前記導電層が半導体と金属もしくは金属酸化物の組み合わせからなることを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか一に記載の光変調器。   The optical modulator according to claim 1, wherein the conductive layer is made of a combination of a semiconductor and a metal or a metal oxide.
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