JP2008233513A - 光変調器 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で時間の経過に対して比較的変化の小さなドリフト特性を有するＬＮ光変調器を提供する。
【解決手段】電気光学効果を有する基板と、基板に形成された光を導波するための光導波路と、光を変調するための電圧を印加する、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、中心導体もしくは接地導体の少なくとも一方と光導波路の間に形成されたバッファ層とを具備し、光導波路が中心導体と接地導体との間に電圧を印加することにより光の位相を変調するための相互作用光導波路を有する光変調器において、バッファ層は、酸化物もしくは酸化物でないＩｎをドーパントとして含むドーパント混合バッファ層と、周期律表の三から八族あるいは一ｂ族と二ｂ族に属する金属元素もしくはその酸化物、及びＳｉ以外の半導体元素もしくはその酸化物のいずれをも含まないドーパント非混合バッファ層とを具備している。
【選択図】図２

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、製作の歩留まりが良い光変調器に関する。

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_３）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。

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。

［第１の従来技術］
図１７は、第１の従来技術によるｚ−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。図１８は、図１７のＡ−Ａ'における断面図である。

図中、１はｚ−カットＬＮ基板（あるいは、ＬＮ基板）、２はＳｉＯ_２からなるバッファ層、３はＴｉを１０５０℃で約１０時間熱拡散して形成した光導波路であり、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。５はＬＮ光変調器の温度ドリフトを抑圧するためのＳｉ導電層である。

なお、図中、３ａ、３ｂは電気信号と光が相互作用する部位（相互作用部という）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。

また、図中、４は進行波電極であり、この進行波電極４としては、一例として１つの中心導体４ａと２つの接地導体４ｂ、４ｃを有するコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）を用いる場合について述べるが、その他の電極構造でも良い。

光導波路３を導波する光が進行波電極である金属（一般に、Ａｕを用いる）から受ける吸収損を抑え、また中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃからなる進行波電極４を導波する電気信号のマイクロ波等価屈折率（あるいは、進行波電極のマイクロ波等価屈折率）ｎ_ｍを低減し相互作用光導波路３ａ、３ｂを導波する光の等価屈折率（あるいは、光導波路の等価屈折率）ｎ_ｏに近づけ、さらに特性インピーダンスを極力５０Ωに近づけるために、進行波電極４とｚ−カットＬＮ基板１との間には、通常、４００ｎｍ〜１μｍ程度の厚い酸化シリコンからなるバッファ層２が形成される。

ここでは、バッファ層２としては酸化シリコンの代表であるＳｉＯ_２を想定する。なお、ＳｉＯ_２からなるバッファ層２の堆積に当たっては、一般にスパッタ装置が使用され、そのターゲット材料としては、Ｓｉや酸化シリコン、その中でも特にＳｉＯ_２が選択されることが多い。

なお、このバッファ層２は電気信号即ちマイクロ波の等価屈折率ｎ_ｍを相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光の等価屈折率ｎ_ｏ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。

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。

図１９に示す電圧−光出力特性において、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、Ｖ_ｂはその際のＤＣバイアス電圧である。

この図１９に示すように、通常、ＤＣバイアス電圧Ｖ_ｂは光出力特性の山と底の中点に設定される。

一般に、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃとの間には通常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との間には数１００ｋＶ／ｍから１０００ｋＶ／ｍもの高い電界が印加されることになる。

このように高い電界の下では、ＳｉＯ_２などのシリコン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１９において破線の曲線で示すように電圧−光出力特性が矢印で示す方向に変化してしまうため、ＤＣバイアス電圧をＶ_ｂからＶ_ｂ'のように設定変更する必要がある。

そして、ＬＮ光変調器の環境温度が一定の場合におけるこのＤＣバイアス電圧Ｖ_ｂの変化がＤＣドリフトと呼ばれている。

次に、図１７及び図１８に示したｚ−カット基板ＬＮ光変調器の等価回路図を図２０に示す。この図２０を用いてＤＣドリフト現象について考察する。なお、図２０では、図１７及び図１８に示したｚ−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。

ここで、Ｃ_Ｂ、Ｒ_Ｂは各々バッファ層２の等価的なキャパシタンスと電気的抵抗を、またＣ_ＬＮ、Ｒ_ＬＮはそれぞれ相互作用光導波路３ａを含むｚ−カットＬＮ基板１の等価的なキャパシタンスと電気的抵抗を表している。

ＤＣバイアス電圧Ｖ_ｂ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_ＢとＬＮ基板１のキャパシタンスＣ_ＬＮにより決定される。つまり、中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃの間に印加されたＤＣバイアス電圧をＶ_ｂとすると、相互作用光導波路３ａ、３ｂに印加される電圧Ｖ_ＬＮは
Ｖ_ＬＮ＝Ｖ_ｂ・Ｃ_Ｂ／（Ｃ_Ｂ＋２Ｃ_ＬＮ） （１）
として与えられる。

ところが、時間が充分に経過すると、電圧の分配はＳｉＯ_２バッファ層２の電気的抵抗Ｒ_ＢとＬＮ基板１の電気的抵抗Ｒ_ＬＮにより決定される。つまり、相互作用光導波路３ａ、３ｂに印加される電圧Ｖ_ＬＮは
Ｖ_ＬＮ＝Ｖ_ｂ・Ｒ_ＬＮ／（Ｒ_ＬＮ＋２Ｒ_Ｂ） （２）
となる。

さて、第１の従来技術のように相互作用光導波路３ａ、３ｂの上に形成するバッファ層の材料としてＳｉＯ_２を使用する場合には、バッファ層２の電気的抵抗Ｒ_ＢがＬＮ基板１の電気的抵抗Ｒ_ＬＮよりも大きいので、印加したＤＣバイアス電圧Ｖ_ｂのうちの多くがバッファ層２の電気的抵抗Ｒ_Ｂに加わってしまう。そのため、ｚ−カットＬＮ基板１の電気的抵抗Ｒ_ＬＮにおける電圧降下は時間の経過とともに急速に小さくなる。

つまり、この場合には、ＤＣバイアス電圧Ｖ_ｂを加えても、ｚ−カットＬＮ基板１の電気的抵抗Ｒ_ＬＮにはあまり印加されないことになり、相互作用光導波路３ａ、３ｂには大きな印加電圧を作用させることはできない。その結果、ＤＣバイアス電圧Ｖ_ｂとしてはより大きな値が必要になってくることになる。

この様子を図２１に示す。ここで、ＤＣドリフト量Ｓは
Ｓ＝（Ｖ_ｂ'−Ｖ_ｂ）／Ｖ_ｂ （３）
と定義した。ここで、Ｖ_ｂとＶ_ｂ'は初期と時間経過後のＤＣバイアス電圧に対応する。また、ＳｉＯ_２バッファ層２の厚みＤ_２は１．０μｍとした。なお、この実験におけるＬＮ光変調器の環境温度はＤＣドリフトを加速するために実際のシステムの環境温度よりも大幅に高い１００℃とした。この第１の従来技術を説明する図２１のように経過時間とともにＤＣドリフト量Ｓが大きくなり続ける現象を正のＤＣドリフト（あるいは、簡単に正のドリフト）と呼んでいる。

この設定変更されたＤＣバイアス電圧Ｖ_ｂ'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り、ＬＮ光変調器としての寿命が尽きたことに対応する。これは図２１において、ＤＣドリフト量Ｓが例えば１００％になった時をＬＮ光変調器の寿命と定義すると、図中の時間Ｔ_１が寿命となる。

光通信システムでは、このＴ_１は装置が使用される環境温度において２０年あるいは２５年といった長い寿命が要求される。そのため、このＤＣドリフトを低減することはＬＮ光変調器を光通信システムにおいて使用する上で、極めて重要となる。

［第２の従来技術］
このＤＣドリフトを解決するために、ｚ−カットＬＮ基板を使用するＬＮ光変調器について特許文献１として提案された技術を第２の従来技術として説明する。

この第２の従来技術では、第１の従来技術で使用した絶縁体であるＳｉＯ_２からなるバッファ層２にやや導電性のある酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）や酸化チタン（ＴｉＯ_２）、あるいは酸化錫（ＳｎＯ_２）などの金属の酸化物をドーピングすることにより、ＳｉＯ_２単体の場合よりもバッファ層の抵抗値が小さくなるように、さらには最適な値となるように調整しようとするものである。

図２２にはこの第２の従来技術に基づくＬＮ光変調器を製作する際にバッファ層を堆積するスパッタ装置のチャンバー部について、その横断面図を示す。図中、６は真空チャンバー、７はｚ−カットＬＮウェーハ８を保持しつつ回転するドラム、９はＳｉＯ_２ターゲット、１０はＩｎ_２Ｏ_３ターゲット、１１はＴｉＯ_２ターゲット、１２はＳｎＯ_２ターゲットである。

なお、Ｉｎ_２Ｏ_３ターゲット１０は金属であるインジウム（Ｉｎ）を、ＴｉＯ_２ターゲット１１は金属であるチタン（Ｔｉ）を、ＳｎＯ_２ターゲット１２は金属である錫（Ｓｎ）を酸化させた後に成形する工程を経て製造される。いずれのターゲットも酸化物とはいえある程度の導電性を有している。

このスパッタ装置を使用して、実際にＬＮ光変調器を製作するに当たっては、スパッタ装置の真空チャンバー６内においてガスプラズマを発生させることにより、回転するドラム７に固定したｚ−カットＬＮウェーハ８の上に、ＳｉＯ_２ターゲット９からはＳｉＯ_２を、Ｉｎ_２Ｏ_３ターゲット１０からはＩｎ_２Ｏ_３を、ＴｉＯ_２ターゲット１１からはＴｉＯ_２を、ＳｎＯ_２ターゲット１２からはＳｎＯ_２を堆積させる。

こうして製作したＬＮ光変調器の一例を図２３に示す。ここで、図１８に示した第１の従来技術ではＳｉＯ_２で構成されるバッファ層２が使用されているが、図２３に示すこの第２の従来技術では、ＳｉＯ_２層１４と導電性を有する酸化物であるＩｎ_２Ｏ_３層１５とが積層された導電性酸化物混合バッファ層１３が使用されている。

つまり、この第２の従来技術では相互作用光導波路３ａ、３ｂと、中心導体４ａ、接地導体４ｂ、４ｃ、及びＳｉ導電層５の間にあるバッファ層全体が導電性酸化物混合バッファ層１３により構成されている。

なお、ここでは導電性酸化物混合バッファ層１３を成膜するに当たって、ＳｉＯ_２ターゲット９とＩｎ_２Ｏ_３ターゲット１０の２つを使用する場合について説明したが、ＴｉＯ_２ターゲット１１やＳｎＯ_２ターゲット１２、あるいはこれらを組み合わせて使用しても良い。

ここで、第１の従来技術として示した図２０に対応する等価回路を図２４に記す。導電性酸化物混合バッファ層１３の等価的なキャパシタンスと電気的抵抗を各々Ｃ_Ｂ'、Ｒ_Ｂ'とする。第２の従来技術における第１の従来技術からの大きな変更点は、第２の従来技術における導電性酸化物混合バッファ層１３の等価的な電気的抵抗Ｒ_Ｂ'が第１の従来技術におけるＳｉＯ_２からなるバッファ層２の等価的な電気的抵抗Ｒ_Ｂに比べて小さいことである。つまり、
Ｒ_Ｂ'＜Ｒ_Ｂ （４）
とした点である。

さらに、その抵抗値Ｒ_Ｂ'も次に述べるようにＬＮ光変調器の信頼性の観点から有利なＤＣドリフト特性となるように最適化されている。なお、正確にはキャパシタンスＣ_Ｂ'も第１の従来技術のキャパシタンスＣ_Ｂと異なってはいるが、ここでは主要な働きをする電気的抵抗Ｒ_Ｂ'とＲ_Ｂに着目して議論している。

この第２の従来技術のＤＣドリフト特性（ＤＣドリフト量Ｓ）を図２５に示す。ここで、ＬＮ光変調器の環境温度は図２１の場合と同じく１００℃とした。図２１に示した第１の従来技術と比較して、ＤＣドリフト特性は大幅に改善されていることがわかる。さらに、この第２の従来技術では、初期の経過時間（日数）の領域（図２５においてＩとして示した領域）ではＤＣドリフト量Ｓの時間に関する微係数が負となっている。なお、この第２の従来技術では領域Ｉ以外においては正のドリフトが生じている。

なお、ここでは、そのＩｎ_２Ｏ_３をバッファ層全体に対して６ｍｏｌ％含有させることにより、大きな負のドリフトを実現している。

このようにＤＣドリフト量Ｓの時間に関する微係数が負になる現象を負のＤＣドリフト（あるいは、簡単に負のドリフト）と呼んでいる。負のドリフトが生じる場合には、印加したＤＣバイアス電圧は時間の経過とともに、まずその符号が反対の電圧に向かって大きく変化し、その後初期に印加したＤＣバイアス電圧の符号の方向に大きくなる。つまり、最初にプラスのＤＣバイアス電圧を印加した場合には、ＤＣバイアス電圧はまずマイナスに向かって大きく減少し、その後、プラス方向への増加に転ずる。逆に、最初にマイナスのＤＣバイアス電圧を印加した場合には、ＤＣバイアス電圧はまずプラスに向かって大きく増加し、その後、マイナス方向にその絶対値が大きくなる。なお金属Ｉｎの酸化物であるＩｎ_２Ｏ_３を用いると大きな負のドリフトが発生することが知られている。これまで大きな負のドリフトが好ましいと考えられ、その実現に注力されてきた。

さて図２５において領域Ｉとして示した時間経過の初期における大きな負のドリフトはその後に始まる長期的なＤＣドリフトに対して極めて有利になると特許文献１には述べられている。

つまり、特許文献１の狙いは、まず、特許文献１の図１６、図１８、あるいは図１９などに示されているように、バッファ層全体に金属の酸化物などの不純物をドーピングして、なるべく大きな負のドリフトを生じさせることにより、一旦急激に減少したＤＣバイアス電圧が上昇に転ずる電圧をなるべく低くする。次に、特許文献１の図１８や図１９などに示され、また特許文献１の図２０、図２２などから推測されるように、ＤＣバイアス電圧が初期値に戻るまでの時間をできる限り長くすることにより、ＬＮ光変調器の寿命となるＤＣバイアス電圧までの時間を稼ごうとするものである。

ＤＣバイアス電圧が大きく変化するために、トランスポンダの中の制御回路としては広い範囲の電圧の制御を行う必要があることと、その変化が激しい場合にはＤＣバイアス電圧制御のロックが外れることもあり、実際には制御回路の観点からあまり望ましくない。また、特に短い時間において微細な測定を行う必要がある測定器用のＬＮ光変調器としては特に好ましくない。

また、スパッタ装置用のターゲットとしては図２２に示したようなドラム式でない場合には、例えば上面図として図２６に示す構造のターゲットを用いる場合もある。なお、図２７には図２６のＣ−Ｃ'における断面図を示す。このスパッタ装置用のターゲットではＳｉＯ_２１６の中に、酸化物であるＩｎ_２Ｏ_３ペレット１７が埋め込まれている。

なお、ＳｉＯ_２ターゲット９を用いて堆積するＳｉＯ_２へのドーパントを生成するために、Ｉｎ_２Ｏ_３ターゲット１０、ＴｉＯ_２ターゲット１１、ＳｎＯ_２ターゲット１２のような金属の酸化物を使用している。

例えば、ＤＣドリフト抑圧に特に有効なＩｎ_２Ｏ_３ターゲット１０を用いる場合、元々金属として高価なＩｎをさらに酸化させたＩｎ_２Ｏ_３を成形してＩｎ_２Ｏ_３ターゲット１０を製作する。

この酸化させる工程と酸化物を成形する工程のためにＩｎ_２Ｏ_３ターゲット１０はスパッタ装置用のターゲットとしてより一層高価となっている。また、Ｉｎ_２Ｏ_３は金属であるＩｎと比較して導電率が小さいので、バッファ層を所望の抵抗率に設定する際にＩｎ_２Ｏ_３の使用量が多くなる。この２点がＬＮ光変調器のコスト上昇をもたらす一因となっている。

さらに、ＴｉＯ_２やＳｎＯ_２などをターゲット材料として使用する場合についても、それぞれ金属であるＴｉやＳｎを酸化する工程と得られた酸化物を成形する工程が必要であるため、やはりスパッタ装置用ターゲットとしてのコストを上昇させてしまい、その結果、ＬＮ光変調器のコストを高くしている。

このようにバッファ層形成に使用するターゲットが高価であること、高価なドーパントをバッファ層全体にドーピングするためにドーパントの使用量が多いことが、ＬＮ光変調器のコストを上昇させる要因となっている。

図２８には図２３に示した第２の従来技術の導電性酸化物混合バッファ層１３へドーピングしたドーパントＩｎ_２Ｏ_３の濃度を変数とした場合における相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光の伝搬損失の測定結果を示す。図からわかるように、ドーパントＩｎ_２Ｏ_３は酸化物とはいえ、元々は金属である。そのため、光の伝搬損失はドーパントＩｎ_２Ｏ_３のドーピング濃度に大きく依存しており、ドーピング量が増えると光の伝搬損失は著しく大きくなることがわかる。

一般に、光導波路３の全長（つまりｚ−カットＬＮ基板１の全長）は７ｃｍから８ｃｍ程度と長いので、伝搬損失が例えば０．１ｄＢ／ｃｍ程度の増加であっても、ＬＮ光変調器としての全挿入損失は０．７ｄＢから０．８ｄＢと約１ｄＢ程度も増えてしまう。そのため、ＬＮ光変調器としての挿入損失を小さくしたい用途の場合には伝搬損失の増加を極力抑える必要がある。

さて、ＳｉＯ_２の比誘電率は実数であり、虚部は無視できるほどに充分小さい。一方、ドーパントＩｎ_２Ｏ_３はある程度の導電性を持っているので、ドーパントＩｎ_２Ｏ_３をドーピングした導電性酸化物混合バッファ層１３の比誘電率ε_ｒ ^＊は以下のように複素数となる。

ε_ｒ ^＊ ＝ Ｒｅ（ε_ｒ ^＊）−ｊ・Ｉｍ（ε_ｒ ^＊） （５）
ここで、Ｒｅ（ε_ｒ ^＊）は複素比誘電率ε_ｒ ^＊の実部であり、Ｉｍ（ε_ｒ ^＊）は複素比誘電率ε_ｒ ^＊の虚部である。なお、ｊは純虚数を表している。

一般に、導電性媒質の複素比誘電率ε_ｒ ^＊の虚部は複素比誘電率ε_ｒ ^＊の実部よりも大きくなる。そして、ドーパントＩｎ_２Ｏ_３を導電性酸化物混合バッファ層１３にドーピングした場合も、その導電性が高くなるにつれて導電性酸化物混合バッファ層１３の複素比誘電率ε_ｒ ^＊の虚部Ｉｍ（ε_ｒ ^＊）の値は複素比誘電率ε_ｒ ^＊の実部の値Ｒｅ（ε_ｒ ^＊）（約４）よりも大きくなる。そのため、ドーパントＩｎ_２Ｏ_３のドーピング濃度が高くなるにつれて高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率ｎ_ｍが光の等価屈折率ｎ_ｏよりも大きくなる。その結果、高周波電気信号と光との速度の差が拡大する。さらに高周波電気信号の伝搬損失も増加し、これらのことから光変調帯域が劣化してしまう。

この現象を説明するために、図２９には図２３に示した第２の従来技術の導電性酸化物混合バッファ層１３へドーピングしたドーパントＩｎ_２Ｏ_３のドーピング濃度を変数とした場合における光変調帯域の測定結果を示す。図からわかるように、導電性酸化物混合バッファ層１３へドーピングしたドーパントＩｎ_２Ｏ_３の濃度が高くなると高周波電気信号と光の速度不整合、及び高周波電気信号の伝搬損失のために、光変調帯域が劣化していることがわかる。従って、ＬＮ光変調器としての光変調帯域を確保したい用途の場合には、高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率と高周波電気信号の伝搬損失の増加を極力抑える必要がある。
特開平５−２５７１０５号公報

以上のように、第２の従来技術により第１の従来技術と比較してＤＣドリフトは改善できたが、大きな負のドリフト現象が生じるとＤＣバイアス電圧が大きく変化するため、トランスポンダの中の制御回路としては広い範囲の電圧の制御を行う必要がある。このことは制御回路の観点から望ましくない。特に負のドリフト現象が激しい場合には、制御回路が追従できずにＤＣバイアス点のロックが外れるという問題もあった。また、特に短い時間において微細な測定を行う必要がある測定器用のＬＮ光変調器としては特に好ましくなかった。つまり、時間の経過とともにＤＣバイアス電圧があまり変わらないｚ−カットＬＮ光変調器はこれまで開発されていなかった。また、高価であるとともに光と高周波電気信号の吸収損失があり、かつ高周波電気信号の等価屈折率を高くするという悪影響を有する複素誘電率の虚部が大きな金属酸化物をバッファ層全体にドーピングしていたので、ＬＮ光変調器のコストを上昇させる、光の挿入損失が増える、さらには光変調帯域が劣化するなどの問題もあった。

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、安価で時間の経過に対して比較的変化の小さなドリフト特性を有するＬＮ光変調器を提供することを目的としている。

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、電気光学効果を有する基板と、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、前記中心導体もしくは前記接地導体の少なくとも一方と前記光導波路の間に形成されたバッファ層とを具備し、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光導波路を有する光変調器において、前記バッファ層は、酸化物もしくは酸化物でないインジウム、酸化物もしくは酸化物でないチタン、及び酸化物もしくは酸化物でない錫の少なくとも１つをドーパントとして含むドーパント混合バッファ層と、周期律表の三から八族あるいは一ｂ族と二ｂ族に属する金属元素もしくはその酸化物、及びＳｉ以外の半導体元素もしくはその酸化物のいずれをも含まないドーパント非混合バッファ層とを具備していることを特徴とする。

本発明の請求項２の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、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、前記中心導体もしくは前記接地導体の少なくとも一方と前記光導波路の間に形成されたバッファ層とを具備し、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光導波路を有する光変調器において、前記バッファ層は、酸化物もしくは酸化物でないゲルマニウム、酸化物もしくは酸化物でないアルミニウムの少なくとも１つをドーパントとして含むドーパント混合バッファ層と、周期律表の三から八族あるいは一ｂ族と二ｂ族に属する金属元素もしくはその酸化物、及びＳｉ以外の半導体元素もしくはその酸化物のいずれをも含まないドーパント非混合バッファ層とを具備していることを特徴とする。

本発明の請求項３の光変調器は、電気光学効果を有する基板と、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、前記中心導体もしくは前記接地導体の少なくとも一方と前記光導波路の間に形成されたバッファ層とを具備し、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光導波路を有する光変調器において、前記バッファ層は、周期律表の三から八族あるいは一ｂ族と二ｂ族に属する金属元素もしくはその酸化物、もしくはＳｉ以外の半導体元素もしくはその酸化物の少なくとも１つをドーパントとして含むドーパント混合バッファ層と、周期律表の三から八族あるいは一ｂ族と二ｂ族に属する金属元素もしくはその酸化物、及びＳｉ以外の半導体元素もしくはその酸化物のいずれをも含まないドーパント非混合バッファ層とを具備していることを特徴とする。

本発明の請求項４の光変調器は、前記電極に電圧を印加してからの初期の時間経過において、負のＤＣドリフトを実用上有さないことを特徴とする。

本発明の請求項５の光変調器は、前記バッファ層は前記基板の側から前記ドーパント混合バッファ層、前記ドーパント非混合バッファ層の順で積層されていることを特徴とする。

本発明の請求項６の光変調器は、前記バッファ層は前記基板の側から前記ドーパント非混合バッファ層、前記ドーパント混合バッファ層の順で積層されていることを特徴とする。

本発明の請求項７の光変調器は、前記バッファ層を構成する前記ドーパント混合バッファ層の層数と前記ドーパント非混合バッファ層の層数との和が３以上であることを特徴とする。

本発明の請求項８の光変調器は、前記ドーパント非混合バッファ層の厚みが前記ドーパント混合バッファ層の厚みより厚いことを特徴とする。

本発明の請求項９の光変調器は、前記ドーパント非混合バッファ層の厚みと前記ドーパント混合バッファ層の厚みとがほぼ等しいことを特徴とする。

本発明の請求項１０の光変調器は、前記ドーパント非混合バッファ層の厚みが前記ドーパント混合バッファ層の厚みより薄いことを特徴とする。

本発明の請求項１１の光変調器は、前記ドーパント非混合バッファ層の厚みが前記バッファ層の厚みの１０％より薄いことを特徴とする。

本発明の請求項１２の光変調器は、前記ドーパント非混合バッファ層の厚みが前記バッファ層の厚みの２０％より薄いことを特徴とする。

本発明の請求項１３の光変調器は、前記ドーパント非混合バッファ層の厚みが前記バッファ層の厚みの３０％より薄いことを特徴とする。

本発明の請求項１４の光変調器は、前記ドーパント混合バッファ層が主として酸化シリコンを含み、かつ前記ドーパント非混合バッファ層が酸化シリコンであることを特徴とする。

本発明の請求項１５の光変調器は、前記ドーパント混合バッファ層に含まれる酸化シリコンの組成と前記ドーパント非混合バッファ層を構成する酸化シリコンの組成とが同じであることを特徴とする。

本発明の請求項１６の光変調器は、前記ドーパント混合バッファ層に含まれる酸化シリコンの組成と前記ドーパント非混合バッファ層を構成する酸化シリコンの組成とが異なることを特徴とする。

本発明の請求項１７の光変調器は、前記ドーパント混合バッファ層が主として酸化シリコンを含むか、もしくは前記ドーパント非混合バッファ層が酸化シリコンであることを特徴とする。

本発明の請求項１８の光変調器は、前記酸化シリコンの組成はＳｉＯｘ（０＜ｘ＜２．５）であることを特徴とする。

本発明の請求項１９の光変調器は、前記ドーパント混合バッファ層が酸化シリコンを含まず、かつ前記ドーパント非混合バッファ層が酸化シリコン以外からなることを特徴とする。

本発明の請求項２０の光変調器は、前記ドーパント非混合バッファ層の電気的抵抗が前記ドーパント混合バッファ層の電気的抵抗よりも低いことを特徴とする。

本発明の請求項２１の光変調器は、前記ドーパント非混合バッファ層の電気的抵抗が前記ドーパント混合バッファ層の電気的抵抗よりも高いことを特徴とする。

本発明に係る光変調器では、バッファ層全体がドーパントを含む特許文献１と異なり、ドーパントを含まないドーパント非混合バッファ層とドーパントを含むドーパント混合バッファ層とを合わせ持つことにより、特に初期における時間の経過に対して比較的変化の小さなドリフト特性を実現できる。このような時間の経過に対して比較的変化の小さなドリフト特性は本発明のように、バッファ層にドーパントを含むドーパント混合バッファ層とバッファ層にドーパントを含まないドーパント非混合バッファ層をもつ多層からなるバッファ層により初めて実現できた。また、バッファ層の一部にのみある程度の導電性を有するドーパントをドーピングするので、従来技術と比較して使用する高価なドーパントの量が少なくて済む。従って、バッファ層の形成が安価に済むため、時間の経過に対して比較的変化の小さなドリフト特性を実現しつつ光変調器のコストを低減することができる。また、光変調器として光の挿入損失を小さくする、光変調帯域を確保する、あるいは光の挿入損失を小さくしつつ、かつ光変調帯域も確保するなど、ドーピングしたバッファ層の位置や構成により使用目的に応じた光変調器を実現できる。さらに、選択する構造によっては、ドーパントに起因する光の挿入損失の増加、光変調帯域の劣化を同時に抑えることができる。

以下、本発明の実施形態について説明するが、図１７乃至図２９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。

［第１の実施形態］
図１に本発明のＬＮ光変調器を製作する際にバッファ層を堆積するスパッタ装置のチャンバー部についての横断面図を示す。基本構造は第２の従来技術の説明で示した図２２と同様であり、６は真空チャンバー、７はｚ−カットＬＮウェーハ８を保持しつつ回転するドラム、９はＳｉＯ_２ターゲット、２０はＳｉＯ_ｘターゲットである。

バッファ層へのドーパントを生成するためのターゲットとして、図２２に示したようなＩｎ_２Ｏ_３ターゲット１０やＴｉＯ_２ターゲット１１など金属の酸化物をターゲットとして用いる第２の従来技術とは異なり、本発明においてはＩｎターゲット１８、Ｔｉターゲット１９のように、酸化物ではない金属あるいはＳｉ以外の半導体の元素からなるターゲットを使用した。

製作したＬＮ光変調器の一例を本発明の第１の実施形態として図２に示す。本実施形態のＬＮ光変調器の製造工程を以下に簡単に述べる。

（１）光導波路の製作
ＬＮ光変調器の通常の製造工程を通して、図１７で示したようにｚ−カットＬＮ基板１に光導波路３を形成する。

（２）バッファ層の堆積
次の製造工程として、図１で説明したスパッタ装置を使用して光導波路３の上にバッファ層を形成するが、図２に示すようにこのバッファ層は大きく分けて２つの層から構成されている。つまり、光導波路３の上にまず第１の層として金属酸化物や金属などのドーパントを含むドーパント混合バッファ層２１を形成した後に、第２の層として第１の層において使用する金属酸化物や金属などのドーパントを含まず、シリコンの酸化物であるＳｉＯ_ｘ層２９からなるドーパント非混合バッファ層２２を堆積している。

ドーパント混合バッファ層２１の堆積では、スパッタ装置の真空チャンバー６内において、酸素（Ｏ_２）もしくはＯ_２を含むガスプラズマ（以下、Ｏ_２ガスプラズマと省略する）を発生させることにより、回転するドラム７に固定したｚ−カットＬＮウェーハ８の上にＳｉＯ_２ターゲット９からはＳｉＯ_２層３０を、Ｉｎターゲット１８からはＩｎ_２Ｏ_３層３１を堆積させる。なお、この時、Ａｒなど、酸素を含まないガスプラズマ（以下、Ａｒガスプラズマと省略する）により堆積させると、ＳｉＯ_２ターゲット９からはＳｉＯ_２層３０が堆積されるが、Ｉｎターゲット１８により堆積されるＩｎ_２Ｏ_３層３１の中のＩｎ_２Ｏ_３に金属Ｉｎが含有されている場合には、少ないＩｎターゲット１８の消費量にも関わらず、ドーパント混合バッファ層２１としてより高い導電性を実現することができる。

次に、ドーパント混合バッファ層２１の上にＩｎ_２Ｏ_３やＩｎなどのドーパントを含まず、それ単体としてもバッファ層となり得る材料であるＳｉＯ_ｘ層２９を用いてドーパント非混合バッファ層２２を堆積させる。つまり、本発明の構造はバッファ層全体にドーパントを混合させる特許文献１とは大きく異なっている。

（３）バッファ層のアニール
上記（２）で形成したドーパント混合バッファ層２１とドーパント非混合バッファ層２２の２つの層からなるバッファ層の各々の密度を上げるためや酸化させるために、数１００度の温度で数時間アニールを行う。なお、その際にドーパント混合バッファ層２１の中に酸化物でない、即ち金属Ｉｎの成分を多く残すにはＡｒやＮ_２などＯ_２を含まないガスを流しながらアニールをすれば良い。

（４）Ｓｉ導電層の堆積と電極の形成
ＬＮ光変調器の通常の製造工程を通して、図１７で示したように温度ドリフト対策用のＳｉ導電層５を堆積した後に、進行波電極４を形成する。

図２３に示した第２の従来技術ではＳｉＯ_２層１４と導電性を有する酸化物であるＩｎ_２Ｏ_３層１５とが積層された導電性酸化物混合バッファ層１３がバッファ層の全体に使用されていた。

一方、図２に示す本発明の第１の実施形態では大きく分けて、ＳｉＯ_２層３０と金属の酸化物であるＩｎ_２Ｏ_３層３１からなるドーパント混合バッファ層２１と、高価な金属や酸化物からなるドーパントを含まないＳｉＯ_２層３０からなるドーパント非混合バッファ層２２の２つの層から構成されている。

なお、ドーパント混合バッファ層２１を構成するＳｉＯ_２層３０とＩｎ_２Ｏ_３層３１（あるいはこの中に金属Ｉｎが含まれていても良い）の厚みは今回の試作では１ｎｍから０．３μｍ程度であったが、これらの範囲以外の厚みでも良い。

なお、ここではドーパント混合バッファ層２１とドーパント非混合バッファ層２２を成膜するに当たって、ＳｉＯ_２ターゲット９とＩｎターゲット１８の２つを使用する場合について説明したが、この他にＴｉターゲット１９を用いても良いし、あるいはこれらを組み合わせて使用しても良いことは言うまでもないし、このことは以下の議論においても成り立つ。

ここで、本実施形態の等価回路を図３に記す。ここで、ドーパント混合バッファ層２１の等価的なキャパシタンスと電気的抵抗を各々Ｃ_Ｂ''、Ｒ_Ｂ''、ドーパント非混合バッファ層２２の等価的なキャパシタンスと電気的抵抗を各々Ｃ_Ｂ'''、Ｒ_Ｂ'''とする。

図２４に示した第２の従来技術と同様に、第１の従来技術と本実施形態との大きな差異は、本実施形態におけるドーパント混合バッファ層２１の等価的な電気的抵抗Ｒ_Ｂ''とドーパント非混合バッファ層２２の等価的な電気的抵抗Ｒ_Ｂ'''の和であるＲ_Ｂ''＋Ｒ_Ｂ'''が第１の従来技術におけるＳｉＯ_２からなるバッファ層２の等価的な電気的抵抗Ｒ_Ｂに比べて小さい、つまり、
Ｒ_Ｂ''＋Ｒ_Ｂ'''＜Ｒ_Ｂ （６）
となることである。

換言すると、ドーパント混合バッファ層２１とドーパント非混合バッファ層２２からなるバッファ層全体における電圧降下は第１の従来技術におけるＳｉＯ_２からなるバッファ層２における電圧降下よりも小さいので、ＤＣドリフトを著しく改善できる。さらに、ドーパント混合バッファ層２１とドーパント非混合バッファ層２２により、中心導体４ａ、接地導体４ｂ、４ｃなどの金属により光が著しく吸収されることを防ぎつつ、かつ高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率ｎ_ｍを低減している。

次に、図３に示したドーパント混合バッファ層２１の厚みＤ_２１とドーパント非混合バッファ層２２の厚みＤ_２２について考える。なお、ドーパント混合バッファ層２１とドーパント非混合バッファ層２２からなるバッファ層全体の厚みをＤ_ｔｏｔ（＝Ｄ_２１＋Ｄ_２２）とする。

さて、ドーパント非混合バッファ層２２と比較して、ドーパント混合バッファ層２１に含まれる金属の酸化物（Ｉｎ_２Ｏ_３）は、ＤＣドリフトについては有利ではあるものの、酸化物とはいえ酸化する前は金属であるからある程度は光を吸収する。

図４には、バッファ層全体の厚みＤ_ｔｏｔが約１μｍの場合において、ドーパント非混合バッファ層２２の厚みＤ_２２と、ドーパント混合バッファ層２１とドーパント非混合バッファ層２２からなるバッファ層全体の厚みＤ_ｔｏｔとの比（Ｄ_２２／Ｄ_ｔｏｔ）を変数とした場合の相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光の伝搬損失の測定結果を示す。

相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光はドーパント混合バッファ層２１とドーパント非混合バッファ層２２からなるバッファ層内にも染み出している。そのため、図４からわかるように、バッファ層全体の厚みＤ_ｔｏｔを一定とすると、ドーパント非混合バッファ層２２の厚みＤ_２２が薄い（つまり、ドーパント混合バッファ層２１の厚みＤ_２１が厚い）と光の伝搬損失は大きくなり、逆に、ドーパント非混合バッファ層２２の厚みＤ_２２が厚い（つまり、ドーパント混合バッファ層２１の厚みＤ_２１が薄い）と光の伝搬損失は小さくなる。

図５には図４と同じ厚みの場合において、ドーパント非混合バッファ層２２の厚みＤ_２２と、バッファ層全体の厚みＤ_ｔｏｔとの比（Ｄ_２２／Ｄ_ｔｏｔ）を変数とした場合の光変調帯域の測定結果を示す。

（５）式を用いて説明したように、ドーパントＩｎ_２Ｏ_３（あるいは金属Ｉｎ）をドーピングすることにより、導電性を持ったドーパント混合バッファ層２１の比誘電率は複素比誘電率ε_ｒ ^＊となり、その虚部Ｉｍ（ε_ｒ ^＊）は実部Ｒｅ（ε_ｒ ^＊）よりも大きくなる。

従って、図５において、バッファ層全体の厚みＤ_ｔｏｔを一定とすると、ドーパント非混合バッファ層２２の厚みＤ_２２が薄い（つまり、ドーパント混合バッファ層２１の厚みＤ_２１が厚い）と高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率ｎ_ｍが大きくなるので、高周波電気信号と光との速度不整合、及び高周波電気信号の伝搬損失が大きくなり、その結果、光変調帯域は劣化する。一方、ドーパント非混合バッファ層２２の厚みＤ_２２が厚い（つまり、ドーパント混合バッファ層２１の厚みＤ_２１が薄い）と高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率ｎ_ｍが小さくなるので、高周波電気信号と光との速度不整合が減少する。また高周波電気信号の伝搬損失も小さくなるので、その結果、光変調帯域は広くなる。

換言すると、ドーパントＩｎ_２Ｏ_３（あるいは金属Ｉｎ）をバッファ層全体にドーピングした場合には、ドーパント混合バッファ層２１の複素比誘電率ε_ｒ ^＊の虚部Ｉｍ（ε_ｒ ^＊）は実部Ｒｅ（ε_ｒ ^＊）よりも大きくなるので、光変調帯域の観点からは不利となる。

従って光変調帯域の観点からはドーパントＩｎ_２Ｏ_３（あるいは金属Ｉｎ）はバッファ層の一部であるドーパント混合バッファ層２１にのみドーピングした方が好ましい。

なお、ドーパント混合バッファ層２１を構成する酸化シリコンの組成とドーパント非混合バッファ層２２を構成する酸化シリコンの組成は、各々ＳｉＯ_２とＳｉＯ_２、あるいはＳｉＯ_ｘ（０＜ｘ＜２）とＳｉＯ_ｘ（０＜ｘ＜２）の組み合わせのように同じであっても良いし、ＳｉＯ_２とＳｉＯ_ｘ（０＜ｘ＜２）、あるいはその逆の組み合わせように異なっていても良い。つまり、例えば、本発明の第１の実施形態については、ドーパント混合バッファ層２１とドーパント非混合バッファ層２２を構成する酸化シリコンは各々ＳｉＯ_２とＳｉＯ_ｘ（０＜ｘ＜２）であるが、両方をＳｉＯ_ｘ（０＜ｘ＜２）としても良いし、両方をＳｉＯ_２としても良い。また、どちらか一方をＳｉＯ_ｘ（０＜ｘ＜２）、あるいはＳｉＯ_２としても良い。このことは、本発明の全ての実施形態について言える。

図６には、図４と同じ厚みの場合において、ドーパント非混合バッファ層２２の厚みＤ_２２と、バッファ層全体の厚みＤ_ｔｏｔとの比（Ｄ_２２／Ｄ_ｔｏｔ）を変数とした場合のドーパント混合バッファ層２１の等価的な電気的抵抗Ｒ_Ｂ''とドーパント非混合バッファ層２２の等価的な電気的抵抗Ｒ_Ｂ'''の和Ｒ_Ｂ''＋Ｒ_Ｂ'''を示す。図からわかるように、バッファ層全体の厚みＤ_ｔｏｔを一定とすると、ドーパント非混合バッファ層２２の厚みＤ_２２が薄い（つまり、ドーパント混合バッファ層２１の厚みＤ_２１が厚い）と電気的抵抗の和Ｒ_Ｂ''＋Ｒ_Ｂ'''は小さく、逆にドーパント非混合バッファ層２２の厚みＤ_２２が厚い（つまり、ドーパント混合バッファ層２１の厚みＤ_２１が薄い）と電気的抵抗の和Ｒ_Ｂ''＋Ｒ_Ｂ'''は大きくなる。

つまり、図４と図６からわかるように、光の伝搬損失の観点からはドーパント非混合バッファ層２２の厚みＤ_２２は厚い方が望ましいが、ＤＣドリフトを抑えるためにバッファ層の電気的抵抗を下げるという観点からはドーパント非混合バッファ層２２の厚みＤ_２２は薄い方が望ましい。そして、図５からわかるようにドーパント非混合バッファ層２２の厚みＤ_２２が薄くなると光変調帯域が劣化する。

従って、ドーパント混合バッファ層２１とドーパント非混合バッファ層２２の厚みの決定に当たっては、所望の光の挿入損失、光変調帯域、及び、後述するＬＮ光変調器を適用する光伝送システムにおいて許容できるＤＣドリフト量から、ドーパント混合バッファ層（ドーパント非混合バッファ層）の厚みをバッファ層全体の厚みの半分よりも厚くする（薄く）、半分とする、あるいは半分よりも薄く（厚く）するなどと決定する必要がある。このことは本発明の全ての実施形態に対して成り立つことである。

なお、ドーパント混合バッファ層２１に金属Ｉｎが含まれるように製造することにより、少ないドーピング量の金属Ｉｎを用いてバッファ層としての電気的抵抗を有効に下げることが可能となる。本発明では、金属の酸化物であるＩｎ_２Ｏ_３のドーパントをバッファ層の一部にのみドーピングしているので、Ｉｎターゲット１８の消費量は少なくて済むが、金属Ｉｎを用いることによりＩｎターゲット１８の消費量を抑えることがいっそう可能となる。

なお、正確にはドーパント混合バッファ層２１の等価的なキャパシタンスＣ_Ｂ''とドーパント非混合バッファ層２２の等価的キャパシタンスＣ_Ｂ'''の和、つまりＣ_Ｂ''・Ｃ_Ｂ'''／（Ｃ_Ｂ''＋Ｃ_Ｂ'''）も第１の従来技術のキャパシタンスＣ_Ｂとは異なっているが、ここでは主要な働きをする電気的抵抗Ｒ_Ｂ''、Ｒ_Ｂ'''とＲ_Ｂに着目して議論している。

本発明に基づく第１の実施形態についてその一例を述べる。この実施形態の製作に当たって、ドーパント混合バッファ層２１のドーパント生成においてはＩｎターゲット１８を使用した。このＩｎターゲット１８のスパッタ時において、ドーパント混合バッファ層２１とドーパント非混合バッファ層２２を堆積する際にはＯ_２ガスプラズマを用いた（なお、ドーパント混合バッファ層２１に金属Ｉｎもドーパントとして残す場合にはＡｒガスプラズマを用いた）。

ドーパント混合バッファ層２１にはＩｎ_２Ｏ_３を６ｍｏｌ％ドーピングした（なお、酸化物Ｉｎ_２Ｏ_３と導電性の高い金属Ｉｎにより同じＤＣドリフト抑圧効果を得るには、ドーパント混合バッファ層２１にわずか０．２４〜１ｍｏｌ％程度をドーピングすれば良かった）。

また、ドーパント混合バッファ層２１とドーパント非混合バッファ層２２のアニール条件は、Ｏ_２ガスを用いて、７００℃、１時間とした（なお、ドーパント混合バッファ層２１に金属Ｉｎをドーピングし、アニール後も金属Ｉｎを残すには金属としての酸化を防ぐために、Ａｒあるいは窒素（Ｎ_２）ガスを用いれば良い）。

なお、この実施形態の一例では、ドーパント混合バッファ層２１へのドーパントとしてはＩｎ_２Ｏ_３（あるいはＩｎ）を用いたが、ＴｉＯ_２（Ｔｉ）やＳｎＯ_２（あるいはＳｎ）など他の金属をドーパントとして用いても良いし、Ｉｎ_２Ｏ_３（あるいはＩｎ）とそれらを組み合わせてドーピングしても良い。

ここで中心導体４ａの幅は１２μｍで接地導体４ｂ、４ｃとのギャップは１５μｍとした。ドーパント混合バッファ層２１の厚みＤ_２１とドーパント非混合バッファ層２２の厚みＤ_２２は各々０．６μｍ、０．４μｍとした（Ｄ_ｔｏｔ＝１．０μｍ）。以上の条件により製作した実施形態についてＤＣドリフト特性（ＤＣドリフト量Ｓ）を測定した。

図７に示す本実施形態では、バッファ層を２分割するとともに、ドーパント混合バッファ層２１とドーパント非混合バッファ層２２とを積層させている。このように、本発明の狙いは、バッファ層全体にドーパントを混合し、時間経過の初期において大きな負のドリフトを起こさせる第２の従来技術と全く異なり、図７の中に領域ＩＩと示したような時間経過に対してフラットなＤＣドリフト特性を得ることであり、こうした時間経過に対してフラットなＤＣドリフト特性は第２の従来技術では決して得ることができない特性である。なお、図２においてＳｉＯ_２層３０の厚みも初期の時間経過におけるＤＣドリフト特性に影響を与えるので、ここではドーパント非混合バッファ層２２の厚みとともにＳｉＯ_２層３０の厚みを適切に設定した。

つまり、本発明では、第２の従来技術のように初期における大きな負のドリフトを発生させることにより、ＤＣバイアス電圧についてのＬＮ光変調器の寿命を稼ぐという概念は全くないので、初期の時間経過においてＬＮ光変調器の寿命を延ばすことのできる負のドリフトを発生させる必要は完全にない。従って、負のドリフトは実用上あるいは全く発生せず、時間の経過に対してフラットなＤＣドリフト特性を実現できる。従って、ＤＣバイアス電圧の制御という観点から、トランスポンダの中の制御回路にとって追従しやすく、また特に短い時間において微細な測定を行う必要がある測定器にも大変扱いやすいＬＮ光変調器を提供できる。ここで、負のＤＣドリフトを実用上有さないとは、通常２５年という長い期間で使用されるＬＮ光変調器について、その寿命を延ばすという観点からの負のドリフトが存在しないということである。

なお、ＬＮ光変調器の環境温度は図２１や図２５の場合と同じく１００℃とした。ＬＮ光変調器の寿命Ｔ_１は図２１に示した第１の従来技術と比較して、極めて改善されており、また図２５に示した第２の従来技術と遜色ない実用上充分な信頼性を確保できている。

なお、本実施形態を含む本発明の全ての実施形態においては、導電性のあるドーパントをバッファ層の一部にのみドーピングしている。そして、ドーパント非混合バッファ層もバッファ層としての重要な機能を果たしているので、バッファ層全体としての厚みはドーパント混合バッファ層の厚みとドーパント非混合バッファ層の厚みの総和となる。

なお、前述のように、ドーパント混合バッファ層２１に金属酸化物Ｉｎ_２Ｏ_３の代わりに金属Ｉｎが少ない量でドーピングされている場合でも、金属Ｉｎの導電性が高いためＤＣドリフト抑圧の効果が著しいことを確認している。

各バッファ層の厚みについてさらに詳細に検討する。前述のように、ドーパント混合バッファ層２１とドーパント非混合バッファ層２２の厚みの決定に当たっては、所望の光の挿入損失、光変調帯域、及び、ＬＮ光変調器を適用する光伝送システムにおいて大きな負や正のドリフトが生じないように決定する必要がある。

そして、フラットなＤＣドリフト特性を実現するには、ドーパント非混合バッファ層２２の材料と、ドーパント混合バッファ層２１のドーピング量、及びドーパント混合バッファ層２１とドーパント非混合バッファ層２２の厚みの比が重要なファクタとなる。従って、本発明のこの特徴は単一の種類のバッファ層では実現し得ないものである。そして、バッファ層全体の厚みＤ_ｔｏｔに対するドーパント非混合バッファ層２２の厚みＤ_２２の比（Ｄ_ｔｏｔ＝Ｄ_２１＋Ｄ_２２であるので、Ｄ_２２／Ｄ_ｔｏｔとして定義）には最適値が有り、それはドーパント混合バッファ層２１とドーパント非混合バッファ層２２の種々の組み合わせにより決定される。従って、０＜Ｄ_２２／Ｄ_ｔｏｔ＜０．５、Ｄ_２２／Ｄ_ｔｏｔ＝０．５、あるいは０．５＜Ｄ_２２／Ｄ_ｔｏｔ＜１の各種の厚みを設定できる。

また、ドーパント非混合バッファ層２２としてＳｉＯ_ｘを使用した場合、材料の特性を決定するｘによりＬＮ光変調器としてのＤＣドリフト特性を調整することができる。そのため、ドーパント非混合バッファ層２２を構成する材料によっては、その厚みが薄くてもフラットなＤＣドリフト特性を実現することができる。従って、この場合には、０＜Ｄ_２２／Ｄ_ｔｏｔ＜０．１、０＜Ｄ_２２／Ｄ_ｔｏｔ＜０．２、あるいは０＜Ｄ_２２／Ｄ_ｔｏｔ＜０．３のようにドーパント非混合バッファ層２２の厚みＤ_２２を充分に薄くすることが可能となる。

なお、バッファ層全体の厚みＤ_ｔｏｔに対するドーパント非混合バッファ層２２の厚みＤ_２２の比について述べた以上の事柄は本発明の全ての実施形態に対して成り立つ。

なお、ドーパント非混合バッファ層２２の厚みをやや厚くすると、図８（ａ）に示すように、時間経過の初期の段階における領域ＩＶにおいて緩やかに立ち上がった後、領域Ｖにおいてフラットな特性となり、そして時間が充分経過したＶＩの領域で負のドリフトが生じた。なお、図８の時間軸は対数で表記されているのでＶＩの領域における時間の経過は実際には極めて長い。そして、このことはＬＮ光変調器を使用する上で重要となる。

つまり、図８において負のドリフトが生じるとはいっても、その負のドリフトでは第２の従来技術のように、時間経過の初期において激しくＤＣバイアス電圧が変化するわけではなく、時間が充分に長く経過した後、長い時間をかけて緩やかに変化する。このように、ＤＣバイアス電圧の変化は時間的に大変緩やかであるので、トランスポンダの中の制御回路にとって追従しやすく、また測定器にも極めて扱いやすいＬＮ光変調器を提供することができる。

また、図８において、一点鎖線（ｂ）はバッファ層全体にドーパント非混合バッファ層２２としてＳｉＯ_ｘ（０＜ｘ＜２）を使用した場合であり、時間が充分に長く経過した後に負のドリフト（領域ＩＩＩ）が出現している。そして、図８（ａ）に示した本発明の領域ＶＩにおいて負のドリフトが生じているのは、第２の従来技術のように初期に負のドリフトを生じさせて、初期の段階でＤＣバイアス電圧の余裕を稼ぐためという考え方ではなく、ドーパント非混合バッファ層２２が有している長時間経過後に発生する負のドリフトが影響しているためである。

一方、特許文献１に示された第２の従来技術では、長時間経過後には負のドリフトは発生していず、この点からも図８（ａ）に示した本実施形態は第２の従来技術と根本的に考え方が異なっている。なお、時間が充分に長く経過した後に負のドリフトが発生するというＤＣドリフト特性は、ドーパント非混合バッファ層の材料、ドーパント混合バッファ層のドーパントの材料とドーピング量、及びドーパント非混合バッファ層の厚みとドーパント混合バッファ層の厚みの比を適切に選択することにより本発明の全ての実施形態で実現可能である。

なお、ＬＮ光変調器として長時間経過後に負のドリフトが発生しない場合においても、ドーパント非混合バッファ層２２が有している長時間経過後に発生する負のドリフト（図８における一点鎖線（ｂ）の領域ＩＩＩ）は、長時間経過後においてもＬＮ光変調器としてのＤＣバイアス電圧がフラットになる、あるいは長時間経過後におけるＤＣバイアス電圧の上昇を抑える効果を発揮する。これらの効果はバッファ層全体にドーパントをドーピングする第２の従来技術にはない効果である。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態によるＬＮ光変調器を図９に示す。本実施形態は図２に示した第１の実施形態において、ドーパント混合バッファ層２１とドーパント非混合バッファ層２２の位置を入れ替えた構造である。

つまり、光導波路３の上にまず第１の層として、次に述べる第２の層において使用する金属酸化物や金属などのドーパントを含まず、シリコンの酸化物であるＳｉＯ_ｘ層２９からなるドーパント非混合バッファ層２３を形成した後に、第２の層としてＳｉＯ_２層３０とＩｎ_２Ｏ_３層３１からなるドーパント混合バッファ層２４を堆積している。なお、本発明における第１の実施形態の場合と同じく、Ｉｎ_２Ｏ_３層３１には中には酸化されていない金属Ｉｎを含んでいても良いことは言うまでもない。

ここで、本実施形態の等価回路を図１０に記す。ここで、ドーパント非混合バッファ層２３の等価的なキャパシタンスと電気的抵抗を各々Ｃ_Ｂ ^(４)、Ｒ_Ｂ ^(４)、ドーパント混合バッファ層２４の等価的なキャパシタンスと電気的抵抗を各々Ｃ_Ｂ ^(５)、Ｒ_Ｂ ^(５)とする。

この第２の実施形態においても、本実施形態におけるドーパント非混合バッファ層２３の等価的な電気的抵抗Ｒ_Ｂ ^(４)とドーパント混合バッファ層２４の等価的な電気的抵抗Ｒ_Ｂ ^(５)の和であるＲ_Ｂ ^(４)＋Ｒ_Ｂ ^(５)が第１の従来技術におけるＳｉＯ_２からなるバッファ層２の等価的な電気的抵抗Ｒ_Ｂに比べて小さい、つまり、
Ｒ_Ｂ ^(４)＋Ｒ_Ｂ ^(５)＜Ｒ_Ｂ （７）
となっている。

換言すると、ドーパント非混合バッファ層２３とドーパント混合バッファ層２４からなるバッファ層全体における電圧降下は第１の従来技術におけるＳｉＯ_２からなるバッファ層２における電圧降下よりも小さいので、ＤＣドリフトを著しく改善できる。また、ドーパント非混合バッファ層２３とドーパント混合バッファ層２４を用いることにより、中心導体４ａ、接地導体４ｂ、４ｃなどの金属による著しい光の吸収を防ぎつつ、かつ高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率ｎ_ｍを低減している。

次に、図１０に示したドーパント非混合バッファ層２３の厚みＤ_２３とドーパント混合バッファ層２４の厚みＤ_２４について考える。なお、ドーパント非混合バッファ層２３とドーパント混合バッファ層２４からなるバッファ層全体の厚みをＤ_ｔｏｔ'（＝Ｄ_２３＋Ｄ_２４）とする。

図１１には、バッファ層全体の厚みＤ_ｔｏｔ'が約１μｍの場合において、ドーパント混合バッファ層２４の厚みＤ_２４と、ドーパント非混合バッファ層２３とドーパント混合バッファ層２４からなるバッファ層全体の厚みＤ_ｔｏｔ'との比（Ｄ_２４／Ｄ_ｔｏｔ'）を変数とした場合の相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光の伝搬損失の測定結果を示す。

相互作用光導波路３ａ、３ｂを伝搬する光はドーパント混合バッファ層２４とドーパント非混合バッファ層２３からなるバッファ層内にも染み出している。そのため、図１１からわかるように、バッファ層全体の厚みＤ_ｔｏｔ'を一定とすると、ドーパント混合バッファ層２４の厚みＤ_２４が薄い（つまり、ドーパント非混合バッファ層２３の厚みＤ_２３が厚い）と光の伝搬損失は小さくなり、逆に、ドーパント混合バッファ層２４の厚みＤ_２４が厚い（つまり、ドーパント非混合バッファ層２３の厚みＤ_２３が薄い）と光の伝搬損失は大きくなる。

図１２には同じくバッファ層全体の厚みＤ_ｔｏｔ'が約１μｍの場合において、ドーパント混合バッファ層２４の厚みＤ_２４と、バッファ層全体の厚みＤ_ｔｏｔ'との比（Ｄ_２４／Ｄ_ｔｏｔ'）を変数とした場合の光変調帯域の測定結果を示す。

（５）式を用いて説明したように、ドーパントＩｎ_２Ｏ_３（あるいは金属Ｉｎ）をドーピングすることにより、導電性を持ったドーパント混合バッファ層２４の比誘電率は複素比誘電率ε_ｒ ^＊となり、その虚部Ｉｍ（ε_ｒ ^＊）は実部Ｒｅ（ε_ｒ ^＊）よりも大きくなる。

従って、図１２からわかるように、バッファ層全体の厚みＤ_ｔｏｔ'を一定とすると、ドーパント混合バッファ層２４の厚みＤ_２４が薄い（つまり、ドーパント非混合バッファ層２３の厚みＤ_２３が厚い）と高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率ｎ_ｍが小さくなるので、高周波電気信号と光との速度不整合が減少する。また高周波電気信号の伝搬損失も小さくなるので、その結果、光変調帯域は広くなる。一方、ドーパント混合バッファ層２４の厚みＤ_２４が厚い（つまり、ドーパント非混合バッファ層２３の厚みＤ_２３が薄い）と高周波電気信号のマイクロ波等価屈折率ｎ_ｍが大きくなるので、高周波電気信号と光との速度不整合が大きくなる。また、高周波電気信号の伝搬損失も大きくなるので、その結果、光変調帯域は劣化する。

図１３には、図１１と同じ厚みの場合において、ドーパント混合バッファ層２４の厚みＤ_２４と、バッファ層全体の厚みＤ_ｔｏｔ'との比（Ｄ_２４／Ｄ_ｔｏｔ'）を変数とした場合のドーパント非混合バッファ層２３の等価的な電気的抵抗Ｒ_Ｂ ^（４）とドーパント混合バッファ層２４の等価的な電気的抵抗Ｒ_Ｂ ^（５）の和Ｒ_Ｂ ^（４）＋Ｒ_Ｂ ^（５）を示す。図からわかるように、バッファ層全体の厚みＤ_ｔｏｔ'を一定とすると、ドーパント混合バッファ層２４の厚みＤ_２４が薄い（つまり、ドーパント非混合バッファ層２３の厚みＤ_２３が厚い）と電気的抵抗の和Ｒ_Ｂ ^（４）＋Ｒ_Ｂ ^（５）は大きく、逆にドーパント混合バッファ層２４の厚みＤ_２４が厚い（つまり、ドーパント非混合バッファ層２３の厚みＤ_２３が薄い）と電気的抵抗の和Ｒ_Ｂ ^（４）＋Ｒ_Ｂ ^（５）は小さくなる。

つまり、図１１と図１３からわかるように、光の伝搬損失の観点からはドーパント混合バッファ層２４の厚みＤ_２４は薄い方が望ましいが、ＤＣドリフトを抑えるためにバッファ層の電気的抵抗を下げるという観点からはドーパント混合バッファ層２４の厚みＤ_２４は厚い方が望ましい。そして、図１２からわかるように、ドーパント混合バッファ層２４の厚みＤ_２４が厚くなると光変調帯域が劣化する。また、ＤＣドリフトは図７に示した本発明の第１の実施形態とほぼ同じ特性であった。また、図８のように時間が充分に長く経過した後に負のドリフトを発生させることも可能であった。

従って、図２に示した本発明の第１の実施形態と同じく、ドーパント非混合バッファ層２３の材料、あるいはドーパント非混合バッファ層２３とドーパント混合バッファ層２４の厚みなどの決定に当たっては、所望の光の挿入損失、光変調帯域、及び、ＬＮ光変調器を適用する光伝送システムにおいて大きな負や正のドリフトが生じないように決定する必要がある。

そして、ドーパント非混合バッファ層２３の材料、ドーパント混合バッファ層２４のドーパントの材料とドーピング量、及びドーパント混合バッファ層２４とドーパント非混合バッファ層２３の厚みの比が重要なファクタとなる。従って、本発明のこの特徴は単一の種類のバッファ層では実現し得ないものである。

［第３の実施形態］
本発明による第３の実施形態を図１４に示す。本実施形態では、光導波路３の上にまず第１の層として、次に述べる第２の層において使用する金属酸化物や金属などのドーパントを含まず、シリコンの酸化物であるＳｉＯ_ｘ層２９からなるドーパント非混合バッファ層２５を形成した後に、第２の層としてＳｉＯ_２層３０とＩｎ_２Ｏ_３層３１からなるドーパント混合バッファ層２６を堆積している。なお、本発明における第１の実施形態や第２の実施形態の場合と同じく、Ｉｎ_２Ｏ_３層３１の中には酸化されていない金属Ｉｎを含んでいても良いことは言うまでもない。そして、第３の層として、第１の層と同様に、第２の層において使用する金属酸化物や金属などのドーパントを含まず、シリコンの酸化物であるＳｉＯ_ｘ層２９からなるドーパント非混合バッファ層２７を形成している。

前述のように、ドーパントＩｎ_２Ｏ_３（あるいは金属Ｉｎ）は光の吸収損失を生じる、あるいは複素比誘電率の虚部が大きく、光変調帯域を劣化させるなどの悪い影響を有している。

図１４に示した本発明の第３の実施形態では、相互作用光導波路３ａ、３ｂの直上にはＳｉＯ_ｘ層２９からなるドーパント非混合バッファ層２５があるので光の挿入損失は小さく、また高周波電気信号の電界強度が強い中心導体４ａと接地導体４ｂ、４ｃの直下にもＳｉＯ_ｘ層２９からなるドーパント非混合バッファ層２７があるのでＬＮ光変調器特性に与える影響が小さくて済むという優れた利点がある。

なお、図１４において、逆に、２５と２７をドーパント混合バッファ層とし、２６をドーパント非混合バッファ層としても、本発明の第３の実施形態ほどには優れた特性ではないが、ＤＣドリフトを抑えつつ高価なドーパントの消費量を低減できる。さらに図１４の３層構造よりももっと層数の多い多層構造としても良いことは言うまでもない。

また、スパッタ装置用のターゲットとしては図１に示したようなドラム式でない場合には、例えば上面図として図１５に示す構造のターゲットを用いても良い。なお、図１６には図１５のＤ−Ｄ'における断面図を示す。このスパッタ装置用のターゲットではＳｉＯ_２３２の中に、金属であるＩｎペレット３３が埋め込まれている。

本発明に係る光変調器では、バッファ層の一部にのみある程度の導電性を有するドーパントをドーピングするので従来技術と比較して消費するドーパントの量が少なくて済む。従って、バッファ層の形成が安価に済むため、ＤＣドリフトを抑圧しつつ光変調器のコストを低減することができる。さらに、光変調器として光の挿入損失を小さくする、光変調帯域を確保する、あるいは光の挿入損失を小さくしつつ、かつ光変調帯域も確保するなど、ドーピングしたバッファ層の位置や構成により使用目的に応じた光変調器を実現できる。

［各実施形態について］
以上のように本発明では、経時変化に対してフラットなドリフト特性を実現できる。また、ドーパントをバッファ層の一部に使用するため、高価な金属あるいは金属酸化物であるドーパントの使用量が少なくて済む。つまり、少ないドーピング量でＤＣドリフト抑圧の効果を発揮できる。

なお、図６や図１３に示したように、これまでの説明においてはドーパント非混合バッファ層の電気的抵抗はドーパント混合バッファ層の電気的抵抗より大きいとして説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではない。つまり、例えば、ＳｉＯはドーパントを含有しなくても、導電性を持たせることができ、ＳｉＯにより構成したドーパント非混合バッファ層の電気的抵抗を、Ｉｎ_２Ｏ_３を少なくドーピングしたドーパント混合バッファ層の電気的抵抗よりも小さくすることも可能である。従って、本発明はドーパント非混合バッファ層とドーパント混合バッファ層の電気的抵抗の大小関係により限定されるものではない。

本発明による光変調器用の基板としては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。

また、ドーパント混合バッファ層を構成する主たるバッファ層、及びドーパント非混合バッファ層として主にＳｉＯ_２について説明したが、ドーパント混合バッファ層を構成する主たるバッファ層やドーパント非混合バッファ層には、その他の酸化シリコンつまりＳｉＯ_ｘ（０＜ｘ＜２）でも良いし、さらにはＡｌ_２Ｏ_３やＳｉＮなどその他の非シリコン系あるいはシリコン系の材料を組み合わせて使用しても良い。また、酸化シリコンを用いる場合、本発明の全ての実施形態において、ドーパント混合バッファ層を構成する酸化シリコンの組成とドーパント非混合バッファ層を構成する酸化シリコンの組成は、各々ＳｉＯ_２とＳｉＯ_２、あるいはＳｉＯ_ｘ（０＜ｘ＜２）とＳｉＯ_ｘ（０＜ｘ＜２）のように、同じであっても良いし、ＳｉＯ_２とＳｉＯ_ｘ（０＜ｘ＜２）、あるいはその逆のように異なっていても良い。さらには、ＳｉＯ_ｘのｘは０＜ｘ＜２．５のように、２以上であっても良い。

さらに、ドーパント混合バッファ層へのドーパントとしては主にＩｎ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、あるいはＳｎＯ_２などの金属酸化物について説明したが、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、クロム（Ｃｒ）などの酸化物でも良いし、周期律表の三から八族あるいは一ｂ族と二ｂ族に属する各種金属元素の酸化物、もしくはＳｉ以外の各種半導体元素の酸化物でも良いし、これらが酸化物でない、即ち金属の元素や半導体の元素でも良い。さらにこれらを組み合わせてドーピングしても良い。

また、ドーピングする各元素の酸化物の量は０．０１〜４０ｍｏｌ％程度でＤＣドリフトに対して効果がある。酸化物をドーピングする場合の濃度は特に３〜６ｍｏｌ％程度で、また金属をドーピングする場合にはその濃度として１ｍｏｌ％強程度で顕著な効果が見られる。但し、これらの値以外のドーピング量でも本発明の効果を得ることができるのは言うまでもない。また、ドーパント混合バッファ層自体が層構成となっている実施形態について説明したが、ドーパントはドーパント混合バッファ層の中において層状ではなく、完全に混合していても良い。

以上では、主にドーパント混合バッファ層とドーパント非混合バッファ層が各１層ずつの場合について説明したが、上記の第３の実施形態でも説明したようにこれらの層の片方もしくは両方が複数あっても本発明としての効果を発揮できることは言うまでもない。

以上の説明では、バッファ層の成膜装置としてスパッタ装置を用いる場合について説明したが、電子ビーム蒸着装置などその他の装置を用いても良いことは言うまでもない。

また、先に述べたように、各実施形態を説明する際のＬＮ光変調器の構造として中心導体の中心に左右対称な構造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。

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。さらに、ＤＣバイアスを印加する部分とＲＦ電気信号とを印加する部分と分離した、いわゆるＤＣバイアス分離型の構造にも適用可能である。

また、光導波路としてはマッハツェンダ光導波路の他に、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。

以上の各実施形態においては、ｚ−カットの面方位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し、ｘ−カットやｙ−カットの面方位を持つ基板でも良いことは言うまでもない。

以上のように、本発明に係る光変調器はターゲットの使用量を低減することにより、ＤＣドリフトを抑圧しつつＬＮ光変調器のコストを低減するとともに、挿入損失や光変調帯域を改善することを可能とし、コスト、性能及び信頼性の観点から優れた光変調器として有用である。

本発明の実施形態によるＬＮ光変調器を製作するためのスパッタ装置の内部を示す模式図 本発明の第１の実施形態によるＬＮ光変調器の断面図 本発明の第１の実施形態のＤＣドリフト抑圧の原理を説明する図 本発明の第１の実施形態の原理を説明する図 本発明の第１の実施形態の原理を説明する図 本発明の第１の実施形態の原理を説明する図 本発明の第１の実施形態によるＬＮ光変調器のＤＣドリフト特性 本発明の第１の実施形態によるＬＮ光変調器のＤＣドリフト特性 本発明の第２の実施形態によるＬＮ光変調器の断面図 本発明の第２の実施形態のＤＣドリフト抑圧の原理を説明する図 本発明の第２の実施形態の原理を説明する図 本発明の第２の実施形態の原理を説明する図 本発明の第２の実施形態の原理を説明する図 本発明の第３の実施形態によるＬＮ光変調器の断面図 本発明の実施形態によるＬＮ光変調器を製作するためのその他のターゲット構成を説明する図 図１５のＤ−Ｄ'における断面図 第１の従来技術によるＬＮ光変調器の斜視図 図１７のＡ−Ａ'における断面図 第１の従来技術による光変調器の動作原理を説明する図 第１の従来技術によるＬＮ光変調器の等価回路図 第１の従来技術によるＬＮ光変調器のＤＣドリフト特性 第２の従来技術によるＬＮ光変調器を製作するためのスパッタ装置の内部を示す模式図 第２の従来技術によるＬＮ光変調器の断面図 第２の従来技術によるＬＮ光変調器の等価回路図 第２の従来技術によるＬＮ光変調器のＤＣドリフト特性 第２の従来技術によるＬＮ光変調器を製作するためのその他のターゲット構成を説明する図 図２６のＣ−Ｃ'における断面図 第２の従来技術の問題点を説明する図 第２の従来技術の問題点を説明する図

符号の説明

１：ｚ−カットＬＮ基板（ＬＮ基板、基板）
２：ＳｉＯ_２バッファ層（バッファ層）
３：光導波路（マッハツェンダ光導波路）
３ａ、３ｂ：相互作用光導波路（光導波路）
４：進行波電極（電極）
４ａ：中心導体
４ｂ、４ｃ：接地導体
５：Ｓｉ導電層
６：真空チャンバー
７：ドラム
８：ｚ−カットＬＮウェーハ
９：ＳｉＯ_２ターゲット
１０：Ｉｎ_２Ｏ_３ターゲット
１１：ＴｉＯ_２ターゲット
１２：ＳｎＯ_２ターゲット
１３：導電性酸化物混合バッファ層
１４：ＳｉＯ_２層
１５：Ｉｎ_２Ｏ_３層
１６：ＳｉＯ_２
１７：Ｉｎ_２Ｏ_３ペレット
１８：Ｉｎターゲット
１９：Ｔｉターゲット
２０：ＳｉＯ_ｘターゲット
２１：ドーパント混合バッファ層
２２：ドーパント非混合バッファ層
２３：ドーパント非混合バッファ層
２４：ドーパント混合バッファ層
２５：ドーパント非混合バッファ層
２６：ドーパント混合バッファ層
２７：ドーパント非混合バッファ層
２９：ＳｉＯ_ｘ層
３０：ＳｉＯ_２層
３１：Ｉｎ_２Ｏ_３層
３２：ＳｉＯ_２
３３：Ｉｎペレット

Claims (21)

1. 電気光学効果を有する基板と、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、前記中心導体もしくは前記接地導体の少なくとも一方と前記光導波路の間に形成されたバッファ層とを具備し、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光導波路を有する光変調器において、
   前記バッファ層は、酸化物もしくは酸化物でないインジウム、酸化物もしくは酸化物でないチタン、及び酸化物もしくは酸化物でない錫の少なくとも１つをドーパントとして含むドーパント混合バッファ層と、
   周期律表の三から八族あるいは一ｂ族と二ｂ族に属する金属元素もしくはその酸化物、及びＳｉ以外の半導体元素もしくはその酸化物のいずれをも含まないドーパント非混合バッファ層とを具備していることを特徴とする光変調器。
2. 電気光学効果を有する基板と、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、前記中心導体もしくは前記接地導体の少なくとも一方と前記光導波路の間に形成されたバッファ層とを具備し、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光導波路を有する光変調器において、
   前記バッファ層は、酸化物もしくは酸化物でないゲルマニウム、酸化物もしくは酸化物でないアルミニウムの少なくとも１つをドーパントとして含むドーパント混合バッファ層と、
   周期律表の三から八族あるいは一ｂ族と二ｂ族に属する金属元素もしくはその酸化物、及びＳｉ以外の半導体元素もしくはその酸化物のいずれをも含まないドーパント非混合バッファ層とを具備していることを特徴とする光変調器。
3. 電気光学効果を有する基板と、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、前記中心導体もしくは前記接地導体の少なくとも一方と前記光導波路の間に形成されたバッファ層とを具備し、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光導波路を有する光変調器において、
   前記バッファ層は、周期律表の三から八族あるいは一ｂ族と二ｂ族に属する金属元素もしくはその酸化物、もしくはＳｉ以外の半導体元素もしくはその酸化物の少なくとも１つをドーパントとして含むドーパント混合バッファ層と、
   周期律表の三から八族あるいは一ｂ族と二ｂ族に属する金属元素もしくはその酸化物、及びＳｉ以外の半導体元素もしくはその酸化物のいずれをも含まないドーパント非混合バッファ層とを具備していることを特徴とする光変調器。
4. 前記電極に電圧を印加してからの初期の時間経過において、負のＤＣドリフトを実用上有さないことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光変調器。
5. 前記バッファ層は前記基板の側から前記ドーパント混合バッファ層、前記ドーパント非混合バッファ層の順で積層されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光変調器。
6. 前記バッファ層は前記基板の側から前記ドーパント非混合バッファ層、前記ドーパント混合バッファ層の順で積層されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光変調器。
7. 前記バッファ層を構成する前記ドーパント混合バッファ層の層数と前記ドーパント非混合バッファ層の層数との和が３以上であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光変調器。
8. 前記ドーパント非混合バッファ層の厚みが前記ドーパント混合バッファ層の厚みより厚いことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光変調器。
9. 前記ドーパント非混合バッファ層の厚みと前記ドーパント混合バッファ層の厚みとがほぼ等しいことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光変調器。
10. 前記ドーパント非混合バッファ層の厚みが前記ドーパント混合バッファ層の厚みより薄いことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光変調器。
11. 前記ドーパント非混合バッファ層の厚みが前記バッファ層の厚みの１０％より薄いことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光変調器。
12. 前記ドーパント非混合バッファ層の厚みが前記バッファ層の厚みの２０％より薄いことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光変調器。
13. 前記ドーパント非混合バッファ層の厚みが前記バッファ層の厚みの３０％より薄いことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光変調器。
14. 前記ドーパント混合バッファ層が主として酸化シリコンを含み、かつ前記ドーパント非混合バッファ層が酸化シリコンであることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の光変調器。
15. 前記ドーパント混合バッファ層に含まれる酸化シリコンの組成と前記ドーパント非混合バッファ層を構成する酸化シリコンの組成とが同じであることを特徴とする請求項１４に記載の光変調器。
16. 前記ドーパント混合バッファ層に含まれる酸化シリコンの組成と前記ドーパント非混合バッファ層を構成する酸化シリコンの組成とが異なることを特徴とする請求項１４に記載の光変調器。
17. 前記ドーパント混合バッファ層が主として酸化シリコンを含むか、もしくは前記ドーパント非混合バッファ層が酸化シリコンであることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の光変調器。
18. 前記酸化シリコンの組成はＳｉＯｘ（０＜ｘ＜２．５）であることを特徴とする請求項１４から請求項１７のいずれか一項に記載の光変調器。
19. 前記ドーパント混合バッファ層が酸化シリコンを含まず、かつ前記ドーパント非混合バッファ層が酸化シリコン以外からなることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の光変調器。
20. 前記ドーパント非混合バッファ層の電気的抵抗が前記ドーパント混合バッファ層の電気的抵抗よりも低いことを特徴とする請求項１から請求項１９のいずれか一項に記載の光変調器。
21. 前記ドーパント非混合バッファ層の電気的抵抗が前記ドーパント混合バッファ層の電気的抵抗よりも高いことを特徴とする請求項１から請求項１９のいずれか一項に記載の光変調器。

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