JP2011085842A

JP2011085842A - 光変調器

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Publication number: JP2011085842A
Application number: JP2009240219A
Authority: JP
Inventors: Yasufumi Enami; 康文榎波
Original assignee: Hiroshima University NUC
Current assignee: Hiroshima University NUC
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2011-04-28
Anticipated expiration: 2029-10-19
Also published as: JP5499380B2

Abstract

【課題】電極間隔を狭くすることが可能な光変調器を提供する。
【解決手段】光変調器１０は、基板１と、電極２，５，６と、クラッド３と、コア４２，４３とを備える。電極２は、基板１上に形成され、クラッド３は、電極２上に形成される。コア４２，４３の各々は、クラッド３中に形成される。コア４２は、Ｓｉ薄膜４２１、ポリマ薄膜４２２およびＳｉ薄膜４２３を基板１に垂直な方向へ積層した構造からなる。コア４３は、Ｓｉ薄膜４３１、ポリマ薄膜４３２およびＳｉ薄膜４３３を基板１に垂直な方向へ積層した構造からなる。電極５は、Ｓｉ薄膜４２３に接して形成され、電極６は、Ｓｉ薄膜４３３に接して形成される。コア４２，４３の厚みは、１００ｎｍよりも薄い。
【選択図】図３

Description

この発明は、光変調器に関し、特に、光を基板に垂直な方向に閉じ込めた光変調器に関するものである。

従来、基板に垂直な方向に導波光を遷移させるポリマ光変調器が知られている（非特許文献１）。このポリマ光変調器は、ゾルゲルガラスからなる第１のコアと、ゾルゲルガラスからなるクラッドと、電気光学ポリマからなる第２および第３のコアと、底部電極と、上部電極とを備える。

第１のコアは、クラッド中に配置され、２個のＹ型分岐を有するマッハツェンダー型の導波路構造からなる。底部電極は、マッハツェンダー型の導波路構造において、第１のコアの分岐した２個の導波路に対向して２個の導波路の下側に配置される。

第２のコアは、マッハツェンダー型の導波路構造において、第１のコアの分岐した２個の導波路のうちの一方の導波路に接して一方の導波路上に配置される。

第３のコアは、マッハツェンダー型の導波路構造において、第１のコアの分岐した２個の導波路のうちの他方の導波路に接して他方の導波路上に配置される。

第１の上部電極は、マッハツェンダー型の導波路構造において、第１のコアの分岐した２個の導波路に対向して２個の導波路と第２および第３のコアとの上側に配置される。

そして、第１のコアは、クラッドの屈折率よりも大きい屈折率を有し、第２および第３のコアは、第１のコアの屈折率よりも大きく、かつ、相互に同じ屈折率を有する。

このポリマ変調器においては、導波光が第１のコアの一方端からポリマ変調器に入射すると、導波光は、第１のコアの直線部分を伝搬し、１個目のＹ型分岐によって第１のコアの２個の導波路へ分岐される。その後、導波光は、２個の導波路において、第１のコアから第２および第３のコアへと基板に垂直な方向へ遷移しながら２個の導波路中を伝搬する。

そして、上部電極と底部電極とによって２個の導波路の部分に電圧が印加されていない場合、２個の導波路中を伝搬する２個の導波光は、相互に同じ位相を有し、２個目のＹ分岐の部分で強め合って合成され、第１のコア中を伝搬して出射される。

一方、上部電極と底部電極とによって２個の導波路の部分に電圧が印加されている場合、２個の導波路中を伝搬する２個の導波光は、相互に１８０°だけ異なる位相を有し、２個目のＹ分岐の部分で弱め合って合成される。

このように、従来のポリマ変調器は、マッハツェンダー型の導波路構造において基板に垂直な方向に導波光を遷移させながら光を変調する。

Y. Enami, D. Mathine, C. T. DeRose, and R. A. Norwood, "Hybrid cross-linkable polymer/sol-gel waveguide modulators with 0.65V half wave voltage at 1550nm," Applied Physics Letters 91, 093505, 2007.

しかし、従来のポリマ変調器においては、第２および第３のコアからクラッドへの光の染み出し量が多い。そして、第２および第３のコアの厚みを薄くすると、光の第２および第３のコアへの閉じ込め効果が減少するため、底部電極と上部電極との電極間隔を狭くすることが困難であるという問題がある。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、電極間隔を狭くすることが可能な光変調器を提供することである。

この発明によれば、光変調器は、基板と、底部電極と、クラッドと、第１から第４のコアと、第１および第２の上部電極とを備える。底部電極は、基板の一主面に形成される。クラッドは、基板上に形成され、ゾルゲルガラスからなる。第１のコアは、基板の表面に略平行にクラッド中に配置され、Ｙ型に分岐した形状からなる。第２のコアは、基板の表面に略平行にクラッド中に配置され、Ｙ型に分岐した形状からなる。第３のコアは、基板の表面に略平行にクラッド中に配置され、第１のコアのＹ型に分岐した一方の分岐部分と第２のコアのＹ型に分岐した一方の分岐部分との間に接続される。第４のコアは、基板の表面に略平行にクラッド中に配置され、第１のコアのＹ型に分岐した他方の分岐部分と第２のコアのＹ型に分岐した他方の分岐部分との間に接続される。第１の上部電極は、基板の法線方向において、第３のコアに接して第３のコア上に配置される。第２の上部電極は、基板の法線方向において、第４のコアに接して第４のコア上に配置される。そして、第２のコアは、光の進行方向に垂直な方向の軸に対して第１のコアと対称に配置されている。また、第３および第４のコアの各々は、第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有する層が基板の法線方向から第１の屈折率を有する２つの層によって挟み込まれ、かつ、光が２つの層間に閉じ込められる構造からなる。

好ましくは、第３および第４のコアの各々は、第１から第３の薄膜を含む。第１の薄膜は、底部電極上に形成され、第１の屈折率を有する。第２の薄膜は、第１の薄膜に接して第１の薄膜上に形成され、第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有する。第３の薄膜は、第２の薄膜に接して第２の薄膜上に形成され、第１の屈折率を有する。第１の上部電極は、第３のコアの第３の薄膜に接して第３の薄膜上に配置されている。第２の上部電極は、第４のコアの第３の薄膜に接して第３の薄膜上に配置されている。

好ましくは、第３および第４のコアの各々の厚みは、１００ｎｍよりも薄い。

好ましくは、第２の薄膜は、電気光学ポリマからなる。

好ましくは、第１および第３の薄膜の各々は、ＴｉＯ_２からなる。

好ましくは、第１および第２のコアの各々は、ゾルゲルガラスからなる。

好ましくは、第１の上部電極は、第２の上部電極に印加される電圧と逆極性の電圧が印加される。

この発明による光変調器においては、電圧が印加される第３および第４のコアの各々は、第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有する層が基板の法線方向から第１の屈折率を有する２つの層によって挟み込まれ、かつ、光が２つの層間に閉じ込められる構造からなる。その結果、第１の屈折率を有する層の膜厚と第２の屈折率を有する層の膜厚とを薄膜化しても光が２つの層間に閉じ込められる。

したがって、この発明によれば、底部電極と第１および第２の上部電極との電極間隔を狭くできる。

この発明の実施の形態による光変調器の斜視図である。図１に示すＡ方向から見たコアの平面図である。図１に示す線ＩＩＩ−ＩＩＩ間における光変調器の断面図である。図１に示すＢ方向から見たコアの側面図である。図１に示す光変調器の製造方法を説明するための第１の工程図である。図１に示す光変調器の製造方法を説明するための第２の工程図である。図１に示す光変調器の製造方法を説明するための第３の工程図である。図１に示す光変調器の製造方法を説明するための第４の工程図である。図６に示す工程（ｆ）の詳細な工程を説明するための第１のサブ工程図である。図６に示す工程（ｆ）の詳細な工程を説明するための第２のサブ工程図である。図６に示す工程（ｆ）の詳細な工程を説明するための第３のサブ工程図である。光変調器の動作を説明するための模式図である。コアの近傍の拡大断面図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態による光変調器の斜視図である。図１を参照して、この発明の実施の形態による光変調器１０は、基板１と、電極２，５，６と、クラッド３と、コア４とを備える。

光変調器１０は、略長方形の平面形状を有する。基板１は、シリコン基板１１と、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜１２とからなる。ＳｉＯ_２膜１２は、６μｍの厚みを有し、シリコン基板１１の一主面に形成される。

電極２は、たとえば、チタン（Ｔｉ）／金（Ａｕ）／チタン（Ｔｉ）の多層膜からなり、基板１のＳｉＯ_２膜１２上に形成される。そして、２つのＴｉの各々は、１２．５ｎｍの厚みを有し、Ａｕは、１００ｎｍの厚みを有する。したがって、電極２は、全体で１２５ｎｍの厚みを有する。このように、電極２をＴｉとＡｕとの多層膜によって構成することによって、電極２とＳｉＯ_２膜１２との接着性を向上させることができる。

クラッド３は、たとえば、３−（トリメトキシシリル）プロピルメタクリレート（ＭＡＰＴＭＳ：Ｍｅｔｈａｃｒｙｌｏｙｌｏｘｙｐｒｏｐｙｌｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）を主成分とするゾルゲルガラスからなり、電極２上に形成される。そして、クラッド３は、１５５０ｎｍの波長に対して１．４８７の屈折率を有する。

コア４は、たとえば、ＭＡＰＴＭＳを主成分とするゾルゲルガラスと、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ：Ｐｏｌｙ−ｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）を主成分とする電気光学ポリマと、ゾルゲルＴｉＯ_２とからなり、クラッド３中において光変調器１０の長さ方向ＤＲ１に沿って基板１に略平行に配置される。

そして、コア４は、６〜８μｍの幅および３〜４μｍの厚みを有する。また、コア４は、端面４Ａがクラッド３の端面３Ａに一致し、端面４Ｂがクラッド３の端面３Ｂに一致する。

電極５は、たとえば、Ａｕからなり、コア４の一部に接してコア４の一部の上に配置される。電極６は、たとえば、Ａｕからなり、コア４の他の一部に接してコア４の他の一部の上に配置される。

図２は、図１に示すＡ方向から見たコア４の平面図である。図２を参照して、コア４は、コア４１〜４４からなる。コア４１，４４の各々は、Ｙ型に分岐した平面形状からなる。そして、コア４１，４４の各々は、ゾルゲルガラスとゾルゲルＴｉＯ_２とからなる。この場合、ゾルゲルガラスは、１．４８の屈折率を有し、ゾルゲルＴｉＯ_２は、２．１の屈折率を有する。

コア４４は、光の進行方向（すなわち、光変調器１０の長さ方向ＤＲ１）に垂直な方向の軸ＡＸに対してコア４１と対称に配置される。

コア４２は、直線形状からなり、コア４１のＹ型に分岐した一方の分岐部分４１１と、コア４４のＹ型に分岐した一方の分岐部分４４１とに接続される。

コア４３は、直線形状からなり、コア４１のＹ型に分岐した他方の分岐部分４１２と、コア４４のＹ型に分岐した他方の分岐部分４４２とに接続される。

このように、コア４は、マッハツェンダ型の導波路からなる。

図３は、図１に示す線ＩＩＩ−ＩＩＩ間における光変調器１０の断面図である。図３を参照して、電極２は、基板１のＳｉＯ_２膜１２に接してＳｉＯ_２膜１２上に配置される。

コア４２は、ゾルゲルガラス４２１，４２５と、ゾルゲルＴｉＯ_２４２２，４２４と、ポリマ薄膜４２３とからなる。

ゾルゲルガラス４２１は、クラッド３の一部からなり、電極２に接して電極２上に形成される。ゾルゲルＴｉＯ_２４２２は、２．１の屈折率を有し、ゾルゲルガラス４２１に接してゾルゲルガラス４２１上に形成される。ポリマ薄膜４２３は、１．６の屈折率を有し、ゾルゲルＴｉＯ_２４２２に接してゾルゲルＴｉＯ_２４２２上に形成される。そして、ポリマ薄膜４２３は、ＰＭＭＡを主成分とする電気光学ポリマからなる。

ゾルゲルＴｉＯ_２４２４は、２．１の屈折率を有し、ポリマ薄膜４２３に接してポリマ薄膜４２３上に形成される。ゾルゲルガラス４２５は、ゾルゲルＴｉＯ_２４２４に接してゾルゲルＴｉＯ_２４２４上に形成される。

ゾルゲルガラス４２１の膜厚は、１７５ｎｍであり、ゾルゲルＴｉＯ_２４２２の膜厚は、５０ｎｍであり、ポリマ薄膜４２３の膜厚は、５０ｎｍであり、ゾルゲルＴｉＯ_２４２４の膜厚は、５０ｎｍであり、ゾルゲルガラス４２５の膜厚は、２００ｎｍである。

そして、ゾルゲルＴｉＯ_２４２２、ポリマ薄膜４２３、およびゾルゲルＴｉＯ_２４２４の幅は、４μｍである。

コア４３は、ゾルゲルガラス４３１，４３５と、ゾルゲルＴｉＯ_２４３２，４３４と、ポリマ薄膜４３３とからなる。

ゾルゲルガラス４３１は、クラッド３の一部からなり、電極２に接して電極２上に形成される。ゾルゲルＴｉＯ_２４３２は、２．１の屈折率を有し、ゾルゲルガラス４３１に接してゾルゲルガラス４３１上に形成される。ポリマ薄膜４３３は、１．６の屈折率を有し、ゾルゲルＴｉＯ_２４３２に接してゾルゲルＴｉＯ_２４３２上に形成される。そして、ポリマ薄膜４３３は、ＰＭＭＡを主成分とする電気光学ポリマからなる。

ゾルゲルＴｉＯ_２４３４は、２．１の屈折率を有し、ポリマ薄膜４３３に接してポリマ薄膜４３３上に形成される。ゾルゲルガラス４３５は、ゾルゲルＴｉＯ_２４３４に接してゾルゲルＴｉＯ_２４３４上に形成される。

ゾルゲルガラス４３１の膜厚は、１７５ｎｍであり、ゾルゲルＴｉＯ_２４３２の膜厚は、５０ｎｍであり、ポリマ薄膜４３３の膜厚は、５０ｎｍであり、ゾルゲルＴｉＯ_２４３４の膜厚は、５０ｎｍであり、ゾルゲルガラス４３５の膜厚は、２００ｎｍである。

そして、ゾルゲルＴｉＯ_２４３２、ポリマ薄膜４３３、およびゾルゲルＴｉＯ_２４３４の幅は、４μｍである。

このように、コア４２は、基板１の法線方向からポリマ薄膜４２３を２つのゾルゲルＴｉＯ_２４２２，４２４によって挟み込んだ構造からなる。また、コア４３は、基板１の法線方向からポリマ薄膜４３３を２つのゾルゲルＴｉＯ_２４３２，４３４によって挟み込んだ構造からなる。

したがって、コア４２，４３は、相互に同じ構造からなる。

図４は、図１に示すＢ方向から見たコア４２の側面図である。図４を参照して、ポリマ薄膜４２３は、光変調器１０の長さ方向ＤＲ１において、ゾルゲルＴｉＯ_２４２２中に埋め込まれており、その両端がテーパ構造になっている。

なお、ポリマ薄膜４２３が形成されていない部分におけるＴｉＯ_２４２２の膜厚は、１００ｎｍである。

また、コア４３の側面図も、図４に示すコア４２の側面図と同じ側面図からなる。

図５から図８は、それぞれ、図１に示す光変調器１０の製造方法を説明するための第１から第４の工程図である。

図５を参照して、光変調器１０の製造が開始されると、酸素（Ｏ_２）ガスを用いてシリコン基板１１を１０００℃の温度で酸化し、シリコン基板１１の一主面にＳｉＯ_２膜１２を形成する。これによって、基板１が作製される（工程（ａ）参照）。

その後、Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉの多層膜をＳｉＯ_２膜１２上に蒸着して電極２をＳｉＯ_２膜１２上に形成する（工程（ｂ）参照）。

引き続いて、ＭＡＰＴＭＳとＺｒＰＯ（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ（ＩＶ）−ｎ−ｐｒｏｐｏｘｉｄｅ）とのモル比ＭＡＰＴＭＳ／ＺｒＰＯを９５％／５％に設定したゾルゲルシリカ溶液を作製し、その作製したゾルゲルシリカ溶液をスピンコートによって電極２上に塗布する。この場合、塗布したゾルゲルシリカ溶液の厚みは、クラッド３の厚みに相当する厚みである。

そして、１５０℃の温度で１時間、ゾルゲルシリカ溶液をベーキングしてゾルゲルガラス２１を電極２上に形成する（工程（ｃ）参照）。

図６を参照して、工程（ｃ）の後、水銀ランプのｉ線（波長３６５ｎｍ）からなるＵＶ光をマスク２２を介してゾルゲルガラス２１に照射する。この場合、マスク２２は、ガラス２２１と、クロム（Ｃｒ）膜２２２とからなる。そして、Ｃｒ膜２２２は、ガラス２２１の一主面２２１Ａに形成されている。また、Ｃｒ膜２２２は、ｉ線からなるＵＶ光を遮断する。さらに、ＵＶ光の照射強度は、１１ｍＷ／ｃｍ^２であり、照射時間は、１０分間である。これによって、ゾルゲルシリカ２１の一部分２１１以外の部分にＵＶ光が照射される（工程（ｄ）参照）。

そして、ゾルゲルシリカ２１の一部分２１１をウエットエッチングによって除去し、コア４が形成されるクラッド３の領域に穴２３を形成する（工程（ｅ）参照）。これによって、クラッド３が形成される。この場合、ウエットエッチングは、試料をイソプロピルアルコール中に３０秒〜１分の間、浸漬することによって行なわれる。

その後、コア４を穴２３中に形成する（工程（ｆ）参照）。

図７を参照して、工程（ｆ）の後、Ａｕをスパッタリングし、試料の全面にＡｕ薄膜３０を形成する（工程（ｇ）参照）。

そして、フォトレジスト４０をＡｕ薄膜３０の全面にスピンコートによって塗布する。その後、その塗布したフォトレジスト４０にマスク２４を用いてＵＶ光を照射する（工程（ｈ）参照）。この場合、マスク２４は、ガラス２４１と、Ｃｒ膜２４２，２４３とからなる。そして、Ｃｒ膜２４２，２４３は、ガラス２４１の一主面２４１Ａに形成されている。ＵＶ光を照射した後、フォトレジスト４０をパターンニングする。

そうすると、フォトレジスト４０のうち、ＵＶ光が照射された部分を除去し、レジストパターン３１，３２を形成する（工程（ｉ）参照）。

引き続いて、２．５ｇの沃素と、５．０ｇの沃化カリウムとの水溶液によってＡｕ薄膜３０をエッチングし、コア４上にそれぞれ電極５，６を形成する。

そして、試料をガラス遷移温度（例えば、１５０℃）に加熱した状態で、ポリマ薄膜４２３，４３３へ印加される電界が１００〜１５０Ｖ／μｍとなる電圧を電極２と電極５，６との間に印加する。その後、電圧を印加した状態で試料を冷却する。これによって、光変調器１０が完成する（工程（ｊ）参照）。

図９から図１１は、それぞれ、図６に示す工程（ｆ）の詳細な工程を説明するための第１から第３のサブ工程図である。

なお、図９から図１１は、コア４のうち、コア４１，４２，４４の部分を作製する工程を示すが、実際には、コア４２の作製と同時にコア４３の部分も作製される。

図９を参照して、工程（ｅ）の後、クラッド３の一部分からなるゾルゲルガラス４２１上にゾルゲルＴｉＯ_２溶液をスピンコートに塗布し、その塗布したゾルゲルＴｉＯ_２溶液を４２５℃で１時間加熱する。これによって、１００ｎｍのゾルゲルＴｉＯ_２２５が形成される（サブ工程（ｆ１）参照）。

そして、フォトレジスト２６をゾルゲルＴｉＯ_２２５上にスピンコートによって塗布し（サブ工程（ｆ２）参照）、グレースケールマスク２７を介してＵＶ光をフォトレジスト２６に照射する（サブ工程（ｆ３）参照）。この場合、グレースケールマスク２７のうち、部分２７１，２７５は、ＵＶ光を透過せず、部分２７２，２７４は、ＵＶ光の一部を透過し、部分２７３は、ＵＶ光の全体を透過する。

図１０を参照して、サブ工程（ｆ３）の後、フォトレジスト２６をデベロッピングし、レジストパターン２８を形成する（サブ工程（ｆ４）参照）。

そして、レジストパターン２８をマスクとして用い、ＣＦ_４＋Ｏ_２ガスを用いた反応性イオンエッチングによってゾルゲルＴｉＯ_２２５をエッチングする（サブ工程（ｆ５）参照）。この場合、試料の温度は、２５℃であり、エッチング深さは、５０ｎｍである。

その後、レジストパターン２８を除去すると、ゾルゲルＴｉＯ_２４２２が形成される（サブ工程（ｆ６）参照）。

図１１を参照して、サブ工程（ｆ６）の後、ゾルゲルＴｉＯ_２４２２の凹部に、ＰＭＭＡにクロモフォアをドープした電気光学ポリマ溶液（溶媒：たとえば、サイクロペンタノン）をスピンコートによって塗布する。そして、電気光学ポリマ溶液を真空オーブンで８０℃の温度に８時間以上加熱する。これによって、ポリマ薄膜４２３が、ゾルゲルＴｉＯ_２４２２中に形成される（サブ工程（ｆ７）参照）。

その後、ゾルゲルＴｉＯ_２溶液をスピンコートによってゾルゲルＴｉＯ_２４２２およびポリマ薄膜４２３上に塗布する。そして、ゾルゲルＴｉＯ_２溶液を真空オーブン中で１４０〜２００℃の温度で１時間加熱する。これによって、ゾルゲルＴｉＯ_２４２４が形成される（サブ工程（ｆ８）参照）。

引き続いて、ゾルゲルガラスカ溶液をスピンコートによってゾルゲルＴｉＯ_２４２４上に塗布し、その塗布したゾルゲルガラス溶液を真空オーブン中で１５０℃の温度で１時間加熱する。これによって、ゾルゲルガラス４２５が形成される（サブ工程（ｆ９）参照）。

これによって、工程（ｆ）が終了する。

図１２は、光変調器１０の動作を説明するための模式図である。図１２を参照して、電圧が電極５，６に印加されていない場合、コア４の端面４Ａから入射した光は、コア４１中を直進し、その後、コア３１の分岐部分４１１，４１２へ分岐される。

そして、分岐部分４１１へ分岐された光は、分岐部分４１１を進行し、コア４２中を進行する。また、分岐部分４１２へ分岐された光は、分岐部分４１２を進行し、コア４３中を進行する。

その後、コア４２中を進行した光は、コア４４の分岐部分４４１を進行し、コア４３中を進行した光は、コア４４の分岐部分４４２を進行する。

そうすると、分岐部分４４１を進行した光は、分岐部分４４１と分岐部分４４２との接続部で分岐部分４４２を進行した光と強め合って合成される。その後、合成された光は、コア４４中を進行し、光変調器１０の外部へ放射される（図１２の（ａ）参照）。

一方、電圧が電極５，６に印加されている場合、コア４２を通過して分岐部分４４１を進行する光の位相は、コア４３を通過して分岐部分４４２を進行する光の位相と１８０°異なる。

その結果、分岐部分４４１を進行した光は、分岐部分４４１と分岐部分４４２との接続部で分岐部分４４２を進行した光と打ち消し合う。したがって、光変調器１０は、光を外部へ放射しない（図１２の（ｂ）参照）。

このように、光変調器１０は、デジタル信号の“１”に応じて電極５，６に電圧を印加せず、デジタル信号の“０”に応じて電極５，６に電圧を印加することによって、デジタル信号によって変調された光を外部へ放出する。

そして、電極５に印加される電圧は、電極６に印加される電圧と絶対値が同じであり、極性が逆である電圧である。このように、互いに逆極性の電圧を電極５，６に印加することによって、本来、印加すべき電圧の絶対値の半分の値からなる電圧を極性を互いに逆にして電極５，６に印加すればよく、消費電力を低減できる。

図１３は、コア４２の近傍の拡大断面図である。図１３を参照して、コア４２は、ゾルゲルガラス４２１、ゾルゲルＴｉＯ_２４２２、ポリマ薄膜４２３、ゾルゲルＴｉＯ_２４２４およびゾルゲルガラス４２５を電極２上に順次積層した構造からなる。

そして、ポリマ薄膜４２３は、上述したように、５０ｎｍの膜厚を有するので、２つのゾルゲルＴｉＯ_２４２２，４２４は、近接して配置されることになる。そして、ゾルゲルＴｉＯ_２４２２，４２４の屈折率は、ポリマ薄膜４２３の屈折率よりも大きいので、コア４２に入射した光は、ゾルゲルＴｉＯ_２４２２，４２４中を伝搬する。

この場合、ゾルゲルＴｉＯ_２４２２，４２４の膜厚は、上述したように、５０ｎｍであり、薄いので、ゾルゲルＴｉＯ_２４２２，４２４中を伝搬する光は、ポリマ薄膜４２３中へ染み出す。

そうすると、ゾルゲルＴｉＯ_２４２２からの光の染み出し部分は、ゾルゲルＴｉＯ_２４２４からの染み出し部分と重ね合わされ、光は、２つのゾルゲルＴｉＯ_２４２２，４２４間に閉じ込められる。

したがって、ゾルゲルガラス４２１、ゾルゲルＴｉＯ_２４２２、ポリマ薄膜４２３、ゾルゲルＴｉＯ_２４２４およびゾルゲルガラス４２５を基板１に垂直な方向へ積層することによって、光が伝搬する２つのゾルゲルＴｉＯ_２４２２，４２４の膜厚を薄くしても、光を２つのゾルゲルＴｉＯ_２４２２，４２４間に閉じ込めることができる。

また、コア４２は、ゾルゲルガラス４２１、ゾルゲルＴｉＯ_２４２２、ポリマ薄膜４２３、ゾルゲルＴｉＯ_２４２４およびゾルゲルガラス４２５を電極２上に順次積層した構造からなるので、ゾルゲルＴｉＯ_２４２２，４２４間の間隔をポリマ薄膜４２３の膜厚によって制御できる。

同様に、コア４３においても、ゾルゲルガラス４３１、ゾルゲルＴｉＯ_２４３２、ポリマ薄膜４３３、ゾルゲルＴｉＯ_２４３４およびゾルゲルガラス４３５を基板１に垂直な方向へ積層することによって、光が伝搬する２つのゾルゲルＴｉＯ_２４３２，４３４の膜厚を薄くしても、光を２つのゾルゲルＴｉＯ_２４３２，４３４間に閉じ込めることができる。

その結果、電極２，５間の距離および電極２，６間の距離を縮めることができ、印加する電圧を低くできる。

光変調器１０においては、上述したように、ゾルゲルガラス４２１、ゾルゲルＴｉＯ_２４２２、ポリマ薄膜４２３、ゾルゲルＴｉＯ_２４２４およびゾルゲルガラス４２５の全体の膜厚、およびゾルゲルガラス４３１、ゾルゲルＴｉＯ_２４３２、ポリマ薄膜４３３、ゾルゲルＴｉＯ_２４３４およびゾルゲルガラス４３５の全体の膜厚は、１０００ｎｍよりも薄いので、電極２，５間および電極２，６間に印加する電圧は、従来の光変調器に比べ、１０００分の１程度（＝０．６５ｍＶ〜６．５ｍＶ）まで低減される。

なお、この発明の実施の形態においては、ゾルゲルＴｉＯ_２４２２，４２４，４３２，４３４に代えてＳｉ薄膜を用いてもよい。

また、ゾルゲルＴｉＯ_２４２２，４２４，４３２，４３４に代えてＳｉ薄膜を用いた場合、光変調器１０は、上述したサブ工程（ｆ１），（ｆ８）においてアモルファスシリコン膜を形成することによって製造される。

上記においては、コア４２，４３の各々は、ポリマ薄膜４２３，４３３をそれぞれ２つのゾルゲルＴｉＯ_２４２２，４２４および２つのゾルゲルＴｉＯ_２４３２，４３４によって挟み込んだ構造からなると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、コア４２，４３の各々は、一般的には、屈折率ｎ１よりも小さい屈折率ｎ２を有する薄膜ＴＨ１が屈折率ｎ１を有する２つの薄膜ＴＨ２によって挟み込められ、かつ、光が２つの薄膜ＴＨ２間に閉じ込められた構造からなっていればよい。

この発明の実施の形態においては、電極２は、「底部電極」を構成し、電極５は、「第１の上部電極」を構成し、電極６は、「第２の上部電極」を構成する。

また、この発明の実施の形態においては、コア４１は、「第１のコア」を構成し、コア４４は、「第２のコア」を構成し、コア４２は、「第３のコア」を構成し、コア４３は、「第４のコア」を構成する。

さらに、この発明の実施の形態においては、ゾルゲルＴｉＯ_２４２２，４３２の各々は、「第１の薄膜」を構成し、ポリマ薄膜４２３，４３３の各々は、「第２の薄膜」を構成し、ゾルゲルＴｉＯ_２４２４，４３４の各々は、「第３の薄膜」を構成する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、電極間隔を狭くすることが可能な光変調器に適用される。

１基板、２，５，６電極、３クラッド、１０光変調器、１１シリコン基板、１２ＳｉＯ_２膜、４２，４３コア、４２１，４３１，４２５，４３５ゾルゲルガラス、４２２，４２４，４３２，４３４ゾルゲルＴｉＯ_２、４２３，４３３ポリマ薄膜。

Claims

基板と、
前記基板の一主面に形成された底部電極と、
前記基板上に形成され、ゾルゲルガラスからなるクラッドと、
前記基板の表面に略平行に前記クラッド中に配置され、Ｙ型に分岐した形状からなる第１のコアと、
前記基板の表面に略平行に前記クラッド中に配置され、Ｙ型に分岐した形状からなる第２のコアと、
前記基板の表面に略平行に前記クラッド中に配置され、前記第１のコアのＹ型に分岐した一方の分岐部分と前記第２のコアのＹ型に分岐した一方の分岐部分との間に接続された第３のコアと、
前記基板の表面に略平行に前記クラッド中に配置され、前記第１のコアのＹ型に分岐した他方の分岐部分と前記第２のコアのＹ型に分岐した他方の分岐部分との間に接続された第４のコアと、
前記基板の法線方向において、前記第３のコアに接して前記第３のコア上に配置された第１の上部電極と、
前記基板の法線方向において、前記第４のコアに接して前記第４のコア上に配置された第２の上部電極とを備え、
前記第２のコアは、光の進行方向に垂直な方向の軸に対して前記第１のコアと対称に配置されており、
前記第３および第４のコアの各々は、第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有する層が前記基板の法線方向から前記第１の屈折率を有する２つの層によって挟み込まれ、かつ、光が前記２つの層間に閉じ込められる構造からなる、光変調器。
前記第３および第４のコアの各々は、
前記底部電極上に形成され、第１の屈折率を有する第１の薄膜と、
前記第１の薄膜に接して前記第１の薄膜上に形成され、前記第１の屈折率よりも小さい第２の屈折率を有する第２の薄膜と、
前記第２の薄膜に接して前記第２の薄膜上に形成され、前記第１の屈折率を有する第３の薄膜とを含み、
前記第１の上部電極は、前記第３のコアの前記第３の薄膜に接して前記第３の薄膜上に配置されており、
前記第２の上部電極は、前記第４のコアの前記第３の薄膜に接して前記第３の薄膜上に配置されている、請求項１に記載の光変調器。
前記第３および第４のコアの各々の厚みは、１００ｎｍよりも薄い、請求項２に記載の光変調器。
前記第２の薄膜は、電気光学ポリマからなる、請求項２に記載の光変調器。
前記第１および第３の薄膜の各々は、ＴｉＯ_２からなる、請求項４に記載の光変調器。
前記第１および第２のコアの各々は、ゾルゲルガラスからなる、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光変調器。
前記第１の上部電極は、前記第２の上部電極に印加される電圧と逆極性の電圧が印加される、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光変調器。