JP2017067856A

JP2017067856A - 光デバイス

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Publication number: JP2017067856A
Application number: JP2015190067A
Authority: JP
Inventors: 将之本谷; Masayuki Motoya; 市川　潤一郎; Junichiro Ichikawa; 潤一郎市川; 佳澄石川; Yoshizumi Ishikawa
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2015-09-28
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2017-04-06
Anticipated expiration: 2035-09-28
Also published as: JP6504003B2

Abstract

【課題】入力する信号の高周波特性の劣化を抑制したフィードスルー部を有する光デバイスを提供する。【解決手段】半導体材料を形成材料とする基体と、電気光学材料を形成材料とするコア層と、前記コア層に対し前記基体とは反対側に設けられた帯状の信号電極と、コア層に対し基体とは反対側に設けられた一対の上部接地電極と、基体とコア層との間に設けられた下部接地電極と、下部接地電極とコア層との間に設けられたクラッド層と、クラッド層と基体との間に設けられた遮蔽層と、を備え、信号電極の端部は、一対の上部接地電極と隣り合うように挟まれて配置され、下部接地電極は、端部と平面的に重なる位置に切欠きを有し、遮蔽層は、切欠きと平面的に重なる位置に設けられ、遮蔽層の形成材料は、クラッド層の形成材料よりも比誘電率が低い材料である光デバイス。【選択図】図４

Description

本発明は、光デバイスに関するものである。

従来、光伝送技術の分野においては、光変調器（光デバイス）が用いられている。光変調器としては、半導体基板上に設けられた下部接地電極と、帯状（または短冊状、ストリップ状）の上部電極（信号電極）と、電気光学効果を有し下部接地電極および上部電極により挟持された電気光学基板と、を有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。電気光学基板には、導波路が設けられている。このような構造は、「マイクロストリップ構造」と称されている。以下、マイクロストリップ構造のことを「ＭＳＬ構造」と称することがある。

このような光変調器においては、電気光学基板の外部に配置された外部電極と電気光学基板に形成された下部接地電極とを接続する場合、下部接地電極を露出させる等の処理をしないと接続面積が十分に確保しにくい。そのため、マイクロストリップ構造を有する光変調器では、ワイヤボンディングにより電気的に接続することが難しい。

そこで、光変調器のフィードスルー部においては、電気的な接続を容易にするために、信号電極が形成された面と同じ面に、下部接地電極と電気的に接続する上部接地電極を形成した構成が知られている。このような構造は、「コプレーナ型構造」と称されている。以下、コプレーナ型構造のことを「ＣＰＷ構造」と称することがある。

さらに、このようなＣＰＷ構造とＭＳＬ構造との双方を備えた光変調器においては、ＣＰＷ構造とＭＳＬ構造とを接続するために、両者のインピーダンスを徐々に整合させる変換構造を有するものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。以下、変換構造のことを「ＣＰＷ−ＭＳＬ変換構造」と称することがある。

特開２００９−１４５４７５号公報

ウイリアムズＣチャン(Williams.C.Chang)編、"ＲＦフォトニックテクノロジーインオプティカルファイバーリンクス(RF Photonic Technology in Opticai Fiber Links)"（英国）、２００９年０９月１９日発行、ｐ．２１８

上記ＣＰＷ−ＭＳＬ変換構造を有するフィードスルー部においては、信号電極と平面的に重なる領域の下部接地電極に切欠き部が形成されている。切欠き部には、半導体基板が露出している。このような構造のフィールスルー部において、信号電極に信号として高周波電圧を印加すると、高周波電圧は、切欠き部で露出する半導体基板から影響を受ける。その結果、従来のＣＰＷ−ＭＳＬ変換構造を有するフィードスルー部では、入力する信号の損失が生じ、高周波特性が劣化するおそれがある。

したがって、ＣＰＷ−ＭＳＬ変換構造を有するフィードスルー部を備えた光変調器では、高周波特性の劣化を抑制可能な構成が求められていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、入力する信号の高周波特性の劣化を抑制したフィードスルー部を有する光デバイスを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、半導体材料を形成材料とする基体と、電気光学材料を形成材料とするコア層と、前記コア層に対し前記基体とは反対側に設けられた帯状の信号電極と、前記コア層に対し前記基体とは反対側に設けられた一対の上部接地電極と、前記基体と前記コア層との間に設けられた下部接地電極と、前記下部接地電極と前記コア層との間に設けられたクラッド層と、前記クラッド層と前記基体との間に設けられた遮蔽層と、を備え、前記信号電極の端部は、前記一対の上部接地電極と隣り合うように挟まれて配置され、前記下部接地電極は、前記端部と平面的に重なる位置に切欠きを有し、前記遮蔽層は、前記切欠きと平面的に重なる位置に設けられ、前記遮蔽層の形成材料は、前記クラッド層の形成材料よりも比誘電率が低い材料である光デバイスを提供する。

本発明の一態様においては、前記遮蔽層の形成材料は、前記クラッド層の形成材料よりも誘電正接が低い材料である構成としてもよい。

上記の課題を解決するため、本発明の別の一態様は、半導体材料を形成材料とする基体と、電気光学材料を形成材料とするコア層と、前記コア層に対し前記基体とは反対側に設けられた帯状の信号電極と、前記コア層に対し前記基体とは反対側に設けられた一対の上部接地電極と、前記基体と前記コア層との間に設けられた下部接地電極と、前記下部接地電極と前記コア層との間に設けられたクラッド層と、前記クラッド層と前記基体との間に設けられた遮蔽層と、を備え、前記信号電極の端部は、前記一対の上部接地電極と隣り合うように挟まれて配置され、前記下部接地電極は、前記信号電極の端部と平面的に重なる位置に切欠きを有し、前記基体は、前記切欠きと平面的に重なる位置に凹部または貫通孔を有し、前記遮蔽層は、前記凹部の内部または前記貫通孔の内部に設けられ、前記遮蔽層の形成材料は、前記基体の形成材料よりも比誘電率が低い材料である光デバイスを提供する。

本発明の一態様においては、前記遮蔽層の形成材料は、前記基体の形成材料よりも誘電正接が低い材料である構成としてもよい。

本発明の一態様においては、前記遮蔽層の形成材料は、前記クラッド層の形成材料よりも比誘電率が低い材料である構成としてもよい。

本発明の一態様においては、前記半導体材料はシリコンである構成としてもよい。

本発明によれば、入力する信号の高周波特性の劣化を抑制したフィードスルー部を有する光デバイスを提供することができる。

第１実施形態に係る光デバイスを示す概略斜視図である。光デバイスのフィードスルー部の積層構造を示す説明図である。フィードスルー部の電極構成を示す平面図である。第１実施形態の光デバイスの効果を示す説明図である。第１実施形態の光デバイスの効果を示す説明図である。第１実施形態の変形例の光デバイスを示す断面図である。第１実施形態の変形例の光デバイスを示す断面図である。第２実施形態に係る光デバイスの説明図である。第２実施形態の変形例に係る光デバイスの説明図である。第２実施形態の変形例に係る光デバイスの説明図である。第２実施形態の類似構造を有する光デバイスの説明図である。

［第１実施形態］
以下、図１〜図６を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る光デバイスについて説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。

図１は、本実施形態に係る光デバイス２１Ａを示す概略斜視図である。図２は、光デバイス２１Ａのフィードスルー部の積層構造を示す説明図であり、図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける矢視断面図である。図３は、フィードスルー部の電極構成を示す平面図である。本実施形態の光デバイス２１Ａは、ＣＰＷ−ＭＳＬ変換構造を導入した光変調器であり、装置長手方向に沿って形成された光導波路３を有している。

図１，２に示すように、本実施形態の光デバイス２１Ａは、基体１００と、コア層２と、下部接地電極３６と、下部クラッド層（クラッド層）３５と、上部クラッド層４と、信号電極５と、上部接地電極６，７，８と、遮蔽層４０と、を備えている。信号電極５の端部５ａは、フィードスルー部２２の一部を構成し、信号電極５の端部５ｂは、フィードスルー部２３の一部を構成している。

コア層２は、電気光学効果を有する材料（電気光学材料）を形成材料としている。コア層２には、光導波路３が形成されている。

コア層２としては、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３：ＬＮ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ジルコン酸チタン酸ランタン（ＰＬＺＴ）、石英（ＳｉＯ_２）等の薄厚の誘電体基板、あるいは樹脂（ポリマー材料）を用いた薄厚の電気光学基板が好適に用いられる。

コア層２の形成材料として用いられるポリマー材料としては、非線形光学有機化合物を含有し、光導波路３（コア層）を伝搬する光に対して高い透過率を有するものであればよい。「非線形光学有機化合物」とは、非線形光学効果を示す有機化合物のことである。

このようなポリマー材料のベース（マトリクス樹脂）としては、例えば、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂、ポリキノリン系樹脂、ポリキノキサリン系樹脂、ポリベンゾオキサゾール系樹脂、ポリベンゾチアゾール系樹脂、ポリベンゾイミダゾール系樹脂等を用いることができる。これらのマトリクス樹脂は、１種のみを単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

また、このようなポリマー材料に用いられる非線形光学有機化合物は、上記のマトリクス樹脂に単に添加してマトリクス樹脂中に分散させるか、もしくは、上記のマトリクス樹脂の側鎖または主鎖に化学結合によって導入することで、添加することが可能である。

非線形光学有機化合物としては、公知のものであればよく、特に限定されないが、１分子中に、電子供与性を有する原子団（以下、ドナーと称する）、及び電子吸引性を有する原子団（以下、アクセプターと称する）の双方を有し、かつ、ドナーとアクセプターとの間にπ電子共役系の原子団を配置している構造を有する有機ＥＯ分子が好ましい。

非線形光学有機化合物の具体例としては、ＤｉｓｐｅｒｓｅＲｅｄ類、ＤｉｓｐｅｒｓｅＯｒｅｎｇｅ類、スチルベン化合物等が挙げられる。これらの化合物は、１種のみを単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

また、非線形光学有機化合物としては、下記式（１）で表されるフラン環基を含有する有機化合物が好ましい。

（式中、Ｒ^１及びＲ^２は、互いに独立した基であり、かつそれぞれの基が水素原子、炭素原子数１〜５のアルキル基、炭素原子数１〜５のハロアルキル基、炭素原子数６〜１０のアリール基のいずれかであり、Ｘは他の有機化合物との結合手である。）

上記式（１）で表される有機化合物としては、下記式（２）で表される有機化合物が挙げられる。

（式中、Ｒ^３及びＲ^４は互いに独立しており、かつ水素原子、置換基を有していてもよい炭素原子数１〜１０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数６〜１０のアリール基のいずれかであり、Ｒ^５〜Ｒ^８は互いに独立しており、かつ水素原子、炭素原子数１〜１０のアルキル基またはヒドロキシ基、炭素原子数１〜１０のアルコキシ基、炭素原子数２〜１１のアルキルカルボニルオキシ基、炭素原子数４〜１０のアリールオキシ基、炭素原子数５〜１１のアリールカルボニルオキシ基、炭素原子数１〜６のアルキル基及びフェニル基を有するシリルオキシ基、炭素原子数１〜６のアルキル基またはフェニル基を有するシリルオキシ基、ハロゲン原子のいずれかであり、Ａｒ^１は二価の芳香族基である。）

これらのポリマー材料には、必要に応じて、無機微粒子や、他の成分等を添加してポリマーの屈折率や機械的特性等を調整することが可能である。

光導波路３は、コア層２の構成に応じて、種々の形状・構造を有する。コア層２の形成材料がニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３：ＬＮ）等の１０μｍ以下の薄厚の誘電体基板の場合、光導波路３は、誘電体基体の表面にチタン（Ｔｉ）等を熱拡散法やプロトン交換法等により拡散させることにより形成される。本実施形態のコア層２は、ＳｉＯ_２などで形成した上部クラッド層４、下部クラッド層３５により上下方向から挟まれている。

また、上述のような熱拡散やプロトン交換により光導波路３を形成する方法に替えて、誘電体基体であるコア層２の一部を凸状に成形して光導波路を形成してもよい。このような光導波路を有するコア層２は、上述のような熱拡散やプロトン交換により光導波路３が形成されたコア層２と同様に、誘電体基体をＳｉＯ_２などで形成した上部クラッド層４、下部クラッド層３５により上下方向から挟まれる構造としてもよい。

一方、ポリマー材料を用いた薄厚の電気光学基板においては、電気光学基板の上部の一部を凸状にして光導波路３（コア層）を形成し、光導波路３（コア層）が上部クラッド層４及び下部クラッド層３５により上下方向から挟まれた３層構造となっている。

この光導波路３においては、下部クラッド層および上部クラッド層４の厚みは、光導波路３の光導波領域の厚みより厚くなっている。例えば、光導波路３の光導波領域の厚みが０．１μｍ〜１０μｍの範囲の場合、上部クラッド層４及び下部クラッド層の厚みは、０．５μｍ〜２０μｍの範囲である。

このポリマー材料を用いた電気光学基板では、光導波路３に電気光学効果を付与するために、光導波路３、上部クラッド層４及び下部クラッド層３５のうち少なくとも１つ以上の層に、非線形光学有機化合物を添加することが必要である。

基体１００は、半導体材料を形成材料としている。中でも、基体１００の形成材料としてはシリコンが好ましい。シリコンは劈開性を有しているため、シリコンウエハ上に複数の光デバイス２１Ａを形成した後に個別に切り分ける、いわゆる多面取りで光デバイス２１Ａを製造した場合、容易に切り分ける（分割する）ことができ、製造が容易となる。また、シリコン製の基体１００を劈開させ、平坦な端面が露出すると、光デバイス２１の光学端面である光導波路３の端面を精度よく平坦なものとしやすいため、光デバイス２１の性能を向上させやすい。

また、光デバイス２１Ａのバイアス調整を、熱的な制御（ヒータバイアス）で行う場合、基体１００の形成材料として熱伝導率が低い材料を用いると、ヒータバイアス制御時に応答が悪く調整しにくい。そのため、基体１００の形成材料として、熱伝導率が高い半導体材料であるシリコンを用いると、バイアス調整が容易となるため好ましい。

上部クラッド層４は、コア層２に対し基体１００とは反対側に設けられている。上部クラッド層４の形成材料としては、コア層２の形成材料よりは屈折率が高いものが用いられる。コア層２の形成材料としては、硬化性樹脂が好ましく用いられ、ポリイミド、エポキシ樹脂、アクリル樹脂が好ましい。

信号電極５は、コア層２に対し基体１００とは反対側であって、上部クラッド層４の表面に引き回されている。信号電極５は、帯状またはストリップ状（短冊状）を呈している。信号電極５は、金、銀、銅、アルミニウム等の金属材料を形成材料とすることができる。また、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）のような導電性を有する金属酸化物を用いることもできる。

上部接地電極６〜８は、上部クラッド層４の表面に形成されており、後述の下部接地電極３６と電気的に接続している。上部接地電極６，７は、信号電極５の端部５ａを挟持するように配置されている。また、上部接地電極７，８は、信号電極５の端部５ｂを挟持するように配置されている。上部接地電極６〜８の形成材料としては、信号電極５と同様のものを用いることができる。

下部接地電極３６は、基体１００とコア層２との間に設けられている。下部接地電極３６の形成材料としては、信号電極５と同様のものを用いることができる。

下部接地電極３６は、端部５ａ，５ｂと平面的に重なる位置に多角形状の切欠き３７が形成されている。図では、切欠き３７の形状は五角形であることとして示している。

なお、本明細書において、「平面的に重なる」とは、基体１００の法線方向から見た視野において互いに重なる部分を有する位置関係のことを指す。例えば切欠き３７は、平面視において、図に示すように下部接地電極３６の端部５ａ，５ｂと完全に重なる位置に形成されていてもよく、少なくとも一部が重なる位置に形成されていてもよい。

フィードスルー部２２は、信号電極５の端部５ａの位置に形成されている。また、フィードスルー部２３は、信号電極５の端部５ｂの位置に形成されている。本実施形態の光デバイス２１Ａにおいて、フィードスルー部２２とフィードスルー部２３とは同じ形状を有している。また、フィードスルー部２２とフィードスルー部２３とは同様の構成を有している。そのため、フィードスルー部の説明については、フィードスルー部２２の説明のみ行い、フィードスルー部２３の説明は省略する。

フィードスルー部２２は、信号電極５と、上部接地電極６，７と、下部接地電極３６と、を含んでいる。

フィードスルー部２２は、電気信号が伝搬する方向、すなわち光導波路３を伝搬する光波に電界を付与し変調するための変調信号が伝搬する方向（図３中、白抜き矢印方向）に、コプレーナ（ＣＰＷ）型電極部３１と、電極変換部３２と、マイクロストリップ（ＭＳＬ）型電極部３３が、順に形成されている。

コプレーナ型電極部３１は、信号電極５の端部５ａと、信号電極５を挟持する一対の上部接地電極６，７とを有している。また、コプレーナ型電極部３１の下方には、不図示の下部クラッド層を介して下部接地電極３６が形成されている。

下部接地電極３６は、信号電極５の端部５ａに重なる位置に平面視五角形の切欠き３７が形成されている。詳しくは、コプレーナ型電極部３１には、切欠き３７のうち、一定幅の第１部分３７ａが含まれている。

電極変換部３２は、信号電極５と、不図示の下部クラッド層を介して形成された下部接地電極３６とにより構成されている。電極変換部３２には、切欠き３７のうち、信号電極５の延在方向に向けて幅が漸減する第２部分３７ｂが含まれている。すなわち、電極変換部３２においては、下部接地電極３６と信号電極５とが重なっている平面視面積が、信号電極５の延在方向に向けて漸増している。

マイクロストリップ型電極部３３は、帯状の信号電極５及び下部接地電極３６により構成されている。

遮蔽層４０は、下部クラッド層３５と基体１００との間であって、切欠き３７と平面的に重なる位置に設けられている。遮蔽層４０は、下部クラッド層３５の形成材料よりも比誘電率が低い材料を用いて形成されている。また、遮蔽層４０の形成材料は、下部クラッド層３５の形成材料よりも誘電正接が低い材料であると好ましい。

遮蔽層４０の形成材料としては、ＳｉＯ_２のような無機材料や、コア層２の形成材料として用いられるマトリクス樹脂と同じ材料を用いることができる。また、これらの無機材料とマトリクス樹脂との複合材料であってよい。また、遮蔽層４０の形成材料は、一部細孔を含む多孔質材料であってもよい。さらに、遮蔽層４０自体が細孔や貫通孔を有する構成であってもよく、固体が充填されない空洞状態（真空状態、気体が満たされている状態、液体が満たされている状態）であってもよい。

図２に示す断面において、遮蔽層４０の幅Ｗ１は、信号電極５の幅Ｗ２よりも広いことが好ましい。また、信号電極５と遮蔽層４０とは、基体１００の上面の法線と同方向の中心軸に対して対称となるように配置されているとよい。

信号電極５と、上部接地電極６，７との間の幅Ｗ３は、入力する信号の電圧に応じ、信号電極５と上部接地電極６，７との間で放電しない程度に離間させておくとよい。また、遮蔽層４０は、切欠き３７において幅方向の中央に位置するように、すなわち遮蔽層４０の両端部から下部接地電極３６までの距離Ｗ４が等しくなるような位置に、下部接地電極３６と離間させて設けるとよい。

図４、５は、本実施形態の光デバイス２１Ａの効果を示す説明図であり、図２に対応する図である。図４（ａ）は、上述した遮蔽層４０を有していないことのみが異なる光デバイス２８についての説明図である。図４（ｂ）は、下部クラッド層３５の形成材料および基体１００の形成材料よりも比誘電率が高い材料を用いて遮蔽層を形成している光デバイス２９についての説明図である。図５は、上述した本実施形態の光デバイス２１Ａについての説明図である。

まず、図４（ａ）に示すように、遮蔽層４０が無い光デバイス２８の場合、信号電極５に信号を入力すると、信号電極５と下部接地電極３６との間に電界が形成される。その際、下部接地電極３６の一部には切欠き３７が形成され、下部クラッド層３５の下には半導体材料からなる基体１００が露出している。そのため、信号電極５と下部接地電極３６との間の電界を電気力線ＥＦで示すと、電気力線ＥＦは、図中符号αで示すように、基体１００の内部を通過することになる。

その際、基体１００の内部においては、基体１００の形成材料である半導体材料の比誘電率、誘電正接に応じた誘電損失が生じる。そのため、光デバイス２８においては、信号入力時に信号強度が低減し、入力信号の質が低下するおそれがある。

また、図４（ｂ）に示す光デバイス２９のように、下部クラッド層３５の形成材料および基体１００の形成材料よりも比誘電率が高い材料を用いて適切な厚さ、幅の遮蔽層４９を形成している場合、電界が基体１００に向けて広がるのを防ぐことができる。すなわち、光デバイス２９の信号電極５に信号を入力すると、信号電極５と下部接地電極３６との間に形成される電界のうち、基体１００に向けて広がる電界は、遮蔽層４９に集中するように分布し、基体１００にまで達しにくい。例えば、基体１００の形成材料がシリコン（比誘電率：１１）である場合、比誘電率が３０以上の材料であるＴａ_２Ｏ_５やＴｉＯ_２などの高誘電率材料や強誘電体材料を遮蔽層４９として用いれば、光デバイス２９を製造することはできる。しかし、光デバイス２９においては、特性インピーダンスが大きく低下するという不具合を有することが考えられる。

これらに対し、図５に示す本実施形態の光デバイス２１Ａにおいては、下部クラッド層３５と基体１００との間であって、切欠き３７と平面的に重なる位置に遮蔽層４０が設けられている。さらに、遮蔽層４０は、下部クラッド層３５の形成材料よりも比誘電率、誘電正接が低い材料を用いて形成されている。そのため、光デバイス２１Ａの信号電極５に信号を入力したとしても、信号電極５と下部接地電極３６との間に形成される電界のうち、基体１００に向けて広がる電界は、光デバイス２８と比べ遮蔽層４０を避けるように分布し、基体１００にまで達しにくい。

その結果、光デバイス２１Ａにおいては、半導体材料からなる基体１００における誘電損失が光デバイス２８よりも低減され、入力信号の質（高周波特性）の低下が抑制される。

上述のような効果を想定すると、図２に示す断面において、遮蔽層４０の幅Ｗ１は、信号電極５の幅Ｗ２よりも広いことが好ましいことが分かる。信号電極５と下部接地電極３６との間の電界は、電気力線で表すと信号電極５から下部接地電極３６に向けて湾曲しながら広がっている。そのため、光デバイス２１Ａにおいては、電界の広がりに応じ信号電極５の幅Ｗ２よりも遮蔽層４０の幅Ｗ１を広くすることで、基体１００に達する電界を効果的に低減させることが可能となる。

以上のような構成の光デバイス２１Ａによれば、入力する信号の高周波特性の劣化を抑制したフィードスルー部を有する光デバイスとなる。

なお、本実施形態においては、遮蔽層４０は、図２で示す断面において切欠き３７の中央に位置するように設けることとしたが、これに限らず、遮蔽層４０の一方の端部から下部接地電極３６までの距離と、遮蔽層４０の他方の端部から下部接地電極３６までの距離と、が異なっていてもよい。

また、本実施形態においては、遮蔽層４０は、図２で示す断面において切欠きの中央に１カ所設けることとして示しているが、これに限らない。

図６は、本実施形態の変形例の光デバイス２１Ｂを示す断面図であり、図２に対応する図である。本実施形態においては、光デバイス２１Ｂのように、遮蔽層を信号電極５の真下には設けず、信号電極５の真下から下部接地電極３６の側に寄せた位置に２つの遮蔽層４１，４２を設ける構成としてもよい。

また、本実施形態においては、遮蔽層４０は、下部接地電極３６と離間させて設けることとしたが、これに限らない。

図７は、本実施形態の変形例の光デバイス２１Ｃを示す断面図であり、図２に対応する図である。本実施形態においては、光デバイス２１Ｃのように、下部接地電極３６の切欠き３７を充填し下部接地電極３６に接する遮蔽層４３を設ける構成としてもよい。

このような構成の光デバイス２１Ｂ、２１Ｃであっても、それぞれ有する遮蔽層は、信号電極５と下部接地電極３６との間に形成される電界のうち、基体１００に向けて広がる電界を弱める。そのため、光デバイス２１Ｂ，２１Ｃにおいては、半導体材料からなる基体１００における誘電損失が低減され、入力信号の高周波特性の低下が抑制される。

したがって、以上のような構成の光デバイス２１Ｂ，２１Ｃによれば、入力する信号の高周波特性の劣化を抑制したフィードスルー部を有する光デバイスとなる。

［第２実施形態］
図８〜１０は、本発明の第２実施形態に係る光デバイスの説明図であり、図２に対応する図である。本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

図８に示す光デバイス２１Ｄは、基体１００に断面視矩形の凹部１０１が設けられている。凹部１０１は、下部接地電極３６に設けられた切欠き３７と平面的に重なる位置に位置している。凹部１０１の内部には、遮蔽層４４が設けられている。

遮蔽層４４は、基体１００の形成材料よりも比誘電率が低い材料を用いて形成されている。また、遮蔽層４４の形成材料は、基体１００の形成材料よりも誘電正接が低い材料であると好ましい。また、遮蔽層４４の形成材料は、下部クラッド層３５の形成材料よりも比誘電率が低いことがより好ましく、下部クラッド層３５の形成材料よりも誘電正接が低い材料であるとさらに好ましい。遮蔽層４４の形成材料としては、上述した第１実施形態の遮蔽層４０の形成材料と同様のものを用いることができる。

このような構成の光デバイス２１Ｄであっても、遮蔽層４４は、信号電極５と下部接地電極３６との間に形成される電界のうち、基体１００に向けて広がる電界を弱める。そのため、光デバイス２１Ｄにおいては、半導体材料からなる基体１００における誘電損失が低減され、入力信号の高周波特性の低下が抑制される。

したがって、以上のような構成の光デバイス２１Ｄによれば、入力する信号の高周波特性の劣化を抑制したフィードスルー部を有する光デバイスとなる。

なお、本実施形態においては、次のような構成の変形例を採用することもできる。

図９に示す変形例の光デバイス２１Ｅは、基体１００に断面視三角形の凹部１０２が設けられている。凹部１０２は、下部接地電極３６に設けられた切欠き３７と平面的に重なる位置に位置している。凹部１０２の内部には、遮蔽層４５が設けられている。

図１０に示す変形例の光デバイス２１Ｆは、基体１００に貫通孔１０３が設けられている。貫通孔１０３は、下部接地電極３６に設けられた切欠き３７と平面的に重なる位置に位置している。貫通孔１０３の内部には、貫通孔１０３の内壁に沿って下部接地電極３６が引き回されている。さらに、貫通孔１０３の内部には、遮蔽層４６が設けられている。

このような構成の光デバイス２１Ｅ、２１Ｆであっても、それぞれ有する遮蔽層は、信号電極５と下部接地電極３６との間に形成される電界のうち、基体１００に向けて広がる電界を弱める。そのため、光デバイス２１Ｂ，２１Ｃにおいては、半導体材料からなる基体１００における誘電損失が低減され、入力信号の高周波特性の低下が抑制される。

図１１は、本実施形態の光デバイスの類似構造を有する光デバイス２１Ｇを示す説明図である。図に示す光デバイス２１Ｇは、貫通孔１０３の内部、または貫通孔１０３の側面に金属材料の部材を配し、この部材が下部接地電極３６と電気的に接続されている構成を有している。図では、光デバイス２１Ｇは、貫通孔１０３の側面にまで下部接地電極３６が延在して設けられていることとして示している。

このような光デバイス２１Ｇにおいては、貫通孔１０３がどのような材料で満たされていても、電界が基体１００に進入することがない。よって、基体１００における誘電損失が抑制される。ただし、信号電極５と下部接地電極３６の対向面積の増大に起因するインピーダンスの低下を留意して、貫通孔１０３の形状や大きさを設計する必要がある。また、製作工数と費用の点で光デバイス２１Ｄ、２１Ｅ，２１Ｆより不利である。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

更に、フィードスルー部２２や切り欠き３７の配置位置や形状は係る例に限定されない。たとえは、フリップチップ実装やビルドアップ配線を行う場合には、フィードスルー部２２や切り欠き３７は、基体の縁部に配置する必要は無い。又、フィードスルー部２２形状は、フリップチップ実装やビルドアップ配線に適した形状、サイズに変更可能である。

２…コア層、４…クラッド層、５…信号電極、５ａ，５ｂ…端部、６〜８…上部接地電極、１２，２１Ａ〜２１Ｆ…光デバイス、３５…下部クラッド層（クラッド層）、３６…下部接地電極、３７…切欠き、４０〜４６…遮蔽層、１００…基体、１０１，１０２…凹部、１０３…貫通孔

Claims

半導体材料を形成材料とする基体と、
電気光学材料を形成材料とするコア層と、
前記コア層に対し前記基体とは反対側に設けられた帯状の信号電極と、
前記コア層に対し前記基体とは反対側に設けられた一対の上部接地電極と、
前記基体と前記コア層との間に設けられた下部接地電極と、
前記下部接地電極と前記コア層との間に設けられたクラッド層と、
前記クラッド層と前記基体との間に設けられた遮蔽層と、を備え、
前記信号電極の端部は、前記一対の上部接地電極と隣り合うように挟まれて配置され、
前記下部接地電極は、前記端部と平面的に重なる位置に切欠きを有し、
前記遮蔽層は、前記切欠きと平面的に重なる位置に設けられ、
前記遮蔽層の形成材料は、前記クラッド層の形成材料よりも比誘電率が低い材料である光デバイス。
前記遮蔽層の形成材料は、前記クラッド層の形成材料よりも誘電正接が低い材料である請求項１に記載の光デバイス。
半導体材料を形成材料とする基体と、
電気光学材料を形成材料とするコア層と、
前記コア層に対し前記基体とは反対側に設けられた帯状の信号電極と、
前記コア層に対し前記基体とは反対側に設けられた一対の上部接地電極と、
前記基体と前記コア層との間に設けられた下部接地電極と、
前記下部接地電極と前記コア層との間に設けられたクラッド層と、
前記クラッド層と前記基体との間に設けられた遮蔽層と、を備え、
前記信号電極の端部は、前記一対の上部接地電極と隣り合うように挟まれて配置され、
前記下部接地電極は、前記信号電極の端部と平面的に重なる位置に切欠きを有し、
前記基体は、前記切欠きと平面的に重なる位置に凹部または貫通孔を有し、
前記遮蔽層は、前記凹部の内部または前記貫通孔の内部に設けられ、
前記遮蔽層の形成材料は、前記基体の形成材料よりも比誘電率が低い材料である光デバイス。
前記遮蔽層の形成材料は、前記基体の形成材料よりも誘電正接が低い材料である請求項３に記載の光デバイス。
前記遮蔽層の形成材料は、前記クラッド層の形成材料よりも比誘電率が低い材料である請求項３または４に記載の光デバイス。
前記遮蔽層の形成材料は、前記クラッド層の形成材料よりも誘電正接が低い材料である請求項５に記載の光デバイス。
前記半導体材料はシリコンである請求項１から６のいずれか１項に記載の光デバイス。