WO2006035992A1 - 光機能デバイス - Google Patents

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WO2006035992A1
WO2006035992A1 PCT/JP2005/018386 JP2005018386W WO2006035992A1 WO 2006035992 A1 WO2006035992 A1 WO 2006035992A1 JP 2005018386 W JP2005018386 W JP 2005018386W WO 2006035992 A1 WO2006035992 A1 WO 2006035992A1
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WO
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thin layer
ferroelectric thin
optical waveguide
thickness
optical
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PCT/JP2005/018386
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English (en)
French (fr)
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Osamu Mitomi
Jungo Kondo
Atsuo Kondo
Kenji Aoki
Tetsuya Ejiri
Yuichi Iwata
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Ngk Insulators, Ltd.
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Publication date
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Priority to EP05790189.4A priority patent/EP1795946B1/en
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Priority to US11/671,112 priority patent/US7389030B2/en

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/035—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure
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    • G02—OPTICS
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    • G02F1/05—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect with ferro-electric properties
    • G02F1/0508—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect with ferro-electric properties specially adapted for gating or modulating in optical waveguides

Definitions

  • the present invention relates to an optical functional device.
  • L.N optical modulators are used as devices that modulate electrical signals (microwave signals) of 1 OGb / s or more into light.
  • the present applicant further adheres the holding substrate and the substrate body with an adhesive layer, and sets the minimum value of the thermal expansion coefficient in the holding substrate to the thermal expansion in the substrate body It has been disclosed that the minimum value of the coefficient is 1 to 5 times or more, and the maximum value of the thermal expansion coefficient of the holding substrate is 5 times or less of the thermal expansion coefficient of the substrate.
  • Japanese Patent Application No. 2 0 0 2— 3 303 2 5 and Japanese Patent Application No. 2 0 0 3— 1 36 7 40 it is necessary to reduce the thickness of the ferroelectric substrate that forms the optical waveguide.
  • the electric field strength applied to the optical waveguide can be increased, the effective electric field applied to the optical waveguide can be increased, and V TT ⁇ L when driving the optical functional device can be reduced accordingly.
  • the diameter of the optical spot propagating in the optical waveguide is generally determined by the amount of impurities such as titanium and protons that are diffused into the substrate and the processing temperature.
  • the spot diameter is increased and the spot diameter is reduced, the optical waveguide becomes multi-moded and a problem occurs in the device characteristics.Therefore, when the diameter of the optical spot is reduced, the drive voltage V TTL is reduced as much as possible. It has been considered difficult.
  • An object of the present invention is to make it possible to reduce the diameter of an optical spot propagating in an optical waveguide, and thereby to reduce the drive voltage V TT ⁇ L of the optical functional device.
  • the present invention relates to an optical function comprising a dielectric substrate, a ferroelectric thin layer made of a material having an electro-optic effect, which is disposed on the dielectric substrate, and an electrode disposed on the ferroelectric thin layer.
  • the inventor fundamentally reviewed the principles of various types of high-speed light modulation devices, and arrived at the present invention.
  • an optical waveguide 2 is formed in the surface region of a ferroelectric substrate 1 (X plate) having a sufficiently large mechanical strength, and a signal electrode 3 A and a ground electrode 3 Light that propagates through the optical waveguide by applying a signal voltage to B Modulate.
  • a ferroelectric substrate 1 X plate
  • B Modulate a signal voltage
  • the substrate 1 since the substrate 1 is thick, the electric field density applied to the optical waveguide is slightly reduced.
  • the difference in refractive index between the optical waveguide and its periphery is generally small, so that the optical spot is likely to spread and the optical spot diameter is reduced. It is difficult.
  • a dielectric layer (for example, silica or polymer) 6 is formed on the ferroelectric substrate 5, and the refractive index of the dielectric layer 6 is higher than that of the ferroelectric substrate 5.
  • An optical waveguide 7 made of a high ferroelectric material is embedded. In such a device, it is difficult to increase the difference in refractive index between the optical waveguide 7 and the substrate 5.
  • the dielectric constant of the dielectric layer 6 is relatively small with respect to the ferroelectric substrate 5 and the optical waveguide 7, the electric field strength applied to the optical waveguide 7 is low, and the drive voltage is relatively high.
  • a ridge-type optical waveguide 8 made of a ferroelectric material such as lithium niobate
  • a dielectric substrate silicon or polymer
  • Electrodes 3 A and 3 B are formed on the substrate.
  • the electric field strength applied to the optical waveguide is low, and the drive voltage is relatively high.
  • the present inventor studied an optical functional device having a configuration as shown in FIG. 2 (a), for example.
  • a ferroelectric thin layer 10 is provided on a dielectric substrate 5, and a core of the optical waveguide 9 is provided in the ferroelectric thin layer 10.
  • a signal electrode 3 A and a ground electrode 3 B are formed on the surface of the ferroelectric thin layer 10.
  • the optical waveguide 9 is formed by in-diffusion of impurities into the ferroelectric thin layer 10.
  • the electric force on the substrate side between the signal electrode 3 A and the ground electrode 3 B generated with the application of the signal voltage is reduced. Since many of the lines are concentrated in the ferroelectric thin layer 10 due to the low dielectric constant of the substrate 5, the electric field strength of the ferroelectric thin layer becomes strong, especially in the vicinity of the surface in contact with the electrode. Concentrate.
  • the spot diameter in the high-order (primary) mode depth direction of the slab waveguide decreases according to the thickness.
  • T sub is about 5 times that of Dyo: depends on optical waveguide formation conditions and dielectric substrate material
  • the spot diameter in the fundamental mode is reduced along with the spot diameter in the higher-order mode depth direction.
  • the optical waveguide 9 becomes multimode in actual operation toward the depth direction D of the ferroelectric thin layer 10 depending on the diffusion condition at the time of manufacturing the optical waveguide. In other words, it was found that the ferroelectric thin layer 10 becomes a slab waveguide when viewed in the depth direction.
  • Tsub 5 0 0 ⁇ m
  • the so-called cut-off state occurs, and there is no fundamental mode of the optical waveguide (no lateral confinement).
  • the thickness of the ferroelectric thin layer 10 is reduced to a certain thickness (depending on the optical waveguide formation conditions and the material of the dielectric substrate), A lateral confinement phenomenon (basic mode in the lateral direction) occurs, and the function as an optical waveguide appears.
  • the thickness of the ferroelectric thin layer 10 is further reduced, the spot diameter of the optical waveguide is reduced, and in this case as well, the mode becomes multimode in the depth direction.
  • Np, Nfs, Nds, and Nair are the maximum refractive index of the impurity diffusion center surface portion of the optical waveguide, the refractive index of the non-diffusing portion of the ferroelectric layer 10, the refractive index of the dielectric substrate 5, Represents the refractive index of the air layer.
  • Neff begins to decrease, and the spot diameter of the optical waveguide decreases in the depth and lateral directions. At this time, this corresponds to the multimode state in the depth direction described above.
  • TsuT becomes smaller, the relationship Neff ⁇ Nfs is reached, and the spot and diameter of the optical waveguide are significantly reduced in both the depth and lateral directions.
  • the equivalent refractive index of the light propagating in the waveguide is, for example, the prism coupling method or the optical waveguide Fabry-Perot resonance method (: When the optical waveguide is configured as a Fabry-Perot single-resonator, the resonator length and Fabry-Perot Investigate the relationship between resonance wavelengths).
  • FIG. 1, FIG. 1 (10), and FIG. 1 (c) are cross-sectional views schematically showing the main parts of various types of light modulation devices.
  • FIG. 2 (6L) is a cross-sectional view schematically showing the main part of the optical functional device according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 2 (b) shows the air layer, the dielectric substrate, and the ferroelectric thin film.
  • Layer, ⁇ : is a graph schematically showing the relationship of each refractive index of the waveguide.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a main part of an optical functional device according to another embodiment of the present invention, in which a ridge portion 11 is formed.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a main part of an optical functional device according to still another embodiment of the present invention, in which a buffer layer 12 is formed on the surface of a ferroelectric thin layer 10. .
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a main part of an optical functional device according to still another embodiment of the present invention, in which grooves 13 are formed on both sides of the ridge portion 11. Yes.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a main part of an optical functional device according to still another embodiment of the present invention, in which the ferroelectric thin layer 10 and the dielectric substrate 5 are formed as an adhesive layer 14. It is glued.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a main part of an optical functional device according to still another embodiment of the present invention, in which a Z plate is used as the ferroelectric thin layer 10.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the interelectrode gap G, the drive voltage, and the substrate thickness T sub.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the interelectrode gap G, the drive voltage, and the substrate thickness T sub.
  • FIG. 10 is a rough diagram showing the relationship between the width and thickness of the titanium layer, the substrate thickness, and the optical spot size in the width direction.
  • Figure 11 is a graph showing the relationship between the width and thickness of the titanium layer, the substrate thickness, and the optical spot size in the depth direction.
  • Figure 12 is a graph showing the relationship between the width and thickness of the titanium layer, the substrate thickness, and the optical spot size in the width direction.
  • Figure 13 is a graph showing the relationship between the width and thickness of the titanium layer, the substrate thickness, and the optical spot size in the depth direction.
  • Fig. 14 is a graph showing the relationship between the width and thickness of the titanium plate, the substrate thickness Tsub and the optical spot size in the width direction.
  • FIG. 15 is a graph showing the relationship between the width and thickness of the titanium layer, the substrate thickness T sub, and the optical spot size in the depth direction.
  • Fig. 16 is a graph showing the relationship between the height of the ridge P, the width of the ridge, and the drive voltage.
  • Figure 17 shows the relationship between the height of the ridge notification IS, the width of the ridge, and the driving voltage It is a graph which shows.
  • Figure 18 is a graph showing the relationship between the height of the ridge, the width of the ridge, and the drive voltage.
  • FIG. 19 is a graph showing the relationship between the substrate thickness T sub, the interelectrode gap G, and the drive voltage.
  • the 1 ⁇ 2 waveguide satisfies the single mode condition in the width direction W of the ferroelectric thin layer 10.
  • the extinction ratio of the output light deteriorates due to the effect of the optical fiber one-mode diameter (less than 10 z rn), for example, it tends to be less than 20 dB.
  • the width direction of the ferroelectric thin layer is changed to a single mode. This can be achieved by adjusting the thickness of the ferroelectric thin layer and the diffusion conditions (strength of light confinement) for the optical waveguide generation wait.
  • the optical fiber is connected to the core of the optical waveguide. It can be determined by propagating light while adjusting the alignment and observing its intensity distribution.
  • the waveguide is formed by impurity diffusion.
  • the diffused impurity is not particularly limited as long as it can change the refractive index of the ferroelectric material 3 , and is preferably an optical waveguide formed by a so-called inner diffusion method or ion exchange method, such as a titanium diffusion optical waveguide, It can be a ton exchange optical waveguide.
  • the optical functional device shown in FIG. 2 (a) is provided with a dielectric substrate 5 and a thin ferroelectric layer 10.
  • the thickness of the ferroelectric thin layer 10 is substantially constant.
  • Predetermined electrodes 3 A and 3 B are formed on the surface of the ferroelectric thin layer.
  • CPW electrode coplanar waveguide
  • the electrode arrangement is not particularly limited.
  • it may be an ACPS type.
  • an optical waveguide 9 is formed between adjacent electrodes 3 A and 3 B, and a signal voltage is applied to the optical waveguide 9 in a substantially horizontal direction. When viewed in plan, this waveguide constitutes a so-called Mah-ender type optical waveguide, but this planar pattern itself is well known and will be omitted.
  • An adhesive layer can be provided between the ferroelectric thin layer 10 and the dielectric substrate 5.
  • the optical waveguide may be a ridge type optical waveguide.
  • This optical waveguide may be a ridge type optical waveguide directly formed on the surface of the ferroelectric thin layer, and is a ridge type optical waveguide formed on the surface of the ferroelectric thin layer via another layer. It may be.
  • Ridge-type optical waveguides can be formed by laser processing and mechanical fjn.
  • a ridge type three-dimensional optical waveguide can be formed by forming a high refractive index film on the ferroelectric thin layer 1 o and machining or laser ablating the high refractive index film.
  • the high refractive index film can be formed by, for example, chemical vapor deposition, physical vapor deposition, organometallic chemical vapor deposition, sputtering, or liquid phase epitaxy.
  • FIG. 3 shows an optical functional device according to this example.
  • a ferroelectric thin layer 10 is provided on the dielectric substrate 5, and a signal electrode 3 A and a ground electrode 3 B are formed on the surface of the ferroelectric thin layer 10.
  • a part of the ferroelectric thin layer 10 protrudes between the electrodes 3 A and 3 B to form a ridge portion 11.
  • an optical waveguide (one core) 9 is further provided in the ridge portion 11.
  • the depth of the optical waveguide 9 can be adjusted by appropriately adjusting the diffusion conditions at the time of forming the optical waveguide and the thickness H r of the ridge portion of the ferroelectric thin layer 10. Multi-mode when viewed in direction D State and single mode when viewed in the width direction W.
  • the core 19 is formed in the ridge portion 11 in this way, the size in the width direction of the optical spot propagating through the optical waveguide can be reduced, which is effective in reducing the driving voltage.
  • the height of the ridge portion is Hr and the thickness of the ferroelectric thin layer is T sub, the following relationship is satisfied.
  • the electrode gap is G and the thickness of the ferroelectric thin layer is T sub, the following relationship is satisfied.
  • G / T sub ⁇ 2 (especially preferably 1 or less)
  • the electrode gap G force is s 30 zm or less. G is more preferably 25 m or less.
  • the electric field strength applied to the light propagating through the optical waveguide can be increased, and the drive voltage of the optical functional device can be reduced.
  • the thickness of the ferroelectric thin layer is generally 100 ⁇ m or less, preferably 50 zm or less, more preferably 40 m or less, and most preferably 25 m or less. Further, when the ridge structure of the waveguide is used, the thickness of the ferroelectric thin layer is particularly preferably 8 zm or less, and more preferably the following. By reducing the thickness of the ferroelectric thin layer in this way, depending on the scattering conditions and the type of diffusion at the time of optical waveguide formation, it becomes multimodal when viewed in the depth direction D.
  • the optical waveguide is formed on a ferroelectric substrate made of the same material as the thin ferroelectric layer and having a thickness of 500 zm. The following relationship is satisfied, where Dyo is the diameter of the light spot propagating through the beam.
  • T sub / D yo ⁇ 5 (particularly preferably 2 or less)
  • Dyo is the spot size of the optical waveguide on a 500 m thick substrate made of the same material as the ferroelectric thin layer. This is the spot size when an optical waveguide is formed on a 500 / m-thick substrate made of the same material as the thin ferroelectric layer to be measured under the same manufacturing conditions as the optical waveguide to be measured.
  • the optical spot size is first measured and this is defined as Dyo.
  • the substrate can be thinned by processing from the side opposite to the optical waveguide, and a ferroelectric thin layer can be formed.
  • the material of the ferroelectric thin layer is made of a ferroelectric electro-optic material, preferably a single crystal.
  • Such crystals are not particularly limited as long as they can modulate light, but include lithium niobate, lithium tantalate, lithium niobate monolithium lithium tantalate, potassium lithium niobate, KTP, GaAs and crystals. It can be illustrated. Particularly preferred are lithium niobate single crystal, lithium tantalate monocrystal, and lithium niobate-lithium tantalate solid solution single crystal.
  • the electrode is particularly limited as long as it has a low resistance and excellent impedance characteristics. It can be composed of materials such as gold, silver, and copper.
  • the electrode is provided on the surface side of the ferroelectric thin layer, but may be formed directly on the surface of the ferroelectric thin layer, or may be formed via a low dielectric constant layer or a buffer layer.
  • a known material such as silicon oxide, magnesium fluoride, silicon nitride, and alumina can be used for the low dielectric constant layer or the buffer layer.
  • the term “low dielectric constant layer” as used herein refers to a layer made of a material having a dielectric constant lower than the dielectric constant of the material forming the ferroelectric thin layer, and the viewpoint of satisfying the speed matching condition between the light and the microphone mouth wave. Then, a material with a low dielectric constant is preferable.
  • the surface of the ferroelectric thin layer 10 is covered with the buffer layer 12 and an electrode is formed on the buffer layer 12.
  • a groove can be formed in the ferroelectric thin layer 10.
  • elongated grooves 13 are formed on both sides of the ridge portion 11.
  • the depth of the groove 13 coincides with the height H r of the ridge portion.
  • the ferroelectric thin layer 10 can be bonded to the dielectric substrate 5 through the adhesive layer 14.
  • the adhesive has a thermal expansion coefficient that is relatively close to a material having an electro-optic effect, such as an epoxy adhesive, a thermosetting adhesive, an ultraviolet curable adhesive, or lithium niobate.
  • Ron ceramics C (trade name, manufactured by Toagosei Co., Ltd.) (Netsu ⁇ expansion coefficient 1 3 X 1 0 ⁇ 6 / ⁇ ) can be exemplified.
  • the glass for bonding is preferably one having a low dielectric constant and a bonding temperature (working temperature) of about 60 ° C. or lower.
  • a bonding temperature working temperature
  • sufficient adhesive strength can be obtained during processing.
  • solder glass in which a plurality of compositions such as silicon oxide, lead oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, calcium oxide, and boron oxide are combined is preferable.
  • an adhesive sheet can be interposed between the ferroelectric thin layer 10 and the dielectric substrate 5 for bonding.
  • a sheet made of a thermosetting, photo-curing or photo-thickening resin adhesive is interposed between the back surface of the substrate body 4 and the holding substrate to cure the sheet.
  • a film resin of 300 ⁇ m or less is suitable.
  • the polarization axis of the crystal is substantially horizontal with one main surface (surface) of the substrate.
  • an X plate or a Y plate made of a lithium niobate single crystal, a lithium tantalate single crystal, or a lithium niobate-lithium tantalate solid solution single crystal is preferable.
  • 1 to 6 show an example in which the present invention is applied to an X plate or a Y plate.
  • the polarization axis of the crystal constituting the ferroelectric thin layer is substantially perpendicular to one main surface (surface) of the substrate.
  • a Z plate made of a lithium niobate single crystal, a lithium tantalate single crystal, or a lithium niobate-lithium tantalate solid solution single crystal is preferred.
  • an optical waveguide 19 is formed under the electrode. If a Z-plate is used, the optical waveguide must be provided directly under the electrode, and a buffer layer 18 is provided between the surface of the substrate and the electrode in order to reduce light propagation loss. It is preferable.
  • the material of the dielectric substrate 5 is not particularly limited, and may be glass such as quartz glass or a polymer.
  • the minimum value of the thermal expansion coefficient in the ferroelectric thin layer 10 is 1 Z 5 times or more the minimum value of the thermal expansion coefficient in the dielectric substrate 5, and the ferroelectric thin layer 1
  • the maximum value of the thermal expansion coefficient at 0 is not more than 5 times the maximum value of the thermal expansion coefficient of the dielectric substrate 5.
  • the ferroelectric thin layer 10 and each electro-optic material composing the dielectric substrate 5 have anisotropy of thermal expansion coefficient
  • the coefficient of thermal expansion may change for each axis.
  • each electro-optic material constituting the ferroelectric thin layer 10 is lithium niobate
  • the thermal expansion coefficients in the X-axis direction and the Y-axis direction are
  • thermal expansion coefficient of the Z-axis direction is 5 X 1 0- 6 / ° C , which is the minimum value. Therefore, the minimum value of the thermal expansion coefficient of the dielectric substrate 5 is IX 1 1— 6 / ⁇ or more, and the maximum value of the thermal expansion coefficient of the ferroelectric thin layer 10 is 8 0 X 1 0 _ 6 / ° C or less. And for example, the thermal expansion coefficient of quartz glass is 0. ⁇ X 1 o — 6 / ° c, for example, 1 X 1 0 is less than 6 ° 0.
  • the minimum value of the thermal expansion coefficient of the dielectric substrate 5 is at least 1/2 times the minimum value of the thermal expansion coefficient of the ferroelectric thin layer 10. Further, it is more preferable that the maximum value of the thermal expansion coefficient of the dielectric substrate 5 is not more than twice the maximum value of the thermal expansion coefficient of the ferroelectric thin layer 10.
  • the specific material of the dielectric substrate 5 is not particularly limited as long as the above conditions are satisfied.
  • Examples thereof include lithium niobate, lithium tantalate, lithium niobate monolithium tantalate solid solution, and potassium lithium niobate. it can.
  • the ferroelectric thin layer and the dielectric substrate are made of the same material, and lithium niobate single crystal is particularly preferable.
  • optical functional device is not limited, but an optical modulator is preferable.
  • Functions other than optical modulators include optical switches, polarization rotators, electric field or magnetic field sensors, etc. Applicable to vice.
  • An optical modulator 1 as shown in Fig. 2 (a) is manufactured. Specifically, a substrate consisting of an X-cut 3 inch wafer (Li Nb 0 3 single crystal) is used, and a Mach-end-type light is applied to the surface of the wafer by a titanium diffusion process and a photolithography method. Waveguide 3 is formed.
  • the thickness T ti of the titanium layer during diffusion was 0.08 mm, and the width W ti was 7 mm, making light confinement weaker than the conventional example.
  • the treatment temperature during titanium diffusion was 105 ° C.
  • a CPW electrode is formed by a plating process.
  • the gap G between the signal electrode 3B and the ground electrode 3A is 40, 30, 25, 20, 15, 10, 5, 2 m, and the electrode length is 35 mm.
  • a thin dummy substrate is attached to the polishing surface plate for thin polishing, and the modulator substrate is attached to it with a thermoplastic resin with the electrode side down.
  • the thin thin ferroelectric layer 10 is processed by horizontal polishing and polishing (CMP) until various thicknesses (2 to 15 m) as shown in FIG. 8 are obtained. Thereafter, the flat dielectric substrate 5 is bonded and fixed to the ferroelectric thin layer 10, the end portion of the optical fiber connection portion is polished, and the chip is cut by dicing.
  • An epoxy resin film having a resin thickness of 50 m was used as the adhesive fixing resin.
  • the total thickness including the chip width and the reinforcing substrate was 4 ⁇ 4 mm and 1 mm, respectively.
  • a single-core fiber array holding a 1.55 m band panda fiber on the input side, and a single-core fiber array holding a single-mode fiber on the output side are coupled to a traveling waveform optical modulator chip. Are bonded with UV curable resin.
  • Each optical modulator as shown in Fig. 1 (a) to (c) was fabricated. However, the material of the ferroelectric substrate and the titanium diffusion method were the same as described above.
  • the thickness of the strong dielectric substrates 1 and 5 was set at 500 zm.
  • Figure 8 shows the relationship between the interelectrode gap G and the drive voltage VTT ⁇ L for each optical modulation device.
  • the propagating light is in a single mode in both the depth direction D and the width direction W.
  • the substrate thickness T sub is 20 mm or less
  • the propagating light is multimoded in the depth direction D and the width direction W.
  • the light modulation device shown in Fig. 2 (a) was fabricated under the conditions shown in each example of Fig. 9.
  • the thickness T ti of the titanium layer during titanium diffusion was set to 0.06 zm, and the width W ti was set to 5 m.
  • the thickness Tsub of the ferroelectric thin layer was changed to 15 to 2 zm except for 500 mm.
  • Figure 9 shows the relationship between the electrode gap G and the drive voltage VTT ⁇ L.
  • the amount of titanium at the time of titanium diffusion is smaller than in the example of Experiment 1, so the light confinement is relatively weak.
  • the substrate thickness T sub is 15 m or less
  • the propagating light was converted to a single mode.
  • the drive voltage generally decreases, and the drive voltage responds sharply to the decrease in G due to the reduction effect of the optical spot size, resulting in a significant decrease.
  • the optical modulation device shown in Fig. 2 (a) was fabricated under the conditions shown in each example of Fig. 10. However, the thickness T t i and the width Wt i of the titanium layer during titanium diffusion were changed as shown in FIG. The relationship between the optical spot size and the substrate thickness T sub as seen in the width direction W is shown in Fig. 10, and the relationship between the optical spot size and the substrate thickness T sub as seen in the depth direction D is shown in Fig. 11. Shown in
  • T s ub 100 m.
  • NTeff 2. 1 3 6 or less, and the optical spot size is greatly reduced.
  • Tsub 100 m it does not function as a device due to the force-off state where there is no confinement in the lateral direction W.
  • the optical modulation device shown in Fig. 2 (a) was fabricated under the conditions shown in each example of Fig. 12. However, the thickness T ti and width Wt i of the titanium layer during titanium diffusion were changed as shown in Fig. 12. The relationship between the optical spot size and the substrate thickness T s ub as seen in the width direction W is shown in Fig. 12. The relationship between the optical spot size and the substrate thickness T sub as seen in the depth direction D is shown in Fig. 13 Shown in
  • the optical modulation device shown in Fig. 2 (a) was fabricated under the conditions shown in each example of Fig. 14. However, the thickness T t i and width Wt i of the titanium layer during titanium diffusion were changed as shown in Fig. 14. The relationship between the optical spot size in the width direction W and the substrate thickness T s Ti b is shown in Fig. 14, and the relationship between the optical spot size in the depth direction D and the substrate thickness T sub is shown in Fig. 1. Shown in 5.
  • Neff 2. 1 3 7 or less, all in single direction in the width direction W, and multimode in T sub 500 0 m or less in the depth direction D. .
  • T ti 2 0. 0 6 zm
  • T s ub 40 m or less.
  • the optical modulation device shown in Fig. 3 was fabricated under the conditions shown in the examples of Fig. 16.
  • the thickness T ti of the titanium layer during titanium diffusion is 0.06 zm
  • the width Wt i is 5 m
  • the thickness T sub of the ferroelectric thin layer 10 is 6 zm
  • the ridge portion 11 is formed by a machining method and a laser abrasion method.
  • Figure 16 shows the relationship between the ridge width and the drive voltage V TT ⁇ L. It is confirmed that all devices in the figure are multimode in the depth direction D.
  • the driving voltage can be reduced by adopting the ridge shape, but the driving voltage tends to increase as the ridge height Hr increases.
  • the light modulation device shown in Fig. 3 was fabricated under the conditions shown in each example of Fig. 17.
  • the thickness T ti of titanium layer during titanium diffusion is 0.0 6 / m
  • the width W ti is 5 m
  • the thickness T sub of the ferroelectric thin layer 10 is 6 m
  • the relationship between the ridge width Wr and the drive voltage V TT ⁇ L is shown in Fig. 1 (b).
  • the devices in the figure are all multimode in the depth direction D.
  • the drive voltage tends to decrease when the ridge height H r is 4.5 mm or less, and it decreases most when is 1.5 mm.
  • Figure 18 shows the relationship between the ridge width Wr and the drive voltage VTT ⁇ L. The devices in the figure are all multimode in the depth direction D.
  • the drive voltage is as follows when it takes the shape of ridges and ridges, the substrate thickness T sub is as small as 6 m or less, and it has a structure of Hr / Tsub ⁇ 3/4 and G / Tsub ⁇ 2.

Abstract

　光機能デバイスは、誘電体基板５、誘電体基板５上に配置され、電気光学効果を有する材質からなる強誘電体薄層１０、および強誘電体薄層１０上に配置された電極３Ａ、３Ｂを備えている。強誘電体薄層１０の一部を光導波路のコアー９として機能させ、誘電体基板５を光導波路のクラッドとして機能させ、光導波路９が強誘電体薄層１０の少なくとも深さ方向Ｄにおいて多モード導波路として構成されている。

Description

明細書
光機能デバイス 発明の属する技術分野
本発明は光機能デバイスに関するものである。 背景技術
マルチメディァの発展に伴い、 通信のブロードバンド化の需要が高ま り、 lOGb/sを超える光伝送システムが実用化され、 さらに高速化が期 待されている。 1 OGb/s以上の電気信号 （マイクロ波信号） を光に変調 するデバイスとして L.N光変調器が使用されている。
光変調器の変調帯域を広帯域化するために、 光導波路基 を薄くする ことによりマイクロ波と光波の速度整合をとる構造が発明されている (特開 2 00 2 - 1 6 9 1 3 3号公報）。 発明の開示
本出願人は、 特願 200 2 - 3 30 3 2 5号において、 厚さ 3 0 jum 以下の薄い光導波路基板の背面側に、 厚さが略一定の接着層を設けて保 持基体を接着することを開示した。
また、 本出願人は、 さらに特願 2 0 03 - 1 3 6 740号において、 接着層によって保持基体と基板本体とを接着し、 保持基体における熱膨 張係数の最小値を基板本体における熱膨張係数の最小値の 1 ノ 5倍以上 とし、 かつ保持基体における熱膨張係数の最大値を基板本ィ における熱 膨張係数の 5倍以下とすることを開示した。
特願 2 0 0 2— 3 303 2 5号、 特願 2 0 0 3— 1 36 7 40号のよ うに、 光導波路を形成する強誘電体基板を薄くすることに つて、 基板 内に加わる電界強度を増大させ、光導波路に加わる実効電界を大きく し、 光機能デバイスを駆動する際の V TT · Lをそれだけ低減することができ る。
光機能デバイスの駆動時の V TT · Lをさらに小さくするためには、 光 導波路を伝搬する光スポッ トの直径を小さくすることが有効である。 し かし、 光導波路を伝搬する光スポッ トの直径は、 通常は基板内へと内拡 散されるチタンゃプロトンのような不純物の量や処理温度によってほぼ 定まっており、 光導波路の閉じ込めを強くしてスポッ トの直径を小さく すると光導波路が多モ一ド化してデバイス特性上の問題が生ずるために、 光スポッ 卜の直径を小さくすることで駆動電圧 V TT · Lをいつそう低減 することは困難と考えられてきた。
本発明の課題は、 光導波路を伝搬する光スポッ トの直径を小さくでき るようにし、 これによつて光機能デバイスの駆動電圧 V TT · Lを低減可 能とすることである。
本発明は、 誘電体基板、 この誘電体基板上に配置され、 電気光学効果 を有する材質からなる強誘電体薄層、 およびこの強誘電体薄層上に配置 された電極を備えている光機能デバイスであって、 強誘電体薄層の一部 を光導波路のコア一どして機能させ、 誘電体基板を光導波路のクラッ ド として機能させ、 この光導波路が強誘電体薄層の深さ方向において多モ —ド導波路として構成され、 横方向において単一もしくは多モード導波 路として構成されていることを特徴とする。
本発明者は、 種々のタイプの高速光変調デバイスの原理を根本的に再 検討し、 本発明にいたった。
たとえば、 図 1 ( a ) に示すように、 十分に大きな機械的強度を有す る強誘電体基板 1 ( X板） の表面領域に光導波路 2を形成し、 信号電極 3 Aと接地電極 3 Bとの間に信号電圧を印加し、 光導波路を伝搬する光 を変調する。 このタイプの光変調デバイスにおいては、 基板 1が厚いた めに光導波路に加わる電界密度が若干低くなる。 また、 このように厚い 基板 1内に光導波路を形成する場合には、 光導波路とその周囲との屈折 率差が一般に小さく、 このために光スポッ トが広がり易く、 光スポッ ト 径を小さくすることが難しい。 光の閉じ込めを強くするためには、 光導 波路 2とその周囲との屈折率差を大き.くする必要があり、 このためには 光導波路 2への不純物の拡散量を増加させる必要がある。 この場合には 縦横ともに多モード化し、 光損失が増大する。 これらの理由から、 ある 程度以上駆動電圧を低減することは難しい。
図 1 ( b ) に示すタイプでは、 強誘電体基板 5上に誘電体層 （たとえ ばシリカや重合体） 6を形成し、 誘電体層 6中に、 強誘電体基板 5より も屈折率の高い強誘電体からなる光導波路 7を埋め込む。 このようなデ バイスでは、 光導波路 7と基板 5との屈折率差を大きくすることが難し い。 また、 強誘電体基板 5， 光導波路 7に対して、 誘電体層 6の誘電率 が相対的に小さいために、 光導波路 7に加わる電界強度が低く、 駆動電 圧が相対的に高い。
図 1 ( c ) に示すようなタイプのデバイスでは、 誘電体基板 （シリカ や重合体） 1上に、 強誘電体 （ニオブ酸リチウム等） からなるリッジ型 の光導波路 8を形成し、 その両側に電極 3 A、 3 Bを形成する。 この場 合も、 図 1 ( b ) のデバイスと同様に、 光導波路と基板との屈折率差を 大きくすることが難しい。 また、 光導波路に加わる電界強度が低く、 駆 動電圧が相対的に高い。
これらの問題点を踏まえ、 本発明者は、 たとえば図 2 ( a ) に示すよ うな形態の光機能デバイスを検討した。 このデバイスにおいては、 誘電 体基板 5上に強誘電体薄層 1 0が設けられており、 強誘電体薄層 1 0中 に光導波路 9のコア一が設けられており、 誘電体基板 5がクラッ ドとし て機能する。 強誘電体薄層 1 0の表面には信号電極 3 Aと接地電極 3 B とが形成されている。 この実施形態においては、 光導波路 9は、 強誘電 体薄層 1 0への不純物の内拡散によって形成されている。
この構成において、 強誘電体薄層 1 0の厚さを小さくしていく と、 信 号電圧の印加に伴って発生する信号電極 3 Aと接地電極 3 B との間の基 板側の電気力線の多くが、 基板 5の低誘電率性によって強誘電体薄層 1 0中に集中するために、 強誘電体薄層の電界強度が強くなり、 特に電極 と接する表面部近傍で電気力線が集中する。
一方、 この構成は、 誘電体基板 5の屈折率が相対的に小さいために、 原理的に、 強誘電体薄層 1 0をコア一、 誘電体基板 5をクラッ ドとする ような多モードスラブ導波路になっている。 強誘電体薄層 1 0の厚さ Tsubが充分に大きい場合、 スラブ導波路の高次 （1次） モード深さ方向 スポッ ト径は、 強誘電体薄層 1 0の厚さとほぼ同じ大きさであり、 光導 波路 9の基本 （ 0次） モ一ドの深さ方向スポッ ト径 （ ： Tsub = 5 0 0〃 mのときの基本モードの深さ方向スポッ ト径を Dyo と表示する）、 ある いは光ファイバの伝搬光スポッ ト径に対して充分大きくなつている。 こ のため、 実用上この多モード性による特性への影響は極めて小さく、 基 本モードのみがデバイス特性と関係している （すなわち実用上、 深さ - 横方向共に単一モ一ド状態になっている） ためにデバイス動作時の問題 はない。
ここで、 強誘電体薄層 1 0の厚さを小さくしていくと、 スラブ導波路 の高次 （1 次） モード深さ方向スポヅ ト径はその厚さに応じて小さくな り、 ある厚さ （T subが Dyoの約 5倍：光導波路形成条件と誘電体基板 の材質に依存する） になると、 光導波路 9の基本モードの深さ方向スポ ッ ト径の数倍の大きさになる。 さらに厚さが小さくなると、 この高次モ ―ド深さ方向スポッ ト径と共に基本モードのスポッ ト径も小さくなり、 光導波路の製造時の拡散条件に依存して、 強誘電体薄層 1 0の深さ方向 Dへと向かって光導波路 9が実動作上、 多モード化することを見いだし た。 言い換えると、 強誘電体薄層 1 0が深さ方向に見たときにスラブ導 波路化することがわかった。
また、 光導波路製造時の拡散条件として極端に光閉じ込め効果を弱く (例えば T iパターンの膜厚もしくは幅を小さく設定する） すると、 強 誘電体薄層 1 0の厚さが充分厚い （例えば Tsub = 5 0 0〃m )場合、 い わゆるカッ トオフ状態になって、 光導波路の基本モードがない （横方向 の閉じ込めがない） 状態になる。 しかし、 上記と同様に、 強誘電体薄層 1 0の厚さを小さく して、 ある厚さ以下 （光導波路形成条件と誘電体基 板の材質に依存する）になると、光導波路部での横方向閉じ込め現象（横 方向での基本モード） が生じて、 光導波路としての機能が発現しする。 さらに強誘電体薄層 1 0の厚さを小さくすると、 光導波路のスポッ ト径 は縮小し、 この場合も深さ方向では多モード化している。
図 2 ( b ) に示した、 図 2 ( a ) 中の光導波路中心部断面の屈折率分 布と、 光導波路基本モード伝搬光の等価屈折率 （伝搬定数） との関係を 詳細に調べた結果、 以上のスポッ ト径縮小効果は、 この等価屈折率の低 減現象と相まって生ずることが理論解析 ·実験から明らかになった。 すなわち、 強誘電体薄層 1 0の厚さ Tsub が充分厚い場合、 光導波路 の等価屈折率 Neff は、 Nfsく Neffく Np の関係がある （ただし、 カッ ト ォフ状態の場合、強誘電体基板スラブ導波路モ一ドで Neff < Nfsの関係）。 ここで、 Np , Nfs , Nds， Nairは、 それそれ光導波路の不純物拡散中央 表面部の屈折率最大値， 強誘電体層 10 の非拡散部の屈折率、 誘電体基 板 5の屈折率、 空気層の屈折率を表す。 Tsub が小さくなると、 やがて Neffが小さくなり始め、 光導波路のスポッ ト径は深さ方向，横方向に縮 小する。 この時、 上記での深さ方向での多モード化の状態に相当する。 さらに TsuT が小さくなると、 やがて Neff≤Nfsの関係になり、 光導波 路のスポ、ソ ト径は深さ方向 ·横方向共に顕著に縮小する事が分かった。 なお、 導波路伝搬光の等価屈折率は、 例えばプリズム結合法、 ある いは光導波路フアブリ一ペロー共振法 （ ：光導波路をフアブリーペ口一 共振器として構成させた時に、 共振器長さとフアブリ一ペロー共振波長 の関係を調べる） 等により測定できる。
このよう に強誘電体薄層 1 0の深さ方向へと向かって多モード化する と、 光導波路の深さ方向と共に横方向の光閉じ込め効果が強まり、 光ス ポッ ト径が深さ方向 Dおよび幅方向 Wの両方において縮小する。 特に、 Tsubが Dyoの 2倍以下になると、 基本モードのスポッ ト径は顕著に縮 小し、 強誘電体薄層表面部近傍での電気力線の集中効果と相まって駆動 電圧を大 ifSに低減可能となることを見いだし、 本発明に到達した。 図面の簡単な説明
図 1 、 図 1 ( 10 )、 図 1 ( c ) は、 種々のタイプの光変調デバィ スの要部を模式的に示す断面図である。
図 2 ( 6L ) は、 本発明の一実施形態に係る光機能デバイスの要部を模 式的に示す断面図であり、 図 2 ( b ) は、 空気層、 誘電体基板、 強誘電 体薄層、 ^：導波路の各屈折率の関係を模式的に示すグラフである。
図 3は、 本発明の他の実施形態に係る光機能デバイスの要部を模式的 に示す断面図であり、 リッジ部分 1 1が形成されている。
図 4は、 本発明の更に他の実施形態に係る光機能デバイスの要部を模 式的に示す断面図であり、 強誘電体薄層 1 0の表面にバッファ層 1 2が 形成されている。
図 5は、 本発明の更に他の実施形態に係る光機能デバイスの要部を模 式的に示す断面図であり、 リッジ部分 1 1の両側に溝 1 3が形成されて いる。
図 6は、 本発明の更に他の実施形態に係る光機能デバイスの要部を模 式的に示す断面図であり、 強誘電体薄層 1 0と誘電体基板 5とが接着層 1 4で接着されている。
図 7は、 本発明の更に他の実施形態に係る光機能デバイスの要部を模 式的に示す断面図であり、 強誘電体薄層 1 0として Z板が使用されてい る。
図 8は、 電極間ギャップ G、 駆動電圧および基板厚さ T s u bの関係 を示すグラフである。
図 9は、 電極間ギャップ G、 駆動電圧および基板厚さ T s u bの関係 を示すグラフである。
図 1 0は、 チタン層の幅と厚さ、 基板厚さおよび幅方向の光スポッ ト サイズの関係を示すク、'ラフである。
図 1 1は、 チタン層の幅と厚さ、 基板厚さおよび深さ方向の光スポッ トサイズの関係を示すグラフである。
図 1 2は、 チタン層の幅と厚さ、 基板厚さおよび幅方向の光スポッ ト サイズの関係を示すグラフである。 . 図 1 3は、 チタン層の幅と厚さ、 基板厚さおよび深さ方向の光スポッ トサイズの関係を示すグラフである。
図 1 4は、 チタン廇の幅と厚さ、 基板厚さ T s u bおよび幅方向の光 スポッ トサイズの関係を示すグラフである。
図 1 5は、 チタン層の幅と厚さ、 基板厚さ T s u bおよび深さ方向の 光スポッ トサイズの閧係を示すグラフである。
図 1 6は、 リッジき P分の高さ、 リッジ部分の幅および駆動電圧の関係 を示すグラフである。
図 1 7は、 リッジ告 IS分の高さ、 リッジ部分の幅および駆胁電圧の関係 を示すグラフである。
図 1 8は、 リッジ部分の高さ、 リッジ部分の幅および駆動電圧の関係 を示すグラフである。
図 1 9は、 基板厚さ T s u b、 電極間ギャップ Gおよび駆動電圧の関 係を示すグラフである。 発明を実施するための最良の形態
好適な実施形態においては、 ½導波路が強誘電体薄層 1 0の幅方向 W において単一モード条件を満足する。 幅方向で多モード状態となると、 光ファイバ一モード径 （ 1 0 z rn以下） の影響で、 出力光の消光比が劣 化し、 たとえば 2 0 d B以下となる傾向が見られる。 このため、 強誘電 体薄層の幅方向は単一モード化させることが好ましい。 これは、 強誘電 体薄層の厚さと、 光導波路生成待の拡散条件 （光の閉じ込めの強さ） と を調整することで実現可能である。
強誘電体薄層の深さ方向、 幅方向において光が多モードであるか、 単 一モードであるかは、 例えば、 単一モード光ファイバ励振によって、 光 ファイバを光導波路のコア一に対して位置合わせ調整しながら光を伝搬 させてその強度分布を観測することで決定できる。
好適な実施形態においては、 導波路が不純物の拡散によって形成さ れている。 この拡散される不純物は、 強誘電体の屈折率を変化させ得る ものであれば特に限定されない 3、 いわゆる内拡散法やイオン交換法に よって形成された光導波路が好ましく、 例えばチタン拡散光導波路、 プ 口トン交換光導波路であってよレ、。
図 2 ( a ) の光機能デバイスま、 誘電体基板 5、 および強誘電体薄層 1 0を備えている。 本例では強誘電体薄層 1 0の厚さは略一定である。 強誘電体薄層の表面には所定の電極 3 A、 3 Bが形成されている。 本例 では、 いわゆるコプレーナ型 （Coplanar waveguide： C P W電極） の電 極配置を採用しているが、 電極の配置形態は特に限定されない。 例えば ACPSタイプであってよい。 また、 本例では、 隣接する電極 3 A、 3 B の間に光導波路 9が形成されており， 光導波路 9に対して略水平方向に 信号電圧を印加するようになっている。 この 導波路は、 平面的に見る といわゆるマヅハヅエンダー型の光導波路を構成しているが、 この平面 的パターンそれ自体は周知であるので省略する。 強誘電体薄層 1 0と誘 電体基板 5との間には接着層を設けることができる。
また、 光導波路はリッジ型光導波路であってよい。 この光導波路は、 強誘電体薄層の表面に直接形成されたリッジ型の光導波路であってよく、 強誘電体薄層の表面に他の層を介して形成されたリッジ型の光導波路で あってよい。
リッジ型光導波路は、 レーザー加工、 機械 fjnェによって形成可能であ る。 あるいは、 高屈折率膜を強誘電体薄層 1 o上に形成し、 この高屈折 率膜を機械加工やレーザ一アブレ一シヨン加工することによって、 リツ ジ型の三次元光導波路を形成できる。 高屈折率膜は、 例えば化学的気相 成長法、 物理的気相成長法、 有機金属化学的気相成長法、 スパッ夕リン グ法、 液相ェピタキシャル法によって形成できる。
図 3はこの例に係る光機能デバイスを示す図である。 誘電体基板 5上 に強誘電体薄層 1 0が設けられており、 強誘電体薄層 1 0の表面に信号 電極 3 Aおよび接地電極 3 Bが形成されている。 電極 3 Aと 3 Bとの間 で、 強誘電体薄層 1 0の一部が突出し、 リッジ部 1 1を形成している。 本例では、 さらにリッジ部 1 1内に光導波路 （コア一） 9が設けられて いる。 このような形態の光機能デバイスにおいても、 光導波路形成時の 拡散条件および強誘電体薄層 1 0の厚さゃリッジ部分の高さ H rを適宜 調整することによって、 光導波路 9の深さ方向 Dに見たときに多モード 状態とし、 幅方向 Wに見たときに単一モード状態とする。 このようにリ ッジ部分 1 1内にコア一 9を形成する場合には、 光導波路を伝搬する光 スポッ トの幅方向サイズを小さくでき、 駆動電圧低減に有効である。 好適な実施形態においては、 リッジ部分の高さを Hrとし、 強誘電体 薄層の厚さを T subとしたとき、 以下の関係を満足する。
H r/T s u b≤ 3/4 (特に好ましくは 2ノ 3 ) このようにリッジ部分の高さを強誘電体薄層の厚さに _fc匕べて小さく制 限することによって、 光導波路を伝搬する光スポッ トが深さ方向に向か つて多モード化しやすく、 光スポッ トサイズを小さくしゃすい。
また、 好適な実施形態においては、 電極のギャップを Gとし、 強誘電 体薄層の厚さを T s ubとしたとき、 以下の関係を満足する。
G/T sub≤2 (特に好ましくは 1以下）
また、 好適な実施形態においては、 電極のギャップ G力 s 30 zm以下 である。 Gは 25 m以下とすることが一層好ましい。
このようにギャップ Gを小さくすることによって、 光導波路を伝搬す る光に印加される電界強度を大きくし、 光機能デバイスの駆動電圧を低 減することができる。
また、 強誘電体薄層の厚さは一般に 100〃m以下であり、 50 zm 以下とすることが好ましく、 40 m以下とすることがざ らに好ましく、 25 m以下とすることが最も好ましい。 また、 導波路幵状をリッジ構 造にする場合、 特に強誘電体薄層の厚さは 8 zm以下とすることが好ま しく、 以下とすることがさらに好ましい。 このように強誘電体薄 層の厚さを小さくすることによって、 光導波路形成時の 散条件や拡散 種によるが、 深さ方向 Dへと見たときに多モード化しゃすくなる。
特に好適な実施形態においては、 強誘電体薄層と同じ材料からなり、 厚さ 500 zmの強誘電体基板に光導波路を形成したとさに、 光導波路 を伝搬する光スポッ トの直径を Dyoとしたとき、 以下の関係を満足す る。
T s ub/D y o≤ 5 (特に好ましくは 2以下） すなわち、 強誘電体薄層の厚さを 500 mまで十分に大きくしたと きの光スポッ トの直径を D y 0としたとき、 強誘電体薄層の厚さ Ts u bがまだ大きいときには単一モード条件を保持している。 しかし、 s ubが小さくなると、 深さ方向 Dへと見たときに光が多モード化し、 光 スポッ トが小さくなる。
また、 特に光導波路へと光の閉じ込めが弱い場合には、 T sub ^D yo≤ lとなった場合に、 この作用効果が発現し易い。
なお、 Dyoは、 強誘電体薄層と同じ材質からなる厚さ 500 mの 基板における光導波路のスポッ トサイズである。 これは、 測定対象の強 誘電体薄層と同じ材質からなる厚さ 500 /mの基板に、 測定対象の光 導波路と同じ製造条件で光導波路を形成したときのスポッ トサイズであ る。 一般的には、 厚さ 500 mの基板に光導波路を形成した後、 まず その光スポヅ トサイズを測定し、 これを Dyoとする。 次いで光導波路 とは反対側から加工して基板を薄くし、 強誘電体薄層を形成することが できる。
強誘電体薄層の材料は、 強誘電性の電気光学材料、 好ましくは単結晶 からなる。 こうした結晶は、 光の変調が可能であれば特に限定されない が、 ニオブ酸リチウム、 タンタル酸リチウム、 ニオブ酸リチウム一タン タル酸リチウム固溶体、 ニオブ酸カリウムリチウム、 KTP、 G a A s 及び水晶などを例示することができる。 ニオブ酸リチウム単結晶、 タン 夕ル酸リチウム単結晶、 ニオブ酸リチウム—タンタル酸リチウム固溶体 単結晶が、 特に好ましい。
電極は、 低抵抗でィンピーダンス特性に優れる材料であれば特に限定 されるものではなく、 金、 銀、 銅などの材料から構成することができる。 電極は、 強誘電体薄層の表面側に設けられているが、 強誘電体薄層の 表面に直接形成されていてよく、 低誘電率層ないしバッファ層を介して 形成されていてよい。 低誘電率層ないしバヅファ層は、 酸化シリコン、 弗化マグネシウム、 窒化珪素、 及ぴアルミナなどの公知の材料を使用す ることができる。 ここで言う低誘電率層とは、 強誘電体薄層を構成する 材質の誘電率よりも低い誘電率を有する材料からなる層を言い、 光とマ イク口波の速度整合条件を満たすという観点では誘電率が低い材料ほど 好ましい。
例えば図 4に示す光機能デバイスにおいては、 強誘電体薄層 1 0の表 面がバッファ層 1 2によって被覆されており、 バッファ層 1 2上に電極
3 A 3 Bが形成されている。
また、 強誘電体薄層 1 0には溝を形成することもできる。 例えば図 5 に示す光機能デバイスでは、 リッジ部分 1 1の両側に細長い溝 1 3が形 成されている。 そして本例では溝 1 3の深さはリヅジ部分の高さ H rと 一致する。 このように強誘電体薄層 1 0内に溝を設けることでリッジ部 分の全部あるいは一部を成形した場合には、 溝を設けない場合と比べて 伝搬光を多モード化させ易い。
また、 図 6に示すように、 強誘電体薄層 1 0を誘電体基板 5に対して 接着層 1 4をを介して接着することができる。 接着剤の具体例は特に限 定されないが、 エポキシ系接着剤、 熱硬化型接着剤、 紫外線硬化性接着 剤、 ニオブ酸リチウムなどの電気光学効果を有する材料と比較的近い熱 膨張係数を有するァロンセラミックス C (商品名、 東亜合成社製）（熱膨 張係数 1 3 X 1 0 ~ 6 / Κ ) を例示できる。
また接着用ガラスとしては、 低誘電率で接着温度 （作業温度） が約 6 0 0 °C以下のものが好ましい。 また、 加工の際に十分な接着強度が得ら れるものが好ましい。 具体的には、 酸化珪素、 酸化鉛、 酸化アルミニゥ ム、 酸化マグネシウム、 酸化カルシウム、 酸化ホウ素等の組成を複数組 み合わせた、 いわゆるはんだガラスが好ましい。
また、 強誘電体薄層 1 0と誘電体基板 5との間に接着剤のシートを介 在させ、 接合することができる。 好ましくは、 熱硬化性、 光硬化性ある いは光増粘性の樹脂接着剤からなるシートを、 基板本体 4の裏面と保持 基板との間に介在させ、 シートを硬化させる。 このようなシートとして は、 3 0 0〃m以下のフィルム樹脂が適当である。
強誘電体薄層においては、 特に好ましくは結晶の分極軸が基板の一方 の主面 （表面） と略水平である。 この場合には、 ニオブ酸リチウム単結 晶、 タンタル酸リチウム単結晶、 ニオブ酸リチウム—タンタル酸リチウ ム固溶体単結晶からなる X板あるいは Y板が好ましい。図 1〜図 6には、 '本発明を X板あるいは Y板に適用した例について示した。
また、 他の好適な実施形態においては、 強誘電体薄層を構成する結晶 の分極軸が基板の一方の主面 （表面） と略垂直である。 この場合には、 ニオブ酸リチウム単結晶、 タンタル酸リチウム単結晶、 ニオブ酸リチウ ム—タンタル酸リチウム固溶体単結晶からなる Z板が好ましい。 この場 合には、例えば図 7に示すように、電極の下に光導波路 1 9を形成する。 また、 Z板を使用した場合には、 光導波路は電極の直下に設ける必要が あり、 光の伝搬損失を低減するために、 基板の表面と電極との間にはバ ヅファ層 1 8を設けることが好ましい。
誘電体基板 5の材質は特に限定されず、 石英ガラス等のガラスや重合 体がある。 好適な実施形態においては、 強誘電体薄層 1 0における熱膨 張係数の最小値が誘電体基板 5における熱膨張係数の最小値の 1 Z 5倍 以上であり、 かつ強誘電体薄層 1 0における熱膨張係数の最大値が誘電 体基板 5における熱膨張係数の最大値の 5倍以下である。 ここで、 強誘電体薄層 1 0、 誘電体基板 5をそれそれ構成する各電気 光学材料に熱膨張係数の異方性がない場合には、 強誘電体薄層 1 0、 誘 電体基板 5において最小の熱膨張係数と最大の熱膨張係数とは一致する c 強誘電体薄層 1 0、 誘電体基板 5を構成する各電気光学材料に熱膨張係 数の異方性がある場合には、 各軸ごとに熱膨張係数が変化する場合があ る。 例えば、 強誘電体薄層 1 0を構成する各電気光学材料がニオブ酸リ チウムである場合には、 X軸方向、 Y軸方向の熱膨張係数が
1 6 X 1 0— 6/°Cであり、 これが最大値となる。 Z軸方向の熱膨張係数 が 5 X 1 0— 6/°Cであり、 これが最小値となる。 従って、 誘電体基板 5 の熱膨張係数の最小値は I X 1 Ο—6/^以上とし、 強誘電体薄層 1 0の 熱膨張係数の最大値は 8 0 X 1 0 _ 6/°C以下とする。 なお、 例えば石英 ガラスの熱膨張係数は 0 . έ X 1 o _ 6 /°cであり、 例えば 1 X 1 0一6 °0未満である。
この観点からは、 誘電体基板 5の熱膨張係数の最小値を、 強誘電体薄 層 1 0における熱膨張係数の最小値の 1 / 2倍以上とすることが更に好 ましい。 また、 誘電体基板 5の熱膨張係数の最大値を、 強誘電体薄層 1 0の熱膨張係数の最大値の 2倍以下とすることが更に好ましい。
誘電体基板 5の具体的材質は、 上記の条件を満足する限り、 特に限定 されず， ニオブ酸リチウム、 タンタル酸リチウム、 ニオブ酸リチウム一 タンタル酸リチウム固溶体、 ニオブ酸カリウムリチウムなどを例示する ことができる。 この場合、 熱膨張差の観点では、 強誘電体薄層と誘電体 基板とを同じ材質とすることが好ましく、 ニオブ酸リチウム単結晶が特 に好ましい。
光機能デバイスの機能は限定されないが、 光変調器が好ましい。 光変 調器以外の機能として、 光スィッチ、 偏波ローテ一夕一、 電界あるいは 磁界センサー等、 強誘電体の電気光学効果を利用したあらゆる光機能デ バイスに適用できる。 実施例
(実験 1)
図 2 (a) に示すような光変調器 1を製造する。 具体的には、 Xカツ トした 3ィンチウェハ一 （ L i Nb 03単結晶） からなる基板を使用し、 チタン拡散プロセスとフォトリソグラフィ一法とによって、 ウェハ一の 表面にマッハヅエンダー型の光導波路 3を形成する。 拡散時のチタン層 の厚さ T t iは、 0. 08〃mとし、 幅 W t iは 7〃mとして従来例よ り光閉じ込めを弱い状態にした。 またチタン拡散時の処理温度は 105 o°cとした。
次いで、 メツキプロセスにより、 CPW電極を形成する。 信号電極 3 Bと接地電極 3 Aとのギャップ Gを 40 , 3 0 , 2 5， 2 0 , 1 5 , 1 0, 5, 2 mとし、 電極長を 35 mmとする。 次に薄型研磨のために 研磨定盤に研磨ダミー基板を貼り付け、 その上に変調器基板を電極面を 下にして熱可塑性樹脂で貼り付ける。 さらに、 横型研磨およびポリッシ ング （CMP) にて、 図 8に示すような種々の厚さ （ 2〜 15 m) と なるまで強誘電体薄層 10を薄型加工する。 その後、 平板状の誘電体基 板 5を強誘電体薄層 1 0に接着固定し、 光ファイバの接続部を端面研磨 し、 ダイシングにてチップ切断する。 接着固定用の樹脂は、 樹脂厚 5 0 mのエポキシ樹脂フィルムを使用した。 チップの幅および補強基板を 含めたトータルの厚みは、 それそれ 4 · 4 mmと 1 mmとした。 入力側 には 1.55 m帯パンダファイバを保持した単芯ファイバーアレイを、 出力側にはシングルモ一ドファイバを保持した単芯ファイバアレイを進 行波形光変調器チップに結合し、 光ファイバ一と光導波路とを調芯し、 紫外線硬化型樹脂によって接着する。 また、 図 1 ( a) 〜 （ c) に示すような各光変調器を作製した。 ただ し、 強誘電体基板の材質やチタンの拡散方法は上記と同様とした。 強誘 電体基板 1、 5の厚さは 5 0 0 zmとした。 ここで、 強誘電体基板の非 拡散部での屈折率は Nfs = 2.137であった。
各光変調デバイスについて、 電極間ギャップ Gと駆動電圧 VTT · Lと の関係を図 8に示す。 ここで、 図 1 ( c) および基板厚さ T s ubが 1 5 zm以下のデバイスでは、 サンプル製作途中での基板厚が 5 0 0 urn の時、 伝搬光の深さ方向のスポッ ト径 Dyoは約 4 ^m、 光導波路の等価 屈折率 Neff は Neff=2.143— 2.141 (強誘電体層の非拡散部での屈折率 Nfs = 2.137) であった。 図 1 (a)、 図 1 (b)、 図 1 ( c) のデバイス においては、 深さ方向 Dおよび幅方向 Wのいずれにおいても、 伝搬光は 単一モ—ドである。 これに対して、 基板厚さ T s u bが 2 0〃m以下の 例では、 深さ方向 Dおよび幅方向 Wにおいて伝搬光は多モ一ド化してい た。 この結果として、 光スポッ トサイズの縮小効果によって、 駆動電圧 が全般的に低下するとともに、 T s ubが 8〃m以下の例では、 等価屈 折率 Neffは Neff=2.140以下になり、 Gの減少に対して駆動電圧が鋭敏 に反応し、 大きく低下することが判明した。
T s u bが 5 m以下の例では、等価屈折率 Neffは Neff=2.137以下 になり、 駆動電圧が更に大きく低下する。
(実験 2 )
実験 1と同様にして、 図 9の各例に示す条件で、 図 2 (a) の光変調 デバイスを作製した。 ただし、 チタン拡散時のチタン層の厚さ T t iを 0. 0 6 zmとし、 幅 W t iを 5 mとした。強誘電体薄層の厚さ Tsub は、 5 0 0〃m以外は 1 5〜 2 zmで変更した。 電極間ギヤヅプ Gと駆 動電圧 VTT ■ Lとの関係を図 9に示す。 本例では、 チタン拡散時のチタ ン量が実験 1の例よりも少なく、 このために光の閉じ込めが相対的に弱 い o
基板厚さ 5 0 0〃mの場合には、 伝搬光の深さ方向のスポヅ ト径 Dyo は約 1 0 0〃mであり、 光導波路の等価屈折率 Neffは Neff=2.1371で、 強誘電体層の非拡散部での屈折率 Nfs = 2.137 より僅かに大きく、 深さ 方向 D、 幅方向 Wともに伝搬光は単一モードであった。 これに対して、 基板厚さ T s u bが 1 5 m以下の例では、 Neff=2.137 もしくはそれ 以下 （ T s u bが 6 mのとき、 Neff=2.135) で、 深さ方向 Dにおいて 伝搬光は多モ一ドィ匕し、 幅方向 Wにおいて伝搬光は単一モード化してい た。 この結果として、 駆動電圧が全般的に低下するとともに、 光スポッ トサィズの縮小効果によって、 Gの減少に対して駆動電圧が鋭敏に反応 し、 大きく低下することが判明した。
(実験 3 )
実験 1 と同様にして、 図 1 0の各例に示す条件で、 図 2 (a) の光変 調デバイスを作製した。 ただし、 チタン拡散時のチタン層の厚さ T t i および幅 Wt iは、 図 1 0に示すように変更した。 幅方向 Wに見た光ス ポッ トサイズと基板厚さ T s ubとの関係を図 1 0に示し、 深さ方向 D に見た光スポッ トサイズと基板厚さ T s u bとの関係を図 1 1に示す。
T t i = 0. 0 8〃m、 Wt i = 7〃mの場合には、 Tsub= 5 0 0 〃 mのとき Dyoが 4 m, Neff= 2. 1 4 1であり、 T s ubが 2 0 z m以上では光スポッ トサイズはほとんど変化していないが、 1 0 m以 下で Neff= 2. 14 1以下に、 Tsub= 4 zm以下で Neff= 2. 1 3 7 以下になり光スポッ トサイズが深さ方向で特に顕著に減少する。 T t i = O . 0 6〃m、 Wt i = 5 mの場合（ Tsub= 5 0 0〃mのとき Neff = 2. 1 3 7 1 , Dyo= 1 0 0〃m) には、 幅方向 Wではすぺて単一モ — ドであり、 深さ方向 Dでは T s ub = 2 0 0 zm以下で Neff= 2. 1 3 7以下になり多モードである。 ただし、 T.s ub = 1 0 0〃m以上で は、 横 ·深さ方向のスポッ ト径が大きく、 実用性が低い。
T t i = 0 . 0 5〃m、 Wt 1 = 4 zmの場合（Dyo二約 5 0 0〃m ： 横方向 Wでの閉じ込めがないカツ トオフ状態） には、 T s ubが 1 0 0 m以下で NTeff= 2. 1 3 6以下になり光スポッ トサイズが大きく低下 する。 ただし、 Tsub 1 0 0〃m以上では横方向 Wでの閉じ込めがない 力ヅ トオフ状態のために、 デバイスとして実質的には機能しない。
(実験 4 ) '
実験 1と同様にして、 図 1 2の各例に示す条件で、 図 2 (a) の光変 調デバイスを作製した。ただし、チタン拡散時のチタン層の厚さ T t i、 幅 Wt iは、 図 1 2に示すように変更した。 幅方向 Wに見た光スポッ ト サイズと基板厚さ T s ubとの関係を図 1 2に示し、 深さ方向 Dに見た 光スポットサイズと基板厚さ T s u bとの関係を図 1 3に示す。
T t i = 0 . 0 8〃m、 Wt i二 3 mの場合には、 Dyo =約 5 0 0 m ( ： カヅ トオフ状態） である。 この場合、 T s ub = 5 0 zm以上 ではカットオフ状態になり、 デバイスとして実質的には機能しない。 T s ub = 4 0 m以下で横方向 Wでの閉じ込め効果が現れ、その時の等 価屈折率 Neffは Neff=2.137以下で、幅方向 Wではすベて単一モードで、 深さ方向 Dでは T s ub 5 0 0〃m以下で多モ一ドである。 T t i二 0. 0 8 /m、 W t i = 5 mの場合（ Tsub= 5 0 0 mのとき Neff= 2. 1 3 8 , Dyo = 9 zm) には、 幅方向 Wでは T s u b = 1 2〃m以下で Neff = 2. 1 3 8以下になり多モード化し、 深さ方向 Dでは T s ub = 40〃111以下で多モ一ドである。 T t i = 0. 0 8〃m、 W t i = 7 μ. mの場合 （ T sub = 5 0 0〃mのとき Neff= 2 · 1 4 1 , Dyo= 4 j ) には、 幅方向 Wでは T s u b = 2 0 m以下で Neff= 2. 1 4以下にな り多モードィ匕し、 深さ方向 Dでは T s u b = 2 0 m以下で多モード化 している。 (実験 5 )
実験 1 と同様にして、 図 1 4の各例に示す条件で、 図 2 (a) の光変 調デバイスを作製した。ただし、 チタン拡散時のチタン層の厚さ T t i、 幅 Wt iは、 図 1 4に示すように変更した。 幅方向 Wに見た光スポッ ト サイズと基板厚さ T s Ti bとの関係を図 1 4に示し、 深さ方向 Dに見た 光スポッ トサイズと基板厚さ T s u bとの関係を図 1 5に示す。
T t i = 0. 0 6〃m、 W t i = 3〃mの場合（Dyo= 5 0 0 ju ( ： カットオフ状態））、 T s u b = 5 以上ではカッ トオフ状態になり、 デバイスとして実質的には機能しない。 T s u b 4 0 zm以下では、 Neff = 2. 1 3 7以下とな り幅方向 Wではすベて単一モードであり、 深さ方 向 Dでは T s u b 5 0 0 m以下で多モードである。 T t i二 0. 0 6 zm、 W t i = 6〃mC 場合 （ Tsub= 5 0 0〃mのとき Neff= 2. 1 3 7 3 , Dyo= 2 5〃m)、 幅方向 Wではすベて単一モ一ドであり、 深さ 方向 Dでは T s ubが 1 0 0〃m以下で Neff= 2. 1 3 7以下になり多 モード化し、 光スポッ トサイズが大きく低下する。 T t i = 0. 0 6 j m、 W t i = 7 mの場合 （Tsub= 5 0 0 mのとき Neff= 2. 1 3 8， Dyo= 9 urn) に fま、 幅方向 Wでは T s u b = 1 2〃m以下で Neff = 2. 1 3 8以下にな り多モ一ドィ匕し、 深さ方向 Dでは T s ub = 4 0 m以下で多モード化している。
(実験 6 )
実験 1と同様にして、 図 1 6の各例に示す条件で、 図 3の光変調デバ イスを作製した。 ただし、 チタン拡散時のチタン層の厚さ T t iは 0. 0 6 zmとし、 幅 Wt iは 5 mとし、 強誘電体薄層 1 0の厚さ T s u bは 6 z mとし、 電極ギヤヅプ幅 Gは 2 0 jam ( G /Tsub= 1 0/3 ) とする。 リッジ部分 1 1は機械加工法とレーザアブレ一シヨン法によつ て形成する。 リッジ幅 と駆動電圧 V TT · Lとの関係を図 1 6に示す。 なお、 図中のデバイスは、 い れも深さ方向 Dでは多モード化している 事を確認している。
図 1 6からわかるように、 リ ッジ形状を採る事で駆動電圧低減効果が 見られるが、 リッジ高さ H rが大きくなると駆動電圧が増大する傾向が 見られた。
(実験 7 )
実験 6と同様にして、 図 1 7 の各例に示す条件で、 図 3の光変調デバ イスを作製した。 チタン拡散時のチタン層の厚さ T t iは 0. 0 6 /m とし、 幅 W t iは 5 mとし、 強誘電体薄層 1 0の厚さ T s u bは 6 mとし、 電極ギヤヅプ幅 Gは 1 0〃m ( G/Tsub= 5 / 3 ) とする。 リ ッジ幅 Wrと駆動電圧 V TT · L との関係を図 1 Ίに示す。 図中のデバィ スは、 いずれも深さ方向 Dで 多モード化している。
図 1 7からわかるように、 リ ッジ高さ H rが 4. 5〃m以下で駆動電 圧が低減する傾向があり、 が 1. 5〃mのときに最も低下する。
(実験 8 )
実験 6と同様にして、 図 1 8 の各例に示す条件で、 図 3の光変調デバ イスを作製した。 チタン拡散時のチタン層の厚さ T t iは 0. 0 6 m とし、 幅 Wt iは 5 zmとし、 強誘電体薄層 1 0の厚さ T s u bは 6 mとし、 電極ギヤヅプ幅 Gは 5 〃 m ( G/Tsub= 5/ 6 ) とする。 リツ ジ幅 Wrと駆動電圧 VTT · Lヒの関係を図 1 8に示す。 図中のデバイス は、 いずれも深さ方向 Dでは多モード化している。
図 1 8からわかるように、 鼋極ギヤヅプ幅 G = 2 0 , 1 0〃 m (図 1 6 , 1 7 ) の場合と比較して、 特に、 リッジ高さ H rが 4. 5〃m以下 のときにいずれも顕著な駆動霞圧低減効果が発現し、 特に H rが 4. 5 もしくは 3 mのときに最も低下する傾向が見られた。
(実験 9 ) 実験 6と同様にして、 図 1 9の各例に示す条件で、 図 3の光変調デバ イスを作製した。 ただし、 チタン拡散時のチタン層の厚さ T t iは 0. 0 6〃 mとし、 幅 W t iは 5 とし、 リツジ幅 W rは 8， 6 , 4 , 1. 6 jum, リッジ高さ Hrは 1 , 2 , 3 , 3. 5 , 4. 5 , 6 zmとし、 強誘電体薄層 1 0の厚さ T sub、 電極ギヤップ幅 Gを変更する。 電極 間ギヤップ Gと駆動電圧 V TT · Lとの関係を図 1 9に示す。 この場合、 図中のデバイスは、 いずれも深さ方向 Dでは多モ一ド化している事を確 認している。
図 1 9からわかるように、 リ、ソジ形状をとり、 基板厚さ T s u bが 6 m以下と小さく、 Hr/Tsub≤ 3/4 , G/Tsub≤ 2の構造をとると、 駆動電圧は Gにほぼ比例して減少し、 駆動電圧が著しく低下した。 特に 電極間ギヤヅプ G= 1 0〃m以下の領域でこの傾向が顕著であった。

Claims

請求の範囲
1 . 誘電体基板、 この誘電体基板上に配置され、 電気光学効果を有 する材質からなる強誘電体薄層、 およびこの強誘電体薄層上に配置され た電極を備えている光機能デバイスであって、
前記強誘電体薄層の一部を光導波路のコア一として機能させ、 前記誘 電体基板を光導波路のクラッ ドとして機能させ、 この光導波路が前記強 誘電体薄層の深さ方向において多モード導波路として構成され、 横方向 において単一もしくは多モ一ド導波路として構成されていることを特徴 とする、 光機能デバイス。
2 . 前記光導波路が不純物の拡散によって形成されていることを特 徴とする、 請求項 1記載のデバイス。
3 . 前記強誘電体薄層にリッジ部分が形成されており、 このリッジ 部分の一部を前記光導波路のコア一として機能させることを特徴とする、 請求項 1または 2記載のデバイス。
4 . 前記リッジ部分の高さを H rとし、 前記強誘電体薄層の厚さを T s u bとしたとき、 以下の関係を満足することを特徴とする、 請求項 1〜 3のいずれか一つの請求項に言己載のデバイス。
H r / T s u b≤ 3 / 4
5 . 前記電極のギャップを Gと し、 前記強誘電体薄層の厚さを T s u bとしたとき、 以下の関係を満足することを特徴とする、 請求項 1〜 4のいずれか一つの請求項に記載のデバイス。
G/ T s b≤ 2
6 . 前記強誘電体薄層の厚さが 4 0 m以下であることを特徴とす る、 請求項 1〜 5のいずれか一つの請求項に記載のデバイス。
7 . 前記強誘電体薄層の厚さを T s u bとし、 前記強誘電体薄層と 同じ材料からなり、 厚さ 5 0 0 mの強誘電体基板に前記光導波路を形 成したときに前記光導波路を伝搬する光スポッ トの直径を D y oとした とき、 以下の関係を満足することを特徴とする、 請求項 1〜 6のいずれ か一つの請求項に記載のデバイス。 ■
T s u b / D y o≤ 5
8 . 前記電極のギヤップ が 3 0 Ad m以下であることを特徴とする、 請求項 1〜 7のいずれか一つの請求項に記載のデバイス。
9 . 前記光導波路が前記強誘電体薄層の幅方向において単一モード 条件を満足することを特徴とする、 請求項 1〜 8のいずれか一つの請求 項に記載のデバイス。
1 0 . 前記誘電体基板と前記強誘電体薄層との間に設けられた接着 層を備えていることを特徴とする、 請求項 1〜 9のいずれか一つの請求 項に記載のデバイス。
1 1 . 前記誘電体基板における熱月彭張係数の最小値が前記強誘電体 薄層における熱膨張係数の最小値の 1ノ 5倍以上であり、 かつ前記誘電 体基板における熱膨張係数の最大値が前記強誘電体薄層における熱膨張 係数の最大値の 5倍以下であることを特徴とする、 請求項 1〜 1 0のい ずれか一つの請求項に記載のデバイス c
1 2 . 前記誘電体基板と前記強誘霜体薄層とが同じ材質からなるこ とを特徴とする、 請求項 1 1記載のデノ イス。
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