JP2022177370A - 光デバイス及び光通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変調効率の向上を図ることで小型化及び低駆動電圧化を図る光デバイス及び光通信装置を提供することを目的とする。【解決手段】光デバイスは、シリコン基板と、前記シリコン基板上に積層された、ニオブ酸リチウムに比較して電気光学効果が大きいペロブスカイト型酸化物の薄膜で形成された導波路と、前記導波路を被覆するクラッド層と、を有する。更に、光デバイスは、接地電位の接地電極と、前記接地電極と対向する位置に配置され、前記導波路に駆動電圧を印加する信号電極と、を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、光デバイス及び光通信装置に関する。

一般に、例えば、光変調器のような光デバイスは、表面に光導波路が形成された光変調器チップを備えることがある。光変調器チップの光導波路上には信号電極が配置され、信号電極に電圧が印加されると、光変調器チップの表面に対して垂直方向の電界が光導波路内に発生する。この電界によって光導波路の屈折率が変化するため、光導波路を伝搬する光の位相が変化し、光を変調することが可能となる。すなわち、光変調器チップの光導波路は、例えば、マッハツェンダ干渉計を構成し、平行に配置された複数の光導波路間の光の位相差により、例えば、ＸＹ偏波多重されるＩＱ信号を出力することができる。

光変調器チップが高速変調を実行する際には、光導波路に沿って配置される信号電極に、例えば、数１０ＧＨｚの帯域を有する高速信号が入力される。

また、光導波路は、例えば、ＬＮ（Lithium Niobate：ニオブ酸リチウム：LiNbO₃）結晶の薄膜を用いた薄膜光導波路が信号電極と重なる位置に形成されることがある。薄膜光導波路は、金属を拡散させる拡散光導波路よりも光の閉じ込めを強くすることができ、電界の印加効率を改善し、駆動電圧を低減できる。

図２０は、光変調器１００（ＬＮ変調器）の構成の一例を示す平面模式図である。図２０に示す光変調器１００は、入力側に光源からの光ファイバが接続し、出力側に送信信号送出用の光ファイバが接続する。光変調器１００は、光入力部１１０と、ＲＦ変調部１２０と、光出力部１３０とを有する。光入力部１１０は、第１のＳｉ導波路１１１と、第１のＬＮ－Ｓｉ導波路接合部１１２とを有する。第１のＳｉ導波路１１１は、入力側の光ファイバと接続する１本のＳｉ導波路と、１本のＳｉ導波路を分岐する２本のＳｉ導波路と、各２本のＳｉ導波路を分岐する４本のＳｉ導波路と、各４本のＳｉ導波路を分岐する８本のＳｉ導波路とを有する。第１のＬＮ－Ｓｉ導波路接合部１１２は、第１のＳｉ導波路１１１内の８本のＳｉ導波路とＲＦ変調部１２０内のＬＮ導波路１２１内の８本のＬＮ導波路との間を接合する。

ＲＦ変調部１２０は、ＬＮ導波路１２１と、信号電極１２２と、ＲＦ終端器１２３とを有する。ＲＦ変調部１２０は、第１のＳｉ導波路１１１から供給される光がＬＮ導波路１２１を伝搬する際に、この光を信号電極１２２から印加される電界によって変調する。ＬＮ導波路１２１は、例えば、薄膜ＬＮ基板１５４を用いて形成される光導波路であり、光入力部１１０内の各第１のＬＮ－Ｓｉ導波路接合部１１２と接合する、複数の平行な８本のＬＮ導波路を有する。ＬＮ導波路１２１を伝搬して変調された光は、光出力部１３０へ出力される。

信号電極１２２は、ＬＮ導波路１２１に重なる位置に設けられるＣＰＷ（Coplanar Waveguide）構造の電極であり、ＤＳＰから出力される数１０ＧＨｚの電気信号に応じてＬＮ導波路１２１に電界を印加する。信号電極１２２の終端は、ＲＦ終端器１２３に接続されている。ＲＦ終端器１２３は、信号電極１２２の終端に接続され、信号電極１２２によって伝送される信号の不要な反射を防止する。

光出力部１３０は、第２のＬＮ－Ｓｉ導波路接合部１３１と、第２のＳｉ導波路１３２と、８個の子側ＭＺ（Mach-Zehnder）１３３と、４個の親側ＭＺ１３４とを有する。更に、光出力部１３０は、ＰＲ（Polarization Rotator）１３５と、ＰＢＣ（Polarization Beam Combiner：偏波ビームコンバイナ）１３６とを有する。第２のＬＮ－Ｓｉ導波路接合部１３１は、ＲＦ変調部１２０内の８本のＬＮ導波路１２１と８本の第２のＳｉ導波路１３２との間を接合する。第２のＳｉ導波路１３２は、第２のＬＮ－Ｓｉ導波路接合部１３１に接続する８本のＳｉ導波路と、８本のＳｉ導波路の内、２本のＳｉ導波路に合流する４本のＳｉ導波路とを有する。更に、第２のＳｉ導波路１３２は、４本のＳｉ導波路の内、２本のＳｉ導波路に合流する２本のＳｉ導波路と、２本のＳｉ導波路と合流すると共に、出力側の光ファイバと接続する１本のＳｉ導波路とを有する。

第２のＳｉ導波路１３２内の８本のＳｉ導波路は、Ｓｉ導波路毎に子側ＭＺ１３３を配置している。１組の子側ＭＺ１３３は、Ｓｉ導波路上のＤＣ電極にバイアス電圧を印加することで、電気信号のＯＮ／ＯＦＦが光信号のＯＮ／ＯＦＦに対応するようにバイアス電圧を調整してＩ信号若しくはＱ信号を出力する。第２のＳｉ導波路１３２内の４本のＳｉ導波路は、Ｓｉ導波路毎に親側ＭＺ１３４を配置している。１組の親側ＭＺ１３４は、Ｓｉ導波路上のＤＣ電極にバイアス電圧を印加することで、電気信号のＯＮ／ＯＦＦが光信号のＯＮ／ＯＦＦに対応するようにバイアス電圧を調整してＩ信号若しくはＱ信号を出力する。

ＰＲ１３５は、一方の組の親側ＭＺ１３４から入力したＩ信号若しくはＱ信号を９０度回転して９０度回転後の垂直偏波の光信号を得る。そして、ＰＲ１３５は、垂直偏波の光信号をＰＢＣ１３６に入力する。ＰＢＣ１３６は、ＰＲ１３５からの垂直偏波の光信号と、他方の組の親側ＭＺ１３４から入力した水平偏波の光信号とを合波して偏波多重信号を出力する。

図２１は、図２０に示す光変調器１００のＧ－Ｇ線断面の一例を示す略断面図である。図２０に示すＧ－Ｇ線断面の部位は、第１のＬＮ－Ｓｉ導波路接合部１１２である。図２１に示す第１のＬＮ－Ｓｉ導波路接合部１１２は、Ｓｉ基板１５１と、Ｓｉ基板１５１上に積層されたＳｉＯ₂（二酸化ケイ素）のＢｏｘ層１５２と、Ｂｏｘ層１５２上に積層されたＳｉＯ₂の第１のクラッド層１５３とを有する。更に、第１のＬＮ－Ｓｉ導波路接合部１１２は、第１のクラッド層１５３上に積層された薄膜ＬＮ基板１５４と、薄膜ＬＮ基板１５４上に積層されたＳｉＯ₂の第２のクラッド層１５５とを有する。第１のクラッド層１５３の中央には、第１のＳｉ導波路１１１が形成される。薄膜ＬＮ基板１５４の中央には、上方へ突起するＬＮ導波路１２１が形成される。第１のＳｉ導波路１１１とＬＮ導波路１２１とを上下に接近することで、第１のＳｉ導波路１１１とＬＮ導波路１２１とを方向性結合する。

図２２は、図２０に示す光変調器１００のＨ－Ｈ線断面の一例を示す略断面図である。図２０に示すＨ－Ｈ線断面の部位は、ＲＦ変調部１２０の略断面である。図２２に示すＲＦ変調部１２０は、Ｓｉ基板１５１と、Ｓｉ基板１５１上に積層されたＳｉＯ₂のＢｏｘ層１５２と、Ｂｏｘ層１５２上に積層された第１のクラッド層１５３とを有する。更に、ＲＦ変調部１２０は、第１のクラッド層１５３上に積層された薄膜ＬＮ基板１５４と、薄膜ＬＮ基板１５４上に積層されたＳｉＯ₂の第２のクラッド層１５５とを有する。薄膜ＬＮ基板１５４の中央には、上方へ突起するＬＮ導波路１２１が形成される。第２のクラッド層１５５の表面にＣＰＷ構造の信号電極１２２が配置される。すなわち、信号電極１２２がＬＮ導波路１２１と重なる位置に配置され、信号電極１２２を挟む一対の接地電極１２２Ａが第２のクラッド層１５５上に配置される。

このようなＬＮ導波路１２１では、信号電極１２２に高周波信号を印加して電界を発生させ、ＬＮ導波路１２１の屈折率を変化させることにより、ＬＮ導波路１２１を伝搬する光を変調できる。また、薄膜ＬＮ基板１５４及びＬＮ導波路１２１が第１のクラッド層１５３上に積層されるため、ＬＮ導波路１２１に強く光を閉じ込めることができ、信号電極１２２に印加される駆動電圧を低減できる。

米国特許第５１８９７１３号明細書 国際公開第２０１５／０８７９８８号 特開２００３－１９５２３９号公報 米国特許第７０９５９２０号明細書

Mingbo He et al., "High-performance hybrid silicon and lithium niobite Mach-Zehender modulators for 100 Gbit/s and beyond" NATURE PHOTONICS vol.13, may 2019, 359-364

しかしながら、ＬＮ単結晶を採用した光変調器１００でも、更なる小型化且つ低駆動電圧化が求められているのが実情である。

開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、変調効率の向上により、小型化且つ低駆動電圧化を図る光デバイス等を提供することを目的とする。

本願が開示する光デバイスは、１つの態様において、シリコン基板と、前記シリコン基板上に積層された、ニオブ酸リチウムに比較して電気光学効果が大きいペロブスカイト型酸化物の薄膜で形成された導波路と、を有する。更に、光デバイスは、前記導波路を被覆するクラッド層と、接地電位の接地電極と、前記接地電極と対向する位置に配置され、前記導波路に駆動電圧を印加する信号電極と、を有する。

本願が開示する光デバイス等の１つの態様によれば、変調効率の向上をにより、小型化、かつ、低駆動電圧化を図ることができる。

図１は、本実施例の光通信装置の構成の一例を示すブロック図である。 図２は、実施例１の光変調器（ＰＺＴ変調器）の構成の一例を示す平面模式図である。 図３は、図２に示す光変調器のＡ－Ａ線断面の一例を示す略断面図である。 図４は、図２に示す光変調器のＢ－Ｂ線断面の一例を示す略断面図である。 図５は、図２に示す光変調器のＣ－Ｃ線断面の一例を示す略断面図である。 図６は、光変調器のＤ－Ｄ線断面（Ｓｉ光集積回路ウエハ）の一例を示す略断面図である。 図７は、薄膜ＰＺＴ基板ウエハの一例を示す略断面図である。 図８Ａは、ＲＦ変調部の製造工程の一例を示す説明図である。 図８Ｂは、ＲＦ変調部の製造工程（密着層）の一例を示す説明図である。 図８Ｃは、ＲＦ変調部の製造工程（ＰＺＴ層の底面とＳｉ導波路の上面との間の寸法調整）の一例を示す説明図である。 図８Ｄは、ＲＦ変調部の製造工程（研磨処理）の一例を示す説明図である。 図８Ｅは、ＲＦ変調部の製造工程（薄膜ＰＺＴ基板形成）の一例を示す説明図である。 図９は、ＲＦ変調部の製造工程時の他の例を示す説明図である。 図１０は、図２に示す光変調器のＢ－Ｂ線断面の変形例を示す略断面図である。 図１１Ａは、図２に示す光変調器のＢ－Ｂ線断面の変形例を示す略断面図である。 図１１Ｂは、薄膜ＢＴＯ基板ウエハの一例を示す略断面図である。 図１２は、実施例２の光変調器（ＰＬＺＴ変調器）の構成の一例を示す平面模式図である。 図１３は、図１２に示す光変調器のＥ－Ｅ線断面の一例を示す略断面図である。 図１４は、図１２に示す光変調器のＦ－Ｆ線断面の一例を示す略断面図である。 図１５は、薄膜ＰＬＺＴ基板ウエハの一例を示す略断面図である。 図１６Ａは、ＲＦ変調部の製造工程の一例を示す説明図である。 図１６Ｂは、ＲＦ変調部の製造工程（密着層）の一例を示す説明図である。 図１６Ｃは、ＲＦ変調部の製造工程（ＰＬＺＴ層の底面とＳｉ導波路の上面との間の寸法調整）の一例を示す説明図である。 図１６Ｄは、ＲＦ変調部の製造工程（研磨処理）の一例を示す説明図である。 図１６Ｅは、ＲＦ変調部の製造工程（薄膜ＰＬＺＴ基板形成）の一例を示す説明図である。 図１７は、電極長に対する駆動電圧におけるＬＮ導波路とＰＬＺＴ導波路との比較結果の一例を示す説明図である。 図１８は、ＲＦ変調部の製造工程時の他の例を示す説明図である。 図１９は、光変調器のＥ－Ｅ線断面の変形例を示す略断面図である。 図２０は、光変調器（ＬＮ変調器）の構成の一例を示す平面模式図である。 図２１は、図２０に示す光変調器のＧ－Ｇ線断面の一例を示す略断面図である。 図２２は、図２０に示す光変調器のＨ－Ｈ線断面の一例を示す略断面図である。

以下、本願が開示する光デバイス等の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、説明の便宜上、各種部位の寸法を例示したが、この寸法に限定されるものではなく、適宜変更可能である。

図１は、本実施例の光通信装置１の構成の一例を示すブロック図である。図１に示す光通信装置１は、出力側の光ファイバ２Ａ（２）及び入力側の光ファイバ２Ｂ（２）と接続する。光通信装置１は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）３と、光源４と、光変調器５と、光受信器６とを有する。ＤＳＰ３は、デジタル信号処理を実行する電気部品である。ＤＳＰ３は、例えば、送信データの符号化等の処理を実行し、送信データを含む電気信号を生成し、生成した電気信号を光変調器５に出力する。また、ＤＳＰ３は、受信データを含む電気信号を光受信器６から取得し、取得した電気信号の復号等の処理を実行して受信データを得る。

光源４は、例えば、レーザダイオード等を備え、所定の波長の光を発生させて光変調器５及び光受信器６へ供給する。光変調器５は、ＤＳＰ３から出力される電気信号によって、光源４から供給される光を変調し、得られた光送信信号を光ファイバ２Ａに出力する光デバイスである。光変調器５は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：lead zirconate titanate）導波路３１とマイクロストリップライン（ＭＳＬ：Micro Stripline）構造の信号電極３２とを備える。光変調器５は、光源４から供給される光がＰＺＴ導波路３１を伝搬する際に、この光を信号電極３２へ入力される電気信号によって変調することで、光送信信号を生成する。

光受信器６は、光ファイバ２Ｂから光信号を受信し、光源４から供給される光を用いて受信光信号を復調する。そして、光受信器６は、復調した受信光信号を電気信号に変換し、変換後の電気信号をＤＳＰ３に出力する。

図２は、実施例１の光変調器（ＰＺＴ変調器）５の構成の一例を示す平面模式図である。図２に示す光変調器５は、入力側に光源４からの光ファイバ４Ａを接続し、出力側に送信信号送出用の光ファイバ２Ａを接続する、例えば、ＰＺＴ変調器である。光変調器５は、第１の光入力部１１と、ＲＦ変調部１２と、第１の光出力部１３とを有する。第１の光入力部１１は、第１のＳｉ導波路２１と、第１のＰＺＴ－Ｓｉ導波路接合部２２とを有する。第１のＳｉ導波路２１は、光ファイバ４Ａと接続する１本のＳｉ導波路と、１本のＳｉ導波路から分岐する２本のＳｉ導波路と、各２本のＳｉ導波路を分岐する４本のＳｉ導波路と、各４本のＳｉ導波路を分岐する８本のＳｉ導波路とを有する。第１のＰＺＴ－Ｓｉ導波路接合部２２は、第１のＳｉ導波路２１内の８本のＳｉ導波路とＰＺＴ導波路３１内の８本のＰＺＴ導波路との間を接合する。

ＲＦ変調部１２は、ＰＺＴ導波路３１と、信号電極３２と、ＲＦ終端器３３とを有する。ＲＦ変調部１２は、第１のＳｉ導波路２１から供給される光がＰＺＴ導波路３１を伝搬する際に、この光を信号電極３２から印加される電界によって変調する。ＰＺＴ導波路３１は、例えば、薄膜ＰＺＴ基板５５を用いて形成される光導波路であり、入力側から分岐を繰り返し、複数の平行な８本のＰＺＴ導波路を有する。ＰＺＴ導波路３１を伝搬して変調された光は、第１の光出力部１３へ出力される。ＰＺＴは、ＬＮに比較して光屈折率等の電気光学効果が大きい無機材料、例えば、ぺロブスカイト型酸化物である。

信号電極３２は、ＰＺＴ導波路３１に重なる位置に設けられるＭＳＬ構造の伝送路であり、ＤＳＰ３から出力される電気信号に応じてＰＺＴ導波路３１へ電界を印加する。信号電極３２の終端は、ＲＦ終端器３３に接続されている。ＲＦ終端器３３は、信号電極３２の終端に接続され、信号電極３２によって伝送される信号の不要な反射を防止する。

薄膜ＰＺＴ基板５５は、ＰＺＴ単結晶であって、薄膜ＰＺＴ基板の電気光学係数が高い結晶方向がＳｉ基板５１に対して垂直方向（Ｘ方向）ある為、光変調器５は、Ｓｉ基板５１と信号電極３２との間に接地電極５３を有し、電界の向きがＳｉ基板５１に対して垂直方向（Ｘ方向）の構造とする。

第１の光出力部１３は、第２のＰＺＴ－Ｓｉ導波路接合部４１と、第２のＳｉ導波路４２と、８個の子側ＭＺ４３と、４個の親側ＭＺ４４と、ＰＲ４５と、ＰＢＣ４６とを有する。第２のＰＺＴ－Ｓｉ導波路接合部４１は、ＲＦ変調部１２内のＰＺＴ導波路３１と第２のＳｉ導波路４２との間を接合する。第２のＳｉ導波路４２は、第２のＰＺＴ－Ｓｉ導波路接合部４１に接続する８本のＳｉ導波路と、８本のＳｉ導波路の内、２本のＳｉ導波路と合流する４本のＳｉ導波路とを有する。更に、第２のＳｉ導波路４２は、４本のＳｉ導波路の内、２本のＳｉ導波路と合流する２本のＳｉ導波路と、２本のＳｉ導波路と合流する１本のＳｉ導波路とを有する。第２のＳｉ導波路４２内の８本のＳｉ導波路は、Ｓｉ導波路毎に子側ＭＺ（Mach-Zehnder）４３を配置している。１組の子側ＭＺ４３は、Ｓｉ導波路上のＤＣ電極にバイアス電圧を印加することで、電気信号のＯＮ／ＯＦＦが光信号のＯＮ／ＯＦＦに対応するようにバイアス電圧を調整して、同相軸成分のＩ信号若しくは直交軸成分のＱ信号を出力する。第２のＳｉ導波路４２内の４本のＳｉ導波路は、Ｓｉ導波路毎に親側ＭＺ４４を配置している。１組の親側ＭＺ４４は、Ｓｉ導波路上のＤＣ電極にバイアス電圧を印加することで、電気信号のＯＮ／ＯＦＦが光信号のＯＮ／ＯＦＦに対応するようにバイアス電圧を調整してＩ信号若しくはＱ信号を出力する。

ＰＲ４５は、一方の組の親側ＭＺ４４から入力したＩ信号若しくはＱ信号を９０度回転して９０度回転後の垂直偏波の光信号を得る。そして、ＰＲ４５は、垂直偏波の光信号をＰＢＣ４６に入力する。ＰＢＣ４６は、ＰＲ４５からの垂直偏波の光信号と、他方の組の親側ＭＺ４４から入力した水平偏波の光信号とを合波して偏波多重信号を出力する。

次に、実施例１の光変調器５の構成について、具体的に説明する。図３は、図２に示す光変調器５のＡ－Ａ線断面の一例を示す略断面図、図４は、図２に示す光変調器のＢ－Ｂ線断面の一例を示す略断面図である。図３に示すＡ－Ａ線断面の部位及び図４に示すＢ－Ｂ線断面の部位は、ＲＦ変調部１２の部位である。ＲＦ変調部１２は、Ｓｉ基板５１と、Ｓｉ基板５１上に積層されたＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）等のＢｏｘ層５２と、Ｂｏｘ層５２上に積層されたＭＳＬ構造の接地電極５３とを有する。ＲＦ変調部１２は、Ｂｏｘ層５２上に形成された第１のＳｉ導波路２１と、接地電極５３上に積層された第１のクラッド層５４とを有する。更に、ＲＦ変調部１２は、第１のクラッド層５４に積層された薄膜ＰＺＴ基板５５と、薄膜ＰＺＴ基板５５上に積層された第２のクラッド層５６と、第２のクラッド層５６に積層されたＭＳＬ構造の信号電極３２とを有する。

Ｓｉ基板５１は、例えば、厚さが数百μｍ程度のＳｉ基板である。Ｂｏｘ層５２は、例えば、ＳｉＯ₂又はＴｉＯ₂（二酸化チタン）等の基板である。接地電極５３は、例えば、アルミニウム等の金属からなる厚みが０．１μｍ以上の接地電位の電極である。接地電極５３は、信号電極３２からＳｉ基板５１への電界の影響を小さくして高周波の損失を減らすことができる。第１のクラッド層５４は、例えば、ＳｉＯ₂又はＴｉＯ₂等で構成し、厚さが、例えば、０．３～０．５ｎｍの層である。同様に、第２のクラッド層５６は、ＳｉＯ₂又はＴｉＯ₂等からなる、厚さが、例えば、０．２～３μｍの層である。第２のクラッド層５６は、例えば、薄膜ＰＺＴ基板５５の上部に配置された信号電極３２による光の損失を抑制できる。

第１のクラッド層５４と第２のクラッド層５６との間には、厚さが、例えば、０．５～３μｍの薄膜ＰＺＴ基板５５が挟まれており、薄膜ＰＺＴ基板５５の中央には、上方へ突起するＰＺＴ導波路３１が形成されている。ＰＺＴ導波路３１となる突起の幅は、例えば、１～８μｍ程度である。薄膜ＰＺＴ基板５５及びＰＺＴ導波路３１は、第２のクラッド層５６によって被覆されており、第２のクラッド層５６の表面に信号電極３２が配置される。つまり、信号電極３２は、ＰＺＴ導波路３１を挟んで接地電極５３に対向し、ＭＳＬ構造の伝送路を構成している。

ＭＳＬ構造の接地電極５３は、Ｓｉウエハプロセスで成膜されるのが望ましい。また、接地電極５３と第１のクラッド層５４との密着性を考慮して材料が選択されるのが望ましい。また、信号電極３２は、高周波損失の小さい、接地電極５３と異なる材料であることが望ましい。

信号電極３２は、例えば、金や銅等の金属材料からなり、幅が、例えば、２～１０μｍ、厚みが、例えば、１～２０μｍの電極である。接地電極５３は、例えば、アルミニウム等の金属材料からなり、厚みが０．１μｍ以上の電極である。ＤＳＰ３から出力される電気信号に応じた高周波信号が信号電極３２によって伝送されることにより、信号電極３２から接地電極５３へ向かう方向の電界が発生し、この電界がＰＺＴ導波路３１に印加される。その結果、ＰＺＴ導波路３１への電界印加に応じてＰＺＴ導波路３１の屈折率が変化し、ＰＺＴ導波路３１を伝搬する光を変調することが可能となる。ＰＺＴ導波路３１を形成する薄膜ＰＺＴ基板５５は、ＰＺＴ単結晶であるため、結晶方向（結晶の向き）は、電界方向と同一である、Ｓｉ基板５１に対して垂直方向（Ｘ方向）である。

光変調器５は、Ｓｉ光集積回路ウエハ５００と、薄膜ＰＺＴ基板ウエハ５５０とを有する。Ｓｉ光集積回路ウエハ５００は、光変調器５内の第１の光入力部１１、ＲＦ変調部１２及び第１の光出力部１３を形成するウエハである。薄膜ＰＺＴ基板ウエハ５５０は、ＲＦ変調部１２を形成する、ＰＺＴ単結晶の薄膜ＰＺＴ基板５５を形成するためのウエハである。

図５は、図２に示す光変調器５のＣ－Ｃ線断面の一例を示す略断面図である。図５に示すＣ－Ｃ線断面部位は、第１のＰＺＴ－Ｓｉ導波路接合部２２である。第１のＰＺＴ－Ｓｉ導波路接合部２２は、Ｓｉ基板５１と、Ｓｉ基板５１上に積層されたＢｏｘ層５２と、Ｂｏｘ層５２上に積層された第１のＳｉ導波路２１と、第１のＳｉ導波路２１を被覆する第１のクラッド層５４とを有する。更に、第１のＰＺＴ－Ｓｉ導波路接合部２２は、第１のクラッド層５４上に積層されたＰＺＴ導波路３１を有する薄膜ＰＺＴ基板５５と、薄膜ＰＺＴ基板５５上に積層された第２のクラッド層５６とを有する。

図６は、光変調器５のＤ－Ｄ線断面（Ｓｉ光集積回路ウエハ）５００の一例を示す略断面図である。図６に示すＳｉ光集積回路ウエハ５００は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハで構成する。Ｓｉ光集積回路ウエハ５００は、Ｓｉ基板５１と、Ｓｉ基板５１上に積層されたＢｏｘ層５２と、Ｂｏｘ層５２上に積層された第１のＳｉ導波路２１と、第１のＳｉ導波路２１上に積層された第１のクラッド層５４とを有する。第１のクラッド層５４は、例えば、ＳｉＯ₂膜等の低屈折率の誘電体である。第１のクラッド層５４の表面は、凹凸を無くす為、化学機械研磨（ＣＭＰ）で平坦化する。尚、ウエハ表面全体を被覆する誘電体としては、例えば、低屈折率の樹脂でもよい。

図７は、薄膜ＰＺＴ基板ウエハ５５０の一例を示す略断面図である。図７に示す薄膜ＰＺＴ基板ウエハ５５０は、Ｓｉ基板５５１と、ＺｒＯ_２膜５５２と、Ｐｔ層５５３と、ＳＲＯ膜５５４と、ＰＺＴ層５５５とを有する。ＺｒＯ_２膜５５２は、例えば、１０ｎｍ以上の膜部と、３～８ｎｍの突出部からなり、最大で８％の結晶欠陥を含むことにより弾力性を有するＺｒＯ_２を含む第１の層が、Ｓｉ単結晶上にエピタキシャル成長で形成する膜である。Ｐｔ層５５３は、例えば、２０ｎｍ以上の膜厚のＰｔを含む第２の層が、ＺｒＯ_２膜５５２上にエピタキシャル成長で形成する層である。ＳＲＯ膜５５４は、例えば、２０ｎｍ以上の膜厚のＳＲＯ（酸化ストロンチウム）を含む第３の層が、Ｐｔ層５５３上にエピタキシャル成長で形成する膜である。ＰＺＴ層５５５は、例えば、２ｕｍ程度の膜厚のＰＺＴ等の圧電効果及び電気光学効果を有する薄膜を含む第４の層が、ＳＲＯ膜５５４上にエピタキシャル成長で形成する層である。第１の層、第２の層、第３の層及び第４の層を順にエピタキシャル成長することでＰＺＴ単結晶のＰＺＴ層５５５を含む多層膜の薄膜ＰＺＴ基板ウエハ５５０を形成する(参考文献：国際公開ＷＯ２０２０/１７９２１０)。エピタキシャル成長は、ＺｒＯ_２膜５５２は真空蒸着、Ｐｔ層５５３と、ＳＲＯ膜５５４と、ＰＺＴ層５５５はスパッタリング等の物理気相成長（ＰＶＤ：Physical Vapor Deposition）法を使用することができる。更に、エピタキシャル成長を促進する目的でＳｉ基板５５１を４５０～６００℃の温度に加熱しても良い。

ここで、第１の層のＺｒＯ_２結晶は、正方晶であるが、最大で８％の結晶欠陥を含んでおり、結晶欠陥があると格子歪みを小さくする方向に向けて、欠陥の空孔と近接の原子が弾力性を有すると考えられる。このＺｒＯ_２結晶の弾力性を利用し、結晶構造を可変とするように機能させることができる。また、ＺｒＯ_２結晶の突出部が形成されるということは、成膜過程において原料濃度が過飽和のとき、結晶のある軸がある陵に沿って異方性を持って成長してピラミッド構造を形成しながら結晶成長していくことによるものであると考えられる。

図８Ａ～図８Ｅは、光変調器５のＲＦ変調部１２の製造工程の一例を示す説明図である。図８Ａは、ＲＦ変調部１２の製造工程の一例を示す説明図、図８Ｂは、ＲＦ変調部１２の製造工程（密着層）の一例を示す説明図である。図８Ａ及び図８Ｂに示す薄膜ＰＺＴ基板ウエハ５５０のＰＺＴ層５５５上に密着層５５６を介してＳｉ光集積回路ウエハ５００内の第１のクラッド層５４上にウエハボンディングする。

図８Ｃは、ＲＦ変調部１２の製造工程（ＰＺＴ層５５５の底面と第１のＳｉ導波路２１の上面との間の寸法調整）の一例を示す説明図である。尚、説明の便宜上、第１のＳｉ導波路２１の厚みが、例えば、２２０ｎｍ、ＰＺＴ層５５５の厚みが、例えば、１μｍとした場を想定する。図８Ｃに示すＳｉ光集積回路ウエハ５００上に薄膜ＰＺＴ基板ウエハ５５０をウエハボンディングした。そして、ＰＺＴ層５５５の底面と第１のＳｉ導波路２１の上面との間の厚みの寸法が、例えば、１００～３００ｎｍの範囲になるように密着層５５６及び第１のクラッド層５４の厚さを調整する。その結果、第１のＳｉ導波路２１からＰＺＴ導波路３１への光の結合を行うことができる。

図８Ｄは、ＲＦ変調部１２の製造工程（研磨処理）の一例を示す説明図である。Ｓｉ光集積回路ウエハ５００上に薄膜ＰＺＴ基板ウエハ５５０のＰＺＴ層５５５をボンディングした後、薄膜ＰＺＴ基板ウエハ５５０内のＰＺＴ層５５５を残して、研磨処理を使用してＳｉ基板５５１、ＺｒＯ_２膜５５２、Ｐｔ層５５３及びＳＲＯ膜５５４を除去する。

図８Ｅは、ＲＦ変調部１２の製造工程（薄膜ＰＺＴ基板形成）の一例を示す説明図である。更に、図８Ｅに示すように研磨処理後の薄膜ＰＺＴ基板ウエハ５５０のＰＺＴ層５５５には、フォトリソグラフィを使用して、ＰＺＴ層５５５の表面上に凸状のＰＺＴ導波路３１及びＰＺＴスラブ５５８を形成する。その結果、第１のクラッド層５４上に薄膜ＰＺＴ基板５５を形成することになる。尚、薄膜ＰＺＴ基板５５のＰＺＴスラブ５５８は、Ｓｉ光集積回路ウエハ５００上の第１のクラッド層５４と薄膜ＰＺＴ基板５５との間の接着力を強化できる。

そして、薄膜ＰＺＴ基板５５上に第２のクラッド層５６を形成する（図４参照）。更に、第２のクラッド層５６上にＭＳＬ構造の信号電極３２を形成する。その結果、図４に示すＲＦ変調部１２が完成する。

実施例１の光変調器５は、Ｓｉ基板５１と、Ｓｉ基板５１上に積層された接地電位の接地電極５３と、接地電極５３上に積層された薄膜ＰＺＴ基板５５によって形成されるＰＺＴ導波路３１とを有する。更に、光変調器５は、ＰＺＴ導波路３１を挟んで接地電極５３とＳｉ基板５１の垂直方向に対向する位置に配置され、ＰＺＴ導波路３１に高周波信号を印加する信号電極３２を有する。その結果、ＬＮ導波路に比較して電気光学効果が大きいＰＺＴ導波路３１を使用するため、変調効率の向上を図ることで小型化及び低駆動電圧化を図ることができる。光変調器５の材料としてＬＮに比較して電気光学効果の高いＰＺＴ単結晶の薄膜ＰＺＴ基板５５を使用するため、ＬＮ単結晶に比較して、ＰＺＴ単結晶は３倍以上の電気光学係数が得られる。

光変調器５は、接地電極５３と薄膜ＰＺＴ基板５５との間に積層される第１のクラッド層５４と、薄膜ＰＺＴ基板５５に積層され、ＰＺＴ導波路３１を被覆する第２のクラッド層５６とを有する。信号電極３２は、第２のクラッド層５６の表面のＰＺＴ導波路３１と重なる位置に配置される。信号電極３２は、Ｓｉ基板５１に対して垂直方向（図４の縦方向（Ｘ方向））の電界がＰＺＴ導波路３１内に発生する。ＰＺＴ導波路３１の結晶方向も、Ｓｉ基板５１に対して垂直方向（Ｘ方向）である。つまり、ＰＺＴ導波路３１の結晶方向は、電界方向と同一となるため、電界の印加効率を改善して駆動電圧を低減し、変調効率の大幅向上を図ることができる。更に、ＰＺＴを用いることにより変調効率（電圧×電極長）が高くなります。その結果、低電圧化・小型化が実現可能となります。しかも、電極長が短くしてもＬＮに比較して高い変調効率が得られるため、電極長を短くした分、光変調器５の小型化を図ることができる。

光変調器５は、第１のＳｉ導波路２１を被覆する第１のクラッド層５４と、薄膜ＰＺＴ基板５５を被覆する第２のクラッド層３６とを有する。第１のＳｉ導波路２１の上面と薄膜ＰＺＴ基板５５の底面との間の第１のクラッド層５４の厚さを１００ｎｍ～３００ｎｍ以内にして第１のＳｉ導波路２１とＰＺＴ導波路３１とを光結合する。その結果、第１のＳｉ導波路２１とＰＺＴ導波路３１とを光結合できる。

第１のクラッド層５４は、低屈折率の誘電体若しくは樹脂で形成される。その結果、第１のクラッド層５４と薄膜ＰＺＴ基板５５とを接合できる。

光変調器５は、Ｓｉ基板５１の裏面に形成された誘電体であるＳｉＯ_２膜の誘電体５７を有する。その結果、光変調器５の製造工程時の熱履歴等による反りの影響を抑制できる。

尚、実施例１の光変調器５のＲＦ変調部１２は、図８Ｄに示すように光集積回路ウエハ５００上に密着層５５６を介してＰＺＴ層５５５を接合する場合を例示した。しかしながら、光変調器５を製造する工程において熱履歴等で光集積回路ウエハ５００の反りが大きくなると、光変調器５のパターン形成時に使用する露光装置等でウエハステージに光集積回路ウエハ５００が吸着できなくなることも考えられる。そこで、このような事態に対処すべく、図９に示すように、Ｓｉ光集積回路ウエハ５００のＳｉ基板５１の裏面にＳｉＯ₂膜等の誘電体５７を成膜することで、Ｓｉ光集積回路ウエハ５００の反りを抑制する。その結果、光変調器５のパターン形成時に使用する露光装置等でウエハステージに光集積回路ウエハ５００が吸着できなくなるような事態を回避できる。

また、ＲＦ変調部１２は、光集積回路ウエハ５００の第１のクラッド層５４上に密着層５５６Ａを介して薄膜ＰＺＴ基板ウエハ５５０のＰＺＴ層５５５を接合する場合を例示した。しかしながら、密着層５５６Ａを使用しなくても、第１のクラッド層５４とＰＺＴ層５５５との間の接合部を形成しても良く、適宜変更可能である。

図１０は、図２に示す光変調器５のＢ－Ｂ線断面の変形例を示す略断面図である。図１０に示すＲＦ変調部１２は、薄膜ＰＺＴ基板５５のＰＺＴ導波路３１の両側を被覆した第２のクラッド層５６の部位をエッチング処理で開口部５６１が形成される。更に、ＲＦ変調部１２は、ＰＺＴ導波路３１上の第２のクラッド層５６上に信号電極３２を配置した。ＰＺＴ導波路３１の両側を被覆した第２のクラッド層５６の部位が開口することで第２のクラッド層５６の影響を小さくし、信号電極３２から接地電極５３への垂直方向の電界をＰＺＴ導波路３１に印加する。その結果、変調効率の向上を図ることができる。

図１１Ａは、図２に示す光変調器５のＢ－Ｂ線断面の変形例を示す略断面図である。図１１Ａに示すＲＦ変調部１２は、第２のクラッド層５６、薄膜ＰＺＴ基板５５及び第１のクラッド層５４をエッチングすることで第１のクラッド層５４で被覆した接地電極５３の表面の一部を露出する開口部５６２が形成される。そして、開口部５６２内に接地電極５３と同一材料の金属を成膜することで露出用の接地電極５３１が形成される。その結果、接地電極５３と露出用の接地電極５３１とを電気的に接合するため、接地電極５３１を第２のクラッド層５６上に露出させることで簡単にアース接続できる。

尚、説明の便宜上、実施例１の光変調器５では、第１のＳｉ導波路２１とＰＺＴ導波路３１との間を方向性結合する場合を例示したが、第１のＳｉ導波路２１とＰＺＴ導波路との間を突き合わせで結合してもよく、適宜変更可能である。

薄膜ＰＺＴ基板５５と接地電極５３との間に第１のクラッド層５４を有し、接地電極５３を積層するために第１のクラッド層５４を厚くする必要がある。従って、第１のクラッド層５４を厚くした分、ＰＺＴ導波路３１と第１のＳｉ導波路２１との間の距離が離れているため、ＰＺＴ導波路３１と第１のＳｉ導波路２１との間の結合長が長くなる。そこで、このような事態に対処すべく、ＰＺＴ導波路３１と第１のＳｉ導波路２１との間にＳｉ－ＰＺＴ導波路で光結合してもよい。

尚、実施例１の光変調器５ではＰＺＴ変調器を例示したが、ＰＺＴの代わりにＢｉＴｉＯ_３（チタン酸バリウム。以後、ＢＴＯと称する）を採用したＢＴＯ変調器でもよい。図１１Ｂは、薄膜ＢＴＯ基板ウエハ５５０Ｂの一例を示す略断面図である。図１１Ｂに示す薄膜ＢＴＯ基板ウエハ５５０Ｂは、Ｓｉ基板５５１と、ＺｒＯ_２膜５５２と、Ｐｔ層５５３と、ＳＲＯ膜５５４と、ＢＴＯ膜５５５Ｂとを有する。前述したように、正方晶のＺｒＯ_２結晶が結晶欠陥を含んでおり、欠陥の空孔と近接の原子が弾力性を有するため、結晶構造を可変とするように機能でき、成膜過程において原料濃度が過飽和のとき、結晶のある軸がある陵に沿って異方性を持って成長してピラミッド構造を形成しながら結晶成長していくため、ＢＴＯでもエピタキシャル成長が可能である。

また、ＢＴＯは変調器の動作温度範囲（例えば、－５℃～７５℃）の０℃～５℃近傍で、相転移を起こすことがあるため、動作温度範囲で特性の安定化を行うために、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｌａ、ＫＦ等をＢＴＯにドープしてキュリー温度を下げ、０℃～５℃近傍での相転移を－５℃以下に下げたり、ペルチェ素子で、例えば２５℃～４５℃に温度制御して使用することができる。尚、図１１Ｂに示すＳｉ基板５１の積層面と反対側の面上にペルチェ素子が搭載されてなる。そして、ペルチェ素子の温度を一定に制御することで、変調器の動作温度範囲で特性の安定化を図ることができる。

そして、薄膜ＢＴＯ基板ウエハ５５０のＢＴＯ膜５５５Ｂ上に密着層５５６を介してＳｉ光集積回路ウエハ５００内の第１のクラッド層５４上にウエハボンディングする。その結果、図８Ａ～図８Ｅの製造工程を経て第１のクラッド層５４上に薄膜ＰＺＴ基板５５の代わりに薄膜ＢＴＯ基板を形成する。尚、薄膜ＢＴＯ基板を形成する工程は、ＰＺＴ膜の代わりにＢＴＯ膜を使用した薄膜ＢＴＯ基板ウエハ５５０を使用する点で異なるものの、その他の形成工程は、薄膜ＰＺＴ基板５５を形成する工程とほぼ同一であるため、その詳細な説明については省略する。そして、薄膜ＢＴＯ基板上に第２のクラッド層５６を形成する（図４参照）。更に、第２のクラッド層５６上にＭＳＬ構造の信号電極３２を形成する。その結果、ＢＴＯ変調器のＲＦ変調部が完成することになる。薄膜ＢＴＯ基板に形成されたＢＴＯ導波路は、図８Ｅに示す薄膜ＰＺＴ基板５５に形成されたＰＺＴ導波路３１のような形状である。

更に、実施例１の光変調器５ではＰＺＴ変調器を例示したが、ＰＺＴの代わりにＰＬＺＴ（ランタンドープジルコン酸チタン酸鉛）を採用したＰＬＺＴ変調器でもよく、その実施の形態につき、実施例２として以下に説明する。尚、実施例１と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。

図１２は、実施例２の光変調器（ＰＬＺＴ変調器）５Ａの構成の一例を示す平面模式図である。図１２に示す光変調器５Ａは、ＰＬＺＴ変調器である。光変調器５Ａは、第１の光入力部１１と、ＲＦ変調部１２Ａと、第１の光出力部１３とを有する。第１の光入力部１１は、第１のＳｉ導波路２１と、第１のＰＬＺＴ－Ｓｉ導波路接合部２２Ａとを有する。第１のＳｉ導波路２１は、光ファイバ４Ａと接続する１本のＳｉ導波路と、１本のＳｉ導波路から分岐する２本のＳｉ導波路と、各２本のＳｉ導波路を分岐する４本のＳｉ導波路と、各４本のＳｉ導波路を分岐する８本のＳｉ導波路とを有する。第１のＰＬＺＴ－Ｓｉ導波路接合部２２Ａは、第１のＳｉ導波路２１内の８本のＳｉ導波路とＰＬＺＴ導波路３１Ａ内の８本のＰＬＺＴ導波路との間を接合する。

ＲＦ変調部１２Ａは、ＰＬＺＴ導波路３１Ａと、信号電極３２Ａと、ＲＦ終端器３３とを有する。ＲＦ変調部１２Ａは、第１のＳｉ導波路２１から供給される光がＰＬＺＴ導波路３１Ａを伝搬する際に、この光を信号電極３２Ａから印加される電界によって変調する。ＰＬＺＴ導波路３１Ａは、例えば、薄膜ＰＬＺＴ基板５５Ａを用いて形成される光導波路であり、入力側から分岐を繰り返し、複数の平行な８本のＰＬＺＴ導波路を有する。ＰＬＺＴ導波路３１Ａを伝搬して変調された光は、第１の光出力部１３へ出力される。ＰＬＺＴは、ＬＮに比較して光屈折率等の電気光学効果が大きい無機材料、例えば、ぺロブスカイト型酸化物である。

信号電極３２Ａ及び接地電極５３Ａは、コプレーナ導波路（ＣＰＷ：Coplanar Waveguide）構造である。ＰＬＺＴ導波路３１Ａの上方には、信号電極３２Ａと、信号電極３２Ａを挟む一対の接地電極５３Ａとが配置される。信号電極３２Ａは、ＤＳＰ３から出力される電気信号に応じてＰＬＺＴ導波路３１Ａへ電界を印加する。信号電極３２Ａの終端は、ＲＦ終端器３３に接続されている。

光変調器５Ａは、ＰＬＺＴ導波路３１Ａの上方にＣＰＷ構造の信号電極３２Ａ及び一対の接地電極５３Ａを有し、電界の向きがＳｉ基板５１に対して幅方向（図１３中の左右方向（Ｚ方向））となる。薄膜ＰＬＺＴ基板５５Ａは、ＰＬＺＴ単結晶であって、薄膜ＰＬＺＴ基板５５Ａの結晶方向は電界の向きと同じＳｉ基板５１に対して幅方向（Ｚ方向）である。

第１の光出力部１３は、第２のＰＬＺＴ－Ｓｉ導波路接合部４１Ａと、第２のＳｉ導波路４２と、８個の子側ＭＺ４３と、４個の親側ＭＺ４４と、ＰＲ４５と、ＰＢＣ４６とを有する。第２のＰＬＺＴ－Ｓｉ導波路接合部４１Ａは、ＲＦ変調部１２Ａ内のＰＬＺＴ導波路３１Ａと第２のＳｉ導波路４２との間を接合する。第２のＳｉ導波路４２は、第２のＰＬＺＴ－Ｓｉ導波路接合部４１Ａに接続する８本のＳｉ導波路と、８本のＳｉ導波路の内、２本のＳｉ導波路と合流する４本のＳｉ導波路とを有する。

次に、実施例２の光変調器５Ａの構成について、具体的に説明する。図１３は、図１２に示す光変調器５ＡのＥ－Ｅ線断面の一例を示す略断面図である。図１３に示すＥ－Ｅ線断面の部位は、ＲＦ変調部１２Ａの部位である。ＲＦ変調部１２Ａは、Ｓｉ基板５１と、Ｓｉ基板５１上に積層されたＳｉＯ_２のＢｏｘ層５２と、Ｂｏｘ層５２上に積層された第１のクラッド層５４とを有する。ＲＦ変調部１２Ａは、第１のクラッド層５４に積層された薄膜ＰＬＺＴ基板５５Ａと、薄膜ＰＬＺＴ基板５５Ａ上に積層された第２のクラッド層５６と、第２のクラッド層５６Ａ表面に積層されたＣＰＷ構造の信号電極３２Ａ及び一対の接地電極５３Ａとを有する。

Ｓｉ基板５１は、例えば、厚さが数百μｍ程度のＳｉ基板である。Ｂｏｘ層５２は、例えば、ＳｉＯ₂又はＴｉＯ₂等の基板である。接地電極５３Ａは、例えば、銅等の金属からなる厚みが１μｍ以上の接地電位の電極である。第１のクラッド層５４は、例えば、ＳｉＯ₂又はＴｉＯ₂等の屈折率が高く、厚さが、例えば、０．３～０．５μｍの層である。同様に、第２のクラッド層５６は、ＳｉＯ₂又はＴｉＯ₂等からなる、厚さが、例えば、０．２～３μｍの層である。第２のクラッド層５６は、例えば、薄膜ＰＬＺＴ基板５５Ａの上部に配置された信号電極３２Ａによる光の損失を抑制できる。

第１のクラッド層５４と第２のクラッド層５６との間には、厚さが、例えば、０．５～３μｍの薄膜ＰＬＺＴ基板５５Ａが挟まれており、薄膜ＰＬＺＴ基板５５Ａの中央には、上方へ突起するＰＬＺＴ導波路３１Ａが形成されている。ＰＬＺＴ導波路３１Ａとなる突起の幅は、例えば、１～８μｍ程度である。薄膜ＰＬＺＴ基板５５Ａ及びＰＬＺＴ導波路３１Ａは、第２のクラッド層５６によって被覆されており、第２のクラッド層５６の表面に信号電極３２Ａ及び接地電極５３Ａが配置される。つまり、信号電極３２Ａは、ＰＬＺＴ導波路３１Ａ上に一対の接地電極５３Ａを配置し、ＣＰＷ構造の伝送路を構成している。

信号電極３２Ａは、例えば、金や銅等の金属材料からなり、幅が、例えば、２～１０μｍ、厚みが、例えば、１～２０μｍの電極である。接地電極５３Ａは、例えば、金や銅等の金属材料からなり、厚みが１μｍ以上の電極である。ＤＳＰ３から出力される電気信号に応じた高周波信号が信号電極３２Ａによって伝送されることにより、信号電極３２Ａから接地電極５３Ａへ向かう方向の電界が発生し、この電界がＰＬＺＴ導波路３１Ａに印加される。その結果、ＰＬＺＴ導波路３１Ａへの電界印加に応じてＰＬＺＴ導波路３１Ａの屈折率が変化し、ＰＬＺＴ導波路３１Ａを伝搬する光を変調することが可能となる。また、ＰＬＺＴ導波路３１Ａを形成する薄膜ＰＬＺＴ基板５５Ａは、ＰＬＺＴ単結晶であるため、結晶方向も幅方向（Ｚ方向）である。つまり、ＰＬＺＴ導波路３１Ａの結晶方向は、電界方向と同一となるため、電界の印加効率を改善し、駆動電圧を低減できる。更に、変調効率の大幅向上を図ることができる。

光変調器５Ａは、Ｓｉ光集積回路ウエハ５００と、薄膜ＰＬＺＴ基板ウエハ５５０Ａとを有する。薄膜ＰＬＺＴ基板ウエハ５５０Ａは、ＲＦ変調部１２Ａを形成する、ＰＬＺＴ単結晶の薄膜ＰＬＺＴ基板５５Ａを形成するためのウエハである。

図１４は、図１２に示す光変調器５ＡのＦ－Ｆ線断面の一例を示す略断面図である。図１４に示すＦ－Ｆ線断面の部位は、第１のＰＬＺＴ－Ｓｉ導波路接合部２２Ａである。第１のＰＬＺＴ－Ｓｉ導波路接合部２２Ａは、Ｓｉ基板５１と、Ｓｉ基板５１上に積層されたＢｏｘ層５２と、Ｂｏｘ層５２上に積層された第１のＳｉ導波路２１と、第１のＳｉ導波路２１を被覆する第１のクラッド層５４とを有する。更に、第１のＰＬＺＴ－Ｓｉ導波路接合部２２Ａは、第１のクラッド層５４上に積層されたＰＬＺＴ導波路３１Ａを有する薄膜ＰＬＺＴ基板５５Ａと、薄膜ＰＬＺＴ基板５５Ａ上に積層された第２のクラッド層５６とを有する。

図１５は、薄膜ＰＬＺＴ基板ウエハ５５０Ａの一例を示す略断面図である。図１５に示す薄膜ＰＬＺＴ基板ウエハ５５０Ａは、サファイア基板５５１Ａと、ＰＬＺＴ層５５２Ａとを有する。サファイア基板５５１Ａは、ＰＬＺＴと格子定数の近い材料である。

サファイア基板５５１Ａ上に、Ｐｂ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｔｉ及び有機化合物との反応生成物である有機金属化合物を加水分解しないまま、スピンコート法等で塗布する（塗布工程）。塗布工程を経たサファイア基板５５１Ａを、酸素を含む雰囲気にて、例えば、２００～４００℃の結晶化の起こらない温度で、例えば、１～１００℃/秒の昇温速度で熱分解し、アモルファス状の薄膜を、例えば、２００ｎｍ以下の膜厚で形成する（熱分解工程）。

次に、熱分解工程を経たサファイア基板５５１Ａを、乾燥した酸素を含む雰囲気中にて、例えば、６００～８００℃の結晶成長温度まで昇温し、例えば、１０秒～１２時間加熱する。そして、サファイア基板５５１Ａ上にＰＬＺＴ単結晶薄膜を固相エピタキシャル成長させる（結晶化工程）。結晶成長後は、例えば、１００～６００℃の温度で保持し、例えば、０．０１～１００℃/秒の速度で冷却する。上記塗布工程から結晶化工程までを複数回繰り返すことにより、例えば、２ｕｍ程度の所望の膜厚のＰＬＺＴ層５５２Ａを得ることができる。

尚、サファイア(Al2O3)基板５５１Ａ上に最初に形成する第１の層のＰＬＺＴ膜は、Pb(1-x)La(x)(Zr(y)Ti(1-y))(1-x/4)O3で、0<x<0.30、0<y<0.20の組成のＰＬＺＴ膜を、結晶粒が島状に分離するように、膜厚は、例えば、１～４０ｎｍとする。その結果、パイクロア層にならず、ペロブスカイト単一相のエピタキシャル成長を容易に行うことができる。第１の層の上の第２の層以降は、Pb(1-x)La(x)(Zr(y)Ti(1-y))(1-x/4)O3で、0<x<0.20、0.20<y<1.0の組成のＰＬＺＴからなるペロブスカイト単一相をエピタキシャル成長させる。その結果、第１の層のＰＬＺＴ膜が島状に分離した状態であっても、その島間に空隙を作らずにギャップを埋めることが可能となり、第２の層以降のＰＬＺＴ膜の表面は平滑となり、散乱が抑えられる。尚、第１の層のＰＬＺＴ膜と第２の層以降のＰＬＺＴ膜の屈折率は、界面の散乱を防止する必要性から、xとｙの量を適切に調整することにより、屈折率差を、例えば、０．０１以下にする。

図１６Ａ～図１６Ｅは、光変調器５ＡのＲＦ変調部１２Ａの製造工程の一例を示す説明図である。図１６Ａは、ＲＦ変調部の製造工程の一例を示す説明図、図１６Ｂは、ＲＦ変調部の製造工程（密着層）の一例を示す説明図である。図１６Ａ及び図１６ＢにおいてＳｉ光集積回路ウエハ５００の第１のクラッド層５４の表面上には、密着層５５６Ａを積層し、密着層５５６Ａ上に薄膜ＰＬＺＴ基板ウエハ５５０ＡのＰＬＺＴ層５５２Ａをウエハボンディングする。

図１６Ｃは、ＲＦ変調部１２Ａの製造工程（ＰＬＺＴ層５５２Ａの底面と第１のＳｉ導波路２１の上面との間の寸法調整）の一例を示す説明図である。尚、説明の便宜上、第１のＳｉ導波路２１の厚みが、例えば、２２０ｎｍ、ＰＬＺＴ層５５２Ａの厚みが、例えば、１μｍとした場合を想定する。第１のＳｉ導波路２１の上面と、ＰＬＺＴ層５５２Ａの底面との間の厚みの寸法は、例えば、１００ｎｍ～３００ｎｍとする。そして、第１のＳｉ導波路２１の上面と、ＰＬＺＴ層５５２Ａの底面との間の厚みは、例えば、１００ｎｍ～３００ｎｍにしたので、第１のＳｉ導波路２１からＰＬＺＴ導波路３１Ａへの光の結合を行うことができる。

図１６Ｄは、ＲＦ変調部１２Ａの製造工程（研磨処理）の一例を示す説明図である。Ｓｉ光集積回路ウエハ５００の第１のクラッド層５４上に密着層５５６Ａを介して薄膜ＰＬＺＴ基板ウエハ５５０Ａをボンディングした後、研磨処理を使用して薄膜ＰＬＺＴ基板ウエハ５５０Ａ内のＰＬＺＴ層５５２Ａを残してサファイア基板５５１Ａを除去する。

図１６Ｅは、ＲＦ変調部１２Ａの製造工程（薄膜ＰＬＺＴ基板形成）の一例を示す説明図である。薄膜ＰＬＺＴ基板５５Ａを成す研磨処理後のＰＬＺＴ層５５２Ａには、フォトリソグラフィを使用して、ＰＬＺＴ層５５２Ａの表面に凸状のＰＬＺＴ導波路３１Ａ及びＰＬＺＴスラブ５５８Ａを形成する。そして、Ｓｉ光集積回路ウエハ５００の第１のクラッド層５４上に薄膜ＰＬＺＴ基板５５Ａを形成することになる。尚、薄膜ＰＬＺＴ基板５５ＡのＰＬＺＴスラブ５５８Ａは、Ｓｉ光集積回路ウエハ５００上の第１のクラッド層５４と薄膜ＰＬＺＴ基板５５Ａとの間の接着力を強化できる。

そして、薄膜ＰＬＺＴ基板５５Ａ及びＰＬＺＴ導波路３１Ａ上には第２のクラッド層５６を積層する。ＲＦ変調部１２Ａは、薄膜ＰＬＺＴ基板５５Ａ上に積層された第２のクラッド層５６と、第２のクラッド層５６上に積層されたＣＰＷ構造の信号電極３２Ａ及び一対の接地電極５３Ａとを形成する。その結果、ＲＦ変調部１２Ａが完成することになる。

図１７は、電極長に対する駆動電圧におけるＬＮ導波路１２１とＰＬＺＴ導波路３１Ａとの比較結果の一例を示す説明図である。図１７に示す縦軸は駆動電圧、横軸は信号電極の電極長である。電極長は、信号電極の長さである。ＬＮ導波路１２１は、図２０に示すＲＦ変調部１２０の導波路である。ＰＬＺＴ導波路３１Ａは、図１２に示すＲＦ変調部１２Ａの導波路である。同一の屈折率を確保するために、ＰＬＺＴ導波路３１Ａの信号電極３２Ａの電極長が２１ｍｍの場合には駆動電圧が「１」を要するのに対し、ＬＮ導波路１２１の信号電極１２２の電極長２１ｍｍの場合には駆動電圧が「３」を要する。従って、ＰＬＺＴ導波路３１Ａは、ＬＮ導波路１２１に比較して約３倍の電気光学効果を有することになる。

実施例２の光変調器５Ａは、Ｓｉ基板５１と、Ｓｉ基板５１上に積層された薄膜ＰＬＺＴ基板５５Ａによって形成されるＰＬＺＴ導波路３１Ａとを有する。更に、光変調器５Ａは、ＰＬＺＴ導波路３１Ａ上に積層された第２のクラッド層５６と、第２のクラッド層５６に形成されたＣＷＰ構造の信号電極３２Ａ及び接地電極５３Ａとを有する。その結果、ＬＮ導波路に比較して電気光学効果が大きいＰＬＺＴ導波路３１Ａを使用するため、変調効率の向上を図ることで小型化及び低駆動電圧化を図ることができる。光変調器５Ａの材料としてＬＮに比較して電気光学効果の高いＰＬＺＴ単結晶の薄膜ＰＬＺＴ基板５５Ａを使用するため、ＬＮ単結晶に比較して、ＰＬＺＴ単結晶は３倍以上の電気光学係数が得られる。

光変調器５Ａは、薄膜ＰＬＺＴ基板５５Ａと、薄膜ＰＬＺＴ基板５５Ａに積層され、ＰＬＺＴ導波路３１Ａを被覆する第２のクラッド層５６と、第２のクラッド層５６上に形成されたＣＷＰ構造の信号電極３２Ａ及び接地電極５３Ａとを有する。信号電極３２Ａは、Ｓｉ基板５１の幅方向（Ｚ方向）の電界がＰＬＺＴ導波路３１Ａ内に発生する。ＰＬＺＴ導波路３１Ａの結晶方向は幅方向（Ｚ方向）である。つまり、ＰＬＺＴ導波路３１Ａの結晶方向は、電界方向と同一となるため、電界の印加効率を改善して駆動電圧を低減し、変調効率の大幅向上を図ることができる。更に、ＰＬＺＴを用いることにより変調効率（電圧×電極長）が高くなります。その結果、低電圧化・小型化が実現可能となります。しかも、電極長が短くしてもＬＮに比較して高い変調効率が得られるため、電極長を短くした分、光変調器５Ａの小型化を図ることができる。

光変調器５Ａは、第１のＳｉ導波路２１を被覆する第１のクラッド層５４と、薄膜ＰＬＺＴ基板５５Ａを被覆する第２のクラッド層５６とを有する。第１のＳｉ導波路２１の上面と薄膜ＰＬＺＴ基板５５Ａの底面との間の第１のクラッド層５４の厚さを１００ｎｍ～３００ｎｍ以内にして第１のＳｉ導波路２１とＰＬＺＴ導波路３１Ａとを光結合する。その結果、第１のＳｉ導波路２１とＰＬＺＴ導波路３１Ａとを光結合できる。

第１のクラッド層５４は、低屈折率の誘電体若しくは樹脂で形成される。その結果、第１のクラッド層５４と薄膜ＰＬＺＴ基板５５Ａとを接合できる。

光変調器５Ａは、Ｓｉ基板５１の裏面に形成された誘電体であるＳｉＯ_２膜等の誘電体５７Ａを有する。その結果、光変調器５Ａの製造工程時の熱履歴等による反りの影響を抑制できる。

尚、実施例２の光変調器５ＡのＲＦ変調部１２Ａは、図１６Ｄに示すように光集積回路ウエハ５００上に密着層５５６Ａを介してＰＬＺＴ層５５２Ａを接合する場合を例示した。しかしながら、光変調器５Ａを製造する工程において熱履歴等で光集積回路ウエハ５００の反りが大きくなると、光変調器５Ａのパターン形成時に使用する露光装置等でウエハステージに光集積回路ウエハ５００が吸着できなくなる。そこで、このような事態に対処すべく、図１８に示すように、Ｓｉ光集積回路ウエハ５００のＳｉ基板５１の裏面にＳｉＯ₂膜等の誘電体５７Ａを成膜することで、Ｓｉ光集積回路ウエハ５００の反りを抑制する。その結果、光変調器５Ａのパターン形成時に使用する露光装置等でウエハステージに光集積回路ウエハ５００が吸着できなくなるような事態を回避できる。

また、ＲＦ変調部１２Ａは、光集積回路ウエハ５００の第１のクラッド層５４上に密着層５５６Ａを介して薄膜ＰＬＺＴ基板ウエハ５５０ＡのＰＬＺＴ層５５２Ａを接合する場合を例示した。しかしながら、密着層５５６Ａを使用しなくても、第１のクラッド層５４とＰＬＺＴ層５５２Ａとの間の接合部を形成しても良く、適宜変更可能である。

図１３に示すＲＦ変調部１２Ａは、第１のクラッド層５４上に一対の接地電極５３Ａ間の信号電極３２Ａを配置したＣＰＷの電極構造を例示したが、図１３に示す電極構造に限定されるものではなく、適宜変更可能である。

図１９は、光変調器５ＡのＥ－Ｅ線断面の変形例を示す略断面図である。図１９に示すＲＦ変調部１２Ａは、薄膜ＰＬＺＴ基板５５ＡのＰＬＺＴ導波路３１Ａの両側にある第２のクラッド層５６の部位をエッチングする。そして、薄膜ＰＬＺＴ基板５５ＡのＰＬＺＴスラブ５５８Ａの表面の一部を露出する開口部５６３Ａ及び開口部５６４Ａが第２のクラッド層５６に形成される。そして、接地電極５３Ｂは、第２のクラッド層５６表面を突出するように開口部５６３Ａ内に形成されることになる。更に、信号電極３２Ｂは、第２のクラッド層５６表面を突出するように開口部５６４Ａ内に形成されることになる。信号電極３２Ｂ及び接地電極５３Ｂは、ＰＬＺＴ導波路３１Ａの側面に配置された。その結果、ＰＬＺＴ導波路３１Ａの両側に信号電極３２Ｂ及び接地電極５３Ｂを配置したので、幅方向（図中の左右方向（Ｚ方向））に電界が印加するため、更なる変調効率の向上を図ることができる。

尚、説明の便宜上、実施例２の光変調器５Ａでは、第１のＳｉ導波路２１とＰＬＺＴ導波路３１Ａとの間を方向性結合する場合を例示したが、第１のＳｉ導波路２１とＰＬＺＴ導波路３１Ａとの間を突き合わせで結合してもよく、適宜変更可能である。

図１７では、ＰＬＺＴ導波路３１ＡがＬＮ導波路１２１に比較して３倍以上の電気光学効果を有する電極長と駆動電圧との関係を例示した。しかしながら、ＰＺＴ導波路３１でもＰＬＺＴ導波路３１Ａと同様の効果があり、ＬＮ導波路１２１に比較して３倍以上の電気光学効果を有することは言うまでもない。

また、ニオブ酸リチウムに比較して電気光学効果が大きい単結晶のペロブスカイト型酸化物の薄膜基板（５０，５５Ａ）を例示したが、ニオブ酸リチウムに比較して電気光学効果が大きい多結晶のペロブスカイト型酸化物の薄膜基板でもよく、適宜変更可能ある。また、薄膜基板は、スラブなしの薄膜でも良く、適宜変更可能である。

以上、本実施例を含む実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）シリコン基板と、
前記シリコン基板上に積層された、ニオブ酸リチウムに比較して電気光学効果が大きいペロブスカイト型酸化物の薄膜で形成された導波路と、
前記導波路を被覆するクラッド層と、
接地電位の接地電極と、
前記接地電極と対向する位置に配置され、前記導波路に駆動電圧を印加する信号電極と、
を有することを特徴とする光デバイス。

（付記２）前記シリコン基板上に積層された接地電位の前記接地電極と、
前記接地電極上に積層された前記ペロブスカイト型酸化物の薄膜である薄膜ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）で形成された前記導波路であるＰＺＴ導波路と、
前記ＰＺＴ導波路を挟んで前記接地電極と対向する位置の前記クラッド層上に配置され、前記ＰＺＴ導波路に前記駆動電圧を印加する前記信号電極と、を有し、
前記ＰＺＴ導波路の結晶方向は、
前記信号電極から前記接地電極への電界方向と同一であることを特徴とする付記１に記載の光デバイス。

（付記３）前記シリコン基板上に形成されたシリコン導波路を有し、
前記シリコン導波路と前記ＰＺＴ導波路とを光結合することを特徴とする付記２に記載の光デバイス。

（付記４）前記シリコン基板上に形成されたシリコン導波路と、
前記シリコン導波路を被覆する第１のクラッド層と、
前記ＰＺＴ導波路を形成する薄膜ＰＺＴを被覆する前記クラッド層である第２のクラッド層と、を有し、
前記シリコン導波路の上面と前記薄膜ＰＺＴの底面との間の前記第１のクラッド層の厚さを１００ｎｍ～３００ｎｍ以内にして前記シリコン導波路と前記ＰＺＴ導波路とを光結合することを特徴とする付記２又は３に記載の光デバイス。

（付記５）前記ＰＺＴ導波路の両側にある前記第２のクラッド層に開口部が形成され、前記ＰＺＴ導波路上の前記第２のクラッド層上に前記信号電極が配置されたことを特徴とする付記４に記載の光デバイス。

（付記６）前記第２のクラッド層及び前記薄膜ＰＺＴに前記接地電極の一部を露出する開口部が形成され、当該開口部に前記接地電極と電気的に接続する他の接地電極が配置されたことを特徴とする付記４に記載の光デバイス。

（付記７）信号光を前記ＰＺＴ導波路に入力する光入力部と、
前記ＰＺＴ導波路に駆動電圧を印加することで、前記ＰＺＴ導波路の屈折率が変化して前記ＰＺＴ導波路を通過する信号光を変調する変調部と、
前記変調部から変調後の信号光を出力する光出力部と、を有し、
前記ＰＺＴ導波路は、
前記変調部に配置され、
前記シリコン導波路は、
前記光入力部及び前記光出力部に配置されることを特徴とする付記３又は４に記載の光デバイス。

（付記８）前記シリコン基板上に積層された接地電位の前記接地電極と、
前記接地電極上に積層された前記ペロブスカイト型酸化物の薄膜である薄膜ＢＴＯ（チタン酸バリウム）で形成された前記導波路であるＢＴＯ導波路と、
前記ＢＴＯ導波路を挟んで前記接地電極と対向する位置の前記クラッド層上に配置され、前記ＢＴＯ導波路に前記駆動電圧を印加する前記信号電極と、を有し、
前記ＢＴＯ導波路の結晶方向は、
前記信号電極から前記接地電極への電界方向と同一であることを特徴とする付記１に記載の光デバイス。

（付記９）前記シリコン基板上に形成されたシリコン導波路と、
前記シリコン導波路を被覆する第１のクラッド層と、
前記ＢＴＯ導波路を形成する薄膜ＢＴＯを被覆する前記クラッド層である第２のクラッド層と、を有し、
前記シリコン導波路の上面と前記薄膜ＢＴＯの底面との間の前記第１のクラッド層の厚さを１００ｎｍ～３００ｎｍ以内にして前記シリコン導波路と前記ＢＴＯ導波路とを光結合することを特徴とする付記８に記載の光デバイス。

（付記１０）前記ＢＴＯ導波路の両側にある前記第２のクラッド層に開口部が形成され、前記ＢＴＯ導波路上の前記第２のクラッド層上に前記信号電極が配置されたことを特徴とする付記９に記載の光デバイス。

（付記１１）前記第２のクラッド層及び前記薄膜ＢＴＯに前記接地電極の一部を露出する開口部が形成され、当該開口部に前記接地電極と電気的に接続する他の接地電極が配置されたことを特徴とする付記９に記載の光デバイス。

（付記１２）信号光を前記ＢＴＯ導波路に入力する光入力部と、
前記ＢＴＯ導波路に駆動電圧を印加することで、前記ＢＴＯ導波路の屈折率が変化して前記ＢＴＯ導波路を通過する信号光を変調する変調部と、
前記変調部から変調後の信号光を出力する光出力部と、を有し、
前記ＢＴＯ導波路は、
前記変調部に配置され、
前記シリコン導波路は、
前記光入力部及び前記光出力部に配置されることを特徴とする付記９に記載の光デバイス。

（付記１３）前記シリコン基板の積層面と反対側の面上にペルチェ素子が搭載されてなることを特徴とする付記８～１２のいずれか一つに記載の光デバイス。

（付記１４）前記シリコン基板上に積層された前記ペロブスカイト型酸化物の薄膜である薄膜ＰＬＺＴ（ランタンドープジルコン酸チタン酸鉛）で形成された前記導波路であるＰＬＺＴ導波路と、
前記ＰＬＺＴ導波路を被覆するクラッド層と、
前記クラッド層上に配置され、前記ＰＬＺＴ導波路に前記駆動電圧を印加する信号電極と、
前記信号電極を挟むように前記クラッド層上に配置された一対の接地電極と、を有し、
前記ＰＬＺＴ導波路の結晶方向は、
前記信号電極から前記接地電極への電界方向と同一であることを特徴とする付記１に記載の光デバイス。

（付記１５）前記シリコン基板上に形成されたシリコン導波路を有し、
前記シリコン導波路と前記ＰＬＺＴ導波路とを光結合することを特徴とする付記１４に記載の光デバイス。

（付記１６）前記シリコン基板上に形成されたシリコン導波路と、
前記シリコン導波路を被覆する第１のクラッド層と、
前記ＰＬＺＴ導波路を形成する薄膜ＰＬＺＴを被覆する前記クラッド層である第２のクラッド層と、を有し、
前記シリコン導波路の上面と前記薄膜ＰＬＺＴの底面との間の前記第１のクラッド層の厚さを１００ｎｍ～３００ｎｍ以内にして前記シリコン導波路と前記ＰＬＺＴ導波路とを光結合することを特徴とする付記１４又は１５に記載の光デバイス。

（付記１７）前記信号電極及び前記接地電極は、
前記ＰＬＺＴ導波路の側面の部位にある前記第２のクラッド層に形成された開口部に配置されたことを特徴とする付記１６に記載の光デバイス。

（付記１８）信号光を前記ＰＬＺＴ導波路に入力する光入力部と、
前記ＰＬＺＴ導波路に駆動電圧を印加することで、前記ＰＬＺＴ導波路の屈折率が変化して前記ＰＬＺＴ導波路を通過する信号光を変調する変調部と、
前記変調部から変調後の信号光を出力する光出力部と、を有し、
前記ＰＬＺＴ導波路は、
前記変調部に配置され、
前記シリコン導波路は、
前記光入力部及び前記光出力部に配置されることを特徴とする付記１５又は１６に記載の光デバイス。

（付記１９）電気信号に対する信号処理を実行するプロセッサと、
光を発生させる光源と、
前記プロセッサから出力される電気信号を用いて、前記光源から発生する光を変調する光デバイスとを有し、
前記光デバイスは、
前記シリコン基板上に積層された、ニオブ酸リチウムに比較して電気光学効果が大きいペロブスカイト型酸化物の薄膜で形成された導波路と、
前記導波路を被覆するクラッド層と、
接地電位の接地電極と、
前記接地電極と対向する位置に配置され、前記導波路に駆動電圧を印加する信号電極と、
を有することを特徴とする光通信装置。

１ 光通信装置
３ ＤＳＰ
４ 光源
５ 光変調器
５Ａ 光変調器
２１ 第１のＳｉ導波路
３１ ＰＺＴ導波路
３１Ａ ＰＬＺＴ導波路
３２ 信号電極
３２Ａ 信号電極
５１ Ｓｉ基板
５３ 接地電極
５３Ａ 接地電極
５４ 第１のクラッド層
５５ 薄膜ＰＺＴ基板
５５Ａ 薄膜ＰＬＺＴ基板
５６ 第２のクラッド層
５６３Ａ 開口部
５６４Ａ 開口部

Claims (17)

1. シリコン基板と、
   前記シリコン基板上に積層された、ニオブ酸リチウムに比較して電気光学効果が大きいペロブスカイト型酸化物の薄膜で形成された導波路と、
   前記導波路を被覆するクラッド層と、
   接地電位の接地電極と、
   前記接地電極と対向する位置に配置され、前記導波路に駆動電圧を印加する信号電極と、
   を有することを特徴とする光デバイス。
2. 前記シリコン基板上に積層された接地電位の前記接地電極と、
   前記接地電極上に積層された前記ペロブスカイト型酸化物の薄膜である薄膜ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）で形成された前記導波路であるＰＺＴ導波路と、
   前記ＰＺＴ導波路を挟んで前記接地電極と対向する位置の前記クラッド層上に配置され、前記ＰＺＴ導波路に前記駆動電圧を印加する前記信号電極と、を有し、
   前記ＰＺＴ導波路の結晶方向は、
   前記信号電極から前記接地電極への電界方向と同一であることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
3. 前記シリコン基板上に形成されたシリコン導波路と、
   前記シリコン導波路を被覆する第１のクラッド層と、
   前記ＰＺＴ導波路を形成する薄膜ＰＺＴを被覆する前記クラッド層である第２のクラッド層と、を有し、
   前記シリコン導波路の上面と前記薄膜ＰＺＴの底面との間の前記第１のクラッド層の厚さを１００ｎｍ～３００ｎｍ以内にして前記シリコン導波路と前記ＰＺＴ導波路とを光結合することを特徴とする請求項２に記載の光デバイス。
4. 前記ＰＺＴ導波路の両側にある前記第２のクラッド層に開口部が形成され、前記ＰＺＴ導波路上の前記第２のクラッド層上に前記信号電極が配置されたことを特徴とする請求項３に記載の光デバイス。
5. 前記第２のクラッド層及び前記薄膜ＰＺＴに前記接地電極の一部を露出する開口部が形成され、当該開口部に前記接地電極と電気的に接続する他の接地電極が配置されたことを特徴とする請求項３に記載の光デバイス。
6. 信号光を前記ＰＺＴ導波路に入力する光入力部と、
   前記ＰＺＴ導波路に駆動電圧を印加することで、前記ＰＺＴ導波路の屈折率が変化して前記ＰＺＴ導波路を通過する信号光を変調する変調部と、
   前記変調部から変調後の信号光を出力する光出力部と、を有し、
   前記ＰＺＴ導波路は、
   前記変調部に配置され、
   前記シリコン導波路は、
   前記光入力部及び前記光出力部に配置されることを特徴とする請求項３に記載の光デバイス。
7. 前記シリコン基板上に積層された接地電位の前記接地電極と、
   前記接地電極上に積層された前記ペロブスカイト型酸化物の薄膜である薄膜ＢＴＯ（チタン酸バリウム）で形成された前記導波路であるＢＴＯ導波路と、
   前記ＢＴＯ導波路を挟んで前記接地電極と対向する位置の前記クラッド層上に配置され、前記ＢＴＯ導波路に前記駆動電圧を印加する前記信号電極と、を有し、
   前記ＢＴＯ導波路の結晶方向は、
   前記信号電極から前記接地電極への電界方向と同一であることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
8. 前記シリコン基板上に形成されたシリコン導波路と、
   前記シリコン導波路を被覆する第１のクラッド層と、
   前記ＢＴＯ導波路を形成する薄膜ＢＴＯを被覆する前記クラッド層である第２のクラッド層と、を有し、
   前記シリコン導波路の上面と前記薄膜ＢＴＯの底面との間の前記第１のクラッド層の厚さを１００ｎｍ～３００ｎｍ以内にして前記シリコン導波路と前記ＢＴＯ導波路とを光結合することを特徴とする請求項７に記載の光デバイス。
9. 前記ＢＴＯ導波路の両側にある前記第２のクラッド層に開口部が形成され、前記ＢＴＯ導波路上の前記第２のクラッド層上に前記信号電極が配置されたことを特徴とする請求項８に記載の光デバイス。
10. 前記第２のクラッド層及び前記薄膜ＢＴＯに前記接地電極の一部を露出する開口部が形成され、当該開口部に前記接地電極と電気的に接続する他の接地電極が配置されたことを特徴とする請求項８に記載の光デバイス。
11. 信号光を前記ＢＴＯ導波路に入力する光入力部と、
    前記ＢＴＯ導波路に駆動電圧を印加することで、前記ＢＴＯ導波路の屈折率が変化して前記ＢＴＯ導波路を通過する信号光を変調する変調部と、
    前記変調部から変調後の信号光を出力する光出力部と、を有し、
    前記ＢＴＯ導波路は、
    前記変調部に配置され、
    前記シリコン導波路は、
    前記光入力部及び前記光出力部に配置されることを特徴とする請求項８に記載の光デバイス。
12. 前記シリコン基板の積層面と反対側の面上にペルチェ素子が搭載されてなることを特徴とする請求項７～１１の何れか一つに記載の光デバイス。
13. 前記シリコン基板上に積層された前記ペロブスカイト型酸化物の薄膜である薄膜ＰＬＺＴ（ランタンドープジルコン酸チタン酸鉛）で形成された前記導波路であるＰＬＺＴ導波路と、
    前記ＰＬＺＴ導波路を被覆するクラッド層と、
    前記クラッド層上に配置され、前記ＰＬＺＴ導波路に前記駆動電圧を印加する信号電極と、
    前記信号電極を挟むように前記クラッド層上に配置された一対の接地電極と、を有し、
    前記ＰＬＺＴ導波路のの結晶方向は、
    前記信号電極から前記接地電極への電界方向と同一であることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
14. 前記シリコン基板上に形成されたシリコン導波路と、
    前記シリコン導波路を被覆する第１のクラッド層と、
    前記ＰＬＺＴ導波路を形成する薄膜ＰＬＺＴを被覆する前記クラッド層である第２のクラッド層と、を有し、
    前記シリコン導波路の上面と前記薄膜ＰＬＺＴの底面との間の前記第１のクラッド層の厚さを１００ｎｍ～３００ｎｍ以内にして前記シリコン導波路と前記ＰＬＺＴ導波路とを光結合することを特徴とする請求項１３に記載の光デバイス。
15. 前記信号電極及び前記接地電極は、
    前記ＰＬＺＴ導波路の側面の部位にある前記第２のクラッド層に形成された開口部に配置されたことを特徴とする請求項１４に記載の光デバイス。
16. 信号光を前記ＰＬＺＴ導波路に入力する光入力部と、
    前記ＰＬＺＴ導波路に駆動電圧を印加することで、前記ＰＬＺＴ導波路の屈折率が変化して前記ＰＬＺＴ導波路を通過する信号光を変調する変調部と、
    前記変調部から変調後の信号光を出力する光出力部と、を有し、
    前記ＰＬＺＴ導波路は、
    前記変調部に配置され、
    前記シリコン導波路は、
    前記光入力部及び前記光出力部に配置されることを特徴とする請求項１４に記載の光デバイス。
17. 電気信号に対する信号処理を実行するプロセッサと、
    光を発生させる光源と、
    前記プロセッサから出力される電気信号を用いて、前記光源から発生する光を変調する光デバイスとを有し、
    前記光デバイスは、
    前記シリコン基板上に積層された、ニオブ酸リチウムに比較して電気光学効果が大きいペロブスカイト型酸化物の薄膜で形成された導波路と、
    前記導波路を被覆するクラッド層と、
    接地電位の接地電極と、
    前記接地電極と対向する位置に配置され、前記導波路に駆動電圧を印加する信号電極と、
    を有することを特徴とする光通信装置。

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