JP4675006B2 - 周期状分極反転構造の形成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周期状分極反転構造の形成方法に関し、詳しくは、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムなどの強誘電体単結晶基板を用いるＳＨＧ(Second Harmonic Generation)デバイス製造時において好適に用いることのできる、周期状分極反転構造の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
印刷、光情報処理、及び光応用計測制御分野などにおいては、小型の短波長光源の実現が強く望まれており、この短波長光源を実現足らしめるものとしてＳＨＧデバイスが注目を浴びている。このＳＨＧデバイスは、半導体レーザから出射された光を通過させることによって、非線型光学効果を利用して２次高調波を生成する。この２次高調波は前記半導体レーザから出射された光に対して周波数が２倍であり、したがって波長は１／２となっている。すなわち、前記ＳＨＧデバイスを利用することによって、前記半導体レーザからの出射光に対して１／２の波長を有する短波長の光を得ることができる。
【０００３】
前記ＳＨＧデバイスは、ニオブ酸リチウム（以下、「ＬＮ」と略す場合がある）やタンタル酸リチウム（以下、「ＬＴ」と略す場合がある）などの強誘電体単結晶基板を具え、この基板内において光の進行方向と略垂直に、分極状態が周期状に反転してなる分極構造を有している。このような周期状分極反転構造は、一般に以下のようにして形成する。
【０００４】
図１は、周期状分極反転構造の形成方法を説明するための図である。なお、特徴を明確にすべく、図１に示す各部分の大きさ及び形状などについては実際のものと異なるように描いている。ＬＮやＬＴなどの、例えばオフカット基板からなる強誘電体単結晶基板１の主面１Ａ上に、周期状に配置された複数の電極片２−１〜２−５を有する櫛形状の第１の電極２と、この第１の電極２と対向するようにして主面１Ａ及び裏面１Ｂ上に一様な平板状の第２の電極３Ａ及び３Ｂとを配置する。
【０００５】
そして、第１の電極２と第２の電極３Ａ及び３Ｂとの間に所定の電圧Ｖ１及びＶ２を印加すると、強誘電体単結晶基板１の分極方向Ｂと逆の分極方向Ａを有する分極反転域が、第１の電極２の各電極片から基板の結晶方位に向けて徐々に伸長し、分極方向が反転した、分極方向Ａを有する分極領域４Ａと、元の分極方向Ｂを有する分極領域４Ｂとからなる周期状分極反転構造４が形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
周期状分極反転構造４をＳＨＧデバイスなどに用いた場合に実効あらしめるためには、周期状分極反転構造４が強誘電体単結晶基板１の主面１Ａから十分な深さを有するように形成する必要がある。このため、通常は、第１の電極２と第２の電極３Ａ及び３Ｂとの間に印加する電圧Ｖ１及びＶ２の絶対値は、大きいほど好ましい。
【０００７】
しかしながら、第１の電極２及び第２の電極３間に高電圧を印加すると、強誘電体単結晶基板１が破壊してしまう場合があった。そこで、特開平２００１−６６６５２号公報には、第１の電極２及び第２の電極３間に、パルス状の電圧を複数回印加することにより、強誘電体単結晶基板１の破壊を防止するとともに、十分な深さを有する周期状分極反転構造４を形成することが記載されている。また、特開平８−２２０５７８号公報には、パルス電圧が重畳された直流電圧を印加することが記載されている。
【０００８】
しかしながら、上記いずれの方法においても、十分な深さの周期状分極反転構造４を得ることはできなかった。具体的には、ＭｇＯドープのＬＮ単結晶の５度オフカット基板を用いた場合においては、最大でも約２．２μｍ程度の深さの周期状分極反転構造しか得ることができなかった。したがって、実用的な高出力のＳＨＧデバイスを得ることは困難であった。
【０００９】
本発明は、強誘電体単結晶基板を破壊することなく、十分な深さの周期状分極反転構造を形成することを可能にする新規な方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、強誘電体単結晶基板の一表面上において、周期状に配列された複数の電極片を有する第１の電極と、この第１の電極と離隔し、対向して位置するように、前記強誘電体単結晶基板の任意の表面上に第２の電極とを配置し、前記第１の電極と前記第２の電極との間にパルス状の電圧を繰り返し印加するとともに、このパルス状の電圧と同期させてバイアス電圧を印加し、前記強誘電体単結晶内の所定領域において周期状の分極反転構造を形成する際に前記バイアス電圧を、印加開始時から最大となる時までの時間が０．１秒〜５秒までとするとともに、前記最大となる時から印加停止時までの時間が０．１秒〜５秒までとなるように印加し、更に、該バイアス電圧は前記パルス電圧の印加時において最大となるように印加する、ことを特徴とする、周期状分極反転構造の形成方法に関する。
【００１１】
本発明者らは、強誘電体単結晶基板の破壊を防止しながら、前記強誘電体単結晶基板内深くに周期状分極反転構造を形成すべく、鋭意検討を行なった。その結果、従来のようにパルス電圧を印加する際に、このパルス電圧を印加する時のみに、前記パルス電圧と同期させて所定のバイアス電圧を印加することにより、前記強誘電体単結晶基板を破壊することなく、十分な深さの周期状分極反転構造を形成できることを見出し、本発明をするに至ったものである。
【００１２】
したがって、本発明によれば、強誘電体単結晶基板内に、周期状分極反転構造を十分な深さで形成することができ、高出力で実用に足るＳＨＧデバイスなどを提供することができるようになる。
【００１３】
なお、本発明の好ましい態様においては、前記バイアス電圧は、その大きさが時間とともに増減し、前記パルス電圧印加時において最大となるように印加する。また、本発明の他の好ましい態様においては、前記バイアス電圧は、前記パルス電圧印加時を含む、前記パルス電圧印加前、及び前記パルス電圧印加後の所定時間において、最大となるように印加する。
【００１４】
これらの好ましい態様によれば、バイアス電圧を、分極反転を生ぜしめるべくパルス電圧印加時に最大となるように印加しているため、バイアス電圧の利用効率が増大し、より低いバイアス電圧でより深い周期状分極反転構造を効率良く形成することができる。
【００１５】
また、バイアス電圧が印加された一定の時間間隔中でパルス電圧を印加するようにしているため、前記パルス電圧と前記バイアス電圧の最大値との合計である最大電圧が、電極を介して強誘電体単結晶基板に瞬時に印加されるのを防止することができる。このため、前記強誘電体単結晶基板の破壊を防止して、周期状分極反転構造をより深く形成することができる。
【００１６】
また、本発明のその他の好ましい態様においては、前記バイアス電圧の印加前後の少なくとも一方において、前記パルス電圧の極性と異なる極性の逆バイアス電圧を前記バイアス電圧と連続させて印加する。この場合においては、前記バイアス電圧の実効値が増大し、前記パルス電圧と同期させて実際に印加したバイアス電圧値よりも実質的に大きな電圧が印加された場合と等価になる。したがって、周期状分極反転構造をより深く形成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
本発明の周期状分極反転構造の形成方法においては、例えば、図１に示すように、ＬＮやＬＴのオフカット基板からなる強誘電体単結晶基板１の主面１Ａ上に、電極片２−１〜２−５を有する櫛形状の第１の電極２を形成し、この第１の電極２と対向するようにして平板状の第２の電極３Ａを形成する。その後、裏面１Ｂ上に第１の電極２と対向するようにして同じく平板状の第２の電極３Ｂを形成する。次いで、第１の電極２と第２の電極３Ａ及び３Ｂ間に、以下の印加電圧プロファイルに従って、分極反転のためのパルス電圧及びバイアス電圧を印加する。
【００１９】
なお、第１の電極２と主面１Ａ上に形成された第２の電極３Ａとの間には電圧を印加せず、第１の電極２と裏面１Ｂ上に形成された第２の電極３Ｂとの間にのみ電圧を印加しても、周期状分極反転構造４を得ることができたため、以下の説明においては、電極２及び電極３Ｂ間における電圧プロファイルについて述べる。この場合においては、１対の電極間にのみ電圧を印加すれば良いため、システム構成が簡略化でき、安価な設備で分極反転構造を得ることができる。
【００２０】
図２は、本発明の周期状分極反転構造の形成方法の好ましい態様における、印加電圧の時間プロファイルを示すグラフである。図２において、バイアス電圧Ｖ_Ｂは、パルス電圧Ｖ_Ｐが印加される時点において最大値Ｖ_ＢＭＡＸとなるように印加されている。これによって、分極反転を生ぜしめるべく、パルス電圧Ｖ_Ｐ印加時ｔｐにおいて、バイアス電圧Ｖ_Ｂを最大限に利用することができる。したがって、バイアス電圧Ｖ_Ｂの利用効率が増大し、より低い電圧値でより深い周期状分極反転構造を効率よく形成することができる。
【００２１】
また、パルス電圧Ｖ_Ｐ印加時ｔｐの前後において、バイアス電圧Ｖ_Ｂが最大値Ｖ_ＢＭＡＸに向けて増減するための所定の時間間隔ｔ１（バイアス電圧ＶＢ印加開始時ｔｓからパルス電圧印加時ｔｐまでの時間）及びｔ２（パルス電圧印加時ｔｐからバイアス電圧ＶＢ印加終了時ｔｅまでの時間）を設けている。
【００２２】
すなわち、分極反転を生ぜしめる際において、強誘電単結晶基板１に対してパルス電圧Ｖ_Ｐ及びバイアス電圧Ｖ_Ｂの合計最大値であるＶ_ＭＡＸが瞬時に印加されないようにしている。したがって、高電圧を瞬時に印加することによって生じる強誘電体単結晶基板の破壊を効果的に防止することができる。この場合における分極反転構造形成は、上記図１で説明した場合と同様の機構に従って形成される。
【００２３】
すなわち、図２に示すような電圧印加プロファイルを採ることにより、強誘電体単結晶基板１を破壊することなく、高電圧をより効率的に印加することができ、周期状分極反転構造４をより深く形成することができる。
【００２４】
図２に示す印加電圧プロファイルをより実効あらしめるためには、時間間隔ｔ１は０．１秒〜５秒であることが好ましく、さらには０．５秒〜２秒であることが好ましい。また、時間間隔ｔ２は０．１秒〜５秒であることが好ましく、さらには０．５秒〜２秒であることが好ましい。
【００２５】
また、パルス電圧Ｖ_Ｐとバイアス電圧Ｖ_Ｂとの合計最大値Ｖ_ＭＡＸは、強誘電体単結晶基板１の単位厚さ（ｍｍ）当たり、０．２ｋＶ〜２０ｋＶであることが好ましく、さらには４ｋＶ〜１０ｋＶであることが好ましい。これによって、周期状分極反転構造４をより深く形成することができる。また、前記範囲を超えるＶ_ＭＡＸを印加する場合は、強誘電体単結晶基板１を破壊してしまう場合がある。
【００２６】
なお、バイアス電圧の最大値Ｖ_ＢＭＡＸは、上記Ｖ_ＭＡＸの０．４〜０．６の割合で印加することが好ましい。
【００２７】
図３は、本発明の周期状分極反転構造の形成方法の他の好ましい態様における、印加電圧の時間プロファイルを示すグラフである。図３に示すプロファイルにおいては、バイアス電圧Ｖ_Ｂ印加開始時ｔｓから時間ｔ３の間に最大値Ｖ_ＢＭＡＸに至り、パルス電圧Ｖ_Ｐ印加時ｔｐ前後の所定時間間隔ｔ４（バイアス電圧Ｖ_Ｂが最大値Ｖ_ＢＭＡＸに到達した時間ｔｍ１からパルス電圧Ｖ_Ｐ印加時ｔｐまでの時間）及びｔ５（パルス電圧ＶＰ印加時ｔｐからバイアス電圧Ｖ_Ｂが最大値Ｖ_ＢＭＡＸより減少を開始する時間ｔｍ２までの時間）において、最大値Ｖ_ＢＭＡＸを示す。そして、時間ｔｍ２から時間ｔ６の間にバイアス電圧Ｖ_Ｂは０となる。すなわち、この場合において、パルス電圧Ｖ_Ｐは、バイアス電圧Ｖ_Ｂの最大値Ｖ_ＢＭＡＸが印加された所定の時間間隔内で印加されている。
【００２８】
したがって、パルス電圧Ｖ_Ｐを印加して分極反転を生ぜしめる際においては、常にバイアス電圧Ｖ_Ｂの最大値Ｖ_ＢＭＡＸが印加されるため、パルス電圧Ｖ_Ｐ印加時ｔｐにおいて、バイアス電圧Ｖ_Ｂを最大限に利用することができる。したがって、バイアス電圧Ｖ_Ｂの利用効率が増大し、より低い電圧値でより深い周期状分極反転構造を効率よく形成することができる。
【００２９】
また、パルス電圧Ｖ_Ｐ印加時ｔｐにおいて、バイアス電圧Ｖ_Ｂの最大値Ｖ_ＢＭＡＸが瞬時に印加され、その結果、強誘電体単結晶基板１に対して、合計電圧の最大値Ｖ_ＭＡＸが瞬時に印加されないようにしている。したがって、強誘電体単結晶基板１に対して、高電圧が瞬時に印加されるのを抑制してその破壊を効果的に防止することができる。なお、この場合においても、分極反転構造形成は、上記図１で説明した場合と同様の機構に従って形成される。
【００３０】
したがって、図２に示すような電圧印加プロファイルを採ることにより、強誘電体単結晶基板１を破壊することなく、高電圧をより効率的に印加することができ、周期状分極反転構造４をより深く形成することができる。
【００３１】
図３に示す印加電圧プロファイルをより実効あらしめるためには、時間間隔ｔ４は０．１秒〜３秒であることが好ましく、さらには０．２秒〜０．５秒であることが好ましい。また、時間間隔ｔ５は０．１秒〜５秒であることが好ましく、さらには０．２秒〜０．５秒であることが好ましい。
【００３２】
また、パルス電圧Ｖ_Ｐとバイアス電圧Ｖ_Ｂとの合計最大値Ｖ_ＭＡＸは、上記同様、強誘電体単結晶基板１の単位厚さ（ｍｍ）当たり、０．２ｋＶ〜２０ｋＶであることが好ましく、さらには４ｋＶ〜１０ｋＶであることが好ましい。これによって、周期状分極反転構造４をより深く形成することができる。また、前記範囲を超えるＶ_ＭＡＸを印加する場合は、強誘電体単結晶基板１を破壊してしまう場合がある。
【００３３】
なお、バイアス電圧の最大値Ｖ_ＢＭＡＸについても、上記Ｖ_ＭＡＸの０．４〜０．６の割合で印加することが好ましい。
【００３４】
また、バイアス電圧Ｖ_Ｂ印加開始時ｔｓから最大値Ｖ_ＢＭＡＸに至るまでの時間ｔ３及び最大値Ｖ_ＢＭＡＸからバイアス電圧印加終了時ｔｅまでの時間ｔ６は、特には限定されず、強誘電単結晶基板１を破壊しないような時間範囲内において任意に決定することができる。一般には、それぞれ０．０１秒〜５秒である。
【００３５】
図４は、図３に示す印加電圧プロファイルの変形例である。図４に示す印加電圧プロファイルにおいては、図３に示すような立ち上がり時間ｔ３及び立ち下がり時間ｔ６を設けることなく、瞬時に最大値Ｖ_ＭＡＸに到達するようにバイアス電圧Ｖ_Ｂを印加している。強誘電体単結晶基板１が破壊されない限り、図４に示すような瞬時のバイアス電圧Ｖ_Ｂ印加も可能である。なお、その他の条件は、図３に示す場合と同様である。
【００３６】
図５は、本発明の周期状分極反転構造の形成方法のその他の好ましい態様における、印加電圧の時間プロファイルを示すグラフである。図５に示す印加時間プロファイルは、図３に示す印加時間プロファイルの、バイアス電圧Ｖ_Ｂと連続させて、パルス電圧Ｖ_Ｐ及びバイアス電圧Ｖ_Ｂと極性が逆である負の逆バイアス電圧Ｖ_Ｇを印加している。
【００３７】
この場合、強誘電体単結晶基板１に対してバイアス電圧Ｖ_Ｂが印加されていない時点においては、定常的に逆バイアス電圧Ｖ_Ｇが印加されている。したがって、パルス電圧Ｖ_Ｐを印加して分極反転を生ぜしめるべく、バイアス電圧Ｖ_Ｂを印加する際には、強誘電体単結晶基板１は、逆バイアス電圧Ｖ_Ｇの最大値Ｖ_ＧＭＡＸとバイアス電圧Ｖ_Ｂの最大値Ｖ_ＢＭＡＸとの合計（Ｖ_ＧＭＡＸ＋Ｖ_ＢＭＡＸ）のバイアス電圧を感じるようになる。
【００３８】
すなわち、強誘電体単結晶基板１には、目的とするバイアス電圧Ｖ_Ｂの最大値Ｖ_ＢＭＡＸに加えて、逆バイアス電圧ＶＧの最大値Ｖ_ＧＭＡＸが実質的に印加された場合と等価になる。この結果、バイアス電圧Ｖ_Ｂの実効値が増大するため、より少なくバイアス電圧Ｖ_Ｂでより深い分極反転構造を形成することができる。
【００３９】
なお、図５ではバイアス電圧Ｖ_Ｂの印加開始前及び印加終了後において逆バイアス電圧Ｖ_Ｇを印加しているが、いずれか一方において印加すればよい。しかしながら、分極反転構造形成時においては、図５に示すようにパルス電圧Ｖ_Ｐを複数回印加することになる。したがって、パルス電圧Ｖ_Ｐと同期させて複数回バイアス電圧Ｖ_Ｂを印加し、各バイアス電圧Ｖ_Ｂ印加に対して逆バイアス電圧Ｖ_Ｇを連続的に簡易に印加することが必要になる。
【００４０】
このため、バイアス電圧Ｖ_Ｂの印加開始前、又は印加終了後の一方ではなく、図５に示すように、双方の場合に逆バイアス電圧を印加することによって、バイアス電圧Ｖ_Ｂと逆バイアス電圧Ｖ_Ｇとの連続性を容易に保持することができる。
【００４１】
図２〜５に示すような印加電圧プロファイルを用いて、例えば図１に示すような構成で周期状分極反転構造４を形成した場合、１μｍ以上の深さのものを得ることができる。なお、現状においては、強誘電単結晶基板１として、厚さ０．５ｍｍのＬＮ単結晶５度オフＹカット基板を用いた場合、約２．５μｍ深さまでの周期状分極反転構造を得ることができる。
【００４２】
図１に示すような強誘電体単結晶基板１内に周期状分極反転構造４を作製した後は、櫛形形状の第１の電極２及び平板状の第２の電極３は、それぞれ取り除かれる。
【００４３】
図６は、周期状分極反転構造が形成された強誘電体単結晶基板に、光導波路を形成した状態を示す図である。なお、簡略化のため、図６においては、強誘電体単結晶基板の、周期状分極反転構造が形成された部分のみを示している。
【００４４】
図１〜５に示す工程に従って、周期状分極反転構造が形成された強誘電体単結晶基板を得た後、これを実際のＳＨＧデバイスなどとして用いるためには、図６に示すように、プロトン交換法などによって周期状分極反転構造４内に光導波路５を形成して、所定の光導波路素子１０を作製する。その後、光導波路素子１０を実装し、光ファイバなどを接続することによって、目的とするＳＨＧデバイスなどを得る。
【００４５】
図７〜図９は、周期状分極反転構造が形成された強誘電体単結晶基板を用いて、リッジ構造型の光導波路素子を形成するための工程を説明するための図である。
【００４６】
最初に、図７に示すように、周期状分極反転構造４の形成された強誘電体単結晶基板１を、主面１Ａが下側になるようにして、支持基板１１と接着層１２を介して貼り合わせる。次いで、強誘電体単結晶基板１に裏面１Ｂから研削加工及び研摩加工を施すことにより、図８に示すように、周期状分極反転構造４が露出するまで薄板化する。その後、ダイシング加工、あるいは所定のマスクを介してレーザ加工処理を行ない、強誘電体単結晶基板１の両側部分を所定の厚さを残して除去し、図９に示すようなリッジ型の光導波路１５を有する、リッジ構造型の光導波路素子２０を得る。
【００４７】
その後、光導波路素子２０を実装し、光ファイバなどを接続することによって、目的とするＳＨＧデバイスなどを得る。
【００４８】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。
（実施例）
最初に、厚さ０．５ｍｍのＭｇＯドープＬＮ単結晶のＸカット板を強誘電体単結晶基板１として用い、この基板の主面１Ａ上に、Ｔａからなる幅ｄが０．４μｍ、ピッチＰが２．８μｍの電極片を有する櫛形形状の第１の電極２と、同じくＴａからなる平板状の第２の電極３Ａとを互いに対向するようにして形成した。その後、裏面１Ｂ上に、同じくＴａからなる平板状の第２の電極３Ｂを、第１の電極２と対向するように形成した。次いで、第１の電極２１と第２の電極３Ａ及び３Ｂ間に、図３に示すような印加電圧プロファイルを用いてパルス電圧ＶＰ及びバイアス電圧ＶＢを印加し、周期状分極反転構造４を形成した。
【００４９】
なお、このときｔ４及びｔ５はそれぞれ０．２秒とし、ｔ３及びｔ６はそれぞれ２秒とした。また、ＶＢＭＡＸは２ｋＶとし、ＶＭＡＸは４ｋＶとした。また、パルス電圧ＶＰのパルス幅は５０ｍｍ秒とした。
【００５０】
（比較例）
実施例と同様に、厚さ０．５ｍｍのＭｇＯドープＬＮ単結晶の５度オフＹカット基板を強誘電体単結晶基板１として用い、この基板１の主面１Ａ及び裏面１Ｂ上に、実施例と同形状及び同じ大きさの第１の電極２並びに第２の電極３Ａ及び３Ｂを形成した。その後、第１の電極２及び第２の電極３間に、大きさ２ｋＶ、パルス幅５０ｍ秒のパルス電圧が頂上された、大きさ２ｋＶの直流電圧を定常的に印加して、周期状分極反転構造４を形成した。
【００５１】
図１０は、上記実施例で形成された周期状分極反転構造４が形成された強誘電体単結晶基板１の断面を示す光学顕微鏡写真であり、図１１は、上記比較例で形成された周期状分極反転構造４が形成された強誘電体単結晶基板１の断面を示す光学顕微鏡写真である。
【００５２】
図１０及び１１から明らかなように、いずれの場合も強誘電体単結晶基板１内に周期状に配列してなる分極反転構造が形成されていることが分かる。そして、本発明に従って形成した図１０に示す周期状分極反転構造は、従来の方法に従って形成した図１１に示す周期状分極反転構造と比較して、強誘電体単結晶基板１内部において、十分深く形成されていることが確認された。
【００５３】
具体的な実測値は、図１１に示す周期状分極反転構造の深さが２．２μｍであり、図１０に示す周期状分極反転構造の深さが３．９μｍである。したがって、実測値からも、本発明に従って形成した周期状分極反転構造は、強誘電体単結晶基板内において、十分な深さを有していることが分かる。
【００５４】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない範囲において、あらゆる変更や変形が可能である。例えば、上記においては、強誘電体単結晶基板１を、例えばＭｇＯドープのＬＮ単結晶の５度オフカット板から構成する場合について示しているが、本発明は、例えばＬＮ単結晶の任意のオフカット基板、並びにＸカット基板、Ｙカット基板、Ｚカット基板から構成する場合についても用いることができる。
【００５５】
また、図１においては、主面１Ａ及び裏面１Ｂ上において、櫛形状の第１の電極１２と対向するように第２の電極３Ａ及び３Ｂを形成しているが、ＬＮ単結晶のＸカット基板又はＹカット基板を用いる場合は、裏面１Ｂ上に第２の電極３Ｂを形成することなく、主面１Ａ上において第２の電極３Ａのみを形成することによって、目的とする周期状分極反転構造を作製することができる。
【００５６】
さらに、ＬＮ単結晶のＺカット基板又は上述したオフカット基板を用いる場合は、主面１Ａ上に第２の電極３Ａを形成することなく、裏面１Ｂ上に第２の電極３Ｂのみを形成することによって、目的とする周期状分極反転構造を作製することができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、強誘電体単結晶基板を破壊することなく、十分な深さの周期状分極反転構造を形成することが可能になり、実用的な高出力のＳＨＧデバイスなどを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】周期状分極反転構造の形成方法を説明するための図である。
【図２】本発明の周期状分極反転構造の形成方法の好ましい態様における、印加電圧の時間プロファイルを示すグラフである。
【図３】本発明の周期状分極反転構造の形成方法の他の好ましい態様における、印加電圧の時間プロファイルを示すグラフである。
【図４】図３に示す印加電圧プロファイルの変形例である。
【図５】本発明の周期状分極反転構造の形成方法のその他の好ましい態様における、印加電圧の時間プロファイルを示すグラフである。
【図６】周期状分極反転構造が形成された強誘電体単結晶基板に、光導波路を形成した状態を示す図である。
【図７】周期状分極反転構造が形成された強誘電体基板を用いて、リッジ構造型の光導波路素子を形成する方法を説明するための一工程図である。
【図８】図７に示す工程の次の工程を示す図である。
【図９】図８に示す工程の次の工程を示す図である。
【図１０】本発明の方法に従って形成した周期状分極反転構造を有する強誘電体単結晶基板断面の、光学顕微鏡写真である。
【図１１】従来の方法に従って形成した周期状分極反転構造を有する強誘電体単結晶基板断面の、光学顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１ 強誘電体単結晶基板、２ 第１の電極、３ 第２の電極、４ 周期状分極反転構造、５、１５ 光導波路、１０、２０ 光導波路素子、１１ 支持基板、１２ 接着層

Claims (10)

1. 強誘電体単結晶基板の一表面上において、周期状に配列された複数の電極片を有する第１の電極と、この第１の電極と離隔し、対向して位置するように、前記強誘電体単結晶基板の任意の表面上に第２の電極とを配置し、前記第１の電極と前記第２の電極との間にパルス状の電圧を繰り返し印加するとともに、このパルス状の電圧と同期させてバイアス電圧を印加し、前記強誘電体単結晶内の所定領域において周期状の分極反転構造を形成する際に
   前記バイアス電圧を、印加開始時から最大となる時までの時間が０．１秒〜５秒までとするとともに、前記最大となる時から印加停止時までの時間が０．１秒〜５秒までとなるように印加し、更に、該バイアス電圧は前記パルス電圧の印加時において最大となるように印加する、ことを特徴とする、周期状分極反転構造の形成方法。
2. 前記バイアス電圧は、各繰り返し周期でパルス印加前と印加後の両方で０Ｖ以下となる時刻が存在するように、繰り返し印加されるパルス電圧に同期させて繰り返し印加する、請求項１に記載の周期状分極反転構造の形成方法。
3. 前記バイアス電圧は、前記パルス電圧印加時を含む、前記パルス電圧印加前、及び前記パルス電圧印加後の所定時間において、最大となるように印加することを特徴とする、請求項１または２に記載の周期状分極反転構造の形成方法。
4. 前記パルス電圧印加前の、前記バイアス電圧が最大を示す時間が０．１秒〜３秒であり、前記パルス電圧印加後の、前記バイアス電圧が最大を示す時間が０．１秒〜３秒であることを特徴とする、請求項３に記載の周期状分極反転構造の形成方法。
5. 前記パルス電圧及び前記バイアス電圧の合計の最大値が、前記強誘電体単結晶基板の単位厚さ（ｍｍ）当たり、０．２ｋＶ／ｍｍ〜２０ｋＶ／ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の周期状分極反転構造の形成方法。
6. 前記バイアス電圧の印加前後の少なくとも一方において、前記パルス電圧の極性と異なる極性の逆バイアス電圧を前記バイアス電圧と連続させて印加することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の周期状分極反転構造の形成方法。
7. 前記第１の電極と前記第２の電極とは、前記強誘電単結晶基板の同一表面上に配置することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の周期状分極反転構造の形成方法。
8. 前記第１の電極と前記第２の電極とは、それぞれ前記強誘電体単結晶基板の相対向する異なる表面上に配置することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の周期状分極反転構造の形成方法。
9. 前記第２の電極は、前記第１の電極と同一平面上、及びこの平面と相対向する異なる表面上に配置することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の周期状分極反転構造の形成方法。
10. 前記周期状分極反転構造の、前記第１の電極が形成された前記強誘電体単結晶基板表面からの深さが、１μｍ以上であることを特徴とする、請求項７に記載の周期状分極反転構造の形成方法。

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