JPH06186603A - 分極反転層形成方法 - Google Patents
分極反転層形成方法Info
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- JPH06186603A JPH06186603A JP5094543A JP9454393A JPH06186603A JP H06186603 A JPH06186603 A JP H06186603A JP 5094543 A JP5094543 A JP 5094543A JP 9454393 A JP9454393 A JP 9454393A JP H06186603 A JPH06186603 A JP H06186603A
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- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/355—Non-linear optics characterised by the materials used
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 基板の一主面に金属周期パターンを形成で
き、微細な周期的ドメイン反転構造を容易に形成できる
分極反転層形成方法を提供する。 【構成】 強誘電体結晶からなる基板における分極反転
が生じ易い軸方向に平行な主面上において、３次元導波
路を形成する工程の前又は後に、３次元導波路の伸長方
向に沿ってこれを挾んで対向かつ離間して配置された一
対の接地用陽極及び印加用陰極の複数を、所定周期間隔
で主面上に形成し、接地用陽極を接地し、電子ビームを
印加用陰極に照射して、３次元導波路の伸長方向に沿っ
て複数の分極反転層を形成する。
き、微細な周期的ドメイン反転構造を容易に形成できる
分極反転層形成方法を提供する。 【構成】 強誘電体結晶からなる基板における分極反転
が生じ易い軸方向に平行な主面上において、３次元導波
路を形成する工程の前又は後に、３次元導波路の伸長方
向に沿ってこれを挾んで対向かつ離間して配置された一
対の接地用陽極及び印加用陰極の複数を、所定周期間隔
で主面上に形成し、接地用陽極を接地し、電子ビームを
印加用陰極に照射して、３次元導波路の伸長方向に沿っ
て複数の分極反転層を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、強誘電体結晶からなる
基板に分極反転層を形成する方法に関する。
基板に分極反転層を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】かかる分極反転層形成方法は、強誘電体
の伸長したコア（３次元導波路）とその周囲を囲む低屈
折率のクラッドとからなり、該導波路に基本波を注入し
擬似位相整合（quasi-phase matching:QPM)により第２
高調波を生ぜしめる波長変換素子の製造方法に用いられ
る。第２高調波発生(Second Harmonic Generation:SHG)
及び擬似位相整合を利用した波長変換素子（以下、QPM-
SHG素子ともいう）としては、図１に示すように、強誘
電体結晶からなる基板１において基本波が伝わる３次元
導波路２の分極が該導波路の伸長方向に沿って周期的に
反転する複数の分極反転部３（周期的ドメイン反転構
造）を有するものが知られている。擬似位相整合は、基
本波を注入された導波路からの第２高調波出力がその伝
播に伴ってコヒーレンス長毎に極大極小を周期的に繰返
すことを利用して、コヒーレンス長毎に発生する分極波
の符号を交互に反転させて、第２高調波の出力の加算に
より出力を増大させる整合方法である。QPM-SHG素子の
強誘電体結晶基板には、領域不純物、歪応力、熱、電界
等の外部要因によって結晶のＺ軸方位に分極の１８０度
反転、すなわち分極ドメインの反転が生じやすい（特に
＋Ｚ面）反転特性を有し、さらに非線形光学係数が高い
ニオブ酸リチウム(LiNbO3)やタンタル酸リチウム(LiTaO
3)の結晶などが用いられる。よって、図１に示すように
波長変換素子としては、ＬｉＮｂＯ3結晶などのＺカッ
ト基板１（結晶のＺ軸を法線としＸ−Ｙ軸を含むＺカッ
ト面１Ｚを主面とする基板）が主に用いられる（破線矢
印は分極の方向を示す）。
の伸長したコア（３次元導波路）とその周囲を囲む低屈
折率のクラッドとからなり、該導波路に基本波を注入し
擬似位相整合（quasi-phase matching:QPM)により第２
高調波を生ぜしめる波長変換素子の製造方法に用いられ
る。第２高調波発生(Second Harmonic Generation:SHG)
及び擬似位相整合を利用した波長変換素子（以下、QPM-
SHG素子ともいう）としては、図１に示すように、強誘
電体結晶からなる基板１において基本波が伝わる３次元
導波路２の分極が該導波路の伸長方向に沿って周期的に
反転する複数の分極反転部３（周期的ドメイン反転構
造）を有するものが知られている。擬似位相整合は、基
本波を注入された導波路からの第２高調波出力がその伝
播に伴ってコヒーレンス長毎に極大極小を周期的に繰返
すことを利用して、コヒーレンス長毎に発生する分極波
の符号を交互に反転させて、第２高調波の出力の加算に
より出力を増大させる整合方法である。QPM-SHG素子の
強誘電体結晶基板には、領域不純物、歪応力、熱、電界
等の外部要因によって結晶のＺ軸方位に分極の１８０度
反転、すなわち分極ドメインの反転が生じやすい（特に
＋Ｚ面）反転特性を有し、さらに非線形光学係数が高い
ニオブ酸リチウム(LiNbO3)やタンタル酸リチウム(LiTaO
3)の結晶などが用いられる。よって、図１に示すように
波長変換素子としては、ＬｉＮｂＯ3結晶などのＺカッ
ト基板１（結晶のＺ軸を法線としＸ−Ｙ軸を含むＺカッ
ト面１Ｚを主面とする基板）が主に用いられる（破線矢
印は分極の方向を示す）。
【０００３】３次元導波路に沿って周期的ドメイン反転
構造を形成する方法には、キュリー点近傍熱処理法、電
子ビーム照射法、電界印加法等が提案されている。例え
ば、図２に示すように特開平３−１２１４２８号に開示
されている電子ビーム照射法は、微細パターンの電極に
より電圧をかけて分極反転部を形成する。この方法にお
いては、シングルドメイン化されたＬｉＮｂＯ3結晶の
Ｚカット板を基板１として、その±Ｚカット面双方主面
を極性の反対な対向する一対の電極６ではさみ込み、１
０００℃を越える高温中で図３に示すように、この基板
１に電極６より数十ＫＶ／ｃｍの電圧を印加し、複数の
分極反転部３を基板に形成している。基板のＺカット面
にて電圧印加を行うのは、Ｚ面にて分極ドメインの反転
が生じやすいからである。
構造を形成する方法には、キュリー点近傍熱処理法、電
子ビーム照射法、電界印加法等が提案されている。例え
ば、図２に示すように特開平３−１２１４２８号に開示
されている電子ビーム照射法は、微細パターンの電極に
より電圧をかけて分極反転部を形成する。この方法にお
いては、シングルドメイン化されたＬｉＮｂＯ3結晶の
Ｚカット板を基板１として、その±Ｚカット面双方主面
を極性の反対な対向する一対の電極６ではさみ込み、１
０００℃を越える高温中で図３に示すように、この基板
１に電極６より数十ＫＶ／ｃｍの電圧を印加し、複数の
分極反転部３を基板に形成している。基板のＺカット面
にて電圧印加を行うのは、Ｚ面にて分極ドメインの反転
が生じやすいからである。
【０００４】また、キュリー点近傍熱処理法では、ニオ
ブ酸リチウムやタンタル酸リチウム結晶のＺカット基板
の主面にてピロリン酸によるプロトン交換を行いキュリ
ー点近傍まで加熱する熱処理を行う。基板のＺカット面
にてプロトン交換を行うのは、図１に示す結晶のＸ軸を
法線としＺ−Ｙ軸を含むＸカット面１Ｘ及びＹ軸を法線
としＺ−Ｘ軸を含むＹカット面１Ｙがプロトン交換によ
り腐食されるためプロトン交換層の作成に適さないとさ
れてきたためである（Kazuhisa YAMAMOTO, Kiminori MI
ZUUCHI and Tetsuo TANIUCHI“Low-Loss Channel Waveg
uides in MgO:LiNbO3 ans LiTaO3 by Pyrophosphoric A
cid Proton Exchange” Jpn．J. Appl.Phys. Vol.31(19
92)pp. 1059-1064 Part 1, No.4, April 1992)。
ブ酸リチウムやタンタル酸リチウム結晶のＺカット基板
の主面にてピロリン酸によるプロトン交換を行いキュリ
ー点近傍まで加熱する熱処理を行う。基板のＺカット面
にてプロトン交換を行うのは、図１に示す結晶のＸ軸を
法線としＺ−Ｙ軸を含むＸカット面１Ｘ及びＹ軸を法線
としＺ−Ｘ軸を含むＹカット面１Ｙがプロトン交換によ
り腐食されるためプロトン交換層の作成に適さないとさ
れてきたためである（Kazuhisa YAMAMOTO, Kiminori MI
ZUUCHI and Tetsuo TANIUCHI“Low-Loss Channel Waveg
uides in MgO:LiNbO3 ans LiTaO3 by Pyrophosphoric A
cid Proton Exchange” Jpn．J. Appl.Phys. Vol.31(19
92)pp. 1059-1064 Part 1, No.4, April 1992)。
【０００５】このように、ニオブ酸リチウム及びタンタ
ル酸リチウムの結晶基板では、分極反転が生じ易いＺ軸
方向に垂直なＺカット面上に３次元導波路及び周期的ド
メイン反転構造を形成していた。
ル酸リチウムの結晶基板では、分極反転が生じ易いＺ軸
方向に垂直なＺカット面上に３次元導波路及び周期的ド
メイン反転構造を形成していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】かかる周期的ドメイン
反転構造形成方法、すなわち分極反転層形成方法電子ビ
ーム照射法における基板のＺカット面を一対の電極で挾
む方法は、分極反転部に屈折率の変化を生じないメリッ
トがあるものの、基板の厚さに応じて高電圧の印加が必
要で、基板を薄くするのに限界があるので、微細な周期
的ドメイン反転構造を形成するにも限界がある。
反転構造形成方法、すなわち分極反転層形成方法電子ビ
ーム照射法における基板のＺカット面を一対の電極で挾
む方法は、分極反転部に屈折率の変化を生じないメリッ
トがあるものの、基板の厚さに応じて高電圧の印加が必
要で、基板を薄くするのに限界があるので、微細な周期
的ドメイン反転構造を形成するにも限界がある。
【０００７】また、キュリー点近傍熱処理法の周期的ド
メイン反転構造を形成する方法において、プロトン交換
を行う場合もあり基板の腐食防止を考慮しなければなら
ない。よって、本発明の目的は、微細な周期的ドメイン
反転構造を容易に形成できる分極反転層形成方法を提供
することにある。
メイン反転構造を形成する方法において、プロトン交換
を行う場合もあり基板の腐食防止を考慮しなければなら
ない。よって、本発明の目的は、微細な周期的ドメイン
反転構造を容易に形成できる分極反転層形成方法を提供
することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の分極反転層形成
方法は、強誘電体結晶からなる基板に分極反転層を形成
する方法であって、前記基板における分極反転が生じ易
い軸方向に平行な主面上において、対向かつ離間して配
置された一対の接地用陽極及び印加用陰極の複数を、所
定周期間隔で形成する工程と、前記接地用陽極を接地
し、電子ビームを前記印加用陰極に照射し前記接地用陽
極及び前記印加用陰極を除去して、複数の分極反転層を
形成する工程とからなることを特徴とする。
方法は、強誘電体結晶からなる基板に分極反転層を形成
する方法であって、前記基板における分極反転が生じ易
い軸方向に平行な主面上において、対向かつ離間して配
置された一対の接地用陽極及び印加用陰極の複数を、所
定周期間隔で形成する工程と、前記接地用陽極を接地
し、電子ビームを前記印加用陰極に照射し前記接地用陽
極及び前記印加用陰極を除去して、複数の分極反転層を
形成する工程とからなることを特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明によれば、屈折率変化の少ない微細な周
期的ドメイン反転構造を有する波長変換素子が容易に作
製可能となる。
期的ドメイン反転構造を有する波長変換素子が容易に作
製可能となる。
【００１０】
【実施例】以下に、本発明による実施例を図面を参照し
つつ説明する。図４（ａ）に示すように、まず、タンタ
ル酸リチウム結晶からなるＹカット板を基板１として、
基板の結晶における分極反転が生じ易いＺ軸方向に平行
な主面のＹカット面１Ｙ上において、対向かつ離間して
配置された一対の接地用陽極１１及び印加用陰極１２の
複数を、所定周期間隔で形成する。これら電極は例えば
クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、
銀（Ａｇ）等によってフォトリソグラフィ法及びリアク
ティブイオンエッチング法等の手段により形成される。
つつ説明する。図４（ａ）に示すように、まず、タンタ
ル酸リチウム結晶からなるＹカット板を基板１として、
基板の結晶における分極反転が生じ易いＺ軸方向に平行
な主面のＹカット面１Ｙ上において、対向かつ離間して
配置された一対の接地用陽極１１及び印加用陰極１２の
複数を、所定周期間隔で形成する。これら電極は例えば
クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、
銀（Ａｇ）等によってフォトリソグラフィ法及びリアク
ティブイオンエッチング法等の手段により形成される。
【００１１】ここで接地用陽極１１は複数であるが、接
地されるために共通の１つの金属膜として形成される。
印加用陰極１２は所定間隔（Ｘ及びＺ方向）にて分離し
た複数の島状金属膜として形成される。一対の接地用陽
極１１及び印加用陰極１２の間隔は、後に作成するＸ方
向に伸長する導波路の幅よりも広い間隔が望ましい。印
加用陰極１２は同士の間隔は、波長λ＝860nmの基本波
を用いＸ方向に伸長する導波路を有する一次のQPM-SHG
素子を製造する場合、Ｘ方向に沿って１．８μｍのライ
ンアンドスペース（３．６μｍピッチ）の複数の印加用
陰極１２が形成される。尚、三次のQPM-SHG素子の場
合、ラインアンドスペースは５．４μｍとなる。
地されるために共通の１つの金属膜として形成される。
印加用陰極１２は所定間隔（Ｘ及びＺ方向）にて分離し
た複数の島状金属膜として形成される。一対の接地用陽
極１１及び印加用陰極１２の間隔は、後に作成するＸ方
向に伸長する導波路の幅よりも広い間隔が望ましい。印
加用陰極１２は同士の間隔は、波長λ＝860nmの基本波
を用いＸ方向に伸長する導波路を有する一次のQPM-SHG
素子を製造する場合、Ｘ方向に沿って１．８μｍのライ
ンアンドスペース（３．６μｍピッチ）の複数の印加用
陰極１２が形成される。尚、三次のQPM-SHG素子の場
合、ラインアンドスペースは５．４μｍとなる。
【００１２】次に、図４（ｂ）に示すように、電子ビー
ム描画装置を用いて、印加用陰極１２上に沿って陰極に
一回づつ順次、間歇的に照射する。このとき、図６に示
すように印加用陰極１２の直下で均一に電荷が蓄積さ
れ、これと接地用陽極１１との間の基板１に電界が生じ
Ｚ方向に分極反転層ができる。図４（ｂ）に示す破線矢
印は分極の方向を示す。電子ビームは、印加用陰極１２
の１毎に、プローブ（ビーム）電流Ｉｐ：５×１０-8Ａ
でドーズ時間３６０μ秒間（１．８×１０-11［Ｃ］）
照射される。なお、接地用陽極１１及び印加用陰極１２
の対向側縁端部は、後に作成するＸ方向に伸長する導波
路と平行に形成される。
ム描画装置を用いて、印加用陰極１２上に沿って陰極に
一回づつ順次、間歇的に照射する。このとき、図６に示
すように印加用陰極１２の直下で均一に電荷が蓄積さ
れ、これと接地用陽極１１との間の基板１に電界が生じ
Ｚ方向に分極反転層ができる。図４（ｂ）に示す破線矢
印は分極の方向を示す。電子ビームは、印加用陰極１２
の１毎に、プローブ（ビーム）電流Ｉｐ：５×１０-8Ａ
でドーズ時間３６０μ秒間（１．８×１０-11［Ｃ］）
照射される。なお、接地用陽極１１及び印加用陰極１２
の対向側縁端部は、後に作成するＸ方向に伸長する導波
路と平行に形成される。
【００１３】両電極のパターンは、図７（ａ）に示すよ
うに、Ｘ方向に並設された複数の島状印加用陰極１２
と、各々Ｚ方向に平行に伸長して島状印加用陰極１２に
向かい合う複数の歯部１１ａをその縁端部に有した接地
用陽極１１とからなるパターンとしてもよく、さらに図
７（ｂ）に示すように、両電極１１及び１２を櫛状金属
膜として両者の複数の歯部１１ａ及び１２ａの自由端部
が互いに対向するように平行に配置してもよい。一対の
接地用陽極及び印加用陰極１１及び１２は、周期的な分
極反転部が所望のピッチと分極反転幅にそれぞれ対応す
るピッチと幅の平行配列パターンとなるように形成さ
れ、電子ビームが照射された際、電束密度が大きくな
り、効率よく分極反転が形成される。
うに、Ｘ方向に並設された複数の島状印加用陰極１２
と、各々Ｚ方向に平行に伸長して島状印加用陰極１２に
向かい合う複数の歯部１１ａをその縁端部に有した接地
用陽極１１とからなるパターンとしてもよく、さらに図
７（ｂ）に示すように、両電極１１及び１２を櫛状金属
膜として両者の複数の歯部１１ａ及び１２ａの自由端部
が互いに対向するように平行に配置してもよい。一対の
接地用陽極及び印加用陰極１１及び１２は、周期的な分
極反転部が所望のピッチと分極反転幅にそれぞれ対応す
るピッチと幅の平行配列パターンとなるように形成さ
れ、電子ビームが照射された際、電束密度が大きくな
り、効率よく分極反転が形成される。
【００１４】また、電子ビームの照射は、図７（ａ）に
示すパターンの場合、複数の印加用陰極１２上に渡って
電子ビームをライン状に走査して連続照射しても良い。
この場合、電子ビームは、プローブ（ビーム）電流Ｉ
ｐ：５×１０-8Ａ、ライン走査速度ｖ：０．０１［μｍ
／μ秒］にて照射する。ここで、印加用陰極１２間の基
板１へ電子ビーム照射が行われるが、印加用電極金属が
近傍に存在するので基板１への影響は少ない。図７
（ｂ）に示すパターンの場合、印加用陰極１２に向けて
一回だけ電子ビームを照射するだけなので、工程数の減
少が達成できる。また、図７（ｂ）に示す一括して電界
印加する方法では基板結晶表面の汚れ、結晶の欠陥や転
移による導電率の違い等で部分的に電界が均一に印加さ
れなくなる状態が生じることがあるが、図７（ａ）に示
す間歇的又は連続走査的に電子ビームを独立して島状印
加用陰極１２に照射すると、各々対向する接地用及び印
加用電極間だけで分極が反転するので、かかる状態を避
けることが出来る。
示すパターンの場合、複数の印加用陰極１２上に渡って
電子ビームをライン状に走査して連続照射しても良い。
この場合、電子ビームは、プローブ（ビーム）電流Ｉ
ｐ：５×１０-8Ａ、ライン走査速度ｖ：０．０１［μｍ
／μ秒］にて照射する。ここで、印加用陰極１２間の基
板１へ電子ビーム照射が行われるが、印加用電極金属が
近傍に存在するので基板１への影響は少ない。図７
（ｂ）に示すパターンの場合、印加用陰極１２に向けて
一回だけ電子ビームを照射するだけなので、工程数の減
少が達成できる。また、図７（ｂ）に示す一括して電界
印加する方法では基板結晶表面の汚れ、結晶の欠陥や転
移による導電率の違い等で部分的に電界が均一に印加さ
れなくなる状態が生じることがあるが、図７（ａ）に示
す間歇的又は連続走査的に電子ビームを独立して島状印
加用陰極１２に照射すると、各々対向する接地用及び印
加用電極間だけで分極が反転するので、かかる状態を避
けることが出来る。
【００１５】このように、分極反転層を独立に１個づつ
独立に分極反転させることにより基板結晶の不均一によ
る影響を受けずに高精度のピッチ、デューティー比の分
極反転層が形成できる。印加用陰極１２と接地用陽極１
１との間の距離をある程度（５０〜１００μｍ）離して
も隣接する分極反転部分が融合することはなくなる。ま
た、印加用陰極と接地用陽極との間の距離を離す場合、
分極反転層の深さが深くなり、QPM-SHG素子の特性が向
上する。
独立に分極反転させることにより基板結晶の不均一によ
る影響を受けずに高精度のピッチ、デューティー比の分
極反転層が形成できる。印加用陰極１２と接地用陽極１
１との間の距離をある程度（５０〜１００μｍ）離して
も隣接する分極反転部分が融合することはなくなる。ま
た、印加用陰極と接地用陽極との間の距離を離す場合、
分極反転層の深さが深くなり、QPM-SHG素子の特性が向
上する。
【００１６】次に、図４（ｃ）に示すように、印加用陰
極１２及び接地用陽極１１をウェットエッチングで除去
し、直線上に配列された複数の分極反転層３を形成す
る。ＬｉＴａＯ3結晶のＹカット面に成膜された電極に
電子ビームを照射することにより、低温で分極反転層が
形成できるので、結晶の損傷が減少する。次に、図４
（ｄ）に示すように、３次元導波路を作成する。所定周
期の分極反転層３に直交した幅４μｍのスリット状開孔
パターンのタンタル（Ｔａ）膜１３を基板のＹカット面
にフォトリソグラフィ法及びリアクティブイオンエッチ
ング法等の手段により形成する。ここで、スリットの長
手方向はＸ方向である。
極１２及び接地用陽極１１をウェットエッチングで除去
し、直線上に配列された複数の分極反転層３を形成す
る。ＬｉＴａＯ3結晶のＹカット面に成膜された電極に
電子ビームを照射することにより、低温で分極反転層が
形成できるので、結晶の損傷が減少する。次に、図４
（ｄ）に示すように、３次元導波路を作成する。所定周
期の分極反転層３に直交した幅４μｍのスリット状開孔
パターンのタンタル（Ｔａ）膜１３を基板のＹカット面
にフォトリソグラフィ法及びリアクティブイオンエッチ
ング法等の手段により形成する。ここで、スリットの長
手方向はＸ方向である。
【００１７】次に、この基板をピロリン酸中にて、２６
０℃，３０分の条件でプロトン交換を行って３次元導波
路２を形成する。この後、Ｏ2雰囲気中３４０℃，３０
分の条件でアニールし、プロトン交換層の３次元導波路
を安定化させる。なお、プロトン交換はピロリン酸で行
ったが安息香酸等のプロトン交換源でもよい。マスクは
タンタル（Ｔａ）の他の金（Ａｕ），白金（Ｐｔ）など
ピロリン酸のプロトン交換に耐えるものであれば使用で
きる。安息香酸のプロトン交換であればアルミニウム
（Ａｌ），クロム（Ｃｒ），チタン（Ｔｉ）も使用でき
る。また、プロトン交換後に例えば３４０℃,３０分程
度のアニール工程を加えれば、より低損失化も可能であ
る。
０℃，３０分の条件でプロトン交換を行って３次元導波
路２を形成する。この後、Ｏ2雰囲気中３４０℃，３０
分の条件でアニールし、プロトン交換層の３次元導波路
を安定化させる。なお、プロトン交換はピロリン酸で行
ったが安息香酸等のプロトン交換源でもよい。マスクは
タンタル（Ｔａ）の他の金（Ａｕ），白金（Ｐｔ）など
ピロリン酸のプロトン交換に耐えるものであれば使用で
きる。安息香酸のプロトン交換であればアルミニウム
（Ａｌ），クロム（Ｃｒ），チタン（Ｔｉ）も使用でき
る。また、プロトン交換後に例えば３４０℃,３０分程
度のアニール工程を加えれば、より低損失化も可能であ
る。
【００１８】次に、Ｔａ膜１３をウェットエッチングで
除去して、図５に示す波長変換素子が得られる。この波
長変換素子は、導波路２の両端面に光学研磨を施されて
いる。ＴＥモードの基本波を上記導波路に入射させるこ
とにより、第２高調波（ＳＨＧ）光を反対側端面から取
り出せる。このように基板１上に形成された３次元導波
路２及び分極反転部３を有するQPM-SHG素子は、導波路
に注入される基本波（波長＝λ，周波数＝ω）を第２高
調波（波長＝λ／２，周波数＝２ω）に変換する。
除去して、図５に示す波長変換素子が得られる。この波
長変換素子は、導波路２の両端面に光学研磨を施されて
いる。ＴＥモードの基本波を上記導波路に入射させるこ
とにより、第２高調波（ＳＨＧ）光を反対側端面から取
り出せる。このように基板１上に形成された３次元導波
路２及び分極反転部３を有するQPM-SHG素子は、導波路
に注入される基本波（波長＝λ，周波数＝ω）を第２高
調波（波長＝λ／２，周波数＝２ω）に変換する。
【００１９】ここで、実施例においてタンタル酸リチウ
ム結晶のＹカット基板でＹカット面上に３次元導波路及
び周期的ドメイン反転構造を形成したのは、発明者は、
ＬｉＴａＯ3結晶のＸＹ及びＺカット面における腐食に
ついて実験を行い、そのＹカット面におけるスリット幅
に対するプロトン交換導波路の腐食割合を平均したとこ
ろ、スリット幅が０μｍを越え腐食部クラックの幅以上
で１０μｍ以下の場合、腐食が発生せず望ましいことを
知見したためである。また同様な条件で、タンタル酸リ
チウム結晶のＸカット基板を用いた場合も、幅１０μｍ
以下のスリット状マスクを用いた方法は同様の腐食減少
効果を奏し、さらに、ニオブ酸リチウム結晶のＸまたは
Ｙカット板に対しても同様の効果を示ことが明らかとな
ったためである。よって、上記基板としてはタンタル酸
リチウム結晶のＸカット板でもよく、またニオブ酸リチ
ウム結晶からなるＸまたはＹカット基板でもよい。
ム結晶のＹカット基板でＹカット面上に３次元導波路及
び周期的ドメイン反転構造を形成したのは、発明者は、
ＬｉＴａＯ3結晶のＸＹ及びＺカット面における腐食に
ついて実験を行い、そのＹカット面におけるスリット幅
に対するプロトン交換導波路の腐食割合を平均したとこ
ろ、スリット幅が０μｍを越え腐食部クラックの幅以上
で１０μｍ以下の場合、腐食が発生せず望ましいことを
知見したためである。また同様な条件で、タンタル酸リ
チウム結晶のＸカット基板を用いた場合も、幅１０μｍ
以下のスリット状マスクを用いた方法は同様の腐食減少
効果を奏し、さらに、ニオブ酸リチウム結晶のＸまたは
Ｙカット板に対しても同様の効果を示ことが明らかとな
ったためである。よって、上記基板としてはタンタル酸
リチウム結晶のＸカット板でもよく、またニオブ酸リチ
ウム結晶からなるＸまたはＹカット基板でもよい。
【００２０】尚、QPM-SHG素子を作成するために上記実
施例では周期的ドメイン反転構造の形成の後に３次元導
波路を形成しているが、電極形成及び電界印加による分
極反転部の形成工程の前に、プロトン交換による３次元
導波路を作製してもよい。すなわち、プロトン交換源に
よる腐食が生じないスリット幅のスリットを有するパタ
ーンマスクを、基板の結晶における分極反転が生じ易い
軸方向に平行な主面上に形成し、次に、プロトン交換源
をスリットを介して主面に接触させプロトン交換を行い
３次元導波路を形成し、次に、３次元導波路を挾んで対
向し離間して配置された一対の電極（または３次元導波
路の伸長方向に直交する方向において伸長しかつ離間す
る複数の歯部を有する櫛型電極）を形成し、次に、電極
の一方を接地し、電子ビームを櫛型電極の他方に照射し
て電極間に電界を印加し、３次元導波路の伸長方向に沿
って複数の分極反転層を形成し、QPM-SHG素子を作成で
きることは明らかである。
施例では周期的ドメイン反転構造の形成の後に３次元導
波路を形成しているが、電極形成及び電界印加による分
極反転部の形成工程の前に、プロトン交換による３次元
導波路を作製してもよい。すなわち、プロトン交換源に
よる腐食が生じないスリット幅のスリットを有するパタ
ーンマスクを、基板の結晶における分極反転が生じ易い
軸方向に平行な主面上に形成し、次に、プロトン交換源
をスリットを介して主面に接触させプロトン交換を行い
３次元導波路を形成し、次に、３次元導波路を挾んで対
向し離間して配置された一対の電極（または３次元導波
路の伸長方向に直交する方向において伸長しかつ離間す
る複数の歯部を有する櫛型電極）を形成し、次に、電極
の一方を接地し、電子ビームを櫛型電極の他方に照射し
て電極間に電界を印加し、３次元導波路の伸長方向に沿
って複数の分極反転層を形成し、QPM-SHG素子を作成で
きることは明らかである。
【００２１】上記実施例では、図６に示すように、印加
用陰極１２と接地用陽極１１との間の距離を離して、電
気力線を基板内部にまで発生させ分極反転層３の深さを
深くするようになしたが、他の実施例としては、分極反
転層３の深さをさらに深くしてQPM-SHG素子の特性を向
上させるために、印加用陰極１２と接地用陽極１１との
一部が導波路となるべき基板表面部分を挾むように、両
電極を形成する方法がある。
用陰極１２と接地用陽極１１との間の距離を離して、電
気力線を基板内部にまで発生させ分極反転層３の深さを
深くするようになしたが、他の実施例としては、分極反
転層３の深さをさらに深くしてQPM-SHG素子の特性を向
上させるために、印加用陰極１２と接地用陽極１１との
一部が導波路となるべき基板表面部分を挾むように、両
電極を形成する方法がある。
【００２２】すなわち、図８（ａ）に示すように、ま
ず、タンタル酸リチウム結晶からなるＹカット板基板１
を用意して、そのＹカット面１Ｙ上において、導波路と
なるべき基板表面部分１５を挾むように、各々深さ数μ
ｍの２本の平行溝２０をプラズマエッチング、反応性エ
ッチング等のドライエッチング方法で形成する。ここ
で、基板表面部分１５を挾む平行溝２０の対向側壁が平
行となるように異方性エッチングを行う。また、他に機
械的な切削で数ミクロンの研削を行ったり、逆に導波路
となるべき基板表面部分１５をエピタキシャル成長させ
形成してもよい。
ず、タンタル酸リチウム結晶からなるＹカット板基板１
を用意して、そのＹカット面１Ｙ上において、導波路と
なるべき基板表面部分１５を挾むように、各々深さ数μ
ｍの２本の平行溝２０をプラズマエッチング、反応性エ
ッチング等のドライエッチング方法で形成する。ここ
で、基板表面部分１５を挾む平行溝２０の対向側壁が平
行となるように異方性エッチングを行う。また、他に機
械的な切削で数ミクロンの研削を行ったり、逆に導波路
となるべき基板表面部分１５をエピタキシャル成長させ
形成してもよい。
【００２３】次に、図８（ｂ）に示すように、平行溝２
０の一方の中にＸ方向に並設された複数の島状印加用陰
極１２を形成し、平行溝２０の他方の中に各々Ｚ方向に
平行に伸長し陰極１２に向かい合う複数の歯部を有する
接地用陽極１１を形成する。両電極のパターンは、さら
に図７（ｂ）、図４（ａ）に示すようになしてもよい。
フォトリソグラフィー方法等によって、陰極１２の歯部
及び陽極１１は、これらが基板表面部分１５を挾むよう
に、平行溝２０の対向側壁上に渡って所定周期間隔で形
成される（図９に示す立上り部分１１ａ，１２ａ）。
０の一方の中にＸ方向に並設された複数の島状印加用陰
極１２を形成し、平行溝２０の他方の中に各々Ｚ方向に
平行に伸長し陰極１２に向かい合う複数の歯部を有する
接地用陽極１１を形成する。両電極のパターンは、さら
に図７（ｂ）、図４（ａ）に示すようになしてもよい。
フォトリソグラフィー方法等によって、陰極１２の歯部
及び陽極１１は、これらが基板表面部分１５を挾むよう
に、平行溝２０の対向側壁上に渡って所定周期間隔で形
成される（図９に示す立上り部分１１ａ，１２ａ）。
【００２４】次に、図８（ｂ）及び図９に示すように、
電子ビーム描画装置を用いて、印加用陰極１２上に沿っ
て陰極に一回ずつ順次、間歇的に照射する。図９に示す
ように、平行溝２０の対向側壁上に陽極１１及び陰極１
２の立上り部分１１ａ及び１２ａが形成されているの
で、印加用陰極１２の立上り部分１２ａ垂直面に均一に
電荷が蓄積され、これと接地用陽極１１の立上り部分１
１ａとの間の基板表面部分１５内部に電界が生じＺ方向
に分極反転層ができる。よって、平行溝２０の深さを所
望の値に設定し、溝側壁上に対向する周期電極群を形成
すれば３次元導波路のQPM-SHG素子を作成できる。な
お、電子ビームの照射は、図８（ｂ）に示すパターンの
場合、複数の印加用陰極１２上に渡って電子ビームをラ
イン状に走査して連続照射しても良い。
電子ビーム描画装置を用いて、印加用陰極１２上に沿っ
て陰極に一回ずつ順次、間歇的に照射する。図９に示す
ように、平行溝２０の対向側壁上に陽極１１及び陰極１
２の立上り部分１１ａ及び１２ａが形成されているの
で、印加用陰極１２の立上り部分１２ａ垂直面に均一に
電荷が蓄積され、これと接地用陽極１１の立上り部分１
１ａとの間の基板表面部分１５内部に電界が生じＺ方向
に分極反転層ができる。よって、平行溝２０の深さを所
望の値に設定し、溝側壁上に対向する周期電極群を形成
すれば３次元導波路のQPM-SHG素子を作成できる。な
お、電子ビームの照射は、図８（ｂ）に示すパターンの
場合、複数の印加用陰極１２上に渡って電子ビームをラ
イン状に走査して連続照射しても良い。
【００２５】以下、図４（ｃ）及び（ｄ）に示す工程と
同様に作業をすすめ、導波路２の両端面に光学研磨を施
せば、図１０に示す波長変換素子が得られる。
同様に作業をすすめ、導波路２の両端面に光学研磨を施
せば、図１０に示す波長変換素子が得られる。
【００２６】
【発明の効果】以上のように、本発明の分極反転層形成
方法によれば、強誘電体結晶からなる基板における分極
反転が生じ易い軸方向に平行な主面上において、プロト
ン交換法等による３次元導波路を形成する工程の前又は
後に、３次元導波路の伸長方向に沿ってこれを挾んで対
向かつ離間して配置された一対の接地用陽極及び印加用
陰極の複数を、所定周期間隔で主面上に形成し、接地用
陽極を接地し、電子ビームを印加用陰極に照射して、３
次元導波路の伸長方向に沿って複数の分極反転層を形成
する工程を行うので、電極間距離が１次の擬似位相整合
によるQPM-SHG素子の場合、数μｍ程度と微小なため、
低電圧で所望の電界を得られ分極反転も実現できる。さ
らに、基板の一主面に金属周期パターンを形成でき、QP
M-SHG素子の製造工程を簡素化でき、微細な周期的ドメ
イン反転構造を容易に形成できる。また、幅１０μｍ以
下のスリットを有するＴａ製マスクを、タンタル酸リチ
ウム結晶またはニオブ酸リチウム結晶からなるＸまたは
Ｙカット基板のＸまたはＹカット面すなわち分極反転が
生じ易い軸方向に平行な主面上に形成し、これをプロト
ン交換を行うことにより、チャネル型のプロトン交換層
等の導波路の作製が可能となり、スリット長手方向をＺ
軸に対して直交方向としたものはＴＥモードの光を閉じ
込めるのに適した３次元導波路として利用できるように
なる。
方法によれば、強誘電体結晶からなる基板における分極
反転が生じ易い軸方向に平行な主面上において、プロト
ン交換法等による３次元導波路を形成する工程の前又は
後に、３次元導波路の伸長方向に沿ってこれを挾んで対
向かつ離間して配置された一対の接地用陽極及び印加用
陰極の複数を、所定周期間隔で主面上に形成し、接地用
陽極を接地し、電子ビームを印加用陰極に照射して、３
次元導波路の伸長方向に沿って複数の分極反転層を形成
する工程を行うので、電極間距離が１次の擬似位相整合
によるQPM-SHG素子の場合、数μｍ程度と微小なため、
低電圧で所望の電界を得られ分極反転も実現できる。さ
らに、基板の一主面に金属周期パターンを形成でき、QP
M-SHG素子の製造工程を簡素化でき、微細な周期的ドメ
イン反転構造を容易に形成できる。また、幅１０μｍ以
下のスリットを有するＴａ製マスクを、タンタル酸リチ
ウム結晶またはニオブ酸リチウム結晶からなるＸまたは
Ｙカット基板のＸまたはＹカット面すなわち分極反転が
生じ易い軸方向に平行な主面上に形成し、これをプロト
ン交換を行うことにより、チャネル型のプロトン交換層
等の導波路の作製が可能となり、スリット長手方向をＺ
軸に対して直交方向としたものはＴＥモードの光を閉じ
込めるのに適した３次元導波路として利用できるように
なる。
【図１】 波長変換素子の概略斜視図である。
【図２】 従来の周期的ドメイン反転構造の形成方法に
おける電極を担持した基板の概略斜視図である。
おける電極を担持した基板の概略斜視図である。
【図３】 図２のＡＡ’線に沿った部分拡大断面図であ
る。
る。
【図４】 実施例の分極反転層形成方法を用いたQPM-SH
G素子の製造工程における基板の概略斜視図である。
G素子の製造工程における基板の概略斜視図である。
【図５】 実施例の分極反転層形成方法を用いて得られ
たQPM-SHG素子の概略斜視図である。
たQPM-SHG素子の概略斜視図である。
【図６】 図４（ｂ）のＢＢ’線に沿った部分拡大断面
図である。
図である。
【図７】 実施例の分極反転層形成方法における基板の
平面図である。
平面図である。
【図８】 他の実施例の分極反転層形成方法を用いたQP
M-SHG素子の製造工程における基板の概略斜視図であ
る。
M-SHG素子の製造工程における基板の概略斜視図であ
る。
【図９】 図８（ｂ）のＢＢ’線に沿った部分拡大断面
図である。
図である。
【図１０】 他の実施例の分極反転層形成方法を用いて
得られたQPM-SHG素子の概略斜視図である。
得られたQPM-SHG素子の概略斜視図である。
１ 基板 １Ｘ Ｘカット面 １Ｙ Ｙカット面 １Ｚ Ｚカット面 ２ ３次元導波路 ３ 分極反転部 １１ 接地用陽極 １２ 印加用陰極 １３ タンタルマスク
Claims (2)
- 【請求項１】 強誘電体結晶からなる基板に分極反転層
を形成する方法であって、前記基板における分極反転が
生じ易い軸方向に平行な主面上において、対向かつ離間
して配置された一対の接地用陽極及び印加用陰極の複数
を、所定周期間隔で形成する工程と、前記接地用陽極を
接地し、電子ビームを前記印加用陰極に照射し前記接地
用陽極及び前記印加用陰極を除去して、複数の分極反転
層を形成する工程とからなることを特徴とする分極反転
層形成方法。 - 【請求項２】 前記印加用陰極は所定方向に並設された
複数の島状金属膜であり、前記接地用陽極は前記島状金
属膜に向かい合う複数の歯部を有する櫛状金属膜であ
り、電子ビームが前記島状金属膜上に走査又は間歇的に
照射されることを特徴とする請求項１記載の分極反転層
形成方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09454393A JP3364268B2 (ja) | 1992-10-21 | 1993-04-21 | 分極反転層形成方法 |
| US08/138,214 US5382334A (en) | 1992-10-21 | 1993-10-20 | Process for forming polarization inversion layer |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28305492 | 1992-10-21 | ||
| JP4-283054 | 1992-10-21 | ||
| JP09454393A JP3364268B2 (ja) | 1992-10-21 | 1993-04-21 | 分極反転層形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06186603A true JPH06186603A (ja) | 1994-07-08 |
| JP3364268B2 JP3364268B2 (ja) | 2003-01-08 |
Family
ID=26435828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09454393A Expired - Fee Related JP3364268B2 (ja) | 1992-10-21 | 1993-04-21 | 分極反転層形成方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5382334A (ja) |
| JP (1) | JP3364268B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002099009A (ja) * | 1994-08-31 | 2002-04-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 分極反転領域の製造方法ならびにそれを利用した光波長変換素子 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5875053A (en) * | 1996-01-26 | 1999-02-23 | Sdl, Inc. | Periodic electric field poled crystal waveguides |
| US6363189B1 (en) * | 1999-03-26 | 2002-03-26 | Ngk Insulators, Ltd. | Directional coupler |
| JP4257716B2 (ja) * | 2000-07-14 | 2009-04-22 | 日本碍子株式会社 | 分極反転部の製造方法 |
| JP2004109915A (ja) * | 2002-09-20 | 2004-04-08 | Nikon Corp | 波長変換素子 |
| JP2006251210A (ja) * | 2005-03-09 | 2006-09-21 | Oki Electric Ind Co Ltd | 非線形光学素子の製造方法 |
| WO2007049793A1 (ja) * | 2005-10-25 | 2007-05-03 | National Institute For Materials Science | 分極反転領域を形成する方法、その装置およびそれを用いたデバイス |
| US7486432B2 (en) * | 2007-03-08 | 2009-02-03 | Hc Photonics Corp. | Method for preparing a periodically poled structure |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2788265B2 (ja) * | 1988-07-08 | 1998-08-20 | オリンパス光学工業株式会社 | 強誘電体メモリ及びその駆動方法，製造方法 |
-
1993
- 1993-04-21 JP JP09454393A patent/JP3364268B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1993-10-20 US US08/138,214 patent/US5382334A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002099009A (ja) * | 1994-08-31 | 2002-04-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 分極反転領域の製造方法ならびにそれを利用した光波長変換素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3364268B2 (ja) | 2003-01-08 |
| US5382334A (en) | 1995-01-17 |
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