JPH08220578A - Manufacture of polarization inversion area, and light wavelength converting element utilizing that and its manufacture - Google Patents
Manufacture of polarization inversion area, and light wavelength converting element utilizing that and its manufactureInfo
- Publication number
- JPH08220578A JPH08220578A JP7217854A JP21785495A JPH08220578A JP H08220578 A JPH08220578 A JP H08220578A JP 7217854 A JP7217854 A JP 7217854A JP 21785495 A JP21785495 A JP 21785495A JP H08220578 A JPH08220578 A JP H08220578A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- electrode
- ferroelectric crystal
- domain
- crystal substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明が属する技術分野】本発明は、電界印加を利用す
る分極反転領域の製造方法、ならびにそれによって製造
された分極反転領域を有していて、光情報処理や光応用
計測制御分野に使用されるコヒーレント光源を応用した
光波長変換素子、及びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention has a method of manufacturing a domain-inverted region using an electric field and a domain-inverted region manufactured by the method, and is used in the fields of optical information processing and optical application measurement control. The present invention relates to an optical wavelength conversion element using a coherent light source and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】強誘電体の分極を強制的に反転させる分
極反転現象を利用すると、強誘電体の内部に周期的な分
極反転領域（分極反転構造）を形成することができる。
このようにして形成された分極反転領域は、表面弾性波
を利用した光周波数変調器や、非線形分極の分極反転を
利用した光波長変換素子などに利用される。特に、非線
形光学物質の非線形分極を周期的に反転することが可能
になれば、非常に変換効率の高い光波長変換素子を作製
することができる。これを用いて半導体レーザなどの光
を変換すれば、印刷、光情報処理、光応用計測制御分野
などに応用できる小型の短波長光源を実現することがで
きる。2. Description of the Related Art By utilizing the polarization inversion phenomenon in which the polarization of a ferroelectric substance is forcibly inverted, it is possible to form a periodic polarization inversion region (polarization inversion structure) inside the ferroelectric substance.
The polarization inversion region thus formed is used for an optical frequency modulator using surface acoustic waves, an optical wavelength conversion element using polarization inversion of nonlinear polarization, and the like. In particular, if the nonlinear polarization of the nonlinear optical material can be periodically inverted, an optical wavelength conversion element with extremely high conversion efficiency can be manufactured. By using this to convert light from a semiconductor laser or the like, it is possible to realize a compact short-wavelength light source that can be applied to the fields of printing, optical information processing, optical application measurement control, and the like.
【０００３】周期状の分極反転領域を形成する従来の方
法としては、Ｔｉ熱拡散による方法、ＳｉＯ2を装荷し
た後に熱処理する方法、プロトン交換処理と熱処理とを
行う方法等が報告されている。一方、強誘電体の自発分
極が電界により反転することを利用して周期状の分極反
転領域を形成する方法も、報告されている。この電界を
利用する方法としては、例えば、Ｃ軸に沿って切り出さ
れた基板の−Ｃ面に電子ビームを照射する方法や、＋Ｃ
面に正イオンを照射する方法がある。いずれの場合で
も、照射された荷電粒子により形成される電界により、
数１００μｍの深い分極反転領域が形成される。As a conventional method for forming a periodic domain-inverted region, a method using Ti thermal diffusion, a method of performing heat treatment after loading with SiO 2 , a method of performing a proton exchange treatment and a heat treatment, etc. have been reported. On the other hand, a method of forming a periodic domain-inverted region by utilizing the fact that the spontaneous polarization of a ferroelectric substance is inverted by an electric field has been reported. As a method of utilizing this electric field, for example, a method of irradiating an electron beam on the −C surface of the substrate cut out along the C axis, or + C
There is a method of irradiating the surface with positive ions. In any case, due to the electric field formed by the irradiated charged particles,
A deep domain-inverted region of several 100 μm is formed.
【０００４】さらに他の従来の分極反転領域の製造方法
としては、LiNbO3基板やLiTaO3基板に櫛形電極を形成し
て、これにパルス状の電界を印加する方法が報告されて
いる（特開平３−１２１４２８号公報、特開平４−１９
７１９号公報）。As another conventional method for manufacturing a domain-inverted region, a method has been reported in which a comb-shaped electrode is formed on a LiNbO 3 substrate or a LiTaO 3 substrate and a pulsed electric field is applied to the comb-shaped electrode. JP-A-3-121428, JP-A-4-19
719).
【０００５】図３０を参照して、従来の光波長変換素子
の製造方法を説明する。A conventional method of manufacturing a light wavelength conversion element will be described with reference to FIG.
【０００６】図３０に示すようなLiNbO3基板５５を利用
した従来の光波長変換素子５０を製造するには、まず、
LiNbO3基板５５の＋ｃ面５５ａに周期状の櫛形電極５１
を形成し、−Ｃ面５５ｂに平面電極５２を形成する。次
に、＋Ｃ面５５ａを接地し、−Ｃ面５５ｂにパルス電源
５６によってパルス幅が典型的には１００μｓのパルス
電圧を印加して、基板５５にパルス電界を印加する。分
極を反転させるために必要な電界は、約２０ｋＶ／ｍｍ
以上である。そのような値の電界を印加する際に、基板
５５が厚いと電界印加によって基板５５の結晶が破壊さ
れる可能性がある。しかし、基板５５の厚みを２００μ
ｍ程度にすることで、電界印加による結晶破壊を回避す
ることが可能になり、室温での分極反転領域の形成が可
能になる。To manufacture a conventional optical wavelength conversion device 50 using a LiNbO 3 substrate 55 as shown in FIG. 30, first,
A periodic comb-shaped electrode 51 is formed on the + c surface 55a of the LiNbO 3 substrate 55.
And the planar electrode 52 is formed on the -C surface 55b. Next, the + C plane 55a is grounded, a pulse voltage having a pulse width of typically 100 μs is applied to the −C plane 55b by the pulse power supply 56, and a pulse electric field is applied to the substrate 55. The electric field required to reverse the polarization is about 20 kV / mm
That is all. If the substrate 55 is thick when an electric field of such a value is applied, the crystal of the substrate 55 may be destroyed by the application of the electric field. However, if the thickness of the substrate 55 is 200μ
By setting the thickness to about m, it becomes possible to avoid crystal breakdown due to application of an electric field, and it becomes possible to form a domain-inverted region at room temperature.
【０００７】さらに、光波長変換素子５０の高効率化を
実現するには、周期が３〜４μｍである短周期の分極反
転構造が必要になる。電界印加によって分極反転領域を
形成すると、電極の直下の部分の分極が反転した後に、
基板５５の表面に平行な方向に分極反転領域が広がる。
このため、分極反転構造の短周期化が困難になる。この
問題を解決するために、従来の方法では、パルス幅が１
００μｓ程度である短時間パルス電圧を電極に印加する
ことによって電圧印加時間を短縮して、短周期の分極反
転構造を形成している。Further, in order to realize the high efficiency of the light wavelength conversion element 50, a polarization inversion structure having a short period of 3 to 4 μm is required. When the domain-inverted region is formed by applying an electric field, after the polarization of the portion directly below the electrode is inverted,
The domain-inverted region spreads in the direction parallel to the surface of the substrate 55.
Therefore, it becomes difficult to shorten the period of the domain-inverted structure. In order to solve this problem, in the conventional method, the pulse width is 1
By applying a short-time pulse voltage of about 00 μs to the electrodes, the voltage application time is shortened and a domain-inverted structure with a short period is formed.
【０００８】以上のように従来の方法では、基板５５を
薄くすることにより室温での電界印加による分極反転領
域の形成を可能にし、電界印加時間を短縮することによ
り分極反転構造の短周期化を実現している。As described above, in the conventional method, by thinning the substrate 55, it becomes possible to form a domain-inverted region by applying an electric field at room temperature, and by shortening the time for applying an electric field, the period of the domain-inverted structure can be shortened. Has been realized.
【０００９】さらに、従来の分極反転領域の形成方法を
利用した光波長変換素子の製造方法は、例えばM.Yamad
a, N.Nada, M.Saitoh, and K.Watanabe :"First-order
quasi-phase matched LiNbO3 waveguide periodically
poled by applying an external field for efficient
blue second-harmonic generation", Appl. Phys. Let
t., 62, pp435-436 (Feb. 1993)に開示されている。こ
の開示された方法では、周期状の分極反転領域を形成し
た後に、これに直交するように光導波路を形成し、光波
長変換素子を製造する。製造された光波長変換素子で
は、相互作用長３ｍｍで入射する基本光のパワーが１９
６ｍＷである場合に、出力として２０．７ｍＷの第２高
調波が得られる。Further, a method of manufacturing an optical wavelength conversion element using a conventional method of forming a domain inversion region is described in, for example, M. Yamad.
a, N.Nada, M.Saitoh, and K.Watanabe: "First-order
quasi-phase matched LiNbO 3 waveguide periodically
poled by applying an external field for efficient
blue second-harmonic generation ", Appl. Phys. Let
t., 62, pp435-436 (Feb. 1993). According to the disclosed method, after forming a periodically domain-inverted region, an optical waveguide is formed so as to be orthogonal to the domain-inverted region to manufacture an optical wavelength conversion element. In the manufactured optical wavelength conversion element, the power of the incident basic light with an interaction length of 3 mm is 19
When the power is 6 mW, the second harmonic of 20.7 mW is obtained as the output.
【００１０】さらに、プロトン交換処理と電界印加とを
組み合わせた分極反転領域の製造方法は、例えば特開平
４−２６４５３４号公報に開示されている。この方法に
よれば、基板の表面全体にプロトン交換処理を施してプ
ロトン交換層を形成した後に、プロトン交換層の表面に
櫛形電極を形成し、基板の裏面には平面電極を形成す
る。これらの電極間に電圧を印加することにより、分極
反転領域を形成する。プロトン交換処理を施すことによ
って分極反転領域の形成が容易になり、均一性の高い周
期的な分極反転構造を形成することができる。Further, a method of manufacturing a domain inversion region in which a proton exchange treatment and an electric field application are combined is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-264534. According to this method, the entire surface of the substrate is subjected to a proton exchange treatment to form a proton exchange layer, and then a comb-shaped electrode is formed on the surface of the proton exchange layer and a flat electrode is formed on the back surface of the substrate. A polarization inversion region is formed by applying a voltage between these electrodes. By performing the proton exchange treatment, the domain-inverted regions can be easily formed, and a highly uniform periodic domain-inverted structure can be formed.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の分
極反転領域の製造方法では、高電圧（数ｋＶ）かつパル
ス幅の短い（１００μｓ以下）パルス電圧を印加する必
要がある。この様な高電圧の短パルス電圧は形成が難し
く、印加時の再現性、信頼性及び均一性を十分確保する
のが難しい。In the conventional method of manufacturing the domain inversion region as described above, it is necessary to apply a high voltage (several kV) and a pulse voltage having a short pulse width (100 μs or less). It is difficult to form such a high-voltage short pulse voltage, and it is difficult to ensure sufficient reproducibility, reliability, and uniformity during application.
【００１２】また、高電圧で短いパルス電圧を基板に印
加すると、基板平面内で電界分布の不均一性が生じる。
これによって、形成される分極反転構造の面内での均一
性が劣化するという問題があった。また、均一な分極反
転構造を広い範囲にわたって形成することが困難である
ことから、大型基板を利用して分極反転構造を量産化す
ることができないという問題がある。When a high voltage and a short pulse voltage is applied to the substrate, the electric field distribution becomes nonuniform in the plane of the substrate.
As a result, there is a problem that the in-plane uniformity of the domain-inverted structure formed is deteriorated. Moreover, since it is difficult to form a uniform domain-inverted structure over a wide range, there is a problem that the domain-inverted structure cannot be mass-produced using a large-sized substrate.
【００１３】さらに、印加される電界が不均一であると
基板割れが生じることがあり、素子作製の歩留まりが低
下する。また、先に述べたように、高電圧パルスを印加
しても基板の結晶破壊を生じさせないようにするために
は、薄膜基板しか利用できない。このため、基板の取扱
いが難しく作業性が高くない。Further, if the applied electric field is non-uniform, the substrate may be cracked, and the yield of device fabrication is lowered. Further, as described above, only a thin film substrate can be used in order to prevent crystal destruction of the substrate even when a high voltage pulse is applied. Therefore, it is difficult to handle the substrate and the workability is not high.
【００１４】また、高効率の光波長変換素子を実現する
ためには短周期の分極反転領域が必要であるが、従来の
電界印加を利用した分極反転領域の製造方法では、櫛形
電極を構成するストライプ状の電極枝を中心に分極反転
領域が広がり、隣り合う分極反転領域同志がつながるこ
とで、短周期の分極反転領域の形成が困難になる。Further, in order to realize a highly efficient optical wavelength conversion element, a domain-inverted region having a short period is required, but in the conventional method for producing a domain-inverted region using an electric field application, a comb-shaped electrode is formed. Since the domain-inverted regions spread around the striped electrode branch and adjacent domain-inverted regions are connected to each other, it becomes difficult to form a domain-inverted region having a short period.
【００１５】本発明は、上記課題を解決するために行わ
れたものであり、その目的は、電界印加によって分極反
転領域を形成するにあたって小さいパルス電界強度で分
極反転領域の形成を可能にする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及びその製
造方法を提供することにある。The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to form a domain-inverted region with a small pulse electric field intensity when the domain-inverted region is formed by applying an electric field. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing an inversion region, an optical wavelength conversion element using the same, and a method of manufacturing the same.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段】本発明のある局面によれ
ば、分極反転領域の製造方法が、強誘電体結晶基板の分
極方向にお互いに離れた第１及び第２の電極を形成する
工程と、該第１及び第２の電極間に直流電圧を印加する
工程と、該直流電圧にパルス電圧を重畳して、該直流電
圧と該パルス電圧との合計電圧を該第１及び第２の電極
に印加して、該強誘電体結晶基板の内部の所定の領域の
分極を反転させる工程と、を包含しており、そのことに
より上記目的が達成される。According to one aspect of the present invention, a method of manufacturing a domain inversion region includes a step of forming first and second electrodes separated from each other in a polarization direction of a ferroelectric crystal substrate. And applying a DC voltage between the first and second electrodes, superimposing a pulse voltage on the DC voltage, and calculating a total voltage of the DC voltage and the pulse voltage as the first and second electrodes. The step of applying a voltage to an electrode to invert the polarization of a predetermined region inside the ferroelectric crystal substrate is included, whereby the above object is achieved.
【００１７】ある実施形態では、前記直流電圧のレベル
は分極反転を生じさせる電圧レベルよりも小さく、前記
合計電圧のレベルは分極反転を生じさせる該電圧レベル
に実質的に等しいかあるいはそれよりも大きい。In one embodiment, the level of the DC voltage is lower than the voltage level causing polarization reversal, and the level of the total voltage is substantially equal to or higher than the voltage level causing polarization reversal. .
【００１８】他の実施形態では、前記第１及び第２の電
極の少なくとも一方が櫛形電極である。好ましくは、前
記櫛形電極は、前記強誘電体結晶基板の＋Ｃ面に設けら
れている。In another embodiment, at least one of the first and second electrodes is a comb-shaped electrode. Preferably, the comb-shaped electrode is provided on the + C plane of the ferroelectric crystal substrate.
【００１９】さらに他の実施形態では、前記強誘電体結
晶基板の前記分極方向は基板表面に垂直である。好まし
くは、前記強誘電体結晶基板は、LiNb(1-x)TaxO3（０≦
ｘ≦１）及びKTiOPO4からなるグループから選択された
材料からできている。In yet another embodiment, the polarization direction of the ferroelectric crystal substrate is perpendicular to the substrate surface. Preferably, the ferroelectric crystal substrate is LiNb (1-x) Ta x O 3 (0 ≦
x ≦ 1) and a material selected from the group consisting of KTiOPO 4 .
【００２０】さらに他の実施形態では、前記第１及び第
２の電極を除去する工程と、前記強誘電体結晶基板を５
８０℃以下の温度で熱処理する工程と、をさらに包含し
ている。In still another embodiment, the step of removing the first and second electrodes and the step of removing the ferroelectric crystal substrate
And a step of heat-treating at a temperature of 80 ° C. or lower.
【００２１】さらに他の実施形態では、前記電圧印加工
程に先立って、前記第１及び第２の電極の少なくとも一
方の周辺部において、前記強誘電体結晶基板の強誘電性
を劣化させる工程をさらに包含する。In still another embodiment, prior to the voltage applying step, a step of deteriorating the ferroelectricity of the ferroelectric crystal substrate in the peripheral portion of at least one of the first and second electrodes is further performed. Include.
【００２２】本発明の他の局面によれば、分極反転領域
の製造方法が、強誘電体結晶基板の分極方向にお互いに
離れた第１及び第２の電極を形成する工程と、該第１及
び第２の電極の少なくとも一方の周辺部において、該強
誘電体結晶基板の強誘電性を劣化させる工程と、該第１
及び第２の電極間に所定の電圧を印加して、該強誘電結
晶基板の内部の所定の領域の分極を反転させる工程と、
を包含しており、そのことにより上記目的が達成され
る。According to another aspect of the present invention, a method of manufacturing a domain-inverted region comprises a step of forming first and second electrodes separated from each other in a polarization direction of a ferroelectric crystal substrate, and the first step. And a step of deteriorating the ferroelectricity of the ferroelectric crystal substrate in the peripheral portion of at least one of the second electrode and the first electrode.
And applying a predetermined voltage between the second electrodes to invert the polarization of a predetermined region inside the ferroelectric crystal substrate,
The above object is achieved thereby.
【００２３】ある実施形態では、前記第１及び第２の電
極の少なくとも一方が櫛形電極であり、該櫛形電極の電
極枝の間隙部分で強誘電性を劣化させる。In one embodiment, at least one of the first and second electrodes is a comb-shaped electrode, and the ferroelectric property is deteriorated in the gap portion between the electrode branches of the comb-shaped electrode.
【００２４】他の実施形態では、前記強誘電性を劣化さ
せる工程はプロトン交換処理を行う。In another embodiment, the step of deteriorating the ferroelectric property is a proton exchange treatment.
【００２５】さらに他の実施形態では、前記強誘電体結
晶基板は結晶のＣ軸に垂直な面で切り出されたＣ板基板
であって、前記第１及び第２の電極は、それぞれ該Ｃ板
基板の第１の面に形成された櫛形電極及び第２の面に形
成された平面電極である。In still another embodiment, the ferroelectric crystal substrate is a C plate substrate cut out in a plane perpendicular to the C axis of the crystal, and the first and second electrodes are respectively the C plate. It is a comb-shaped electrode formed on the first surface of the substrate and a planar electrode formed on the second surface.
【００２６】さらに他の実施形態では、前記第１の面
は、その近傍に分極反転のための核が発生する面であ
る。In yet another embodiment, the first surface is a surface in which nuclei for polarization reversal are generated in the vicinity thereof.
【００２７】さらに他の実施形態では、前記櫛形電極に
含まれる各ストライプ電極枝の幅は、該ストライプ電極
枝の間隔の１／２に等しいかまたはそれよりも小さい。In still another embodiment, the width of each stripe electrode branch included in the comb-shaped electrode is equal to or smaller than ½ of the distance between the stripe electrode branches.
【００２８】さらに他の実施形態では、前記Ｃ板基板の
前記第１の面及び第２の面の少なくとも一方の近傍を、
所定の深さまで除去する工程をさらに包含する。In yet another embodiment, the vicinity of at least one of the first surface and the second surface of the C plate substrate is
The step of removing to a predetermined depth is further included.
【００２９】さらに他の実施形態では、前記Ｃ板基板
が、LiNb(1-x)TaxO3（０≦ｘ≦１）及びKTiOPO4からな
るグループから選択された材料からできている基板であ
って、前記第１の面が＋Ｃ面であり前記第２の面が−Ｃ
面である。In yet another embodiment, the C-plate substrate is a substrate made of a material selected from the group consisting of LiNb (1-x) Ta x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) and KTiOPO 4. And the first surface is a + C surface and the second surface is a -C surface.
The surface.
【００３０】さらに他の実施形態では、前記強誘電性を
劣化させる工程はプロトン交換処理を行う。In still another embodiment, the step of deteriorating the ferroelectric property is a proton exchange treatment.
【００３１】さらに他の実施形態では、前記第１及び第
２の電極を除去する工程と、前記強誘電体結晶基板を５
００℃以下の温度でアニールする工程と、をさらに包含
する。In still another embodiment, the step of removing the first and second electrodes and the step of removing the ferroelectric crystal substrate
And annealing at a temperature of 00 ° C. or lower.
【００３２】さらに他の実施形態では、前記絶縁膜が誘
電体膜である。In yet another embodiment, the insulating film is a dielectric film.
【００３３】さらに他の実施形態では、前記所定の電圧
がパルス電圧である。あるいは、前記所定の電圧が直流
電圧にパルス電圧を重畳した合計電圧である。In yet another embodiment, the predetermined voltage is a pulse voltage. Alternatively, the predetermined voltage is a total voltage obtained by superposing the pulse voltage on the DC voltage.
【００３４】さらに他の実施形態では、前記第１及び第
２の電極の少なくとも一方が櫛形電極である。In yet another embodiment, at least one of the first and second electrodes is a comb-shaped electrode.
【００３５】さらに他の実施形態では、前記強誘電体結
晶基板は、LiNb(1-x)TaxO3（０≦ｘ≦１）及びKTiOPO4
からなるグループから選択された材料からできている。In yet another embodiment, the ferroelectric crystal substrate is LiNb (1-x) Ta x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) and KTiOPO 4
Made of materials selected from the group consisting of.
【００３６】さらに他の実施形態では、前記絶縁膜の抵
抗率が１０15Ω／ｃｍよりも大きい。In yet another embodiment, the resistivity of the insulating film is higher than 10 15 Ω / cm.
【００３７】さらに他の実施形態では、前記強誘電体結
晶基板は結晶のＣ軸に垂直な面で切り出されたＣ板基板
であって、前記第１及び第２の電極は、それぞれ該Ｃ板
基板の第１の面に形成された櫛形電極及び第２の面に形
成された平面電極である。In still another embodiment, the ferroelectric crystal substrate is a C plate substrate cut out in a plane perpendicular to the C axis of the crystal, and the first and second electrodes are respectively the C plate. It is a comb-shaped electrode formed on the first surface of the substrate and a planar electrode formed on the second surface.
【００３８】さらに他の実施形態では、前記第１の面
は、その近傍に分極反転のための核が発生する面であ
る。In still another embodiment, the first surface is a surface in which nuclei for polarization reversal are generated in the vicinity thereof.
【００３９】さらに他の実施形態では、前記櫛形電極に
含まれる各ストライプ電極枝の幅は、該ストライプ電極
枝の間隔の１／２に等しいかまたはそれよりもよりも小
さい。In still another embodiment, the width of each stripe electrode branch included in the comb-shaped electrode is equal to or smaller than ½ of the distance between the stripe electrode branches.
【００４０】さらに他の実施形態では、前記Ｃ板基板
が、LiNb(1-x)TaxO3（０≦ｘ≦１）及びKTiOPO4からな
るグループから選択された材料からできている基板であ
って、前記第１の面が＋Ｃ面であり前記第２の面が−Ｃ
面である。In yet another embodiment, the C-plate substrate is a substrate made of a material selected from the group consisting of LiNb (1-x) Ta x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) and KTiOPO 4. And the first surface is a + C surface and the second surface is a -C surface.
The surface.
【００４１】本発明のさらに他の局面によれば、分極反
転領域の製造方法が、強誘電体結晶基板の分極方向にお
互いに離れた第１及び第２の電極を形成する工程と、該
第１及び第２の電極の少なくとも一方の近傍の該強誘電
体結晶基板の表面を削る工程と、該第１及び第２の電極
間に所定の電圧を印加して、該強誘電体結晶基板の内部
の所定の領域の分極を反転させる工程と、を包含してお
り、そのことにより上記目的が達成される。According to still another aspect of the present invention, a method of manufacturing a domain-inverted region includes a step of forming first and second electrodes separated from each other in a polarization direction of a ferroelectric crystal substrate, A step of shaving the surface of the ferroelectric crystal substrate near at least one of the first and second electrodes, and applying a predetermined voltage between the first and second electrodes The step of reversing the polarization of a predetermined region inside is included, whereby the above object is achieved.
【００４２】ある実施形態では、前記第１及び第２の電
極の少なくとも一方が櫛形電極であり、該櫛形電極の電
極枝の間隙部分で前記強誘電体結晶基板の表面を削る。In one embodiment, at least one of the first and second electrodes is a comb-shaped electrode, and the surface of the ferroelectric crystal substrate is ground in the gap between the electrode branches of the comb-shaped electrode.
【００４３】他の実施形態では、前記第１及び第２の電
極の少なくとも一方を絶縁膜で覆う工程をさらに包含す
る。Another embodiment further includes the step of covering at least one of the first and second electrodes with an insulating film.
【００４４】さらに他の実施形態では、前記所定の電圧
がパルス電圧である。あるいは、前記所定の電圧が直流
電圧にパルス電圧を重畳した合計電圧である。In yet another embodiment, the predetermined voltage is a pulse voltage. Alternatively, the predetermined voltage is a total voltage obtained by superposing the pulse voltage on the DC voltage.
【００４５】さらに他の実施形態では、前記強誘電体結
晶基板は、LiNb(1-x)TaxO3（０≦ｘ≦１）及びKTiOPO4
からなるグループから選択された材料からできている。In still another embodiment, the ferroelectric crystal substrate is LiNb (1-x) Ta x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) and KTiOPO 4
Made of materials selected from the group consisting of.
【００４６】さらに他の実施形態では、前記第１及び第
２の電極の少なくとも一方が櫛形電極であり、該櫛形電
極に含まれる各ストライプ電極枝の幅は、該ストライプ
電極枝の間隔の１／２に等しいかまたはそれよりも小さ
い。In still another embodiment, at least one of the first and second electrodes is a comb-shaped electrode, and the width of each stripe electrode branch included in the comb-shaped electrode is 1 / the interval of the stripe electrode branch. Is less than or equal to 2.
【００４７】さらに他の実施形態では、前記強誘電体結
晶基板は結晶のＣ軸に垂直な面で切り出されたＣ板基板
であって、前記第１及び第２の電極は、それぞれ該Ｃ板
基板の第１の面に形成された櫛形電極及び第２の面に形
成された平面電極であり、該櫛形電極の電極枝の間隙部
分で該強誘電体結晶基板の表面を削る。In still another embodiment, the ferroelectric crystal substrate is a C plate substrate cut out in a plane perpendicular to the C axis of the crystal, and the first and second electrodes are respectively the C plate. A comb-shaped electrode formed on the first surface of the substrate and a planar electrode formed on the second surface of the substrate, and the surface of the ferroelectric crystal substrate is shaved at the gap between the electrode branches of the comb-shaped electrode.
【００４８】さらに他の実施形態では、前記第１の面
は、その近傍に分極反転のための核が発生する面であ
る。In still another embodiment, the first surface is a surface in which nuclei for polarization reversal are generated in the vicinity thereof.
【００４９】さらに他の実施形態では、前記Ｃ板基板
が、LiNb(1-x)TaxO3（０≦ｘ≦１）及びKTiOPO4からな
るグループから選択された材料からできている基板であ
って、前記第１の面が＋Ｃ面であり前記第２の面が−Ｃ
面である。In yet another embodiment, the C-plate substrate is a substrate made of a material selected from the group consisting of LiNb (1-x) Ta x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) and KTiOPO 4. And the first surface is a + C surface and the second surface is a -C surface.
The surface.
【００５０】本発明のさらに他の局面によれば、分極反
転領域の製造方法が、強誘電体結晶基板の分極方向にお
互いに離れた第１及び第２の電極を形成する工程と、該
第１及び第２の電極間に所定の磁界を印加して、該強誘
電体結晶基板の内部の所定の領域の分極を反転させる工
程と、を包含しており、そのことにより上記目的が達成
される。According to still another aspect of the present invention, a method of manufacturing a domain-inverted region includes a step of forming first and second electrodes separated from each other in a polarization direction of a ferroelectric crystal substrate, A step of applying a predetermined magnetic field between the first and second electrodes to invert the polarization of a predetermined region inside the ferroelectric crystal substrate, thereby achieving the above object. It
【００５１】ある実施形態では、前記所定の磁界はパル
ス磁界である。In one embodiment, the predetermined magnetic field is a pulsed magnetic field.
【００５２】他の実施形態では、前記強誘電体結晶基板
は結晶のＣ軸に垂直な面で切り出されたＣ板基板であ
る。好ましくは、前記強誘電体結晶基板は、LiNb(1-x)T
axO3（０≦ｘ≦１）及びKTiOPO4からなるグループから
選択された材料からできている。In another embodiment, the ferroelectric crystal substrate is a C plate substrate cut out in a plane perpendicular to the C axis of the crystal. Preferably, the ferroelectric crystal substrate is LiNb (1-x) T
It is made of a material selected from the group consisting of a x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) and KTiOPO 4 .
【００５３】さらに他の実施形態では、前記第１及び第
２の電極の少なくとも一方を絶縁膜で覆う工程をさらに
包含する。Yet another embodiment further includes a step of covering at least one of the first and second electrodes with an insulating film.
【００５４】さらに他の実施形態では、前記第１及び第
２の電極の少なくとも一方が櫛形電極である。好ましく
は、前記櫛形電極の電極枝の間隙部分で前記強誘電体結
晶基板の強誘電性を劣化させる工程をさらに包含する。
あるいは、前記櫛形電極の電極枝の間隙部分で前記強誘
電体結晶基板の表面を削る工程をさらに包含する。In yet another embodiment, at least one of the first and second electrodes is a comb-shaped electrode. Preferably, the method further includes the step of deteriorating the ferroelectricity of the ferroelectric crystal substrate in the gap portion between the electrode branches of the comb-shaped electrode.
Alternatively, the method further includes a step of scraping the surface of the ferroelectric crystal substrate at the gap between the electrode branches of the comb-shaped electrode.
【００５５】さらに他の実施形態では、前記強誘電体結
晶基板は結晶のＣ軸に垂直な面で切り出されたＣ板基板
であって、前記第１及び第２の電極は、それぞれ該Ｃ板
基板の第１の面に形成された櫛形電極及び第２の面に形
成された平面電極である。In still another embodiment, the ferroelectric crystal substrate is a C plate substrate cut out in a plane perpendicular to the C axis of the crystal, and the first and second electrodes are respectively the C plate. It is a comb-shaped electrode formed on the first surface of the substrate and a planar electrode formed on the second surface.
【００５６】さらに他の実施形態では、前記第１の面
は、その近傍に分極反転のための核が発生する面であ
る。In still another embodiment, the first surface is a surface in which nuclei for polarization reversal are generated in the vicinity thereof.
【００５７】さらに他の実施形態では、前記櫛形電極に
含まれる各ストライプ電極枝の幅は、該ストライプ電極
枝の間隔の１／２に等しいかまたはそれよりも小さい。In still another embodiment, the width of each stripe electrode branch included in the comb-shaped electrode is equal to or smaller than ½ of the distance between the stripe electrode branches.
【００５８】さらに他の実施形態では、前記櫛形電極及
び平面電極の少なくとも一方の近傍の前記強誘電体結晶
基板の表面を削る工程をさらに包含する。In yet another embodiment, the method further includes the step of shaving the surface of the ferroelectric crystal substrate near at least one of the comb-shaped electrode and the plane electrode.
【００５９】さらに他の実施形態では、前記櫛形電極の
電極枝の間隙部分で前記強誘電体結晶基板の強誘電性を
劣化させる工程をさらに包含する。あるいは、前記櫛形
電極の電極枝の間隙部分で前記強誘電体結晶基板の表面
を削る工程をさらに包含する。In still another embodiment, the method further includes the step of deteriorating the ferroelectricity of the ferroelectric crystal substrate at the gap between the electrode branches of the comb-shaped electrode. Alternatively, the method further includes a step of scraping the surface of the ferroelectric crystal substrate at the gap between the electrode branches of the comb-shaped electrode.
【００６０】さらに他の実施形態では、前記櫛形電極及
び前記平面電極の少なくとも一方を絶縁膜で覆う工程を
さらに包含する。Yet another embodiment further includes a step of covering at least one of the comb-shaped electrode and the planar electrode with an insulating film.
【００６１】さらに他の実施形態では、前記Ｃ板基板
が、LiNb(1-x)TaxO3（０≦ｘ≦１）及びKTiOPO4からな
るグループから選択された材料からできている基板であ
って、前記第１の面が＋Ｃ面であり前記第２の面が−Ｃ
面である。In yet another embodiment, the C-plate substrate is a substrate made of a material selected from the group consisting of LiNb (1-x) Ta x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) and KTiOPO 4. And the first surface is a + C surface and the second surface is a -C surface.
The surface.
【００６２】本発明のさらに他の局面によれば、分極反
転領域の製造方法が、結晶のＣ軸に垂直な面で切り出さ
れたＣ板基板である強誘電体結晶基板の第１面に櫛形電
極を、及び第２面に平面電極を形成する工程と、該第１
面及び第２面の少なくとも一方に光学基板を接着する工
程と、該櫛形電極及び該平面電極の間に所定の電圧を印
加して、該強誘電体結晶基板の内部の所定の領域の分極
を反転させる工程と、を包含しており、そのことにより
上記目的が達成される。According to still another aspect of the present invention, a method for manufacturing a domain-inverted region is a method of forming a comb shape on a first surface of a ferroelectric crystal substrate which is a C plate substrate cut out in a plane perpendicular to the C axis of the crystal. Forming an electrode and a planar electrode on the second surface;
A step of adhering an optical substrate to at least one of the surface and the second surface, and applying a predetermined voltage between the comb-shaped electrode and the planar electrode to polarize a predetermined region inside the ferroelectric crystal substrate. The step of inverting is included, whereby the above object is achieved.
【００６３】ある実施形態では、前記光学基板と前記強
誘電体結晶基板とを接着後に、該強誘電体結晶基板を研
磨する工程をさらに包含し、前記平面電極は該研磨面に
形成する。In one embodiment, the method further comprises the step of polishing the ferroelectric crystal substrate after adhering the optical substrate and the ferroelectric crystal substrate, and forming the planar electrode on the polished surface.
【００６４】他の実施形態では、前記所定の電圧がパル
ス電圧である。あるいは、前記所定の電圧が直流電圧に
パルス電圧を重畳した合計電圧である。In another embodiment, the predetermined voltage is a pulse voltage. Alternatively, the predetermined voltage is a total voltage obtained by superposing the pulse voltage on the DC voltage.
【００６５】さらに他の実施形態では、前記強誘電体結
晶基板は、LiNb(1-x)TaxO3（０≦ｘ≦１）及びKTiOPO4
からなるグループから選択された材料からできている。In still another embodiment, the ferroelectric crystal substrate is LiNb (1-x) Ta x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) and KTiOPO 4
Made of materials selected from the group consisting of.
【００６６】さらに他の実施形態では、前記櫛形電極に
含まれる各ストライプ電極枝の幅は、該ストライプ電極
枝の間隔の１／２に等しいかまたはそれよりも小さい。In still another embodiment, the width of each stripe electrode branch included in the comb-shaped electrode is equal to or smaller than ½ of the distance between the stripe electrode branches.
【００６７】さらに他の実施形態では、前記第１の面
は、その近傍に分極反転のための核が発生する面であ
る。In still another embodiment, the first surface is a surface in which nuclei for polarization reversal are generated in the vicinity thereof.
【００６８】さらに他の実施形態では、前記櫛形電極の
電極枝の間隙部分で前記強誘電体結晶基板の強誘電性を
劣化させる工程をさらに包含する。あるいは、前記櫛形
電極の電極枝の間隙部分で前記強誘電体結晶基板の表面
を削る工程をさらに包含する。In still another embodiment, the method further includes the step of deteriorating the ferroelectricity of the ferroelectric crystal substrate at the gap between the electrode branches of the comb-shaped electrode. Alternatively, the method further includes a step of scraping the surface of the ferroelectric crystal substrate at the gap between the electrode branches of the comb-shaped electrode.
【００６９】さらに他の実施形態では、前記櫛形電極及
び前記平面電極の少なくとも一方を絶縁膜で覆う工程を
さらに包含する。Yet another embodiment further includes a step of covering at least one of the comb-shaped electrode and the planar electrode with an insulating film.
【００７０】本発明のさらに他の局面によれば、分極反
転領域の製造方法が、基板表面に強誘電体結晶を成長さ
せる工程と、該強誘電体結晶の分極方向にお互いに離れ
た第１及び第２の電極を形成する工程と、該第１及び第
２の電極間に所定の電圧を印加して、該強誘電体結晶の
内部の所定の領域の分極を反転させる工程と、を包含し
ており、そのことにより上記目的が達成される。According to still another aspect of the present invention, a method of manufacturing a domain-inverted region includes a step of growing a ferroelectric crystal on a surface of a substrate and a first step of separating a ferroelectric crystal from each other in a polarization direction of the ferroelectric crystal. And a step of forming a second electrode, and a step of applying a predetermined voltage between the first and second electrodes to invert the polarization of a predetermined region inside the ferroelectric crystal. By doing so, the above-mentioned object is achieved.
【００７１】ある実施形態では、前記所定の電圧がパル
ス電圧である。あるいは、前記所定の電圧が直流電圧に
パルス電圧を重畳した合計電圧である。In one embodiment, the predetermined voltage is a pulse voltage. Alternatively, the predetermined voltage is a total voltage obtained by superposing the pulse voltage on the DC voltage.
【００７２】他の実施形態では、前記強誘電体結晶は、
LiNb(1-x)TaxO3（０≦ｘ≦１）及びKTiOPO4からなるグ
ループから選択された材料からできている。In another embodiment, the ferroelectric crystal is
It is made of a material selected from the group consisting of LiNb (1-x) Ta x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) and KTiOPO 4 .
【００７３】さらに他の実施形態では、前記強誘電体結
晶はＣ軸方向に成長し、該強誘電体結晶の表面に前記櫛
形電極を、及び前記光学基板の裏面に前記平面電極をそ
れぞれ形成する。好ましくは、前記強誘電体結晶の表面
が、その近傍に分極反転のための核が発生する面であ
る。In still another embodiment, the ferroelectric crystal grows in the C-axis direction, and the comb-shaped electrode is formed on the surface of the ferroelectric crystal and the planar electrode is formed on the back surface of the optical substrate. . Preferably, the surface of the ferroelectric crystal is a surface in which nuclei for polarization reversal are generated in the vicinity thereof.
【００７４】本発明のさらに他の局面によれば、分極反
転領域の製造方法が、強誘電体結晶基板の分極方向にお
互いに離れた第１及び第２の電極を形成する工程と、該
第１及び第２の電極の間に該分極方向に対向する第１の
電圧を印加して、該強誘電体結晶基板の内部の全体で分
極を反転させる工程と、該第１及び第２の電極の間に該
反転した分極方向に対向する第２の電圧を印加して、該
強誘電体結晶基板の内部の少なくとも一部で分極を再反
転させる工程と、を包含しており、そのことにより上記
目的が達成される。According to still another aspect of the present invention, a method of manufacturing a domain-inverted region includes a step of forming first and second electrodes separated from each other in a polarization direction of a ferroelectric crystal substrate, Applying a first voltage facing the polarization direction between the first and second electrodes to invert the polarization in the entire inside of the ferroelectric crystal substrate; and the first and second electrodes. And applying a second voltage opposite to the reversed polarization direction to re-invert the polarization in at least a part of the inside of the ferroelectric crystal substrate. The above object is achieved.
【００７５】ある実施形態では、前記第１及び第２の電
圧の印加は室温で行われる。In one embodiment, the application of the first and second voltages is performed at room temperature.
【００７６】他の実施形態では、前記所定の電圧がパル
ス電圧である。あるいは、前記所定の電圧が直流電圧に
パルス電圧を重畳した合計電圧である。In another embodiment, the predetermined voltage is a pulse voltage. Alternatively, the predetermined voltage is a total voltage obtained by superposing the pulse voltage on the DC voltage.
【００７７】さらに他の実施形態では、前記強誘電体結
晶は、LiNb(1-x)TaxO3（０≦ｘ≦１）及びKTiOPO4から
なるグループから選択された材料からできている。In yet another embodiment, the ferroelectric crystal is made of a material selected from the group consisting of LiNb (1-x) Ta x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) and KTiOPO 4 .
【００７８】さらに他の実施形態では、前記第１及び第
２の電極の少なくとも一方を絶縁膜で覆う工程をさらに
包含する。Still another embodiment further includes the step of covering at least one of the first and second electrodes with an insulating film.
【００７９】本発明のさらに他の局面によれば、分極反
転領域の製造方法が、結晶のＣ軸に垂直な面で切り出さ
れたＣ板基板である強誘電体結晶基板の第１の面及び第
２の面にそれぞれ平面電極を形成する工程と、該平面電
極間に所定の電圧を印加して、該強誘電体結晶基板の内
部の全体で分極を反転させる工程と、前記第２の面の前
記平面電極を除去して櫛形電極を形成する工程と、該櫛
形電極及び該平面電極の間に所定の電圧を印加して、該
強誘電体結晶基板の内部の少なくとも一部で分極を再反
転させる工程と、を包含しており、そのことにより上記
目的が達成される。According to still another aspect of the present invention, a method for manufacturing a domain-inverted region includes a first surface of a ferroelectric crystal substrate which is a C plate substrate cut out in a plane perpendicular to a C axis of a crystal, and Forming a planar electrode on each of the second surfaces, applying a predetermined voltage between the planar electrodes to invert the polarization in the entire ferroelectric crystal substrate, and the second surface And removing the planar electrode to form a comb-shaped electrode, and applying a predetermined voltage between the comb-shaped electrode and the planar electrode to re-polarize at least a part of the inside of the ferroelectric crystal substrate. The step of inverting is included, whereby the above object is achieved.
【００８０】ある実施形態では、前記櫛形電極に含まれ
る各ストライプ電極枝の幅は、該ストライプ電極枝の間
隔の１／２に等しいかまたはそれよりも小さい。In one embodiment, the width of each stripe electrode branch included in the comb-shaped electrode is equal to or smaller than ½ of the distance between the stripe electrode branches.
【００８１】他の実施形態では、前記第１の面は、その
近傍に分極反転のための核が発生する面である。In another embodiment, the first surface is a surface in the vicinity of which nuclei for polarization reversal are generated.
【００８２】さらに他の実施形態では、前記櫛形電極の
電極枝の間隙部分で前記強誘電体結晶基板の強誘電性を
劣化させる工程をさらに包含する。あるいは、前記櫛形
電極の電極枝の間隙部分で前記強誘電体結晶基板の表面
を削る工程をさらに包含する。In yet another embodiment, the method further includes the step of deteriorating the ferroelectricity of the ferroelectric crystal substrate at the gap between the electrode branches of the comb-shaped electrode. Alternatively, the method further includes a step of scraping the surface of the ferroelectric crystal substrate at the gap between the electrode branches of the comb-shaped electrode.
【００８３】さらに他の実施形態では、前記櫛形電極及
び前記平面電極の少なくとも一方を絶縁膜で覆う工程を
さらに包含する。In yet another embodiment, the method further includes the step of covering at least one of the comb-shaped electrode and the planar electrode with an insulating film.
【００８４】本発明のさらに他の局面によれば、光波長
変換素子の製造方法が、強誘電体結晶基板の分極方向に
お互いに離れた第１及び第２の電極を形成する工程と、
該第１及び第２の電極間に所定の電圧を印加して、該強
誘電体結晶基板の内部の所定の領域の分極を反転させる
工程と、光導波路を形成する工程と、を包含しており、
そのことにより上記目的が達成される。According to still another aspect of the present invention, a method of manufacturing an optical wavelength conversion element includes a step of forming first and second electrodes separated from each other in a polarization direction of a ferroelectric crystal substrate,
The method includes a step of applying a predetermined voltage between the first and second electrodes to invert the polarization of a predetermined region inside the ferroelectric crystal substrate, and a step of forming an optical waveguide. Cage,
Thereby, the above object is achieved.
【００８５】ある実施形態では、プロトン交換処理によ
って前記光導波路を形成する。In one embodiment, the optical waveguide is formed by a proton exchange treatment.
【００８６】他に実施形態では、前記所定の電圧がパル
ス電圧である。あるいは、前記所定の電圧が直流電圧に
パルス電圧を重畳した合計電圧である。In another embodiment, the predetermined voltage is a pulse voltage. Alternatively, the predetermined voltage is a total voltage obtained by superposing the pulse voltage on the DC voltage.
【００８７】さらに他の実施形態では、前記強誘電体結
晶は、LiNb(1-x)TaxO3（０≦ｘ≦１）及びKTiOPO4から
なるグループから選択された材料からできている。In yet another embodiment, the ferroelectric crystal is made of a material selected from the group consisting of LiNb (1-x) Ta x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) and KTiOPO 4 .
【００８８】さらに他の実施形態では、前記第１及び第
２の電極の少なくとも一方が櫛形電極である。In yet another embodiment, at least one of the first and second electrodes is a comb-shaped electrode.
【００８９】さらに他の実施形態では、前記第１及び第
２の電極の少なくとも一方を絶縁膜で覆う工程をさらに
包含する。In yet another embodiment, the method further includes the step of covering at least one of the first and second electrodes with an insulating film.
【００９０】さらに他に実施形態では、前記強誘電体結
晶基板は結晶のＣ軸に垂直な面で切り出されたＣ板基板
であって、前記第１及び第２の電極は、それぞれ該Ｃ板
基板の第１の面に形成された櫛形電極及び第２の面に形
成された平面電極である。In still another embodiment, the ferroelectric crystal substrate is a C plate substrate cut out in a plane perpendicular to the C axis of the crystal, and the first and second electrodes are respectively the C plate. It is a comb-shaped electrode formed on the first surface of the substrate and a planar electrode formed on the second surface.
【００９１】さらに他の実施形態では、前記第１の面
は、その近傍に分極反転のための核が発生する面であ
る。In still another embodiment, the first surface is a surface in which nuclei for polarization reversal are generated in the vicinity thereof.
【００９２】さらに他の実施形態では、前記櫛形電極に
含まれる各ストライプ電極枝の幅は、該ストライプ電極
枝の間隔の１／２に等しいかまたはそれよりも小さい。In still another embodiment, the width of each stripe electrode branch included in the comb-shaped electrode is equal to or smaller than ½ of the distance between the stripe electrode branches.
【００９３】さらに他の実施形態では、前記櫛形電極の
電極枝の間隙部分で前記強誘電体結晶基板の強誘電性を
劣化させる工程をさらに包含する。あるいは、前記櫛形
電極の電極枝の間隙部分で前記強誘電体結晶基板の表面
を削る工程をさらに包含する。In still another embodiment, the method further includes the step of deteriorating the ferroelectricity of the ferroelectric crystal substrate at the gap between the electrode branches of the comb-shaped electrode. Alternatively, the method further includes a step of scraping the surface of the ferroelectric crystal substrate at the gap between the electrode branches of the comb-shaped electrode.
【００９４】さらに他の実施形態では、前記光導波路
は、前記強誘電体結晶の前記分極方向に垂直な方向に形
成される。In yet another embodiment, the optical waveguide is formed in a direction perpendicular to the polarization direction of the ferroelectric crystal.
【００９５】さらに他の実施形態では、前記光導波路を
形成する工程は、該形成された光導波路の表面の一部を
除去する工程をさらに包含する。In still another embodiment, the step of forming the optical waveguide further includes the step of removing a part of the surface of the formed optical waveguide.
【００９６】さらに他の実施形態では、前記電極を形成
する工程に先立って、前記強誘電体結晶基板の表面にス
ラブ導波路を形成する工程を包含し、前記光導波路を形
成する工程は、該形成された光導波路をリッジ形状に加
工する工程をさらに包含する。あるいは、前記電極を形
成する工程に先立って、前記強誘電体結晶基板の表面に
スラブ導波路を形成する工程を包含し、前記光導波路を
形成する工程は、該スラブ導波路の表面にストライプ状
の誘電体膜を堆積する工程を包含する。In still another embodiment, prior to the step of forming the electrode, a step of forming a slab waveguide on the surface of the ferroelectric crystal substrate is included, and the step of forming the optical waveguide includes The method further includes processing the formed optical waveguide into a ridge shape. Alternatively, the method includes a step of forming a slab waveguide on the surface of the ferroelectric crystal substrate prior to the step of forming the electrode, and the step of forming the optical waveguide includes a stripe shape on the surface of the slab waveguide. Including the step of depositing the dielectric film.
【００９７】本発明のさらに他の局面によれば、光波長
変換素子が、強誘電体結晶基板と、該強誘電体結晶基板
の内部に周期状に形成した分極反転領域と、を備え、該
強誘電体結晶基板の該分極反転領域の間に位置する所定
の領域は、分極反転の横方向への拡大を抑制するための
処理が施された領域であり、そのことにより上記目的が
達成される。According to still another aspect of the present invention, an optical wavelength conversion device comprises a ferroelectric crystal substrate and a domain-inverted region formed periodically inside the ferroelectric crystal substrate, The predetermined region located between the domain-inverted regions of the ferroelectric crystal substrate is a region that has been subjected to a treatment for suppressing the lateral extension of the domain-inverted, thereby achieving the above object. It
【００９８】ある実施形態では、前記所定の領域は強誘
電性が劣化している。好ましくは、前記所定の領域はプ
ロトン交換処理が施された領域である。In one embodiment, the predetermined region has deteriorated ferroelectricity. Preferably, the predetermined area is an area that has been subjected to a proton exchange treatment.
【００９９】他の実施形態では、前記所定の領域には溝
が形成されている。In another embodiment, a groove is formed in the predetermined area.
【０１００】さらに他の実施形態では、前記強誘電体結
晶は、LiNb(1-x)TaxO3（０≦ｘ≦１）及びKTiOPO4から
なるグループから選択された材料からできている。[0100] In yet another embodiment, the ferroelectric crystal is made from LiNb (1-x) Ta x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) and a material selected from the group consisting of KTiOPO 4.
【０１０１】さらに他の実施形態では、さらに光導波路
を備えている。In yet another embodiment, an optical waveguide is further provided.
【０１０２】本発明のさらに他の局面によれば、光波長
変換素子が、強誘電体結晶基板と、該強誘電体結晶基板
の内部に周期状に形成した分極反転領域と、該強誘電体
結晶基板の表面に形成された絶縁膜と、を備えており、
そのことにより上記目的が達成される。According to still another aspect of the present invention, the optical wavelength conversion element has a ferroelectric crystal substrate, a domain-inverted region periodically formed inside the ferroelectric crystal substrate, and the ferroelectric substance. An insulating film formed on the surface of the crystal substrate,
Thereby, the above object is achieved.
【０１０３】本発明のさらに他の局面によれば、光波長
変換素子が、強誘電体結晶基板と、該強誘電体結晶基板
の内部に周期状に形成した分極反転領域と、該強誘電体
結晶基板の表面及び裏面のいずれか一方に接着された光
学基板と、を備えており、そのことにより上記目的が達
成される。According to still another aspect of the present invention, the optical wavelength conversion element has a ferroelectric crystal substrate, a domain-inverted region formed periodically inside the ferroelectric crystal substrate, and the ferroelectric substance. The optical substrate is adhered to either one of the front surface and the back surface of the crystal substrate, and thereby the above object is achieved.
【０１０４】本発明のさらに他の局面によれば、光波長
変換素子が、結晶基板と、該結晶基板の上に結晶成長さ
れた強誘電体結晶と、該強誘電体結晶の内部に周期状に
形成された分極反転領域と、を備えており、そのことに
より上記目的が達成される。According to still another aspect of the present invention, an optical wavelength conversion element is provided with a crystal substrate, a ferroelectric crystal crystal-grown on the crystal substrate, and a periodic pattern inside the ferroelectric crystal. And a domain-inverted region formed on the substrate, thereby achieving the above object.
【０１０５】ある実施形態では、前記強誘電体結晶は、
LiNb(1-x)TaxO3（０≦ｘ≦１）及びKTiOPO4からなるグ
ループから選択された材料からできている。好ましく
は、さらに光導波路を備えている。In one embodiment, the ferroelectric crystal is
It is made of a material selected from the group consisting of LiNb (1-x) Ta x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) and KTiOPO 4 . Preferably, it further comprises an optical waveguide.
【０１０６】本発明のさらに他の局面によれば、光波長
変換素子が、強誘電体結晶基板と、該強誘電体結晶基板
の内部に周期状に形成した分極反転領域と、該強誘電体
結晶基板の表面に形成された光導波路と、を備えてお
り、そのことにより上記目的が達成される。According to still another aspect of the present invention, the optical wavelength conversion element comprises a ferroelectric crystal substrate, a domain-inverted region periodically formed inside the ferroelectric crystal substrate, and the ferroelectric substance. And an optical waveguide formed on the surface of the crystal substrate, whereby the above object is achieved.
【０１０７】ある実施形態では、前記光導波路が、リッ
ジ状の光導波路である。あるいは、前記光導波路が、前
記強誘電体結晶基板の表面に形成されたスラブ状の光導
波路と、該スラブ状の光導波路の上に形成されたストラ
イプ状の誘電体膜と、を含んでいる。In one embodiment, the optical waveguide is a ridge-shaped optical waveguide. Alternatively, the optical waveguide includes a slab-shaped optical waveguide formed on the surface of the ferroelectric crystal substrate, and a stripe-shaped dielectric film formed on the slab-shaped optical waveguide. .
【０１０８】他の実施形態では、前記強誘電体結晶は、
LiNb(1-x)TaxO3（０≦ｘ≦１）及びKTiOPO4からなるグ
ループから選択された材料からできている。In another embodiment, the ferroelectric crystal is
It is made of a material selected from the group consisting of LiNb (1-x) Ta x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) and KTiOPO 4 .
【０１０９】さらに他の実施形態では、前記光導波路
は、プロトン交換処理によって形成されているプロトン
交換導波路である。In yet another embodiment, the optical waveguide is a proton exchange waveguide formed by a proton exchange treatment.
【０１１０】本発明のさらに他の局面によれば、光波長
変換素子が、強誘電体結晶基板と、該強誘電体結晶基板
の内部に周期状に形成した分極反転領域と、該強誘電体
結晶基板の端面に形成された入射面及び出射面と、を備
え、該分極反転領域は該入射面に平行ではなくある角度
を有していて、そのことにより上記目的が達成される。According to still another aspect of the present invention, the optical wavelength conversion element includes a ferroelectric crystal substrate, a domain-inverted region formed periodically inside the ferroelectric crystal substrate, and the ferroelectric substance. The incident surface and the exit surface formed on the end surface of the crystal substrate are provided, and the domain-inverted region has an angle, not parallel to the incident surface, thereby achieving the above object.
【０１１１】ある実施形態では、前記強誘電体結晶は、
LiNb(1-x)TaxO3（０≦ｘ≦１）及びKTiOPO4からなるグ
ループから選択された材料からできている。In one embodiment, the ferroelectric crystal is
It is made of a material selected from the group consisting of LiNb (1-x) Ta x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) and KTiOPO 4 .
【０１１２】他の実施形態では、前記入射面及び前記出
射面にそれぞれ設けられた反射防止膜をさらに備えてい
る。In another embodiment, an antireflection film is further provided on each of the entrance surface and the exit surface.
【０１１３】さらに他の実施形態では、前記角度が１０
度以上、好ましくは３０度以上である。In yet another embodiment, the angle is 10
It is not less than 30 degrees, preferably not less than 30 degrees.
【０１１４】さらに他の実施形態では、前記出射面は前
記分極反転領域に平行であって、該出射面に反射膜が設
けられている。In still another embodiment, the emitting surface is parallel to the domain-inverted region, and a reflecting film is provided on the emitting surface.
【０１１５】以下、作用について説明する。The operation will be described below.
【０１１６】本発明では、分極反転領域を形成するため
に、基板に予め直流電圧を印加する。直流電圧により印
加される電界が基板結晶の自発分極を反転させる反転電
界を越えないように印加電圧値を設定すれば、電界によ
る分極反転は生じない。この状態で、直流電圧に短パル
ス電圧を重畳すると、短パルス電圧にともなう短パルス
電界と直流電圧にともなう直流電界との合計の電界によ
って、分極が反転する。重畳するパルス電圧は小さな値
でよいため、再現性の高いパルス印加が可能となる。さ
らに、パルス電圧が小さいため、基板に印加される電界
の均一性が増大する。In the present invention, a DC voltage is applied to the substrate in advance in order to form the domain inversion region. If the applied voltage value is set so that the electric field applied by the DC voltage does not exceed the reversal electric field for reversing the spontaneous polarization of the substrate crystal, the polarization reversal due to the electric field does not occur. In this state, when the short pulse voltage is superimposed on the DC voltage, the polarization is inverted by the total electric field of the short pulse electric field accompanying the short pulse voltage and the DC electric field accompanying the DC voltage. Since the superimposed pulse voltage may have a small value, it is possible to apply the pulse with high reproducibility. Moreover, the small pulse voltage increases the uniformity of the electric field applied to the substrate.
【０１１７】本発明によれば、前述した方法により、周
期状の分極反転領域を大面積に渡り均一に形成すること
を可能にする。以下に、その理由を述べる。According to the present invention, it is possible to uniformly form a periodic domain-inverted region over a large area by the method described above. The reason will be described below.
【０１１８】強誘電体結晶の分極方向に互いに離れた２
つの電極を形成し、両電極間に電圧を印加して分極反転
を形成する際に、形成される分極反転領域の均一性は、
印加される電界分布の均一性に依存する。そこで、本発
明によれば、電極間に基板の分極を反転させる反転電界
以下の直流電圧をあらかじめ印加しておき、この状態の
もとで、印加電圧に短パルス状の電圧を重畳することに
より、分極反転領域を製造する。電極間に印加する電圧
が直流電圧であるため、電極間の電界の均一性が高く、
大面積に渡り均一な電圧を印加できる。さらに重畳する
パルス電圧強度が小さくとれるため、パルス電圧により
電極間に印加される電界分布が均一であり、電圧制御も
容易である。従って、再現性の高い、面内均一性の優れ
た分極反転領域を大面積に渡って形成することが可能に
なる。2 separated from each other in the polarization direction of the ferroelectric crystal
When two electrodes are formed and a voltage is applied between both electrodes to form polarization inversion, the uniformity of the domain inversion region formed is
It depends on the uniformity of the applied electric field distribution. Therefore, according to the present invention, a DC voltage equal to or lower than the reversal electric field for reversing the polarization of the substrate is applied in advance between the electrodes, and under this condition, a short pulse voltage is superposed on the applied voltage. , Manufacture domain inversion regions. Since the voltage applied between the electrodes is a DC voltage, the uniformity of the electric field between the electrodes is high,
A uniform voltage can be applied over a large area. Further, since the intensity of the superimposed pulse voltage can be reduced, the distribution of the electric field applied between the electrodes by the pulse voltage is uniform and the voltage control is easy. Therefore, it becomes possible to form a domain-inverted region having high reproducibility and excellent in-plane uniformity over a large area.
【０１１９】次に、短周期の分極反転領域の形成を容易
にする方法について説明する。Next, a method for facilitating the formation of short-period domain-inverted regions will be described.
【０１２０】電界印加により形成される分極反転領域
は、基板の＋Ｃ面より分極が反転する。この現象をもと
に、分極反転領域の横方向の拡大を抑圧する方法につい
て種々検討を行った結果、基板の＋Ｃ面の表面近傍の結
晶性（強誘電性）を劣化させることにより、分極反転の
発生を抑圧できることを発見した。さらに、基板表面
（＋Ｃ面）に櫛形電極を形成し、櫛形電極を構成するス
トライプ状の電極枝以外の結晶表面近傍の強誘電性を劣
化させたところ、電極枝の下に形成される分極反転領域
の横方向拡大が抑圧され、短周期の分極反転領域の形成
が可能になる。以下にその理由を述べる。In the domain-inverted region formed by applying an electric field, the polarization is inverted from the + C plane of the substrate. Based on this phenomenon, as a result of various studies on a method of suppressing the lateral expansion of the domain-inverted region, as a result of degrading the crystallinity (ferroelectricity) near the surface of the + C plane of the substrate, the domain-inverted It has been discovered that the occurrence of can be suppressed. Furthermore, when a comb-shaped electrode was formed on the substrate surface (+ C surface) to deteriorate the ferroelectricity in the vicinity of the crystal surface other than the stripe-shaped electrode branches that form the comb-shaped electrode, polarization reversal formed under the electrode branch Lateral expansion of the region is suppressed, and it becomes possible to form a domain-inverted region with a short period. The reason will be described below.
【０１２１】強誘電体結晶基板の＋Ｃ面にストライプ状
電極枝からなる櫛形電極を、−Ｃ面に平面電極を形成
し、両電極間に電圧を印加すると、＋Ｃ面より分極反転
が発生して、電極の下に針状の反転領域が形成される。
しかし、電圧印加をさらに継続すると、反転領域は時間
とともに幅方向に広がり、短周期の分極反転領域の形成
を困難にする。そこで、分極反転の形成プロセスの観測
を行ったところ、分極反転が発生する＋Ｃ面近傍の結晶
性（ここでは強誘電性）を劣化させることにより、分極
反転の発生が抑圧できることを見いだした。例えば、＋
Ｃ面にプロトン交換処理を施し、基板表面の結晶をプロ
トン交換領域に変えることで、分極反転に必要な反転電
圧を数ｋＶ／ｍｍ以上も高くすることができ、分極反転
の発生を抑圧できる。そこで、櫛形電極を構成している
ストライプ状の電極間の結晶の＋Ｃ面の表面近傍の強誘
電性を劣化させることにより、電極枝の直下以外の部分
への分極反転の幅方向の広がりを抑制することができ
る。即ち、ストライプ状の電極枝の間に強誘電性を劣化
させた領域を設けることにより、反転領域の幅方向の広
がりを抑圧し、短周期の分極反転領域の形成が可能にな
る。When a comb-shaped electrode composed of stripe-shaped electrode branches is formed on the + C surface of the ferroelectric crystal substrate and a flat electrode is formed on the -C surface and a voltage is applied between both electrodes, polarization inversion occurs from the + C surface. , An acicular reversal region is formed under the electrode.
However, when the voltage application is further continued, the inversion region spreads in the width direction with time, making it difficult to form a domain-inversion region with a short period. Then, when the formation process of polarization inversion was observed, it was found that the occurrence of polarization inversion can be suppressed by deteriorating the crystallinity (here, ferroelectricity) near the + C plane where polarization inversion occurs. For example, +
By subjecting the C plane to a proton exchange treatment and changing the crystal on the substrate surface to a proton exchange region, the reversal voltage required for the polarization reversal can be increased by several kV / mm or more, and the occurrence of the polarization reversal can be suppressed. Therefore, the ferroelectric property in the vicinity of the surface of the + C plane of the crystal between the stripe-shaped electrodes forming the comb-shaped electrode is deteriorated to suppress the widthwise extension of the polarization inversion to a portion other than directly below the electrode branch. can do. That is, by providing a region where the ferroelectricity is deteriorated between the stripe-shaped electrode branches, it is possible to suppress the widthwise extension of the inversion region and form a domain-inverted region with a short period.
【０１２２】一方、本発明によれば、基板に形成される
分極反転領域の形状の均一化を図るため、基板に形成し
た電極を絶縁体で被った後に、電極間に電圧を印加す
る。電極を絶縁体膜で被うことにより、電極周辺への自
由電荷の移動を抑圧することができる。そのため、分極
反転形成時に、電極の周辺部に広がる分極反転部の横方
法拡大を抑圧することが可能になり、均一な分極反転構
造が得られる。On the other hand, according to the present invention, in order to make the shape of the domain inversion regions formed on the substrate uniform, a voltage is applied between the electrodes after covering the electrodes formed on the substrate with an insulator. By covering the electrodes with an insulating film, the movement of free charges to the periphery of the electrodes can be suppressed. Therefore, when forming the polarization inversion, it is possible to suppress the lateral expansion of the polarization inversion portion spreading in the peripheral portion of the electrode, and a uniform polarization inversion structure can be obtained.
【０１２３】強誘電体結晶の分極方向に互いに離れた２
つの電極を形成し、これに電界を印加することで分極反
転を生じさせる形成過程では、電界の印加によりまず最
初に分極反転核が形成され、次に分極反転核から分極方
向に分極反転部が成長し（前進成長）、さらに反転核の
周辺部に分極反転部が広がっていく（横方向成長）。と
ころが、電極パターンの周辺部に分極反転部が拡大する
ため、微細構造の分極反転パターンの形成が難しくな
る。特に、周期状の分極反転層を形成する場合は、短周
期の分極反転層の形成が困難になる。また、電極周辺部
への横方向成長の均一性が乏しいため、分極反転部の構
造を電極パターン通りに作製するのが困難になる。2 separated from each other in the polarization direction of the ferroelectric crystal
In the formation process in which two electrodes are formed and an electric field is applied to cause polarization inversion, a polarization inversion nucleus is first formed by the application of an electric field, and then a polarization inversion portion is formed in the polarization direction from the polarization inversion nucleus. It grows (forward growth), and the polarization inversion part spreads further to the periphery of the inversion nucleus (lateral growth). However, since the domain-inverted portion expands around the electrode pattern, it becomes difficult to form a domain-inverted pattern having a fine structure. In particular, when forming a periodic domain-inverted layer, it becomes difficult to form a short-period domain-inverted layer. Further, since the lateral growth on the electrode peripheral portion is poor in uniformity, it becomes difficult to fabricate the structure of the domain inversion portion according to the electrode pattern.
【０１２４】我々は、分極反転部の拡大現象について種
々検討した結果、分極反転核の発生する結晶表面状態が
分極反転の形成に影響を与えることを見いだした。つま
り、強誘電体表面に存在する表面自由電荷の移動が、強
誘電体への印加電界分布の不均一性および電極周辺部へ
の電界の発生を引き起こし、これが分極反転部の横方向
成長を促進していることを発見した。即ち、結晶表面に
存在する表面自由電荷が電圧印加により、電極周辺部に
移動し、電極直下だけではなく、その周辺部にも電界が
誘起されることにより、分極反転が電極周辺部にも広が
るというメカニズムである。As a result of various studies on the enlargement phenomenon of the domain-inverted portion, we found that the crystal surface state in which the domain-inverted nuclei occur affects the formation of domain-inverted. In other words, the movement of the surface free charges existing on the ferroelectric surface causes non-uniformity of the electric field distribution applied to the ferroelectric substance and the generation of an electric field around the electrodes, which promotes lateral growth of the domain inversion part. I found out what I was doing. That is, the surface free charge existing on the crystal surface moves to the electrode peripheral portion due to the voltage application, and the electric field is induced not only directly under the electrode but also in the peripheral portion thereof, so that the polarization reversal also spreads to the electrode peripheral portion. Is the mechanism.
【０１２５】そこで、分極反転部の横方向成長を抑圧す
るため、電極を絶縁体で被うことで、電極周辺部への表
面自由電荷の移動を抑制することを提案した。即ち、強
誘電体の分極方向に形成した電極を絶縁体膜で被うこと
により、電極周辺への分極反転部の拡大を抑圧し、均一
な分極反転層を形成することができる。Therefore, in order to suppress the lateral growth of the polarization inversion portion, it has been proposed to cover the electrode with an insulator to suppress the movement of the surface free charge to the peripheral portion of the electrode. That is, by covering the electrode formed in the polarization direction of the ferroelectric substance with the insulating film, it is possible to suppress the expansion of the polarization inversion portion around the electrode and form a uniform polarization inversion layer.
【０１２６】また、光波長変換素子に必要な周期状分極
反転層を形成するにも、同様の手段が利用できる。即
ち、強誘電体表面に形成した櫛形電極と裏面に形成した
平面電極間に電圧を印加することにより、周期状の分極
反転層を形成する際、微細パターンである櫛形電極を絶
縁体膜で被うことにより、櫛形電極を構成するストライ
プ状電極周辺部への分極反転部の拡大を抑圧し、短周期
で均一な周期状分極反転層を形成することができる。The same means can be used to form the periodic domain-inverted layer required for the light wavelength conversion element. That is, by applying a voltage between the comb-shaped electrode formed on the ferroelectric surface and the plane electrode formed on the back surface, when forming the periodic domain-inverted layer, the comb-shaped electrode, which is a fine pattern, is covered with the insulator film. By doing so, it is possible to suppress the expansion of the domain-inverted portion to the peripheral portion of the stripe-shaped electrode that forms the comb-shaped electrode, and form a uniform periodic domain-inverted layer in a short period.
【０１２７】また、高効率の光波長変換素子を形成する
他の方法として、櫛形電極を構成するストライプ電極間
の結晶表面を削ることで、表面自由電荷の移動を抑圧す
ることができる。これによって、櫛形電極周辺部への分
極反転部の拡大を抑圧し、短周期で均一な周期状分極反
転層を形成することができる。As another method of forming a highly efficient light wavelength conversion element, the movement of surface free charges can be suppressed by shaving the crystal surface between the stripe electrodes forming the comb-shaped electrodes. As a result, it is possible to suppress the expansion of the domain-inverted portion to the peripheral portion of the comb-shaped electrode and form a uniform periodic domain-inverted layer in a short period.
【０１２８】さらに、形成された短周期で均一な周期状
分極反転層を用いることにより、高効率の光波長変換素
子を製造することが可能になる。Further, by using the formed periodic domain-inverted layer having a short period and uniform, it becomes possible to manufacture a highly efficient optical wavelength conversion element.
【０１２９】[0129]
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を説明する前
に、まず、強誘電体の分極反転について説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Before explaining the embodiments of the present invention, first, polarization reversal of a ferroelectric substance will be described.
【０１３０】強誘電体は、自発分極による電荷の偏りを
結晶内に有している。自発分極に対向する電界を印加す
ることにより、強誘電体における自発分極の方向を変え
ることができる。The ferroelectric substance has a biased charge in the crystal due to spontaneous polarization. By applying an electric field opposite to the spontaneous polarization, the direction of the spontaneous polarization in the ferroelectric substance can be changed.
【０１３１】自発分極の方向は、結晶（材料）の種類に
より異なる。LiTaO3、LiNbO3等の結晶はＣ軸方向のみに
自発分極を有するため、これらの結晶では、分極はＣ軸
に沿った＋方向あるいはその逆向きの−方向の２通りし
か存在しない。電界を印加することで、これらの結晶の
分極は１８０度回転して、それまでとは逆の方向を向く
ようになる。この現象を、分極反転という。分極の反転
を生じさせるために必要な電界を反転電界と称し、LiNb
O3、LiTaO3等の結晶では、室温で約２０〜３０ｋＶ／ｍ
ｍ程度の値をとる。The direction of spontaneous polarization depends on the type of crystal (material). Since crystals such as LiTaO 3 and LiNbO 3 have spontaneous polarization only in the C-axis direction, in these crystals, there are only two types of polarization, the + direction along the C-axis or the opposite-direction. By applying an electric field, the polarization of these crystals is rotated by 180 degrees and is oriented in the opposite direction. This phenomenon is called polarization reversal. The electric field required to cause the reversal of polarization is called the reversal electric field.
Crystals such as O 3 and LiTaO 3 have about 20 to 30 kV / m at room temperature.
Take a value of about m.
【０１３２】強誘電体において、単一の分極方向を持っ
た結晶にすることを「分極の単分域化」と称する。この
分極の単分域化を達成するために、結晶成長後に高温中
で電界を印加する方法が一般に行われている。Making a crystal having a single polarization direction in a ferroelectric substance is called "single domainization of polarization". In order to achieve this polarization in a single domain, a method of applying an electric field at high temperature after crystal growth is generally performed.
【０１３３】（第１の実施形態）図１（ａ）は、本発明
の第１の実施形態にしたがった分極反転領域の形成方法
を説明するための模式的な斜視図である。(First Embodiment) FIG. 1A is a schematic perspective view for explaining a method of forming a domain inversion region according to a first embodiment of the present invention.
【０１３４】図１（ａ）に示すようなLiTaO3基板１を利
用した光波長変換素子１００を製造するには、まず、Li
TaO3基板１の＋Ｃ面１ａに周期状の櫛形電極２を形成
し、−ｃ面１ｂに平面電極３を形成する。次に、＋Ｃ面
１ａの上の櫛形電極２に直流電源４を、−Ｃ面１ｂの上
の平面電極３にパルス電源５を接続する。このような構
成によって、所定の電圧レベルを有し必要に応じてパル
ス電圧が重畳された直流電圧を、LiTaO3基板１に印加す
ることができる。In order to manufacture the optical wavelength conversion device 100 using the LiTaO 3 substrate 1 as shown in FIG.
A periodic comb-shaped electrode 2 is formed on the + C surface 1a of the TaO 3 substrate 1 and a planar electrode 3 is formed on the −c surface 1b. Next, the DC power supply 4 is connected to the comb-shaped electrode 2 on the + C surface 1a, and the pulse power supply 5 is connected to the flat electrode 3 on the -C surface 1b. With such a configuration, it is possible to apply a DC voltage having a predetermined voltage level on which a pulse voltage is superimposed as necessary to the LiTaO 3 substrate 1.
【０１３５】電圧印加時の放電の発生をさけるために、
基板１を絶縁液または真空中（10-6Torr以下）に配置し
て、直流電圧を印加する。分極反転が生じると、櫛形電
極２と平面電極３との間に、強誘電体の自発電極の大き
さと電極面積とに比例した電流（「反転電流」と称す
る）が流れる。In order to prevent the occurrence of discharge when a voltage is applied,
The substrate 1 is placed in an insulating liquid or vacuum (10 −6 Torr or less), and a DC voltage is applied. When the polarization reversal occurs, a current (referred to as “reversal current”) that is proportional to the size of the ferroelectric spontaneous electrode and the electrode area flows between the comb-shaped electrode 2 and the planar electrode 3.
【０１３６】まず、印加する直流電界Ｅcw及びパルス電
界Ｅppと分極反転現象との関係を以下に説明する。First, the relationship between the applied DC electric field Ecw and pulse electric field Epp and the polarization inversion phenomenon will be described below.
【０１３７】最初に、パルス電源５のみを使用して、パ
ルス電圧のみを印加して分極反転領域の形成を試みた例
を説明する。この場合には、図１（ａ）の構成で、パル
ス電源５によって平面電極３を介してLiTaO3基板１にパ
ルス電圧を印加する。直流電源４は使用せずに、櫛形電
極２は接地する。First, an example in which only the pulse power supply 5 is used and only the pulse voltage is applied to form the domain inversion region will be described. In this case, in the configuration of FIG. 1A, a pulse voltage is applied to the LiTaO 3 substrate 1 via the plane electrode 3 by the pulse power source 5. The comb-shaped electrode 2 is grounded without using the DC power supply 4.
【０１３８】厚さが０．２ｍｍの基板１にパルス幅１０
０μｓ程度のパルス電圧を印加すると、基板１にはパル
ス電界が印加される。このとき、約２０ｋＶ／ｍｍ（１
ｍｍあたり２０ｋＶの電圧が印加されていることを意味
する）以上の電界印加により、分極が反転した。さら
に、厚さが０．３ｍｍの基板１について同様の操作を行
ったところ、分極反転は同様に２０ｋＶ／ｍｍ以上の電
界印加で発生したが、基板１の割れが生じやすく歩留ま
りが低かった。A pulse width of 10 is applied to the substrate 1 having a thickness of 0.2 mm.
When a pulse voltage of about 0 μs is applied, a pulsed electric field is applied to the substrate 1. At this time, about 20 kV / mm (1
It means that a voltage of 20 kV per mm is applied). Further, when the same operation was performed on the substrate 1 having a thickness of 0.3 mm, polarization reversal similarly occurred when an electric field of 20 kV / mm or more was applied, but the substrate 1 was easily cracked and the yield was low.
【０１３９】次に、基板１の厚さを０．２ｍｍで一定、
平面電極３の面積を１０ｍｍ×１０ｍｍにして、周期３
μｍの周期状分極反転領域の形成を試みた。しかし、こ
のように平面電極３の面積を増大させると、厚さが０．
２ｍｍの基板１でも割れが多発した。また、分極反転領
域が部分的にしか形成されない、或いは形成される分極
反転領域の形状が不均一であるなどの問題点が生じた。
これらは、パルス電圧が印加される平面電極３の厚さや
形状が実際には不均一性であるために、基板１への印加
電界が部分的に集中するためと考えられる。また、形成
された分極反転領域の周期構造の均一性も悪くなった。Next, the thickness of the substrate 1 is kept constant at 0.2 mm,
The area of the plane electrode 3 is set to 10 mm × 10 mm, and the cycle 3
An attempt was made to form a periodic domain inversion region of μm. However, when the area of the planar electrode 3 is increased in this way, the thickness becomes 0.
Even the 2 mm substrate 1 was frequently cracked. Further, there is a problem that the domain-inverted regions are only partially formed, or the formed domain-inverted regions are not uniform in shape.
It is considered that these are because the thickness and shape of the planar electrode 3 to which the pulse voltage is applied are actually non-uniform, so that the electric field applied to the substrate 1 is partially concentrated. Further, the uniformity of the periodic structure of the formed domain-inverted regions also deteriorated.
【０１４０】このように、パルス電圧印加によるパルス
電界のみを印加して分極反転領域を形成する場合には、
形成される周期状分極反転領域の形状を均一なものにす
るためには、分極反転構造が形成される全体の領域のサ
イズが３ｍｍ×３ｍｍ程度以下でなくてはならない。ま
た、厚さが０．３ｍｍ以上の基板では、十分な大きさの
分極反転領域の形成が難しい、或いは形成された分極反
転領域の面内均一性が悪い等の問題が生じた。As described above, in the case of forming the domain inversion region by applying only the pulse electric field by applying the pulse voltage,
In order to make the shape of the periodic domain-inverted regions uniform, the size of the entire region where the domain-inverted structure is formed must be about 3 mm × 3 mm or less. Further, with a substrate having a thickness of 0.3 mm or more, it is difficult to form a domain-inverted region having a sufficient size, or the formed domain-inverted region has poor in-plane uniformity.
【０１４１】次に、直流電源４のみを使用して、直流電
圧のみを印加して分極反転領域の形成を試みた例を説明
する。この場合には、図１（ａ）の構成で、直流電源４
によって櫛形電極２を介してLiTaO3基板１に直流電圧を
印加する。パルス電源５は使用せずに、平面電極３は接
地する。Next, an example in which only the DC power source 4 is used and only the DC voltage is applied to form the domain inversion region will be described. In this case, in the configuration of FIG.
Then, a DC voltage is applied to the LiTaO 3 substrate 1 via the comb-shaped electrode 2. The plane electrode 3 is grounded without using the pulse power supply 5.
【０１４２】厚さが０．２ｍｍの基板１に直流電圧を印
加すると、基板１には直流電界が印加される。約２０ｋ
Ｖ／ｍｍ以上の電界強度に相当する電圧が印加された時
点で、反転電流が流れて分極が反転した。さらに、基板
１の厚さに対する分極反転特性を測定したところ、基板
１の厚さが０．５ｍｍ以下では分極反転領域の形成が可
能であったが、厚さが０．５ｍｍ以上になると基板１に
割れが生じて、分極反転領域の形成が困難になった。こ
れは、基板１の厚さが増加するとともに分極反転領域の
形成に必要な電界強度を得るために印加すべき電圧レベ
ルが増加するために、厚い基板に分極反転領域を形成し
ようとすると基板１の結晶の破壊電圧を越えた電圧が印
加されることにより、基板１に割れが生じたと考えられ
る。When a DC voltage is applied to the substrate 1 having a thickness of 0.2 mm, a DC electric field is applied to the substrate 1. About 20k
When a voltage corresponding to an electric field strength of V / mm or more was applied, a reversal current flowed and the polarization was reversed. Further, when the polarization reversal characteristics with respect to the thickness of the substrate 1 were measured, it was possible to form the polarization reversal region when the thickness of the substrate 1 was 0.5 mm or less, but when the thickness was 0.5 mm or more, the substrate 1 A crack was generated in the film, making it difficult to form the domain inversion region. This is because when the thickness of the substrate 1 increases and the voltage level to be applied to obtain the electric field strength required for forming the domain-inverted regions increases, the domain-inverted regions cannot be formed on the thick substrate. It is considered that the substrate 1 was cracked by applying a voltage exceeding the breakdown voltage of the crystal.
【０１４３】しかし、直流電圧の印加時には、基板１に
印加される電界の面内均一性が高いため、大きな強度を
有する電界の印加が可能である。However, when a DC voltage is applied, since the in-plane uniformity of the electric field applied to the substrate 1 is high, it is possible to apply an electric field having a large strength.
【０１４４】上記の直流電圧の印加による周期状の分極
反転領域の形成に関して、さらに以下のような様々な条
件で、約２０ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加して周期状分
極反転領域の形成を試みた。すなわち、櫛形電極２の周
期を２μｍ〜１０μｍ、基板１の厚さを０．２ｍｍ〜
０．５ｍｍ、電圧印加時間を０．５秒〜１０秒としたと
ころ、何れの場合でも、周期が５μｍ以下である周期状
分極反転構造は形成されなかった。これは、櫛形電極２
の直下に形成される分極反転領域が横方向に速い速度で
広がるために、直流電圧のみの印加では短周期の周期構
造形成が困難であることを示している。Regarding the formation of the periodic domain-inverted regions by the application of the DC voltage, the formation of the periodic domain-inverted regions was tried by further applying a DC electric field of about 20 kV / mm under various conditions as follows. It was That is, the period of the comb electrodes 2 is 2 μm to 10 μm, and the thickness of the substrate 1 is 0.2 mm to
When the voltage application time was set to 0.5 mm and the voltage application time was set to 0.5 seconds to 10 seconds, a periodic domain-inverted structure having a period of 5 μm or less was not formed in any case. This is a comb-shaped electrode 2
It is shown that it is difficult to form a periodic structure with a short period by applying only a DC voltage, because the domain-inverted region formed immediately below the electrode spreads laterally at a high speed.
【０１４５】以上のように、直流電圧（電界）のみ或い
はパルス電圧（電界）のみを印加する場合には、短周期
の分極反転構造を大面積に渡り均一に形成するのが難し
い。それに対して本発明によれば、直流電圧（電界）に
パルス電圧（電界）を重畳して基板に印加することによ
って、上記のような目的を達成することができる。As described above, when only the DC voltage (electric field) or only the pulse voltage (electric field) is applied, it is difficult to uniformly form the short-period domain-inverted structure over a large area. On the other hand, according to the present invention, by superimposing a pulse voltage (electric field) on a DC voltage (electric field) and applying the pulse voltage (electric field) to the substrate, the above-described object can be achieved.
【０１４６】図１（ｂ）は、本実施形態に従った電圧印
加によって基板１に印加される電界強度の経時変化を示
す。以下の説明では、直流電源４からの直流電圧により
印加される直流電界をＥcw、パルス電源５からのパルス
電圧（ここでは単パルス）により印加されるパルス電界
をＥppとする。本発明では、図１（ｂ）に示すように、
直流電界Ｅcwにパルス電界Ｅppを重畳して基板１に印加
する。FIG. 1B shows changes with time of the electric field strength applied to the substrate 1 by applying a voltage according to this embodiment. In the following description, the DC electric field applied by the DC voltage from the DC power supply 4 is Ecw, and the pulse electric field applied by the pulse voltage (single pulse here) from the pulse power supply 5 is Epp. In the present invention, as shown in FIG.
A pulse electric field Epp is superimposed on the DC electric field Ecw and applied to the substrate 1.
【０１４７】パルス電界Ｅppは、典型的にはパルス幅が
１００μｓ以下であり、以下の説明では０．５ｍｓとす
る。また、実際に基板に印加されるパルス電圧では、そ
の立ち上がり及び立ち下がり時における所定の振幅の電
圧変化は瞬時に行われるのではなく、ある程度の時間を
必要とする。図１（ｂ）では、記載を簡潔にするため
に、これらの点を省略して、パルス電界Ｅppをインパル
ス波形として描いている。The pulse electric field Epp typically has a pulse width of 100 μs or less, and is 0.5 ms in the following description. Further, with the pulse voltage actually applied to the substrate, the voltage change of a predetermined amplitude at the time of its rise and fall does not occur instantaneously, but requires a certain amount of time. In FIG. 1B, in order to simplify the description, these points are omitted and the pulse electric field Epp is drawn as an impulse waveform.
【０１４８】Ｅcw及びＥppの値をパラメータにして、分
極反転特性を測定した。また、反転電流の測定を通じ
て、分極反転が生じる電圧値（反転電圧値）の測定も行
った。その結果、ＥppあるいはＥcwの個別の値には関係
なく、Ｅcw＋Ｅppの合計値が約２０ｋＶ／ｍｍ以上にな
ると分極が反転することが明らかになった。The polarization inversion characteristics were measured using the values of Ecw and Epp as parameters. In addition, the voltage value at which polarization reversal (reversal voltage value) was measured through the measurement of the reversal current. As a result, it has been clarified that the polarization is inverted when the total value of Ecw + Epp is about 20 kV / mm or more, regardless of the individual values of Epp or Ecw.
【０１４９】ところで、電界印加による分極反転領域の
形成にあたっては、分極の再反転現象に留意する必要が
ある。これに対して、本実施形態における分極反転領域
の製造方法によれば、分極の再反転現象に起因する従来
の問題点も解決することができる。この点を、図２
（ａ）〜（ｅ）及び図３を参照して以下に説明する。By the way, in forming the domain-inverted region by applying an electric field, it is necessary to pay attention to the re-inversion phenomenon of polarization. On the other hand, according to the method of manufacturing the domain-inverted region in the present embodiment, it is possible to solve the conventional problems caused by the re-inversion phenomenon of polarization. This point is shown in FIG.
This will be described below with reference to (a) to (e) and FIG.
【０１５０】従来のパルス電圧印加による分極反転領域
の形成にあたっては、印加するパルス電圧のパルス幅、
立ち上がり速度や立ち下がり速度を調整しても、最終的
に分極反転領域が基板内部に形成されないことがある。
この現象の原因を検討するために、本発明者らは、パル
ス電圧の印加とともに、分極反転の発生にともなって流
れる反転電流の測定を行った。図２（ａ）〜（ｄ）に
は、その結果を示している。In forming the domain inversion region by applying a conventional pulse voltage, the pulse width of the applied pulse voltage,
Even if the rising speed and the falling speed are adjusted, the domain inversion region may not be finally formed inside the substrate.
In order to investigate the cause of this phenomenon, the present inventors measured the reversal current flowing with the occurrence of polarization reversal as well as the application of the pulse voltage. The results are shown in FIGS. 2 (a) to 2 (d).
【０１５１】図２（ａ）及び（ｂ）は、従来の方法にお
ける基板への印加電圧波形とそれにともなって流れる反
転電流波形である。図２（ａ）に示すようにパルス電圧
（ここでは負のパルス電圧として描かれている）を基板
に印加し、反転電圧を越える電圧が基板に印加される
と、図２（ｂ）に示すように反転電流が流れて、分極反
転が発生する。しかし、パルス電圧の印加が終了し、印
加電圧を零に向かって減少させていく過程で、反転電流
とは逆向きの電流が流れる。これは、一旦反転した分極
が再反転して最初の状態に戻るときに流れる再反転電流
である。このように、従来のパルス電圧（電界）のみを
印加する方法では、分極の再反転現象の影響で、分極反
転領域が結果的に形成できないことがある。この再反転
現象は、形成直後の分極反転領域が不安定であることを
示している。FIGS. 2A and 2B show the waveform of the voltage applied to the substrate and the waveform of the reversal current flowing with it in the conventional method. When a pulse voltage (depicted here as a negative pulse voltage) is applied to the substrate as shown in FIG. 2 (a) and a voltage exceeding the inversion voltage is applied to the substrate, it is shown in FIG. 2 (b). Thus, the reversal current flows and polarization reversal occurs. However, in the process of ending the application of the pulse voltage and decreasing the applied voltage toward zero, a current in the opposite direction to the reversal current flows. This is the re-inversion current that flows when the polarization that has been inverted once is re-inverted and returns to the initial state. As described above, in the conventional method of applying only the pulse voltage (electric field), the domain-inverted region may not be eventually formed due to the influence of the re-inversion phenomenon of the polarization. This re-inversion phenomenon indicates that the domain-inverted region immediately after formation is unstable.
【０１５２】分極が再反転して再反転電流が流れる電圧
値は、印加したパルス電圧を零レベルに戻す際の電圧の
変化率に依存する。この関係を図３に示す。このグラフ
は、基板として厚さが０．２ｍｍのLiTaO3基板を用い
て、−５ｋＶのパルス電圧を基板に印加した場合のグラ
フである。なお、実際にはこの関係は電源の負荷抵抗の
値に依存して変化するが、図３のグラフは、負荷抵抗値
が１ＭΩである場合の関係である。図３によれば、パル
ス電圧の変化率が大きくなるにつれて、分極の再反転が
発生して再反転電流が流れ始める電圧値が増加して、反
転電圧値に次第に近づく。The voltage value at which polarization re-inverts and re-inversion current flows depends on the rate of change in voltage when the applied pulse voltage is returned to the zero level. This relationship is shown in FIG. This graph is a graph in the case where a LiTaO 3 substrate having a thickness of 0.2 mm is used as a substrate and a pulse voltage of −5 kV is applied to the substrate. Actually, this relationship changes depending on the value of the load resistance of the power source, but the graph of FIG. 3 shows the relationship when the load resistance value is 1 MΩ. According to FIG. 3, as the rate of change of the pulse voltage increases, the voltage value at which re-inversion of polarization occurs and the re-inversion current starts to increase, and gradually approaches the inversion voltage value.
【０１５３】これに対して本実施形態の方法によれば、
図２（ｃ）に示すように、直流電圧にパルス電圧を重畳
した電圧を基板に印加する。このとき、直流電圧の大き
さは、分極反転は生じず、かつ再反転電流が流れない電
圧値に設定する。この結果、印加電圧をパルス電圧値か
ら零レベルに向けて減少させる場合に、図２（ｄ）に示
すように再反転電流が流れることなく、形成された分極
反転層を維持することができる。なお、この分極反転後
に印加される直流電圧は、上記のような所定の電圧レベ
ルで、少なくとも所定の時間、例えば数秒間にわたって
印加すればよい。On the other hand, according to the method of this embodiment,
As shown in FIG. 2C, a voltage obtained by superposing a pulse voltage on a DC voltage is applied to the substrate. At this time, the magnitude of the DC voltage is set to a voltage value at which polarization reversal does not occur and re-reversal current does not flow. As a result, when the applied voltage is decreased from the pulse voltage value toward the zero level, the reversal current does not flow as shown in FIG. 2D, and the formed polarization inversion layer can be maintained. The DC voltage applied after this polarization reversal may be applied at the above-mentioned predetermined voltage level for at least a predetermined time, for example, several seconds.
【０１５４】例えば、上記のように厚さが０．２ｍｍの
LiTaO3基板を用いる場合には、直流電圧を−２ｋＶ、パ
ルス電圧を−３ｋＶとして、最大で−５ｋＶの電圧を基
板に印加すればよい。また、分極反転領域形成後の印加
電圧の零レベルへの変化率は、１００Ｖ／秒にすればよ
い。さらに、反転電流の波形から基板に流れ出た総電荷
量を計算することによって、パルス電圧のパルス幅を最
適化することができる。これらの設定に基づいて本実施
形態のプロセスを実施することによって、基板全体に渡
って分極反転領域を均一に形成することができる。For example, as described above, the thickness of 0.2 mm
When a LiTaO 3 substrate is used, the DC voltage may be −2 kV, the pulse voltage may be −3 kV, and a maximum voltage of −5 kV may be applied to the substrate. Further, the rate of change of the applied voltage to the zero level after forming the domain-inverted region may be 100 V / sec. Furthermore, the pulse width of the pulse voltage can be optimized by calculating the total amount of charge flowing out to the substrate from the waveform of the reversal current. By performing the process of this embodiment based on these settings, the domain-inverted regions can be formed uniformly over the entire substrate.
【０１５５】なお、上記の説明ではLiTaO3基板を使用し
ているが、LiNbO3基板に対しても同様な結果を得ること
ができる。Although the LiTaO 3 substrate is used in the above description, similar results can be obtained with the LiNbO 3 substrate.
【０１５６】反転電流は、反転電圧を越える電圧が基板
に印加された場合にのみ流れる。形成される分極反転領
域の形状（面積）を正確に制御するためには、反転電流
の総量を制御する必要がある。その様な制御は、反転電
流の大きさと、印加電圧が反転電圧値を越えている時間
とを正確に制御することによって行うことができる。そ
のためには、例えば図２（ｅ）に示すように、印加電圧
をパルス電圧値から零レベルに変化させる際に、まずス
テップ的に反転電圧レベル以下に変化させて、その後に
漸次変化させればよい。The inversion current flows only when a voltage exceeding the inversion voltage is applied to the substrate. In order to accurately control the shape (area) of the domain-inverted region to be formed, it is necessary to control the total amount of inversion current. Such control can be performed by accurately controlling the magnitude of the inversion current and the time during which the applied voltage exceeds the inversion voltage value. For that purpose, for example, as shown in FIG. 2E, when the applied voltage is changed from the pulse voltage value to the zero level, first, the voltage is changed stepwise below the inversion voltage level, and then gradually changed. Good.
【０１５７】以上に説明したような本実施形態の分極反
転領域の製造方法において、Ｅcw＋Ｅppの合計値を２１
ｋＶ／ｍｍ一定にして、Ｅcwの値と分極反転領域の形成
が可能である基板１の厚さとの関係を求めると、図４
（ａ）に示す結果が得られる。すなわち、Ｅcwの値を増
大させることにより、厚い基板に対しても、基板の割れ
を生じることなく分極反転領域の形成が可能になる。例
えば、Ｅcwが５ｋＶ／ｍｍ以上の場合には厚さ０．３ｍ
ｍの基板において、Ｅcwが１０ｋＶ／ｍｍ以上である場
合には厚さ０．４ｍｍ以上の基板において、分極反転領
域の形成が可能になる。In the method of manufacturing the domain inversion region of the present embodiment as described above, the total value of Ecw + Epp is 21.
When the relationship between the value of Ecw and the thickness of the substrate 1 on which the domain-inverted region can be formed is determined with constant kV / mm, FIG.
The results shown in (a) are obtained. That is, by increasing the value of Ecw, the domain inversion region can be formed even in a thick substrate without cracking the substrate. For example, when Ecw is 5 kV / mm or more, the thickness is 0.3 m.
When the Ecw is 10 kV / mm or more on the m substrate, the domain inversion region can be formed on the substrate having a thickness of 0.4 mm or more.
【０１５８】Ｅcwの値が増大すると、形成される分極反
転領域における面内均一性が向上する。最も均一性が良
好な分極反転領域が形成されるのは、Ｅcwを、分極反転
が実際に発生する電界（すなわち反転電界）より僅かに
小さな値にした場合である。具体的な数値は基板によっ
て僅かに異なるが、反転電界が約２０ｋＶ／ｍｍである
場合には、Ｅcwの値を例えば１９．９ｋＶ／ｍｍにすれ
ばよい。上記のような値にＥcwを設定することによっ
て、２０ｍｍ×２０ｍｍ以上の大きな面積に分極反転領
域を形成することができる。Increasing the value of Ecw improves the in-plane uniformity in the domain inversion region to be formed. The domain-inverted region having the best uniformity is formed when Ecw is set to a value slightly smaller than the electric field where the domain-inversion actually occurs (that is, the inversion field). Although the specific numerical value varies slightly depending on the substrate, when the reversal electric field is about 20 kV / mm, the value of Ecw may be set to 19.9 kV / mm, for example. By setting Ecw to the above value, the domain inversion region can be formed in a large area of 20 mm × 20 mm or more.
【０１５９】次に、パルス電圧（電界）が重畳された直
流電圧（電界）の印加によって分極反転領域を形成する
場合において、形成される分極反転領域の短周期化につ
いて検討する。Next, in the case of forming a domain-inverted region by applying a DC voltage (electric field) on which a pulse voltage (electric field) is superposed, consideration will be given to shortening the period of the domain-inverted region formed.
【０１６０】電界印加により形成される分極反転領域
は、電極の直下に発生した後に横方向に拡大する。この
ため、短周期の分極反転領域を形成しようとしても、隣
接して形成された分極反転領域がお互いに接触して、周
期構造が形成されなくなる。そこで、分極反転領域の横
方向への拡大に対する印加電圧形状の影響を以下で検討
する。The domain-inverted region formed by applying an electric field is generated just below the electrode and then expands in the lateral direction. Therefore, even if an attempt is made to form a short-period domain-inverted region, the domain-inverted regions formed adjacent to each other will contact each other and the periodic structure will not be formed. Therefore, the influence of the applied voltage shape on the lateral expansion of the domain-inverted region will be examined below.
【０１６１】図１（ａ）の構成で、基板１の＋Ｃ面１ａ
にそれぞれのストライプ状電極枝の幅が１０μｍである
櫛形電極２を、−Ｃ面１ｂに平面電極３を、それぞれ形
成し、各電極２及び３の間にパルス電圧を重畳した直流
電圧を印加する。パルス幅を５μｓ、電圧印加によって
印加される電界強度Ｅcw＋Ｅppの合計値を２１ｋＶ／ｍ
ｍでそれぞれ一定として、Ｅcwの値をパラメータとして
変化させると、分極反転領域の幅とＥcwとの間には図４
（ｂ）に示す関係が得られる。具体的には、印加される
直流電界Ｅcwが大きい程、分極反転領域の横方向の拡大
が小さくなる。また、Ｅcwが５ｋＶ／ｍｍ以下である場
合に形成される分極反転領域の幅は、パルス電圧を単独
で印加した場合に形成される分極反転領域の幅と、実質
的に等しくなる。In the structure of FIG. 1A, the + C surface 1a of the substrate 1
A comb-shaped electrode 2 having a width of each stripe-shaped electrode branch is 10 μm, and a flat electrode 3 is formed on the -C plane 1b, and a DC voltage in which a pulse voltage is superimposed is applied between the electrodes 2 and 3. . The pulse width is 5 μs, and the total value of the electric field strength Ecw + Epp applied by voltage application is 21 kV / m.
When the value of Ecw is changed as a parameter while keeping m as a constant value, the width between the domain-inverted regions and Ecw is shown in FIG.
The relationship shown in (b) is obtained. Specifically, the larger the applied DC electric field Ecw, the smaller the lateral expansion of the domain inversion region. The width of the domain-inverted region formed when Ecw is 5 kV / mm or less is substantially equal to the width of the domain-inverted region formed when the pulse voltage is applied alone.
【０１６２】以上のように、直流電圧にパルス電圧を重
畳して基板１に印加することにより、従来は２０ｋＶ／
ｍｍ程度と大きなパルス電界の印加を必要としていた分
極反転領域の形成が、数ｋＶ／ｍｍのパルス電界の印加
で形成可能になる。これにともなって、形成される分極
反転領域の均一化及び短周期化が容易になる。特に、５
ｋＶ／ｍｍ以上の直流電界を印加すること、また、パル
ス電界の印加終了後に印加している直流電界を低減する
ことが、均一で短周期の分極反転領域の形成に有効であ
る。As described above, by superimposing the pulse voltage on the DC voltage and applying it to the substrate 1, the conventional voltage is 20 kV /
The formation of the domain inversion region, which requires the application of a pulse electric field as large as about mm, can be formed by the application of a pulse electric field of several kV / mm. Along with this, it becomes easy to make the domain-inverted regions to be formed uniform and to shorten the period. Especially 5
Applying a DC electric field of kV / mm or more and reducing the DC electric field applied after the application of the pulsed electric field are effective for forming a uniform and short-period domain-inverted region.
【０１６３】本実施形態では、電極２及び３の間に電界
を印加しているが、電界の代わりに磁界を印加しても、
同様な分極反転領域を形成することができる。例えば、
＋Ｚ方向に１０ｋＨ以上の強磁界を印加することで、電
界印加時と同様の分極反転領域の形成が可能となる。ま
た、磁界の印加時間を短縮してパルス形状とすること
で、短周期の分極反転領域の形成も可能である。In this embodiment, the electric field is applied between the electrodes 2 and 3, but even if a magnetic field is applied instead of the electric field,
Similar domain-inverted regions can be formed. For example,
By applying a strong magnetic field of 10 kHz or more in the + Z direction, it becomes possible to form the domain inversion region as in the case of applying an electric field. Further, by shortening the magnetic field application time to form a pulse shape, it is possible to form a domain-inverted region with a short period.
【０１６４】また、本実施形態では、パルス電界として
単パルスを重畳しているが、その代わりに複数のパルス
を重畳しても同様の効果が得られる。単パルスを重畳す
る場合には、形成される分極反転領域の形状は、印加さ
れるパルス電圧の振幅とパルス幅とで制御できる。一
方、複数のパルスを重畳する場合は、印加されるパルス
電界の個数によって形成される分極反転領域の形状を制
御することも可能であり、分極反転領域の面内均一性の
向上に有効である。Further, in the present embodiment, a single pulse is superposed as the pulse electric field, but the same effect can be obtained by superposing a plurality of pulses instead. When a single pulse is superposed, the shape of the domain inversion region formed can be controlled by the amplitude and pulse width of the applied pulse voltage. On the other hand, when a plurality of pulses are superimposed, it is possible to control the shape of the domain-inverted region formed by the number of applied pulse electric fields, which is effective in improving the in-plane uniformity of the domain-inverted region. .
【０１６５】なお、櫛形電極２を基板１の＋Ｃ面１ａの
上に形成するのは、分極反転核の形成が＋Ｃ面１ａで生
じるためである。−Ｃ面１ｂの上に櫛形電極２を形成し
て周期状の分極反転構造を形成しようとしても、分極反
転領域が横方向（基板１の表面に平行な方向）へ急速に
拡大するために、短周期の分極反転構造の形成は困難で
ある。The comb-shaped electrode 2 is formed on the + C plane 1a of the substrate 1 because the formation of polarization inversion nuclei occurs on the + C plane 1a. Even if the comb-shaped electrode 2 is formed on the -C face 1b to form a periodic domain-inverted structure, the domain-inverted region rapidly expands in the lateral direction (direction parallel to the surface of the substrate 1). It is difficult to form a short-period domain-inverted structure.
【０１６６】（第２の実施形態）本実施形態では、第１
の実施形態にしたがって作製される分極反転領域を利用
してストライプ状の光導波路を有する光波長変換素子を
作製する方法について述べる。図５（ａ）〜（ｃ）は、
本実施形態における光波長変換素子２００の製造方法を
示す斜視図である。(Second Embodiment) In the present embodiment, the first
A method of manufacturing an optical wavelength conversion element having a stripe-shaped optical waveguide by utilizing a domain-inverted region manufactured according to the embodiment of the present invention will be described. 5 (a) to (c),
FIG. 6 is a perspective view showing a method for manufacturing the light wavelength conversion element 200 in the present embodiment.
【０１６７】第１の実施形態にて説明したように、厚さ
０．３ｍｍのLiTaO3基板１の＋Ｃ面に櫛形電極を、−Ｃ
面に平面電極を形成して、パルス電圧Ｅppを重畳した直
流電圧Ｅcwの印加によって周期状の分極反転領域９を形
成する。印加電圧は、例えば直流電界の大きさＥcw＝１
９．５ｋＶ／ｍｍ、パルス電界の大きさＥpp＝１．５ｋ
Ｖ／ｍｍが得られる値として、パルス電圧のパルス幅を
０．５ｍｓとする。また、直流電源に電流検知機能を付
加して反転電流を検知し、パルス電圧の重畳により分極
反転が形成されると同時に、直流電界を１．５ｋＶ／ｍ
ｍ以下に低下させる。以上の結果として、図５（ａ）に
示すように、周期が３．５μｍである分極反転領域９が
１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさの領域の全体にわたって形
成される。As described in the first embodiment, a comb-shaped electrode and a -C electrode are formed on the + C surface of the LiTaO 3 substrate 1 having a thickness of 0.3 mm.
A plane electrode is formed on the surface and a periodic domain-inverted region 9 is formed by applying a DC voltage Ecw on which a pulse voltage Epp is superimposed. The applied voltage is, for example, the magnitude of the DC electric field Ecw = 1.
9.5 kV / mm, magnitude of pulsed electric field Epp = 1.5 k
The pulse width of the pulse voltage is set to 0.5 ms to obtain V / mm. In addition, a current detection function is added to the DC power supply to detect the reversal current, and polarization inversion is formed by superimposing the pulse voltage, and at the same time, a DC electric field of 1.5 kV / m
m or less. As a result of the above, as shown in FIG. 5A, the domain-inverted region 9 having a period of 3.5 μm is formed over the entire region having a size of 10 mm × 10 mm.
【０１６８】形成した周期状分極反転領域９に直交する
ようにストライプ状の光導波路を形成すれば、光導波路
型の光波長変換素子が製造される。ところが、一般に分
極が反転している領域の屈折率は、基板１の屈折率より
増加している。そのため、上記のような電界印加により
作製した周期状分極反転領域９では、屈折率が周期的に
変化していて、形成される光導波路の伝搬損失が著しい
増加をもたらす。An optical waveguide type optical wavelength conversion element is manufactured by forming a striped optical waveguide so as to be orthogonal to the formed periodic domain inversion region 9. However, in general, the refractive index of the region where the polarization is inverted is higher than that of the substrate 1. Therefore, in the periodic domain-inverted region 9 produced by applying the electric field as described above, the refractive index changes periodically, and the propagation loss of the optical waveguide formed is significantly increased.
【０１６９】以上の問題を解決するために、光導波路を
形成する前に、基板１を酸素雰囲気中でアニール処理し
て、分極反転領域９の屈折率変化を減少させて、屈折率
分布を均一化させる。In order to solve the above problems, before forming the optical waveguide, the substrate 1 is annealed in an oxygen atmosphere to reduce the change in the refractive index of the domain inversion region 9 and to make the refractive index distribution uniform. Turn into
【０１７０】アニール処理温度を３００〜６００℃の間
で変化させたところ、４００℃以上の温度でアニール処
理することによって、屈折率変化がかなり減少すること
が明らかになった。しかし、アニール温度をさらに上げ
て５８０℃以上で処理すると、一旦形成された分極反転
領域が縮小する。特に、このような高温におけるアニー
ル処理を６０秒以上継続して行うと、分極反転領域がほ
ぼ完全に消滅する。When the annealing temperature was changed between 300 ° C. and 600 ° C., it became clear that the annealing process at a temperature of 400 ° C. or higher significantly reduces the change in the refractive index. However, if the annealing temperature is further raised and the treatment is performed at 580 ° C. or higher, the domain-inverted region once formed is reduced. In particular, when the annealing treatment at such a high temperature is continuously performed for 60 seconds or more, the domain inversion region disappears almost completely.
【０１７１】以上の結果より、アニール温度は５８０℃
以下とすることが好ましい。また、アニール処理後に温
度を下げる際に、温度低下速度を５℃/秒以下に設定す
ることにより、屈折率の変化をさらに低減して均一な屈
折率分布を得ることができる。From the above results, the annealing temperature is 580 ° C.
The following is preferable. Further, when the temperature is lowered after the annealing treatment, by setting the temperature lowering rate to 5 ° C./second or less, it is possible to further reduce the change in the refractive index and obtain a uniform refractive index distribution.
【０１７２】第１の実施形態にしたがって周期的な分極
反転領域を形成した後に、上記の条件でアニールを行
う。さらにその後に、図５（ａ）〜（ｃ）に示す工程
で、ストライプ状の光導波路を有する光波長変換素子２
００を製造する。After the periodic domain inversion regions are formed according to the first embodiment, annealing is performed under the above conditions. Further, after that, in the steps shown in FIGS. 5A to 5C, the optical wavelength conversion element 2 having a stripe-shaped optical waveguide is formed.
00 is manufactured.
【０１７３】分極反転領域９の形成後に光導波路を形成
する場合には、すでに形成されている周期状の分極反転
構造に影響を与えないようにするために、低温プロセス
で行われることが望ましい。例えば、LiTaO3のキュリー
温度は約６００℃であるのでそれ以下の温度でプロセス
を実行することが望ましい。そこで本発明では、低温で
光導波路を作成することができるプロトン交換処理を行
う。When the optical waveguide is formed after the domain-inverted regions 9 are formed, it is desirable that the optical waveguide is formed by a low temperature process so as not to affect the already formed periodic domain-inverted structure. For example, the Curie temperature of LiTaO 3 is about 600 ° C., so it is desirable to perform the process at a temperature below that. Therefore, in the present invention, a proton exchange treatment capable of forming an optical waveguide at low temperature is performed.
【０１７４】プロトン交換処理では、酸の中に浸した基
板を熱処理することによって、基板中の金属イオンと酸
中のプロトンとが交換されて、高い屈折率を有する層が
形成される。例えば、LiTaO3基板の場合には、Ｌｉとプ
ロトンとが交換される。なお、プロトン交換処理が施さ
れた領域は、非線形性が基板本来の値の約半分に低下す
るために、プロトン交換処理後にアニール処理を行っ
て、非線形性を回復する必要がある。In the proton exchange treatment, the substrate immersed in an acid is heat-treated to exchange the metal ions in the substrate with the protons in the acid to form a layer having a high refractive index. For example, in the case of a LiTaO 3 substrate, Li and protons are exchanged. Since the non-linearity of the region subjected to the proton exchange treatment is reduced to about half the original value of the substrate, it is necessary to perform the annealing treatment after the proton exchange treatment to recover the non-linearity.
【０１７５】具体的には、まず図５（ａ）に示すよう
に、周期的な分極反転領域９がその内部に形成された基
板１の表面に、Ｔａマスク層１０をスパッタリング法で
堆積する。Ｔａマスク層１０の厚さは、典型的には１０
ｎｍ〜５００ｎｍ、好ましくは２０ｎｍ〜１００ｎｍ、
例えば４０ｎｍとする。続いて、図５（ｂ）に示すよう
に、Ｔａマスク層１０に対して、フォトリソグラフィ法
によるパターンニング及び引き続くドライエッチングを
行って、ストライプ状光導波路に対応するストライプ状
の開口部１０ａを形成する。その後、２６０℃のピロ燐
酸中で１６分間熱処理することによってＴａマスク層１
０の開口部１０ａを介してプロトン交換処理を行い、図
５（ｃ）に示すようなプロトン交換導波路１１を形成す
る。その後にＴａマスク層１０を除去し、さらに導波路
の低損失化及び導波路の非線形性の回復という目的から
４２０℃にて６０秒間の熱処理を行うことによって、ス
トライプ状の光導波路１１が完成する。Specifically, first, as shown in FIG. 5A, a Ta mask layer 10 is deposited by sputtering on the surface of the substrate 1 in which the periodic domain inversion regions 9 are formed. The thickness of the Ta mask layer 10 is typically 10
nm to 500 nm, preferably 20 nm to 100 nm,
For example, it is 40 nm. Subsequently, as shown in FIG. 5B, the Ta mask layer 10 is subjected to patterning by photolithography and subsequent dry etching to form a stripe-shaped opening 10a corresponding to the stripe-shaped optical waveguide. To do. Then, the Ta mask layer 1 is heat-treated in pyrophosphoric acid at 260 ° C. for 16 minutes.
Proton exchange processing is performed through the 0 opening 10a to form a proton exchange waveguide 11 as shown in FIG. After that, the Ta mask layer 10 is removed, and further heat treatment is performed at 420 ° C. for 60 seconds for the purpose of reducing the loss of the waveguide and recovering the nonlinearity of the waveguide, whereby the striped optical waveguide 11 is completed. .
【０１７６】製造される光波長変換素子２００の斜視図
を、図６に示す。図６の光波長変換素子２００におい
て、素子長及び作用長はともに１０ｍｍであり、分極反
転領域９の周期は３．５μｍである。また、光導波路１
１は、幅４μｍ、深さ３μｍである。また、図６に矢印
９ａ及び９ｂで示しているように、分極反転領域９とそ
れ以外の部分では、分極の方向がお互いに正反対を向い
ている。A perspective view of the manufactured light wavelength conversion element 200 is shown in FIG. In the light wavelength conversion element 200 of FIG. 6, both the element length and the working length are 10 mm, and the period of the domain inversion region 9 is 3.5 μm. Also, the optical waveguide 1
1 has a width of 4 μm and a depth of 3 μm. Further, as shown by arrows 9a and 9b in FIG. 6, the polarization directions in the domain-inverted region 9 and other portions are opposite to each other.
【０１７７】本実施形態によれば、分極反転領域が大面
積にわたって均一に形成できて、製造される光波長変換
素子２００の動作特性が向上する。特に、光導波路１１
を伝搬する光を、深い位置に至るまで形成された分極反
転領域９に十分に重ねることができ、高効率の光波長変
換素子を製造することができる。According to this embodiment, the domain-inverted regions can be uniformly formed over a large area, and the operating characteristics of the manufactured optical wavelength conversion element 200 are improved. In particular, the optical waveguide 11
The light propagating through the laser can be sufficiently overlapped with the domain-inverted region 9 formed to a deep position, and a highly efficient optical wavelength conversion element can be manufactured.
【０１７８】本実施形態の上記説明では、基板１として
はLiTaO3基板を用いている。あるいは、ＫＴＰ(KTiOP
O4)基板、KNbO3基板、LiNbO3基板、またはMgO、Nb、Nd
などをドープしたLiTaO3基板やLiNbO3基板を使用するこ
とができる。あるいは、LiTaO3とLiNbO3との混晶である
LiNb(1ーx)TaXO3基板（０≦Ｘ≦１）でも、同様な光波長
変換素子が作製できる。特に、上記のうちでLiNbO3基板
は、高い非線形光学定数を持つために、高効率の光波長
変換素子を製造するには有効である。In the above description of this embodiment, the LiTaO 3 substrate is used as the substrate 1. Alternatively, KTP (KTiOP
O 4 ) substrate, KNbO 3 substrate, LiNbO 3 substrate, or MgO, Nb, Nd
A LiTaO 3 substrate or a LiNbO 3 substrate doped with etc. can be used. Alternatively, it is a mixed crystal of LiTaO 3 and LiNbO 3.
A similar optical wavelength conversion element can be manufactured using a LiNb (1−x) Ta X O 3 substrate (0 ≦ X ≦ 1). In particular, among the above, the LiNbO 3 substrate has a high nonlinear optical constant, and is therefore effective for manufacturing a highly efficient optical wavelength conversion device.
【０１７９】なお、本実施形態に関する上記の説明で
は、光導波路１１を基板１の＋Ｃ面１ａに形成してい
る。しかし、分極反転領域９は基板１の裏面に達するま
で形成されているので、光導波路１１を基板１の−Ｃ面
１ｂに形成しても、同様の性能を有する光波長変換素子
を製造することができる。そのように−Ｃ面に光導波路
を形成する場合、−Ｃ面には平面電極が形成されている
のみであって櫛形電極のパターンは形成されていないの
で、面の荒れが少ない。そのため、導波損失の少ない導
波路が作製でき、効率の高い光波長変換素子の作製が可
能である。In the above description of this embodiment, the optical waveguide 11 is formed on the + C surface 1a of the substrate 1. However, since the domain-inverted region 9 is formed until reaching the back surface of the substrate 1, even if the optical waveguide 11 is formed on the −C surface 1b of the substrate 1, it is possible to manufacture an optical wavelength conversion element having similar performance. You can When the optical waveguide is formed on the −C plane as described above, the flat electrode is only formed on the −C plane and the pattern of the comb-shaped electrodes is not formed, so that the surface is less rough. Therefore, a waveguide with less waveguide loss can be manufactured, and a highly efficient optical wavelength conversion element can be manufactured.
【０１８０】光導波路としては、上述のプロトン交換処
理によって形成した導波路に代わって、Ｔｉ拡散導波
路、Ｎｂ拡散導波路、イオン注入導波路など他の光導波
路を用いることができる。As the optical waveguide, other optical waveguides such as Ti diffusion waveguide, Nb diffusion waveguide, and ion implantation waveguide can be used instead of the waveguide formed by the above-mentioned proton exchange treatment.
【０１８１】プロトン交換処理は、上述のピロ燐酸を用
いる処理の他に、オルト燐酸、安息香酸、硫酸などを用
いることができる。For the proton exchange treatment, orthophosphoric acid, benzoic acid, sulfuric acid and the like can be used in addition to the above-mentioned treatment using pyrophosphoric acid.
【０１８２】また、プロトン交換処理のためのマスクは
Ｔａマスクに限られるものではなく、Ｔａ2Ｏ5、Ｐｔ、
Ａｕなど耐酸性を有する材料からなるマスクであればよ
い。The mask for the proton exchange treatment is not limited to the Ta mask, but Ta 2 O 5 , Pt,
A mask made of a material having acid resistance such as Au may be used.
【０１８３】（第３の実施形態）短周期の分極反転領域
を形成するには、分極反転領域の幅を所望の周期以下に
抑える必要がある。基板の＋Ｃ面に形成された櫛形電極
を介して電界を印加することにより形成される分極反転
は、櫛形電極を構成するストライプ状の電極枝の直下の
＋Ｃ面より発生し、−Ｃ軸方向に成長する。しかし、そ
れと同時に、ストライプ状電極枝の幅方向（すなわち、
基板の表面に平行な方向）にも広がる。その結果、分極
反転領域の幅が広がって、短周期の分極反転構造の形成
を困難にする。(Third Embodiment) In order to form a domain-inverted region having a short period, it is necessary to keep the width of the domain-inverted region below a desired period. The polarization reversal formed by applying an electric field through the comb-shaped electrode formed on the + C surface of the substrate occurs from the + C surface directly below the stripe-shaped electrode branches that form the comb-shaped electrode, and in the -C axis direction. grow up. However, at the same time, the width direction of the striped electrode branches (ie,
It also spreads in the direction parallel to the surface of the substrate). As a result, the width of the domain-inverted region widens, making it difficult to form a domain-inverted structure with a short period.
【０１８４】これに対して本願発明者は、分極反転領域
の幅方向への拡大を抑圧する方法について考察した。そ
の結果、基板の＋Ｃ面において、ストライプ状の電極枝
の間隙における分極の発生を抑圧することにより、幅方
向の分極反転領域の広がりを抑圧することができると考
えた。そこで、分極反転の発生を抑圧する方法を検討し
た結果、LiTaO3結晶またはLiNbO3結晶の＋Ｃ面近傍の強
誘電性を劣化させることで、その部分の分極反転の発生
を抑圧できることを見いだした。例えば、LiTaO3の＋Ｃ
面の表面にプロトン交換処理を施すことで、分極を反転
させる反転電界の値が数ｋＶ／ｍｍ増加し、分極反転の
発生が抑圧されることが明らかになった。On the other hand, the inventor of the present application considered a method of suppressing the expansion of the domain-inverted region in the width direction. As a result, it was considered that by suppressing the occurrence of polarization in the gap between the stripe-shaped electrode branches on the + C surface of the substrate, the spread of the domain-inverted region in the width direction can be suppressed. Therefore, as a result of studying a method of suppressing the occurrence of polarization reversal, it was found that the deterioration of ferroelectricity in the vicinity of the + C plane of the LiTaO 3 crystal or LiNbO 3 crystal can suppress the occurrence of polarization reversal in that portion. For example, + Ta of LiTaO 3
It was revealed that the value of the reversal electric field for reversing the polarization is increased by several kV / mm and the occurrence of the polarization reversal is suppressed by performing the proton exchange treatment on the surface of the plane.
【０１８５】このような発明者による検討結果を用い
て、分極反転領域の短周期化を試みた。図７（ａ）〜
（ｃ）を参照して、これを説明する。Using the results of the study by the inventors, an attempt was made to shorten the domain inversion domain. Fig.7 (a)-
This will be described with reference to (c).
【０１８６】図７（ａ）は、先に図１（ａ）として説明
した測定系におけるLiTaO3基板１の断面図であって、図
２（ａ）と同じ構成要素には同じ参照番号を付してい
る。FIG. 7A is a cross-sectional view of the LiTaO 3 substrate 1 in the measurement system previously described as FIG. 1A, in which the same constituent elements as those in FIG. are doing.
【０１８７】図７（ａ）におけるLiTaO3基板１の＋Ｃ面
１ａに設けられた櫛形電極２では、幅１０μｍのストラ
イプ状の電極枝が１０μｍのギャップをあけて形成され
ている。一方、基板１の−Ｃ面１ｂには平面電極３が形
成されている。この時点では、基板１の内部の分極は、
図７（ａ）に矢印９ｂで示しているように図面中で上方
向を向いている。In the comb-shaped electrode 2 provided on the + C surface 1a of the LiTaO 3 substrate 1 in FIG. 7A, striped electrode branches having a width of 10 μm are formed with a gap of 10 μm. On the other hand, the planar electrode 3 is formed on the -C surface 1b of the substrate 1. At this point, the polarization inside the substrate 1 is
As shown by an arrow 9b in FIG. 7A, it faces upward in the drawing.
【０１８８】櫛形電極２と平面電極３との間に電圧を印
加して基板１に電界を印加すると、基板１の内部におけ
る電界強度が約２０ｋＶ／ｍｍ以上になった時点で、櫛
形電極２の電極枝の直下に分極反転領域９が形成され
る。この分極反転領域９における分極の向きは、図７
（ｂ）に矢印９ａで示すように図面中で下向きであっ
て、電界印加前から逆転している。When a voltage is applied between the comb-shaped electrode 2 and the flat electrode 3 to apply an electric field to the substrate 1, when the electric field strength inside the substrate 1 reaches about 20 kV / mm or more, the comb-shaped electrode 2 A domain inversion region 9 is formed immediately below the electrode branch. The direction of polarization in this polarization inversion region 9 is shown in FIG.
As shown by an arrow 9a in FIG. 9B, it is downward in the drawing and is reversed from before the electric field is applied.
【０１８９】しかし、そのようにして形成された分極反
転領域６は、さらに電極枝の幅方向（すなわち基板１の
表面に平行な方向）にも広がる。このような幅方向の成
長が進展すると、最終的に、隣接する分極反転領域９が
お互いに接触してしまう可能性がある。However, the domain-inverted regions 6 thus formed further extend in the width direction of the electrode branches (that is, in the direction parallel to the surface of the substrate 1). When such growth in the width direction progresses, the adjacent domain-inverted regions 9 may eventually come into contact with each other.
【０１９０】これに対して、図７（ｃ）に示すように、
電極枝の間の＋Ｃ面１ａの表面近傍にプロトン交換処理
を施して、プロトン交換領域７を形成する。このような
プロトン交換領域７ではその強誘電性が劣化されてい
て、分極反転領域６の横方向への拡大が抑圧される。こ
の結果、図７（ｃ）に示すように、それぞれの電極枝の
直下のみに、電極枝と同じ幅を有する分極反転領域９が
形成される。On the other hand, as shown in FIG.
Proton exchange treatment is applied to the vicinity of the surface of the + C plane 1a between the electrode branches to form a proton exchange region 7. In such a proton exchange region 7, its ferroelectricity is deteriorated, and the lateral expansion of the domain inversion region 6 is suppressed. As a result, as shown in FIG. 7C, the domain-inverted region 9 having the same width as the electrode branch is formed just below each electrode branch.
【０１９１】さらに、プロトン交換処理の有無が分極反
転領域９の横方向への拡大に与える影響を、図８（ａ）
及び８（ｂ）を参照して説明する。Further, the influence of the presence or absence of the proton exchange treatment on the lateral expansion of the domain inversion region 9 is shown in FIG.
And 8 (b).
【０１９２】図８（ｂ）で、縦軸は、形成された分極反
転領域９の幅Ｗを示す。この分極反転領域９は、図８
（ａ）に示すように、幅が１０μｍである櫛形電極２を
用いて形成されたものである。言い換えると、図８
（ｂ）の縦軸に示す分極反転領域の幅Ｗは、分極反転領
域９の拡大の程度を表している。In FIG. 8B, the vertical axis represents the width W of the formed domain inversion region 9. This domain-inverted region 9 is shown in FIG.
As shown in (a), it is formed using a comb-shaped electrode 2 having a width of 10 μm. In other words, FIG.
The width W of the domain-inverted region shown on the vertical axis in (b) represents the degree of expansion of the domain-inverted region 9.
【０１９３】一方、図８（ｂ）の横軸は、櫛形電極２と
平面電極３との間に印加される電圧を示す。具体的に
は、直流電圧Ｅcwにパルス電圧Ｅppを重畳した電圧を印
加し、印加電圧の直流成分Ｅcwは３ｋＶで一定としてい
る。図８（ｂ）の縦軸には、直流電圧Ｅcwとパルス電圧
Ｅppとの合計値Ｅ＝Ｅcw＋Ｅppの値をとっている。な
お、パルス電圧のパルス幅は３ｍｓである。On the other hand, the horizontal axis of FIG. 8B shows the voltage applied between the comb-shaped electrode 2 and the plane electrode 3. Specifically, a voltage in which the pulse voltage Epp is superimposed on the DC voltage Ecw is applied, and the DC component Ecw of the applied voltage is kept constant at 3 kV. The vertical axis of FIG. 8B shows the value of the sum E = Ecw + Epp of the DC voltage Ecw and the pulse voltage Epp. The pulse width of the pulse voltage is 3 ms.
【０１９４】図８（ｂ）には、櫛形電極２のストライプ
状電極枝の間隙における＋Ｃ面にプロトン交換処理（26
0℃、20分間）を施したサンプル、及びそのようなプロ
トン交換処理を施さないサンプルにおける、分極反転領
域９の幅Ｗと印加電圧の大きさＥとの関係を、それぞれ
示している。In FIG. 8B, a proton exchange treatment (26) is performed on the + C plane in the gap between the striped electrode branches of the comb-shaped electrode 2.
The relationship between the width W of the domain-inverted region 9 and the magnitude E of the applied voltage is shown for the sample subjected to 0 ° C. for 20 minutes) and the sample not subjected to such a proton exchange treatment.
【０１９５】図８（ｂ）より、プロトン交換処理の有無
に係わらず、分極反転領域９の幅Ｗ、すなわち横方向へ
の広がりは、印加電圧Ｅの増加とともに増大する。しか
し、プロトン交換処理を行わない場合には、印加電圧が
５．５ｋＶ以下では均一な分極反転が形成されない。し
たがって、この時の分極反転領域の幅Ｗである２．７μ
ｍが、得られるＷの最小値である。すなわち、プロトン
交換処理を施さないサンプルでは、分極反転領域９の形
成に使用する櫛形電極２のストライプ状電極枝の幅が２
μｍであるにもかかわらず、実際に形成される分極反転
領域９の幅Ｗは最小でも２．７μｍである。As shown in FIG. 8B, the width W of the domain-inverted region 9, that is, the width of the domain-inverted region 9 in the lateral direction increases regardless of the presence or absence of the proton exchange treatment, as the applied voltage E increases. However, when the proton exchange treatment is not performed, uniform polarization reversal is not formed when the applied voltage is 5.5 kV or less. Therefore, the width W of the domain-inverted region at this time is 2.7 μm.
m is the minimum value of W that can be obtained. That is, in the sample not subjected to the proton exchange treatment, the width of the stripe-shaped electrode branch of the comb-shaped electrode 2 used for forming the domain-inverted region 9 is 2
Despite being μm, the width W of the domain-inverted region 9 actually formed is at least 2.7 μm.
【０１９６】それに対してプロトン交換処理を行う場合
には、分極反転領域９の横方向の拡大が抑圧される。そ
の結果、幅Ｗが櫛形電極２のストライプ状電極枝の幅と
ほぼ等しい分極反転領域９を形成することができる。こ
のように、プロトン交換処理を施すことで、分極反転領
域９の横方向の拡大が抑圧されることが明らかになっ
た。On the other hand, when the proton exchange treatment is performed, the lateral expansion of the domain inversion region 9 is suppressed. As a result, it is possible to form the domain inversion region 9 having the width W substantially equal to the width of the stripe-shaped electrode branch of the comb-shaped electrode 2. As described above, it has been clarified that the lateral expansion of the domain inversion region 9 is suppressed by performing the proton exchange treatment.
【０１９７】次に、上記の結果を周期状の分極反転領域
の形成に適用した例を、図９（ａ）〜（ｃ）を参照して
説明する。図９（ａ）〜（ｃ）で、これまでに示した参
照して説明した図面に置いてと同じ構成要素には、同じ
参照番号を付けている。Next, an example in which the above results are applied to the formation of periodic domain-inverted regions will be described with reference to FIGS. 9 (a) to 9 (c). 9 (a) to 9 (c), the same components as those shown in the drawings described with reference to the above have the same reference numerals.
【０１９８】まず、図９（ａ）に示すように、Ｃ板のLi
TaO3基板１の＋Ｃ面１ａに櫛形電極２を、−Ｃ面１ｂに
平面電極３を、それぞれ形成する。このうち平面電極３
は、例えば厚さ約５００ｎｍのＴａ膜とすることができ
る。次に、櫛形電極２をマスクとして、そのストライプ
状の電極枝の間隙の＋Ｃ面１ａにプロトン交換処理を施
す。このプロトン交換処理は、典型的には、２６０℃の
ピロ燐酸中で３０分間行う。これによって、図９（ｂ）
に示すように、深さ約０．４μｍのプロトン交換領域７
が形成される。次に、図９（ｃ）に示すように、上記処
理が施された基板１を絶縁液中または真空中に設置し、
直流電源４及びパルス電源５を用いて櫛形電極２と平面
電極３との間に電圧を印加して、基板１に電界を印加す
る。具体的な印加電界としては、例えば、直流電界Ｅcw
＝１８ｋＶ／ｍｍに、パルス電界Ｅpp＝３ｋＶ／ｍｍを
重畳する。First, as shown in FIG. 9A, the Li of the C plate is
The comb-shaped electrode 2 is formed on the + C surface 1a of the TaO 3 substrate 1 and the planar electrode 3 is formed on the −C surface 1b. Of these, the planar electrode 3
Can be, for example, a Ta film with a thickness of about 500 nm. Next, using the comb-shaped electrode 2 as a mask, the + C plane 1a in the gap between the striped electrode branches is subjected to a proton exchange treatment. This proton exchange treatment is typically performed in pyrophosphoric acid at 260 ° C. for 30 minutes. As a result, FIG.
As shown in, the proton exchange region 7 with a depth of about 0.4 μm
Is formed. Next, as shown in FIG. 9C, the substrate 1 that has been subjected to the above treatment is placed in an insulating solution or in a vacuum,
A voltage is applied between the comb-shaped electrode 2 and the plane electrode 3 using the DC power supply 4 and the pulse power supply 5, and an electric field is applied to the substrate 1. As a specific applied electric field, for example, a DC electric field Ecw
= 18 kV / mm, the pulse electric field Epp = 3 kV / mm is superimposed.
【０１９９】上記のような工程によれば、周期が２μｍ
〜１０μｍである分極反転領域９を形成することができ
る。櫛形電極２のストライプ状電極枝の間隙にプロトン
交換処理を施さない場合には、周期が３μｍ以下である
分極反転領域を均一に形成することは困難である。これ
に対して、本実施形態にしたがってストライプ電極枝間
にプロトン交換を施すと、周期が２．５μｍ以下である
短周期の分極反転領域９を均一に形成することができ
る。According to the above steps, the period is 2 μm.
It is possible to form the domain inversion region 9 having a thickness of 10 μm. If the gap between the striped electrode branches of the comb-shaped electrode 2 is not subjected to the proton exchange treatment, it is difficult to uniformly form the domain-inverted regions having a period of 3 μm or less. On the other hand, when proton exchange is performed between the stripe electrode branches according to the present embodiment, it is possible to uniformly form the short-period domain-inverted regions 9 having a period of 2.5 μm or less.
【０２００】次に、分極反転領域９の形成に対するプロ
トン交換処理の時間の影響を説明する。Next, the influence of the time of the proton exchange treatment on the formation of the domain inversion region 9 will be described.
【０２０１】２６０℃のピロ燐酸を用いてプロトン交換
処理を行う場合、プロトン交換時間を５分以上にするこ
とで、分極反転領域９の広がりを抑圧する効果が表れ
る。さらに、１０分間以上のプロトン交換処理を行うこ
とによって、面内均一性の良好な分極反転領域９が得ら
れる。しかし、プロトン交換処理を非常に長時間にわた
って行うと、隣接するプロトン交換領域７がお互いに接
触してしまって、周期状の分極反転構造９が形成できな
い。これより、プロトン交換処理は、１０分間以上であ
って、隣接するプロトン交換領域７がお互いに接触しな
い限度内の時間だけ行うことが有効である。When the proton exchange treatment is carried out using pyrophosphoric acid at 260 ° C., the effect of suppressing the expansion of the domain inversion region 9 is exhibited by setting the proton exchange time to 5 minutes or longer. Further, by performing the proton exchange treatment for 10 minutes or more, the domain-inverted region 9 having good in-plane uniformity can be obtained. However, if the proton exchange treatment is performed for a very long time, the adjacent proton exchange regions 7 come into contact with each other, and the periodic domain-inverted structure 9 cannot be formed. From this, it is effective to carry out the proton exchange treatment for 10 minutes or more, and for a time within the limit that the adjacent proton exchange regions 7 do not contact each other.
【０２０２】なお、プロトン交換処理によって生じる基
板１の強誘電性の劣化とは、自発分極の反転が可能な結
晶状態の劣化を意味する。具体的には、自発分極が小さ
くなった状態、自発分極の反転電界が増大した状態、ま
たは、結晶が強誘電性を示さなくなった状態を示す。例
えば、プロトン交換処理を施すと結晶構造の歪が小さく
なるため、自発分極が非常に小さくなる。The deterioration of the ferroelectricity of the substrate 1 caused by the proton exchange treatment means the deterioration of the crystalline state in which the spontaneous polarization can be inverted. Specifically, it shows a state in which the spontaneous polarization is small, a state in which the reversal electric field of the spontaneous polarization is increased, or a state in which the crystal no longer exhibits ferroelectricity. For example, when the proton exchange treatment is applied, the strain of the crystal structure becomes small, so that the spontaneous polarization becomes extremely small.
【０２０３】あるいは、同様な現象をプロトン交換以外
の処理によって得ることもできる。例えば、基板１の表
面にイオン注入を施すと、結晶構造が崩れてランダムな
構造に近くなり、自発分極を示さなくなる。Alternatively, a similar phenomenon can be obtained by a process other than the proton exchange. For example, when the surface of the substrate 1 is ion-implanted, the crystal structure collapses and becomes closer to a random structure, and spontaneous polarization is not exhibited.
【０２０４】このように、分極反転が発生する結晶表面
に結晶構造の変化をおこすことで、分極反転領域９の拡
大を抑圧することができる。上記で説明したLiTaO3基板
やLiNbO3基板の場合には、分極反転領域９は＋Ｃ面１ａ
から発生する。あるいは、結晶の種類によっては、分極
反転が＋Ｃ面ではなく、−Ｃ面、またはそれ以外の面か
ら発生する場合もある。しかし、その場合には、分極反
転が発生する面の強誘電性を同様に劣化させることで、
分極反転領域の拡大を同様に抑圧することができる。As described above, by changing the crystal structure on the crystal surface where the polarization inversion occurs, the expansion of the polarization inversion region 9 can be suppressed. In the case of the LiTaO 3 substrate or LiNbO 3 substrate described above, the domain inversion region 9 has the + C plane 1a.
Arises from. Alternatively, depending on the type of crystal, polarization reversal may occur not from the + C plane but from the −C plane or another plane. However, in that case, by similarly deteriorating the ferroelectricity of the surface where the polarization inversion occurs,
Similarly, the expansion of the domain inversion region can be suppressed.
【０２０５】本実施形態の上記説明では、基板表面の強
誘電性を劣化させる手段としてプロトン交換処理を用い
ている。あるいは、Ｚｎ、Ｃｄ等のイオン交換、プロト
ンイオン、Ｈｅイオン、Ｓｉイオン、Ａｕイオン等の注
入、Ｔｉ拡散などの金属拡散、あるいはＭｇＯ拡散など
によっても、同様な効果を得ることができる。In the above description of this embodiment, the proton exchange treatment is used as a means for deteriorating the ferroelectricity of the substrate surface. Alternatively, the same effect can be obtained by ion exchange of Zn, Cd, etc., implantation of proton ions, He ions, Si ions, Au ions, etc., metal diffusion such as Ti diffusion, or MgO diffusion.
【０２０６】本実施形態の上記説明では、プロトン交換
処理をピロ燐酸を用いて行っている。あるいは、オルト
燐酸、安息香酸、硫酸などを用いてプロトン交換処理を
行っても、上記説明と同様の効果を得ることができる。
また、上記説明では電極を構成する金属膜としてＴａ膜
を用いているが、適切な耐熱性を有する膜であれば、他
の膜でもよい。具体的には、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕなどの材
料の膜を用いることができる。In the above description of this embodiment, the proton exchange treatment is performed using pyrophosphoric acid. Alternatively, the same effect as described above can be obtained by performing the proton exchange treatment using orthophosphoric acid, benzoic acid, sulfuric acid or the like.
Further, although the Ta film is used as the metal film forming the electrode in the above description, another film may be used as long as it has appropriate heat resistance. Specifically, a film made of a material such as Ti, Pt, or Au can be used.
【０２０７】本実施形態の上記説明では、基板１として
はLiTaO3基板を用いている。あるいは、LiNbO3基板、ま
たはMgO、Nb、NdなどをドープしたLiTaO3基板やLiNbO3
基板を使用することができる。あるいは、LiTaO3とLiNb
O3との混晶であるLiNb(1ーx)TaXO3基板（０≦Ｘ≦１）で
も、同様な光波長変換素子が作製できる。これらの結晶
は、上記の説明で示したと同様に、プロトン交換処理に
より強誘電性劣化層を容易に形成することができる。そ
のため、周期状分極反転領域を電界印加により容易に製
造することができる。特に、LiNbO3は、高い非線形光学
定数を持つために、高効率の光波長変換素子を製造する
ために有効である。In the above description of this embodiment, the LiTaO 3 substrate is used as the substrate 1. Alternatively, a LiNbO 3 substrate or a LiTaO 3 substrate or LiNbO 3 substrate doped with MgO, Nb, Nd, etc.
A substrate can be used. Alternatively, LiTaO 3 and LiNb
O 3 mixed crystal in which LiNb of (-1-x) Ta X O 3 substrate (0 ≦ X ≦ 1) but a similar optical wavelength conversion device can be manufactured. These crystals can easily form the ferroelectric deterioration layer by the proton exchange treatment, as in the above description. Therefore, the periodic domain inversion region can be easily manufactured by applying an electric field. In particular, LiNbO 3 is effective for manufacturing a highly efficient optical wavelength conversion device because it has a high nonlinear optical constant.
【０２０８】一方、基板１としては、ＫＴＰ(KTiOPO4)
基板やKNbO3基板を使用することもできる。これらの基
板は高い非線形光学定数を持つために、高効率の光波長
変換素子を製造するには有効である。このうち、ＫＴＰ
基板では、櫛形電極の電極枝の間隙の結晶表面をイオン
交換によって劣化させる場合に、Ｒｂイオンを用いた処
理によっても表面の結晶性を変えることができる。この
後に電界を印加することで、深い分極反転領域が形成さ
れる。On the other hand, as the substrate 1, KTP (KTiOPO 4 )
Substrates and KNbO 3 substrates can also be used. Since these substrates have high non-linear optical constants, they are effective for manufacturing a highly efficient optical wavelength conversion device. Of these, KTP
In the substrate, when the crystal surface in the gap between the electrode branches of the comb-shaped electrode is deteriorated by ion exchange, the crystallinity of the surface can be changed also by the treatment with Rb ions. By applying an electric field thereafter, a deep domain-inverted region is formed.
【０２０９】（第４の実施形態）本実施形態では、第３
の実施形態にしたがってプロトン交換処理を施した上で
作製される周期的な分極反転領域を利用して、光波長変
換素子を作製する方法について述べる。(Fourth Embodiment) In the present embodiment, the third embodiment
A method for producing an optical wavelength conversion element by utilizing the periodically domain-inverted region produced by performing the proton exchange treatment according to the embodiment of the present invention will be described.
【０２１０】先に第２の実施形態で説明したように、形
成した分極反転領域の上に光導波路を形成すれば、図５
（ｃ）に示した形状を有する光波長変換素子を製造する
ことができる。しかし、第３の実施形態にしたがって周
期状分極反転領域９を形成したLiTaO3基板１の＋Ｃ面１
ａに対しては、周期的にプロトン交換処理が行われてい
る。そのため、周期的な屈折率分布（基板１と分極反転
領域９との間の屈折率の差）が存在する。このため、低
損失の光導波路を形成するには、アニール処理により屈
折率分布を均一化する必要がある。If an optical waveguide is formed on the formed domain-inverted region as described in the second embodiment, the structure shown in FIG.
An optical wavelength conversion element having the shape shown in (c) can be manufactured. However, the + C plane 1 of the LiTaO 3 substrate 1 in which the periodic domain-inverted regions 9 are formed according to the third embodiment
The proton exchange treatment is periodically performed on a. Therefore, there is a periodical refractive index distribution (refractive index difference between the substrate 1 and the domain inversion region 9). Therefore, in order to form a low-loss optical waveguide, it is necessary to make the refractive index distribution uniform by annealing.
【０２１１】図１０（ａ）〜（ｄ）は、上記目的で行わ
れるアニール処理の温度が、形成された分極反転領域９
の形状に与える影響を模式的に示す断面図である。図１
０（ａ）はアニール処理を行っていない状態であり、図
１０（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ４５０℃、５００℃、及
び５５０℃でアニール処理を行った後の状態を示す。10 (a) to 10 (d), the temperature of the annealing treatment carried out for the above-mentioned purpose depends on the formed domain inversion region 9
FIG. 6 is a cross-sectional view that schematically shows the influence on the shape of FIG. FIG.
0 (a) shows a state where the annealing treatment is not performed, and FIGS. 10B to 10D show states after the annealing treatment is performed at 450 ° C., 500 ° C., and 550 ° C., respectively.
【０２１２】アニール処理実施前には、図１０（ａ）に
示すように、基板１の＋Ｃ面１ａの表面近傍に針状のマ
イクロドメイン８が残留している。このようなマイクロ
ドメイン８は、分極反転領域９からなる周期状分極反転
構造の周期性を劣化させる。これに対して、図１０
（ｂ）〜（ｄ）に示すように、アニール処理を行うこと
によってこのようなマイクロドメイン８は消滅する。Before performing the annealing treatment, as shown in FIG. 10A, the needle-shaped microdomains 8 remain in the vicinity of the surface of the + C surface 1a of the substrate 1. Such microdomains 8 deteriorate the periodicity of the periodic domain-inverted structure including the domain-inverted regions 9. On the other hand, FIG.
As shown in (b) to (d), such microdomains 8 disappear by performing the annealing treatment.
【０２１３】しかし、アニール温度が５００℃を越える
と、図１０（ｃ）及び（ｄ）に示すように、形成された
周期状分極反転領域９が基板１の＋Ｃ面１ａの近傍から
消滅する。アニール温度またはアニール時間を増すと、
それだけ深い箇所に至るまでの分極反転領域９が消滅す
る。However, when the annealing temperature exceeds 500 ° C., the formed periodic domain-inverted regions 9 disappear from the vicinity of the + C plane 1a of the substrate 1 as shown in FIGS. 10 (c) and 10 (d). Increasing annealing temperature or annealing time
The domain-inverted region 9 up to the deeper portion disappears.
【０２１４】基板１の表面近傍から周期的分極反転構造
が消滅してしまうと、所期の光波長反転機能が得られな
くなる。したがって、形成した周期的分極反転構造の均
一性を向上して低損失の光導波路を形成するためには、
アニール処理温度を５００℃以下に設定することが望ま
しい。When the periodic polarization inversion structure disappears from the vicinity of the surface of the substrate 1, the desired optical wavelength inversion function cannot be obtained. Therefore, in order to improve the uniformity of the formed periodic domain inversion structure and form a low-loss optical waveguide,
It is desirable to set the annealing temperature to 500 ° C. or lower.
【０２１５】以上の方法によれば、分極反転構造の周期
を２μｍまで短くすることが可能であるために、位相整
合波長を７４０ｎｍまで短波長化できる。したがって、
波長３７０ｎｍの紫外光の発生が可能になる。According to the above method, since the period of the domain inversion structure can be shortened to 2 μm, the phase matching wavelength can be shortened to 740 nm. Therefore,
It is possible to generate ultraviolet light having a wavelength of 370 nm.
【０２１６】このように、本実施形態によれば、均一な
分極反転領域が得られるので光波長変換素子の特性向上
を図ることができる。また、分極反転領域を基板の深い
箇所にまで形成することによって、高効率の光波長変換
素子が製造できる。さらに、分極反転領域を短周期化す
ることによって、短波長の第２高調波の発生が可能にな
る。As described above, according to this embodiment, a uniform domain-inverted region can be obtained, so that the characteristics of the optical wavelength conversion element can be improved. In addition, by forming the domain-inverted region deep in the substrate, a highly efficient optical wavelength conversion element can be manufactured. Further, by shortening the period of the domain inversion region, it becomes possible to generate the second harmonic having a short wavelength.
【０２１７】上記の説明では、電界印加前のプロトン交
換処理により形成された屈折率変化を、アニール処理に
よって除去しているが、他の方法によって取り除くこと
もできる。In the above description, the change in the refractive index formed by the proton exchange treatment before the electric field is applied is removed by the annealing treatment, but it can be removed by another method.
【０２１８】プロトン交換処理により形成される基板表
面のプロトン交換層の厚さは、約１μｍ程度にすぎな
い。そこで、基板表面を光学研磨することで、プロトン
交換層を容易に取り除くことができる。具体的には、Li
NbO3基板やLiTaO3基板などの光学研磨に一般に用いられ
ているポリッシングダイヤ液を使用して、研磨布の上で
基板表面を研磨することで、基板表面のプロトン交換層
を取り除く。その後に、上述した方法でプロトン交換光
導波路を形成すれば、同様に高効率の光波長変換素子を
形成することができる。The thickness of the proton exchange layer formed on the surface of the substrate by the proton exchange treatment is only about 1 μm. Therefore, the proton exchange layer can be easily removed by optically polishing the substrate surface. Specifically, Li
The proton exchange layer on the substrate surface is removed by polishing the substrate surface on a polishing cloth using a polishing diamond solution generally used for optical polishing of NbO 3 substrate and LiTaO 3 substrate. After that, if a proton exchange optical waveguide is formed by the method described above, a highly efficient light wavelength conversion element can be formed similarly.
【０２１９】あるいは、湿式エッチングやドライエッチ
ングによって、基板表面のプロトン交換層を除去するこ
ともできる。Alternatively, the proton exchange layer on the substrate surface can be removed by wet etching or dry etching.
【０２２０】エッチング液を用いる湿式エッチングの場
合、エッチング液として例えばＨＦとＨＮＯ3とを２：
１で混合した液体を用いて、エッチング液の温度を６０
℃程度にしてエッチングを行う。湿式エッチングに対す
るエッチングレートは、通常は＋Ｃ面と−Ｃ面とでは異
なっているが、プロトン処理後はほぼ等しい値になって
いるるために、分極反転した表面に凹凸が現れること無
くエッチングが行われる。これによって、低損失の光導
波路の形成が可能になる。In the case of wet etching using an etching solution, HF and HNO 3 are used as the etching solution in a ratio of 2:
The temperature of the etching liquid is adjusted to 60 by using the liquid mixed in 1.
Etching is performed at about ℃. The etching rate for wet etching is usually different between the + C plane and the −C plane, but since the values are almost the same after the proton treatment, the etching is performed without unevenness appearing on the polarization-inverted surface. Be seen. This makes it possible to form an optical waveguide with low loss.
【０２２１】ドライエッチングの場合は、例えばＣＦ4
あるいはＣＨＦ3等のガスを用いてエッチングできる。
例えば、反応性イオンエッチング装置を用いてＲＦパワ
ーを１００Ｗ程度にすれば、数１０ｎｍ／分程度のエッ
チングレートが得られる。プロトン交換処理後の基板表
面のエッチングレートは、処理前の基板における値より
高くなっており、より効率の高いプロセスが行える。In the case of dry etching, for example, CF 4
Alternatively, etching can be performed using a gas such as CHF 3 .
For example, if the RF power is set to about 100 W using a reactive ion etching device, an etching rate of about several tens nm / min can be obtained. The etching rate on the surface of the substrate after the proton exchange treatment is higher than that of the substrate before the treatment, and a more efficient process can be performed.
【０２２２】（第５の実施形態）本実施形態では、高効
率の光波長変換素子を形成する他の方法について述べ
る。(Fifth Embodiment) In this embodiment, another method for forming a highly efficient optical wavelength conversion element will be described.
【０２２３】光波長変換素子の効率は、光導波路を伝搬
する光のパワー密度に依存する、そのため、閉じ込めの
強い光導波路を形成すれば、より高効率の光波長変換素
子が製造可能となる。本実施形態では、閉じ込めの強い
光導波路を備えた光波長変換素子を製造するために、光
導波路としてリッジ型の光導波路を用いる。The efficiency of the optical wavelength conversion element depends on the power density of the light propagating through the optical waveguide. Therefore, if an optical waveguide having a strong confinement is formed, a more efficient optical wavelength conversion element can be manufactured. In the present embodiment, a ridge type optical waveguide is used as the optical waveguide in order to manufacture an optical wavelength conversion element having an optical waveguide with a strong confinement.
【０２２４】図１１（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態にし
たがってリッジ型光導波路１７ａを分極反転領域９の上
に形成する方法を説明する。なお、分極反転領域９の形
成は、先に説明した第１の実施形態または第３の実施形
態のいずれの方法にしたがったものであってもよい。11 (a) to 11 (d) illustrate a method of forming the ridge type optical waveguide 17a on the domain inversion region 9 according to this embodiment. The domain-inverted regions 9 may be formed according to the method of the first embodiment or the third embodiment described above.
【０２２５】まず、周期状の分極反転領域９を形成した
LiTaO3基板１にプロトン交換処理を施して、図１１
（ａ）に示すように基板１の表面にプロトン交換層１７
を形成する。プロトン交換処理は、例えば、温度２６０
℃のピロ燐酸中に基板１を２０分間浸すことで実施でき
る。次に、図１１（ｂ）に示すように、プロトン交換層
１７の上にフォトリソグラフィ法によって、光導波路を
形成するためのレジストパターン１２を形成する。続い
て、レジストパターン１２をマスクとして、ＣＨＦ3ガ
ス雰囲気中でドライエッチングを行う。これによって、
プロトン交換層１７を３００ｎｍ程度エッチングする。
さらに、レジストパターン１２を除去することによっ
て、図１１（ｃ）に示すように、一部にリッジ１７ａを
有するプロトン交換層１７が形成される。さらに、アニ
ール処理を、例えば温度４２０℃で６０秒間行って、図
１１（ｄ）に示すような、リッジ型光導波路１７ａを備
えた光波長変換素子５００が得られる。First, periodic domain-inverted regions 9 were formed.
Subjected to proton exchange treatment in LiTaO 3 substrate 1, FIG. 11
As shown in (a), the proton exchange layer 17 is formed on the surface of the substrate 1.
To form. The proton exchange treatment is performed at a temperature of 260, for example.
It can be carried out by immersing the substrate 1 in pyrophosphoric acid at 0 ° C. for 20 minutes. Next, as shown in FIG. 11B, a resist pattern 12 for forming an optical waveguide is formed on the proton exchange layer 17 by photolithography. Then, dry etching is performed in a CHF 3 gas atmosphere using the resist pattern 12 as a mask. by this,
The proton exchange layer 17 is etched by about 300 nm.
Further, by removing the resist pattern 12, as shown in FIG. 11C, a proton exchange layer 17 having a ridge 17a in part is formed. Further, an annealing treatment is performed, for example, at a temperature of 420 ° C. for 60 seconds to obtain an optical wavelength conversion element 500 having a ridge type optical waveguide 17a as shown in FIG. 11 (d).
【０２２６】上記のようにして製造される光波長変換素
子５００では、光導波路１７ａの厚さを従来の２μｍ程
度から１．５μｍに、幅を従来の４μｍから３μｍに、
それぞれ低減することが可能になる。このような光導波
路の小型化にともなって、光導波路を伝搬する光のパワ
ー密度を従来の１．５倍に高めることができる。この結
果、光波長変換素子の変換効率が、従来の約２倍に高め
られる。In the optical wavelength conversion element 500 manufactured as described above, the thickness of the optical waveguide 17a is changed from the conventional 2 μm to 1.5 μm, and the width is changed from the conventional 4 μm to 3 μm.
Each can be reduced. With such miniaturization of the optical waveguide, the power density of light propagating through the optical waveguide can be increased to 1.5 times that of the conventional one. As a result, the conversion efficiency of the light wavelength conversion element is increased to about twice that of the conventional one.
【０２２７】（第６の実施形態）本発明の第６の実施形
態における光波長変換素子６００を、図１２を参照して
説明する。(Sixth Embodiment) An optical wavelength conversion device 600 according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【０２２８】光波長変換素子６００では、LiTaO3基板１
の内部に周期的な分極反転領域９が形成されている。基
板１の表面近傍における分極反転領域９の間隙には、プ
ロトン交換領域７が設けられている。さらに、周期状分
極反転領域９を形成した基板１の両端部には、研磨後に
反射膜１４をそれぞれ堆積する。反射膜１４は、典型的
には、波長８００ｎｍの基本波を９０％以上反射する。In the optical wavelength conversion device 600, the LiTaO 3 substrate 1 is used.
A periodic domain-inverted region 9 is formed inside. A proton exchange region 7 is provided in the gap between the domain inversion regions 9 near the surface of the substrate 1. Further, the reflection films 14 are deposited on both ends of the substrate 1 on which the periodic domain inversion regions 9 are formed after polishing. The reflective film 14 typically reflects 90% or more of the fundamental wave having a wavelength of 800 nm.
【０２２９】このような光波長変換素子６００に、半導
体レーザ２１の光（基本波）２３を集光光学系２２を介
して入射すると、入射した基本波２３は基板１の両端面
の反射膜１４で多重反射して、基板１の内部で共振す
る。すなわち、光波長変換素子６００は共振器として機
能して、その内部パワーの増大により、入射された基本
波２３が高効率で第２高調波２４に変換されて出射され
る。When the light (fundamental wave) 23 of the semiconductor laser 21 is incident on such an optical wavelength conversion element 600 via the condensing optical system 22, the incident fundamental wave 23 is applied to the reflection film 14 on both end surfaces of the substrate 1. Is multiple-reflected and resonates inside the substrate 1. That is, the optical wavelength conversion element 600 functions as a resonator, and the increased fundamental power thereof causes the incident fundamental wave 23 to be efficiently converted into the second harmonic wave 24 and emitted.
【０２３０】光波長変換素子６００では、基板１の内部
に形成された周期状分極反転領域９をそのままバルク状
で利用して、入射した光の波長変換を行う。基本波２３
と分極反転領域９との十分なオーバラップが得られるの
で、高効率の光波長変換が行える。In the light wavelength conversion element 600, the periodic domain-inverted regions 9 formed inside the substrate 1 are used as they are in bulk form to perform wavelength conversion of incident light. Fundamental wave 23
Since a sufficient overlap between the polarization inversion region 9 and the polarization inversion region 9 can be obtained, highly efficient light wavelength conversion can be performed.
【０２３１】また、基板１の表面近傍における分極反転
領域９の間に形成したプロトン交換領域７は、分極反転
領域９の劣化を防止する機能を発揮する。電界印加によ
って分極反転を生じさせる場合、深い分極反転領域９を
形成できる一方で、基板１の結晶に大きな歪が与えられ
る。そのような歪は、形成された分極反転領域９の経時
変化を起こす。例えば、数週間から数カ月で、分極反転
領域９の形状が徐々に変化して、光波長変換素子６００
の動作特性が変化することがある。これに対して、分極
反転領域９の間にプロトン交換領域７を形成すると、分
極反転領域９のそのような形状変化の発生が防止され
て、動作特性の経時変化の無い安定な光波長変換素子６
００を構成できる。The proton exchange region 7 formed between the domain-inverted regions 9 near the surface of the substrate 1 has a function of preventing the domain-inverted region 9 from being deteriorated. When polarization inversion is caused by applying an electric field, a deep polarization inversion region 9 can be formed, but a large strain is applied to the crystal of the substrate 1. Such strain causes the formed domain-inverted region 9 to change with time. For example, in several weeks to several months, the shape of the domain inversion region 9 gradually changes, and the optical wavelength conversion element 600
Operating characteristics may change. On the other hand, when the proton exchange region 7 is formed between the domain-inverted regions 9, such a change in shape of the domain-inverted region 9 is prevented, and a stable optical wavelength conversion element in which the operating characteristics do not change with time. 6
00 can be configured.
【０２３２】さらに、LiTaO3基板１は強い焦電効果を有
するため、基板１の温度が変化すると、基板１の中の結
晶表面に焦電電荷が蓄積されて電界が発生する。電界が
発生すると、電気光学効果によって屈折率変化を生じ
る。このため、光波長変換素子６００の位相整合特性に
影響を与え、出力が不安定になる。これに対して、プロ
トン交換領域７はLiTaO3基板１より一桁程度低い電気抵
抗を有するため、基板１の表面にプロトン交換領域７を
形成することによって、焦電効果により発生する電荷の
移動速度を高め、電界の発生を防止することができる。
これによって、外部温度が変動しても安定した出力特性
を維持できる光波長変換素子６００が構成できる。Furthermore, since the LiTaO 3 substrate 1 has a strong pyroelectric effect, when the temperature of the substrate 1 changes, pyroelectric charges are accumulated on the crystal surface in the substrate 1 and an electric field is generated. When an electric field is generated, the refractive index changes due to the electro-optic effect. Therefore, the phase matching characteristics of the light wavelength conversion element 600 are affected, and the output becomes unstable. On the other hand, since the proton exchange region 7 has an electric resistance that is lower than that of the LiTaO 3 substrate 1 by about one digit, by forming the proton exchange region 7 on the surface of the substrate 1, the transfer speed of charges generated by the pyroelectric effect is increased. It is possible to prevent the generation of an electric field.
As a result, the optical wavelength conversion device 600 that can maintain stable output characteristics even when the external temperature changes can be configured.
【０２３３】上述のように光波長変換素子６００は共振
器として機能させるが、そのためには、多重反射する基
本波２３のビーム径より深い位置に至るまで、典型的に
は数１０μｍ以上の深さまで、分極反転領域９が均一に
形成されていなければならない。電界印加によれば、数
１００μｍ程度の深さまで均一な周期状分極反転領域９
が形成されるので、高効率の共振器型光波長変換素子６
００を作製することができる。As described above, the optical wavelength conversion element 600 functions as a resonator. For that purpose, to reach a position deeper than the beam diameter of the fundamental wave 23 that undergoes multiple reflection, typically up to a depth of several tens of μm or more. The domain-inverted region 9 must be formed uniformly. By applying an electric field, a periodic domain-inverted region 9 that is uniform up to a depth of several 100 μm is obtained.
Is formed, the high-efficiency resonator-type optical wavelength conversion element 6
00 can be produced.
【０２３４】なお、本実施形態の上記説明では、基板１
の内部に形成された分極反転領域９を利用して波長変換
を行うバルク型光波長変換素子６００を説明している。
これに対して、第２、第４あるいは第５の実施形態とし
て説明したように、基板１の表面に光導波路を形成し
て、光導波路型の光波長変換素子を構成することもでき
る。その場合、第２の実施形態に関連して説明したよう
に、基板１と分極反転領域９との間に存在する周期的な
屈折率変化を低減するためのアニール処理が必要にな
る。これに対して、本実施形態では、基板１の表面近傍
における分極反転領域９の間隙に、基板１より高い屈折
率を有するプロトン交換領域７が形成されるので、上記
のような分極反転領域９と基板１との間の屈折率差が低
減される。このため、低損失の光導波路の作製が可能に
なり、高効率の光波長変換素子を構成できる。It should be noted that in the above description of this embodiment, the substrate 1
The bulk-type optical wavelength conversion element 600 that performs wavelength conversion by utilizing the domain-inverted region 9 formed inside is described.
On the other hand, as described in the second, fourth or fifth embodiment, an optical waveguide can be formed on the surface of the substrate 1 to form an optical wavelength conversion element of the optical waveguide type. In that case, as described in connection with the second embodiment, the annealing process is required to reduce the periodical refractive index change existing between the substrate 1 and the domain inversion region 9. On the other hand, in this embodiment, since the proton exchange region 7 having a higher refractive index than that of the substrate 1 is formed in the gap between the polarization inversion regions 9 near the surface of the substrate 1, the polarization inversion region 9 as described above is formed. The refractive index difference between the substrate and the substrate 1 is reduced. Therefore, it is possible to manufacture a low-loss optical waveguide, and a high-efficiency optical wavelength conversion element can be configured.
【０２３５】（第７の実施形態）本発明の第７の実施形
態における分極反転領域の形成方法を、図１３（ａ）〜
（ｃ）を参照して説明する。(Seventh Embodiment) A method of forming a domain inversion region according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG.
【０２３６】まず、図１３（ａ）に示すように、厚さが
例えば２００μｍのＣ板のLiTaO3基板１（結晶のＣ軸に
垂直な面で切り出した基板）の＋Ｃ面１ａに、それぞれ
のストライプ状の電極枝の幅が１．２μｍである櫛形電
極２を形成する。一方、基板１の−Ｃ面１ｂには、平面
電極３を形成する。これらの電極２及び３は、例えば厚
さ約６０ｎｍのＴａ膜とすることができる。次に、図１
３（ｂ）に示すように、＋Ｃ面１ａの表面の櫛形電極２
を覆うように、厚さ２００ｎｍのＳｉＯ2からなる絶縁
膜３４をスパッタリング法により堆積する。その後に、
櫛形電極２を接地した上で、平面電極３に負のパルス電
圧（典型的にはパルス幅３ｍｓ）を印加する。放電の発
生をさけるため、電圧印加時には、基板１の全体を絶縁
液または１０-6Ｔｏｒｒ以下の真空中に設置する。First, as shown in FIG. 13 (a), the + C plane 1a of a LiTaO 3 substrate 1 (a substrate cut out at a plane perpendicular to the C axis of the crystal) of a C plate having a thickness of 200 μm, for example, is A comb-shaped electrode 2 having a striped electrode branch width of 1.2 μm is formed. On the other hand, the planar electrode 3 is formed on the −C surface 1b of the substrate 1. These electrodes 2 and 3 can be, for example, a Ta film having a thickness of about 60 nm. Next, FIG.
As shown in FIG. 3 (b), the comb-shaped electrode 2 on the surface of the + C face 1a
An insulating film 34 made of SiO 2 and having a thickness of 200 nm is deposited by a sputtering method so as to cover the film. After that,
After the comb electrode 2 is grounded, a negative pulse voltage (typically, pulse width 3 ms) is applied to the plane electrode 3. In order to avoid the occurrence of discharge, the entire substrate 1 is placed in an insulating liquid or in a vacuum of 10 −6 Torr or less when a voltage is applied.
【０２３７】以上のようにして形成される分極反転領域
９の横方向への拡大を、図１４（ａ）〜（ｃ）を参照し
て説明する。The lateral expansion of the domain-inverted region 9 formed as described above will be described with reference to FIGS. 14 (a) to 14 (c).
【０２３８】図１４（ａ）で、縦軸は形成された分極反
転領域９の幅Ｗを示し、横軸は櫛形電極２と平面電極３
との間に印加される電圧（絶対値）を示す。一方、図１
４（ｂ）及び（ｃ）は、形成される分極反転領域９の形
状を示す断面図である。In FIG. 14A, the vertical axis represents the width W of the formed domain-inverted region 9, and the horizontal axis represents the comb-shaped electrode 2 and the planar electrode 3.
Indicates the voltage (absolute value) applied between and. On the other hand, FIG.
4 (b) and 4 (c) are cross-sectional views showing the shape of the domain-inverted region 9 to be formed.
【０２３９】図１４（ａ）には、比較として、ＳｉＯ2
絶縁膜３４を櫛形電極２の上に堆積しない場合のデータ
も示している。それによると、ＳｉＯ2絶縁膜３４を形
成しない場合には、形成される分極反転領域９の幅Ｗは
１．７μｍ以下には小さくならない。また、図１４
（ｂ）に模式的に示すように、ＳｉＯ2絶縁膜３４を形
成しない場合に得られる分極反転領域９は不均一な形状
を有しており、その幅Ｗは±３０％以上の範囲で大きく
ばらつく。さらに、印加電圧が５．５ｋＶ未満である
と、基板１の内部で分極が反転しない部分が生じたり、
小さな領域のみが分極反転したりする現象が観測され
る。したがって、ＳｉＯ2絶縁膜３４を櫛形電極２の上
に堆積しない場合には、基板の広い範囲にわたって分極
反転領域９を安定して形成するためには、５．５ｋＶ以
上の電圧を印加する必要がある。In FIG. 14A, as a comparison, SiO 2
Data is also shown when the insulating film 34 is not deposited on the comb-shaped electrode 2. According to this, when the SiO 2 insulating film 34 is not formed, the width W of the domain inversion region 9 to be formed does not become smaller than 1.7 μm. In addition, FIG.
As schematically shown in (b), the domain-inverted region 9 obtained when the SiO 2 insulating film 34 is not formed has a non-uniform shape, and its width W is large in the range of ± 30% or more. Vary. Further, when the applied voltage is less than 5.5 kV, there is a portion where the polarization is not inverted inside the substrate 1,
It is observed that only a small area has polarization inversion. Therefore, if the SiO 2 insulating film 34 is not deposited on the comb-shaped electrode 2, it is necessary to apply a voltage of 5.5 kV or more in order to stably form the domain-inverted region 9 over a wide area of the substrate. is there.
【０２４０】それに対して、本実施形態にしたがって厚
さ２００ｎｍのＳｉＯ2絶縁膜３４を櫛形電極２の上に
堆積すると、形成される分極反転領域９の幅Ｗを、櫛形
電極のストライプ状電極枝の幅に近い１．５μｍまで低
減することができる。また、図１５（ｃ）に示すよう
に、均一な形状の分極反転領域９が形成されて、その幅
のばらつきも±５％以下に抑えられる。さらに、４．９
ｋＶ以上の電圧を印加すれば、電極全体に対応した広い
範囲に渡って、分極反転領域９を形成することができ
る。On the other hand, when the SiO 2 insulating film 34 having a thickness of 200 nm is deposited on the comb-shaped electrode 2 according to the present embodiment, the width W of the domain-inverted region 9 formed is set to the stripe-shaped electrode branch of the comb-shaped electrode. The width can be reduced to 1.5 μm, which is close to the width. Further, as shown in FIG. 15C, the domain-inverted regions 9 having a uniform shape are formed, and the variation in width thereof is suppressed to ± 5% or less. Furthermore, 4.9
By applying a voltage of kV or more, the domain inversion region 9 can be formed over a wide range corresponding to the entire electrode.
【０２４１】このように、絶縁膜３４で櫛形電極２を覆
うことにより、印加電圧の広い範囲に渡って、分極反転
領域９の幅方向の広がりが抑制されて、均一な形状の分
極反転領域９を形成することができる。As described above, by covering the comb-shaped electrode 2 with the insulating film 34, the widthwise expansion of the domain inversion region 9 is suppressed over a wide range of the applied voltage, and the domain inversion region 9 having a uniform shape is suppressed. Can be formed.
【０２４２】次に、櫛形電極２の上に形成する絶縁膜３
４に要求される特性を説明する。Next, the insulating film 3 formed on the comb-shaped electrode 2
The characteristics required for No. 4 will be described.
【０２４３】まず最初に、抵抗率の異なる絶縁膜を堆積
して上で形成した分極反転領域の幅をそれぞれ測定した
結果に基づいて、絶縁膜３４の抵抗率の影響を検討す
る。その結果、抵抗率が１０15Ω・ｃｍ以上の絶縁膜を
形成すると、形成される分極反転領域９の広がりが１μ
ｍ程度に抑制されて、また幅のばらつきも±１０％程度
に低減する。絶縁膜の抵抗率をさらに増加させると、１
０16Ω・ｃｍ以上の絶縁膜に対しては、形成される分極
反転領域９の幅の広がりがさらに抑圧され、ばらつきも
±５％以内に抑制され、より均一な分極反転領域９が形
成される。First, the effect of the resistivity of the insulating film 34 will be examined based on the results of measuring the widths of the domain-inverted regions formed above by depositing insulating films having different resistivities. As a result, when an insulating film having a resistivity of 10 15 Ω · cm or more is formed, the domain inversion region 9 formed has a spread of 1 μm.
It is suppressed to about m, and the width variation is reduced to about ± 10%. If the resistivity of the insulating film is further increased, it becomes 1
For an insulating film of 0 16 Ω · cm or more, the spread of the width of the domain inversion region 9 to be formed is further suppressed, the variation is suppressed within ± 5%, and a more uniform domain inversion region 9 is formed. It
【０２４４】上記の結果を考慮すると、周期が５μｍ程
度の分極反転領域９は、抵抗率が１０15Ω・ｃｍ程度の
絶縁膜を用いて形成することができるが、周期が４μｍ
以下であるような短周期の分極反転領域９を形成する場
合には、抵抗率が１０16Ω・ｃｍ以上の絶縁膜を用いる
ことが望ましい。Considering the above results, the domain inversion region 9 having a period of about 5 μm can be formed by using an insulating film having a resistivity of about 10 15 Ω · cm, but the period is 4 μm.
When forming the short-period domain inversion region 9 as described below, it is desirable to use an insulating film having a resistivity of 10 16 Ω · cm or more.
【０２４５】次に、櫛形電極２の上にＳｉＯ2膜（抵抗
率が１０17Ω・ｃｍ程度である）を異なる厚さで堆積す
る場合を例にとって、絶縁膜３４の厚さと形成される分
極反転領域９の幅との関係を説明する。Next, taking as an example a case where a SiO 2 film (having a resistivity of about 10 17 Ω · cm) with different thicknesses is deposited on the comb-shaped electrode 2, the thickness of the insulating film 34 and the polarization formed. The relationship with the width of the inversion region 9 will be described.
【０２４６】ＳｉＯ2膜の厚さが２０ｎｍ以上である場
合に、分極反転領域９の幅方向への拡大を抑制する効果
が得られる。また、ＳｉＯ2膜の厚さを１００ｎｍ以上
にすると、分極反転領域９の幅のばらつきは±１０％程
度に低減される。さらに、ＳｉＯ2膜の厚さが２００ｎ
ｍ以上である場合には、分極反転領域９の幅のばらつき
は±５％以下に低減され、加えて、その広がりが０．２
μｍ以下に抑えられる。しかし、ＳｉＯ2膜の厚さを２
００ｎｍ以上にしても、それ以上の改善は認められな
い。When the thickness of the SiO 2 film is 20 nm or more, the effect of suppressing the expansion of the domain inversion region 9 in the width direction can be obtained. Further, when the thickness of the SiO 2 film is 100 nm or more, the variation in the width of the domain inversion region 9 is reduced to about ± 10%. Furthermore, the thickness of the SiO 2 film is 200 n
When it is m or more, the variation of the width of the domain inversion region 9 is reduced to ± 5% or less, and the spread thereof is 0.2
It can be suppressed to less than μm. However, if the thickness of the SiO 2 film is 2
Even if the thickness exceeds 00 nm, no further improvement is observed.
【０２４７】一方、ＳｉＯ2膜が薄いと、電界印加時の
周囲雰囲気である絶縁液（抵抗率：１０15Ω・ｃｍ）の
影響を受けて、分極反転領域９の幅方向の拡大の抑制に
対して十分な効果が得られない。On the other hand, if the SiO 2 film is thin, the expansion of the domain-inverted region 9 in the width direction is suppressed by the influence of the insulating liquid (resistivity: 10 15 Ω · cm) which is the ambient atmosphere when an electric field is applied. On the other hand, a sufficient effect cannot be obtained.
【０２４８】上記の説明では、絶縁膜３４としてＳｉＯ
2膜を用いているが、他の材料からなる絶縁膜を用いる
ことができる。例えば、Ｔａ2Ｏ5膜をスパッタリング法
で２００ｎｍ堆積した基板において上記と同様に分極反
転領域を形成すると、ＳｉＯ2膜を用いる場合と同様の
特性が得られる。しかし、有機ポリマの膜を絶縁膜とし
て用いると、ＳｉＯ2膜やＴａ2Ｏ5膜の半分程度の抑圧
効果しか得られない。In the above description, the insulating film 34 is made of SiO 2.
Although two films are used, an insulating film made of another material can be used. For example, when a domain-inverted region is formed in the same manner as described above on a substrate in which a Ta 2 O 5 film is deposited to a thickness of 200 nm by sputtering, the same characteristics as when using a SiO 2 film can be obtained. However, when the organic polymer film is used as the insulating film, the suppression effect is about half that of the SiO 2 film or the Ta 2 O 5 film.
【０２４９】また、上記の説明では、絶縁膜３４をスパ
ッタリングによって堆積している。スパッタリング法で
は、堆積されるべき膜の材料がターゲットからスパッタ
されて基板に付着するときに、大きな運動エネルギーを
有している。このため、基板１の表面の自由電荷に与え
る影響が大きく、分極反転の抑圧効果に優れている。し
かし、他の成膜方法、例えば、ＥＢ蒸着法、ＣＶＤ法、
イオンビームスパッタリング法、ゾルゲル法等によっ
て、絶縁膜３４を堆積してもよい。In addition, in the above description, the insulating film 34 is deposited by sputtering. The sputtering method has a large kinetic energy when the material of the film to be deposited is sputtered from the target and adheres to the substrate. Therefore, it has a great influence on the free electric charge on the surface of the substrate 1, and is excellent in the effect of suppressing polarization inversion. However, other film forming methods such as EB vapor deposition method, CVD method,
The insulating film 34 may be deposited by an ion beam sputtering method, a sol-gel method, or the like.
【０２５０】上記の説明では、基板１の＋Ｃ面１ａに櫛
形電極２を形成している。LiNbO3基板やLiTaO3における
分極反転領域の形成は、＋Ｃ面１ａにおける分極反転核
の形成で始まる。このため、上記のように＋Ｃ面１ａに
櫛形電極２を設けることによって、櫛形電極２のパター
ンを分極反転領域のパターンに正確に転写することがで
きる。これに対して基板１の−Ｃ面１ｂに櫛形電極を形
成しても、均一性の高い周期状の分極反転構造は形成さ
れない。In the above description, the comb-shaped electrode 2 is formed on the + C surface 1a of the substrate 1. The formation of the polarization inversion region in the LiNbO 3 substrate or LiTaO 3 begins with the formation of the polarization inversion nucleus on the + C plane 1a. Therefore, by providing the comb-shaped electrode 2 on the + C surface 1a as described above, the pattern of the comb-shaped electrode 2 can be accurately transferred to the pattern of the domain inversion region. On the other hand, even if a comb-shaped electrode is formed on the -C surface 1b of the substrate 1, a highly uniform periodic domain-inverted structure is not formed.
【０２５１】本実施形態の上記説明では、基板１として
はLiTaO3基板を用いている。あるいは、ＫＴＰ(KTiOP
O4)基板、KNbO3基板、LiNbO3基板、またはMgO、Nb、Nd
などをドープしたLiTaO3基板やLiNbO3基板を使用するこ
とができる。あるいは、LiTaO3とLiNbO3との混晶である
LiNb(1ーx)TaXO3基板（０≦Ｘ≦１）でも、同様な光波長
変換素子が作製できる。特に、上記のうちでLiNbO3基板
は、高い非線形光学定数を持つために、高効率の光波長
変換素子を製造するには有効である。In the above description of this embodiment, the LiTaO 3 substrate is used as the substrate 1. Alternatively, KTP (KTiOP
O 4 ) substrate, KNbO 3 substrate, LiNbO 3 substrate, or MgO, Nb, Nd
A LiTaO 3 substrate or a LiNbO 3 substrate doped with etc. can be used. Alternatively, it is a mixed crystal of LiTaO 3 and LiNbO 3.
A similar optical wavelength conversion element can be manufactured using a LiNb (1−x) Ta X O 3 substrate (0 ≦ X ≦ 1). In particular, among the above, the LiNbO 3 substrate has a high nonlinear optical constant, and is therefore effective for manufacturing a highly efficient optical wavelength conversion device.
【０２５２】（第８の実施形態）本発明の第８の実施形
態における分極反転領域の形成方法を、図１５（ａ）〜
（ｄ）を参照して説明する。(Eighth Embodiment) A method of forming a domain inversion region according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to (d).
【０２５３】まず、図１５（ａ）に示すように、厚さが
例えば２００μｍのＣ板のLiTaO3基板１（結晶のＣ軸に
垂直な面で切り出した基板）の＋Ｃ面１ａに櫛形電極２
を、−Ｃ面１ｂに平面電極３を、それぞれ形成する。こ
れらの電極２及び３は、例えば厚さ約６０ｎｍのＴａ膜
とすることができる。また、櫛形電極２は、例えば、ス
トライプ状の電極枝の周期が３．８μｍで、各電極枝の
幅を１．９μｍとする。First, as shown in FIG. 15A, the comb-shaped electrode 2 is formed on the + C surface 1a of a LiTaO 3 substrate 1 (a substrate cut out in a plane perpendicular to the C axis of the crystal) of a C plate having a thickness of 200 μm, for example.
And the planar electrode 3 is formed on the -C surface 1b. These electrodes 2 and 3 can be, for example, a Ta film having a thickness of about 60 nm. In the comb-shaped electrode 2, for example, the stripe-shaped electrode branches have a period of 3.8 μm and the width of each electrode branch is 1.9 μm.
【０２５４】次に、櫛形電極２の上に厚さ１μｍのレジ
ストを堆積して、ＣＨＦ3ガス雰囲気中の反応性イオン
エッチングにより、櫛形電極２で覆われていない基板１
の表面をエッチングする。その後にレジストを除去する
ことによって、図１５（ｂ）に示すように、櫛形電極２
のストライプ状の電極枝の間における基板１の＋Ｃ面１
ａに、溝１８が形成される。エッチングによる除去深さ
は、例えば０．１μｍにする。Next, a resist having a thickness of 1 μm is deposited on the comb-shaped electrode 2 and the substrate 1 not covered with the comb-shaped electrode 2 is formed by reactive ion etching in a CHF 3 gas atmosphere.
Etching the surface of. After that, by removing the resist, as shown in FIG.
+ C plane 1 of the substrate 1 between the striped electrode branches of
The groove 18 is formed in a. The removal depth by etching is, for example, 0.1 μm.
【０２５５】続いて、櫛形電極２及ぶ溝１８を含めて、
基板１の＋Ｃ面１ａを覆うように、厚さ２００ｎｍのＳ
ｉＯ2からなる絶縁膜３４をスパッタリング法により堆
積する。その後に、櫛形電極２を接地した上で、平面電
極３に負のパルス電圧（典型的には、パルス幅３ｍｓ
で、振幅５．２ｋＶとする）を印加する。放電の発生を
さけるため、電圧印加時には、基板１の全体を絶縁液ま
たは１０-6Ｔｏｒｒ以下の真空中に設置する。Then, including the comb-shaped electrode 2 and the groove 18,
The S of 200 nm thickness is formed so as to cover the + C surface 1a of the substrate 1.
an insulating film 34 made of iO 2 is deposited by sputtering. Then, the comb-shaped electrode 2 is grounded, and a negative pulse voltage (typically, a pulse width of 3 ms is applied to the planar electrode 3).
Then, an amplitude of 5.2 kV) is applied. In order to avoid the occurrence of discharge, the entire substrate 1 is placed in an insulating liquid or in a vacuum of 10 −6 Torr or less when a voltage is applied.
【０２５６】以上の工程により、櫛形電極２の各電極枝
の直下のみに分極反転領域９が形成され、電極２のパタ
ーンが分極反転構造に完全に転写される。特に、櫛形電
極２のストライプ状電極枝の周辺部における基板１の表
面をエッチングで除去して溝１８を形成することによ
り、基板１の表面における電荷の移動が低減される。こ
の結果、分極反転領域９の幅方向の拡大が抑制されて、
均一な周期状分極反転領域９が形成される。Through the above steps, the domain-inverted regions 9 are formed only directly under each electrode branch of the comb-shaped electrode 2, and the pattern of the electrode 2 is completely transferred to the domain-inverted structure. Particularly, by removing the surface of the substrate 1 around the stripe-shaped electrode branches of the comb-shaped electrode 2 by etching to form the groove 18, the movement of charges on the surface of the substrate 1 is reduced. As a result, the widthwise expansion of the domain inversion region 9 is suppressed,
Uniform periodic domain inversion regions 9 are formed.
【０２５７】（第９の実施形態）これまでの各実施形態
で説明してきたように、櫛形電極を用いて強誘電体結晶
の分極方向に電圧を印加することで、周期状の分極反転
領域の形成が可能になる。しかし、結晶によっては、容
易に分極反転が形成できない場合や、分極は反転しても
短周期の分極反転領域の形成が難しい場合がある。以下
に説明する本実施形態では、そのような従来技術では分
極反転領域の形成が困難な結晶について、分極反転領域
を容易に形成する方法を説明する。(Ninth Embodiment) As described in each of the above embodiments, by applying a voltage in the polarization direction of the ferroelectric crystal using the comb-shaped electrodes, the periodic domain-inverted regions are formed. Can be formed. However, depending on the crystal, there are cases where polarization inversion cannot be easily formed, or where it is difficult to form a short-period polarization inversion region even if polarization is inverted. In the present embodiment described below, a method for easily forming a domain-inverted region will be described for a crystal in which the domain-inverted region is difficult to form by such a conventional technique.
【０２５８】強誘電体基板における分極反転を容易にす
るには、薄い基板を用いて、小さな反転電圧で大きな電
界を印加することが考えられる。しかし、薄い基板は十
分な強度を有していないので、電極作成プロセスなどの
実施が非常に難しくなる。そこで本実施形態では、薄い
基板を容易に取り扱うことができるようにするために、
図１６（ａ）〜（ｅ）に示す工程によって分極反転領域
を基板の中に形成する。In order to facilitate polarization reversal in the ferroelectric substrate, it is conceivable to use a thin substrate and apply a large electric field with a small inversion voltage. However, since a thin substrate does not have sufficient strength, it becomes very difficult to carry out an electrode forming process and the like. Therefore, in this embodiment, in order to easily handle a thin substrate,
A domain-inverted region is formed in the substrate by the steps shown in FIGS.
【０２５９】まず、図１６（ａ）に示すように、厚さが
０．５ｍｍであるMgOドープLiNbO3基板３１の＋Ｃ面３
１ａに、櫛形電極２を形成する。次に、図１６（ｂ）に
示すように、表面に引出し電極２０を形成したLiNbO3基
板３２の上に、MgOドープLiNbO3基板３１を接着する。
このとき、LiNbO3基板３２の引出し電極２０とMgOドー
プLiNbO3基板３１の櫛形電極２とが、電気的に接触する
ようにする。続いて、そのように接着されている状態の
MgOドープLiNbO3基板３１を光学研磨して、図１６
（ｃ）に示すようにその厚さを５０μｍまで減じる。そ
の後、図１６（ｄ）に示すように、MgOドープLiNbO3基
板３１の研磨面上に、平面電極３を形成する。そして、
図１６（ｅ）に示すように、LiNbO3基板３２の引出し電
極２０とMgOドープLiNbO3基板３１の平面電極３との間
にパルス電源５を接続して、パルス電圧を印加する。こ
れによって、MgOドープLiNbO3基板３１の内部に短周期
で分極反転領域９が形成される。First, as shown in FIG. 16A, the + C plane 3 of the MgO-doped LiNbO 3 substrate 31 having a thickness of 0.5 mm.
The comb-shaped electrode 2 is formed on 1a. Next, as shown in FIG. 16B, the MgO-doped LiNbO 3 substrate 31 is bonded onto the LiNbO 3 substrate 32 having the extraction electrode 20 formed on the surface thereof.
At this time, the extraction electrode 20 of the LiNbO 3 substrate 32 and the comb-shaped electrode 2 of the MgO-doped LiNbO 3 substrate 31 are electrically contacted. Then, in the state where it is so bonded
The MgO-doped LiNbO 3 substrate 31 is optically polished,
As shown in (c), the thickness is reduced to 50 μm. After that, as shown in FIG. 16D, the planar electrode 3 is formed on the polished surface of the MgO-doped LiNbO 3 substrate 31. And
As shown in FIG. 16E, the pulse power supply 5 is connected between the extraction electrode 20 of the LiNbO 3 substrate 32 and the planar electrode 3 of the MgO-doped LiNbO 3 substrate 31 to apply a pulse voltage. As a result, the domain-inverted regions 9 are formed in the MgO-doped LiNbO 3 substrate 31 with a short period.
【０２６０】MgOドープLiNbO3基板は、高い非線形光学
定数を有し且つ耐光損傷性に優れるため、波長変換素子
の材料として有望なものである。しかし、従来技術では
周期状の分極反転構造の形成が困難であった。これに対
して、以上に説明した本実施形態の方法によれば、MgO
ドープLiNbO3基板３１に周期３μｍで分極反転領域９を
形成することができる。このようにして周期状の分極反
転領域９が形成されたMgOドープLiNbO3基板３１を用い
ることにより、高効率の光波長変換素子の作製が可能に
なり、高出力のＳＨＧ光の発生が可能になる。The MgO-doped LiNbO 3 substrate is a promising material for the wavelength conversion element because it has a high nonlinear optical constant and excellent light damage resistance. However, it has been difficult to form a periodic domain-inverted structure with the conventional technique. On the other hand, according to the method of the present embodiment described above, MgO
The domain-inverted regions 9 can be formed on the doped LiNbO 3 substrate 31 with a period of 3 μm. By using the MgO-doped LiNbO 3 substrate 31 in which the periodic domain-inverted regions 9 are formed in this way, it is possible to produce a highly efficient optical wavelength conversion element, and it is possible to generate high-output SHG light. Become.
【０２６１】なお、先に第８の実施形態で説明したよう
に、本実施形態のプロセスにおいても、櫛形電極２をＳ
ｉＯ2膜などの絶縁膜で覆うことによって、形成される
分極反転領域の周期構造の均一性を増すことができる。Note that, as described in the eighth embodiment, the comb-shaped electrode 2 is replaced by S in the process of this embodiment.
By covering with an insulating film such as an iO 2 film, the uniformity of the periodic structure of the domain-inverted regions formed can be increased.
【０２６２】また、本実施形態に従って形成される光波
長変換素子を焦電センサへ応用する場合には、光学基板
として熱伝導性の高い材料を用いれば、焦電センサの応
答速度を高めることができる。When the optical wavelength conversion element formed according to this embodiment is applied to a pyroelectric sensor, if a material having high thermal conductivity is used for the optical substrate, the response speed of the pyroelectric sensor can be increased. it can.
【０２６３】さらに、上記のようにして形成した分極反
転構造を利用して、光導波路型の光波長変換素子を製造
することができる。その場合には、図１６（ａ）〜
（ｅ）に示した一連の工程を実施する前に、まずMgOド
ープLiNbO3基板３１の＋Ｃ面３１ａに光導波路を形成す
る。Furthermore, an optical waveguide type optical wavelength conversion element can be manufactured by utilizing the polarization inversion structure formed as described above. In that case, FIG.
Before carrying out the series of steps shown in (e), first, an optical waveguide is formed on the + C plane 31a of the MgO-doped LiNbO3 substrate 31.
【０２６４】光導波路の作製は、例えば以下の工程によ
る。基板３１の＋Ｃ面３１ａにスパッタリングによって
Ｔａ膜を堆積し、フォトリソグラフィ及びドライエッチ
ングによってストライプ状の光導波路のパターンを形成
する。その後、２３０℃のピロ燐酸中で８分間熱処理す
ることによってプロトン交換を行い、プロトン交換導波
路を形成する。その後さらに、３００℃で１０分間の熱
処理を行うことによって、光導波路が形成される。その
後に、図１６（ａ）〜（ｅ）に示す工程を実施すると、
光導波路内に周期状の分極反転領域が形成される。これ
によって、図１７に示すようなストライプ状光導波路３
３を有する光波長変換素子９００が形成できる。The optical waveguide is manufactured, for example, by the following steps. A Ta film is deposited on the + C surface 31a of the substrate 31 by sputtering, and a stripe-shaped optical waveguide pattern is formed by photolithography and dry etching. Then, heat treatment is performed in pyrophosphoric acid at 230 ° C. for 8 minutes to perform proton exchange to form a proton exchange waveguide. Then, heat treatment is further performed at 300 ° C. for 10 minutes to form an optical waveguide. After that, when the steps shown in FIGS. 16A to 16E are performed,
Periodic domain-inverted regions are formed in the optical waveguide. As a result, the striped optical waveguide 3 as shown in FIG.
The optical wavelength conversion element 900 having the number 3 can be formed.
【０２６５】光波長変換素子９００では、光導波路３３
の入射部１５から素子９００の内部に入射した基本波２
３は、光導波路３３の中に限定されて伝搬する。その過
程で、基本波２３は第２高調波２４に変換されて、出射
部１６から外部に取り出される。このとき、基本波２３
は光導波路３３の中に限定されて伝搬するので、素子９
００の内部における基本波２３のパワー密度が増加す
る。また、伝搬する基本波２３と分極反転構造９との相
互作用長も増加する。この結果、高効率の波長変換素子
９００が実現される。In the optical wavelength conversion element 900, the optical waveguide 33
Fundamental wave 2 incident on the inside of the element 900 from the incident portion 15 of
3 is limitedly propagated in the optical waveguide 33. In the process, the fundamental wave 23 is converted into the second harmonic wave 24 and taken out from the emitting portion 16 to the outside. At this time, the fundamental wave 23
Is propagated only in the optical waveguide 33, so that the element 9
The power density of the fundamental wave 23 inside 00 increases. Further, the interaction length between the propagating fundamental wave 23 and the domain-inverted structure 9 also increases. As a result, the highly efficient wavelength conversion element 900 is realized.
【０２６６】光導波路３３の上にLiNbO3基板３１を接着
することで、光導波路３３の上に塵等が堆積して導波損
失が生じることが防止される。また、光導波路３３の上
に、基板の屈折率に近い値の屈折率を有する材料を堆積
することにより、光導波路３３の屈折率分布を対称構造
にすることができる。これによって、光導波路３３を伝
搬する光の電界分布が対称構造となり、基本波２３の結
合効率が高くなる。なお、図１７の光波長変換素子９０
０の櫛形電極は、光導波路３３の損失を低減するために
透明電極で形成しなければならない。By bonding the LiNbO3 substrate 31 on the optical waveguide 33, it is possible to prevent dust and the like from being deposited on the optical waveguide 33 and causing waveguide loss. Further, by depositing a material having a refractive index close to that of the substrate on the optical waveguide 33, the refractive index distribution of the optical waveguide 33 can be made symmetrical. As a result, the electric field distribution of the light propagating through the optical waveguide 33 has a symmetrical structure, and the coupling efficiency of the fundamental wave 23 increases. In addition, the optical wavelength conversion element 90 of FIG.
The comb-shaped electrode of 0 must be formed of a transparent electrode in order to reduce the loss of the optical waveguide 33.
【０２６７】以上の本実施形態の説明では、強誘電体基
板３１としてMgOドープLiNbO3基板を用いている。ある
いは、その他に、MgOドープLiTaO3基板、NdドープLiNbO
3基板、NdドープLiTaO3基板、KTP基板、KNbO3基板、Nd
とMgOとをドープしたLiNbO3基板、あるいはNdとMgOとを
ドープしたLiTaO3基板などであってもよい。In the above description of this embodiment, the MgO-doped LiNbO 3 substrate is used as the ferroelectric substrate 31. Alternatively, in addition, MgO-doped LiTaO 3 substrate, Nd-doped LiNbO
3 substrate, Nd-doped LiTaO3 substrate, KTP substrate, KNbO 3 substrate, Nd
And a LiNbO 3 substrate doped with MgO or a LiTaO 3 substrate doped with Nd and MgO.
【０２６８】このうち、Ndをドープした結晶からなる基
板はレーザ発振が可能であるので、レーザ発振による基
本波の発生とその波長変換による第２高調波の発生とが
同時に行える。そのため、高効率で安定した動作特性を
有する短波長光源が作製できる。Of these, since the substrate made of Nd-doped crystal is capable of laser oscillation, it is possible to simultaneously generate the fundamental wave by laser oscillation and the second harmonic by wavelength conversion. Therefore, a short wavelength light source having highly efficient and stable operation characteristics can be manufactured.
【０２６９】また、KNbO3基板は、高い非線形光学定数
を有するとともに耐光損傷性にも優れているので、高出
力の光波長変換素子が形成できる。Since the KNbO 3 substrate has a high nonlinear optical constant and is excellent in light damage resistance, a high output light wavelength conversion element can be formed.
【０２７０】一方、本実施形態の上記説明では、強誘電
体基板３１に張り付ける基板３２としてLiNbO3基板を用
いているが、光学的に平板な基板であれば、他の材料か
らなる基板も使用できる。特に、強誘電体基板３１と等
しい熱膨張係数を有する材料からなる基板３２を用いる
ことが、強誘電体基板３１に対する熱的な歪みの印加を
低減できるという点で好ましい。On the other hand, in the above description of the present embodiment, the LiNbO 3 substrate is used as the substrate 32 attached to the ferroelectric substrate 31, but a substrate made of another material may be used as long as it is an optically flat substrate. Can be used. In particular, it is preferable to use the substrate 32 made of a material having the same thermal expansion coefficient as that of the ferroelectric substrate 31 from the viewpoint that the application of thermal strain to the ferroelectric substrate 31 can be reduced.
【０２７１】（第１０の実施形態）液相結晶成長、気相
結晶成長、レーザアブレージョン等の手法を用いれば、
強誘電体材料の薄膜結晶を形成できる。このような強誘
電体薄膜結晶を用いれば、周期状の分極反転領域の形成
が困難な材料に対しても、分極反転領域を形成すること
ができる。さらに、薄膜を光導波路として用いること
で、高効率な光導波路型の光波長変換素子が構成でき
る。(Tenth Embodiment) If liquid phase crystal growth, vapor phase crystal growth, laser abrasion or the like is used,
Thin film crystals of ferroelectric materials can be formed. By using such a ferroelectric thin film crystal, the domain-inverted regions can be formed even in a material in which the periodic domain-inverted regions are difficult to form. Furthermore, by using a thin film as an optical waveguide, a highly efficient optical waveguide type optical wavelength conversion element can be constructed.
【０２７２】以下では、本発明の第１０の実施形態とし
て、結晶成長により形成した強誘電体薄膜３０に分極反
転領域９を形成する方法を説明する。A method for forming the domain inversion region 9 in the ferroelectric thin film 30 formed by crystal growth will be described below as the tenth embodiment of the present invention.
【０２７３】MgOをドープしたLiNbO3結晶は、耐光損傷
性に優れた高非線形材料であるが、従来技術によれば、
周期状の分極反転領域をその内部に形成することが困難
である。そこで、本実施形態では、まずLiTaO3基板３１
の上にMgOドープLiNbO3層３０を結晶成長させた上で、
その成長したMgOドープLiNbO3層３０の内部に周期状の
分極反転領域９を形成する。The MgO-doped LiNbO 3 crystal is a highly non-linear material excellent in optical damage resistance.
It is difficult to form a periodic domain inversion region therein. Therefore, in the present embodiment, first, the LiTaO 3 substrate 31
After crystal growth of the MgO-doped LiNbO 3 layer 30 on the
Periodic domain inversion regions 9 are formed inside the grown MgO-doped LiNbO 3 layer 30.
【０２７４】本実施形態における分極反転領域９の形成
方法を、図１８（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。A method of forming the domain inversion region 9 in this embodiment will be described with reference to FIGS. 18 (a) to 18 (c).
【０２７５】まず、図１８（ａ）に示すように、Ｃ板の
LiTaO3基板３２（結晶のＣ軸に垂直な面で切り出した基
板）の＋Ｃ面３２ａに、MgOを5mol%ドープした厚さ２μ
ｍのLiNbO3層３０を液相成長により堆積する。次に、図
１８（ｂ）に示すように、成長させたLiNbO3層３０の上
に櫛形電極２を、LiTaO3基板３２の−Ｃ面３２ｂの上に
平面電極３を、それぞれ形成する。これらの電極２及び
３は、例えば厚さ約６０ｎｍのＴａ膜とすることができ
る。また、櫛形電極２は、例えばストライプ状の電極枝
の周期が３．８μｍで、各電極枝の幅を１．９μｍとす
る。続いて、櫛形電極２と平面電極３との間に、パルス
電源５によってパルス電圧を印加する。これによって、
周期状の分極反転領域９が、MgOト゛ーフ゜LiNbO3層３０の内
部に形成される。First, as shown in FIG. 18A, the C plate
LiTaO 3 substrate 32 (substrate cut out in a plane perpendicular to the C axis of the crystal) has + C plane 32a doped with 5 mol% of MgO and has a thickness of 2 μm.
m LiNbO 3 layer 30 is deposited by liquid phase epitaxy. Next, as shown in FIG. 18B, the comb-shaped electrode 2 is formed on the grown LiNbO 3 layer 30, and the planar electrode 3 is formed on the −C surface 32b of the LiTaO 3 substrate 32. These electrodes 2 and 3 can be, for example, a Ta film having a thickness of about 60 nm. Further, in the comb-shaped electrode 2, for example, the stripe-shaped electrode branches have a period of 3.8 μm and the width of each electrode branch is 1.9 μm. Then, a pulse voltage is applied between the comb-shaped electrode 2 and the planar electrode 3 by the pulse power supply 5. by this,
Periodic domain-inverted regions 9 are formed inside the MgO-doped LiNbO 3 layer 30.
【０２７６】結晶成長法によって形成した強誘電体膜
は、不純物濃度が低く、かつ結晶構造を変えることがで
きるため、高効率の光波長変換素子が形成できる。さら
に、薄い膜が容易に形成できるため、均一性の高い周期
状の分極反転構造が容易に形成できる。Since the ferroelectric film formed by the crystal growth method has a low impurity concentration and can change the crystal structure, a highly efficient light wavelength conversion element can be formed. Furthermore, since a thin film can be easily formed, a highly uniform periodic domain-inverted structure can be easily formed.
【０２７７】なお、先に第８の実施形態で説明したよう
に、本実施形態のプロセスにおいても、櫛形電極２をＳ
ｉＯ2などの絶縁膜で覆うことによって、形成される分
極反転領域９の周期構造の均一性を増すことができる。Note that, as described in the eighth embodiment, the comb-shaped electrode 2 is replaced by S in the process of this embodiment.
By covering with an insulating film such as iO 2, it is possible to increase the uniformity of the periodic structure of domain-inverted regions 9 to be formed.
【０２７８】さらに、本実施形態にしたがって形成した
周期状の分極反転領域９を用いて、リッジ型光導波路３
０ａを有する光波長変換素子１０００を形成する方法
を、図１９（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。Further, by using the periodic domain-inverted regions 9 formed according to this embodiment, the ridge type optical waveguide 3 is formed.
A method of forming the optical wavelength conversion device 1000 having 0a will be described with reference to FIGS.
【０２７９】まず、図１８（ａ）〜（ｃ）の工程によっ
て周期状の分極反転領域９がその内部に形成されたMgOト
゛ーフ゜LiNbO3層３０上に、図１９（ａ）に示すようなスト
ライプ状のＴｉ膜２９を形成する。次に、Ｔｉ膜２９を
マスクとして利用して、ＥＣＲエッチング装置でMgOド
ープLiNbO3層３０をエッチングする。その後にＴｉ膜２
９を除去することによって、図１９（ｂ）に示すよう
に、MgOドープLiNbO3層３０にストライプ部分３０ａが
形成される。このＴｉ膜２９に覆われていてエッチング
されずに残ったMgOドープLiNbO3層３０のストライプ部
分３０ａは、例えば、幅６μｍで高さ０．３μｍのサイ
ズを有する。また、ストライプ部分３０ａ以外のMgOド
ープLiNbO3層３０の厚さは、エッチングによって典型的
には１０μｍまで薄くなる。First, a stripe as shown in FIG. 19A is formed on the MgO-dope LiNbO 3 layer 30 in which the periodic domain-inverted regions 9 are formed by the steps of FIGS. 18A to 18C. The Ti film 29 having a shape of a circle is formed. Next, using the Ti film 29 as a mask, the MgO-doped LiNbO 3 layer 30 is etched by an ECR etching device. After that, Ti film 2
By removing 9, the stripe portion 30a is formed in the MgO-doped LiNbO 3 layer 30 as shown in FIG. 19 (b). The stripe portion 30a of the MgO-doped LiNbO 3 layer 30 which is covered with the Ti film 29 and remains without being etched has, for example, a size of 6 μm in width and 0.3 μm in height. Further, the thickness of the MgO-doped LiNbO 3 layer 30 other than the stripe portion 30a is typically reduced to 10 μm by etching.
【０２８０】MgOをドープしたLiNbO3層３０の屈折率
は、LiTaO3基板３２の屈折率より小さいために、上記の
ようにして形成されたMgOドープLiNbO3層３０のストラ
イプ部分３０ａは、光導波路３０ａとして機能する。し
たがって、図１９（ａ）及び（ｂ）に示す工程によっ
て、図７（ａ）〜（ｃ）の工程で、周期状の分極反転領
域９を有する光導波路３０ａが形成される。[0280] The refractive index of LiNbO 3 layer 30 doped with MgO, to less than the refractive index of the LiTaO 3 substrate 32, the stripe portion 30a of the MgO-doped LiNbO 3 layer 30 which is formed as described above, the optical waveguide It functions as 30a. Therefore, by the steps shown in FIGS. 19A and 19B, the optical waveguide 30a having the periodic domain-inverted regions 9 is formed in the steps of FIGS. 7A to 7C.
【０２８１】さらに、形成された光導波路３０ａの両端
面を光学研磨することで、光波長変換素子１０００が形
成される。MgOドープLiNbO3は高い非線形光学定数を有
する材料であるために、このようにして形成された光波
長変換素子１０００は、高効率の波長変換が可能にな
る。さらに、MgOドープLiNbO3は耐光損傷性に優れる材
料であるので、高出力の波長変換が可能になる。Further, the optical wavelength conversion element 1000 is formed by optically polishing both end faces of the formed optical waveguide 30a. Since MgO-doped LiNbO 3 is a material having a high non-linear optical constant, the optical wavelength conversion device 1000 thus formed can perform highly efficient wavelength conversion. Furthermore, since MgO-doped LiNbO 3 is a material with excellent light damage resistance, high-output wavelength conversion becomes possible.
【０２８２】上記の本実施形態の説明では、液層成長に
よって形成した強誘電体薄膜３０を用いている。あるい
は、強誘電体薄膜３０の成長は、気相成長またはレーザ
アブレージョン等の他の成長方法で行うこともできる。In the above description of this embodiment, the ferroelectric thin film 30 formed by liquid layer growth is used. Alternatively, the ferroelectric thin film 30 can be grown by another growth method such as vapor phase growth or laser abrasion.
【０２８３】特に、強誘電体薄膜３０の形成にレーザア
ブレージョンを利用すると、基板３２の上に強誘電体結
晶の歪超格子の薄膜を形成することができる。超格子薄
膜は、薄膜を形成している結晶以上に大きな歪を有する
ため、非線形定数の大きな膜となる。本実施形態のプロ
セスにおいても、レーザアブレーションによって強誘電
体薄膜３０を堆積した上で周期状の分極反転領域９を形
成することで、高効率の光波長変換素子の形成が可能に
なる。Particularly, when laser abrasion is used to form the ferroelectric thin film 30, a strained superlattice thin film of a ferroelectric crystal can be formed on the substrate 32. Since the superlattice thin film has a larger strain than the crystal forming the thin film, it has a large nonlinear constant. Also in the process of this embodiment, a highly efficient optical wavelength conversion element can be formed by depositing the ferroelectric thin film 30 by laser ablation and then forming the periodic domain-inverted regions 9.
【０２８４】さらに、強誘電体薄膜３０を結晶成長以外
の方法によって形成してもよい。例えば、強誘電体の結
晶を光学結晶の基板の上に接合し、その後に強誘電体結
晶を研磨およびエッチングすることによって、薄膜結晶
を形成することができる。このような結晶の張り合わせ
によって形成した薄膜に対して、図１８（ａ）〜（ｃ）
の工程で周期状の分極反転領域を形成し、さらに図１９
（ａ）及び（ｂ）の工程で光導波路を形成する。このよ
うな結晶の張り合わせを利用すれば、結晶成長が難しい
材料、例えば、KNbO3、ＫＴＰ、ＢＢＯ等の非線形材料
においても周期状の分極反転構造を形成することができ
る。Further, the ferroelectric thin film 30 may be formed by a method other than crystal growth. For example, a thin film crystal can be formed by bonding a ferroelectric crystal onto an optical crystal substrate, and then polishing and etching the ferroelectric crystal. 18 (a) to 18 (c) for a thin film formed by laminating such crystals.
In the step of forming a periodic domain-inverted region,
An optical waveguide is formed in steps (a) and (b). By utilizing such crystal bonding, it is possible to form a periodic domain-inverted structure even in a material in which crystal growth is difficult, for example, a nonlinear material such as KNbO 3 , KTP, BBO.
【０２８５】（第１１の実施形態）本実施形態では、第
８の実施形態で説明した工程によって形成した分極反転
領域を用いた光波長変換素子の製造方法を説明する。形
成される光波長変換素子の構成を図２０に示す。(Eleventh Embodiment) In this embodiment, a method of manufacturing an optical wavelength conversion device using the domain-inverted regions formed by the steps described in the eighth embodiment will be described. The structure of the formed light wavelength conversion element is shown in FIG.
【０２８６】高性能の光波長変換素子を実現するために
は、長い距離に渡り均一な構造を有する短周期の周期状
分極反転領域を形成する必要がある。例えば、LiNbO3、
LiTaO3、ＫＴＰ等の結晶に形成した分極反転構造を利用
して、波長変換により波長４００ｎｍ帯の青色光を発生
するためには、周期が３〜４μｍである分極反転領域
を、長さ１０ｍｍ程度に渡り均一に形成する必要があ
る。すでに述べたように、短周期の分極反転領域を形成
するには、分極反転領域の電極幅方向への広がりを極力
抑える必要があり、均一な周期構造を形成するために
は、分極反転形状の均一性が要求される。上記の点を考
慮すれば、第８の実施形態で示した製造方法によって得
られる分極反転領域は、高効率の光波長変換素子の製造
に非常に有効である。In order to realize a high-performance light wavelength conversion element, it is necessary to form a short period periodic domain inversion region having a uniform structure over a long distance. For example, LiNbO 3 ,
In order to generate blue light in the wavelength range of 400 nm by wavelength conversion using the polarization inversion structure formed in the crystal such as LiTaO 3 or KTP, the polarization inversion region with a period of 3 to 4 μm is about 10 mm long. It is necessary to form it uniformly over the entire length. As described above, in order to form a domain-inverted region having a short period, it is necessary to suppress the spread of the domain-inverted region in the electrode width direction as much as possible, and in order to form a uniform periodic structure, Uniformity is required. In consideration of the above points, the domain-inverted region obtained by the manufacturing method shown in the eighth embodiment is very effective for manufacturing a highly efficient optical wavelength conversion element.
【０２８７】光波長変換素子の製造方法は、図１５
（ａ）〜（ｄ）を参照して説明した方法と実質的に同様
である。The manufacturing method of the light wavelength conversion element is shown in FIG.
This is substantially the same as the method described with reference to (a) to (d).
【０２８８】すなわち、厚さが０．２ｍｍであるLiTaO3
基板１の＋Ｃ１ａ面に櫛形電極２を、−Ｃ面１ｂに平面
電極３を形成する。櫛形電極２の周期は３．８μｍとし
て、櫛形電極２を構成するストライプ電極枝の幅はそれ
ぞれ１．９μｍとする。一方、平面電極３のサイズは３
ｍｍ×１０ｍｍとする。櫛形電極２の形成後に、各スト
ライプ電極枝の周辺の基板１の表面（＋Ｃ面１ａ）を１
００ｎｍエッチングして、溝１８を形成する。その後
に、＋Ｃ面１ａの櫛形電極２の上に、スパッタリング法
で厚さ２００ｎｍのＳｉＯ2層３４を堆積する。その後
に、電極２及び３の間にパルス電圧を印加する。印加す
るパルス電圧は、例えば、パルス幅が約３ｍｓで、ピー
ク値が５．１ｋＶである。That is, LiTaO 3 having a thickness of 0.2 mm
The comb-shaped electrode 2 is formed on the + C1a surface of the substrate 1 and the plane electrode 3 is formed on the -C surface 1b. The period of the comb electrodes 2 is set to 3.8 μm, and the width of each stripe electrode branch forming the comb electrodes 2 is set to 1.9 μm. On the other hand, the size of the planar electrode 3 is 3
mm × 10 mm. After the comb-shaped electrodes 2 are formed, the surface (+ C surface 1a) of the substrate 1 around each stripe electrode branch is
Etching is performed to a depth of 00 nm to form the groove 18. After that, a 200 nm-thick SiO 2 layer 34 is deposited on the comb-shaped electrode 2 on the + C surface 1a by a sputtering method. After that, a pulse voltage is applied between the electrodes 2 and 3. The pulse voltage to be applied has, for example, a pulse width of about 3 ms and a peak value of 5.1 kV.
【０２８９】以上のような工程によって、基板１の内部
に、幅１．９μｍでデューティ比が５０％である周期状
の分極反転領域９が、長さ１０ｍｍに渡り均一に形成さ
れる。特に、形成される分極反転領域９は、基板１の
底、すなわち−Ｃ面１ｂまで達する。Through the above steps, the periodic domain-inverted regions 9 having a width of 1.9 μm and a duty ratio of 50% are uniformly formed in the substrate 1 over the length of 10 mm. In particular, the domain-inverted region 9 formed reaches the bottom of the substrate 1, that is, the -C plane 1b.
【０２９０】その後に、図２０に示すように、基板１の
入射面２５及び出射面２６を光学研磨して、波長８５０
ｎｍの基本波２３に対する反射防止膜１９として機能す
る厚さ１４５ｎｍのＳｉＯ2膜１９を堆積する。これに
よって、図２０に示す光波長変換素子１１００が構成さ
れる。After that, as shown in FIG. 20, the entrance surface 25 and the exit surface 26 of the substrate 1 are optically polished to a wavelength of 850.
A 145 nm-thick SiO 2 film 19 which functions as an antireflection film 19 for the fundamental wave 23 having a thickness of 14 nm is deposited. Thereby, the optical wavelength conversion element 1100 shown in FIG. 20 is configured.
【０２９１】作製した光波長変換素子１１００に、基本
波２３としてＴｉ：Ａｌ2Ｏ3レーザの光を入射して、そ
のＳＨＧ特性を測定した。具体的には、レーザ２１から
出た光（基本波）２３を、集光光学系２２により光波長
変換素子１１００の入射面２５に集光して入射する。入
射した基本波２３は、素子１１００の内部を伝搬する際
に波長変換されて、基本波２３の半分の波長を有する第
２高調波（ＳＨＧ光）２４として出射面２６から出射す
る。基本波２３から第２高調波２４への変換効率は、集
光スポット径がφ３７μｍの場合に最大になる。Light of a Ti: Al 2 O 3 laser as the fundamental wave 23 was made incident on the manufactured light wavelength conversion element 1100, and its SHG characteristic was measured. Specifically, the light (fundamental wave) 23 emitted from the laser 21 is condensed and incident on the incident surface 25 of the light wavelength conversion element 1100 by the condensing optical system 22. The incident fundamental wave 23 is wavelength-converted when propagating inside the element 1100, and is emitted from the emission surface 26 as a second harmonic (SHG light) 24 having a half wavelength of the fundamental wave 23. The conversion efficiency from the fundamental wave 23 to the second harmonic wave 24 becomes maximum when the focused spot diameter is φ37 μm.
【０２９２】図２１には、入力する基本波２３の波長
（位相整合波長）と出力される第２高調波２４のパワー
（ＳＨＧ出力）との関係を示す。基本波２３の集光スポ
ット径は、上記のφ３７μｍ一定としている。図２１に
示されるように、位相整合波長が８５０ｎｍであるとき
にＳＨＧ出力は最大になり、このときの波長許容度の半
値全幅は０．１２ｎｍである。この値は、理論値０．１
ｎｍに非常に近い値であり、周期的な分極反転構造が、
素子長１０ｍｍに渡り均一に形成されていることを意味
している。FIG. 21 shows the relationship between the wavelength of the input fundamental wave 23 (phase matching wavelength) and the power of the output second harmonic wave 24 (SHG output). The focused spot diameter of the fundamental wave 23 is fixed to the above-mentioned φ37 μm. As shown in FIG. 21, the SHG output becomes maximum when the phase matching wavelength is 850 nm, and the full width at half maximum of the wavelength tolerance at this time is 0.12 nm. This value is the theoretical value of 0.1
The value is very close to nm, and the periodically poled structure is
This means that the element is formed uniformly over a length of 10 mm.
【０２９３】次に、入力される基本波２３のパワーとＳ
ＨＧ出力との関係を、図２２に示す。基本波入力パワー
が３００ｍＷのとき、４．２ｍＷのＳＨＧ出力が得られ
ている。また、このときの変換効率は１．４％である。
この値は理論値と等しく、形成された分極反転構造が理
想的な形状を有していることを示している。Next, the power of the input fundamental wave 23 and S
The relationship with the HG output is shown in FIG. When the fundamental wave input power is 300 mW, an SHG output of 4.2 mW is obtained. The conversion efficiency at this time is 1.4%.
This value is equal to the theoretical value, indicating that the formed domain-inverted structure has an ideal shape.
【０２９４】また、基板１の表面近傍における分極反転
領域９の間に形成した溝１８は、分極反転領域９の劣化
を防止する機能を発揮する。電界印加によって分極反転
を生じさせる場合、深い分極反転領域９を形成できる一
方で、基板１の結晶に大きな歪が与えられる。そのよう
な歪は、形成された分極反転領域９の経時変化を起こ
す。例えば、数週間から数カ月で、分極反転領域９の形
状が徐々に変化して、光波長変換素子９００の動作特性
が変化することがある。これに対して、分極反転領域９
の間に溝１８を形成すると、分極反転領域９のそのよう
な形状変化の発生が防止されて、動作特性の経時変化の
無い安定な光波長変換素子を構成できる。光波長変換素
子を形成する際に、櫛形電極２に含まれるストライプ状
電極枝の幅Ｗは、櫛形電極２の周期ΛとＷ≦Λ／２の関
係にあるのが好ましい。その理由を以下に説明する。The groove 18 formed between the domain-inverted regions 9 in the vicinity of the surface of the substrate 1 has a function of preventing deterioration of the domain-inverted regions 9. When polarization inversion is caused by applying an electric field, a deep polarization inversion region 9 can be formed, but a large strain is applied to the crystal of the substrate 1. Such strain causes the formed domain-inverted region 9 to change with time. For example, in several weeks to several months, the shape of the domain-inverted region 9 may gradually change and the operating characteristics of the optical wavelength conversion element 900 may change. On the other hand, the polarization inversion region 9
By forming the groove 18 between the two, it is possible to prevent such a change in shape of the domain-inverted region 9 and to form a stable optical wavelength conversion element with no change in operating characteristics over time. When forming the light wavelength conversion element, the width W of the stripe-shaped electrode branches included in the comb-shaped electrode 2 preferably has a relationship of W ≦ Λ / 2 with the period Λ of the comb-shaped electrode 2. The reason will be described below.
【０２９５】電極全体に渡り均一に分極反転が形成され
る印加電圧条件下では、ストライプ状電極枝の下に形成
される分極反転領域の幅Ｗdは、電極枝の幅Ｗより僅か
にひろがる。一方、光波長変換素子の効率は、周期Λと
分極反転領域の幅Ｗdとの関係がΛ／２＝Ｗdのときに最
大になる。このため、Ｗdの値をΛ／２にするには、分
極反転領域の幅方向の広がりを考慮して、電極の幅Ｗを
Λ／２の値に等しくするか、またはそれより小さく設定
することが好ましい。Under an applied voltage condition in which polarization inversion is uniformly formed over the entire electrode, the width Wd of the polarization inversion region formed under the striped electrode branch is slightly wider than the width W of the electrode branch. On the other hand, the efficiency of the light wavelength conversion element becomes maximum when the relationship between the period Λ and the width Wd of the domain inversion region is Λ / 2 = Wd. Therefore, in order to set the value of Wd to Λ / 2, the width W of the electrode should be set equal to or smaller than Λ / 2 in consideration of the widthwise extension of the domain-inverted region. Is preferred.
【０２９６】さらに、本実施形態に従って、共振器型の
光波長変換素子を形成することもできる。その場合に
は、図２０の構成において、周期状分極反転領域９を形
成したLiTaO3基板１の両端面を研磨した後に、反射防止
膜１９の代わりに、波長が８００ｎｍの基本波２３を９
９％以上反射する反射膜１４を堆積する。このような光
波長変換素子に、基本波２３が入射すると、基板１の両
端面に形成した反射膜１４で多重反射して、基板１の内
部で共振する。すなわち、光波長変換素子は共振器とし
て機能して、その内部パワーの増大により、入射された
基本波２３が高効率で第２高調波２４に変換される。Further, according to this embodiment, a resonator type optical wavelength conversion element can be formed. In that case, in the structure of FIG. 20, after polishing both end faces of the LiTaO 3 substrate 1 in which the periodic domain-inverted regions 9 are formed, the fundamental wave 23 having a wavelength of 800 nm is replaced by 9 instead of the antireflection film 19.
A reflective film 14 that reflects 9% or more is deposited. When the fundamental wave 23 is incident on such a light wavelength conversion element, the fundamental wave 23 is multiply reflected by the reflection films 14 formed on both end surfaces of the substrate 1 and resonates inside the substrate 1. That is, the light wavelength conversion element functions as a resonator, and the increased fundamental power converts the incident fundamental wave 23 into the second harmonic wave 24 with high efficiency.
【０２９７】このように光波長変換素子を共振器として
機能させるためには、多重反射する基本波２３のビーム
径より深い位置に至るまで、典型的には数１０μｍ以上
の深さまで、分極反転領域９が均一に形成されていなけ
ればならない。電界印加によれば、数１００μｍ程度の
深さまで均一な周期状分極反転領域９が形成されるの
で、高効率の共振器型光波長変換素子を作製することが
できる。As described above, in order to make the optical wavelength conversion element function as a resonator, the domain-inverted region is reached to a position deeper than the beam diameter of the fundamental wave 23 that is multiply reflected, typically to a depth of several tens of μm or more. 9 should be formed uniformly. By applying the electric field, the uniform periodic domain-inverted regions 9 are formed to a depth of about several hundreds of μm, so that a highly efficient resonator type optical wavelength conversion element can be manufactured.
【０２９８】（第１２の実施形態）本実施形態では、高
いパワー密度と長い相互作用長とを有する高効率の光波
長変換素子の製造方法を説明する。具体的には、形成さ
れた均一で短周期の分極反転領域の内部に、光導波路を
形成する。具体的には、まず、これまでに示した実施形
態で説明した方法によって、LiTaO3基板に周期状の分極
反転領域を形成する。その後に、プロトン交換処理によ
って光導波路を形成する。(Twelfth Embodiment) In this embodiment, a method of manufacturing a highly efficient optical wavelength conversion device having a high power density and a long interaction length will be described. Specifically, an optical waveguide is formed inside the formed uniform and short-period domain-inverted region. Specifically, first, periodic domain-inverted regions are formed on the LiTaO 3 substrate by the method described in the above-described embodiments. After that, an optical waveguide is formed by a proton exchange treatment.
【０２９９】このときの形成方法としては、例えば、以
下のプロセスが考えられる。周期状の分極反転領域が形
成されている基板の＋Ｃ面の上に、形成すべき光導波路
のパターンに対応したＴａマスク層を形成し、２６０℃
のピロ燐酸中での１６分間の熱処理、及び空気中での４
２０℃における５分間の熱処理によって、プロトン交換
導波路を形成する。As a forming method at this time, for example, the following process can be considered. A Ta mask layer corresponding to the pattern of the optical waveguide to be formed is formed on the + C surface of the substrate on which the periodic domain-inverted regions are formed, and the temperature is set to 260 ° C.
Heat treatment for 16 minutes in pyrophosphoric acid and 4 in air
A proton exchange waveguide is formed by heat treatment at 20 ° C. for 5 minutes.
【０３００】しかし、以上のプロセスにより形成された
光導波路の両端面を光学研磨して、光導波路に基本波を
入力して出力されるＳＨＧ光の出力特性を測定すると、
理論値の約半分の変換効率しか得られない。この低い変
換効率がもたらされる原因に関して、発明者らによる検
討によって、光導波路の内部で周期状分極反転領域の一
部が消滅していることが発見された。即ち、光導波路の
作製プロセスにより、形成されていた分極反転領域が表
面から深さ約０．６μｍ迄の範囲で消滅するために、変
換効率が低下していることが明らかになった。また、Li
NbO3基板、或いはLiNbO3とLiTaO3との混晶の基板でも、
同様に、分極反転領域の表面部分からの後退が観測され
る。However, when both end surfaces of the optical waveguide formed by the above process are optically polished and the output characteristics of the SHG light output by inputting the fundamental wave into the optical waveguide are measured,
Only about half the theoretical conversion efficiency can be obtained. As for the cause of this low conversion efficiency, the inventors have found that a part of the periodic domain-inverted region disappears inside the optical waveguide. That is, it was revealed that the conversion efficiency was lowered because the domain-inverted region that had been formed disappeared in the range from the surface to a depth of about 0.6 μm by the manufacturing process of the optical waveguide. Also, Li
NbO 3 substrate, or a mixed crystal substrate of LiNbO 3 and LiTaO 3 ,
Similarly, receding from the surface portion of the domain inversion region is observed.
【０３０１】そこで、光導波路の作製プロセスによる分
極反転領域への影響を防止するために、本実施形態で
は、図２３（ａ）〜（ｃ）に示す工程で光導波路１１を
作製する。Therefore, in order to prevent the polarization inversion region from being affected by the optical waveguide manufacturing process, in this embodiment, the optical waveguide 11 is manufactured by the steps shown in FIGS. 23 (a) to 23 (c).
【０３０２】図２３（ａ）に示すように、周期状の分極
反転領域（不図示）が形成されている基板１の＋Ｃ面１
ａの上に、形成すべき光導波路１１のパターンに対応し
たＴａマスク層１０を形成する。次に、２６０℃のピロ
燐酸中での２０分間の熱処理、及び空気中での４２０℃
における５分間の熱処理によって、図２３（ｂ）に示す
ように、Ｔａマスク層１０の開口部に相当する基板１の
部分にプロトン交換導波路１１を形成する。その後に、
ＣＨＦ3ガス中での反応性イオンエッチングにより、Ｔ
ａマスク層１０を除去するとともに、基板１の表面をさ
らに０．５μｍエッチングして除去する。この際に、プ
ロトン交換光導波路１１の表面部分も同様にエッチング
で除去することによって、光導波路１１の表面近傍に存
在する周期状分極反転領域の劣化部分を除去する。As shown in FIG. 23A, the + C plane 1 of the substrate 1 on which periodic domain-inverted regions (not shown) are formed.
A Ta mask layer 10 corresponding to the pattern of the optical waveguide 11 to be formed is formed on a. Next, heat treatment in pyrophosphoric acid at 260 ° C for 20 minutes and 420 ° C in air.
23B, the proton exchange waveguide 11 is formed in the portion of the substrate 1 corresponding to the opening of the Ta mask layer 10 by heat treatment for 5 minutes. After that,
By reactive ion etching in CHF 3 gas, T
While the a mask layer 10 is removed, the surface of the substrate 1 is further removed by etching by 0.5 μm. At this time, the surface portion of the proton exchange optical waveguide 11 is similarly removed by etching to remove the deteriorated portion of the periodic domain-inverted region existing near the surface of the optical waveguide 11.
【０３０３】以上のプロセスにより形成された光導波路
１１の両端面を光学研磨して、光導波路に基本波を入力
して出力されるＳＨＧ光の出力特性を測定すると、例え
ば、１００ｍＷの基本波入力に対して２０ｍＷの第２高
調波出力が得られた。このときの変換効率は理論値に等
しい値であり、本実施形態に基づくプロセスによって、
高効率の光波長変換素子が得られている。When both output surfaces of the optical waveguide 11 formed by the above process are optically polished and the output characteristics of the SHG light output by inputting the fundamental wave to the optical waveguide are measured, a fundamental wave input of, for example, 100 mW is input. A second harmonic output of 20 mW was obtained. The conversion efficiency at this time is a value equal to the theoretical value, and by the process based on this embodiment,
A highly efficient light wavelength conversion element has been obtained.
【０３０４】なお、本実施形態に関する上記の説明で
は、光導波路１１を基板１の＋Ｃ面１ａに形成してい
る。しかし、分極反転領域は基板１の裏面、すなわち−
Ｃ面１ｂに達するまで形成されているので、光導波路１
１を基板１の−Ｃ面１ｂに形成しても、同様の性能を有
する光波長変換素子を製造することができる。そのよう
に−Ｃ面１ｂに光導波路１１を形成する場合、−Ｃ面１
ｂには平面電極が形成されているのみであって櫛形電極
のパターンは形成されていないので、面の荒れが少な
い。そのため、導波損失の少ない導波路が作製でき、効
率の高い光波長変換素子の作製が可能である。In the above description of this embodiment, the optical waveguide 11 is formed on the + C surface 1a of the substrate 1. However, the domain inversion region is the back surface of the substrate 1, that is, −
Since it is formed until it reaches the C surface 1b, the optical waveguide 1
Even if 1 is formed on the -C surface 1b of the substrate 1, it is possible to manufacture an optical wavelength conversion element having similar performance. When the optical waveguide 11 is thus formed on the -C plane 1b, the -C plane 1
Since only the planar electrode is formed on the surface b and the pattern of the comb-shaped electrode is not formed, the surface is less rough. Therefore, a waveguide with less waveguide loss can be manufactured, and a highly efficient optical wavelength conversion element can be manufactured.
【０３０５】光導波路としては、上述のプロトン交換処
理によって形成した導波路に代わって、Ｔｉ拡散導波
路、Ｎｂ拡散導波路、イオン注入導波路など他の光導波
路を用いることができる。As the optical waveguide, other optical waveguides such as Ti diffusion waveguide, Nb diffusion waveguide, and ion implantation waveguide can be used instead of the waveguide formed by the above-mentioned proton exchange treatment.
【０３０６】このうち、拡散処理を利用して光導波路を
作製するためには、拡散温度を１０００℃以上に設定す
る必要がある。しかし、LiTaO3のキュリー温度は６００
℃、LiNbO3のキュリー温度は１０００℃であって、いず
れも拡散温度と同等かそれ以下である。このため、分極
反転領域の形成後に従来技術に従って拡散処理によって
光導波路を形成すると、形成されていた分極反転領域が
すべて消滅してしまう。それに対して、光導波路の形成
後に分極反転領域を形成することで、拡散で形成した光
導波路の内部に周期状の分極反転領域を形成することが
でき、高効率の光波長変換素子の製造が可能になる。Of these, the diffusion temperature must be set to 1000 ° C. or higher in order to manufacture the optical waveguide by utilizing the diffusion treatment. However, the Curie temperature of LiTaO 3 is 600
° C., the Curie temperature of the LiNbO 3 is a 1000 ° C., both at less or equal to the diffusion temperature. Therefore, when the optical waveguide is formed by the diffusion process according to the conventional technique after forming the domain-inverted regions, all the domain-inverted regions that have been formed disappear. On the other hand, by forming the domain-inverted region after forming the optical waveguide, it is possible to form the periodic domain-inverted region inside the optical waveguide formed by diffusion, which makes it possible to manufacture a highly efficient optical wavelength conversion element. It will be possible.
【０３０７】プロトン交換処理は、上述のピロ燐酸を用
いる処理の他に、オルト燐酸、安息香酸、硫酸などを用
いることができる。In the proton exchange treatment, orthophosphoric acid, benzoic acid, sulfuric acid, etc. can be used in addition to the above-mentioned treatment using pyrophosphoric acid.
【０３０８】また、プロトン交換処理のためのマスクは
Ｔａマスクに限られるものではなく、Ｔａ2Ｏ5、Ｐｔ、
Ａｕなど耐酸性を有する材料からなるマスクであればよ
い。The mask for the proton exchange treatment is not limited to the Ta mask, but Ta 2 O 5 , Pt,
A mask made of a material having acid resistance such as Au may be used.
【０３０９】（第１３の実施形態）本発明の第１３の実
施形態として、図２４（ａ）及び（ｂ）を参照して、改
変された周期型分極反転構造を有するバルク型光波長変
換素子１３００を説明する。(Thirteenth Embodiment) As a thirteenth embodiment of the present invention, referring to FIGS. 24 (a) and 24 (b), a bulk type optical wavelength conversion device having a modified periodic polarization inversion structure. 1300 will be described.
【０３１０】本発明にしたがって周期型分極反転領域が
形成された基板をバルクとして利用するバルク型の光波
長変換素子では、入射する基本波の光軸に対して素子を
ある角度で傾けることによって、素子の内部を進行する
光に対する分極反転周期を変えることができる。この点
を利用すれば、入射する基本波の発振波長の変動や環境
温度の変化による位相整合波長の変動を、調整すること
ができる。According to the present invention, a bulk type optical wavelength conversion device using a substrate on which a periodic domain-inverted region is formed as a bulk, by tilting the device at an angle with respect to the optical axis of an incident fundamental wave, It is possible to change the polarization inversion period for the light traveling inside the element. By utilizing this point, it is possible to adjust the fluctuation of the oscillation wavelength of the incident fundamental wave and the fluctuation of the phase matching wavelength due to the change of the environmental temperature.
【０３１１】しかし、このような素子の角度の調節で可
変できる分極反転構造の周期範囲は、基板の屈折率に依
存するスネルの法則によって規定される。したがって、
周期を大きく変化させることはできない。However, the period range of the domain-inverted structure which can be varied by adjusting the angle of the element is defined by Snell's law which depends on the refractive index of the substrate. Therefore,
The period cannot be changed significantly.
【０３１２】例えば、LiTaO3基板の内部に、その端面に
平行に分極反転領域が形成されている光波長変換素子の
場合、基板を入射する基本波の光軸に対して１２度傾け
る場合、基本波が素子の入射面に垂直に入射する場合に
比べて、分極反転構造の周期は１．０２倍になるにすぎ
ない。For example, in the case of an optical wavelength conversion element in which a domain-inverted region is formed inside a LiTaO 3 substrate in parallel with its end face, when the substrate is tilted by 12 degrees with respect to the optical axis of the incident fundamental wave, The period of the domain-inverted structure is only 1.02 times as large as that in the case where the wave is perpendicularly incident on the incident surface of the device.
【０３１３】そこで、本実施形態の光波長変換素子１３
００では、図２４（ａ）に示すように、基板１の内部
に、その入射面１５及び出射面１６、あるいは少なくと
も入射面１５に対してある角度θで傾いた分極反転領域
９を形成する。そのためには、これまでに説明してきた
実施形態における分極反転領域９の製造工程において、
基板１の＋Ｃ面１ａの上に櫛形電極２を形成する際に、
基板１の端面に対して角度θだけ傾けて形成すればよ
い。形成工程の他の特徴は実質的に同じであるので、こ
こでは説明は省略する。Therefore, the light wavelength conversion element 13 of this embodiment is used.
At 00, as shown in FIG. 24A, inside the substrate 1, the incident surface 15 and the emitting surface 16, or at least the domain-inverted region 9 inclined at an angle θ with respect to the incident surface 15 is formed. For that purpose, in the manufacturing process of the domain-inverted regions 9 in the embodiments described so far,
When forming the comb-shaped electrode 2 on the + C surface 1a of the substrate 1,
It may be formed by inclining by an angle θ with respect to the end surface of the substrate 1. Since other features of the forming process are substantially the same, the description thereof is omitted here.
【０３１４】このように、分極反転領域９が基板１の入
射面１５及び出射面１６、あるいは少なくとも入射面１
５に対してある角度θで傾けて設けられている光波長変
換素子１３００では、入射する基本波２３の光軸に対し
て素子１３００を傾けることによって素子１３００の内
部を進行する光に対する分極反転周期を変えて位相整合
範囲を調整する際に、より広い範囲に渡る調整が可能に
なる。As described above, the domain-inverted regions 9 are formed on the incident surface 15 and the exit surface 16 of the substrate 1, or at least the incident surface 1.
In the optical wavelength conversion element 1300 which is tilted at an angle θ with respect to 5, the polarization inversion period for light traveling inside the element 1300 by tilting the element 1300 with respect to the optical axis of the incident fundamental wave 23. When adjusting the phase matching range by changing, it becomes possible to adjust over a wider range.
【０３１５】例えば、LiTaO3基板１の内部に、その入射
面１５に対して４５度傾いた方向に分極反転領域９が形
成されている光波長変換素子１３００の場合、レーザ２
１から発せられて集光光学系２２を介して入射する基本
波２３の光軸に対して基板１を１２度傾けると、基本波
２３が素子１３００の入射面１５に垂直に入射する場合
に比べて、分極反転構造の周期は１．１２倍になる。こ
のように、従来技術による素子の場合に比べて、角度調
節の範囲が５倍以上に増大する。この結果、位相整合波
長の許容度が拡大されて、光波長変換素子１３００をよ
り簡便に使用できるようになる。For example, in the case of the optical wavelength conversion element 1300 in which the domain-inverted region 9 is formed inside the LiTaO 3 substrate 1 in the direction inclined by 45 degrees with respect to the incident surface 15, the laser 2 is used.
When the substrate 1 is tilted 12 degrees with respect to the optical axis of the fundamental wave 23 emitted from the laser light source 1 and is incident through the condensing optical system 22, the fundamental wave 23 is vertically incident on the incident surface 15 of the element 1300. Thus, the period of the polarization inversion structure is 1.12 times. In this way, the range of angle adjustment is increased by a factor of 5 or more, compared to the case of the device according to the prior art. As a result, the tolerance of the phase matching wavelength is expanded, and the optical wavelength conversion element 1300 can be used more easily.
【０３１６】さらに、入射ビームに対して分極反転領域
９を傾けて作製することにより、位相整合温度の許容度
を拡大することが可能になる。これは、周期状の分極反
転構造を集光ビーム（基本波）が斜めに横切ることによ
って、集光ビームの光軸に対して角度を有する成分に対
する位相整合が、広い範囲で生じるために起こるからで
ある。Furthermore, by tilting the domain inversion region 9 with respect to the incident beam, the tolerance of the phase matching temperature can be expanded. This occurs because the focused beam (fundamental wave) obliquely crosses the periodic domain-inverted structure, so that phase matching of components having an angle with respect to the optical axis of the focused beam occurs in a wide range. Is.
【０３１７】なお、図２４（ａ）では、分極反転領域９
は、基板１の入射面１５及び出射面１６の両方に対して
傾いて形成されているが、出射面１６と分極反転領域９
とは平行になるように形成してもよい。In FIG. 24A, the domain inversion region 9
Are inclined with respect to both the incident surface 15 and the exit surface 16 of the substrate 1, but the exit surface 16 and the polarization inversion region 9 are formed.
You may form so that it may become parallel with.
【０３１８】次に、バルク型の光波長変換素子１３００
ａにおいて、出射面１６から出てくる基本波２３ａと高
調波２４とを分離する方法を、図２４（ｂ）を参照して
説明する。Next, the bulk type optical wavelength conversion element 1300 is used.
A method for separating the fundamental wave 23a and the higher harmonic wave 24, which are emitted from the emission surface 16 in a, will be described with reference to FIG.
【０３１９】光波長変換素子では、レーザ２１から集光
光学系２２を経て素子１３００ａの入射面１５から入射
された基本波２３は、素子１３００ａの内部を伝搬しな
がら高調波２４に変換される。その後に出射面１６から
変換された高調波２４が出射されるが、このとき、変換
されなかった基本波成分２３ａも、同時に出射面１６か
ら外部に出てくる。したがって、この変換されなかった
基本波成分２３ａを、変換された高調波２４から分離す
る必要が生じる。In the light wavelength conversion element, the fundamental wave 23 incident from the laser 21 through the condensing optical system 22 from the incident surface 15 of the element 1300a is converted into a harmonic wave 24 while propagating inside the element 1300a. After that, the converted higher harmonic wave 24 is emitted from the emitting surface 16, but at this time, the unconverted fundamental wave component 23a also emerges from the emitting surface 16 to the outside at the same time. Therefore, it becomes necessary to separate the unconverted fundamental wave component 23a from the converted harmonic wave 24.
【０３２０】このとき、図２４（ｂ）に示すように、内
部に周期状の分極反転領域９が形成されているバルク型
光波長変換素子１３００ａの出射面１６を、入射する基
本波２３の光軸に対して傾けると、基本波と高調波との
波長分散によってそれぞれが感じる屈折率が異なって、
基本波２３ａと高調波２４とを異なった出射角度（すな
わちθ１とθ２）で出射させて両者を分離することがで
きる。具体的には、素子１３００ａの内部では基本波が
感じる屈折率ｎfと高調波が感じる屈折率ｎsとが異なる
ので、スネルの法則に基づいて、それぞれに対する出射
角度が異なることになる。At this time, as shown in FIG. 24B, the light of the fundamental wave 23 incident on the emission surface 16 of the bulk type optical wavelength conversion device 1300a in which the periodic domain-inverted regions 9 are formed. When tilted with respect to the axis, the refractive index felt by each is different due to the wavelength dispersion of the fundamental wave and harmonics,
The fundamental wave 23a and the harmonic wave 24 can be emitted at different emission angles (that is, θ1 and θ2) to separate them. Specifically, since the refractive index n f felt by the fundamental wave and the refractive index n s felt by the higher harmonic are different inside the element 1300 a, the output angles are different for each of them based on Snell's law.
【０３２１】（第１４の実施形態）本実施形態では、光
導波路の形成プロセスが周期状分極反転領域に及ぼす影
響に関する本願発明者らの検討結果をさらに説明すると
ともに、その検討結果に基づいたより好ましい光導波路
の形成プロセスを含む光波長変換素子の製造方法を説明
する。(Fourteenth Embodiment) In the present embodiment, the results of the study by the inventors of the present invention regarding the influence of the process of forming the optical waveguide on the periodic domain-inverted region will be further explained, and more preferable based on the result of the study. A method of manufacturing the optical wavelength conversion element including the process of forming the optical waveguide will be described.
【０３２２】周期状の分極反転領域がすでに形成されて
いるLiTaO3基板の＋Ｃ面にプロトン交換処理を施して、
光導波路を形成するプロセスを考える。例えば、そのよ
うなプロトン交換処理としては、基板を温度２６０℃の
ピロ燐酸に浸して１６分間の熱処理を行い、その後にア
ニール処理として、空気中で温度４２０℃で５分間の熱
処理を行う。このプロセスは、LiTaO3基板のキュリー温
度（約６００℃）よりも低い温度で行われる低温プロセ
スである。[0322] The + C plane of the LiTaO 3 substrate on which periodic domain-inverted regions have already been formed is subjected to a proton exchange treatment,
Consider the process of forming an optical waveguide. For example, as such a proton exchange treatment, the substrate is immersed in pyrophosphoric acid at a temperature of 260 ° C. for a heat treatment for 16 minutes, and then an annealing treatment is performed at a temperature of 420 ° C. for 5 minutes in the air. This process is a low temperature process performed at a temperature lower than the Curie temperature (about 600 ° C.) of the LiTaO 3 substrate.
【０３２３】しかし、上記プロセスによって光導波路を
形成すると、形成されていた周期状の分極反転領域が、
基板の＋Ｃ面から深さ方向に向かって消滅することがあ
る。分極反転領域が消滅する深さは、アニール時間とと
もにある程度まで増加した後に一定の値を保つようにな
るが、アニール条件が一定であれば、主として図２５に
示すようにプロトン交換処理の時間に依存する。したが
って、プロトン交換時のプロトンの熱拡散によって、形
成された分極反転領域が消滅すると考えられる。アニー
ル温度を３００℃まで下げても、依然として分極反転領
域の消滅が発生することがあり、高効率の波長変換を実
現する光波長変換素子を安定して製造できないという問
題が生じる。However, when the optical waveguide is formed by the above process, the periodic domain-inverted regions formed are
It may disappear in the depth direction from the + C surface of the substrate. The depth at which the domain-inverted region disappears keeps a constant value after increasing to some extent with the annealing time, but if the annealing condition is constant, it mainly depends on the time of the proton exchange treatment as shown in FIG. To do. Therefore, it is considered that the formed polarization inversion region disappears due to the thermal diffusion of the proton during the proton exchange. Even if the annealing temperature is lowered to 300 ° C., the polarization inversion region may still disappear, which causes a problem that the optical wavelength conversion element that realizes highly efficient wavelength conversion cannot be stably manufactured.
【０３２４】また、上記の分極反転領域の消滅は、基板
の＋Ｃ面のみで発生する。−Ｃ面では、光導波路の形成
にともなう分極反転領域の消滅は認められない。The disappearance of the domain-inverted region occurs only on the + C plane of the substrate. On the −C plane, disappearance of the domain-inverted region due to the formation of the optical waveguide is not recognized.
【０３２５】本実施形態では、光導波路の製造プロセス
の実施にともなう分極反転領域の消滅現象の影響を防ぐ
ために、分極反転領域の形成に先立ってプロトン交換処
理による光導波路の形成を行って、光波長変換素子を製
造する。In this embodiment, in order to prevent the influence of the disappearance phenomenon of the domain-inverted region due to the execution of the manufacturing process of the optical waveguide, the optical waveguide is formed by the proton exchange treatment prior to the formation of the domain-inverted region. A wavelength conversion element is manufactured.
【０３２６】図２６（ａ）〜（ｄ）には、本実施形態に
したがって、ストライプ状の埋込型光導波路１１を有す
る光波長変換素子１４１０を製造する工程を模式的に示
す斜視図である。26 (a) to 26 (d) are perspective views schematically showing a process of manufacturing the optical wavelength conversion device 1410 having the stripe-shaped embedded optical waveguide 11 according to the present embodiment. .
【０３２７】まず、光導波路のパターンに対応する開口
部を有するＴａマスク層（不図示）を基板１の表面に堆
積し、ピロ燐酸中での熱処理によってプロトン交換処理
を行う。これによって、図２６（ａ）に示すようなスト
ライプ状の埋込型プロトン交換光導波路１１を形成す
る。その後にアニール処理を行って、プロトン交換を施
した箇所（光導波路１１）とそれ以外の箇所との間にお
ける分極反転特性の差を低減する。その後に、図２６
（ｂ）に示すように、基板１の＋Ｃ面及び−Ｃ面に櫛形
電極２及び平面電極３をそれぞれ形成する。そして、こ
れらの電極２及び３を介して基板１に所定の電界を印加
して、図２６（ｃ）に示すような周期状の分極反転領域
９を基板１の内部に形成する。さらに、櫛形電極２及び
平面電極３を除去すれば、図２６（ｄ）に示す、ストラ
イプ状の埋込型光導波路１１を有する光波長変換素子１
４１０が得られる。First, a Ta mask layer (not shown) having openings corresponding to the pattern of the optical waveguide is deposited on the surface of the substrate 1, and a proton exchange treatment is performed by heat treatment in pyrophosphoric acid. As a result, the stripe-shaped embedded proton exchange optical waveguide 11 as shown in FIG. 26A is formed. After that, an annealing treatment is performed to reduce the difference in polarization inversion characteristics between the portion where the proton exchange is performed (optical waveguide 11) and the other portion. After that, FIG.
As shown in (b), the comb-shaped electrode 2 and the plane electrode 3 are formed on the + C surface and the -C surface of the substrate 1, respectively. Then, a predetermined electric field is applied to the substrate 1 through the electrodes 2 and 3 to form periodic domain-inverted regions 9 as shown in FIG. Further, if the comb-shaped electrode 2 and the plane electrode 3 are removed, the optical wavelength conversion element 1 having the embedded optical waveguide 11 in the stripe shape shown in FIG.
410 is obtained.
【０３２８】図２７（ａ）〜（ｄ）には、本実施形態に
したがって、リッジ形の光導波路１７ａを有する光波長
変換素子１４２０を製造する工程を模式的に示す斜視図
である。FIGS. 27A to 27D are perspective views schematically showing steps of manufacturing the optical wavelength conversion device 1420 having the ridge-shaped optical waveguide 17a according to the present embodiment.
【０３２９】まず、基板１の＋Ｃ面に対してプロトン交
換処理とアニール処理とを施して、図２７（ａ）に示す
プロトン交換層（スラブ型光導波路）１７を形成する。
その後に、図２７（ｂ）に示すように、プロトン交換層
１７及び基板１の裏面（−Ｃ面）に櫛形電極２及び平面
電極３をそれぞれ形成する。そして、これらの電極２及
び３を介して基板１に所定の電界を印加して、図２７
（ｃ）に示すような周期状の分極反転領域９を基板１の
内部に形成する。その後に、櫛形電極２及び平面電極３
を除去するとともに、プロトン交換層１７をストライプ
状に加工してリッジ型の光導波路１７ａを形成する。こ
れによって、図２７（ｄ）に示す、ストライプ状のリッ
ジ型光導波路１７ａを有する光波長変換素子１４２０が
得られる。First, the + C plane of the substrate 1 is subjected to a proton exchange treatment and an annealing treatment to form a proton exchange layer (slab type optical waveguide) 17 shown in FIG. 27 (a).
Then, as shown in FIG. 27B, the comb-shaped electrode 2 and the planar electrode 3 are formed on the back surface (-C surface) of the proton exchange layer 17 and the substrate 1, respectively. Then, a predetermined electric field is applied to the substrate 1 through these electrodes 2 and 3, and
Periodic domain-inverted regions 9 as shown in (c) are formed inside the substrate 1. After that, the comb-shaped electrode 2 and the planar electrode 3
And the proton exchange layer 17 is processed into a stripe shape to form a ridge-type optical waveguide 17a. As a result, the optical wavelength conversion element 1420 having the stripe-shaped ridge-type optical waveguide 17a shown in FIG. 27D is obtained.
【０３３０】埋込型光導波路１１では、プロトン交換を
施した箇所（光導波路１１）とそれ以外の箇所との間に
プロトン分布の僅かな差が存在する。これに対してリッ
ジ型光導波路１７ａを形成する上記プロセスでは、基板
１の表面全体にわたってプロトン交換層１７が形成され
るために、分極反転領域の形成のための電界印加時に電
極面内におけるプロトン分布の不均一さが存在しない。
これより、面内分布が均一な分極反転領域を形成するこ
とができる。さらに、光導波路１７ａの側面にもプロト
ン交換層１７が存在するので、機械的破壊に対する強度
が向上するとともに、耐光損傷性にも優れている。この
結果、埋込型光導波路１１の場合に比べて、リッジ型光
導波路１７ａは２倍以上の耐光損傷強度を有する。In the embedded optical waveguide 11, there is a slight difference in the proton distribution between the portion where the proton exchange is performed (optical waveguide 11) and the other portions. On the other hand, in the above process of forming the ridge-type optical waveguide 17a, since the proton exchange layer 17 is formed over the entire surface of the substrate 1, the proton distribution in the electrode surface during the application of the electric field for forming the domain-inverted region. There is no non-uniformity.
As a result, a domain-inverted region having a uniform in-plane distribution can be formed. Further, since the proton exchange layer 17 is also present on the side surface of the optical waveguide 17a, the strength against mechanical breakage is improved and the light damage resistance is also excellent. As a result, the ridge-type optical waveguide 17a has twice or more the optical damage resistance strength as compared with the case of the embedded optical waveguide 11.
【０３３１】図２８（ａ）〜（ｄ）には、プロトン交換
層（スラブ型光導波路）１７の表面にさらにストライプ
状の高屈折率層４４が装荷型の光導波路４４として設け
られている光波長変換素子１４３０を、本実施形態にし
たがって製造する工程を模式的に示す斜視図である。28 (a) to 28 (d), a stripe-shaped high refractive index layer 44 is further provided as a loading type optical waveguide 44 on the surface of the proton exchange layer (slab type optical waveguide) 17. It is a perspective view which shows typically the process of manufacturing the wavelength conversion element 1430 according to this embodiment.
【０３３２】まず、基板１の＋Ｃ面に対してプロトン交
換処理とアニール処理とを施して、図２８（ａ）に示す
プロトン交換層（スラブ型光導波路）１７を形成する。
その後に、図２８（ｂ）に示すように、プロトン交換層
１７及び基板１の裏面（−Ｃ面）に櫛形電極２及び平面
電極３をそれぞれ形成する。そして、これらの電極２及
び３を介して基板１に所定の電界を印加して、図２８
（ｃ）に示すような周期状の分極反転領域９を基板１の
内部に形成する。その後に、櫛形電極２及び平面電極３
を除去するとともに、プロトン交換層１７の上にストラ
イプ状の高屈折率層４４を形成する。これによって、図
２８（ｄ）に示す、ストライプ状光導波路４４を有する
光波長変換素子１４３０が得られる。First, the + C plane of the substrate 1 is subjected to a proton exchange treatment and an annealing treatment to form a proton exchange layer (slab type optical waveguide) 17 shown in FIG. 28 (a).
After that, as shown in FIG. 28B, the comb-shaped electrode 2 and the planar electrode 3 are formed on the back surface (-C surface) of the proton exchange layer 17 and the substrate 1, respectively. Then, a predetermined electric field is applied to the substrate 1 through these electrodes 2 and 3, and
Periodic domain-inverted regions 9 as shown in (c) are formed inside the substrate 1. After that, the comb-shaped electrode 2 and the planar electrode 3
And the stripe-shaped high refractive index layer 44 is formed on the proton exchange layer 17. As a result, the optical wavelength conversion element 1430 having the stripe-shaped optical waveguide 44 shown in FIG. 28D is obtained.
【０３３３】光波長変換素子１４３０における光導波路
４４は、リッジ型光導波路１７ａよりもさらに強い閉じ
込め特性を示すので、高効率の光波長変換素子が得られ
る。Since the optical waveguide 44 in the optical wavelength conversion element 1430 has a stronger confinement characteristic than the ridge type optical waveguide 17a, a highly efficient optical wavelength conversion element can be obtained.
【０３３４】以上のように、分極反転領域の形成に先立
って光導波路を形成することによって、周期状分極反転
構造の消滅を防ぐことができる。これによって、耐光損
傷性に優れ、高効率の波長変換を実現する光波長変換素
子が得られる。As described above, by forming the optical waveguide prior to the formation of the domain-inverted region, it is possible to prevent the periodic domain-inverted structure from disappearing. As a result, an optical wavelength conversion element having excellent light damage resistance and realizing highly efficient wavelength conversion can be obtained.
【０３３５】（第１５の実施形態）図２９（ａ）〜
（ｄ）を参照して、分極の前面反転及び一部領域での再
反転を利用した本実施形態における分極反転領域の形成
方法を説明する。(Fifteenth Embodiment) FIG. 29A-
A method of forming a domain-inverted region according to the present embodiment using front-side inversion of polarization and re-inversion in a partial region will be described with reference to (d).
【０３３６】図２９（ａ）に示すように、LiTaO3基板１
の＋Ｃ面１ａ及び−Ｃ面１ｂに、それぞれ平面電極４３
及び３を形成する。このとき、基板１の内部の分極は、
図２９（ａ）に矢印４１ａで示すように、図面中で上方
向を向いている。As shown in FIG. 29A, the LiTaO 3 substrate 1
On the + C plane 1a and the -C plane 1b of the flat electrode 43, respectively.
And 3 are formed. At this time, the polarization inside the substrate 1 is
As shown by an arrow 41a in FIG. 29 (a), it faces upward in the drawing.
【０３３７】次に、室温で基板１に電極３及び４３を介
して電界を印加して、基板１の内部のほぼ全域の分極を
反転させる。これによって、図２９（ｂ）に示すよう
に、矢印４１ｂで示す図面中で下向きの分極方向を有す
る分極反転領域４１が形成される。Next, at room temperature, an electric field is applied to the substrate 1 through the electrodes 3 and 43 to invert the polarization in almost the entire area inside the substrate 1. As a result, as shown in FIG. 29B, the domain-inverted region 41 having the downward polarization direction in the drawing indicated by the arrow 41b is formed.
【０３３８】その後、基板１の＋Ｃ面１ａの上の平面電
極４３を除去して、その代わりに、図２９（ｃ）に示す
ように櫛形電極２を形成する。そして、櫛形電極２と平
面電極３に電圧を印加して基板１に所定の電界を印加す
ることによって、櫛形電極２の各ストライプ状電極枝の
直下の領域４９の分極を再反転させる。これによって、
図２９（ｄ）に示すように、矢印４１ａで示す方向の分
極方向を有する領域４９と、矢印４１ｂで示す逆向きの
分極方向を有する領域４１とが、周期的に交互に配置さ
れた構造を形成する。After that, the flat electrode 43 on the + C surface 1a of the substrate 1 is removed, and instead, the comb-shaped electrode 2 is formed as shown in FIG. 29 (c). Then, a voltage is applied to the comb-shaped electrode 2 and the plane electrode 3 to apply a predetermined electric field to the substrate 1 to re-invert the polarization of the region 49 immediately below each stripe-shaped electrode branch of the comb-shaped electrode 2. by this,
As shown in FIG. 29 (d), a region 49 having a polarization direction in the direction indicated by an arrow 41a and a region 41 having a polarization direction in the opposite direction indicated by an arrow 41b are periodically arranged alternately. Form.
【０３３９】以上の方法によれば、基板１の内部のほぼ
全域で分極を一旦反転させることによって、−Ｃ面１ｂ
の近傍においても均一な周期状の分極反転構造が形成さ
れる。特に、−Ｃ面１ｂでは、プロトン交換処理とアニ
ール処理とを用いて光導波路を形成する際の分極反転領
域の消滅が発生しない。したがって、本実施形態にした
がって周期状の分極反転構造を形成した後に、−Ｃ面の
上に光導波路を形成することによって、高効率の光波長
変換素子を実現することができる。According to the above method, the polarization is inverted once in almost the entire area of the inside of the substrate 1 to obtain the -C plane 1b.
A uniform periodic domain-inverted structure is formed even in the vicinity of. In particular, in the -C plane 1b, the polarization inversion region does not disappear when the optical waveguide is formed by using the proton exchange treatment and the annealing treatment. Therefore, a highly efficient optical wavelength conversion element can be realized by forming the periodic domain-inverted structure according to the present embodiment and then forming the optical waveguide on the -C plane.
【０３４０】[0340]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、基板の＋Ｃ面及び−Ｃ面にそれぞれ櫛形電極及び平
面電極を形成し、両電極を介して、パルス電界を重畳し
た直流電界を基板に印加する。これによって、均一な強
度分布を有する電界を基板に印加することが可能にな
り、均一な周期構造を有する分極反転領域を形成するこ
とができる。また、形成された周期状分極反転領域の上
にさらに光導波路を形成する、あるいは形成された周期
状分極反転領域をそのままバルクとして用いることによ
り、高効率の光波長変換素子が製造される。As described above, according to the present invention, a comb-shaped electrode and a plane electrode are formed on the + C surface and the -C surface of a substrate, respectively, and a DC electric field in which a pulse electric field is superposed through both electrodes. Is applied to the substrate. This makes it possible to apply an electric field having a uniform intensity distribution to the substrate and form a domain-inverted region having a uniform periodic structure. Further, a highly efficient optical wavelength conversion element is manufactured by further forming an optical waveguide on the formed periodic polarization inversion region or using the formed periodic polarization inversion region as it is as a bulk.
【０３４１】短周期の分極反転領域を形成するには、分
極反転領域が櫛形電極直下から横方向に拡大することを
抑制する必要がある。これに対しては、基板表面におけ
る櫛形電極のストライプ状電極枝の間隙部分にプロトン
交換処理を施して、その部分の強誘電性を劣化させるこ
とで、分極反転領域の横方向への拡大が抑制される。こ
れによって、分極反転領域が短周期で形成される。これ
により、高効率の光波長変換素子が製造される。In order to form a domain-inverted region having a short period, it is necessary to suppress the domain-inverted region from laterally expanding from immediately below the comb electrodes. On the other hand, the gap between the stripe-shaped electrode branches of the comb-shaped electrode on the surface of the substrate is subjected to a proton exchange treatment to deteriorate the ferroelectricity of that portion, thereby suppressing the lateral inversion of the domain-inverted region. To be done. As a result, the domain inversion region is formed with a short period. As a result, a highly efficient light wavelength conversion element is manufactured.
【０３４２】あるいは、強誘電体結晶の表面と裏面とに
絶縁体膜で覆われた櫛形電極及び平面電極をそれぞれ形
成して、両電極間にパルス電界を印加することで、基板
表面における自由電荷の移動を抑制して、均一な強度分
布を有する電界を結晶に印加することができる。これに
より、均一な周期構造を有する分極反転領域が形成され
る。Alternatively, by forming a comb-shaped electrode and a planar electrode covered with an insulating film on the front surface and the back surface of the ferroelectric crystal, respectively, and applying a pulse electric field between both electrodes, the free charge on the surface of the substrate is freed. Can be suppressed, and an electric field having a uniform intensity distribution can be applied to the crystal. As a result, a domain-inverted region having a uniform periodic structure is formed.
【０３４３】また、櫛形電極のそれぞれのストライプ状
電極枝の間の結晶表面を削って溝を形成し、その後に結
晶表面に絶縁膜を形成して電界を印加することで、均一
な周期構造を有する分極反転領域が形成できる。Further, the crystal surface between the striped electrode branches of the comb-shaped electrode is cut to form a groove, and then an insulating film is formed on the crystal surface to apply an electric field to form a uniform periodic structure. A domain inversion region having the same can be formed.
【０３４４】また、形成した周期状分極反転領域に光導
波路を形成することにより、高効率の光波長変換素子の
製造が可能になる。By forming an optical waveguide in the formed periodic polarization inversion region, a highly efficient optical wavelength conversion element can be manufactured.
【０３４５】短周期の分極反転領域を形成するには、分
極反転領域が櫛形電極直下から横方向に拡大することを
抑制する必要がある。このとき、LiTaO3、LiNbO3等の強
誘電体基板の表面自由電荷は、電界印加時に結晶表面を
移動し、電極周辺部における電界分布の不均一性を生じ
る。このような電界分布の不均一性が分極反転領域の横
方向拡大を促進することが、発明者らの検討によって発
見された。そこで、このような表面自由電荷の移動を抑
圧するため、分極反転核が生じる表面に形成する櫛形電
極全体を絶縁体膜で覆うことによって、分極反転領域の
横方向への拡大が抑制される。これによって、分極反転
領域が短周期で形成される。これにより、高効率の光波
長変換素子が製造される。In order to form a domain-inverted region having a short period, it is necessary to prevent the domain-inverted region from laterally expanding from immediately below the comb-shaped electrode. At this time, the surface free charges of the ferroelectric substrate such as LiTaO 3 and LiNbO 3 move on the crystal surface when an electric field is applied, causing nonuniformity of the electric field distribution in the electrode peripheral portion. It has been discovered by the study of the inventors that such non-uniformity of the electric field distribution promotes lateral expansion of the domain inversion region. Therefore, in order to suppress the movement of such surface free charges, by covering the entire comb-shaped electrode formed on the surface where the polarization inversion nuclei are formed with an insulating film, lateral expansion of the polarization inversion region is suppressed. As a result, the domain inversion region is formed with a short period. As a result, a highly efficient light wavelength conversion element is manufactured.
【図１】（ａ）は、本発明のある実施形態における分極
反転領域の形成方法を示す斜視図であり、（ｂ）は、分
極反転領域の形成のために基板に印加される電界強度の
経時変化を示す模式的なグラフである。FIG. 1A is a perspective view showing a method for forming a domain-inverted region according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a diagram showing a field intensity applied to a substrate for forming the domain-inverted region. It is a typical graph which shows a time-dependent change.
【図２】（ａ）は従来の方法における基板への印加電圧
波形で、（ｂ）はそれにともなって流れる反転電流波形
であり、（ｃ）は本発明における基板への印加電圧波形
で、（ｄ）はそれにともなって流れる反転電流波形であ
る。（ｅ）は、本発明における他の印加電圧波形の例で
ある。2A is a waveform of a voltage applied to a substrate in a conventional method, FIG. 2B is a waveform of a reversal current flowing therewith, and FIG. 2C is a waveform of a voltage applied to a substrate in the present invention. d) is a reversal current waveform flowing with it. (E) is an example of another applied voltage waveform in the present invention.
【図３】パルス印加電圧の変化率と再反転電流が流れる
電圧値との関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a relationship between a change rate of a pulse applied voltage and a voltage value at which a reversion current flows.
【図４】（ａ）は、基板に印加する直流電界の強度と分
極反転領域の形成が可能な基板の厚さとの関係を示すグ
ラフであり、（ｂ）は、基板に印加する直流電界の強度
と分極反転領域の幅との関係を示すグラフである。FIG. 4A is a graph showing the relationship between the intensity of a DC electric field applied to the substrate and the thickness of the substrate on which a domain-inverted region can be formed, and FIG. 4B is a graph showing the DC electric field applied to the substrate. It is a graph which shows the relationship between intensity and the width of a domain-inverted region.
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明のある実施形態にお
ける光波長変換素子の形成工程を示す斜視図である。5A to 5C are perspective views showing a process of forming a light wavelength conversion element according to an embodiment of the present invention.
【図６】図５（ａ）〜（ｃ）の工程で製造される光波長
変換素子の斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of a light wavelength conversion element manufactured in the steps of FIGS.
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、本発明のある実施形態にお
ける分極反転領域の形成方法を示す断面図である。7A to 7C are cross-sectional views showing a method of forming a domain inversion region according to an embodiment of the present invention.
【図８】（ａ）は、櫛形電極と分極反転領域との位置的
関係を示す断面図であり、（ｂ）は、印加電圧と分極反
転領域の幅との関係を示すグラフである。8A is a cross-sectional view showing the positional relationship between the comb-shaped electrode and the domain-inverted region, and FIG. 8B is a graph showing the relationship between the applied voltage and the width of the domain-inverted region.
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、本発明のある実施形態にお
ける分極反転領域の形成方法を示す断面図である。9A to 9C are cross-sectional views showing a method for forming a domain-inverted region according to an embodiment of the present invention.
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、アニール処理温度と分極
反転領域の形状との関係を示す断面図である。10A to 10D are cross-sectional views showing the relationship between the annealing temperature and the shape of the domain inversion region.
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のある実施形態に
おける光波長変換素子の形成工程を示す斜視図である。11A to 11D are perspective views showing a process of forming a light wavelength conversion element according to an embodiment of the present invention.
【図１２】本発明のある実施形態における光波長変換素
子を示す斜視図である。FIG. 12 is a perspective view showing a light wavelength conversion element according to an embodiment of the present invention.
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明のある実施形態に
おける分極反転領域の形成方法を示す断面図である。13A to 13C are cross-sectional views showing a method of forming a domain inversion region according to an embodiment of the present invention.
【図１４】（ａ）は、印加電圧と分極反転領域の幅との
関係を示すグラフであり、（ｂ）及び（ｃ）は、形成さ
れる分極反転領域の形状を模式的に示す断面図である。FIG. 14A is a graph showing the relationship between the applied voltage and the width of the domain-inverted region, and FIGS. 14B and 14C are cross-sectional views schematically showing the shape of the domain-inverted region to be formed. Is.
【図１５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のある実施形態に
おける分極反転領域の形成方法を示す断面図である。15A to 15D are cross-sectional views showing a method of forming a domain inversion region according to an embodiment of the present invention.
【図１６】（ａ）〜（ｅ）は、本発明のある実施形態に
おける分極反転領域の形成方法を示す断面図である。16 (a) to 16 (e) are cross-sectional views showing a method of forming a domain inversion region according to an embodiment of the present invention.
【図１７】図１６（ａ）〜（ｅ）の工程によって得られ
た分極反転領域を利用して製造される光波長反転素子の
斜視図である。FIG. 17 is a perspective view of an optical wavelength reversal element manufactured by using the domain-inverted regions obtained by the steps of FIGS.
【図１８】（ａ）〜（ｃ）は、本発明のある実施形態に
おける分極反転領域の形成方法を示す断面図である。18A to 18C are cross-sectional views showing a method of forming a domain inversion region according to an embodiment of the present invention.
【図１９】（ａ）及び（ｂ）は、本発明のある実施形態
における光波長変換素子の形成工程を示す斜視図であ
る。19A and 19B are perspective views showing a process of forming a light wavelength conversion element according to an embodiment of the present invention.
【図２０】本発明のある実施形態における光波長変換素
子を示す斜視図である。FIG. 20 is a perspective view showing a light wavelength conversion element according to an embodiment of the present invention.
【図２１】本発明の光波長変換素子における入力される
基本波と出力される第２高調波のパワーとの関係を示す
グラフである。FIG. 21 is a graph showing the relationship between the input fundamental wave and the output second harmonic power in the optical wavelength conversion element of the present invention.
【図２２】本発明の光波長変換素子における入力される
基本波のパワーと出力される第２高調波のパワーとの関
係を示すグラフである。FIG. 22 is a graph showing the relationship between the power of the input fundamental wave and the power of the output second harmonic wave in the optical wavelength conversion element of the present invention.
【図２３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明のある実施形態に
おける光導波路の形成方法を示す断面図である。23A to 23C are cross-sectional views showing a method for forming an optical waveguide according to an embodiment of the present invention.
【図２４】（ａ）は、本発明のある実施形態における光
波長変換素子を示す斜視図であり、（ｂ）は、変換され
た高調波と変換されなかった基本波との分離方法を説明
する断面図である。FIG. 24 (a) is a perspective view showing an optical wavelength conversion element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 24 (b) illustrates a method of separating a converted harmonic wave from an unconverted fundamental wave. FIG.
【図２５】光導波路の形成のために行われるプロトン交
換の処理時間と分極反転が消滅する深さとの関係を示す
グラフである。FIG. 25 is a graph showing a relationship between a processing time of proton exchange performed for forming an optical waveguide and a depth at which polarization inversion disappears.
【図２６】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のある実施形態に
おける光波長変換素子の形成工程を示す斜視図である。26A to 26D are perspective views showing a process of forming an optical wavelength conversion element according to an embodiment of the present invention.
【図２７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のある実施形態に
おける光波長変換素子の形成工程を示す斜視図である。27A to 27D are perspective views showing a process of forming a light wavelength conversion element according to an embodiment of the present invention.
【図２８】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のある実施形態に
おける光波長変換素子の形成工程を示す斜視図である。28A to 28D are perspective views showing a process of forming a light wavelength conversion element according to an embodiment of the present invention.
【図２９】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のある実施形態に
おける分極反転領域の形成方法を示す模式的な断面図で
ある。29A to 29D are schematic cross-sectional views showing a method for forming a domain-inverted region in an embodiment of the present invention.
【図３０】従来の方法における分極反転領域の形成方法
を示す模式的な斜視図である。FIG. 30 is a schematic perspective view showing a method for forming a domain-inverted region in a conventional method.
１、３２、５５ 基板 ２、５１ 櫛形電極 ３、５２ 平面電極 ４ 直流電源 ５ パルス電源 ７、１７ プロトン交換領域 ８ マイクロドメイン ９ 分極反転領域 １０ Ｔａマスク層 １１、３３、４４ 光導波路 １２ レジスト １４ 反射膜 １５ 入射部 １６ 出射部 １８ 溝 １９ 反射防止膜 ２０ 引き出し電極 ２１ レーザ ２２ 集光光学系 ２３ 基本波 ２４ 第２高調波 ２５ 入射端面 ２６ 出射端面 ２９ Ｔｉ膜 ３０ MgOドープLiNbO3薄膜 ３１ MgOドープLiNbO3基板 ３４ 絶縁膜1, 32, 55 Substrate 2, 51 Comb-shaped electrode 3, 52 Planar electrode 4 DC power supply 5 Pulse power supply 7, 17 Proton exchange region 8 Micro domain 9 Polarization inversion region 10 Ta mask layer 11, 33, 44 Optical waveguide 12 Resist 14 Reflection Film 15 Incident part 16 Emitting part 18 Groove 19 Antireflection film 20 Extraction electrode 21 Laser 22 Condensing optical system 23 Fundamental wave 24 Second harmonic wave 25 Incident end face 26 Emitting end face 29 Ti film 30 MgO-doped LiNbO 3 thin film 31 MgO-doped LiNbO 3 substrate 34 insulating film
Claims (77)
離れた第１及び第２の電極を形成する工程と、 該第１及び第２の電極間に直流電圧を印加する工程と、 該直流電圧にパルス電圧を重畳して、該直流電圧と該パ
ルス電圧との合計電圧を該第１及び第２の電極に印加し
て、該強誘電体結晶基板の内部の所定の領域の分極を反
転させる工程と、を包含する分極反転領域の製造方法。1. A step of forming first and second electrodes separated from each other in a polarization direction of a ferroelectric crystal substrate; a step of applying a DC voltage between the first and second electrodes; A pulse voltage is superimposed on a DC voltage, and a total voltage of the DC voltage and the pulse voltage is applied to the first and second electrodes to polarize a predetermined region inside the ferroelectric crystal substrate. A method of manufacturing a domain-inverted region including the step of inverting.
させる電圧レベルよりも小さく、前記合計電圧のレベル
は分極反転を生じさせる該電圧レベルに実質的に等しい
かあるいはそれよりも大きい請求項１に記載の方法。2. The level of the DC voltage is lower than a voltage level causing polarization reversal, and the level of the total voltage is substantially equal to or higher than the voltage level causing polarization reversal. The method described in.
基板表面に垂直である請求項１に記載の方法。3. The method according to claim 1, wherein the polarization direction of the ferroelectric crystal substrate is perpendicular to the substrate surface.
と、 前記強誘電体結晶基板を５８０℃以下の温度で熱処理す
る工程と、をさらに包含している請求項１に記載の方
法。4. The method according to claim 1, further comprising the steps of removing the first and second electrodes, and heat treating the ferroelectric crystal substrate at a temperature of 580 ° C. or lower. .
及び第２の電極の少なくとも一方の周辺部において、前
記強誘電体結晶基板の強誘電性を劣化させる工程をさら
に包含する請求項１に記載の方法。5. Prior to the voltage applying step, the first
2. The method according to claim 1, further comprising degrading the ferroelectricity of the ferroelectric crystal substrate in the peripheral portion of at least one of the second electrode and the second electrode.
離れた第１及び第２の電極を形成する工程と、 該第１及び第２の電極の少なくとも一方の周辺部におい
て、該強誘電体結晶基板の強誘電性を劣化させる工程
と、 該第１及び第２の電極間に所定の電圧を印加して、該強
誘電結晶基板の内部の所定の領域の分極を反転させる工
程と、を包含する分極反転領域の製造方法。6. A step of forming first and second electrodes which are separated from each other in a polarization direction of a ferroelectric crystal substrate, and at least one peripheral portion of the first and second electrodes is provided with the ferroelectric material. Degrading the ferroelectricity of the body crystal substrate; applying a predetermined voltage between the first and second electrodes to invert the polarization of a predetermined region inside the ferroelectric crystal substrate; A method for manufacturing a domain-inverted region including:
方が櫛形電極であり、該櫛形電極の電極枝の間隙部分で
強誘電性を劣化させる請求項６に記載の方法。7. The method according to claim 6, wherein at least one of the first electrode and the second electrode is a comb-shaped electrode, and the ferroelectricity is deteriorated in a gap portion between electrode branches of the comb-shaped electrode.
直な面で切り出されたＣ板基板であって、前記第１及び
第２の電極は、それぞれ該Ｃ板基板の第１の面に形成さ
れた櫛形電極及び第２の面に形成された平面電極である
請求項６に記載の方法。8. The ferroelectric crystal substrate is a C plate substrate cut out in a plane perpendicular to the C axis of the crystal, and the first and second electrodes are respectively the first C substrate of the C plate substrate. The method according to claim 6, which is a comb-shaped electrode formed on the surface and a planar electrode formed on the second surface.
面の少なくとも一方の近傍を、所定の深さまで除去する
工程をさらに包含する請求項８に記載の方法。9. The method according to claim 8, further comprising the step of removing the vicinity of at least one of the first surface and the second surface of the C plate substrate to a predetermined depth.
≦ｘ≦１）及びKTiOPO4からなるグループから選択され
た材料からできている基板であって、前記第１の面が＋
Ｃ面であり前記第２の面が−Ｃ面である請求項８に記載
の方法。10. The C plate substrate comprises LiNb (1-x) Ta x O 3 (0
≦ x ≦ 1) and a substrate made of a material selected from the group consisting of KTiOPO 4 , wherein the first surface is +
9. The method of claim 8, which is a C-plane and the second surface is a -C-plane.
トン交換処理を行う請求項６及び１０のいずれかに記載
の方法。11. The method according to claim 6, wherein a proton exchange treatment is performed in the step of deteriorating the ferroelectricity.
程と、 前記強誘電体結晶基板を５００℃以下の温度でアニール
する工程と、をさらに包含する請求項１０に記載の方
法。12. The method according to claim 10, further comprising the steps of removing the first and second electrodes, and annealing the ferroelectric crystal substrate at a temperature of 500 ° C. or lower.
に記載の方法。13. The insulating film is a dielectric film.
The method described in.
よりも大きい請求項６に記載の方法。14. The insulating film has a resistivity of 10 15 Ω / cm.
7. The method of claim 6, which is greater than.
に離れた第１及び第２の電極を形成する工程と、 該第１及び第２の電極の少なくとも一方の近傍の該強誘
電体結晶基板の表面を削る工程と、 該第１及び第２の電極間に所定の電圧を印加して、該強
誘電体結晶基板の内部の所定の領域の分極を反転させる
工程と、を包含する分極反転領域の製造方法。15. A step of forming first and second electrodes separated from each other in a polarization direction of a ferroelectric crystal substrate, and the ferroelectric crystal near at least one of the first and second electrodes. A polarization including a step of shaving the surface of the substrate and a step of applying a predetermined voltage between the first and second electrodes to reverse the polarization of a predetermined region inside the ferroelectric crystal substrate. Method of manufacturing inverted region.
一方が櫛形電極であり、該櫛形電極の電極枝の間隙部分
で前記強誘電体結晶基板の表面を削る請求項１５に記載
の方法。16. The method according to claim 15, wherein at least one of the first electrode and the second electrode is a comb-shaped electrode, and the surface of the ferroelectric crystal substrate is ground in a gap portion between electrode branches of the comb-shaped electrode.
一方が櫛形電極であり、該櫛形電極に含まれる各ストラ
イプ電極枝の幅は、該ストライプ電極枝の間隔の１／２
に等しいかまたはそれよりも小さい請求項１５に記載の
方法。17. At least one of the first and second electrodes is a comb-shaped electrode, and the width of each stripe electrode branch included in the comb-shaped electrode is ½ of the interval between the stripe electrode branches.
The method of claim 15, wherein the method is equal to or less than.
垂直な面で切り出されたＣ板基板であって、前記第１及
び第２の電極は、それぞれ該Ｃ板基板の第１の面に形成
された櫛形電極及び第２の面に形成された平面電極であ
り、該櫛形電極の電極枝の間隙部分で該強誘電体結晶基
板の表面を削る請求項１５に記載の方法。18. The ferroelectric crystal substrate is a C plate substrate cut out in a plane perpendicular to the C axis of the crystal, and the first and second electrodes are respectively the first C substrate of the C plate substrate. 16. The method according to claim 15, which is a comb-shaped electrode formed on a surface and a planar electrode formed on a second surface, and the surface of the ferroelectric crystal substrate is scraped at a gap portion of an electrode branch of the comb-shaped electrode.
に離れた第１及び第２の電極を形成する工程と、 該第１及び第２の電極間に所定の磁界を印加して、該強
誘電体結晶基板の内部の所定の領域の分極を反転させる
工程と、を包含する分極反転領域の製造方法。19. A step of forming first and second electrodes separated from each other in a polarization direction of a ferroelectric crystal substrate, and applying a predetermined magnetic field between the first and second electrodes, And a step of inverting the polarization of a predetermined region inside the ferroelectric crystal substrate.
求項１９に記載の方法。20. The method of claim 19, wherein the predetermined magnetic field is a pulsed magnetic field.
垂直な面で切り出されたＣ板基板である請求項１９に記
載の方法。21. The method according to claim 19, wherein the ferroelectric crystal substrate is a C plate substrate cut out in a plane perpendicular to the C axis of the crystal.
一方が櫛形電極である請求項１、６、及び１９のいずれ
かに記載の方法。22. The method according to claim 1, wherein at least one of the first and second electrodes is a comb-shaped electrode.
板の＋Ｃ面に設けられている請求項２２に記載の方法。23. The method according to claim 22, wherein the comb-shaped electrode is provided on a + C surface of the ferroelectric crystal substrate.
垂直な面で切り出されたＣ板基板であって、前記第１及
び第２の電極は、それぞれ該Ｃ板基板の第１の面に形成
された櫛形電極及び第２の面に形成された平面電極であ
る請求項６及び１９のいずれかに記載の方法。24. The ferroelectric crystal substrate is a C plate substrate cut out in a plane perpendicular to the C axis of the crystal, and the first and second electrodes are respectively the first C substrate of the C plate substrate. The method according to any one of claims 6 and 19, wherein the comb-shaped electrode is formed on the surface and the flat electrode is formed on the second surface.
も一方の近傍の前記強誘電体結晶基板の表面を削る工程
をさらに包含する請求項２４に記載の方法。25. The method according to claim 24, further comprising the step of shaving the surface of the ferroelectric crystal substrate near at least one of the comb-shaped electrode and the planar electrode.
≦ｘ≦１）及びKTiOPO4からなるグループから選択され
た材料からできている基板であって、前記第１の面が＋
Ｃ面であり前記第２の面が−Ｃ面である請求項１８及び
２４のいずれかに記載の方法。26. The C plate substrate is made of LiNb (1-x) Ta x O 3 (0
≦ x ≦ 1) and a substrate made of a material selected from the group consisting of KTiOPO 4 , wherein the first surface is +
25. The method of any of claims 18 and 24, which is a C-plane and the second surface is a -C-plane.
Ｃ板基板である強誘電体結晶基板の第１面に櫛形電極
を、及び第２面に平面電極を形成する工程と、 該第１面及び第２面の少なくとも一方に光学基板を接着
する工程と、 該櫛形電極及び該平面電極の間に所定の電圧を印加し
て、該強誘電体結晶基板の内部の所定の領域の分極を反
転させる工程と、を包含する分極反転領域の製造方法。27. A step of forming a comb-shaped electrode on a first surface and a flat electrode on a second surface of a ferroelectric crystal substrate, which is a C-plate substrate cut out in a plane perpendicular to the C axis of the crystal, A step of adhering an optical substrate to at least one of the first surface and the second surface; and applying a predetermined voltage between the comb-shaped electrode and the planar electrode to remove a predetermined area inside the ferroelectric crystal substrate. A method of manufacturing a domain-inverted region, including the step of inverting the domain.
とを接着後に、該強誘電体結晶基板を研磨する工程をさ
らに包含し、前記平面電極は該研磨面に形成する請求項
２７に記載の方法。28. The method according to claim 27, further comprising a step of polishing the ferroelectric crystal substrate after adhering the optical substrate and the ferroelectric crystal substrate, wherein the planar electrode is formed on the polished surface. the method of.
工程と、 該強誘電体結晶の分極方向にお互いに離れた第１及び第
２の電極を形成する工程と、 該第１及び第２の電極間に所定の電圧を印加して、該強
誘電体結晶の内部の所定の領域の分極を反転させる工程
と、を包含する分極反転領域の製造方法。29. A step of growing a ferroelectric crystal on a surface of a substrate, a step of forming first and second electrodes separated from each other in a polarization direction of the ferroelectric crystal, and the first and second steps. And a step of applying a predetermined voltage between the electrodes to invert the polarization of a predetermined area inside the ferroelectric crystal.
し、該強誘電体結晶の表面に前記櫛形電極を、及び前記
光学基板の裏面に前記平面電極をそれぞれ形成する請求
項２９に記載の方法。30. The ferroelectric crystal grows in the C-axis direction, and the comb-shaped electrode is formed on the surface of the ferroelectric crystal, and the planar electrode is formed on the back surface of the optical substrate. the method of.
に分極反転のための核が発生する面である請求項２９に
記載の方法。31. The method according to claim 29, wherein the surface of the ferroelectric crystal is a surface on which nuclei for polarization reversal are generated.
に離れた第１及び第２の電極を形成する工程と、 該第１及び第２の電極の間に該分極方向に対向する第１
の電圧を印加して、該強誘電体結晶基板の内部の全体で
分極を反転させる工程と、 該第１及び第２の電極の間に該反転した分極方向に対向
する第２の電圧を印加して、該強誘電体結晶基板の内部
の少なくとも一部で分極を再反転させる工程と、を包含
する分極反転領域の製造方法。32. A step of forming first and second electrodes separated from each other in a polarization direction of a ferroelectric crystal substrate, and a first step facing the polarization direction between the first and second electrodes.
Voltage is applied to invert the entire polarization inside the ferroelectric crystal substrate, and a second voltage is applied between the first and second electrodes, which opposes the inverted polarization direction. And re-inverting polarization in at least a part of the inside of the ferroelectric crystal substrate.
で行われる請求項３２に記載の方法。33. The method of claim 32, wherein applying the first and second voltages is performed at room temperature.
求項６、１５、２７、２９及び３２のいずれかに記載の
方法。34. The method according to claim 6, 15, 27, 29 and 32, wherein the predetermined voltage is a pulse voltage.
圧を重畳した合計電圧である請求項６、１５、２７、２
９及び３２のいずれかに記載の方法。35. The total voltage obtained by superposing a pulse voltage on a direct current voltage as the predetermined voltage, 6, 15, 27, 2
33. The method according to any one of 9 and 32.
（０≦ｘ≦１）及びKTiOPO4からなるグループから選択
された材料からできている請求項１、６、１５、１９、
２７、２９及び３２のいずれかに記載の方法。36. The ferroelectric crystal is LiNb (1-x) Ta x O 3
20. made of a material selected from the group consisting of (0 ≦ x ≦ 1) and KTiOPO 4 .
The method according to any one of 27, 29 and 32.
一方を絶縁膜で覆う工程をさらに包含する請求項１５及
び３２のいずれかに記載の方法。37. The method according to claim 15, further comprising a step of covering at least one of the first and second electrodes with an insulating film.
Ｃ板基板である強誘電体結晶基板の第１の面及び第２の
面にそれぞれ平面電極を形成する工程と、 該平面電極間に所定の電圧を印加して、該強誘電体結晶
基板の内部の全体で分極を反転させる工程と、 前記第２の面の前記平面電極を除去して櫛形電極を形成
する工程と、 該櫛形電極及び該平面電極の間に所定の電圧を印加し
て、該強誘電体結晶基板の内部の少なくとも一部で分極
を再反転させる工程と、を包含する分極反転領域の製造
方法。38. A step of forming flat electrodes on each of a first surface and a second surface of a ferroelectric crystal substrate which is a C plate substrate cut out on a surface perpendicular to the C axis of the crystal, and the flat electrode. Applying a predetermined voltage between them to reverse the polarization in the entire inside of the ferroelectric crystal substrate; and removing the planar electrode on the second surface to form a comb-shaped electrode, And a step of applying a predetermined voltage between the comb-shaped electrode and the planar electrode to re-invert the polarization in at least a part of the inside of the ferroelectric crystal substrate.
電極枝の幅は、該ストライプ電極枝の間隔の１／２に等
しいかまたはそれよりも小さい請求項８、２４、２７及
び３８のいずれかに記載の方法。39. The width of each stripe electrode branch included in the comb-shaped electrode is equal to or smaller than ½ of the distance between the stripe electrode branches, or any one of claims 8, 24, 27 and 38. The method described.
のための核が発生する面である請求項８、１８、２４、
２７及び３８のいずれかに記載の方法。40. The first surface is a surface in which nuclei for polarization reversal are generated in the vicinity thereof.
The method according to any one of 27 and 38.
記強誘電体結晶基板の強誘電性を劣化させる工程をさら
に包含する請求項２２、２４、２７及び３８のいずれか
に記載の方法。41. The method according to claim 22, further comprising the step of deteriorating the ferroelectricity of the ferroelectric crystal substrate in the gap portion between the electrode branches of the comb-shaped electrode.
記強誘電体結晶基板の表面を削る工程をさらに包含する
請求項２２、２４、２７及び３８のいずれかに記載の方
法。42. The method according to claim 22, further comprising the step of shaving the surface of the ferroelectric crystal substrate in the gap portion between the electrode branches of the comb-shaped electrode.
くとも一方を絶縁膜で覆う工程をさらに包含する請求項
１９、２４、２７及び３８のいずれかに記載の方法。43. The method according to claim 19, further comprising a step of covering at least one of the comb-shaped electrode and the planar electrode with an insulating film.
に離れた第１及び第２の電極を形成する工程と、 該第１及び第２の電極間に所定の電圧を印加して、該強
誘電体結晶基板の内部の所定の領域の分極を反転させる
工程と、 光導波路を形成する工程と、を包含する光波長変換素子
の製造方法。44. A step of forming first and second electrodes separated from each other in a polarization direction of a ferroelectric crystal substrate; applying a predetermined voltage between the first and second electrodes; 1. A method of manufacturing an optical wavelength conversion element, comprising the steps of reversing the polarization of a predetermined region inside a ferroelectric crystal substrate and the step of forming an optical waveguide.
路を形成する請求項４４に記載の方法。45. The method according to claim 44, wherein the optical waveguide is formed by a proton exchange treatment.
求項４４に記載の方法。46. The method of claim 44, wherein the predetermined voltage is a pulsed voltage.
圧を重畳した合計電圧である請求項４４に記載の方法。47. The method according to claim 44, wherein the predetermined voltage is a total voltage obtained by superposing a pulse voltage on a DC voltage.
（０≦ｘ≦１）及びKTiOPO4からなるグループから選択
された材料からできている請求項４４に記載の方法。48. The ferroelectric crystal is LiNb (1-x) Ta x O 3
(0 ≦ x ≦ 1) and the method of claim 44 which is made from a material selected from the group consisting of KTiOPO 4.
一方が櫛形電極である請求項４４に記載の方法。49. The method of claim 44, wherein at least one of the first and second electrodes is a comb electrode.
一方を絶縁膜で覆う工程をさらに包含する請求項４４に
記載の方法。50. The method of claim 44, further comprising the step of covering at least one of the first and second electrodes with an insulating film.
垂直な面で切り出されたＣ板基板であって、前記第１及
び第２の電極は、それぞれ該Ｃ板基板の第１の面に形成
された櫛形電極及び第２の面に形成された平面電極であ
る請求項４４に記載の方法。51. The ferroelectric crystal substrate is a C plate substrate cut out in a plane perpendicular to a C axis of a crystal, and the first and second electrodes are respectively the first C substrate of the C plate substrate. 45. The method of claim 44, wherein the surface is a comb-shaped electrode and the second surface is a planar electrode.
のための核が発生する面である請求項５１に記載の方
法。52. The method according to claim 51, wherein the first surface is a surface in which nuclei for polarization reversal are generated in the vicinity thereof.
電極枝の幅は、該ストライプ電極枝の間隔の１／２に等
しいかまたはそれよりも小さい請求項５１に記載の方
法。53. The method of claim 51, wherein the width of each stripe electrode branch included in the comb-shaped electrode is equal to or smaller than ½ of the distance between the stripe electrode branches.
記強誘電体結晶基板の強誘電性を劣化させる工程をさら
に包含する請求項５１に記載の方法。54. The method according to claim 51, further comprising the step of deteriorating the ferroelectricity of the ferroelectric crystal substrate in the gap portion between the electrode branches of the comb-shaped electrode.
記強誘電体結晶基板の表面を削る工程をさらに包含する
請求項５１に記載の方法。55. The method according to claim 51, further comprising the step of shaving the surface of the ferroelectric crystal substrate at the gaps between the electrode branches of the comb-shaped electrode.
前記分極方向に垂直な方向に形成される請求項４４に記
載の方法。56. The method according to claim 44, wherein the optical waveguide is formed in a direction perpendicular to the polarization direction of the ferroelectric crystal.
成された光導波路の表面の一部を除去する工程をさらに
包含する請求項４４に記載の方法。57. The method of claim 44, wherein forming the optical waveguide further comprises removing a portion of the surface of the formed optical waveguide.
前記強誘電体結晶基板の表面にスラブ導波路を形成する
工程を包含し、前記光導波路を形成する工程は、該形成
された光導波路をリッジ形状に加工する工程をさらに包
含する請求項４４に記載の方法。58. Prior to the step of forming the electrode,
45. The step of forming a slab waveguide on the surface of the ferroelectric crystal substrate, wherein the step of forming the optical waveguide further includes the step of processing the formed optical waveguide into a ridge shape. The method described.
前記強誘電体結晶基板の表面にスラブ導波路を形成する
工程を包含し、前記光導波路を形成する工程は、該スラ
ブ導波路の表面にストライプ状の誘電体膜を堆積する工
程を包含する請求項４４に記載の方法。59. Prior to the step of forming the electrode,
A step of forming a slab waveguide on the surface of the ferroelectric crystal substrate is included, and a step of forming the optical waveguide includes a step of depositing a stripe-shaped dielectric film on the surface of the slab waveguide. Item 44. The method according to Item 44.
領域と、を備え、該強誘電体結晶基板の該分極反転領域
の間に位置する所定の領域は、分極反転の横方向への拡
大を抑制するための処理が施された領域である光波長変
換素子。60. A ferroelectric crystal substrate, and a domain-inverted region formed periodically inside the ferroelectric crystal substrate, and located between the domain-inverted regions of the ferroelectric crystal substrate. The predetermined wavelength region is a light wavelength conversion element which is a region that has been subjected to a treatment for suppressing lateral expansion of polarization inversion.
いる請求項６０に記載の素子。61. The device according to claim 60, wherein the predetermined region has deteriorated ferroelectricity.
施された領域である請求項６１に記載の素子。62. The device according to claim 61, wherein the predetermined region is a region subjected to a proton exchange treatment.
る請求項６０に記載の素子。63. The device according to claim 60, wherein a groove is formed in the predetermined region.
領域と、 該強誘電体結晶基板の表面に形成された絶縁膜と、を備
える光波長変換素子。64. An optical device comprising: a ferroelectric crystal substrate; a domain-inverted region formed periodically inside the ferroelectric crystal substrate; and an insulating film formed on the surface of the ferroelectric crystal substrate. Wavelength conversion element.
領域と、 該強誘電体結晶基板の表面及び裏面のいずれか一方に接
着された光学基板と、を備える光波長変換素子。65. A ferroelectric crystal substrate, a domain-inverted region formed periodically inside the ferroelectric crystal substrate, and an optical element bonded to either the front surface or the back surface of the ferroelectric crystal substrate. An optical wavelength conversion element comprising a substrate.
域と、を備える光波長変換素子。66. An optical wavelength conversion device comprising a crystal substrate, a ferroelectric crystal crystal-grown on the crystal substrate, and periodically domain-inverted regions formed inside the ferroelectric crystal. .
０、６４、６５及び６６のいずれかに記載の素子。67. The optical waveguide according to claim 6, further comprising:
The element according to any one of 0, 64, 65, and 66.
領域と、 該強誘電体結晶基板の表面に形成された光導波路と、を
備える光波長変換素子。68. An optical device comprising: a ferroelectric crystal substrate; a domain-inverted region formed periodically inside the ferroelectric crystal substrate; and an optical waveguide formed on the surface of the ferroelectric crystal substrate. Wavelength conversion element.
である請求項６８に記載の素子。69. The device according to claim 68, wherein the optical waveguide is a ridge-shaped optical waveguide.
板の表面に形成されたスラブ状の光導波路と、該スラブ
状の光導波路の上に形成されたストライプ状の誘電体膜
と、を含んでいる請求項６８に記載の素子。70. The optical waveguide comprises a slab-shaped optical waveguide formed on the surface of the ferroelectric crystal substrate, and a stripe-shaped dielectric film formed on the slab-shaped optical waveguide. 69. The device of claim 68, including.
よって形成されているプロトン交換導波路である請求項
６８に記載の素子。71. The device according to claim 68, wherein the optical waveguide is a proton exchange waveguide formed by a proton exchange treatment.
領域と、 該強誘電体結晶基板の端面に形成された入射面及び出射
面と、を備え、該分極反転領域は該入射面に平行ではな
くある角度を有している光波長変換素子。72. A ferroelectric crystal substrate, domain-inverted regions periodically formed inside the ferroelectric crystal substrate, an incident surface and an emission surface formed on an end face of the ferroelectric crystal substrate, Wherein the domain-inverted region is not parallel to the incident surface but has an angle.
設けられた反射防止膜をさらに備えている請求項７２に
記載の素子。73. The device according to claim 72, further comprising an antireflection film provided on each of the entrance surface and the exit surface.
２に記載の素子。74. The angle is not less than 10 degrees.
The element according to 2.
４に記載の素子。75. The angle is 30 degrees or more.
The element according to item 4.
であって、該出射面に反射膜が設けられている請求項７
２に記載の素子。76. The emission surface is parallel to the domain-inverted region, and a reflection film is provided on the emission surface.
The element according to 2.
（０≦ｘ≦１）及びKTiOPO4からなるグループから選択
された材料からできている請求項６０、６４、６５、６
６、６８及び７２のいずれかに記載の素子。77. The ferroelectric crystal is LiNb (1-x) Ta x O 3
A material selected from the group consisting of (0 ≦ x ≦ 1) and KTiOPO 4 60, 64, 65, 6
73. The device according to any one of 6, 68 and 72.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7217854A JP3059080B2 (en) | 1994-08-31 | 1995-08-25 | Method for manufacturing domain-inverted region, optical wavelength conversion element and short wavelength light source using the same |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6-206748 | 1994-08-31 | ||
| JP20674894 | 1994-08-31 | ||
| JP30741094 | 1994-12-12 | ||
| JP6-307410 | 1994-12-12 | ||
| JP7217854A JP3059080B2 (en) | 1994-08-31 | 1995-08-25 | Method for manufacturing domain-inverted region, optical wavelength conversion element and short wavelength light source using the same |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36815299A Division JP3332363B2 (en) | 1994-08-31 | 1999-12-24 | Method of manufacturing domain-inverted region, optical wavelength conversion element using the same, and method of manufacturing the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08220578A true JPH08220578A (en) | 1996-08-30 |
| JP3059080B2 JP3059080B2 (en) | 2000-07-04 |
Family
ID=27328670
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7217854A Expired - Lifetime JP3059080B2 (en) | 1994-08-31 | 1995-08-25 | Method for manufacturing domain-inverted region, optical wavelength conversion element and short wavelength light source using the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3059080B2 (en) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002365680A (en) * | 2001-06-05 | 2002-12-18 | Ngk Insulators Ltd | Three-dimensional optical waveguide, optical waveguide device, higher harmonic generator and method of manufacturing three-dimensional optical waveguide |
| JP2003057699A (en) * | 2001-08-15 | 2003-02-26 | Ngk Insulators Ltd | Method for forming periodical polarization inversion structure |
| JP2004045666A (en) * | 2002-07-10 | 2004-02-12 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Method for fabricating thin film substrate for wavelength conversion element, thin film substrate therefor, and method for fabricating wavelength conversion element |
| JP2006018243A (en) * | 2004-05-31 | 2006-01-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Method for manufacturing wavelength converting element |
| US7453625B2 (en) | 2003-08-21 | 2008-11-18 | Ngk Insulators, Ltd. | Method of producing domain inversion parts and optical devices |
| US7633672B2 (en) | 2007-03-08 | 2009-12-15 | Ngk Insulators, Ltd. | Wavelength conversion devices |
| JP2010066649A (en) * | 2008-09-12 | 2010-03-25 | Oki Electric Ind Co Ltd | Wavelength conversion element and method of manufacturing the same |
| JP2010529512A (en) * | 2007-06-11 | 2010-08-26 | ユニバーシティ、オブ、サウサンプトン | Improved field polarization of ferroelectric materials |
| WO2011024781A1 (en) * | 2009-08-25 | 2011-03-03 | シチズンファインテックミヨタ株式会社 | Wavelength conversion element and method for manufacturing same |
| US7931831B2 (en) | 2006-11-09 | 2011-04-26 | Ngk Insulators, Ltd. | Optical waveguide substrate manufacturing method |
| JP2011203601A (en) * | 2010-03-26 | 2011-10-13 | Oki Electric Industry Co Ltd | Method of producing wavelength conversion element |
| JP2011242691A (en) * | 2010-05-20 | 2011-12-01 | Fuji Electric Co Ltd | Manufacturing method of optical element having polarization reversal structure, optical element and laser device |
| US8101099B2 (en) | 2006-11-09 | 2012-01-24 | Ngk Insulators, Ltd. | Optical waveguide substrate manufacturing method |
| JP2012078443A (en) * | 2010-09-30 | 2012-04-19 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | Optical device, method for manufacturing optical device, and exposure device |
| JP2014219685A (en) * | 2014-07-01 | 2014-11-20 | 大日本スクリーン製造株式会社 | Optical device, method for manufacturing optical device, and exposure apparatus |
| WO2023042315A1 (en) * | 2021-09-15 | 2023-03-23 | 日本電信電話株式会社 | Wavelength conversion element |
-
1995
- 1995-08-25 JP JP7217854A patent/JP3059080B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002365680A (en) * | 2001-06-05 | 2002-12-18 | Ngk Insulators Ltd | Three-dimensional optical waveguide, optical waveguide device, higher harmonic generator and method of manufacturing three-dimensional optical waveguide |
| JP2003057699A (en) * | 2001-08-15 | 2003-02-26 | Ngk Insulators Ltd | Method for forming periodical polarization inversion structure |
| JP2004045666A (en) * | 2002-07-10 | 2004-02-12 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Method for fabricating thin film substrate for wavelength conversion element, thin film substrate therefor, and method for fabricating wavelength conversion element |
| US7453625B2 (en) | 2003-08-21 | 2008-11-18 | Ngk Insulators, Ltd. | Method of producing domain inversion parts and optical devices |
| JP4639963B2 (en) * | 2004-05-31 | 2011-02-23 | パナソニック株式会社 | Manufacturing method of optical wavelength conversion element |
| JP2006018243A (en) * | 2004-05-31 | 2006-01-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Method for manufacturing wavelength converting element |
| US8101099B2 (en) | 2006-11-09 | 2012-01-24 | Ngk Insulators, Ltd. | Optical waveguide substrate manufacturing method |
| US7931831B2 (en) | 2006-11-09 | 2011-04-26 | Ngk Insulators, Ltd. | Optical waveguide substrate manufacturing method |
| US7633672B2 (en) | 2007-03-08 | 2009-12-15 | Ngk Insulators, Ltd. | Wavelength conversion devices |
| JP2010529512A (en) * | 2007-06-11 | 2010-08-26 | ユニバーシティ、オブ、サウサンプトン | Improved field polarization of ferroelectric materials |
| JP2010066649A (en) * | 2008-09-12 | 2010-03-25 | Oki Electric Ind Co Ltd | Wavelength conversion element and method of manufacturing the same |
| WO2011024781A1 (en) * | 2009-08-25 | 2011-03-03 | シチズンファインテックミヨタ株式会社 | Wavelength conversion element and method for manufacturing same |
| JPWO2011024781A1 (en) * | 2009-08-25 | 2013-01-31 | シチズンファインテックミヨタ株式会社 | Wavelength conversion element and manufacturing method thereof |
| US8817363B2 (en) | 2009-08-25 | 2014-08-26 | Citizen Holdings Co., Ltd. | Wavelength conversion device and method of fabricating the same |
| JP2011203601A (en) * | 2010-03-26 | 2011-10-13 | Oki Electric Industry Co Ltd | Method of producing wavelength conversion element |
| JP2011242691A (en) * | 2010-05-20 | 2011-12-01 | Fuji Electric Co Ltd | Manufacturing method of optical element having polarization reversal structure, optical element and laser device |
| JP2012078443A (en) * | 2010-09-30 | 2012-04-19 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | Optical device, method for manufacturing optical device, and exposure device |
| US8784675B2 (en) | 2010-09-30 | 2014-07-22 | Dainippon Screen Mfg. Co. Ltd. | Optical device, a method of manufacturing optical device, and exposure apparatus |
| JP2014219685A (en) * | 2014-07-01 | 2014-11-20 | 大日本スクリーン製造株式会社 | Optical device, method for manufacturing optical device, and exposure apparatus |
| WO2023042315A1 (en) * | 2021-09-15 | 2023-03-23 | 日本電信電話株式会社 | Wavelength conversion element |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3059080B2 (en) | 2000-07-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5652674A (en) | Method for manufacturing domain-inverted region, optical wavelength conversion device utilizing such domain-inverted region and method for fabricating such device | |
| Mizuuchi et al. | Generation of ultraviolet light by frequency doubling of a red laser diode in a first-order periodically poled bulk LiTaO 3 | |
| Mizuuchi et al. | Harmonic blue light generation in bulk periodically poled LiTaO3 | |
| EP0532969B1 (en) | Process for fabricating an optical device for generating a second harmonic optical beam | |
| JP3059080B2 (en) | Method for manufacturing domain-inverted region, optical wavelength conversion element and short wavelength light source using the same | |
| US5522973A (en) | Fabrication of ferroelectric domain reversals | |
| JP3529144B2 (en) | Method of forming domain inversion structure of ferroelectric | |
| US20120152892A1 (en) | Method for manufacturing optical element | |
| JP3332363B2 (en) | Method of manufacturing domain-inverted region, optical wavelength conversion element using the same, and method of manufacturing the same | |
| US6926770B2 (en) | Method of fabricating two-dimensional ferroelectric nonlinear crystals with periodically inverted domains | |
| JP2001066652A (en) | Method for formation of polarization inverted structure and production of wavelength converting device using the same | |
| Risk et al. | Periodic electric field poling of KTiOPO4 using chemical patterning | |
| JP4119508B2 (en) | Optical wavelength conversion element and manufacturing method thereof, light generation apparatus and optical pickup using the element, and manufacturing method of polarization inversion unit | |
| JP4081398B2 (en) | Optical wavelength conversion element | |
| WO2003003111A1 (en) | Electric field poling of ferroelectric materials | |
| JP3303346B2 (en) | Method for controlling polarization of lithium niobate and lithium tantalate, method for manufacturing optical waveguide device using the same, and optical waveguide device | |
| JP3398144B2 (en) | Method for manufacturing domain-inverted region | |
| JP3429502B2 (en) | Method for manufacturing domain-inverted region | |
| JPH06186603A (en) | Formation of polarization inversion layer | |
| Pliska et al. | Linear and nonlinear optical properties of KNbO 3 ridge waveguides | |
| JPH0713008A (en) | Diffraction grating and its production and wavelength conversion element | |
| JPH10161167A (en) | Optical device | |
| JPH06186604A (en) | Formation of domain inversion structure of ferroelectric substance | |
| JP2003215379A (en) | Method for producing optical waveguide element | |
| JPH06342111A (en) | Production of polarization inversion layer and wavelength conversion element |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20000330 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080421 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090421 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100421 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110421 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120421 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120421 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130421 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130421 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140421 Year of fee payment: 14 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |