JPH05210132A - ニオブ酸リチウム及びタンタル酸リチウムの分極制御方法とこれによる光導波路デバイスの製造方法及び光導波路デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ニオブ酸リチウムＬＮ又はタンタル酸リチウ
ムＬＴ基板の表面汚染、屈折率変化等を回避して、制御
性よく分極反転構造を得ることができるようにする。 【構成】 単分域化されたＬＮ又はＬＴより成る基板10
に、所定の分極反転構造30を形成するＬＮ又はＬＴの分
極制御方法において、この基板10の矢印ｄで示す分極方
向に第１及び第２の電極１及び２を配置して、少なくと
も第１の電極１は最終的に得る分極反転構造30のパター
ンに対応するパターンに形成し、第１及び第２の電極１
及び２間の距離ＴをＬＮで200 μｍ以下、ＬＴで700 μ
ｍ以下とし、これら各電極１及び２間に、基板10の自発
分極の負側を負電位、正側を正電位となるように電圧を
印加して分極反転構造30を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば光第２高調波発
生素子（以下ＳＨＧ素子という）等の光デバイスの形成
に適用して好適なニオブ酸リチウム及びタンタル酸リチ
ウムの分極制御方法とこれによる光導波路デバイスの製
造方法及び光導波路デバイスに係わる。

【０００２】

【従来の技術】近年特にＳＨＧ素子等の光デバイス装置
において、その表面に周期的な分極反転構造いわゆるド
メイン反転構造を形成して光出力等の特性の向上をはか
ることが提案されている。

【０００３】例えばＳＨＧ素子は、周波数ωの光を導入
すると、２ωの周波数の第２高調波の光を発生するもの
で、このＳＨＧ素子によって単一波長光の波長範囲の拡
大化がはかられ、これに伴いレーザの利用範囲の拡大化
と各技術分野でのレーザ光利用の最適化をはかることが
できる。例えばレーザ光の短波長化によってレーザ光を
用いた光記録再生、光磁気記録再生等において、その記
録密度の向上をはかることができる。

【０００４】このようなＳＨＧ素子としては、例えばＫ
ＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄ ）を用いたいわゆるバルク型のＳ
ＨＧ素子や、より大なる非線形光学定数を利用して位相
整合を行う導波路型のＳＨＧ素子、例えばニオブ酸リチ
ウムＬｉＮｂＯ₃ （ＬＮ）等の非線形光学材料より成る
単結晶基板の上に線形導波路を形成して、これに近赤外
光の基本波を入力して第２高調波の例えば緑、青色光を
放射モードとして基板側からとりだすチェレンコフ放射
型のＳＨＧ素子等がある。

【０００５】しかしながらバルク型ＳＨＧ素子はその特
性上ＳＨＧ変換効率が比較的低く、また廉価で高品質が
得られる上述のＬＮやタンタル酸リチウムＬｉＴａＯ₃
（ＬＴ）を用いることができない。またチェレンコフ放
射型ＳＨＧ素子は、ＳＨＧビームの放射方向が基板内方
向であり、ビームスポット形状も例えば三日月状スポッ
トという特異な形状をなし、実際の使用においての問題
点が存在する。

【０００６】変換効率の高いデバイス実現のためには、
基本波と第２高調波の位相伝播速度を等しくしなくては
ならない。これを疑似的に行う方法として非線形光学定
数の＋−を周期的に配列する方法が提案されている（J.
A.Armstrong,N.Bloembergen,他、Phys.Rev.,127,1918(1
962)) 。これを実現する方法として結晶（例えば結晶
軸）の方向を周期的に反転させる方法がある。具体的な
方法としては、例えば結晶を薄く切断して貼り合せる方
法（岡田、滝沢、家入、ＮＨＫ技術研究、29(1)、24(19
77)）や、また結晶引き上げ時に例えば印加する電流の
極性を制御して周期的な分域（ドメイン）を形成して周
期分極反転構造を形成する方法（D.Feng,N.B.Ming,J.F.
Hong,et al、 Appl.Phys.Lett.37,607(1980)、 K.Nassau,
H.J.Levin-stein,G.H.Loiacano Appl.Phys.Lett.6,228
(1965)、 A.Feisst,P.Koidl Appl.Phys.Lett.47,1125(19
85) ）がある。これらの方法は結晶材料の全体に渡って
周期構造を形成することを目的としている。しかしなが
ら上述した方法による場合は大規模な装置が必要となる
のみならず、分極反転形成の制御が難しいという問題点
がある。

【０００７】これに対して結晶材料の表面近傍に上述の
周期分極反転構造を形成する方法として、例えばプロト
ンとＬｉを交換し温度をキュリー温度近くまで上げる方
法（Kiminori Mizuuchi, Kazuhisa Yamamoto and Tetsu
o Taniuchi, Appl.Phys.Lett.,59,1538(1991) ）が提案
されている。

【０００８】このプロトン交換法により分極反転を形成
する場合は、例えば図１３にその一製造工程の略線的拡
大断面図を示すように、全面的にｃ軸方向に即ち図１３
において矢印ｄで示す分極方向に単分域化された例えば
ＬＴより成る基板１０の、＋ｃ面上にＴａマスク層２１
を所要の例えば平行帯状パターンに例えばピッチＰを
３．６μｍ、幅Ｗを１．８μｍとして被着形成する。

【０００９】そしてこのような状態で容器８中に配置
し、２６０℃のリン酸１９の中で５０分間浸し、ＬＴ基
板のＬｉイオンとプロトンを矢印Ｈ⁺ ，Ｌｉ⁺ で示すよ
うに交換して交換層を形成する。その後、例えば５００
℃程度の加熱を行って、図１４に示すように分極反転領
域３を周期的に形成することができる。しかしながらこ
の場合、分極反転領域３の屈折率が変化したり、また分
極反転領域３のピッチに対してその深さＤが小であり、
かつその分極反転領域は断面三角形状となって形状の制
御性に劣る（F.Laurell et al,Integrated Photonics R
esearch,Tu12,1989)等の恐れがある。また、プロトン交
換時のＴａマスク層２１等の金属が基板表面に酸化被着
し基板表面を汚染する恐れもある。

【００１０】即ち、上述した位相整合を確実に行うため
には、分極反転領域３の深さＤを大とすることが望まし
く、かつその断面形状は基板１０の深さ方向に延長する
ストライプ状に、分極反転領域３と分極反転が生じない
領域とが交互に形成されることが望ましいが、上述のプ
ロトン交換法によってＳＨＧ素子を形成した場合、その
分極反転領域３の形状の制御性に劣るため、入力光の漏
波や第２高調波光の漏波、更に入力光と第２高調波光と
の結合効率の低下を招来する等して、いわゆる光変換効
率の低下を招く恐れがある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、上述したような非線形光学材料の特にＬＮ
及びＬＴの表面汚染、屈折率変化等を回避して、制御性
よく分極反転構造を得ることができるようにし、特性の
良好な光導波路デバイスを得るようにするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による分極制御方
法の一例の一製造工程の略線的拡大断面図を図１に示
す。本発明は図１に示すように、単分域化されたニオブ
酸リチウム（ＬＮ）より成る基板１０に、所定の分極反
転構造３０を形成するニオブ酸リチウムの分極制御方法
において、この基板１０の分極方向に第１及び第２の電
極１及び２を配置して、少なくとも第１の電極１は最終
的に得る分極反転構造３０のパターンに対応するパター
ンに形成し、第１及び第２の電極１、２間の距離Ｔを２
００μｍ以下として、これら第１及び第２の電極１、２
間に基板１０の自発分極の負側を負電位、正側を正電位
となるように電圧を印加して分極反転構造３０を形成す
る。

【００１３】また本発明の他の一の分極制御方法は、そ
の一例の一製造工程を図２に示すように、面内方向に単
分域化されたニオブ酸リチウムより成る基板１０に、所
定の分極反転構造３０を形成するニオブ酸リチウムの分
極制御方法において、この基板１０の一主面上の分極方
向に第１及び第２の電極１及び２を配置して、少なくと
も第１の電極１は最終的に得る分極反転構造３０のパタ
ーンに対応するパターンにその第１及び第２の電極１、
２間の距離を７μｍ〜２００μｍとして形成し、１５０
℃以上の温度下において、これら第１及び第２の電流
１、２間に、基板１０の自発分極の負側が負電位、正側
が正電位となるように電圧を印加して分極反転構造３０
を形成する。

【００１４】また本発明は、上述の各分極制御方法にお
いて、第１及び第２の電極１、２間に印加する電圧を１
５ｋＶ／ｍｍ以上とする。

【００１５】更にまた本発明は、上述の各分極制御方法
において、その第１及び第２の電極１、２間に印加する
電圧を少なくとも２以上のパルスより成るパルス電圧と
する。

【００１６】また本発明は、上述の各分極制御方法にお
いて、基板１０全体を絶縁液に浸漬した状態で第１及び
第２の電極１、２間に電圧を印加する。

【００１７】更にまた本発明光導波路デバイスの製造方
法は、上述の各ニオブ酸リチウムの分極制御方法により
分極反転構造を形成する。

【００１８】また本発明光導波路デバイスはその一例の
略線的拡大斜視図を図３に示すように、矢印ｃで示すｃ
軸方向に単分域化されたニオブ酸リチウムより成る基板
１０に光導波路１１を形成して、この光導波路１１によ
る光導波方向に関して周期的に分極反転構造３０を形成
し、この分極反転構造３０のｃ軸方向の厚さを２００μ
ｍ以下として構成する。

【００１９】また本発明の他の一の分極制御方法は、そ
の一例の略線的拡大断面図を図１に示すように、単分域
化されたタンタル酸リチウム（ＬＴ）より成る基板１０
に、所定の分極反転構造３０を形成するタンタル酸リチ
ウムの分極制御方法において、この基板１０の分極方向
に第１及び第２の電極１及び２を配置して、少なくとも
第１の電極１は最終的に得る分極反転構造３０のパター
ンに対応するパターンに形成し、第１及び第２の電極
１、２間の距離Ｔを７００μｍ以下として、これら第１
及び第２の電極１、２間に基板１０の自発分極の負側を
負電位、正側を正電位となるように電圧を印加して分極
反転構造３０を形成する。

【００２０】また本発明の他の一の分極制御方法は、そ
の一例の一製造工程を図２に示すように、面内方向に単
分域化されたタンタル酸リチウムより成る基板１０に、
所定の分極反転構造３０を形成するタンタル酸リチウム
の分極制御方法において、この基板１０の一主面上の分
極方向に第１及び第２の電極１及び２を配置して、少な
くとも第１の電極１は最終的に得る分極反転構造３０の
パターンに対応するパターンにその第１及び第２の電極
１、２間の距離を７００μｍ以下として形成し、１５０
℃以上の温度下において、これら第１及び第２の電極
１、２間に、基板１０の自発分極の負側が負電位、正側
が正電位となるように電圧を印加して分極反転構造３０
を形成する。

【００２１】また本発明は、上述の各タンタル酸リチウ
ムの分極制御方法において、第１及び第２の電極１、２
間に印加する電圧を１５ｋＶ／ｍｍ以上とする。

【００２２】更にまた本発明は、上述の各タンタル酸リ
チウムの分極制御方法において、その第１及び第２の電
極１、２間に印加する電圧を少なくとも２以上のパルス
より成るパルス電圧とする。

【００２３】また本発明は、上述の各タンタル酸リチウ
ムの分極制御方法において、基板１０全体を絶縁液に浸
漬した状態で第１及び第２の電極１、２間に電圧を印加
する。

【００２４】更にまた本発明光導波路デバイスの製造方
法は、上述の各タンタル酸リチウムの分極制御方法によ
り分極反転構造を形成する。

【００２５】また本発明光導波路デバイスはその一例の
略線的拡大斜視図を図３に示すように、矢印ｃで示すｃ
軸方向に単分域化されたタンタル酸リチウムより成る基
板１０に光導波路１１を形成して、この光導波路１１に
よる光導波方向に関して周期的に分極反転構造３０を形
成し、この分極反転構造３０のｃ軸方向の厚さを７００
μｍ以下として構成する。

【００２６】

【作用】上述の、本発明分極制御方法によれば、分極反
転領域の形状を制御性よくまた結晶劣化を生じることな
く形成することができた。

【００２７】これは次に述べる理由に因るものと思われ
る。即ち一般的にはＬＮ単結晶やＬＴ単結晶のような、
高電圧を印加すると結晶が破壊される強誘電体材料（fr
ozenferroelectrics ）においては、結晶破壊が生じな
い程度の電圧を印加しても分極反転が生じないとされて
おり、従来は結晶破壊を生じさせない程度の比較的低い
電圧の印加によって分極反転を生じさせていた。即ち抗
電界を下げるために、６００℃程度の高温下において、
比較的ｃ軸方向の厚さが１ｍｍ程度以上と厚い基板に対
して比較的低い電界、即ち例えば数Ｖ／ｍｍ〜数百Ｖ／
ｍｍ程度の電界を印加して分極反転を形成していた。

【００２８】しかしながら、上述したような結晶破壊
は、ｃ軸方向に関する基板の厚さ、即ち電極間の距離に
起因することが本発明者等の鋭意考察研究の結果究明さ
れた。図４及び図５にそれぞれニオブ酸リチウムＬＮ及
びタンタル酸リチウムＬＴ単結晶基板の分極反転電界及
び結晶破壊電界の基板厚依存性を示す。この場合、試料
１として山寿セラミックス社製のＬＮ単結晶、試料２と
してクリスタルテクノロジー社製のＬＮ単結晶、試料３
として三井金属社製のＬＮ単結晶、更に試料４として山
寿セラミック社製のＬＴ単結晶を用い、基板厚を変え
て、分極反転が形成され始める電界（分極反転電界）及
び結晶破壊が生じ始める電界（結晶破壊電界）を測定し
た。図において、△、○、□及び▽はそれぞれ試料１〜
４の反転電界、▲、●、■及び▼はそれぞれ試料１〜４
の破壊電界を示す。

【００２９】図４及び図５からわかるように、反転電界
は、ほとんど一定で１５〜２０ｋＶ／ｍｍ程度である。
一方、破壊電界は基板厚の増加とともに低下し、基板厚
がＬＮの場合は２００μｍ、ＬＴの場合は７００μｍ程
度以上となるときは反転電界を下回ってしまう。従っ
て、基板厚がＬＮの場合は２００μｍ、ＬＴの場合は７
００μｍを越えるときは分極反転が生じる前に結晶が破
壊されてしまい、分極反転操作を行うことができなくな
ってしまうものと思われる。

【００３０】これに対し、ＬＮにおいて基板の厚さが２
００μｍ以下、ＬＴにおいて７００μｍ以下の場合は、
反転電界以上破壊電界以下の領域（図４及び図５におい
て斜線を付した領域Ａ，Ｂで示す）が存在するため、こ
のように比較的薄い厚さの基板を用いる場合は、適切な
電界を印加することによって、結晶破壊を生じることな
く、良好に分極反転構造を得ることができるものと思わ
れる。しかもこの場合は各電極１及び２の間にわたって
分極反転が生じるため、その形状は幅及びピッチに比し
て深さが大とされ、望ましい形状の分極反転構造３０を
得ることができる。

【００３１】一方、面内方向に単分域化されたニオブ酸
リチウムＬＮ又はタンタル酸リチウムＬＴより成る基板
１０を用いる場合においては、この基板１０の一主面上
の分極方向に第１及び第２の電極１及び２を、少なくと
も第１の電極１は最終的に得る分極反転構造３０のパタ
ーンに対応するパターンとして形成し、特にその第１及
び第２の電極１、２間の距離を、ＬＮにおいては２００
μｍ以下、ＬＴにおいては７００μｍ以下として形成す
ることによって、同様に制御性良く分極反転構造を形成
することができた。この場合、特にその電圧印加の際の
温度を１５０℃以上とすることによって精度良く分極反
転構造３０を形成することができた。

【００３２】また基板厚が１００μｍのＬＮ、ＬＴの各
基板材料に対し、その主面と裏面に電極を形成して電極
間距離を１００μｍとし、１．５ｋＶの直流電圧を４０
分間印加したところ、結晶破壊を生じることなく分極反
転構造を形成することができた。従って上述の図４及び
図５においては反転電界にばらつきがあるが、印加電界
を１５ｋＶ／ｍｍ以上とすることによって、分極反転構
造を確実に得ることができることがわかる。

【００３３】また更に印加電圧として２以上のパルス電
圧を印加することによって、同様に結晶破壊を生じるこ
となく分極反転構造を形成することができた。

【００３４】またこれら基板を絶縁液に浸漬した状態で
電圧を印加することによって、高電圧を印加する場合に
おいても基板表面に被着した電極間の放電を抑制するこ
とができ、精度良く分極反転構造を形成することができ
た。

【００３５】このような各分極制御方法によれば、電極
間の距離をＬＮにおいては２００μｍ以下、ＬＴにおい
ては７００μｍ以下として１５ｋＶ／ｍｍ以上の電界を
印加することによって確実に結晶破壊を回避できて、従
って抗電界を下げるために５００℃〜１２００℃程度に
加熱する必要がなく、室温で分極反転を形成することが
できることとなる。このため、加熱しながら電極を被着
或いは接触させることによる結晶の汚染や、プロトン交
換による屈折率の変動をもたらす等の不都合を回避し
て、特性の変動を回避することができる。

【００３６】そしてこのような分極制御方法により形成
された光導波路デバイスは、図３に示すように、その光
導波路１１が設けられる分極反転構造３０のｃ軸方向の
厚さがＬＮにおいては２００μｍ以下、ＬＴにおいては
７００μｍ以下となるものであり、このような構成とす
ることによって、上述したように特性の変動を招くこと
なく周期的な分極反転構造を形成することができて、確
実に疑似位相整合がなされてＳＨＧ変換効率の良好なＳ
ＨＧ素子を得ることができる。

【００３７】

【実施例】以下本発明分極制御方法の各例を詳細に説明
する。各例共に、ＬＮ単結晶又はＬＴ単結晶より成る基
板１０上に周期的な分極反転構造を形成すると共に、こ
の部分において光導波路を形成して、高効率のＳＨＧ素
子の光導波路デバイスを得る場合を示す。また各例共
に、基板１０の単分域化は、例えばそのキュリー温度直
下の例えば６００℃程度まで昇温して一定の方向に外部
直流電圧を全面的に印加することによって全面的にｃ軸
方向に揃えて行った。

【００３８】尚、以下の各実施例において、自発分極の
方向を矢印ｄで示し、分極反転領域の分極方向を矢印ｈ
で示す。先ず以下の実施例１〜８においては、ニオブ酸
リチウム基板上に分極反転構造を形成する場合について
説明する。

【００３９】実施例１ 図１の略線的拡大斜視図を参照して説明する。この場合
基板１０が厚さ方向に全面的に単分域化されて成る場合
で、その分極の正側の主面１Ｓ上にＡｌ、Ａｕ等より成
る第１の電極１が例えば櫛歯状パターンにパターニング
され、分極の負側の裏面１Ｒ上には全面的に第２の電極
２が被着されて成る。

【００４０】そしてこの例では、基板１０全体を、容器
８中のフロリナート（住友３Ｍ社製、商品名）等のフロ
ン系耐高電圧液やシリコンオイルなどの絶縁液９に浸漬
した状態で分極の正側即ち第１の電極１側を正電位、分
極の負側即ち第２の電極２側を負電位として電圧を印加
し、第１の電極１の櫛歯パターンに対応するパターンの
分極反転構造を形成した。このとき基板１０に印加され
る電界は図４において説明した領域Ａの範囲内、即ち反
転電界以上の１５ｋＶ程度以上で、破壊電界未満の電界
に選定することが望ましい。５は電源を示す。

【００４１】この場合、基板１０の厚さを９８μｍ、電
圧を２．１ｋＶとして１ｍｓ印加することにより、２．
３μｍ程度の微細な周期の分極反転構造３０を得ること
ができ、更に、各電極１及び２の櫛歯部にわたって即ち
基板１０の全厚さにわたって分極反転領域が形成され、
そのピッチＰに対して深さを大とすることができた。ま
たこのように絶縁液９中において電圧を印加することに
よって、電極１及び２間の放電を確実に回避することが
できて、結晶破壊を生じることなく制御性よく分極反転
構造を得ることができた。

【００４２】そしてこのような基板１０に対し、図３に
示すように、主面１Ｓ上に光導波路１１を形成して光導
波路デバイスを作成した。この光導波路１１は、例えば
プロトン交換法により、即ち例えばＴａ等より成るマス
クを導波路１１を形成する部分以外にフォトリソグラフ
ィ等の適用によりパターニング形成し、これをマスクと
して２０分程度２００℃に加熱したりん酸に浸漬して形
成することができる。そしてこのマスクを除去した後光
導波路の端面１２を光学研磨して光導波路デバイス即ち
ＳＨＧ素子を得ることができる。

【００４３】この場合、屈折率変化等の特性の変動がな
く、且つそのピッチに対して深さが大とされた周期的な
分極反転構造３０が得られることから、確実に疑似位相
整合がなされて、高い光変換効率を有するＳＨＧ素子を
得ることができる。

【００４４】実施例２ 図４の略線的拡大斜視図を参照して説明する。図６にお
いて、図１に対応する部分には同一符号を付して示す。
この場合においても基板１０が厚さ方向に全面的に単分
域化されて成ると共に、この厚さが２００μｍ以下とさ
れて、その分極の正側の主面１Ｓ上にＡｌ等より成る第
１の電極１が櫛歯状パターンにパターニングされ、この
場合分極の負側の裏面１Ｒ上にも同様にＡｌ等より成る
櫛歯状パターンの第２の電極２が、その櫛歯部が主面１
Ｓ上と裏面１上とで相対向して基板１０を挟み込むよう
に被着形成されて成る。そして上述の実施例１と同様
に、分極の正側即ち第１の電極１側を正電位、分極の負
側即ち第２の電極２側を負電位として電圧を印加し、第
１の電極１の櫛歯パターンに対応するパターンの分極反
転構造３０を形成した。この場合においても、電界の大
きさを実施例１と同様に選定して、結晶破壊を生じるこ
となく、且つ各電極１及び２の櫛歯部にわたって即ち基
板１０の全厚さにわたって分極反転構造３０が形成さ
れ、そのピッチに対して深さを大とすることができた。

【００４５】またこの場合においても、上述の実施例１
と同様に、主面１Ｓ上にプロトン交換法等により光導波
路を形成して光導波路デバイスを作成することができ、
高光変換効率のＳＨＧ素子を得ることができる。

【００４６】実施例３ 図７の略線的拡大斜視図を参照して説明する。図７にお
いて、図６に対応する部分には同一符号を付して重複説
明を省略する。この場合は基板１０の裏面１Ｒ上に全面
的に第２の電極２を被着形成した例で、この例において
も、上述の実施例５と同様に、第１の電極１のパターン
に対応するパターンの分極反転構造３０を得ることがで
き、更にそのピッチに対して深さを大とすることができ
た。

【００４７】またこの場合においても、上述の実施例１
と同様に、主面１Ｓ上にプロトン交換法等により光導波
路を形成して光導波路デバイスを作成することができ、
高光変換効率のＳＨＧ素子を得ることができる。

【００４８】実施例４ 図２を参照して説明する。図２において、図１に対応す
る部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この
例では、基板１０に凸部即ちリッジ６が形成されて成
る。このリッジ６の長手方向は基板１０の矢印ｄで示す
自発分極方向に直交するように選定され、その長手方向
の側壁面が、分極の正側より成る側面１Ａと、負側より
成る側面１Ｂとにより構成される。この側面１Ａ及び１
Ｂ上と、これらに隣接する上側面１Ｅ上にわたって後述
する製造工程によってＡｌ等より成る第１の電極１及び
第２の電極２が櫛歯状パターンとして形成される。この
とき、櫛歯部は両上側面１Ｅ上から両側面１Ａ及び１Ｂ
にわたって形成されるようになし、更に両側面１Ａ及び
１Ｂ上の櫛歯先端部が主面１Ｓの両端に対向して配置さ
れるようになす。そしてこのリッジ６の幅方向の厚さＴ
は２００μｍ以下に選定され、第１及び第２の電極１及
び２間の間隔が２００μｍ以下となるように選定され
る。

【００４９】このような構成において、第１の電極１側
が正電位、第２の電極２側が負電位となるように電圧を
印加して、リッジ６に分極反転領域３を形成し、各櫛歯
先端部のパターンに対応するパターンの分極反転構造３
０を得ることができた。

【００５０】上述したように基板１０にリッジ６を形成
し、更にその長手方向の側面１Ａ及び１Ｂに所要のパタ
ーンの電極１及び２を作成する方法の一例を図８Ａ〜Ｄ
に示す。図８Ａに示すように、基板１０の分極反転を形
成すべき主面１Ｓ上にレジスト３１を全面的に塗布、ベ
ークした後、Ｎｉ，Ｃｒ等より成るマスク層３２を蒸
着、スパッタリング等によって被着し、更にこの上にレ
ジスト３３を塗布、ベークした後リッジ６を形成すべき
所要の部分にレジスト３３が残るように、即ちこの場合
矢印ｄで示す分極方向に所要の幅Ｔを有し、図８の紙面
に対して直交する方向を長手方向とするパターンにフォ
トリソグラフィ等の適用によって露光現像してパターニ
ングする。

【００５１】そして図８Ｂに示すように、ＲＩＥ（反応
性イオンエッチング）等の異方性エッチングによりレジ
スト３３をマスクとして、マスク層３２とレジスト３１
をパターニングする。

【００５２】続いて図８Ｃに示すように、ＲＩＥ等の異
方性エッチングによってマスク層３２をマスクとして基
板１０を主面１Ｓ上からエッチングして、側面１Ａ及び
１Ｂと、これに隣接する上側面１Ｅとを露出させ、リッ
ジ７を構成する。このときこの基板１０に対するエッチ
ングの深さを制御してリッジ６の高さを２μｍ程度とな
す。

【００５３】そして更に図８Ｄに示すように、Ａｌ，Ａ
ｕ，Ｐｔ，Ｋ，Ｌｉ等の例えばＡｌより成る金属層３４
をリッジ６上を覆って全面的に蒸着、スパッタリング等
によって被着形成する。

【００５４】次にＲＩＥ等の異方性エッチングによって
上述の図２に示す櫛歯状パターンにこの金属層３４をパ
ターニングした後、アセトン等の溶剤に浸してレジスト
２１を除去することにより、図８Ｅに示すように、リッ
ジ６上の金属層３４のみをリフトオフして、側面１Ａ及
び１Ｂからそれぞれ上側面１Ｅに隣接する櫛歯状の第１
の電極１及び第２の電極２を形成することができる。

【００５５】この場合、上述した分極反転形成のための
電圧印加工程の前或いは後に、プロトン交換法等によっ
てリッジ６に導波路を形成し、第１の電極１及び第２の
電極２を除去してＳＨＧ素子を得ることができる。

【００５６】このように、基板１０にリッジ６を形成し
て、その側面１Ａ及び１Ｂに電極を被着して電圧印加を
施す場合は、自発分極に対して平行ではない電界成分、
即ち分極反転に直接影響のない電界成分を大幅に減少さ
せることができる。ＬＮ結晶等の基板１０は、この自発
分極の生じる方向に平行でない電界成分が材料に与える
応力が大であるため、このような電界成分を減少させる
ことによって、基板１０の結晶破壊を更に確実に回避す
ることができる。

【００５７】またこのような構成によって分極反転を形
成する場合、各分極反転領域３をリッジ６の全厚さにわ
たって形成することができる。従って導波路の深さを適
切に選定することによって、この導波路の全厚さ或いは
それ以上の深さにわたって、かつ結晶破壊を殆ど生じる
ことなく分極反転構造３０を形成することができて、こ
れをＳＨＧ素子として用いる場合はＳＨＧ効率等の光変
換効率を高めることができる。

【００５８】実施例５ 図９の略線的拡大斜視図を参照して説明する。図９にお
いて、図２に対応する部分には同一符号を付して重複説
明を省略する。この場合においても、図２において説明
した実施例４における基板１０全体を、図１において説
明した実施例１と同様に、容器８中の絶縁液９に浸漬し
た状態で電圧印加を行うものである。この場合において
も、リッジ６上の幅即ち第１の電極１及び第２の電極２
間の間隔Ｔを７μｍ以上２００μｍ以下に選定して構成
し、また上述の各例と同様に、図４において領域Ａの範
囲内の電界に選定して電圧印加を行った。この場合も第
１の電極１及び第２の電極２の櫛歯先端部間に、この櫛
歯パターンに対応するパターンの分極反転構造３０が形
成されて、この上に光導波路（図示せず）を形成するこ
とによって、高光変換効率のＳＨＧ素子を得ることがで
きた。またこのように絶縁液９中において電界印加を行
うことによって、上述の実施例１と同様に電極１及び２
間の放電を確実に回避することができた。

【００５９】実施例６ 図１０の略線的拡大斜視図を参照して説明する。この場
合は矢印ｄで示す面内方向に単分域化されたニオブ酸リ
チウムより成る基板１０を用いた例で、主面１Ｓ上の分
極の負側にフォトリソグラフィ等の適用によってＡｌ等
より成る櫛歯状パターンの第１の電極１が被着形成さ
れ、一方分極の正側の側面１Ｂ上には全面的にＡｌ等よ
り成る第２の電極２が蒸着、スパッタリング等により被
着形成されて成る。５は電源である。この場合において
も、基板１０全体を、容器８中のフロリナート（住友３
Ｍ社製、商品名）等のフロン系耐高電圧液、又はシリコ
ンオイルなどの絶縁液９に浸漬した状態で電圧印加を行
うものである。このとき、第１の電極１のピッチＰは２
μｍ、幅Ｗは１μｍ、主面１Ｓ上の各電極１及び２の先
端部間の距離Ｌは１００μｍ、ニオブ酸リチウム１０の
厚さＴは１ｍｍであり、このような構成において、第１
の電極１側が負電位、第２の電極２側が正電位となるよ
うに、電圧を２．６ｋＶとし、１００μｓの幅のパルス
電圧を２回以上の例えば５回印加して、結晶破壊等をほ
とんど生じることなく第１の電極１の櫛歯パターンに対
応するパターンの分極反転構造３０を得ることができ
る。

【００６０】実施例７ 図１１の略線的拡大斜視図を参照して説明する。図１１
において、図１０に対応する部分には同一符号を付して
重複説明を省略する。この場合はニオブ酸リチウムより
成る基板１０の分極の正側の側面１Ａに櫛歯状パターン
の第１の電極を、更に分極の負側の主面１Ｓ上に櫛歯状
パターンの第２の電極２をそれぞれ蒸着、スパッタリン
グ等により被着した後フォトリソグラフィ等の適用によ
って形成した例で、これら各電極１及び２の櫛歯先端部
が、主面１Ｓ上と側面１Ａとにわたって相対向するよう
にパターニングされるようになす。この場合において
も、基板１０全体を、容器８中の絶縁液９に浸漬した状
態で電圧印加を行うものである。このような構成におい
て、第１の電極１側が正電位、第２の電極２側が負電位
となるように電圧を印加して、第１の電極１及び第２の
電極２の櫛歯パターンに対応するパターンの分極反転構
造３０を形成した。この場合においても、櫛歯先端部の
幅及びピッチ、電圧の大きさを実施例６と同様に選定し
て、結晶破壊等をほとんど生じることなく分極反転構造
３０を得ることができた。

【００６１】実施例８ 図１２の略線的拡大斜視図を参照して説明する。この場
合は、矢印ｄで示す方向に単分域化されたニオブ酸リチ
ウムより成る基板１０を用いた例で、その一主面１Ｓ上
の分極方向に第１の電極１及び第２の電極２を配置す
る。この場合Ａｌ等より成る第１の電極１及び第２の電
極２は共に例えば蒸着、スパッタリング等により被着形
成した後、フォトリソグラフィ等の適用によって櫛歯状
にパターニングされて形成され、その櫛歯先端部の幅Ｗ
が例えば１μｍ、ピッチＰが例えば２μｍ、各電極１及
び２の櫛歯先端部間の距離Ｌは１００μｍ、基板１０の
厚さＴは１ｍｍ程度とされ、かつ各電極１及び２の櫛歯
先端部が対向するように配置されて成る。

【００６２】この場合においても、基板１０全体を、容
器８中の絶縁液９に浸漬した状態で電圧印加を行うもの
である。このような構成において、１５０℃以上の温度
下において、第１の電極１及び第２の電極２間に、基板
１０の自発分極の負側の第１の電極１が負電位、正側の
第２の電極２が正電位となるように、電圧を２．６ｋＶ
として、１００μｓの幅のパルス電圧を２回以上の例え
ば５回印加して、第１の電極１の櫛歯先端部から延長す
る分極反転領域３を形成し、第１の電極１の櫛歯先端部
のパターンに対応するパターンの周期的な分極反転構造
３０を、結晶破壊等をほとんど生じることなく形成する
ことができた。また、電極１及び２間の放電を確実に回
避することができた。

【００６３】尚、上述の各例においてはニオブ酸リチウ
ムＬＮ基板に分極反転構造を形成して光導波路デバイス
を得ようとするものであるが、この場合、その電極間の
距離を７μｍ以上とすることによって、より確実に導波
光の光源である半導体レーザとのカップリング効率を良
好にすることができた。即ち、図３に示すように、光導
波路１１の幅Ｗｇは３μｍ程度とされるが、光源である
半導体レーザのニアーフィールドパターンの直径は６μ
ｍ程度以上であり、導波路端面１２においてその幅を拡
げることにより、カップリング効率の向上をはかること
ができる。この場合、電極間距離を７μｍ以上程度とし
ておくことによって、確実に導波路端面１２の近傍にお
いても分極反転構造３０が形成されることとなって、変
換効率を損ねることなくこのようなカップリング効率の
向上をはかることが可能となる。

【００６４】またこの場合、電極間距離を大として、分
極反転構造を形成する領域をより幅広とすることによっ
て、導波路形成にあたってそのパターニングの位置合わ
せ裕度を大とすることができて作製が容易となり、また
複数の導波路の形成が可能となる。

【００６５】更に分極反転周期をÅ単位で精度良く形成
することが難しいが、例えは一方の電極の先端部が他方
の電極の先端部に対し斜めになるようにパターニング
し、電極間距離を小から大へ徐々に変えることによっ
て、導波方向に関しては各分極反転領域の幅及びピッチ
を微小量変化させ、前述のＳＨＧ素子における疑似位相
整合を確実に行うようにすることができる。この場合に
おいても、電極間距離を７μｍ以上、１０〜１００μｍ
程度とすることによって、パターニングを容易にするこ
とができる。

【００６６】次に、以下の実施例９〜１６においては、
タンタル酸リチウム基板上に分極反転構造を形成する場
合について説明する。 実施例９ 図１を参照して説明する。この場合タンタル酸リチウム
より成る基板１０が厚さ方向に全面的に単分域化されて
成る場合で、その分極の正側の主面１Ｓ上にＡｌ，Ａｕ
等より成る第１の電極１が例えば櫛歯状パターンにパタ
ーニングされ、分極の負側の裏面１Ｒ上には全面的に第
２の電極２が被着されて成る。

【００６７】そしてこの例では、基板１０全体を、容器
８中のフロリナート（住友３Ｍ社製、商品名）等のフロ
ン系耐高電圧液やシリコンオイルなどの絶縁液９に浸漬
した状態で分極の正側即ち第１の電極１側を正電位、分
極の負側即ち第２の電極２側を負電位として電圧を印加
し、第１の電極１の櫛歯パターンに対応するパターンの
分極反転構造を形成した。このとき基板１０に印加され
る電界は図５において説明した領域Ｂの範囲内、即ち反
転電界の１５ｋＶ程度以上で、破壊電界未満の電界に選
定することが望ましい。

【００６８】この場合、基板１０の厚さを１００μｍ、
電圧を２．６ｋＶとして１００μｓの幅のパルスを５回
印加することにより、３．６μｍ程度の微細な周期の分
極反転構造３０を得ることができ、更に、各電極１及び
２の櫛歯部にわたって即ち基板１０の全厚さにわたって
分極反転領域が形成され、そのピッチＰに対して深さを
大とすることができた。またこのように絶縁液９中にお
いて電圧を印加することによって、電極１及び２間の放
電を確実に回避することができて、結晶破壊を生じるこ
となく制御性よく分極反転構造を得ることができた。

【００６９】そしてこのような基板１０に対し、図３に
示すように、主面１Ｓ上に光導波路１１を形成して光導
波路デバイスを作成した。この光導波路１１は、例えば
プロトン交換法により、即ち例えばＴａ等より成るマス
クを導波路１１を形成する部分以外にフォトリソグラフ
ィ等の適用によりパターニング形成し、これをマスクと
して２０分程度２６０℃に加熱したりん酸に浸漬して形
成することができる。そしてこのマスクを除去した後光
導波路の端面１２を光学研磨して光導波路デバイス即ち
ＳＨＧ素子を得ることができる。

【００７０】この場合、屈折率変化等の特性の変動がな
く、且つそのピッチに対して深さが大とされた周期的な
分極反転構造３０が得られることから、確実に疑似位相
整合がなされて、高い光変換効率を有するＳＨＧ素子を
得ることができる。

【００７１】実施例１０ 図６を参照して説明する。図６において、図１に対応す
る部分には同一符号を付して示す。この場合においても
基板１０が厚さ方向に全面的に単分域化されて成ると共
に、この厚さが７００μｍ以下とされて、その分極の正
側の主面１Ｓ上にＡｌ等より成る第１の電極１が櫛歯状
パターンにパターニングされ、この場合分極の負側の裏
面１Ｒ上にも同様にＡｌ等より成る櫛歯状パターンの第
２の電極２が、その櫛歯部が主面１Ｓ上と裏面１Ｒ上と
で相対向して基板１０を挟み込むように被着形成されて
成る。そして上述の実施例１と同様に、分極の正側即ち
第１の電極１側を正電位、分極の負側即ち第２の電極２
側を負電位として電圧を印加し、第１の電極１の櫛歯パ
ターンに対応するパターンの分極反転構造３０を形成し
た。この場合においても、電界の大きさを実施例１と同
様に選定して、結晶破壊を生じることなく、且つ各電極
１及び２の櫛歯部にわたって即ち基板１０の全厚さにわ
たって分極反転構造３０が形成され、そのピッチに対し
て深さを大とすることができた。

【００７２】またこの場合においても、上述の実施例１
と同様に、主面１Ｓ上にプロトン交換法等により光導波
路を形成して光導波路デバイスを作成することができ、
高光変換効率のＳＨＧ素子を得ることができる。

【００７３】実施例１１ 図７を参照して説明する。図７において、図６に対応す
る部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この
場合は基板１０の裏面１Ｒ上に全面的に第２の電極２を
被着形成した例で、この例においても、上述の実施例５
と同様に、第１の電極１のパターンに対応するパターン
の分極反転構造３０を得ることができ、更にそのピッチ
に対して深さを大とすることができた。

【００７４】またこの場合においても、上述の実施例１
と同様に、主面１Ｓ上にプロトン交換法等により光導波
路を形成して光導波路デバイスを作成することができ、
高光交換効率のＳＨＧ素子を得ることができる。

【００７５】実施例１２ 図２を参照して説明する。図２において、図１に対応す
る部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この
例では、基板１０に凸部即ちリッジ６が形成され、この
リッジ６の長手方向は基板１０の矢印ｄで示す自発分極
方向に直交するように選定され、その長手方向の側壁面
が、分極の正側より成る側面１Ａと、負側より成る側面
１Ｂとにより構成される。この側面１Ａ及び１Ｂ上と、
これらに隣接する上側面１Ｅ上にわたって前述の図８Ａ
〜Ｅにおいて説明した製造工程によってＡｌ等より成る
第１の電極１及び第２の電極２が櫛歯状パターンとして
形成される。このとき、櫛歯部は両上側面１Ｅ上から両
側面１Ａ及び１Ｂにわたって形成されるようになし、更
に両側面１Ａ及び１Ｂ上の櫛歯先端部が主面１Ｓの両端
に対向して配置されるようになす。そしてこのリッジ６
の幅方向の厚さＴは７００μｍ以下に選定され、第１及
び第２の電極１及び２間の間隔が７００μｍ以下となる
ように選定される。

【００７６】このような構成において、第１の電極１側
が正電位、第２の電極２側が負電位となるように電圧を
印加して、リッジ６に分極反転領域３を形成し、各櫛歯
先端部のパターンに対応するパターンの分極反転構造３
０を得ることができた。

【００７７】そしてこの場合においても、上述した分極
反転形成のための電圧印加工程の前或いは後に、プロン
ト交換法等によってリッジ６に導波路を形成し、第１の
電極１及び第２の電極２を除去してＳＨＧ素子を得るこ
とができる。

【００７８】このように、基板１０にリッジ６を形成し
て、その側面１Ａ及び１Ｂに電極を被着して電圧印加を
施す場合は、自発分極に対して平行でない電界成分、即
ち分極反転に直接影響のない電界成分を大幅に減少させ
ることができる。ＬＴ結晶においても、この自発分極の
生じる方向に平行でない電界成分が材料に与える応力が
大であるため、このような電界成分を減少させることに
よって、基板１０の結果破壊を更に確実に回避すること
ができる。

【００７９】またこのような構成によって分極反転を形
成する場合、各分極反転領域３をリッジ６の全厚さにわ
たって形成することができる。従ってこの場合において
も前述の実施例４と同様に、導波路の深さを適切に選定
することによって、導波路の全厚さ或いはそれ以上の深
さにわたって、かつ結晶破壊を殆ど生じることなく分極
反転構造３０を形成することができて、これをＳＨＧ素
子として用いる場合はＳＨＧ効率等の光変換効率を高め
ることができる。

【００８０】実施例１３ 図９を参照して説明する。図９において、図２に対応す
る部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この
場合においても、図２において説明した実施例１２にお
ける基板１０全体を、図１において説明した実施例９と
同様に、容器８中の絶縁液９に浸漬した状態で電圧印加
を行うものである。そしてリッジ６上の幅即ち第１の電
極１及び第２の電極２間の間隔Ｔを７００μｍ以下に選
定して構成し、また上述の各例と同様に、図５において
領域Ｂの範囲内の電界に選定して電圧印加を行った。こ
の場合も第１の電極１及び第２の電極２の櫛歯先端部間
に、この櫛歯パターンに対応するパターンの分極反転構
造３０が形成されて、この上に光導波路（図示せず）を
形成することによって、高光変換効率のＳＨＧ素子を得
ることができた。またこのように絶縁液９中において電
界印加を行うことによって、上述の実施例１と同様に電
極１及び２間の放電を確実に回避することができた。

【００８１】実施例１４ 図１０を参照して説明する。この場合は矢印ｄで示す面
内方向に単分域化されたタンタル酸リチウムより成る基
板１０を用いた例で、主面１Ｓ上の分極の負側にフォト
リソグラフィ等の適用によってＡｌ等より成る櫛歯状パ
ターンの第１の電極１が被着形成され、一方電極の正側
の側面１Ｂ上には全面的にＡｌ等より成る第２の電極２
が蒸着、スパッタリング等により被着形成されて成る。
この場合においても、基板１０全体を、容器８中のフロ
リナート（住友３Ｍ社製、商品名）等のフロン系耐高電
圧やシリコンオイルなどの絶縁液９に浸漬した状態で電
圧印加を行うものである。

【００８２】このとき、第１の電極１のピッチＰは２μ
ｍ、幅Ｗは１μｍ、主面１Ｓ上の各電極１および２の櫛
歯先端部間の距離Ｌは２００μｍ、基板１０の厚さＴは
１ｍｍであり、このような構成において、第１の電極１
側が負電位、第２の電極２側が正電位となるように、電
圧を５．２ｋＶとして、１００μｓの幅のパルス電圧を
２回以上の例えば５回印加して、結晶破壊等をほとんど
生じることなく第１の電極１の櫛歯パターンに対応する
パターンの分極反転構造３０を得ることができる。

【００８３】実施例１５ 図１１を参照して説明する。図１１において、図１０に
対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略す
る。この場合はタンタル酸リチウムより成る基板１０の
分極の正側の側面１Ａ上に、櫛歯状パターンの第１の電
極１を、更に分極の負側の主面１Ｓ上に櫛歯状パターン
の第２の電極２をそれぞれ蒸着、スパッタリング等によ
り被着した後フォトリソグラフィ等の適用によって形成
した例で、これら各電極１及び２の櫛歯先端部が主面１
Ｓ上と側面１Ａ上とにわたって相対向するようにパター
ニングされるようになす。この場合においても、基板１
０全体を、容器８中の絶縁液９に浸漬した状態で電圧印
加を行うものである。このような構成において、第１の
電極１側が正電位、第２の電極２側が負電位となるよう
に電圧を印加して、第１の電極１及び第２の電極２の櫛
歯パターンに対応するパターンの分極反転構造３０を形
成した。この場合においても、櫛歯先端部の幅及びピッ
チ、電圧の大きさを実施例１４と同様に選定して、結晶
破壊等をほとんど生じることなく分極反転構造３０を得
ることができた。

【００８４】実施例１６ 図１２を参照して説明する。この場合は、矢印ｄで示す
面内方向に単分域化されたタンタル酸リチウムより成る
基板１０を用いた例で、その一主面１Ｓ上の分極方向に
第１の電極１及び第２の電極２を配置する。この場合Ａ
ｌ等より成る第１の電極１及び第２の電極２は共に例え
ば蒸着、スパッタリング等により被着形成した後、フォ
トリソグラフィ等の適用によって櫛歯状にパターニング
されて形成され、その櫛歯先端部の幅Ｗが例えば１μ
ｍ、ピッチＰが例えば２μｍ、各電極１及び２の櫛歯先
端部間の距離Ｌは２００μｍ、基板１０の厚さＴは１ｍ
ｍ程度とされ、かつ各電極１及び２の櫛歯先端部が対向
するように配置されてなる。

【００８５】この場合においても、基板１０全体を、容
器８中の絶縁液９に浸漬した状態で電圧印加を行うもの
である。このような構成において、１５０℃以上の温度
下において、第１の電極１及び第２の電極２間に、基板
１０の自発分極の負側の第１の電極１が負電位、正側の
第２の電極２が正電位となるように、電圧を５．２ｋＶ
として、２００μｓの幅のパルス電圧を２回以上の例え
ば５回印加して、第１の電極１の櫛歯先端部から延長す
る分極反転領域３を形成し、第１の電極１の櫛歯先端部
のパターンに対応するパターンの周期的な分極反転構造
３０を、結晶破壊等をほとんど生じることなく形成する
ことができた。また、電極１及び２間の放電を確実に回
避することができた。

【００８６】尚、上述の実施例においては、１５ｋＶ／
ｍｍ以上の電界を印加して分極反転構造を形成したが、
印加電界の上限、即ち結晶破壊を生じる電界の上限とし
ては、結晶基板試料毎の化学組成比の微量な相違、また
は電界の印加時間等によって大きく異なる。しかしなが
ら確実に結晶破壊を回避し、かつ微細なピッチ、幅で精
度良く分極反転構造を形成するためには、１００ｋＶ／
ｍｍ以下とすることが望ましい。

【００８７】尚、上述した各実施例１〜１６において
は、基板１０上に直接的に電極を被着形成した場合であ
るが、各例共に、この電極と基板１０との間に絶縁層を
設けて電圧印加を行ってもよい。

【００８８】また、電圧印加に先立って、基板に対して
プロトン交換、電子線等の荷電粒子照射を行う場合は、
基板内の分極が反転し易くなり、分極反転に必要な電圧
値を低減化することができる。

【００８９】更に、印加する電界としては、例えば徐々
に振幅が減衰する波形パターンの交流成分を加えた直流
電圧を用いる場合は、基板内の分極に攪乱を与え、これ
によって分極を反転し易くすることもできる。更にパル
ス電圧を用いてその幅及び印加回数を適切に選定するこ
とによって、所要の幅及び深さの分極反転領域を形成す
ることができる。

【００９０】

【発明の効果】上述したように、本発明ニオブ酸リチウ
ム及びタンタル酸リチウムの分極制御方法によれば、電
界を印加する電極間の間隔を適切に選定し、反転電界以
上で破壊電界以下の電界を印加することによって、確実
に結晶破壊を生じることなく電極間の間隔に対応する深
さの分極反転構造を確実に形成することができる。

【００９１】例えば厚さ方向に単分域化されたＬＮ又は
ＬＴ基板に対して本発明を適用する場合は、その深さ方
向に良好な形状制御性をもって分極反転構造を形成する
ことができる。一方、面内方向に単分域化されたＬＮは
ＬＴ基板に対しても分極の正側を正電位、負側を負電位
として適切な電界を印加することにより確実に分極反転
を形成することができ、特に例えば基板上にリッジ等の
凸部を形成して、これを挟むように電極を被着して電圧
を印加する場合は、その凸部の厚さに応じた長さの分極
反転構造を得ることができて、分極反転構造の形状制御
性を向上することができる。

【００９２】従ってこのような制御方法を用いて分極反
転構造を形成し、更に光導波路を形成して光導波路デバ
イスを構成する本発明光導波路デバイスの製造方法によ
れば、疑似位相整合を確実に行うことができて、高い光
変換効率のＳＨＧ素子を得ることができる。

【００９３】また本発明光導波路デバイスは上述の本発
明製造方法により結晶破壊、汚染等を生じることなく形
成し得るものであり、ｃ軸方向に幅及びピッチに比して
大なる深さの分極反転構造を有して成り、高光変換効率
のＳＨＧ素子、光変調器等の光導波路デバイスを実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】分極制御方法の一例の一製造工程を示す構成図
である。

【図２】分極制御方法の他の例の一製造工程を示す略線
的拡大斜視図である。

【図３】本発明光導波路デバイスの一例の略線的拡大斜
視図である。

【図４】ニオブ酸リチウムの分極反転電界及び結晶破壊
電界の基板厚依存性を示す図である。

【図５】タンタル酸リチウムの分極反転電界及び結晶破
壊電界の基板厚依存性を示す図である。

【図６】分極制御方法の他の例の一製造工程を示す略線
的拡大斜視図である。

【図７】分極制御方法の他の例の一製造工程を示す略線
的拡大斜視図である。

【図８】分極制御方法の他の例の工程図である。

【図９】分極制御方法の他の例の一製造工程を示す略線
的拡大斜視図である。

【図１０】分極制御方法の他の例の一製造工程を示す略
線的拡大斜視図である。

【図１１】分極制御方法の他の例の一製造工程を示す略
線的拡大斜視図である。

【図１２】分極制御方法の他の例の一製造工程を示す略
線的拡大斜視図である。

【図１３】プロトン交換による分極制御方法の一例の一
工程図である。

【図１４】プロトン交換法による分極反転領域の略線的
拡大断面図である。

【符号の説明】

１ 第１の電極 ２ 第２の電極 １Ｓ 主面 １Ｒ 裏面 ３ 分極反転領域 ５ 電源 ８ 容器 ９ 絶縁液 １０ 基板 １１ 光導波路 １２ 導波路端面 ３０ 分極反転構造

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｆ 1/37 7246−2Ｋ

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単分域化されたニオブ酸リチウムより成
   る基板に、所定の分極反転構造を形成するニオブ酸リチ
   ウムの分極制御方法において、 上記基板の分極方向に第１及び第２の電極が配置され、
   少なくとも上記第１の電極は最終的に得る分極反転構造
   のパターンに対応するパターンに形成され、 上記第１及び第２の電極間の距離が２００μｍ以下とさ
   れ、 これら第１及び第２の電極間に、上記基板の自発分極の
   負側を負電位、正側を正電位となるように電圧を印加し
   て分極反転構造を形成するようにしたことを特徴とする
   ニオブ酸リチウムの分極制御方法。
2. 【請求項２】 面内方向に単分域化されたニオブ酸リチ
   ウムより成る基板に、所定の分極反転構造を形成するニ
   オブ酸リチウムの分極制御方法において、 上記基板の一主面上の分極方向に第１及び第２の電極が
   配置され、少なくとも上記第１の電極は最終的に得る分
   極反転構造のパターンに対応するパターンとして上記第
   １及び第２の電極間の距離が７μｍ〜２００μｍとなる
   ように形成され、 １５０℃以下の温度下において、 上記第１及び第２の電極間に、上記基板の自発分極の負
   側を負電位、正側を正電位となるように電圧を印加して
   分極反転構造を形成するようにしたことを特徴とするニ
   オブ酸リチウムの分極制御方法。
3. 【請求項３】 上記第１及び第２の電極間に印加する電
   圧は１５ｋＶ／ｍｍ以上であることを特徴とする上記請
   求項１または請求項２に記載のニオブ酸リチウムの分極
   制御方法。
4. 【請求項４】 上記第１及び第２の電極間に印加する電
   圧は少なくとも２以上のパルスからなることを特徴とす
   る上記請求項１または請求項２または請求項３に記載の
   ニオブ酸リチウムの分極制御方法。
5. 【請求項５】 上記基板全体を絶縁液に浸漬した状態で
   上記第１及び第２の電極間に電圧を印加することを特徴
   とする上記請求項１または請求項２または請求項３また
   は請求項４に記載のニオブ酸リチウムの分極制御方法。
6. 【請求項６】 上記請求項１または請求項２または請求
   項３または請求項４または請求項５に記載のニオブ酸リ
   チウムの分極制御方法により分極反転構造を形成するこ
   とを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
7. 【請求項７】 ｃ軸方向に単分域化されたニオブ酸リチ
   ウムより成る基板に光導波路が形成されて成り、この光
   導波路による光導波方向に関して周期的に分極反転構造
   が形成されて成り、上記分極反転構造のｃ軸方向の厚さ
   が２００μｍ以下とされたことを特徴とする光導波路デ
   バイス。
8. 【請求項８】 単分域化されたタンタル酸リチウムより
   成る基板に、所定の分極反転構造を形成するタンタル酸
   リチウムの分極制御方法において、 上記基板の分極方向に第１及び第２の電極が配置され、
   少なくとも上記第１の電極は最終的に得る分極反転構造
   のパターンに対応するパターンに形成され、 上記第１及び第２の電極間の距離が７００μｍ以下とさ
   れ、 これら第１及び第２の電極間に、上記基板の自発分極の
   負側を負電位、正側を正電位となるように電圧を印加し
   て分極反転構造を形成するようにしたことを特徴とする
   タンタル酸リチウムの分極制御方法。
9. 【請求項９】 面内方向に単分域化されたタンタル酸リ
   チウムより成る基板に、所定の分極反転構造を形成する
   タンタル酸リチウムの分極制御方法において、 上記基板の一主面上の分極方向に第１及び第２の電極が
   配置され、少なくとも上記第１の電極は最終的に得る分
   極反転構造のパターンに対応するパターンとして上記第
   １及び第２の電極間の距離が７００μｍ以下となるよう
   に形成され、 １５０℃以上の温度下において、 これら第１及び第２の電極間に、上記基板の自発分極の
   負側を負電位、正側を正電位となるように電圧を印加し
   て分極反転構造を形成するようにしたことを特徴とする
   タンタル酸リチウムの分極制御方法。
10. 【請求項１０】 上記第１及び第２の電極間に印加する
    電圧は１５ｋＶ／ｍｍ以上であることを特徴とする上記
    請求項８または請求項９に記載のタンタル酸リチウムの
    分極制御方法。
11. 【請求項１１】 上記第１及び第２の電極間に印加する
    電圧は少なくとも２以上のパルスからなることを特徴と
    する上記請求項８または請求項９または請求項１０に記
    載のタンタル酸リチウムの分極制御方法。
12. 【請求項１２】 上記基板全体を絶縁液に浸漬した状態
    で上記第１及び第２の電極間に電圧を印加することを特
    徴とする上記請求項８または請求項９または請求項１０
    または請求項１１に記載のタンタル酸リチウムの分極制
    御方法。
13. 【請求項１３】 上記請求項８または請求項９または請
    求項１０または請求項１１または請求項１２に記載のタ
    ンタル酸リチウムの分極制御方法により分極反転構造を
    形成することを特徴とする光導波路デバイスの製造方
    法。
14. 【請求項１４】 ｃ軸方向に単分域化されたタンタル酸
    リチウムより成る基板に光導波路が形成されて成り、こ
    の光導波路による光導波方向に関して周期的に分極反転
    構造が形成されて成り、上記分極反転構造のｃ軸方向の
    厚さが７００μｍ以下とされたことを特徴とする光導波
    路デバイス。