DE112005001394B4

DE112005001394B4 - Herstellungsverfahren für eine Polarisationsinversionseinheit

Info

Publication number: DE112005001394B4
Application number: DE112005001394.4T
Authority: DE
Inventors: Shoichiro Yamaguchi; Yuichi Iwata; Kengo Suzuki
Original assignee: NGK Insulators Ltd; NGK Ceramic Device Co Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd; NGK Ceramic Device Co Ltd
Priority date: 2004-06-16
Filing date: 2005-04-04
Publication date: 2015-10-22
Anticipated expiration: 2025-04-05
Also published as: CN100454126C; KR20070034522A; DE112005001394T5; JP2006003488A; US7668410B2; CN1969228A; WO2005124447A1; JP4854187B2; US20070092979A1; KR101135827B1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Polarisationsinversionsteils durch einen Polungsvorgang mit elektrischem Feld unter Verwendung einer Kammelektrode (3) mit einer Vielzahl von Elektrodenabschnitten (5) und einem Zufuhrabschnitt (2), der auf einer Oberfläche eines Substrats (8) aus einem ferroelektrischen Eindomänen-Einkristall bereitgestellt ist, wobei jeder der Elektrodenabschnitte (5) einen sich von dem Zufuhrabschnitt (2) erstreckenden Basisabschnitt (6) und eine Vielzahl von leitenden Abschnitten (5a, 5b, 5c, 5d) aufweist, die von dem jeweiligen Basisabschnitt (6) getrennt sind, die leitenden Abschnitte (5a, 5b, 5c, 5d) jeden Elektrodenabschnitts (5) durch Lücken (10) voneinander getrennt sind, derjenige leitende Abschnitt (5a) der leitenden Abschnitte (5a, 5b, 5c, 5d) jeden Elektrodenabschnitts (5), der dem Basisabschnitt (6) des jeweiligen Elektrodenabschnitts (5) jeweils am nächsten ist, von dem Basisabschnitt (6) durch eine Lücke (10) getrennt ist, und wobei der leitende Abschnitt (5b) am jeweiligen spitzen Ende eines jeden der Elektrodenabschnitte (5) eine kürzere Länge als die Länge des am nächsten zu dem jeweiligen Basisabschnitt (6) gelegenen leitenden Abschnitts (5a) aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polarisationsinversionsteilen mittels eines Polungsvorgangs mit einem elektrischen Feld.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Stand der Technik
Eine Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten harmonischen Schwingung basierend auf einem quasi Phasen anpassenden System weist einen ferroelektrischen Einkristall wie etwa einen Lithiumniobat- oder Lithiumtantaliteinkristall mit einer darin ausgebildeten periodischen Polarisationsinversionsstruktur auf. Die Vorrichtung kann Licht von einer relativ optionalen Wellenlänge in einem Bereich von ultravioletten bis infraroten Strahlen erzeugen. Eine derartige Vorrichtung kann auf verschiedene Gebiete einschließlich eines Optikdiskspeichers, medizinischen, optochemischen und verschiedenen Arten von optischen Messverwendungen angewendet werden.
Es ist nötig, eine tiefe Polarisationsinversionsstruktur in einem ferroelektrischen Einkristall auszubilden, um eine hohe Umwandlungseffizienz einer Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten harmonischen Schwingungswelle zuerreichen. Gemäß dem in der Druckschrift JP-A-H11-72809 beschriebenen Verfahren wird die Oberfläche des Substrates eines ferroelektrischen Einkristalls bezüglich der Polarisationsachse des Kristalls um 3° geneigt, und eine Kammelektrode und eine stabförmige Elektrode werden auf der Oberfläche des Substrates ausgebildet. Mehrere Niederwiderstandsabschnitte werden zwischen dem spitzen Ende jedes Elektrodenstücks der Kammelektrode und der stabförmigen Elektrode ausgebildet. Dann wird eine Gleichspannung an die Kammelektrode und die stabförmige Elektrode angelegt, so dass die Polarisationsinversionsteile entsprechend zu den Elektrodenstücken der Kammelektrode bzw. der Niederwiderstandsabschnitte ausgebildet werden (vgl. 28 dieser Druckschrift).
Im Einzelnen ist beschrieben, dass die Länge des Niederwiderstandsabschnitts vorzugsweise 10 bis 30 μm und beispielsweise 20 μm beträgt.
Einschlägiger Stand der Technik kann beispielsweise auch in der Druckschrift JP 2002-277 915 A aufgefunden werden, welche ein Polarisationsinversionsbildungsverfahren offenbart.
ERFINDUNGSOFFENBARUNG
Gemäß dem in der Druckschrift JP-A-H11-72809 offenbarten Verfahren werden die Polarisationsinversionsteile entsprechend den Elektrodenstücken der Kammelektrode ausgebildet, bzw. es ist nicht unmöglich, die Polarisationsinversionsteile entsprechend den Niederwiderstandsabschnitten auszubilden. Eine vorbestimmte Lücke ist jedoch zwischen dem spitzen Ende des Elektrodenstücks der Kammelektrode und jedes Niederwiderstandsabschnitts ausgebildet, und Lücken sind zudem zwischen den benachbarten Niederwiderstandsabschnitten vorgesehen. Somit sind Lücken zwischen den entsprechenden Polarisationsinversionsteilen ausgebildet. Die Polarisationsinversionsteile sind an voneinander beabstandeten Positionen ausgebildet. Wenn die periodische Polarisationsinversionsstruktur eines derartigen Musters auf die Vorrichtung zur Erzeugung einer zweiten harmonischen Schwingungswelle gemäß dem Pseudophasenanpassungssystem angewendet wird, würde nur das Polarisationsinversionsteil an einer spezifischen Position entsprechend der Position eines optischen Wellenleiters die Grundwelle in vielen Fällen überlappen (das heißt, in dem Fall, dass ein Polarisationsinversionsteil im Zentrum des optischen Wellenleiters positioniert ist, wäre das benachbarte Polarisationsinversionsteil außerhalb des Wellenleiters). Somit wird die Effizienz der Erzeugung einer zweiten harmonischen Schwingungswelle als nicht besonders verbessert erachtet.
Zudem kann für den Fall, dass die Periode größer als 4 μm ist, eine tiefe Inversionsstruktur leicht erhalten werden. Demgegenüber neigen in einem Bereich, wo die Periode 4 μm oder keiner ist, benachbarte Inversionsteile zu einer Verbindung miteinander, was zu einer verschlechterten Periodizität führt, wo eine tiefere Inversionsstruktur ausgebildet ist. Folglich kann die Wellenlängenumwandlungsrate verringert sein.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zur Ausbildung von Polarisationsinversionsteilen durch einen so genannten Polungsvorgang mit einem elektrischen Feld bereitzustellen, so dass die Polarisationsinversionsteile sich zu einer tiefen Position unter der Oberfläche eines Substrats erstrecken.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Polarisationsinversionsteils durch einen Polungsvorgang mit einem elektrischen Feld unter Verwendung einer Kammelektrode mit einer Vielzahl von Elektrodenabschnitten und einem auf einer Oberfläche eines Substrats aus einem ferroelektrischen Eindomänen-Einkristall bereitgestellten Zufuhrabschnitt bereit. Jeder Elektrodenabschnitt umfasst einen sich von dem Zufuhrabschnitt erstreckenden Basisabschnitt und eine Vielzahl von leitenden Abschnitten, die von dem Basisabschnitt getrennt sind. Die leitenden Abschnitte weisen eine Durchschnittslange von 4 μm oder länger und 9 μm oder kürzer auf.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Polarisationsinversionsteils durch einen Polungsvorgang mit einem elektrischen Feld unter Verwendung einer Kammelektrode mit einer Vielzahl von Elektrodenabschnitten und einem auf einer Oberfläche eines Substrates aus einem ferroelektrischen Eindomänen-Einkristall bereitgestellten Zufuhrabschnitt bereit. Jeder Elektrodenabschnitt umfasst einen sich von dem Zufuhrabschnitt erstreckenden Basisabschnitt und eine Vielzahl von leitenden Abschnitten, die von dem Basisabschnitt getrennt sind, und der leitende Abschnitt am spitzen Ende des Elektrodenabschnitts weist eine geringere Länge als die Länge des am nächsten zum Basisabschnitt gelegenen leitenden Abschnitts auf.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Polarisationsinversionsteils durch einen Polungsvorgang mit einem elektrischen Feld unter Verwendung einer Kammelektrode mit einer Vielzahl von Elektrodenabschnitten und einem auf einer Oberfläche eines Substrats aus einem ferroelektrischen Eindomänen-Einkristall bereitgestellten Zufuhrabschnitt bereit.
Jeder Elektrodenabschnitt umfasst einen sich von dem Zufuhrabschnitt erstreckenden Basisabschnitt und eine Vielzahl von leitenden Abschnitten, die von dem Basisabschnitt getrennt sind, und die benachbarten leitenden Abschnitte sind durch eine Lücke von 0,5 μm oder mehr und 5,0 μm oder weniger beabstandet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass wenn eine Vielzahl von leitenden Schichten, die voneinander getrennt sind, zur Ausbildung einer Kammelektrode bereitgestellt werden, der Aufbau der leitenden Schichten einen bedeutenden Einfluss auf den Zustand der somit ausgebildeten Polarisationsinversionsteile aufweist.
Im Einzelnen neigen die sich von den jeweiligen leitenden Abschnitten erstreckenden Polarisationsinversionsteile dazu, miteinander verbunden zu sein, und eine periodische Polarisationsinversionsstruktur einer kürzeren Periode kann leicht ausgebildet werden, indem die Durchschnittslänge der leitenden Abschnitte auf 9 μm oder kleiner verringert wird. Beispielsweise könnte eine tiefere periodische Polarisationsinversionsstruktur mit einer kürzeren Periode wie etwa 1,8 μm oder 1,3 μm erfolgreich erhalten werden, was im Stand der Technik nicht erreicht wurde. In Anbetracht dessen ist die Durchschnittslänge der leitenden Abschnitte noch bevorzugter 5 μm oder kleiner.
Wenn jedoch die Durchschnittslänge der leitenden Teilchen weniger als 4 μm betragen würde, würde das Polarisationsinversionsteil entsprechend einiger leitender Abschnitte nicht erzeugt werden. Somit wird die Durchschnittslänge der leitenden Abschnitte auf 4 μm oder mehr ausgebildet.
Ferner wurde erfindungsgemäß Folgendes herausgefunden. Wenn eine Vielzahl an voneinander getrennten leitenden Schichten zur Ausbildung einer Kammelektrode bereitgestellt werden, wird die Länge „db” des leitenden Abschnitts am spitzen Ende des Elektrodenabschnitts kleiner ausgebildet, als die Länge „da” des am nächsten zum Basisabschnitt gelegenen leitenden Abschnitts. Die sich von den jeweiligen leitenden Abschnitten erstreckenden Polarisationsinversionsteile neigen dadurch dazu, miteinander verbunden zu sein, und eine periodische Polarisationsinversionsstruktur von einer kürzeren Periode kann leicht ausgebildet werden.
Vorzugsweise beträgt die Differenz zwischen „da” und „db” vorzugsweise 10 μm oder mehr, und noch bevorzugter 5 μm oder mehr. Ferner ist „da” vorzugsweise gleich 5 μm oder kleiner, und „db” ist vorzugsweise 20 μm oder kleiner. Ferner betragen „da” und „db” vorzugsweise 4 μm oder mehr.
Weiterhin wurde erfindungsgemäß Folgendes herausgefunden. Wenn eine Vielzahl an voneinander getrennten leitenden Schichten zur Ausbildung einer Kammelektrode bereitgestellt werden, wird die Lücke zwischen den benachbarten leitenden Abschnitten 0,5 μm oder größer und 5 μm oder kleiner ausgebildet. Die sich von den jeweiligen leitenden Abschnitten erstreckenden Polarisationsinversionsteile neigen dadurch dazu, miteinander verbunden zu sein, und eine periodische Polarisationsinversionsstruktur einer kürzeren Periode kann leicht ausgebildet werden.
Die Lücke zwischen den leitenden Abschnitten ist vorzugsweise 4 μm oder weniger und noch bevorzugter 2 μm oder weniger. Wenn jedoch die Lücke zwischen den leitenden Abschnitten zu klein wird, wird es sehr schwer, ein tiefes Polarisationsinversionsteil auszubilden. Die Lücke zwischen den leitenden Abschnitten beträgt somit bevorzugter 0,5 μm oder mehr und noch bevorzugter 1 μm oder mehr.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Draufsicht einer Kammelektrode 3 und einer gegenüberliegenden Elektrode 1 gemäß der ersten und dritten Ausgestaltung der Erfindung.
2 zeigt eine Draufsicht der Form eines Elektrodenabschnitts 5.
3 zeigt eine Perspektivansicht eines Substrates mit einer Kammelektrode 3, einer Gegenelektrode 1 und einer homogenen Elektrode 9, die zur Ausbildung einer periodischen Polarisationsinversionsstruktur durch einen Polungsvorgang mit elektrischem Feld verwendet werden.
4 zeigt eine Draufsicht einer Kammelektrode 3 und einer Gegenelektrode 1 gemäß der zweiten und dritten Ausgestaltung der Erfindung.
5 zeigt eine Draufsicht der Form eines Elektrodenabschnitts 5A.
6 zeigt eine graphische Darstellung der experimentellen Ergebnisse des Experimentes „A”.
7 zeigt eine Fotographie der Form eines bei dem Experiment „A” erhaltenen Polarisationsinversionsteils, wobei die Länge „d” des leitenden Abschnitts zu 3 μm ausgebildet ist.
8 zeigt eine Fotographie der Form eines bei dem Experiment „A1” aus dem Experiment „A” erhaltenen Polarisationsinversionsteils (in Tiefenrichtung).
9 zeigt eine graphische Darstellung der Ergebnisse des Experimentes „B”.
10 zeigt eine Fotographie der Form eines bei dem Experiment „B1” aus dem Experiment „B” erhaltenen Polarisationsinversionsabschnitts (in Tiefenrichtung).
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
Die Art eines das Substrat 2 aus einem ferroelektrischen Einkristall ausbildenden ferroelektrischen Einkristalls ist nicht besonders beschränkt. Das Material ist vorzugsweise Lithiumniobat (LiNbO₃), Lithiumtantalit (LiTaO₃), eine Festkörperlösung aus Lithiumniobat-Lithiumtantalat, oder K₃Li₂Nb₅O₁₅ Der ferroelektrische Einkristall kann ein oder mehr Metallelemente aus der Gruppe Magnesium (Mg), Zink (Zn), Skandium (Sc) und Indium (In) zur weiteren Verbesserung der Beständigkeit gegen optische Beschädigung des darin ausgebildeten dreidimensionalen optischen Wellenleiters enthalten. Magnesium ist besonders bevorzugt.
Der ferroelektrische Einkristall kann ein Element der seltenen Erden als Dotierstoff enthalten. Das Element der seltenen Erden ist in der Lage, als Additiv zur Laseroszillation zu wirken. Das Element der seltenen Erden ist vorzugsweise Nd, Er, Tm, Ho, Dy oder Pr.
Es kann ein so genanntes verkipptes Substrat verwendet werden, so dass eine tiefere Polarisationsstruktur im Vergleich dazu erhalten werden kann, wenn ein nicht verkipptes Substrat in x-Schnitt oder y-Schnitt verwendet wird. Wenn der Verkippungswinkel nur etwa 5° klein ist, ist es möglich, die Verschlechterung der Effizienz aufgrund der Fehlanpassung der Polarisationsebene zu reduzieren, und die Wellenlängenumwandlung bei hoher Effizienz durchzuführen, normalerweise ohne die optische Achse mit der eines in TE-Mode emittierenden Halbleiterlasers und dem zu dem Verkippungswinkel entsprechenden Winkel einzustellen. Mit steigendem Verkippungswinkel steigt jedoch die Verschlechterung der Effizienz aufgrund der Fehlanpassung der Polarisationsebene. In einem derartigen Fall muss der Winkel umgestellt werden, so dass die Fehlanpassung der Polarisationsebene reduziert wird.
Der Verkippungswinkel ist nicht besonders begrenzt. Der Winkel kann vorzugsweise 1° oder mehr oder 20° oder weniger betragen.
Ferner kann ein Substrat im so genannten x-Schnitt, y-Schnitt oder z-Schnitt verwendet werden. Wenn ein Substrat in x-Schnitt oder y-Schnitt verwendet wird, kann die homogene Elektrode auf einer Oberfläche bereitgestellt sein, ohne sie auf der Rückfläche bereitzustellen, so dass eine Spannung auf die Kammelektrode und die gemeinsame Elektrode angelegt werden kann. Dabei kann die Gegenelektrode weggelassen werden, oder als Elektrode mit schwebendem Potential verbleiben. Wenn ein Substrat in Z-Schnitt verwendet wird, kann ferner die gemeinsame Elektrode auf der Rückfläche bereitgestellt werden, so dass eine Spannung an die Kammelektrode und die gemeinsame Elektrode angelegt wird. Dabei ist die Gegenelektrode nicht unentbehrlich und kann als Elektrode mit schwebendem Potential verbleiben.
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele gemäß der ersten und dritten Ausgestaltung der Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben.
1 zeigt eine Draufsicht eines Musters von auf einem Substrat bereitgestellten Elektroden. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des ebenen Musters eines Elektrodenabschnitts der in 1 gezeigten Kammelektrode. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Substrates 8 mit darauf ausgebildeten Elektroden.
Wenn ein Polarisationsinversionsteil hergestellt wird, wird ein verkipptes Substrat aus einem ferroelektrischen Einkristall als das Substrat 8 verwendet. Die Polarisationsachse „A” des ferroelektrischen Einkristalls ist bezüglich einer Oberfläche 8a und einer Rückoberfläche 8b in einem spezifischen Winkel wie etwa 5° geneigt, so dass das Substrat 8 „verkipptes Substrat” genannt wird.
Auf der Oberfläche 8a des Substrates 8 sind eine Kammelektrode 3 und eine Gegenelektrode 1 ausgebildet, und eine gemeinsame Elektrode 9 ist auf der Rückfläche 8b ausgebildet. Die Kammelektrode 3 umfasst viele der im spezifischen Intervall angeordneten gestreckten Elektrodenabschnitte 5 und einen die Wurzeln vieler Elektrodenabschnitte 5 verbindenden gestreckten Zufuhrabschnitt. Die Gegenelektrode 1 ist aus einem gestreckten Elektrodenstück ausgebildet, und so bereitgestellt, dass die Gegenelektrode den spitzen Enden der Elektrodenabschnitte 5 gegenüberliegt.
Zunächst wird das gesamte Substrat 8 in die Richtung „A” der Nichtpolarisationsinversion polarisiert. Sodann wird eine Spannung „V1” an die Kammelektrode 3 und die Gegenelektrode 1 angelegt, und eine Spannung „V2” wird an die Kammelektrode 3 und die gemeinsame Elektrode 9 angelegt. Polarisationsinversionsteile werden von den jeweiligen Elektrodenabschnitten 5 in eine Richtung „B” graduell erzeugt. Die Richtung „B” der Polarisationsinversion ist der Richtung „A” der Nichtpolarisationsinversion entgegen gesetzt. Daneben werden Nichtpolarisationsteile in den Lücken zwischen den benachbarten Polarisationsinversionsteilen belassen, die nicht den Elektrodenabschnitten entsprechen. Dadurch wird eine periodische Polarisationsinversionsstruktur mit abwechselnd angeordneten Polarisationsinversionsteilen und Nichtpolarisationsinversionsteilen erzeugt. Ein optischer Wellenleiter kann an der Position ausgebildet werden, wo die periodische Polarisationsinversionsstruktur ausgebildet ist.
Gemäß dem vorliegenden Beispiel insbesondere gemäß 2 weist jeder Elektrodenabschnitt 5 einen sich von einem Zufuhrabschnitt 2 erstreckenden Basisabschnitt 6 und eine Vielzahl von leitenden Abschnitten 5a, 5b und 5c auf, die von dem Basisabschnitt 6 getrennt sind. Die Durchschnittslänge der leitenden Abschnitte 5a, 5b und 5c beträgt 4 μm oder länger und 9 μm oder kürzer. Genauer bezeichnet das Bezugszeichen 5a den am nächsten zum Basisabschnitt 6 gelegenen leitenden Abschnitt, das Bezugszeichen 5b bezeichnet den leitenden Abschnitt am spitzen Ende, und das Bezugszeichen 5c bezeichnet den leitenden Abschnitt zwischen 5a und 5b. Die Langen der leitenden Abschnitte werden zu einer Gesamtsumme aufaddiert, die dann durch die Anzahl der leitenden Abschnitte zu berechnende Durchschnittslänge „d” der leitenden Abschnitte geteilt wird.
Gemäß dem vorliegenden Beispiel wird ferner die Dimension „e” der benachbarten leitenden Abschnitte 10 zu 0,5 μm oder mehr und zu 5,0 μm oder weniger ausgebildet.
Ausführungsbeispiele gemäß der zweiten und dritten Ausgestaltung der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die 2, 4 und 5 beschrieben.
4 zeigt eine Draufsicht eines Elektrodenmusters, das auf einem Substrat bereitgestellt ist. 5 zeigt eine vergrößerte Sicht eines ebenen Musters des Elektrodenabschnitts einer in 4 gezeigten Kammelektrode.
Eine Kammelektrode 3A und eine Gegenelektrode 1 sind auf der Oberfläche 8a ausgebildet, und eine gemeinsame Elektrode 9 ist auf der Rückfläche 8B eines Substrates 8 ausgebildet. Die Kammerelektrode 3A weist viele mit einem spezifischen Intervall angeordnete gestreckte Elektrodenabschnitte 5A und einen die Wurzeln vieler Elektrodenabschnitte 5A verbindenden gestreckten Zufuhrabschnitt 2 auf. Die Gegenelektrode 1 ist aus einem gestreckten Elektrodenstück ausgebildet und so bereitgestellt, dass die Gegenelektrode den spitzen Enden der Elektrodenabschnitte 5A gegenüberliegt.
Zunächst wird das gesamte Substrat 8 in die Richtung „A” der Nichtpolarisationsinversion polarisiert. Eine Spannung „V1” wird sodann an die Kammelektrode 3A und die Gegenelektrode 1 angelegt, und eine Spannung „V2” wird an die Kammelektrode 3A und die gemeinsame Elektrode 9 angelegt. Polarisationsinversionsteile werden von den jeweiligen Elektrodenabschnitten 5A in eine Richtung „B” graduell erzeugt. Die Richtung „B” der Polarisationsinversion liegt entgegen der Richtung „A” der Nichtpolarisationsinversion.
Gemäß dem vorliegenden Beispiel und insbesondere gemäß 5 weist jeder Elektrodenabschnitt 5A einen sich von einem Zufuhrabschnitt 2 erstreckenden Basisabschnitt 6 und eine Vielzahl von leitenden Abschnitten 5a, 5b, 5c und 5d auf, die von dem Basisabschnitt 6 getrennt sind. Gemäß der zweiten Ausgestaltung ist die Länge „da” des am nächsten zum Basisabschnitt 6 gelegenen leitenden Abschnitts 5a größer als die Länge „db” des leitenden Abschnitts 5b am spitzen Ende ausgebildet. Gleichzeitig ist gemäß der dritten Ausgestaltung die Dimension „e” der Lücke 10 zwischen den benachbarten leitenden Abschnitten zu 0,5 μm oder mehr und zu 5,0 μm oder weniger ausgebildet.
Gemäß der zweiten Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Differenz zwischen der Länge „da” des am nächsten zum Basisabschnitt 6 gelegenen leitenden Abschnitts 5a und der Länge „db” des leitenden Abschnitts 5b am spitzen Ende vorzugsweise 10 μm oder mehr und noch bevorzugter 5 μm oder mehr. Obwohl die Länge „dc” oder „dd” des leitenden Abschnitts zwischen dem am nächsten zum Basisabschnitt 6 gelegenen leitenden Abschnitts und dem spitzen Ende nicht beschränkt ist, beträgt „da” vorzugsweise 5 μm oder mehr und „db” vorzugsweise 20 μm oder weniger. Dabei kann „dc” und „dd” gleich „da” oder „db” sein, oder zwischen „da” und „db” liegen. Noch bevorzugter ist die Länge des leitenden Abschnitts vom Basisabschnitt 6 zum spitzen Ende hin stufenweise verringert.
Erfindungsgemäß ist die Periode der periodischen Polarisationsinversionsstruktur nicht besonders beschränkt. Beispielsweise ist die Erfindung mit einer Periode von 4 μm oder weniger besonders geeignet.
Die Anzahl der Lücken zwischen den leitenden Abschnitten ist nicht besonders beschränkt, und kann beispielsweise 3 bis 15 betragen.
BEISPIELE
(Experiment „A” gemäß der ersten und dritten Ausgestaltung der Erfindung)
Eine periodische Polarisationsinversionsstruktur wurde durch einen Polungsvorgang mit elektrischem Feld gemäß dem unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschriebenen Vorgang ausgebildet. Die Dimension „e” der Lücke 10 der leitenden Abschnitte wurde zu 10 μm ausgebildet, und die Länge jedes der leitenden Abschnitte 5a, 5b und Sc wurde zu 8 μm ausgebildet. Der Basisabschnitt 6, der länger als der leitende Abschnitt ist, wurde an der Wurzel des Elektrodenabschnitts 5 zur Erleichterung der elektrischen Zufuhr an das Elektrodenstück bereitgestellt. Der Abstand „a” zwischen den Mitten der Gegenelektrode 1 und der Zufuhrelektrode 2 wurde zu 400 μm ausgebildet. Die Länge „b” des Basisabschnitts 6 betrug 33 μm.
Gemäß dem Experiment „A1” lag die Periode der periodischen Domäneninversion bei 1,8 μm. 13 leitende Abschnitte 5a, 5b und 5c wurden jeweils mit einer Länge „d” von 8 μm angeordnet. Die periodische Polarisationsinversionsstruktur wurde nach vorstehender Beschreibung experimentell erzeugt und getestet. Die Gesamtlänge „c” des Elektrodenabschnitts lag bei 150 μm.
Ferner war gemäß dem Experiment „A2” die Länge „d” des leitenden Abschnitts 12 μm, die Lücke „e” betrug 1 μm, und die Anzahl der leitenden Abschnitte lag bei 9. Die Anzahl und Langen der leitenden Abschnitte wurden eingestellt, so dass die Länge „b” des Basisabschnitts 6 zu 33 μm wie in dem vorliegenden Fall ausgebildet wurde, wo die Längen des leitenden Abschnitts 8 μm betrug. Die Gesamtlänge „c” des Elektrodenabschnitts lag bei 150 μm.
6 zeigt die Tiefen der Polarisationsinversion in den Fällen, bei denen die Länge „d” des leitenden Abschnitts 8 μm betrugt, und die Lücke 1 μm betrugt (Experiment „A1”), und bei denen d 12 μm betrugt, und die Lücke 1 μm betrug (Experiment „A2”), und bei denen die Lücke 10 nicht bereitgestellt wurde (Experiment „A3”).
Nachstehend ist die Tiefe der Polarisationsinversion beschrieben. Zur unmittelbaren Messung der Tiefe ist es nötig, einen Wafer zu schneiden, um eine zerstörende Messung durchzuführen. Zur Vermeidung der zerstörenden Messung wurde ein y-verkipptes Substrat mit einem Verkippungswinkel von 5° verwendet, und einem Ätzvorgang unter Verwendung von Flusssäure und Salpetersäure unterzogen. Das auf der Waferoberfläche betrachtete Polarisationsinversionsteil wurde in der Länge vermessen, was auf die Tiefe umgewandelt wurde. Dieselbe Bedingung wurde auf die Spannungsanlegung angewendet. Im Einzelnen wurde bei „V1” aus 2 keine Spannung angelegt und keine Leiterbahn bereitgestellt. Eine Impulsspannung von etwa 4 kV wurde nur bei „V2” angelegt. Es wurde ein mit MgO dotiertes LiNbO₃-Substrat (mit einer Dicke von 0,5 μm) verwendet, und ein elektrisches Feld jenseits der Koerzitivkraft wurde angelegt. Auf die obere und die untere Fläche des Substrates wurde Ta aufgebracht. Die Spannung wurde in einem isolierenden Öl zur Vermeidung einer Entladung angelegt.
Gemäß den in 6 gezeigten Ergebnissen wurde bewiesen, dass die Tiefe der durch Bereitstellung der Elektrode mit Lücken erzeugten Polarisationsinversion (Experiment „A2”) auf etwa 2 Mal der Tiefe der durch Bereitstellung der Elektroden ohne Lücken erzeugten Polarisationsinversion (Experiment „A3”) erhöht wurde. Es wurde ferner bewiesen, dass eine tiefere Polarisationsinversion ausgebildet werden konnte, wenn die Länge des Elektrodenstückes 8 μm betrugt (Experiment „A1”).
Es zeigte sich ferner, dass eine noch tiefere Polarisationsinversion erhalten werden kann, indem die Länge „d” des leitenden Abschnitts auf 7 μm oder kürzer und ferner auf 5 μm oder kürzer ausgebildet wird. Wenn jedoch das Substrat mit einem leitenden Abschnitt mit einer Länge von 3 μm erzeugt wurde, wurde die Polarisationsinversion in einigen Teilen nicht erzeugt, wie es in 7 gezeigt ist, das heißt die Polarisationsinversion wurde nicht stabil ausgebildet. Eine derartige Abweichung wurde nicht beobachtet, wenn die Länge „d” des leitenden Abschnitts 4 μm oder mehr betrug. Somit wurde gezeigt, dass die Länge des Elektrodenstückes vorzugsweise bei 4 μm oder mehr lag.
Ferner wurden die Ergebnisse des vorstehenden Experiments untersucht, bei dem der Elektrodenabschnitt in 13 Abschnitte unterteilt wurde, und die Elektrodenlänge bei 8 μm lag, das heißt wo 13 Lücken vorhanden waren. Nach mehreren Experimenten zeigte sich jedoch, dass eine noch tiefere Polarisationsinversion in dem Falle erhalten wurde, wenn 10 Lücken vorhanden waren. Es wird jedoch angenommen, dass die bevorzugte Anzahl der Lücken von der Länge des Elektrodenstücks und der Periode abhängt.
Obwohl die Dimension der Lücke bei dem vorstehenden Experiment zu 1 μm ausgebildet wurde, kann ferner die Dimension der Lücke vorzugsweise etwa 1 μm für eine Periode von weniger als 4 μm betragen. Es wurde bestätigt, dass eine tiefere Polarisationsinversion erhalten werden kann, selbst wenn die Lücke etwa 2 μm bei einer Periode von 4 μm oder länger beträgt.
Daneben wurde spekuliert, dass Lücken in den Polarisationsinversionsteilen erzeugt werden können, wenn Lücken im Elektrodenabschnitt gemäß 1 ausgebildet werden. Nachdem jedoch das Polarisationsinversionsteil lateral aufgeschnitten, poliert und betrachtet wurde, zeigte sich, dass Polarisationsinversionsteile in der Tiefenrichtung ohne die zu den Elektroden entsprechenden Lücken kontinuierlich ausgebildet wurden, wie es in 8 gezeigt ist.
(Experiment „B” gemäß der zweiten und dritten Ausgestaltung der Erfindung)
Eine periodische Polarisationsinversionsstruktur wurde gemäß dem unter Bezugnahme auf die 2, 4 und 5 beschriebenen Verfahren hergestellt. Die Dimension „e” der Lücke 10 der leitenden Abschnitte wurde zu 10 μm ausgebildet, und die Längen der leitenden Abschnitte wurden zu 8, 10, 12 bzw. 14 μm vom spitzen Ende zum Basisabschnitt ausgebildet. Der Abstand „a” zwischen den Mitten der Gegenelektrode 1 und der Zufuhrelektrode 2 wurde zu 400 μm ausgebildet. Die Länge „b” des Basisabschnitts 6 betrug 93 μm.
Gemäß dem Experiment „B1” lag die Periode der periodischen Polarisationsinversion bei 1,3 μm. Nach vorstehender Beschreibung wurde versucht, die periodische Polarisationsinversionsstruktur herzustellen und zu testen. Gemäß dem Experiment „B2” wurden die Lücken nicht ausgebildet.
9 zeigt die Tiefe des Polarisationsinversionsteils, das unter Verwendung der in den 2, 4 und 5 gezeigten Elektrodenstruktur hergestellt wurde, sowie die unter Verwendung der ohne die Lücken entworfenen Elektroden erhaltenen Ergebnisse zum Vergleich. Im Hinblick auf den Zustand der angelegten Spannung wurde die Spannung V2 verringert, so dass eine Impulsspannung von etwa 2 kV angelegt wurde, weil die Periode kürzer als bei Experiment „A” war.
Gemäß den in 9 gezeigten Ergebnissen wurde bewiesen, dass die Tiefe auf das Doppelte erhöht wurde, und dass eine tiefere Polarisationsinversionsstruktur erhalten wurde, wenn die Lücken ausgebildet wurden. 10 zeigt Beispiele aus der Betrachtung des Querschnitts des gemäß dem Experiment „B1” erhaltenen Polarisationsinversionsteils. Auch in diesem Falle wurde bestätigt, dass das Polarisationsinversionsteil keine Lücken entsprechend den Lücken im Elektrodenabschnitt beinhaltet, und im Querschnitt kontinuierlich verbunden ist.
Ferner wurde gemäß dem Experiment „B3” versucht, die Polarisationsinversion herzustellen, wo die Längen der leitenden Abschnitte zu 14, 12, 10 bzw. 8 μm von dem spitzen Ende zum Basisabschnitt ausgebildet waren. Im Ergebnis waren die benachbarten Polarisationsinversionsteile miteinander verbunden, was zu einer Störung der Periodizität unter denselben vorstehend beschriebenen Bedingungen führte.
Insbesondere wird für den Erhalt einer Polarisationsinversionsstruktur mit einer kurzen Periode bevorzugt, eine Struktur anzuwenden, bei der die Länge des leitenden Abschnitts vom spitzen Ende zum Basisabschnitt gemäß 5 graduell erhöht wurde.
Obwohl die Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsbeispiele beschrieben ist, ist die Erfindung nicht auf die spezifischen Ausführungsbeispiele beschränkt, und kann mit verschiedenen Abwandlungen und Änderungen ausgeführt werden, ohne vom Bereich der Patentansprüche abzuweichen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Polarisationsinversionsteils durch einen Polungsvorgang mit elektrischem Feld unter Verwendung einer Kammelektrode (3) mit einer Vielzahl von Elektrodenabschnitten (5) und einem Zufuhrabschnitt (2), der auf einer Oberfläche eines Substrats (8) aus einem ferroelektrischen Eindomänen-Einkristall bereitgestellt ist, wobei jeder der Elektrodenabschnitte (5) einen sich von dem Zufuhrabschnitt (2) erstreckenden Basisabschnitt (6) und eine Vielzahl von leitenden Abschnitten (5a, 5b, 5c, 5d) aufweist, die von dem jeweiligen Basisabschnitt (6) getrennt sind, die leitenden Abschnitte (5a, 5b, 5c, 5d) jeden Elektrodenabschnitts (5) durch Lücken (10) voneinander getrennt sind, derjenige leitende Abschnitt (5a) der leitenden Abschnitte (5a, 5b, 5c, 5d) jeden Elektrodenabschnitts (5), der dem Basisabschnitt (6) des jeweiligen Elektrodenabschnitts (5) jeweils am nächsten ist, von dem Basisabschnitt (6) durch eine Lücke (10) getrennt ist, und wobei der leitende Abschnitt (5b) am jeweiligen spitzen Ende eines jeden der Elektrodenabschnitte (5) eine kürzere Länge als die Länge des am nächsten zu dem jeweiligen Basisabschnitt (6) gelegenen leitenden Abschnitts (5a) aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Polarisationsinversionsteils nach Anspruch 1, wobei die Lücke (10), durch die benachbarte leitende Abschnitte (5a, 5b, 5c, 5d) der leitenden Abschnitte (5a, 5b, 5c, 5d) eines jeden der Elektrodenabschnitte (5) jeweils beabstandet sind, 0,5 μm oder mehr und 5,0 μm oder weniger groß ist.