JP2002031826A - 分極反転部の製造方法 - Google Patents
分極反転部の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】単分域化している強誘電体結晶からなる基体に
分極反転部を形成する際に、基体の表面から深い位置に
まで伸びるような分極反転部を形成する。 【解決手段】強誘電体結晶の分極軸が基体の表面に対し
て傾斜している。基体の表面に互いに離れた第一の電極
２と第二の電極４とを形成し、第一の電極２に正の電位
を与えることによって電極２から延びるように第一の分
極反転部１０Ａを生成させる。次いで、電極２と電極４
との間隔ＬＡをＬＢに変更し、この後に電極２に正の電
位を与えることによって電極２から延びるように第二の
分極反転部１０Ｂを生成させる。
分極反転部を形成する際に、基体の表面から深い位置に
まで伸びるような分極反転部を形成する。 【解決手段】強誘電体結晶の分極軸が基体の表面に対し
て傾斜している。基体の表面に互いに離れた第一の電極
２と第二の電極４とを形成し、第一の電極２に正の電位
を与えることによって電極２から延びるように第一の分
極反転部１０Ａを生成させる。次いで、電極２と電極４
との間隔ＬＡをＬＢに変更し、この後に電極２に正の電
位を与えることによって電極２から延びるように第二の
分極反転部１０Ｂを生成させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、擬似位相整合方式
の第２高調波発生デバイスに好適に使用することのでき
る周期分極反転構造のような、分極反転部を形成する方
法に関するものである。
の第２高調波発生デバイスに好適に使用することのでき
る周期分極反転構造のような、分極反転部を形成する方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ピックアップなどに使用することので
きる青色レーザ用光源として、ニオブ酸リチウム単結晶
やタンタル酸リチウム単結晶などの強誘電体単結晶に、
周期的な分極反転構造を形成した光導波路を利用した擬
似位相整合（Ｑｕａｓｉ−Ｐｈａｓｅ−ｍａｔｃｈｉｎ
ｇ）方式の第２高調波発生（Ｓｅｃｏｎｄ−Ｈａｒｍｏ
ｎｉｃ−Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）デバイスが期待されて
いる。このデバイスは、光ディスクメモリ用、医学用、
光化学用、及び各種光計測用などの幅広い応用が可能で
ある。
きる青色レーザ用光源として、ニオブ酸リチウム単結晶
やタンタル酸リチウム単結晶などの強誘電体単結晶に、
周期的な分極反転構造を形成した光導波路を利用した擬
似位相整合（Ｑｕａｓｉ−Ｐｈａｓｅ−ｍａｔｃｈｉｎ
ｇ）方式の第２高調波発生（Ｓｅｃｏｎｄ−Ｈａｒｍｏ
ｎｉｃ−Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）デバイスが期待されて
いる。このデバイスは、光ディスクメモリ用、医学用、
光化学用、及び各種光計測用などの幅広い応用が可能で
ある。
【０００３】第２高調波発生デバイスにおいて高い変換
効率を得るためには、強誘電体単結晶内に深い分極反転
構造を形成する必要がある。周期分極反転構造を基板表
面から深く形成する方法が、特開平９−２１８４３１号
公報において提案されている。この方法はいわゆる電圧
印加法を改良したものであるが、基板表面を強誘電体結
晶の分極軸に対して例えば３°傾斜させることによっ
て、基板表から深い位置に向かって分極反転部を成長さ
せることを試みている。
効率を得るためには、強誘電体単結晶内に深い分極反転
構造を形成する必要がある。周期分極反転構造を基板表
面から深く形成する方法が、特開平９−２１８４３１号
公報において提案されている。この方法はいわゆる電圧
印加法を改良したものであるが、基板表面を強誘電体結
晶の分極軸に対して例えば３°傾斜させることによっ
て、基板表から深い位置に向かって分極反転部を成長さ
せることを試みている。
【０００４】また、特開平１１−７２８０９号公報に記
載された方法では、基板表面を強誘電体結晶の分極軸に
対して３°傾斜させ、かつ基板の表面に櫛形電極と棒状
電極とを形成し、櫛形電極の各電極片の先端と棒状電極
との間に幾つかの低電気抵抗部分を形成している。そし
て、櫛形電極と棒状電極との間に直流電圧を印加する
と、櫛形電極の電極片に対応して分極反転部が形成され
るのと共に、各低電気抵抗部分にもそれぞれ対応して分
極反転部が形成される。
載された方法では、基板表面を強誘電体結晶の分極軸に
対して３°傾斜させ、かつ基板の表面に櫛形電極と棒状
電極とを形成し、櫛形電極の各電極片の先端と棒状電極
との間に幾つかの低電気抵抗部分を形成している。そし
て、櫛形電極と棒状電極との間に直流電圧を印加する
と、櫛形電極の電極片に対応して分極反転部が形成され
るのと共に、各低電気抵抗部分にもそれぞれ対応して分
極反転部が形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】特開平１１−７２８０
９号公報に記載された方法では、確かに櫛形電極の電極
片に対応して分極反転部が形成され、これと共に各低電
気抵抗部分に対応してそれぞれ分極反転部を形成するこ
とは不可能ではない。しかし、櫛形電極の電極片の先端
と各低電気抵抗部分との間には所定の隙間があり、また
隣接する低電気抵抗部分の間にも隙間があることから、
それぞれに対応する各分極反転部の間にも隙間が発生す
る。つまり、各分極反転部は互いに離れた位置に形成さ
れる。このため、こうした構造を持つ周期分極反転構造
を疑似位相整合方式の第二高調波発生素子に適用する
と、基本波と重なる分極反転部は、最も上にある一カ所
のみとなる（つまり、櫛形電極の電極片に対応する分極
反転部のみとなる）場合が多い。このため、第二高調波
発生効率は特に向上しないものと考えられる。
９号公報に記載された方法では、確かに櫛形電極の電極
片に対応して分極反転部が形成され、これと共に各低電
気抵抗部分に対応してそれぞれ分極反転部を形成するこ
とは不可能ではない。しかし、櫛形電極の電極片の先端
と各低電気抵抗部分との間には所定の隙間があり、また
隣接する低電気抵抗部分の間にも隙間があることから、
それぞれに対応する各分極反転部の間にも隙間が発生す
る。つまり、各分極反転部は互いに離れた位置に形成さ
れる。このため、こうした構造を持つ周期分極反転構造
を疑似位相整合方式の第二高調波発生素子に適用する
と、基本波と重なる分極反転部は、最も上にある一カ所
のみとなる（つまり、櫛形電極の電極片に対応する分極
反転部のみとなる）場合が多い。このため、第二高調波
発生効率は特に向上しないものと考えられる。
【０００６】本発明の課題は、単分域化している強誘電
体結晶からなる基体に分極反転部を形成するのに際し
て、基体の表面から深い位置にまで伸びるような分極反
転部を形成する新規な方法を提供することである。
体結晶からなる基体に分極反転部を形成するのに際し
て、基体の表面から深い位置にまで伸びるような分極反
転部を形成する新規な方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、単分域化して
いる強誘電体結晶からなる基体に電圧印加法によって分
極反転部を形成する方法であって、強誘電体結晶の分極
軸が基体の表面に対して傾斜しており、基体の表面に互
いに離れた第一の電極と第二の電極とを形成し、第一の
電極に正の電位を与えることによって第一の電極から延
びるように第一の分極反転部を生成させ、次いで第一の
電極と第二の電極との間隔を変更し、この後に第一の電
極に正の電位を与えることによって第一の電極から延び
るように第二の分極反転部を生成させることを特徴とす
る。
いる強誘電体結晶からなる基体に電圧印加法によって分
極反転部を形成する方法であって、強誘電体結晶の分極
軸が基体の表面に対して傾斜しており、基体の表面に互
いに離れた第一の電極と第二の電極とを形成し、第一の
電極に正の電位を与えることによって第一の電極から延
びるように第一の分極反転部を生成させ、次いで第一の
電極と第二の電極との間隔を変更し、この後に第一の電
極に正の電位を与えることによって第一の電極から延び
るように第二の分極反転部を生成させることを特徴とす
る。
【０００８】本発明者は、いったん電圧印加法によって
分極反転部を形成した後、第一の電極と第二の電極との
間隔を変更して再び別の位置に分極反転部を形成するこ
とを想到した。この場合には、第一の分極反転部と第二
の分極反転部とは、基体の表面から見たときの深さが互
いに異なる。従って、第一の電極と第二の電極との間隔
を適切に変更することによって、第一の分極反転部と第
二の分極反転部との位置関係を適切に制御し、両者が適
度に重なるようにできる。このような、第一の分極反転
部と第二の分極反転部との位置関係の適切な制御は、電
圧印加を一度しか行わない特開平１１−７２８０９号公
報の方法では困難である。
分極反転部を形成した後、第一の電極と第二の電極との
間隔を変更して再び別の位置に分極反転部を形成するこ
とを想到した。この場合には、第一の分極反転部と第二
の分極反転部とは、基体の表面から見たときの深さが互
いに異なる。従って、第一の電極と第二の電極との間隔
を適切に変更することによって、第一の分極反転部と第
二の分極反転部との位置関係を適切に制御し、両者が適
度に重なるようにできる。このような、第一の分極反転
部と第二の分極反転部との位置関係の適切な制御は、電
圧印加を一度しか行わない特開平１１−７２８０９号公
報の方法では困難である。
【０００９】電圧印加法とは、基体の表面に互いに対向
する第一の電極と第二の電極とを設け、第一の電極に電
源の正極を接続し、第二の電極、および／または他の電
極に電源の負極を接続し、基体を構成する強誘電体結晶
の分極軸の方向へと向かって第一の電極から分極反転部
を生成させていく方法である。こうした方法の例は例え
ば特開平９−２１８４３１号公報や特開平１１−７２８
０９号公報に記載されている。
する第一の電極と第二の電極とを設け、第一の電極に電
源の正極を接続し、第二の電極、および／または他の電
極に電源の負極を接続し、基体を構成する強誘電体結晶
の分極軸の方向へと向かって第一の電極から分極反転部
を生成させていく方法である。こうした方法の例は例え
ば特開平９−２１８４３１号公報や特開平１１−７２８
０９号公報に記載されている。
【００１０】基体の形状は限定されないが、平板形状で
あることが特に好ましい。
あることが特に好ましい。
【００１１】基体を構成する強誘電体単結晶としては、
ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）、タンタル酸リチウ
ム（ＬｉＴａＯ3 ）、ニオブ酸カリウムリチウム（ＫＬ
Ｎ）、及びニオブ酸リチウムータンタル酸リチウム単結
晶（ＬｉＮｂ1-XＴａX Ｏ3 （０＜Ｘ＜１））などの強
誘電体単結晶を使用できる。分極反転特性が明確である
ことから、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、及
びニオブ酸リチウムータンタル酸リチウム単結晶が特に
好ましい。
ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）、タンタル酸リチウ
ム（ＬｉＴａＯ3 ）、ニオブ酸カリウムリチウム（ＫＬ
Ｎ）、及びニオブ酸リチウムータンタル酸リチウム単結
晶（ＬｉＮｂ1-XＴａX Ｏ3 （０＜Ｘ＜１））などの強
誘電体単結晶を使用できる。分極反転特性が明確である
ことから、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、及
びニオブ酸リチウムータンタル酸リチウム単結晶が特に
好ましい。
【００１２】また、強誘電体結晶の耐光損傷性を向上さ
せるために、上記の各強誘電体単結晶に、マグネシウム
（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、スカンジウム（Ｓｃ）、及び
インジウム（Ｉｎ）の群より選ばれる１種以上の金属元
素またはこれらの酸化物を含有させることもできる。レ
ーザ発振用の元素として、ランタノイド系列のネオジウ
ム（Ｎｄ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、
ホルミウム（Ｈｏ）、ディスプロシウム（Ｄｙ）、及び
プラセオジム（Ｐｒ）などの群から選ばれる１種以上の
元素を添加することもできる。
せるために、上記の各強誘電体単結晶に、マグネシウム
（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、スカンジウム（Ｓｃ）、及び
インジウム（Ｉｎ）の群より選ばれる１種以上の金属元
素またはこれらの酸化物を含有させることもできる。レ
ーザ発振用の元素として、ランタノイド系列のネオジウ
ム（Ｎｄ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、
ホルミウム（Ｈｏ）、ディスプロシウム（Ｄｙ）、及び
プラセオジム（Ｐｒ）などの群から選ばれる１種以上の
元素を添加することもできる。
【００１３】本発明の好適な実施形態においては、第一
の電極が複数の細長い電極片を備えた櫛形電極であり、
第一の分極反転部を形成した後、電極片の長さを変化さ
せることによって電極片と第二の電極との間隔を変更す
る。これによって、目的の周期を有する周期分極反転構
造を形成することが可能である。
の電極が複数の細長い電極片を備えた櫛形電極であり、
第一の分極反転部を形成した後、電極片の長さを変化さ
せることによって電極片と第二の電極との間隔を変更す
る。これによって、目的の周期を有する周期分極反転構
造を形成することが可能である。
【００１４】第一の電極と第二の電極との間隔を変更す
る場合には、両者の間隔を大きくする場合と、小さくす
る場合とがある。両者の間隔を大きくする場合には、第
一の分極反転部を形成した後に、第一の電極および／ま
たは第二の電極の一部を除去することが好ましい。電極
の除去方法としては、エッチング処理あるいはダイサー
による削除が可能である。あるいは第一の電極および／
または第二の電極をいったんすべて除去した後、再形成
することができる。また、第一の電極と第二の電極との
間隔を小さくしたい場合には、第一の電極および／また
は第二の電極をいったんすべて除去した後、再形成する
ことができる。こうした電極の除去、パターニングおよ
び再形成は、通常のフォトリソグラフィー技術によって
実施可能である。
る場合には、両者の間隔を大きくする場合と、小さくす
る場合とがある。両者の間隔を大きくする場合には、第
一の分極反転部を形成した後に、第一の電極および／ま
たは第二の電極の一部を除去することが好ましい。電極
の除去方法としては、エッチング処理あるいはダイサー
による削除が可能である。あるいは第一の電極および／
または第二の電極をいったんすべて除去した後、再形成
することができる。また、第一の電極と第二の電極との
間隔を小さくしたい場合には、第一の電極および／また
は第二の電極をいったんすべて除去した後、再形成する
ことができる。こうした電極の除去、パターニングおよ
び再形成は、通常のフォトリソグラフィー技術によって
実施可能である。
【００１５】これらの中では、第一の電極および／また
は第二の電極の一部をエッチング、ダイシング等によっ
て除去することによって、両者の間隔を大きくすること
が、工程数が少ないことから最も有用である。特に、第
一の電極が櫛形電極である場合には、櫛形電極の各電極
片の長さをエッチング、ダイシングによって容易に短く
できるので好ましい。
は第二の電極の一部をエッチング、ダイシング等によっ
て除去することによって、両者の間隔を大きくすること
が、工程数が少ないことから最も有用である。特に、第
一の電極が櫛形電極である場合には、櫛形電極の各電極
片の長さをエッチング、ダイシングによって容易に短く
できるので好ましい。
【００１６】第一の分極反転部を形成した後に、第一の
電極と第二の電極との間隔を大きくしてから第二の分極
反転部を形成する場合には、第一の分極反転部を形成す
るときの第一の電極の電位と第二の分極反転部を形成す
るときの第一の電極の電位とをほぼ同じにすることがで
きる。ただし、この場合には、波長変換用光導波路を形
成するべき目標箇所と第一の電極との間隔も通常大きく
なる。このため、目標箇所において、第二の分極反転部
の方が第一の分極反転部に比べて小さくなりやすい。従
って、第一の分極反転部を形成するときの第一の電極の
電位よりも第二の分極反転部を形成するときの第一の電
極の電位の方を高くすることによって、第二の分極反転
部が第一の分極反転部に比べて小さくならない。このよ
うに、本発明方法によれば、各分極反転部を形成するた
びごとに、印加電圧を制御し、各分極反転部の寸法およ
び形状を適宜調節できる点で優れている。
電極と第二の電極との間隔を大きくしてから第二の分極
反転部を形成する場合には、第一の分極反転部を形成す
るときの第一の電極の電位と第二の分極反転部を形成す
るときの第一の電極の電位とをほぼ同じにすることがで
きる。ただし、この場合には、波長変換用光導波路を形
成するべき目標箇所と第一の電極との間隔も通常大きく
なる。このため、目標箇所において、第二の分極反転部
の方が第一の分極反転部に比べて小さくなりやすい。従
って、第一の分極反転部を形成するときの第一の電極の
電位よりも第二の分極反転部を形成するときの第一の電
極の電位の方を高くすることによって、第二の分極反転
部が第一の分極反転部に比べて小さくならない。このよ
うに、本発明方法によれば、各分極反転部を形成するた
びごとに、印加電圧を制御し、各分極反転部の寸法およ
び形状を適宜調節できる点で優れている。
【００１７】第一の分極反転部を形成した後、第一の電
極と第二の電極との間隔を小さくしてから第二の分極反
転部を形成する場合には、第一の分極反転部を形成する
ときの第一の電極の電位と第二の分極反転部を形成する
ときの第一の電極の電位とをほぼ同じにすることができ
る。この場合には、波長変換用光導波路を形成するべき
目標箇所と第一の電極との間隔も通常小さくなる。この
ため、目標箇所において、第二の分極反転部の方が第一
の分極反転部に比べて大きくなりやすい。従って、第一
の分極反転部を形成するときの第一の電極の電位よりも
第二の分極反転部を形成するときの第一の電極の電位の
方を低くすることによって、第二の分極反転部が第一の
分極反転部に比べて大きくならない。
極と第二の電極との間隔を小さくしてから第二の分極反
転部を形成する場合には、第一の分極反転部を形成する
ときの第一の電極の電位と第二の分極反転部を形成する
ときの第一の電極の電位とをほぼ同じにすることができ
る。この場合には、波長変換用光導波路を形成するべき
目標箇所と第一の電極との間隔も通常小さくなる。この
ため、目標箇所において、第二の分極反転部の方が第一
の分極反転部に比べて大きくなりやすい。従って、第一
の分極反転部を形成するときの第一の電極の電位よりも
第二の分極反転部を形成するときの第一の電極の電位の
方を低くすることによって、第二の分極反転部が第一の
分極反転部に比べて大きくならない。
【００１８】基体の表面と分極軸との間の傾斜角度は特
に限定はないが、０．２−８０°の範囲内では実施可能
であり、好ましくは０．２−４５°である。しかし、特
に疑似位相整合方式の第二高調波発生素子を作製したい
場合には、傾斜角度を０．２°以上、１０°以下とする
ことが好ましい。これによって、第２高調波の偏光方向
（ＴＥモード）の伝搬が容易となる。
に限定はないが、０．２−８０°の範囲内では実施可能
であり、好ましくは０．２−４５°である。しかし、特
に疑似位相整合方式の第二高調波発生素子を作製したい
場合には、傾斜角度を０．２°以上、１０°以下とする
ことが好ましい。これによって、第２高調波の偏光方向
（ＴＥモード）の伝搬が容易となる。
【００１９】電圧印加法においては、前述のように、第
二の電極に負極を接続することができる。しかし、基体
が一対の主面を有する基板であり、基板の一方の主面上
に第一の電極および第二の電極が形成されており、基板
の他方の主面上に一様電極が形成されている場合には、
一様電極の方だけに負極を接続することができる。ま
た、第二の電極と一様電極との双方に負極を接続するこ
とができる。
二の電極に負極を接続することができる。しかし、基体
が一対の主面を有する基板であり、基板の一方の主面上
に第一の電極および第二の電極が形成されており、基板
の他方の主面上に一様電極が形成されている場合には、
一様電極の方だけに負極を接続することができる。ま
た、第二の電極と一様電極との双方に負極を接続するこ
とができる。
【００２０】以下、図面を参照しつつ、本発明について
更に説明する。図１は、第一の分極反転部を形成する際
の基板および各電極の形態を概略的に示す斜視図であ
り、図２は、第二の分極反転部を形成する際の基板およ
び各電極の形態を示す斜視図である。
更に説明する。図１は、第一の分極反転部を形成する際
の基板および各電極の形態を概略的に示す斜視図であ
り、図２は、第二の分極反転部を形成する際の基板およ
び各電極の形態を示す斜視図である。
【００２１】基板１は略直方体形状をしている。基板１
の一方の主面１ａには、第一の電極２と第二の電極４と
が対向するように設けられている。第一の電極２は、ス
トライプ状部分と、ストライプ状部分から第二の電極４
の方へと向かって延びる多数の細長い電極片３Ａとを備
えている。基板１の他方の主面１ｂ上には一様電極５が
形成されている。本例の基板１を構成する強誘電体結晶
の分極軸の方向はＺ軸方向であり、基板１の主面１ａ、
１ｂとの方向ａとＺ軸との間の傾斜角度はθである。第
一の電極２と第二の電極４との間には電源６が設けられ
ており、第一の電極２と一様電極５との間には電源７が
設けられている。
の一方の主面１ａには、第一の電極２と第二の電極４と
が対向するように設けられている。第一の電極２は、ス
トライプ状部分と、ストライプ状部分から第二の電極４
の方へと向かって延びる多数の細長い電極片３Ａとを備
えている。基板１の他方の主面１ｂ上には一様電極５が
形成されている。本例の基板１を構成する強誘電体結晶
の分極軸の方向はＺ軸方向であり、基板１の主面１ａ、
１ｂとの方向ａとＺ軸との間の傾斜角度はθである。第
一の電極２と第二の電極４との間には電源６が設けられ
ており、第一の電極２と一様電極５との間には電源７が
設けられている。
【００２２】この状態では、図３（ａ）に示すように、
電極片３Ａの先端と第二の電極４との間隔はＬＡとなっ
ている。この状態で、電源６および／または７に電圧を
印加すると、電極片３Ａの先端部分から第二の電極４の
方へと向かって分極反転部が伸展する。分極反転部は分
極軸Ｚ軸方向に伸展するので、図３（ｂ）に示すように
第二の電極４の下側では基板内に分極反転部１０Ａが生
ずる。
電極片３Ａの先端と第二の電極４との間隔はＬＡとなっ
ている。この状態で、電源６および／または７に電圧を
印加すると、電極片３Ａの先端部分から第二の電極４の
方へと向かって分極反転部が伸展する。分極反転部は分
極軸Ｚ軸方向に伸展するので、図３（ｂ）に示すように
第二の電極４の下側では基板内に分極反転部１０Ａが生
ずる。
【００２３】次いで、各電極片３Ａの先端部分を削除
し、図２および図４（ａ）に示すように短くする。この
結果、電極片３Ｂの先端と第二の電極４との間隔ＬＢ
は、間隔ＬＡよりも大きくなる。この状態で再び電源６
および／または７に電圧を印加すると、短くなった各電
極片３Ｂの先端部分から分極反転部が伸展する。この結
果、図４（ｂ）に示すように第二の電極４の下側では、
分極反転部１０Ａの直下に第二の分極反転部１０Ｂが生
成する。
し、図２および図４（ａ）に示すように短くする。この
結果、電極片３Ｂの先端と第二の電極４との間隔ＬＢ
は、間隔ＬＡよりも大きくなる。この状態で再び電源６
および／または７に電圧を印加すると、短くなった各電
極片３Ｂの先端部分から分極反転部が伸展する。この結
果、図４（ｂ）に示すように第二の電極４の下側では、
分極反転部１０Ａの直下に第二の分極反転部１０Ｂが生
成する。
【００２４】この際、第一の分極反転部を形成するとき
と第二の分極反転部を形成するときとに、ほぼ同じ大き
さの電圧を印加すると、第二の分極反転部１０Ｂは１０
Ａよりも小さくなる傾向がある。このため、第二の分極
反転部を形成するときの電圧を第一の分極反転部を形成
するときの電圧よりも大きくすることによって、図５に
示すように、電極４の下側での第二の分極反転部１０Ｂ
の寸法を、第一の分極反転部１０Ａの寸法と同程度にで
き、あるいは更に大きくすることができる。
と第二の分極反転部を形成するときとに、ほぼ同じ大き
さの電圧を印加すると、第二の分極反転部１０Ｂは１０
Ａよりも小さくなる傾向がある。このため、第二の分極
反転部を形成するときの電圧を第一の分極反転部を形成
するときの電圧よりも大きくすることによって、図５に
示すように、電極４の下側での第二の分極反転部１０Ｂ
の寸法を、第一の分極反転部１０Ａの寸法と同程度にで
き、あるいは更に大きくすることができる。
【００２５】各分極反転部を形成する際の電圧の大きさ
は、通常１．５−５．０ｋＶとすることができる。ま
た、第一の分極反転部を形成するとき電圧と第二の分極
反転部を形成するときの電圧とを変える場合には、両者
の比率を１．１倍以上とすることが好ましい。
は、通常１．５−５．０ｋＶとすることができる。ま
た、第一の分極反転部を形成するとき電圧と第二の分極
反転部を形成するときの電圧とを変える場合には、両者
の比率を１．１倍以上とすることが好ましい。
【００２６】また、第一の分極反転部を形成するとき
と、第二の分極反転部を形成するときに、電圧のパルス
の周波数を変化させることができる。この場合には、両
者の差を１０％以上とすることが好ましい。
と、第二の分極反転部を形成するときに、電圧のパルス
の周波数を変化させることができる。この場合には、両
者の差を１０％以上とすることが好ましい。
【００２７】また、第一の分極反転部を形成するとき
と、第二の分極反転部を形成するときに、電圧のパルス
印加回数を変化させることができる。この場合には、両
者の差を１０％以上とすることが好ましい。
と、第二の分極反転部を形成するときに、電圧のパルス
印加回数を変化させることができる。この場合には、両
者の差を１０％以上とすることが好ましい。
【００２８】また、第一の分極反転部を形成するときの
間隔ＬＡよりも、第二の分極反転部を形成するときの間
隔ＬＢが大きい場合には、ＬＡを１．０としたときのＬ
Ｂの大きさの比率は１．２５以下とすることが好まし
く、これによって第一の分極反転部と第二の分極反転部
とが連結し、あるいは少なくとも密接し易い。また、こ
の場合には、第一の分極反転部と第二の分極反転部との
位置をずらす上で、ＬＡを１．０としたときのＬＢの大
きさの比率は１．０５以上とすることが好ましい。
間隔ＬＡよりも、第二の分極反転部を形成するときの間
隔ＬＢが大きい場合には、ＬＡを１．０としたときのＬ
Ｂの大きさの比率は１．２５以下とすることが好まし
く、これによって第一の分極反転部と第二の分極反転部
とが連結し、あるいは少なくとも密接し易い。また、こ
の場合には、第一の分極反転部と第二の分極反転部との
位置をずらす上で、ＬＡを１．０としたときのＬＢの大
きさの比率は１．０５以上とすることが好ましい。
【００２９】また、第二の分極反転部を形成するときの
間隔ＬＢよりも、第一の分極反転部を形成するときの間
隔ＬＡが大きい場合には、ＬＢを１．０としたときのＬ
Ａの大きさの比率は１．２５以下とすることが好まし
い。また、この場合には、ＬＢを１．０としたときのＬ
Ａの大きさの比率は１．０５以上とすることが好まし
い。
間隔ＬＢよりも、第一の分極反転部を形成するときの間
隔ＬＡが大きい場合には、ＬＢを１．０としたときのＬ
Ａの大きさの比率は１．２５以下とすることが好まし
い。また、この場合には、ＬＢを１．０としたときのＬ
Ａの大きさの比率は１．０５以上とすることが好まし
い。
【００３０】櫛形電極を使用した場合には、櫛形電極の
電極片３Ａの長さＭＡよりも電極片３Ｂの長さＭＢが短
い場合には、ＭＡを１．０としたときのＭＢの長さの比
率は０．７以上とすることが好ましく、これによって第
一の分極反転部と第二の分極反転部とが連結し、あるい
は少なくとも密接し易い。また、この場合には、第一の
分極反転部と第二の分極反転部との位置をずらす上で、
ＭＡを１．０としたときのＭＢの長さの比率は０．９以
下とすることが好ましい。
電極片３Ａの長さＭＡよりも電極片３Ｂの長さＭＢが短
い場合には、ＭＡを１．０としたときのＭＢの長さの比
率は０．７以上とすることが好ましく、これによって第
一の分極反転部と第二の分極反転部とが連結し、あるい
は少なくとも密接し易い。また、この場合には、第一の
分極反転部と第二の分極反転部との位置をずらす上で、
ＭＡを１．０としたときのＭＢの長さの比率は０．９以
下とすることが好ましい。
【００３１】電極片３Ｂの長さＭＢよりも電極片３Ａの
長さＭＡが短い場合には、ＭＢを１．０としたときのＭ
Ａの長さの比率は０．７以上とすることが好ましい。ま
た、この場合には、ＭＢを１．０としたときのＭＡの長
さの比率は０．９以下とすることが好ましい。
長さＭＡが短い場合には、ＭＢを１．０としたときのＭ
Ａの長さの比率は０．７以上とすることが好ましい。ま
た、この場合には、ＭＢを１．０としたときのＭＡの長
さの比率は０．９以下とすることが好ましい。
【００３２】また、本発明のプロセスを繰り返して実施
することにより、第三、第四の分極反転部のように多数
の分極反転部を形成することができる。
することにより、第三、第四の分極反転部のように多数
の分極反転部を形成することができる。
【００３３】
【実施例】（実施例１）図１−図４を参照しつつ説明し
たプロセスに従って、第一および第二の分極反転部１０
Ａ、１０Ｂを形成した。具体的には、直径φ３インチ×
厚さ１．０ｍｍの、マグネシウムを５％ドープしたニオ
ブ酸リチウム単結晶からなる基板１を準備した。この基
板に、フォトリソグラフィー法によって金属タンタルか
らなる電極２、４、５を形成した。電極片３Ａのピッチ
は、波長４００ｎｍ近辺のSHG 光を得るために、３μｍ
とした。電極片３Ａの長さＭＡは１００μｍとした。電
極片３Ａと第二の電極４との間隔ＬＡは４００μｍとし
た。
たプロセスに従って、第一および第二の分極反転部１０
Ａ、１０Ｂを形成した。具体的には、直径φ３インチ×
厚さ１．０ｍｍの、マグネシウムを５％ドープしたニオ
ブ酸リチウム単結晶からなる基板１を準備した。この基
板に、フォトリソグラフィー法によって金属タンタルか
らなる電極２、４、５を形成した。電極片３Ａのピッチ
は、波長４００ｎｍ近辺のSHG 光を得るために、３μｍ
とした。電極片３Ａの長さＭＡは１００μｍとした。電
極片３Ａと第二の電極４との間隔ＬＡは４００μｍとし
た。
【００３４】電源６および７から４．０ｋＶのパルス状
の電圧（パルス幅２０ｍｓｅｃ、２５ヘルツ、パルス回
数６回、印加電流の上限値は２ｍＡ）を発生させ、周期
分極反転構造を形成した。電圧を６回程度印加した時、
電極片３Ａの先端から基板の分極軸の方向に沿って深さ
１．５μｍの分極反転が周期状に形成された。
の電圧（パルス幅２０ｍｓｅｃ、２５ヘルツ、パルス回
数６回、印加電流の上限値は２ｍＡ）を発生させ、周期
分極反転構造を形成した。電圧を６回程度印加した時、
電極片３Ａの先端から基板の分極軸の方向に沿って深さ
１．５μｍの分極反転が周期状に形成された。
【００３５】このように1 回目の電圧印加処理を施した
後、電極片３Ａをエッチング処理して短くした。電極片
３Ｂの長さは７５μｍであった。次いで、前述と同様に
して第二の分極反転部を形成した。
後、電極片３Ａをエッチング処理して短くした。電極片
３Ｂの長さは７５μｍであった。次いで、前述と同様に
して第二の分極反転部を形成した。
【００３６】次いで、基板１を基板の分極方向（Ｚ方
向）に垂直な面で切断、研磨し、フッ酸と硝酸との混合
液を用いて断面のエッチングを行い、この後の断面の写
真を撮影した。この写真を図６に示す。幅１．９μｍ、
深さ２．２μｍの矩形状の分極反転パターンを有する周
期分極反転構造が形成されている。
向）に垂直な面で切断、研磨し、フッ酸と硝酸との混合
液を用いて断面のエッチングを行い、この後の断面の写
真を撮影した。この写真を図６に示す。幅１．９μｍ、
深さ２．２μｍの矩形状の分極反転パターンを有する周
期分極反転構造が形成されている。
【００３７】（実施例２）実施例１と同様にして第一お
よび第二の分極反転部を形成した。ただし、電極片３Ａ
の長さＭＡを１００μｍとし、電極片３Ｂの長さＭＢを
５０μｍとした。得られた基板について実施例１と同様
に断面観察を行った結果を図７に示す。第一の分極反転
部と第二の分極反転部とは離れており、第二の分極反転
部は基板の内部の深い位置に形成されている。
よび第二の分極反転部を形成した。ただし、電極片３Ａ
の長さＭＡを１００μｍとし、電極片３Ｂの長さＭＢを
５０μｍとした。得られた基板について実施例１と同様
に断面観察を行った結果を図７に示す。第一の分極反転
部と第二の分極反転部とは離れており、第二の分極反転
部は基板の内部の深い位置に形成されている。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
単分域化している強誘電体結晶からなる基体に分極反転
部を形成するのに際して、基体の表面から深い位置にま
で伸びるような分極反転部を形成する新規な方法を提供
できる。
単分域化している強誘電体結晶からなる基体に分極反転
部を形成するのに際して、基体の表面から深い位置にま
で伸びるような分極反転部を形成する新規な方法を提供
できる。
【図１】第一の分極反転部を形成する際の基板１、第一
の電極２、第二の電極４および一様電極５の形態を概略
的に示す斜視図である。
の電極２、第二の電極４および一様電極５の形態を概略
的に示す斜視図である。
【図２】第二の分極反転部を形成する際の基板１、第一
の電極２、第二の電極４および一様電極５の形態を概略
的に示す斜視図である。
の電極２、第二の電極４および一様電極５の形態を概略
的に示す斜視図である。
【図３】（ａ）は、第一の分極反転部を形成する際の第
一の電極２および第二の電極４の形態を示す平面図であ
り、（ｂ）は、基板１内に形成された第一の分極反転部
１０Ａを示す模式的断面図である。
一の電極２および第二の電極４の形態を示す平面図であ
り、（ｂ）は、基板１内に形成された第一の分極反転部
１０Ａを示す模式的断面図である。
【図４】（ａ）は、第二の分極反転部を形成する際の第
一の電極２および第二の電極４の形態を示す平面図であ
り、（ｂ）は、第一の分極反転部１０Ａおよび第二の分
極反転部１０Ｂを示す模式的断面図である。
一の電極２および第二の電極４の形態を示す平面図であ
り、（ｂ）は、第一の分極反転部１０Ａおよび第二の分
極反転部１０Ｂを示す模式的断面図である。
【図５】第一の分極反転部１０Ａおよび第二の分極反転
部１０Ｂを示す模式的断面図である。
部１０Ｂを示す模式的断面図である。
【図６】本発明の実施例において基板内に形成された第
一および第二の分極反転部を示す写真であり、第一の分
極反転部と第二の分極反転部とはほとんどが連結してい
る。
一および第二の分極反転部を示す写真であり、第一の分
極反転部と第二の分極反転部とはほとんどが連結してい
る。
【図７】本発明の実施例において基板内に形成された第
一および第二の分極反転部を示す写真であり、第一の分
極反転部と第二の分極反転部とが分離している。
一および第二の分極反転部を示す写真であり、第一の分
極反転部と第二の分極反転部とが分離している。
１ 基板 １ａ 基板の一方の主面 １ｂ
基板１の他方の主面 ２ 第一の電極
３Ａ 第一の分極反転部を形成する際の電極片
３Ｂ 第二の分極反転部を形成する際の電極片 ４ 第二の電極 ５ 一様電極 ６、７
電源 １０Ａ第一の分極反転部 １０Ｂ
第二の分極反転部 ａ 基板の主面の方向
Ｚ 実施例における強誘電体結晶の分極軸の方向
ＬＡ第一の分極反転部を形成する際の第一の電極
２と第二の電極４との間隔 ＬＢ 第二の分極反転部を形成する際の第一の電極２と
第二の電極４との間隔 ＭＡ 第一の分極反転部を形成する際の電極片３Ａの長
さ ＭＢ第二の分極反転部を形成する際の電極片
３Ｂの長さ
基板１の他方の主面 ２ 第一の電極
３Ａ 第一の分極反転部を形成する際の電極片
３Ｂ 第二の分極反転部を形成する際の電極片 ４ 第二の電極 ５ 一様電極 ６、７
電源 １０Ａ第一の分極反転部 １０Ｂ
第二の分極反転部 ａ 基板の主面の方向
Ｚ 実施例における強誘電体結晶の分極軸の方向
ＬＡ第一の分極反転部を形成する際の第一の電極
２と第二の電極４との間隔 ＬＢ 第二の分極反転部を形成する際の第一の電極２と
第二の電極４との間隔 ＭＡ 第一の分極反転部を形成する際の電極片３Ａの長
さ ＭＢ第二の分極反転部を形成する際の電極片
３Ｂの長さ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 根萩 隆智 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 Ｆターム(参考） 2K002 CA03 FA27 GA10 HA20
Claims (11)
- 【請求項１】単分域化している強誘電体結晶からなる基
体に電圧印加法によって分極反転部を形成する方法であ
って、 前記強誘電体結晶の分極軸が前記基体の表面に対して傾
斜しており、前記基体の表面に互いに離れた第一の電極
と第二の電極とを形成し、前記第一の電極に正の電位を
与えることによって前記第一の電極から延びるように第
一の分極反転部を生成させ、次いで前記第一の電極と前
記第二の電極との間隔を変更し、この後に前記第一の電
極に正の電位を与えることによって前記第一の電極から
延びるように第二の分極反転部を生成させることを特徴
とする、分極反転部の製造方法。 - 【請求項２】前記第一の電極が複数の細長い電極片を備
えた櫛形電極であり、前記第一の分極反転部を形成した
後、前記電極片の長さを変化させることによって前記第
一の電極と前記第二の電極との間隔を変更することを特
徴とする、請求項１記載の方法。 - 【請求項３】前記強誘電体結晶中に周期分極反転構造を
形成することを特徴とする、請求項１または２記載の方
法。 - 【請求項４】前記基体の表面と前記分極軸との間の傾斜
角度が０．２°以上、１０°以下であることを特徴とす
る、請求項１−３のいずれか一つの請求項に記載の方
法。 - 【請求項５】前記第一の分極反転部を形成した後、前記
第一の電極と前記第二の電極との間隔を大きくしてから
前記第二の分極反転部を形成することを特徴とする、請
求項１−４のいずれか一つの請求項に記載の方法。 - 【請求項６】前記第一の分極反転部を形成するときの前
記第一の電極の電位よりも前記第二の分極反転部を形成
するときの前記第一の電極の電位の方が高いことを特徴
とする、請求項５記載の方法。 - 【請求項７】前記第一の分極反転部を形成した後、前記
第一の電極と前記第二の電極との間隔を小さくしてから
前記第二の分極反転部を形成することを特徴とする、請
求項１−４のいずれか一つの請求項に記載の方法。 - 【請求項８】前記第一の分極反転部を形成するときの前
記第一の電極の電位よりも前記第二の分極反転部を形成
するときの前記第一の電極の電位の方が低いことを特徴
とする、請求項７記載の方法。 - 【請求項９】前記第二の電極に負極を接続することを特
徴とする、請求項１−８のいずれか一つの請求項に記載
の方法。 - 【請求項１０】前記基体が一対の主面を有する基板であ
り、前記基板の一方の主面上に前記第一の電極および前
記第二の電極が形成されており、前記基板の他方の主面
上に一様電極が形成されていることを特徴とする、請求
項１−９のいずれか一つの請求項に記載の方法。 - 【請求項１１】前記第一の電極に正の電位を与える際
に、前記一様電極に負極を接続することを特徴とする、
請求項１０記載の方法。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP2000214540A JP4257716B2 (ja) | 2000-07-14 | 2000-07-14 | 分極反転部の製造方法 |
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| EP01305720A EP1172687B1 (en) | 2000-07-14 | 2001-07-02 | A method for forming a polarization-inverted portion on a substrate |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000214540A JP4257716B2 (ja) | 2000-07-14 | 2000-07-14 | 分極反転部の製造方法 |
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ID=18710101
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| EP (1) | EP1172687B1 (ja) |
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| DE (1) | DE60141874D1 (ja) |
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| FR2385114A1 (fr) * | 1977-03-23 | 1978-10-20 | Thomson Csf | Dispositif optique non lineaire en couche mince et son procede de fabrication |
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| JP4119508B2 (ja) | 1997-01-14 | 2008-07-16 | 松下電器産業株式会社 | 光波長変換素子とその製造方法、この素子を用いた光発生装置および光ピックアップ、ならびに分極反転部の製造方法 |
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-
2000
- 2000-07-14 JP JP2000214540A patent/JP4257716B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2001
- 2001-05-31 US US09/871,067 patent/US6731422B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-07-02 EP EP01305720A patent/EP1172687B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-07-02 DE DE60141874T patent/DE60141874D1/de not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
| US20020005980A1 (en) | 2002-01-17 |
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