JP2005208197A - 周期的分極反転領域を持つ基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】パルス電圧を印加するための複雑な構成や強電界を印加するための複雑な構成を必要とせずに周期的分極反転領域を持つ基板を製造する。
【解決手段】定比組成（ストイキオメトリ）または定比組成に近いタンタル酸リチウム単結晶からなる基板を用い、電界強度５［ｋＶ／ｍｍ］以下の直流電界を、１［秒間］以上印加して、分極反転領域を形成する。
【効果】パルス電圧を印加するための複雑な構成や強電界を印加するための複雑な構成を必要としないで、周期的分極反転領域を形成することが出来る。
【選択図】図４
【解決手段】定比組成（ストイキオメトリ）または定比組成に近いタンタル酸リチウム単結晶からなる基板を用い、電界強度５［ｋＶ／ｍｍ］以下の直流電界を、１［秒間］以上印加して、分極反転領域を形成する。
【効果】パルス電圧を印加するための複雑な構成や強電界を印加するための複雑な構成を必要としないで、周期的分極反転領域を形成することが出来る。
【選択図】図４
Description
本発明は、周期的分極反転領域を持つ基板の製造方法に関し、さらに詳しくは、パルス電圧を印加するための複雑な構成や強電界を印加するための複雑な構成を必要とせずに周期的分極反転領域を持つ基板を製造することが出来る周期的分極反転領域を持つ基板の製造方法に関する。
従来、コングルエント（一致溶融）組成のニオブ酸リチウム基板（ＣＬＮ基板）の表面に周期電極を形成し、裏面に平面電極を形成して、これら電極に例えば電界４０［ｋＶ／ｃｍ］，パルス幅０.１［秒］のパルスを２回印加し、周期ドメイン反転構造を得る技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、コングルエント（一致溶融）組成のニオブ酸リチウム基板（ＣＬＮ基板）やタンタル酸リチウム基板（ＣＬＴ基板）の表面に周期電極を形成し、裏面に平面電極を形成して、これら電極に例えば合成電界約２１［ｋＶ／ｍｍ］となるようにパルス幅５［μ秒］のパルス電圧と直流電圧とを重畳印加し、周期状の分極反転構造を得る技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
さらに、Ｔａ過剰またはＬｉ過剰の定比組成に近いタンタル酸リチウムからなる基板の表面に周期電極を形成し、裏面に平面電極を形成して、これら電極に例えばＴａ過剰の基板では電界数十［ｋＶ／ｍｍ］，Ｌｉ過剰の基板では電界約０.５〜４［ｋＶ／ｍｍ］のパルス電圧を印加し、分極を反転させる技術が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
上記従来の技術は、いずれもパルス電圧を印加する必要があり、パルス電圧を印加するための複雑な構成（短いパルス幅のパルス電圧を出力できる電源など）が必要になる問題点がある。
なお、特許文献２の［００４０］〜［００４３］には、直流電圧のみを印加した例が説明されているが、約２０［ｋＶ／ｍｍ］以上の直流電界を印加しており、強電界を印加するための複雑な構成（高電圧を出力できる電源など）が必要になる問題点がある。
そこで、本発明の目的は、パルス電圧を印加するための複雑な構成や強電界を印加するための複雑な構成を必要とせずに周期的分極反転領域を持つ基板を製造することが出来る周期的分極反転領域を持つ基板の製造方法を提供することにある。
なお、特許文献２の［００４０］〜［００４３］には、直流電圧のみを印加した例が説明されているが、約２０［ｋＶ／ｍｍ］以上の直流電界を印加しており、強電界を印加するための複雑な構成（高電圧を出力できる電源など）が必要になる問題点がある。
そこで、本発明の目的は、パルス電圧を印加するための複雑な構成や強電界を印加するための複雑な構成を必要とせずに周期的分極反転領域を持つ基板を製造することが出来る周期的分極反転領域を持つ基板の製造方法を提供することにある。
第１の観点では、本発明は、単一分極されたＣ板の定比組成（ストイキオメトリ）または定比組成に近いタンタル酸リチウム単結晶からなる基板の＋Ｃ面および−Ｃ面に電極を設け、少なくとも一方の電極は周期電極とし、前記電極間に電界強度が５［ｋＶ／ｍｍ］以下の直流電界を１［秒間］以上印加し、前記基板に周期的分極反転領域を形成することを特徴とする周期的分極反転領域を持つ基板の製造方法を提供する。
従来、周期電極の直下に形成される分極反転領域部が横方向に速い速度で広がるため、パルス電圧を印加する必要があると考えられていた（特許文献２の［００４３］参照）。
しかし、本願発明者らが鋭意研究した結果、単一分極されたＣ板の定比組成（ストイキオメトリ）または定比組成に近いタンタル酸リチウム単結晶からなる基板において分極反転領域部が横方向に広がる速度は、従来考えられていたよりもはるかに遅く、直流電界のみの印加でも周期的分極反転領域を持つ基板を好適に製造可能であることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、上記第１の観点による周期的分極反転領域を持つ基板の製造方法では、定比組成（ストイキオメトリ）または定比組成に近いタンタル酸リチウム単結晶からなる基板を用い、電界強度５［ｋＶ／ｍｍ］以下の直流電界を、１［秒間］以上印加して、分極反転領域を形成する。このため、パルス電圧を印加するための複雑な構成や強電界を印加するための複雑な構成を必要としない。そして、後述の実施例で示すように周期的分極反転領域を形成することが出来る。
従来、周期電極の直下に形成される分極反転領域部が横方向に速い速度で広がるため、パルス電圧を印加する必要があると考えられていた（特許文献２の［００４３］参照）。
しかし、本願発明者らが鋭意研究した結果、単一分極されたＣ板の定比組成（ストイキオメトリ）または定比組成に近いタンタル酸リチウム単結晶からなる基板において分極反転領域部が横方向に広がる速度は、従来考えられていたよりもはるかに遅く、直流電界のみの印加でも周期的分極反転領域を持つ基板を好適に製造可能であることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、上記第１の観点による周期的分極反転領域を持つ基板の製造方法では、定比組成（ストイキオメトリ）または定比組成に近いタンタル酸リチウム単結晶からなる基板を用い、電界強度５［ｋＶ／ｍｍ］以下の直流電界を、１［秒間］以上印加して、分極反転領域を形成する。このため、パルス電圧を印加するための複雑な構成や強電界を印加するための複雑な構成を必要としない。そして、後述の実施例で示すように周期的分極反転領域を形成することが出来る。
第２の観点では、本発明は、上記構成の分極反転領域を持つ基板の製造方法において、前記基板のＬｉ２Ｏ／（Ｔａ２Ｏ５＋Ｌｉ２Ｏ）のモル分率が、０.４９５以上０.５０５未満であることを特徴とする分極反転領域を持つ基板の製造方法を提供する。
上記第２の観点による周期的分極反転領域を持つ基板の製造方法では、後述の実施例で示すように、周期的分極反転領域を好適に形成することが出来た。
上記第２の観点による周期的分極反転領域を持つ基板の製造方法では、後述の実施例で示すように、周期的分極反転領域を好適に形成することが出来た。
第３の観点では、本発明は、上記構成の分極反転領域を持つ基板の製造方法において、前記基板のＬｉ２Ｏ／（Ｔａ２Ｏ５＋Ｌｉ２Ｏ）のモル分率が、０.４９５以上０.５０５未満であり、且つ、前記基板には、Ｍｇ，Ｚｎ，Ｓｃ，Ｉｎのうちの少なくとも１種類がドープされていることを特徴とする分極反転領域を持つ基板の製造方法を提供する。
後述の実施例で示すように、Ｍｇをドープすることにより、必要な電界強度を下げることが出来た。
そこで、上記第３の観点による周期的分極反転領域を持つ基板の製造方法では、Ｍｇまたはそれと同等のＺｎ，Ｓｃ，Ｉｎのうちの少なくとも１種類をドープする。これにより、必要な電界強度を下げることが出来る。
後述の実施例で示すように、Ｍｇをドープすることにより、必要な電界強度を下げることが出来た。
そこで、上記第３の観点による周期的分極反転領域を持つ基板の製造方法では、Ｍｇまたはそれと同等のＺｎ，Ｓｃ，Ｉｎのうちの少なくとも１種類をドープする。これにより、必要な電界強度を下げることが出来る。
本発明の周期的分極反転領域を持つ基板の製造方法によれば、パルス電圧を印加するための複雑な構成や強電界を印加するための複雑な構成を必要とせずに周期的分極反転領域を持つ基板を製造することが出来る。
以下、図に示す実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
図１は、基板１に周期電極４およびベタ電極５を形成した状態を示す斜視図である。
基板１は、Ｌｉ２Ｏ／（Ｔａ２Ｏ５＋Ｌｉ２Ｏ）のモル分率が０.４９５以上０.５０５未満であり且つＭｇＯをドープした、単一分極されたＣ板の定比組成または定比組成に近いタンタル酸リチウム単結晶からなる。基板１の厚さｔ＝０.４［ｍｍ］である。
基板１は、Ｌｉ２Ｏ／（Ｔａ２Ｏ５＋Ｌｉ２Ｏ）のモル分率が０.４９５以上０.５０５未満であり且つＭｇＯをドープした、単一分極されたＣ板の定比組成または定比組成に近いタンタル酸リチウム単結晶からなる。基板１の厚さｔ＝０.４［ｍｍ］である。
周期電極４およびベタ電極５は次のようにして形成する。
（１）基板１の＋Ｃ面２と−Ｃ面３とに例えばＴａなどの電極金属を成膜する。
（２）図２に示すように、＋Ｃ面に成膜した電極金属にフォトリソ加工およびエッチングを施し、例えば周期ｐ＝８［μｍ］の周期電極４を形成する。
（３）図３に示すように、−Ｃ面に成膜した電極金属にフォトリソ加工およびエッチングを施し、必要な面積のベタ電極５を形成する。
（１）基板１の＋Ｃ面２と−Ｃ面３とに例えばＴａなどの電極金属を成膜する。
（２）図２に示すように、＋Ｃ面に成膜した電極金属にフォトリソ加工およびエッチングを施し、例えば周期ｐ＝８［μｍ］の周期電極４を形成する。
（３）図３に示すように、−Ｃ面に成膜した電極金属にフォトリソ加工およびエッチングを施し、必要な面積のベタ電極５を形成する。
図４は、周期的分極反転領域を形成する過程を示す説明図である。
基板１を絶縁油に浸漬した状態で、スイッチ回路７を２０［秒間］オンし、周期電極４およびベタ電極５に直流電源６より直流電圧０.４［ｋＶ］を印加した（電界強度１［ｋＶ／ｍｍ］）。
基板１を絶縁油に浸漬した状態で、スイッチ回路７を２０［秒間］オンし、周期電極４およびベタ電極５に直流電源６より直流電圧０.４［ｋＶ］を印加した（電界強度１［ｋＶ／ｍｍ］）。
実施例１によれば、直流電圧印加領域全体に渡って均一な周期で分極反転構造が得られた。
直流電圧印加時間（スイッチ回路７をオンする時間）を１［秒間］，５［秒間］，１０［秒間］，３０［秒間］とし、他の条件は実施例１と同様にした。
実施例２によれば、１［秒間］以上のいずれの時間でも、直流電圧印加領域全体に渡って均一な周期で分極反転構造が得られた。また、直流電圧印加時間が長いほど、分極反転構造のデューティ比（分極反転構造に占める分極反転領域１０の割合）が大きくなった。但し、直流電圧印加時間の変化に対するデューティ比の変化は小さく、数十［秒］のオーダーで直流電圧印加時間を制御しても十分な精度でデューティ比を調整できることが判った。なお、パルス電圧を印加する従来方法では、必要な精度でデューティ比を調整するためには、数百［μ秒］のオーダーでパルス幅を制御する必要があった。
直流電源６を直流電圧０.２［ｋＶ］とし（電界強度０.５［ｋＶ／ｍｍ］）、直流電圧印加時間を１８０［秒間］とし、他の条件は実施例１と同様にした。
実施例３によれば、直流電圧印加領域全体に渡って均一な周期で分極反転構造が得られた。
実施例３によれば、直流電圧印加領域全体に渡って均一な周期で分極反転構造が得られた。
−比較例１−
直流電圧印加時間を２０［秒間］，４０［秒間］，９０［秒間］とし、他の条件は実施例２と同様にした。
比較例１によれば、直流電圧印加領域全体に渡って均一な周期の分極反転構造が得られなかった。
直流電圧印加時間を２０［秒間］，４０［秒間］，９０［秒間］とし、他の条件は実施例２と同様にした。
比較例１によれば、直流電圧印加領域全体に渡って均一な周期の分極反転構造が得られなかった。
実施例３の結果と比較例１の結果とから、電界強度を下げた場合は直流電圧印加時間を延ばせばよいことが判る。
周期電極４の周期ｐ＝５.５［μｍ］と短くし、他の条件を実施例１と同様にした。
実施例４によれば、周期を５.５［μｍ］と短くしても、直流電圧印加領域全体に渡って均一な周期で分極反転構造が得られた。
実施例４によれば、周期を５.５［μｍ］と短くしても、直流電圧印加領域全体に渡って均一な周期で分極反転構造が得られた。
−比較例２−
直流電圧０.４［ｋＶ］に重畳して電圧２［ｋＶ］，パルス幅１［ｍ秒］のパルス電圧を１回印加し、他の条件を実施例４と同様にした。
比較例２によっても、実施例４と同等な分極反転構造を形成できた。
直流電圧０.４［ｋＶ］に重畳して電圧２［ｋＶ］，パルス幅１［ｍ秒］のパルス電圧を１回印加し、他の条件を実施例４と同様にした。
比較例２によっても、実施例４と同等な分極反転構造を形成できた。
実施例４の結果と比較例２の結果とから、パルス電圧を印加する意味は認められなかった。
基板１を大気雰囲気とし、他の条件を実施例４と同様にした。
実施例５によれば、実施例４と同等な分極反転構造を形成できた。すなわち、電界強度１［ｋＶ／ｍｍ］程度ならば、大気雰囲気で支障ないことが判った。
実施例５によれば、実施例４と同等な分極反転構造を形成できた。すなわち、電界強度１［ｋＶ／ｍｍ］程度ならば、大気雰囲気で支障ないことが判った。
基板１として、Ｌｉ２Ｏ／（Ｔａ２Ｏ５＋Ｌｉ２Ｏ）のモル分率が０.４９５以上０.５０５未満であり且つＭｇＯをドープしていない、単一分極されたＣ板の定比組成または定比組成に近いタンタル酸リチウム単結晶を用い、直流電源６を直流電圧１.２［ｋＶ］とし（電界強度３［ｋＶ／ｍｍ］）、他の条件は実施例４と同様にした。
実施例６によれば、直流電圧印加領域全体に渡って均一な周期で分極反転構造が得られた。
実施例６によれば、直流電圧印加領域全体に渡って均一な周期で分極反転構造が得られた。
−比較例３−
直流電圧２.４［ｋＶ］とし（電界強度６［ｋＶ／ｍｍ］）、他の条件を実施例６と同様にした。
比較例３によっては、直流電圧印加領域全体に渡って均一な周期で分極反転構造を得ることは出来なかった。
直流電圧２.４［ｋＶ］とし（電界強度６［ｋＶ／ｍｍ］）、他の条件を実施例６と同様にした。
比較例３によっては、直流電圧印加領域全体に渡って均一な周期で分極反転構造を得ることは出来なかった。
実施例６の結果と比較例３の結果とから、直流電圧印加領域全体に渡って均一な周期で分極反転構造が得られるためには、電界強度を５［ｋＶ／ｍｍ］以下にするのが妥当と考えられる。
上記実施例１の（３）において周期電極４の上にさらにＳiＯ２絶縁膜を形成し、他の条件を上記実施例１〜実施例６と同様にした場合も実施したが、ＳiＯ２絶縁膜を形成しない上記実施例１〜実施例６の結果と特に差はなかった。
本発明により製造された周期的分極反転構造を持つ基板は、例えばＳＨＧ（第２高調波発生）波長変換技術を用いた半導体励起固体レーザ等で光機能素子として利用できる。また、擬似位相整合（QPM; Quasi-Phase Maching）デバイスとして広範囲な波長シフトを行い、波長多重通信（WDM; Wavelength Division Multiplexing）などの光通信分野で利用できる。
１ 基板
２ ＋Ｃ面
３ −Ｃ面
４ 周期電極
５ ベタ電極
６ 直流電源
７ スイッチ回路
１０ 分極反転領域
２ ＋Ｃ面
３ −Ｃ面
４ 周期電極
５ ベタ電極
６ 直流電源
７ スイッチ回路
１０ 分極反転領域
Claims (3)
- 単一分極されたＣ板の定比組成（ストイキオメトリ）または定比組成に近いタンタル酸リチウム単結晶からなる基板の＋Ｃ面および−Ｃ面に電極を設け、少なくとも一方の電極は周期電極とし、前記電極間に電界強度が５［ｋＶ／ｍｍ］以下の直流電界を１［秒間］以上印加し、前記基板に周期的分極反転領域を形成することを特徴とする周期的分極反転領域を持つ基板の製造方法。
- 請求項１に記載の周期的分極反転領域を持つ基板の製造方法において、前記基板のＬｉ２Ｏ／（Ｔａ２Ｏ５＋Ｌｉ２Ｏ）のモル分率が、０.４９５以上０.５０５未満であることを特徴とする周期的分極反転領域を持つ基板の製造方法。
- 請求項１に記載の周期的分極反転領域を持つ基板の製造方法において、前記基板のＬｉ２Ｏ／（Ｔａ２Ｏ５＋Ｌｉ２Ｏ）のモル分率が、０.４９５以上０.５０５未満であり、且つ、前記基板には、Ｍｇ，Ｚｎ，Ｓｃ，Ｉｎのうちの少なくとも１種類がドープされていることを特徴とする周期的分極反転領域を持つ基板の製造方法。
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- 2005-01-20 US US11/038,990 patent/US7198670B2/en active Active
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