JP3303346B2 - Method for controlling polarization of lithium niobate and lithium tantalate, method for manufacturing optical waveguide device using the same, and optical waveguide device - Google Patents

Method for controlling polarization of lithium niobate and lithium tantalate, method for manufacturing optical waveguide device using the same, and optical waveguide device

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JP3303346B2
JP3303346B2 JP22435092A JP22435092A JP3303346B2 JP 3303346 B2 JP3303346 B2 JP 3303346B2 JP 22435092 A JP22435092 A JP 22435092A JP 22435092 A JP22435092 A JP 22435092A JP 3303346 B2 JP3303346 B2 JP 3303346B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for controlling the polarization of lithium niobate and lithium tantalate suitable for forming an optical device such as an optical second harmonic generation element (hereinafter referred to as an SHG element). And a method of manufacturing an optical waveguide device using the method.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art In recent years, it has been proposed to improve the characteristics such as light output by forming a periodically domain-inverted structure on a surface of an optical device such as an SHG element.

【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。
For example, an SHG element generates second harmonic light having a frequency of 2ω when light having a frequency of ω is introduced. This SHG element can expand the wavelength range of single-wavelength light. Accordingly, it is possible to expand the range of use of the laser and optimize the use of laser light in each technical field. For example, the recording density can be improved in optical recording / reproducing, magneto-optical recording / reproducing, etc. using laser light by shortening the wavelength of laser light.

【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。
As such an SHG element, for example, K
So-called bulk type S using TP (KTiOPO 4 )
A linear waveguide is formed on a single crystal substrate made of a nonlinear optical material such as an HG element or a waveguide type SHG element that performs phase matching using a larger nonlinear optical constant, such as lithium niobate LiNbO 3 (LN). There is a Cherenkov radiation type SHG element or the like in which a fundamental wave of near-infrared light is input thereto and the second harmonic, for example, green or blue light is emitted from the substrate side in a radiation mode.

【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。
[0005] However, the bulk type SHG element has a relatively low SHG conversion efficiency due to its characteristics, and the above-mentioned LN and lithium tantalate LiTaO 3, which are inexpensive and high in quality, can be obtained.
(LT) cannot be used. Further, the Cherenkov radiation type SHG element emits the SHG beam in the direction of the substrate, and the beam spot has a peculiar shape, for example, a crescent-shaped spot, and has a problem in actual use.

【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。
To realize a device with high conversion efficiency,
The phase propagation velocities of the fundamental wave and the second harmonic must be equal. As a method of simulating this, a method of periodically arranging the non-linear optical constants + and-has been proposed (J.
A. Armstrong, N. Bloembergen, et al., Phys. Rev., 127, 1918 (1
962)). As a method of realizing this, there is a method of periodically inverting the direction of a crystal (for example, a crystal axis). As a specific method, for example, a method of cutting and laminating a crystal thinly (Okada, Takizawa, Ieiri, NHK Technical Research, 29 (1), 24 (19
77)) or a method of forming a periodically domain-inverted structure by controlling the polarity of a current applied during crystal pulling to form a periodic domain (domain) (D. Feng, NBMing, JF
Hong, et al, Appl. Phys. Lett. 37, 607 (1980), K. Nassau,
HJ Levin-stein, GHLoiacano Appl.Phys.Lett.6,228
(1965), A. Feisst, P. Koidl Appl. Phys. Lett. 47, 1125 (19
85)). These methods aim at forming a periodic structure throughout the crystalline material. However, the above-described method not only requires a large-scale apparatus, but also has a problem that it is difficult to control the polarization inversion.

【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。
On the other hand, as a method of forming the above periodically poled structure near the surface of the crystal material, for example, a method of exchanging protons and Li to raise the temperature to near the Curie temperature (Kiminori Mizuuchi, Kazuhisa Yamamoto and Tetsu)
o Taniuchi, Appl. Phys. Lett., 59, 1538 (1991)).

【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。
In the case where the polarization inversion is formed by this proton exchange method, for example, as shown in a schematic enlarged sectional view of one manufacturing process in FIG.
In FIG. 5, a Ta mask layer 21 is formed on the + c plane of the substrate 10 made of, for example, LT, which is single-domained in the polarization direction indicated by the arrow d.
Is formed on a required parallel band pattern, for example, with a pitch P of 3.6 μm and a width W of 1.8 μm.

【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。
In this state, it is placed in the vessel 8 and immersed in phosphoric acid 19 at 260 ° C. for 50 minutes to exchange Li ions and protons on the LT substrate as shown by arrows H + and Li +. An exchange layer is formed. Then, for example, 500
By performing heating at about ° C., the domain-inverted regions 3 can be periodically formed as shown in FIG. However, in this case, the refractive index of the domain-inverted region 3 changes, or the depth D is small with respect to the pitch of the domain-inverted region 3,
In addition, the domain-inverted region has a triangular cross section and is poor in controllability of the shape (F. Laurell et al, Integrated Photonics R
esearch, Tu12, 1989). Further, there is a possibility that a metal such as the Ta mask layer 21 at the time of proton exchange is oxidized on the substrate surface and contaminates the substrate surface.

【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。
That is, in order to reliably perform the above-described phase matching, it is desirable that the depth D of the domain-inverted region 3 is large, and its cross-sectional shape is a stripe extending in the depth direction of the substrate 10. It is desirable that the domain-inverted regions 3 and the regions where domain-inversion does not occur are formed alternately. However, when the SHG element is formed by the above-described proton exchange method, the controllability of the shape of the domain-inverted regions 3 is poor. In addition, there is a possibility that the so-called light conversion efficiency is reduced by causing a leak of the input light, a leak of the second harmonic light, and a decrease in the coupling efficiency between the input light and the second harmonic light.

【0011】[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。
SUMMARY OF THE INVENTION The problem to be solved by the present invention is to solve the above-mentioned nonlinear optical materials, in particular, LN.
In addition, it is possible to obtain a domain-inverted structure with good controllability by avoiding surface contamination of LT, change in refractive index, and the like, and to obtain an optical waveguide device having good characteristics.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、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、基板の分極方向に第1及び第2の電極を配置して、
少なくとも第1の電極を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して、第1及び第2の
電極間の距離を200μm以下とし、これら第1及び第
2の電極間に、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。
According to the present invention, there is provided a method for controlling the polarization of lithium niobate for forming a predetermined domain-inverted structure on a substrate made of lithium niobate in a single domain. Disposing the first and second electrodes,
At least the first electrode is formed in a pattern corresponding to the pattern of the domain-inverted structure to be finally obtained, the distance between the first and second electrodes is set to 200 μm or less, and between the first and second electrodes, A voltage is applied such that the negative side of the spontaneous polarization of the substrate is at a negative potential and the positive side is at a positive potential to form a domain-inverted structure.

【0013】[0013]

【0014】また本発明は、上述の分極制御方法におい
て、第1及び第2の電極間に印加する電圧を15kV/
mm以上とする。
Further, according to the present invention, in the above-mentioned polarization control method, the voltage applied between the first and second electrodes may be 15 kV /
mm or more.

【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の電極間に印加する電圧を
少なくとも2以上のパルスからなるパルス電圧とする。
Further, according to the present invention, in each of the above-described polarization control methods, the voltage applied between the first and second electrodes is a pulse voltage composed of at least two or more pulses.

【0016】また本発明は、上述の各分極制御方法にお
いて、基板全体を絶縁液に浸漬した状態で第1及び第2
の電極間に電圧を印加する。更に本発明は、上述の各分
極制御方法において、第2の電極を、基板の自発分極の
負側にほぼ全面的に被着して形成する。
Further, according to the present invention, in each of the above-mentioned polarization control methods, the first and second substrates are immersed in an insulating liquid.
A voltage is applied between the electrodes. Further, according to the present invention, in each of the above-described polarization control methods, the second electrode is formed so as to cover almost entirely the negative side of the spontaneous polarization of the substrate.

【0017】また本発明による光導波路デバイスの製造
方法は、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した後、この基板に光導
波路を形成する光導波路デバイスの製造方法において、
基板の分極方向に第1及び第2の電極を配置して、少な
くとも第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し、第1及び第2の電極間
の距離を200μm以下とし、これら第1及び第2の電
極間に、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し、基
板の分極反転構造を形成した領域に光導波路を形成す
る。
The method of manufacturing an optical waveguide device according to the present invention is an optical waveguide device comprising: forming a predetermined domain-inverted structure on a substrate made of single domain lithium niobate; and forming an optical waveguide on the substrate. In the manufacturing method of
The first and second electrodes are arranged in the polarization direction of the substrate, and at least the first electrode is formed in a pattern corresponding to the finally obtained pattern of the domain-inverted structure, and the distance between the first and second electrodes Is set to 200 μm or less, and a voltage is applied between the first and second electrodes so that the negative side of the spontaneous polarization of the substrate has a negative potential and the positive side has a positive potential to form a domain-inverted structure. An optical waveguide is formed in a region where the domain-inverted structure is formed.

【0018】また本発明による光導波路デバイスは、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
に光導波路を形成して、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を形成し、この分極反転
構造のc軸方向の厚さ又は長さを200μm以下として
構成する。
The optical waveguide device according to the present invention has c
An optical waveguide is formed on a substrate made of lithium niobate that is single-domaind in the axial direction, and a domain-inverted structure is formed periodically in the optical waveguide direction of the optical waveguide. The thickness or the length is set to 200 μm or less.

【0019】更に本発明は、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、基板の
分極方向に第1及び第2の電極を配置して、少なくとも
第1の電極を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し、第1及び第2の電極間の距離
を700μm以下として、これら第1及び第2の電極間
に、基板の自発分極の負側を負電位、正側を正電位とな
るようにして、15kV/mm以上の電圧を印加して分
極反転構造を形成する。
Further, the present invention provides a method for controlling the polarization of lithium tantalate to form a predetermined domain-inverted structure on a substrate made of lithium domain tantalate in a single domain. The electrodes are arranged to form at least a first electrode in a pattern corresponding to the pattern of the domain-inverted structure to be finally obtained. The distance between the first and second electrodes is set to 700 μm or less, and the first and second electrodes are formed. A voltage of 15 kV / mm or more is applied between the electrodes to set the negative side of the spontaneous polarization of the substrate to a negative potential and the positive side to a positive potential to form a domain-inverted structure.

【0020】[0020]

【0021】[0021]

【0022】また本発明は、上述の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の電極間に印加
する電圧を少なくとも2以上のパルスからなるパルス電
圧とする。
According to the present invention, in the above-described method for controlling the polarization of lithium tantalate, the voltage applied between the first and second electrodes is a pulse voltage composed of at least two or more pulses.

【0023】更に本発明は、上述の各タンタル酸リチウ
ムの分極制御方法において、基板全体を絶縁液に浸漬し
た状態で第1及び第2の電極間に電圧を印加する。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2の電極を、基板の自発分極の負側にほぼ
全面的に被着して形成する。
Further, according to the present invention, in the above-mentioned method for controlling the polarization of lithium tantalate, a voltage is applied between the first and second electrodes while the entire substrate is immersed in an insulating liquid. According to the present invention, in each of the above-described methods for controlling the polarization of lithium tantalate, the second electrode is formed so as to cover substantially the entire negative side of the spontaneous polarization of the substrate.

【0024】更に本発明は、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し
た後、この基板に光導波路を形成する光導波路デバイス
の製造方法において、基板の分極方向に第1及び第2の
電極を配置して、少なくとも第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し、
第1及び第2の電極間の距離を700μm以下とし、こ
れら第1及び第2の電極間に、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して、15kV/m
m以上の電圧を印加して分極反転構造を形成し、基板の
分極反転構造を形成した領域に光導波路を形成する。
Further, the present invention provides a method of manufacturing an optical waveguide device in which a predetermined domain-inverted structure is formed on a substrate made of a single-domain lithium tantalate, and then an optical waveguide is formed on the substrate. First and second electrodes are arranged in the polarization direction, and at least the first electrode is formed in a pattern corresponding to the pattern of the finally obtained domain-inverted structure;
The distance between the first and second electrodes is set to 700 μm or less, and between the first and second electrodes, the negative side of the spontaneous polarization of the substrate is set to a negative potential, and the positive side is set to a positive potential. m
A voltage of m or more is applied to form a domain-inverted structure, and an optical waveguide is formed in a region of the substrate where the domain-inverted structure is formed.

【0025】また本発明による光導波路デバイスは、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
板に光導波路を形成して、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を形成し、分極反転構
造のc軸方向の距離を700μm以下とし、且つこの分
極反転構造を、基板の分極反転構造の形成される領域で
c軸方向のほぼ全厚さ又は全長さにわたって形成される
構成とする。
The optical waveguide device according to the present invention has c
An optical waveguide is formed on a substrate made of lithium tantalate that is single-domaind in the axial direction, and a domain-inverted structure is formed periodically in the optical waveguide direction of the optical waveguide. Is set to 700 μm or less, and this domain-inverted structure is formed over substantially the entire thickness or the entire length in the c-axis direction in the region where the domain-inverted structure is formed on the substrate.

【0026】[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。
According to the polarization control method of the present invention described above, the shape of the domain-inverted region can be formed with good controllability and without crystal deterioration.

【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。
This is considered to be due to the following reason. That is, in general, such as LN single crystal and LT single crystal,
A crystal is destroyed when a high voltage is applied.
ozenferroelectrics), it is said that polarization inversion does not occur even when a voltage that does not cause crystal breakdown occurs. Conventionally, polarization inversion occurs by applying a relatively low voltage that does not cause crystal breakdown. Was. That is, in order to lower the coercive electric field, at a high temperature of about 600 ° C.,
A relatively low electric field for a substrate whose thickness in the c-axis direction is as thick as about 1 mm or more, for example, several V / mm to several hundred V /
An electric field of about mm was applied to form domain inversion.

【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。
However, as a result of the present inventors' earnest studies, it has been found that the above-described crystal breakdown is caused by the thickness of the substrate in the c-axis direction, that is, the distance between the electrodes. 4 and 5 show the substrate thickness dependence of the polarization inversion electric field and the crystal breakdown electric field of the lithium niobate LN and lithium tantalate LT single crystal substrates, respectively. In this case, sample 1 was an LN single crystal manufactured by Yamaju Ceramics, sample 2 was an LN single crystal manufactured by Crystal Technology, sample 3
As an example, an LN single crystal manufactured by Mitsui Kinzoku Co., Ltd., and an LT single crystal manufactured by Yamaju Ceramics Co., Ltd. were used as a sample 4. By changing the substrate thickness, an electric field where polarization inversion started to be formed (polarization inversion electric field) and crystal destruction began to occur. The electric field (crystal breakdown electric field) was measured. In the figure, Δ, ○, □, and Δ represent samples 1 to 3, respectively.
The inversion electric field of ▲, ▲, ●, ■ and ▼ are samples 1 to 4, respectively.
5 shows the breakdown electric field of the semiconductor device.

【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。
As can be seen from FIGS. 4 and 5, the reversal electric field is almost constant and is about 15 to 20 kV / mm.
On the other hand, the breakdown electric field decreases with an increase in the substrate thickness, and falls below the inversion electric field when the substrate thickness is about 200 μm in the case of LN and about 700 μm in the case of LT. Therefore, when the substrate thickness is LN, it is 200 μm, and when it is LT, it is 7 μm.
If it exceeds 00 μm, it is considered that the crystal is destroyed before the polarization inversion occurs, and it becomes impossible to perform the polarization inversion operation.

【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。
On the other hand, when the substrate thickness is 2 in LN,
In the case of 00 μm or less and LT of 700 μm or less,
Since there are regions (represented by hatched regions A and B in FIGS. 4 and 5) which are equal to or larger than the inversion electric field and equal to or smaller than the breakdown electric field, when a substrate having such a relatively small thickness is used, an appropriate electric field is required. It seems that by applying the voltage, a domain-inverted structure can be favorably obtained without causing crystal breakage. In addition, in this case, since the domain inversion occurs between the electrodes 1 and 2, the shape thereof has a greater depth than the width and the pitch, and the domain-inverted structure 30 having a desired shape can be obtained.

【0031】[0031]

【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。
For each of the substrate materials LN and LT having a substrate thickness of 100 μm, electrodes are formed on the main surface and the back surface to make the distance between the electrodes 100 μm and to apply a DC voltage of 1.5 kV to 40 μm.
When applied for minutes, a domain-inverted structure could be formed without causing crystal destruction. Therefore, although the inversion electric field varies in FIGS. 4 and 5 described above, it can be seen that the polarization inversion structure can be reliably obtained by setting the applied electric field to 15 kV / mm or more.

【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。
Furthermore, by applying two or more pulse voltages as applied voltages, a domain-inverted structure could be formed without causing crystal breakdown.

【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。
By applying a voltage while immersing these substrates in an insulating liquid, even when a high voltage is applied, discharge between the electrodes attached to the substrate surface can be suppressed, and the polarization inversion can be accurately achieved. The structure could be formed.

【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。
According to each of these polarization control methods, it is possible to reliably avoid crystal breakage by applying an electric field of 15 kV / mm or more by setting the distance between the electrodes to 200 μm or less in LN and 700 μm or less in LT. Therefore, it is not necessary to heat the substrate to about 500 ° C. to 1200 ° C. in order to lower the coercive electric field, and the domain inversion can be formed at room temperature. Therefore, it is possible to avoid inconveniences such as contamination of the crystal caused by attaching or contacting the electrode while heating and fluctuation of the refractive index due to proton exchange, and to avoid fluctuation of characteristics.

【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。
As shown in FIG. 3, in the optical waveguide device formed by such a polarization control method, the thickness of the polarization inversion structure 30 in which the optical waveguide 11 is provided in the c-axis direction is not more than 200 μm in LN. , LT is 700 μm or less. With such a configuration, a periodic domain-inverted structure can be formed without causing a change in characteristics as described above. S that has been matched and has good SHG conversion efficiency
An HG element can be obtained.

【0037】[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。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, each example of the polarization control method of the present invention will be described in detail. In each case, a periodic domain-inverted structure is formed on a substrate 10 made of LN single crystal or LT single crystal, and an optical waveguide is formed in this portion to obtain a highly efficient SHG element optical waveguide device. Is shown. In each of the examples, the single domainization of the substrate 10 is performed by, for example, raising the temperature to, for example, about 600 ° C. immediately below the Curie temperature, and applying an external DC voltage in a certain direction over the entire c-axis direction. I went along.

【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。
In each of the following embodiments, the direction of spontaneous polarization is indicated by arrow d, and the direction of polarization of the domain-inverted region is indicated by arrow h.
Indicated by First, in the following Examples 1 to 8, a case where a domain-inverted structure is formed on a lithium niobate substrate will be described.

【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。
Embodiment 1 A description will be given with reference to a schematic enlarged perspective view of FIG. In this case, the substrate 10 is formed as a single domain in the entire thickness direction, and the first electrode 1 made of Al, Au, or the like is formed on the main surface 1S on the positive side of the polarization, for example, in a comb-like pattern. The second electrode 2 is entirely covered on the back surface 1R on the negative side of the polarization.

【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。
In this example, the entire substrate 10 is immersed in a container 8 in a fluorocarbon high voltage solution such as Fluorinert (trade name, manufactured by Sumitomo 3M) or an insulating solution 9 such as silicon oil. A voltage is applied such that the positive side, that is, the first electrode 1 side has a positive potential, and the negative side of polarization, that is, the second electrode 2 side has a negative potential, and a polarization inversion structure of a pattern corresponding to the comb-tooth pattern of the first electrode 1 is applied. Was formed. At this time, the electric field applied to the substrate 10 is desirably selected within the range of the region A described with reference to FIG. Reference numeral 5 denotes a power supply.

【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。
In this case, the thickness of the substrate 10 is 98 μm, the voltage is 2.1 kV, and 1 ms is applied.
A domain-inverted structure 30 having a fine period of about 3 μm can be obtained. Further, domain-inverted regions are formed over the comb teeth of the electrodes 1 and 2, that is, over the entire thickness of the substrate 10.
The depth could be increased with respect to the pitch P. Further, by applying a voltage in the insulating liquid 9 in this manner, a discharge between the electrodes 1 and 2 can be reliably avoided, and a domain-inverted structure can be obtained with good controllability without causing crystal destruction. Was.

【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。
Then, as shown in FIG. 3, an optical waveguide 11 was formed on the main surface 1S of the substrate 10 to form an optical waveguide device. The optical waveguide 11 is formed by patterning a mask made of, for example, Ta or the like by applying photolithography or the like to portions other than the portion where the waveguide 11 is formed, and heating the optical waveguide 11 to 200 ° C. for about 20 minutes using the mask as a mask. It can be formed by dipping in phosphoric acid. Then, after removing the mask, the end face 12 of the optical waveguide is optically polished to obtain an optical waveguide device, that is, an SHG element.

【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。
In this case, since the periodic domain-inverted structure 30 having no change in characteristics such as a change in the refractive index and having a large depth with respect to the pitch is obtained, the quasi-phase matching is ensured. Thus, an SHG element having high light conversion efficiency can be obtained.

【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。
Embodiment 2 A description will be given with reference to a schematic enlarged perspective view of FIG. 6, parts corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
Also in this case, the substrate 10 is formed into a single domain entirely in the thickness direction, the thickness is set to 200 μm or less, and the first surface made of Al or the like is formed on the main surface 1S on the positive side of the polarization. In this case, the second electrode 2 having a comb-like pattern made of Al or the like is also formed on the back surface 1R on the negative side of the polarization, and the comb-tooth portion is formed on the main surface 1
It is formed so that the substrate 10 is sandwiched between the upper surface S and the lower surface 1 so as to face each other. In the same manner as in the first embodiment, a voltage is applied by setting the positive side of polarization, that is, the first electrode 1 side to a positive potential, and setting the negative side of polarization, that is, the second electrode 2 side to a negative potential. The domain-inverted structure 30 having a pattern corresponding to the comb-tooth pattern was formed. Also in this case, the magnitude of the electric field is selected in the same manner as in the first embodiment, and the domain-inverted structure 30 is formed without causing crystal destruction and over the comb teeth of the electrodes 1 and 2, that is, over the entire thickness of the substrate 10. Was formed, and the depth could be increased with respect to the pitch.

【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。
Also in this case, the first embodiment described above
Similarly to the above, an optical waveguide device can be formed by forming an optical waveguide on the main surface 1S by a proton exchange method or the like,
An SHG element with high light conversion efficiency can be obtained.

【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。
Embodiment 3 A description will be given with reference to a schematic enlarged perspective view of FIG. 7, parts corresponding to those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. In this case, the second electrode 2 is entirely formed on the rear surface 1R of the substrate 10, and also in this example, the pattern corresponds to the pattern of the first electrode 1 as in the fifth embodiment. The domain-inverted structure 30 of the pattern could be obtained, and the depth could be increased with respect to the pitch.

【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。
Also in this case, in the first embodiment described above.
Similarly to the above, an optical waveguide device can be formed by forming an optical waveguide on the main surface 1S by a proton exchange method or the like,
An SHG element with high light conversion efficiency can be obtained.

【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。
Embodiment 4 A description will be given with reference to FIG. In FIG. 2, portions corresponding to FIG. In this example, a convex portion, that is, a ridge 6 is formed on the substrate 10. The longitudinal direction of the ridge 6 is selected so as to be orthogonal to the spontaneous polarization direction of the substrate 10 as indicated by the arrow d, and the longitudinal side wall surface has a side surface 1A composed of the positive side of polarization and a side surface 1B composed of the negative side. It consists of. This side 1A and 1
A first electrode 1 and a second electrode 2 made of Al or the like are formed in a comb-like pattern on the upper surface B and on the upper side surface 1E adjacent thereto by a manufacturing process described later. At this time, the comb tooth portions are on both side surfaces 1A and 1B from both upper side surfaces 1E.
So that the tips of the comb teeth on both side surfaces 1A and 1B are arranged opposite to both ends of the main surface 1S. And the thickness T of the ridge 6 in the width direction.
Is selected to be 200 μm or less, and the distance between the first and second electrodes 1 and 2 is selected to be 200 μm or less.

【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。
In such a configuration, a voltage is applied so that the first electrode 1 side has a positive potential and the second electrode 2 side has a negative potential, thereby forming a domain-inverted region 3 in the ridge 6 and Polarized structure 3 of the pattern corresponding to the pattern at the tip
0 could be obtained.

【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。
FIGS. 8A to 8D show an example of a method for forming the ridge 6 on the substrate 10 and forming the electrodes 1 and 2 of a required pattern on the longitudinal side surfaces 1A and 1B as described above.
Shown in As shown in FIG. 8A, after a resist 31 is entirely coated and baked on the main surface 1S of the substrate 10 where the domain inversion is to be formed, a mask layer 32 made of Ni, Cr, or the like is deposited by vapor deposition, sputtering, or the like. Then, after a resist 33 is applied thereon and baked, the resist 33 remains in a required portion where the ridge 6 is to be formed, that is, in this case, the resist 33 has a required width T in a polarization direction indicated by an arrow d. The pattern having a longitudinal direction perpendicular to the paper surface of No. 8 is exposed and developed by application of photolithography or the like to be patterned.

【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。
As shown in FIG. 8B, the mask layer 32 and the resist 31 are formed by anisotropic etching such as RIE (reactive ion etching) using the resist 33 as a mask.
Is patterned.

【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。
Subsequently, as shown in FIG. 8C, the substrate 10 is etched from above the main surface 1S using the mask layer 32 as a mask by anisotropic etching such as RIE, and the side surfaces 1A and 1B and the upper side surface adjacent thereto are etched. 1E is exposed to form a ridge 7. At this time, the height of the ridge 6 is set to about 2 μm by controlling the etching depth of the substrate 10.

【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。
Further, as shown in FIG.
Metal layer 34 made of, for example, Al such as u, Pt, K, and Li
Is formed over the entire surface of the ridge 6 by vapor deposition, sputtering or the like.

【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。
Next, after the metal layer 34 is patterned into the comb-like pattern shown in FIG. 2 by anisotropic etching such as RIE, the resist 21 is immersed in a solvent such as acetone to remove the resist 21. As shown in FIG. 6, only the metal layer 34 on the ridge 6 is lifted off, and the first comb-shaped first portions adjacent to the upper surface 1E from the side surfaces 1A and 1B, respectively.
Electrode 1 and the second electrode 2 can be formed.

【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。
In this case, a waveguide is formed in the ridge 6 by a proton exchange method or the like before or after the above-described voltage application step for polarization inversion, and the first electrode 1 and the second electrode 2 are removed. Thus, an SHG element can be obtained.

【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。
As described above, when the ridge 6 is formed on the substrate 10 and electrodes are applied to the side surfaces 1A and 1B to apply a voltage, an electric field component which is not parallel to the spontaneous polarization,
That is, the electric field component that does not directly affect the polarization inversion can be greatly reduced. In the case of the substrate 10 such as an LN crystal, an electric field component that is not parallel to the direction in which the spontaneous polarization occurs exerts a large stress on the material. Therefore, by reducing such an electric field component, the crystal breakage of the substrate 10 can be more reliably performed. Can be avoided.

【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。
When the domain inversion is formed by such a configuration, each domain inversion region 3 can be formed over the entire thickness of the ridge 6. Therefore, by appropriately selecting the depth of the waveguide, the domain-inverted structure 30 can be formed over the entire thickness of the waveguide or more, and with almost no crystal breakage. Is used as an SHG element, light conversion efficiency such as SHG efficiency can be increased.

【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。
Fifth Embodiment A description will be given with reference to a schematic enlarged perspective view of FIG. 9, parts corresponding to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. Also in this case, the voltage is applied while the entire substrate 10 in the fourth embodiment described in FIG. 2 is immersed in the insulating liquid 9 in the container 8 as in the first embodiment described in FIG. . Also in this case, the width on the ridge 6, that is, the first electrode 1 and the second electrode 2
The interval T between them was selected to be 7 μm or more and 200 μm or less, and a voltage was applied by selecting an electric field within the range of the region A in FIG. Also in this case, a domain-inverted structure 30 having a pattern corresponding to the comb-tooth pattern is formed between the tips of the comb teeth of the first electrode 1 and the second electrode 2, and an optical waveguide (not shown) is formed thereon. By forming, a SHG element having high light conversion efficiency could be obtained. Further, by applying an electric field in the insulating liquid 9 in this manner, the electrodes 1 and 2 are formed in the same manner as in the first embodiment.
In this way, it was possible to reliably avoid the discharge during the period.

【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。
Embodiment 6 A description will be given with reference to a schematic enlarged perspective view of FIG. In this case, the substrate 10 made of lithium niobate which is single-domained in the in-plane direction indicated by an arrow d is used, and the polarization side on the main surface 1S is made of Al or the like by applying photolithography or the like. A first electrode 1 having a comb-like pattern is formed by deposition, while a second electrode 2 made of Al or the like is entirely formed on the positive side surface 1B of polarization by vapor deposition, sputtering, or the like. Become. 5 is a power supply. Also in this case, the entire substrate 10 is transferred to Florinert (Sumitomo 3) in the container 8.
The voltage is applied in a state of being immersed in a CFC-based high-voltage resistant liquid such as a product of M Corporation or an insulating liquid 9 such as silicon oil. At this time, the pitch P of the first electrode 1 is 2
μm, the width W is 1 μm, the distance L between the tips of the electrodes 1 and 2 on the main surface 1S is 100 μm, and the thickness T of the lithium niobate 10 is 1 mm.
The voltage is set to 2.6 kV, and a pulse voltage having a width of 100 μs is applied twice or more, for example, five times so that the electrode 1 side has a negative potential and the second electrode 2 side has a positive potential. It is possible to obtain the domain-inverted structure 30 having a pattern corresponding to the comb-tooth pattern of the first electrode 1 without occurrence.

【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。
Embodiment 7 A description will be given with reference to a schematic enlarged perspective view of FIG. FIG.
In FIG. 10, the portions corresponding to those in FIG. In this case, a first electrode of a comb-like pattern is provided on the positive side surface 1A of the substrate 10 made of lithium niobate, and a second electrode of a comb-like pattern is further provided on the main surface 1S of the negative side of the polarization. 2 is formed by vapor deposition, sputtering or the like, and then formed by application of photolithography or the like. The tips of the comb teeth of these electrodes 1 and 2 are opposed to each other over the main surface 1S and the side surface 1A. Make it patterned. Also in this case, the voltage is applied while the entire substrate 10 is immersed in the insulating liquid 9 in the container 8. In such a configuration, a voltage is applied so that the first electrode 1 side has a positive potential and the second electrode 2 side has a negative potential to correspond to the comb pattern of the first electrode 1 and the second electrode 2. The polarization inversion structure 30 having the pattern shown in FIG. Also in this case, the width and pitch of the tip of the comb teeth and the magnitude of the voltage were selected in the same manner as in Example 6, and the domain-inverted structure 30 could be obtained with almost no crystal destruction.

【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。
Eighth Embodiment A description will be given with reference to a schematic enlarged perspective view of FIG. In this case, an example in which the substrate 10 made of lithium niobate which is single-domained in the direction shown by the arrow d is used, and the first electrode 1 and the second electrode 2 Place. In this case, the first electrode 1 and the second electrode 2 made of Al or the like are both formed by being deposited by, for example, vapor deposition, sputtering, or the like, and then patterned by applying photolithography or the like to form a comb-like shape. Tip width W
, The pitch P is, for example, 2 μm, the distance L between the tips of the comb teeth of the electrodes 1 and 2 is 100 μm, the thickness T of the substrate 10 is about 1 mm, and the tips of the comb teeth of the electrodes 1 and 2 Are arranged to face each other.

【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。
Also in this case, the voltage is applied while the entire substrate 10 is immersed in the insulating liquid 9 in the container 8. In such a configuration, at a temperature of 150 ° C. or higher, the first electrode 1 on the negative side of the spontaneous polarization of the substrate 10 has a negative potential and the first side on the positive side between the first electrode 1 and the second electrode 2. Voltage of 2.6 kV so that the second electrode 2 has a positive potential.
As a result, a pulse voltage having a width of 100 μs is applied twice or more, for example, five times to form a domain-inverted region 3 extending from the tip of the comb teeth of the first electrode 1, and the tip of the comb teeth of the first electrode 1 is formed. The periodic domain-inverted structure 30 having a pattern corresponding to the pattern of the portion could be formed with almost no crystal destruction or the like. In addition, discharge between the electrodes 1 and 2 was reliably avoided.

【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。
In each of the above-described examples, an optical waveguide device is obtained by forming a domain-inverted structure on a lithium niobate LN substrate. In this case, the distance between the electrodes is set to 7 μm or more. As a result, the coupling efficiency with the semiconductor laser, which is the light source of the guided light, could be improved more reliably. That is, as shown in FIG. 3, the width Wg of the optical waveguide 11 is about 3 μm, but the diameter of the near field pattern of the semiconductor laser as the light source is 6 μm.
m or more, and by increasing the width at the waveguide end face 12, the coupling efficiency can be improved. In this case, by setting the distance between the electrodes to about 7 μm or more, the domain-inverted structure 30 is surely formed even in the vicinity of the waveguide end face 12, and such a coupling efficiency can be obtained without impairing the conversion efficiency. Can be improved.

【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。
Also, in this case, by increasing the distance between the electrodes and making the region where the domain-inverted structure is formed wider, it is possible to increase the alignment tolerance of the patterning in forming the waveguide. This facilitates the formation of a plurality of waveguides.

【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。
Further, it is difficult to form a polarization inversion cycle with high accuracy in units of Å. For example, patterning is performed so that the tip of one electrode is oblique to the tip of the other electrode to reduce the distance between the electrodes. By gradually changing the width from the large to the small, the width and the pitch of each domain-inverted region can be changed by a small amount in the waveguide direction, and the quasi-phase matching in the above-described SHG element can be surely performed. Also in this case, the distance between the electrodes is 7 μm or more and 10 to 100 μm.
By setting the degree, patterning can be facilitated.

【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。
Next, in the following Examples 9 to 16,
A case where a domain-inverted structure is formed on a lithium tantalate substrate will be described. Example 9 Example 9 will be described with reference to FIG. In this case, the substrate 10 made of lithium tantalate is entirely domain-divided in the thickness direction, and Al, Au is formed on the main surface 1S on the positive side of the polarization.
The first electrode 1 is patterned into, for example, a comb-like pattern, and the second electrode 2 is entirely covered on the back surface 1R on the negative side of the polarization.

【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。
In this example, the polarization of the substrate 10 is immersed in a container 8 in a fluorocarbon high voltage solution such as Fluorinert (trade name, manufactured by Sumitomo 3M) or an insulating solution 9 such as silicon oil. A voltage is applied such that the positive side, that is, the first electrode 1 side has a positive potential, and the negative side of polarization, that is, the second electrode 2 side has a negative potential, and a polarization inversion structure of a pattern corresponding to the comb-tooth pattern of the first electrode 1 is applied. Was formed. At this time, the electric field applied to the substrate 10 is desirably selected within the range of the region B described with reference to FIG. 5, that is, about 15 kV or more of the inversion electric field and less than the breakdown electric field.

【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。
In this case, the thickness of the substrate 10 is 100 μm,
By applying a pulse having a width of 100 μs five times at a voltage of 2.6 kV, a domain-inverted structure 30 having a fine period of about 3.6 μm can be obtained. That is, a domain-inverted region was formed over the entire thickness of the substrate 10, and the depth could be increased with respect to the pitch P. Further, by applying a voltage in the insulating liquid 9 in this manner, a discharge between the electrodes 1 and 2 can be reliably avoided, and a domain-inverted structure can be obtained with good controllability without causing crystal destruction. Was.

【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。
Then, as shown in FIG. 3, an optical waveguide 11 was formed on the main surface 1S of the substrate 10 to form an optical waveguide device. The optical waveguide 11 is patterned by, for example, a proton exchange method, that is, by patterning a mask made of, for example, Ta by applying photolithography or the like to a portion other than the portion where the waveguide 11 is to be formed, and using this as a mask, heating to 260 ° C. for about 20 minutes. It can be formed by dipping in phosphoric acid. Then, after removing the mask, the end face 12 of the optical waveguide is optically polished to obtain an optical waveguide device, that is, an SHG element.

【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。
In this case, a periodic domain-inverted structure 30 having no change in characteristics such as a change in refractive index and having a depth greater than the pitch can be obtained. Thus, an SHG element having high light conversion efficiency can be obtained.

【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。
Embodiment 10 A description will be given with reference to FIG. 6, parts corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. Also in this case, the substrate 10 is formed as a single domain in the entire thickness direction, the thickness is set to 700 μm or less, and the first surface made of Al or the like is formed on the main surface 1S on the positive side of the polarization. In this case, the second electrode 2 of the comb-like pattern made of Al or the like is also formed on the back surface 1R on the negative side of the polarization, and the comb-tooth portion is formed on the main surface 1S. The upper and lower surfaces 1R are formed so as to be opposed to each other so as to sandwich the substrate 10 therebetween. As in the first embodiment, the positive side of the polarization, that is, the first electrode 1 side is set to the positive potential, and the negative side of the polarization, that is, the second electrode 2 is set.
A voltage was applied with the negative side being a negative potential to form a domain-inverted structure 30 having a pattern corresponding to the comb pattern of the first electrode 1. Also in this case, the magnitude of the electric field is selected in the same manner as in the first embodiment, and the domain-inverted structure 30 is formed without causing crystal destruction and over the comb teeth of the electrodes 1 and 2, that is, over the entire thickness of the substrate 10. Was formed, and the depth could be increased with respect to the pitch.

【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。
Also in this case, in the first embodiment described above.
Similarly to the above, an optical waveguide device can be formed by forming an optical waveguide on the main surface 1S by a proton exchange method or the like,
An SHG element with high light conversion efficiency can be obtained.

【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。
Embodiment 11 A description will be given with reference to FIG. 7, parts corresponding to those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. In this case, the second electrode 2 is formed on the entire back surface 1R of the substrate 10 by adhesion.
Similarly to the above, a domain-inverted structure 30 having a pattern corresponding to the pattern of the first electrode 1 could be obtained, and the depth could be increased with respect to the pitch.

【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。
Also in this case, the first embodiment is used.
Similarly to the above, an optical waveguide device can be formed by forming an optical waveguide on the main surface 1S by a proton exchange method or the like,
An SHG element having high light exchange efficiency can be obtained.

【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。
Embodiment 12 A description will be given with reference to FIG. In FIG. 2, portions corresponding to FIG. In this example, a projection or ridge 6 is formed on the substrate 10, and the longitudinal direction of the ridge 6 is selected to be orthogonal to the spontaneous polarization direction of the substrate 10 as indicated by an arrow d, and the longitudinal side wall surface is polarized. And a side surface 1A composed of a positive side and a side surface 1B composed of a negative side. On these sides 1A and 1B,
8A described above over the upper side 1E adjacent to these.
The first electrode 1 and the second electrode 2 made of Al or the like are formed as a comb-like pattern by the manufacturing steps described in FIGS. At this time, the comb teeth portion is formed so as to extend from both upper side surfaces 1E to both side surfaces 1A and 1B, and furthermore, the comb tooth tip portions on both side surfaces 1A and 1B are arranged opposite to both ends of main surface 1S. So that And this ridge 6
The thickness T in the width direction is selected to be 700 μm or less, and the distance between the first and second electrodes 1 and 2 is selected to be 700 μm or less.

【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。
In such a configuration, a voltage is applied so that the first electrode 1 side has a positive potential and the second electrode 2 side has a negative potential, thereby forming a domain-inverted region 3 on the ridge 6 and Polarized structure 3 of the pattern corresponding to the pattern at the tip
0 could be obtained.

【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。
Also in this case, before or after the above-described voltage application step for polarization inversion, a waveguide is formed in the ridge 6 by the proton exchange method or the like, and the first electrode 1 and the second electrode 2 are formed. Is removed to obtain an SHG element.

【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。
As described above, when the ridge 6 is formed on the substrate 10 and electrodes are applied to the side surfaces 1A and 1B and a voltage is applied, an electric field component that is not parallel to spontaneous polarization, ie, polarization inversion occurs. An electric field component having no direct influence can be greatly reduced. Also in the LT crystal, the electric field component not parallel to the direction in which the spontaneous polarization occurs exerts a large stress on the material. Therefore, by reducing such an electric field component, it is possible to more reliably avoid the destruction of the substrate 10 as a result. Can be.

【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。
When domain inversion is formed by such a configuration, each domain inversion region 3 can be formed over the entire thickness of the ridge 6. Therefore, also in this case, as in Embodiment 4 described above, by appropriately selecting the depth of the waveguide, the polarization can be achieved over the entire thickness of the waveguide or more, and with almost no crystal breakdown. The inversion structure 30 can be formed, and when this is used as an SHG element, light conversion efficiency such as SHG efficiency can be increased.

【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。
Embodiment 13 A description will be given with reference to FIG. 9, parts corresponding to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. Also in this case, the voltage is applied while the entire substrate 10 in the twelfth embodiment described in FIG. 2 is immersed in the insulating liquid 9 in the container 8 as in the ninth embodiment described in FIG. . Then, the width on the ridge 6, that is, the interval T between the first electrode 1 and the second electrode 2 is selected to be equal to or less than 700 μm. A voltage was applied by selecting an electric field. Also in this case, a domain-inverted structure 30 having a pattern corresponding to the comb-tooth pattern is formed between the tips of the comb teeth of the first electrode 1 and the second electrode 2, and an optical waveguide (not shown) is formed thereon. By forming, a SHG element having high light conversion efficiency could be obtained. Further, by applying the electric field in the insulating liquid 9 in this manner, it was possible to reliably avoid the discharge between the electrodes 1 and 2 as in the first embodiment.

【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。
Embodiment 14 A description will be given with reference to FIG. In this case, the substrate 10 made of lithium tantalate is used. The substrate 10 is made of lithium tantalate which is single-domaind in the in-plane direction indicated by an arrow d. A first electrode 1 having a comb-like pattern is formed on the second electrode 2 entirely made of Al or the like on the positive side surface 1B of the one electrode.
Is formed by deposition, sputtering or the like.
Also in this case, a voltage is applied while the entire substrate 10 is immersed in an insulating liquid 9 such as a fluorocarbon-based high voltage such as Fluorinert (trade name, manufactured by Sumitomo 3M) or a silicone oil in a container 8. is there.

【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。
At this time, the pitch P of the first electrode 1 is 2 μm.
m, the width W is 1 μm, the distance L between the tips of the comb teeth of the electrodes 1 and 2 on the main surface 1S is 200 μm, and the thickness T of the substrate 10 is 1 mm. 1
By applying a pulse voltage of 5.2 kV and applying a pulse voltage having a width of 100 μs twice or more, for example, five times so that the negative electrode potential becomes the negative potential and the second electrode 2 side becomes the positive potential, crystal breakage and the like hardly occur. The domain-inverted structure 30 having a pattern corresponding to the comb pattern of the first electrode 1 can be obtained.

【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。
Fifteenth Embodiment A description will be given with reference to FIG. 11, parts corresponding to those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. In this case, the first electrode 1 having a comb-like pattern is provided on the positive side surface 1A of the polarization of the substrate 10 made of lithium tantalate, and the first electrode 1 having the comb-like pattern is further provided on the main surface 1S having the negative polarity. In this example, two electrodes 2 are formed by application of photolithography or the like after being deposited by vapor deposition, sputtering, or the like.
The patterning is performed so as to be opposed to each other on S and the side surface 1A. Also in this case, the substrate 1
The voltage application is performed in a state where the entirety 0 is immersed in the insulating liquid 9 in the container 8. In such a configuration, a voltage is applied so that the first electrode 1 side has a positive potential and the second electrode 2 side has a negative potential to correspond to the comb pattern of the first electrode 1 and the second electrode 2. The polarization inversion structure 30 having the pattern shown in FIG. Also in this case, the width and pitch of the tip of the comb teeth and the magnitude of the voltage were selected in the same manner as in Example 14, and the domain-inverted structure 30 could be obtained with almost no crystal destruction.

【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。
Embodiment 16 A description will be given with reference to FIG. In this case, an example is shown in which a substrate 10 made of lithium tantalate which is single-domained in the in-plane direction indicated by an arrow d is used, and the first electrode 1 and the second electrode 1 are arranged in the polarization direction on one main surface 1S. The electrode 2 is arranged. In this case A
The first electrode 1 and the second electrode 2 are formed by, for example, vapor deposition, sputtering, and the like, and then formed by comb-shaped patterning by application of photolithography or the like. Is 1 μm, for example.
m, the pitch P is, for example, 2 μm, the distance L between the tips of the comb teeth of the electrodes 1 and 2 is 200 μm, and the thickness T of the substrate 10 is 1 m.
m and are arranged such that the tips of the comb teeth of the electrodes 1 and 2 face each other.

【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。
Also in this case, the voltage is applied while the entire substrate 10 is immersed in the insulating liquid 9 in the container 8. In such a configuration, at a temperature of 150 ° C. or higher, the first electrode 1 on the negative side of the spontaneous polarization of the substrate 10 has a negative potential and the first side on the positive side between the first electrode 1 and the second electrode 2. Voltage of 5.2 kV so that the second electrode 2 has a positive potential.
As a result, a pulse voltage having a width of 200 μs is applied twice or more, for example, five times to form the domain-inverted region 3 extending from the tip of the comb teeth of the first electrode 1, and the tip of the comb teeth of the first electrode 1 is formed. The periodic domain-inverted structure 30 having a pattern corresponding to the pattern of the portion could be formed with almost no crystal destruction or the like. In addition, discharge between the electrodes 1 and 2 was reliably avoided.

【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。
Incidentally, in the above-described embodiment, 15 kV /
A field-inverted structure was formed by applying an electric field of
The upper limit of the applied electric field, that is, the upper limit of the electric field that causes crystal destruction, varies greatly depending on the minute difference in the chemical composition ratio of each crystal substrate sample, the application time of the electric field, and the like. However, in order to reliably avoid crystal breakage and accurately form a domain-inverted structure with a fine pitch and width, 100 kV /
mm or less.

【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。
In each of Examples 1 to 16 described above, the electrode is directly formed on the substrate 10. In each case, an insulating layer is provided between the electrode and the substrate 10. It may be provided to apply a voltage.

【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。
In the case where the substrate is irradiated with charged particles such as proton exchange and electron beam prior to voltage application,
The polarization in the substrate is easily inverted, and the voltage required for the polarization inversion can be reduced.

【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。
Further, as the applied electric field, for example, when a DC voltage to which an AC component of a waveform pattern whose amplitude is gradually attenuated is used, the polarization in the substrate is disturbed, thereby easily inverting the polarization. You can also. Furthermore, by appropriately selecting the width and the number of times of application using a pulse voltage, a domain-inverted region having a required width and depth can be formed.

【0090】[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。
As described above, according to the method for controlling the polarization of lithium niobate and lithium tantalate according to the present invention, the distance between the electrodes to which an electric field is applied is appropriately selected, and the electric field between the inversion electric field and the breakdown electric field is less than the breakdown electric field. Is applied, it is possible to reliably form a domain-inverted structure having a depth corresponding to the distance between the electrodes without causing crystal breakage.

【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。
For example, when the present invention is applied to an LN or LT substrate having a single domain in the thickness direction, a domain-inverted structure can be formed with good shape controllability in the depth direction. On the other hand, the LN divided into a single domain in the in-plane direction can reliably form domain inversion by applying an appropriate electric field to the LT substrate with the positive side of polarization as a positive potential and the negative side as a negative potential. In particular, for example, when a convex portion such as a ridge is formed on a substrate and an electrode is applied so as to sandwich the convex portion and a voltage is applied, the polarization inversion has a length corresponding to the thickness of the convex portion. The structure can be obtained, and the shape controllability of the domain-inverted structure can be improved.

【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。
Therefore, according to the method of manufacturing an optical waveguide device of the present invention in which a domain-inverted structure is formed by using such a control method and an optical waveguide is further formed to constitute an optical waveguide device, quasi-phase matching is ensured. As a result, an SHG element having high light conversion efficiency can be obtained.

【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。
The optical waveguide device of the present invention can be formed by the above-described manufacturing method of the present invention without causing crystal destruction, contamination, etc., and has a polarization having a depth greater than the width and pitch in the c-axis direction. It is possible to realize an optical waveguide device such as an SHG element and an optical modulator having an inverted structure and high light conversion efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。
FIG. 1 is a configuration diagram showing one manufacturing process of an example of a polarization control method.

【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。
FIG. 2 is a schematic enlarged perspective view showing a manufacturing process of another example of the polarization control method.

【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。
FIG. 3 is a schematic enlarged perspective view of an example of the optical waveguide device of the present invention.

【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。
FIG. 4 is a view showing the substrate thickness dependence of the polarization reversal electric field and the crystal breakdown electric field of lithium niobate.

【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。
FIG. 5 is a diagram showing the substrate thickness dependence of the polarization reversal electric field and the crystal breakdown electric field of lithium tantalate.

【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。
FIG. 6 is a schematic enlarged perspective view showing a manufacturing process of another example of the polarization control method.

【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。
FIG. 7 is a schematic enlarged perspective view showing a manufacturing process of another example of the polarization control method.

【図8】分極制御方法の他の例の工程図である。FIG. 8 is a process chart of another example of the polarization control method.

【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。
FIG. 9 is a schematic enlarged perspective view showing a manufacturing process of another example of the polarization control method.

【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。
FIG. 10 is a schematic enlarged perspective view showing a manufacturing process of another example of the polarization control method.

【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。
FIG. 11 is a schematic enlarged perspective view showing one manufacturing process of another example of the polarization control method.

【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。
FIG. 12 is a schematic enlarged perspective view showing one manufacturing process of another example of the polarization control method.

【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。
FIG. 13 is a process chart of an example of a polarization control method by proton exchange.

【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。
FIG. 14 is a schematic enlarged cross-sectional view of a domain-inverted region obtained by a proton exchange method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st electrode 2 2nd electrode 1S principal surface 1R back surface 3 Polarization inversion area 5 Power supply 8 Container 9 Insulating liquid 10 Substrate 11 Optical waveguide 12 Waveguide end surface 30 Polarization inversion structure

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G02F 1/37 G02B 6/12 M (56)参考文献 特開 平3−31828(JP,A) 特開 平3−132628(JP,A) 特開 平4−3128(JP,A) Albert A.Ballman, H.Brown,Ferroelect ric Domain Reversa l in Lithium Matat antalate,Ferroelec trics,vol.4,pp.189− 194 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/29 - 7/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI G02F 1/37 G02B 6/12 M (56) References JP-A-3-31828 (JP, A) JP-A-3-132628 ( JP, A) JP-A-4-3128 (JP, A) Albert A. Ballman, H .; Brown, Ferroselect ric Domain Reversal in Lithium Matatalate, Ferroelectric trics, vol. 4, pp. 189-194 (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G02F 1/29-7/00

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【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。
1. A method for controlling the polarization of lithium niobate in which a predetermined domain-inverted structure is formed on a substrate made of single domain lithium niobate, wherein the first and second electrodes are arranged in a polarization direction of the substrate. Placed,
At least the first electrode is formed in a pattern corresponding to the finally obtained pattern of the domain-inverted structure, the distance between the first and second electrodes is 200 μm or less, and the distance between the first and second electrodes is A method of controlling the polarization of lithium niobate, wherein a voltage is applied such that the negative side of the spontaneous polarization of the substrate is at a negative potential and the positive side is at a positive potential to form a domain-inverted structure.
【請求項2】 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に記載のニオブ酸リチウムの分極制御方法。
2. The method for controlling the polarization of lithium niobate according to claim 1, wherein the voltage applied between the first and second electrodes is 15 kV / mm or more.
【請求項3】 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又は2に記載のニオブ酸リチウムの分極
制御方法。
3. The method for controlling polarization of lithium niobate according to claim 1, wherein the voltage applied between the first and second electrodes includes at least two pulses.
【請求項4】 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、2又は3に記載のニオブ酸リチウ
ムの分極制御方法。
4. The lithium niobate according to claim 1, wherein a voltage is applied between the first and second electrodes while the entire substrate is immersed in an insulating liquid. Polarization control method.
【請求項5】 上記第2の電極が、上記基板の自発分極
の負側にほぼ全面的に被着されて成ることを特徴とする
上記請求項1、2、3又は4に記載のニオブ酸リチウム
の分極制御方法。
5. The niobic acid according to claim 1, wherein the second electrode is substantially entirely coated on the negative side of the spontaneous polarization of the substrate. How to control the polarization of lithium.
【請求項6】 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した後、上記基板
に光導波路を形成する光導波路デバイスの製造方法にお
いて、 上記基板の分極方向に第1及び第2の電極を配置して、
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し、 上記第1及び第2の電極間の距離を200μm以下と
し、 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し、 上記基板の上記分極反転構造を形成した領域に光導波路
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。
6. A method for manufacturing an optical waveguide device, comprising forming a predetermined domain-inverted structure on a substrate made of single domain lithium niobate and then forming an optical waveguide on the substrate, wherein the polarization direction of the substrate is First and second electrodes are arranged on
At least the first electrode is formed in a pattern corresponding to the pattern of the domain-inverted structure finally obtained, the distance between the first and second electrodes is 200 μm or less, and the distance between the first and second electrodes is A voltage is applied such that the negative side of the spontaneous polarization of the substrate is a negative potential and the positive side is a positive potential to form a domain-inverted structure, and an optical waveguide is formed in a region of the substrate where the domain-inverted structure is formed. A method of manufacturing an optical waveguide device.
【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
又は長さが200μm以下とされたことを特徴とする光
導波路デバイス。
7. An optical waveguide is formed on a substrate made of lithium niobate having a single domain in the c-axis direction, and a domain-inverted structure is periodically formed in an optical waveguide direction of the optical waveguide. An optical waveguide device, wherein the thickness or the length in the c-axis direction of the domain-inverted structure is 200 μm or less.
【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して、15k
V/mm以上の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。
8. A method for controlling the polarization of lithium tantalate to form a predetermined domain-inverted structure on a substrate made of single domain lithium tantalate, wherein the first and second electrodes are arranged in the direction of polarization of the substrate. Placed,
At least the first electrode is formed in a pattern corresponding to the finally obtained domain-inverted structure pattern, the distance between the first and second electrodes is 700 μm or less, and the distance between the first and second electrodes is The negative side of the spontaneous polarization of the substrate is set to a negative potential, and the positive side is set to a positive potential.
A polarization control method for lithium tantalate, wherein a polarization inversion structure is formed by applying a voltage of V / mm or more.
【請求項9】 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に記載のタンタル酸リチウムの分極制御
方法。
9. The method of claim 8, wherein the voltage applied between the first and second electrodes comprises at least two pulses.
【請求項10】 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又は9に記載のタンタル酸リチウ
ムの分極制御方法。
10. The polarization control of lithium tantalate according to claim 8, wherein a voltage is applied between the first and second electrodes while the entire substrate is immersed in an insulating liquid. Method.
【請求項11】 上記第2の電極が、上記基板の自発分
極の負側にほぼ全面的に被着されて成ることを特徴とす
る上記請求項8、9、又は10に記載のタンタル酸リチ
ウムの分極制御方法。
11. The lithium tantalate according to claim 8, 9 or 10, wherein the second electrode is substantially entirely deposited on the negative side of the spontaneous polarization of the substrate. Polarization control method.
【請求項12】 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した後、上記
基板に光導波路を形成する光導波路デバイスの製造方法
において、 上記基板の分極方向に第1及び第2の電極を配置して、
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し、 上記第1及び第2の電極間の距離を700μm以下と
し、 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して、15k
V/mm以上の電圧を印加して分極反転構造を形成し、 上記基板の上記分極反転構造を形成した領域に光導波路
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。
12. A method of manufacturing an optical waveguide device, comprising: forming a predetermined domain-inverted structure on a substrate made of single-domain lithium tantalate, and then forming an optical waveguide on the substrate; First and second electrodes are arranged on
At least the first electrode is formed in a pattern corresponding to the pattern of the domain-inverted structure finally obtained, the distance between the first and second electrodes is set to 700 μm or less, and the distance between the first and second electrodes is The negative side of the spontaneous polarization of the substrate is set to a negative potential, and the positive side is set to a positive potential.
A method for manufacturing an optical waveguide device, comprising applying a voltage of V / mm or more to form a domain-inverted structure, and forming an optical waveguide in a region of the substrate where the domain-inverted structure is formed.
【請求項13】 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ると共
に、上記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軸方向の厚さ又は長さが700μ
m以下とされ、 且つ上記分極反転構造が、上記基板の上記分極反転構造
の形成される領域でc軸方向のほぼ全厚さ又は全長さに
わたって形成されて成ることを特徴とする光導波路デバ
イス。
13. An optical waveguide is formed on a substrate made of lithium tantalate having a single domain in the c-axis direction, and a domain-inverted structure is formed periodically in the optical waveguide direction of the optical waveguide. The thickness or length in the c-axis direction of the domain-inverted structure is 700 μm.
m or less, and wherein the domain-inverted structure is formed over substantially the entire thickness or the entire length in the c-axis direction in a region of the substrate where the domain-inverted structure is formed.
JP22435092A 1991-11-19 1992-08-24 Method for controlling polarization of lithium niobate and lithium tantalate, method for manufacturing optical waveguide device using the same, and optical waveguide device Expired - Lifetime JP3303346B2 (en)

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JPH10246900A (en) * 1997-03-04 1998-09-14 Ngk Insulators Ltd Production of microstructure of ferroelectric single crystal substrate
DE69802791T2 (en) * 1997-04-17 2002-06-20 Qinetiq Ltd etching
JP4569911B2 (en) * 1999-11-09 2010-10-27 独立行政法人物質・材料研究機構 Wavelength conversion element made of lithium tantalate single crystal
JP2001330866A (en) 2000-05-22 2001-11-30 Fuji Photo Film Co Ltd Method for manufacturing optical wavelength conversion element
JP4675006B2 (en) * 2001-08-15 2011-04-20 日本碍子株式会社 Method for forming periodic domain-inverted structure
KR20050052915A (en) * 2003-12-01 2005-06-07 전자부품연구원 Domain inverting method of lithium niobate substrate using asymmetrical electrode conductivity
JP5157785B2 (en) 2008-09-26 2013-03-06 富士通株式会社 Optical functional device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Albert A.Ballman,H.Brown,Ferroelectric Domain Reversal in Lithium Matatantalate,Ferroelectrics,vol.4,pp.189−194

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108166065A (en) * 2017-12-12 2018-06-15 南京大学 A kind of method for preparing lithium niobate single crystal thin film domain structure

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