JP3347771B2 - プロトン交換層形成方法 - Google Patents
プロトン交換層形成方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、周囲を低屈折率のクラ
ッドで囲まれた誘電体からなる伸長したコア即ち誘電体
導波路、特に３次元プロトン交換層を形成するプロトン
交換層形成方法に関する。
ッドで囲まれた誘電体からなる伸長したコア即ち誘電体
導波路、特に３次元プロトン交換層を形成するプロトン
交換層形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】３次元導波路は、第２高調波発生やさら
に準位相整合（quasi-phase matching:QPM)を用いた波
長変換素子に利用される。この擬似位相整合を利用した
第２高調波発生素子（QPM-SHG素子)は、チャネル形導波
路の伸長方向に沿って周期ドメイン反転構造を有した波
長変換素子である。擬似位相整合は、例えば第２高調波
の出力がその伝播に伴って可干渉距離（コヒーレンス
長）毎に極大極小を周期的に繰返すことを利用して、コ
ヒーレンス長毎に発生する分極波の符号を交互に反転さ
せて（周期ドメイン反転構造）、第２高調波の出力の加
算により出力を増大させる整合方法である。図１に示す
ように波長変換素子としては、ドメインの反転特性を有
するＬｉＮｂＯ3結晶のＺカット基板１（結晶のＺ軸を
法線としＸ−Ｙ軸を含むＺカット面２を主面とする基
板）が主に用いられる。このように、３次元導波路は、
誘電体結晶の基板内に伸長したチャネル形導波路２や、
チャネル形導波路の伸長方向に沿った周期ドメイン反転
構造３のプロトン交換層に用いられる（破線矢印は分極
の方向を示す）。
に準位相整合（quasi-phase matching:QPM)を用いた波
長変換素子に利用される。この擬似位相整合を利用した
第２高調波発生素子（QPM-SHG素子)は、チャネル形導波
路の伸長方向に沿って周期ドメイン反転構造を有した波
長変換素子である。擬似位相整合は、例えば第２高調波
の出力がその伝播に伴って可干渉距離（コヒーレンス
長）毎に極大極小を周期的に繰返すことを利用して、コ
ヒーレンス長毎に発生する分極波の符号を交互に反転さ
せて（周期ドメイン反転構造）、第２高調波の出力の加
算により出力を増大させる整合方法である。図１に示す
ように波長変換素子としては、ドメインの反転特性を有
するＬｉＮｂＯ3結晶のＺカット基板１（結晶のＺ軸を
法線としＸ−Ｙ軸を含むＺカット面２を主面とする基
板）が主に用いられる。このように、３次元導波路は、
誘電体結晶の基板内に伸長したチャネル形導波路２や、
チャネル形導波路の伸長方向に沿った周期ドメイン反転
構造３のプロトン交換層に用いられる（破線矢印は分極
の方向を示す）。
【０００３】光損傷に強いタンタル酸リチウム(LiTaO3)
も結晶基板として用いられるが、LiTaO3のキュリー点は
６００℃程度と低いため、ニオブ酸リチウム結晶(LiNbO
3)で良く知られているチタン(Ti)拡散によるプロトン交
換層作製方法は、LiTaO3結晶に適用できない。また、プ
ロトン交換層をTi拡散によりLiTaO3結晶基板に作製した
としても分極方向がランダムとなるので、このプロトン
交換層を有効に利用するためには、基板をキュリー点以
上でポーリング処理が必要である。よって、タンタル酸
リチウム結晶基板においては、３００℃以下の低温プロ
セスでプロトン交換層の作製が可能なプロトン交換法が
広く用いられているが、そのＸまたはＹカット板（図１
に示す結晶のＸ軸を法線としＺ−Ｙ軸を含むＸカット面
４を主面とする基板または結晶のＹ軸を法線としＺ−Ｘ
軸を含むＹカット面５を主面とする基板）に対してはプ
ロトン交換による腐食のためプロトン交換層の作成に適
さないとされてきた（Kazuhisa YAMAMOTO, Kiminori MI
ZUUCHI and Tetsuo TANIUCHI“Low-Loss Channel Waveg
uides in MgO:LiNbO3 ans LiTaO3 by Pyrophosphoric A
cid Proton Exchange” Jpn．J. Appl. Phys. Vol.31(1
992)pp. 1059-1064Part 1, No.4, April 1992)。
も結晶基板として用いられるが、LiTaO3のキュリー点は
６００℃程度と低いため、ニオブ酸リチウム結晶(LiNbO
3)で良く知られているチタン(Ti)拡散によるプロトン交
換層作製方法は、LiTaO3結晶に適用できない。また、プ
ロトン交換層をTi拡散によりLiTaO3結晶基板に作製した
としても分極方向がランダムとなるので、このプロトン
交換層を有効に利用するためには、基板をキュリー点以
上でポーリング処理が必要である。よって、タンタル酸
リチウム結晶基板においては、３００℃以下の低温プロ
セスでプロトン交換層の作製が可能なプロトン交換法が
広く用いられているが、そのＸまたはＹカット板（図１
に示す結晶のＸ軸を法線としＺ−Ｙ軸を含むＸカット面
４を主面とする基板または結晶のＹ軸を法線としＺ−Ｘ
軸を含むＹカット面５を主面とする基板）に対してはプ
ロトン交換による腐食のためプロトン交換層の作成に適
さないとされてきた（Kazuhisa YAMAMOTO, Kiminori MI
ZUUCHI and Tetsuo TANIUCHI“Low-Loss Channel Waveg
uides in MgO:LiNbO3 ans LiTaO3 by Pyrophosphoric A
cid Proton Exchange” Jpn．J. Appl. Phys. Vol.31(1
992)pp. 1059-1064Part 1, No.4, April 1992)。
【０００４】また、ニオブ酸リチウム結晶のＸまたはＹ
カット板では、直接プロトン交換を行うとタンタル酸リ
チウム結晶同様に腐食が発生し、やはりプロトン交換層
の作製には適さない。しかし、ニオブ酸リチウム結晶の
場合にはＴｉ拡散後のプロトン交換、またはＭｇＯドー
プ後のニオブ酸リチウム結晶への直接プロトン交換が知
られている。ただし、この場合、前者ではＴｉ拡散プロ
セスが必要であり、さらに両者ともＴｉ，ＭｇＯを含ん
だニオブ酸リチウム結晶にしかプロトン交換できない。
カット板では、直接プロトン交換を行うとタンタル酸リ
チウム結晶同様に腐食が発生し、やはりプロトン交換層
の作製には適さない。しかし、ニオブ酸リチウム結晶の
場合にはＴｉ拡散後のプロトン交換、またはＭｇＯドー
プ後のニオブ酸リチウム結晶への直接プロトン交換が知
られている。ただし、この場合、前者ではＴｉ拡散プロ
セスが必要であり、さらに両者ともＴｉ，ＭｇＯを含ん
だニオブ酸リチウム結晶にしかプロトン交換できない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように、ニオブ酸
リチウム結晶またはタンタル酸リチウム結晶のＸまたは
Ｙカット板で、直接プロトン交換を行うことができな
い。
リチウム結晶またはタンタル酸リチウム結晶のＸまたは
Ｙカット板で、直接プロトン交換を行うことができな
い。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によるプロトン交
換層形成方法は、プロトン交換により誘電体結晶からな
る基板の表面に３次元プロトン交換層を形成するプロト
ン交換層形成方法であって、前記基板がタンタル酸リチ
ウム結晶またはニオブ酸リチウム結晶からなるＸまたは
Ｙカット基板であり、光を導波可能でありながらプロト
ン交換源による腐食が生じないスリット幅例えば１０μ
ｍ以下の幅のスリットを有するパターンマスクであって
前記パターンマスクのスリットは前記Ｘカット面または
Ｙカット面の主面上において閉端しているマスクを、Ｙ
−Ｚ軸を含むＸカット面またはＸ−Ｚ軸を含むＹカット
面の主面上に形成する工程と、プロトン交換源を前記ス
リットを介して前記主面に接触させプロトン交換を行う
工程とを含むことを特徴とする。
換層形成方法は、プロトン交換により誘電体結晶からな
る基板の表面に３次元プロトン交換層を形成するプロト
ン交換層形成方法であって、前記基板がタンタル酸リチ
ウム結晶またはニオブ酸リチウム結晶からなるＸまたは
Ｙカット基板であり、光を導波可能でありながらプロト
ン交換源による腐食が生じないスリット幅例えば１０μ
ｍ以下の幅のスリットを有するパターンマスクであって
前記パターンマスクのスリットは前記Ｘカット面または
Ｙカット面の主面上において閉端しているマスクを、Ｙ
−Ｚ軸を含むＸカット面またはＸ−Ｚ軸を含むＹカット
面の主面上に形成する工程と、プロトン交換源を前記ス
リットを介して前記主面に接触させプロトン交換を行う
工程とを含むことを特徴とする。
【０００７】
【作用】本発明によれば、結晶のＹカット面またはＸカ
ット面にチャネル型プロトン交換層を容易に形成でき
る。
ット面にチャネル型プロトン交換層を容易に形成でき
る。
【０００８】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を参照しつつ
説明する。図２に、ＬｉＴａＯ3結晶基板に３次元プロ
トン交換層を形成するプロトン交換層形成方法を示す。
まず、ＬｉＴａＯ3結晶のＹカット板を基板（厚さ0.5m
m)とし、基板１のＹカット面５全面上にＴａ膜２０を所
定膜厚に蒸着した。次に、Ｔａ膜２０上にスピンコータ
ーでフォトレジスト膜を所定膜厚に塗布して、密着露光
装置を用いたフォトプロセス又は電子ビーム描画装置を
用いてスリット開孔パターンのパターニングを行った。
次にＣＦ4又はＳＦ6ガス中にてドライエッチングを行
い、アセトン又はリムーバーによってフォトレジスト膜
を除去し、伸長開孔のスリットを有するＴａ膜２０を基
板１上に形成した（図２（ａ））。
説明する。図２に、ＬｉＴａＯ3結晶基板に３次元プロ
トン交換層を形成するプロトン交換層形成方法を示す。
まず、ＬｉＴａＯ3結晶のＹカット板を基板（厚さ0.5m
m)とし、基板１のＹカット面５全面上にＴａ膜２０を所
定膜厚に蒸着した。次に、Ｔａ膜２０上にスピンコータ
ーでフォトレジスト膜を所定膜厚に塗布して、密着露光
装置を用いたフォトプロセス又は電子ビーム描画装置を
用いてスリット開孔パターンのパターニングを行った。
次にＣＦ4又はＳＦ6ガス中にてドライエッチングを行
い、アセトン又はリムーバーによってフォトレジスト膜
を除去し、伸長開孔のスリットを有するＴａ膜２０を基
板１上に形成した（図２（ａ））。
【０００９】次に、ピロリン酸をプロトン源とし、プロ
トン交換温度230℃〜265℃、プロトン交換時間１５分〜
２時間でプロトン交換を行い、Ｔａ膜２０を除去してＹ
カット板５上にＸ軸方向伝搬の３次元導波路のためのプ
ロトン交換導波路３を形成した（図２（ｂ））。ここで
スリット伸長方向はＺ軸方向とした。さらに図２（ｃ）
に示すように、スリット伸長方向をＸ軸方向としたプロ
トン交換３をも形成した。また、破線矢印は分極の方向
を示す。
トン交換温度230℃〜265℃、プロトン交換時間１５分〜
２時間でプロトン交換を行い、Ｔａ膜２０を除去してＹ
カット板５上にＸ軸方向伝搬の３次元導波路のためのプ
ロトン交換導波路３を形成した（図２（ｂ））。ここで
スリット伸長方向はＺ軸方向とした。さらに図２（ｃ）
に示すように、スリット伸長方向をＸ軸方向としたプロ
トン交換３をも形成した。また、破線矢印は分極の方向
を示す。
【００１０】このプロトン交換層形成において、発明者
は、上記スリット幅Ｗを１，２，３，４，５，６，８，
１０，１２，１４，１６，１８，２０，２５，３０，４
０，５０，６０，７０，８０，９０，１００，２００，
３００，４００，５００及び１０００μｍと変化させた
種々のプロトン交換導波路３を形成したところ、スリッ
ト幅１０μｍ以上でも相対的に低温・短時間の条件にお
いて腐食無しでプロトン交換できることがあるが、スリ
ット幅が広くなるにつれ腐食が発生する確率が高くなる
ことを知見した。この腐食はＸ軸方向に略伸長した複数
のクラックであった。
は、上記スリット幅Ｗを１，２，３，４，５，６，８，
１０，１２，１４，１６，１８，２０，２５，３０，４
０，５０，６０，７０，８０，９０，１００，２００，
３００，４００，５００及び１０００μｍと変化させた
種々のプロトン交換導波路３を形成したところ、スリッ
ト幅１０μｍ以上でも相対的に低温・短時間の条件にお
いて腐食無しでプロトン交換できることがあるが、スリ
ット幅が広くなるにつれ腐食が発生する確率が高くなる
ことを知見した。この腐食はＸ軸方向に略伸長した複数
のクラックであった。
【００１１】図３にスリット幅に対するプロトン交換導
波路３の腐食割合を示す。図３（ａ）はプロトン交換温
度２３０℃、プロトン交換時間１時間としてスリット伸
長方向をＺ軸方向とした場合で、スリット幅８０μｍ以
下において殆ど腐食が発生しなかった。図３（ｂ）はプ
ロトン交換温度２６０℃、プロトン交換時間１時間とし
てスリット伸長方向をＺ軸方向とした場合で、スリット
幅２０μｍ以下において殆ど腐食が発生しなかった。図
３（ｃ）はプロトン交換温度２６０℃、プロトン交換時
間３０分としてスリット伸長方向をＺ軸方向とした場合
で、スリット幅７０μｍ以下において殆ど腐食が発生し
なかった。
波路３の腐食割合を示す。図３（ａ）はプロトン交換温
度２３０℃、プロトン交換時間１時間としてスリット伸
長方向をＺ軸方向とした場合で、スリット幅８０μｍ以
下において殆ど腐食が発生しなかった。図３（ｂ）はプ
ロトン交換温度２６０℃、プロトン交換時間１時間とし
てスリット伸長方向をＺ軸方向とした場合で、スリット
幅２０μｍ以下において殆ど腐食が発生しなかった。図
３（ｃ）はプロトン交換温度２６０℃、プロトン交換時
間３０分としてスリット伸長方向をＺ軸方向とした場合
で、スリット幅７０μｍ以下において殆ど腐食が発生し
なかった。
【００１２】これらのスリット幅に対するプロトン交換
導波路の腐食割合を平均すると、上記スリット幅は、０
μｍを越え腐食のクラック幅以上で１０μｍ以下が望ま
しいことが明らかとなった。また、３次元導波路として
は幅１０μｍもあれば充分である。何れの条件でも光の
伝搬が可能な３次元導波路を得ることができるが、低温
または短時間のプロトン交換を行うことで、低損失な３
次元プロトン交換層をより安定に作成可能となる。
導波路の腐食割合を平均すると、上記スリット幅は、０
μｍを越え腐食のクラック幅以上で１０μｍ以下が望ま
しいことが明らかとなった。また、３次元導波路として
は幅１０μｍもあれば充分である。何れの条件でも光の
伝搬が可能な３次元導波路を得ることができるが、低温
または短時間のプロトン交換を行うことで、低損失な３
次元プロトン交換層をより安定に作成可能となる。
【００１３】また、他の実施例として上記Ｙカット基板
と同様な条件で、タンタル酸リチウム結晶のＸカット基
板を用いた場合も、幅１０μｍ以下スリット状マスクを
用いた方法は同様の腐食減少効果を有し、プロトン交換
が可能であり、図４に示すようにＸカット面４上にプロ
トン交換導波路３を形成できた（破線矢印は分極の方向
を示す）。さらにＸカットのタンタル酸リチウム結晶の
場合は相対的にＹカット板よりも耐食性が大であるた
め、Ｙカット板と同条件の場合、より幅広のスリットで
も腐食無しにプロトン交換可能である。
と同様な条件で、タンタル酸リチウム結晶のＸカット基
板を用いた場合も、幅１０μｍ以下スリット状マスクを
用いた方法は同様の腐食減少効果を有し、プロトン交換
が可能であり、図４に示すようにＸカット面４上にプロ
トン交換導波路３を形成できた（破線矢印は分極の方向
を示す）。さらにＸカットのタンタル酸リチウム結晶の
場合は相対的にＹカット板よりも耐食性が大であるた
め、Ｙカット板と同条件の場合、より幅広のスリットで
も腐食無しにプロトン交換可能である。
【００１４】さらに、これら２つの実施例はタンタル酸
リチウム結晶基板の場合であるが、ニオブ酸リチウム結
晶のＸまたはＹカット板に対しても同様の効果を示す。
タンタル酸リチウム結晶と同条件でプロトン交換を行っ
た場合、ニオブ酸リチウム結晶の方が相対的に腐食を受
け易いが、ニオブ酸リチウム結晶の場合、タンタル酸リ
チウム結晶よりもプロトン交換速度が速く、導波路とし
て必要な屈折率変化は低温短時間のプロトン交換が達成
されるため、このスリットによる直接プロトン交換方法
で実用的な３次元導波路が得られる。
リチウム結晶基板の場合であるが、ニオブ酸リチウム結
晶のＸまたはＹカット板に対しても同様の効果を示す。
タンタル酸リチウム結晶と同条件でプロトン交換を行っ
た場合、ニオブ酸リチウム結晶の方が相対的に腐食を受
け易いが、ニオブ酸リチウム結晶の場合、タンタル酸リ
チウム結晶よりもプロトン交換速度が速く、導波路とし
て必要な屈折率変化は低温短時間のプロトン交換が達成
されるため、このスリットによる直接プロトン交換方法
で実用的な３次元導波路が得られる。
【００１５】なお、プロトン交換はピロリン酸で行った
が安息香酸等のプロトン交換源でも良い。マスクはタン
タル（Ｔａ）の他の金（Ａｕ），白金（Ｐｔ）などピロ
リン酸のプロトン交換に耐えるものであれば使用でき
る。安息香酸のプロトン交換であればアルミニウム（Ａ
ｌ），クロム（Ｃｒ），チタン（Ｔｉ）も使用できる。
また、プロトン交換後に例えば３４０℃,３０分程度の
アニール工程を加えれば、より低損失化も可能である。
が安息香酸等のプロトン交換源でも良い。マスクはタン
タル（Ｔａ）の他の金（Ａｕ），白金（Ｐｔ）などピロ
リン酸のプロトン交換に耐えるものであれば使用でき
る。安息香酸のプロトン交換であればアルミニウム（Ａ
ｌ），クロム（Ｃｒ），チタン（Ｔｉ）も使用できる。
また、プロトン交換後に例えば３４０℃,３０分程度の
アニール工程を加えれば、より低損失化も可能である。
【００１６】このように、幅１０μｍ以下のスリットを
有するＴａ製マスクを、タンタル酸リチウム結晶または
ニオブ酸リチウム結晶からなるＸまたはＹカット基板の
ＸまたはＹカット面上に形成し、これをプロトン交換を
行うことにより、チャネル型のプロトン交換層の作製が
可能となり、スリット長手方向をＺ軸に対して直交方向
としたものはＴＥモードの光を閉じ込めるのに適した３
次元導波路として利用できる。
有するＴａ製マスクを、タンタル酸リチウム結晶または
ニオブ酸リチウム結晶からなるＸまたはＹカット基板の
ＸまたはＹカット面上に形成し、これをプロトン交換を
行うことにより、チャネル型のプロトン交換層の作製が
可能となり、スリット長手方向をＺ軸に対して直交方向
としたものはＴＥモードの光を閉じ込めるのに適した３
次元導波路として利用できる。
【００１７】さらに、図５（ａ）に示すようにＴａ製マ
スクのスリットの両端を開放せずに閉塞して基板のＹカ
ット周囲縁端部をマスクによって被覆し（矢印Ａ）、上
記同様プロトン交換後マスクを除去し、図５（ｂ）に示
すプロトン交換層３をＹカット面５内に形成することに
より、より安定にプロトン交換層の作製を行うことがで
きた（破線矢印は分極の方向を示す）。例えばマスク端
部をプロトン交換面内として例えば、265℃，３０分の
プロトン交換を行った場合、スリット幅に対する腐食割
合の低い良好な３次元プロトン交換層を得られる割合が
３倍以上に向上した。これも基板をＹカットのタンタル
酸リチウム結晶としたが、そのＸカット板でも使用でき
る。また、ニオブ酸リチウム結晶のＹまたはＸカット板
でもよい。
スクのスリットの両端を開放せずに閉塞して基板のＹカ
ット周囲縁端部をマスクによって被覆し（矢印Ａ）、上
記同様プロトン交換後マスクを除去し、図５（ｂ）に示
すプロトン交換層３をＹカット面５内に形成することに
より、より安定にプロトン交換層の作製を行うことがで
きた（破線矢印は分極の方向を示す）。例えばマスク端
部をプロトン交換面内として例えば、265℃，３０分の
プロトン交換を行った場合、スリット幅に対する腐食割
合の低い良好な３次元プロトン交換層を得られる割合が
３倍以上に向上した。これも基板をＹカットのタンタル
酸リチウム結晶としたが、そのＸカット板でも使用でき
る。また、ニオブ酸リチウム結晶のＹまたはＸカット板
でもよい。
【００１８】図６に示すように具体的に擬似位相整合を
利用した第２高調波発生素子（QPM-SHG素子)の周期的ド
メイン反転層を形成した。例えば基本波をλ＝860nmと
して一次のQPM素子とする場合は、まず、Ｙカット面に
Ｔａ膜を300オングストローム結晶の厚さで全面に形成
した。これをフォトリソグラフィ法及びリアクティブイ
オンエッチング（ＲＩＥ）法等の手段により、１．８μ
ｍのラインアンドスペース（３．６μｍピッチ）の複数
のスリットをＴａマスクに加工した。ここで、幅１．８
μｍのスリットの長手方向はＺ方向とした。尚、三次の
QPMの場合、ラインアンドスペースは５．４μｍとな
る。すなわち、ＬｉＴａＯ3結晶基板１上に蒸着したＴ
ａ膜２０上にフォトレジスト膜を塗布後、電子ビーム描
画等で所定周期開孔のパターニングを行い、ドライエッ
チングを行って所定周期の分極反転層形成用開孔を形成
した。その後、フォトレジスト膜を除去してＴａ膜２０
のグレーティングを形成した（図６（ａ））。
利用した第２高調波発生素子（QPM-SHG素子)の周期的ド
メイン反転層を形成した。例えば基本波をλ＝860nmと
して一次のQPM素子とする場合は、まず、Ｙカット面に
Ｔａ膜を300オングストローム結晶の厚さで全面に形成
した。これをフォトリソグラフィ法及びリアクティブイ
オンエッチング（ＲＩＥ）法等の手段により、１．８μ
ｍのラインアンドスペース（３．６μｍピッチ）の複数
のスリットをＴａマスクに加工した。ここで、幅１．８
μｍのスリットの長手方向はＺ方向とした。尚、三次の
QPMの場合、ラインアンドスペースは５．４μｍとな
る。すなわち、ＬｉＴａＯ3結晶基板１上に蒸着したＴ
ａ膜２０上にフォトレジスト膜を塗布後、電子ビーム描
画等で所定周期開孔のパターニングを行い、ドライエッ
チングを行って所定周期の分極反転層形成用開孔を形成
した。その後、フォトレジスト膜を除去してＴａ膜２０
のグレーティングを形成した（図６（ａ））。
【００１９】次に、この基板をピロリン酸中にて260
℃，３０分の条件でプロトン交換（１．８μｍのライン
アンドスペースのプロトン交換層を形成）した。すなわ
ち、Ｔａ膜のグレーティング上にピロリン酸を塗布し熱
処理してプロトン交換を行い所定周期のプロトン交換層
３ａをＹカット面５に形成した（図６（ｂ））。このあ
とＴａ膜２０のグレーティングを除去して、キュリー点
近傍での熱処理によりプロトン交換層３ａの分極反転を
行って所定周期の分極反転層３を形成した（図６
（ｃ））。すなわち、アルゴン（Ａｒ）雰囲気中、550
℃，２分の条件でアニールを行い上記プロトン交換層を
周期的ドメイン反転層とした。
℃，３０分の条件でプロトン交換（１．８μｍのライン
アンドスペースのプロトン交換層を形成）した。すなわ
ち、Ｔａ膜のグレーティング上にピロリン酸を塗布し熱
処理してプロトン交換を行い所定周期のプロトン交換層
３ａをＹカット面５に形成した（図６（ｂ））。このあ
とＴａ膜２０のグレーティングを除去して、キュリー点
近傍での熱処理によりプロトン交換層３ａの分極反転を
行って所定周期の分極反転層３を形成した（図６
（ｃ））。すなわち、アルゴン（Ａｒ）雰囲気中、550
℃，２分の条件でアニールを行い上記プロトン交換層を
周期的ドメイン反転層とした。
【００２０】次に、３次元導波路を作成した。所定周期
の分極反転層３に直交した開孔パターンのＴａ膜２０を
基板１上に形成した（図６（ｄ））。すなわち、再度Ｙ
カット面全面に300オングストローム膜厚のＴａ膜を形
成し、これをフォトリソグラフィ法及びリアクティブイ
オンエッチング法等の手段により幅４μｍのスリット状
に加工した。ここで、スリットの長手方向はＸ方向と
し、スリットの数は１本以上でもよい。
の分極反転層３に直交した開孔パターンのＴａ膜２０を
基板１上に形成した（図６（ｄ））。すなわち、再度Ｙ
カット面全面に300オングストローム膜厚のＴａ膜を形
成し、これをフォトリソグラフィ法及びリアクティブイ
オンエッチング法等の手段により幅４μｍのスリット状
に加工した。ここで、スリットの長手方向はＸ方向と
し、スリットの数は１本以上でもよい。
【００２１】次にこの基板をピロリン酸中にて、260℃,
３０分の条件でプロトン交換を行って導波路７を形成し
た（図６（ｅ））。このあとＯ2雰囲気中340℃，３０分
の条件でアニールし、後者のプロトン交換層を３次元導
波路とした。さらにプロトン交換Ｔａ膜２０を除去して
分極反転層３に直交した導波路７からなる導波路型の波
長変換素子を作成した（図６（ｆ））。導波路７の両端
面に光学研磨を施し、ＴＥモードの基本波を上記導波路
に入射させることにより第２高調波（ＳＨＧ）光を反対
側端面から取り出せた。
３０分の条件でプロトン交換を行って導波路７を形成し
た（図６（ｅ））。このあとＯ2雰囲気中340℃，３０分
の条件でアニールし、後者のプロトン交換層を３次元導
波路とした。さらにプロトン交換Ｔａ膜２０を除去して
分極反転層３に直交した導波路７からなる導波路型の波
長変換素子を作成した（図６（ｆ））。導波路７の両端
面に光学研磨を施し、ＴＥモードの基本波を上記導波路
に入射させることにより第２高調波（ＳＨＧ）光を反対
側端面から取り出せた。
【００２２】
【発明の効果】以上のように、本発明のプロトン交換に
より誘電体結晶からなる基板の表面に３次元プロトン交
換層を形成するプロトン交換層形成方法によれば、基板
がタンタル酸リチウム結晶またはニオブ酸リチウム結晶
からなるＸまたはＹカット基板であり、光を導波可能で
ありながらプロトン交換源による腐食が生じないスリッ
ト幅例えば１０μｍ以下の幅のスリットを有するパター
ンマスクであって該パターンマスクのスリットはＸカッ
ト面またはＹカット面の主面上において閉端しているマ
スクを、Ｙ−Ｚ軸を含むＸカット面またはＸ−Ｚ軸を含
むＹカット面の主面上に形成する工程と、プロトン交換
源をスリットを介して主面に接触させプロトン交換を行
う工程とを含むので、結晶のＹカット面またはＸカット
面にチャネル型プロトン交換層を形成できる。
より誘電体結晶からなる基板の表面に３次元プロトン交
換層を形成するプロトン交換層形成方法によれば、基板
がタンタル酸リチウム結晶またはニオブ酸リチウム結晶
からなるＸまたはＹカット基板であり、光を導波可能で
ありながらプロトン交換源による腐食が生じないスリッ
ト幅例えば１０μｍ以下の幅のスリットを有するパター
ンマスクであって該パターンマスクのスリットはＸカッ
ト面またはＹカット面の主面上において閉端しているマ
スクを、Ｙ−Ｚ軸を含むＸカット面またはＸ−Ｚ軸を含
むＹカット面の主面上に形成する工程と、プロトン交換
源をスリットを介して主面に接触させプロトン交換を行
う工程とを含むので、結晶のＹカット面またはＸカット
面にチャネル型プロトン交換層を形成できる。
【００２３】更に、３次元導波路も結晶のＹカット面ま
たはＸカット面に形成できるので、波長変換素子を一連
の製造工程で容易に作成することが出来る。
たはＸカット面に形成できるので、波長変換素子を一連
の製造工程で容易に作成することが出来る。
【図１】 波長変換素子の概略斜視図である。
【図２】 実施例のプロトン交換層形成方法の各工程に
おける部材の概略斜視図である。
おける部材の概略斜視図である。
【図３】 実施例のプロトン交換層形成方法によって得
られたタンタルマスクのスリット幅に対するプロトン交
換導波路の腐食割合を示すグラフである。
られたタンタルマスクのスリット幅に対するプロトン交
換導波路の腐食割合を示すグラフである。
【図４】 他の実施例のプロトン交換層形成方法の各工
程における部材の概略斜視図である。
程における部材の概略斜視図である。
【図５】 他の実施例のプロトン交換層形成方法の各工
程における部材の概略斜視図である。
程における部材の概略斜視図である。
【図６】 実施例の波長変換素子の製造方法の各工程に
おける部材の概略斜視図である。
おける部材の概略斜視図である。
１ 基板 ２ Ｚカット面 ３ ３次元プロトン交換層 ４ Ｘカット面 ５ Ｙカット面 ２０ タンタルマスク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−19330（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−307406（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−12516（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−129622（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−257922（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/35 - 1/377 G02B 6/13 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (4)
- 【請求項１】 プロトン交換により誘電体結晶からなる
基板の表面に３次元プロトン交換層を形成するプロトン
交換層形成方法であって、前記基板がタンタル酸リチウ
ム結晶またはニオブ酸リチウム結晶からなるＸまたはＹ
カット基板であり、光を導波可能でありながらプロトン
交換源による腐食が生じないスリット幅のスリットを有
するパターンマスクであって前記パターンマスクのスリ
ットは前記Ｘカット面またはＹカット面の主面上におい
て閉端しているマスクを、Ｙ−Ｚ軸を含むＸカット面ま
たはＸ−Ｚ軸を含むＹカット面の主面上に形成する工程
と、プロトン交換源を前記スリットを介して前記主面に
接触させプロトン交換を行う工程とを含むことを特徴と
するプロトン交換層形成方法。 - 【請求項２】 前記スリット幅が１０μｍ以下であるこ
とを特徴とする請求項１記載のプロトン交換層形成方
法。 - 【請求項３】 前記パターンマスクはタンタルからなる
ことを特徴とする請求項１記載のプロトン交換層形成方
法。 - 【請求項４】 前記プロトン交換源はピロリン酸からな
ることを特徴とする請求項１記載のプロトン交換層形成
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24380792A JP3347771B2 (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | プロトン交換層形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24380792A JP3347771B2 (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | プロトン交換層形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0695191A JPH0695191A (ja) | 1994-04-08 |
| JP3347771B2 true JP3347771B2 (ja) | 2002-11-20 |
Family
ID=17109233
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24380792A Expired - Fee Related JP3347771B2 (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | プロトン交換層形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3347771B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110421411A (zh) * | 2019-07-23 | 2019-11-08 | 浙江新泰通讯科技有限公司 | 一种铌酸锂晶体薄片生产工艺 |
-
1992
- 1992-09-11 JP JP24380792A patent/JP3347771B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0695191A (ja) | 1994-04-08 |
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