JPH05107421A - 部分的分極反転層の形成方法および第二高調波発生素子 の製造方法 - Google Patents
部分的分極反転層の形成方法および第二高調波発生素子 の製造方法Info
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- JPH05107421A JPH05107421A JP3272673A JP27267391A JPH05107421A JP H05107421 A JPH05107421 A JP H05107421A JP 3272673 A JP3272673 A JP 3272673A JP 27267391 A JP27267391 A JP 27267391A JP H05107421 A JPH05107421 A JP H05107421A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】光導波路型の第二高調波発生素子などの製造に
適する部分的分極反転層の形成方法および第二高調波発
生素子の製造方法に関し、光導波路となる部分が確実に
分極反転するように十分に深くまで、かつ効率的に分極
反転できる方法を実現することを目的とする。 【構成】強誘電体基板の表面からイオン交換を行い、イ
オン交換層中の分極反転を起こさせる領域に、荷電ビー
ムを照射することにより、イオン交換層中の分極を反転
させることで部分的分極反転を起こさせる。
適する部分的分極反転層の形成方法および第二高調波発
生素子の製造方法に関し、光導波路となる部分が確実に
分極反転するように十分に深くまで、かつ効率的に分極
反転できる方法を実現することを目的とする。 【構成】強誘電体基板の表面からイオン交換を行い、イ
オン交換層中の分極反転を起こさせる領域に、荷電ビー
ムを照射することにより、イオン交換層中の分極を反転
させることで部分的分極反転を起こさせる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】近年、半導体レーザ（ＬＤ）が、
レーザプリンタやスキャナ、光ディスク等の光源として
盛んに用いられるようになっている。その一方で、記録
容量の拡大や取扱いの利便のため短波長化（赤外光→可
視光）の要求も強い。そのため、赤外域の半導体レーザ
光を入射すると波長が２分の１の青色光を出射する第二
高調波発生（ＳＨＧ）素子が注目されている。
レーザプリンタやスキャナ、光ディスク等の光源として
盛んに用いられるようになっている。その一方で、記録
容量の拡大や取扱いの利便のため短波長化（赤外光→可
視光）の要求も強い。そのため、赤外域の半導体レーザ
光を入射すると波長が２分の１の青色光を出射する第二
高調波発生（ＳＨＧ）素子が注目されている。
【０００２】従来の第二高調波発生素子としては、バル
ク型の非線形光学結晶に光ビームを通すものと、光導波
路（ファイバを含む）を用いるものの２種類がある。し
かしながら、特願平２−299476号に詳述されているよう
に、バルク型の素子は、非線形光学定数が大きい結晶が
ないため、非常に大きな基本波パワーを必要とし、ＬＤ
を光源とすることができないという欠点がある。したが
って、導波路型の素子が有望と考えられている。
ク型の非線形光学結晶に光ビームを通すものと、光導波
路（ファイバを含む）を用いるものの２種類がある。し
かしながら、特願平２−299476号に詳述されているよう
に、バルク型の素子は、非線形光学定数が大きい結晶が
ないため、非常に大きな基本波パワーを必要とし、ＬＤ
を光源とすることができないという欠点がある。したが
って、導波路型の素子が有望と考えられている。
【０００３】特に、導波路と周期的分極反転法を組み合
わせた導波路型の第二高調波発生素子は、基本波のパワ
ー密度が高い上に、最も大きな非線形光学定数ｄ33が使
用でき、高効率の変換が期待できる。本発明は、光導波
路型の第二高調波発生素子などの製造に適する部分的分
極反転層の形成方法および第二高調波発生素子の製造方
法に関する。
わせた導波路型の第二高調波発生素子は、基本波のパワ
ー密度が高い上に、最も大きな非線形光学定数ｄ33が使
用でき、高効率の変換が期待できる。本発明は、光導波
路型の第二高調波発生素子などの製造に適する部分的分
極反転層の形成方法および第二高調波発生素子の製造方
法に関する。
【０００４】
【従来の技術】周期的分極反転層を形成するには、結晶
に一定間隔で分極反転を起こさせる必要がある。特願平
２− 号にも記載されているように、従来はLiTaO3
基板に周期的分極反転を起こさせる手法と、LiNbO3基板
に周期的分極反転を起こさせる手法が知られている。図
４はLiTaO3基板を用いて周期的分極反転を起こさせる手
法を工程順に示した図である。
に一定間隔で分極反転を起こさせる必要がある。特願平
２− 号にも記載されているように、従来はLiTaO3
基板に周期的分極反転を起こさせる手法と、LiNbO3基板
に周期的分極反転を起こさせる手法が知られている。図
４はLiTaO3基板を用いて周期的分極反転を起こさせる手
法を工程順に示した図である。
【０００５】工程１：強誘電体結晶から切り出された基
板１、例えば厚さ0.5mm 、幅10mm、長さ15mmの単一分域
処理したLiTaO3基板を、最も大きな非線形光学定数が得
られるように、＋Ｚ面を光学研摩し、その上に、例えば
電子ビーム蒸着などによってTaなどを厚さ50nm程度成膜
することで、プロトン(H+ ) 交換阻止用の膜２を形成す
る。
板１、例えば厚さ0.5mm 、幅10mm、長さ15mmの単一分域
処理したLiTaO3基板を、最も大きな非線形光学定数が得
られるように、＋Ｚ面を光学研摩し、その上に、例えば
電子ビーム蒸着などによってTaなどを厚さ50nm程度成膜
することで、プロトン(H+ ) 交換阻止用の膜２を形成す
る。
【０００６】工程２：前記のプロトン交換阻止膜２上に
形成したレジストパターンをマスクにして、CF4+O2混合
ガスによるリアクティブ・イオン・エッチングを行な
い、周期的なプロトン交換阻止パターン2pを残し、マス
クとする。このマスク2pは、幅３μｍ、ピッチ６μｍ程
度の周期に形成する。
形成したレジストパターンをマスクにして、CF4+O2混合
ガスによるリアクティブ・イオン・エッチングを行な
い、周期的なプロトン交換阻止パターン2pを残し、マス
クとする。このマスク2pは、幅３μｍ、ピッチ６μｍ程
度の周期に形成する。
【０００７】工程３：マスク2pが形成された基板１を、
容器３中において、例えば２60℃のピロ燐酸などのプロ
トン交換液４中に浸漬し、30分間程度プロトン交換処理
を行なうと、マスク2pの無い領域のみ、ピロ燐酸中のプ
ロトン(H+ ) がLiTaO3基板中に拡散し、プロトン交換層
５が形成される。
容器３中において、例えば２60℃のピロ燐酸などのプロ
トン交換液４中に浸漬し、30分間程度プロトン交換処理
を行なうと、マスク2pの無い領域のみ、ピロ燐酸中のプ
ロトン(H+ ) がLiTaO3基板中に拡散し、プロトン交換層
５が形成される。
【０００８】工程４：プロトン交換後の基板１を、例え
ばNaOH＋H2O2混合液で処理して、Taマスク2pを溶解除去
する。
ばNaOH＋H2O2混合液で処理して、Taマスク2pを溶解除去
する。
【０００９】工程５：マスク除去後の基板１を、そのキ
ューリ点直下の温度、例えば590 〜595 ℃に加熱する
と、プロトン交換層５の領域の分極が反転して、分極反
転層5aとなる。
ューリ点直下の温度、例えば590 〜595 ℃に加熱する
と、プロトン交換層５の領域の分極が反転して、分極反
転層5aとなる。
【００１０】以上の工程で、周期的分極反転を起こす処
理が完了する。次に、図５において、この基板１に光導
波路を形成する手法を工程順に説明する。
理が完了する。次に、図５において、この基板１に光導
波路を形成する手法を工程順に説明する。
【００１１】工程１：前記の基板１を、そのキューリ点
よりも十分に（例えば100℃) 低い温度（LiTaO3の場合
であれば 500℃程度) で10時間程度アニール処理して、
プロトンを均一に拡散させる。これによって、光導波路
となる領域のプロトン濃度が均一となり、屈折率分布が
均一化される。なお、このアニール処理は、前記の工程
５における分極反転層処理でＨ+ 濃度が十分に均一化さ
れている場合は、省略できる。
よりも十分に（例えば100℃) 低い温度（LiTaO3の場合
であれば 500℃程度) で10時間程度アニール処理して、
プロトンを均一に拡散させる。これによって、光導波路
となる領域のプロトン濃度が均一となり、屈折率分布が
均一化される。なお、このアニール処理は、前記の工程
５における分極反転層処理でＨ+ 濃度が十分に均一化さ
れている場合は、省略できる。
【００１２】工程２：周期的分極反転層5aの上に、プロ
トン交換阻止のために、厚さ50nm程度のTa膜６を電子ビ
ーム蒸着などによって形成する。
トン交換阻止のために、厚さ50nm程度のTa膜６を電子ビ
ーム蒸着などによって形成する。
【００１３】工程３：前記の工程２と同様な手法を用
い、周期的分極反転層5aと交差する方向に、幅３μｍ程
度のスリット状窓穴７を開け、他をプロトン交換阻止用
のTaマスク6pとする。
い、周期的分極反転層5aと交差する方向に、幅３μｍ程
度のスリット状窓穴７を開け、他をプロトン交換阻止用
のTaマスク6pとする。
【００１４】工程４：前記工程３と同様な手法により、
マスク6pが形成された基板１を、容器３中のプロトン交
換液４に浸漬してプロトン交換を行なうと、スリット７
の領域のみ、プロトン交換層８が形成され、周囲よりも
屈折率が0.02程度高くなる。
マスク6pが形成された基板１を、容器３中のプロトン交
換液４に浸漬してプロトン交換を行なうと、スリット７
の領域のみ、プロトン交換層８が形成され、周囲よりも
屈折率が0.02程度高くなる。
【００１５】工程５：前記の工程４と同様な処理によ
り、Taマスク6pを溶解除去することにより、周期的分極
反転層5aを一定間隔に有し、しかも光導波路８を有する
光導波路型の第二高調波発生素子が完成する。この第二
高調波発生素子は、光損傷に強く、屈折率変動が小さ
く、変換効率が高いことが特徴であり、光導波路８に角
周波数ωの赤外レーザ光を入射すると、他端から角周波
数が２ωの青色光が出射する。
り、Taマスク6pを溶解除去することにより、周期的分極
反転層5aを一定間隔に有し、しかも光導波路８を有する
光導波路型の第二高調波発生素子が完成する。この第二
高調波発生素子は、光損傷に強く、屈折率変動が小さ
く、変換効率が高いことが特徴であり、光導波路８に角
周波数ωの赤外レーザ光を入射すると、他端から角周波
数が２ωの青色光が出射する。
【００１６】次に、図６において、LiNbO3基板に周期的
分極反転を起こさせる手法を工程順に説明する。まず、
(1) のようにLiNbO3基板９の＋Ｚ面を光学研摩した後、
工程(2) のように、＋Ｃ面に厚さ300nm 程度にTi膜10を
真空蒸着する。次に、フォトエッチングなどによって
(3)のように、周期的分極反転層を形成する領域のみTi
膜パターン10ｐを残した状態で、約１時間、1000℃程度
に加熱してTiを拡散させると、その部分のみ (4)に11で
示すように周期的分極反転が起きる。 (5)のように、表
面に残っているTiを洗浄除去し、図５で説明した手法で
光導波路を形成することで、第二高調波発生素子が完成
する。
分極反転を起こさせる手法を工程順に説明する。まず、
(1) のようにLiNbO3基板９の＋Ｚ面を光学研摩した後、
工程(2) のように、＋Ｃ面に厚さ300nm 程度にTi膜10を
真空蒸着する。次に、フォトエッチングなどによって
(3)のように、周期的分極反転層を形成する領域のみTi
膜パターン10ｐを残した状態で、約１時間、1000℃程度
に加熱してTiを拡散させると、その部分のみ (4)に11で
示すように周期的分極反転が起きる。 (5)のように、表
面に残っているTiを洗浄除去し、図５で説明した手法で
光導波路を形成することで、第二高調波発生素子が完成
する。
【００１７】ところが、この手法で作製した第二高調波
発生素子は、周期的分極反転層11にTiを含有しているた
め、レーザ光を通したとき、いわゆる光損傷の閾値が下
がり、さらに屈折率も変化するため、第二高調波光の出
力強度が増加せず、屈折率変動による光散乱などで、損
失増加が生じる。また、LiTaO3などのようなキューリ点
の低い結晶には適用できない、等の問題がある。
発生素子は、周期的分極反転層11にTiを含有しているた
め、レーザ光を通したとき、いわゆる光損傷の閾値が下
がり、さらに屈折率も変化するため、第二高調波光の出
力強度が増加せず、屈折率変動による光散乱などで、損
失増加が生じる。また、LiTaO3などのようなキューリ点
の低い結晶には適用できない、等の問題がある。
【００１８】同じくLiNbO3基板を用いる手法として、Li
NbO3基板の＋Ｃ面上に適当なマスクをつけて高温に加熱
すると、マスクされていない領域のLiが外部に拡散し、
その部分の分極が反転する現象を用いることが知られて
いる。しかしながら、この手法では、分極反転層の深さ
は高々１μｍ程度に過ぎず、また分極反転層の屈折率も
変化し、光導波路として実用化困難である。
NbO3基板の＋Ｃ面上に適当なマスクをつけて高温に加熱
すると、マスクされていない領域のLiが外部に拡散し、
その部分の分極が反転する現象を用いることが知られて
いる。しかしながら、この手法では、分極反転層の深さ
は高々１μｍ程度に過ぎず、また分極反転層の屈折率も
変化し、光導波路として実用化困難である。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、LiNbO3
を用いる手法は、光損傷閾値が低いことと、分極反転の
深さが結晶表面から１μｍ程度までにしかならない（周
期が６μｍ以下の場合）点で、実用化が困難である。
を用いる手法は、光損傷閾値が低いことと、分極反転の
深さが結晶表面から１μｍ程度までにしかならない（周
期が６μｍ以下の場合）点で、実用化が困難である。
【００２０】これに対し、LiTaO3結晶を用いる方法は、
結晶自体の光損傷閾値が高く、反転層の深さも反転周期
の１／４程度まで形成できるため有望であるが、半導体
レーザの波長（〜0.85μｍ）に対して必要な反転周期
（３〜４μｍ）を想定すると、未だ反転層深さが不足し
ている。
結晶自体の光損傷閾値が高く、反転層の深さも反転周期
の１／４程度まで形成できるため有望であるが、半導体
レーザの波長（〜0.85μｍ）に対して必要な反転周期
（３〜４μｍ）を想定すると、未だ反転層深さが不足し
ている。
【００２１】本発明の技術的課題は、このような問題に
着目し、光導波路となる部分が確実に分極反転するよう
に十分に深くまで、かつ効率的に分極反転できる方法を
実現することにある。
着目し、光導波路となる部分が確実に分極反転するよう
に十分に深くまで、かつ効率的に分極反転できる方法を
実現することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】図１は本発明による部分
的分極反転層の形成方法および第二高調波発生素子の製
造方法の基本原理を説明するフローチャートである。請
求項１の発明は、まず強誘電体基板の表面からイオン交
換を行い、イオン交換層中の分極反転を起こさせる領域
に、荷電ビームを照射することによって、イオン交換層
中の分極を反転させるものである。
的分極反転層の形成方法および第二高調波発生素子の製
造方法の基本原理を説明するフローチャートである。請
求項１の発明は、まず強誘電体基板の表面からイオン交
換を行い、イオン交換層中の分極反転を起こさせる領域
に、荷電ビームを照射することによって、イオン交換層
中の分極を反転させるものである。
【００２３】イオン交換および荷電粒子ビームの照射
は、基板の全面に行なう方法と選択的に行なう方法があ
る。請求項２の発明は、マスクを用いてイオン交換を選
択的に行なう場合は、イオン交換が予め選択的に行われ
ているため、このときは基板全面に荷電粒子ビームを照
射できる。
は、基板の全面に行なう方法と選択的に行なう方法があ
る。請求項２の発明は、マスクを用いてイオン交換を選
択的に行なう場合は、イオン交換が予め選択的に行われ
ているため、このときは基板全面に荷電粒子ビームを照
射できる。
【００２４】請求項３は、イオン交換は基板の全面に行
ない、荷電粒子ビームの照射を行なう際に、電子ビーム
描画の手法などによって、選択的に荷電粒子ビーム照射
する方法である。
ない、荷電粒子ビームの照射を行なう際に、電子ビーム
描画の手法などによって、選択的に荷電粒子ビーム照射
する方法である。
【００２５】請求項４の方法は、請求項１〜３の方法に
おいて、イオン交換用のイオンとして、プロトンを用い
るものである。
おいて、イオン交換用のイオンとして、プロトンを用い
るものである。
【００２６】請求項５の方法は、請求項１〜４の各手法
により周期的分極反転層を形成した後、該周期的分極反
転層と交差する方向に光導波路を形成することによって
第二高調波発生素子を製造するものである。
により周期的分極反転層を形成した後、該周期的分極反
転層と交差する方向に光導波路を形成することによって
第二高調波発生素子を製造するものである。
【００２７】
【作用】請求項１のように、強誘電体基板の表面からイ
オン交換を行い、基板内にイオンを拡散させると、分極
の大きさを小さくでき、分極のエネルギーが低下する。
そのため、イオン交換層の分極反転を起こさせる領域
に、荷電ビームを集中的に照射すると、イオン交換さ
れ、かつ荷電粒子ビーム照射された領域のみが分極反転
する。しかも、低エネルギーの荷電粒子ビームによっ
て、短時間にかつ基板の深くまで分極反転させることが
できる。
オン交換を行い、基板内にイオンを拡散させると、分極
の大きさを小さくでき、分極のエネルギーが低下する。
そのため、イオン交換層の分極反転を起こさせる領域
に、荷電ビームを集中的に照射すると、イオン交換さ
れ、かつ荷電粒子ビーム照射された領域のみが分極反転
する。しかも、低エネルギーの荷電粒子ビームによっ
て、短時間にかつ基板の深くまで分極反転させることが
できる。
【００２８】請求項２のように、マスクを用いてイオン
交換を選択的に行なった場合は、該マスクの上から、あ
るいはマスク2pを除去してから、基板全面に荷電粒子ビ
ームを照射しても、イオン交換された領域のみしか分極
反転しない。したがって、荷電粒子ビームの照射は、全
面走査することにより、あるい荷電粒子ビームを拡大し
て一括ショットすることによって行なうことができ、精
密な位置制御を要せず、簡単に荷電粒子ビーム照射でき
る。その反面、イオン交換の際に、マスクを用いて選択
的に行なう必要がある。
交換を選択的に行なった場合は、該マスクの上から、あ
るいはマスク2pを除去してから、基板全面に荷電粒子ビ
ームを照射しても、イオン交換された領域のみしか分極
反転しない。したがって、荷電粒子ビームの照射は、全
面走査することにより、あるい荷電粒子ビームを拡大し
て一括ショットすることによって行なうことができ、精
密な位置制御を要せず、簡単に荷電粒子ビーム照射でき
る。その反面、イオン交換の際に、マスクを用いて選択
的に行なう必要がある。
【００２９】請求項３のように、イオン交換を基板の全
面に行なう場合は、荷電粒子ビームの照射は、周期的分
極反転層を形成する領域のみに選択的に行なわなければ
ならない。そのため、電子ビーム描画の手法などによっ
て、選択的に荷電粒子ビーム照射する必要がある。その
結果、イオン交換のプロセスは容易になるが、荷電粒子
ビームの照射の際に、精度の高い制御が必要となる。
面に行なう場合は、荷電粒子ビームの照射は、周期的分
極反転層を形成する領域のみに選択的に行なわなければ
ならない。そのため、電子ビーム描画の手法などによっ
て、選択的に荷電粒子ビーム照射する必要がある。その
結果、イオン交換のプロセスは容易になるが、荷電粒子
ビームの照射の際に、精度の高い制御が必要となる。
【００３０】請求項４のように、請求項１〜３の方法を
実施する際に、イオン交換用のイオンとして、プロトン
を用いることによって、効率的にイオン交換を行なうこ
とができる。なお、荷電粒子ビームとしては電子ビーム
が有効であるが、水素イオン（すなわちプロトン）など
のような他の荷電粒子ビームを使用し、イオン打ち込み
することも可能である。この場合は、結晶の−Ｃ面では
なく、＋Ｃ面からのビーム照射となる。
実施する際に、イオン交換用のイオンとして、プロトン
を用いることによって、効率的にイオン交換を行なうこ
とができる。なお、荷電粒子ビームとしては電子ビーム
が有効であるが、水素イオン（すなわちプロトン）など
のような他の荷電粒子ビームを使用し、イオン打ち込み
することも可能である。この場合は、結晶の−Ｃ面では
なく、＋Ｃ面からのビーム照射となる。
【００３１】請求項５のように、請求項１〜４のいずれ
かの手法により周期的分極反転層を形成した後、該周期
的分極反転層と交差する方向に光導波路を形成し、該光
導波路にレーザ光を入射させることによって、角周波数
ωが２倍の短波長の光を出射でき、第二高調波発生素子
として極めて有効である。
かの手法により周期的分極反転層を形成した後、該周期
的分極反転層と交差する方向に光導波路を形成し、該光
導波路にレーザ光を入射させることによって、角周波数
ωが２倍の短波長の光を出射でき、第二高調波発生素子
として極めて有効である。
【００３２】
【実施例】次に本発明による部分的分極反転層の形成方
法および第二高調波発生素子の製造方法が実際上どのよ
うに具体化されるかを実施例で説明する。図２は請求項
２の発明の実施例、すなわちマスクを用いてイオン交換
を選択的に行ない、荷電粒子ビームを全面照射する実施
例を工程順に示す図である。
法および第二高調波発生素子の製造方法が実際上どのよ
うに具体化されるかを実施例で説明する。図２は請求項
２の発明の実施例、すなわちマスクを用いてイオン交換
を選択的に行ない、荷電粒子ビームを全面照射する実施
例を工程順に示す図である。
【００３３】工程１：図４の場合と同様に、Ｚ板LiTaO3
の-C面の上下両面に、例えば電子ビーム蒸着などによっ
てTaなどの膜２、2eを形成する。上側の膜２は、プロト
ン交換を選択的に行なうためのものであり、下側の膜2e
は荷電粒子ビーム照射の際の接地電極用である。
の-C面の上下両面に、例えば電子ビーム蒸着などによっ
てTaなどの膜２、2eを形成する。上側の膜２は、プロト
ン交換を選択的に行なうためのものであり、下側の膜2e
は荷電粒子ビーム照射の際の接地電極用である。
【００３４】工程２：前記の処理基板１の上面のTa膜２
上にレジストパターンを形成し、それをマスクにして、
Ta膜２を選択エッチングすることで、周期的なプロトン
交換阻止マスク2pを残す。
上にレジストパターンを形成し、それをマスクにして、
Ta膜２を選択エッチングすることで、周期的なプロトン
交換阻止マスク2pを残す。
【００３５】工程３：マスク2pが形成された基板１を、
容器３中において、例えば260 ℃のピロ燐酸などのプロ
トン交換液４中に浸漬し、30分間程度プロトン交換処理
を行なうと、マスク2pの無い領域のみ、プロトン交換層
５が形成される。なお、ピロ燐酸に代えて、安息香酸や
燐酸の液を用いることもできる。
容器３中において、例えば260 ℃のピロ燐酸などのプロ
トン交換液４中に浸漬し、30分間程度プロトン交換処理
を行なうと、マスク2pの無い領域のみ、プロトン交換層
５が形成される。なお、ピロ燐酸に代えて、安息香酸や
燐酸の液を用いることもできる。
【００３６】工程４：真空中において、電極2eを接地し
て電場を印加した状態で、Taマスク2pの上から電子ビー
ムEBなどの荷電粒子ビームを基板全面に照射する。すな
わち、図４ (5)のように基板のキューリ点直下の高温で
熱処理する工程に代えて、荷電粒子ビームを照射する。
て電場を印加した状態で、Taマスク2pの上から電子ビー
ムEBなどの荷電粒子ビームを基板全面に照射する。すな
わち、図４ (5)のように基板のキューリ点直下の高温で
熱処理する工程に代えて、荷電粒子ビームを照射する。
【００３７】プロトン交換された層５に荷電粒子ビーム
を照射すると、荷電粒子ビームのエネルギーによって、
プロトン濃度の高い基板表面側から順番に分極が反転し
ていく。プロトン交換が行われていない領域でも、荷電
粒子ビームを照射すると分極反転が行われるが、予めプ
ロトン交換によって分極反転しやすい状態になっている
ため、低いエネルギーでも確実に分極反転が起こる。
を照射すると、荷電粒子ビームのエネルギーによって、
プロトン濃度の高い基板表面側から順番に分極が反転し
ていく。プロトン交換が行われていない領域でも、荷電
粒子ビームを照射すると分極反転が行われるが、予めプ
ロトン交換によって分極反転しやすい状態になっている
ため、低いエネルギーでも確実に分極反転が起こる。
【００３８】ちなみに、LiTaO3基板の場合、室温では、
プロトン交換を行なわない基板の電子ビーム照射に比べ
て、プロトン交換後の基板に電子ビーム照射した場合
は、分極反転に要する電子ビームのエネルギーが80％ま
で低下した。また、 500℃の雰囲気で電子ビーム照射し
た場合は、プロトン交換しない基板に比較して、10％ま
で低下した。
プロトン交換を行なわない基板の電子ビーム照射に比べ
て、プロトン交換後の基板に電子ビーム照射した場合
は、分極反転に要する電子ビームのエネルギーが80％ま
で低下した。また、 500℃の雰囲気で電子ビーム照射し
た場合は、プロトン交換しない基板に比較して、10％ま
で低下した。
【００３９】一方、LiNbO3基板の場合は、室温では、プ
ロトン交換しない基板に比較して、90％まで電子ビーム
のエネルギーが低下したのに対し、 500℃の雰囲気で
は、60％まで低下した。
ロトン交換しない基板に比較して、90％まで電子ビーム
のエネルギーが低下したのに対し、 500℃の雰囲気で
は、60％まで低下した。
【００４０】また、電子ビームが照射された領域は、従
来のアニール処理よりも短時間に、かつ深くまで分極反
転が起こる。すなわち、従来のようにプロトン交換後に
キューリ点直下の高温でアニールすると、せっかく交換
されたプロトンが熱拡散し、プロトン濃度が低下するた
め、光導波路が形成される領域まで深く分極反転させる
ことが困難となり、断面半円状の浅い分極反転層となっ
た。しかも、深くまで分極反転させるには時間がかか
る。
来のアニール処理よりも短時間に、かつ深くまで分極反
転が起こる。すなわち、従来のようにプロトン交換後に
キューリ点直下の高温でアニールすると、せっかく交換
されたプロトンが熱拡散し、プロトン濃度が低下するた
め、光導波路が形成される領域まで深く分極反転させる
ことが困難となり、断面半円状の浅い分極反転層となっ
た。しかも、深くまで分極反転させるには時間がかか
る。
【００４１】工程５：図４における工程４と同じ要領
で、Taマスク2pおよび電極2eを溶解除去するとともに、
基板のキューリ点よりも十分に（例えば 100℃) 低い温
度（LiTaO3の場合であれば 500℃程度) で、かつ酸素雰
囲気中で、１時間程度アニール処理する。これによっ
て、プロトン交換層５中に残っているプロトンが基板表
層で均一に拡散され、光導波路となる領域のプロトン濃
度が均一となり、屈折率分布が均一化されると共に、結
晶表面の損傷が回復する。
で、Taマスク2pおよび電極2eを溶解除去するとともに、
基板のキューリ点よりも十分に（例えば 100℃) 低い温
度（LiTaO3の場合であれば 500℃程度) で、かつ酸素雰
囲気中で、１時間程度アニール処理する。これによっ
て、プロトン交換層５中に残っているプロトンが基板表
層で均一に拡散され、光導波路となる領域のプロトン濃
度が均一となり、屈折率分布が均一化されると共に、結
晶表面の損傷が回復する。
【００４２】なお、Taマスク2pは、電子ビーム照射を行
なう前に除去してもよい。分極反転が起きる領域は、プ
ロトン交換阻止マスク2pによって予め一定周期で形成さ
れており、Taマスク2pの無い状態で基板全面に荷電粒子
ビームを照射しても、プロトン交換された層のみしか分
極反転が進行しないからである。
なう前に除去してもよい。分極反転が起きる領域は、プ
ロトン交換阻止マスク2pによって予め一定周期で形成さ
れており、Taマスク2pの無い状態で基板全面に荷電粒子
ビームを照射しても、プロトン交換された層のみしか分
極反転が進行しないからである。
【００４３】以上の工程で、例えば１.5μｍ程度の周期
で分極反転を起こさせる処理が完了する。以後は図５の
(2)〜 (5)に従って、周期的分極反転層5aが形成された
基板上に、もう一度Ta金属をマスクにして、プロトン交
換（ピロリン酸中:250℃，60分）を行なった後、 380℃
で20分アニールすることにより、周期的分極反転層と交
差する方向に光導波路を形成することで、第二高調波発
生素子が完成する。
で分極反転を起こさせる処理が完了する。以後は図５の
(2)〜 (5)に従って、周期的分極反転層5aが形成された
基板上に、もう一度Ta金属をマスクにして、プロトン交
換（ピロリン酸中:250℃，60分）を行なった後、 380℃
で20分アニールすることにより、周期的分極反転層と交
差する方向に光導波路を形成することで、第二高調波発
生素子が完成する。
【００４４】図３は請求項３の発明の実施例を工程順に
示す図である。この実施例では (1)のように、図２の実
施例におけるTaマスク2pを用いずに、 260℃のピロリン
酸中で30分間、LiTaO3基板１を浸漬して、基板表層全面
12にプロトン交換を行う。
示す図である。この実施例では (1)のように、図２の実
施例におけるTaマスク2pを用いずに、 260℃のピロリン
酸中で30分間、LiTaO3基板１を浸漬して、基板表層全面
12にプロトン交換を行う。
【００４５】その後 (2)のように、基板をプロトン交換
液から出した状態で、裏面に接地電極2eを形成した後、
分極反転を起こさせる領域13を選択して、電子ビームを
照射する。この場合、予めプロトン交換され、分極反転
しやすくなっているので、電子ビームのエネルギーは低
くて足り、高速走査が可能となる。
液から出した状態で、裏面に接地電極2eを形成した後、
分極反転を起こさせる領域13を選択して、電子ビームを
照射する。この場合、予めプロトン交換され、分極反転
しやすくなっているので、電子ビームのエネルギーは低
くて足り、高速走査が可能となる。
【００４６】この実施例は、プロトン交換が選択的に行
われていないため、電子ビームを正確に走査する必要は
あるものの、荷電粒子ビーム照射に際して、プロトン交
換阻止のためのTaマスク2pを形成する必要がなく、プロ
セスが簡略化される。
われていないため、電子ビームを正確に走査する必要は
あるものの、荷電粒子ビーム照射に際して、プロトン交
換阻止のためのTaマスク2pを形成する必要がなく、プロ
セスが簡略化される。
【００４７】なお、図２、図３のいずれの実施例も、反
転深さを制御するため、プロトン交換後にプロトン交換
液から出してアニール処理を施してもよい。例えば、基
板のキューリ点より十分に低い 350℃程度で約30分間ア
ニールすることで、プロトンが深くまで拡散するので、
分極反転も深くなる。
転深さを制御するため、プロトン交換後にプロトン交換
液から出してアニール処理を施してもよい。例えば、基
板のキューリ点より十分に低い 350℃程度で約30分間ア
ニールすることで、プロトンが深くまで拡散するので、
分極反転も深くなる。
【００４８】以上の実施例では、基板としてLiTaO3を用
いているが、LiNbO3基板やKTP(Potassium Titanium Pho
sphate) などを用い、図２、図３の工程で処理すること
によっても、低い荷電粒子ビーム・エネルギーで深くま
で周期的分極反転を起こさせることができる。
いているが、LiNbO3基板やKTP(Potassium Titanium Pho
sphate) などを用い、図２、図３の工程で処理すること
によっても、低い荷電粒子ビーム・エネルギーで深くま
で周期的分極反転を起こさせることができる。
【００４９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、イオン交
換によって分極反転が起きやすい状態にした後、周期的
分極反転を起こさせる領域のみに荷電粒子ビームを照射
する方法を採っている。そなため、分極反転が荷電ビー
ム照射面から垂直に基板内に成長するので、小さな周期
で、かつ深い分極反転パターンの形成が可能となる。
換によって分極反転が起きやすい状態にした後、周期的
分極反転を起こさせる領域のみに荷電粒子ビームを照射
する方法を採っている。そなため、分極反転が荷電ビー
ム照射面から垂直に基板内に成長するので、小さな周期
で、かつ深い分極反転パターンの形成が可能となる。
【００５０】その結果、この方法で第二高調波発生素子
を作製した場合、角周波数の変換効率が向上する。しか
も、電子ビーム照射のみで分極反転させる方法に比べ
て、プロトン交換による反転閾値の低下のため、低エネ
ルギーで反転が可能であり、分極反転に要する時間も短
縮でき、またアニールによって分極反転させる方法に比
べて深くまで分極反転でき、第二高調波発生素子の量産
に適する。
を作製した場合、角周波数の変換効率が向上する。しか
も、電子ビーム照射のみで分極反転させる方法に比べ
て、プロトン交換による反転閾値の低下のため、低エネ
ルギーで反転が可能であり、分極反転に要する時間も短
縮でき、またアニールによって分極反転させる方法に比
べて深くまで分極反転でき、第二高調波発生素子の量産
に適する。
【図１】本発明による部分的分極反転層の形成方法およ
び第二高調波発生素子の製造方法の基本原理を説明する
フローチャートである。
び第二高調波発生素子の製造方法の基本原理を説明する
フローチャートである。
【図２】請求項２の発明の実施例を工程順に示す図であ
る。
る。
【図３】請求項３の発明の実施例を工程順に示す図であ
る。
る。
【図４】LiTaO3基板を用いて周期的分極反転を起こさせ
る従来方法を工程順に示した図である
る従来方法を工程順に示した図である
【図５】周期的分極反転層を形成したLiTaO3基板に光導
波路を形成する手法を工程順に示す図である。
波路を形成する手法を工程順に示す図である。
【図６】LiNbO3基板に周期的分極反転を起こさせる手法
を工程順に説明する平面図と断面図である。
を工程順に説明する平面図と断面図である。
１ 強誘電体結晶から切り出された基板( LiTaO3基板 ) ２ Ta膜 2p プロトン交換阻止マスク ３ 容器 ４ プロトン交換液 ５ プロトン交換層 5a 周期的分極反転層 ６ Ta膜 6p マスク ７ スリット状窓穴 ８ 光導波路 ９ LiNbO3基板 10 Ti膜 10p Ti膜パターン 11 Ti拡散による分極反転層 12 プロトン交換が全面に行われた領域 13 分極反転層
Claims (5)
- 【請求項１】 強誘電体基板の表面からイオン交換を行
い、イオン交換層中の分極反転を起こさせる領域に、荷
電ビームを照射することにより、イオン交換層中の分極
を反転させることを特徴とする部分的分極反転層の形成
方法。 - 【請求項２】 強誘電体基板の表面に、マスクを用い
て、周期的分極反転層を形成する領域のみに選択的にイ
オン交換を行い、 その後基板全面に荷電ビームを照射することにより、イ
オン交換層中の分極を反転させることを特徴とする部分
的分極反転層の形成方法。 - 【請求項３】 強誘電体基板の表面全面にイオン交換を
行い、そのイオン交換層に選択的に荷電ビームを照射す
ることにより、イオン交換層中の分極を反転させること
を特徴とする部分的分極反転層の形成方法。 - 【請求項４】 前記の交換するイオンがプロトンである
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の部分的分
極反転層の形成方法。 - 【請求項５】 請求項１〜４の何れかの手法により周期
的分極反転層を形成した後、該周期的分極反転層と交差
する方向に光導波路を形成することを特徴とする第二高
調波発生素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3272673A JPH05107421A (ja) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | 部分的分極反転層の形成方法および第二高調波発生素子 の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3272673A JPH05107421A (ja) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | 部分的分極反転層の形成方法および第二高調波発生素子 の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05107421A true JPH05107421A (ja) | 1993-04-30 |
Family
ID=17517200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3272673A Withdrawn JPH05107421A (ja) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | 部分的分極反転層の形成方法および第二高調波発生素子 の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05107421A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996038757A1 (fr) * | 1995-06-02 | 1996-12-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Appareil optique, source de faisceau laser, equipement a laser et procede de production d'un appareil optique |
| KR100748690B1 (ko) * | 2006-01-02 | 2007-08-13 | 삼성전자주식회사 | 스펙클을 감소시키는 광모듈 및 이를 이용한 스펙클 감소방법 |
-
1991
- 1991-10-21 JP JP3272673A patent/JPH05107421A/ja not_active Withdrawn
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996038757A1 (fr) * | 1995-06-02 | 1996-12-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Appareil optique, source de faisceau laser, equipement a laser et procede de production d'un appareil optique |
| KR100283829B1 (ko) * | 1995-06-02 | 2001-03-02 | 모리시타 요이찌 | 광소자, 레이저 광원 및 레이저 장치와 광소자의 제조방법 |
| US6333943B1 (en) | 1995-06-02 | 2001-12-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical device, laser beam source, laser apparatus and method of producing optical device |
| US6914918B2 (en) | 1995-06-02 | 2005-07-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical device, laser beam source, laser apparatus and method of producing optical device |
| US7101723B2 (en) | 1995-06-02 | 2006-09-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical device, laser beam source, laser apparatus and method of producing optical device |
| US7295583B2 (en) | 1995-06-02 | 2007-11-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical device, laser beam source, laser apparatus and method of producing optical device |
| US7339960B2 (en) | 1995-06-02 | 2008-03-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical device, laser beam source, laser apparatus and method of producing optical device |
| US7382811B2 (en) | 1995-06-02 | 2008-06-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical device, laser beam source, laser apparatus and method of producing optical device |
| CN100394298C (zh) * | 1995-06-02 | 2008-06-11 | 松下电器产业株式会社 | 制作光学波长转换元件的方法 |
| US7570677B2 (en) | 1995-06-02 | 2009-08-04 | Panasonic Corporation | Optical device, laser beam source, laser apparatus and method of producing optical device |
| US7623559B2 (en) | 1995-06-02 | 2009-11-24 | Panasonic Corporation | Optical device, laser beam source, laser apparatus and method of producing optical device |
| KR100748690B1 (ko) * | 2006-01-02 | 2007-08-13 | 삼성전자주식회사 | 스펙클을 감소시키는 광모듈 및 이를 이용한 스펙클 감소방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990107 |