KR0144263B1 - 분극반전방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분극반전방법에 관한 것으로, 기판 표면의 양자교환된 곳의 경계에서 분극반전씨앗이 형성되며 기판의 상,하면에 서로 다른 온도를 유지함으로써 기판 내부로 분극반전이 자라도록 한다. 분극반전의 모양은 끝이 갈라진 바늘모양이며 준위정합을 이용한 청색광파 발생소자 제작에 적합한 이상적인 구조를 가진다.

본 발명에 의하면, 주변의 공기온도 또는 공기흐름과 관계없이 일정하게 기판의 상하면에 온도차를 줌으로써 항상 재현성 있는 결과를 얻을 수 있다.

Description

분극반전방법

제1도는 본 발명에 의한 분극반전방법을 도시한 도면.

제2도는 본 발명의 분극반전방법에 사용되는 가열장치를 도시한 도면.

제3도는 종래의 분극반전방법을 도시한 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1:가열판2:리튬탄탈레이트 기판

3:Ta마스크4:초인산

5:양자교환된 곳6:분극반전

7:열전대8:전기열선

9:분극반전 씨앗10:하부열판

11:상부열판

본 발명은 분극반전방법에 관한 것으로, 특히 주기적으로 양자교환된 +Z면 리튬탄탈레이트 기판의 상, 하면 온도차를 준 가열에 의한 주기적 분극반전방법에 관한 것이다.

리튬탄탈레이트(LiTaO₃)결정은 비선형 계수가 크며 가시광영역에서 흡수가 없고, 특히 임계 광손상 파워(optical damage threshold)가 커 광파의 제2고조파 발생(optical second-harmonic generation)방법에 의한 청색광파 발생 소자 제작에 매우 적합한 강유전체 비선형 결정이다.

광파의 제2고조파 발생방법은 펌핑광파를 비선형 결정에 입사시켜 펌핑광파의 제2고조파, 즉, 펌핑광 파장의 반파장의 광파를 생성시키는 기술인데, 이 기술의 핵심은 펌핑광파의 위상과 생성된 제2고조파간의 위상을 일치시키는 것이다. 이를 위해서는 비선형 결정의 펌핑광파에 대한 굴절율(refractive index)과 제2고조파 광파에 대한 굴절율을 일치시켜야만 하는데 이를 굴정율 정합(index matching)이라고 한다. 보통의 경우 결정의 분산(dispersion)때문에 굴절율이 다르므로 결정의 복굴절(birefringence)을 이용하여 굴절율 정하블 한다. 그러나 리튬탄탈레이트 결정은 청색광파를 생성시키는 적외선 펌핑광 파장에서는 복굴절이 분산에 비해 작기 때문에 굴절율 정합을 이룰 수 없다. 이 경우 결정의 비선형 계수를 주기적으로 변조하여 굴절율 정합을 이룰 수 있으며, 이를 준위상정합(우리말로는 準位相整合, 영어로는 Quasi-Phase Matching, 일본말로는 疑似位相整合이라 함)이라 한다.

준위상정합 방법은 적절한 비선형 계수 변조 주기를 설정함으로써 임의의 펌핑광 파장에 대해서도 복굴절과 관계없이 언제나 위상정합에 가능하며 또한 리튬탄탈레이트 결정의 가장 큰 비선형 계수인 d₃₃을 사용할 수 있는 장점이 있다. 이러한 장점으로 인하여 최근 준위상정합 구조를 갖는 리튬탄탈레이트 청색광파 생성 소자 제작연구가 활발하게 진행되고 있다.

리튬탄탈레이트의 비선형 계수 변조는 공간적으로 결정의 자연분극(spontaneous polarization)을 반전시킴으로써 가능하다. 자연분극의 반전을 분극반전이라 하며, 준위상정합을 위한 이상적인 분극반전 모양은 적층구조이다. 리튬탄탈레이트 결정에서의 적층구조의 분극반전은 일본 히타치 금속의 마키오 등에 의하여 성공적으로 제작된 바 있다. 소위, 단방향 열처리(one direction heating)방법이라고 알려진 이 방법은 제3도(a)에 도시된 바와 같이 선택적 양자교환을 위한 탄탈튬(Ta)마스크(3)를 제작한 후, 한 두 방울의 초인산(pyrophosphoric acid)(4)을 리튬탄탈레이트 기판(2)위에 떨어뜨린 뒤 미리 260℃로 가열되어 있던 가열판(hot plate)(1)에 기판을 올려 놓아 양자교환을 한다. 양자교환과 동시에 양자교환된 곳의 아래 쪽에 제3도(b)에 도시된 바와 같이 바늘모양(needle-shape)의 분극반전이 생성된다. 가열판으로부터 기판으로의 열전달은 방향성을 가지며 초인산이 있는 기판의 위판은 아래판보다 온도가 낮다. 바늘 모양의 분극반전 생성은 이와 같은 기판 상하면의 온도차에 기인하는 것을 설명되고 있다.

그러나 이 방법은 기판의 상하면 온도차가 주변의 공기의 흐름등에 의하여 변동하는 단점을 갖고 있어 이의 억제를 위해 특별히 주변의 공기의 온도 및 흐름을 잘 조절하여야 한다. 또한 양자교환시 초인산 방울의 표면장력 등에 의하여 넓은 영역에서의 균일한 양자교환이 어렵기도 하다.

따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 바늘모양의 분극반전 생성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 분극반전방법은 +Z면 리튬탄탈레이트 기판을 선택적으로 양자교환시키는 단계와, 상기 양자교환된 기판의 상면과 하면에 온도차이를 준 가열을 행하여 상기 기판의 양자교환된 곳 사이의 영역에 분극반전을 일으키는 단계로 이루어진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하낟.

본 발명에 의한 분극반전방법은 상술한 종래의 히타치 금속이 제안한 방식과는 달리 먼저 기판에 선택적인 양자교환을 한 후 열처리를 행한다. 따라서 기판의 상하면에 각각 온도가 다른 열판을 접촉하여 온도차를 준 열처리를 할 수 있다. 이에 반해 상기 종래의 방식은 기판의 윗면에 초인산 방울이 있으므로 다른 열판을 접촉시킬 수 없다. 따라서 본 발명의 방법은 기판의 윗면과 아래면에 항상 일정한 온도차를 줄 수 있으므로 제작 공정이 간편하고 재현성 있는 결과를 얻을 수 있다.

제1도에 본 발명에 의한 분극반전방법을 도시하였다.

먼저, 제1도(a)에 도시된 바와 같이 +Z면 리튬탄탈레이트기판(2) 위에 선택적인 양자교환을 위하여 Ta마스크(3)를 형성한 후, 양자교환시켜 기판(2)의 소정부분을 주기적으로 양자교환(5)되도록 한다.

이어서 제1도(b)에 도시된 바와 같이 상기 주기적으로 양자교환된 기판(2)의 상,하면에 각각 온도차를 가진 하부열판(10)와 상부열판(11)을 부착하여 가열을 행하여 분극반전을 일으킨다.

본 발명에 의한 분극반전방법에 의하면, 양자교환된 곳의 경계에서는 생성되는 분극반전 씨앗(seed)(9) 및 기판의 상하면 온도차를 준 가열에 의하여 제1도(c)에 도시된 바와 같이 양자교환된 곳 사이의 영역에서 끝이 갈라진 바늘모양의 분극반전(6)이 얻어진다. 분극반전의 깊이는 약 10㎛로 광도파로 구조의 준위상정합 제2고조파발생 소자제작을 위하여 충분한 깊이를 제공한다.

상기 양자교환된 기판의 상,하면에 온도차를 준 가열을 행하기 위한 본 발명의 분극반전방법에 사용되는 가열장치는 제2도에 도시된 바와 같다.

제2도의 참조부호 11은 기판(2)의 윗면에 접촉되는 열판으로 전기열선(8)과 열전대(7)를 이용하여 온도제어된다. 제2도의 참조부호 10은 기판(2)의 아래면에 접촉되는 열판으로 상기한 상부열판(11)과 마찬가지로 전기열선(8)과 열전대(7)를 이용하여 온도제어된다. 이때, 상부열판(11)의 온도는 하부열판(10)의 온도보다 낮으며 기판을 통하여 하부열판(10)에서 상부열판(11)으로 열이 전달된다.

이상 상술한 바와 같이 본 발명은 준위상정합 방법에 의한 청색광파 생성 소자 제작에 필요한 이상적인 적층구조의 분극반전을 형성하기 위한 분극반전방법으로서, 주변의 공기온도 또는 공기흐름과 관계없이 일정하게 기판의 상하면에 온도차를 줌으로써 항상 재현성있는 결과를 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. +Z면 리튬탄탈레이트 기판을 선택적으로 양자교환시키는 단계와, 상기 양자교환된 기판의 상면과 하면에 온도차이를 준 가열을 행하여 상기 기판의 양자교환된 곳 사이의 영역에 분극반전을 일으키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 분극반전방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 기판에 행하는 온도차를 준 가열은 기판 상면에는 저온의 열판을 접촉하고 기판의 하면에는 고온의 열판을 접촉시켜 행하는 것을 특징으로 하는 분극반전방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 분극반전은 끝이 갈라진 바늘모양으로 생성되는 것을 특징으로 하는 분극반전방법.