TWI459110B - 光學非線性晶體光波導及其製作方法 - Google Patents

Description

光學非線性晶體光波導及其製作方法

本發明係有關於一種光波導，且特別是有關於一種光學非線性晶體光波導及其製作方法。

近年來由於工商發達、社會進步，相對提供之產品亦主要針對便利、確實、經濟實惠為主旨，因此，當前開發之產品亦比以往更加進步，而得以貢獻社會。

第1圖係依照先前技術繪示一種鈮酸鋰光波導結構示意圖及其製造方法的流程圖。

如第1圖所示，其揭露一種具非線性光學頻率轉換效應之鈮酸鋰光波導結構與其製造方法：包括在Z-切鈮酸鋰基板上製造具週期性極化反轉結構(periodically poled inverted domain structures)，與利用質子交換法(proton exchange)形成埋入式光波導。

當使用質子交換週期性極化鈮酸鋰(Periodically Poled Lithium Niobate,PPLN)波導作為非線性頻率轉換元件時，為避免因強光作用下之光折變效應(photo-refractive effect)導致非線性作用波間之相位失配，需將此元件置於高溫操作，一般而言是不低於100℃。由於質子之質量輕與擴散速率快，對高溫下之質子交換波導，則有長時操作下光波導元件之穩定度疑慮。

第2圖係依照另一先前技術繪示一種鈮酸鋰光波導結構示意圖及其製造方法的流程圖。

請參照第2圖，其揭露另一具非線性光學頻率轉換效應之鈮酸鋰光波導結構與其製造方法：包括在具抗光折變之Z-切攙鋅鈮酸鋰基板一上製造週期性極化反轉結構，隨後利用晶圓結合技術將基板一黏著於具有較低光學折射係數之鉭酸鋰基板二，並對此複合基板進行研磨拋光，使基板一之厚度限縮至4微米。隨後利用活性離子蝕刻技術，在前述複合基板上形成具脊狀結構之PPLN光波導。

此法以抗光折變之攙鋅ZnO:PPLN基板技術，克服以質子交換法造成週期性極化鈮酸鋰(proton-exchanged Periodically Poled Lithium Niobate,PE:PPLN)光波導元件於高溫作時性能之不穩定性；然此製造技術過程繁複，需利用兩種不同基板來製造具抗光折變之非線性光波導元件。

第3圖依照再一先前技術繪示一種鈮酸鋰光波導結構示意圖及其製造方法的流程圖。

如第3圖所示，其揭露另一具非線性光學頻率轉換效應之鈮酸鋰光波導結構與其製造方法：包括在具抗光折變之X-切攙鎂鈮酸鋰基板一上製造週期性極化反轉結構，隨後利用晶圓結合技術將基板一黏著於具有較低光學折射係數之鈮酸鋰基板二，並對此複合基板進行研磨拋光，使基板一之厚度限縮至4微米。

隨後利用鑽石切割機切割出脊狀波導。此法以抗光折變之攙鎂MgO:PPLN基板技術，克服以質子交換法造成PE:PPLN光波導元件於高溫作時性能之不穩定性；然此製造技術過程繁複，需利用兩種不同基板來製造具抗光折變之非線性光波導元件。

由此可見，上述現有的方式，顯然仍存在不便與缺陷，而有待加以進一步改進。為解決上述問題，相關領域莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的方式被發展完成。因此，如何能避免採用質子交換法來形成埋入式光波導時，會導致在高溫長時間操作下影響光波導元件之穩定度的問題，以及光波導元件之非線性係數會受影響的問題，並降低製程的複雜度，實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前相關領域亟需改進的目標。

本發明內容之一目的是在提供一種光學非線性晶體光波導及其製造方法，藉以改善採用質子交換法來形成埋入式光波導時，會導致在高溫長時間操作下影響光波導元件之穩定度的問題，以及光波導元件之非線性係數會受影響的問題，並降低製程的複雜度。

為達上述目的，本發明內容之一技術樣態係關於一種光學非線性晶體光波導。光學非線性晶體光波導包含複數個一維或二維分佈之週期性或準週期性疇反轉結構以及埋入式帶狀光波導結構。每一該些疇反轉結構係為一Z-切或Y-切光學非線性晶體。而非線性光學參量之頻率轉換過程，係藉由埋入式帶狀光波導結構形成於該些疇反轉結構中，或藉由該些反轉疇結構形成於埋入式帶狀光波導結構中而產生。

根據本發明一實施例，光學非線性晶體係為鈮酸鋰或鉭酸鋰。

根據本發明另一實施例，光學非線性晶體光波導係為一光學單偏振態光波導，其中該光學單偏振態係平行於該鈮酸鋰或鉭酸鋰之Z軸方向。

根據本發明再一實施例，鈮酸鋰或鉭酸鋰之疇反轉方向係平行於該鈮酸鋰或鉭酸鋰之Z軸或-Z軸方向。

根據本發明又一實施例，該些疇反轉結構包含複數個區段。每一該些區段包含複數個準相位匹配結構。其中每一該些區段中疇之間距與佔空比不為定值。

根據本發明另再一實施例，埋入式帶狀光波導結構進行非線性光學參量產生時，入射光與該入射光之倍頻、差頻或合頻光之行進方向係平行於該鈮酸鋰或鉭酸鋰之X軸方向。

根據本發明另又一實施例，Z-切或Y-切鈮酸鋰或鉭酸鋰係為摻雜鋅之該鈮酸鋰或鉭酸鋰、摻雜鎂之該鈮酸鋰或鉭酸鋰或未摻雜之該鈮酸鋰或鉭酸鋰。

根據本發明再另一實施例，埋入式帶狀光波導結構係為該光學非線性晶體光波導之核心部分，而在該光學非線性晶體光波導中該埋入式帶狀光波導結構以外的部分係為披覆層，其中該核心部分係由高濃度摻雜鎵、鎂或鋅之鈮酸鋰或鉭酸鋰所組成，或者由摻雜其金屬氧化物如氧化鎵、氧化鎂、氧化鋅之鈮酸鋰或鉭酸鋰所組成，而該披覆層係由低濃度摻雜鎵、鎂、鋅或未摻雜之鈮酸鋰或鉭酸鋰所組成，或者由摻雜其金屬氧化物如氧化鎵、氧化鎂、氧化鋅之鈮酸鋰或鉭酸鋰所組成。

根據本發明再又一實施例，核心部分之鈮酸鋰或鉭酸鋰摻雜鎵、鎂或鋅之濃度為10¹⁶ 原子/cm³ 。

根據本發明又另一實施例，核心部分係將鎵、鎂、鋅或其氧化物如氧化鎵、氧化鎂或氧化鋅在約500-1050℃之間的溫度中擴散至鈮酸鋰或鉭酸鋰所形成。

為達上述目的，本發明內容之另一技術樣態係關於一種非線性光學參量產生結構。非線性光學參量產生結構包含複數個一維或二維分佈之週期性或準週期性疇反轉結構以及脊狀光波導結構。每一該疇反轉結構係為一Z-切光學非線性晶體。而此光學參量產生結構，係包含一脊狀光波導結構位於該些疇反轉結構上。

根據本發明一實施例，光學非線性晶體係為鈮酸鋰或鉭酸鋰。

根據本發明另一實施例，光學非線性晶體光波導係為一光學單偏振態光波導，其中該光學單偏振態係平行於該鈮酸鋰或鉭酸鋰之Z軸方向。

根據本發明再一實施例，鈮酸鋰或鉭酸鋰之疇反轉方向係平行於該鈮酸鋰或鉭酸鋰之Z軸或-Z軸方向。

根據本發明又一實施例，該些疇反轉結構包含複數個區段。每一該些區段包含複數個準相位匹配結構。每一該些區段中疇之間距與佔空比不為定值。

根據本發明另再實施例，非線性光學參量產生結構進行非線性光學參量產生時，入射光與該入射光之倍頻、差頻或合頻光之行進方向係平行於該鈮酸鋰或鉭酸鋰之X軸方向。

根據本發明另又實施例，脊狀光波導結構之橫截面係為一梯形。

根據本發明再另實施例，非線性光學參量產生結構更包含至少一第一金屬電極以及至少二第二金屬電極。至少一第一金屬電極配置於該脊狀光波導結構之上。至少二第二金屬電極分別配置於該疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰相對於該脊狀光波導結構之兩側上。

根據本發明再又實施例，非線性光學參量產生結構更包含至少一第一金屬電極以及至少一第二金屬電極。至少一第一金屬電極以及至少一第二金屬電極分別配置於該疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰相對於該脊狀光波導結構之兩側上。

根據本發明又另一實施例，脊狀光波導結構係為該非線性光學參量產生結構之核心部分，而在該非線性光學參量產生結構中該脊狀光波導結構以外的部分係為披覆層，其中該核心部分係由高濃度摻雜鎵、鎂、鋅或其金屬氧化物如氧化鎵、氧化鎂、氧化鋅之鈮酸鋰或鉭酸鋰所組成，而該披覆層係由低濃度摻雜鎵、鎂、鋅或其金屬氧化物如氧化鎵、氧化鎂、氧化鋅或未摻雜之鈮酸鋰或鉭酸鋰所組成。

根據本發明又再一實施例，核心部分之鈮酸鋰或鉭酸鋰摻雜鎵、鎂或鋅之濃度為10¹⁶ 原子/cm³ 。

根據本發明又另一實施例，核心部分係將氧化鎵、氧化鎂或氧化鋅在約500-1050℃之間的溫度中擴散至鈮酸鋰或鉭酸鋰所形成。

為達上述目的，本發明內容之再一技術樣態係關於一種光學非線性晶體光波導之製作方法。光學非線性晶體光波導之製作方法包含以下步驟：對一光學非線性晶體進行疇反轉；以及對經疇反轉之該光學非線性晶體進行埋入式波導製程；或對一光學非線性晶體進行埋入式波導製程，以及對經埋入式波導之光學非線性晶體進行疇反轉製程。

此外，埋入式波導製程包含以下步驟：對該疇反轉光學非線性晶體進行光阻旋轉塗佈，以形成一第一光阻層；對該第一光阻層進行曝光及顯影；以鎵或氧化鎵對該疇反轉光學非線性晶體進行濺鍍或以鎳與鋅或其氧化物如氧化鎳、氧化鋅對該疇反轉光學非線性晶體進行鎳鋅鎳多層金屬或其氧化物之濺鍍，以於該疇反轉光學非線性晶體上形成一第一金屬氧化物層或金屬層；對該疇反轉光學非線性晶體上之該第一光阻進行掀離法，以於該疇反轉光學非線性晶體上形成一圖案化第一金屬層；以及在約500-1050℃之間的溫度中，對該疇反轉光學非線性晶體進行擴散，以於該疇反轉光學非線性晶體中形成一埋入式帶狀波導結構。

根據本發明一實施例，光學非線性晶體係為一週期性疇反轉鈮酸鋰、一準週期性疇反轉鈮酸鋰、一週期性疇反轉鉭酸鋰或一準週期性疇反轉鉭酸鋰。

根據本發明另一實施例，在執行該埋入式波導製程步驟之後，更包含以下步驟：於該疇反轉光學非線性晶體上形成一脊狀結構。

此外，於該疇反轉光學非線性晶體上形成一脊狀結構，包含以下步驟：對該疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰進行光阻旋轉塗佈，以形成一第二光阻層；對該第二光阻層進行曝光及顯影；以鎵或氧化鎵對該疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰進行濺鍍，以於該疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上形成一第二金屬層；對該疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上之該第二光阻進行掀離法，以於該埋入式帶狀波導結構上形成一圖案化第二金屬層；以及對該圖案化第二金屬層進行處理，以形成一脊狀結構。

根據本發明再一實施例，對該圖案化第二金屬層進行處理之步驟，包含以下步驟：對該疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上該圖案化第二金屬層以外之區域，進行鋰離子及/或質子之相互擴散與取代，以形成複數個鈮酸鋰反轉區；以及利用氫氟酸腐蝕該圖案化第二金屬層以及該些鈮酸鋰反轉區，以形成該脊狀結構。

根據本發明又一實施例，對該圖案化第二金屬層進行處理之步驟，包含以下步驟：利用反應式離子蝕刻技術，對該疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上該圖案化第二金屬層以外之區域進行處理，以形成該脊狀結構。

根據本發明另再一實施例，對該圖案化第二金屬層進行處理之步驟，包含以下步驟：利用高能量輻射粒子對該疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上該圖案化第二金屬層以外之區域進行照射；以及利用反應氣體與離子撞擊經高能量輻射粒子照射之區域，以形成該脊狀結構。

根據本發明另又一實施例，對該圖案化第二金屬層進行處理之步驟，包含以下步驟：利用高能量輻射粒子對該疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上該圖案化第二金屬層以外之區域進行照射；以及利用氫氟酸腐蝕經高能量輻射粒子照射之區域，以形成該脊狀結構。

根據本發明再另一實施例，對該圖案化第二金屬層進行處理之步驟，包含以下步驟：利用精密切割技術對該圖案化第二金屬層之兩側進行銑削，以形成該脊狀結構。

根據本發明再又一實施例，在形成該脊狀結構的步驟之後，更包含以下步驟：於該疇反轉光學非線性晶體與該脊狀結構上形成複數個金屬電極。

此外，於該疇反轉光學非線性晶體與該脊狀結構上形成複數個金屬電極，包含以下步驟：形成一介電緩衝層於該脊狀結構上；形成至少一第一金屬電極於該介電緩衝層上；以及於該疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰相對於該脊狀結構之兩側上分別形成至少一第二金屬電極。

根據本發明又另一實施例，在形成該脊狀結構的步驟之後，更包含以下步驟：於該疇反轉光學非線性晶體與該脊狀結構上形成複數個金屬電極。

此外，於該疇反轉光學非線性晶體與該脊狀結構上形成複數個金屬電極，包含以下步驟：於該疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰相對於該脊狀結構之兩側上分別形成至少一第一金屬電極與至少一第二金屬電極。

因此，根據本發明之技術內容，本發明實施例藉由提供一種光學非線性晶體光波導及其製造方法，藉以改善採用質子交換法來形成埋入式光波導時，會導致在高溫長時間操作下影響光波導元件之穩定度的問題，以及光波導元件之非線性係數會受影響的問題，並降低製程的複雜度。

為了使本揭示內容之敘述更加詳盡與完備，可參照所附之圖式及以下所述各種實施例，圖式中相同之號碼代表相同或相似之元件。但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍，而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明所涵蓋的範圍。其中圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。另一方面，眾所週知的元件與步驟並未描述於實施例中，以避免對本發明造成不必要的限制。

第4圖係依照本發明一實施例繪示一種光學非線性晶體光波導400結構示意圖。第5圖係依照本發明一實施例繪示一種光學非線性晶體光波導400的側視示意圖。

請一併參照第4圖與第5圖，光學非線性晶體光波導400包含複數個一維或二維分佈之週期性或準週期性疇反轉結構C₁ ～C_n 以及埋入式帶狀光波導結構410。

在此需先說明的是，光學非線性晶體光波導400之整體結構係如第4圖所示，然為完整呈現本發明實施例之技術特徵點而於第5圖中例示性地繪示前述些疇反轉結構C₁ ～C_n 之間的配置方式。

如第4圖所示，埋入式帶狀光波導結構410位於前述些疇反轉結構C₁ ～C_n 中。埋入式帶狀光波導結構410是用以進行非線性光學參量產生。此外，每一前述些疇反轉結構C₁ ～C_n 係為Z-切或Y-切光學非線性晶體。

於製作上，光學非線性晶體400可為鈮酸鋰或鉭酸鋰。

在一實施例中，光學非線性晶體光波導400係為光學單偏振態光波導，其中光學單偏振態係平行於鈮酸鋰或鉭酸鋰之Z軸方向。

第6圖係依照本發明一實施例繪示一種光學非線性晶體光波導400之疇反轉結構C₁ 的側視示意圖。

如第6圖所示，疇反轉結構C₁ 包含複數個區段S₁ ~S_n ，前述些區段S₁ ~S_n 依序連接，且每一前述些區段S₁ ~S_n 中疇之間距與佔空比不為定值。

第7圖係依照本發明一實施例繪示一種光學非線性晶體光波導400中疇反轉結構C₁ 之區段S₁ 的側視示意圖。

如第7圖所示，在每一前述些區段S₁ ~S_n 中(例如區段S₁ 中)包含複數個準相位匹配結構QPM₁ ～QPM_n ，且在同一區段S₁ 中的前述些準相位匹配結構QPM₁ ～QPM_n 依序連接。

在一實施例中，鈮酸鋰或鉭酸鋰之疇反轉方向(例如第7圖中QPM₁ 之正鐵電疇與負鐵電疇之疇反轉方向)係平行於鈮酸鋰或鉭酸鋰之Z軸或-Z軸方向。

在另一實施例中，埋入式帶狀光波導結構410進行非線性光學參量產生時，入射光與該入射光之倍頻、差頻或合頻光之行進方向係平行於鈮酸鋰或鉭酸鋰之X軸方向。

於再一實施例中，Z-切或Y-切鈮酸鋰或鉭酸鋰可為摻雜鋅之鈮酸鋰或鉭酸鋰、摻雜鎂之鈮酸鋰或鉭酸鋰，此外，Z-切或Y-切鈮酸鋰或鉭酸鋰亦可為未摻雜之鈮酸鋰或鉭酸鋰。

在又一實施例中，埋入式帶狀光波導結構410是為光學非線性晶體光波導400之核心部分，而在光學非線性晶體光波導中埋入式帶狀光波導結構以外的部分是為披覆層。

於製作時，核心部分可由高濃度摻雜鎵、鎂、鋅之鈮酸鋰或鉭酸鋰所組成，或者由摻雜其金屬氧化物如氧化鎵、氧化鎂、氧化鋅之鈮酸鋰或鉭酸鋰所組成，而披覆層可由低濃度摻雜鎵、鎂、鋅或未摻雜之鈮酸鋰或鉭酸鋰所組成，或者由摻雜其金屬氧化物如氧化鎵、氧化鎂、氧化鋅之鈮酸鋰或鉭酸鋰所組成，此外，披覆層亦可由未摻雜之鈮酸鋰或鉭酸鋰所組成。

詳細而言，核心部分之鈮酸鋰或鉭酸鋰摻雜鎵、鎂或鋅之濃度可為約10¹⁶ 原子/cm³ 以上，而披覆層之鈮酸鋰或鉭酸鋰摻雜鎵、鎂或鋅之濃度可為約10¹⁶ 原子/cm³ 以下。

於再一實施例中，核心部分係將氧化鎵、氧化鎂或氧化鋅在約500-1050℃之間的溫度中擴散至鈮酸鋰或鉭酸鋰所形成。

第8A圖係依照本發明一實施例繪示一種非線性光學參量產生結構800的示意圖。第8B圖係依照本發明一實施例繪示一種非線性光學參量產生結構800的剖面圖。

請一併參照第5圖、第8A圖與第8B圖，非線性光學參量產生結構800包含複數個一維或二維分佈之週期性或準週期性疇反轉結構C₁ ～C_n 以及脊狀光波導結構810。

在此需先說明的是，非線性光學參量產生結構800之整體結構係如第8A圖所示，然為完整呈現本發明實施例之技術特徵點而於第5圖中例示性地繪示前述些疇反轉結構C₁ ～C_n 之間的配置方式。

如第8A圖所示，脊狀光波導結構810是形成於前述些疇反轉結構C₁ ～C_n 上。此外，每一前述些疇反轉結構C₁ ～C_n 係為Z-切或Y-切光學非線性晶體。

於製作上，光學非線性晶體係為鈮酸鋰或鉭酸鋰。

在一實施例中，非線性光學參量產生結構800係為光學單偏振態光波導，其中光學單偏振態係平行於鈮酸鋰或鉭酸鋰之Z軸方向。

在此需先說明的是，第8A圖中的非線性光學參量產生結構800與第4圖中的光學非線性晶體光波導400相比，除了多出脊狀光波導結構810之外，非線性光學參量產生結構800與光學非線性晶體光波導400的其餘結構均相同。

因此，第8A圖的結構亦可由第6圖與第7圖中所示之結構來說明。非線性光學參量產生結構800可如第6圖所示，其疇反轉結構C₁ 包含複數個區段S₁ ~S_n ，前述些區段S₁ ~S_n 依序連接，且每一前述些區段S₁ ~S_n 中疇之間距與佔空比不為定值。

此外，如第7圖所示，在每一前述些區段S₁ ~S_n 中(例如區段S₁ 中)包含複數個準相位匹配結構QPM₁ ～QPM_n ，且在同一區段S₁ 中的前述些準相位匹配結構QPM₁ ～QPM_n 依序連接。

在一實施例中，鈮酸鋰或鉭酸鋰之疇反轉方向(例如第7圖中QPM₁ 之正鐵電疇與負鐵電疇之疇反轉方向)係平行於鈮酸鋰或鉭酸鋰之Z軸或-Z軸方向。

在另一實施例中，非線性光學參量產生結構800進行非線性光學參量產生時，入射光與該入射光之倍頻、差頻或合頻光之行進方向係平行於鈮酸鋰或鉭酸鋰之X軸方向。

請參照第8B圖，其係繪示非線性光學參量產生結構800的剖面圖。由第8B圖可知，脊狀光波導結構810之橫截面是為梯形。

在一實施例中，非線性光學參量產生結構800更包含至少一第一金屬電極830以及至少二第二金屬電極840。至少一第一金屬電極830配置於脊狀光波導結構810之上。至少二第二金屬電極840分別配置於疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰相對於脊狀光波導結構840之兩側上。

在另一實施例中，非線性光學參量產生結構800更包含介電緩衝層820。介電緩衝層820配置於脊狀光波導結構810上。請參照第8A圖與第8B圖，至少一第一金屬電極830可配置於介電緩衝層820上。

請參照第8B圖，脊狀光波導結構810之剖面可為梯形，假設其上底為R1、下底為R2、上底與兩側邊之夾角各為θ1與θ3以及下底與兩側邊之夾角各為θ2與θ4，則此梯形可滿足以下式子：

θ1+θ2=180°，0≦θ2≦90°；

θ3+θ4=180°，0≦θ4≦90°；以及

R1/R2≦1。

第9A圖係依照本發明另一實施例繪示一種非線性光學參量產生結構900的示意圖。第9B圖係依照本發明一實施例繪示一種非線性光學參量產生結構900的剖面圖。

在此需先說明的是，第9A圖中的非線性光學參量產生結構900相較於第8A圖中的非線性光學參量產生結構800，除了沒有位於脊狀光波導結構810上的介電緩衝層820與至少一第一金屬電極830外，非線性光學參量產生結構900與非線性光學參量產生結構800的其餘結構均相同。為使本說明書簡潔，以下僅闡述非線性光學參量產生結構900與非線性光學參量產生結構800不同之處。

請參照第9B圖，其係繪示非線性光學參量產生結構900的剖面圖。由第9B圖可知，脊狀光波導結構910之橫截面是為梯形。

在一實施例中，非線性光學參量產生結構900更包含至少一第一金屬電極920以及至少一第二金屬電極930。至少一第一金屬電極920以及至少一第二金屬電極930分別配置於疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰相對於脊狀光波導結構910之兩側上。

請參照第9B圖，脊狀光波導結構910之剖面可為梯形，假設其上底為R1、下底為R2、上底與兩側邊之夾角各為θ1與θ3以及下底與兩側邊之夾角各為θ2與θ4，則此梯形可滿足以下式子：

θ1+θ2=180°，0≦θ2≦90°；

θ3+θ4=180°，0≦θ4≦90°；以及

R1/R2≦1。

在一實施例中，脊狀光波導結構910係為非線性光學參量產生結構800或900之核心部分，而在非線性光學參量產生結構800或900中脊狀光波導結構以外的部分係為披覆層。

於製作時，非線性光學參量產生結構800或900之核心部分係由高濃度摻雜鎵、鎂或鋅，或者由摻雜其金屬氧化物如氧化鎵、氧化鎂、氧化鋅之鈮酸鋰或鉭酸鋰所組成，而非線性光學參量產生結構800或900之披覆層可由低濃度摻雜鎵、鎂、鋅或未摻雜之鈮酸鋰或鉭酸鋰所組成，或者由摻雜其金屬氧化物如氧化鎵、氧化鎂、氧化鋅之鈮酸鋰或鉭酸鋰所組成，此外，披覆層亦可由未摻雜之鈮酸鋰或鉭酸鋰所組成。

詳細而言，非線性光學參量產生結構800或900之核心部分之鈮酸鋰或鉭酸鋰摻雜鎵、鎂或鋅之濃度可為約10¹⁶ 原子/cm³ 以上，而非線性光學參量產生結構800或900之披覆層之鈮酸鋰或鉭酸鋰摻雜鎵、鎂或鋅之濃度可為約10¹⁶ 原子/cm³ 以下。

於再一實施例中，非線性光學參量產生結構800或900之核心部分係將氧化鎵、氧化鎂或氧化鋅在約500-1050℃之間的溫度中擴散至鈮酸鋰或鉭酸鋰所形成。

第10圖係依照本發明一實施例繪示一種光學非線性晶體光波導之製作方法的流程圖。

如第10圖所示，光學非線性晶體光波導之製作方法包含以下步驟：對光學非線性晶體進行疇反轉以及埋入式波導製程(步驟1010)；於疇反轉光學非線性晶體上形成脊狀結構(步驟1020)；以及於疇反轉光學非線性晶體與脊狀結構上形成複數個金屬電極(步驟1030)。

在此需先說明的是，在步驟1010中對光學非線性晶體進行疇反轉以及埋入式波導製程的步驟，可依照需求而先行對光學非線性晶體進行疇反轉，之後再對光學非線性晶體進行埋入式波導製程，亦可先行對光學非線性晶體進行埋入式波導製程再對其進行疇反轉。以下僅說明其中一實施態樣，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可依照實際需求而調整製程順序。

在步驟1010中，請一併參照第11圖，其係依照本發明一實施例繪示一種對光學非線性晶體進行疇反轉之製作流程圖。對於Z-切鈮酸鋰基板(其法線方向指向晶體之Z軸)，極化反轉所施加之週期或準週期結構之金屬電極與接地電極，各自鋪設於基板之+Z或Z面而不在同一平面；如此，在高於矯頑場(coercive field)之電力線作用下，使得反轉疇(inverted domain)指向晶體之+Z或-Z方向，亦即垂直於基板面。

此外，對於Y-切鈮酸鋰基板(其法線方向指向晶體之Y軸)，週期或準週期結構之金屬電極與接地電極，皆鋪設於基板之同一平面上；如此，在高於矯頑場之電力線作用下，使得反轉疇(inverted domain)指向晶體之+Z或-Z方向，亦即形成位置低於基板表面而與基板面平行。

再者，請一併參照第12圖與第13圖，其係依照本發明一實施例繪示一種對經疇反轉之光學非線性晶體進行埋入式波導製程之製作流程圖。首先利用光阻定義條狀波導之開窗區域，並利用濺鍍技術，對樣品施加鎵或氧化鎵(Ga2O3)或鎳鋅鎳(Ni/Zn/Ni)多層金屬之濺鍍。

隨後，將樣品置於高溫爐中，於500-1050℃之溫度間，進行多段溫度之退火與擴散程序，形成埋入式波導於PPLN基板之表層底下1~4微米處。對於Z-切鈮酸鋰基板(其法線方向指向晶體之Z軸)之PPLN結構，此埋入式波導之光學偏振模態是朝向晶體之Z軸。

此外，對於Y-切鈮酸鋰基板(其法線方向指向晶體之Y軸)之PPLN結構，此埋入式波導之光學偏振模態是朝向晶體之Z軸。在擴散過程結束後，以酸或鹼性腐蝕液，清除於樣品表面之殘餘金屬樣化物。

如第14圖所示，其係依照本發明一實施例繪示一種埋入式波導製程的流程圖。

根據本發明之原理與精神，埋入式波導製程包含以下步驟：對疇反轉光學非線性晶體進行光阻旋轉塗佈，以形成第一光阻層(步驟1410)；對第一光阻層進行曝光及顯影(步驟1420)；以鎵或氧化鎵對疇反轉光學非線性晶體進行濺鍍或以鎳與鋅對疇反轉光學非線性晶體進行鎳鋅鎳多層金屬之濺鍍，以於疇反轉光學非線性晶體上形成第一金屬層(步驟1430)；對疇反轉光學非線性晶體上之第一光阻進行掀離法，以於疇反轉光學非線性晶體上形成圖案化第一金屬層(步驟1440)；以及在約500-1050℃之間的溫度中，對疇反轉光學非線性晶體進行擴散，以於疇反轉光學非線性晶體中形成埋入式帶狀波導結構(步驟1450)。

在一實施例中，光學非線性晶體係為週期性疇反轉鈮酸鋰、準週期性疇反轉鈮酸鋰、週期性疇反轉鉭酸鋰或準週期性疇反轉鉭酸鋰。

第15圖係依照本發明另一實施例繪示一種形成脊狀結構的流程圖。

請參照第15圖，形成脊狀結構的製程包含以下步驟：對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰進行光阻旋轉塗佈(步驟1510)，以形成第二光阻層；對第二光阻層進行曝光及顯影(步驟1520)；以鎵或氧化鎵對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰進行濺鍍，以於疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上形成第二金屬層(步驟1530)；對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上之第二光阻進行掀離法，以於埋入式帶狀波導結構上形成圖案化第二金屬層(步驟1540)；以及對圖案化第二金屬層進行處理，以形成脊狀結構(步驟1550)。

第16圖係依照本發明再一實施例繪示一種形成脊狀結構的流程圖。

如第16圖所示，形成脊狀結構的製程包含以下步驟：對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰進行光阻旋轉塗佈(步驟1610)，以形成第二光阻層；對第二光阻層進行曝光及顯影(步驟1620)；以鎵或氧化鎵對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰進行濺鍍，以於疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上形成第二金屬層(步驟1630)；對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上之第二光阻進行掀離法，以於埋入式帶狀波導結構上形成圖案化第二金屬層(步驟1640)。

此外，對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上圖案化第二金屬層以外之區域，進行鋰離子及/或質子之相互擴散與取代，以形成複數個鈮酸鋰反轉區(步驟1650)；以及利用氫氟酸腐蝕圖案化第二金屬層以及前述些鈮酸鋰反轉區，以形成脊狀結構(步驟1660)。

第17圖係依照本發明又一實施例繪示一種形成脊狀結構的流程圖。

請參照第17圖，形成脊狀結構的製程包含以下步驟：對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰進行光阻旋轉塗佈(步驟1710)，以形成第二光阻層；對第二光阻層進行曝光及顯影(步驟1720)；以鎵或氧化鎵對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰進行濺鍍，以於疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上形成第二金屬層(步驟1730)；對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上之第二光阻進行掀離法，以於埋入式帶狀波導結構上形成圖案化第二金屬層(步驟1740)。

再者，利用反應式離子蝕刻技術，對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上圖案化第二金屬層以外之區域進行處理，以形成脊狀結構(步驟1750)。

第18圖係依照本發明另再一實施例繪示一種形成脊狀結構的流程圖。

如第18圖所示，形成脊狀結構的製程包含以下步驟：對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰進行光阻旋轉塗佈(步驟1810)，以形成第二光阻層；對第二光阻層進行曝光及顯影(步驟1820)；以鎵或氧化鎵對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰進行濺鍍，以於疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上形成第二金屬層(步驟1830)；對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上之第二光阻進行掀離法，以於埋入式帶狀波導結構上形成圖案化第二金屬層(步驟1840)。

此外，利用高能量輻射粒子對該疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上圖案化第二金屬層以外之區域進行照射(步驟1850)；以及利用反應氣體與離子撞擊經高能量輻射粒子照射之區域，以形成脊狀結構(步驟1860)。

第19圖係依照本發明另又一實施例繪示一種形成脊狀結構的流程圖。

請參照第19圖，形成脊狀結構的製程包含以下步驟：對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰進行光阻旋轉塗佈(步驟1910)，以形成第二光阻層；對第二光阻層進行曝光及顯影(步驟1920)；以鎵或氧化鎵對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰進行濺鍍，以於疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上形成第二金屬層(步驟1930)；對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上之第二光阻進行掀離法，以於埋入式帶狀波導結構上形成圖案化第二金屬層(步驟1940)。

再者，利用高能量輻射粒子對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上圖案化第二金屬層以外之區域進行照射(步驟1950)；以及利用氫氟酸腐蝕經高能量輻射粒子照射之區域，以形成脊狀結構(步驟1960)。

第20圖係依照本發明再另一實施例繪示一種形成脊狀結構的流程圖。

如第20圖所示，形成脊狀結構的製程包含以下步驟：對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰進行光阻旋轉塗佈(步驟2010)，以形成第二光阻層；對第二光阻層進行曝光及顯影(步驟2020)；以鎵或氧化鎵對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰進行濺鍍，以於疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上形成第二金屬層(步驟2030)；對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上之第二光阻進行掀離法，以於埋入式帶狀波導結構上形成圖案化第二金屬層(步驟2040)；以及利用精密切割技術對圖案化第二金屬層之兩側進行銑削，以形成脊狀結構(步驟2050)。

第21圖係依照本發明一實施例繪示一種具有脊狀光波導結構2102或2152之非線性光學參量產生結構2100或2150的流程圖。如第20圖所示，在經過第15圖至第20圖的步驟之後，可於非線性光學參量產生結構2100或2150上製作脊狀光波導結構2102或2152。

第22A圖係依照本發明一實施例繪示一種形成脊狀光波導結構與複數個金屬電極的流程圖。第22B圖係依照本發明一實施例繪示一種於脊狀光波導結構上形成複數個金屬電極的流程圖。

如第22圖所示，形成脊狀結構與複數個金屬電極的製程包含以下步驟：對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰進行光阻旋轉塗佈(步驟2210)，以形成第二光阻層；對第二光阻層進行曝光及顯影(步驟2220)；以鎵或氧化鎵對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰進行濺鍍，以於疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上形成第二金屬層(步驟2230)；對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上之第二光阻進行掀離法，以於埋入式帶狀波導結構上形成圖案化第二金屬層(步驟2240)；對圖案化第二金屬層進行處理，以形成脊狀結構(步驟2250)。

此外，形成介電緩衝層於脊狀結構上(步驟2260)；形成至少一第一金屬電極於介電緩衝層上(步驟2270)；以及於疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰相對於脊狀結構之兩側上分別形成至少一第二金屬電極(步驟2280)。

其中複數個金屬電極的製程(步驟2260至步驟2280)請參照第22B圖，而由第22B圖所製造出的結構如第8A圖所示，因此，請一併參照第8A圖與第22B圖。形成複數個金屬電極的製程包含：首先，形成介電緩衝層820於脊狀結構810上；形成至少一第一金屬電極830於介電緩衝層820上；然後，於疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰相對於脊狀結構810之兩側上分別形成至少一第二金屬電極840。

第23A圖係依照本發明另一實施例繪示一種形成脊狀結構與複數個金屬電極的流程圖。第23B圖係依照本發明另一實施例繪示一種於脊狀結構上形成複數個金屬電極的流程圖。

請參照第23圖，形成脊狀結構與複數個金屬電極的製程包含以下步驟：對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰進行光阻旋轉塗佈(步驟2310)，以形成第二光阻層；對第二光阻層進行曝光及顯影(步驟2320)；以鎵或氧化鎵對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰進行濺鍍，以於疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上形成第二金屬層(步驟2330)；對疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上之第二光阻進行掀離法，以於埋入式帶狀波導結構上形成圖案化第二金屬層(步驟2340)；對圖案化第二金屬層進行處理，以形成脊狀結構(步驟2350)；以及於疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰相對於脊狀結構之兩側上分別形成至少一第一金屬電極與至少一第二金屬電極(步驟2360)。

其中複數個金屬電極的製程(步驟2360)請參照第23B圖，而由第23B圖所製造出的結構如第9A圖所示，因此，請一併參照第9A圖與第23B圖。形成複數個金屬電極的製程包含：於疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰相對於脊狀結構之兩側上分別形成至少一第一金屬電極920與至少一第二金屬電極930。

第24圖係依照本發明再一實施例繪示一種光學非線性晶體光波導400與非線性光學參量產生結構800、900或2100的單導垂直光場示意圖。

如第24圖所示，藉由本發明實施例之方法所製造出來的光學非線性晶體光波導400與非線性光學參量產生結構800、900或2100，其若以固定氧化鎵鍍膜厚度100nm，於950℃下進行擴散製程並持續120分鐘，則其為單導非普極化光波導。於操作上，使用160μm線寬之帶狀波導以1500nm光入射，則其單導垂直光場如第24圖所示。

所屬技術領域中具有通常知識者當可明白，光學非線性晶體光波導之製作方法中之各步驟依其執行之功能予以命名，僅係為了讓本案之技術更加明顯易懂，並非用以限定該等步驟。將各步驟予以整合成同一步驟或分拆成多個步驟，或者將任一步驟更換到另一步驟中執行，皆仍屬於本揭示內容之實施方式。

由上述本發明實施方式可知，應用本發明具有下列優點。本發明實施例藉由提供一種光學非線性晶體光波導及其製造方法，藉以改善採用質子交換法來形成埋入式光波導時，會導致在高溫長時間操作下影響光波導元件之穩定度的問題，以及光波導元件之非線性係數會受影響的問題，並降低製程的複雜度。

再者，相較於先前技術需使用兩個不同基板以製備光學非線性晶體光波導或非線性光學參量產生結構，本發明實施例可降低基板的需求(例如：僅需使用單一基板)，亦即可降低製程的複雜度，並提昇製造良率。在以10mW平均功率之紅外線雷射作為入射光下，綠光雷射的轉換效率可達30%，深具產業應用競爭力。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

105‧‧‧3 inch

110‧‧‧鈮酸鋰晶圓

115‧‧‧微影

120‧‧‧微影定義電極圖案

125‧‧‧極化反轉

130‧‧‧對0.5mm之基板施以110kV高電壓

135‧‧‧清洗

140‧‧‧全晶圓體積之週期性極化反轉鈮酸鋰裝置

145‧‧‧以SiO₂ 濺鍍

150‧‧‧微影定義波導圖案

155‧‧‧將晶圓切割為晶片

160‧‧‧質子交換

165‧‧‧退火

170‧‧‧退火式質子交換波導圖案

175‧‧‧反置交換

180‧‧‧反置換式質子交換波導圖案

210‧‧‧3 inch晶圓

215‧‧‧ZnO：LN基板

220‧‧‧準相位匹配結構

225‧‧‧鉭酸鋰基板

230‧‧‧Ar+C₄ F_s

235‧‧‧光阻

250‧‧‧ZnO：LiNbO₃

255‧‧‧SH泵浦(0.78μm)

260‧‧‧LiTaO₃

265‧‧‧脊狀光波導(域反轉)

310‧‧‧梳形電極

320‧‧‧MgO：LiNbO₃

330‧‧‧反置

340‧‧‧MgO：LiNbO₃

350‧‧‧週期性區域

360‧‧‧黏著劑

370‧‧‧鑽石鉅片

380‧‧‧研磨與拋光

400‧‧‧光學非線性晶體光波導

410‧‧‧埋入式帶狀光波導結構

800‧‧‧非線性光學參量產生結構

810‧‧‧脊狀光波導結構

820‧‧‧介電緩衝層

830‧‧‧第一金屬電極

840‧‧‧第二金屬電極

900‧‧‧非線性光學參量產生結構

910‧‧‧脊狀光波導結構

920‧‧‧第一金屬電極

930‧‧‧第二金屬電極

1010~1040‧‧‧步驟

1110‧‧‧光阻旋轉塗佈

1120‧‧‧曝光顯影

1130‧‧‧濺鍍鈦以形成金屬電極

1140‧‧‧高壓致極化反轉

1150‧‧‧移除鈦電極

1210‧‧‧晶圓清洗

1220‧‧‧光阻旋轉塗佈

1230‧‧‧曝光顯影

1240‧‧‧濺鍍氧化镓

1250‧‧‧掀離法

1260‧‧‧擴散

1310‧‧‧晶圓清洗

1320‧‧‧光阻旋轉塗佈

1330‧‧‧曝光顯影

1340‧‧‧濺鍍鎳鋅鎳

1350‧‧‧掀離法

1360‧‧‧擴散

1410~1450‧‧‧步驟

1510~1550‧‧‧步驟

1610~1660‧‧‧步驟

1710~1750‧‧‧步驟

1810~1860‧‧‧步驟

1910~1960‧‧‧步驟

2010~2050‧‧‧步驟

2100‧‧‧非線性光學參量產生結構

2102‧‧‧脊狀光波導結構

2150‧‧‧脊狀光波導結構

2152‧‧‧脊狀光波導結構

Pp‧‧‧泵浦

Ps‧‧‧信號

St‧‧‧經轉換之信號

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖係依照先前技術繪示一種鈮酸鋰光波導結構示意圖及其製造方法的流程圖。

第2圖係依照另一先前技術繪示一種鈮酸鋰光波導結構示意圖及其製造方法的流程圖。

第3圖依照再一先前技術繪示一種鈮酸鋰光波導結構示意圖及其製造方法的流程圖。

第4圖係依照本發明一實施例繪示一種光學非線性晶體光波導結構示意圖。

第5圖係依照本發明一實施例繪示一種光學非線性晶體光波導的側視示意圖。

第6圖係依照本發明一實施例繪示一種光學非線性晶體光波導之疇反轉結構的側視示意圖。

第7圖係依照本發明一實施例繪示一種光學非線性晶體光波導中疇反轉結構之區段的側視示意圖。

第8A圖係依照本發明一實施例繪示一種非線性光學參量產生結構的示意圖；第8B圖係依照本發明一實施例繪示一種非線性光學參量產生結構的剖面圖。

第9A圖係依照本發明另一實施例繪示一種非線性光學參量產生結構的示意圖；第9B圖係依照本發明一實施例繪示一種非線性光學參量產生結構的剖面圖。

第10圖係依照本發明一實施例繪示一種光學非線性晶體光波導之製作方法的流程圖。

第11圖係依照本發明一實施例繪示一種對光學非線性晶體進行疇反轉之製作流程圖。

第12圖係依照本發明一實施例繪示一種對經疇反轉之光學非線性晶體進行埋入式波導製程之製作流程圖。

第13圖係依照本發明另一實施例繪示一種對經疇反轉之光學非線性晶體進行埋入式波導製程之製作流程圖。

第14圖係依照本發明一實施例繪示一種埋入式波導製程的流程圖。

第15圖係依照本發明另一實施例繪示一種形成脊狀結構的流程圖。

第16圖係依照本發明再一實施例繪示一種形成脊狀結構的流程圖。

第17圖係依照本發明又一實施例繪示一種形成脊狀結構的流程圖。

第18圖係依照本發明另再一實施例繪示一種形成脊狀結構的流程圖。

第19圖係依照本發明另又一實施例繪示一種形成脊狀結構的流程圖。

第20圖係依照本發明再另一實施例繪示一種形成脊狀結構的流程圖。

第21圖係依照本發明一實施例繪示一種具有脊狀光波導結構之非線性光學參量產生結構的流程圖。

第22A圖係依照本發明一實施例繪示一種形成脊狀光波導結構與複數個金屬電極的流程圖；第22B圖係依照本發明一實施例繪示一種於脊狀光波導結構上形成複數個金屬電極的流程圖。

第23A圖係依照本發明另一實施例繪示一種形成脊狀結構與複數個金屬電極的流程圖；第23B圖係依照本發明另一實施例繪示一種於脊狀結構上形成複數個金屬電極的流程圖。

第24圖係依照本發明再一實施例繪示一種光學非線性晶體光波導與非線性光學參量產生結構的單導垂直光場示意圖。

800．．．非線性光學參量產生結構

810．．．脊狀光波導結構

820．．．介電緩衝層

830．．．第一金屬電極

840．．．第二金屬電極

Claims (32)

1. 一種光學非線性晶體光波導，包含：複數個一維或二維分佈之週期性或準週期性疇反轉結構，其中每一該些疇反轉結構係為一Z-切或Y-切光學非線性晶體；以及一埋入式帶狀光波導結構，位於該些疇反轉結構中，用以進行非線性光學參量產生。
2. 如請求項1所述之光學非線性晶體光波導，其中該光學非線性晶體係為鈮酸鋰或鉭酸鋰。
3. 如請求項2所述之光學非線性晶體光波導，其中該光學非線性晶體光波導係為一光學單偏振態光波導，其中該光學單偏振態係平行於該鈮酸鋰或鉭酸鋰之Z軸方向。
4. 如請求項2所述之光學非線性晶體光波導，其中該鈮酸鋰或鉭酸鋰之疇反轉方向係平行於該鈮酸鋰或鉭酸鋰之Z軸或-Z軸方向。
5. 如請求項2所述之光學非線性晶體光波導，其中該些疇反轉結構包含：複數個區段，其中每一該些區段包含：複數個準相位匹配結構； 其中每一該些區段中疇之間距與佔空比不為定值。
6. 如請求項2所述之光學非線性晶體光波導，其中該埋入式帶狀光波導結構進行非線性光學參量產生時，入射光與該入射光之倍頻、差頻或合頻光之行進方向係平行於該鈮酸鋰或鉭酸鋰之X軸方向。
7. 如請求項2所述之光學非線性晶體光波導，其中該Z-切或Y-切鈮酸鋰或鉭酸鋰係為摻雜鋅之該鈮酸鋰或鉭酸鋰、摻雜鎂之該鈮酸鋰或鉭酸鋰或未摻雜之該鈮酸鋰或鉭酸鋰。
8. 如請求項2所述之光學非線性晶體光波導，其中該埋入式帶狀光波導結構係為該光學非線性晶體光波導之核心部分，而在該光學非線性晶體光波導中該埋入式帶狀光波導結構以外的部分係為披覆層，其中該核心部分係由高濃度摻雜鎵、鎂、鋅、氧化鎵、氧化鎂或氧化鋅之鈮酸鋰或鉭酸鋰所組成，而該披覆層係由低濃度摻雜鎵、鎂、鋅、氧化鎵、氧化鎂、氧化鋅或未摻雜之鈮酸鋰或鉭酸鋰所組成。
9. 如請求項8所述之光學非線性晶體光波導，其中該核心部分之鈮酸鋰或鉭酸鋰摻雜鎵、鎂或鋅之濃度為約10¹⁶ 原子/cm³ 。
10. 如請求項8所述之光學非線性晶體光波導，其中該核心部分係將鎵、鎂、鋅、氧化鎵、氧化鎂或氧化鋅在約500-1050℃之間的溫度中擴散至鈮酸鋰或鉭酸鋰所形成。
11. 一種光學非線性參量產生結構，包含：複數個一維或二維分佈之週期性或準週期性疇反轉結構，其中每一該疇反轉結構係為一Z-切光學非線性晶體；以及一脊狀光波導結構，位於該些疇反轉結構上。
12. 如請求項11所述之光學非線性參量產生結構，其中該光學非線性晶體係為鈮酸鋰或鉭酸鋰。
13. 如請求項12所述之光學非線性參量產生結構，其中該光學非線性晶體光波導係為一光學單偏振態光波導，其中該光學單偏振態係平行於該鈮酸鋰或鉭酸鋰之Z軸方向。
14. 如請求項12所述之光學非線性參量產生結構，其中該鈮酸鋰或鉭酸鋰之疇反轉方向係平行於該鈮酸鋰或鉭酸鋰之Z軸或-Z軸方向。
15. 如請求項12所述之光學非線性參量產生結構，其中該些疇反轉結構包含：複數個區段，其中每一該些區段包含：複數個準相位匹配結構；其中每一該些區段中疇之間距與佔空比不為定值。
16. 如請求項12所述之光學非線性參量產生結構，其中該非線性光學參量產生結構進行非線性光學參量產生時，入射光與該入射光之倍頻、差頻或合頻光之行進方向係平行於該鈮酸鋰或鉭酸鋰之X軸方向。
17. 如請求項11所述之光學非線性參量產生結構，其中該脊狀光波導結構之橫截面係為一梯形。
18. 如請求項12所述之光學非線性參量產生結構，更包含：至少一第一金屬電極，配置於該脊狀光波導結構之上；以及至少二第二金屬電極，分別配置於該疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰相對於該脊狀光波導結構之兩側上。
19. 如請求項12所述之光學非線性參量產生結構，更包含：至少一第一金屬電極以及至少一第二金屬電極，分別 配置於該疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰相對於該脊狀光波導結構之兩側上。
20. 如請求項11所述之光學非線性參量產生結構，其中該脊狀光波導結構係為該光學非線性晶體光波導之核心部分，而在該光學非線性晶體光波導中該埋入式帶狀光波導結構以外的部分係為披覆層，其中該核心部分係由高濃度摻雜鎵、鎂、鋅、氧化鎵、氧化鎂或氧化鋅之鈮酸鋰或鉭酸鋰所組成，而該披覆層係由低濃度摻雜鎵、鎂、鋅、氧化鎵、氧化鎂、氧化鋅或未摻雜之鈮酸鋰或鉭酸鋰所組成。
21. 如請求項20所述之光學非線性參量產生結構，其中該核心部分之鈮酸鋰或鉭酸鋰摻雜鎵、鎂或鋅之濃度為10¹⁶ 原子/cm³ 。
22. 如請求項20所述之光學非線性參量產生結構，其中該核心部分係將氧化鎵、氧化鎂或氧化鋅在約500-1050℃之間的溫度中擴散至鈮酸鋰或鉭酸鋰所形成。
23. 一種光學非線性晶體光波導之製作方法，包含以下步驟：對一光學非線性晶體進行疇反轉以及埋入式波導製程； 其中該埋入式波導製程包含以下步驟：對該疇反轉光學非線性晶體進行光阻旋轉塗佈，以形成一第一光阻層；對該第一光阻層進行曝光及顯影；以鎵或氧化鎵對該疇反轉光學非線性晶體進行濺鍍或以鎳與鋅對該疇反轉光學非線性晶體進行鎳鋅鎳多層金屬之濺鍍，以於該疇反轉光學非線性晶體上形成一第一金屬層；對該疇反轉光學非線性晶體上之該第一光阻進行掀離法，以於該疇反轉光學非線性晶體上形成一圖案化第一金屬層；以及在約500-1050℃之間的溫度中，對該疇反轉光學非線性晶體進行擴散，以於該疇反轉光學非線性晶體中形成一埋入式帶狀波導結構。
24. 如請求項23所述之方法，其中該光學非線性晶體係為一週期性疇反轉鈮酸鋰、一準週期性疇反轉鈮酸鋰、一週期性疇反轉鉭酸鋰或一準週期性疇反轉鉭酸鋰。
25. 如請求項24所述之方法，在執行該埋入式波導製程步驟之後，更包含以下步驟：於該疇反轉光學非線性晶體上形成一脊狀結構，包含以下步驟：對該疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰進行光阻旋轉塗佈， 以形成一第二光阻層；對該第二光阻層進行曝光及顯影；以鎵或氧化鎵對該疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰進行濺鍍，以於該疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上形成一第二金屬層；對該疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上之該第二光阻進行掀離法，以於該埋入式帶狀波導結構上形成一圖案化第二金屬層；以及對該圖案化第二金屬層進行處理，以形成一脊狀結構。
26. 如請求項25所述之方法，其中該對該圖案化第二金屬層進行處理之步驟，包含以下步驟：對該疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上該圖案化第二金屬層以外之區域，進行鋰離子及/或質子之相互擴散與取代，以形成複數個鈮酸鋰反轉區；以及利用氫氟酸腐蝕該圖案化第二金屬層以及該些鈮酸鋰反轉區，以形成該脊狀結構。
27. 如請求項25所述之方法，其中該對該圖案化第二金屬層進行處理之步驟，包含以下步驟：利用反應式離子蝕刻技術，對該疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上該圖案化第二金屬層以外之區域進行處理，以形成該脊狀結構。
28. 如請求項25所述之方法，其中該對該圖案化第二金屬層進行處理之步驟，包含以下步驟：利用高能量輻射粒子對該疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上該圖案化第二金屬層以外之區域進行照射；以及利用反應氣體與離子撞擊經高能量輻射粒子照射之區域，以形成該脊狀結構。
29. 如請求項25所述之方法，其中該對該圖案化第二金屬層進行處理之步驟，包含以下步驟：利用高能量輻射粒子對該疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰上該圖案化第二金屬層以外之區域進行照射；以及利用氫氟酸腐蝕經高能量輻射粒子照射之區域，以形成該脊狀結構。
30. 如請求項25所述之方法，其中該對該圖案化第二金屬層進行處理之步驟，包含以下步驟：利用精密切割技術對該圖案化第二金屬層之兩側進行銑削，以形成該脊狀結構。
31. 如請求項25述之方法，在形成該脊狀結構的步驟之後，更包含以下步驟：於該疇反轉光學非線性晶體與該脊狀結構上形成複數個金屬電極，包含以下步驟： 形成一介電緩衝層於該脊狀結構上；形成至少一第一金屬電極於該介電緩衝層上；以及於該疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰相對於該脊狀結構之兩側上分別形成至少一第二金屬電極。
32. 如請求項25所述之方法，在形成該脊狀結構的步驟之後，更包含以下步驟：於該疇反轉光學非線性晶體與該脊狀結構上形成複數個金屬電極，包含以下步驟：於該疇反轉鈮酸鋰或鉭酸鋰相對於該脊狀結構之兩側上分別形成至少一第一金屬電極與至少一第二金屬電極。