WO2005047969A1 - 欠陥密度制御、または、格子点の秩序性制御による分極反転法、および、光波長変換素子 - Google Patents

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electrode
single crystal
forming
domain
control layer
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PCT/JP2004/017029
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Kenji Kitamura
Sunao Kurimura
Masaru Nakamura
Shunji Takekawa
Kazuya Terabe
Shunichi Hishita
Tamaki Shimura
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National Institute For Materials Science
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/355—Non-linear optics characterised by the materials used
    • G02F1/3558—Poled materials, e.g. with periodic poling; Fabrication of domain inverted structures, e.g. for quasi-phase-matching [QPM]
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2202/00—Materials and properties
    • G02F2202/20—LiNbO3, LiTaO3

Definitions

  • the present invention relates to a method for forming a domain-inverted region in a ferroelectric single crystal and an optical wavelength conversion element using the same.
  • a periodic domain-inverted region (domain-inverted structure) can be formed inside a ferroelectric using the domain-inverted phenomenon of a ferroelectric.
  • a polarization inversion region is used for a frequency modulator and an optical wavelength conversion element.
  • it is desired to realize an optical wavelength conversion element capable of shortening the wavelength and an optical wavelength conversion element for high output using a ferroelectric substance having an excellent nonlinear optical effect.
  • substantially lithium niobate stoichiometric tantalum (L i N b O 3 referred to as S LN in later) and a substantially stoichiometric lithium acid (L i T a O 3; referred to as S LT in later) are known (e.g., see non-Patent Document 1.).
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a method of manufacturing a periodically poled region according to a conventional technique.
  • the device 110 includes a lithium niobate single crystal 1101, a comb-shaped electrode 1102, a plane electrode 1103, and a proton exchange region 1104.
  • the proton exchange region 1104 is subjected to a proton exchange process using the comb electrode 1102 as a mask, around the comb electrode 1102, and on the surface of the lithium niobate single crystal 111. Pointed out area.
  • the ferroelectricity of the lithium niobate single crystal 1101 is deteriorated.
  • a voltage is applied to such a device 1101 by using a DC power supply 1105 and a high-voltage pulse power supply 1106.
  • a voltage is applied to the lithium niobate single crystal 110 1 between the comb electrode 110 2 and the plane electrode 110 3, and the polarization is reversed. Since the ferroelectricity of the lithium niobate single crystal 1101 in the proton exchange region 1104 has deteriorated, the cross-sectional area of the domain-inverted region generated is larger than the cross-sectional area of the comb-shaped electrode 1102. It must not be. Then, an operation of obtaining a short-period domain-inverted region is performed in this manner.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. Non-Patent Document 1; Kitamura, Terabe, "Science & Technology Journal", October 2002, ⁇ 70-73 Disclosure of Invention
  • Patent Document 1 states that although a short-period domain-inverted region can be maintained on the comb-shaped electrode 1102 side, adjacent domain-inverted regions are joined on the plane electrode 1103 side. Have a problem. Therefore, it is difficult to form a domain-inverted region thicker than before using Patent Document 1.
  • the period of the domain-inverted region is shortened by shortening the voltage application time.
  • the application time of the pulse voltage is about 1 ms.
  • the frequency required for the high-voltage pulse power supply 110 to generate such a pulse voltage is several KHz.
  • a high-voltage power supply capable of generating such a high frequency is very expensive, and ultimately, the shortening of the period of the domain-inverted region reaches the upper limit of the device convenience.
  • the coercive electric field of S LN is about 1/5 of the coercive electric field of the conventional congruent composition lithium niobate, and the coercive electric field of the SLT is It is about 1/10 of the coercive electric field.
  • SLN or SLT low coercive electric field
  • a thicker domain-inverted region can be obtained than before.
  • a method of forming a short-period domain-inverted region using such a SLN or SLT has not been established.
  • an object of the present invention is to provide a method for forming a short-period domain-inverted region in a ferroelectric single crystal within a controllable voltage application time, and an optical wavelength conversion element using the same.
  • a further object of the present invention is to provide a method of forming a short-period and thicker domain-inverted region in a ferroelectric single crystal within a controllable voltage application time, and an optical wavelength conversion using the same. It is to provide an element. .
  • one surface perpendicular to the polarization direction of the ferroelectric single crystal has (i) a defect density D ferr of the ferroelectric single crystal. Greater than the defect density D c .
  • the present invention has been made based on the above findings, and the configuration is as described in the following (1) to (26).
  • the method of forming the domain-inverted regions from (1) to (14) based on the knowledge of the former (i) and creation by applying this method The invention relating to the optical wavelength conversion element to be performed is referred to as an invention according to the first means. Further, the invention relating to the method for forming the domain-inverted regions of (15) to (26) based on the knowledge of the latter (ii) and the optical wavelength conversion element created by applying this method are described in the fourth section. It is an invention by means 2.
  • a method for forming a domain-inverted region in a ferroelectric single crystal wherein the ferroelectric single crystal is formed on a first surface perpendicular to a polarization direction of the ferroelectric single crystal.
  • a method for forming a domain-inverted region in a ferroelectric single crystal is a method for forming a domain-inverted region in a ferroelectric single crystal.
  • the ferroelectric single crystal forms a domain-inverted region in the ferroelectric single crystal according to item (1), wherein the ferroelectric single crystal is substantially any one of lithium niobate and lithium tantalate having a stoichiometric composition.
  • Lithium niobate or lithium tantalate having a substantially stoichiometric composition is an element selected from the group consisting of Mg, Zn, Sc and In. Including, the method according to paragraph (2).
  • a metal layer selected from the group consisting of Nb, Ta, Ti, Si, Mn, Y, W, and Mo on the first surface;
  • the step of forming the control layer includes a step of annealing the first surface in an atmosphere selected from the group consisting of an inert atmosphere, an oxygen atmosphere, and a vacuum atmosphere. 3.
  • An atmosphere selected from the group consisting of an inert atmosphere, an oxygen atmosphere, and a vacuum atmosphere.
  • the method further includes the step of forming a further control layer including a first region and a second region on the second surface, wherein the defect density of the second region is the ferroelectric single crystal. Defect density of D ferr . Equal to the defect density of the first region
  • D c . nt2 is the defect density D ferr of the second region. Greater than (D ferr . ⁇ Drete nt2 ),
  • a metal layer selected from the group consisting of Nb, Ta, Ti, Si, Mn, Y, W, and Mo on the second surface via a mask; and The step of annealing,
  • the step of forming the further control layer includes a step of annealing the second surface through a mask in an atmosphere selected from the group consisting of an inert atmosphere, an oxygen atmosphere, and a vacuum atmosphere.
  • an atmosphere selected from the group consisting of an inert atmosphere, an oxygen atmosphere, and a vacuum atmosphere.
  • the defect density D ferr of the ferroelectric single crystal is on a first plane perpendicular to the polarization direction of the dielectric single crystal.
  • An optical wavelength conversion element An optical wavelength conversion element.
  • the substantially stoichiometric lithium niobate or lithium tantalate contains 0.1 to 3.Omol% of an element selected from the group consisting of Mg, Zn, Sc and In.
  • a method for forming a domain-inverted region in a ferroelectric single crystal wherein the ferroelectric single crystal is formed on a first surface perpendicular to a polarization direction of the ferroelectric single crystal.
  • the substantially stoichiometric lithium niobate or lithium tantalate is an element selected from the group consisting of Mg, Zn, Sc, and In. %, The method according to (16).
  • the step of forming the control layer includes a step of implanting ions selected from the group consisting of a rare gas, Zn, Nb, and Mn into the first surface. 3.
  • the method further includes a step of forming a further control layer including a first region and a second region on the second surface, wherein the order of lattice points of the second region is
  • the order of lattice points in the dielectric single crystal is equal to the order of lattice points in the first region, and the order of lattice points in the first region is lower than the order of lattice points in the second region.
  • the step of forming the further control layer includes a step of injecting an ion selected from the group consisting of a rare gas, Zn, Nb, and Mn into the second surface through a mask.
  • an ion selected from the group consisting of a rare gas, Zn, Nb, and Mn into the second surface through a mask.
  • the step of removing the first electrode, the second electrode and the control layer further comprises forming a polarization inversion region in the ferroelectric single crystal according to the item (15). how to.
  • An optical wavelength conversion element manufactured by a method of forming a domain-inverted region in a ferroelectric single crystal, the method comprising:
  • a light wavelength conversion element comprising: (24) The light wavelength conversion element according to (23), wherein the ferroelectric single crystal is substantially any one of lithium niobate and lithium tantalate having a stoichiometric composition.
  • the substantially stoichiometric lithium niobate or lithium tantalate has an element selected from the group consisting of Mg, Zn, Sc and In of 0.1 to 3.Omol%.
  • the solution of the present invention is:
  • the defect density D e of the control layer. ntl and the defect density D ferro of the ferroelectric single crystal satisfy the relationship D ferro and D co tl tl .
  • control layer and the ferroelectric single crystal satisfy that the order of lattice points of the control layer is lower than the order of lattice points of the ferroelectric single crystal.
  • the control layer is arranged on the side where the spontaneous polarization of the domain-inverted region generated from the second electrode is terminated.
  • the growth rate of a fine domain-inverted region ie, domain
  • the termination of the spontaneous polarization of the domain is suppressed, and the growth of the domain in the direction perpendicular to the direction in which the electric field is applied is suppressed.
  • a short-period domain-inverted region it is necessary to apply a voltage to the ferroelectric single crystal for a longer time than before. Therefore, it is possible to further shorten the period of the domain-inverted region using a conventional device without using an expensive device.
  • FIG. 1 a diagram showing a process of forming a domain-inverted region of a ferroelectric single crystal.
  • FIG. 2 is a diagram showing the de-polarization 338666331111 method for controlling polarization inversion by the first or second means of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a step of controlling polarization reversal according to the first embodiment according to the first means of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing a step of controlling further polarization reversal according to the first embodiment according to the first means of the present invention.
  • FIG. 5 Diagram showing a step of controlling polarization reversal according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 Diagram showing a step of controlling further polarization inversion according to the second embodiment according to the first means of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing an optical wavelength conversion system using an optical wavelength conversion device according to a third embodiment according to the first means of the present invention.
  • FIG. 8 is a view showing a step of forming a domain-inverted region according to a fourth embodiment according to the second means of the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing a step of forming a domain-inverted region according to the fifth embodiment according to the second means of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing an optical wavelength conversion system using an optical wavelength conversion element according to a sixth embodiment according to the second means of the present invention.
  • Figure 11 Diagram showing a method of forming a periodically poled region according to the prior art
  • FIG. 1 is a diagram showing a process of forming a domain-inverted region of a ferroelectric single crystal.
  • Depiice 100 includes ferroelectric single crystal 101, upper electrode 102, and lower electrode 103.
  • Ferroelectric single crystal 101 is 180. Any ferroelectric single crystal having a domain can be used.
  • the upper electrode 102 may be a periodic electrode such as a comb electrode.
  • the lower electrode 103 can be a planar electrode. The shape of the upper electrode 102 and the lower electrode 103 does not matter as long as the area of the upper electrode 102 is smaller than the area of the lower electrode 103.
  • Step S110 The area of the anti-broad area is widened, and the domain 104 reaches the lower electrode 103 and becomes the domain 106.
  • the electrostatic energy in the region 105 where the spontaneous component is turned and the pole is facing is high and unstable.
  • the region 105 in order for the region 105 to be energetically stable, the area under the circumference of the domain 104 is required to be energetically stable. In the direction perpendicular to the direction of application of the electric field (that is, in the direction of the electrode area '), the electric field distribution mark is grown.
  • the electrostatic energy of the domain 106 (electricity is transferred to the static The original load) is compensated for by generating a free electron (compensated charge) that freely moves in the lower electrode 103 (compensation charge) 1 (107). This is called termination of spontaneous polarization.
  • the spontaneous polarization of o 106 is terminated during the domain epoch. It's sticky 8
  • domain 106 spreads in the direction of the electrode area (arrows A and B). This is the domain 106 and the ferroelectric substance. S strong
  • the part is returned, and it is ool. Departure from the pole o
  • the present inventors have paid attention to the control of the occurrence of a side window in order to obtain a short-period domain-inverted region. More specifically, the present inventors have focused on the control of compensation (compensation charge) of the static charge of the domain contributing to the generation of the side window, and have found a control method thereof.
  • FIG. 2 is a diagram showing a polarization inversion control method according to the first means or the second means of the present invention.
  • the device 200 includes a ferroelectric single crystal 201, a control layer 202, a first electrode 203, and a second electrode 204.
  • the ferroelectric single crystal 201 can be any ferroelectric single crystal having a 180 ° domain.
  • the control layer 202 has a polarization direction of 180 ° domain of the ferroelectric single crystal 201.
  • the pole is ⁇ 5
  • the relationship between the control layer 202 and the ferroelectric single conduction, and the S crystal 201 without, is such that the defect density D of the control layer 202 is equal to that of the ferroelectric single crystal Defect density D ferr . Greater than, ie, D ferr . ⁇ D e . Satisfies ntl or the area. In this case, the order of the lattice points of the control layer 202 is lower than that of the lattice point symbol ⁇ 2 of the ferroelectric single crystal 201.
  • the control layer 202 is formed of, for example, an impurity diffusion layer (metal diffusion layer) in which participation is made by diffusing an impurity element into the ferroelectric single crystal 201, or
  • the ferroelectric single crystal 201 is an outdiffusion layer formed by outdiffusion of 6 L L i in the light source. By injecting, it's quiet
  • It can be an ion-implanted layer manufactured in the following.
  • the metal diffusion layer and the out-diffusion layer o are respectively replaced with a substitutional and pure S5 material that does not cause geometrical disturbance in the crystal lattice of the matrix and the crystal lattice of the matrix. Vacancies that can cause geometrical disturbances. Therefore, as compared with the ferroelectric single crystal 201, the control layer 202 has many such defects (substitution impurities or vacancies) in the control layer 202. It should be noted that these defects generated in the control layer 202 by the O-group diffusion and out-diffusion of the metal do not impair the equilibrium state of the crystal lattice of the o-body.
  • the amount of defects generated in the control layer 202 by metal diffusion and out-diffusion is extremely limited to o2, and the maximum amount of defects maintains the equilibrium state of the parent crystal lattice. O 2 to the extent that it does. This maximum defect size depends on the parent material. 4
  • the ion-implanted layer has a certain crystal disorder in the host crystal lattice.
  • the first electrode 203 is a plane electrode formed on the control layer 202.
  • the second electrode 204 is a periodic electrode such as a comb-shaped electrode formed on the second surface facing the first surface. The shapes of the first electrode 203 and the second electrode 204 are not limited as long as the area of the second electrode 204 is smaller than the area of the first electrode 203.
  • Process S200 The stage immediately after an electric field is applied to device 200 and the state of domain generation are shown.
  • the domain of the ferroelectric single crystal 201 is inverted at the end of the second electrode 204 to generate a fine domain (domain-inverted region) 205.
  • the electrostatic charge due to the spontaneous polarization of this domain 205 is indicated by "+”.
  • the existence of vacancies in the crystal lattice causes Disorder or the presence of foreign atoms can be considered as long bodies that physically hinder domain growth.
  • control layer 202 reduces the power of the first electrode to the two electrodes 203 and reduces the power of the domain 207 or the height of the domain 207 to 0 o7. Since the arrival at the first electrode 203 is suppressed, the height of the first electrode 203 is low. It is difficult to reduce the drawback that the free electrons (capacitive charges) compensate for the static charge due to the spontaneous polarization of domain 207 (208).
  • control layer 202 is not a perfect insulator, the free electrons (compensation charge) from the first electrode layer 203 are Sufficient time to move through the control layer 202 and compensate for static charge due to spontaneous polarization of domain 207
  • ferroelectric single crystal 201 has a substantially stoichiometric composition of lithium niobate.
  • the control layer 202 is arranged on the side of the electrode (that is, the first electrode 203) for compensating the spontaneous polarization of the domain 207, and the control layer 202 is formed of the ferroelectric single crystal 201.
  • Defect density D ferr .
  • the domain 2 0 7 can be controlled simply by controlling the ratio with respect to the ntl or the ratio between the order of lattice points of the ferroelectric single crystal 201 and the order of lattice points of the control layer 202. It is possible to control the time required for compensating for the static charge of the light.
  • the occurrence of the side window of domain 207 can also be controlled.
  • a pulse voltage application time of at least about 1 Oms is required.
  • a power supply can be used.
  • the application time of this pulse voltage is within the controllable time range and stabilizes the domain-inverted region of the ferroelectric single crystal 201. It's also enough time to do it.
  • Step S2200 Step S20000 and step S2100 are repeatedly performed, and the ferroelectric single crystal 2 between the first electrode 203 and the second electrode 204 is generated. After the polarization inversion of 01 and the generation of the polarization inversion region 209, the application of the voltage is removed. The time during this period is within the controllable voltage application time, as described in step S2100. As described with reference to FIG. 1, side windows occur in the direction of arrow A and in the direction of arrow B.
  • the speed of the side window generated in the direction of arrow A is significantly lower than the speed of the side window generated in the direction of arrow B. This is due to the electric field distribution. Therefore, the cross-sectional area of the generated domain-inverted region 209 can be larger than the area of the second electrode 204, but the effect of this on the depth is of no problem.
  • the control layer 202 is provided between the ferroelectric single crystal 201 and the first electrode 203 (that is, the control layer 202 is Provided on the terminating side of the spontaneous polarization), it is possible to form a domain-inverted region having a shorter cycle than before in a controllable voltage application time.
  • the defect density D c Changing the voltage application time by changing the relationship between ntl or the relationship between the order of the lattice points of the ferroelectric single crystal 201 and the order of the lattice points of the control layer 202 Can be.
  • the voltage application time required to form the domain-inverted region becomes longer.
  • the voltage application time required to form the domain-inverted region is shorter.
  • Such a setting can be appropriately designed according to the period of the domain-inverted region, the material of the ferroelectric single crystal, and the like.
  • the effects of the present invention can be obtained as long as the ferroelectric single crystal 201 and the control layer 202 satisfy the above relationship.
  • the method of the present invention can be applied to any ferroelectric in which the ferroelectric single crystal 201 has a 180 ° domain, but SLN or SLT was used as the ferroelectric single crystal 201.
  • SLN or SLT was used as the ferroelectric single crystal 201.
  • a domain-inverted region having a short period and a thickness larger than that of the conventional one can be formed.
  • SLN lithium-optoate
  • the ferroelectric single crystal is not limited to this.
  • SLN in which an element selected from the group consisting of Mg, Zn, In, and Sc is doped with 0.:! To 3.0 mo 1% may be used.
  • the SLN is produced, for example, by the Chiyoklarski method using a double crucible described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 20 ⁇ 0-344595.
  • S LN an element selected from the group consisting of substantially stoichiometric lithium tantalate (SLT) or Mg, Zn, In, and Sc is used.
  • SLT substantially stoichiometric lithium tantalate
  • Mg, Zn, In, and Sc is used.
  • SLT doped with 1% mo is used.
  • it is produced by the Chiyoklarski method using a double crucible described in JP-A-2000-344595.
  • the substantially "stoichiometric are composition” although L i 2 0 Z (T a 2 0 5 + L i 2 O) molar fraction of not completely .50 has a composition close to the stoichiometric ratio than Kondaruento composition (L i 2 0 / (T a 2 0 5 + L i 2 0) mole fraction of zero. 4-9 5-0.5) This means that the degradation of the device characteristics due to this does not cause a problem in the normal device design.
  • FIG. 3 is a diagram showing a step of forming a domain-inverted region according to the first embodiment of the present invention. Each step will be described.
  • Step S 3000 A metal layer 301 is formed on the first surface of the S LN 300.
  • the polarization direction of S LN 300 is parallel to the z-axis and has a single 180 ° domain.
  • the thickness of S LN 300 is 3 mm. However, it is not limited to this thickness.
  • the first plane is a plane perpendicular to the polarization direction of the SLN 300, for example, a + Z plane.
  • the metal layer 301 can be formed by a normal physical vapor deposition method or a chemical vapor deposition method.
  • any metal can be used as long as it replaces the L i site of the S LN 300 and has a different valence from L i.
  • the material of the metal layer 301 is preferably selected from the group consisting of Nb, Ta, Ti, Si, Mn, Y, W, and Mo.
  • the thickness of the metal layer 301 ranges from about 100 to: L000 nm.
  • Step S3100 The control layer 302 is formed by annealing the SLN 300 having the metal layer 301.
  • the annealing is performed in an atmosphere selected from the group consisting of a reducing atmosphere, an oxygen atmosphere, and a vacuum atmosphere at a temperature in the range of about 300 to 1000 ° C. for about 2 to 40 hours. 29 Harness at liquid electrometer m
  • the metal atoms in the metal layer 301 and the metal atoms in the SLN 300 i 3 ⁇ 4 3 ⁇ 4 ⁇ ⁇ o o o SS o35 r Replace with child.
  • the diffusion distance of metal atoms is about 500 to 200 nm. 40 o 33 3f.
  • the diffused metal atoms create defects (substitution layer in this case, 4th indefinite or 4 o 23 pure) in the surface layer of SLN300.
  • control layer 302 is the surface layer of the shape layer. After annealing, the excess metal layer may be removed by etching without a metal layer.
  • control layer 302 defect Extremely controlled by control layer 302 defect.
  • the evaluation of L3 degree is performed by Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS). .
  • the material layer can be turned off by the third power. This makes it possible to quantitatively measure the defect density of the control layer 302 and the defect density of the SLN 30 material and the third phase o 0 331.
  • the length is 4002 oo and the defect density D e of the control layer 302 is long.
  • ntl and SLN 300 defect density D ferr And The limit of the long-field method, oh 23 D ferr . Ku D c. Check that ntl is satisfied.
  • Phase liquid phase is 4 323 3.
  • Dry etching can be used. If the second electrode 304 is a metal layer, Cr is applied to the second surface of the SLN 300 using physical vapor deposition or chemical vapor deposition.
  • a photoresist is applied as a mask.
  • Photolithography A photoresist is patterned into a predetermined shape, for example, a periodic pattern by one technique. The shape of patterning the photoresist is arbitrary and is not limited to a periodic pattern.
  • a second surface of the SLN 300 is etched using, for example, a reactive ion etching (R I E) technique. After that, the photoresist is removed.
  • R I E reactive ion etching
  • Step S340 An electric field is applied in the direction from the second electrode 304 to the first electrode 303.
  • the magnitude of the electric field to be applied is not less than the magnitude of the coercive electric field of SLN 300 (about A kV / Zmm).
  • an electric field generator 305 can be used for applying an electric field.
  • Electric field generator 305 includes a function generator (not shown) and a voltage amplifier (not shown). The electric field generator 305 generates an electric field corresponding to an arbitrary pulse waveform generated by the function generator, and applies the generated electric field to the SLN 300.
  • the electric field generator 305 is not limited to the above configuration.
  • step S340 when an electric field is applied to SLN300, domain-inverted fine domains are generated at the end of second electrode 304.
  • the generated domains grow in the direction in which the electric field is applied (that is, in the direction from the second electrode 304 to the first electrode 303).
  • the growth rate of the domain growing toward the first electrode 303 decreases after reaching the control layer 302, or
  • nU is the defect density D fer r of SLN 300 .
  • domain growth ie, reduce domain growth rate
  • stop domain growth ie, reduce domain growth rate to 0.
  • control layer 302 when the control layer 302 is manufactured by metal diffusion, an expensive device and a complicated device are not required, so that the control layer 302 can be manufactured at very low cost.
  • a metal layer such as Pt is formed as a protective film on the second surface so as not to be affected by annealing on the second surface side of SLN300. It may be removed by etching. Alternatively, the step S330 may be performed before the step S310, and the second electrode 304 may be used as a protective film on the second surface. After the step S340, if necessary, the control layer 302, the first electrode 303 and the second electrode 304 are removed by etching or chemical mechanical polishing (CMP). May be.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • FIG. 4 is a diagram showing a step of controlling further polarization reversal according to the first embodiment of the present invention. Each step will be described.
  • Step S410 to Step S430 are the same as Step S320 to Step S340 described with reference to FIG.
  • the annealing is performed in an atmosphere selected from the group consisting of a reducing atmosphere, an oxygen atmosphere, and a vacuum atmosphere at a temperature range of about 800 to 110 ° C. for about 1 to 20 hours. Be done.
  • the out-diffusion distance is about 1-20 ⁇ .
  • the surface layer of S LN 300 is a control layer (outer diffusion layer) 400.
  • the evaluation of the defect density of the control layer 400 due to external diffusion can be performed by, for example, Rutherford backscattering spectroscopy (RBS).
  • the defect density D e of the control layer 400 is determined.
  • Tl tl and the defect density D ferr of SLN 300 are related to D ferr ⁇ D c . faithful Tl .
  • Step S410 The first electrode 303 is formed on the control layer 400.
  • Step S4200 A second electrode 304 is formed on a second surface of the SLN300 opposite to the first surface.
  • Step S430 An electric field is applied in the direction of the first electrode 303 to the second electrode 304. In the case of out-diffusion, it was confirmed that the spontaneous polarization of the domain was terminated and it took about 7 s for the side window to occur.
  • control layer 400 controls the compensation of the static charge of the domain (termination of spontaneous polarization) and controls the generation of the side window in the same manner as the control layer 302.
  • control layer 400 controls the compensation of the static charge of the domain (termination of spontaneous polarization) and controls the generation of the side window in the same manner as the control layer 302.
  • annealing is required, so the operation is simpler than in the case of metal diffusion.
  • step S400 an oxide layer of SiO 2 or the like is formed as a protective film on the second surface so that annealing does not occur on the second surface side of the SLN 300 on the second surface side. It may be formed and removed by etching after annealing. Alternatively, the step S 420 may be performed before the step S 400 to use the second electrode 304 as a protective film on the second surface.
  • control layer 400, the first electrode 303 and the second electrode 304 are removed by etching or chemical mechanical polishing (CMP). Is also good.
  • control layers 302 and 400 are provided between the ferroelectric single crystal 300 and the first electrode 303.
  • the domain going from the second electrode 304 to the first electrode 303 decreases the growth rate due to defects existing in the control layers 302 and 400, or reduces the growth rate to zero. Become.
  • the periodicity of the domain-inverted region on the side of the first approximately 30-layer transmutation layer electrode 303 is improved. It will not be disturbed.
  • the method of the present invention, 155 can be applied regardless of the thickness of the ferroelectric single crystal 300.
  • the thickness of the ferroelectric substance can be increased.
  • FIG. 5 is a diagram showing a step of controlling polarization reversal according to Embodiment 2 of the present invention. Each step will be described.
  • the good o5 of the figure starts with, for example, step S3200 in FIG. Handsome groups 1
  • Step S5000 Provide a photo resist as a mask 500 on the 22nd surface, facing the first surface. Then select N
  • the photoresist is patterned into a predetermined shape by photolithography technology, for example, a periodic selection pattern is patterned into a turn.
  • the shape for patterning the photoresist is an arbitrary shape, and is not limited to a single-period pattern.
  • This annealing replaces the metal atoms in the metal layer 501 with the Li atoms in the region 503 of the S LN 300.
  • the diffusion distance of metal atoms is about 500 to 20000 ⁇ m.
  • the diffused metal atoms generate defects (substitution impurities in this case) in the surface layer of the region 503 (first region) of the SLN 300.
  • region 502 includes a region 503 (first region) where metal atoms are diffused, and a region 504 (second region) where metal atoms are not diffused.
  • regions 503 and 504 can be alternately and periodically arranged.
  • An assessment of the defect density in region 503 can be made, for example, by Rutherford backscattering spectroscopy (RBS).
  • RBS Rutherford backscattering spectroscopy
  • the defect density D c in the region 503 is obtained.
  • the defect density of the region 504 is the defect density D ferr of the SLN 300 . Note that this is equal to
  • the mask 500 is removed by etching. After annealing, the excess metal layer 501 may be removed together with the mask 500 by etching.
  • Step S530 A second electrode 505 is formed on the further control layer 502.
  • the second electrode 505 can be a planar electrode.
  • the second electrode 505 can be a metal layer formed by physical vapor deposition or chemical vapor deposition.
  • the material of the second electrode 505 is, for example, Cr, but is not limited to this material.
  • the thickness of the second electrode 505 is about 50-500 nm.
  • the second electrode 505 may be a liquid electrode of a LiC1 solution (not shown).
  • Step S540 An electric field is applied in the direction of the first electrode 303 using the electric field generator 305 from the second electrode 505. Step S540 is the same as step S340 described in Embodiment 1 with reference to FIG. 3, and thus description thereof is omitted.
  • the second electrode 505 is a full-surface electrode, there is no need for wiring for individually applying an electric field, unlike the periodic second electrode 304 shown in FIG. , It is simple.
  • step S540 when an electric field is applied to SLN300, a domain inverted domain is generated at the end of region 506 of second electrode 505.
  • the generated domains grow in the direction of application of the electric field (ie, in the direction of the second electrode 505 to the first electrode 303).
  • the growth rate of the domain growing toward the first electrode 303 decreases or becomes zero.
  • nt l is SLN 3 0 0 defect density D fer r.
  • domain growth ie, reduce domain growth rate
  • stop domain growth ie, reduce domain growth rate to 0.
  • an additional control layer 502 is formed on the second surface side of the SLT300.
  • FIG. S6 Window can be suppressed. This is more regions outside the further control layer 5 0 2 655 0 3 defect density D e. nt2 is, regions 5 0 3 non-SLN 3 0 0 defect density D ferr expansion, FIG. This is because it is larger than S3. Further growth of the domain 6 ⁇ of the control layer 502 into the region 503 is physically suppressed by the presence of defects in the region 503. Regular ⁇ 2
  • a periodically poled structure can be manufactured.
  • a further control layer, in the form of 502, is the ability to physically halt the domain growth (side-wind) process by the presence of defects. Therefore, it is desirable that the defect density of the control layer 502 be as large as the novel 4S2.
  • the second electrode 304 (measured 1 and ⁇ 3) is used as a mask 500 and metal. Same ⁇ sa ⁇
  • Diffusion may be performed.
  • the material of the second electrode 304 must be an element that is not initially dispersed and dispersed in SLN 300 by annealing.
  • control layer 302 the first electrode 303, the further control layer 502, and the second electrode 50 Or by chemical mechanical polishing (CMP).
  • CMP chemical mechanical polishing
  • Step S600 A photoresist is provided as a mask 500 on the second surface opposite to the first surface.
  • Step S610 Anneal the second surface via the mask 500, and then remove the mask 500 to form a further control layer 600.
  • the annealing is performed in an atmosphere selected from the group consisting of a reducing atmosphere, an oxygen atmosphere, and a vacuum atmosphere in a temperature range of about 800 to 110 ° C. for about 1 to 20 hours. .
  • the Li atoms in the SLN 300 region 6001 diffuse out of the crystal.
  • the out-diffusion distance is about 1-20111.
  • a defect in this case, a hole
  • a further control layer 600 is formed.
  • the further control layer 600 includes a region 601 where Li atoms are out-diffused (first region) and a region where Li atoms are not out-diffused (second region). These regions 601 and 602 can be alternately and periodically arranged.
  • the evaluation of the defect density in the region 601 due to out-diffusion can be performed, for example, by Rutherford backscattering spectroscopy (RBS).
  • RBS Rutherford backscattering spectroscopy
  • Step S620 The second electrode 505 is formed on the additional control layer 600.
  • Step S630 Apply an electric field in the direction of the first electrode 303 using the electric field generator 305 to the second electrode 505.
  • the additional control layer 600 formed by out-diffusion also suppresses the growth (side window) of the domain in the direction of arrow A (Fig. 2) in the same manner as the additional control layer 502 (Fig. 5). Because it functions, it is possible to manufacture a periodically poled structure that is controlled with higher precision.
  • step S4100 in FIG. 4 the process started from step S4100 in FIG. 4, but after step S4200 in FIG. 4, external diffusion may be performed using the second electrode 304 (FIG. 4) as a mask. Good.
  • the operation is simple because it is not necessary to remove the second electrode 30 by etching or the like.
  • the material of the second electrode 304 must be an element that is not diffused into SLN300 by annealing.
  • control layer 400, the first electrode 303, the further control layer 600, and the second electrode 505 are etched or subjected to chemical mechanical treatment. It may be removed by polishing (CMP).
  • control layers 502 and 600 are provided between the ferroelectric single crystal 300 and the second electrode 505.
  • the further control layers 502 and 600 comprise a first region 503 and 601 in which the metal has been diffused or Li has been outdiffused and a non-metal diffused or i has not been out-diffused (that is, the same as the ferroelectric single crystal 300) and has second regions 504 and 602.
  • Defect densities De of the first regions 503 and 601 Defect density D ferr of nt2 and second regions 504 and 602 . And the relationship D ferr . Ku D c. Meet nt2 . to this Thus, the growth of the domains in the first regions 503 and 601 is physically suppressed by defects (substitution impurities or vacancies) existing inside. In addition to controlling the domain growth on the first electrode 303 side, the domain growth is also controlled on the second electrode 505 side, so that the control can be performed with higher precision than in the first embodiment. Thus, it is possible to manufacture the domain-inverted structure.
  • control layer may be manufactured by metal diffusion and the further control layer may be manufactured by outdiffusion.
  • control layer may be manufactured by out-diffusion and the further control layer may be diffused by metal diffusion.
  • the combination of the control layer manufacturing method and the further control layer manufacturing method is arbitrary.
  • FIG. 7 is a diagram showing an optical wavelength conversion system using the optical wavelength conversion device 100 according to the third embodiment of the present invention.
  • the light wavelength conversion system includes a light wavelength conversion element 700, a light source 700, and a light collection optical system 720.
  • Optical wavelength conversion element 700 can be manufactured using the method described in the first or second embodiment.
  • the light wavelength conversion element 700 can be manufactured, for example, from lithium ebobate (SLN) 300, which is substantially stoichiometric.
  • the light wavelength conversion element 700 can be manufactured from any ferroelectric single crystal having a 180 ° domain.
  • S L N 300 has a periodically poled region 703.
  • the period of the domain-inverted region is in the range of about 1 to 3 ⁇ m.
  • S L N 300 has a control layer 302 or 400.
  • the light source 701 can be, for example, a semiconductor laser, but is not limited to this. As the light source 701, any light source can be used as long as it is coherent.
  • the light source 701 emits light of a wavelength of 780 nm, for example.
  • the condensing optical system 702 can be any optical system that functions to condense the light emitted by the light 701 and make it incident on the light wavelength conversion element 700.
  • the operation of such an optical wavelength conversion system will be described.
  • the light emitted from the light source 700 enters the optical wavelength conversion element 700 via the condensing optical system 702. This light is called a fundamental wave.
  • the domain-inverted regions 703 are periodically repeated in the waveguide direction of the light (fundamental wave) of the light source 701.
  • the fundamental wave and its second harmonic are phase-matched (quasi-phase matched).
  • the fundamental wave is propagated while propagating through the optical wavelength conversion element 700. It is converted to the second harmonic with a length of 390 nm. It is to be noted that a reflection film may be provided on the incident surface and the outgoing surface of the fundamental wavelength of the optical wavelength conversion element 700 so that the optical wavelength conversion element 70 0 functions as a resonator.
  • FIG. 8 is a diagram showing a step of forming a domain-inverted region according to the fourth embodiment of the present invention. Each step will be described.
  • Step S8000 Ion is implanted into the first surface of SLN300 to form a control layer 801.
  • the polarization direction of S L N 300 is parallel to the z-axis and has a 180 ° single domain.
  • the thickness of S LN 300 is 3 mm. However, it is not limited to this thickness.
  • the first plane is a plane perpendicular to the polarization direction and is a + Z plane.
  • the ions implanted into S LN 300 can be noble gas ions or metal ions, and more preferably, He, Ne, Ar, Zn, Nb, and Mn.
  • a charged particle applied special experimental device can be used for ion implantation.
  • Implantation energy is about 1 0 0 K e V ⁇ 2M e V
  • note input Ion amount is in the range of about l X 1 0 10 ⁇ 8 X 1 0 1 6 cm- 2
  • the injection depth is about 0.
  • the range is from l to 5 / _tm. It should be noted that the conditions of the above-described ion implantation are merely examples, and may be changed according to the order of lattice points of the control layer 81.
  • the implanted ions create defects (in this case, vacancies, self-interstitial atoms and interstitial impurities) in the surface layer of SLN300.
  • the generated defects accumulate in the surface layer of the SLN 300, and may eventually amorphize the surface layer of the SLN 300.
  • a control layer (ion-implanted layer) 801 is formed.
  • Evaluation of the order of the lattice points of the S LN 300 and the control layer 81 can be performed by, for example, X-ray diffraction (XRD).
  • XRD X-ray diffraction
  • control layer 801 When ion implantation was performed under the above conditions, no peak was generated in the X-ray diffraction of the control layer 801. It was confirmed that the control layer 801 was amorphous, and the order of lattice points was clearly lower than that of S LN 300.
  • the relationship between the SLN 300 and the control layer 801 is such that as long as the order of lattice points of the control layer 801 is lower than the order of lattice points of the SLN 300, the control layer It does not matter whether 801 is crystalline or amorphous.
  • control layer 81 is described as including the outermost surface.
  • Step S8100 A first electrode 802 is formed on the control layer 801.
  • the first electrode 802 can be a planar electrode.
  • the first electrode 8002 is a material. Extremely long 3 2
  • the physical vapor deposition power can be 82 o or a metal layer formed by chemical vapor deposition.
  • the material of the first electrode 8002 is, for example, Ta, but is limited to this material.
  • the first thickness is about 50-500 nm.
  • the first conductive electrode o S1 electrode 802 may be a liquid electrode (not shown) of a LiC1 solution. Ki, ⁇ ru L 382
  • the comb phase is No 3
  • Body body, body,
  • a dry etcher electrode C may be used for the fabrication of the second electrode 803.
  • the second electrode 8 03 is a metal layer
  • Cr it is possible to apply Cr to the second surface of the SLN 300 using physical vapor deposition or chemical vapor deposition oo. ⁇ .
  • a photoresist is applied as a mask.
  • the photoresist is patterned into a predetermined shape, for example, a periodic pattern by using one technique.
  • the shape for patterning the photoresist is not limited to a periodic pattern, and may be a solid surface or an arbitrary shape.
  • the second surface of the SLN 300 is first etched with an electric current m using a reactive ion etching (R I E) technique. After that, the photoresist is removed. As a result, a metal layer having a periodic pattern is obtained as the second electrode 803, which is the second electric material.
  • the photoresist is patterned into a predetermined shape without forming a metal layer. Thereafter, a liquid electrode is applied as second electrode 803 to the patterned photoresist and SLN 300.
  • Step S830 An electric field is applied between the first electrode 802 and the second electrode 803.
  • the magnitude of the electric field to be applied is equal to or greater than the magnitude of the coercive electric field of SLN300 (about 4 kVZmm).
  • an electric field generator 804 can be used for the application of an electric field.
  • the electric field generator 804 includes a function generator (not shown) and a voltage amplifier (not shown).
  • the electric field generator 804 generates an electric field corresponding to an arbitrary pulse waveform generated by the function generator, and applies the generated electric field to the SLN 300.
  • the electric field generator 804 is not limited to the above configuration.
  • step S830 when an electric field is applied to SLN300, a domain inverted and domain-inverted is generated at the end of second electrode 803.
  • the generated domains grow in the direction in which the electric field is applied (that is, in the direction from the second electrode 803 to the first electrode 802).
  • the growth rate of the domain decreases or becomes zero. This is because the order of the lattice points of the control layer 801 is lower than that of SLN 300, so that the domain growth is suppressed (that is, the domain growth rate is reduced), or the domain growth is suppressed. This is because it functions to stop (that is, set the growth rate of the domain to 0).
  • control layer 81, the first electrode 802, and the second electrode 803 are removed by etching or chemical mechanical polishing (CMP). You may.
  • the control layer 81 is formed of the ferroelectric single crystal 300 and the first electrode 802 in which the spontaneous polarization of the domain is terminated.
  • the relationship between the control layer 81 and the ferroelectric single crystal 300 is such that the order of the lattice points of the control layer 81 is different from the lattice point of the ferroelectric single crystal 300. Satisfies lower than order.
  • the domain heading from the second electrode 803 to the first electrode 802 decreases the growth rate or becomes zero due to the disorder of the lattice points of the control layer 801. Become.
  • termination of spontaneous polarization of the domain is suppressed, and growth of the domain in the direction perpendicular to the direction in which the electric field is applied is also suppressed.
  • the method of the present invention can be applied regardless of the thickness of the ferroelectric single crystal 300.
  • S L N or S L T having a low coercive electric field is used as the ferroelectric single crystal 300, a thick domain-inverted region is obtained, so that an optical wavelength conversion element for high output can be manufactured.
  • FIG. 9 is a view showing a step of forming a domain-inverted region according to the fifth embodiment of the present invention. Each step will be described.
  • FIG. 9 starts from, for example, step S810 in FIG. Step S9000: providing a photoresist as a mask 940 on the second surface opposite to the first surface.
  • the photo resist is patterned into a predetermined shape, for example, a periodic pattern by one photolithography technique.
  • the pattern for patterning the photoresist is arbitrary and is not limited to a periodic pattern.
  • Step S910 Ions are implanted through the mask 940 into the second surface of the SLN 300, and then the mask 940 is removed to form a further control layer 901.
  • the ions implanted into SLN 300 can be noble gas ions or metal ions, and more preferably, He, Ne, Ar, Zn, Nb, and Mn.
  • a special experimental device using charged particles can be used.
  • Implantation energy is about 1 0 0 K e V ⁇ 2Me V, implanted ions amount Ri of about 1 X 1 0 1 ° ⁇ 8 X 1 0 16 C m- 2 ranging der, implantation depth of about 0. It is in the range of 1 to 5 ⁇ . It should be noted that the above conditions of the ion implantation are only examples, and may be changed according to the order of lattice points of the further control layer 91.
  • the implanted ions create defects (in this case, vacancies, self-interstitial atoms, and interstitial impurities) in region 902 of the surface layer of the SLN 300.
  • the generated defects accumulate in the region 902, and may eventually amorphize the region 902 (first region) of the SLN 300.
  • the conditions of the ion implantation can be changed according to the order of lattice points in the region 902.
  • the mask 940 is removed by etching. Thereby, a further control layer 901 is formed.
  • the further control layer 90 1 includes an ion-implanted region 9 02 (first region) and a non-ion-implanted region 9 03 (second region). These regions 902 and 903 can be alternately and periodically arranged.
  • the evaluation of the order of the lattice points in the region 902 and the region 903 can be performed by, for example, X-ray diffraction (XRD).
  • XRD X-ray diffraction
  • the region 903 a diffraction peak indicating SLN300 was generated. It was confirmed that the order of lattice points in the region 902 was lower than the order of lattice points in the region 903.
  • the half width of the diffraction peak in the region 903 is equal to the half width of the diffraction peak in SLN300.
  • the relationship between the region 902 and the region 903 is such that as long as the order of the lattice points in the region 902 satisfies that the order of the lattice points in the region 903 is low, It does not matter whether 2 is crystalline or amorphous.
  • the ion implantation is performed not at the outermost surface but at a predetermined distance from the outermost surface. Therefore, the crystal structure of SLN300 is not affected on the outermost surface.
  • the additional control layer 901 is described in the drawings as including the outermost surface of region 902.
  • Step S920 Forming a second electrode 9.04 on the further control layer 901 The thing that was extremely easy to reach
  • step S930 when a 4o field is applied to the SLN 300, the polarization is reversed at the end of the region 905 of the second electrode 904. Power distribution. Then, four fine domains (polarization inversion regions) are generated.
  • the regular shape is, but the 8o 2 9 2
  • the generated domain grows in the direction of application of the electric field (that is, in the direction from the electrode 104 of L4202 to the first electrode 202). It is necessary to enter the area.
  • the growth rate of the domain growing toward the first electrode 802, the pole, and the thickness of the thick electrode 9, and c, 9 decrease or become zero.
  • the order of lattice points of the control layer 81 is lower than that of SLN 300, so that Suppresses the growth of (ie, slows down the growth rate of the domain), and also, theoretically, stops the growth of the domain (ie, reduces the growth rate of the domain to 0)
  • Embodiment 5 an additional control layer 901 is formed on the second surface side. Thereby, the side window in the direction of arrow A (FIG. 2) described with reference to FIG. 2 can be suppressed.
  • the order of the lattice points in the region 902 of the further control layer 901 is lower than the order of the lattice points in the region 903.
  • the growth of the domain of the further control layer 901 into the region 902 is physically suppressed by the disorder of the lattice points in the region 902.
  • a domain-inverted region having the same cross-sectional area as the area of the region 905 of the second electrode 904 can be obtained, so that a domain-inverted region controlled with higher precision can be formed.
  • a further function of the control layer 901 is to physically stop the domain growth (side window) due to the disorder of the internal lattice points. Therefore, it is desirable that the order of the lattice points of the further control layer 91 is lower.
  • the process was started from the step S810 in FIG. 8, but after the step S820 in FIG. 8, ion implantation was performed using the second electrode 803 (FIG. 8) as a mask. Is also good. In this case, the operation is simple because it is not necessary to remove the second electrode 803 by etching or the like.
  • control layer 81, the first electrode 802, the further control layer 901 and the second electrode 904 may be etched or chemically etched. It may be removed by mechanical polishing (CMP).
  • FIG. 10 is a diagram showing an optical wavelength conversion system using an optical wavelength conversion device 100 according to Embodiment 6 of the present invention, according to the second means of the present invention.
  • the light wavelength conversion system includes a light wavelength conversion element 100, a light source 1001, and a condensing optical system 1002.
  • Optical wavelength conversion device 100 can be manufactured using the method described in the fourth or fifth embodiment.
  • the light wavelength conversion element 100 may be manufactured from, for example, lithium niobate (S L N) 300 having a substantially stoichiometric composition.
  • the light wavelength conversion element 100 is 180. It can be manufactured from any ferroelectric single crystal having a domain.
  • S L N 3 0 0 0 has a periodically poled region 1 0 3.
  • the period of the domain-inverted region is in the range of about 1-3 m.
  • S L N 3 0 0 has a control layer 8 0 1.
  • the light source 1001 may be, for example, a semiconductor laser, but is not limited thereto. As the light source 1001, any light source can be used as long as it is coherent.
  • the light source 1001 emits, for example, light having a wavelength of 780 nm.
  • the condensing optical system 1 0 2 can be any optical system that functions to condense the light emitted by the light source 1 001 and make it incident on the light wavelength conversion element 1 000.
  • the light emitted from the light source 1001 enters the light wavelength conversion element 1000 via the condensing optical system 1002. This light is called a fundamental wave.
  • the domain-inverted region 1003 is periodically repeated in the waveguide direction of the light (fundamental wave) of the light source 1001.
  • the fundamental wave and its second harmonic are phase-matched (quasi-phase matched) by such a periodically poled region 1003.
  • the fundamental wave is converted into a second harmonic having a wavelength of 390 nm while propagating through the optical wavelength conversion element 1000.
  • a reflection film may be provided on the incident surface and the outgoing surface of the fundamental wavelength of the optical wavelength conversion element 1000 so that the optical wavelength conversion element 100 may function as a resonator.
  • conversion to short wavelengths for example, conversion of light with a wavelength of 780 nm to light with a wavelength of 390 nm
  • the optical wavelength conversion device 100 as a reflection type optical wavelength conversion device, it is possible to further improve the efficiency.
  • an optical wavelength conversion element having a fine cap so that the wavelength bandwidth of incident light can be broadened, and as a result, the light source 101 emits light. Improves resistance to fluctuations in light wavelength.
  • the optical wavelength conversion device 100 is just an example to which the process of the present invention is applied.
  • the present invention is also applicable to an electro-optic polarizer, a modulator, and a surface acoustic wave device.
  • the control layer is provided between the ferroelectric single crystal and the first electrode (the electrode on the side where the spontaneous polarization of the domain is terminated).
  • the growth rate of the domain growing in the direction from the second electrode to the first electrode is reduced or becomes zero in the control layer.
  • the termination of the spontaneous polarization of the domain is suppressed, and the growth of the domain in the direction perpendicular to the direction in which the electric field is applied is suppressed.

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Abstract

制御可能な電圧印加時間内に強誘電体単結晶に短周期の分極反転領域を形成する方法およびそれを用いた光波長変換素子を提供する。その解決手段は、強誘電体単結晶に対し、強誘電単体結晶の分極方法に垂直な一つの面に、（ⅰ）強誘電体単結晶の欠陥密度Ｄferroよりも大きな欠陥密度Ｄcontl(Ｄferro<Ｄcontl)を有する制御層を形成するか、あるいは、（ⅱ）強誘電体単結晶の格子点の秩序性よりも低い秩序性を有する制御層を形成することによって解決する。

Description

明 細 書
欠陥密度制御、 または、 格子点の秩序性制御による分極反転法、 および、 光波長変換素子
技術分野
本発明は、 強誘電体単結晶における分極反転領域を形成する方法およ びそれを利用した光波長変換素子に関する。
背景技術
強誘電体の分極反転現象を利用して、 強誘電体の内部に周期的な分極 反転領域 （分極反転構造） を形成することができる。 このような分極反 転領域は、 周波数変調器および光波長変換素子に利用される。 特に、 優 れた非線形光学効果を有する強誘電体を用いた、 短波長化可能な光波長 変換素子および高出力用の光波長変換素子を実現することが望まれてい る。
光波長変換素子の波長変換領域を広げる （すなわち、 短波長化する） ためには、 分極反転領域の周期を短くする必要がある。 従来の製造方法 は、 短周期の分極反転領域を形成するために、 周期電極間の強誘電体の 表面にプロ トン交換を施している （例えば、 特許文献 1を参照。 ；) 。 一方、 高出力に耐え得るためには、 周期分極反転構造の光の入射方向 に対して垂直な方向の厚みを増加させ、 分極反転領域が高いァスぺク ト 比 (深さノ幅) を有する必要がある。 厚い周期分極反転構造を製造する に適した強誘電体として、 実質的に定比組成のニオブ酸リチウム （L i N b O3；以降では S LNと称する） および実質的に定比組成のタンタル 酸リチウム （L i T a O3；以降では S LTと称する） が知られている （ 例えば、 非特許文献 1を参照。 ） 。
図 1 1は、 従来技術による周期分極反転領域の製造方法を示す図であ る。 デバイス 1 1 0 0は、 ニオブ酸リチウム単結晶 1 1 0 1と、 櫛形電 極 1 1 0 2と、 平面電極 1 1 0 3と、 プロ トン交換領域 1 1 04とを含 む。 プロ トン交換領域 1 1 04は、 櫛形電極 1 1 0 2をマスクとして、 櫛形電極 1 1 0 2の周囲、 かつ、 ニオブ酸リチウム単結晶 1 1 0 1の表 面に、 プロ トン交換処理が施された領域を指す。 プロ トン交換領域 1 1 04においては、 ニオブ酸リチウム単結晶 1 1 0 1の強誘電性が劣化し ている。
このようなデバイス 1 1 0 0に、 直流電源 1 1 0 5および高圧パルス 電源 1 1 0 6を用いて、 電圧を印加する。 櫛形電極 1 1 0 2と平面電極 1 1 0 3との間のニオブ酸リチウム単結晶 1 1 0 1に電圧が印加され、 分極反転する。 プロ トン交換領域 1 1 04におけるニオブ酸リチウム単 結晶 1 1 0 1の強誘電性が劣化しているため、 生成した分極反転領域の 断面積は、 櫛形電極 1 1 0 2の断面積よりも大きくならないとされてい る。 そして、 このようにして、 短周期の分極反転領域を得る操作が行わ れている。
特許文献 1 ; 特開 20 0 2— 1 4 7 5 84号公報 非特許文献 1 ； 北村、 寺部， 「 S c i e n c e & T e c h n o l o g y J o u r n a l ] , 2 0 0 2年 1 0月， ρ 7 0— 7 3 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
しかしながら、 特許文献 1は、 櫛形電極 1 1 0 2側では短周期の分極 反転領域を維持することができ得るが、 平面電極 1 1 0 3側では隣り合 う分極反転領域が接合してしまうという問題を有する。 したがって、 特 許文献 1を用いて、 従来よりも厚い分極反転領域を形成するのは困難で ある。
また、 特許文献 1のように電界印加法を用いて分極反転構造を製造す る場合、 電圧印加時間を短くすることによって、 分極反転領域の短周期 化を図っている。 例えば、 1〜 3 μ mの周期を有する分極反転領域を形 成する場合、 パルス電圧の印加時間は約 1 m s となる。 このようなパル ス電圧を発生させるために高圧パルス電源 1 1 06に要求される周波数 は、 数 KH zとなる。 このような高周波を発生可能な高圧電源は非常に 高価であり、 最終的には、 分極反転領域の短周期化は、 装置の都合上限 界に達することになる。
非特許文献 1によれば、 S LNの抗電界は、 従来のコングルェント組 成のニオブ酸リチウムの抗電界の約 1 / 5であり、 S L Tの抗電界は、 従来のコングルェント組成のタンタル酸リチウムの抗電界の約 1 / 1 0 である。 このような、 低い抗電界の S LNまたは S LTを用いれば、 従 来よりも厚い分極反転領域を得ることができる。 しかしながら、 このよ うな S LNまたは S LTを用いた、 短周期の分極反転領域を形成する方 法は確立されていない。 特に、 これらを用いて従来よりも厚い分極反転 領域を形成する場合には、 高いァスぺク ト比が得られなければならない ことから隣接する分極反転領域が接合する可能性がある。
したがって、 本発明の目的は、 制御可能な電圧印加時間内に強誘電体 単結晶に短周期の分極反転領域を形成する方法およびそれを用いた光波 長変換素子を提供することである。 本発明のさらなる目的は、 制御可能 な電圧印加時間内に、 強誘電体単結晶に短周期であり、 かつ、 従来より も厚い分極反転領域を形成する方法、 および、 それを用いた光波長変換 素子を提供することである。 .
課題を解決するための手段
本発明者らにおいては銳意研究の結果、 強誘電体単結晶に対し、 強誘 電単体結晶の分極方向に垂直な一つの面に、 （ i ) 強誘電体単結晶の欠 陥密度 Dferr。よりも大きな欠陥密度 Dc。ntl (Dferro<Dcontl) を有する制御 層を形成するか、 あるいは、 （ϋ) 強誘電体単結晶の格子点の秩序性よ りも低い秩序性を有する制御層を形成することによって上記課題を解決 しうることを見出した。
本発明は、 上記知見に基づいてなされたものであり、 その構成は以下 ( 1 ) から （2 6) に記載するとおりである。
このうち、 前者 （ i ) の知見に基づいてなされた （1 ) から （1 4) の分極反転領域を形成する方法とこの方法を適用することによって創製 される光波長変換素子に係る発明を、 第 1の手段による発明と言う。 ま た、 後者 （ii) の知見に基づいてなされた （1 5) から （26) の分極 反転領域を形成する方法とこの方法を適用することによって創製される 光波長変換素子に係る発明を第 2の手段による発明と言う。
(第 1の手段による発明）
( 1 ) 強誘電体単結晶に分極反転領域を形成する方法であって、 前記強誘電体単結晶に対し、 前記強誘電体単結晶の分極方向に垂直な 第 1の面に前記強誘電体単結晶の欠陥密度 Dfe„。よりも大きな欠陥密度 D cont 1 ( D ferro <DcontI) を有する制御層を形成する工程と、
前記制御層上に第 1の電極を形成する工程と、
前記強誘電体単結晶の前記第 1の面に対向する第 2の面に、 前記第 1 の電極の面積よりも小さい面積を有する第 2の電極を形成する工程と、 前記第 1の電極と前記第 2の電極との間に電界を印加する工程であつ て、 前記第 2の電極から生成した分極反転領域が有する自発分極が前記 制御層を介して前記第 1の電極側にて終端化される工程と、
を包含する、 強誘電体単結晶に分極反転領域を形成する方法。
(2) 前記強誘電体単結晶は、 実質的に定比組成のニオブ酸リチウム またはタンタル酸リチウムのいずれかである、 （1 ) 項に記載の強誘電 体単結晶に分極反転領域を形成する方法。
(3) 前記実質的に定比組成のニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リ チウムは、 Mg、 Z n、 S cおよび I nからなる群から選択される元素 を 0. ：!〜 3. Omo l %含む、 （ 2 ) 項に記載の方法。
( 4 ) 前記制御層を形成する工程は、
前記第 1の面上に N b、 T a、 T i、 S i、 Mn、 Y、 W、 および、 Moからなる群から選択される金属層を堆積する工程と、
前記金属層をァニールする工程と、
を包含する、 （ 1) 項に記載の強誘電体単結晶に分極反転領域を形成 する方法。
(5) 前記制御層を形成する工程は、 前記第 1の面を不活性雰囲気、 酸素雰囲気および真空雰囲気からなる群から選択される雰囲気中でァニ ールする工程を包含する、 （1) 項に記載の強誘電体単結晶に分極反転 領域を形成する方法。
(6) 前記第 2の面に第 1の領域および第 2の領域を含むさらなる制 御層を形成する工程をさらに包含し、 前記第 2の領域の欠陥密度は、 前 記強誘電体単結晶の欠陥密度 Dferr。と等しく、前記第 1の領域の欠陥密度
Dc。nt2は前記第 2の領域の欠陥密度 Dferr。よりも大きい（ D ferr。 < D„nt2)、
( 1 ) 項に記載の強誘電体単結晶に分極反転領域を形成する方法。
(7) 前記さらなる制御層を形成する工程は、
マスクを介して前記第 2の面上に N b、 T a、 T i、 S i、 Mn、 Y、 W、 および、 Moからなる群から選択される金属層を堆積する工程と、 前記金属層をァニールする工程と、
を包含する、 （6) 項に記載の強誘電体単結晶に分極反転領域を形成す る方法
(8) 前記さらなる制御層を形成する工程は、 マスクを介して前記第 2の面を不活性雰囲気、 酸素雰囲気おょぴ真空雰囲気からなる群から選 択される雰囲気中でァニールする工程を包含する、 （6) 項に記載の強 誘電体単結晶に分極反転領域を形成する方法。
( 9 ) 前記第 1の電極は平面電極であり、 前記第 2の電極は周期電極 である、 （1) 項に記載の強誘電体単結晶に分極反転領域を形成する方 法。
( 1 0) 前記第 1の電極、 前記第 2の電極および前記制御層を除去す る工程をさらに包含する、 （ 1 ) 項に記載の強誘電体単結晶に分極反転 領域を形成する方法。
( 1 1) 強誘電体単結晶に分極反転領域を形成する方法によって製造 される光波長変換素子であって、 前記分極反転領域を形成する方法は、 前記強誘電体単結晶に対し、 前記強誘電体単結晶の分極方向に垂直な 第 1の面に前記強誘電体単結晶の欠陥密度 Dferr。よりも大きな欠陥密度 DcontI (Dferro<DconU) を有する制御層を形成する工程と、
前記制御層上に平面電極を形成する工程と、
前記強誘電体単結晶の前記第 1の面に対向する第 2の面に周期電極を 形成する工程と、
前記平面電極と前記周期電極との間に電界を印加し、 前記周期電極か ら生成した分極反転領域が有する自発分極が、 前記制御層を介して前記 平面電極側にて終端化される工程と、
を包含する、 光波長変換素子。
(1 2) 前記強誘電体単結晶は、 実質的に定比組成の-ォプ酸リチウ ムまたはタンタル酸リチウムのいずれかである、 （1 1 ) 項に記載の光 波長変換素子。
( 1 3) 前記実質的に定比組成のニオブ酸リチウムまたはタンタル酸 リチウムは、 Mg、 Z n、 S cおよび I nからなる群から選択される元 素を 0. 1〜 3. Omo l %含む、 （ 1 2) 項に記載の光波長変換素子。
( 1 4) 前記方法は、 前記制御層、 前記平面電極および前記周期電極 を除去する工程をさらに包含する、 （1 1 )項に記載の光波長変換素子。
(第 2の手段による発明）
( 1 5) 強誘電体単結晶に分極反転領域を形成する方法であって、 前記強誘電体単結晶に対し、 前記強誘電体単結晶の分極方向に垂直な 第 1の面に前記強誘電体単結晶の格子点の秩序性よりも低い格子点の秩 序性を有する制御層を形成する工程と、
前記制御層上に第 1の電極を形成する工程と、
前記強誘電体単結晶の前記第 1の面に対向する第 2の面に、 前記第 1 の電極の面積よりも小さい面積を有する第 2の電極を形成する工程と、 前記第 1の電極と前記第 2の電極との間に電界を印加する工程であつ て、 前記第 2の電極側から生成した分極反転領域が有する自発分極が前 記制御層を介して前記第 1の電極側にて終端化される工程と、 を包含す る、 強誘電体単結晶に分極反転領域を形成する方法。
( 1 6) 前記強誘電体単結晶は、 実質的に定比組成のニオブ酸リチウ ムまたはタンタル酸リチウムのいずれかである、 （1 5) 項に記載の強 誘電体単結晶に分極反転領域を形成する方法。
( 1 7) 前記実質的に定比組成のニオブ酸リチウムまたはタンタル酸 リチウムは、 Mg、 Z n、 S cおよび I nからなる群から選択される元 素を 0. ：!〜 3. Omo l %含む、 （1 6) 項に記載の方法。
(1 8) 前記制御層を形成する工程は、前記第 1の面に希ガス、 Z n、 N bおよび Mnからなる群から選択されるイオンを注入する工程を包含 する、 （1 5) 項に記載の強誘電体単結晶に分極反転領域を形成する方 法。
( 1 9) 前記第 2の面に第 1の領域おょぴ第 2の領域を含むさらなる 制御層を形成する工程をさらに包含し、 前記第 2の領域の格子点の秩序 性は、 前記強誘電体単結晶の格子点の秩序性と等しく、 かつ、 前記第 1 の領域の格子点の秩序性は、 前記第 2の領域の格子点の秩序性に比べて 低い、 （1 5) 項に記載の強誘電体単結晶に分極反転領域を形成する方 法。
(20) 前記さらなる制御層を形成する工程は、 マスクを介して前記 第 2の面に希ガス、 Z n、 N bおよび Mnからなる群から選択されるィ オンを注入する工程を包含する、 （ 1 9) 項に記載の強誘電体単結晶に 分極反転領域を形成する方法。
(2 1 ) 前記第 1の電極は平面電極であり、 前記第 2の電極は周期電 極である、 （1 5) 項に記載の強誘電体単結晶に分極反転領域を形成す る方法。
(22) 前記第 1の電極、 前記第 2の電極おょぴ前記制御層を除去す る工程をさらに包含する、 （1 5) 項に記載の強誘電体単結晶に分極反 転領域を形成する方法。
(2 3) 強誘電体単結晶に分極反転領域を形成する方法によって製造 される光波長変換素子であって、 前記方法は、
前記強誘電体単結晶に対し、 前記強誘電体単結晶の分極方向に垂直な 第 1の面に前記強誘電体単結晶の格子点の秩序性よりも低い格子点の秩 序性を有する制御層を形成する工程と、
前記制御層上に平面電極を形成する工程と、
前記強誘電体単結晶の前記第 1の面に対向する第 2の面に周期電極を 形成する工程と、
前記平面電極と前記周期電極との間に電界を印加する工程であって、 前記周期電極側から生成した分極反転領域が有する自発分極が前記制御 層を介して前記平面電極側にて終端化される工程と、 を包含する、 光波 長変換素子。 (24) 前記強誘電体単結晶は、 実質的に定比組成のニオブ酸リチウ ムまたはタンタル酸リチウムのいずれかである、 （2 3) 項に記載の光 波長変換素子。
(2 5) 前記実質的に定比組成のニオブ酸リチウムまたはタンタル酸 リチウムは、 Mg、 Z n、 S cおよび I nからなる群から選択される元 素を 0. 1〜3. Omo l %含む、 （24) 項に記載の光波長変換素子。
(2 6) 前記方法は、 前記制御層、 前記平面電極および前記周期電極 を除去する工程をさらに包含する、 （2 3)項に記載の光波長変換素子。 発明の効果
本発明の解決手段は、
( 1) 強誘電体単結晶の第 1の面に制御層を形成する工程と、 制御層上に第 1の電極を形成する工程と、
強誘電体単結晶の第 1の面に対向する第 2の面に第 2の電極を形成す る工程と、 第 2の電極から第 1の電極の方向に電界を印加する工程とを 包含する。 ここに、 制御層の欠陥密度 De。ntlと強誘電体単結晶の欠陥密度 D ferroとは、 関係 Dferroく Dco„tlを満たす。
あるいは、
(2) 強誘電体単結晶の分極方向に対して垂直な面である第 1の面に 制御層を形成する工程と、
制御層上に第 1の電極を形成する工程と、 強誘電体単結晶の第 1の面 に対向する第 2の面に、 第 1の電極の面積よりも小さい面積を有する第 2の電極を形成する工程と、
第 1の電極と前記第 2の電極との間に電界を印加する工程とを包含す る。 ここに、制御層と強誘電体単結晶とは、制御層の格子点の秩序性が、 強誘電体単結晶の格子点の秩序性よりも低いことを満たす。 また、 制御 層は、 第 2の電極側から生成した分極反転領域が有する自発分極が、 終 端化,される側に配置されている。
前記 （1 ) または （2) の構成によって、 第 2の電極から第 1の電極 の方向に成長する微細な分極反転領域 （すなわち、 ドメイン） の成長速 度は、 制御層において低下するか、 または、 0になる。 その結果、 ドメ ィンの自発分極の終端化が抑制され、 電界の印加方向に対して垂直な方 向へのドメインの成長が抑制される。 短周期の分極反転領域を形成する場合であっても、 従来よりも長時間 電圧を強誘電体単結晶に印加することが必要とされる。 したがって、 高 価な装置を用いることなく、 従来の装置を用いて分極反転領域のさらな る短周期化が可能である。 また、 第 1の電極側においてドメインの成長 を制御しているので、 第 1の電極側の分極反転領域の周期性が乱れるこ とはない。強誘電体単結晶の厚さに関わらず適用することができるので、 高出力用の厚い光波長変換素子を製造することができる。 以上列記した 特有な作用効果が奏せられる。 符5522223577277
図号面 oooooooooooooの簡単な説明
図 1の4400235232311；強誘電体単結晶の分極反転領域の生成工程を示す図
図 2 ；説、本発明の第 1の手段または第 2の手段による分極反転を制御す るデ明方338666331111 法を示す図
図 3 ；本発明の第 1の手段による、 実施の形態 1による分極反転を制 御する工程を示す図
図 4 ；本発明の第 1の手段による、 実施の形態 1によるさらなる分極 反転を制御する工程を示す図
図 5 ；本発明の第 1の手段による、 -実施の形態 2による分極反転を制 御する工程を示す図
図 6 ；本発明の第 1の手段による、 実施の形態 2によるさらなる分極 反転を制御する工程を示す図
図 7 ；本発明の第 1の手段による、 実施の形態 3による光波長変換素 子を用いた光波長変換システムを示す図
図 8 ；本発明の第 2の手段による、 実施の形態 4による分極反転領域 を形成する工程を示す図
図 9 ；本発明の第 2の手段による、 実施の形態 5による分極反転領域 を形成する工程を示す図
図 1 0 ；本発明の第 2の手段による、 実施の形態 6による光波長変換 素子を用いた光波長変換システムを示す図
図 1 1 ；従来技術による周期分極反転領域の形成方法を示す図 パイス
0 0 強誘電体単結晶 ·
0 2 、 4 0 0、 8 0 1 制御層
0 3 、 8 0 2 第 1の電極
0 4 、 5 0 5、 8 0 3、 9 0 4 第 2の電極
0 4 電界発生器
0 0 、 9 0 1 さらなる制御層
0 1 、 9 0 2 第 1の領域
0 2ゝ 9 0 3 第 2の領域
0 0 0 光波長変換素子
0 0 1 光源
0 0 2 集光光学系
0 0 3 分極反転領域
発明を実施するための最良の形態
本発明の原理的説明に先立って、 強誘電体の分極反転領域の生成工程 を説明する。
図 1は、 強誘電体単結晶の分極反転領域の生成工程を示す図である。 デパイス 1 0 0は、 強誘電体単結晶 1 0 1 と、 上部電極 1 0 2と、 下部 電極 1 0 3とを含む。 強誘電体単結晶 1 0 1は、 1 8 0。ドメインを有す る任意の強誘電体単結晶であり得る。 上部電極 1 0 2は、 櫛形電極等の 周期電極であり得る。 下部電極 1 0 3は、 平面電極であり得る。 上部電 極 1 0 2の面積は、 下部電極 1 0 3の面積よりも小さければ、 上部電極 1 0 2および下部電極 1 0 3の形状は問わない。
次に、 工程ごとに説明する
分直電がいはじ οしり 1
極合極終ェ、下か、のな ο
工程反端上矢程いにしう21ド S 1 0 0 0 :デバイス 1 0 0に電界を印加した直後の様子を示す。 上部電化領分部転次極印がメな S ο 1 0 2の端部に強誘電体単結晶 1 0 1が分極反転した微細なド メイン 1極域櫛電ィ々が Βさし2 10 4が発生する。 ドメインが上部電極 1 0 2の端部に発生する のは、 電界反極れ形、にのがンよら 2 ίもっとも集中しているためである。 このドメイン 1 0 4の 自発分極によ発転分方電、、図る 0り11静電荷を " + " で示す。
領極生極ササ向も oo o 1
工程 S 1 1 0 0域反広イイ等のの 4し 2 ：： ドメイン 1 0 4は下部電極 1 0 3に達し、 ドメィン 1 0 6となる。 自発分が転方矢ェ、ががのとドド極が向き合う領域 1 0 5の静電エネルギーは高く、 不安定である。 したが接領程周下下印が、つっゥゥて、 領域 1 0 5がエネルギー的に安定になるた めには、 ドメイン 1 0 4合部域矢期電部た Aはイイ S、 電界の印加方向に垂直な方向 （すなわち、 電極面積の方向'） に成長す電界分電電印のンンし 11
るのではなく、 電界の印加方向に成長するこ とになる。 これは、 ドメイン得極集極極極方 A o o 1ドド 0 4が電極面積の方向に広がると、 静電 エネルギーが増大し、 より不安定反るがではの向中 o∞ 11となるためである。
。}方転生、がのあ oo o
ドメイン 1 0 4が下部電極 1 0 3領生大上お向ににじ 33り達し、 ドメイン 1 0 6になると、 ドメイン 1 0 6の静電エネルギー （静成述域へ電て、きによもと荷） は、 下部電極 1 0 3内を自 由に行き来する自由電子 （補償電荷） にす周ぴ生、のよさとくし 1って補償される （1 0 7 ) 。 これを自発分極の終端化という。 ドメイン成期分ェ間たにるじら o 1 0 6の自発分極が終端化さ 応長極程。べがのるよ 8
れると、 ドメイン 1 0 6は電極面積の方向に広がる （矢印 Aおよび矢印 B ) 。 これは、 ドメイン 1 0 6と、 強誘電体単詳す反。結強非てが Sじう
誘転速細サ生常て晶にる 1 0 1 との
1 境界部分 の結晶構造がエネルギー的に不安定であるためであ領。成電ィ、、ぃににる 1。 電界の印加状態 下においては、 エネルギー的な不安定さを解消するために、 分極反転が 電極面積方向に広がる （サイ ドウィンドという） 現象が域。短体上次電はさ oド生じる。
部れ界単、いいこゥ o 1
場結電ェでががのィる o
。繰程極結合晶、印ン8
加果上にとSり11ドド
部返、メなのはさ ool れ速上電ィ、るし021 。度部極生がのて隣ン o
本発明者らは、 短周期の分極反転領域を得るために、 サイ ドウィンド の発生の制御に着目した。 より詳細には、 本願発明者らは、 サイ ドウイ ンドの発生に寄与するドメインの静電荷の補償 （補償電荷） の制御に着 目し、 その制御方法を見出した。
次に、 本発明の原理を説明する。
図 2は、 本発明の第 1の手段または第 2の手段による分極反転制御方 法を示す図である。
デバイス 2 0 0は、 強誘電体単結晶 2 0 1と、 制御層 2 0 2と、 第 1 の電極 2 0 3と、第 2の電極 2 0 4 とを含む。強誘電体単結晶 2 0 1は、 1 8 0 °ドメインを有する任意の強誘電体単結晶であり得る。
制御層 2 0 2は、強誘電体単結晶 2 0 1の 1 8 0 °ドメインの分極方向 極が ο 5
ェがつは 7
に対程て、向として垂直な面 （第 1の面） に形成されている。 制御層 2 0 2と強誘 電体単結電、なき S晶 2 0 1 との関係は、 制御層 2 0 2の欠陥密度 D が、 強誘電 体単結晶領合界る 2 2 0 1の欠陥密度 D ferr。よりも大、 すなわち、 D ferr。< D e。ntlを満 たすか、 あ域。のる 1*いは、 制御層 2 0 2の格子点の秩序性が、 強誘電体単結晶 2 0 1の格子領点図印 ο 2の秩序性に比べて低いことを満たすようにする。
加域 ο ο 1
制御層 2 0 2は方、を 26- -例えば、 強誘電体単結晶 2 0 1に不純物元素を拡散 させることによって参作が向 οド製される不純物拡散層 （金属拡散層） 、 または、 強誘電体単結晶 2 0 1ェ照メ中 6 ίの L iを外拡散させることによって作製される 外拡散層であるか、 強誘ネすィ電のし体単結晶 2 0 1にイオンを注入することによ 静ルてなン
つて作製されるイオン注入層であり得る。
電ェわギ 2
前記金属拡散層および外拡散程層ェ一ち oは、 それぞれ、 母体の結晶格子におけ る幾何学的な乱れを生じない置換不ネ的、S 5純物、 および、 母体の結晶格子にお ける幾何学的な乱れを生じる空孔を有ル第はに 1する。 したがって、 強誘電体単結 晶 2 0 1に比べて、 制御層 2 0 2中に安制はギ 21このような欠陥 （置換不純物ま たは空孔） が多数存在することになる。 御金定の o属拡散および外拡散によって 制御層 2 0 2に生成されるこれら欠陥は、 母層電はに o体の結晶格子の平衡状態を 損なうことはないことに留意されたい。 つま極高でな 2り、 金属拡散および外拡散 によって制御層 2 0 2に生成される欠陥量は、 説有るく o 2限であり、 最大欠陥量 は、 母体の結晶格子の平衡状態を維持する程度まで、た明 o 2である。 この最大欠 陥量は、 母体の材料に依存している。 不にめ 4し
安達たかに
また、 前記イオン注入層は、 母体の結晶格子における幾定、ょしら何学的な乱れ 第 、でうド
を生じる、 空孔、 自己格子間原子および格子間不純物を有する状態から メにあ 1ド 完全な非晶質状態までを含み得る。 イオン注入層は、 母体の結ィ晶、のメる格子の 平衡状態が損なわれ得ることに留意されたい。 イオン注入を用い。電れィン自ば、 制御層 2 0 2の結晶格子を非平衡にすることが可能であるため、 強誘電 体単結晶 2 0 1の格子点の秩序性に対する、 制御層 2 0 2の格子点極発のンし 2秩 分た 2 序性の程度を任意に設定することができる。 o 2 第 1の電極 2 0 3は、 制御層 2 0 2上に形成された平面電極である。 第 2の電極 2 0 4は、 第 1の面に対向する第 2の面に形成された櫛形電 極等の周期電極である。 第 2の電極 2 0 4の面積は、 第 1の電極 2 0 3 の面積よりも小さければ、 第 1の電極 2 0 3およぴ第 2の電極 2 0 4の 形状は問わない。
次に、 各工程を説明する。
工程 S 2 0 0 0 :デバイス 2 0 0に電界を印加した直後の段階と ドメ ィン生成の様子を示す。 第 2の電極 2 0 4の端部に強誘電体単結晶 2 0 1が分極反転することによって微細なドメイン （分極反転領域） 2 0 5 が発生する。 このドメイン 2 0 5の自発分極による静電荷を " + " で示 す。 たのに罾るも 2
成低す第はこ ο 2
0 3長い、のると ο 2 1方向） に成長する
}格がのにを 2ド
抑子電、メょによ
制極ィ達点強ぅり
誘すに、のンし 2
機秩電たのぁる ο
能成後序体る 3 ί
すす長へ単い、
低結るなは向をを
た停有下晶、わか
止めすす強ちつ 2
制御層 2 0 2と強誘電体単で誘結す、てるる ο晶 2 0 1とが上述の関係を満たす場合、 空孔の存在による結晶格子の幾あ何成電かこる 1ド学的な乱れ、 または、 異種原子の存在 により物理的にドメインの成長が妨る長体、のメと ίげられる。 あるいは、 格子点の低い 秩序性による結晶格子の幾何学的な。乱欠すすィ単まにれにより物理的にドメインの成長 が妨げられる。 このことは、 制御層 2結た陥なンるよ 0 2においてドメインの成長 （成 長速度） が抑制される力 、 または、 停止す密晶のわはりドることを意味する。 欠陥密度 の大きさあるいは格子点の秩序性の大きさ成度が、、ちメ 2、 · ドメインの成長速度に影 響を及ぼすことが知られている。 該長ィ、よ o o
速制にンり 1ド
このように、 前記制御層 2 0 2によって、 第 1御度ののなメも 2電極 2 0 3に達する ドメイン 2 0 7が低減するカ または、 ドメイン 2格層ィ高をる 0 o 7の第 1の電極 2 0 3への到達が抑制されるので、 第 1の電極 2 0 3の子低。いン自 2 7由電子 （捕償電 荷） がドメイン 2 0 7の自発分極による静電荷を補償す欠点下のるのこ oのは困難とな る （2 0 8 ) 。 このことは、 ドメイン 2 0 7の自発分極が終成速れ陥のさ 2端化されに くくなるため、 ドメイン 2 0 7の電界の印加方向に対して垂直せ密秩長度がはな方向（す なわち、 電極面積の方向） への成長 （サイ ドウィンド） を抑制す序速度、はるドること を意味する。 性度制} 、メを
御制有ィ、をよ より詳細には、 制御層 2 0 2は完全な絶縁体ではないため、 第 1の電層す御まン oり 極 2 0 3からの自由電子 （補償電荷） は、 十分な時間をかけて制御層 2 0 2中を移動し、 ドメイン 2 0 7の自発分極による静電荷を補償し得る
(すなわち、 第 2の電極 2 0 4側から生成した分極反転領域が有する自 発分極は、制御層 2 0 2を介して第 1の電極 2 0 3側にて終端化される）。 例えば、 強誘電体単結晶 2 0 1が実質的に定比組成のニオブ酸リチウム
( S L N ) である場合、 自由電子が制御層 2 0 2を移動し、 ドメイン 2 0 7に達するには少なく とも 1 sの時間を要する。
つまり、 本発明によれば、 制御層 2 0 2をドメイン 2 0 7の自発分極 を補償する電極 （すなわち、 第 1の電極 2 0 3 ) 側に配置し、 強誘電体 単結晶 2 0 1の欠陥密度 D ferr。と制御層 2 0 2の欠陥密度 D c。nt lとの比、 あるいは、 強誘電体単結晶 2 0 1の格子点の秩序性と制御層 2 0 2の格 子点の秩序性との比の大きさを制御するだけでドメイン 2 0 7の静電荷 の補償に要する時間を制御することができる。 ドメイン 2 0 7のサイ.ド ウィンドの発生もまた制御され得る。 例えば、 3 ]^を用ぃて 1〜3 mの周期の分極反転領域を形成する場合であっても、 パルス電圧の印加 時間は少なくとも約 1 O m sを必要とするため、 従来の汎用のパルス電 源を用いることができる。 このパルス電圧の印加時間は、 制御可能な時 間範囲内であり、 かつ、 強誘電体単結晶 2 0 1の分極反転領域を安定化 するに十分な時間でもある。
工程 S 2 2 0 0 ：工程 S 2 0 0 0および工程 S 2 1 0 0を繰り返し生 じ、 第 1の電極 2 0 3と第 2の電極 2 0 4との間の強誘電体単結晶 2 0 1が分極反転し、 分極反転領域 2 0 9が生成した後、 電圧の印加を取り 去る。 この間の時間は、 工程 S 2 1 0 0で説明したように、 制御可能な 電圧印加時間内である。 図 1を参照して説明したように、 サイ ドウィン ドは、 矢印 Aの方向および矢印 Bの方向に生じる。
しかしながら、 矢印 Aの方向に生じるサイ ドウィンドの速度は、 矢印 Bの方向に生じるサイ ドウインドの速度に比べて著しく遅い。 これは電 界分布に起因する。 したがって、 生成した分極反転領域 2 0 9の断面積 は、 第 2の電極 2 0 4の面積よりも大きくなり得るが、 このことによる デパイスに及ぼす影響は、 何ら問題にならない程度である。
上述してきたように、 本発明によれば、 制御層 2 0 2を強誘電体単結 晶 2 0 1と第 1の電極 2 0 3との間に設ける （すなわち、 制御層 2 0 2 をドメインの自発分極の終端化側に設ける） ことによって、 制御可能な 電圧印加時間内に従来よりも短周期の分極反転領域を形成することがで きる。
強誘電体単結晶 2 0 1の欠陥密度 D f^。と制御層 2 0 2の.欠陥密度 D c。 ntlとの関係、 あるいは、 強誘電体単結晶 2 0 1の格子点の秩序性と制御 層 2 0 2の格子点の秩序性との関係を変化させることによって、 電圧印 加時間を変化させることができる。
すなわち、 金属拡散および外拡散の拡散量を増加させる、 あるいは、 多量のイオンを注入することによって、 分極反転領域を形成するに必要 な電圧印加時間はより長くなる。 金属拡散および外拡散の拡散量を低減 することによって、 あるいは、 少量のイオンを注入することによって、 分極反転領域を形成するに必要な電圧印加時間はより短くなる。
このような設定は、 分極反転領域の周期、 強誘電体単結晶の材料等に 応じて適宜設計され得る。 ただし、 強誘電体単結晶 2 0 1 と制御層 2 0 2とが上述の関係を満たす限り、 本発明の効果を得ることができるのは 言うまでもない。
本発明の方法は、強誘電体単結晶 2 0 1が 1 8 0 °ドメインを有する任 意の強誘電体に適用可能であるが、 強誘電体単結晶 2 0 1として S L N または S L Tを用いた場合には、 短周期、 かつ、 従来に比べて厚い分極 反転領域を形成することができる。
以下、 本発明の実施の形態を図面を参照して詳述する。 図中、 同様の 要素には同様の参照符号を付し、その説明を省略する。実施の形態では、 強誘電体単結晶として実質的に定比組成の-ォプ酸リチウム （S L N ) を用いた場合を説明するが、 強誘電体単結晶は、 これに限定されない。 例えば、 M g、 Z n、 I n、 および S cからなる群から選択される元素 を 0 . ：!〜 3 . 0 m o 1 %ドープした S L Nを用いてもよい。 S L Nは、 例えば、 特開 20◦ 0— 3445 9 5に記載される二重る つぼを使用したチヨクラルスキー法により作製される。 S LNの代わり に、 実質的に定比組成のタンタル酸リチウム （S LT) 、 または、 Mg、 Z n、 I n、 および S cからなる群から選択される元素を 0. 1〜3. 0 m o 1 %ドープした S L Tを採用しても同様の効果が得られる。 この 場合も、 例えば、 特開 2000— 3445 95に記載される二重るつぼ を使用したチヨクラルスキー法により作製される。
なお、 S LNにおいて、 実質的に 「定比組成である」 とは、 L i20/ (Nb 205+L i20) のモル分率が完全に 0. 50ではないものの、 コ ングルェント組成よりも化学量論比に近い組成 （L i 2OZ (N b2O5 + L i 20) のモル分率 = 0. 49 5〜 0. 5 ) を有しており、 そのことに 起因するデバイスの特性の低下が通常のデバイスの設計において問題に ならない程度であることをいう。
同様に、 S LTにおいて、 実質的に 「定比組成である」 とは、 L i 20 Z (T a 205+L i 2O) のモル分率が完全に 0. 50ではないものの、 コンダルェント組成よりも化学量論比に近い組成 （L i 20/ (T a 205 + L i 20) のモル分率 =0. 4 9 5〜0. 5) を有しており、 そのこと に起因するデバイスの特性の低下が通常のデバイスの設計において問題 にならない程度であることをいう。
本発明の第 1の手段による、 発明の実施の形態を示す。
〔実施の形態 1〕
( 企 拡散
図 3は、 本発明の実施の形態 1による分極反転領域を形成する工程を 示す図である。 工程ごとに説明する。
工程 S 3000 : S LN 300の第 1の面に金属層 30 1を形成する。 S LN 300の分極方向は z軸に平行であり、 1 80°単一ドメインを有 している。
S LN 300の厚さは、 3 mmである。 ただし、 この厚さに限定され ない。 ここで、第 1の面は、 S L N 300の分極方向に垂直な面であり、 例えば、 +Z面である。
金属層 30 1は、 通常の物理的気相成長法または化学的気相成長法に よって作製され得る。
金属層 3 0 1の材料は、 S LN 300の L iサイ トと置換し、 かつ、 L i と価数が異なる限り任意の金属が用いられ得る。
金属層 30 1の材料は、 好ましくは、 N b、 T a、 T i、 S i、 Mn、 Y、 W、 および、 Moからなる群から選択される。 金属層 30 1の厚さ は、 約 1 00〜： L 000 nmの範囲である。
工程 S 3 1 00 :金属層 30 1を有する S LN 300をァニールし、 制御層 302を形成する。 ァニールは、 還元雰囲気、 酸素雰囲気、 およ び、 真空雰囲気からなる群から選択される雰囲気中で、 約 300〜 1 0 00°Cの温度範囲で、 約 2〜40時間の間行われる。 29 液気電 mででののばはるさ 1
材極れ相電体。ェェ、、のであぁ
こ極約電程成程電料つあるのこ C 3りァニールによって、 金属層 3 0 1中の金属原子と S L N 3 0 0中 のし i ¾極長得金て原のにる S S o35 r子とが置換する。 金属原子の拡散距離は、 約 5 0 0〜2 0 0 0 n mであ。場属法で限もるる 40 o 33 3f.。 拡散した金属原子は、 S L N 3 0 0の表面層に欠陥 （この 場合、 置換層。図合第 \不定まはあよ 4 o 2 3純物） を生成する。
示第、でた、を.るさ o 5 o 31
この S L N 3せ。形物第れがのあはは o o o 20 0の表面層が、 制御層 3 0 2である。 なお、 ァニール 後、 過剰な金属層ず化成理電、、のなo 3り 1 ： ： 0 1をエッチングによって除去してもよい。
}す得極電制平学い的のこ n S
制御層 3 0 2の欠陥で極気御。密面電 m的のるる L3度の評価は、 例えば、 ラザフォード後方散乱分 光 （R B S ) によって行相。。材層気極あ第電でわ N o3れ得る。 これにより定量的に制御層 3 0 2の 欠陥密度および S L N 3 0成料つ¾相第あこ o 0 3 331の欠陥密度を測定することができる。 上述 の条件で金属拡散を行った場合て長成でののはにる4 02 o o、 制御層 3 0 2の欠陥密度 D e。ntlと、 S L N 3 0 0の欠陥密度 D ferr。とは、。長場電法ものの限、あ o 23関係 D ferr。く D c。ntlを満たすことを確認し 合極電周第定よ上法まのの Lり
た。
い材極得期第た、ににさ 23 i
。れ第第料のははるよ C o3 1
化電。の、なはつ o 32 11
極約溶第面学いて、ののの 4
厚。形例液電電的はに311
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相液電向ばは4さ 323 3.
形成極すれ体、のは、 ¾ o o
長約電電電、 m Tるる 4 33
極極金極第法でのを L o 5 a
材形属等あにで o 3 23 i
料成層 ~の図のはある Cよ o
周。示面す、でつはる 451
溶期せ物第て、のがあにる o 厚形例液ず第電 ¾ , o 2り- 極成得第}的ののえさこ n 2 第 2の電極 3 0 4の作製には、 ドライエッチングが用いられ得る。 第 2の電極 3 0 4が金属層の場合、 S L N 3 0 0の第 2の面に物理的気相 成長法または化学的気相成長法を用いて C rを適用する。
次に、 マスクとしてフォ トレジス トを適用する。 フォ トリソグラフィ 一技術によってフォ トレジストを所定の形状、 例えば、 周期パターンに パターユングする。 フォトレジストをパター-ングする形状は、 任意で あって、 周期パターンに限定されない。 次いで、 例えば、 反応性イオン エッチング （R I E ) 技術を用いて、 S L N 3 0 0の第 2の面をエッチ ングする。 その後、 フォトレジストを除去する。
これにより、 第 2の電極 3 0 4として周期的パターンを有する金属層 が得られる。 第 2の電極 3 0 4が液体電極の場合 （図示せず） 、 金属層 を形成することなく、フォトレジストを所定の形状にパターエングする。 その後、 第 2の電極 3 Q 4として液体電極が、 パターエングされたフォ トレジストおよび S L N 3 0 0に適用される。 工程 S 3 4 0 0 :第 2の電極 3 0 4から第 1の電極 3 0 3の方向に電 界を印加する。 印加すべき電界の大きさは、 S L N 3 0 0の抗電界の大 きさ （約 A k V /Zm m) 以上である。 電界の印加には、 例えば、 電界発 生器 3 0 5が用いられ得る。 電界発生器 3 0 5は、 ファンクションジェ ネレータ （図示せず） と電圧アンプ （図示せず） とを含む。 電界発生器 3 0 5は、 ファンクションジエネレータによって生成される任意のパル ス波形に応じた電界を発生し、 その発生した電界を S L N 3 0 0に印加 する。 電界発生器 3 0 5は、 上記の構成に限定されない。
工程 S 3 4 0 0において、 S L N 3 0 0に電界を印加すると、 第 2の 電極 3 0 4の端部に分極反転した微細なドメインが生成する。 生成した ドメインは、 電界の印加方向 （すなわち、 第 2の電極 3 0 4から第 1の 電極 3 0 3の方向） に成長する。 第 1の電極 3 0 3へ向かって成長する ドメインの成長速度は、制御層 3 0 2に達した後、低下する力、または、
0になる。
これは、 制御層 3 0 2の欠陥密度 D e。nUが S L N 3 0 0の欠陥密度 D fer r。に比べて大きいため、 ドメインの成長を抑制する （すなわち、 ドメイン の成長速度を低下させる） 、 または、 ドメインの成長を停止する （すな わち、 ドメインの成長速度を 0にする） ように機能するためである。 こ れにより、 ドメインの有する静電荷の補償 （自発分極の終端化） が抑制 され、 ドメインの電界の印加方向に対して垂直な方向への成長 （サイ ド ウィンド） も抑制される。
このように、 金属拡散によって制御層 3 0 2を作製する場合、 高価な 装置および複雑な装置を必要としないため非常に安価に作製することが できる。
なお、 工程 S 3 1 0 0において、 S L N 3 0 0の第 2の面側にァニー ルによる影響がないように、 第 2の面の保護膜として P t等の金属層を 形成し、 ァニール後にエッチングによって除去してもよい。 あるいは、 工程 S 3 1 0 0の前に、 工程 S 3 3 0 0を行って、 第 2の電極 3 0 4を 第 2の面の保護膜として用いてもよい。 また、 工程 S 3 4 0 0後に、 必 要ならば、 制御層 3 0 2、 第 1の電極 3 0 3およぴ第 2の電極 3 0 4を エッチングまたは化学的機械研磨 （C M P ) によって除去してもよい。
( 2 ) 外拡散
図 4は、 本発明の実施の形態 1によるさらなる分極反転を制御するェ 程を示す図である。 工程ごとに説明する。
ただし、 工程 S 4 1 0 0〜工程 S 4 3 0 0は、 図 3を参照して説明し た工程 S 3 2 0 0〜工程 S 3 4 0 0と同一であるため、説明を省略する。 工程 S 4 0 0 0 ： S L N 3 0 0をァニールし、 制御層 4 0 0を形成す る。 ァニールは、 還元雰囲気、 酸素雰囲気、 および、 真空雰囲気からな る群から選択される雰囲気中で、 約 8 0 0〜 1 1 0 0 °Cの温度範囲で、 約 1〜2 0時間の間行われる。外拡散の距離は、約 1〜 2 0 μ πιである。
このァニールによって、 S L N 3 0 0の表面層中の L i原子が結晶外 へと拡散する。 その結果、 S L N 3 0 0の表面層に欠陥 （この場合、 空 孔） が生成される
この S LN 3 0 0の表面層が、制御層 （外拡散層） 4 0 0である。 （ 1 ) で説明した金属拡散の場合と同様に、 外拡散による制御層 4 00の欠陥 密度の評価は、 例えば、 ラザフォード後方散乱分光 （RB S) によって 行われ得る。
上述の条件で外拡散を行った場合、 制御層 4 0 0の欠陥密度 De。„tlと、 S LN 3 0 0の欠陥密度 Dferr。とは、 関係 Dferr。く Dc。„tlを満たすことを確 n した。
工程 S 4 1 0 0 :制御層 4 0 0上に第 1の電極 3 0 3を形成する。 工程 S 42 0 0 ： S LN 3 00の第 1の面に対向する第 2の面に第 2 の電極 3 04を形成する。
工程 S 4 3 0 0 ：第 2の電極 3 04力ゝら第 1の電極 3 0 3の方向に電 界を印加する。 外拡散をした場合、 ドメインの自発分極が終端化され、 サイ ドウインドが生じるまでに約 7 sを要することが確認された。
外拡散の場合も、 制御層 4 0 0は、 制御層 3 0 2と同様にして、 ドメ インの静電荷の補償 （自発分極の終端化） を抑制し、 サイ ドウィンドの 発生を制御する。 外拡散の場合、 ァニールすればよいだけなので、 金属 拡散の場合に比べて操作が簡便である点がよい。
なお、 工程 S 40 0 0において、 S LN 3 0 0の第 2の面側もァニー ルによって外拡散が生じないように、 第 2の面の保護膜として S i O2等 の酸化物層を形成し、ァニール後にエッチングによって除去してもよい。 あるいは、 工程 S 4 0 0 0の前に、 工程 S 4 20 0を行って、 第 2の電 極 3 04を第 2の面の保護膜として用いてもよい。
また、 工程 S 4 3 0 0後に、 必要ならば、 制御層 40 0、 第 1の電極 3 0 3およぴ第 2の電極 3 04をエッチングまたは化学的機械研磨 （C MP) によって除去してもよい。
上述してきたように、 実施の形態 1によれば、 強誘電体単結晶 3 00 と第 1の電極 3 0 3との間に制御層 3 0 2および 40 0を設ける。
制御層 3 0 2および 4 0 0の欠陥密度 D。。„tlと強誘電体単結晶 3 0 0 の欠陥密度 Dferr。とは、 関係 Dferr。< Dc。ntlを満たす。
これにより、 第 2の電極 3 04力 ら第 1の電極 3 0 3へと向かう ドメ ィンは、 制御層 3 0 2および 400に存在する欠陥によって、 成長速度 が低下するか、 または、 0になる。
その結果、 ドメインの自発分極の終端化が抑制されるので、 ドメイン の電界の印加方向に対して垂直な方向への成長もまた抑制される。 短周期の分極反転領域を形成する場合であっても、 従来よりも長時間 電圧を S LN 3 00に印加することが必要とされる。 したがって、 高価 な装置を用いることなく、 従来の装置を用いて分極反転領域のさらなる Mす得法サの
厚ェィにるる n
短周。程。期、ょさト化が可能である
金金 Yはつ Sと
また、 属、属置て第、 5 1の電極 303側においてドメインの成長を制御しているの で、 第 1の約 W層換層作電 1極 30 3側の分極反転領域の周期性が乱れることはない。 つまり、 本発製、明 oし155の方法は、 強誘電体単結晶 300の厚さに関わらず適用 することができお、る〇さ o o o。
れか oよ 11 ：
特に、 強誘電体単 ~得つぴ結マのは晶 300として低い抗電界の S LNまたは S LT を用いた場合には、 厚材ス、、、いる1分極反転構造が得られるので、 高出力用の光波 長変換素子を製造するこ通。料 MとクLlができる。
金常は o 5 o i
〔実施の形態 2〕 属、かの oと o
(1) 金属拡散 層価好物 nら o
図 5は、 本発明の実施の形態 2 m理数ぉまなに 5よる分極反転を制御する工程を示す 図である。 工程ごとに説明する。 図の的がるよし o 5は、 例えば、 図 3の工程 S 3 20 0から始まる。 範気群異びく 1
囲相第のはかな
工程 S 5 000 ：第 1の面に対向する第で材成、るら 22の面にマスク 500として フォ トレジス トを提供する。 次いで、 選限 Nの
フォ トあ長料リソグラフィー技術によつ てフォトレジス トを所定の形状、 例えば、 周期る択面法パは bりターンにパターユング する。 フォ トレジス 卜をパターニングする形状は任、、、まにさ仕葸であつて、 周一期 パターンに限定されない。 意金れた T S
属のはる L a
層化金。、 N 成 属金学 T 53 長 属的が o o i 気用層、 o 1 れ 相のいを S 5 形成 Lら o i 工程 S 5 200 :金属層 50 1を有する S LN 300をァニールし、 その後、 マスク 500を除去し、 さらなる制御層 502を形成する。 ァ ニールは、 還元雰囲気、 酸素雰囲気、 および、 真空雰囲気からなる群か ら選択される雰囲気中で、 約 300〜 1 000°Cの温度範囲で、 約 2〜
40時間の間行われる。 このァニールによって、 金属層 50 1中の金属 原子と S LN 300の領域 503中の L i原子とが置換する。 金属原子 の拡散距離は、約 500〜 2000 0 η mである。拡散した金属原子は、 S LN 300の領域503 (第 1の領域） の表面層に欠陥 （この場合、 置換不純物） を生成する。
このようにしてさらなる制御層 502が形成される。 さらなる制御層
50 2は、 金属原子が拡散された領域 50 3 (第 1の領域） と、 金属原 子が拡散されていない領域 504 (第 2の領域） とを含む。
これら領域 503と領域 504とは、 交互に周期的に並ぴ得る。 領域 503の欠陥密度の評価は、 例えば、 ラザフォード後方散乱分光 （RB S) によって行われ得る。 上述の条件で金属拡散を行った場合、 領域 5 03の欠陥密度 Dc。nt2と、 領域 504の欠陥密度 Dferr。とは、 関係 Dferr。< Dc。nt2を満たすことを確認した。 領域 5 0 4の欠陥密度は、 S L N 3 0 0の欠陥密度 D ferr。に等しいこと に留意されたい。マスク 5 0 0は、エッチングにより除去される。 なお、 ァニール後、 マスク 5 0 0とともに、 過剰な金属層 5 0 1をエッチング によって除去してもよい。
工程 S 5 3 0 0 ： さらなる制御層 5 0 2上に第 2の電極 5 0 5を形成 する。 第 2の電極 5 0 5は平面電極であり得る。 第 2の電極 5 0 5は、 物理的気相成長法または化学的気相成長法によって形成される金属層で あり得る。
この場合、 第 2の電極 5 0 5の材料は、 例えば、 C rであるが、 この 材料に限定されない。 第 2の電極 5 0 5の厚さは、 約 5 0〜5 0 0 n m である。 第 2の電極 5 0 5は、 L i C 1溶液の液体電極 （図示せず） で あってもよレヽ。
実施の形態 1とは異なり、 第 2の電極 5 0 5を周期状にパターニング する必要はない。 これは、 第 2の電極.5 0 5は、 さらなる制御層 5 0 2 における領域 5 0 3 (イオンが注入されている領域） と協働して、 周期 的なパターン電極（すなわち、領域 5 0 6 ) として機能するためである。 工程 S 5 4 0 0 ：第 2の電極 5 0 5力ゝら第 1の電極 3 0 3の方向に電 界発生器 3 0 5を用いて電界を印加する。 工程 S 5 4 0 0は、 実施の形 態 1で図 3を参照して説明した工程 S 3 4 0 0と同様であるため説明を 省略する。
ただし、 第 2の電極 5 0 5は全面電極であるため、 図 3に示される周 期状の第 2の電極 3 0 4のように個々に電界を印加するための配線を必 要としないため、 簡便である。
工程 S 5 4 0 0において、 S L N 3 0 0に電界を印加すると、 第 2の 電極 5 0 5のうち領域 5 0 6の端部に分極反転した微細なドメインが生 成する。 生成したドメインは、 電界の印加方向 （すなわち、 第 2の電極 5 0 5力ゝら第 1の電極 3 0 3の方向） に成長する。 第 1の電極 3 0 3へ 向かって成長する ドメインの成長速度は、 制御層 3 0 2に達した後、 低 下するか、 または、 0になる。
これは、 制御層 3 0 2の欠陥密度 D。。nt lが S L N 3 0 0の欠陥密度 D fer r。に比べて大きいため、 ドメインの成長を抑制する （すなわち、 ドメイン の成長速度を低下させる） 、 または、 ドメインの成長を停止する （すな わち、 ドメインの成長速度を 0にする） ように機能するためである。 これにより、 ドメインの有する静電荷の補償 （ドメインの自発分極の 終端化） が抑制され、 ドメインの電界の印加方向に対して垂直な方向へ の成長 （サイ ドウィンド） も抑制される。
実施の形態 1 とは異なり、 実施の形態 2では、 さらなる制御層 5 0 2 が S L N 3 0 0の第 2の面側に形成されている。
これにより、 図 2を参照して説明した、 矢印 A (図 2 ) の方向へのサ 程ェる ο (
。程図、を 2
イ ド }示ェ図 S 6ウィンドを抑制することができる。 これは、 さらなる制御層 5 0 2 の領域外程すは 655 0 3の欠陥密度 D e。nt2が、領域 5 0 3以外の S L N 3 0 0の欠陥 密度 D ferr拡、は図。 S 3よりも大きいためである。 さらなる制御層 5 0 2の領域 5 0 3 へのドメイ散本、でン 6οの成長は、 領域 5 0 3中の欠陥の存在によって、 物理的に 抑制される。 例発あ ο 2
おえ明る ο
この結果、 第 2。ばののよο電極 5 0 5の領域 5 0 6の面積と同じ断面積の分極 、実ぉぴェ
反転領域を有する周期分極反転構造が得られるので、 より高精度に制御 施程図ェよ
された周期分極反転構造を製造することができる。
程びの 4ご
さらなる制御層 5 0 2の形の機ェと S能は、 欠陥の存在によって物理的にドメイ ンの成長 （サイ ドウィンド） ェ程態にを 5停止することである。 したがって、 さら なる制御層 5 0 2の欠陥密度が程大説 4 S 2きいほど望ましい。
明 Sに 6 o
上述の説明では、 図 3の工程 S 3す 4よ ο 3
2 0 0から始めたが、 図 3の工程 S 3 3 0 0後に、 第 2の電極 3 0 4 (図るる 1と ο 3 ) をマスク 5 0 0として、 金属 。同 οさο
拡散を行ってもよい。
一図は οら
この場合、 第 2の電極 3 0 4をエッチングか等、でな 6によって除去する必要が ないため、 操作が簡便である。 ただし、 この場合図らにあるには、 第 2の電極 3 0 4の材料は、 ァニールによって S L N 3 0 0に拡始分散おる 5されない元素でなけ ま極いのた
ればならない。
る反ェてめ
程転、、
なお、 工程 S 5 4 0 0後に、 必要ならば、 制御層 3 0 2、 第 1の電極 3 0 3、 さらなる制御層 5 0 2、 および、 第 2の電極 5 0説ェを S 5をエツチン グまたは化学的機械研磨 （C M P ) によって除去してもよい。程制明 5
御を S ο す ¾ ο 61 略る ο ο すェ、 o
工程 S 6 0 0 0 ：第 1の面に対向する第 2の面にマスク 5 0 0として フォ トレジストを提供する。
工程 S 6 1 0 0 : マスク 5 0 0を介して第 2の面をァニールし、 その 後、 マスク 5 0 0を除去し、 さらなる制御層 6 0 0を形成する。
ァニールは、 還元雰囲気、 酸素雰囲気、 および、 真空雰囲気からなる 群から選択される雰囲気中で、 約 8 0 0〜 1 1 0 0 °Cの温度範囲で、 約 1〜 2 0時間の間行われる。
このァニールによって、 S L N 3 0 0の領域6 0 1 (第 1の領域） 中 の L i原子が結晶外へと拡散する。 外拡散の距離は、 約 1〜2 0 111で ある。 その結果、 S L N 3 0 0の領域 6 0 1に欠陥 （この場合、 空孔） が生成される。 . このようにしてさらなる制御層 6 0 0が形成される。
さらなる制御層 6 00は、 L i原子が外拡散された領域 6 0 1 (第 1 の領域） と、 L i原子が外拡散されていない領域 6 0 2 (第 2の領域） とを含む。 これら領域 6 0 1と領域 6 0 2とは、 交互に周期的に並び得 る。
金属拡散の場合と同様に、 外拡散による領域 6 0 1の欠陥密度の評価 は、例えば、 ラザフォード後方散乱分光 （RB S) によって行われ得る。 上述の条件で外拡散を行った場合、 領域 6 0 1の欠陥密度 D。。nt2と、 領域 6 0 2の欠陥密度 Dferr。とは、 関係 Dferr。く Dc。„t2を滴たすことを確認した。 領域 6 0 2の欠陥密度は、 S LN 3 0 0の欠陥密度 Dferr。に等しいこと に留意されたい。 マスク 5 00は、 エッチングにより除去される。
工程 S 6 20 0 ： さらなる制御層 6 00上に第 2の電極 50 5を形成 する。
工程 S 6 3 0 0 ：第 2の電極 5 0 5力ゝら第 1の電極 3 0 3の方向に電 界発生器 3 0 5を用いて電界を印加する。
外拡散によって形成されたさらなる制御層 6 0 0も、 さらなる制御層 5 0 2 (図 5) と同様にして、 ドメインの矢印 A (図 2) 方向への成長 (サイ ドウィンド） を抑制するように機能するため、 より高精度に制御 された周期分極反転構造を製造することができる。
上述の説明では、 図 4の工程 S 4 1 00から始めたが、 図 4の工程 S 4 2 0 0後に、 第 2.の電極 3 04 (図 4) をマスクとして、 外拡散を行 つてもよい。
この場合、 第 2の電極 3 0 をエッチング等によって除去する必要が ないため、 操作が簡便である。 ただし、 この場合には、 第 2の電極 3 0 4の材料は、 ァニールによって S L N 3 0 0に拡散されない元素でなけ ればならない。
なお、 工程 S 6 3 0 0後に、 必要ならば、 制御層 4 00、 第 1の電極 3 0 3、 さらなる制御層 6 0 0、 および、 第 2の電極 5 0 5をエツチン グまたは化学的機械研磨 （CMP) によって除去してもよい。
上述してきたように、 実施の形態 2によれば、 強誘電体単結晶 3 0 0 と第 2の電極 5 0 5との間にさらなる制御層 5 0 2および 6 00を設け る。
さらなる制御層 5 0 2および 6 0 0は、 金属が拡散された、 または、 L iが外拡散された第 1の領域 5 0 3および 6 0 1と、 金属が拡散され ていない、 または、 L iが外拡散されていない （すなわち、 強誘電体単 結晶 3 0 0と同じ） 第 2の領域 5 04および 6 0 2とを有する。
第 1の領域 5 0 3および 6 0 1の欠陥密度 De。nt2と第 2の領域 5 04 および 6 02の欠陥密度 Dferr。とは、 関係 Dferr。く Dc。nt2を満たす。 これに より、 第 1の領域 5 0 3および 6 0 1へのドメインの成長は、 内部に存 在する欠陥 （置換不純物または空孔） によって物理的に抑制される。 第 1の電極 3 0 3側においてドメィンの成長を制御するだけでなく、 第 2の電極 5 0 5側においてもドメインの成長を制御するので、 実施の 形態 1に比べて、 より高精度に制御された分極反転構造を製造すること ができる。
なお、 実施の形態 2では、 さらなる制御層 5 0 2および 6 0 0と、 制 御層 3 0 2および 4 0 0とが、 同じ製造方法による組み合わせとなる例 を示してきた。
しかしながら、 本発明は、 これに限らない。 例えば、 制御層を金属拡 散によって製造し、 さらなる制御層を外拡散によって製造してもよい。 あるいは、 制御層を外拡散によって製造し、 さらなる制御層を金属拡散 によって拡散してもよい。 制御層の製造方法と、 さらなる制御層の製造 方法の組み合わせは、 任意である。
〔実施の形態 3〕
図 7は、 本発明の実施の形態 3による光波長変換素子ケ 0 0を用いた 光波長変換システムを示す図である。
光波長変換システムは、 光波長変換素子 7 0 0と、 光源 7 0 1と、 集 光光学系 7 0 2と含む。 光波長変換素子 7 0 0は、 実施の形態 1または 2に記載される方法を用いて製造され得る。
光波長変換素子 7 0 0は、 例えば、 実質的に定比糸且成のェォブ酸リチ ゥム （S L N ) 3 0 0から製造され得る。 光波長変換素子 7 0 0は、 1 8 0 °ドメインを有する任意の強誘電体単結晶から製造され得る。
S L N 3 0 0は、 周期的な分極反転領域 7 0 3を有する。 分極反転領 域の周期は、 約 1〜 3 μ mの範囲である。 S L N 3 0 0は、 制御層 3 0 2または 4 0 0を有する。
光源 7 0 1は、 例えば、 半導体レーザであり得るが、 これに限定され ない。 光源 7 0 1は、 コヒーレントである限り、 任意の光源を用いるこ とができる。 光源 7 0 1は、 例えば、 波長 7 8 0 n mの光を発する。 集光光学系 7 0 2は、 光 7 0 1が発する光を集光し、 光波長変換素子 7 0 0に入射させるように機能する任意の光学系であり得る。
このような光波長変換システムの動作を説明する。 光源 7 0 1が発す る光は、 集光光学系 7 0 2を介して光波長変換素子 7 0 0に入射する。 この光を基本波と呼ぶ。
分極反転領域 7 0 3は、 光源 7 0 1の光 （基本波） の導波方向に周期 的に繰り返されている。この'ような周期的な分極反転領域 7 0 3により、 基本波とその第 2高調波とが位相整合 （擬似位相整合） する。
このようにして、 基本波は、 光波長変換素子 7 0 0を伝播する間に波 長 3 9 0 nmの第 2高調波に変換される。 なお、 光波長変換素子 7 0 0 の基本波の入射面と出射面とに反射膜を設けて、 光波長変換素子 70 0 を共振器として機能させてもよい。
次に、 本発明の第 2の手段による、 発明の実施の形態を示す。
〔実施の形態 4〕
図 8は、 本発明の実施の形態 4による分極反転領域を形成する工程を 示す図である。 工程ごとに説明する。
工程 S 8 00 0 ： S LN 3 0 0の第 1の面にイオンを注入し、 制御層 80 1を形成する。 S L N 3 0 0の分極方向は z軸に平行であり、 1 8 0°単一ドメインを有している。 S LN 3 0 0の厚さは、 3 mmである。 ただし、 この厚さに限定されない。 ここで、 第 1の面は、 分極方向に垂 直な面であり、 +Z面である。
S LN 3 0 0に注入されるイオンは、 希ガスイオンまたは金属イオン であり得、 より好ましくは、 H e、 N e、 A r、 Z n、 N bおよび Mn であり得る。 イオンの注入には、 例えば、 荷電粒子応用特殊実験装置が 用いられ得る。 注入エネルギーは約 1 0 0 K e V〜 2M e Vであり、 注 入ィオン量は約 l X 1 010〜8 X 1 01 6 c m— 2の範囲であり、注入深さ は約 0. l〜5 /_t mの範囲である。 上記のイオン注入の条件は、 例示に 過ぎず、 制御層 8 0 1の格子点の秩序性に応じて、 変更され得ることに 留意されたい。
注入されたイオンは、 S LN 3 0 0の表面層に欠陥（この場合、空孔、 自己格子間原子および格子間不純物） を生成する。 生成された欠陥は、 S LN 3 0 0の表面層に蓄積され、 最終的には、 S LN 3 0 0の表面層 を非晶質化し得る。 これにより制御層 （イオン注入層） 8 0 1が形成さ れる。
S LN 3 0 0および制御層 8 0 1の格子点の秩序性の評価は、例えば、 X線回折 （XRD) によって行われ得る。
制御層 8 0 1の格子点の秩序性が S LN 3 0 0よりも低い場合には、 X線回折のピークの半値幅が大きくなる。 制御層 8 0 1が完全な非晶質 である場合には、 ピークが生じない。
上述の条件でイオン注入を行った場合、 制御層 8 0 1の X線回折には ピークが生じなかった。 制御層 80 1は非晶質であり、 S LN 3 0 0に 比べて格子点の秩序性は明らかに低いことを確認した。
ただし、 S L N 3 0 0と制御層 8 0 1 との関係は、 制御層 80 1の格 子点の秩序性が、 S LN 3 0 0の格子点の秩序性に比べて低い限りは、 制御層 8 0 1は結晶質であるか、 非晶質であるかは問わない。
通常、 イオン注入は、 最表面ではなく最表面から所定の距離に行われ る。 このため、 最表面においては S LN 3 00の結晶構造は影響を受け ない。 しかしながら、 説明を簡単にするために、 図面において、 制御層 8 0 1は、 最表面を含むものとして記載していることに留意されたい。 相料つのあこ
成第電てェのにる o
極長。場程限も 23
合法第定ののよ S 8
工程 S 8 1 0 0 :制御層 8 0 1上に第 1の電極 8 0 2を形成する。
周い電、まさ 02 8
第 1の電極 8 0 2は、 平面電極であり得る。 第 1の電極 8 0 2は、 物 。極期れ第たの3 2
理的気相成長電はなを法は 82 oまたは化学的気相成長法によって形成される金属層であ り得る。 この場合形極化い、の o o、第 1の電極 8 0 2の材料は、例えば、 T aであるが、 この材料に限定さ成約。学電れ 極 8 0 2の
3 ： ない。 第 1の電 厚さは、 約 5 0〜 5 0 0 n mである。 第 1の電す極第的は o S 1極 8 0 2は、 L i C 1溶液の液体電極 （図示せず） であってもよレヽ。 気、 ~る L 382
。櫛相のは N o 3
形成、 ½■ ¾ 3 3
長極電 mの L o
極材法で oo oi
料等にのあC O
第のはるよ 31
溶周。、のつ 1
厚期液第例ての
形電面のえさ 2
極成液のばはに
体対電、で、さ
第 2の電極 8 0 3の作製には、 ドライエッチン約極れ電グあ向 Cが用いられ得る。 第
2の電極 8 0 3が金属層の場合、 S L N 3 0 0の第する 285り Γの面に物理的気相 成長法または化学的気相成長法を用いて C rを適用する金得でる o o ί。
属第 ~図ぁる 3
次に、 マスクとしてフォ トレジス トを適用する。 フォト。示は罾るリ 5 2ソグラフィ 一技術によってフォトレジス トを所定の形状、 例えば、 周期パせ第、でがの oターンに パターニングする。 フォ トレジス トをパターニングする形状は、物ず面、あ o 2任意で あって、 周期パターンに限定されない。 次いで、 例えば、 反応性イ}理のにこ nりオン エッチング （R I E ) 技術を用いて、 S L N 3 0 0の第 2の面をエ得電 mで第的のッチ ングする。 その後、 フォトレジストを除去する。 これにより、 第 2の電材極気である 2 極 8 0 3として周期的パターンを有する金属層が得られる。
第 2の電極 8 0 3が液体電極の場合 （図示せず） 、 金属層を形成する ことなく、 フォトレジス トを所定の形状にパターニングする。 その後、 第 2の電極 8 0 3として液体電極が、 パターニングされたフォトレジス トおよび S L N 3 0 0に適用される。
工程 S 8 3 0 0 ：第 1の電極 8 0 2と第 2の電極 8 0 3との間に電界 を印加する。 印加すべき電界の大きさは、 S L N 3 0 0の抗電界の大き さ （約 4 k VZmm) 以上である。 電界の印加には、 例えば、 電界発生 器 8 0 4が用いられ得る。 電界発生器 8 0 4は、 ファンクションジエネ レータ （図示せず） と電圧アンプ （図示せず） とを含む。 電界発生器 8 0 4は、 ファンクションジエネレータによって生成される任意のパルス 波形に応じた電界を発生し、 その発生した電界を S L N 3 0 0に印加す る。 電界発生器 8 0 4は、 上記の構成に限定されない。
工程 S 8 3 0 0において、 S L N 3 0 0に電界を印加すると、 第 2の 電極 8 0 3の端部に分極反転した微細なドメインが生成する。 生成した ドメインは、 電界の印加方向 （すなわち、 第 2の電極 8 0 3から第 1の 電極 8 0 2の方向） に成長する。 第 1の電極 8 0 2へ向かって成長する ドメインの成長速度は、制御層 8 0 1に達した後、低下するか、または、 0になる。 これは、 制御層 8 0 1の格子点の秩序性が S L N 3 0 0に比 ベて低いため、 ドメインの成長を抑制する （すなわち、 ドメインの成長 速度を低下させる） 、 または、 ドメインの成長を停止する （すなわち、 ドメィンの成長速度を 0にする） ように機能するためである。
これにより、 ドメインの有する静電荷の補償 （ドメインの自発分極の 終端化） が抑制され、 ドメインの電界の印加方向に対して垂直な方向へ の成長 （サイ ドウィンド） も抑制される。
イオン注入をした場合では、 ドメインの自発分極が終端化され、 サイ ドウインドが生じるまでに約 1 2 sを要することが確認された。 したが つて、 制御層 8 0 1の格子点の秩序性の程度に応じて、 電界発生器 8 0 4による S L N 3 0 0に電界を印加する時間を制御するだけで、 短周期 の分極反転領域を得ることができる。
なお、 工程 S 8 3 0 0後に、 必要ならば、 制御層 8 0 1、 第 1の電極 8 0 2およぴ第 2の電極 8 0 3をエッチングまたは化学的機械研磨 （C M P ) によって除去してもよい。
上述してきたように、 実施の形態 4によれば、 制御層 8 0 1は、 ドメ ィンの自発分極が終端化される、 強誘電体単結晶 3 0 0と第 1の電極 8 0 2との間に設けられ、 制御層 8 0 1と強誘電体単結晶 3 0 0との関係 は、 制御層 8 0 1の格子点の秩序性が、 強誘電体単結晶 3 0 0の格子点 の秩序性に比べて低いことを満たす。
これにより、 第 2の電極 8 0 3力 ら第 1の電極 8 0 2へと向かう ドメ ィンは、制御層 8 0 1の格子点の乱れによって、成長速度が低下するか、 または、 0になる。 その結果、 ドメインの自発分極の終端化が抑制され るので、 ドメインの電界の印加方向に対して垂直な方向への成長もまた 抑制される。
短周期の分極反転領域を形成する場合であっても、 従来よりも長時間 電圧を S L N 3 0 0に印加することが必要とされる。 したがって、 高価 な装置を用いることなく、 従来の装置を用いて分極反転領域のさらなる 短周期化が可能である。 また、 第 1の'電極 8 0 2側においてドメインの 成長を制御しているので、 第 1の電極 8 0 2側の分極反転領域の周期性 が乱れることはない。
つまり、 本発明の方法は、 強誘電体単結晶 3 0 0の厚さに関わらず適 用することができる。 特に、 強誘電体単結晶 3 0 0として低い抗電界の S L Nまたは S L Tを用いた場合には、 厚い分極反転領域が得られるの で、 高出力用の光波長変換素子を製造することができる。
〔実施の形態 5〕
図 9は、 本発明の実施の形態 5による分極反転領域を形成する工程を 示す図である。 工程ごとに説明する。 図 9は、 例えば、 図 8の工程 S 8 1 0 0から始まる。 工程 S 9 00 0 ：第 1の面に対向する第 2の面にマスク 940として フォ トレジス トを提供する。 次いで、 フォ トリソグラフィ一技術によつ てフォ トレジス トを所定の形状、 例えば、 周期パターンにパターユング する。 フォ トレジス トをパターユングする形状は、 任意であって、 周期 パターンに限定されない。
工程 S 9 1 0 0 ：マスク 940を介して、 S LN 3 0 0の第 2の面に イオンを注入し、 その後、 マスク 9 4 0を除去し、 さらなる制御層 9 0 1を形成する。 S L N 3 0 0に注入されるイオンは、 希ガスイオンまた は金属イオンであり得、 より好ましくは、 H e、 N e、 A r、 Z n、 N bおよび Mnであり得る。 イオンの注入には、 例えば、 荷電粒子応用特 殊実験装置が用いられ得る。 注入エネルギーは約 1 0 0 K e V〜2Me Vであり、注入イオン量は約 1 X 1 01°〜8 X 1 016 C m—2の範囲であ り、 注入深さは約 0. 1〜5 μ πιの範囲である。 上記のイオン注入の条 件は、例示に過ぎず、さらなる制御層 9 0 1の格子点の秩序性に応じて、 変更され得ることに留意されたい。
注入されたイオンは、 S LN 30 0の表面層の領域 9 0 2に欠陥 （こ の場合、 空孔、 自己格子間原子おょぴ格子間不純物） を生成する。
生成された欠陥は、 領域 9 0 2に蓄積され、 最終的には、 S LN 3 0 0の領域 9 0 2 (第 1の領域） を非晶質化し得る。
イオン注入の条件は、 領域 9 0 2の格子点の秩序性に応じて、 変更さ れ得る。 マスク 94 0は、 エッチングにより除去される。 これによりさ らなる制御層 9 0 1が形成される。
さらなる制御層 9 0 1は、 イオン注入された領域 9 0 2 (第 1の領域） と、 イオン注入されていない領域 9 0 3 (第 2の領域） とを含む。 これ ら領域 9 0 2と領域 9 0 3とは、 交互に周期的に並ぴ得る。
領域 9 0 2および領域 9 0 3の格子点の秩序性の評価は、 例えば、 X 線回折 （XRD) によって行われ得る。 上述の条件でイオン注入を行つ た場合、 領域 9 0 2の X線回折にはピークが生じず、 領域 9 0 2は非晶 質であった。 一方、 領域 9 0 3は S LN 3 00を示す回折ピークが生じ た。 領域 9 0 2の格子点の秩序性が領域 9 0 3の格子点の秩序性に比べ て低いことを確認した。 当然のことながら、 領域 9 0 3の回折ピークの 半値幅と S LN 3 0 0の回折ピークの半値幅とは等しいことに留意され たい。 ただし、 領域 9 0 2と領域 9 0 3との関係は、 領域 9 0 2の格子 点の秩序性が、 領域 9 0 3の格子点の秩序性に比べて低いことを満たす 限り、 領域 9 0 2が結晶であるか、 非晶質であるかは問わない。
なお、 通常、 イオン注入は、 最表面ではなく最表面から所定の距離に 行われる。 このため、 最表面においては S LN 3 0 0の結晶構造は影響 を受けない。 しかしながら、 説明を簡単にするために、 図面において、 さらなる制御層 9 0 1は、 領域 9 0 2の最表面を含むものとして記載し ていることに留意されたい。
工程 S 9 2 0 0 ： さらなる制御層 9 0 1上に第 2の電極 9.04を形成 極極簡周域す体てた物がをあさ ο
機便期ェ }ェ印理電 ~、るら89り
加能程程で極状得 。的なこと οο 5
すす協あ気第のにるる S 4 Sο 3 ί
働材パ制。相はのるる図る 8 o 9 2
ο ο御た全成料示タのこ nし 3 3
層面せ 1めェ長 m電てのに ο οう
で程電極場ず法二、にで限 ο ο 9，
極個周あ合}定あまンと S ο 9 ：
期第でる同々、でたグるさ 9 ο 1
。様。すれ第的あににあは 3 4 1
電で化実おのななつるはる ο 2
施必界パ電た平学いのてあけ ο
極要電。面のはめ的をタるるも
領極形第一印気、た、電はよ 8
加域実極相態い図なめン ο 92
施説成。す電いでの4 ο 289
。極長第電明のにるあとと 4ο
極形示第法たのはをこ 22りί
省材異れす態得のめにさ 29
工程 S 9 3 0 0において、 S L N 3 0 0にれ電料略ィ電なののはなるよ 4 o界を印加すると、 第 2の 電極 9 0 4のうち領域 9 0 5の端部に分極反転す配極電 。ォで、ゎはるつし 4りた微細なドメイン （分 極反転領域） が生成する。 極周線第図第、、てはちるン 9
。期例第形が、、を 8o 2 9 2
生成したドメインは、 電界の印加方向 （すなわち、 第領状必注た成のをのえ L 4 ο 2 2の電極 9 0 4 から第 1の電極 8 0 2の方向） に成長する。 域要入参電だの電ののば 4さ i
第 1の電極 8 0 2へ向かって成長するドメインの成長速度極第厚照極れ電、とcさとし 9は、 制御層 8 0 1に達した後、 低下するか、 または、 0になる。 これは、れ、のる cさしし o29 91制御層 8 0 1の格子点の秩序性が S L N 3 0 0に比べて低いため、 ドメィ第溶金のて間てなは05 o 9 rンの成 長を抑制する （すなわち、 ドメインの成長速度を低下させる） 、 また説上，'属液いいで、に）420 4は、 ドメインの成長を停止する （すなわち、 ドメインの成長速度を 0にす部約電た層明のはのはある 4とる） ように機能するためである。 領界電電液、め 、でをるしし 5 これにより、 ドメインの有する静電荷の補償 （ドメインの自発分極の 終端化） が抑制され、 ドメインの電界の印加方向に対して垂直な方向へ の成長 （サイ ドウィンド） も抑制される。
実施の形態 4とは異なり、 実施の形態 5では、 さらなる制御層 9 0 1 が第 2の面側に形成されている。これにより、図 2を参照して説明した、 矢印 A (図 2 ) の方向へのサイ ドウィンドを抑制することができる。
これは、 さらなる制御層 9 0 1の領域 9 0 2の格子点の秩序性が、 領 域 9 0 3の格子点の秩序性よりも低いためである。 さらなる制御層 9 0 1の領域 9 0 2へのドメインの成長は、 領域 9 0 2中の格子点の乱れに よって、 物理的に抑制される。 この結果、 第 2の電極 9 0 4の領域 9 0 5の面積と同じ断面積の分極反転領域が得られるので、 より高精度に制 御された分極反転領域を形成することができる。
さらなる制御層 9 0 1の機能は、 内部の格子点の乱れによって物理的 にドメインの成長 （サイ ドウィンド） を停止することである。 したがつ て、 さらなる制御層 9 0 1の格子点の秩序性が低いほど望ましい。 上述の説明では、 図 8の工程 S 8 1 0 0から始めたが、 図 8の工程 S 8 2 0 0後に、 第 2の電極 8 0 3 (図 8 ) をマスクとして、 イオン注入 を行ってもよい。 この場合、 第 2の電極 8 0 3をエッチング等によって 除去する必要がないため、 操作が簡便である。
なお、 工程 S 9 3 0 0後に、 必要ならば、 制御層 8 0 1、 第 1の電極 8 0 2、 さらなる制御層 9 0 1、 および、 第 2の電極 9 0 4をエツチン グまたは化学的機械研磨 （C M P ) によって除去してもよい。
〔実施の形態 6〕
図 1 0は、 本発明の第 2の手段による、 発明の実施の形態 6による光 波長変換素子 1 0 0 0を用いた光波長変換システムを示す図である。 光波長変換システムは、光波長変換素子 1 0 0 0と、光源 1 0 0 1と、 集光光学系 1 0 0 2とを含む。
光波長変換素子 1 0 0 0は、 実施の形態 4または 5に記載される方法 を用いて製造され得る。
光波長変換素子 1 0 0 0は、 例えば、 実質的に定比組成のニオブ酸リ チウム （S L N ) 3 0 0から製造され得る。光波長変換素子 1 0 0 0は、 1 8 0。ドメインを有する任意の強誘電体単結晶から製造され得る。
S L N 3 0 0は、 周期的な分極反転領域 1 0 0 3を有する。 分極反転 領域の周期は、 約 1〜 3 mの範囲である。 S L N 3 0 0は、 制御層 8 0 1を有する。
光源 1 0 0 1は、 例えば、 半導体レーザであり得るが、 これに限定さ れない。 光源 1 0 0 1は、 コヒーレントである限り、 任意の光源を用い ることができる。 光源 1 0 0 1は、 例えば、 波長 7 8 0 n mの光を発す る。
集光光学系 1 ◦ 0 2は、 光源 1 0 0 1が発する光を集光し、 光波長変 換素子 1 0 0 0に入射させるように機能する任意の光学系であり得る。
このような光波長変換システムの動作を説明する。
光源 1 0 0 1が発する光は、 集光光学系 1 0 0 2を介して光波長変換 素子 1 0 0 0に入射する。 この光を基本波と呼ぶ。
分極反転領域 1 0 0 3は、 光源 1 0 0 1の光 （基本波） の導波方向に 周期的に繰り返されている。 このような周期的な分極反転領域 1 0 0 3 により、 基本波とその第 2高調波とが位相整合 （擬似位相整合） する。 このようにして、 基本波は、 光波長変換素子 1 0 0 0を伝播する間に 波長 3 9 0 n mの第 2高調波に変換される。 なお、 光波長変換素子 1 0 0 0の基本波の入射面と出射面とに反射膜を設けて、 光波長変換素子 1 0 0 0を共振器として機能させてもよい。
このように本発明を用いれば、 従来よりも短周期の分極反転領域 1 0 0 3を有する光波長変換素子 1 0 0 0を製造することができる。 この結果、 短波長への変換 （例えば、 7 8 0 n mの波長の光を 3 9 0 n mの波長の光に変換） が可能となる。 さらに、 光波長変換素子 1 0 0 0を反射型光波長変換素子として用いることによって、 さらなる高効率 化が可能である。
また、 本発明を用いれば、 微細チヤープを有する光波長変換素子を作 製することが可能となるので、 入射する光の波長帯域幅を広げることが でき、 その結果、 光源 1 0 0 1の発する光の波長のぶれに対する耐性が 向上する。
上記光波長変換素子 1 0 0 0は、 本発明のプロセスを適用する一例に すぎない。 例えば、 本発明は、 電気光学偏光器、 変調器および表面弾性 波デバイスにも適用可能である。
産業上の利用可能性
以上説明してきたように、 本発明によれば、 強誘電体単結晶と第 1の 電極 （ドメインの自発分極が終端化する側の電極） との間に制御層が設 けられる。 制御層の欠陥密度 D contlと強誘電体単結晶の欠陥密度 D ferr。と は、 関係 D ferr。く D e。nt lを満たすか、 制御層の格子の秩序性は、 強誘電体 単結晶の格子の秩序性に比べて低いことを満たす。 これにより、 第 2の 電極から第 1の電極の方向に成長する ドメインの成長速度は、 制御層に おいて低下するか、 または、 0になる。 その結果、 ドメインの自発分極 の終端化が抑制され、 電界の印加方向に対して垂直な方向へのドメイン の成長が抑制される。
短周期の分極反転領域を形成する場合であっても、 従来よりも長時間 電圧を強誘電体単結晶に印加することが必要とされる。 したがって、 高 価な装置を用いることなく、 従来の装置を用いて分極反転領域のさらな る短周期化が可能である。 また、 第 1の電極側においてドメインの成長 を制御しているので、 第 1の電極側の分極反転領域の周期性が乱れるこ とはない。 この結果、 波長変換領域を広げること （すなわち、 短波長化） が可能となる。 また、 第 1の電極側のこのような高細密な制御を利用し て、 新規なテンプレート、 デバイス等が構築可能である。 本発明の方法 は、 強誘電体単結晶の厚さに関わらず適用することができるので、 高出 力用の厚い光波長変換素子を製造することができる。

Claims

1. 強誘電体単結晶に分極反転領域を形成する方法であって、 前記強誘電体単結晶に対し、 前記強誘電 晶の分極方向に垂直な 第 1の面に前記強誘電体単結晶の欠陥密度
Figure imgf000030_0001
よりも大きな欠陥密度 D。。„tl (Dferro<Doontl) を有する制御層を形成する工程と、
前記制御層上に第 1の電極を形成する工程と、
前記強誘電体単結晶の前記第 1の面に対向する第 2の面に、 前記第 1 の電極の面積よりも小さ請い面積を有する第 2の電極を形成する工程と、 前記第 1の電極と前記第 2の電極との間に電界を印加する工程であつ て、'前記第 2の電極から生成した分極反転領域が有する自発分極が前記 制御層を介して前記第 1の電極側にて終端化される工程と、
を包含する、 強誘電体単結晶に分の極反転領域を形成する方法。
2. 前記強誘電体単結晶は、 実質的に定比組成のニオブ酸リチウムま たはタンタル酸リチウムのいずれかである、 請求項 1に記載の強誘電体 単結晶に分極反転領域を形成する方法。 囲
3. 前記実質的に定比組成のェォブ酸リチウムまたはタンタル酸リチ ゥムは、 Mg、 Z n、 S cおよび I nからなる群から選択される元素を 0. 1〜3. 0 m o 1 %含む、 請求項 2に記載の方法。
4. 前記制御層を形成する工程は、
前記第 1の面上に N b、 T a、 T i、 S i、 Mn、 Y、 W、 および、 Moからなる群から選択される金属層を堆積する工程と、
前記金属層をァニールする工程と、
を包含する、 請求項 1に記載の強誘電体単結晶に分極反転領域を形成 する方法。
5. 前記制御層を形成する工程は、 前記第 1の面を不活性雰囲気、 酸 素雰囲気および真空雰囲気からなる群から選択される雰囲気中でァニー ルする工程を包含する、 請求項 1に記載の強誘電体単結晶に分極反転領 域を形成する方法。
6. 前記第 2の面に第 1の領域および第 2の領域を含むさらなる制御 層を形成する工程をさらに包含し、
前記第 2の領域の欠陥密度は、 前記強誘電体単結晶の欠陥密度 Dferr。 と等しく、前記第 1の領域の欠陥密度 Dc。nt2は前記第 2の領域の欠陥密度 Dferr。よりも大きい （Df„r。<De。nt2) 、 請求項 1に記載の強誘電体単結晶 に分極反転領域を形成する方法。
7. 前記さらなる制御層を形成する工程は、
マスクを介して前記第 2の面上に N b、 T a、 T i、 S i、 Mn、 Y、 W、 および、 Moからなる群から選択される金属層を堆積する工程と、 前記金属層をァニールする工程と、
を包含する、 請求項 6に記載の強誘電体単結晶に分極反転領域を形成す る方法。
8 . 前記さらなる制御層を形成する工程は、 マスクを介して前記第 2 の面を不活性雰囲気、 酸素雰囲気および真空雰囲気からなる群から選択 される雰囲気中でァニールする工程を包含する、 請求項 6に記載の強誘 電体単結晶に分極反転領域を形成する方法。
9 . 前記第 1の電極は平面電極であり、 前記第 2の電極は周期電極で ある、請求項 1に記載の強誘電体単結晶に分極反転領域を形成する方法。
1 0 . 前記第 1の電極、 前記第 2の電極および前記制御層を除去する 工程をさらに包含する、 請求項 1に記載の強誘電体単結晶に分極反転領 域を形成する方法。
1 1 . 強誘電体単結晶に分極反転領域を形成する方法によって製造さ れる光波長変換素子であって、 前記方法は、
前記強誘電体単結晶に対し、 前記強誘電体単結晶の分極方向に垂直な 第 1の面に前記強誘電体単結晶の欠陥密度 D f ^。よりも大きな欠陥密度 D cont l ( D ferro < D cont )) を有する制御層を形成する工程と、
前記制御層上に平面電極を形成する工程と、
前記強誘電体単結晶の前記第 1の面に対向する第 2の面に周期電極を 形成する工程と、
前記平面電極と前記周期電極との間に電界を印加し、 前記周期電極か ら生成した分極反転領域が有する自発分極が、 前記制御層を介して前記 平面電極側にて終端化される工程と、
を包含する、 光波長変換素子。
1 2 . 前記強誘電体単結晶は、 実質的に定比組成のニオブ酸リチウム またはタンタル酸リチウムのいずれかである、 請求項 1 1に記載の光波 長変換素子。
1 3 . 前記実質的に定比組成のニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リ チウムは、 M g、 Z n、 S cおよび I nからなる群から選択される元素 を 0 . 1〜3 . O m o 1 %含む、 請求項 1 2に記載の光波長変換素子。
1 4 . 前記方法は、 前記制御層、 前記平面電極および前記周期電極を 除去する工程をさらに包含する、 請求項 1 1に記載の光波長変換素子。
1 5 . 強誘電体単結晶に分極反転領域を形成する方法であって、 前記強誘電体単結晶に対し、 前記強誘電体単結晶の分極方向に垂直な 第 1の面に前記強誘電体単結晶の格子点の秩序性よりも低い格子点の秩 序性を有する制御層を形成する工程と、
前記制御層上に第 1の電極を形成する工程と、
前記強誘電体単結晶の前記第 1の面に対向する第 2の面に、 前記第 1 の電極の面積よりも小さい面積を有する第 2の電極を形成する工程と、 前記第 1の電極と前記第 2の電極との間に電界を印加する工程であつ て、 前記第 2の電極側から生成した分極反転領域が有する自発分極が前 記制御層を介して前記第 1の電極側にて終端化される工程と、 を包含す る、 強誘電体単結晶に分極反転領域を形成する方法。
1 6 . 前記強誘電体単結晶は、 実質的に定比組成のニオブ酸リチウム またはタンタル酸リチウムのいずれかである、 請求項 1 5に記載の強誘 電体単結晶に分極反転領域を形成する方法。
1 7 . 前記実質的に定比組成のニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リ チウムは、 M g、 Z n、 S cおよび I, nからなる群から選択される元素 を 0 . 1〜3 . 0 m o 1 %含む、 請求項 1 6に記載の方法。
1 8 . 前記制御層を形成する工程は、 前記第 1の面に希ガス、 Z n、 N bおよび M nからなる群から選択されるイオンを注入する工程を包含 する、 請求項 1 5に記載の強誘電体単結晶に分極反転領域を形成する方 法。
1 9 . 前記第 2の面に第 1の領域および第 2の領域を含むさらなる制 御層を形成する工程をさらに包含し、 前記第 2の領域の格子点の秩序性 は、 前記強誘電体単結晶の格子点の秩序性と等しく、 かつ、 前記第 1の 領域の格子点の秩序性は、 前記第 2の領域の格子点の秩序性に比べて低 い、請求項 1 5に記載の強誘電体単結晶に分極反転領域を形成する方法。
2 0 . 前記さらなる制御層を形成する工程は、 マスクを介して前記第 2の面に希ガス、 Z n、 N bおよび M nからなる群から選択されるィォ ンを注入する工程を包含する、 請求項 1 9に記載の強誘電体単結晶に分 極反転領域を形成する方法。
2 1 . 前記第 1の電極は平面電極であり、 前記第 2の電極は周期電極 である、 請求項 1 5に記載の強誘電体単結晶に分極反転領域を形成する 方法。
2 2 . 前記第 1の電極、 前記第 2の電極および前記制御層を除去する 工程をさらに包含する、 請求項 1 5に記載の強誘電体単結晶に分極反転 領域を形成する方法。
2 3 . 強誘電体単結晶に分極反転領域を形成する方法によって製造さ れる光波長変換素子であって、 前記方法は、
前記強誘電体単結晶に対し、 前記強誘電体単結晶の分極方向に垂直な 第 1の面に前記強誘電体単結晶の格子点の秩序性よりも低い格子点の秩 序性を有する制御層を形成する工程と、
前記制御層上に平面電極を形成する工程と、
前記強誘電体単結晶の前記第 1の面に対向する第 2の面に周期電極を 形成する工程と、
前記平面電極と前記周期電極との間に電界を印加する工程であって、 前記周期電極側から生成した分極反転領域が有する自発分極が前記制御 層を介して前記平面電極側にて終端化される工程と、 を包含する、 光波 長変換素子。
2 4 . 前記強誘電体単結晶は、 実質的に定比組成のニオブ酸リチウム またはタンタル酸リチウムのいずれかである、 請求項 2 3に記載の光波 長変換素子。
2 5 . 前記実質的に定比組成のニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リ チウムは、 Mg、 Z n、 S cおよび I nからなる群から選択される元素 を 0. 1〜3. 0 m o 1 %含む、 請求項 24に記載の光波長変換素子。
2 6. 前記方法は、 前記制御層、 前記平面電極おょぴ前記周期電極を 除去する工程をさらに包含する、 請求項 2 3に記載の光波長変換素子。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7474458B1 (en) * 2007-09-21 2009-01-06 Hc Photonics Corp. Method for preparing a poled structure with inhibition blocks
CN102483555A (zh) * 2009-10-16 2012-05-30 松下电器产业株式会社 光学元件的制造方法
CN112760595A (zh) * 2020-12-22 2021-05-07 上海复存信息科技有限公司 一种实现铌酸锂晶体表面导电的制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6542285B1 (en) * 1998-12-14 2003-04-01 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Backswitch poling method for domain patterning of ferroelectric materials

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0409104B1 (en) * 1989-05-18 1996-05-01 Sony Corporation Method of controlling the domain of a nonlinear ferroelectric optics substrate
DE69223569T2 (de) * 1991-09-18 1998-04-16 Fujitsu Ltd Verfahren zur Herstellung einer optischen Vorrichtung für die Erzeugung eines frequenzverdoppelten optischen Strahls
DE69531917T2 (de) * 1994-08-31 2004-08-19 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma Verfahren zur Herstellung von invertierten Domänen und eines optischen Wellenlängenkonverters mit denselben
US5875053A (en) * 1996-01-26 1999-02-23 Sdl, Inc. Periodic electric field poled crystal waveguides
US6002515A (en) * 1997-01-14 1999-12-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for producing polarization inversion part, optical wavelength conversion element using the same, and optical waveguide
JP2000066254A (ja) * 1998-08-18 2000-03-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd 分極反転構造の形成方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6542285B1 (en) * 1998-12-14 2003-04-01 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Backswitch poling method for domain patterning of ferroelectric materials

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHEN Y. ET AL: "Effect of Li diffusion on the domain inversion of LiNb03 prepared by vapor transport equilibration", APPL.PHYS.LETT., vol. 81, no. 4, 2002, pages 700 - 702, XP012033063 *
KIM S. ET AL: "Domain reversal and nonsoi chiometry in lithium tantalate", J.APPL.PHYS., vol. 90, no. 6, 2001, pages 2949 - 2963, XP012054160 *
PENG L.-H. ET AL: "Mitigration of transverse domain growth in two-dimensional polarization switching of lithium niobate", APPL.PHYS.LETT., vol. 81, no. 27, 2002, pages 5210 - 5212, XP012032944 *
See also references of EP1684112A4 *
SEKI H. ET AL: "Selective Nucleation Control in Periodical Poling of LiNb03", TECHNICAL REPORT OF IEICE, OPE2002-40, LQE2002-95, 2002, pages 19 - 22, XP002998416 *

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