JPH06160927A - 導波路型第２高調波発生素子およびその製造方法 - Google Patents
導波路型第２高調波発生素子およびその製造方法Info
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- JPH06160927A JPH06160927A JP31828592A JP31828592A JPH06160927A JP H06160927 A JPH06160927 A JP H06160927A JP 31828592 A JP31828592 A JP 31828592A JP 31828592 A JP31828592 A JP 31828592A JP H06160927 A JPH06160927 A JP H06160927A
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- ferroelectric
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 第２高調波変換効率を高めた導波路型の第２
高調波発生素子とその製造方法を提供する。 【構成】 光導波路内に矩形の自発分極反転部を周期的
に形成して第２高調波の変換効率を高める。このため
に、上記素子を２層以上の強誘電体から構成し、分極反
転部を設けた第２の強誘電体層上に、第１の強誘電体層
をＬＰＥ法により成長させ、上記第２の強誘電体層の分
極反転部を第１の強誘電体層内に転写する。この後、プ
ロトン交換法により第１の強誘電体層の表面上に光導波
層を形成する。 【効果】本発明の導波路型第２高調波発生素子は、分極
反転格子の断面形状を矩形化しているので、第２高調波
の発生効率が極めて高く、光ディスク装置、レーザプリ
ンタ、その他の光応用装置の光源を短波長化するのに有
効な素子が得られる。そして、例えば光磁気ディスク、
相変化光ディスクなどへの情報の書き込み（記録）、読
み出し（再生）用の光源として好適に用いられる。
高調波発生素子とその製造方法を提供する。 【構成】 光導波路内に矩形の自発分極反転部を周期的
に形成して第２高調波の変換効率を高める。このため
に、上記素子を２層以上の強誘電体から構成し、分極反
転部を設けた第２の強誘電体層上に、第１の強誘電体層
をＬＰＥ法により成長させ、上記第２の強誘電体層の分
極反転部を第１の強誘電体層内に転写する。この後、プ
ロトン交換法により第１の強誘電体層の表面上に光導波
層を形成する。 【効果】本発明の導波路型第２高調波発生素子は、分極
反転格子の断面形状を矩形化しているので、第２高調波
の発生効率が極めて高く、光ディスク装置、レーザプリ
ンタ、その他の光応用装置の光源を短波長化するのに有
効な素子が得られる。そして、例えば光磁気ディスク、
相変化光ディスクなどへの情報の書き込み（記録）、読
み出し（再生）用の光源として好適に用いられる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光ディスク装置、レ−ザ
プリンタ、その他の光応用装置の光源の短波長化に係
り、特に波長が約８００ｎｍの半導体レ−ザ光を、波長
が約４００ｎｍの青色光に変換するのに好適な導波路型
の第２高調波発生（ＳＨＧ）素子に関する。
プリンタ、その他の光応用装置の光源の短波長化に係
り、特に波長が約８００ｎｍの半導体レ−ザ光を、波長
が約４００ｎｍの青色光に変換するのに好適な導波路型
の第２高調波発生（ＳＨＧ）素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の導波路型第２高調波発生素子につ
いて、エレクトロニクス・レタ−ズ（Electronics Lett
ers）第25巻、731〜732頁において、例えば図４に示さ
れるような素子構造が提案されている。すなわち、ニオ
ブ酸リチウムからなる結晶基板５上に、周期的にＴｉ膜
を成膜し、約１１００℃に加熱してＴｉ拡散部８の分極
を反転させ、その後、プロトン交換法によって光導波路
９を作製し、基本波６を入射し第２高調波７が取り出せ
るような自発分極を持った強誘電体層上に、自発分極方
向を等ピッチで反転させた分極反転部と、プロトン交換
法により形成した光導波路９を設け、光導波路９の一端
よりｚ方向に偏光した基本波６を入射し、他端よりｚ方
向に偏光した第２高調波７を取り出すという方式であ
る。また、結晶基板５にタンタル酸リチウムを用いる場
合には、Ｔｉ拡散の代わりにプロトン交換法によって周
期的に配設したプロトン交換層を作製し、約６００℃に
加熱してプロトン交換層だけの分極を反転させ、さらに
プロトン交換法によって光導波路９を作製するという方
法も提案されている。
いて、エレクトロニクス・レタ−ズ（Electronics Lett
ers）第25巻、731〜732頁において、例えば図４に示さ
れるような素子構造が提案されている。すなわち、ニオ
ブ酸リチウムからなる結晶基板５上に、周期的にＴｉ膜
を成膜し、約１１００℃に加熱してＴｉ拡散部８の分極
を反転させ、その後、プロトン交換法によって光導波路
９を作製し、基本波６を入射し第２高調波７が取り出せ
るような自発分極を持った強誘電体層上に、自発分極方
向を等ピッチで反転させた分極反転部と、プロトン交換
法により形成した光導波路９を設け、光導波路９の一端
よりｚ方向に偏光した基本波６を入射し、他端よりｚ方
向に偏光した第２高調波７を取り出すという方式であ
る。また、結晶基板５にタンタル酸リチウムを用いる場
合には、Ｔｉ拡散の代わりにプロトン交換法によって周
期的に配設したプロトン交換層を作製し、約６００℃に
加熱してプロトン交換層だけの分極を反転させ、さらに
プロトン交換法によって光導波路９を作製するという方
法も提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記図４に示す従来の
方法では、分極反転格子をＴｉの拡散あるいはプロトン
交換などにより作製するため、分極反転格子の形状がＴ
ｉ拡散層やプロトン交換層の形状に依存し、矩形断面の
分極反転格子を作製することが本質的に困難であった。
また、Ｔｉ拡散法で作製した分極反転格子の断面形状は
ほぼ三角形であり、プロトン交換法で作製した分極反転
格子の断面形状はほぼ半円形であるため、理想的な矩形
断面の分極反転格子を持つＳＨＧ素子の本来の効率で第
２高調波を発生させることができないという問題があっ
た。
方法では、分極反転格子をＴｉの拡散あるいはプロトン
交換などにより作製するため、分極反転格子の形状がＴ
ｉ拡散層やプロトン交換層の形状に依存し、矩形断面の
分極反転格子を作製することが本質的に困難であった。
また、Ｔｉ拡散法で作製した分極反転格子の断面形状は
ほぼ三角形であり、プロトン交換法で作製した分極反転
格子の断面形状はほぼ半円形であるため、理想的な矩形
断面の分極反転格子を持つＳＨＧ素子の本来の効率で第
２高調波を発生させることができないという問題があっ
た。
【０００４】本発明の目的は、上記従来技術における問
題点を解消するものであって、特に分極反転格子の断面
を矩形化して第２高調波の発生効率の高い導波路型第２
高調波発生素子およびその製造方法を提供することにあ
る。
題点を解消するものであって、特に分極反転格子の断面
を矩形化して第２高調波の発生効率の高い導波路型第２
高調波発生素子およびその製造方法を提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、分極反転部を周期的に配設した強誘電体光
導波層を有する第２高調波発生素子において、上記第２
高調波発生素子を２層以上の強誘電体層により構成し、
光導波層を含む第１の強誘電体層のキュリ−点を、第２
の強誘電体層のキュリ−点よりも低く設定し、第２の強
誘電体層の第１の強誘電体層側の面に、分極反転部を周
期的に配設し、この第２の強誘電体層の分極反転部上
に、第１の強誘電体層の分極反転部を設けるようにする
ものである。このため、第１の強誘電体層は、タンタル
酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）またはタンタル・ニオブ酸
リチウム（ＬｉＴａxＮｂ1-xＯ3：式中、ｘは１以下の
正数を表わす）からなる強誘電体層となし、第２の強誘
電体層は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、マグネ
シウム（Ｍｇ）または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のド
−プされたニオブ酸リチウム、第１の強誘電体層に比べ
てニオブ量の多いタンタル・ニオブ酸リチウムのうちか
ら選ばれる少なくとも１種からなる強誘電体層とするも
のである。そして、本発明の導波路型第２高調波発生素
子の製造方法において、第２の強誘電体層に分極反転部
を周期的に配設した後、該第２の強誘電体層上に、第１
の強誘電体層を液相エピタキシャル成長法によって形成
させるものである。さらに、液相エピタキシャル成長法
において使用するフラックスは、五酸化バナジウム（Ｖ
2Ｏ5）、三酸化ボロン（Ｂ2Ｏ3）、フッ化リチウム（Ｌ
ｉＦ）、フッ化カリウム（ＫＦ）、三酸化ボロン（Ｂ2
Ｏ3）と三酸化モリブデン（ＭｏＯ3）、三酸化ボロン
（Ｂ2Ｏ3）と三酸化タングステン（ＷＯ3）のうちから
選ばれる少なくとも１種からなるフラックスを用いるも
のである。
するために、分極反転部を周期的に配設した強誘電体光
導波層を有する第２高調波発生素子において、上記第２
高調波発生素子を２層以上の強誘電体層により構成し、
光導波層を含む第１の強誘電体層のキュリ−点を、第２
の強誘電体層のキュリ−点よりも低く設定し、第２の強
誘電体層の第１の強誘電体層側の面に、分極反転部を周
期的に配設し、この第２の強誘電体層の分極反転部上
に、第１の強誘電体層の分極反転部を設けるようにする
ものである。このため、第１の強誘電体層は、タンタル
酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）またはタンタル・ニオブ酸
リチウム（ＬｉＴａxＮｂ1-xＯ3：式中、ｘは１以下の
正数を表わす）からなる強誘電体層となし、第２の強誘
電体層は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、マグネ
シウム（Ｍｇ）または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のド
−プされたニオブ酸リチウム、第１の強誘電体層に比べ
てニオブ量の多いタンタル・ニオブ酸リチウムのうちか
ら選ばれる少なくとも１種からなる強誘電体層とするも
のである。そして、本発明の導波路型第２高調波発生素
子の製造方法において、第２の強誘電体層に分極反転部
を周期的に配設した後、該第２の強誘電体層上に、第１
の強誘電体層を液相エピタキシャル成長法によって形成
させるものである。さらに、液相エピタキシャル成長法
において使用するフラックスは、五酸化バナジウム（Ｖ
2Ｏ5）、三酸化ボロン（Ｂ2Ｏ3）、フッ化リチウム（Ｌ
ｉＦ）、フッ化カリウム（ＫＦ）、三酸化ボロン（Ｂ2
Ｏ3）と三酸化モリブデン（ＭｏＯ3）、三酸化ボロン
（Ｂ2Ｏ3）と三酸化タングステン（ＷＯ3）のうちから
選ばれる少なくとも１種からなるフラックスを用いるも
のである。
【０００６】
【作用】本発明の導波路型第２高調波発生素子におい
て、第１の強誘電体層のキュリ−点を、第２の強誘電体
層のキュリ−点よりも低く設定することにより、第２の
強誘電体層上に周期的に配設した分極反転部の分極方向
が第１の強誘電体層内に転写されて矩形の分極反転部が
形成される。この第１の強誘電体層の表面上に、例えば
プロトン交換法により光導波層を形成すると矩形の周期
的な分極反転部を持つ光導波層が形成される。この結
果、光導波層内における第２高調波の発生効率が向上す
る。また、第１の強誘電体層を、タンタル酸リチウムま
たはタンタル・ニオブ酸リチウムとし、第２の強誘電体
層を、ニオブ酸リチウム、マグネシウムまたは酸化マグ
ネシウムのド−プされたニオブ酸リチウム、もしくは上
記第１の強誘電体層に比べてニオブ量の多いタンタル・
ニオブ酸リチウムとすることにより第１の強誘電体層の
キュリ−点が第２の強誘電体層のキュリ−点よりも低く
なるように設定できる。そして、第１の強誘電体層は、
第２の強誘電体層上に液相エピタキシャル成長させる工
程を用いることにより容易に形成することができる。
て、第１の強誘電体層のキュリ−点を、第２の強誘電体
層のキュリ−点よりも低く設定することにより、第２の
強誘電体層上に周期的に配設した分極反転部の分極方向
が第１の強誘電体層内に転写されて矩形の分極反転部が
形成される。この第１の強誘電体層の表面上に、例えば
プロトン交換法により光導波層を形成すると矩形の周期
的な分極反転部を持つ光導波層が形成される。この結
果、光導波層内における第２高調波の発生効率が向上す
る。また、第１の強誘電体層を、タンタル酸リチウムま
たはタンタル・ニオブ酸リチウムとし、第２の強誘電体
層を、ニオブ酸リチウム、マグネシウムまたは酸化マグ
ネシウムのド−プされたニオブ酸リチウム、もしくは上
記第１の強誘電体層に比べてニオブ量の多いタンタル・
ニオブ酸リチウムとすることにより第１の強誘電体層の
キュリ−点が第２の強誘電体層のキュリ−点よりも低く
なるように設定できる。そして、第１の強誘電体層は、
第２の強誘電体層上に液相エピタキシャル成長させる工
程を用いることにより容易に形成することができる。
【０００７】
【実施例】以下に本発明の実施例を挙げ、図面を用いて
さらに詳細に説明する。図１は、本実施例において例示
する第２高調波発生素子の断面構成を示す模式図で、図
２（ａ）、（ｂ）は、図１に示す素子の動作の説明図で
あり、図３（ａ）〜（ｈ）は、図１に示す素子の製造工
程を示す説明図である。本発明においては、第２高調波
発生素子に設ける周期的分極反転格子の断面形状を矩形
化して、第２高調波の発生効率を高めることを目的とす
るものであり、このために図１に示すような素子構造を
考える。 基板である第２の強誘電体層１０の＋ｃ面上
に、第１の強誘電体層１１を、その第１の強誘電体層１
１の表面上に、埋込型の光導波層１２を設け、光導波層
１２内には自発分極が上向きの部分１６（分極非反転
部）と下向きの部分１７（分極反転部）を周期的に配設
する。符号１４は、光導波層１２内に分極反転部を形成
するために第１の強誘電体層１１内に設けた分極反転部
であり、第１の強誘電体層に対する分極方向は反転して
いる。また、符号１５は、分極反転部１４を形成するた
めに第２の強誘電体層内に設けた分極反転部であり、第
２の強誘電体層に対する分極方向は反転している。上記
の第１の強誘電体層１１は、液相エピタキシャル成長法
やスパッタリングなどの気相成長法、またはエピタキシ
ャル・グロ−ス・バイ・メルティングなどの固相成長法
を用いて形成することができる。この結果、キュリ−点
が第２の強誘電体層１０より低い第１の強誘電体層１１
を形成することができ、これにより自発分極反転部（分
極反転部）１４の形状をほぼ矩形に形成することができ
る。さらに、第１の強誘電体層１１の表面上に、例えば
プロトン交換法などにより光導波層１２を形成すること
により、自発分極反転部（分極反転部）１７の形状をほ
ぼ矩形にすることができる。結果として光導波層１２内
に矩形の分極反転格子を形成することができることにな
る。次に、上記自発分極反転部１７の形状を矩形に形成
する方法について説明する。本実施例では、第２の強誘
電体層１０上に、分極反転部１５を設けてから第１の強
誘電体層１１を形成し、次に光導波層１２を形成する。
第１の強誘電体層１１を、そのキュリ−点よりも高く、
かつ第２の強誘電体層１０のキュリ−点よりも低い温度
で成長させる。この時、第２の強誘電体層１０は強誘電
相のままであり、あらかじめその部分に形成された分極
反転格子はその形状を維持しているが、第１の強誘電体
層１１は常誘電相である。一般に、強誘電物質を常誘電
相にして電界を印加しながら温度を降下して強誘電相に
すると、その電界方向に自発分極が揃うこと（ポ−リン
グ）が知られている。第１の強誘電体層１１が成長した
試料を室温にまで徐冷すると、第１の強誘電体層１１
は、途中でそのキュリ−点を通過するとき、すでに強誘
電相である第２の強誘電体層１０から、その自発分極に
従った電界を垂直に受けながら、常誘電相から強誘電相
となるため、第２の強誘電体層１０の分極反転格子は、
第１の強誘電体層１１に引き継がれる。すなわち、ポ−
リングされることになる。この後、プロトン交換法によ
り第１の強誘電体層１１の表面上に、 光導波層１２を
形成すれば、第１の強誘電体層１１の分極反転格子はそ
の形状を変えないため、光導波層１２内に第１の強誘電
体層１１と同じ分極反転格子が形成される。以上によ
り、図１に示すような矩形断面の周期的な分極反転格子
を有する光導波層１２を形成することができる。そし
て、上記第２高調波発生素子は、強誘電体材料の組み合
わせによって作製することができる。すなわち、第１の
強誘電体層１１には、例えばタンタル酸リチウムまたは
タンタル・ニオブ酸リチウムを用い、第２の強誘電体層
１０には、例えばニオブ酸リチウム、またはマグネシウ
ムや酸化マグネシウムのド−プされたニオブ酸リチウ
ム、あるいは上記第１の強誘電体層１１に比べてニオブ
量の多いタンタル・ニオブ酸リチウムを用いるものであ
る。上記第２の強誘電体層１０のニオブ酸リチウムのキ
ュリ−点は、例えば市販のコングルエント組成では１１
５０℃であり、また、例えばマグネシウムの５モル％ド
−プされたニオブ酸リチウムのキュリ−点は１２２５℃
である〔B.C.Grabmaier著、Journal of Crystal Growth
誌、Vol.110（1991），pp339〜347参照〕。また、第１
の強誘電体層１１のタンタル酸リチウムのキュリ−点は
６１０℃である〔ＮＴＴ技術移転株式会社著、「酸化物
強誘電体の結晶高品質化の研究」付表参照〕。そして、
波長６３３ｎｍの光に対する上記第２の強誘電体層１０
のニオブ酸リチウムの異常光屈折率は、例えば市販のコ
ングルエント組成で２．２０３であり、また、例えばマ
グネシウムの５モル％ド−プされたニオブ酸リチウムの
異常光屈折率は２．１９２である〔H.Tamada著、Journa
l of Applied Physics誌、Vol.70，No.5（1991），pp25
36〜2541参照〕。また、波長６３３ｎｍの光に対する、
タンタル酸リチウムの異常光屈折率は２．１８０である
〔西原 浩の著書「光集積回路」ｐ１７８参照〕。さら
に、タンタル・ニオブ酸リチウムのキュリ−点と異常光
屈折率は、ニオブ量の増加と共に単調に増大することが
知られている〔ＮＴＴ技術移転株式会社著、「酸化物強
誘電体の結晶高品質化の研究」第３章参照〕。なお、ニ
オブ酸リチウムとタンタル酸リチウムは共に、タンタル
・ニオブ酸リチウムの特別な場合である。上記各々の組
み合わせにおいて、光導波層１２は、第１の強誘電体層
１１の表面上にプロトン交換法などの方法により作製す
ればよい。
さらに詳細に説明する。図１は、本実施例において例示
する第２高調波発生素子の断面構成を示す模式図で、図
２（ａ）、（ｂ）は、図１に示す素子の動作の説明図で
あり、図３（ａ）〜（ｈ）は、図１に示す素子の製造工
程を示す説明図である。本発明においては、第２高調波
発生素子に設ける周期的分極反転格子の断面形状を矩形
化して、第２高調波の発生効率を高めることを目的とす
るものであり、このために図１に示すような素子構造を
考える。 基板である第２の強誘電体層１０の＋ｃ面上
に、第１の強誘電体層１１を、その第１の強誘電体層１
１の表面上に、埋込型の光導波層１２を設け、光導波層
１２内には自発分極が上向きの部分１６（分極非反転
部）と下向きの部分１７（分極反転部）を周期的に配設
する。符号１４は、光導波層１２内に分極反転部を形成
するために第１の強誘電体層１１内に設けた分極反転部
であり、第１の強誘電体層に対する分極方向は反転して
いる。また、符号１５は、分極反転部１４を形成するた
めに第２の強誘電体層内に設けた分極反転部であり、第
２の強誘電体層に対する分極方向は反転している。上記
の第１の強誘電体層１１は、液相エピタキシャル成長法
やスパッタリングなどの気相成長法、またはエピタキシ
ャル・グロ−ス・バイ・メルティングなどの固相成長法
を用いて形成することができる。この結果、キュリ−点
が第２の強誘電体層１０より低い第１の強誘電体層１１
を形成することができ、これにより自発分極反転部（分
極反転部）１４の形状をほぼ矩形に形成することができ
る。さらに、第１の強誘電体層１１の表面上に、例えば
プロトン交換法などにより光導波層１２を形成すること
により、自発分極反転部（分極反転部）１７の形状をほ
ぼ矩形にすることができる。結果として光導波層１２内
に矩形の分極反転格子を形成することができることにな
る。次に、上記自発分極反転部１７の形状を矩形に形成
する方法について説明する。本実施例では、第２の強誘
電体層１０上に、分極反転部１５を設けてから第１の強
誘電体層１１を形成し、次に光導波層１２を形成する。
第１の強誘電体層１１を、そのキュリ−点よりも高く、
かつ第２の強誘電体層１０のキュリ−点よりも低い温度
で成長させる。この時、第２の強誘電体層１０は強誘電
相のままであり、あらかじめその部分に形成された分極
反転格子はその形状を維持しているが、第１の強誘電体
層１１は常誘電相である。一般に、強誘電物質を常誘電
相にして電界を印加しながら温度を降下して強誘電相に
すると、その電界方向に自発分極が揃うこと（ポ−リン
グ）が知られている。第１の強誘電体層１１が成長した
試料を室温にまで徐冷すると、第１の強誘電体層１１
は、途中でそのキュリ−点を通過するとき、すでに強誘
電相である第２の強誘電体層１０から、その自発分極に
従った電界を垂直に受けながら、常誘電相から強誘電相
となるため、第２の強誘電体層１０の分極反転格子は、
第１の強誘電体層１１に引き継がれる。すなわち、ポ−
リングされることになる。この後、プロトン交換法によ
り第１の強誘電体層１１の表面上に、 光導波層１２を
形成すれば、第１の強誘電体層１１の分極反転格子はそ
の形状を変えないため、光導波層１２内に第１の強誘電
体層１１と同じ分極反転格子が形成される。以上によ
り、図１に示すような矩形断面の周期的な分極反転格子
を有する光導波層１２を形成することができる。そし
て、上記第２高調波発生素子は、強誘電体材料の組み合
わせによって作製することができる。すなわち、第１の
強誘電体層１１には、例えばタンタル酸リチウムまたは
タンタル・ニオブ酸リチウムを用い、第２の強誘電体層
１０には、例えばニオブ酸リチウム、またはマグネシウ
ムや酸化マグネシウムのド−プされたニオブ酸リチウ
ム、あるいは上記第１の強誘電体層１１に比べてニオブ
量の多いタンタル・ニオブ酸リチウムを用いるものであ
る。上記第２の強誘電体層１０のニオブ酸リチウムのキ
ュリ−点は、例えば市販のコングルエント組成では１１
５０℃であり、また、例えばマグネシウムの５モル％ド
−プされたニオブ酸リチウムのキュリ−点は１２２５℃
である〔B.C.Grabmaier著、Journal of Crystal Growth
誌、Vol.110（1991），pp339〜347参照〕。また、第１
の強誘電体層１１のタンタル酸リチウムのキュリ−点は
６１０℃である〔ＮＴＴ技術移転株式会社著、「酸化物
強誘電体の結晶高品質化の研究」付表参照〕。そして、
波長６３３ｎｍの光に対する上記第２の強誘電体層１０
のニオブ酸リチウムの異常光屈折率は、例えば市販のコ
ングルエント組成で２．２０３であり、また、例えばマ
グネシウムの５モル％ド−プされたニオブ酸リチウムの
異常光屈折率は２．１９２である〔H.Tamada著、Journa
l of Applied Physics誌、Vol.70，No.5（1991），pp25
36〜2541参照〕。また、波長６３３ｎｍの光に対する、
タンタル酸リチウムの異常光屈折率は２．１８０である
〔西原 浩の著書「光集積回路」ｐ１７８参照〕。さら
に、タンタル・ニオブ酸リチウムのキュリ−点と異常光
屈折率は、ニオブ量の増加と共に単調に増大することが
知られている〔ＮＴＴ技術移転株式会社著、「酸化物強
誘電体の結晶高品質化の研究」第３章参照〕。なお、ニ
オブ酸リチウムとタンタル酸リチウムは共に、タンタル
・ニオブ酸リチウムの特別な場合である。上記各々の組
み合わせにおいて、光導波層１２は、第１の強誘電体層
１１の表面上にプロトン交換法などの方法により作製す
ればよい。
【０００８】図３は、液相エピタキシャル成長法とプロ
トン交換法による本発明の第２高調波発生素子の製造方
法の工程を示す説明図である。まず、図３（ａ）に示す
ごとく、＋ｃ面が光学研磨された５ｍｏｌ％ＭｇＯド−
プのＬｉＮｂＯ3の基板からなる第２の強誘電体層１０
を、アセトン、純水中で超音波洗浄し素速く乾燥する。
次に、図３（ｂ）に示すように、第２の強誘電体層１０
の＋ｃ面上に、３０ÅのＴｉ膜１８をスパッタリングに
より成膜する。ついで、図３（ｃ）に示すように、Ｔｉ
膜１８上に、ホトレジスト１９をスピナ−で塗布し、こ
れに分極反転部が窓開けされたホトマスクを用いて、ホ
トレジスト１９のパタ−ニングを行なう〔図３
（ｄ）〕。次に、上記ホトレジストをマスクにして、Ｃ
Ｆ3Ｃｌガスを用いたＲＩＥ法によってＴｉ膜１８をパ
タ−ニングし、その後、ホトレジスト１９を除去する
〔図３（ｅ）〕。なお、上記ホトマスクのパタ−ン周期
Λは１μｍから１０μｍで、発生させるＳＨＧ光の周期
に合わせてある。ついで、上記基板を拡散炉に入れ、約
８０℃の温水バブラ−中を通して、水蒸気を含ませたＡ
ｒガスの雰囲気下において、約１１００℃で約１０分間
熱処理する。また、冷却時には雰囲気を水蒸気を含ませ
た酸素（Ｏ2）ガスに変えた。これにより、図３（ｆ）
に示すように第２の強誘電体層１０の＋ｃ表面に分域反
転部１５が形成される。次に、上記の第２の強誘電体層
１０の＋ｃ面に、液相エピタキシャル結晶成長法によ
り、ＬｉＴａＯ3単結晶薄膜の第１の強誘電体層１１を
形成する。上記エピタキシャル成長時に用いる溶融体
は、原料として４８モル％の炭酸リチウム（Ｌｉ2Ｃ
Ｏ3）、２モル％の五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、５０
モル％の五酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）の各粉末を秤量
し、混合した後、白金るつぼに入れて９００℃で溶融
し、電気炉内で空気雰囲気下において１２００℃の温度
で１０時間保持して成分組成の均一化をはかった。次
に、上記の溶融体を３０℃／ｈの冷却速度で９３５℃に
まで冷却し、その中に、図３（ｆ）に示す分極反転部１
５を形成した第２の強誘電体層１０を、約３０分間接触
させると、図３（ｇ）に示す膜厚２０μｍのＬｉＴａＯ
3からなる第１の強誘電体層１１が成長する〔S.Kondo
著、Materials Research Bulletin誌、Vol.15（198
0），pp243〜250参照〕。ついで、上記図３（ｇ）に示
す基板を、電気炉中で３０℃／ｈの冷却速度で室温まで
徐冷する。なお、上記第１の強誘電体層１１のエピタキ
シヤル成長におけるフラック材料として、五酸化バナジ
ウムの他に、三酸化ボロン、フッ化リチウム、フッ化カ
リウム、三酸化ボロンと三酸化モリブデン、または三酸
化ボロンと三酸化タングステン等を用いることができ
る。上記第１の強誘電体層（単結晶薄膜）１１と第２の
強誘電体層１０の分域を硝酸：ふっ酸＝１：１のエッチ
ング液を用いてエッチングしたところ、周期Λにかかわ
らず分極非反転部１３と分極反転部１４の方向は、対応
する第１の強誘電体層１１の分極方向と同一であり、そ
の界面は第１の強誘電体層１１と第２の強誘電体層１０
の界面に対してほぼ垂直であった〔図３（ｇ）〕。最後
に光導波層を作製する。まず、第１の強誘電体層１１上
に、Ｔａ膜をスパッタリング法で成膜した後、光導波層
１２部が窓開けされたホトマスクによってホトレジスト
をパタ−ニングし、ＣＦ3Ｃｌガスを用いたＲＩＥ法に
よるドライエッチングによりＴａ膜をパタ−ニングした
後、ホトレジストをアセトンにより除去する。次に、上
記Ｔａ膜をマスクとして、ピロ燐酸を用いて、２６０℃
で６０分プロトン交換することにより幅３μｍの光導波
層１２を形成した〔図３（ｇ）〕。上記の工程により作
製した光導波路に対して、カットバック法により波長８
３０ｎｍの光に対する光伝搬損失を測定したところ、
０．５ｄＢ／ｃｍという良好な値が得られた。上記の試
料を、光導波路長＝１０ｍｍ、垂直長５ｍｍで切断し、
その垂直辺を光学研磨して第２高調波発生実験を行っ
た。上記実験においては、対物レンズ２によってチタン
−サファイア・レ−ザ光１をチャネル部端面に集光し、
試料をペルチエ素子を接続した銅ブロック上に乗せ、熱
伝対でその温度をモニタし、まず温度２５℃で第２高調
波の発生効率が最大になるようにレ−ザ光源の波長を設
定した。その結果、基本波入力４０ｍＷにて４ｍＷの第
２高調波出力が得られ、フレネル反射損失を考慮した効
率は１１．８％であり、従来値に対して十分に高い値が
得られた。また、上記の結果より推定すると、出力２０
０ｍＷの大出力半導体レ−ザを結合効率５０％で光導波
路へ結合すると第２高調波の発生効率は３０％となり、
３０ｍＷの第２高調波出力が得られ、光磁気ディスクや
相変化光ディスクの書き込み、読み出し用の光源として
十分に使用できることが判明した。
トン交換法による本発明の第２高調波発生素子の製造方
法の工程を示す説明図である。まず、図３（ａ）に示す
ごとく、＋ｃ面が光学研磨された５ｍｏｌ％ＭｇＯド−
プのＬｉＮｂＯ3の基板からなる第２の強誘電体層１０
を、アセトン、純水中で超音波洗浄し素速く乾燥する。
次に、図３（ｂ）に示すように、第２の強誘電体層１０
の＋ｃ面上に、３０ÅのＴｉ膜１８をスパッタリングに
より成膜する。ついで、図３（ｃ）に示すように、Ｔｉ
膜１８上に、ホトレジスト１９をスピナ−で塗布し、こ
れに分極反転部が窓開けされたホトマスクを用いて、ホ
トレジスト１９のパタ−ニングを行なう〔図３
（ｄ）〕。次に、上記ホトレジストをマスクにして、Ｃ
Ｆ3Ｃｌガスを用いたＲＩＥ法によってＴｉ膜１８をパ
タ−ニングし、その後、ホトレジスト１９を除去する
〔図３（ｅ）〕。なお、上記ホトマスクのパタ−ン周期
Λは１μｍから１０μｍで、発生させるＳＨＧ光の周期
に合わせてある。ついで、上記基板を拡散炉に入れ、約
８０℃の温水バブラ−中を通して、水蒸気を含ませたＡ
ｒガスの雰囲気下において、約１１００℃で約１０分間
熱処理する。また、冷却時には雰囲気を水蒸気を含ませ
た酸素（Ｏ2）ガスに変えた。これにより、図３（ｆ）
に示すように第２の強誘電体層１０の＋ｃ表面に分域反
転部１５が形成される。次に、上記の第２の強誘電体層
１０の＋ｃ面に、液相エピタキシャル結晶成長法によ
り、ＬｉＴａＯ3単結晶薄膜の第１の強誘電体層１１を
形成する。上記エピタキシャル成長時に用いる溶融体
は、原料として４８モル％の炭酸リチウム（Ｌｉ2Ｃ
Ｏ3）、２モル％の五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、５０
モル％の五酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）の各粉末を秤量
し、混合した後、白金るつぼに入れて９００℃で溶融
し、電気炉内で空気雰囲気下において１２００℃の温度
で１０時間保持して成分組成の均一化をはかった。次
に、上記の溶融体を３０℃／ｈの冷却速度で９３５℃に
まで冷却し、その中に、図３（ｆ）に示す分極反転部１
５を形成した第２の強誘電体層１０を、約３０分間接触
させると、図３（ｇ）に示す膜厚２０μｍのＬｉＴａＯ
3からなる第１の強誘電体層１１が成長する〔S.Kondo
著、Materials Research Bulletin誌、Vol.15（198
0），pp243〜250参照〕。ついで、上記図３（ｇ）に示
す基板を、電気炉中で３０℃／ｈの冷却速度で室温まで
徐冷する。なお、上記第１の強誘電体層１１のエピタキ
シヤル成長におけるフラック材料として、五酸化バナジ
ウムの他に、三酸化ボロン、フッ化リチウム、フッ化カ
リウム、三酸化ボロンと三酸化モリブデン、または三酸
化ボロンと三酸化タングステン等を用いることができ
る。上記第１の強誘電体層（単結晶薄膜）１１と第２の
強誘電体層１０の分域を硝酸：ふっ酸＝１：１のエッチ
ング液を用いてエッチングしたところ、周期Λにかかわ
らず分極非反転部１３と分極反転部１４の方向は、対応
する第１の強誘電体層１１の分極方向と同一であり、そ
の界面は第１の強誘電体層１１と第２の強誘電体層１０
の界面に対してほぼ垂直であった〔図３（ｇ）〕。最後
に光導波層を作製する。まず、第１の強誘電体層１１上
に、Ｔａ膜をスパッタリング法で成膜した後、光導波層
１２部が窓開けされたホトマスクによってホトレジスト
をパタ−ニングし、ＣＦ3Ｃｌガスを用いたＲＩＥ法に
よるドライエッチングによりＴａ膜をパタ−ニングした
後、ホトレジストをアセトンにより除去する。次に、上
記Ｔａ膜をマスクとして、ピロ燐酸を用いて、２６０℃
で６０分プロトン交換することにより幅３μｍの光導波
層１２を形成した〔図３（ｇ）〕。上記の工程により作
製した光導波路に対して、カットバック法により波長８
３０ｎｍの光に対する光伝搬損失を測定したところ、
０．５ｄＢ／ｃｍという良好な値が得られた。上記の試
料を、光導波路長＝１０ｍｍ、垂直長５ｍｍで切断し、
その垂直辺を光学研磨して第２高調波発生実験を行っ
た。上記実験においては、対物レンズ２によってチタン
−サファイア・レ−ザ光１をチャネル部端面に集光し、
試料をペルチエ素子を接続した銅ブロック上に乗せ、熱
伝対でその温度をモニタし、まず温度２５℃で第２高調
波の発生効率が最大になるようにレ−ザ光源の波長を設
定した。その結果、基本波入力４０ｍＷにて４ｍＷの第
２高調波出力が得られ、フレネル反射損失を考慮した効
率は１１．８％であり、従来値に対して十分に高い値が
得られた。また、上記の結果より推定すると、出力２０
０ｍＷの大出力半導体レ−ザを結合効率５０％で光導波
路へ結合すると第２高調波の発生効率は３０％となり、
３０ｍＷの第２高調波出力が得られ、光磁気ディスクや
相変化光ディスクの書き込み、読み出し用の光源として
十分に使用できることが判明した。
【０００９】
【発明の効果】以上詳細に説明したごとく、本発明の導
波路型第２高調波発生素子は、分極反転格子の断面形状
を矩形化しているので、第２高調波の発生効率が極めて
高く、光ディスク装置、レーザプリンタ、その他の光応
用装置の光源を短波長化するのに有効な素子が得られ
る。そして、例えば光磁気ディスク、相変化光ディスク
などへの情報の書き込み（記録）、読み出し（再生）用
の光源として好適に用いることができる。
波路型第２高調波発生素子は、分極反転格子の断面形状
を矩形化しているので、第２高調波の発生効率が極めて
高く、光ディスク装置、レーザプリンタ、その他の光応
用装置の光源を短波長化するのに有効な素子が得られ
る。そして、例えば光磁気ディスク、相変化光ディスク
などへの情報の書き込み（記録）、読み出し（再生）用
の光源として好適に用いることができる。
【図１】本発明の実施例において例示した第２高調波発
生素子の断面構造を示す模式図。
生素子の断面構造を示す模式図。
【図２】本発明の実施例において例示した第２高調波発
生素子を用いた光源の構成を示す模式図。
生素子を用いた光源の構成を示す模式図。
【図３】本発明の実施例において例示した第２高調波発
生素子の製造工程を示す説明図。
生素子の製造工程を示す説明図。
【図４】従来の分極反転法を用いて作製した第２高調波
発生素子の構成を示す斜視図。
発生素子の構成を示す斜視図。
１…レ−ザ ２…光学系（対物レンズ） ３、６…基本波 ４、７…第２高調波 ５…結晶基板 ８…Ｔｉ拡散部 ９…光導波路 １０…第２の強誘電体層（基板） １１…第１の強誘電体層 １２…光導波層 １３、１６…分極非反転部 １４、１５、１７…分極反転部（自発分極反転部） １８…Ｔｉ膜 １９…ホトレジスト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川本 和民 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 立野 公男 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 黒沢 久夫 埼玉県熊谷市三ケ尻5200番地 日立金属株 式会社磁性材料研究所内 (72)発明者 伊藤 康平 埼玉県熊谷市三ケ尻5200番地 日立金属株 式会社磁性材料研究所内 (72)発明者 二反田 文雄 埼玉県熊谷市三ケ尻5200番地 日立金属株 式会社磁性材料研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】分極反転部を周期的に配設した強誘電体光
導波層を有する第２高調波発生素子であって、上記第２
高調波発生素子は、少なくとも２層以上の強誘電体層に
より構成し、かつ光導波層を含む第１の強誘電体層のキ
ュリ−点を、第２の強誘電体層のキュリ−点よりも低く
設定したことを特徴とする導波路型第２高調波発生素
子。 - 【請求項２】請求項１において、第２の強誘電体層の第
１の強誘電体層側の面に分極反転部を周期的に配設し、
上記第２の強誘電体層の分極反転部上に、第１の強誘電
体層の分極反転部を設けたことを特徴とする導波路型第
２高調波発生素子。 - 【請求項３】請求項１または請求項２において、第１の
強誘電体層は、タンタル酸リチウムもしくはタンタル・
ニオブ酸リチウムからなる強誘電体層であり、第２の強
誘電体層は、ニオブ酸リチウム、マグネシウムまたは酸
化マグネシウムのド−プされたニオブ酸リチウム、第１
の強誘電体層に比べてニオブ量の多いタンタル・ニオブ
酸リチウムのうちから選ばれる少なくとも１種からなる
強誘電体層であることを特徴とする導波路型第２高調波
発生素子。 - 【請求項４】分極反転部を周期的に配設した強誘電体光
導波層を有する第２高調波発生素子であって、少なくと
も２層以上の強誘電体層によって構成され、光導波層を
含む第１の強誘電体層のキュリ−点を、第２の強誘電体
層のキュリ−点よりも低くした導波路型の第２高調波発
生素子の製造方法において、上記第２の強誘電体層に分
極反転部を周期的に配設した後、該第２の強誘電体層上
に、第１の強誘電体層を液相エピタキシャル成長法によ
り成膜する工程を少なくとも含むことを特徴とする導波
路型第２高調波発生素子の製造方法。 - 【請求項５】請求項４において、液相エピタキシャル成
長法において使用するフラックスは、五酸化バナジウ
ム、三酸化ボロン、フッ化リチウム、フッ化カリウム、
三酸化ボロンと三酸化モリブデン、三酸化ボロンと三酸
化タングステンのうちから選ばれる少なくとも１種から
なることを特徴とする導波路型第２高調波発生素子の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31828592A JPH06160927A (ja) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | 導波路型第２高調波発生素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31828592A JPH06160927A (ja) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | 導波路型第２高調波発生素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06160927A true JPH06160927A (ja) | 1994-06-07 |
Family
ID=18097504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31828592A Pending JPH06160927A (ja) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | 導波路型第２高調波発生素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06160927A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6654529B1 (en) | 1998-08-19 | 2003-11-25 | Ngk Insulators, Ltd. | Ferroelectric domain inverted waveguide structure and a method for producing a ferroelectric domain inverted waveguide structure |
-
1992
- 1992-11-27 JP JP31828592A patent/JPH06160927A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6654529B1 (en) | 1998-08-19 | 2003-11-25 | Ngk Insulators, Ltd. | Ferroelectric domain inverted waveguide structure and a method for producing a ferroelectric domain inverted waveguide structure |
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