JPH11160560A - 光導波路素子の製造方法 - Google Patents
光導波路素子の製造方法Info
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- JPH11160560A JPH11160560A JP9328044A JP32804497A JPH11160560A JP H11160560 A JPH11160560 A JP H11160560A JP 9328044 A JP9328044 A JP 9328044A JP 32804497 A JP32804497 A JP 32804497A JP H11160560 A JPH11160560 A JP H11160560A
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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
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- 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]
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Abstract
(57)【要約】
【課題】基板からパターン転写された強誘電体単結晶薄
膜の反転部と非反転部との分極境界壁がほぼ平行な状態
を呈し、極めて短い周期の分極反転パターンの強誘電体
単結晶薄膜を有する光導波路素子の製造方法を提供す
る。 【解決手段】強誘電体結晶基板上に、液相エピタキシャ
ル法によって、周期的に分極が反転した強誘電体単結晶
薄膜を形成して、周期状分極反転構造を有する光導波路
素子を製造する方法において、前記強誘電体結晶基板の
分極軸を前記強誘電体結晶基板の基板表面の法線方向か
ら傾けた状態で、前記強誘電体単結晶薄膜を液相エピタ
キシャル法によって形成し、前期周期状分極反転構造を
略平行な状態で安定化させることを特徴とする、光導波
路素子の製造方法である。
膜の反転部と非反転部との分極境界壁がほぼ平行な状態
を呈し、極めて短い周期の分極反転パターンの強誘電体
単結晶薄膜を有する光導波路素子の製造方法を提供す
る。 【解決手段】強誘電体結晶基板上に、液相エピタキシャ
ル法によって、周期的に分極が反転した強誘電体単結晶
薄膜を形成して、周期状分極反転構造を有する光導波路
素子を製造する方法において、前記強誘電体結晶基板の
分極軸を前記強誘電体結晶基板の基板表面の法線方向か
ら傾けた状態で、前記強誘電体単結晶薄膜を液相エピタ
キシャル法によって形成し、前期周期状分極反転構造を
略平行な状態で安定化させることを特徴とする、光導波
路素子の製造方法である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路素子の製
造方法に関し、さらに詳しくは、擬似位相整合方式の第
２高調波発生デバイスに適した光導波路素子の製造方法
に関する。
造方法に関し、さらに詳しくは、擬似位相整合方式の第
２高調波発生デバイスに適した光導波路素子の製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ピックアップなどに用いることのでき
る青色レーザ用光源として、ニオブ酸リチウムやタンタ
ル酸リチウム単結晶に周期的な分極反転構造を形成した
光導波路を使用した擬似位相整合（Ｑｕａｓｉ−Ｐｈａ
ｓｅ−Ｍａｔｃｈｅｄ：以下、ＱＰＭと略すことがあ
る）方式の第２高調波発生（Ｓｅｃｏｎｄ−Ｈａｒｍｏ
ｎｉｃ−Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：以下、ＳＨＧと略すこ
とがある）デバイスが期待されている。このデバイス
は、光ディスクメモリ用、医学用、光化学用、及び各種
光計測用の光ピックアップなどに幅広く使用することが
できる。
る青色レーザ用光源として、ニオブ酸リチウムやタンタ
ル酸リチウム単結晶に周期的な分極反転構造を形成した
光導波路を使用した擬似位相整合（Ｑｕａｓｉ−Ｐｈａ
ｓｅ−Ｍａｔｃｈｅｄ：以下、ＱＰＭと略すことがあ
る）方式の第２高調波発生（Ｓｅｃｏｎｄ−Ｈａｒｍｏ
ｎｉｃ−Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：以下、ＳＨＧと略すこ
とがある）デバイスが期待されている。このデバイス
は、光ディスクメモリ用、医学用、光化学用、及び各種
光計測用の光ピックアップなどに幅広く使用することが
できる。
【０００３】この周期的な分極反転構造は、ニオブ酸リ
チウムなどの強誘電体結晶基板上に、チタン内拡散法、
酸化リチウム外拡散法、二酸化シリコン装荷熱処理法、
プロトン交換熱処理法、電子ビーム走査照射法、及び電
圧印加法などによって作製できる。また、液相エピタキ
シャル法などによって、この基板表面上に強誘電体単結
晶薄膜を形成し、基板の反転パターンを転写することが
可能である。
チウムなどの強誘電体結晶基板上に、チタン内拡散法、
酸化リチウム外拡散法、二酸化シリコン装荷熱処理法、
プロトン交換熱処理法、電子ビーム走査照射法、及び電
圧印加法などによって作製できる。また、液相エピタキ
シャル法などによって、この基板表面上に強誘電体単結
晶薄膜を形成し、基板の反転パターンを転写することが
可能である。
【０００４】例えば、特開平５−１７３２１３号公報、
特開平６−６７２３３号公報、及び特開平６−１６０９
２７号公報には、強誘電体結晶基板としてニオブ酸リチ
ウム単結晶などのＺカット面を用い、予めチタン内拡散
法などでこの基板表面に分極反転構造を形成しておき、
その後、液相エピタキシャル法によって強誘電体単結晶
薄膜をこの基板上に形成して、基板に形成された分極パ
ターンを転写する技術が詳細に論じられている。
特開平６−６７２３３号公報、及び特開平６−１６０９
２７号公報には、強誘電体結晶基板としてニオブ酸リチ
ウム単結晶などのＺカット面を用い、予めチタン内拡散
法などでこの基板表面に分極反転構造を形成しておき、
その後、液相エピタキシャル法によって強誘電体単結晶
薄膜をこの基板上に形成して、基板に形成された分極パ
ターンを転写する技術が詳細に論じられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】特開平５−１７３２１
３号公報などに記載されている技術は、いずれも基板と
して、ニオブ酸リチウム単結晶などのＺカット面を使用
している。
３号公報などに記載されている技術は、いずれも基板と
して、ニオブ酸リチウム単結晶などのＺカット面を使用
している。
【０００６】この基板表面に分極反転パターンを予め形
成した後に、強誘電体単結晶薄膜を形成して上述のよう
なパターン転写を行うと、反転部と非反転部との分極境
界壁が平行な状態から大きくずれて広がり、基板に形成
された分極パターンに対して大きく広がった分極パター
ンが形成されてしまう。これでは、十分に短い分極周期
を有する強誘電体単結晶薄膜を形成することはできず、
ＳＨＧの変換効率が低下するなどの不都合が生じる。
成した後に、強誘電体単結晶薄膜を形成して上述のよう
なパターン転写を行うと、反転部と非反転部との分極境
界壁が平行な状態から大きくずれて広がり、基板に形成
された分極パターンに対して大きく広がった分極パター
ンが形成されてしまう。これでは、十分に短い分極周期
を有する強誘電体単結晶薄膜を形成することはできず、
ＳＨＧの変換効率が低下するなどの不都合が生じる。
【０００７】一方、「Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．」Ｎｏ．６５（１９９４年）の２１５４〜２１５５
頁には、基板としてニオブ酸リチウム単結晶のＺカット
面を用い、この基板表面にチタン拡散法により周期状の
分極反転構造を予め形成した後に、６９０℃以下の比較
的低い温度において、液相エピタキシャル法によりニオ
ブ酸リチウム単結晶薄膜を形成すると、転写される分極
反転パターンの反転部と非反転部との分極境界壁が平行
な方向に近づき、７μｍ周期程度の分極パターンを形成
することができる旨が記載されている。しかしながら、
このような低温での液相エピタキシャルは、成膜速度が
低下するなどの問題が生じて好ましくない。
ｔ．」Ｎｏ．６５（１９９４年）の２１５４〜２１５５
頁には、基板としてニオブ酸リチウム単結晶のＺカット
面を用い、この基板表面にチタン拡散法により周期状の
分極反転構造を予め形成した後に、６９０℃以下の比較
的低い温度において、液相エピタキシャル法によりニオ
ブ酸リチウム単結晶薄膜を形成すると、転写される分極
反転パターンの反転部と非反転部との分極境界壁が平行
な方向に近づき、７μｍ周期程度の分極パターンを形成
することができる旨が記載されている。しかしながら、
このような低温での液相エピタキシャルは、成膜速度が
低下するなどの問題が生じて好ましくない。
【０００８】本発明は、基板からパターン転写された強
誘電体単結晶薄膜の反転部と非反転部との分極境界壁が
ほぼ平行な状態を呈する光導波路素子の製造方法を提供
するものである。
誘電体単結晶薄膜の反転部と非反転部との分極境界壁が
ほぼ平行な状態を呈する光導波路素子の製造方法を提供
するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、強誘電体結晶
基板上に、液相エピタキシャル法によって、周期的に分
極が反転した強誘電体単結晶薄膜を形成して、周期状分
極反転構造を有する光導波路素子を製造する方法におい
て、前記強誘電体結晶基板の分極軸を前記強誘電体結晶
基板の基板表面の法線方向から傾けた状態で、前記強誘
電体単結晶薄膜を液相エピタキシャル法によって形成
し、前記周期状分極反転構造の各分極反転構造を略平行
な状態で安定化させることを特徴とする、光導波路素子
の製造方法である。
基板上に、液相エピタキシャル法によって、周期的に分
極が反転した強誘電体単結晶薄膜を形成して、周期状分
極反転構造を有する光導波路素子を製造する方法におい
て、前記強誘電体結晶基板の分極軸を前記強誘電体結晶
基板の基板表面の法線方向から傾けた状態で、前記強誘
電体単結晶薄膜を液相エピタキシャル法によって形成
し、前記周期状分極反転構造の各分極反転構造を略平行
な状態で安定化させることを特徴とする、光導波路素子
の製造方法である。
【００１０】図１は、従来の光導波路素子の分極状態を
示す図である。図２は、本発明の光導波路素子の分極状
態を示す図である。図１（ｂ）に示すように、基板１の
周期状反転部４から転写された転写反転部６と非反転部
９との間の分極境界壁には、７ａまたは８ａ及び７ｂま
たは８ｂというエネルギー的に２つの安定な状態が存在
する。
示す図である。図２は、本発明の光導波路素子の分極状
態を示す図である。図１（ｂ）に示すように、基板１の
周期状反転部４から転写された転写反転部６と非反転部
９との間の分極境界壁には、７ａまたは８ａ及び７ｂま
たは８ｂというエネルギー的に２つの安定な状態が存在
する。
【００１１】従来の光導波路素子は、図１（ａ）に示す
ような、分極軸２と基板表面の法線１０とがほぼ平行な
状態を呈する強誘電体結晶基板１に、液相エピタキシャ
ル法によって強誘電体単結晶薄膜５を形成していた。
ような、分極軸２と基板表面の法線１０とがほぼ平行な
状態を呈する強誘電体結晶基板１に、液相エピタキシャ
ル法によって強誘電体単結晶薄膜５を形成していた。
【００１２】しかしながら、このように分極軸２と基板
表面の法線１０とがほぼ平行な状態の強誘電体結晶基板
１に強誘電体単結晶薄膜５を形成すると、分極境界壁の
エネルギー状態は７ａ及び７ｂの状態において安定にな
る。
表面の法線１０とがほぼ平行な状態の強誘電体結晶基板
１に強誘電体単結晶薄膜５を形成すると、分極境界壁の
エネルギー状態は７ａ及び７ｂの状態において安定にな
る。
【００１３】すなわち、図１（ｃ）に示すように、従来
の光導波路素子は常に広がった分極境界壁７ａ及び７ｂ
を有していた。このため、強誘電体単結晶薄膜５への転
写パターン周期ｔを小さくすることは極めて困難であっ
た。本発明の光導波路素子の場合においても、図２
（ｂ）に示すように、分極境界壁は、１７ａ又は１８ａ
及び１７ｂ又は１８ｂのエネルギー的に安定な２つの状
態が存在する。
の光導波路素子は常に広がった分極境界壁７ａ及び７ｂ
を有していた。このため、強誘電体単結晶薄膜５への転
写パターン周期ｔを小さくすることは極めて困難であっ
た。本発明の光導波路素子の場合においても、図２
（ｂ）に示すように、分極境界壁は、１７ａ又は１８ａ
及び１７ｂ又は１８ｂのエネルギー的に安定な２つの状
態が存在する。
【００１４】しかしながら、本発明の光導波路素子は、
図２（ａ）に示すような、分極軸２と基板表面の法線１
０とが傾いた状態を呈した基板１上に、強誘電体単結晶
薄膜５を形成するため、分極境界壁のエネルギー状態は
１７ａ及び１７ｂの状態において安定になる。
図２（ａ）に示すような、分極軸２と基板表面の法線１
０とが傾いた状態を呈した基板１上に、強誘電体単結晶
薄膜５を形成するため、分極境界壁のエネルギー状態は
１７ａ及び１７ｂの状態において安定になる。
【００１５】したがって、図２（ｃ）に示すように、本
発明の光導波路素子の分極境界壁は１７ａ及び１７ｂで
示されるような略平行の状態を呈する。このため、強誘
電体結晶基板１における周期状反転部４の分極反転周期
Ｔを正確に転写することが可能となり、強誘電体単結晶
薄膜５への転写パターン周期ｔを極めて小さくすること
ができる。
発明の光導波路素子の分極境界壁は１７ａ及び１７ｂで
示されるような略平行の状態を呈する。このため、強誘
電体結晶基板１における周期状反転部４の分極反転周期
Ｔを正確に転写することが可能となり、強誘電体単結晶
薄膜５への転写パターン周期ｔを極めて小さくすること
ができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図２とともに、実
施の形態に基づいて詳細に説明する。本発明の光導波路
素子は、以下のようにして製造することが好ましい。ま
ず最初、図２（ａ）に示すように、強誘電体結晶基板１
上に、チタン内拡散法、酸化リチウム外拡散法、二酸化
シリコン装荷熱処理法、プロトン交換熱処理法、電子ビ
ーム走査照射法、及び電圧印加法などを用い、周期状反
転部４を形成する。
施の形態に基づいて詳細に説明する。本発明の光導波路
素子は、以下のようにして製造することが好ましい。ま
ず最初、図２（ａ）に示すように、強誘電体結晶基板１
上に、チタン内拡散法、酸化リチウム外拡散法、二酸化
シリコン装荷熱処理法、プロトン交換熱処理法、電子ビ
ーム走査照射法、及び電圧印加法などを用い、周期状反
転部４を形成する。
【００１７】チタン内拡散法で、強誘電体結晶基板１上
に周期状反転部４を形成するに際しては、最初に、単分
域化した強誘電体結晶基板１上にフォトレジストをスピ
ンコータなどで塗布する。次に、このフォトレジスト
を、所定の分極パターンが描画されているフォトマスク
を用いて露光した後、さらに現像して所定の分極パター
ンを形成する。次に、分極パターンが形成された強誘電
体結晶基板１上に、真空蒸着法、イオンプレーティング
法、スパッタリング法、及びＣＶＤ法などを用いて、チ
タン（Ｔｉ）を好ましくは１０〜５０Åの厚さに形成す
る。
に周期状反転部４を形成するに際しては、最初に、単分
域化した強誘電体結晶基板１上にフォトレジストをスピ
ンコータなどで塗布する。次に、このフォトレジスト
を、所定の分極パターンが描画されているフォトマスク
を用いて露光した後、さらに現像して所定の分極パター
ンを形成する。次に、分極パターンが形成された強誘電
体結晶基板１上に、真空蒸着法、イオンプレーティング
法、スパッタリング法、及びＣＶＤ法などを用いて、チ
タン（Ｔｉ）を好ましくは１０〜５０Åの厚さに形成す
る。
【００１８】その後、この基板全体を有機溶剤中に入
れ、フォトレジスト及びその上に付着しているチタンを
除去する。さらに、この基板全体を、好ましくは９００
〜１１００℃で、１〜２０時間熱処理を施すことによ
り、図２（ａ）に示すように、強誘電体結晶基板１の表
面上に周期状反転部４を形成することができる。
れ、フォトレジスト及びその上に付着しているチタンを
除去する。さらに、この基板全体を、好ましくは９００
〜１１００℃で、１〜２０時間熱処理を施すことによ
り、図２（ａ）に示すように、強誘電体結晶基板１の表
面上に周期状反転部４を形成することができる。
【００１９】形成した周期状反転部４の深さは、強誘電
体結晶基板１上に形成された強誘電体単結晶薄膜５への
転写を十分有効に行うという観点から、０．１μｍ〜１
０μｍの範囲にあることが好ましく、さらに好ましくは
０．１μｍ〜０．５μｍの範囲である。
体結晶基板１上に形成された強誘電体単結晶薄膜５への
転写を十分有効に行うという観点から、０．１μｍ〜１
０μｍの範囲にあることが好ましく、さらに好ましくは
０．１μｍ〜０．５μｍの範囲である。
【００２０】本発明の強誘電体結晶基板１として使用す
ることのできる材料は、強誘電体単結晶であれば特に限
定されるものではなく、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ
3 ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3 ）、ニオブ酸
カリウムリチウム（ＫＬＮ）、及びニオブ酸リチウムー
タンタル酸リチウム固溶体などが挙げられるが、これら
の中でも、キュリー温度が約１２００℃と高温であるた
め、ニオブ酸リチウムを用いることが好ましい。
ることのできる材料は、強誘電体単結晶であれば特に限
定されるものではなく、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ
3 ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3 ）、ニオブ酸
カリウムリチウム（ＫＬＮ）、及びニオブ酸リチウムー
タンタル酸リチウム固溶体などが挙げられるが、これら
の中でも、キュリー温度が約１２００℃と高温であるた
め、ニオブ酸リチウムを用いることが好ましい。
【００２１】さらには、基板の耐光損傷性を向上させる
ために、これらの基板材料にマグネシウム（Ｍｇ）、亜
鉛（Ｚｎ）、スカンジウム（Ｓｃ）及びインジウム（Ｉ
ｎ）からなる群より選ばれる１種以上の金属元素を含有
させることもできる。
ために、これらの基板材料にマグネシウム（Ｍｇ）、亜
鉛（Ｚｎ）、スカンジウム（Ｓｃ）及びインジウム（Ｉ
ｎ）からなる群より選ばれる１種以上の金属元素を含有
させることもできる。
【００２２】同様に、レーザ発振用の元素として、ラン
タノイド系列のネオジウム（Ｎｄ）、エルビウム（Ｅ
ｒ）、ツムリウム（Ｔｍ）、ホルビウム（Ｈｏ）、ディ
スプロシウム（Ｄｙ）、及びプラセオジム（Ｐｒ）など
の群から選ばれる１種以上の元素を添加することもでき
る。
タノイド系列のネオジウム（Ｎｄ）、エルビウム（Ｅ
ｒ）、ツムリウム（Ｔｍ）、ホルビウム（Ｈｏ）、ディ
スプロシウム（Ｄｙ）、及びプラセオジム（Ｐｒ）など
の群から選ばれる１種以上の元素を添加することもでき
る。
【００２３】次に、図２（ｃ）に示すように、周期状反
転部４の形成された強誘電体結晶基板１上に、液相エピ
タキシャル法によって、強誘電体単結晶薄膜５を形成す
る。この液相エピタキシャルは、図２（ａ）に示すよう
に、強誘電体結晶基板１の分極軸２と強誘電体結晶基板
１の基板表面の法線１０とが傾いた状態にて行う。
転部４の形成された強誘電体結晶基板１上に、液相エピ
タキシャル法によって、強誘電体単結晶薄膜５を形成す
る。この液相エピタキシャルは、図２（ａ）に示すよう
に、強誘電体結晶基板１の分極軸２と強誘電体結晶基板
１の基板表面の法線１０とが傾いた状態にて行う。
【００２４】この傾いた状態は、単分域化処理して、一
方向に分極させた強誘電体単結晶材料の分極軸に対し、
垂直な方向から所定の角度傾いた状態で基板を切り出す
ことにより形成することができる。
方向に分極させた強誘電体単結晶材料の分極軸に対し、
垂直な方向から所定の角度傾いた状態で基板を切り出す
ことにより形成することができる。
【００２５】例えば、強誘電体単結晶材料としてニオブ
酸リチウム単結晶を用いた場合は、図３（ａ）に示すよ
うに、単分域化処理した後の分極軸１２は、ニオブ酸リ
チウム単結晶１１のＺ方向を向いているので、このニオ
ブ酸リチウム単結晶１１のＺ方向から、角度θだけ傾け
た軸線１３に垂直な軸線１４の方向に基板を切り出す。
すなわち、単結晶のＹ方向を中心として考えた場合、ニ
オブ酸リチウム単結晶１１のＺカット面ではなく、Ｘ方
向に傾いてＸカット面成分とＺカット面成分とが共存す
るような状態で基板を切り出す。
酸リチウム単結晶を用いた場合は、図３（ａ）に示すよ
うに、単分域化処理した後の分極軸１２は、ニオブ酸リ
チウム単結晶１１のＺ方向を向いているので、このニオ
ブ酸リチウム単結晶１１のＺ方向から、角度θだけ傾け
た軸線１３に垂直な軸線１４の方向に基板を切り出す。
すなわち、単結晶のＹ方向を中心として考えた場合、ニ
オブ酸リチウム単結晶１１のＺカット面ではなく、Ｘ方
向に傾いてＸカット面成分とＺカット面成分とが共存す
るような状態で基板を切り出す。
【００２６】すると、図３（ｂ）に示すように、Ｘカッ
ト面成分及びＺカット面成分が共存する基板表面の法線
２３と分極軸２２とが、角度θをなすニオブ酸リチウム
基板２１を得ることができる。
ト面成分及びＺカット面成分が共存する基板表面の法線
２３と分極軸２２とが、角度θをなすニオブ酸リチウム
基板２１を得ることができる。
【００２７】分極反転部を安定に形成するためには、強
誘電体結晶基板１の分極軸２とこの基板表面の法線１０
とのなす角度の上限は、８０度以下であることが好まし
く、さらに好ましくは６０度以下である。
誘電体結晶基板１の分極軸２とこの基板表面の法線１０
とのなす角度の上限は、８０度以下であることが好まし
く、さらに好ましくは６０度以下である。
【００２８】また、分極境界壁を平行に安定させるため
には、強誘電体結晶基板１の分極軸２とこの基板表面の
法線１０とのなす角度の下限は１５度以上であることが
好ましく、さらに好ましくは３０度以上である。
には、強誘電体結晶基板１の分極軸２とこの基板表面の
法線１０とのなす角度の下限は１５度以上であることが
好ましく、さらに好ましくは３０度以上である。
【００２９】このように周期状反転部４が形成された強
誘電体結晶基板１に、液相エピタキシャル法により強誘
電体単結晶薄膜５を形成すると、周期状反転部４の分極
反転パターンが薄膜中へ転写される。そして、本発明の
ように、強誘電体結晶基板１の分極軸２と基板表面の法
線１０とが傾いた状態で分極反転パターンの転写を行う
と、図２（ｃ）に示すように、転写反転部６と非反転部
９との間の分極境界壁１７ａ及び１７ｂのなす角αはほ
ぼ０となり、略平行な状態を呈する。
誘電体結晶基板１に、液相エピタキシャル法により強誘
電体単結晶薄膜５を形成すると、周期状反転部４の分極
反転パターンが薄膜中へ転写される。そして、本発明の
ように、強誘電体結晶基板１の分極軸２と基板表面の法
線１０とが傾いた状態で分極反転パターンの転写を行う
と、図２（ｃ）に示すように、転写反転部６と非反転部
９との間の分極境界壁１７ａ及び１７ｂのなす角αはほ
ぼ０となり、略平行な状態を呈する。
【００３０】したがって、上述したように、周期状反転
部４の分極反転周期Ｔを正確に転写することが可能とな
り、強誘電体単結晶薄膜５への転写パターン周期ｔを極
めて小さくすることができる。
部４の分極反転周期Ｔを正確に転写することが可能とな
り、強誘電体単結晶薄膜５への転写パターン周期ｔを極
めて小さくすることができる。
【００３１】液相エピタキシャル法により形成する強誘
電体単結晶薄膜５の厚さは、強誘電体結晶基板１に形成
された周期状反転部４の分極パターンをこの薄膜に有効
に転写させること、及び光導波路として有効に機能させ
るためには、０．５μｍ〜３０μｍの範囲にあることが
好ましく、さらに好ましくは１μｍ〜５μｍの範囲であ
る。
電体単結晶薄膜５の厚さは、強誘電体結晶基板１に形成
された周期状反転部４の分極パターンをこの薄膜に有効
に転写させること、及び光導波路として有効に機能させ
るためには、０．５μｍ〜３０μｍの範囲にあることが
好ましく、さらに好ましくは１μｍ〜５μｍの範囲であ
る。
【００３２】この強誘電体結晶基板１上に形成された強
誘電体単結晶薄膜５は、外部から導入した光を有効に伝
搬させるべく、光導波路として作用するものであるか
ら、この強誘電体単結晶薄膜５として使用することので
きる強誘電体結晶材料としては、基板に使用する強誘電
体単結晶材料よりも屈折率の高いことが必要である。
誘電体単結晶薄膜５は、外部から導入した光を有効に伝
搬させるべく、光導波路として作用するものであるか
ら、この強誘電体単結晶薄膜５として使用することので
きる強誘電体結晶材料としては、基板に使用する強誘電
体単結晶材料よりも屈折率の高いことが必要である。
【００３３】具体的には、ニオブ酸リチウム、タンタル
酸リチウム、ニオブ酸カリウムリチウム、及びニオブ酸
リチウムータンタル酸リチウム固溶体などを使用するこ
とができる。中でも、屈折率の制御が容易であるため、
好ましくはニオブ酸リチウムータンタル酸リチウム固溶
体を用いることができる。
酸リチウム、ニオブ酸カリウムリチウム、及びニオブ酸
リチウムータンタル酸リチウム固溶体などを使用するこ
とができる。中でも、屈折率の制御が容易であるため、
好ましくはニオブ酸リチウムータンタル酸リチウム固溶
体を用いることができる。
【００３４】また、上記基板の場合と同様に、レーザ発
振用の添加元素として、ランタノイド系列の元素を１種
以上添加することができる。このニオブ酸リチウムータ
ンタル酸リチウム固溶体は、７００〜１０００℃の温度
範囲に保った、酸化リチウム（Ｌｉ2 Ｏ）、五酸化二ニ
オブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）、五酸化二タンタル（Ｔａ2 Ｏ
5 ）、及び五酸化二バナジウム（Ｖ2 Ｏ5 ）からなる溶
融体に、基板を１分〜１時間接触させて形成する。
振用の添加元素として、ランタノイド系列の元素を１種
以上添加することができる。このニオブ酸リチウムータ
ンタル酸リチウム固溶体は、７００〜１０００℃の温度
範囲に保った、酸化リチウム（Ｌｉ2 Ｏ）、五酸化二ニ
オブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）、五酸化二タンタル（Ｔａ2 Ｏ
5 ）、及び五酸化二バナジウム（Ｖ2 Ｏ5 ）からなる溶
融体に、基板を１分〜１時間接触させて形成する。
【００３５】
【実施例】以下に、本発明を実施例に則してさらに詳細
に説明する。尚、構成を明確にすべく、光導波路素子の
各部の名称については、図１〜３と同じ符号を付してい
る。
に説明する。尚、構成を明確にすべく、光導波路素子の
各部の名称については、図１〜３と同じ符号を付してい
る。
【００３６】実施例１〜８及び比較例１〜５ 本実施例では、発明の実施の形態で述べたように、基板
材料としてニオブ酸リチウム単結晶を使用し、図３
（ａ）に示すように、単分域化処理して分極軸１２をＺ
軸方向に形成した。次に、このニオブ酸リチウム単結晶
１１のＺ軸方向、すなわち、分極軸１２から所定の角度
θだけＸ軸方向に傾けた軸線１３に垂直な軸線１４方向
において、この単結晶材料から基板を切り出した。
材料としてニオブ酸リチウム単結晶を使用し、図３
（ａ）に示すように、単分域化処理して分極軸１２をＺ
軸方向に形成した。次に、このニオブ酸リチウム単結晶
１１のＺ軸方向、すなわち、分極軸１２から所定の角度
θだけＸ軸方向に傾けた軸線１３に垂直な軸線１４方向
において、この単結晶材料から基板を切り出した。
【００３７】この強誘電体結晶基板１の表面に、スピン
コートによってフォトレジスト膜を０．３μｍの厚さに
塗布した後、２μｍ〜１０μｍ周期のストライプパター
ンが描画されているフォトマスクを用いて露光し、さら
に現像して２〜１０μｍのストライプパターンを形成し
た。次に、分極パターンが形成された強誘電体結晶基板
１上に、真空蒸着法を用いて、チタンを３００Åの厚さ
に形成した。
コートによってフォトレジスト膜を０．３μｍの厚さに
塗布した後、２μｍ〜１０μｍ周期のストライプパター
ンが描画されているフォトマスクを用いて露光し、さら
に現像して２〜１０μｍのストライプパターンを形成し
た。次に、分極パターンが形成された強誘電体結晶基板
１上に、真空蒸着法を用いて、チタンを３００Åの厚さ
に形成した。
【００３８】その後、この基板全体をアセトン中に入
れ、フォトレジスト及びその上に付着しているチタンを
除去した。さらに、この強誘電体結晶基板全体を、１０
００℃で、２時間熱処理を施すことにより、分極反転周
期Ｔが２〜１０μｍの周期状反転部４を基板表面に形成
した。
れ、フォトレジスト及びその上に付着しているチタンを
除去した。さらに、この強誘電体結晶基板全体を、１０
００℃で、２時間熱処理を施すことにより、分極反転周
期Ｔが２〜１０μｍの周期状反転部４を基板表面に形成
した。
【００３９】続いて、液相エピタキシャル法により成膜
温度０℃で、膜厚約５μｍのニオブ酸リチウム単結晶薄
膜５を形成して、周期状反転部４からの分極パターンの
転写を行った。図３（ｂ）に示す分極軸２２と基板表面
の法線２３とのなす角θの値に応じた、分極境界壁７ａ
及び７ｂ、または１７ａ及び１７ｂのなす角度αの値
と、強誘電体単結晶薄膜５への転写パターン周期ｔの最
小値ｔminの値とを表１に示した。
温度０℃で、膜厚約５μｍのニオブ酸リチウム単結晶薄
膜５を形成して、周期状反転部４からの分極パターンの
転写を行った。図３（ｂ）に示す分極軸２２と基板表面
の法線２３とのなす角θの値に応じた、分極境界壁７ａ
及び７ｂ、または１７ａ及び１７ｂのなす角度αの値
と、強誘電体単結晶薄膜５への転写パターン周期ｔの最
小値ｔminの値とを表１に示した。
【００４０】
【表１】
【００４１】以上、実施例から明らかなように、強誘電
体結晶基板の分極軸と強誘電体結晶基板の基板表面の法
線の角度θが、０度から傾いて大きくなると、分極境界
壁のなす角度α及び転写パターン周期ｔmin が小さくな
り、分極境界壁は、図２（ｃ）に示すように、略平行な
状態を呈することが分かる。
体結晶基板の分極軸と強誘電体結晶基板の基板表面の法
線の角度θが、０度から傾いて大きくなると、分極境界
壁のなす角度α及び転写パターン周期ｔmin が小さくな
り、分極境界壁は、図２（ｃ）に示すように、略平行な
状態を呈することが分かる。
【００４２】特に、基板の分極軸と基板表面の法線方向
とのなす角θが１５度、さらには３０度を超えると、分
極境界壁のなす角度α及び転写パターン周期ｔmin はさ
らに小さくなる。したがって、短周期の分極反転構造を
有する強誘電体単結晶薄膜を転写形成するためには、前
記のように基板の分極軸と基板表面の法線方向とが１５
度、さらには３０度以上であることが好ましいことが分
かる。
とのなす角θが１５度、さらには３０度を超えると、分
極境界壁のなす角度α及び転写パターン周期ｔmin はさ
らに小さくなる。したがって、短周期の分極反転構造を
有する強誘電体単結晶薄膜を転写形成するためには、前
記のように基板の分極軸と基板表面の法線方向とが１５
度、さらには３０度以上であることが好ましいことが分
かる。
【００４３】一方、角度θが０度の場合は、分極境界壁
のなす角度α及び転写パターン周期ｔmin は大きな値を
示し、図１（ｃ）に示すように、分極境界壁は互いに広
がった状態を呈することが分かる。
のなす角度α及び転写パターン周期ｔmin は大きな値を
示し、図１（ｃ）に示すように、分極境界壁は互いに広
がった状態を呈することが分かる。
【００４４】また、前記角度θが９０度になると、基板
に分極反転構造を形成することが不可能となるので、強
誘電体単結晶薄膜の転写形成ができない。したがって、
前記基板の分極軸と基板表面の法線方向とのなす角度
は、８０度以下であることが好ましいことが分かる。
に分極反転構造を形成することが不可能となるので、強
誘電体単結晶薄膜の転写形成ができない。したがって、
前記基板の分極軸と基板表面の法線方向とのなす角度
は、８０度以下であることが好ましいことが分かる。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光導波路
素子の製造方法によれば、基板から転写形成された強誘
電体単結晶薄膜の分極反転パターンは、反転部と非反転
部との間の分極境界壁が略平行な安定状態を示す。した
がって、極めて小さい転写パターン周期の分極反転構造
を容易に転写形成することができる。
素子の製造方法によれば、基板から転写形成された強誘
電体単結晶薄膜の分極反転パターンは、反転部と非反転
部との間の分極境界壁が略平行な安定状態を示す。した
がって、極めて小さい転写パターン周期の分極反転構造
を容易に転写形成することができる。
【図１】従来の光導波路素子の分極状態を示す図であ
る。
る。
【図２】本発明の光導波路素子の分極状態を示す図であ
る。
る。
【図３】強誘電体単結晶材料から基板を切り出す方向を
説明するための図である。
説明するための図である。
１，２１ 強誘電体結晶基板、２，１２，２２ 分極
軸、３ 周期状反転部の分極方向、４ 周期状反転部、
５ 強誘電体単結晶薄膜、６ 転写反転部、７ａ，７
ｂ，８ａ，８ｂ，１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ 分
極境界壁、９ 非反転部、１０，２３ 基板表面の法
線、１３，１４ 軸線、Ｔ 分極反転周期、ｔ 転写パ
ターン周期、θ 基板表面の法線と分極軸とのなす角、
α分極境界壁のなす角
軸、３ 周期状反転部の分極方向、４ 周期状反転部、
５ 強誘電体単結晶薄膜、６ 転写反転部、７ａ，７
ｂ，８ａ，８ｂ，１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ 分
極境界壁、９ 非反転部、１０，２３ 基板表面の法
線、１３，１４ 軸線、Ｔ 分極反転周期、ｔ 転写パ
ターン周期、θ 基板表面の法線と分極軸とのなす角、
α分極境界壁のなす角
Claims (7)
- 【請求項１】強誘電体結晶基板上に、液相エピタキシャ
ル法によって、周期的に分極が反転した強誘電体単結晶
薄膜を形成して、周期状分極反転構造を有する光導波路
素子を製造する方法において、前記強誘電体結晶基板の
分極軸を前記強誘電体結晶基板の基板表面の法線方向か
ら傾けた状態で、前記強誘電体単結晶薄膜を液相エピタ
キシャル法によって形成し、前記周期状分極反転構造の
各分極反転構造を略平行な状態で安定化させることを特
徴とする、光導波路素子の製造方法。 - 【請求項２】前記強誘電体結晶基板の分極軸と、前記強
誘電体結晶基板の基板表面の法線とのなす角度が、１５
度以上、８０度以下であることを特徴とする請求項１に
記載の光導波路素子の製造方法。 - 【請求項３】前記強誘電体結晶基板の分極軸と、前記強
誘電体結晶基板の基板表面の法線とのなす角度が、３０
度以上、８０度以下であることを特徴とする請求項２に
記載の光導波路素子の製造方法。 - 【請求項４】前記周期状分極反転構造の最短周期が、５
μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれ
か一に記載の光導波路素子の製造方法。 - 【請求項５】前記強誘電体結晶基板の表面にチタン内拡
散法により周期的分極反転構造を形成した後、液相エピ
タキシャル法によって強誘電体単結晶薄膜を形成するこ
とを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の光
導波路素子の製造方法。 - 【請求項６】前記強誘電体結晶基板が、ニオブ酸リチウ
ムータンタル酸リチウム固溶体からなることを特徴とす
る請求項１〜５のいずれか一に記載の光導波路素子の製
造方法。 - 【請求項７】強誘電体結晶基板上に、液相エピタキシャ
ル法によって、周期的に分極が反転した強誘電体単結晶
薄膜を形成して、周期状分極反転構造を有する光導波路
素子を製造する方法において、前記強誘電体結晶基板の
分極軸と、前記強誘電体結晶基板の基板表面の法線との
なす角度を、１５度以上、８０度以下となるように前記
強誘電体結晶基板を傾けた状態で、前記強誘電体単結晶
薄膜を液相エピタキシャル法によって形成することを特
徴とする光導波路素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9328044A JPH11160560A (ja) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | 光導波路素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9328044A JPH11160560A (ja) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | 光導波路素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11160560A true JPH11160560A (ja) | 1999-06-18 |
| JPH11160560A5 JPH11160560A5 (ja) | 2004-09-09 |
Family
ID=18205895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9328044A Pending JPH11160560A (ja) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | 光導波路素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11160560A (ja) |
-
1997
- 1997-11-28 JP JP9328044A patent/JPH11160560A/ja active Pending
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