特許 5754075 波長変換素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5754075

(24)【登録日】2015年6月5日

(45)【発行日】2015年7月22日

(54)【発明の名称】波長変換素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/377 20060101AFI20150702BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/377

【請求項の数】12

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2010-72208(P2010-72208)

(22)【出願日】2010年3月26日

(65)【公開番号】特開2011-203601(P2011-203601A)

(43)【公開日】2011年10月13日

【審査請求日】2012年11月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000295

【氏名又は名称】沖電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085419

【弁理士】

【氏名又は名称】大垣 孝

(74)【代理人】

【識別番号】100141955

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 宏之

(72)【発明者】

【氏名】岸本 直

【審査官】 林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−００６３５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１６１１６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２２０５７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２７７９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００４／０８１６４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−０５７７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２７１４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２８４３３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 K. Mizuuchi, et al.，"Electric-field poling in Mg-doped LiNbO3"，JOURNAL OF APPLIED PHYSICS，２００４年１２月 １日，Vol.96,No.11，p.6585-6590

【文献】 L.E.Myers, et al.，"Quasi-phase-matched optical parametric oscillators in bulk periodically poled LiNbO3"，Jounal of Optical Society of America B，１９９５年１１月，Vol.12, No.11，p.2102-2116

【文献】 K. Mizuuchi, et al.，"Generation of ultraviolet light by frequency doubling of a red laser diode in a first-order peridically poled bulk LiTaO3"，Applied Physics Letters，１９９７年 ３月１０日，Vol.70, No.10，p.1201-1203

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／３５−１／３９

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ニオブ酸リチウム(LiNbO₃)、タンタル酸リチウム(LiTaO₃)、Potassium titanyl phosphate (KTP: KTiOPO₄)、ニオブ酸カリウム(KNbO₃)、あるいは、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、スカンジウム（Sc）、インジウム(In)等の光損傷を発生しにくくする効果を有する元素がドーピングされた、ニオブ酸リチウム(LiNbO₃)、タンタル酸リチウム(LiTaO₃)、Potassium titanyl phosphate (KTP: KTiOPO₄)、ニオブ酸カリウム(KNbO₃)結晶基板の主面に、等しい幅を持つ矩形電極を並列させて周期的に配置し、該矩形電極どうしを接続し等電位化するための等電位化電極を該矩形電極の両側に具えた梯子型電極を形成する電極形成工程と、
前記梯子型電極が形成された前記主面と対向する裏面との間に電圧を印加して、前記基板に周期的分極反転構造を形成する分極反転構造形成工程と、
分極反転領域の幅が非分極反転領域の幅と等しく形成されている箇所に光導波路を形成する光導波路形成工程と
を含み、
前記分極反転構造形成工程において、前記電圧印加を、前記矩形電極の前記両側の等電位化電極から等距離にある中央部分において、前記分極反転領域の幅が前記非分極反転領域の幅と等しくなる時点に到達する以前の段階で終了させる
ことを特徴とする波長変換素子の製造方法。

【請求項2】

ニオブ酸リチウム(LiNbO₃)、タンタル酸リチウム(LiTaO₃)、Potassium titanyl phosphate (KTP: KTiOPO₄)、ニオブ酸カリウム(KNbO₃)、あるいは、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、スカンジウム（Sc）、インジウム(In)等の光損傷を発生しにくくする効果を有する元素がドーピングされた、ニオブ酸リチウム(LiNbO₃)、タンタル酸リチウム(LiTaO₃)、Potassium titanyl phosphate (KTP: KTiOPO₄)、ニオブ酸カリウム(KNbO₃)結晶基板の主面に、幅が階段状に順次狭くなる形状の階段状電極を並列させて周期的に配置し、該階段状電極どうしを接続し等電位化するための等電位化電極を該階段状電極の幅の広い側に具えた複合階段形状櫛型電極を形成する電極形成工程と、
前記複合階段形状櫛型電極が形成された前記主面と対向する裏面との間に電圧を印加して、前記基板に周期的分極反転構造を形成する分極反転構造形成工程と、
分極反転領域の幅が非分極反転領域の幅と等しく形成されている箇所に光導波路を形成する光導波路形成工程と
を含み、
前記分極反転構造形成工程において、前記電圧印加を、前記階段状の幅が最も広い部分に形成される前記分極反転領域の幅が前記周期的分極反転構造の周期の半分よりも広くなる時点に到達した段階で終了させる
ことを特徴とする波長変換素子の製造方法。

【請求項3】

ニオブ酸リチウム(LiNbO₃)、タンタル酸リチウム(LiTaO₃)、Potassium titanyl phosphate (KTP: KTiOPO₄)、ニオブ酸カリウム(KNbO₃)、あるいは、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、スカンジウム（Sc）、インジウム(In)等の光損傷を発生しにくくする効果を有する元素がドーピングされた、ニオブ酸リチウム(LiNbO₃)、タンタル酸リチウム(LiTaO₃)、Potassium titanyl phosphate (KTP: KTiOPO₄)、ニオブ酸カリウム(KNbO₃)結晶基板の主面に、幅が直線状に順次狭くなる三角形状電極を並列させて周期的に配置し、該三角形状電極どうしを接続し等電位化するための等電位化電極を該三角形状電極の幅の広い側に具えた複合三角形状櫛型電極を形成する電極形成工程と、
前記複合三角形状櫛型電極が形成された前記主面と対向する裏面との間に電圧を印加して、前記基板に周期的分極反転構造を形成する分極反転構造形成工程と、
分極反転領域の幅が非分極反転領域の幅と等しく形成されている箇所に光導波路を形成する光導波路形成工程と
を含み、
前記分極反転構造形成工程において、前記電圧印加を、前記三角形状の幅が最も広い部分に形成される前記分極反転領域の幅が前記周期的分極反転構造の周期の半分よりも広くなる時点に到達した段階で終了させる
ことを特徴とする波長変換素子の製造方法。

【請求項4】

ニオブ酸リチウム(LiNbO₃)、タンタル酸リチウム(LiTaO₃)、Potassium titanyl phosphate (KTP: KTiOPO₄)、ニオブ酸カリウム(KNbO₃)、あるいは、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、スカンジウム（Sc）、インジウム(In)等の光損傷を発生しにくくする効果を有する元素がドーピングされた、ニオブ酸リチウム(LiNbO₃)、タンタル酸リチウム(LiTaO₃)、Potassium titanyl phosphate (KTP: KTiOPO₄)、ニオブ酸カリウム(KNbO₃)結晶基板の主面に、矩形開口部を周期的に備え該開口部の両側に当該開口部と直交するストライプ状開口部が、前記矩形開口部に接続されて設けられた絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜が形成された前記基板に電圧印加するための準備をする電圧印加準備工程と、
前記絶縁膜が形成された前記主面と対向する裏面との間に電圧を印加して、前記基板に周期的分極反転構造を形成する分極反転構造形成工程と、
分極反転領域の幅が非分極反転領域の幅と等しく形成されている箇所に光導波路を形成する光導波路形成工程と
を含み、
前記分極反転構造形成工程において、前記電圧印加を、前記両側のストライプ状開口部から等距離にある前記矩形開口部の中央部分において、前記分極反転領域の幅が前記非分極反転領域の幅と等しくなる時点に到達する以前の段階で終了させる
ことを特徴とする波長変換素子の製造方法。

【請求項5】

ニオブ酸リチウム(LiNbO₃)、タンタル酸リチウム(LiTaO₃)、Potassium titanyl phosphate (KTP: KTiOPO₄)、ニオブ酸カリウム(KNbO₃)、あるいは、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、スカンジウム（Sc）、インジウム(In)等の光損傷を発生しにくくする効果を有する元素がドーピングされた、ニオブ酸リチウム(LiNbO₃)、タンタル酸リチウム(LiTaO₃)、Potassium titanyl phosphate (KTP: KTiOPO₄)、ニオブ酸カリウム(KNbO₃)結晶基板の主面に、幅が階段状に順次狭くなる形状の開口部を並列させて周期的に備えた絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜が形成された前記基板に電圧印加するための準備をする電圧印加準備工程と、
前記絶縁膜が形成された前記主面と対向する裏面との間に電圧を印加して、前記基板に周期的分極反転構造を形成する分極反転構造形成工程と、
分極反転領域の幅が非分極反転領域の幅と等しく形成されている箇所に光導波路を形成する光導波路形成工程と
を含み、
前記分極反転構造形成工程において、前記電圧印加を、前記階段状の幅が最も広い開口部分に形成される前記分極反転領域の幅が前記周期的分極反転構造の周期の半分よりも広くなる時点に到達した段階で終了させる
ことを特徴とする波長変換素子の製造方法。

【請求項6】

ニオブ酸リチウム(LiNbO₃)、タンタル酸リチウム(LiTaO₃)、Potassium titanyl phosphate (KTP: KTiOPO₄)、ニオブ酸カリウム(KNbO₃)、あるいは、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、スカンジウム（Sc）、インジウム(In)等の光損傷を発生しにくくする効果を有する元素がドーピングされた、ニオブ酸リチウム(LiNbO₃)、タンタル酸リチウム(LiTaO₃)、Potassium titanyl phosphate (KTP: KTiOPO₄)、ニオブ酸カリウム(KNbO₃)結晶基板の主面に、幅が直線状に順次狭くなる三角形状の開口部を並列させて周期的に備えた絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜が形成された前記基板に電圧印加するための準備をする電圧印加準備工程と、
前記絶縁膜が形成された前記主面と対向する裏面との間に電圧を印加して、前記基板に周期的分極反転構造を形成する分極反転構造形成工程と、
分極反転領域の幅が非分極反転領域の幅と等しく形成されている箇所に光導波路を形成する光導波路形成工程と
を含み、
前記分極反転構造形成工程において、前記電圧印加を、前記三角形状の幅が最も広い開口部分に形成される前記分極反転領域の幅が前記周期的分極反転構造の周期の半分よりも広くなる時点に到達した段階で終了させる
ことを特徴とする波長変換素子の製造方法。

【請求項7】

前記電圧印加準備工程は、前記絶縁膜が形成された強誘電体結晶基板を液体電極である電解質溶液中にセットする工程であることを特徴とする請求項4〜6のいずれか一項に記載の波長変換素子の製造方法。

【請求項8】

前記電圧印加準備工程は、前記絶縁膜が形成された強誘電体結晶基板の前記絶縁膜が形成された面及び該面に対向する裏面に電極を形成する工程であることを特徴とする請求項4〜6のいずれか一項に記載の波長変換素子の製造方法。

【請求項9】

前記絶縁膜は、フォトレジスト材料で形成されることを特徴とする請求項4〜8のいずれか一項に記載の波長変換素子の製造方法。

【請求項10】

前記絶縁膜は、酸化シリコン膜として形成されることを特徴とする請求項4〜8のいずれか一項に記載の波長変換素子の製造方法。

【請求項11】

前記絶縁膜は、窒化シリコン膜として形成されることを特徴とする請求項4〜8のいずれか一項に記載の波長変換素子の製造方法。

【請求項12】

前記電圧印加するための印加電圧パルスの幅及びピーク値を少しずつ変えて分極反転構造を形成した試料を複数形成し、周期的分極反転構造の分極反転領域の幅と非分極反転領域の幅とが等しくなる箇所が少なくとも一箇所存在する条件を満たす印加電圧パルスの幅及びピーク値を予め求めておくことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の波長変換素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、光導波路を具えた擬似位相整合型波長変換素子の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

周期的分極反転構造によって擬似位相整合（QPM: Quasi-Phase Matching）を実現して波長変換を行う擬似位相整合型波長変換素子（以後「QPM型波長変換素子」ということもある。）が注目されている。QPM型波長変換素子は、被波長変換光の波長に応じて周期的分極反転構造の周期を調整することによって任意の波長の被波長変換光に対して波長変換を可能とする。この優れた特長を備えていることによって、QPM型波長変換素子は、光ファイバ通信の分野に限らず、光計測の分野等においても積極的に利用されつつある。

【0003】

QPM型波長変換素子に共通する課題は、波長変換効率を高くすることにある。波長変換効率を高くするためには、周期的分極反転構造を構成する分極反転領域の幅と非分極反転領域の幅が等しくなるように形成するのが効果的である。更に、被波長変換光及び波長変換光を導波させる光導波路を設け、被波長変換光をそのエネルギー密度を高く保ったままこの光導波路を導波させつつ波長変換が実現される構成とすることが有効である。

【0004】

これまで、周期的分極反転構造の分極反転領域の幅と非分極反転領域の幅を等しく形成するための様々な工夫がなされてきた（例えば、特許文献1〜3参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開2000-147584号公報

【特許文献2】特開2009-47794号公報

【特許文献3】特開2002-214655号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上述の特許文献1に記載された、非分極反転領域にプロトン交換処理を施すことにより強誘電性を制御し分極反転を抑制する方法は、プロトン交換処理工程を必要とし作業工程が複雑となり量産に向かない。

【0007】

上述の特許文献2あるいは特許文献3に開示された方法では、電極外の横方向に分極反転領域が広がることに対する制御を行うための構造上の工夫がなされていないので、電圧印加時間を制御することによって、電極外に分極反転領域が広がり分極反転領域が非分極反転領域と等しい幅となるように制御する必要がある。しかしながらこの制御には非常に高度な技術を要する。

【0008】

また、上述の特許文献2あるいは特許文献3に開示された方法では、分極反転領域の電極を複数の電極に分けて形成することによって、強誘電体結晶と接する電極部分の面積が小さくなるので、電極と接する強誘電体結晶の部分の電荷密度を高くすることができる。これによって、分極反転が起こりやすくなる電極直下の強誘電体結晶部分で安定的に分極反転を実現させることができる。しかしながら、形成すべき分極反転構造の周期が短い場合は、分極反転領域の幅が狭く、この狭い領域に複数の電極を形成することは容易でない。

【課題を解決するための手段】

【0009】

電圧印加法による周期的分極反転構造の形成において、分極反転領域が周期的に設定さ
れる。そして、これら分極反転領域として設定された箇所には金属電極が形成されるが、周期的に形成されたそれぞれの金属電極は電圧印加時に同電位となるように互いに接続されている。この接続を実現するための金属電極部分（等電位化電極ということもある。）と分極反転領域として設定された箇所に形成される金属電極部分とは一続きの金属膜で形成される。すなわち、等電位化電極と周期的に形成された電極との両電極は、一枚の金属電極膜をエッチング処理によってパターニングされて形成される。

【0010】

このため、等電位化電極が形成された領域においても分極反転が起こる。そして分極反転は電界強度の大きい部分から開始されるため、電界強度が一番大きくなる、等電位化電極と分極反転領域として設定された箇所に形成された電極との接続部分から分極反転が開始される。その結果、分極反転領域として設定された箇所に形成された電極の両端において分極反転が起こる領域が広くなり、分極反転周期が均一に形成されないことをこの発明の発明者は見出した。

【0011】

そこで、分極反転領域として設定された箇所に形成された電極の中央部分において、分極反転領域の幅が非分極反転領域の幅と等しくなる時点に到達する以前の段階で分極反転のための電圧印加を終了させる。このように周期的分極反転構造を形成すれば、分極反転領域として設定された箇所に形成された電極の中央部分とこの電極の両端との間の領域に分極反転領域の幅が非分極反転領域の幅と等しく形成されている箇所が存在する。この条件が満たされる箇所に光導波路を形成すれば、周期的分極反転構造を構成する分極反転領域の幅と非分極反転領域の幅が等しく形成され、かつ光導波路を具えた波長変換素子が実現されることに思い至った。

【0012】

また、この出願の発明者は、分極反転領域の幅と非分極反転領域の幅とが等しく形成される箇所が必ず存在するように周期的分極反転構造を形成することが可能である好適な形状の電極について検討を行った。また、金属薄膜電極に代えて液体電極を用いて周期的分極反転構造を形成する手法についても検討を行った。その結果、分極反転領域の幅と非分極反転領域の幅とが等しく形成される箇所が必ず存在するように周期的分極反転構造を形成することができ、光導波路をこの箇所に形成することが可能であることを確かめた。

【0013】

そこで、この発明の目的は、光導波路を、周期的分極反転構造の分極反転領域の幅と非分極反転領域の幅とが等しくなる箇所に形成することを可能とすることにより波長変換効率を高めた波長変換素子を製造する方法を提供することにある。

【0014】

この発明の要旨によれば、波長変換素子の製造方法は、以下の特徴を具えている。

【0015】

この発明の第1の波長変換素子の製造方法は、電極形成工程と、分極反転構造形成工程と、光導波路形成工程とを含んで構成される。

【0016】

電極形成工程は、自発分極の向きに直交する平面でカットされた平行平板単一ドメイン強誘電体結晶基板の主面に、等しい幅を持つ矩形電極を周期的に配置し、この矩形電極どうしを接続し等電位化するため等電位化電極をこの矩形電極の両側に具えた梯子型電極を形成する工程である。

【0017】

分極反転構造形成工程は、梯子型電極が形成された主面と対向する裏面との間に電圧を印加して、強誘電体結晶基板に周期的分極反転構造を形成する工程である。

【0018】

光導波路形成工程は、分極反転領域の幅が非分極反転領域の幅と等しく形成されている箇所に光導波路を形成する工程である。

【0019】

そして、分極反転構造形成工程において、電圧印加を、矩形電極の両側の等電位化電極から等距離にある中央部分において、分極反転領域の幅が非分極反転領域の幅と等しくなる時点に到達する以前の段階で終了させる。

【0020】

電極形成工程を、自発分極の向きに直交する平面でカットされた平行平板単一ドメイン強誘電体結晶基板の主面に、幅が階段状に順次狭くなる形状の階段状電極を並列させて周期的に配置し、この階段状電極どうしを接続し等電位化するための等電位化電極を階段状電極の幅の広い側に具えた複合階段形状櫛型電極を形成する工程としてもよい。

【0021】

そして、分極反転構造形成工程において、電圧印加を、階段状の幅が最も広い部分に形成される分極反転領域の幅が周期的分極反転構造の周期の半分よりも広くなる時点に到達した段階で終了させる。

【0022】

また、電極形成工程を、自発分極の向きに直交する平面でカットされた平行平板単一ドメイン強誘電体結晶基板の主面に、幅が直線状に順次狭くなる三角形状電極を並列させて周期的に配置し、この三角形状電極どうしを接続し等電位化するための等電位化電極を三角形状電極の幅の広い側に具えた複合三角形状櫛型電極を形成する工程としてもよい。

【0023】

そして、分極反転構造形成工程において、電圧印加を、三角形状の幅が最も広い部分に形成される分極反転領域の幅が周期的分極反転構造の周期の半分よりも広くなる時点に到達した段階で終了させる。

【0024】

この発明の第2の波長変換素子の製造方法は、絶縁膜形成工程と、電圧印加準備工程と、分極反転構造形成工程と、光導波路形成工程とを含んで構成される。

【0025】

絶縁膜形成工程は、自発分極の向きに直交する平面でカットされた平行平板単一ドメイン強誘電体結晶基板の主面に、矩形開口部を周期的に備えこの開口部の両側にこの開口部と直交するストライプ状開口部が、矩形開口部に接続されて設けられた絶縁膜を形成する工程である。

【0026】

電圧印加準備工程は、絶縁膜が形成された強誘電体結晶基板に電圧印加するための準備をする工程である。

【0027】

分極反転構造形成工程は、絶縁膜が形成された主面と対向する裏面との間に電圧を印加して、強誘電体結晶基板に周期的分極反転構造を形成する工程である。

【0028】

光導波路形成工程は、分極反転領域の幅が非分極反転領域の幅と等しく形成されている箇所に光導波路を形成する工程である。

【0029】

そして、分極反転構造形成工程において、電圧印加を、両側のストライプ状開口部から等距離にある矩形開口部の中央部分において、分極反転領域の幅が非分極反転領域の幅と等しくなる時点に到達する以前の段階で終了させる。

【0030】

絶縁膜形成工程を、自発分極の向きに直交する平面でカットされた平行平板単一ドメイン強誘電体結晶基板の主面に、幅が階段状に順次狭くなる形状の開口部を並列させて周期的に備えた絶縁膜を形成する工程としてもよい。

【0031】

そして、分極反転構造形成工程において、電圧印加を、階段状の幅が最も広い開口部分に形成される分極反転領域の幅が周期的分極反転構造の周期の半分よりも広くなる時点に到達した段階で終了させる。

【0032】

また、絶縁膜形成工程を、自発分極の向きに直交する平面でカットされた平行平板単一ドメイン強誘電体結晶基板の主面に、幅が直線状に順次狭くなる三角形状の開口部を並列させて周期的に備えた絶縁膜を形成する工程としてもよい。

【0033】

そして、分極反転構造形成工程において、電圧印加を、三角形状の幅が最も広い開口部分に形成される分極反転領域の幅が周期的分極反転構造の周期の半分よりも広くなる時点に到達した段階で終了させる。

【0034】

この発明の第2の波長変換素子の製造方法の電圧印加準備工程は、絶縁膜が形成された強誘電体結晶基板を液体電極である電解質溶液中にセットする工程とするのが良い。

【0035】

また、電圧印加準備工程は、絶縁膜が形成された強誘電体結晶基板の絶縁膜が形成された主面及びこの主面に対向する裏面に電極を形成する工程とするのが良い。

【0036】

更に、絶縁膜は、フォトレジスト材料、酸化シリコン膜、あるいは窒化シリコン膜のいずれかで形成されるのが良い。

【発明の効果】

【0037】

この発明の第1の波長変換素子の製造方法によれば、電極形成工程によって、強誘電体結晶基板の主面に、梯子型電極、複合階段形状櫛型電極あるいは複合三角形状櫛型電極が形成され、分極反転構造形成工程によって、これらの電極と強誘電体結晶基板の主面に対向する裏面との間に電圧が印加され分極反転が実現される。

【0038】

上述の何れの形状の電極を用いて分極反転を実現しても、分極反転構造形成工程における電圧印加を制御することによって、周期的分極反転構造の分極反転領域の幅と非分極反転領域の幅とが等しくなる箇所を確保することが可能である。

【0039】

従って、光導波路形成工程で、この周期的分極反転構造の分極反転領域の幅と非分極反転領域の幅とが等しい箇所に光導波路を形成することが可能となり、波長変換効率を高めた波長変換素子の製造が実現される。

【0040】

また、この発明の第2の波長変換素子の製造方法によれば、絶縁膜形成工程によって、強誘電体結晶基板の主面に、矩形開口部を周期的に備えこの開口部の両側に当該開口部と直交するストライプ状開口部が形成された絶縁膜、幅が階段状に順次狭くなる形状の開口部を並列させて周期的に備えた絶縁膜、あるいは、幅が直線状に順次狭くなる三角形状の開口部を並列させて周期的に備えた絶縁膜が形成され、分極反転構造形成工程によって、これら絶縁膜が形成された強誘電体結晶基板の主面とこの主面に対向する裏面との間に電圧が印加され分極反転が実現される。

【0041】

上述の何れの形状の開口部を備えた絶縁膜を用いて分極反転を実現しても、分極反転構造形成工程における電圧印加を制御することによって、周期的分極反転構造の分極反転領域の幅と非分極反転領域の幅とが等しくなる箇所を確保することが可能である。

【0042】

従って、光導波路形成工程で、この周期的分極反転構造の分極反転領域の幅と非分極反転領域の幅とが等しい箇所に光導波路を形成すれば、波長変換効率を高めた波長変換素子の製造が実現される。

【図面の簡単な説明】

【0043】

【図1】梯子型電極の形状を示す図である。

【図2】梯子型電極の形状及び形成される分極反転領域の形状についての説明に供する図である。

【図3】複合階段形状櫛型電極の形状を示す図である。

【図4】複合三角形状櫛型電極の形状を示す図である。

【図5】分極反転構造形成工程の説明に供する図である。

【図6】矩形開口部を周期的に備えこの開口部の両側にこの開口部と直交するストライプ状開口部が形成された絶縁膜を示す図である。

【図7】幅が階段状に順次狭くなる形状の開口部が並列されて周期的に備えられた絶縁膜を示す図である。

【図8】幅が直線状に順次狭くなる三角形状の開口部が並列されて周期的に備えられた絶縁膜を示す図である。

【図9】絶縁膜が形成された強誘電体結晶基板に電解質溶液を利用して周期的分極反転構造を形成する装置についての説明に供する図であり、強誘電体結晶基板のZ軸に平行な方向に切断して示す概略的切断面図である。

【図10】絶縁膜が形成された強誘電体結晶基板の主面及び裏面に金属電極を形成して周期的分極反転構造を形成する方法の説明に供する図であり、強誘電体結晶基板のZ軸に平行な方向に切断して示す概略的切断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0044】

まず、矩形電極とこの矩形電極どうしを接続する等電位化電極との接合部分である矩形電極の端から分極反転が開始される現象について、図1及び図2を参照して説明する。この現象を利用することによって、分極反転領域の幅と非分極反転領域の幅が等しくなる箇所を確保することが可能であることを明らかにする。

【0045】

続いて、図1〜図5を参照してこの発明の実施形態の第1の波長変換素子の製造方法について説明し、図6〜図10を参照して、この発明の実施形態の第2の波長変換素子の製造方法について説明する。

【0046】

各図は、この発明に係る一構成例を図示するものであり、この発明が理解できる程度に各構成要素の断面形状や配置関係等を概略的に示しているに過ぎず、この発明を図示例に限定するものではない。また、図1〜図4の各図において、構成要素にハッチングを付して示してあるが、これらのハッチングは断面を表すのではなく、電極部分を強調して示しているにすぎない。また、図6〜図8の各図においても、構成要素にハッチングを付して示してあるが、これらのハッチングは断面を表すのではなく、絶縁膜を強調して示しているにすぎない。なお、以下の説明において、特定の材料および条件等を用いることがあるが、これら材料および条件は好適例の一つに過ぎず、したがって、何らこれらに限定されない。

【0047】

＜電圧印加法による分極反転領域の形成＞
図1及び図2を参照して、梯子型電極を用いて実施される電圧印加法による分極反転構造形成過程につき説明する。図1は、等しい幅を持つ矩形電極を並列させて周期的に配置し、この矩形電極どうしを接続し等電位化するため等電位化電極を該矩形電極の両側に具えた梯子型電極の形状を示す図である。また、図2は、梯子型電極の形状の一部を拡大して示し、この矩形電極の形状及び形成される分極反転領域の形状についての説明に供する図である。

【0048】

電極が設けられた強誘電体結晶基板の主面は+Z面であり、梯子型電極10はこの+Z面にこの強誘電体結晶の結晶軸のX軸及びY軸の方向に対して図1及び図2に示す関係となるように設けられている。すなわち、矩形電極10Dの長さ方向が結晶軸のY軸に平行となるように、等電位化電極10Sの長手方向が結晶軸のX軸に平行となるように、梯子型電極10が形成され
る。

【0049】

図1に示す梯子型電極10は、等電位化電極10Sとこの等電位化電極10Sの長手方向に直交する方向に平行に周期的に並ぶ矩形電極10Dとで構成されている。矩形電極10Dと等電位化電極10Sとは一続きに接続されている。

【0050】

図1に示す梯子型電極10は、強誘電体結晶基板の+Z面に形成された金属薄膜をフォトリソグラフィーによってパターン形成されたものである。理想的に分極反転が起これば、強誘電体結晶基板の+Z面の梯子型電極10直下においてのみ分極反転が起こる。しかしながら、分極反転領域12は、図2に示すように、梯子型電極10直下以外の領域にも広がる。その理由は以下のとおりである。

【0051】

図2には分極反転領域12（実線で囲って示してある。）に電極境界線14（破線で示してある。）を重ねて示してある。分極反転は、印加電圧によって形成される電場強度が強い矩形電極10Dと等電位化電極10Sとのコーナー部分14Cから始まり徐々に広がっていく。そのため、図2に示すように、分極反転領域12が電極境界線14の内側にも広がって形成されている。特に矩形電極10Dと等電位化電極10Sとのコーナー部分14Cからの広がりが大きいので、分極反転領域12と非分極反転領域との境界は略レンズ状の形状となる。

【0052】

従って、図1に示す梯子型電極10を用いて分極反転を実施すれば、図2で示すように、分極反転領域12の幅は端（図2の右側）では広く、徐々に左側に進むにつれて狭くなる形状となる。この結果、分極反転領域12の分極反転周期を均一に形成することができないことが分かる。

【0053】

すなわち、図1に示す梯子型電極10によって分極反転領域を形成すれば、梯子型電極10の左右の両側に形成されている等電位化電極10Sに近い部分において分極反転が始まり、梯子部分（矩形電極10D）の両側の部分で分極反転領域の幅が広くなり、分極反転領域と非分極反転領域との境界は略レンズ状の形状となる。

【0054】

このことは、梯子型電極10を用いて分極反転構造形成工程を実現するにあたり、印加電圧の値あるいは電圧印加時間を制御することによって、周期的分極反転構造の分極反転領域の幅と非分極反転領域の幅とが等しくなる箇所を確保することが可能であることを意味している。

【0055】

すなわち、梯子型電極10を用いた分極反転構造形成工程においては、電圧印加を、等電位化電極に近い側に形成される分極反転領域の幅が非分極反転領域の幅と等しくなる時点に到達した段階で終了させることによって、周期的分極反転構造の分極反転領域の幅と非分極反転領域の幅とが等しくなる箇所を確保することが可能である。

【0056】

また、後述するように、幅が階段状に順次狭くなる形状の複合階段形状櫛型電極、あるいは、幅が直線状に順次狭くなる三角形状の複合三角形状櫛型電極を用いて実施される電圧印加法においても、電圧印加を、櫛型電極の幅が最も広い部分に形成される分極反転領域の幅が周期的分極反転構造の周期の半分よりも広くなる時点に到達した段階で終了させることによって、周期的分極反転構造の分極反転領域の幅と非分極反転領域の幅とが等しくなる箇所を確保することが可能である。

【0057】

一方、強誘電体結晶基板の主面に、矩形開口部を周期的に備えこの開口部の両側に当該開口部と直交するストライプ状開口部が形成された絶縁膜、幅が階段状に順次狭くなる形状の開口部を並列させて周期的に備えた絶縁膜、あるいは、幅が直線状に順次狭くなる三角形状の開口部を並列させて周期的に備えた絶縁膜を用いて実施される電圧印加法による
分極反転領域の形成の過程においても同様に、分極反転は印加電圧によって形成される電場強度が強い開口部と絶縁膜との境界線のコーナー部分から始まり徐々に広がっていく。すなわち、矩形開口部とストライプ状開口部との接合部分のコーナー部分から始まり徐々に広がっていく。

【0058】

従って、矩形開口部を周期的に備えこの開口部の両側に当該開口部と直交するストライプ状開口部が形成された絶縁膜を用いて分極反転構造形成工程を実現するにあたり、印加電圧の値あるいは電圧印加時間を制御することによって、周期的分極反転構造の分極反転領域の幅と非分極反転領域の幅とが等しくなる箇所を確保することが可能であることを意味している。

【0059】

すなわち、矩形開口部を周期的に備えこの開口部の両側に当該開口部と直交するストライプ状開口部が形成された絶縁膜を用いた分極反転構造形成工程においては、電圧印加を、矩形電極の両側から等距離にある矩形開口部の中央部分において、分極反転領域の幅が非分極反転領域の幅と等しくなる時点に到達する以前の段階で終了させることによって、周期的分極反転構造の分極反転領域の幅と非分極反転領域の幅とが等しくなる箇所を、中央部分を挟んで二箇所確保することが可能である。

【0060】

また、後述するように、幅が階段状に順次狭くなる形状の開口部を並列させて周期的に備えた絶縁膜、あるいは、幅が直線状に順次狭くなる三角形状の開口部を周期的に複数備えた絶縁膜を用いて実施される電圧印加法においても、電圧印加を、開口部の幅が最も広い部分に形成される分極反転領域の幅が周期的分極反転構造の周期の半分よりも広くなる時点に到達した段階で終了させることによって、周期的分極反転構造の分極反転領域の幅と非分極反転領域の幅とが等しくなる箇所を確保することが可能である。

【0061】

＜この発明の実施形態の第1の波長変換素子の製造方法＞
図1〜図5を参照して、この発明の実施形態の第1の波長変換素子の製造方法について説明する。図3は、幅が階段状に順次狭くなる形状の階段状電極が周期的に複数配置されており、この階段状電極どうしを接続し等電位化するための等電位化電極を階段状電極の幅の広い側に具えた複合階段形状櫛型電極を示す図である。図4は、幅が直線状に順次狭くなる三角形状電極が並列して周期的に配置されており、この三角形状電極どうしを接続し等電位化するための等電位化電極を三角形状電極の幅の広い側に具えた複合三角形状櫛型電極を示す図である。

【0062】

図3に示す複合階段形状櫛型電極は、幅が階段状に順次狭くなる形状の階段状電極18-1が並列されて周期的に配置され、この階段状電極18-1どうしを接続し等電位化するための等電位化電極16-1を階段状電極18-1の幅の広い側に具えた複合階段形状櫛型電極である。

【0063】

電極が設けられた強誘電体結晶基板の主面は+Z面であり、複合階段形状櫛型電極はこの+Z面にこの強誘電体結晶の結晶軸のX軸及びY軸の方向に対して図3に示す関係となるように設けられている。すなわち、階段状電極18-1の階段状の辺に対向する底辺18-1Hの方向が結晶軸のY軸に平行となるように、複合階段形状櫛型電極が形成される。

【0064】

図4に示す複合三角形状櫛型電極は、幅が直線状に順次狭くなる三角形状電極18-2を並列させて周期的に配置し、この三角形状電極18-2どうしを接続し等電位化するための等電位化電極16-2を三角形状電極18-2の幅の広い側に具えた複合三角形状櫛型電極である。

【0065】

電極が設けられた強誘電体結晶基板の主面は+Z面であり、複合三角形状櫛型電極はこの+Z面にこの強誘電体結晶の結晶軸のX軸及びY軸の方向に対して図4に示す関係となるように設けられている。すなわち、三角形状電極18-2の底辺18-2Hの方向が結晶軸のY軸に平行
となるように、複合三角形状櫛型電極が形成される。

【0066】

図5を参照して、分極反転構造形成工程について説明する。図5は、分極反転構造形成工程の説明に供する図であり、強誘電体結晶基板のZ軸に平行に切断し、Z軸に直交する方向から見た様子を示している。

【0067】

電極形成工程は、自発分極の向きに直交する平面でカットされた平行平板単一ドメイン強誘電体結晶基板の主面に、図1に示す梯子型電極、図3に示す複合階段形状櫛型電極、及び図4に示す複合三角形状櫛型電極の何れかの電極を形成する工程である。

【0068】

強誘電体結晶基板として、ZカットのMgO添加のニオブ酸リチウム（LiNbO₃）単結晶基板を用いたが、以後の説明においては強誘電体結晶基板24と表記する。図1、図3及び図4に示すそれぞれの電極は、周知のフォトリソグラフィーによって強誘電体結晶基板24の主面（+Z面）に電極の形状に合せてフォトレジストをパターニングし、このフォトレジストがパターニングされた主面に金属薄膜を真空蒸着してリフトオフ法を用いて形成した。更に、強誘電体結晶基板24の主面に対向する裏面（-Z面）の全面にわたって金属薄膜を真空蒸着法によって形成した。

【0069】

図1、図3及び図4に示すそれぞれの電極は、上述の方法に限らず、エッチング法を用いても形成することが可能である。強誘電体結晶基板24の主面の全面にわたって金属薄膜を真空蒸着法によって形成し、フォトリソグラフィーによってこの金属薄膜上に電極の形状に合せてフォトレジストをパターニングし、エッチング法によって、電極以外の部分の金属薄膜を除去することによって電極を形成することも可能である。

【0070】

分極反転構造形成工程は、強誘電体結晶基板の主面に形成された金属電極26と、主面と対向する裏面に形成された金属電極22との間に電圧を印加して、強誘電体結晶基板に周期的分極反転構造を形成する工程である。

【0071】

図5に示すように、強誘電体結晶基板24の主面である+Z面には金属電極26が形成されており、裏面である-Z面には全面にわたって金属電極22が形成されている。金属電極26は、図1、図3及び図4に示す何れかの電極である。

【0072】

金属電極26には電圧源20の正極側出力に接続され、金属電極22は電圧源20の負極側出力に接続されている。図5において、金属電極26に接続されている正極側の接続線は、金属電極26を構成する等電位化電極に接続されている。電圧源20からはパルス状の電圧が出力される。

【0073】

例えば、Zカット強誘電体結晶基板24に分極反転を施すには、電圧源20から供給されるパルス状の電圧のパルス幅を概略数百ミリ秒とし、電圧パルスのピーク値を概略6 kV/mmとすればよい。具体的には、この電圧印加において、印加電圧パルスの幅及びピーク値を少しずつ変えて分極反転構造を形成し、周期的分極反転構造の分極反転領域の幅と非分極反転領域の幅とが等しくなる箇所が少なくとも一箇所存在する条件を見つけ出す。

【0074】

この条件を見つけ出す試行実験は、例えば以下のように行えばよい。電圧印加によって分極反転構造を形成した強誘電体結晶基板24を、電極を除去した後、硝酸とフッ化水素酸との混合エッチング液によって強誘電体結晶基板24の主面をエッチングする。この硝酸とフッ化水素酸との混合エッチング液によるエッチングでは、分極反転領域と非分極反転領域とでエッチング速度が異なるため、分極反転領域と非文極反転領域との境目に段差が形成される。

【0075】

このように、硝酸とフッ化水素酸との混合エッチング液によるエッチングによって強誘電体結晶基板24の主面には分極反転領域のパターンが現れるので、このパターンから周期的分極反転構造の分極反転領域の幅と非分極反転領域の幅とが等しくなる箇所が少なくとも一箇所存在する電圧印加条件が見つけ出される。すなわち、分極反転構造形成工程の電圧印加を、分極反転領域の幅が非分極反転領域の幅と等しくなる箇所が少なくとも一箇所存在する条件を満たす電圧パルスの幅及びピーク電圧値を設定することによって、分極反転領域の幅が非分極反転領域の幅と等しく形成されている箇所が少なくとも一箇所存在するように、周期的分極反転構造を形成することが可能となる。

【0076】

上述の電圧パルスの幅を決定するとは、金属電極26として梯子型電極を採用した場合にあっては、等電位化電極から等距離にある中央部分（図1においてPと示した部分）において、分極反転領域の幅が非分極反転領域の幅と等しくなる時点に到達する以前の段階で電圧印加を終了させることに相当する。また、金属電極26として複合階段形状櫛型電極あるいは複合三角形状櫛型電極を採用した場合にあっては、櫛の幅が最も広い部分に形成される分極反転領域の幅が周期的分極反転構造の周期の半分よりも広くなる時点に到達した段階で電圧印加を終了させることに相当する。

【0077】

光導波路形成工程は分極反転領域の幅が非分極反転領域の幅と等しく形成されている箇所に光導波路を形成する工程である。光導波路形成工程を開始するにあたっては、周期的分極反転構造形成工程において使った金属電極を周知のエッチング法によって除去する。

【0078】

光導波路形成工程においてリッジ型光導波路を形成する場合は、以下のようにすればよい。まず、周期的分極反転構造が形成された強誘電体結晶基板24の主面（+Z面）に、200℃で2時間にわたって周知の方法でプロトン交換を行い、続いて湿潤かつ酸素雰囲気において450℃で2時間にわたってアニール処理を行う。プロトン交換には、安息香酸あるいはピロリン酸等が利用できる。

【0079】

そして、分極反転領域の幅が非分極反転領域の幅と等しく形成されている箇所を挟んで、両側をダイシングして溝を形成し、この溝に挟まれる部分をリッジとするリッジ型光導波路を形成する。

【0080】

ここでは、光導波路としてリッジ型の光導波路を取り上げたが、拡散型のプレーナ光導波路、装荷形光導波路等を形成してもよい。

【0081】

＜この発明の実施形態の第2の波長変換素子の製造方法＞
上述の第1の波長変換素子の製造方法においては、強誘電体結晶基板の主面に分極反転領域が形成される予定領域を覆うように金属電極を形成して、この電極部分で覆われたに強誘電体結晶基板の部分に自発分極の方向と逆方向の電圧を印加することによって分極反転を実現させた。周期的分極反転構造は、分極反転領域が周期的に形成される必要があり、そのため分極反転領域が形成される予定領域を覆う金属電極は並列させて周期的に配置する必要がある。この複数の電極を等電位に保つために、これらの電極どうしを接続し等電位化するため等電位化電極が必要となる。

【0082】

この発明の実施形態の第2の波長変換素子の製造方法は、強誘電体結晶基板の主面に分極反転領域が形成される予定領域を覆うように金属電極を形成する代わりに、分極反転領域が形成される予定領域に開口部を設けた絶縁膜を利用して、分極反転領域形成予定領域には、液体電極である電解質溶液を介して外部から電圧が印加される方法を採用する。

【0083】

この方法によれば、第1の波長変換素子の製造方法において利用した金属電極において必要とされた等電位化電極を設ける必要がなくなる。等電位化電極を必要としないことに
よって分極反転領域の面積を小さくすることが可能となる。第1の波長変換素子の製造方法においては、金属電極に設けられた等電位化電極の直下の領域においても分極反転は生じるが、第2の波長変換素子の製造方法においては、この等電位化電極の直下に当る領域には分極反転領域が存在しなくなるためである。

【0084】

等電位化電極を必要としないことによって分極反転領域の面積を小さくすることができ、このことによって外部の電圧源から供給される電流の値を小さくすることが可能となる。電圧制御は電流値が小さいほど容易であるから、外部の電圧源から供給される電流の値が小さくて済む程、分極反転構造形成のための電圧制御条件の設定が容易となる。

【0085】

図6〜図10を参照して、この発明の実施形態の第2の波長変換素子の製造方法について説明する。図6は、矩形開口部を並列して周期的に備えこの開口部の両側にこの開口部と直交するストライプ状開口部が形成された絶縁膜を示す図である。すなわち、図6は、開口部56-1が形成された絶縁膜54-1を示しており、矩形開口部56Dを周期的に備え、この矩形開口部56Dの両側にこの矩形開口部56Dと直交するストライプ状開口部56Sが矩形開口部56Dに接続されて設けられている。

【0086】

絶縁膜54-1が設けられた強誘電体結晶基板の主面は+Z面であり、開口部56D及び56Sはこの+Z面にこの強誘電体結晶の結晶軸のX軸およびY軸の方向に対して図6に示す関係となるように設けられている。

【0087】

図7は、幅が階段状に順次狭くなる形状の開口部が並列して周期的に備えられた絶縁膜を示す図である。すなわち、図7は、幅が階段状に順次狭くなる形状の開口部56-2を並列させて周期的に備えた絶縁膜54-2を示している。

【0088】

絶縁膜54-2が設けられた強誘電体結晶基板の主面は+Z面であり、開口部56-2はこの+Z面にこの強誘電体結晶の結晶軸のX軸及びY軸の方向に対して図7に示す関係となるように設けられている。すなわち、開口部56-2の階段状の辺に対向する底辺56-2Hの方向が結晶軸のY軸に平行となるように、形成される。

【0089】

図8は、幅が直線状に順次狭くなる三角形状の開口部が並列して周期的に備えられた絶縁膜を示す図である。すなわち、図8は、幅が直線状に順次狭くなる三角形状の開口部56-3を並列させて周期的に備えた絶縁膜54-3を示している。

【0090】

絶縁膜54-3が設けられた強誘電体結晶基板の主面は+Z面であり、開口部56-3はこの+Z面にこの強誘電体結晶の結晶軸のX軸及びY軸の方向に対して図8に示す関係となるように設けられている。すなわち、開口部56-3の底辺56-3Hの方向が結晶軸のY軸に平行となるように形成される。

【0091】

図9は、絶縁膜54-3が形成された強誘電体結晶基板に電解質溶液を利用して周期的分極反転構造を形成する装置についての説明に供する図であり、強誘電体結晶基板のZ軸に平行な方向に切断して示す概略的切断面図である。図10は、絶縁膜が形成された強誘電体結晶基板の主面及び裏面に金属薄膜電極を形成して周期的分極反転構造を形成する方法の説明に供する図であり、強誘電体結晶基板のZ軸に平行な方向に切断して示す概略的切断面図である。

【0092】

電極形成工程は、自発分極の向きに直交する平面でカットされた平行平板単一ドメイン強誘電体結晶基板の主面に、図6に示す絶縁膜、図7に示す絶縁膜、及び図8に示す絶縁膜の何れかの形状の絶縁膜を形成する工程である。

【0093】

強誘電体結晶基板として、ZカットのMgO添加のニオブ酸リチウム（LiNbO₃）単結晶を用いた。図6、図7及び図8に示すそれぞれの絶縁膜は、周知のフォトリソグラフィーによって強誘電体結晶基板の主面（+Z面）に開口部の形状に合せてフォトレジストをパターニングし、このフォトレジストを除去して開口部とし、この開口部以外の場所に残存するフォトレジストを絶縁膜として利用した。

【0094】

絶縁膜としては、フォトレジスト以外にも酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜等が適宜利用できる。酸化シリコン膜あるいは窒化シリコン膜はスパッタリングあるいは真空蒸着によって形成でき、開口部の形成には、周知のフォトリソグラフィーを適宜利用することが可能である。

【0095】

電圧印加準備工程は、絶縁膜が形成された強誘電体結晶基板に電圧印加するための準備をする工程である。また、分極反転構造形成工程は、絶縁膜が形成された主面と対向する裏面との間に電圧を印加して、強誘電体結晶基板に周期的分極反転構造を形成する工程である。

【0096】

図9を参照して、電圧印加準備工程及び分極反転構造形成工程について説明する。図9は、絶縁膜が形成された強誘電体結晶基板に電解質溶液を利用して周期的分極反転構造を形成する装置についての説明に供する図であり、強誘電体結晶基板のZ軸に平行な方向に切断して示す概略的切断面図である。電圧印加準備工程は、図9に示す周期的分極反転構造を形成する装置の電解質溶液に接するように強誘電体結晶基板をセットする工程であり、分極反転構造形成工程は電解質溶液を介して強誘電体結晶基板に電圧を印加する工程である。

【0097】

図9において、強誘電体結晶基板30の+Z面を主面として設定し、-Z面を裏面に設定してある。主面には開口部が形成された絶縁膜32が形成されている。

【0098】

第2電極として電解質溶液50が強誘電体結晶基板30の裏面に接触されて構成される。電解質溶液50は円柱状の第1容器40に満たされており、電解質溶液50が漏れ出さないように、O-リング42を挟んで裏面に接触されている。

【0099】

一方、第1電極として電解質溶液52が強誘電体結晶基板30の主面に接触されて構成されている。電解質溶液52は円柱状の第2容器46に満たされており、電解質溶液52が漏れ出さないように、O-リング44を挟んで主面に接触されている。

【0100】

電解質溶液52には第1電極棒36が挿入されており、電解質溶液50には第2電極棒38が挿入されている。第2電極棒38は、第1容器40の底から挿入されており、第2電極棒38の挿入部分から電解質溶液50が漏れ出さないように接着剤等で処置が施されている。

【0101】

以上説明した様に、第1容器40に満たされた電解質溶液50及び第2容器46に満たされた電解質溶液52が、それぞれ強誘電体結晶基板30の裏面である-Z面、及び主面である+Z面に接触されて構成される。これによって電圧印加準備工程が完了する。

【0102】

電圧印加準備工程が完了したら、続いて第1電極棒36を電圧源34の正極に接続し、第2電極棒38を電圧源34の負極に接続してパルス電圧を印加することによって、分極反転構造形成工程を実施する。

【0103】

分極反転構造形成工程が終了したら、電解質溶液50及び52を水洗して取り除き、絶縁膜32を周知の化学エッチングで取り除く。

【0104】

電解質溶液50及び52として、電解質である塩化リチウム(LiCl)、塩化ナトリウム(NaCl)、塩化カリウム(KCl)等の水溶液を適宜利用することが可能である。

【0105】

分極反転構造形成工程において、例えば、Zカット強誘電体結晶基板30に分極反転を施すには、電圧源34から供給されるパルス状の電圧のパルス幅を概略数百ミリ秒とし、電圧パルスのピーク値を概略6 kV/mmとすればよい。具体的には、この電圧印加において、印加電圧パルスの幅及びピーク値を少しずつ変えて分極反転構造を形成し、周期的分極反転構造の分極反転領域の幅と非分極反転領域の幅とが等しくなる箇所が存在するための条件である、電圧パルスの幅及びピーク電圧値を決定する。この条件を見つけ出す試行実験は、上述のこの発明の実施形態の第1の波長変換素子の製造方法で行われた手法と同一である。

【0106】

上述の電圧パルスの幅を決定するとは、絶縁膜32として矩形開口部を周期的に備えこの開口部の両側にこの開口部と直交するストライプ状開口部が形成された絶縁膜を採用した場合にあっては、ストライプ状開口部から等距離にある矩形開口部の中央部分において、分極反転領域の幅が非分極反転領域の幅と等しくなる時点に到達する以前の段階で電圧印加を終了させることに相当する。また、絶縁膜32として幅が階段状に順次狭くなる形状の開口部が並列されて周期的に備えられた絶縁膜、あるいは幅が直線状に順次狭くなる三角形状の開口部が並列されて周期的に備えられた絶縁膜を採用した場合にあっては、階段状の開口部、あるいは三角形状の開口部の幅が最も広い部分に形成される分極反転領域の幅が周期的分極反転構造の周期の半分よりも広くなる時点に到達した段階で電圧印加を終了させることに相当する。

【0107】

電圧印加準備工程及び分極反転構造形成工程は、図9に示す電解質溶液を利用して周期的分極反転構造を形成する装置を利用しなくとも、電解質溶液50及び電解質溶液52にそれぞれ相当する第1金属電極及び第2金属電極を以って代替することができる。

【0108】

図10を参照して、電解質溶液50及び電解質溶液52にそれぞれ相当する第1金属電極及び第2金属電極を以って代替して実行される電圧印加準備工程及び分極反転構造形成工程について説明する。図10は、絶縁膜が形成された強誘電体結晶基板の主面及び裏面に金属電極を形成して周期的分極反転構造を形成する方法の説明に供する図であり、強誘電体結晶基板のZ軸に平行な方向に切断して示す概略的切断面図である。

【0109】

電解質溶液50及び電解質溶液52にそれぞれ相当する第1金属電極及び第2金属電極を以って代替することによって、図9に示す電解質溶液を利用して周期的分極反転構造を形成する装置を必要としないという利点がある。

【0110】

強誘電体結晶基板60の+Z面を主面として設定し、-Z面を裏面に設定してある。主面には上述の図6、図7及び図8に示した何れかの絶縁膜が形成されている。

【0111】

第1金属電極として金属電極72が強誘電体結晶基板60の主面に接触されて形成されている。第2金属電極として金属電極70が強誘電体結晶基板60の裏面に接触されて形成されている。第1金属電極及び第2金属電極は、真空蒸着法等周知の方法で形成することが可能である。

【0112】

このように、第1及び第2金属電極の形成が終了、すなわち電圧印加準備工程が完了したら、続いて第1金属電極である金属電極72を電圧源64の正極に接続し、第2金属電極である金属電極70を電圧源64の負極に接続して電圧を印加することによって、分極反転構造形成工程を実施する。

【0113】

電圧印加処理が終了したら、第1金属電極である金属電極72、第2金属電極である金属電極70及び絶縁膜62を周知の化学エッチングで取り除くことによって、強誘電体結晶基板60への周期的分極反転構造を形成する分極反転構造形成工程が完了する。

【0114】

光導波路形成工程は、上述のこの発明の実施形態の第1の波長変換素子の製造方法における光導波路形成工程と同一であるので、その重複する説明を省略する。

【0115】

また、強誘電体結晶基板として、上述のLiNbO₃以外に、タンタル酸リチウム(LiTaO₃)、Potassium titanyl phosphate (KTP: KTiOPO₄)、ニオブ酸カリウム(KNbO₃)等を適宜利用することが可能である。また、光の電場によって屈折率が変化する、いわゆる光損傷が発生しにくくするために、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、スカンジウム（Sc）、インジウム(In)等の元素がドーピングされた強誘電体結晶基板を用いるのが好適である。

【符号の説明】

【0116】

10：梯子型電極
10S、16-1、16-2：等電位化電極
10D：矩形電極
12：分極反転領域
14：電極境界線
18-1：階段状電極
18-2：三角形状電極
20、34、64：電圧源
22、26、70、72：金属電極
24、30、60：強誘電体結晶基板
32、62、54-1、54-2、54-3：絶縁膜
36：第1電極棒
38：第2電極棒
40：第1容器
42、44：O-リング
46：第2容器
50、52：電解質溶液
56D: 矩形開口部
56S: ストライプ状開口部
56-1、56-2、56-3：開口部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】