專利名稱：極化反轉(zhuǎn)部的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用電壓施加法制造極化反轉(zhuǎn)部的方法。
背景技術(shù)：
在鈮酸鋰單晶體或鉭酸鋰單晶體等鐵電體單晶體上形成周期性的極化反轉(zhuǎn)構(gòu)造的模擬位相匹配(Quasi-Phase-matching)方式的二次諧波發(fā)生(Second-Harmonic-Generation)器件，從紫外線到紅外線能夠產(chǎn)生任意波長的光。該器件可以廣泛應(yīng)用于光盤存儲用、醫(yī)學(xué)用、光化學(xué)用以及各種光測量用等。
為了在二次諧波發(fā)生器件中得到高的轉(zhuǎn)換效率，需要在鐵電體單晶體內(nèi)形成深的極化反轉(zhuǎn)構(gòu)造。在日本特開平11-72809號公報記載的方法中，使基板表面相對鐵電體單晶體的極化軸傾斜3°，而且在基板表面上形成梳形電極和棒狀電極，在梳形電極的各電極片的前端和棒狀電極之間形成了若干低電阻部分。然后，在梳形電極和棒狀電極之間施加直流電壓，則對應(yīng)梳形電極的電極片形成有極化反轉(zhuǎn)部的同時，各低電阻部分也各自對應(yīng)形成極化反轉(zhuǎn)部(圖28)。
具體地說，低電阻部分的長度最好為10-30μm，例如有為20μm的記載。
在特開平11-72809號公報記載的方法中，確實(shí)對應(yīng)梳形電極部的電極片形成有極化反轉(zhuǎn)部，與此同時，并非不可能對應(yīng)各低電阻部分分別形成極化反轉(zhuǎn)部。但是，在梳形電極的各電極片的前端和各低電阻部分之間有規(guī)定的間隙，而且，由于在鄰接的低電阻部分之間也有間隙，所以在分別對應(yīng)的各極化反轉(zhuǎn)部之間也產(chǎn)生間隙。也就是說，各極化反轉(zhuǎn)部形成于相互離開的位置上。因此，將具有這種構(gòu)造的周期極化反轉(zhuǎn)構(gòu)造應(yīng)用于模擬位相匹配方式的第二高次諧波發(fā)生元件上，則與基本波重疊的極化反轉(zhuǎn)部成為僅對應(yīng)波導(dǎo)位置的任意一處(也就是，將某極化反轉(zhuǎn)部設(shè)定為波導(dǎo)中心的話，相鄰的極化反轉(zhuǎn)部位于波導(dǎo)外)的情況較多。因此，認(rèn)為第二高次諧波發(fā)生效率沒有特別提高。
還有，在周期比4μm還大的場合，雖然易于得到深的反轉(zhuǎn)構(gòu)造，但在周期為4μm以下的區(qū)域，若得到深的分機(jī)反轉(zhuǎn)構(gòu)造，相鄰的反轉(zhuǎn)部分易連接，周期性易紊亂。其結(jié)果，有可能使波長轉(zhuǎn)換效率變換劣化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的課題是提供一種通過所謂電壓施加法制造極化反轉(zhuǎn)部時，形成從基板表面延伸到深的位置的極化反轉(zhuǎn)部的新方法。
本發(fā)明的第一方案的制造極化反轉(zhuǎn)部的方法，是使用在單疇化的鐵電體單晶基板的一個表面上設(shè)置的、具有多個電極部和供電部的梳型電極，通過電壓施加法制造極化反轉(zhuǎn)部的方法，其特征在于，各電極部具備從供電部延伸的基部和從基部分離的多個導(dǎo)電部，導(dǎo)電部的平均長度為4μm以上、9μm以下。
本發(fā)明的第二方案的制造極化反轉(zhuǎn)部的方法，是使用在單疇化的鐵電體單晶基板的一個表面上設(shè)置的、具有多個電極部和供電部的梳型電極，通過電壓施加法制造極化反轉(zhuǎn)部的方法，其特征在于，各電極部具備從供電部延伸的基部和從基部分離的多個導(dǎo)電部，位于電極部最前端的導(dǎo)電部的長度比距離基部最近的導(dǎo)電部的長度小。
本發(fā)明的第三方案的制造極化反轉(zhuǎn)部的方法，是使用在單疇化的鐵電體單晶基板的一個表面上設(shè)置的、具有多個電極部和供電部的梳型電極，通過電壓施加法制造極化反轉(zhuǎn)部的方法，其特征在于，各電極部具備從供電部延伸的基部和從基部分離的多個導(dǎo)電部，導(dǎo)電部間的間隙為0.5μm以上、5μm以下。
本發(fā)明的發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，在構(gòu)成梳型電極的電極部上設(shè)置多個相互分開的導(dǎo)電膜的場合，該導(dǎo)電膜的構(gòu)成對所形成的極化反轉(zhuǎn)部的狀態(tài)帶來極大影響，基于該發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明。
具體地說，通過使導(dǎo)電部的平均出長度為9μm以下，從各導(dǎo)電部延伸的極化反轉(zhuǎn)部易于相連，而且易于形成短周期的周期極化反轉(zhuǎn)部。例如，以在周期1.8μm或1.3μm的原來方法中得不到的短周期，能夠得到深的周期狀極化反轉(zhuǎn)構(gòu)造。從該觀點(diǎn)來看，使導(dǎo)電部的平均長度為5μm以下特別好。
但是，導(dǎo)電部的平均長度未滿4μm時，存在難以產(chǎn)生極化反轉(zhuǎn)部的部分，由于產(chǎn)生不均，所以使導(dǎo)電部的平均長度為4μm以上。
另外，本發(fā)明的發(fā)明者還發(fā)現(xiàn)，在構(gòu)成梳型電極的電極部上設(shè)置多個相互分開的導(dǎo)電膜的場合，通過使位于電極部最前端的導(dǎo)電部的長度db比距離基部最近的導(dǎo)電部的長度da更小，從各導(dǎo)電部延伸的極化反轉(zhuǎn)部易于相連，而且易于形成短周期的周期極化反轉(zhuǎn)部。
根據(jù)本發(fā)明的觀點(diǎn)，da和db之差較好是10μm以上，更好是5μm以上。另外，da較好是5μm以下，db較好是20μm以下。另外，da、db較好是4μm以上。
還有，本發(fā)明者還發(fā)現(xiàn)，在構(gòu)成梳型電極的電極部上設(shè)置多個相互分開的導(dǎo)電膜的場合，通過使導(dǎo)電部間的間隙的大小為0.5μm以上、5μm以下，從各導(dǎo)電部延伸的極化反轉(zhuǎn)部易于相連，而且易于形成短周期的周期極化反轉(zhuǎn)部。
根據(jù)該觀點(diǎn)，較好是使導(dǎo)電部間的間隙的大小為4μm以下，更好是2μm以下。但是，導(dǎo)電部間的間隙較小的話，反而不易形成深的極化反轉(zhuǎn)部，所以，導(dǎo)電部間的間隙為0.5μm以上，更好是1μm以上。


圖1是概略地表示第一及第三方式的發(fā)明的梳形電極3及相對電極1的俯視圖。
圖2是表示電極部5的形狀的俯視圖。
圖3模式地表示在基板上形成梳形電極3、相對電極1及均勻電極9，并通過電壓施加法形成周期極化反轉(zhuǎn)構(gòu)造的狀態(tài)的立體圖。
圖4是概略地表示第二及第三方式的發(fā)明的梳形電極3及相對電極1的俯視圖。
圖5是表示電極部5A的形狀的俯視圖。
圖6是表示試驗(yàn)A的試驗(yàn)結(jié)果的圖表。
圖7是表示在試驗(yàn)A中使導(dǎo)電部的長度d為3μm時所得到的極化反轉(zhuǎn)形狀的照片。
圖8表示在試驗(yàn)A的試驗(yàn)A1中所得到的極化反轉(zhuǎn)形狀(深度方向)的照片。
圖9是表示試驗(yàn)B的試驗(yàn)結(jié)果的圖表。
圖10表示在試驗(yàn)B的試驗(yàn)B1中所得到的極化反轉(zhuǎn)形狀(平面方向)的照片。
具體實(shí)施例方式
構(gòu)成基板的鐵電體單晶的種類沒有限定。但最好是鈮酸鋰(LiNbO3)、鉭酸鋰(LiTaO3)、鈮酸鋰-鉭酸鋰固溶體、K3Li2Nb5O15的各單晶。
為了提高三維光波導(dǎo)的耐光損傷性，在鐵電體單晶中，可含有從由鎂(Mg)、鋅(Zn)、鈧(Sc)及銦(In)構(gòu)成的群選擇的一種以上的金屬，鎂特別好。
在鐵電體單晶中，作為添加劑成分，可含有稀土類元素。該稀土類元素用作激光起振用的添加元素。作為該稀土類元素，Nd、Er、Tm、Ho、Dy、Pr特別好。
通過使用所謂斜切基板，與不是斜切的X切割或Y切割基板相比，能夠得到深的反轉(zhuǎn)構(gòu)造。如果斜切角度稍微傾斜5度左右，通常，對以TE模式出射的半導(dǎo)體激光的光軸調(diào)整即使不補(bǔ)正斜切部分的角度，偏振面的不匹配的效率也不變差，能夠得到高效率的波長變換特性。但是，如果斜切角度變大，則由于偏振不匹配的效率變差部分增大，所以，這種場合需要補(bǔ)正角度以便與偏振面一致。
該斜切角度沒有特別限定。斜切角度為1°以上或者20°以下特別好。
另外，作為基板，可以使用所謂X切割基板、Y切割基板、Z切割基板。在使用X切割基板或Y切割基板的場合，能夠在基板背面不設(shè)置均勻電極，而在一個表面上設(shè)置，并在梳型電極和均勻電極之間施加電壓。在該場合，雖然沒有相對電極也可以，但是殘留下來作為浮動電極也可以。另外，在使用Z切割基板的場合，能夠在背面上設(shè)置均勻電極，并在梳型電極和均勻電極之間施加電壓。在該場合，雖然相對電極不是必需的，但是殘留下來作為浮動電極也可以。
參照圖1至圖3敘述第一及第三方式的本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖1是表示設(shè)置在基板上的電極圖形的俯視圖。圖2是表示圖1所示的梳型電極的電極部的平面圖形的放大圖。圖3是模式地表示形成電極的基板8的立體圖。
在制造極化反轉(zhuǎn)部時，將由鐵電體單晶構(gòu)成的斜切基板作為基板8使用。鐵電體單晶的極化方向A，相對于表面8a及背面8b傾斜規(guī)定角度，例如5°，所以該基板8稱為斜切基板。
在基板8的表面8a上形成梳型電極3及相對電極1，在背面8b上形成均勻電極9。梳型電極3由周期性排列的多個細(xì)長電極部5和連接附帶多個電極部5的根基的細(xì)長供電部2構(gòu)成。相對電極1由細(xì)長電極片構(gòu)成，相對電極1設(shè)置成與電極部5的前端相對。
首先，使基板8整體向非極化反轉(zhuǎn)方向A極化。然后，在梳型電極3和相對電極1之間施加V1的電壓，在梳型電極3和均勻電極9之間施加V2的電壓，則極化反轉(zhuǎn)部從各電極部5逐漸進(jìn)展到與方向B平行。極化反轉(zhuǎn)方向B與非極化反轉(zhuǎn)方向A成為正反對。另外，在不對應(yīng)電極部的位置即相鄰的極化反轉(zhuǎn)部之間，殘留有不進(jìn)行極化反轉(zhuǎn)的非極化反轉(zhuǎn)部。這樣，形成極化反轉(zhuǎn)部和非極化反轉(zhuǎn)部交互排列的周期極化反轉(zhuǎn)構(gòu)造。在形成周期極化反轉(zhuǎn)構(gòu)造的位置上能夠形成光波導(dǎo)。
在本例中，尤其是如圖2所示，各電極部5具備從供電部2延伸的基部6；以及從基部6分離的多個導(dǎo)電部5a、5b、5c，導(dǎo)電部5a、5b、5c的平均長度為4μm以上、9μm以下。即5a是距離基部6最近的導(dǎo)電部，5b是最前端的導(dǎo)電部，5c是5a和5b之間的導(dǎo)電部。通過合計這些導(dǎo)電部的長度，再除以導(dǎo)電部的個數(shù)，可算出導(dǎo)電部的長度d的平均值。
另外，在本例中，使相鄰的導(dǎo)電部之間的間隙10的尺寸e為0.5μm以上、5μm以下。
參照圖2、圖4以及圖5敘述第二及第三方式的本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖4是表示設(shè)置在基板上的電極圖形的俯視圖。圖5是表示圖4所示的梳形電極的電極部的平面圖形的放大圖。
在基板8的表面8a上形成梳型電極3A及相對電極1，在背面8b上形成均勻電極9。梳型電極3A由周期性排列的多個細(xì)長電極部5A和連接附帶多個電極部5A的根基的細(xì)長供電部2構(gòu)成。相對電極1由細(xì)長相對電極片構(gòu)成，相對電極設(shè)置成與電極部5A的前端相對。
首先，使基板8整體向非極化反轉(zhuǎn)方向A極化。然后，在梳型電極3A和相對電極1之間施加V1的電壓，在梳型電極3A和均勻電極9之間施加V2的電壓，則極化反轉(zhuǎn)部從各電極部5A逐漸進(jìn)展到與方向B平行。極化反轉(zhuǎn)方向B與非極化反轉(zhuǎn)方向A成為正反對。
在本例中，尤其是如圖5所示，各電極部5A具備從供電部2延伸的基部6；以及從基部6分離的多個導(dǎo)電部5a、5b、5c、5d。并且，根據(jù)第二方式，使距離基部6最近的導(dǎo)電部5a的長度da比最前端的導(dǎo)電部5b的長度db還大。與此同時，根據(jù)第三方式，相鄰的導(dǎo)電部間的間隙10的尺寸e為0.5μm以上、5.0μm以下。
在第二方式的發(fā)明中，最好是使距離基部6最近的導(dǎo)電部5a的長度da與最前端的導(dǎo)電部5b的長度db之差為10μm以上，更好是5μm以上。另外，位于距離基部6最近的導(dǎo)電部和最前端的導(dǎo)電部之間的導(dǎo)電部的長度dc、dd雖然沒有限定，但最好是da為5μm以上、db為20μm以下。該場合，dc、dd可以與da相等，可以與db相等，也可以是da和db之間的值。特別好是，導(dǎo)電部的長度從基部6朝向最前端階段性地減小。
在本發(fā)明中，周期極化反轉(zhuǎn)構(gòu)造的周期并沒有特別限定，舉一例的話，例如特別適于4μm以下的周期。
導(dǎo)電部之間的間隙的個數(shù)沒有特別限定，例如可以是3-15個。
下面說明實(shí)施例。
(實(shí)驗(yàn)A第一及第三方式的發(fā)明)根據(jù)參照圖1-圖3說明的方法，通過電壓施加法形成周期極化反轉(zhuǎn)構(gòu)造。但是，使導(dǎo)電部的間隙10的大小e為1μm，各導(dǎo)電部5a、5b、5c的長度分別為8μm。電極部5的根基部分為了更好地向電極片供電，設(shè)置比導(dǎo)電部更長的基部6。使相對電極1和供電電極2的中心之間的距離a為400μm。基部6的長度b為33μm。
在實(shí)驗(yàn)A1中，使周期極化反轉(zhuǎn)的周期為1.8μm。排列13個長度d＝8μm的導(dǎo)電部5a、5b、5c。如上所述那樣，進(jìn)行了周期狀極化反轉(zhuǎn)的試制實(shí)驗(yàn)。電極部6的全長c為150μm。
另外，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)A2，使導(dǎo)電部的長度d＝12μm、間隙e＝1μm、導(dǎo)電部的數(shù)量為9個。這里，調(diào)整了導(dǎo)電部的長度和數(shù)量，以使基部6的長度b與上述的導(dǎo)電部的長度為8μm的基部同樣為33μm。電極部的全長c為150μm。
圖6中表示的是，以導(dǎo)電部的長度d＝8μm且間隙＝1μm(實(shí)驗(yàn)A1)及12μm且間隙＝1μm(實(shí)驗(yàn)A2)設(shè)計的電極以及沒有設(shè)置間隙10的電極(實(shí)驗(yàn)A3)形成的極化反轉(zhuǎn)的深度。
這里，對極化反轉(zhuǎn)的深度進(jìn)行敘述。要測定實(shí)際深度，必需切斷晶片而成為破壞性檢查。為了避免該破壞性檢查，使用5度的Y斜切基板，表示從氟硝酸蝕刻后觀察到的晶片表面的極化反轉(zhuǎn)部的長度換算得到的。電壓施加條件全部相同。具體地說，對圖2中的V1不施加電壓、也不進(jìn)行配線，僅V2施加約4kv的脈沖狀電壓。對于基板，使用添加了MgO的LiNO3基板(厚度0.5mm)，施加了矯頑電場以上的電場。對于電極材料，基板的上下面均使用Ta，為了防止在施加電壓時放電，在絕緣油中進(jìn)行。
從圖6的結(jié)果可知，與沒有間隙的電極(實(shí)驗(yàn)A3)相比，通過設(shè)置間隙可得到約2倍的反轉(zhuǎn)深度(實(shí)驗(yàn)A2)，并且，電極片的長度為8μm(實(shí)驗(yàn)A1)一方形成了深的反轉(zhuǎn)。
再有，可知通過使導(dǎo)電部的長度d為7μm以下、進(jìn)而為5μm以下，可得到更深的反轉(zhuǎn)。但是，制作導(dǎo)電部的長度為3μm的部件來觀察，如圖7所示，存在不能極化反轉(zhuǎn)的部分，沒有穩(wěn)定的形成。對于導(dǎo)電部的長度d為4μm以上，由于不產(chǎn)生這種不均，所以電極片的長度最好是在4μm以上。
另外，在上述的實(shí)驗(yàn)中，在電極長度為8μm的場合，雖然表示分割為13個即間隙有13個的結(jié)果，但進(jìn)行若干個實(shí)驗(yàn)時，作為間隙部分的數(shù)量為10個時形成了更深的反轉(zhuǎn)。但是，最佳的間隙個數(shù)被認(rèn)為依存于電極片的長度或周期。
另外，對于間隙部分的大小，在上述的實(shí)驗(yàn)中為1μm，相對于未滿4μm的周期最好是在1μm左右。在此以上的周期的場合，即使為2μm左右，也確認(rèn)極化反轉(zhuǎn)很深。
另外，如圖1所示，雖然擔(dān)心在電極部設(shè)置間隙部分，在極化反轉(zhuǎn)部分也產(chǎn)生間隙，但是，實(shí)際上剖切截面、研磨處理觀察的地方，如圖8所示，沒有與電極的間隙對應(yīng)的間隙，而是形成與深度方向連接的極化反轉(zhuǎn)。
(實(shí)驗(yàn)B第二及第三方式的發(fā)明)根據(jù)參照圖2、4、5說明的方法，制造了周期反轉(zhuǎn)構(gòu)造。但是，使導(dǎo)電部的間隙10的大小e為1μm，使導(dǎo)電部5a、5b、5c、5d的長度從基部側(cè)向前端為8、10、12、14μm。相對電極1和供電電極2的中心之間的距離a為400μm。基部6的長度b為93μm。
在實(shí)驗(yàn)B1中，使周期極化反轉(zhuǎn)的周期為1.3μm。如上述那樣進(jìn)行了周期狀極化反轉(zhuǎn)的試制實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)B2中，沒有設(shè)置間隙。
在圖9中表示了利用圖2、4、5的電極制造制作了極化反轉(zhuǎn)的深度，和為了進(jìn)行比較沒有間隙設(shè)計的電極的結(jié)果。電壓施加條件由于是比實(shí)驗(yàn)A更短的周期，所以使V2的電壓降低，施加了約2kv的脈沖狀電壓。
從圖9的結(jié)果可知，該場合也設(shè)置間隙的一方深度擴(kuò)大2倍，可得到深的極化反轉(zhuǎn)構(gòu)造。圖10中表示由實(shí)驗(yàn)B1得到的極化反轉(zhuǎn)的界面觀察例。該場合也可確認(rèn)沒有電極的間隙部分，形成了與截面方向連接的極化反轉(zhuǎn)。
另外，作為實(shí)驗(yàn)B3，將電極部的長度從前端向基部設(shè)計為14、12、10、8μm并進(jìn)行試制。其結(jié)果，在與上述同一的施加條件下，與相鄰的極化反轉(zhuǎn)部分相連，周期性紊亂。
特別是，在想得到短周期的極化反轉(zhuǎn)構(gòu)造的場合，如圖5所示，最好是使導(dǎo)電部的長度從前端向根基逐漸變長的構(gòu)造。
雖然說明了本發(fā)明的特定實(shí)施方式，但是本發(fā)明并不限定于特定的實(shí)施方式，在不脫離技術(shù)范圍的范圍可進(jìn)行各種變更或改變并可實(shí)施。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1.(刪除)2.一種極化反轉(zhuǎn)部的制造方法，是使用在單疇化的鐵電體單晶基板的一個表面上設(shè)置的、具有多個電極部和供電部的梳型電極，通過電壓施加法制造極化反轉(zhuǎn)部的方法，其特征在于，上述各電極部具備從上述供電部延伸的基部和從上述基部分離的多個導(dǎo)電部，位于上述電極部最前端的導(dǎo)電部的長度比距離上述基部最近的導(dǎo)電部的長度小。
3.一種極化反轉(zhuǎn)部的制造方法，是使用在單疇化的鐵電體單晶基板的一個表面上設(shè)置的、具有多個電極部和供電部的梳型電極，通過電壓施加法制造極化反轉(zhuǎn)部的方法，其特征在于，上述各電極部具備從上述供電部延伸的基部和從上述基部分離的多個導(dǎo)電部，上述導(dǎo)電部間的間隙為0.5μm以上、5.0μm以下。
權(quán)利要求
1.一種極化反轉(zhuǎn)部的制造方法，是使用在單疇化的鐵電體單晶基板的一個表面上設(shè)置的、具有多個電極部和供電部的梳型電極，通過電壓施加法制造極化反轉(zhuǎn)部的方法，其特征在于，上述各電極部具備從上述供電部延伸的基部和從上述基部分離的多個導(dǎo)電部，上述導(dǎo)電部的平均長度為4μm以上、9μm以下。
2.一種極化反轉(zhuǎn)部的制造方法，是使用在單疇化的鐵電體單晶基板的一個表面上設(shè)置的、具有多個電極部和供電部的梳型電極，通過電壓施加法制造極化反轉(zhuǎn)部的方法，其特征在于，上述各電極部具備從上述供電部延伸的基部和從上述基部分離的多個導(dǎo)電部，位于上述電極部最前端的導(dǎo)電部的長度比距離上述基部最近的導(dǎo)電部的長度小。
3.一種極化反轉(zhuǎn)部的制造方法，是使用在單疇化的鐵電體單晶基板的一個表面上設(shè)置的、具有多個電極部和供電部的梳型電極，通過電壓施加法制造極化反轉(zhuǎn)部的方法，其特征在于，上述各電極部具備從上述供電部延伸的基部和從上述基部分離的多個導(dǎo)電部，上述導(dǎo)電部間的間隙為0.5μm以上、5.0μm以下。
全文摘要
本發(fā)明提供一種通過電壓施加法制造極化反轉(zhuǎn)部時，形成從基板表面延伸到深的位置的極化反轉(zhuǎn)部的新方法。使用具有多個電極部(5)和供電部(1)的梳型電極，通過電壓施加法制造極化反轉(zhuǎn)部。各電極部(5)具備從供電部延伸的基部(6)和從基部(6)分離的多個導(dǎo)電部(5a、5b、5c)，導(dǎo)電部的平均長度d為4μm以上、9μm以下?；蛘?，各電極部(5)具備從供電部延伸的基部(6)和從基部(6)分離的多個導(dǎo)電部(5a、5b、5c)，位于電極部最前端的導(dǎo)電部(5b)的長度(db)比距離基部最近的導(dǎo)電部(5a)的長度(da)小。
文檔編號G02F1/37GK1969228SQ20058001976
公開日2007年5月23日 申請日期2005年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月16日
發(fā)明者山口省一郎, 巖田雄一, 鈴木健吾 申請人:日本礙子株式會社, Ngk光陶瓷株式會社