(57)【要約】【課題】従来のＳＨＧ素子は分極方向と光ビームの長手方向が一致しないため、変換効率が悪かった。【解決手段】オフカット強誘電体基板１１に分極反転領域を設け、この分極反転領域に２本のトレンチ１４ａ、１４ｂを設け、このトレンチ１４ａ、１４ｂの間をリッジ１５として導波路を形成した導波路型ＳＨＧ素子であって、リッジ１５の両側に設けられたトレンチ１４ａ、１４ｂの深さを互いに異ならせることにより、分極方向と光ビームの長手方向をほぼ一致させることができ、変換効率を向上することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オフカット強誘電体基板に分極反転領域を設け、この分極反転領域に２本のトレンチを設け、このトレンチの間をリッジとして導波路を形成した導波路型ＳＨＧ素子であって、前記リッジの両側に設けられたトレンチの深さを互いに異ならせたＳＨＧ素子。
【請求項２】
リッジの両側に設けられたトレンチの幅を互いに異ならせた請求項１記載のＳＨＧ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は強誘電体基板に周期的な分極反転領域を形成し、その領域とオーバーラップするような光導波路を有するＳＨＧ素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＤＶＤなどの光記録媒体用のレーザ光発生手段としては、レーザーダイオードなどの発光デバイスが用いられるが、さらなる高密度化の要求のために小型短波長のコヒーレント光源として、ＳＨＧ素子（光第２高調波発生素子）を用いたレーザ光が注目されている。
【０００３】
このＳＨＧ素子は、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムなどの無機酸化物からなり、いずれも大きな非線形光学定数を有している。このＳＨＧ素子に入射させる光の入力波と出力波との波数を擬似的に整合させることにより、出てくる光の出力を増幅させる手法として、周期分極反転構造を利用する方法が提案されている。
【０００４】
この周期分極反転構造を作製する方法として、オフカット強誘電体基板の表面に櫛型電極を形成し、この櫛型電極に高電圧を印加することにより、オフカット角度に沿って分極反転領域を形成する方法などが知られている。
【０００５】
しかし、この方法では、分極反転領域が伸びる方向はオフセット角度によって決まるため、分極方向は導波路の水平方向とは異なる方向となっている。一方従来使われているリッジ型導波路内のビーム形状は、水平方向に長い楕円形状となっている。ＳＨＧ素子は分極方向に変換効率が高くなるため、分極方向とビーム形状の長手方向がずれると、ＳＨＧ変換効率が悪くなる。
【０００６】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２００２−２５０９４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記課題を解決するものであり、分極方向とビーム形状の長手方向を合わせることにより、変換効率の大きなＳＨＧ素子を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明は、オフカット強誘電体基板に分極反転領域を設け、この分極反転領域にリッジを形成することにより導波路を形成した導波路型ＳＨＧ素子であって、導波路の両側に設けられたトレンチの深さを互いに異ならせたものである。このようにすることにより、ビーム形状を水平から所定の角度だけ回転させ、ビーム形状の長手方向と分極方向とをほぼ合わせることができるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、ビーム形状の長手方向と分極方向とをほぼ合わせることができるため、変換効率の良いＳＨＧ素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施形態におけるＳＨＧ素子の導波路方向に対して垂直な面での断面図である。図１において強誘電体基板１１はＭｇを５ｍｏｌ％ドープしたＬｉＮｂＯ3基板を用い、結晶の切り出し方向はＸオフカットである。オフカット基板はＸカット基板に対して数度ずれた方向に分極軸をずらした基板であり本実施形態では、５°オフカットしたものを用いている。すなわち分極方向は、図１において水平方向に対して５°傾いたものとなっている。また波長約１μｍの光を入射して波長約０．５μｍの光を出射するように、導波路方向に約５μｍの周期で分極方向が１８０°反転するように、分極反転領域が設けられている。支持基板１２は、強誘電体基板１１の厚さが薄いため、機械的強度を保つために強誘電体基板１１に貼り合わされているものであり、ＬｉＮｂＯ3基板を用いている。また支持基板１２と強誘電体基板１１では屈折率がほとんど同じであるのでこの境界は光が透過しやすい。そのため導波路を形成する部分の境界面にはクラッド層１３を設けている。
【００１１】
強誘電体基板１１の支持基板１２とは反対側の面にトレンチ１４ａ、１４ｂが設けられ、トレンチ１４ａと１４ｂの間がリッジ１５となり、この下が導波領域となる。ここでリッジの幅を約５μｍとしている。さらにトレンチ１４ａの深さをｄ１、トレンチ１４ｂの深さをｄ２としたとき、ｄ１＞ｄ２とする。導波路を通る光のビーム形状は、幅方向についてはトレンチ１４ａと１４ｂで決まり、高さ方向についてはトレンチ底部とクラッド層１３によって決まる。従来の導波路ではトレンチ１４ａと１４ｂの深さを同じにしているため、水平方向に長い楕円形状のビーム形状となる。これに対し本実施形態では、ｄ１を約１．５μｍとし、ｄ２をｄ１−０．４μｍとしている。このようにすることにより、光ビーム形状がトレンチ１４ｂの方が上がった形となり、楕円形状の光ビーム形状が回転された状態となる。すなわち光の電界分布で決まる光ビームの形が、トレンチ形状を変えることで、その長手方向を回転させ、水平方向に対して傾いている分極方向にほぼ合わせることができる。このようにすることにより、ＳＨＧ素子の変換効率を高めることができる。
【００１２】
なお、ＳＨＧ素子の光源としては、半導体レーザが使われることが多いが、通常半導体レーザの場合、出射される光は水平方向に細長い楕円形状になっている。そのため本発明のＳＨＧ素子を用いる場合は、半導体レーザを分極方向に合わせて傾けて位置あわせすることが望ましい。
【００１３】
次に、本発明のＳＨＧ素子の製造方法の一例を図２（Ａ）〜（Ｆ）を用いて説明する。
【００１４】
図２（Ａ）において用いた強誘電体基板１１はＭｇを５ｍｏｌ％ドープしたＬｉＮｂＯ3基板である。この例では、矢印ｄで示す方向に単分域化されており、結晶の切り出し方向はＸオフカットであり、オフカット基板はＸカット基板に対して５°ずれた方向に分極軸をずらした基板を用いている。
【００１５】
図２（Ａ）において、まず強誘電体基板１１の主面１１Ｓに最終的に得る分極反転構造のピッチ、幅に相当するパターンに形成された櫛型電極を有する第１の電極１６をフォトリソグラフィーによってアルミニウムで形成する。次に強誘電体基板１１の裏面１１Ｒに第２の電極１７を形成する。電極１６と電極１７の間に電源１８を使用してパルス電界を印加する。このようにすることにより第１の電極１６の櫛型電極からＺ軸すなわち主面１１Ｓに対して５°傾いた方向に分極反転領域が延びて形成される。
【００１６】
次に図２（Ｂ）において、強誘電体基板１１の主面１１Ｓに第１の電極１６の櫛型電極先端部を含む領域に開口部を有するレジストパターン１９を形成する。次に強誘電体基板１１をドライエッチング装置に入れ、最初に塩素を含むガスにより開口部に露出している第１の電極をエッチングしたのち、フッ化炭素系のガスにより強誘電体基板１１の主面１１Ｓを深さ約０．５μｍエッチングする。このようにすることで凹形状のクラッド層１３を形成する。
【００１７】
次にレジストパターン１９を剥離した後、レジストパターン１９の下に存在していた電極パターンをウェットエッチングにより除去し、図２（Ｃ）を得る。
【００１８】
次に図２（Ｄ）に示す支持基板１２の主面１２Ｓと、図２（Ｃ）の強誘電体基板１１の主面１１Ｓを親水性処理し、図２（Ｅ）に示すように強誘電体基板１１の主面１１Ｓと支持基板１２の主面１２Ｓの結晶軸を合わせる。その後、約５００℃で熱処理することで図２（Ｆ）に示す直接接合基板を形成することができる。
【００１９】
次に図２（Ｇ）に示すように接合基板に光導波路を形成するために、強誘電体基板１１の裏面１１Ｒから研磨を実施する。例として強誘電体基板１１の厚みを約４μｍに鏡面研磨する。その後光導波路を形成する部分に第２のレジストパターンを形成し、ドライエッチングを用いて、トレンチ１４ａ、１４ｂを形成し、その間をリッジ１５とし、この幅を約５μｍにする。
【００２０】
以上のようにしてＳＨＧ素子が得られるが、本発明ではトレンチ１４ａと１４ｂの深さをそれぞれ約１．５μｍ、１．１μｍとなるように形成している。このようにすることにより楕円形状の光ビーム形状を回転させ、その長手方向を分極方向とほぼ一致させることができ、ＳＨＧ素子としての変換効率を向上させることができる。
【００２１】
トレンチ１４ａと１４ｂの深さを異ならせる方法としては、例えば最初に約１．１μｍエッチングを行い、その後トレンチ１４ａのみが開口したレジストパターンを形成し、さらに約０．４μｍエッチングすることにより実現することができる。
【００２２】
また別の方法として、トレンチ１４ａと１４ｂの幅を変えてレジストパターンを形成し、ドライエッチングを行なうという方法がある。トレンチ１４ａの幅を約５μｍ、トレンチ１４ｂの幅を約０．８μｍとすると、トレンチ１４ａの方は通常のドライエッチングレートでエッチングされるが、トレンチ１４ｂの方はマイクロローディング効果により、トレンチ１４ａの方よりもエッチングレートが下がる。このようにすることにより、トレンチ１４ａと１４ｂの深さを所定の値に設定することができる。この場合の方がレジストパターンの形状が一度ですむため量産性を向上させることが出来、より好ましい。マイクロローディング効果は開口部が１μｍ程度より小さくなってくると顕著に現れてくるため、一方のトレンチの幅を１μｍより小さくすることが望ましい。
【００２３】
さらに、本発明のように光ビーム形状の長手方向を分極方向とほぼ一致させると、素子を１８０°回転させると傾いている方向が変わるため、方向性を明確にする必要がある。そこで上記のようにトレンチ１４ａと１４ｂの幅を変えて形成すると、外観により方向性を認識できるため、より望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明のＳＨＧ素子は、楕円形状の光ビーム形状を回転させ、その長手方向を分極方向とほぼ一致させることができ、ＳＨＧ素子等の変換効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１におけるＳＨＧ素子の断面図
【図２】本発明の実施の形態１におけるＳＨＧ素子の製造方法を説明する図
【符号の説明】
【００２６】
１１  強誘電体基板
１２  支持基板
１３  クラッド層
１４ａ、１４ｂ  トレンチ
１５  リッジ
１６  第１の電極
１７  第２の電極
１８  電源
１９  レジストパターン
【図１】
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【図２】
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