(57)【要約】【課題】特性を維持できる寿命を向上する波長変換素子および波長変換素子の製造方法を提供する。【解決手段】波長変換素子１０ａは、光導波路１３を有し、光導波路１３の一方端１３ａ側から入射した入射光１０１の波長を変換して光導波路１３の他方端１３ｂ側から出射光１０２を出射させる。ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０．５≦ｘ≦１）よりなる第１の結晶１１と、第１の結晶１１と同じ組成の第２の結晶１２とを備えている。第１および第２の結晶１１、１２は、光導波路１３に沿って分極方向が周期的に反転する分極反転構造を形成し、分極反転構造は入射光１０１に対して擬似位相整合条件を満たしている。第１および第２の結晶１１、１２の少なくとも一方は、１×１０3ｃｍ-2以上１×１０7ｃｍ-2未満の転位密度を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路を有し、前記光導波路の一方端側から入射した入射光の波長を変換して前記光導波路の他方端側から出射光を出射させる波長変換素子であって、
ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０．５≦ｘ≦１）よりなる第１の結晶と、
前記第１の結晶と同じ組成の第２の結晶とを備え、
前記第１および第２の結晶は、前記光導波路に沿って分極方向が周期的に反転する分極反転構造を形成し、前記分極反転構造は前記入射光に対して擬似位相整合条件を満たし、
前記第１および第２の結晶の少なくとも一方は、１×１０3ｃｍ-2以上１×１０7ｃｍ-2未満の転位密度を有する、波長変換素子。
【請求項２】
前記第１および第２の結晶の少なくとも一方は、１×１０3ｃｍ-2以上１×１０5ｃｍ-2未満の転位密度を有する、請求項１に記載の波長変換素子。
【請求項３】
光導波路を有し、前記光導波路の一方端側から入射した入射光の波長を変換して前記光導波路の他方端側から出射光を出射させる波長変換素子の製造方法であって、
ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０．５≦ｘ≦１）よりなる下地基板を準備する工程と、
前記下地基板上に、前記下地基板と同じ組成の結晶を成長させる工程と、
前記結晶を分極が互いに反転するように２以上に分割して第１の結晶と第２の結晶とを形成する工程と、
前記光導波路に沿って前記第１および第２の結晶の分極方向が周期的に反転する分極反転構造を形成し、前記分極反転構造は前記入射光に対して擬似位相整合条件を満たすように、前記第１および第２の結晶を貼り合わせる工程とを備えた、波長変換素子の製造方法。
【請求項４】
光導波路を有し、前記光導波路の一方端側から入射した入射光の波長を変換して前記光導波路の他方端側から出射光を出射させる波長変換素子の製造方法であって、
ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０．５≦ｘ≦１）よりなる下地基板を準備する工程と、
前記下地基板上に、前記下地基板と同じ組成の第１の結晶を成長させる工程と、
前記第１の結晶と同じ組成の第２の結晶を準備する工程と、
前記光導波路に沿って前記第１および第２の結晶の分極方向が周期的に反転する分極反転構造を形成し、前記分極反転構造は前記入射光に対して擬似位相整合条件を満たすように、前記第１および第２の結晶を貼り合わせる工程とを備えた、波長変換素子の製造方法。
【請求項５】
光導波路を有し、前記光導波路の一方端側から入射した入射光の波長を変換して前記光導波路の他方端側から出射光を出射させる波長変換素子の製造方法であって、
ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０．５≦ｘ≦１）よりなる下地基板を準備する工程と、
前記下地基板上に、前記下地基板と同じ組成の第１の結晶を成長させる工程と、
前記第１の結晶の表面に規則的に配列した２以上の凸部を形成する工程と、
前記第１の結晶の前記表面上に、前記第１の結晶と同じ組成のアモルファス結晶である第２の結晶を成長させる工程とを備え、
前記第２の結晶を成長させる工程では、前記光導波路に沿って前記第１および第２の結晶の分極方向が周期的に反転する分極反転構造を形成し、前記分極反転構造は前記入射光に対して擬似位相整合条件を満たすように、前記第１および第２の結晶を形成する、波長変換素子の製造方法。
【請求項６】
光導波路を有し、前記光導波路の一方端側から入射した入射光の波長を変換して前記光導波路の他方端側から出射光を出射させる波長変換素子の製造方法であって、
ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０．５≦ｘ≦１）よりなる下地基板を準備する工程と、
前記下地基板上に、開口部を有するマスク層を形成する工程と、
前記下地基板または前記マスク層上に、前記下地基板と同じ組成の結晶を成長させることにより、前記下地基板上に接して成長した第１の結晶と、前記マスク層上に接して成長した第２の結晶とを形成する工程とを備え、
前記形成する工程では、前記光導波路に沿って前記第１および第２の結晶の分極方向が周期的に反転する分極反転構造を形成し、前記分極反転構造は前記入射光に対して擬似位相整合条件を満たすように、前記第１および第２の結晶を形成する、波長変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換素子および波長変換素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザや固体レーザは材料に固有な出射波長をもっており、その波長領域の拡大は応用分野の拡大に直結する。赤外光源は環境計測や医療・バイオで利用されており、自動車の排気ガス検知、レーザイオン化質量分析、果実の糖度分析、歯科治療、非襲侵の血液検査、脳内の血流検査などへの適用が検討されている。
【０００３】
しかし、たとえばルビーレーザ、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ、炭酸ガスレーザなどの光源は特定の波長の光のみを射出可能である。またチタン・サファイアレーザなどの光源は可変波長であるが６５０ｎｍ〜１１００ｎｍ付近の波長の光のみを射出可能である。このように、すべての波長域においてレーザ光を得ることはできない。したがって、レーザ光源から射出された特定波長の光を異なる波長の光に変換し得る波長変換素子が望まれる。
【０００４】
従来では、ＢＢＯ（ホウ酸バリウム）、ＬＢＯ（ホウ酸リチウム）などのホウ酸系結晶を用いた波長変換素子が周知である。このような波長変換素子においては、結晶の複屈折性を利用した位相整合によって波長変換が行われる。しかし、結晶の複屈折性を利用した波長変換素子では、十分な波長変換効率を得ることが困難である。また、結晶の複屈折性はその結晶に固有の性質であって調整することができないので、複屈折性を利用した波長変換素子は波長選択性などの自由度が低い。
【０００５】
また、ＬｉＮｂＯ3（ニオブ酸リチウム）、ＬｉＴａＯ3（タンタル酸リチウム）などの酸化物強誘電体結晶を用いた波長変換素子が周知である。これらの酸化物強誘電体結晶は、原子配列のある特定の方向に偏り（分極）を有しており、その偏りによって、その特定方向の両端にプラスおよびマイナスの分極を示す。この分極に電界を印加すると、部分的に分極を反転することができる。このため、この酸化物強誘電体結晶に周期的な分極反転構造を形成すると、ホウ酸系結晶の複屈折整合を利用する場合に比べて相互作用長が長く取れるので、高効率な波長変換が可能となる。
【０００６】
また、Ｇａ（ガリウム）、Ａｌ（アルミニウム）およびＩｎ（インジウム）の少なくともいずれかとＮ（窒素）とを含み、かつ自発分極を有する化合物半導体結晶を用いた波長変換素子が特開２００８−１７０７１０号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１では、化合物半導体結晶には自発分極が２次元格子状に周期的に反転させられた分極構造が形成されていて、その分極構造は第１の波長の入射光に対して２次元的に擬似位相整合（ＱＰＭ：Quasi Phase Matching）条件を満たしている。このため、ホウ酸系結晶の複屈折整合を利用する場合に比べて相互作用長が長く取れるので、高効率な波長変換が可能となる。
【０００７】
化合物半導体結晶を用いて２次元分極反転構造を形成して、波長変換素子を製造する方法が特許文献１に開示されている。具体的には、＋ｃ面を有するＧａＮ（窒化ガリウム）基板上に、２次元分極反転構造パターンに対応したマスクパターンを形成する。その後、ＧａＮ基板の＋ｃ面およびマスクパターン上に、＋ｃ軸方向にＧａＮ層を形成する。この場合、ＧａＮ基板の＋ｃ面上には＋ｃ軸方向へＧａＮ層の厚さが増大するように＋ｃ領域をエピタキシャル成長させ、マスク層上には−ｃ軸方向へＧａＮ層の厚さが増大するように−ｃ領域をエピタキシャル成長させる。これにより、２次元分極反転構造を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１７０７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3などの酸化物強誘電体結晶は、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）などの中心イオンを有するペロブスカイト型結晶構造である。酸化物強誘電体結晶に分極構造を形成するためには、電圧を印加することにより、中心イオンを分極に応じて動かせる。このため、電圧を印加することにより結晶が弱くなることに起因して、酸化物強誘電体結晶を用いた波長変換素子の特性を長期に渡って維持できないという問題があることを本発明者は初めて明らかにした。
【００１０】
また、６．２ｅＶのエネルギーバンドギャップ、約３．３ＷＫ-1ｃｍ-1の熱伝導率および高い電気抵抗を有するＡｌＮ（窒化アルミニウム）結晶などのＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０．５≦ｘ≦１）（以下、ＡｌＧａＮとも言う）結晶は、短波長の光デバイスの材料として用いられている。このため、ＡｌＧａＮ結晶を波長変換素子として用いることが期待されている。しかし、上記特許文献１の波長変換装置の製造方法にしたがって、ＧａＮ基板上にＡｌＧａＮ層を形成すると、ＧａＮ基板とＡｌＧａＮとは組成が異なるので、形成したＡｌＧａＮ層の結晶性が悪くなる。ＡｌＧａＮ層の結晶性が悪いと、結晶性が悪いことに起因して波長変換素子の特性を長期に渡って維持できないという問題があることを本発明者は初めて明らかにした。
【００１１】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、特性を維持できる寿命を向上する波長変換素子および波長変換素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、波長変換素子の特性を長期に渡って維持できないのは、転位密度が高いことに起因することを見い出した。すなわち、入射された光のエネルギーによる熱が転位により吸収され、この熱により波長変換素子の特性を維持できる寿命が短くなることを本発明者は見い出した。
【００１３】
また、本発明者は、波長変換素子の特性を維持できる寿命を向上するために、転位密度をどの程度低減することが効果的であるかを鋭意研究した。その結果、分極反転構造を構成する少なくとも１つの結晶の転位密度が１×１０7ｃｍ-2未満であることを見い出した。
【００１４】
そこで、本発明の波長変換素子は、光導波路を有し、光導波路の一方端側から入射した入射光の波長を変換して光導波路の他方端側から出射光を出射させる波長変換素子であって、ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０．５≦ｘ≦１）よりなる第１の結晶と、第１の結晶と同じ組成の第２の結晶とを備えている。第１および第２の結晶は、光導波路に沿って分極方向が周期的に反転する分極反転構造を形成し、分極反転構造は入射光に対して擬似位相整合条件を満たしている。第１および第２の結晶の少なくとも一方は、１×１０3ｃｍ-2以上１×１０7ｃｍ-2未満の転位密度を有している。
【００１５】
本発明の波長変換素子によれば、第１および第２の結晶の少なくとも一方は、１×１０3ｃｍ-2以上１×１０7ｃｍ-2未満の転位密度を有している。転位密度が１×１０7ｃｍ-2未満であるので、入射光のエネルギーを転位で吸収してしまうことを抑制できる。このため、光導波路を構成する結晶の温度が上昇することを抑制できる。これにより、波長変換素子の使用によって熱の影響で出射光の強度の低下（減衰率）を抑制することができる。したがって、ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０．５≦ｘ≦１）を用いた波長変換素子の特性を維持できる寿命を向上することができる。
【００１６】
上記波長変換素子において好ましくは、上記第１および第２の結晶の少なくとも一方は、１×１０3ｃｍ-2以上１×１０5ｃｍ-2未満の転位密度を有している。
【００１７】
これにより、転位による入射光のエネルギーの吸収をより抑制することができる。したがって、特性を維持できる寿命をより向上する波長変換素子を実現することができる。
【００１８】
本発明の一の局面における波長変換素子の製造方法は、光導波路を有し、光導波路の一方端側から入射した入射光の波長を変換して光導波路の他方端側から出射光を出射させる波長変換素子の製造方法であって、以下の工程を備えている。ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０．５≦ｘ≦１）よりなる下地基板を準備する。下地基板上に、下地基板と同じ組成の結晶を成長させる。結晶を分極が互いに反転するように２以上に分割して第１の結晶と第２の結晶とを形成する。光導波路に沿って第１および第２の結晶の分極方向が周期的に反転する分極反転構造を形成し、分極反転構造は入射光に対して擬似位相整合条件を満たすように、第１および第２の結晶を貼り合わせる。
【００１９】
本発明の他の局面における波長変換素子の製造方法は、光導波路を有し、光導波路の一方端側から入射した入射光の波長を変換して光導波路の他方端側から出射光を出射させる波長変換素子の製造方法であって、以下の工程を備えている。ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０．５≦ｘ≦１）よりなる下地基板を準備する。下地基板上に、下地基板と同じ組成の第１の結晶を成長させる。第１の結晶と同じ組成の第２の結晶を準備する。光導波路に沿って第１および第２の結晶の分極方向が周期的に反転する分極反転構造を形成し、分極反転構造は入射光に対して擬似位相整合条件を満たすように、第１および第２の結晶を貼り合わせる。
【００２０】
本発明のさらに他の局面における波長変換素子の製造方法は、光導波路を有し、光導波路の一方端側から入射した入射光の波長を変換して光導波路の他方端側から出射光を出射させる波長変換素子の製造方法であって、以下の工程を備えている。ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０．５≦ｘ≦１）よりなる下地基板を準備する。下地基板上に、下地基板と同じ組成の第１の結晶を成長させる。第１の結晶の表面に規則的に配列した２以上の凸部を形成する。第１の結晶の表面上に、第１の結晶と同じ組成のアモルファス結晶である第２の結晶を成長させる。第２の結晶を成長させる工程では、光導波路に沿って第１および第２の結晶の分極方向が周期的に反転する分極反転構造を形成し、分極反転構造は入射光に対して擬似位相整合条件を満たすように、第１および第２の結晶を形成する。
【００２１】
本発明のさらに他の局面における波長変換素子の製造方法は、光導波路を有し、光導波路の一方端側から入射した入射光の波長を変換して光導波路の他方端側から出射光を出射させる波長変換素子の製造方法であって、以下の工程を備えている。ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０．５≦ｘ≦１）よりなる下地基板を準備する。下地基板上に、開口部を有するマスク層を形成する。下地基板またはマスク層上に、下地基板と同じ組成の結晶を成長させることにより、下地基板上に接して成長した第１の結晶と、マスク層上に接して成長した第２の結晶とを形成する。形成する工程では、光導波路に沿って第１および第２の結晶の分極方向が周期的に反転する分極反転構造を形成し、分極反転構造は入射光に対して擬似位相整合条件を満たすように、第１および第２の結晶を形成する。
【００２２】
本発明の波長変換素子の製造方法によれば、下地基板上に、下地基板と同じ組成の第１および第２の結晶を成長させている。これにより、下地基板と結晶との格子不整合などを緩和できるので、１×１０3ｃｍ-2以上１×１０7ｃｍ-2未満の低い転位密度を有する結晶を成長させることができる。この結晶を用いて第１の結晶、または、第１および第２の結晶を形成しているので、光導波路を構成する第１の結晶、または、第１および第２の結晶の転位密度は１×１０7ｃｍ-2未満である。このため、上述したように、特性を維持できる寿命を向上する波長変換素子を製造することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の波長変換素子および波長変換素子の製造方法によれば、第１および第２の結晶の少なくとも一方の転位密度は低いので、熱の影響を抑制することができる。したがって、特性を維持できる寿命を向上する波長変換素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１における波長変換素子を概略的に示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１の変形例における波長変換素子を概略的に示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１における下地基板を概略的に示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１における結晶を成長させた状態を概略的に示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態１における結晶を分割する状態を概略的に示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態１における結晶を分割して形成した第１の結晶を概略的に示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態１における結晶を分割する別の状態を概略的に示す斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態３における波長変換素子を概略的に示す斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態３におけるマスク層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３における第１および第２の結晶を成長させた状態を概略的に示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態４における波長変換素子を概略的に示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態４におけるアモルファス結晶を成長させた状態を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における波長変換素子を概略的に示す斜視図である。始めに、図１を参照して、本実施の形態における波長変換素子１０ａを説明する。
【００２７】
図１に示すように、本実施の形態における波長変換素子１０ａは、光導波路１３を有している。光導波路１３は、光導波路１３の一方端１３ａ側から入射した入射光１０１の波長を変換して光導波路１３の他方端１３ｂ側から出射光１０２を出射させる。
【００２８】
波長変換素子１０ａは、ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０．５≦ｘ≦１）よりなる第１の結晶１１と、第１の結晶１１と同じ組成の第２の結晶１２とを備えている。なお、ＡｌxＧａ(1-x)Ｎの組成比ｘは、Ａｌのモル比である。第１および第２の結晶１１、１２は、単結晶であることが好ましい。
【００２９】
第１および第２の結晶１１、１２は表面に規則的に配列した凸部を有する櫛型であり、互いに嵌合されている。つまり、第１および第２の結晶１１、１２は凸部と凹部とを有しており、第１の結晶１１の凸部は第２の結晶１１の凹部と嵌合されており、かつ第１の結晶１１の凹部は第２の結晶１１の凸部と嵌合されている。
【００３０】
第１および第２の結晶１１、１２は、光導波路１３に沿って分極方向が周期的に反転する分極反転構造を形成している。つまり、分極反転構造を形成した第１および第２の結晶１１、１２に、光波閉じ込めのための光導波路１３を形成している。分極反転構造は、入射光１０１に対して擬似位相整合条件を満たしている。ここで、擬似位相整合条件とは、非線形光学結晶の伝搬軸に沿って非線形光学係数の符号を周期で反転した構造を設け、非線形分極の波動ベクトルと発生しようとする光波の波動ベクトルとの差を周期構造の波数ベクトルで補償することで位相整合をとる条件である。
【００３１】
このような第１および第２の結晶１１、１２として、たとえば図１における第１および第２の結晶１１、１２の矢印の方向が正極になるようにそれぞれ分極している。つまり、本実施の形態では、第１および第２の結晶１１、１２の正極の方向が反対である。第１および第２の結晶１１、１２がＡｌＮの場合には、第１の結晶１１の正極である第１の面１１ａはＡｌ極性面であり、第２の結晶１２の正極と反対の面である第２の面１２ｂはＮ極性面である。
【００３２】
第１および第２の結晶１１、１２は、光導波路１３に沿って分極方向が周期的に反転している。光導波路１３において隣接する第１および第２の結晶１１、１２を１周期とすると、波長変換素子１０ａは１周期以上有しており、好ましくは５周期以上有している。
【００３３】
光導波路１３を構成し、かつ光導波路１３の延びる方向と交差する第１および第２の結晶１１、１２の界面１４には、隙間がないことが好ましい。この界面１４は、分極の向きが反転している。一方、光導波路１３の延びる方向に沿った第１および第２の結晶１１、１２の界面１５には、隙間があってもよい。
【００３４】
第１および第２の結晶１１、１２の少なくとも一方は、１×１０3ｃｍ-2以上１×１０7ｃｍ-2未満、好ましくは１×１０3ｃｍ-2以上１×１０5ｃｍ-2未満の転位密度を有している。本実施の形態では、第１および第２の結晶１１、１２の転位密度は、上記範囲内である。１×１０7ｃｍ-2未満の場合、入射光１０１のエネルギーの転位での吸収を抑制することができるので、使用による出射光１０２の強度の低下を抑制することができ、特性を維持できる寿命を向上できる。１×１０5ｃｍ-2未満の場合、入射光１０１のエネルギーの転位での吸収を効果的に抑制することができる。転位密度は低い方が好ましいが、容易に製造できる観点から、下限値は、１×１０3ｃｍ-2である。
【００３５】
ここで、転位密度は、たとえば溶融ＫＯＨ（水酸化カリウム）中のエッチングによりできるピットの個数を数えて、単位面積で割るというアルカリ・エッチング法によって測定される値（エッチピット密度：ＥＰＤ）である。
【００３６】
第１および第２の結晶１１、１２は、ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０．５≦ｘ≦１）よりなる。Ａｌの組成比ｘが０．５以上１以下の熱伝導率から、上記転位密度とすることにより寿命を向上できるという効果を発現できる。
【００３７】
第１および第２の結晶１１、１２の屈折率の差は実質的にないことが好ましい。屈折率の差が実質的にない場合、光導波路１３の延びる方向（入射光１０１の進む方向）と交差する第１および第２の結晶１１、１２の界面１４での光の反射を抑制することができる。このため、光導波路１３を透過する入射光１０１の透過率のロスを低減することができる。屈折率の差が実質的にないとは、たとえば第１および第２の結晶１１、１２が５周期（つまり、第１および第２の結晶１１、１２の界面１４が９つ）の場合には０．０１以下、第１および第２の結晶１１、１２が１０周期の場合には０．００１以下である。これらの場合には、波長変換素子１０ａは、たとえば９０％以上の透過率を有する。
【００３８】
ここで、屈折率は、たとえば分光エリプソメータにより４００〜８００ｎｍの波長での分光エリプソメトリー（偏光解析法）を用いて測定される値である。
【００３９】
図２は、本実施の形態の変形例における波長変換素子１０ｂを概略的に示す斜視図である。図２に示すように、第１および第２の結晶１１、１２の一方側は、のこぎり刃型であってもよい。また、第１および第２の結晶１１、１２は、櫛型、のこぎり刃型などの形状に特に限定されず、波型などの他の形状であってもよい。
【００４０】
続いて、本実施の形態における波長変換素子の製造方法について説明する。図３は、本実施の形態における下地基板２１を概略的に示す斜視図である。図３に示すように、ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０．５≦ｘ≦１）よりなる下地基板２１を準備する。下地基板２１は、成長させる結晶２２と同じ組成である。下地基板２１は、主表面２１ａを有している。主表面２１ａは、たとえば（００１）面（ｃ面）である。
【００４１】
図４は、本実施の形態における結晶２２を成長させた状態を概略的に示す斜視図である。次に、図４に示すように、下地基板２１の主表面２１ａ上に、下地基板２１と同じ組成の結晶２２を成長させる。下地基板２１と結晶２２とは格子不整合などが緩和されているので、転位密度の低い結晶２２を成長させることができる。本実施の形態では、成長させる結晶２２の転位密度は、１×１０3ｃｍ-2以上１×１０7ｃｍ-2未満であり、好ましくは１×１０3ｃｍ-2以上１×１０5ｃｍ-2未満である。
【００４２】
本実施の形態では、下地基板２１の主表面２１ａに接するように結晶２２を成長させている。つまり、下地基板２１と結晶２２との間にマスク層などが介在していない。これにより、矢印の方向（成長表面）が正極になるように分極している結晶２２が得られる。
【００４３】
成長方法は特に限定されず、昇華法、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ハイドライド気相成長）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシ）法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相堆積）法などの気相成長法、フラックス法、高窒素圧溶液法などの液相法などを採用することができる。
【００４４】
図５は、本実施の形態における結晶２２を分割する状態を概略的に示す斜視図である。図６は、本実施の形態における結晶２２を分割して形成した第１の結晶１１を概略的に示す斜視図である。次に、図５および図６に示すように、結晶２２を分極が互いに反転するように２以上に分割して、第１の結晶１１と第２の結晶１２とを形成する。このため、第１および第２の結晶１１、１２の転位密度は、１×１０3ｃｍ-2以上１×１０7ｃｍ-2未満であり、好ましくは１×１０3ｃｍ-2以上１×１０5ｃｍ-2未満である。また、第１および第２の結晶１１、１２の組成および屈折率は同じである。
【００４５】
本実施の形態では、図５に示すように、成長表面が櫛型になるように、成長方向に沿って分割する。つまり、結晶２２の主表面２２ａから見て櫛型になるように第１および第２の結晶１１、１２に分割する。
【００４６】
分割する方法は特に限定されないが、レーザ、ワイヤソーなどを用いることができる。レーザにより分割する場合には、加工精度を向上できる点で有利である。ワイヤソーを用いる場合には、コストを低減できる点で有利である。
【００４７】
これにより、図６に示すように、第２の面１１ｂから第１の面１１ａに向けた方向が正極である第１の結晶１１を形成できる。また図５に示すように、第２の面１２ｂから第１の面１２ａに向けた方向が正極である第２の結晶１２を形成できる。
【００４８】
図７は、本実施の形態における結晶２２を分割する別の状態を概略的に示す斜視図である。図７に示すように、成長表面と交差する面（成長方向の面）が櫛型になるように、成長方向に沿って結晶２２を分割して、第１および第２の結晶１１、１２を形成してもよい。
【００４９】
また、結晶２２を分割する形状は図５および図７に示す櫛形に限定されない。図２に示すように、一方の面がのこぎり刃形状になるように結晶２２を分割してもよい。この場合は、加工が非常に容易である点で有利である。
【００５０】
次に、第１および第２の結晶１１、１２の少なくとも一方の表面をエッチングする。これにより、第１および第２の結晶１１、１２の少なくとも一方の表面の分極をより確実に形成することができる。エッチングは、ウエットエッチング、ドライエッチングのいずれであってもよい。
【００５１】
たとえば第１および第２の結晶１１、１２がＡｌＮの場合、ウエットエッチングとしてＫＯＨ（水酸化カリウム）でエッチングすると、Ｎ元素のエッチングレートはＡｌ元素のエッチングレートよりも速いので、Ａｌ元素が終端の面を容易に形成することができる。またドライエッチングとしてＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）をすると、一方面をマスクとして、他方面にＡｌ元素が終端の面を容易に形成することができる。なお、このエッチングをする工程は省略されてもよい。
【００５２】
次に、第１および第２の結晶１１、１２の少なくとも一方の表面を研磨する。研磨をした表面は、分極をより確実に形成することができる。研磨する方法は特に限定されないが、たとえばＣＭＰ研磨（Chemical Mechanical Planarization：化学機械研磨）などを採用できる。なお、この研磨する工程は省略されてもよい。
【００５３】
次に、光導波路１３に沿って第１および第２の結晶１１、１２の分極方向が周期的に反転する分極反転構造を形成し、分極反転構造は入射光１０１に対して擬似位相整合条件を満たすように、第１および第２の結晶１１、１２を貼り合わせる。
【００５４】
具体的には、図５または図７のように分割した第１および第２の結晶１１、１２の一方のみを１８０°反転させ、櫛型の面を互いに対向させる。この状態で、第１および第２の結晶１１、１２を貼り合わせる。本実施の形態では、第１および第２の結晶１１、１２が櫛型またはのこぎり刃型であるので、互いに嵌め込む。その後、第１および第２の結晶１１、１２の界面１４の隙間がなくなるように、アニールなどを行ってもよい。
【００５５】
上述した方法により、図１または図２に示すように、光導波路１３に沿って分極方向が周期的に反転する分極反転構造を形成し、分極反転構造は入射光１０１に対して擬似位相整合条件を満たした波長変換素子１０ａ、１０ｂを製造することができる。
【００５６】
続いて、波長変換素子１０ａ、１０ｂの動作について説明する。まず、波長変換素子１０ａ、１０ｂの光導波路１３の一方端１３ａから入射光１０１を入射させる。この入射光１０１は、第１および第２の結晶１１、１２の分極界面１４に垂直に入射させることが好ましい。この入射光１０１は、光導波路１３の他方端１３ｂに向けて光導波路１３を透過する。このとき、光導波路１３において擬似位相整合条件を満たした分極反転構造を有する第１および第２の結晶１１、１２で、入射光１０１の位相が変換される。そして、光導波路１３の他方端１３ｂから波長が変換された出射光１０２が出射される。これにより、特定波長の入射光１０１を、異なる波長の出射光１０２に変換することができる。
【００５７】
以上説明したように、本実施の形態における波長変換素子１０ａ、１０ｂは、光導波路１３を有し、光導波路１３の一方端１３ａ側から入射した入射光１０１の波長を変換して光導波路１３の他方端１３ｂ側から出射光１０２を出射させる波長変換素子である。ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０．５≦ｘ≦１）よりなる第１の結晶１１と、第１の結晶１１と同じ組成の第２の結晶１２とを備えている。第１および第２の結晶１１、１２は、光導波路１３に沿って分極方向が周期的に反転する分極反転構造を形成し、分極反転構造は入射光１０１に対して擬似位相整合条件を満たしている。第１および第２の結晶１１、１２の少なくとも一方は、１×１０3ｃｍ-2以上１×１０7ｃｍ-2未満の転位密度を有している。
【００５８】
本実施の形態における波長変換素子１０ａ、１０ｂの製造方法は、ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０．５≦ｘ≦１）よりなる下地基板２１を準備する工程と、下地基板２１上に、下地基板２１と同じ組成の結晶２２を成長させる工程と、結晶２２を分極が互いに反転するように２以上に分割して第１の結晶１１と第２の結晶１２とを形成する工程と、光導波路１３に沿って第１および第２の結晶１１、１２の分極方向が周期的に反転する分極反転構造を形成し、分極反転構造は入射光１０１に対して擬似位相整合条件を満たすように、第１および第２の結晶１１、１２を貼り合わせる工程とを備えている。
【００５９】
本実施の形態における波長変換素子１０ａ、１０ｂおよびその製造方法によれば、下地基板２１上に、下地基板２１と同じ組成の結晶２２を成長させている。このため、下地基板２１との格子不整合により結晶２２に転位が発生することを抑制できる。これにより、１×１０3ｃｍ-2以上１×１０7ｃｍ-2未満の転位密度を有する第１および第２の結晶１１、１２を形成することができる。転位密度が低い第１および第２の結晶１１、１２を貼り合せて光導波路１３を形成するので、入射光１０１のエネルギーを第１および第２の結晶１１、１２中の転位で吸収することを抑制できる。このため、第１および第２の結晶１１、１２の温度が上昇することを抑制できる。これにより、波長変換素子１０ａの使用によって出射光１０２の強度が低下してしまうことを抑制できる。したがって、特性を維持できる寿命を向上する波長変換素子１０ａを実現することができる。
【００６０】
（実施の形態２）
本実施の形態における波長変換素子は、図１または図２に示す実施の形態１の波長変換素子１０ａ、１０ｂとほぼ同様である。また、第１の結晶１１のみ極性を有しており、第２の結晶１２は極性を有していなくてもよい。
【００６１】
続いて、本実施の形態における波長変換素子１０ａ、１０ｂの製造方法について説明する。本実施の形態の波長変換素子１０ａ、１０ｂの製造方法は、基本的には実施の形態１と同様の構成を備えているが、第１の結晶１１を形成した結晶２２から形成した第２の結晶１２を用いていない点において異なる。
【００６２】
具体的には、実施の形態１と同様に、ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０．５≦ｘ≦１）よりなる下地基板２１を準備する。次に、実施の形態１と同様に、下地基板２１上に、下地基板２１と同じ組成の第１の結晶１２（結晶２２）を成長させる。
【００６３】
次に、第１の結晶１１と同じ組成の第２の結晶１２を準備する。本実施の形態では、図６に示す第１の結晶１１を形成し、第１の結晶１１と分極反転構造を形成できる第２の結晶１２を準備する。
【００６４】
第２の結晶１２を準備する方法として、たとえば、図５または図７に示すように第１および第２の結晶１１、１２を複数形成することにより、第１の結晶１１を形成した結晶２２と別の結晶２２から形成された第２の結晶１２を準備する。あるいは、極性を有さないように結晶２２を成長させ、第１の結晶１１と嵌合するような形状に加工して、第２の結晶１２を準備してもよい。
【００６５】
この場合、結晶２２は同じ組成の下地基板２１上に形成されているので、同じ結晶２２から第１および第２の結晶１１、１２を形成していなくても、第１および第２の結晶１１、１２の転位密度を１×１０3ｃｍ-2以上１×１０7ｃｍ-2未満に低減することができる。また、第１および第２の結晶１１、１２は実質的に同じ組成であるので、屈折率の差は実質的にない。
【００６６】
次に、実施の形態１と同様に、光導波路１３に沿って第１および第２の結晶１１、１２の分極方向が周期的に反転する分極反転構造を形成し、分極反転構造は入射光１０１に対して擬似位相整合条件を満たすように、第１および第２の結晶１１、１２を貼り合わせる。
【００６７】
以上説明したように、本実施の形態における波長変換素子１０ａ、１０ｂの製造方法によれば、下地基板２１上に、下地基板２１と同じ組成の第１の結晶１１を成長させている。これにより、他の結晶２２から第１および第２の結晶１１、１２を形成した場合であっても、１×１０3ｃｍ-2以上１×１０7ｃｍ-2未満の転位密度を有する第１の結晶を形成することができる。転位密度が低い第１の結晶１１は光導波路１３を構成するので、入射光１０１のエネルギーを転位で吸収することを抑制できる。このため、第１の結晶１１の温度が上昇することを抑制することができる。これにより、波長変換素子１０ａ、１０ｂの使用によって出射光１０２の強度が低下することを抑制できる。したがって、特性を維持できる寿命を向上する波長変換素子１０ａ、１０ｂを製造することができる。
【００６８】
特に、第１の結晶１１のみ分極させて、第２の結晶１２を他の材料で準備して、第１の結晶１１と第２の結晶１２とを埋め込むと、容易に波長変換素子１０ａ、１０ｂを製造できるので、有利である。
【００６９】
（実施の形態３）
図８は、本実施の形態における波長変換素子を概略的に示す斜視図である。図８を参照して、本実施の形態における波長変換素子１０ｃを説明する。本実施の形態における波長変換素子１０ｃは、基本的には実施の形態１の波長変換素子１０ａ、１０ｂと同様の構成を備えているが、第１および第２の結晶１１、１２の形状が異なっている。
【００７０】
具体的には、光導波路１３の延びる方向と交差する方向に、複数の第１および第２の結晶１１、１２が交互に隣接するように配置されている。第１の結晶１１の正極は矢印の向き（上向き）であり、第２の結晶１２の正極は矢印の向き（下向き）である。つまり、光導波路１３の延びる方向と交差する方向に、第１および第２の結晶１１、１２の極性が反転するように第１および第２の結晶１１、１２が形成されている。なお、第１および第２の結晶１１、１２の一方のみ極性を有していなくてもよい。
【００７１】
また、本実施の形態では、第１および第２の結晶１１、１２は互いに嵌合されておらず、貼り合わされている、または、一体化している。
【００７２】
続いて、本実施の形態における波長変換素子１０ｃの製造方法について説明する。本実施の形態における波長変換素子の製造方法は、基本的には実施の形態１と同様であるが、結晶２２から分割する第１および第２の結晶１１、１２の形状が異なる。
【００７３】
具体的には、たとえば結晶２２の成長方向に平行に２以上に分割することにより、複数の直方体の第１および第２の結晶１１、１２を形成する。この場合、第１および第２の結晶１１、１２を嵌合せずに、貼り合わせる。
【００７４】
この場合、結晶２２は同じ組成の下地基板２１上に形成されているので、第１および第２の結晶１１、１２の転位密度を１×１０3ｃｍ-2以上１×１０7ｃｍ-2未満に低減することができる。また、第１および第２の結晶１１、１２は同じ組成であるので、屈折率の差は実質的にない。
【００７５】
また、本実施の形態における波長変換素子１０ｃは、第１および第２の結晶１１、１２を貼り合わせずに、以下のように製造してもよい。
【００７６】
具体的には、まず、実施の形態１と同様に、図３に示すように、ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０．５≦ｘ≦１）よりなる下地基板２１を準備する。
【００７７】
図９は、本実施の形態におけるマスク層２３を形成した状態を概略的に示す断面図である。次に、図９に示すように、下地基板２１上に、開口部を有するマスク層２３を形成する。
【００７８】
図１０は、本実施の形態における第１および第２の結晶を成長させた状態を概略的に示す断面図である。次に、図１０に示すように、下地基板２１またはマスク層２３上に、下地基板２１と同じ組成の結晶を成長させることにより、下地基板２１上に接して成長した第１の結晶１１と、マスク層２３上に接して成長した第２の結晶１２とを形成する。この形成する工程では、光導波路１３に沿って第１および第２の結晶１１、１２の分極方向が周期的に反転する分極反転構造を形成し、分極反転構造は入射光１０１に対して擬似位相整合条件を満たすように、第１および第２の結晶１１、１２を形成する。
【００７９】
下地基板２１の主表面２１ａがｃ面の場合、下地基板２１の主表面２１ａと接している（マスク層２３の開口部から露出している）第１の結晶１１は＋ｃ軸方向へ厚みが大きくなるように成長させる。また、マスク層２３と接している第２の結晶１２は−ｃ軸方向へ厚みが大きくなるように成長させる。
【００８０】
第１および第２の結晶１１、１２は同じ組成の下地基板２１上に形成されているので、第１および第２の結晶１１、１２の転位密度を１×１０3ｃｍ-2以上１×１０7ｃｍ-2未満に低減することができる。また、第１および第２の結晶１１、１２は同じ組成であるので、屈折率の差は実質的にない。
【００８１】
上述した方法により、図８に示す本実施の形態における波長変換素子１０ｃを製造することができる。
【００８２】
以上説明したように、本実施の形態の波長変換素子１０ｃの製造方法によれば、下地基板２１上に、下地基板２１と同じ組成の第１および第２の結晶１１、１２を成長させている。これにより、１×１０3ｃｍ-2以上１×１０7ｃｍ-2未満の転位密度を有する第１および第２の結晶１１、１２を形成することができる。転位密度が低い第１および第２の結晶１１、１２は光導波路１３を構成するので、入射光１０１のエネルギーの転位での吸収を抑制することができる。このため、第１および第２の結晶１１、１２の温度が上昇することを抑制することができる。これにより、波長変換素子１０ｃの使用によって出射光１０２の強度の低下を抑制することができる。したがって、特性を維持できる寿命を向上する波長変換素子１０ｃを製造することができる。
【００８３】
（実施の形態４）
図１１は、本実施の形態における波長変換素子を概略的に示す斜視図である。図１１に示すように、本実施の形態における波長変換素子１０ｄは、基本的には図１に示す実施の形態１の波長変換素子１０ａと同様の構成を備えているが、第２の結晶がアモルファス結晶１６である点において異なる。
【００８４】
本実施の形態では、第１の結晶１１は単結晶であり、１×１０3ｃｍ-2以上１×１０7ｃｍ-2未満の転位密度を有している。
【００８５】
この第１の結晶１１の表面には、図６に示すように、規則的に配列した２以上の凸部１１ｃと凹部とが形成されている。この２以上の凸部１１ｃは、光導波路１３の延びる方向（入射光１０１が光導波路１３を透過する方向）と交差する方向に向けて同様の形状で突出している。図１１に示すように、凸部１１ｃにおいて光導波路１３の壁面を構成する部分の幅Ｗ１１は、所定の大きさ以上であることが好ましい。所定の大きさとは、たとえば２６μｍ以上である。また、凸部において突出している角度θ１１は、９０°近傍であることが好ましい。
【００８６】
アモルファス結晶１６は、第１の結晶１１と同様の凸部と凹部とを有している。アモルファス結晶１６の凹部は第１の結晶１１の凸部１１ｃと接合されており、かつアモルファス結晶１６の凸部は第１の結晶１１の凹部と接合されている。
【００８７】
アモルファス結晶１６は、４００〜８００ｎｍの波長での第１の結晶１１の屈折率との差が０．００１以上０．１以下であることが好ましい。
【００８８】
続いて、本実施の形態における波長変換素子の製造方法について説明する。まず、実施の形態１と同様に、ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０．５≦ｘ≦１）よりなる下地基板２１を準備する。
【００８９】
次に、下地基板２１上に、下地基板２１と同じ組成の第１の結晶１１を成長させる。次に、第１の結晶１１の表面に規則的に配列した２以上の凸部を形成する。これらの工程では、たとえば実施の形態１と同様に、下地基板２１上に結晶２２を成長し、結晶２２から規則的に配列した２以上の凸部を有するように第１の結晶１１を分割する。結晶２２は同じ組成の下地基板２１上に形成されているので、この結晶２２から形成される第１の結晶１１の転位密度を１×１０3ｃｍ-2以上１×１０7ｃｍ-2未満にすることができる。これにより、図６に示すような第１の結晶１１を形成することができる。
【００９０】
図１２は、本実施の形態におけるアモルファス結晶１６を成長させた状態を概略的に示す断面図である。次に、図１２に示すように、第１の結晶１１の表面上に、第１の結晶１１と同じ組成のアモルファス結晶１６である第２の結晶を成長させる。この工程では、光導波路１３に沿って第１および第２の結晶１１、１２の分極方向が周期的に反転する分極反転構造を形成し、分極反転構造は入射光１０１に対して擬似位相整合条件を満たすように、第１および第２の結晶１１、１２を形成する。なお、アモルファス結晶１６を成長させる方法は特に限定されない。
【００９１】
アモルファス結晶１６を成長させると、第１の結晶１１とアモルファス結晶１６との極性が反対方向になる。このため、分極反転構造を容易に形成することができる。
【００９２】
アモルファス結晶１６は、第１の結晶１１上に形成されている。アモルファス結晶１６と第１の結晶１１とは同じ組成である。このため、アモルファス結晶１６の屈折率と第１の結晶１１の屈折率とは、実質的に同じにできる。特に、４００〜８００ｎｍの波長での第１の結晶の屈折率との差が０．００１以上０．１以下であるようにアモルファス結晶１６を成長させることが好ましい。これにより、図１１に示す波長変換素子１０ｄを製造することができる。
【００９３】
以上説明したように、本実施の形態における波長変換素子１０ｄの製造方法によれば、下地基板２１上に、下地基板２１と同じ組成の第１の結晶１１を成長させている。これにより、１×１０3ｃｍ-2以上１×１０7ｃｍ-2未満の転位密度を有する第１の結晶１１を形成することができる。転位密度が低い第１の結晶１１は光導波路１３を構成するので、入射光１０１のエネルギーを転位で吸収することを抑制することができる。このため、第１の結晶１１中の温度が上昇することを抑制することができる。これにより、波長変換素子１０ｄの使用によって出射光１０２の強度の低下を抑制することができる。したがって、特性を維持できる寿命を向上する波長変換素子１０ｄを製造することができる。
【実施例】
【００９４】
本実施例では、１×１０3ｃｍ-2以上１×１０7ｃｍ-2未満の転位密度を有する第１および第２の結晶を備えることの効果について調べた。
【００９５】
（本発明例１および２）
本発明例１および２の波長変換素子は、基本的には実施の形態１にしたがって製造した。具体的には、まず、本発明例１および２の下地基板２１として、主表面２２ａが（００１）面であるＡｌＮ単結晶基板およびＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ単結晶基板をそれぞれ準備した。
【００９６】
次に、下地基板２１上に、下地基板２１と同じ組成の結晶２２を昇華法により成長させた。その後、結晶２２の表面にＣＭＰ研磨を施した。
【００９７】
次に、結晶２２を分極が互いに反転するように２以上に分割して、図７に示すように、櫛型の第１の結晶１１と第２の結晶１２とを形成した。第１および第２の結晶１１、１２は、それぞれ３８個形成した。なお、第１および第２の結晶１１、１２の凸部において光導波路１３の壁面を構成する部分の幅（第１の結晶１１の場合、図１１における幅Ｗ１１）は、２６．６μｍとした。
【００９８】
また得られた第１および第２の結晶１１、１２の転位密度を、ＫＯＨ−ＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）を用いた溶融アルカリ・エッチング法によりそれぞれ測定した。その結果を下記の表１に示す。
【００９９】
次に、第１および第２の結晶１１、１２を交互に３８周期貼り合わせた。これにより、図１に示すように、光導波路１３に沿って第１および第２の結晶１１、１２の分極方向が周期的に反転する分極反転構造を形成し、分極反転構造は入射光１０１に対して擬似位相整合条件を満たしていた。これにより、本発明例１および２の波長変換素子１０ａを製造した。
【０１００】
（本発明例３および４）
本発明例３および４の波長変換素子は、基本的には本発明例１および２と同様に製造したが、成長時における下地基板２１の主表面２１ａの温度が、本発明例１および２においては２２００℃であったのに対し、本発明例３および４においては２０００℃と低い点においてのみ異なっていた。
【０１０１】
（比較例１および２）
比較例１および２の波長変換素子は、基本的には本発明例１および２と同様に製造したが、下地基板２１として、主表面が（００１）面のＳｉＣ（炭化珪素）基板を用いた点においてのみ異なっていた。
【０１０２】
（比較例３および４）
比較例３および４の波長変換素子は、基本的には本発明例１および２と同様に製造したが、下地基板２１として、主表面が（００１）面のＡｌ2Ｏ3（サファイア）基板を用いた点においてのみ異なっていた。
【０１０３】
（評価方法）
本発明例１〜４および比較例１〜４の波長変換素子について、透過光の減衰率と、温度上昇とを測定した。
【０１０４】
具体的には、入射光として波長が１０６４ｎｍのＮｄ−ＹＡＧレーザー（ネオジウム・ヤグレーザー）を、本発明例１〜４および比較例１〜４の第１および第２の結晶１１、１２の分極界面１４に垂直になるように光導波路１３に入射し、光導波路１３から出射される光の強度を初期の強度としてそれぞれ測定した。１万時間照射を続けた後に、光導波路１３から出射される出射光１０２の強度をそれぞれ測定した。そして、初期の強度に対して１万時間経過後の強度が低下した割合を求めた。これを透過光の減衰率として、下記の表１に記載する。
【０１０５】
また、本発明例１〜４および比較例１〜４の波長変換素子に入射光１０１を入射させる前の初期の温度と、１万時間照射後の温度とをそれぞれ測定した。そして、比較例３の初期の温度に対して、１万時間経過後の温度上昇を１としたときに本発明例１〜４および比較例１、２、４の温度上昇の割合をそれぞれ求めた。この結果を下記の表１に記載する。
【０１０６】
【表１】
2010061106.tif 000003
【０１０７】
（測定結果）
本発明例１〜４および比較例１〜４の波長変換素子に１０６４ｎｍの波長の入射光を入射させた結果、５３２ｎｍの波長の出射光１０２が出射された。
【０１０８】
しかし、表１に示すように、比較例１〜４の波長変換素子では、１万時間照射すると、温度上昇が大きく、減衰率が大きかった。
【０１０９】
一方、本発明例１〜４の第１および第２の結晶の転位密度は、比較例１〜４の転位密度よりも低かった。このため、本発明例１〜４の波長変換素子の温度上昇が小さかったので、透過光の減衰率を小さくすることができた。したがって、本発明例１〜４は、比較例１〜４と比べて初期の特性を９９．９％以上維持できる寿命を向上できた。特に、１×１０5ｃｍ-2未満の本発明例１および２の波長変換素子の温度上昇が非常に小さかったので、透過光の減衰率を非常に小さくすることができた。
【０１１０】
このことから、第１および第２の結晶１１、１２の転位密度は低い程、透過光の減衰率を小さくすることができ、かつ転位密度が１×１０7ｃｍ-2未満の場合、好ましくは１×１０5ｃｍ-2未満の場合に長時間に渡って使用を続けても初期の特性を維持できることがわかった。
【０１１１】
以上より、本実施例によれば、１×１０3ｃｍ-2以上１×１０7ｃｍ-2未満、好ましくは１×１０5ｃｍ-2未満の転位密度を有する第１および第２の結晶を備えることにより、特性を維持できる寿命を向上できることが確認できた。
【０１１２】
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、各実施の形態および実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１１３】
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ  波長変換素子、１１  第１の結晶、１１ａ，１２ａ  第１の面、１１ｂ，１２ｂ  第２の面、１１ｃ  凸部、１２  第２の結晶、１３  光導波路、１３ａ  一方端、１３ｂ  他方端、１４，１５  界面、１６  アモルファス結晶、２１  下地基板、２１ａ，２２ａ  主表面、２２  結晶、２３  マスク層、１０１  入射光、１０２  出射光、Ｗ１１  幅、θ１１  角度。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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