(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
MgＯよりなる基板と、
光が伝播するＫNbＯ3膜と、
前記基板と前記ＫNbＯ3膜との間に形成されたＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜と、
を備え、
前記ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜におけるTaの混合比Ｘの値が、当該ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の前記基板に接する面で４０原子％以上６０原子％以下であると共に前記ＫNbＯ3膜に接する面で０原子％となり、且つ、前記ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の前記基板に接する面から前記ＫNbＯ3膜に接する面に向かう方向に減少していることを特徴とする波長変換素子。
【請求項２】
請求項１に記載の波長変換素子において、
前記ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜におけるTaの混合比Ｘの値が、当該ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の前記基板に接する面と前記ＫNbＯ3膜に接する面との間で連続的に変化していることを特徴とする波長変換素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の波長変換素子において、
前記ＫNbＯ3膜が、ＫNbＯ3結晶における（００１）面を主面としていることを特徴とする波長変換素子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の波長変換素子において、
前記ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の厚さが３００Å以上５００Å以下であることを特徴とする波長変換素子。
【請求項５】
薄膜を積層することによりに形成される波長変換素子の製造方法において、
MgＯよりなる基板上にＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜を成長させる第１成長工程であって、成長された前記ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜におけるTaの混合比Ｘの値が、当該ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の前記基板に接する面で４０原子％以上６０原子％以下であると共に前記ＫNbＯ3膜に接する面で０原子％となり、且つ、前記ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の前記基板に接する面から前記ＫNbＯ3膜に接する面に向かう方向に減少するように当該ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜を成長させる第１成長工程と、
前記成長したＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の表面に、光が伝播するＫNbＯ3膜を更に成長させる第２成長工程と、
を備えることを特徴とする波長変換素子の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の製造方法において、
前記第１成長工程において、前記ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜におけるTaの混合比Ｘの値が、当該ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の前記基板に接する面と前記ＫNbＯ3膜に接する面との間で連続的に変化するように当該ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜を成長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】
請求項５又は６に記載の製造方法において、
前記第２成長工程において、前記ＫNbＯ3膜を、ＫNbＯ3結晶における（００１）面を主面として結晶成長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８】
請求項５から７のいずれか一項に記載の製造方法において、前記第１成長工程において、前記ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜を厚さが３００Å以上５００Å以下となるように結晶成長させることを特徴とする波長変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光等の光ビームの波長を変換し、例えば、第２次高調波等を得るための波長変換素子及びその製造方法の技術分野に属し、より詳細には、MgＯよりなる基板を有し、ＫNbＯ3膜を光導波路として構成されている波長変換素子及びその製造方法の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザ光等を波長変換してより短波長のレーザ光等を得るために、入射したレーザ光等の第２次高調波を出射する波長変換素子がある。
【０００３】
そして、当該波長変換素子として一般的に知られているものに、MgＯよりなる基板上にＫNbＯ3膜を光導波路として結晶成長させ、当該成長させたＫNbＯ3膜の表面に薄膜電極と光閉じ込め用の例えばストライプ状のTiＯ2膜とを形成した構成のものがある。
【０００４】
この構成を有する波長変換素子を用いれば、ＫNbＯ3膜が、非線形光学定数が大きく且つ光損傷耐性も高いという特性を有することから、高効率で且つ寿命の長い波長変換素子を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の構成を有する従来の波長変換素子においては、光導波路材料としてのＫNbＯ3の格子定数と基板材料としてのMgＯの格子定数との整合が取れないために、基板上に成長させたＫNbＯ3膜内に内部歪みが生じ、光伝播時に損失が生じるという問題点があった。
【０００６】
また、MgＯ基板上にＫNbＯ3膜を成長させた時に、本来必要な結晶方位を有する結晶面（（００１）面）の他に不必要な方位の結晶面（例えば、（０１１）面）が同時に成長してしまい、この場合には波長変換の変換効率が低下してしまうという問題点があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記各問題点に鑑みて為されたもので、その課題は、MgＯ基板と、光導波路としてのＫNbＯ3膜とを有する波長変換素子において、内部歪みが少なく、且つ波長変換の変換特性が良好な波長変換素子及び当該波長変換素子の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、MgＯよりなる基板と、光が伝播するＫNbＯ3膜と、前記基板と前記ＫNbＯ3膜との間に形成されたＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜と、を備え、前記ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜におけるTaの混合比Ｘの値が、当該ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の前記基板に接する面で４０原子％以上６０原子％以下であると共に前記ＫNbＯ3膜に接する面で０％となり、且つ、前記ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の前記基板に接する面から前記ＫNbＯ3膜に接する面に向かう方向に減少している。
【０００９】
請求項１に記載の発明の作用によれば、MgＯよりなる基板と、光が伝播するＫNbＯ3膜との間にＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜が形成されている。
【００１０】
このとき、ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜におけるTaの混合比Ｘの値が、当該ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の基板に接する面で４０原子％以上６０原子％以下であると共にＫNbＯ3膜に接する面で０原子％となり、且つ、当該ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の基板に接する面からＫNbＯ3膜に接する面に向かう方向に減少している。
【００１１】
よって、ＫNbＯ3膜の結晶性が向上し、ＫNbＯ3膜内に良好な波長変換機能を有する結晶面がより多く含まれることとなると共に、ＫNbＯ3膜とＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜との間における格子不整合及びＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜と基板との間における格子不整合が夫々緩和される。
【００１２】
上記の課題を解決するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の波長変換素子において、前記ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜におけるTaの混合比Ｘの値が、当該ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の前記基板に接する面と前記ＫNbＯ3膜に接する面との間で連続的に変化している。
【００１３】
請求項２に記載の発明の作用によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜におけるTaの混合比Ｘの値が、当該ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の基板に接する面とＫNbＯ3膜に接する面との間で連続的に変化しているので、組成がＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜からＫNbＯ3膜に連続的に移行することとなり、ＫNbＯ3膜における結晶性がより向上すると共に格子不整合がより緩和される。
【００１４】
上記の課題を解決するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の波長変換素子において、前記ＫNbＯ3膜が、ＫNbＯ3結晶における（００１）面を主面としている。
【００１５】
請求項３に記載の発明の作用によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加えて、ＫNbＯ3膜が、ＫNbＯ3結晶における（００１）面を主面としているので、ＫNbＯ3結晶における大きい非線形光学定数を利用して波長変換することができる。
【００１６】
上記の課題を解決するために、請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の波長変換素子において、前記ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の厚さが３００Å以上５００Å以下とされている。
【００１７】
請求項４に記載の発明の作用によれば、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の厚さが３００Å以上５００Å以下であるので、ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の厚さを必要最小限とすることができる。
【００１８】
上記の課題を解決するために、請求項５に記載の発明は、薄膜を積層することによりに形成される波長変換素子の製造方法において、MgＯよりなる基板上にＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜を成長させる第１成長工程であって、成長された前記ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜におけるTaの混合比Ｘの値が、当該ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の前記基板に接する面で４０原子％以上６０原子％以下であると共に前記ＫNbＯ3膜に接する面で０原子％となり、且つ、前記ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の前記基板に接する面から前記ＫNbＯ3膜に接する面に向かう方向に減少するように当該ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜を成長させる第１成長工程と、前記成長したＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の表面に、光が伝播するＫNbＯ3膜を更に成長させる第２成長工程と、を備える。
【００１９】
請求項５に記載の発明の作用によれば、MgＯよりなる基板上にＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜を成長させる第１成長工程において、成長されたＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜におけるTaの混合比Ｘの値が、当該ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の基板に接する面で４０原子％以上６０原子％以下であると共にＫNbＯ3膜に接する面で０原子％となり、且つ、当該ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の基板に接する面からＫNbＯ3膜に接する面に向かう方向に減少するように当該ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜を成長させる。
【００２０】
次に、第２成長工程において、成長したＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の表面に、光が伝播するＫNbＯ3膜を更に成長させる。
【００２１】
よって、ＫNbＯ3膜と基板の間にＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜が形成されるので、ＫNbＯ3膜の結晶性が向上し、当該ＫNbＯ3膜内に良好な波長変換機能を有する結晶面がより多く含まれると共に、ＫNbＯ3膜とＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜との間における格子不整合及びＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜と基板との間における格子不整合が夫々緩和された波長変換素子を製造することができる。
【００２２】
上記の課題を解決するために、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の製造方法において、前記第１成長工程において、前記ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜におけるTaの混合比Ｘの値が、当該ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の前記基板に接する面と前記ＫNbＯ3膜に接する面との間で連続的に変化するように当該ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜を成長させる。
【００２３】
請求項６に記載の発明の作用によれば、請求項５に記載の発明の作用に加えて、第１成長工程において、ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜におけるTaの混合比Ｘの値が、当該ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の基板に接する面とＫNbＯ3膜に接する面との間で連続的に変化するように当該ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜を成長させるので、組成がＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜からＫNbＯ3膜に連続的に移行することとなり、ＫNbＯ3膜における結晶性がより向上すると共に格子不整合がより緩和される。
【００２４】
上記の課題を解決するために、請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の製造方法において、前記第２成長工程において、前記ＫNbＯ3膜を、ＫNbＯ3結晶における（００１）面を主面として結晶成長させる。
【００２５】
請求項７に記載の発明の作用によれば、請求項５又は６に記載の発明の作用に加えて、第２成長工程において、ＫNbＯ3膜を、ＫNbＯ3結晶における（００１）面を主面として結晶成長させるので、ＫNbＯ3結晶における大きい非線形光学定数を利用して波長変換可能な波長変換素子を製造できる。
【００２６】
上記の課題を解決するために、請求項８に記載の発明は、請求項５から７のいずれか一項に記載の製造方法において、前記第１成長工程において、前記ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜を厚さが３００Å以上５００Å以下となるように結晶成長させる。
【００２７】
請求項８に記載の発明の作用によれば、請求項５から７のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、第１成長工程において、ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜を厚さが３００Å以上５００Å以下となるように結晶成長させるので、ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の厚さを必要最小限としてＫNbＯ3膜を結晶成長させることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に好適な実施の形態について、図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施形態は、入射されるレーザ光を波長変換して第２次高調波を得る、いわゆるチャネル型の波長変換素子に対して本発明を適用した場合の実施形態である。
【００２９】
始めに、本発明の波長変換素子において、光学的非線形性を用いて波長変換を行うＫNbＯ3膜（以下、単にＫＮ膜と称する。）について、図１を用いて説明する。
【００３０】
ＫN膜は、上述のように光損傷に対する耐性が高い強誘電体であるが、その結晶構造は、二辺の長さが異なる直方体格子の斜方晶系結晶としての構造を有している。そして、その格子定数は、図１に示すようにａが３．９６９２Å、ｂが５．６８９６Å、ｃが５．７２５６Åである。
【００３１】
また、斜方晶系の分極と非線形感受テンソル及び電界との関係については、下記式１に示される関係となっている。ここで、式（１）においてＰは分極成分であり、ｄは２次非線形光学定数であり、Ｅは基本波電界成分であり、各添え字のａ、ｂ及びｃは軸方向を示す。
【００３２】
【数１】
従って、当該ＫN膜をエピタキシャル成長させ、これを波長変換素子の導波路として利用する場合には、当該ＫN膜の（００１）面すなわち（ａ−ｂ）面で成長させ、これにより、各非線形光学定数のうち大きな値を有する非線形光学定数ｄ32を利用することとなる。そして、この場合、図１に示すように、ａ軸方向へ伝播しａ−ｂ面内で振動する基本波から、ａ軸方向へ伝播しａ−ｃ面内で振動する第２次高調波が得られる。
【００３３】
ここで、ＫN膜の各非線形光学定数を表１に示す。
【００３４】
【表１】
0003681893.tif 000002
ｄ33＝−２７．４±０．３
ｄ32＝−１８．３±０．３
ｄ32＝−２０．５±０．３（λ＝８６０ｎｍ）
ｄ31＝−１５．８±０．３
ｄ24＝１７．１±０．４
ｄ16＝１６．５±０．４
ｄ15＝１６．５±０．４
（単位；ｐｍ／Ｖ）（基本波波長λ＝１．０６μｍ）
【００３５】
次に、実施形態の波長変換素子に用いられている導波路としての上記ＫＮ膜及び基板を含む部分の構成について、図２を用いて説明する。
【００３６】
実施形態の波長変換素子においては、図２（ａ）に示すように、基板１上に厚さ５００ÅのＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜（以下、単にＫＴＮ膜と称する）２を挟んで、導波路としての厚さ約９０００ÅのＫＮ膜３が形成されている。ここで、当該ＫＴＮ膜２及びＫＮ膜３は、後述する条件の下、有機金属気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ（Metal  Organic  Chemical  Vapor  Deposition）法と称する。）により基板１上に夫々結晶成長させられたものである。また、実施形態の基板１は、MgＯ（１１０）よりなる基板を用いている。
【００３７】
更に、実施形態のＫＴＮ膜２においては、図２（ｂ）に示すように、当該ＫＴＮ膜２におけるタンタルTaの混合比Ｘの値が、当該ＫＴＮ膜２の基板１に接する面で５０原子％であると共にＫN膜３に接する面で０原子％となり、且つ、基板１に接する面からＫN膜３に接する面に向かう方向に単調減少で変化するように形成されている。
【００３８】
ここで、図３に示すＫＮ膜３の（００１）面の格子定数（図３（ａ）参照）と基板１（MgＯ）の（１１０）面の格子定数（図３（ｂ）参照）とは相互に異なるわけであるが、上記ＫＴＮ膜２が基板１とＫＮ膜３との間に介在しており、且つ、そのタンタルTaの含有率が基板１側の面で５０原子％でありそこから漸減してＫＮ膜３側の面で０原子％であることから、上記基板１とＫＮ膜３との間の格子定数の齟齬がＫＮ膜３の結晶性に与える影響が緩和され、よって、ＫＮ膜３を基板１上に直接成長させた場合に格子定数の差に起因して生じるＫＮ膜３内の内部歪みが極めて小さくなっている。
【００３９】
次に、本実施形態のＫＴＮ膜２を挟んでＫＮ膜３を成長させた場合の、当該ＫＮ膜３における配向性について、図４を用いて説明する。なお、図４は、ＭgＯ基板上に、タンタルTaの含有率を種々に変化させたＫＴＮ膜を夫々別個に気相成長させた場合の、当該成長させた夫々のＫＴＮ膜のＸ線回折分析結果を示すものである。
【００４０】
図４から明らかなように、タンタルTaを全く含まない膜をＭgＯ基板上に成長させた場合（すなわち、上記ＫＮ膜を直接ＭgＯ基板上に成長させた場合）には、波長変換に用いられるべき（００１）面（図４中符号ａ参照）だけでなく、（０１１）面や（０２２）面をも多く含んで成長してしまう。
【００４１】
これに対して、例えば、タンタルTaを５０原子％含有させて成長させたＫＴＮ膜では、図４中符号ｂで示すように、当該ＫＴＮ膜中に（００１）面が顕著に多く成長する。このことは、すなわち、当該タンタルTaを５０原子％含有させて成長させたＫＴＮ膜上に重ねてＫＮ膜を気相成長させた場合に、当該成長させたＫＮ膜内にも（００１）面が顕著に成長することを示している。
【００４２】
ここで、本実施形態の波長変換素子では、ＫＴＮ膜２におけるタンタルTaの含有率を、基板１側の面で５０原子％とすると共にＫＮ膜３側の面で０原子％とし、且つＫＮ膜３側に向かって漸次減少させているので、結果としてＫＴＮ膜２とＫＮ膜３とがその組成上連続的に積層されることとなる。よって、このことと上述したタンタルTaの含有率が５０原子％のときに（００１）面が顕著に成長することとが合間って、本実施形態のＫＴＮ膜２上に成長させられたＫＮ膜３では、当該（００１）面が更に顕著に多く含まれている。
【００４３】
なお、ＫＴＮ膜２の基板１側の面におけるタンタルTaの含有率（すなわち、タンタルTaの含有率の最大値）については、図４から明らかなように、上述した５０原子％の場合を含めて４０原子％乃至６０原子％の範囲であれば、いずれの場合でも、その上に積層されたＫＮ膜３では（００１）面が顕著に多く含まれることとなる。
【００４４】
次に、実施形態の波長変換素子を製造するための製造工程について、図５を用いて説明する。なお、図５は、当該波長変換素子が製造される過程を順を追って示す断面図である。
【００４５】
図５に示すように、実施形態の波長変換素子を製造する際には、始めに、予め製造されているＭgＯ（１１０）面よりなる基板１（図５（ａ）参照）上にＭＯＣＶＤ法によりＫＴＮ膜３（５００Å）とＫＮ膜３（約９０００Å）とを気相成長させる（図５（ｂ）参照）。
【００４６】
このときの結晶成長条件としては、例えば、ＫＴＮ膜２については、酸化物ＣＶＤ装置を用い、温度８５０℃、圧力５Torr（リアクター圧力）とし、材料ガスとしてジピバロイルメタナトカリウム（Ｋ（Ｃ11Ｈ19Ｏ2）。以下、Ｋ（ＤＰＭ）と称する。）、ペンタエトキシニオブ（Ｎb（ＯＣ2Ｈ5）5）及びペンタエトキシタンタル（Ta（ＯＣ2Ｈ5）5）を用いる。
【００４７】
一方、ＫＮ膜３については、同様に、酸化物ＣＶＤ装置を用い、温度８５０℃、圧力５Torr（リアクター圧力）とし、材料ガスとしてＫ（ＤＰＭ）、ペンタエトキシニオブ（Ｎb（ＯＣ2Ｈ5）5）を用いる。
【００４８】
より具体的に成膜工程を説明すると、ＭgＯ（１１０）を主面とする基枚１を酸化物ＣＶＤ装置の反応室に装填し、これを上記設定温度まで昇温し、次に反応室内部を上記設定気圧まで減圧し、出発材料としての上記各材料を酸化ＣＶＤ装置の気化器の夫々に装填する。次に、これら出発原料をそれぞれ上記設定温度に保つことにより昇華又は気化させ有機金属化合物ガスとし、これを夫々流量制御されたＡrキャリアガス及び酸化ガスＯ2を用いて加熱された基板１が配置された反応室へ層流として導き、基板１上にエピタキシャル層を祈出させる。
【００４９】
このとき、ＫＴＮ膜２の成膜においては、ペンタエトキシタンタル（Ta（ＯＣ2Ｈ5）5）の流量を当該ＫＴＮ膜２の成膜当初から漸次減少させ、当該成膜終了時には零として当該ＫＴＮ膜２におけるタンタルTaの含有量を、基板１側からＫＮ膜３側に向かって連続的に単調減少させる。
【００５０】
なお、この時に、図２（ｂ）に示すグラフに示したような組成のＫＴＮ膜２を得るべくタンタルTaの含有量を直線的に減少させる他に、例えば、曲線的な減少カーブを描くように減少させてもよい。このようにすれば、ＫＴＮ膜２におけるタンタルTaの組成の変化も曲線的な変化を示すこととなる。
【００５１】
ここで、出発材料からの各酸化物の生成には酸化反応をともなうため、反応ガスに一定量の酸素を添加してもよい。
【００５２】
上記ＫＴＮ膜２及びＫＮ膜３が形成されると、次に、その上に、スパッタ法又は真空蒸着法によりTiＯ2膜４を形成する（図５（ｃ）参照）。
【００５３】
ここで、当該TiＯ2膜４は、３次元導波路を形成するために空気よりも高屈折率の誘電体膜として形成されるものである。従って、TiＯ2膜４の膜厚としては、当該TiＯ2膜４自体がＫＮ膜３よりも高屈折率であるためその膜厚が光導波可能な膜厚となったのではＫＮ膜３内にレーザ光を閉じ込めることができないことから、カットオフ条件を満たすべく、例えば、約８００Å（ＫＮ膜３をシングルモード導波路とする場合）とされる。
【００５４】
なお、レーザ光閉じ込め用としては、上記TiＯ2膜４の他にＳiＯ2膜を用いることも可能であるが、この場合には、上述の理由からその膜厚は約２乃至３μｍ必要となる。
【００５５】
TiＯ2膜４が形成されると、次に、フォトリソグラフィー技術を用いて、当該形成されたTiＯ2膜４をレーザ光が伝播する方向に長いストライプ状にパターンニングし、閉じ込め層５を形成する（図５（ｄ）参照）。この時のエッチングには、例えば、ＲＩＥ（Reactive  Ion  Etching）法が用いられる。
【００５６】
そして、その後、TiＯ2膜４がエッチングされて除去された領域に、閉じ込め層５と平行に、レーザ光の基本波と第２次高調波との位相整合を取るためのストライプ状の電極６及び７を形成して（図５（ｅ）参照）波長変換素子Ｓが完成する。
【００５７】
なお、電極６及び７の材料としては、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金或いは金又は白金等を用いることができるが、波長変換素子としての動作時に高電界が印加されるため、実際には金又は白金の方が望ましい。
【００５８】
更に、上記各工程に加えて、閉じ込め層５の表面の一部に、入射光制御用の回折格子（図７符号８参照）を形成してもよい。
【００５９】
ここで、上述のようにして成膜したＫＮ膜３の表面の状態について、図６に示す図面代用写真を用いて説明する。なお、図６（ａ）はＫＴＮ膜２を用いずに基板１上に直接ＫＮ膜３を成膜した場合の当該ＫＮ膜３の表面状態を示す写真であり、図６（ｂ）はＫＴＮ膜２を挟んで基板１上にＫＮ膜３を成膜した場合の当該ＫＮ膜３の表面状態を示す写真である。
【００６０】
図６から明らかなように、ＫＴＮ膜２を介してＫＮ膜３を成膜した方が、ＫＴＮ膜２を用いないで成膜した場合に比して表面状態が木目細か且つ平滑になっている。このことと図４に示したＸ線回折結果とを考慮すると、ＫＴＮ膜２を間に挟んでＫＮ膜３を成膜した方が、所望の（００１）面を主面とするＫＮ膜３が成長し易いことがわかる。
【００６１】
次に、完成した波長変換素子Ｓを実際に動作させる場合の構成について、図７を用いて説明する。
【００６２】
図７に示すように、波長変換素子Ｓを動作させる場合には、上述した電極６及び７に対して電源９により電圧を印加して各電極間に電界を発生させ、当該電界によりＫＮ膜３の１次電気光学効果を用いて基本波モードの実行屈折率と第２次高調波モードの実行屈折率との位相整合を取って第２次高調波を発生させる。このとき、基本波は閉じ込め層５の短辺の一端側から入射し、第２次高調波及び基本波が当該短辺の他端側から出射することとなる。
【００６３】
【実施例】
次に、具体的な波長変換実験について説明する。
【００６４】
上述の製造構成により製造された波長変換素子Ｓ（ＫＮ層３の膜厚９０００Å、ＫＴＮ層２の膜厚５００Å、閉じ込め層５の厚さ８００Åで閉じ込め層５の基本波入射側の表面に回折格子８を有している。）を用いて、基本波（λ＝８６０ｎｍ）をＫＮ膜３にその断面から導波させることにより、良好な光閉じ込めが達成され、第２次高調波（λ＝４３０ｎｍ）が高変換効率で得られた。
【００６５】
更に、ＫＮ膜３の光損傷耐性の高さに起因して、高い出カまで安定した勤作が得られた。
【００６６】
以上説明したように、実施形態の波長変換素子Ｓによれば、ＫＴN膜２におけるタンタルTaの混合比Ｘの値が、当該基板１に接する面で５０原子％であると共にＫＮ膜３に接する面で０％となり、且つ、当該基板１に接する面からＫN膜３に接する面に向かう方向に単調減少しているので、ＫN膜３の結晶性が向上し、更にＫN膜３内に良好な波長変換機能を有する結晶面（（００１）面）がより多く含まれることとなると共に、ＫN膜３とＫＴＮ膜２との間における格子不整合及びＫＴN膜２と基板１との間における格子不整合が夫々緩和される。
【００６７】
よって、高効率で波長変換が可能になる。
【００６８】
また、ＫＴN膜２におけるタンタルTaの混合比Ｘの値が、当該ＫＴN膜２の基板１に接する面とＫN膜３に接する面との間で連続的に変化しているので、組成がＫＴN膜２からＫN膜３に連続的に移行することとなり、ＫN膜３における結晶性がより向上すると共に格子不整合がより緩和される。
【００６９】
更に、ＫN膜３が、ＫNbＯ3結晶における（００１）面を主面としているので、ＫNbＯ3結晶における大きい非線形光学定数を利用して波長変換することができる。
【００７０】
また、ＫＴN膜２の厚さが５００Åであるので、ＫＴN膜２の厚さを必要最小限とすることができる。
【００７１】
なお、上述の実施形態では、ＫＮ膜３と基板１との間にＫＴＮ膜２を挟む構成としたが、これ以外に、ＫＮ膜３と基板１との間の格子不整合を更に有効に解消するために、ＫＴＮ膜２に代えて、ＫTaNbRbＯ3膜を用いてもよい。この場合には、ルビジウムRbの格子定数が、ＫＮ膜３の格子定数と基板１の格子定数の間の値を有しているので、より有効に格子不整合を低減することができる。
【００７２】
また、同様に、ＫＴＮ膜２に代えて、ＫTaNbCsＯ3膜を用いてもよい。
【００７３】
また、ＫＴＮ膜２の膜厚については、上述の実施形態では５００Åとしたが、これ以外に、ＫＴＮ膜２及びＫＮ膜３の結晶の配向性を向上させることができる膜厚であれば、ＫＴＮ膜２はなるべく薄くすることが望ましく、この意味で、当該ＫＴＮ膜２の膜厚は３００Å以上５００Å以下であることが望ましい。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、ＫNbＯ3膜の結晶性が向上し、ＫNbＯ3膜内に良好な波長変換機能を有する結晶面がより多く含まれると共に、ＫNbＯ3膜とＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜との間における格子不整合及びＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜と基板との間における格子不整合が夫々緩和されるので、ＫNbＯ3膜における内部歪みが減少して結晶性が向上し、高効率で波長変換することができる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜におけるTaの混合比Ｘの値が、当該ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の基板に接する面とＫNbＯ3膜に接する面との間で連続的に変化しているので、組成がＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜からＫNbＯ3膜に連続的に移行することとなり、ＫNbＯ3膜における結晶性がより向上すると共に格子不整合がより緩和される。
【００７５】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加えて、ＫNbＯ3膜が、ＫNbＯ3結晶における（００１）面を主面としているので、ＫNbＯ3結晶における大きい非線形光学定数を利用してより高効率で波長変換することができる。
【００７６】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の厚さが３００Å以上５００Å以下であるので、ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の厚さを必要最小限とすることができる。
【００７７】
請求項５に記載の発明によれば、ＫNbＯ3膜の結晶性が向上し、当該ＫNbＯ3膜内に良好な波長変換機能を有する結晶面がより多く含まれることとなると共に、ＫNbＯ3膜とＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜との間における格子不整合及びＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜と基板との間における格子不整合が夫々緩和されるので、ＫNbＯ3膜における内部歪みが減少して結晶性が向上し、高効率で波長変換可能な波長変換素子を製造することができる。
【００７８】
請求項６に記載の発明によれば、請求項５に記載の発明の効果に加えて、ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜におけるTaの混合比Ｘの値が、当該ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の基板に接する面とＫNbＯ3膜に接する面との間で連続的に変化するように当該ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜を成長させるので、組成がＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜からＫNbＯ3膜に連続的に移行することとなり、ＫNbＯ3膜における結晶性がより向上すると共に格子不整合がより緩和される。
【００７９】
請求項７に記載の発明によれば、請求項５又は６に記載の発明の効果に加えて、ＫNbＯ3膜を、ＫNbＯ3結晶における（００１）面を主面として結晶成長させるので、ＫNbＯ3結晶における大きい非線形光学定数を利用してより高効率で波長変換可能な波長変換素子を製造できる。
【００８０】
請求項８に記載の発明によれば、請求項５から７のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜を厚さが３００Å以上５００Å以下となるように結晶成長させるので、ＫTaXNb(1-X)Ｏ3膜の厚さを必要最小限としてＫNbＯ3膜を結晶成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＫＮ膜における結晶構造と光ビームの入射方向との関係を示す図である。
【図２】ＫＮ膜とＫＴＮ膜の構成を示す図であり、（ａ）は基板を含んだ構造を示す断面図であり、（ｂ）はＫＴＮ膜におけるタンタルの含有率の厚さに対する変化を示す図である。
【図３】ＫＮ膜とＭgＯ基板の結晶構造を示す図であり、（ａ）はＫNbＯ3（００１）面の単位結晶の大きさを示す図であり、（ｂ）はＭgＯ（１１０）面の単位結晶の大きさを示す図である。
【図４】ＭgＯ基板上のＫＴＮ膜におけるタンタルの含有率と結晶性の関係を示す図である。
【図５】波長変換素子の製造工程を示す図であり、（ａ）は基板を示す断面図であり、（ｂ）は基板上に積層されたＫＮ膜及びＫＴＮ膜を示す断面図であり、（ｃ）はＫＮ膜上に成膜されたTiＯ2膜を示す断面図であり、（ｄ）は閉じ込め層を形成した後の波長変換素子を示す断面図であり、（ｅ）は電極を形成した後の波長変換素子を示す断面図である。
【図６】ＫＮ膜の表面を示す図面代用写真であり、（ａ）はＭｇＯ基板上に直接成膜したＫＮ膜の表面を示す図面代用写真であり、（ｂ）はＫＴＮ膜を挟んで成膜したＫＮ膜の表面を示す図面代用写真である。
【図７】波長変換素子における波長変換動作を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…基板
２…ＫＴＮ膜
３…ＫＮ膜
４…ＴiＯ2膜
５…閉じ込め層
６、７…電極
８…回折格子
９…電源
Ｓ…波長変換素子
【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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