(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電体結晶基板の一方面に櫛歯電極を形成する工程と、
前記強誘電体結晶基板の前記一方面と対向する他方面に可動イオンを質量比で１％以上含むイオン伝導性酸化物膜を形成する工程と、
前記イオン伝導性酸化物膜上に平面電極を形成する工程と、
前記イオン伝導性酸化物膜を介在して前記櫛歯電極と前記平面電極との間に電圧を印加して、前記櫛歯電極の真下の前記強誘電体結晶基板の部分に前記一方面から前記他方面に渡って複数の分極反転領域を形成する工程とを備える分極反転素子の製造方法。
【請求項２】
前記イオン伝導性酸化物膜がホウケイ酸ガラスおよびソーダ石灰ガラスのいずれかである、請求項１に記載の分極反転素子の製造方法。
【請求項３】
前記イオン伝導性酸化物膜がリン酸リチウム、チタン酸リチウム、リン酸チタン酸リチウム、マンガン酸リチウムおよびコバルト酸リチウムのいずれかである、請求項１に記載の分極反転素子の製造方法。
【請求項４】
前記イオン伝導性酸化物膜が、アルカリ金属酸化物を質量比で１％以上含む、請求項１〜３のいずれかに記載の分極反転素子の製造方法。
【請求項５】
前記強誘電体結晶基板が、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウムおよびチタン酸リン酸カリウムのいずれかを含む単結晶および多結晶のいずれかである、請求項１〜４のいずれかに記載の分極反転素子の製造方法。
【請求項６】
前記強誘電体結晶基板が、添加物としてマグネシウム、亜鉛、鉄およびチタンよりなる群から選ばれる１種以上の元素を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の分極反転素子の製造方法。
【請求項７】
前記強誘電体結晶基板が、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の厚みを有している、請求項１〜６のいずれかに記載の分極反転素子の製造方法。
【請求項８】
前記複数の分極反転領域は、第１〜第４の分極反転領域を含み、
前記第１および第２の分極反転領域の間隔は、前記第３および第４の分極反転領域の間隔と異なっている、請求項１〜７のいずれかに記載の分極反転素子の製造方法。
【請求項９】
強誘電体結晶基板の一方面に櫛歯電極を形成する工程と、
前記強誘電体結晶基板の前記一方面と対向する他方面に可動イオンを質量比で１％以上含むイオン伝導性酸化物膜を形成する工程と、
前記イオン伝導性酸化物膜上に平面電極を形成する工程と、
前記イオン伝導性酸化物膜を介在して前記櫛歯電極と前記平面電極との間に電圧を印加して、前記櫛歯電極の真下の前記強誘電体結晶基板の部分に前記一方面から前記他方面に渡って複数の分極反転領域を形成する工程と、
前記分極反転領域が形成された後に前記櫛歯電極および前記平面電極を除去する工程と、
前記平面電極が除去された前記イオン伝導性酸化物膜上に支持基板を接合する工程と、
前記櫛歯電極が除去された前記強誘電体結晶基板の前記一方面を研磨する工程と、
前記研磨された一方面上に上部クラッド層を形成する工程とを備えた、導波路型波長変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は分極反転素子の製造方法、導波路型波長変換素子の製造方法および導波路型波長変換素子に関し、特に、強誘電体結晶基板に電圧を印加して分極反転領域を形成する分極反転素子の製造方法、導波路型波長変換素子の製造方法および導波路型波長変換素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子ビームや形状加工した電極を用いて強誘電体結晶基板に電界を印加することによって、任意箇所に分極反転領域を形成することができる。これにより、種々の機能素子を実現することができる。
【０００３】
たとえば、この技術を用いて非線形光学定数が大きな強誘電体結晶基板に反転と非反転を繰り返す周期分極反転構造を形成することで高効率な光波長変換素子を製造することができる。この光波長変換素子では、強誘電体結晶基板への入射波と非線形光学効果によって発生した第２高調波との擬似位相整合を成立させることで、高効率な波長変換を実現することができる。
【０００４】
光波長変換素子の波長変換率は、基板材料の非線形光学定数に依存するとともに、光入射方向において反転および非反転の１周期における反転幅および非反転幅の比率が５０％対５０％に近いほど、高い変換効率が得られることが知られている。
【０００５】
上記の周期分極反転構造の形成方法として、たとえば特開平２−１８７７３５号公報（特許文献１）には、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）結晶の基板に周期分極反転構造を形成する方法が提案されている。この方法では、基板の主面に設けられた櫛歯電極と他方の主面に設けられた平面電極との間に所定の分極反転電圧が印加され、櫛歯電極真下に分極反転領域が形成される。
【０００６】
この方法では、結晶基板の表面電荷の反転を補填する電流（以下、反転電流という。）と電子伝導で結晶基板中を流れる電流（以下、リーク電流という。）が混在して流れる。分極反転直後には結晶構造が不安定であることからニオブ酸リチウムの抵抗率が急激に低下するためリーク電流が持続的に流れる。このため、リーク電流によってジュール熱が発生して基板が破損するおそれがある。
【０００７】
たとえば特開平３−１２１４２８号公報（特許文献２）には、電極との間に絶縁体が配置されたニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）結晶の基板にパルス電圧を印加して分極反転領域を形成する方法が提案されている。この方法では、パルス電圧によって基板に断続的に電圧が印加され、絶縁体によって基板に過度なリーク電流が流れることが抑制される。このため、大きなリーク電流が持続的に流れて基板を破損することが抑制される。
【０００８】
また、たとえば特開２０１１−２８４９号公報（特許文献３）には、強誘電体単結晶に流れる反転電流を測定し、測定された反転電流に基づいて複数のパスル電圧を印加することによって分極反転領域を形成する装置が提案されている。この装置では、測定された反転電流に基づいて、強誘電体単結晶に生じる電荷量が一定となるように各パルス電圧が印加される。このため、いずれの電極でも分極反転の速度を一定にすることができるので均一な分極反転領域が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平２−１８７７３５号公報
【特許文献２】特開平３−１２１４２８号公報
【特許文献３】特開２０１１−２８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記の各公報に記載された方法では、分極反転後にも基板にリーク電流は流れ続ける。このリーク電流による温度上昇によって基板の反転抗電界が低下するため、櫛歯電極の幅よりも分極反転領域の幅が広くなる。このため、分極反転領域の幅を高精度に制御することは困難である。
【００１１】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、分極反転領域の幅を高精度に制御することができる分極反転素子の製造方法、導波路型波長変換素子の製造方法および導波路型波長変換素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の分極反転素子の製造方法は以下の工程を備えている。強誘電体結晶基板の一方面に櫛歯電極が形成される。強誘電体結晶基板の一方面と対向する他方面に可動イオンを質量比で１％以上含むイオン伝導性酸化物膜が形成される。イオン伝導性酸化物膜上に平面電極が形成される。イオン伝導性酸化物膜を介在して櫛歯電極と平面電極との間に電圧が印加されて、櫛歯電極の真下の強誘電体結晶基板の部分に一方面から他方面に渡って複数の分極反転領域が形成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の分極反転素子の製造方法によれば、イオン伝導性酸化物膜を介在して櫛歯電極と平面電極との間に電圧が印加されて、櫛歯電極の真下の強誘電体結晶基板の部分に一方面から他方面に渡って複数の分極反転領域が形成される。分極反転時にはイオン伝導性酸化物膜に含まれる可動イオンが電界によって移動して反転電流の役割を成すことになる。そして可動イオンが移動した後はイオン伝導性酸化物膜に可動イオンが欠乏した領域が形成される。この領域には電荷がないためリーク電流は流れない。
【００１４】
したがって、分極反転完了後にはイオン伝導性酸化物膜にリーク電流が流れないため、リーク電流による温度上昇によって強誘電体結晶基板の反転抗電界が低下することを防ぐことができる。これにより、櫛歯電極の幅よりも分極反転領域の幅が広くなることを防ぐことができるため、分極反転領域の幅を高精度に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１における分極反転素子の製造方法の一工程を示す概略断面図である。
【図２】図１に示す工程の次工程を示す概略断面図である。
【図３】図２に示す工程の次工程を示す概略断面図である。
【図４】図３に示す工程の次工程を示す概略断面図である。
【図５】図４に示す工程の次工程を示す概略断面図である。
【図６】図５に示す工程の次工程を示す概略断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１における分極反転素子の概略斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態１における比較例の分極反転素子の製造方法における電荷の流れを示す概略断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１における分極反転素子の製造方法における分極反転完了前の電荷の流れを示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１における分極反転素子の製造方法における分極反転完了後の電荷の流れを示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における分極反転素子の製造方法の分極反転工程を示す概略断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２における比較例の分極反転素子の製造方法の分極反転工程を示す概略断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態３における分極反転素子の製造方法の分極反転工程を示す概略断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３における比較例の分極反転素子の製造方法の分極反転工程を示す概略断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態４における導波路型波長変換素子の製造方法の一工程を示す概略断面図である。
【図１６】図１５に示す工程の次工程を示す概略断面図である。
【図１７】図１６に示す工程の次工程を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
最初に、本発明の実施の形態１の分極反転素子の製造方法について説明する。
【００１７】
図１を参照して、強誘電体結晶基板１が準備される。強誘電体結晶基板１として、たとえばマグネシウムを添加したニオブ酸リチウム結晶からなる基板が適用され得る。強誘電体結晶基板１は、たとえば、Ｚ面カットで、直径が３インチであり、厚みが０．５ｍｍである。強誘電体結晶基板１にマグネシウム添加のニオブ酸リチウムを用いることにより、高効率な波長変換素子を製造することができる。
【００１８】
強誘電体結晶基板１は、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウムおよびチタン酸リン酸カリウムのいずれかを含む単結晶および多結晶のいずれかであることが好ましい。また、強誘電体結晶基板１は、添加物としてマグネシウム、亜鉛、鉄およびチタンよりなる群から選ばれる１種以上の元素を含むことが好ましい。
【００１９】
次に、図２を参照して、強誘電体結晶基板１の一方面１ａに櫛歯電極２が形成される。櫛歯電極２は、たとえば、スパッタリングで強誘電体結晶基板１の＋Ｚ面（一方面１ａ）にアルミニウムを膜厚０．３μｍで成膜し、このアルミニウム膜を半導体製造工程で用いられるフォトリソグラフィー技術およびウェットエッチング技術によって微細加工することによって形成される。
【００２０】
図３を参照して、櫛歯電極２は、たとえば、Ｙ軸方向に長さ２．５ｍｍ、Ｘ軸方向に幅１．５μｍの電極がＸ軸方向に電極幅を含めて６．９μｍ間隔で４５本並べられた、長さ３ｍｍ×幅３ｍｍの１素子に形成される。櫛歯電極２の端部は、たとえば、プロービングパッドを兼ねた３０μｍ幅の電極片で接続される。
【００２１】
次に、図４を参照して、強誘電体結晶基板１の一方面１ａと対向する他方面１ｂにイオン伝導性酸化物膜３が形成される。ここでイオン伝導性酸化物膜３は可動イオンによる有限の電荷量を有する酸化物膜である。イオン伝導性酸化物膜３は、たとえば、スパッタリングで強誘電体結晶基板１の−Ｚ面（他方面１ｂ）に厚み３０ｎｍで成膜される。スパッタリングターゲットには、たとえば、可動イオン成分として４％のＮａ2Ｏ（酸化ナトリウム）を含むホウケイ酸ガラスが用いられる。
【００２２】
このホウケイ酸ガラスとしては、たとえばショット日本株式会社製のテンパックスフロート（登録商標）が用いられる。添加材料はＮａ2Ｏに限定されず、Ｋ2Ｏ（酸化カリウム）、Ｌｉ2Ｏ（酸化リチウム）などであってもよい。またイオン伝導性酸化物膜３として安価なホウケイ酸ガラスを用いることで、波長変換素子の製造コストを低くすることができる。
【００２３】
また、イオン伝導性酸化物膜３として、リン酸リチウムが用いられてもよい。イオン伝導性酸化物膜３はＬｉ3ＰＯ4（リン酸リチウム）のスパッタリングターゲットをスパッタリングすることで成膜されてもよい。その膜構造はアモルファスでもよい。可動イオンの濃度が高いため電荷の供給量が過剰となる可能性があり、膜厚は１０ｎｍ程度が好ましい。この場合、ホウケイ酸ガラスに比べて可動イオンの移動度が高いため、印加電圧を下げてもよく、より短周期の分極反転パターンを形成することができる。
【００２４】
イオン伝導性酸化物膜３はホウケイ酸ガラスおよびソーダ石灰ガラスのいずれかであることが好ましい。また、イオン伝導性酸化物膜３は、リン酸リチウム、チタン酸リチウム、リン酸チタン酸リチウム、マンガン酸リチウムおよびコバルト酸リチウムのいずれかであってもよい。
【００２５】
次に、図５を参照して、イオン伝導性酸化物膜３上に平面電極４が形成される。平面電極４は、たとえば、イオン伝導性酸化物膜３上にスパッタリングでアルミニウムを膜厚０．３μｍで成膜して形成される。
【００２６】
本実施の形態では、櫛歯電極２および平面電極４はアルミニウムで形成されているが、強誘電体結晶基板１と密着性がある金属で形成されていれば、材料に制限はなく、タンタル、チタン、クロム、ニッケル、ニクロムなどで形成されていてもよい。また、櫛歯電極２および平面電極４の成膜方法については、強誘電体結晶基板１との密着性がよければよく、スパッタリングに限定されず、蒸着などでもよい。
【００２７】
次に、図６を参照して、イオン伝導性酸化物膜３を介在して櫛歯電極２と平面電極４との間に電圧を印加して、櫛歯電極２の真下の強誘電体結晶基板１の部分に一方面１ａから他方面１ｂに渡って複数の分極反転領域５が形成される。
【００２８】
以下、この分極反転工程の一例について説明する。耐高電圧設計されたプローバシステムが用いられる。反転開始電圧を下げるため、強誘電体結晶基板１がホットチャックで１５０℃に加熱される。また、ホットチャックはＧＮＤ（グランド）に接地され、平面電極４は接地電位とされる。そして、櫛歯電極２に１.２ｋＶの電圧が３．０ｓｅｃ（秒）印加されて、櫛歯電極２下に分極反転領域５が形成される。１５０℃における反転電圧は約１．０ｋＶであるが、可動イオンの流動を促すために、反転開始電圧よりも僅かに高い電圧が印加される。
【００２９】
反転核の生成を促してプロセス再現性をよくするため、０．１ｓｅｃのパルス電圧が１０秒間隔で３０回印加されてもよい。また、強誘電体結晶基板１を絶縁油（住友スリーエム株式会社製フロリナート（登録商標）ＦＣ−４３）に浸すことで、高電圧印加時の放電を回避することができる。
【００３０】
ここでイオン伝導性酸化物膜０３０の膜厚設計について説明する。本実施の形態でイオン伝導性酸化物膜３として用いたホウケイ酸ガラスの密度は２．２ｇ／ｃｍ3である。また、ホウケイ酸ガラスとＮａ2Ｏとの質量組成比は４％である。また、Ｎａの原子量は２３である。これらから換算すると、厚み１ｎｍのホウケイ酸ガラスに含まれるＮａの密度は、１．１５×１０14／ｃｍ2となる。
【００３１】
一方、強誘電体結晶基板１のニオブ酸リチウムにおいて反転に必要な電荷密度は７１μＣ／ｃｍ2（反転面積は素子面積の半分と仮定する）であり、クーロンを電荷個数に換算すると、４．４３×１０14／ｃｍ2が反転電荷密度となる。
【００３２】
ホウケイ酸ガラスに含まれる１個のＮａ原子がニオブ酸リチウムの１つの反転電荷を補えればよいので、上記Ｎａ密度と上記反転電荷密度とが等しくなるには、ホウケイ酸ガラス膜の厚みは最低４ｎｍあればよい。
【００３３】
ただし、４ｎｍ程度の厚みであるとＮａの欠乏層が形成されてもトンネル電流あるいは絶縁破壊でリーク電流が流れ続ける恐れがある。そのため、少なくとも５ｎｍ以上の膜厚が好ましい。膜厚は２０〜５０ｎｍがさらに好ましい。なお、膜厚が１００ｎｍ以上では強誘電体結晶基板１付近の可動イオンが平面電極４まで到達することが困難になるため、使用に適さない。
【００３４】
またイオン伝導性酸化物膜３の可動イオン濃度が１％未満であると、絶縁性が高過ぎて可動イオンの流動が困難となるため、本実施の形態におけるイオン伝導性酸化物膜３として適用することはできない。イオン伝導性酸化物膜３はアルカリ金属酸化物を質量比で１％以上含んでいることが好ましい。
【００３５】
図６および図７を参照して、分極反転領域が形成された後、櫛歯電極２、イオン伝導性酸化物膜３および平面電極４がたとえばウェットエッチングで除去される。これにより、分極反転素子が形成される。なお、次のように分極反転パターンを確認することが可能である。６０℃に加熱したフッ硝酸溶液に分極反転素子を１０分間浸すことで、反転部位と非反転部位とのエッチングレートの差によって反転部位が可視化される。
【００３６】
最後に分極反転素子がダイシングで切り出され、基本波レーザーの入出力面となるＸ面が研磨されることで、バルク型の波長変換素子が製造される。
【００３７】
次に、本実施の形態の作用効果について比較例と対比して説明する。
図８を参照して、本実施の形態における比較例の分極反転素子の製造方法は、本実施の形態の分極反転素子の製造方法と対比して、イオン伝導性酸化物膜が形成されない点で主に異なっている。
【００３８】
本実施の形態における比較例の分極反転素子の製造方法では、分極反転工程において、強誘電体結晶基板１に反転電流とリーク電流とが混在して流れる。分極反転直後には強誘電体結晶基板１の結晶構造が不安定であることからニオブ酸リチウムの抵抗率が急激に低下する。このため強誘電体結晶基板１にリーク電流が持続的に流れる。リーク電流が流れ続けると、ジュール熱によって加熱されて強誘電体結晶基板１の温度が上昇する。なお分極反転した部位の抵抗率が高くなるまでの時間はたとえば数十秒から数分である。
【００３９】
これにより、強誘電体結晶基板１の反転抗電界が低下するため、設計上、分極反転しない低電界領域においても分極反転が生じて、設計どおりの分極反転領域５の幅が得られない。すなわち、櫛歯電極の真下で分極反転するように分極反転領域５の幅が設計されても、櫛歯電極の幅よりも分極反転領域５の幅が広くなる。
【００４０】
図９を参照して、本実施の形態の分極反転素子の製造方法では、イオン伝導性酸化物膜３を介在して櫛歯電極２と平面電極４との間に電圧が印加されると、櫛歯電極２の真下の強誘電体結晶基板の部分に分極反転領域５が形成される。分極反転時には、イオン伝導性酸化物膜３において、可動イオンである正イオンのナトリウムＮａ+が電界によって負極（平面電極４）側に移動する。このＮａ+が移動して反転電流の役割を成すことになる。  
【００４１】
平面電極４側に移動したＮａ+は、平面電極４から電子を受け取って電気的に中性なナトリウム原子Ｎａとして平面電極４の近傍に偏析する。一方、正極（櫛歯電極２）側では負イオンの酸化シリコンＳｉＯ-が固定電荷として残り、分極反転して−Ｚ面側に表出した強誘電体結晶基板１の正電荷と電気的に釣り合う。
【００４２】
図１０を参照して、可動イオンは一旦移動すると逆向きの電界が印加されない限り元の分布に戻らないため、櫛歯電極２を正電位、平面電極４をＧＮＤ電位とすると、一定量の可動イオンとしてのＮａ+が移動した（反転電流が流れた）後には強誘電体結晶基板１の近傍にＮａ+が欠乏した領域（空乏領域）６が形成される。この空乏領域６では電荷がないため、その後は電圧を印加し続けてもリーク電流は流れなくなる。なお空乏領域が形成されるまでの時間はたとえば０．１秒以下である。
【００４３】
したがって、本実施の形態の分極反転素子の製造方法によれば、反転電流がイオン伝導性酸化物膜３に含まれる可動イオン量で制限される。そして、分極反転完了後にはイオン伝導性酸化物膜３にリーク電流が流れないため、リーク電流による温度上昇によって強誘電体結晶基板３の反転抗電界が低下することを防ぐことができる。これにより、櫛歯電極２の幅よりも分極反転領域５の幅が広くなることを防ぐことができるため、分極反転領域５の幅を高精度に制御することができる。
【００４４】
よって、反転および非反転の１周期における反転幅および非反転幅の比率を５０％対５０％に高精度に制御することができる。このため、高い変換効率を有する分極反転素子を製造することができる。
【００４５】
本実施の形態の分極反転素子の製造方法によれば、イオン伝導性酸化物膜３がホウケイ酸ガラスおよびソーダ石灰ガラスのいずれかであるため、低コストで分極反転素子を製造することができる。
【００４６】
本実施の形態の分極反転素子の製造方法によれば、イオン伝導性酸化物膜３がリン酸リチウム、チタン酸リチウム、リン酸チタン酸リチウム、マンガン酸リチウムおよびコバルト酸リチウムのいずれかである。これにより可動イオンの移動度を高くすることができるため、印加電圧を下げて短周期の分極反転パターンを形成することができる。
【００４７】
本実施の形態の分極反転素子の製造方法によれば、イオン伝導性酸化物膜３が、アルカリ金属酸化物を質量比で１％以上含むため、絶縁性を高くし過ぎないことで可動イオンの流動性を確保することができる。このため、低い電圧で分極反転させることができる。
【００４８】
本実施の形態の分極反転素子の製造方法によれば、強誘電体結晶基板３が、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウムおよびチタン酸リン酸カリウムのいずれかを含む単結晶および多結晶のいずれかである。このため、波長変換素子を製造することができる。
【００４９】
本実施の形態の分極反転素子の製造方法によれば、添加物としてマグネシウム、亜鉛、鉄およびチタンよりなる群から選ばれる１種以上の元素を含んでいる。このため、耐光損傷性の高い波長変換素子を製造することができる。
【００５０】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２は、実施の形態１と比較して、強誘電体結晶基板の厚さ寸法が異なっている。なお、実施の形態１と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。このことは以下の実施の形態について同様である。
【００５１】
図１１を参照して、本実施の形態の分極反転素子の製造方法では、強誘電体結晶基板１は、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の厚みを有している。強誘電体結晶基板１の厚みは、たとえば５ｍｍであってもよい。
【００５２】
図１２を参照して、本実施の形態における比較例の分極反転素子の製造方法では、強誘電体結晶基板１が厚くなると基板面内の分極反転速度のばらつきにより強誘電体結晶基板１を貫通する分極反転領域５を基板面内で均一に形成することが困難である。したがって、厚みが３ｍｍ以上の波長変換素子は製造できない。
【００５３】
一方、本実施の形態の分極反転素子の製造方法では、分極反転速度に分布がある場合でも、イオン伝導性酸化物膜３の可動イオン量で分極反転領域５の幅を制御できるため、強誘電体結晶基板１の厚みが３ｍｍ以上であっても基板面内に均一に分極反転領域５を形成することができる。ただし、強誘電体結晶基板１の厚みが１０ｍｍを超えると、分極反転に要する印加電圧が高くなるため、均一な分極反転パターンを形成することが難しくなる。
【００５４】
本実施の形態の分極反転素子の製造方法によれば、強誘電体結晶基板１が３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の厚みを有しているため、厚みが３ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、かつ均一な分極反転領域５を有する分極反転素子を製造することができる。また、たとえばφ５ｍｍの大口径レーザビームに対する波長変換素子を実現することができる。
【００５５】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３は、実施の形態１と比較して、分極反転パターンに２つの異なる周期パターンが混在している点で主に異なっている。
【００５６】
図１３を参照して、本実施の形態の分極反転素子の製造方法では、一例として３．５μｍ周期および７μｍ周期の分極反転パターンが混在する。３．５μｍ周期の短周期櫛歯電極２１と７μｍ周期の長周期櫛歯電極２２とが強誘電体結晶基板１の一方面１ａに形成される。短周期櫛歯電極２１と長周期櫛歯電極２２とは端部が電極片によって接続されており、短周期側と長周期側とで同時に分極反転が行われる。
【００５７】
強誘電体結晶基板１には複数の分極反転領域５が形成される。複数の分極反転領域５は、第１〜第４の分極反転領域５１〜５４を含んでいる。第１および第２の分極反転領域５１、５２の間隔は、第３および第４の分極反転領域５３、５４の間隔と異なっている。
【００５８】
図１４を参照して、本実施の形態における比較例の分極反転素子の製造方法では、本実施の形態と比較して、イオン伝導性酸化物膜３が形成されていない。本実施の形態における比較例の分極反転素子の製造方法では、短周期櫛歯電極２１側の分極反転速度が速いため、分極反転完了までの電圧印加時間（あるいはパルス数）が異なる。このため、均一に異なる２つの周期分極反転パターンを形成することができない。
【００５９】
一方、本実施の形態の分極反転素子の製造方法では、７μｍ周期の長周期櫛歯電極２２による分極反転が完了するまで３．５μｍ周期の短周期櫛歯電極２１に電圧が印加され続けても、イオン伝導性酸化物膜３に含まれる可動イオン量で第１および第２の分極反転領域５１、５２の幅が制御される。このため、第３および第４の分極反転領域５３、５４の分極反転が完了するまでの間に、第１および第２の分極反転領域の幅が広がらない。
【００６０】
本実施の形態の分極反転素子の製造方法によれば、第１および第２の分極反転領域５１、５２の間隔は、第３および第４の分極反転領域５３、５４の間隔と異なっているため、２つ以上の異なる周期からなる分極反転パターンを実現することができる。これにより、高効率な波長変換素子を実現することができる。
【００６１】
（実施の形態４）
本実施の形態の導波路型波長変換素子の製造方法について説明する。
【００６２】
再び図１〜図７を参照して、実施の形態１と同様に、強誘電体結晶基板１の一方面１ａに櫛歯電極２が形成される。そして、強誘電体結晶基板１の一方面１ａと対向する他方面１ｂにイオン伝導性酸化物膜３が形成される。次に、イオン伝導性酸化物膜３上に平面電極４が形成される。続いて、イオン伝導性酸化物膜３を介在して櫛歯電極２と平面電極４との間に電圧を印加して、櫛歯電極２の真下の強誘電体結晶基板１の部分に一方面１ａから他方面１ｂに渡って複数の分極反転領域５が形成される。
【００６３】
次に、図１５を参照して、分極反転領域５が形成された後に櫛歯電極２および平面電極４が除去される。櫛歯電極２および平面電極４はたとえばエッチングで除去される。一方、イオン伝導性酸化物膜３はエッチングされずに残される。
【００６４】
次に、図１６を参照して、平面電極４が除去されたイオン伝導性酸化物膜３上に支持基板が接合される。支持基板１１はたとえばニオブ酸リチウムからなっている。
【００６５】
次に、図１７を参照して、櫛歯電極２が除去された強誘電体結晶基板１の一方面ａが研磨される。強誘電体結晶基板１は、たとえば＋Ｚ面側から研磨により１００μｍまで薄板化される。そして、研磨された一方面１ａ上に上部クラッド層１２が形成される。たとえば、研磨された＋Ｚ面にＳｉＯ2からなる上部クラッド層１２がスパッタリングで形成される。これにより、イオン伝導性酸化物膜３を下部クラッド層とした導波路型波長変換素子が製造される。
【００６６】
この導波路型波長変換素子は、強誘電体結晶基板１と、下部クラッド層（イオン伝導性酸化物膜）３と、支持基板１１と、上部クラッド層１２とを備えている。強誘電体結晶基板１は複数の分極反転領域５を有している。上部クラッド層１２は強誘電体結晶基板１の一方面１ａ上に設けられている。下部クラッド層はイオン伝導性酸化物膜３であり、上部クラッド層１２との間で強誘電体結晶基板１を挟み込むように一方面１ａと対向する他方１ｂ面上に設けられている。支持基板１１は上部クラッド層１２上に設けられている。
【００６７】
本実施の形態の導波路型波長変換素子の製造方法によれば、分極反転領域５の幅を高精度に制御することができる。また、イオン伝導性酸化物膜３が下部クラッド層として用いられるため、プロセス数を削減することができる。これにより、低コストで導波路型波長変換素子を製造することができる。
【００６８】
本実施の形態の導波路型波長変換素子によれば、分極反転領域５の幅を高精度に制御することができる。また低コストの導波路型波長変換素子を実現できる。
【００６９】
上記の各実施の形態は適宜組み合わせられ得る。
今回開示された実施の形態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説明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】
【００７０】
１  強誘電体結晶基板、１ａ  一方面、１ｂ  他方面、２  櫛歯電極、３  イオン伝導性酸化物膜、４  平面電極、５  分極反転領域、６  空乏領域、１１  支持基板、１２  上部クラッド層、２１  短周期櫛歯電極、２２  長周期櫛歯電極、５１〜５４  第１〜第４の分極反転領域。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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