(57)【要約】【課題】従来の水晶基板を用いた波長変換素子の製造方法では、ホットプレス法を用い、双晶を水晶基板内に周期的作製するために、高温（３００℃〜４００℃）、高圧（約数ｋＮ）を水晶基板に加える装置が必要となり、その装置は非常に巨大な装置と成ってしまう。又、その作業効率も悪い。【解決手段】高周波基本波水晶振動板の製造方法において、基板上にバッファ層を形成し、その上に第１の水晶薄膜をエピタキシャル成長させる工程と、第１の水晶薄膜上全面にレジスト膜等を形成し、フォトリソグラフィ法でレジスト膜を所望の形状にする工程と、レジスト膜等の上から第２の水晶薄膜をエピタキシャル成長させる工程と、レジスト膜を第２の水晶薄膜ごと除去する工程と、第１の水晶薄膜及び第２の水晶薄膜上に、個々の水晶素板に合うよう各種電極膜を形成し、その後所望の位置で切断し、複数個の高周波基本波水晶振動板を製造する方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶基板中に相転移型双晶を周期的に形成し、該水晶基板の一端から入射した光を、該水晶基板中を通過させることによって該光の波長変換を行う波長変換素子の製造方法において、
気相成長法で層形成用基板上に水晶膜を積層にエピタキシャル成長させる製造装置を用い、
該製造装置内の結晶層形成室内に配置した層形成用基板上に透明な第１のバッファ層を形成し、該第１のバッファ層の上に所望の極性の第１の水晶層を所望の厚みでエピタキシャル成長させる工程Ａと、
該第１の水晶層の上に透明な第２のバッファ層を形成し、該第２のバッファ層の上に該第１の水晶層とは極性の異なる第２の水晶層を所望の厚みでエピタキシャル成長させる工程Ｂと、
該工程Ｂで形成した該第２の水晶層の上に、該工程Ａで形成した該第１のバッファ層及び該第１のバッファ層の上に該第１の水晶層をと、該工程Ａ及びＢにおけるバッファ層と水晶層の形成を交互に繰り返して極性の異なる水晶層を積層し、該所望の段数の相転移型双晶による水晶層積層体を該層形成用基板上に形成する工程と、
該層形成用基板上に形成した該水晶層積層体を該薄膜成長室より取り出し、該水晶層積層体を該層形成用基板から外し、該水晶薄膜積層体を薄膜の積層方向に対し直角に切断し、切断して得た該水晶基板を更に所望の外形形状に加工する工程と
を備えた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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換素子の製造方法に関し、特に素子を構成する材料として水晶を用いた波長変換素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信関連の分野では、物質と光との高次の相互作用により、入射光とは異なった波長の光を射出光として得る波長変換技術が用いられている。このような波長変換技術において、波長変換後の光を材料内部から外部に効率よく取り出す方法として、結晶材料の複屈折を利用し、特定の角度に光を伝播させることによって変換前後の波長の位相整合をとる方法や、周期分極反転領域を光の伝播経路上に形成して、変換前後の波長の位相の差を擬似的に無くす擬似位相整合と呼ばれる方法等ある。
【０００３】
このうち、後者の擬似位相整合は、動作波長や入射角度の許容幅が広く、また波長変換前後の光が異なる方向に出射されるウォークオフと呼ばれる現象が生じないなど、実用化に際して多くの利点を持つと考えられおり、擬似位相整合技術を利用した波長変換素子における分極反転領域の形成は、例えば、基板材料として水晶を使用し、水晶基板中に複数の分極反転領域を周期的に形成し、この水晶基板の一端から入射した光を、前記複数の分極反転領域中を通過させることによって波長変換を行う波長変換素子が考案されている。（下記特許文献１を参照。）
【０００４】
また、このような水晶を使用した波長変換素子の製造方法としては、例えば、ホットプレス法がある。この方法は、水晶基板の片面の表面上に周期的な段差構造を作製し、その水晶基板を上下方向からヒータブロックで挟み込み、水晶基板の温度を昇温して所望の温度に到達した時点で、高圧力を印加するものである。このとき、段差構造のうち凸部にあたる部分にのみ応力が作用するので、この部分でのみ結晶軸成分が反転する。この結晶軸反転部分が結晶内部まで成長して結晶内部まで伝播し、深さ方向に大きく入った周期的な双晶（極性反転）の格子を作製する方法である。（下記特許文献２を参照。）
【０００５】
前述のような波長変換素子及びその製造方法については、以下のような文献が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１０９９１５公報
【特許文献２】特開２００４−１０７１８７公報
【０００７】
尚、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記の波長変換素子の製造方法では、双晶を水晶基板内に周期的作製するために高温（３００℃〜４００℃）、高圧（約数ｋＮ）を水晶基板に加える装置が必要となり、その装置は非常に巨大な装置と成ってしまう。又、高温高圧条件を形成現場に発生させる必要があるため、その作業効率も悪い。
【０００９】
更に、従来の方法により水晶基板内に双晶を作製するためには、水晶基板に周期的な複数個の凸部を形成する必要があるが、この凸部は波長変換素子としては不要なものであり、製造工程中で切断や研磨により破棄されるものであるため、水晶材を無駄に消耗してしまう恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は前述した問題点を解決する目的ために成されたものであり、水晶基板に相転移型双晶を周期的に形成し、該水晶基板の一端から入射した光を、該双晶中を通過させることによって該光の波長変換を行う波長変換素子の製造方法において、
気相成長法で層形成用基板上に水晶膜を積層にエピタキシャル成長させる製造装置を用い、
この製造装置内の結晶層形成室内に配置した層形成用基板上に第１のバッファ層を形成し、この第１のバッファ層の上に所望の極性の第１の水晶層を所望の厚みでエピタキシャル成長させる工程Ａと、
工程Ａで形成した第１の水晶層の上に第２のバッファ層を形成し、この第２のバッファ層の上に第１の水晶層とは極性の異なる第２の水晶層を所望の厚みでエピタキシャル成長させる工程Ｂと、
この工程Ｂで形成した第２の水晶層の上に、工程Ａで形成した第１のバッファ層及び第１のバッファ層の上に第１の水晶層をと、工程Ａ及びＢにおけるバッファ層と水晶層の形成を交互に繰り返し極性の異なる水晶層を積層し、所望の段数の相転移型双晶による水晶層積層体を層形成用基板上に形成する工程と、
層形成用基板上に形成した水晶層積層体を製造装置内の薄膜成長室より取り出し、水晶層積層体を層形成用基板から外し、この水晶薄膜積層体を薄膜の積層方向に対し直角に切断し、切断して得た複数個の水晶基板を更に所望の外形形状に加工する工程とを備えたことを特徴とする波長変換素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明開示の波長変換素子の製造方法を用いることにより、所望の形状の高周波基本波水晶素板を得るために従来のホットプレス法のような巨大な装置を必要とすること無く、比較的小型の製造装置で水晶基板を使用した波長変換素子を製造することができる。又、本発明により製造した水晶薄膜積層体から所望の波長変換素子を得るための切断加工も最小限の切断範囲及び工数であるため、加工時に生じていた水晶加工屑の発生を著しく減少させることができ生産効率が著しく高まる。
【００１２】
因って、本発明は製造装置が小型であり、又生産効率が高い水晶を使用した波長変換素子を提供できる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明に係わる波長変換素子の製造方法を、形成する各層の部分断面図及び加工後の基板の外観斜視図を用いて例示した工程図である。図２は、本発明に係る水晶振動板の製造方法の一部で使用される、各水晶層及び各バッファ層のエピタキシャル成長を内部に載置されたサファイヤ、シリコン、またはガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の層形成用基板１１上に行うための装置の概略の模式図である。
【００１４】
尚、各図では、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示していない。又、各寸法も一部誇張して図示しており、特に図１における水晶層やバッファ膜の厚みは著しく誇張して図示している。更に、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。
【実施例】
【００１５】
図１（ａ）工程において、まずサファイヤ、シリコン、またはガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の層形成用基板１１を図２に図示した製造装置の結晶層形成室内に配置する。配置後に結晶層形成室内に所望の結晶層を形成する為の数種類の原料ガスを流入混合させ、層形成用基板１１上に所望の結晶層をエピタキシャル成長させて得る。
【００１６】
次に図１（ｂ）に図示した工程（特許請求の範囲にいう工程Ａに該当）において、結晶層形成室内に配置した層形成用基板１１上に第１のバッファ層１２を形成する。この第１のバッファ層１２は前述した素材で形成された層形成用基板１１上に後述する第１の水晶層１３をエピタキシャル成長させるため、及び後の工程において第１の水晶層１３を層形成用基板１１から容易に剥離させるために形成している。尚、この第１のバッファ層１２は、波長変換素子としての特性に影響を与えないよう透明であることが望ましい。この第１のバッファ層１２の上に、結晶形成室内の圧力を数Ｎから数百Ｎに加圧した状態で、所望の極性（本実施例では＋（正））の第１の水晶層１３を図２に開示の装置を用いて、所望する厚みとなるまでエピタキシャル成長する。尚、水晶層の極性は、形成時の結晶層形成室内の温度や結晶層形成室内に流入させる原料ガスの流量等をコントロールすることにより室内の圧力を可変することで反転できる。この水晶層の厚みは入射光に対する射出光の波長変換率により、例えば数μｍ〜数十μｍの厚みで層を形成する。
【００１７】
次に図１（ｃ）に図示した工程（特許請求の範囲にいう工程Ｂに該当）において、前述した工程において形成した第１の水晶層１３の上に第２のバッファ層１４を形成する。この第２のバッファ層１４は、前述した第１の水晶層１３上に、第１の水晶層１３と極性が異なる後述する第２の水晶層１５を正しくエピタキシャル成長させるために形成している。尚、この第２のバッファ層１４は、波長変換素子としての特性に影響を与えないよう透明であることが望ましい。この第２のバッファ層１４の上に、結晶層形成室内の圧力を常圧にした状態で、第１の水晶層１３と異なる極性（本実施例では−（負））の第２の水晶層１５を、所望する厚みとなるまでエピタキシャル成長させる。本実施例では前述した第１の水晶層と第２の水晶層とでは、層形成時の圧力を変化させているので、極性が異なる水晶層が形成する。この厚みは波長変換素子の入射光に対する射出光の波長変換率により、例えば数μｍ〜数十μｍの厚みで層を形成する。
【００１８】
次に図１（ｄ）に図示した工程において、前工程で形成した第２の水晶層１５の上に、前々工程で形成した第１のバッファ層１２及び該第１のバッファ層１２の上に第１の水晶層１３をと、前工程及び前々工程におけるバッファ層と水晶層の形成を、交互に繰り返し行い、極性の異なるそれぞれの水晶層を、バッファ層を間に挟んだ形態で積層し、所望の段数（本実施例では水晶層を８段積層）積層のの相転移型双晶による水晶層積層体１６を層形成用基板１１上に形成する。尚上記第１及び第２のバッファ層は極性の異なる水晶層結晶を正確に形成する為に形成する他に、一方の水晶層上に極性の異なる他方の水晶層を形成した際に、既に層形成が完了した下側の一方の水晶層に、形成中の他方の水晶層が転写させないようにする保護膜の機能も有している。尚、本実施例では８段積層の水晶層積層体１６を開示したが、波長変換素子の所望する特性により、数十段極性の異なる水晶層を間にバッファ層を形成しつつ交互に積層する場合もある。
【００１９】
次に図１（ｅ）に図示した工程において、層形成用基板１１及び層形成用基板１１上に形成した水晶層積層体１６を製造装置内の薄膜成長室より取り出し、水晶層積層体１６を層形成用基板１１から取り外し、この水晶薄膜積層体１６を図１（ｄ）に記載の切断線Ａで積層方向に対し直角に切断し、切断して得た複数個の積層基板を更に所望の外形形状に加工し水晶基板１０を形成する。
【００２０】
尚、波長変換素子は、この水晶基板１０に入出力の光導波路や各種端子などを形成して構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は本発明に係わる波長変換素子の製造方法を、形成する各層の部分断面図及び加工後の基板の外観斜視図を用いて例示した工程図である。
【図２】図２は、本発明に係る水晶振動板の製造方法の一部で使用される、各水晶層及び各バッファ層のエピタキシャル成長を内部に載置されたサファイヤ、シリコン、またはガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の層形成用基板１１上に行うための装置の概略の模式図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０，水晶基板
１１，層形成用基板
１２，第１のバッファ層
１３，第１の水晶層
１４，第２のバッファ層
１５，第２の水晶層
１６，水晶層積層体
【図１】
2006154501.tif 000003
【図２】
2006154501.tif 000004