(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長変換導波路素子の製造方法において、
強誘電体単結晶基板の一方面をベース基板に接着する貼付工程と、
前記強誘電体単結晶基板の他方面を研磨し、厚さ３μｍ以上５μｍ以下に薄板化する研磨工程と、
薄板化された前記強誘電体単結晶基板に電圧を印加して周期状分極反転構造を基板内部に形成する分極反転構造形成工程と、
を備え、
前記貼付工程前に、前記ベース基板上に金属膜を形成する金属膜形成工程を更に備え、
前記貼付工程は、前記金属膜の一部が露出するように、前記強誘電体単結晶基板を前記金属膜を介して前記ベース基板に貼り付ける工程を有し、
前記分極反転構造形成工程は、
前記強誘電体単結晶基板上に、上部絶縁膜を介して一対の電圧印加用電極を形成する工程と、
双方の前記電圧印加用電極間、及び前記金属膜と一方の前記電圧印加用電極との間に電圧を印加する電圧印加工程と、
を有し、
前記強誘電体単結晶基板のＺ軸は基板の面方向に対して角度を有しており、この角度は、双方の前記電圧印加用電極間、及び前記金属膜と一方の前記電圧印加用電極との間に電圧を印加することで前記強誘電体単結晶基板内に形成される電界の向きに、Ｚ軸が一致するように設定される波長変換導波路素子の製造方法。
【請求項２】
波長変換導波路素子において、
ベース基板と、
前記ベース基板に貼り付けられた厚さ３μｍ以上５μｍ以下の強誘電体単結晶基板と、
前記強誘電体単結晶基板内に形成された周期状分極反転構造と、
を備え、
前記ベース基板と前記強誘電体単結晶基板との間に介在し前記強誘電体単結晶基板よりも低屈折率の下部絶縁膜と、
前記ベース基板と前記下部絶縁膜との間に介在する金属膜と、
前記強誘電体単結晶基板の前記ベース基板とは反対側に形成され前記強誘電体単結晶基板よりも低屈折率の上部絶縁膜と、
を備え、
前記上部絶縁膜上に形成された一対の電圧印加用電極を更に備え、
前記強誘電体単結晶基板のＺ軸は基板の面方向に対して角度を有しており、この角度は、双方の前記電圧印加用電極間、及び前記金属膜と一方の前記電圧印加用電極との間に電圧を印加することで前記強誘電体単結晶基板内に形成される電界の向きに、Ｚ軸が一致するように設定される、
波長変換導波路素子。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換導波路素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
線形電気光学効果とは、外部電界が印加されると光学媒質の屈折率が変化する現象のことである。屈折率の変化量は、印加されている電界強度、光の進行方向や偏光に比例する。この相互作用は電気光学テンソルで記載される。ＬＮ（ニオブ酸リチウム：ＬｉＮｂＯ３）及びＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）結晶では、結晶Ｚ軸方向における外部電解（Ｅ３）と、屈折率ｎ３のｚ軸に偏光した光との間で、最も強い相互作用が生じ、屈折率の変化量Δｎ３は、Δｎ３＝−０．５（ｎ３３ｒ３３Ｅ３）で与えられる。なお、電気光学係数ｒ３３は、ＬＮ基板では３３ｐｍ／Ｖ、ＫＴＰでは３６ｐｍ／Ｖである。
【０００３】
一方、同様の物質に光が入射した場合、物質内の分極ベクトルＰは、Ｐ＝Ｐ（０）＋ε０χ（１）×Ｅで示される。なお、Ｐ（０）は静的な分極ベクトル、ε０は真空中の誘電率、χ（１）は１次の電気感受率である。入射光の電界Ｅが非常に大きい場合、すなわち、入射光を生成する光源にＹＡＧレーザ等の強力なレーザを用いた場合には、分極ベクトルＰは入射光電界Ｅに対して、比例関係からずれてくる。すなわち、非線形光学効果が生じる。
【０００４】
非線形光学効果が生じる場合、分極ベクトルＰは、べき乗に展開され、Ｐ＝Ｐ（０）＋ε０（χ（１）×Ｅ＋χ（２）×ＥＥ＋χ（３）×ＥＥＥ＋・・・）と記載される。なお、χ（２）は２次の非線形感受率、χ（３）は３次の非線形感受率である。
【０００５】
２次の非線形光学効果には、１次の電気光学効果、光第２次高調波発生（Ｓｅｃｏｎｄ−Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：  ＳＨＧ）、及び光和周波発生（Ｓｕｍ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：  ＳＦＧ）があり、レーザ光の波長変換などに応用されている。ＳＦＧは、周波数の異なる２種類の光（周波数ω１および周波数ω２）が媒質中で混合され、ω１＋ω２あるいはω１−ω２の光が発生する現象である。ＳＨＧは、媒質に入射した光（基本光：周波数ω）の２倍の周波数の光（ＳＨＧ光：周波数２ω）が発生する現象である。分極反転させた強誘電体や分極処理された高分子等ではＳＨＧが生じる。
【０００６】
なお、３次の非線形光学効果には、２次の電気光学効果、光第３次高調波発生（Ｔｈｉｒｄ−Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ：  ＴＨＧ）、縮退４波混合、及び光双安定性現象等がある。
【０００７】
近年、印刷、光情報処理及び光応用計測用の小型レーザとして、ＳＨＧ方式が注目されている。このＳＨＧ方式とは、波長変換導波路素子の非線型光学効果を利用して、小型半導体ポンプレーザの光を２次高調波（波長は１／２）に変換する方式であり、他の方式（例えば半導体励起固体レーザなど）では実現困難である波長変換を、低ノイズで行うことができる。このようなＳＨＧ方式では、周期状分極反転構造が形成された強誘電体単結晶基板が用いられ、この周期状分極反転構造に機械加工を施してなるリッジ型光導波路波長変換素子が期待されている。リッジ型光導波路波長変換素子の周期状分極反転構造を形成するには、主に電圧印加法又はコロナ放電法などが用いられる。
【０００８】
ＬＮ基板或いはＭｇＯ：ＬＮ基板における分極反転電界の強度は、一般的に数ｋＶ／ｍｍから数十ｋＶ／ｍｍであり、基板の厚みは５００μｍ〜１０００μｍである。したがって、基板に周期状分極反転構造を形成するための印加電圧は、数ｋＶから数十ｋＶの高い値になる。
【０００９】
したがって、分極反転を行なう際には、空気のアーク放電及び電極の破壊などを抑制するため、基板を絶縁オイルの中に浸した状態で、電圧印加を行なっている。高電圧印加によって反転ドメインを形成する場合、電極パターンには高い精度が要求され、また、電圧印加システムの構成も複雑になる。更に、高電圧印加法では、素子を形成する結晶の構造にもダメージが与えられる。
【００１０】
ＳＨＧを用いた光導波路に関連する以下のような研究が行われている。
【００１１】
特許文献１（特開２００２−３６５４６１号公報）に記載の技術では、酸化物単結晶からなる基材にレーザ光を照射することで、光導波路を形成するのに際して、この光導波部のレーザ加工面をウェットエッチングすることで、光導波路に光を伝搬させたときの光導波路表面からの光の散乱を抑制することができるとされている。
【００１２】
特許文献２（特開２００３−１７７２６３号公報）に記載の技術では、光学材料からなる被加工基板の裏面側と支持基板の接着面側とを加熱下で接着することによって接着体を作製する。次いで、支持基板の背面を固定用基板に対して接着して固定し、被加工基板を被加工面側から加工することによって光導波路を形成している。被加工基板と支持基板とを接着する前に、被加工基板の裏面、被加工基板の被加工面、支持基板の接着面および支持基板の背面のうち少なくとも一つの上に加熱下で膜を形成することによって、接着体を固定用基板に接着した後の基板の裏面の平面度を調節する。これにより、被加工基板の裏面の平面度を小さくすることができ、加工時の精度を向上させ、光導波路の製造歩留りを向上させることができるとされている。
【００１３】
特許文献３（特開２００３−１７７２６３号公報）に記載の技術では、光導波路素子は、バルク状の非線形光学結晶からなる三次元光導波路と、光導波路に対して接合されている基板と、光導波路と基板とを接合している非晶質材料からなる接合層とを備えている。接合層、あるいは基板が、光導波路のアンダークラッドとして機能する。光導波路は、機械的加工（例えば研削加工、ダイシング加工）やレーザ加工によって形成できる。これにより、光導波路からの出射光の出力を増加させたときにも、出力の変動を少なくし、安定した発振を実現することができるとされている。
【００１４】
特許文献４（特開２００５−７０１９５号公報）に記載の技術では、強誘電体単結晶基板の一方の主面上に、相対向する一方の櫛形電極および他方の櫛形電極を設ける。一方の櫛形電極の電極片と他方の櫛形電極の電極片とをギャップを介して対向させる。基板の他方の主面上に一様電極を形成し、櫛形電極と一様電極との間に電圧を印加することによって周期分極反転構造を形成している。これにより、周期分極反転構造の幅を大きくできるとされている。
【００１５】
特許文献５（特開２００２−３３７２７４号公報）の技術では、第１の基材と第２の基材との間に存在する接着層を備え、接着層がフルオレン骨格を有する樹脂組成物からなり、第１の基材と第２の基材の少なくとも一方の厚さが０．１μｍ以上１０μｍ以下とされている。これにより、いずれか一方あるいは両方の基材が薄い場合でも基材の剥離が生ぜず好適な接着を達成することができるとされている。
【００１６】
特許文献６（特開平１０−６７９７０号公報）に記載の技術では、高屈折率、接着性、耐湿性に優れる上、特に低硬化収縮特性に優れ、光ディスクの貼り合わせに有用な接着剤が開示されており、したがって、光ディスクが大容量の光信号を高速・高密度に記録・再生することができ、耐環境試験においても金属層に腐蝕が見られることがないとされている。
【００１７】
特許文献７（特開２００２−３７２６４１号公報）に記載の技術では、酸化物単結晶からなる基材にレーザ光を照射することで光導波路を形成するのに際して、レーザ光のパルスの半値幅を１０ｎｓｅｃ以下としている。これにより、レーザ加工面における湾曲、表面粗れや、マイクロクラックを抑制し、光導波路を伝搬する光の伝搬損失を低減できるとされている。
特許文献８（特開２００２−３４１３９３号公報）に記載の技術では、基板の主面上に突出するリッジ型光導波路とを備えた光導波路デバイスを製造する方法であって、光導波路デバイスが第二高調波発生デバイスで、リッジ形光導波路が擬似位相整合型の周期分極反転構造を有し、アブレーション加工法によってリッジ型光導波路が形成されている。アブレーション加工の光源として、３５０ｎｍ以下の波長を有する光を用いることが好ましく、１５０〜３００ｎｍの波長を有する光を用いることがさらに好ましい。これにより、リッジ型光導波路の生産性を向上させ、その光学特性の安定性と形状の安定性とを向上させ、光導波路の表面の加工変質層を防止し、基板の主面に対するリッジ型光導波路の側面の角度を制御することができるとされている。
【００１８】
特許文献９（特開２００３−５７６９９号公報）に記載の技術では、強誘電体単結晶基板の主面上に、周期状に配列された複数の電極片を有する第１の電極と、この第１の電極に対向して位置するように第２の電極を配置する。また、裏面上に、第１の電極と対向するように第２の電極を配置する。そして、第１の電極と第２の電極との間に、パルス電圧印加時前後の所定時間間隔において、最大値を示すようなプロファイルを有するバイアス電圧を、パルス電圧と同期させて印加している。これにより、強誘電体単結晶基板を破壊することなく、十分な深さの周期状分極反転構造を形成することができるとされている。
【００１９】
特許文献１０（特開２００３−５７６９７号公報）に記載の技術では、強誘電体単結晶基板の主面上に、周期状に配列された複数の電極片を有する第１の電極と、この第１の電極に対向して位置するように第２の電極を配置し、裏面上に第１の電極と対向するように第１の電極を配置する。次いで、強誘電体単結晶基板の、電極片間において、溝部を形成する。その後、第１の電極と第２の電極との間に、所定の電圧を印加することによって、周期状分極反転構造を形成する。これにより、分極反転領域の形状を乱すことなく、狭小化され、さらには均一形状の分極反転領域を有する周期状分極反転構造を簡易かつ安定的に得ることのできるとされている。
【００２０】
特許文献１１（特開２００１−２４２４９９号公報）に記載の技術では、第二高調波発生装置は、ヒートシンクの上に支持されているマウント、マウントに支持されている基本波を発振する半導体レーザ、マウントに支持されている基本波を第二高調波へと変換する光導波路を備えた変換用基板、および光導波路の温度を制御するための温度制御手段を備えている。マウントは熱伝導部と断熱部とを備えている。半導体レーザが熱伝導部を介してヒートシンク上に支持されている。変換用基板とヒートシンクとの間に少なくとも断熱部が介在している。これにより、第二高調波の出力の経時的な減少を防止することができるとされている。
【特許文献１】特開２００２−３６５４６１号公報
【特許文献２】特開２００３−１７７２６３号公報
【特許文献３】特開２００３−１７７２６３号公報
【特許文献４】特開２００５−７０１９５号公報
【特許文献５】特開２００２−３３７２７４号公報
【特許文献６】特開平１０−６７９７０号公報
【特許文献７】特開２００２−３７２６４１号公報
【特許文献８】特開２００２−３４１３９３号公報
【特許文献９】特開２００３−５７６９９号公報
【特許文献１０】特開２００３−５７６９７号公報
【特許文献１１】特開２００１−２４２４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
従来の周期状分極反転構造を有する波長変換素子の製造プロセスでは、非常に高い電圧を高精度パターン電極を用いて印加する必要があり、このため低電圧で周期状分極反転構造を実現することができず、また、電極精度が低いため周期状分極反転構造の精度が低かった。
【００２２】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、高精度の周期状分極反転構造を有する波長変換導波路素子、及び低電圧で実現可能な波長変換導波路素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上述の課題を解決するため、本発明に係る波長変換導波路素子の製造方法は、強誘電体単結晶基板の一方面をベース基板に接着する貼付工程と、強誘電体単結晶基板の他方面を研磨し、厚さ３μｍ以上５μｍ以下に薄板化する研磨工程と、薄板化された強誘電体単結晶基板に電圧を印加して周期状分極反転構造を基板内部に形成する分極反転構造形成工程とを備え、前記貼付工程前に、前記ベース基板上に金属膜を形成する金属膜形成工程を更に備え、前記貼付工程は、前記金属膜の一部が露出するように、前記強誘電体単結晶基板を前記金属膜を介して前記ベース基板に貼り付ける工程を有し、前記分極反転構造形成工程は、前記強誘電体単結晶基板上に、上部絶縁膜を介して一対の電圧印加用電極を形成する工程と、双方の前記電圧印加用電極間、及び前記金属膜と一方の前記電圧印加用電極との間に電圧を印加する電圧印加工程と、を有し、前記強誘電体単結晶基板のＺ軸は基板の面方向に対して角度を有しており、この角度は、双方の前記電圧印加用電極間、及び前記金属膜と一方の前記電圧印加用電極との間に電圧を印加することで前記強誘電体単結晶基板内に形成される電界の向きに、Ｚ軸が一致するように設定される。 
【００２４】
この製造方法によれば、強誘電体単結晶基板を薄板化してから、電圧を印加するため、強誘電体単結晶基板内に発生する内部電界強度を低電圧で増加させて周期状分極反転構造を製造することができる。
【００２５】
また、本発明に係る波長変換導波路素子の製造方法は、周期状分極反転構造のストライプ方向に垂直な方向に沿った２本の溝を強誘電体単結晶基板に形成することで溝の間にコアを形成するコア形成工程を更に備えることが好ましい。
【００２６】
この製造方法によれば、２本の溝を強誘電体単結晶基板に形成するのみでコアを形成することができる。
【００２７】
また、上記のように、本発明に係る波長変換導波路素子の製造方法は、貼付工程前に、ベース基板上に金属膜を形成する金属膜形成工程を更に備え、貼付工程は、金属膜の一部が露出するように、強誘電体単結晶基板を金属膜を介してベース基板に貼り付ける工程を有し、分極反転構造形成工程は、強誘電体単結晶基板上に、上部絶縁膜を介して一対の電圧印加用電極を形成する工程と、双方の電圧印加用電極間、及び金属膜と一方の電圧印加用電極との間に電圧を印加する電圧印加工程とを有することが好ましい。
【００２８】
この製造方法によれば、貼付工程前に金属膜を形成しておくことで、この金属膜を使用して一方の電圧印加用電極との間に電圧を印加することができるが、電圧印加時においても金属膜の一部は露出しているので、容易に電圧を印加することができる。なお、電圧印加時には、一対の電圧印加用電極間にも電圧が印加される。また、電極は上部絶縁膜を介して形成されているので、電極材料の強誘電体単結晶基板内への侵入が抑制され、高純度で精密な素子を形成することができる。
【００２９】
また、本発明に係る波長変換導波路素子の製造方法は、上記貼付工程前に、強誘電体単結晶基板の被接着面上に、強誘電体単結晶基板よりも低屈折率の下部絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程を更に備え、貼付工程は、強誘電体単結晶基板を、下部絶縁膜を介してベース基板に貼り付ける工程を有することが好ましい。
【００３０】
この場合、下部絶縁膜が金属膜を強誘電体単結晶基板から分離して構成材料の相互干渉を抑制するとともに、強誘電体単結晶基板と下部絶縁膜との界面で、強誘電体単結晶基板の内部を伝播する光を強誘電体単結晶基板（コア）側へ反射することができるため、下部絶縁膜をクラッドとして機能させることができる。
【００３１】
また、本発明に係る波長変換導波路素子は、ベース基板と、ベース基板に貼り付けられた厚さ３μｍ以上５μｍ以下の強誘電体単結晶基板と、強誘電体単結晶基板内に形成された周期状分極反転構造とを備え、前記ベース基板と前記強誘電体単結晶基板との間に介在し前記強誘電体単結晶基板よりも低屈折率の下部絶縁膜と、前記ベース基板と前記下部絶縁膜との間に介在する金属膜と、前記強誘電体単結晶基板の前記ベース基板とは反対側に形成され前記強誘電体単結晶基板よりも低屈折率の上部絶縁膜と、を備え、前記上部絶縁膜上に形成された一対の電圧印加用電極を更に備え、前記強誘電体単結晶基板のＺ軸は基板の面方向に対して角度を有しており、この角度は、双方の前記電圧印加用電極間、及び前記金属膜と一方の前記電圧印加用電極との間に電圧を印加することで前記強誘電体単結晶基板内に形成される電界の向きに、Ｚ軸が一致するように設定されることが好ましい。 
【００３２】
この厚さの強誘電体単結晶基板の場合、周期状分極反転構造の形成に必要な電圧値を低減することができる。また、深さ方向に拡がる電圧分布の広がりも小さくなるため、周期状分極反転構造のパターン精度が高くなる。
【００３３】
特に、強誘電体単結晶基板の厚さが、３μｍ以上の場合、ハンドリングされる場合の強誘電体単結晶基板の機械的強度を保持することができ、５μｍ以下の場合、分極反転用の電圧を内部に印加しても、その厚さが小さいため、単結晶内部には大きな電界を形成することができる。
【００３４】
また、上記のように、本発明に係る波長変換導波路素子は、ベース基板と強誘電体単結晶基板との間に介在し強誘電体単結晶基板よりも低屈折率の下部絶縁膜と、ベース基板と下部絶縁膜との間に介在する金属膜と、強誘電体単結晶基板のベース基板とは反対側に形成され強誘電体単結晶基板よりも低屈折率の上部絶縁膜とを備えることが好ましい。
【００３５】
この場合、下部絶縁膜が金属膜を強誘電体単結晶基板から分離して構成材料の相互干渉を抑制するとともに、強誘電体単結晶基板と下部絶縁膜との界面で、強誘電体単結晶基板の内部を伝播する光を強誘電体単結晶基板（コア）側へ反射することができるため、下部絶縁膜をクラッドとして機能させることができる。また、上部絶縁膜は強誘電体単結晶基板を保護すると共にクラッドとして機能することができる。
【００３６】
また、下部絶縁膜は、強誘電体単結晶基板の屈折率の９０％以下の屈折率を有し、０．５乃至１μｍの厚さを有し、波長変換導波路素子内を導波する光波に対して０．１ｃｍ−１以下の光吸収係数を有することが好ましい。
【００３７】
電圧を印加することによって形成された周期状分極反転構造は、強誘電体単結晶基板からなり、その屈折率は周囲よりも高く、コアとして機能する。換言すれば、強誘電体単結晶基板周囲の下部絶縁膜や上部絶縁膜の屈折率は、強誘電体単結晶基板よりも低く、１０％以上の有意な屈折率差を有しており、クラッドとして機能する。コアから下部クラッド（下部絶縁膜）に染み出した光の成分は、厚さ０．５乃至１μｍ、光吸収係数０．１ｃｍ−１以下の下部絶縁膜を通ることとなるため、伝播中の光の減衰は抑制される。 
【００３８】
また、上部絶縁膜は、０．２乃至０．５μｍの厚さを有することが好ましい。コアから上部クラッド（上部絶縁膜）に染み出した光の成分は、厚さ０．２乃至０．５μｍの上部絶縁膜を通ることとなるため、伝播中の光の減衰は抑制される。
【００３９】
また、強誘電体単結晶基板の水平面各方向における熱膨張係数の値は、ベース基板の水平面各方向における熱膨張係数の９５％〜１０５％の範囲内の値であることが好ましい。すなわち、これらの熱膨張係数は略一致しているため、熱膨張係数差に起因する基板剥離や伝送損失の増加が抑制される。
【００４０】
なお、強誘電体単結晶基板を構成する材料は、酸化マグネシウムを添加したニオブ酸リチウム単結晶であることが好ましい。この基板は、光損傷に強いことが知られているため、高強度の光に対する波長変換を行うことができる。
【００４１】
また、上記のように、本発明に係る波長変換導波路素子は、上部絶縁膜上に形成された一対の電圧印加用電極を更に備え、強誘電体単結晶基板のＺ軸は基板の面方向に対して角度を有しており、この角度は、双方の電圧印加用電極間、及び金属膜と一方の電圧印加用電極との間に電圧を印加することで強誘電体単結晶基板内に形成される電界の向きに、Ｚ軸が一致するように設定されることが好ましい。
【００４２】
電圧を印加した場合には、強誘電体単結晶基板のＺ軸に沿って分極反転が進行するため、双方の電圧印加用電極間、及び金属膜と一方の電圧印加用電極との間に電圧を印加することで強誘電体単結晶基板内に形成される合成電界の向きをＺ軸に一致させることで、分極反転に必要な電圧値を低下させることができる。
【発明の効果】
【００４３】
以上、説明したように、本発明の波長変換導波路素子は高精度の周期状分極反転構造を有することができ、その製造方法によれば、低電圧でその周期状分極反転構造を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、実施の形態に係る波長変換導波路素子について説明する。なお、同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００４５】
図１は、接合したウェハ上に形成された複数の波長変換導波路素子の中間体１００の斜視図である
【００４６】
支持基板１上には、ベース基板（下部ウェハ）２が固定されており、ベース基板２上には、全面形成の金属膜３、接着層４、下部絶縁膜５、強誘電体単結晶基板（上部ウェハ）６、上部絶縁膜７、及び一対の電圧印加用電極８Ａ，８Ｂが順次設けられている。
【００４７】
各構成要素の具体的な材料は以下の通りである。
ベース基板２：ＬＮ（ニオブ酸リチウム：ＬｉＮｂＯ３）
金属膜３：Ｔａ
接着層４：ポリイミド、銀ペーストなど
下部絶縁膜５：ＳｉＯ２
強誘電体単結晶基板６：Ｍｇ添加のＬＮ
上部絶縁膜７：ＳｉＯ２
電圧印加用電極８Ａ，８Ｂ：Ｔａ
【００４８】
強誘電体単結晶基板６は、５度オフのＹ板であり、主表面が結晶のＹ軸に対して垂直な面から−Ｚ軸方向にθ＝５度傾斜している。
【００４９】
各波長変換導波路素子の中間体１００における一方の電圧印加用電極８Ａは、櫛型であって、本体部から−Ｘ方向に沿って延びた複数の枝部を備えている。他方の電圧印加用電極８Ｂも、櫛型であって、本体部から＋Ｘ方向に沿って延びた複数の枝部と、各枝部からほぼ−Ｚ方向に沿って延びた複数の細枝部を備えている（図３参照）。
【００５０】
双方の電圧印加用電極８Ａ，８Ｂ間に電圧Ｖ１を印加すると、ＹＺ平面と基板露出面との交線に平行なベクトルに沿った電界ＥＺが発生する。また、金属膜３と一方の電圧印加用電極８Ａ間には電圧Ｖ２を印加すると、基板露出面に垂直なベクトルに沿った電界ＥＹが発生する。これらの合成電界ＥＳ＝ＥＺ＋ＥＹにしたがって、電圧印加用電極８Ｂの各細枝部に対応した強誘電体単結晶基板６内の領域で分極反転が生じ、周期状分極反転構造が形成される。
【００５１】
この複合ウェハは、下部ウェハとなるベース基板２に、接着層４を介して上部ウェハとなる強誘電体単結晶基板６を貼り付けてなるが、ベース基板２上に形成された金属膜３は一部表面が露出している。すなわち、強誘電体単結晶基板６の四隅はカットされており、ウェハの貼り付け後に、四箇所の金属膜３が露出する。これにより、数多くの導波路素子を１枚のウェハに作製しつつ、金属膜３と各電極８Ａとの間に電圧を印加し易い構造となっている。なお、これらのカット面Ｃは、円形のウェハの中心からオリエンテーションフラットＦに向けて延びた線分と４５度又は１３５度の角度を成す線分に対して垂直である。これらの場所をカット理由は、ウェハの使用有効面積を最大にするためである。
【００５２】
なお、ウェハの貼り付け後、上部絶縁膜７及び電圧印加用電極８Ａ，８Ｂの形成前に、上部の強誘電体単結晶基板６は研磨されは薄板化されているため、分極反転に必要な電圧を従来よりも減少させることができる。Ｘ軸に沿って並んだ複数の分極反転領域の形成後に、Ｘ軸に沿った溝を形成することで、コアを形成し、チップを分離してから、ＹＺ端面に半導体レーザダイオードを取り付けることで、ＳＨＧレーザを形成することができる。赤外光を出射する半導体レーザを導波路の一端面に取り付ければ、強誘電体単結晶基板６の非線形光学効果により、二分の一の波長のレーザ光が導波路の逆端面から出射されることとなる（図５参照）。
【００５３】
なお、比較的大きな非線型光学特性を有する材料として、ＬＮの他、タンタル酸リチウム（ＬＴ）などの単結晶材料を用いることができる。強誘電体単結晶基板６には、耐光損傷性を向上させるためにＭｇが添加されている（ＭｇＯ）が、Ｚｎ、Ｓｃ、及びＩｎなどの元素を添加することができる。酸化物であるＬＮなどを用いる場合においては、これら各元素は通常酸化物の形で添加する。また、常誘電体から強誘電体への相転移温度を（キュリー温度）は、ニオブ酸リチウムでは約１２００℃、類似のタンタル酸リチウムでは約７００℃であり、これらの強誘電体では、自発分極の分極方位と反対方向に電界を加えると、自発分極の方向が反転する。
【００５４】
なお、強誘電体単結晶基板６としては、応用目的及び作製する導波路の種類に応じ、Ｚカット板、及びＸ、Ｙのθオフカット板などを用いることができるが、印加電圧を１ｋＶ以下にするには、そのオフカット角度θは３度以上であることが好ましい。
【００５５】
図２は、強誘電体単結晶基板の分極状態を示す図である。
【００５６】
図２の（ａ）に示すように、強誘電体単結晶基板をＬＮ単結晶のＹ（或いはＸ）カット板から構成した場合（θ＝０度）、その表面層部分に周期状分極反転構造ＰＰＳが形成される。周期状分極ＰｓがＸ軸に沿って交互に反転している。
【００５７】
図２の（ｂ）には、ＬＮ単結晶の角度θのオフカットをしたＹ（或いはＸ）板が示されており、強誘電体単結晶基板内に、角度θだけ傾斜した周期状分極Ｐｓの反転構造が形成されている。
【００５８】
図２の（ｃ）に示すように、強誘電体単結晶基板をＬＮ単結晶のＺカット板から構成した場合（θ＝９０度）は、その厚さ方向全体に亘って周期状分極反転構造ＰＰＳが形成される。この場合、分極Ｐｓの方向は結晶のＺ軸（基板厚み方向）に平行である。
【００５９】
なお、上述の例では、ＭｇＯ添加ＬＮ単結晶ウェハからなり、θ＝３〜１０度のオフカットのＹ板を用いている。なお、金属膜や電極材料としては、Ｔａの他、Ａｌを用いることもできる。
【００６０】
図３は、図１に示した波長変換導波路素子の中間体１００の拡大図である。
【００６１】
電圧印加用電極８Ａは、矩形状の本体部８Ａ１と、本体部８Ａ１から−Ｘ方向に沿って延びた複数の枝部８Ａ２を備えている。電圧印加用電極８Ｂは、本体部８Ｂ１から＋Ｘ方向に沿って延びた複数の枝部８Ｂ２を備えており、双方の枝部８Ａ２，８Ｂ２が噛み合うように配置され、枝部８Ａ２，８Ｂ２はＺ軸方向に沿って交互に並んでいる。一方の各枝部８Ｂ２からは基板表面上をほぼ−Ｚ方向（Ｘ軸に垂直で基板表面に沿った方向）に沿って延びた複数の細枝部８Ｂ３を備えている。
【００６２】
電圧Ｖ１，Ｖ２の印加によって、分極反転を行うため、電圧Ｖ１は直流電圧５００Ｖとし、Ｖ２はパルス電圧とするが２００Ｖ〜８００Ｖとする。オフ角θによって分極反転に必要な電圧は異なり、θ＝５度の場合、Ｖ２＝Ｖ１＝５００Ｖである。この波長変換導波路素子の中間体１００は、分極反転後にダイシング（チップ加工）される。ダイシングラインは、本体部８Ａ１，８Ｂ１の内側であってＸ軸に垂直に設定する。
【００６３】
図４は、波長変換導波路素子の中間体１００の更なる拡大図である。
【００６４】
接着層４に起因する光の吸収損失を低減するため、導波路を形成するアンダークラッド層として、強誘電体単結晶基板６の下面にＳｉＯ２からなる下部絶縁層５が設けられている。下部絶縁膜５の屈折率は、強誘電体単結晶基板６の屈折率の９０％以下であり、下部絶縁膜５の厚みＤ５は０．５μｍ〜１．０μｍである。本例では、強誘電体単結晶基板６の接着面に予めＳｉＯ２からなる下部絶縁膜５を形成しておき、これをベース基板２に接着層４を介して貼り付けることとしてある。
【００６５】
分極反転を行なうための電極として、ベース基板２の被接着面に予め金属膜３が形成されている。金属膜３の材料は、ベース基板２との付着力及び安定性のためには、Ｔａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕ／Ｃｒなど望ましいが、例えば、Ａｕ（２００ｎｍ）／Ｃｒ（５０ｎｍ）用いることができる。
【００６６】
ベース基板２と強誘電体単結晶基板６を接着する時の変形を出来るだけ小さくするため、その熱膨張係数は強誘電体単結晶基板６との差は５％以下としてある。すなわち、強誘電体単結晶基板６の水平面各方向における熱膨張係数の値は、ベース基板２の水平面各方向における熱膨張係数の９５％〜１０５％の範囲内の値である。これらの熱膨張係数は略一致しているため、熱膨張係数差に起因する基板剥離や伝送損失の増加が抑制される。なお、強誘電体単結晶基板６を構成する材料は、酸化マグネシウムを添加したニオブ酸リチウム単結晶であることが好ましい。この基板は、光損傷に強いことが知られているため、高強度の光に対する波長変換を行うことができる。
【００６７】
すなわち、ノンドープのＬＮ基板からなるベース基板２の厚さＤ２は０．５ｍｍであるが、０．１ｍｍ以上であることが好ましく、平行度（面の段差）は０．２μｍであるが、０．３μｍ以下であることが好ましい。また、ＭｇＯ添加の強誘電体単結晶基板６の厚さＤ６も０．５ｍｍであるが、０．１ｍｍ以上、平行度は０．２μｍであるが、０．３μｍ以下であることが好ましい。なお、素子強度及び研磨の時の平坦性を保つため、厚さＤ２，Ｄ６は０．２ｍｍ以上が更に好ましい。
【００６８】
なお、ベース基板２と強誘電体単結晶基板６の結晶方位は同一である。
【００６９】
接着層４に起因する光の吸収損失を低減するため、導波路の上部クラッドを構成するオーバーコート層として、強誘電体単結晶基板６の上面にＳｉＯ２からなる上部絶縁膜７が設けられている。上部絶縁膜７の屈折率は、強誘電体単結晶基板６の屈折率の９０％以下であり、上部絶縁膜７の厚みＤ７は０．２μｍ〜０．５μｍである。
【００７０】
上部絶縁膜７上に形成される電極の細枝部８Ｂ３の中心間の間隔（周期）Ｘ２及び幅Ｘ１は、それぞれ分極反転領域ＰＲのＸ方向に沿った中心間の間隔及び幅に等しく、６．６２μｍ及び０．５μｍである。このとき、１．０６４μｍの赤外レーザ光の波長に対して、ＳＨＧ素子として機能する。なお、基板表面の電極の枝部８Ａ２、８Ｂ２間のＺ方向離隔距離Ｗ３は１５０μｍに設定する。これらの電極は、金属のスッバタと、その後のフォトリソグラフィによって作製する。電圧印加用電極８Ａ，８Ｂの材料としては、例えば、Ａｕ（２００ｎｍ）／Ｃｒ（５０ｎｍ）を用いる。
【００７１】
分極反転を行なう時の電圧印加方法を示している。強誘電体単結晶基板６の自発分極は結晶のＺ軸方向に揃っているため、分極反転の方向はその逆方向であり、従って、電極８Ａがプラス、電極８Ｂ及び金属膜３がマイナスになるように電圧Ｖ１，Ｖ２を印加する。これにより、電極８Ａと電極８Ｂ、電極８Ａと金属膜３の間の材料内部に、それぞれ電界ＥＺとＥＹが発生する。一Ｚ方向の合成電界ＥＳが強誘電体単結晶の抗電界値より大きい時に、分極反転が生じる。
【００７２】
要するに、上部絶縁層７上には、一対の電圧印加用電極８Ａ，８Ｂが形成されているが、強誘電体単結晶基板６のＺ軸は基板の面方向に対して角度θを有しており、この角度θは、双方の電圧印加用電極８Ａ，８Ｂ間、及び金属膜３と一方の電圧印加用電極８Ａとの間に電圧Ｖ１，Ｖ２を印加することで強誘電体単結晶基板６内に形成される電界ＥＳの向きに、Ｚ軸が一致するように設定されている。電圧Ｖ１，Ｖ２を印加した場合には、強誘電体単結晶基板６のＺ軸に沿って分極反転が進行するため、合成電界ＥＳの向きをＺ軸に一致させることで、分極反転に必要な電圧値を低下させることができる。
【００７３】
上記強誘電体単結晶の抗電界値は約４〜５ｋＶ／ｍｍである。分極反転が発生するためには、材料内部にこの値より大きな電界を印加する必要がある。なお、従来の分極反転プロセスは、厚さ０．５ｍｍ〜１ｍｍのバルク結晶ウェハに対して電圧印加を行なうため、Ｖ１とＶ２が共に数ｋＶから数十ｋＶの電圧を要していた。
【００７４】
本実施形態では、強誘電体単結晶基板６を、ベース基板２に貼り付けた後、薄く研磨処理してから、電圧印加を実行する。したがって、水平方向の内部電界ＥＺは大きくは変化しないが、垂直方向の内部電界ＥＹは従来の１００倍以上に大きくなる、このため、垂直方向の内部電界ＥＹは分極反転方向の電界ＥＳへの寄与分が大きくなり、結果的に両方向の電圧を共に小さくにすることができる。本例では、強誘電体単結晶基板６を厚さＤ６＝５μｍまで研磨してから、分極反転を行った。
【００７５】
分極反転処理を行った後、リッジ型導波路のコアを形成する。
【００７６】
導波路の設計には数値計算と実験を合わせて行い、導波路加工はＹＡＧのＦＨＧパルスレーザを用いた。電極８Ｂの細枝部８Ｂ３の先端から近接する溝ＧＲ１のエッジまでの距離がＷ２となる位置を溝加工し、この距離Ｗ２は分極反転領域ＰＲと導波路の導波モードとの重なりが最大になるように決定された。本例では基本波１０６４ｎｍに対し、リッジ部分の幅Ｗは４μｍ〜１０μｍであり、リッジ部分の高さｈは１μｍ〜３μｍ、加工溝の幅Ｗ１は２μｍ以上であることにした。また、距離Ｗ２は３０μｍ〜１００μｍとした（図９参照）。上述の波長変換導波路素子では、電極印加用電極８Ａ，８Ｂは、必要に応じて強誘電体単結晶基板６から剥離する。
【００７７】
強誘電体単結晶基板６はウェハから構成されているので、ウェハ上に複数の光導波路を形成した場合は、光導波路毎にチップ状にダイシングして切断することによって目的とする波長変換導波路素子を得る。上述のようにして波長変換導波路素子を形成した後は、必要に応じて導波路の端面に対して光学的研磨処理及びＡＲコーディングを施し、最終的な波長変換導波路素子を得る。
【００７８】
図５は、上記波長変換導波路素子１００’を用いたＳＨＧレーザ（波長変換装置２００）の斜視図である。
【００７９】
このＳＨＧレーザは、マウント基板１０１と、マウント基板１０１上に固定された波長変換導波路素子１００’と、マウント基板１０１上には固定された半導体レーザＬＤとを備えている。半導体レーザＬＤの活性層ＡＣのマウント基板１０１からの高さと、波長変換導波路素子１００’のコアの中心位置（リッジの高さｈの１／２の位置）のマウント基板１０１の表面からの高さとは等しく設定される。
【００８０】
半導体レーザＬＤから出力されたレーザ光は、波長変換導波路素子のコアの一端面から内部に入射し、他方の端面から出射する。出射光の波長は、周期状分極反転構造における分極反転領域ＰＲの周期Ｘ２に依存する。例えば、赤外光を緑色のレーザ光に変換することができる。
【００８１】
以上、説明したように、上述の波長変換導波路素子１００’は、ベース基板２と、ベース基板２に貼り付けられた厚さＤ６＝３μｍ以上５μｍ以下の強誘電体単結晶基板６と、強誘電体単結晶基板６内に形成された周期状分極反転構造ＰＰＳとを備える。この厚さの強誘電体単結晶基板の場合、周期状分極反転構造ＰＰＳの形成に必要な電圧値を低減することができる。また、深さ方向に拡がる電圧分布の広がりも小さくなるため、周期状分極反転構造のパターン精度が高くなる。
【００８２】
特に、強誘電体単結晶基板６の厚さＤ６が、３μｍ以上の場合、ハンドリング時の強誘電体単結晶基板の機械的強度を保持することができ、５μｍ以下の場合、分極反転用の電圧を内部に印加しても、その厚さが小さいため、単結晶内部には大きな電界を形成することができる。なお、厚さＤ６は、赤外域の光の導波を行う場合、最大で１５μｍにすることも可能であるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００８３】
また、上記波長変換導波路素子１００’は、ベース基板２と強誘電体単結晶基板６との間に介在し強誘電体単結晶基板６よりも低屈折率の下部絶縁膜５と、ベース基板２と下部絶縁膜５との間に介在する金属膜３と、強誘電体単結晶基板６のベース基板２とは反対側に形成され強誘電体単結晶基板６よりも低屈折率の上部絶縁膜７とを備えている。下部絶縁膜５は金属膜３を強誘電体単結晶基板６から分離して構成材料の相互干渉を抑制するとともに、強誘電体単結晶基板６と下部絶縁膜５との界面で、強誘電体単結晶基板６の内部を伝播する光を強誘電体単結晶基板（コア）６側へ反射することができるため、下部絶縁膜５をクラッドとして機能させることができる。また、上部絶縁膜７は強誘電体単結晶基板６を保護すると共にクラッドとして機能することができる。
【００８４】
下部絶縁膜５は、強誘電体単結晶基板の屈折率の９０％以下の屈折率を有し、０．５乃至１μｍの厚さＤ５を有し、波長変換導波路素子内を導波する光波に対して０．１ｃｍ−１以下の光吸収係数を有することが好ましい。電圧を印加することによって形成された周期状分極反転構造ＰＰＳは、強誘電体単結晶基板からなり、その屈折率は周囲よりも高く、コアとして機能する。換言すれば、強誘電体単結晶基板６の周囲の下部絶縁膜５や上部絶縁膜７の屈折率は、強誘電体単結晶基板６よりも低く、１０％以上の有意な屈折率差を有しており、クラッドとして機能する。コアＣＡから下部クラッド（下部絶縁膜５）に染み出した光の成分は、厚さＤ５＝０．５乃至１μｍ、緑色光に対する光吸収係数０．１ｃｍ−１以下の下部絶縁膜５を通ることとなるため、伝播中の光の減衰は抑制される。
【００８５】
また、上部絶縁膜７は、０．２乃至０．５μｍの厚さＤ７を有しており、コアＣＡから上部クラッド（上部絶縁膜７）に染み出した光の成分は、厚さ０．２乃至０．５μｍの上部絶縁膜７を通ることとなるため、伝播中の光の減衰は抑制される。
【００８６】
次に、波長変換導波路素子の製造方法について説明する。
【００８７】
図６及び図７は、波長変換導波路素子の製造方法の説明図である。
【００８８】
まず、強誘電体単結晶基板６上にスパッタ法などでＳｉＯ２からなる下部絶縁膜５を形成する。この時点では、下部絶縁膜５は上方が露出面となっている。次に、スピンコートを用いて、下部絶縁膜５上に接着剤を約３００ｎｍを塗布する（図６（ａ））
【００８９】
次に、ベース基板２の全面にスパッタ法などで金属膜３を形成しておき、これを反転させて強誘電体単結晶基板６上の下部絶縁層５に接着層４を介して貼り合わせる。この時の位置調整は、それぞれの基板（ウェハ）のオリエンテーションフラット（図１参照）を合わせるように専用冶具を用いて行なう（図６（ｂ））。また、接着強度（密着性）を強くするためには、プレス機を用いて基板間に圧力を掛ける方法と、接着時の空気を抜く方法などがある。
【００９０】
最後に、複合した基板（波長変換導波路素子の中間体１００）を設置台（ヒーター）ＨＤ１に取り付け、必要に応じて基板の厚みを調整した後、強誘電体単結晶基板６を介して接着層４に紫外線ＵＶを照射し、これに熱処理を施して、初期中間体を製造する（図６（ｃ））。なお、強誘電体単結晶基板６とベース基板２とを貼り合わせるために用いる接着剤は、接着・硬化状態において光吸収係数が小さいことが好ましいが、この構造では下部絶縁層５をクラッドとして備えているため、導波路による光伝搬の時に光が接着層４まで染み出すことはないので、この材料を特に制限する必要はない。
【００９１】
次に、複合した基板（波長変換導波路素子の中間体１００）を別の設置台ＨＤ２に取り付ける（図７（ｄ））。設置台ＨＤ２への接着においては、その露出表面上にスピンコートで接着剤ＡＤＨを塗布し、波長変換導波路素子の中間体１００をその上に圧着する。しかる後、設置台ＨＤ２上の中間体１００が接触してない接着剤ＡＤＨ’を溶剤で拭き取る。また、必要な平面度及び平行度を出すため、接着剤を拭き取った設置台ＨＤ２の露出表面を計測基準面として、圧着時に調整する。なお、研磨後の中間体１００を設置台から外しやすくするため、接着剤への紫外線照射及び熱硬化は行なわない。
【００９２】
しかる後、強誘電体単結晶基板６の薄板化処理を行う（図７（ｅ））。元々の強誘電体単結晶基板６の厚さは１００〜２００μｍである。短時間に、精度良く薄板化するため、薄板化処理は、研削処理工程と、これに続いて実行される研磨処理工程とから構成される。研削加工処理は、厚さが３０μｍになるまでの切削加工を短時間に行うことができる処理であり、フライスなどを用いた機械加工処理を採用することができる。その後、研磨剤を用いた研磨処理を仕上げ面ＬＳまで施すことによって、強誘電体単結晶基板６を厚さ３〜５μｍまで薄板化する。誤差は±０．１μｍとする。
【００９３】
この研磨には、強誘電体単結晶基板６の上方露出表面に研磨パッドＰＰを押し当てて、これを回転させることによって行う。研磨する際には強誘電体単結晶基板６の厚みの測定を行う。ベース基板２の電極（金属膜３）が露出した表面３’及び設置台ＨＤ２の接着剤の拭かれた表面ＨＤ２’を基準面として、厚みの測定を行う。この測定には、接触式測定方法と、０．６３３μｍの光干渉を利用する非接触式測定方法を採用する。
【００９４】
本例では、強誘電体単結晶基板６の厚みを５μｍ±０．１μｍまで研磨した。研磨終了後は設置台ＨＤ２から中間体１００を取り外す。
【００９５】
次に、強誘電体単結晶基板６の露出表面上に上部絶縁膜７をスパッタ法で成膜し、その後、スパッタ法で上部絶縁膜７に金属膜を形成し、これをフォトリソグラフィによってパターニングすることで、図４に示した電圧印加用電極８Ａ，８Ｂを得る。しかる後、図４及び図５に示すように、電圧印加を行って、複数の分極反転領域ＰＲからなる周期状分極反転構造ＰＰＳを形成し、続いて、ウェットエッチング等を用いて、Ｘ軸方向に延びる２本の溝ＧＲ１，ＧＲ２を、複数の分極反転領域ＰＲを横切るように形成する。
【００９６】
しかる後、各導波路毎にウェハのダイシングを行い、Ｘ軸に垂直な光入射端面及び光出射端面の研磨を行い、これらの端面に必要に応じてＡＲコーティングを行う。
【００９７】
更に、図５に示したように、マウント基板１０１上に波長変換導波路素子１００’を固定し、また、マウント基板１０１上に半導体レーザＬＤを固定する。なお、半導体レーザＬＤは、波長変換導波路素子１００’の光入射端面に固定してもよい。
【００９８】
以上、説明したように、実施の形態に係る波長変換導波路素子の製造方法は、強誘電体単結晶基板６の一方面をベース基板２に接着する貼付工程と、強誘電体単結晶基板６の他方面を研磨して薄板化する研磨工程と、薄板化された強誘電体単結晶基板６に電圧Ｖ１，Ｖ２を印加して周期状分極反転構造ＰＰＳを基板内部に形成する分極反転構造形成工程とを備えている。
【００９９】
この製造方法によれば、強誘電体単結晶基板６を薄板化してから、電圧Ｖ１，Ｖ２を印加するため、強誘電体単結晶基板６内に発生する内部電界強度ＥＳを低電圧で増加させて周期状分極反転構造ＰＰＳを製造することができる。
【０１００】
上記製造方法は、周期状分極反転構造ＰＰＳのストライプ方向（ほぼＺ軸：図５参照）に垂直な方向（Ｘ軸）に沿った２本の溝ＧＲ１，ＧＲ２を強誘電体単結晶基板６に形成することで溝ＧＲ１，ＧＲ２の間にコアＣＡを形成するコア形成工程を更に備えており、２本の溝ＧＲ１，ＧＲ２を強誘電体単結晶基板６に形成するのみでコアＣＡを形成することができる。
【０１０１】
また、上記製造方法は、貼付工程（図６（ｂ））前に、ベース基板２上に金属膜３を形成する金属膜形成工程を更に備えており、この貼付工程は、金属膜３の一部の表面３’が露出するように、強誘電体単結晶基板６を金属膜３を介してベース基板２上に貼り付ける工程を有している。
【０１０２】
なお、図４を用いて説明した分極反転構造形成工程は、強誘電体単結晶基板６上に、上部絶縁膜７を介して一対の電圧印加用電極８Ａ，８Ｂを形成する工程と、双方の電圧印加用電極８Ａ，８Ｂ間、及び金属膜３と一方の電圧印加用電極８Ａとの間に電圧Ｖ１，Ｖ２を印加する電圧印加工程とを有している。貼付工程前に電圧印加用の金属膜３を形成しておくことで、この金属膜３を使用して一方の電圧印加用電極８Ａとの間に電圧Ｖ２を印加することができるが、電圧印加時においても金属膜３の一部は露出しているので、容易に電圧を印加することができる。なお、電圧印加時には、一対の電圧印加用電極８Ａ，８Ｂ間にも電圧Ｖ１が印加されるが、これらの電極８Ａ，８Ｂは上部絶縁膜７を介して形成されているので、電極材料の強誘電体単結晶基板６内への侵入が抑制され、高純度で精密な素子を形成することができる。
【０１０３】
また、上述の方法は、貼付工程（図６（ｂ））の前に、強誘電体単結晶基板６の被接着面上に、強誘電体単結晶基板６よりも低屈折率の下部絶縁膜５を形成する絶縁膜形成工程を備ており、この貼付工程では、強誘電体単結晶基板６を下部絶縁膜５及び接着層４を介してベース基板２に貼り付ける工程を有している。下部絶縁膜５は、金属膜３を強誘電体単結晶基板６から分離して構成材料の相互干渉を抑制するとともに、強誘電体単結晶基板６と下部絶縁膜５との界面で、強誘電体単結晶基板６の内部を伝播する光を強誘電体単結晶基板（コア）側へ反射することができるため、下部絶縁膜５をクラッドとして機能させることができる。
【０１０４】
上述の波長変換導波路素子を試作し、幾つかの特性について検討した。
【０１０５】
図８は、強誘電体単結晶基板６のオフカット角度θ（度）と印加電圧Ｖ１，Ｖ２との関係を示すグラフである。強誘電体単結晶基板６はＹ板からθ度だけ傾斜している。電圧印加によって、分極反転したかどうかは、試料をフッ硝酸エッチングして選択エッチングされるかどうかで判定した。分極反転を行なう時の空気放電を抑えるため、Ｖ１を５００Ｖに設定した。分極反転を発生した時の結晶Ｙ軸のオフカット角度θに対するＶ２の値より、分極反転電圧がθの増大に伴って少なくともθが３度以上では低下していることが分かる。
【０１０６】
図９は、強誘電体単結晶基板６のオフカット角度θ（度）と加工位置Ｗ２との関係を示すグラフである。
【０１０７】
角度θが大きくなるにしたがって、エッチング時の傾斜角が増加し、加工位置Ｗ２が電極に近くなることがわかる。この例では、加工位置Ｗ２が１００μｍ〜３０μｍの範囲の場合のθとの対応が示されている。
【０１０８】
図１０は、強誘電体単結晶基板６のオフカット角度θ（度）とＳＨＧ出力（ｍＷ）との関係を示すグラフである。
【０１０９】
上述のようにして形成した導波路を評価するため、波長λ＝１０６４ｎｍのＣＷ−ＹＡＧレーザを入射光発生用の半導体レーザとして用いた。基本波の出力が１００ｍＷの時には、出射光の波長λ／２＝５３２ｎｍ（緑色）であり、ＳＨＧ出力は６０〜６５ｍＷであった。なお、光損傷などによる特性劣化は観測されなかった。
【０１１０】
図１１は、上述の波長変換導波路素子を用いた電子機器の斜視図である。この電子機器は、レーザプロジェクタである。
【０１１１】
この電子機器は、緑色のレーザ光を出力する波長変換装置（ＳＨＧレーザ素子）２００と、赤色のレーザ光を出力するレーザ素子２０１と、青色のレーザ光を出力するレーザ素子２０２とを備えている。レーザ素子２０１，２０２は半導体レーザから構成することができる。これらのレーザ素子２００，２０１，２０２はハウジングＨＳ内に配置される。ハウジングＨＳ内には、一軸方向のビーム走査を行う第１多面体ミラー２０３と、この軸に直交する方向のビーム走査を行う第２多面体ミラー２０４とを備えている。それぞれのレーザ素子２００，２０１，２０２から出射したレーザビームは、第１多面体ミラー２０３、第２多面体ミラー２０４及びハウジングＨＳに設けられた投影レンズＰＬを介して、外部スクリーン上に投影される。
【０１１２】
ハウジングＨＳの側面にはビデオ信号が入力され、ビデオ信号に同期してモータ駆動装置２０５及びレーザ駆動装置２０６が駆動する。すなわち、ビデオ信号の水平周波数に同期するように水平走査用の第１多面体ミラー２０３を回転させるモータＭ１を回転駆動し、垂直周波数に同期するように垂直走査用の第２多面体ミラー２０４を回転させるモータＭ２を回転駆動する。これにより、ビデオ信号の指示する座標位置にＲＧＢの色のレーザビームを照射することができる。
【０１１３】
照射位置におけるビームの強度は、ビデオ信号に含まれる各色信号の輝度に応じて調整される。例えば、レーザ駆動装置２０６は、緑色で最大値の１００％の輝度のビームをスクリーンの特定位置に照射する場合には、緑色のレーザ光を出射するレーザ素子２００に供給される駆動電流を最大値の１００％とし、５０％の輝度のビームを照射するには、駆動電流を最大値の５０％とする。カラー表示の場合には、所望の色信号の示す輝度の割合に応じて、各レーザ素子２００，２０１，２０２に供給される駆動電流の割合を調整すればよい。なお、なお、上述の実施形態では、電極の数は一対であったが、本発明はこれに限定されず、必要に応じて別の電極が設けられていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明は、波長変換導波路素子及びその製造方法に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】接合したウェハ上に形成された複数の波長変換導波路素子の中間体１００の斜視図である。
【図２】強誘電体単結晶基板の分極状態を示す図である。
【図３】図１に示した波長変換導波路素子の中間体１００の拡大図である。
【図４】波長変換導波路素子の中間体１００の更なる拡大図である。
【図５】波長変換導波路素子１００’を用いたＳＨＧレーザ（波長変換装置２００）の斜視図である。
【図６】波長変換導波路素子の製造方法の説明図である。
【図７】波長変換導波路素子の製造方法の説明図である。
【図８】強誘電体単結晶基板６のオフカット角度θ（度）と印加電圧Ｖ１，Ｖ２との関係を示すグラフである。
【図９】強誘電体単結晶基板６のオフカット角度θ（度）と加工位置Ｗ２との関係を示すグラフである。
【図１０】強誘電体単結晶基板６のオフカット角度θ（度）とＳＨＧ出力（ｍＷ）との関係を示すグラフである。
【図１１】波長変換導波路素子を用いた電子機器の斜視図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１・・・支持基板、２・・・ベース基板、、３・・・金属膜、４・・・接着層、５・・・下部絶縁膜、６・・・強誘電体単結晶基板、７・・・上部絶縁膜、８Ａ，８Ｂ・・・電圧印加用電極、８、ＰＰＳ・・・周期状分極反転構造、１００・・・中間体、１０１・・・マウント基板、２００，２０１，２０２・・・レーザ素子、２０３・・・多面体ミラー、２０５・・・モータ駆動装置、２０６・・・レーザ駆動装置、ＡＣ・・・活性層、ＡＤＨ・・・接着剤、Ｃ・・・カット面、ＣＡ・・・コア、ＥＳ・・・合成電界、Ｆ・・・オリエンテーションフラット、ＧＲ１，ＧＲ２・・・溝、ＨＤ２・・・設置台、ＨＳ・・・ハウジング、ＬＤ・・・半導体レーザ、Ｍ１・・・モータ、Ｍ２・・・モータ、ＰＬ・・・投影レンズ、ＰＰ・・・研磨パッド、ＰＲ・・・分極反転領域、ＵＶ・・・紫外線、Ｖ１，Ｖ２・・・電圧。
【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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