(57)【要約】【課題】周期分極反転構造を所望のピッチで安定して製造することができる波長変換素子の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の波長変換素子の製造方法は、非線形光学結晶からなる基板１の一面に、紫外線吸収性を有する絶縁物からなる縞状パターン２を形成する工程と、縞状パターン２を形成した基板１の両面に正極、負極となる液体電極６，７をそれぞれ接触させた状態で、基板１の一面に紫外線を照射しつつ液体電極６，７間に電圧を印加する工程と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非線形光学結晶からなる基板の一面に、紫外線吸収性を有する絶縁物からなる縞状パターンを形成する工程と、
前記縞状パターンを形成した前記基板の両面に正極、負極となる液体電極をそれぞれ接触させた状態で、前記基板の一面に紫外線を照射しつつ前記液体電極間に電圧を印加する工程と、を有することを特徴とする波長変換素子の製造方法。
【請求項２】
前記縞状パターンを形成する工程において、前記基板の一面にフォトレジストを塗布した後、前記フォトレジストを露光、現像することにより前記フォトレジストからなる前記縞状パターンを形成することを特徴とする請求項１に記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項３】
前記基板の一面に紫外線感光性を有する前記フォトレジストを塗布した後、前記基板の一面側に縞状のマスクパターンを有する封止部材を配置し、前記基板と前記封止部材とに囲まれた空間に現像液を充填した状態で前記封止部材を通して紫外線を照射して前記フォトレジストを露光し、露光した前記フォトレジストを前記現像液により現像することにより前記縞状パターンを形成し、前記空間内の現像液を液体電極に入れ替えた後、前記基板の一面に紫外線を照射しつつ前記液体電極間に電圧を印加する工程を行うことを特徴とする請求項２に記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項４】
前記縞状パターンを形成する工程において、前記基板の一面に無機絶縁膜を形成し、前記無機絶縁膜上にフォトレジストを塗布し、前記フォトレジストを露光、現像してレジストパターンを形成した後、前記レジストパターンをマスクとして前記無機絶縁膜をエッチングすることにより前記無機絶縁膜からなる前記縞状パターンを形成することを特徴とする請求項１に記載の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するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクタの小型化の要求が益々高まるなか、半導体レーザの高出力化、青色半導体レーザの登場に伴い、レーザ光源を使ったプロジェクタが開発されている。この種のプロジェクタは、色再現範囲を十分に広くすることが可能であり、小型化や構成部品の削減も可能であることから、次世代の表示デバイスとして大きな可能性を秘めている。光源として、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色のレーザ光源が必要である。例えば、Ｒ光用光源やＢ光用光源には半導体レーザで原振が存在するが、Ｇ光用光源には原振が存在しないため、赤外レーザからの赤外光を非線形光学素子に入射させた際に発生する第２次高調波（Second Harmonic Generation, 以下、ＳＨＧと略記する）を利用した波長変換によりＧ光を得る手法が採用される。
【０００３】
非線形光学効果を利用した光の波長変換では、変換前の基本波と変換後の高調波との間で位相整合条件が成立する必要があり、結晶内の分極方向を周期的に反転させる擬似位相整合法が用いられる。一例として、ＬｉＮｂＯ３結晶内に微細なピッチで分極方向が周期的に反転した構造（以下、本明細書では周期分極反転構造と呼ぶ）を形成し、これを波長変換素子としている。この種の周期分極反転構造を形成する方法として、ＬｉＮｂＯ３結晶基板上にフォトレジストからなる周期的な縞状のマスクパターンを形成した後、基板の両面に液体電極をそれぞれ接触させた状態で液体電極間に電圧を印加し、結晶の分極方向を周期的に反転させる方法が提案されている（特許文献１参照）。あるいは、マスクパターンを形成していない基板を用い、液体電極間に電圧を印加するのと同時にフォトマスクを用いて紫外線を縞状に照射し、結晶の分極方向を周期的に反転させる方法も提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−２９０８６号公報
【特許文献２】特開２００４−２７９６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１，２のいずれの方法においても、周期分極反転構造を所望のピッチで安定して製造するのは困難であった。波長変換素子は、位相整合条件を満足する波長の許容範囲が狭いため、周期分極反転構造のピッチが所望の値からずれると出力（変換効率）が低下してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、周期分極反転構造を所望のピッチで安定して製造することができる波長変換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】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の波長変換素子の製造方法は、非線形光学結晶からなる基板の一面に、紫外線吸収性を有する絶縁物からなる縞状パターンを形成する工程と、前記基板の両面に正極、負極となる液体電極をそれぞれ接触させた状態で、前記縞状パターンを形成した前記基板の一面に紫外線を照射しつつ前記液体電極間に電圧を印加する工程と、を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明者の考察によれば、特許文献１に記載の方法を用いた場合、レジストパターンが液体電極中で膨潤して寸法が変化したり、レジストパターンが若干導電性を帯びる等の問題が生じ、このことが所望のピッチの周期分極反転構造が安定して得られない原因となっていた。一方、特許文献２に記載の方法を用いた場合、紫外線が照射される領域と照射されない領域とで分極反転の生じやすさに多少の差異はあったとしても、電圧は液体電極が接する基板全面に印加されてしまうため、周期分極反転構造がコントラスト良く形成されないという問題があった。
【０００８】
これに対して、本発明の波長変換素子の製造方法によれば、基板の一面に紫外線吸収性を有する絶縁物からなる縞状パターンを形成した後、基板の両面に液体電極をそれぞれ接触させた状態で、縞状パターンを形成した基板の一面に紫外線を照射しつつ液体電極間に電圧を印加するため、基板の一面のうち、縞状パターンが存在する領域と存在しない領域とでは紫外線強度と印加電圧の双方に差異が生じることになる。このとき、縞状パターンが存在しない領域では、縞状パターンが存在する領域に比べて実効的に高い電圧が印加されることと強い紫外線が照射されることの相乗効果によって分極反転がより促進される。したがって、本発明の方法によれば、特許文献１の方法に比べて低電圧、短時間で分極反転が生じることとなり、レジストパターンの膨潤に起因する分極反転ピッチの変動等の問題が解決できる。また、本発明の方法によれば、特許文献２の方法に比べて縞状パターンが存在する領域と存在しない領域とで紫外線強度と印加電圧の差異が明瞭になる。以上のように、本発明の波長変換素子の製造方法によれば、周期分極反転構造を所望のピッチで安定して製造することができる。
【０００９】
また、縞状パターンを形成する工程において、基板の一面にフォトレジストを塗布した後、フォトレジストを露光、現像することによりフォトレジストからなる縞状パターンを形成しても良い。
【００１０】
フォトレジストを用いた場合、フォトレジストを露光、現像してパターニングすることによりフォトレジストをそのまま本発明の縞状パターンとして用いることができるため、製造工程の簡略化を図ることができる。
【００１１】
さらに、フォトレジストからなる縞状パターンを形成する場合、基板の一面に紫外線感光性を有するフォトレジストを塗布した後、基板の一面側に縞状のマスクパターンを有する封止部材を配置し、基板と封止部材とに囲まれた空間に現像液を充填した状態で封止部材を通して紫外線を照射してフォトレジストを露光し、露光したフォトレジストを現像液により現像することにより縞状パターンを形成し、空間内の現像液を液体電極に入れ替えた後、基板の一面に紫外線を照射しつつ液体電極間に電圧を印加する工程を行うようにしてもよい。
【００１２】
フォトレジストからなる縞状パターンを形成する場合、紫外線照射・電圧印加工程で用いる装置とは別個の装置をパターン形成に用いても良いが、紫外線感光性を有するフォトレジストを用いれば、紫外線照射・電圧印加工程で用いる装置と共用することもできる。すなわち、基板の一面に紫外線感光性を有するフォトレジストを塗布した後、基板の一面側に縞状のマスクパターンを有する封止部材を配置し、基板と封止部材とに囲まれた空間に現像液を充填した状態で封止部材を通して紫外線を照射してフォトレジストを露光し、現像すれば、縞状パターンを形成でき、続いて、空間内の現像液を液体電極に入れ替えれば、紫外線照射・電圧印加工程を行うことができる。これにより、製造工程の簡略化、短縮化、製造装置の共用化を図ることができる。また、基板上の縞状パターンが存在する領域が、封止部材のマスクパターンとレジストパターンとで二重にマスクされるため、縞状パターンが存在する領域と存在しない領域とで紫外線強度のコントラストをより高めることができる。
【００１３】
あるいは、縞状パターンを形成する工程において、基板の一面に無機絶縁膜を形成し、無機絶縁膜上にフォトレジストを塗布し、フォトレジストを露光、現像してレジストパターンを形成した後、レジストパターンをマスクとして無機絶縁膜をエッチングすることにより無機絶縁膜からなる縞状パターンを形成することができる。
【００１４】
縞状パターンの形成材料として、フォトレジストに代えて無機絶縁膜を用いることもできる。その場合、無機絶縁膜上に一旦レジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして無機絶縁膜をエッチングする必要があるため、フォトレジストを用いる場合に比べて製造工程が複雑になる。しかしながら、無機絶縁膜はフォトレジストに比べて液体電極の浸透性が低いため、フォトレジストの膨潤に起因する分極反転ピッチの変動等の問題がより解決しやすくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図１を参照して説明する。
図１は、本実施形態の波長変換素子の製造方法を順を追って示す工程断面図である。
【００１６】
本実施形態では、非線形光学結晶としてニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）からなる基板１を用いる。まず、基板１の一面にフォトレジストを塗布し、周期的な縞状パターンを備えたフォトマスクを用いてフォトレジストを露光し、現像することにより、図１（ａ）に示すように、フォトレジストからなる縞状パターン２を形成する。例えば１本のパターン２の幅は数μｍ、隣接するパターン２間の間隔も数μｍ程度である。ここでは、ｉ線（波長：３６５ｎｍ、紫外線）に対する感光性（吸収性）を持つフォトレジストを用いる。
【００１７】
次に、図１（ｂ）に示すように、紫外線透過性を有する封止基板３，４（封止部材）を、縞状パターン２を形成した基板１の上面および下面に対向するように所定の間隔（例えば数μｍ程度）をあけてそれぞれ配置する。ここでは、縞状パターン２を形成した側の面に対向する封止基板を第１の封止基板３、縞状パターンを形成していない側の面に対向する封止基板を第２の封止基板４と称する。基板１と各封止基板３，４の周縁部にあたる位置にはそれぞれＯリング５を配置し、基板１と各封止基板３，４との間の空間を密閉した空間とする。この各空間に、例えば塩化リチウム水溶液等の電解液を充填し、これを液体電極６，７とする。これにより、基板１の縞状パターン２を形成した面と縞状パターン２を形成していない側の面の双方に液体電極６，７がそれぞれ接触した状態となる。本実施形態では封止基板３，４として石英基板を用いるが、ガラス基板等、他の基板を用いることもできる。また、２枚の封止基板３，４のうち、少なくとも第１の封止基板３には紫外線透過性を有する基板を用いる必要があるが、第２の封止基板４は必ずしも紫外線透過性を有する基板でなくても良い。
【００１８】
そして、第１の封止基板３の外方から基板１（の縞状パターン２を形成した面）に向けて超高圧水銀ランプ等から紫外線を照射しつつ、液体電極６，７間に電圧を印加する。本実施形態では、基板１の縞状パターン２を形成した面に接触する液体電極６を正極、縞状パターン２を形成していない面に接触する液体電極７を負極とする。また、液体電極６，７は常温で用いても良いし、加熱しても良い。これにより、基板１のうち、隣接する縞状パターン２間の液体電極６が接触した領域が元のＬｉＮｂＯ３結晶の分極状態から反転する一方、液体電極６が接触していない領域が元のＬｉＮｂＯ３結晶の分極状態のまま残る。このようにして、周期分極反転構造が形成される。以上の工程により、波長変換素子が製造される。なお、分極反転処理が終了した後、フォトレジストからなる縞状パターン２を除去しても良いし、除去しなくても良い。
【００１９】
また、上では波長変換素子を単独で製造することを想定して説明したが、ウェハ状態からチップ状の波長変換素子を複数個同時に製造する場合には、ウェハ状態での縞状パターンの形成、紫外線照射・電圧印加による分極反転処理、ウェハから複数のチップの切り出し、の各工程を行えば良い。また、波長変換素子の端面にあたる光入射面および光射出面のポリッシング、光入射面および光射出面への無反射コートの各工程を追加しても良い。
【００２０】
本実施形態の波長変換素子の製造方法によれば、縞状パターン２を形成した基板１の一面に紫外線を照射しつつ液体電極６，７間に電圧を印加するため、基板１のうち、縞状パターン２が存在する領域と存在しない領域とでは紫外線強度と印加電圧とに差異が生じることになる。このとき、縞状パターン２が存在しない領域では、縞状パターン２が存在する領域に比べて実効的に高い電圧が印加されることと強い紫外線が照射されることの相乗効果によって分極反転がより促進される。したがって、低電圧、短時間で分極反転が生じることとなり、レジストパターンの膨潤に起因する分極反転ピッチの変動等の問題が解決でき、また、縞状パターン２が存在する領域と存在しない領域とで紫外線強度と印加電圧の差異がより明瞭になる。これにより、本実施形態の波長変換素子の製造方法によれば、周期分極反転構造を所望のピッチで安定して製造することができる。
【００２１】
また、本実施形態の場合、フォトレジストを通常のフォトリソグラフィー技術により露光、現像してパターニングすることにより、フォトレジストをそのまま縞状パターン２として利用できるため、製造工程の簡略化を図ることができる。
【００２２】
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を図２を参照して説明する。
図２は、本実施形態の波長変換素子の製造方法を順を追って示す工程断面図である。
本実施形態の結晶基板、フォトレジスト、液体電極等は、第１実施形態と同様のものを用いることができるため、詳細な説明は省略する。
【００２３】
まず、図２（ａ）に示すように、基板１の一面にフォトレジスト９を塗布する。
ここで、本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、フォトレジスト９をパターニングする前に、第１の封止基板１３および第２の封止基板４を、基板１の上面および下面に対向するように所定の間隔（例えば数μｍ程度）をあけてそれぞれ配置する。このとき、第１の封止基板１３については、単なる基板ではなく、周期的な縞状のマスクパターン１４を備えた封止基板１３（すなわち、第１実施形態のフォトマスクに相当するもの）を用いる。そして、基板１と第１の封止基板１３とに囲まれた空間に現像液１５を充填した状態で第１の封止基板１３を通して紫外線を照射する。すると、フォトマスクを介してフォトレジストを露光したのと同等になり、露光したフォトレジスト９は直接接触している現像液１５により現像され、縞状パターン２が形成される。
【００２４】
次いで、図２（ｃ）に示すように、第１の封止基板１３側の空間内の現像液１５を液体電極６に入れ替え、第２の封止基板４側の空間内にも液体電極７を充填した後、第１の封止基板１３の外方から基板１（の縞状パターン２を形成した面）に向けて紫外線を照射しつつ、液体電極６，７間に電圧を印加する。これにより、基板１のうち、隣接する縞状パターン２間の液体電極６が接触した領域が分極反転し、周期分極反転構造が形成される。以上の工程により、波長変換素子が製造される。
【００２５】
本実施形態においても、波長変換素子の周期分極反転構造を所望のピッチで安定して製造することができる、といった第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態の場合、第１の封止基板１３側の空間内に充填する液体を入れ替えるだけで、縞状パターン形成工程と紫外線照射・電圧印加工程を１台の装置で行うことができる。これにより、製造工程の簡略化、短縮化、製造装置の共用化を図ることができる。また、基板１上の縞状パターン２が存在する領域が、第１の封止基板１３のマスクパターン１４とレジストの縞状パターン２とで二重にマスクされるため、縞状パターン２が存在する領域と存在しない領域とで紫外線強度のコントラストをより高めることができる。
【００２６】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば縞状パターンの形成材料として、フォトレジストに代えて無機絶縁膜を用いることもできる。無機絶縁膜としては、ＬｉＮｂＯ３基板上にスパッタ等の手法により薄膜が形成可能、パターニングが可能、絶縁性を有する、紫外線吸収性を有する、電解液が内部に浸透しない、等の条件を満たすものが好ましく、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）等を用いることができる。この場合、無機絶縁膜上に一旦レジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして無機絶縁膜をエッチングする必要があるものの、フォトレジストの膨潤に起因する分極反転ピッチの変動等の問題がより解決しやすくなる。
【００２７】
その他、上記実施形態で例示した各構成要素の材料、寸法等に関する具体的な記載については適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態の波長変換素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態の波長変換素子の製造方法を示す工程断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…基板、２…縞状パターン、３，１３…第１の封止基板、４…第２の封止基板、５…Ｏリング、６，７…液体電極、９…フォトレジスト、１４…マスクパターン、１５…現像液。
【図１】
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【図２】
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