JPH1172809A

JPH1172809A - 光波長変換素子とその製造方法、この素子を用いた光発生装置および光ピックアップ、回折素子、ならびに分極反転部の製造方法

Info

Publication number: JPH1172809A
Application number: JP10005188A
Authority: JP
Inventors: Kiminori Mizuuchi; 公典水内; Kazuhisa Yamamoto; 和久山本; Yasuo Kitaoka; 康夫北岡
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-01-14
Filing date: 1998-01-13
Publication date: 1999-03-16
Anticipated expiration: 2018-01-13
Also published as: JP4119508B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光波長変換素子等に適用する上で問題とな
る、深さ、均一性、有効面積等の特性を改善した分極反
転部を製造する方法を提供し、この分極反転部を用いた
各種素子、光学装置を提供する。【解決手段】強誘電体結晶基板１の＋Ｃ面の櫛形電極
２aから−Ｃ面に向かって分極反転部４を成長させ、ア
ニール処理することにより内部電界を低減させた後に、
成長する過程で不均一となった部分を−Ｃ面の櫛形電極
２bから分極を再反転させて除去することにより、分極
反転部の均一性を向上させる。この分極反転部の均一な
周期構造は光波長変換素子等に利用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コヒーレント光源
を応用した、光情報処理、光応用計測の分野に使用され
る光波長変換素子に関するものであり、このような光波
長変換素子に含まれる分極反転部の製造方法に関するも
のである。また本発明は、光波長変換素子を用いた光発
生装置および光ピックアップに関するものである。さら
に本発明は上記技術分野において使用され、分極反転部
を利用する回折素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】単一分極の強誘電体結晶の分極を部分的
に反転させる分極反転は、非線形光学効果、電気光学効
果、音響光学効果等の光波制御を可能にし、通信、光情
報処理、計測等広い分野で応用されている。中でも非線
形光学効果を利用した光波長変換素子への分極反転の適
用は、半導体レーザの光波長変換による小型の短波長光
源を実現できるため、盛んに研究が行われている。

【０００３】従来の分極反転部（分極反転領域）の製造
方法は、基板表面が分極方向と平行なＸ板またはＹ板の
強誘電体結晶の基板表面に櫛形電極と棒状電極（ストラ
イプ状電極）を形成し、電極間に電圧を印加することで
分極反転部を形成している（特開平4-335620号公報）。
従来の分極反転部の製造方法の例を図４６を用いて説明
する。この方法によれば、強誘電体結晶（例えばLiNb
O₃）であるＸ板の基板２０１の分極方向であるＣ方向
（Ｚ方向）に第１の電極２０２と第２の電極２０３とを
形成し、電極間に電源２０５により電圧を印加すること
により、電極間の結晶の分極が反転し、周期状の分極反
転部２０４が形成される。

【０００４】さらに、図４７に示すように、一方の電極
２０３を基板の側面に形成し、基板表面に形成した他方
の電極２０２との間に電圧を印加することで分極反転部
２０４を形成する方法も開示されている。

【０００５】また、他の従来の分極反転部の製造方法と
して、結晶の分極方向を基板表面から傾けた基板（以下
「斜め基板」ということがある）を用いる方法が提案さ
れている。この方法が図４６に示した構成と異なるの
は、基板の自発分極の方向が結晶表面に対して傾いてい
る点である。この場合、電極間に電圧を印加すると、分
極反転部は、結晶の自発分極と平行に、即ち傾いた結晶
軸に沿って基板内に潜るように形成されていく。このた
め、分極反転部は、基板内部により深く潜り込んで形成
される。

【０００６】従来の分極反転部の製造方法のさらに別の
例を図４８に示す。基板の対向する表面に形成した一対
の電極を用いる図４８に示したような方法によれば、分
極反転部は、櫛形の電極２０２から他方の電極２０３へ
と基板の厚さ方向に形成される。

【０００７】分極反転部の形成に必要な電荷量は、一般
に、（自発分極Ｐs）×（電極範囲面積）×２で与えら
れる。一方、分極反転部の広がりは、電極の周期Λと電
極幅Ｗの比Ｗ／Λの値で決まり、基板の厚みに依存しな
い値だけ広がると考えられている。例えば、図４８に示
したような方法により、形成される分極反転部は周期３
μm程度、分極反転部が形成された領域の面積は１mm²程
度であった。

【０００８】従来の光波長変換素子の構造の例を図４９
および図５０に示す。これらの光波長変換素子によれ
ば、LiTaO₃等強誘電体結晶の基板２０６に周期的に形成
された分極反転部２０７により位相整合を図ることによ
り、素子内に集光された基本波２０８を第二高調波（以
下「ＳＨＧ」ということがある）２０９に変換してい
る。また、図５０に示した態様では、基本波２０８が基
板２０６の表面に形成された光導波路２１０内でＳＨＧ
２０９に変換される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
分極反転部の製造方法には、以下のような問題があっ
た。例えば、特に図４８に示したような態様において顕
著に観察されるのであるが、分極反転核が生じる＋Ｃ面
近傍では、電極形状にほぼ等しい均一な分極反転構造が
形成されるにしても、−Ｃ面に近づくに従って分極反転
部の形状に乱れが生じ、−Ｃ面近傍では分極反転部の均
一性が十分ではなくなっていた。このため、基板から深
い部分の分極反転部は利用し難く、例えば−Ｃ面に光導
波路を形成した光波長変換素子を作製することが困難で
あるという問題があった。

【００１０】また、従来のＸ板またはＹ板の基板を用い
た分極反転部の製造方法では、深い分極反転部の形成が
難しいという問題があった。このため、自発分極の方向
が基板表面と平行な基板における分極反転部の深さは１
μm程度以下に限られていた。さらに、形成される分極
反転部の均一性が良くないため、分極反転部を広い面積
に形成することが難しく、相互作用長が１０mm程度に限
られるという問題もあった。

【００１１】一方、基板表面と分極方向とが傾いた基板
を用いた従来の分極反転部の製造方法では、ある程度深
い分極反転部が形成されるが、 1)光波長変換素子に使用できる有効面積が小さい、 2)分極反転深さは２μｍ程度に限られ、より深い分極反
転部の形成が難しい、という問題があった。

【００１２】このような斜め基板に形成される分極反転
部は、基板表面から基板内部に潜り込む形で形成され
る。このため、光導波路と重なる深い分極反転部が基板
表面近傍に存在するのは、形成された分極反転部の一部
に限られる。このため、光導波路型の光波長変換素子に
利用できる分極反転部が小さい面積に限られるという問
題もあった。例えば、図５０に示したような従来の光波
長変換素子は、斜め基板を用いているため深い分極反転
部が形成されて光導波路とのオーバラップが向上してい
るが、分極反転部を利用できる有効面積は狭く、分極反
転部と重なる光導波路は基板内に１本程度に限られてい
る。

【００１３】このように、従来製造されてきた分極反転
部は、光波長変換素子への適用を考慮すると、その深
さ、均一性、有効面積等の点で必ずしも十分とは言い難
いものであった。

【００１４】本発明は、かかる事情を鑑み、上記従来の
問題を解決すべく完成されたものであって、その目的
は、分極反転部を改善した、特に短波長光の発生に適し
た光波長変換素子およびその製造方法を提供すること、
ならびにこのような光波長変換素子を提供するに必要と
なる、分極反転部の製造方法を提供することにある。併
せて、本発明は、上記光波長変換素子を含む光発生装置
および光ピックアップ、ならびに上記分極反転部を利用
した回折素子を提供することも目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するべ
く、本発明は、以下の分極反転部の製造方法を提供す
る。第１の分極反転部の製造方法は、強誘電体結晶の基
板の分極方向に電圧を印加して分極反転部を形成する工
程と、前記電圧の印加により生じた前記基板の内部電界
を低減する処理を行う工程と、前記分極方向に前記電圧
と逆方向の電圧を印加して前記分極反転部の少なくとも
一部の分極を再反転させる工程とを含むことを特徴とす
る。このような製造方法によれば、特に分極反転部の均
一性が向上し、深く形成され有効に利用できる分極反転
部を提供することができる。

【００１６】第２の分極反転部の製造方法は、強誘電体
結晶の基板の分極方向に電圧を印加して分極反転部を形
成する工程と、前記分極反転部の前記基板の表面近傍に
分極反転安定化部を形成する工程とを含むことを特徴と
する。このような製造方法によれば、分極反転部が安定
化され、光波長変換素子等に好適な分極反転部を提供す
ることができる。

【００１７】第３の分極反転部の製造方法は、互いに対
向する第１の面と第２の面とを有する強誘電体結晶基板
の前記第１の面に縞状パターン部を有する第１の電極を
形成する工程と、前記第１の電極を第１の絶縁膜で覆う
工程と、前記第２の面に第２の絶縁膜を形成する工程
と、前記第１の電極を分極方向に投影して定められる前
記第２の面上の領域を前記第２の絶縁膜を介して覆うよ
うに、前記第２の絶縁膜上に第２の電極を形成する工程
と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印
加して前記第１の電極の縞状パターン部から前記第２の
電極へと分極反転部を成長させる工程とを含むことを特
徴とする。このような製造方法によれば、均一性におい
て優れ、また短周期で大面積の分極反転部を提供するこ
とができる。

【００１８】第４の分極反転部の製造方法は、分極方向
と基板表面とが実質的に平行である強誘電体結晶基板の
分極方向に、第１、第２および第３の電極をこの順に形
成する工程と、前記第１の電極と前記第２の電極との間
に電圧を印加して前記第１の電極と前記第２の電極との
間に前記分極方向に沿った縞状の分極反転部を形成する
工程と、前記第１の電極と前記第３の電極との間に電圧
を印加して前記縞状の分極反転部を前記第２の電極から
前記第３の電極の側に成長させる工程とを含むことを特
徴とする。このような製造方法によれば、有効面積が拡
大するばかりではなく、より深く形成された分極反転部
を提供することができる。

【００１９】第５の分極反転部の製造方法は、強誘電体
結晶の基板に、前記強誘電体結晶の分極方向に平行な第
１の電界成分と前記分極方向に垂直な第２の電界成分と
を有する電界を印加することにより、分極反転部を前記
分極方向に成長させる工程を含むことを特徴とする。こ
のような製造方法によれば、均一性に優れた深い分極反
転部を提供することができる。

【００２０】第６の分極反転部の製造方法は、強誘電体
結晶の基板の表面に形成した第１の電極と第２の電極と
の間の前記表面に前記強誘電体結晶よりも抵抗値の低い
低抵抗部分を形成する工程と、前記第１の電極と前記第
２の電極との間に電圧を印加することにより、前記強誘
電体結晶の分極方向に分極反転部を成長させる工程とを
含むことを特徴とする。このような製造方法によれば、
均一性に優れ、深く、大面積の分極反転部を提供するこ
とができる。

【００２１】第７の分極反転部の製造方法によれば、強
誘電体結晶の基板の表面に凹部を形成する工程と、前記
凹部内に第１の電極を形成する工程と、前記第１の電極
と前記表面に形成された第２の電極との間に電圧を印加
することにより、前記第１の電極から前記強誘電体結晶
の分極方向に分極反転部を成長させる工程とを含むこと
を特徴とする。このような製造方法によれば、深い分極
反転部を提供することが可能となる。この凹部は、例え
ば形成した分極反転部を光波長変換素子として利用する
ために形成される光導波路と光源との位置合わせにも利
用することができる。

【００２２】第８の分極反転部の製造方法によれば、強
誘電体結晶の基板の前記表面に絶縁膜を形成する工程
と、前記表面に前記絶縁膜を貫通する凹部を形成する工
程と、前記表面の少なくとも前記凹部を含む領域に導電
膜を形成する工程と、前記凹部内の前記導電膜を第１の
電極としてこの第１の電極と前記表面に形成した第２の
電極との間に電圧を印加することにより前記第１の電極
から前記強誘電体結晶の分極方向に分極反転部を成長さ
せる工程とを含むことを特徴とする。このような製造方
法によれば、均一性に優れた深い分極反転部を提供する
ことができる。

【００２３】第９の分極反転部の製造方法は、強誘電体
結晶の基板の表面に第１の電極を形成する工程と、前記
第１の電極を含む前記表面に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の表面上であって前記第１の電極を形成した
位置とは異なる位置に第２の電極を形成する工程と、前
記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加する
ことにより前記第１の電極から前記強誘電体結晶の分極
方向に分極反転部を成長させる工程とを含むことを特徴
とする。このような製造方法によれば、均一性に優れた
深い分極反転部を提供することができる。

【００２４】第１０の分極反転部の製造方法は、強誘電
体結晶の基板の表面に、櫛形の第１の電極と前記櫛形が
伸長する方向に配置された第２の電極とからなる電極対
を前記櫛形が同一の方向を向くように２以上形成する工
程と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を
印加することにより、前記第１の電極の櫛形から前記第
２の電極側へと分極反転部を成長させる工程とを含むこ
とを特徴とする。このような製造方法によれば、均一性
に優れ、深く、大面積の分極反転部を提供することがで
きる。

【００２５】上記いずれかの製造方法により、強誘電体
結晶の基板に２以上の分極反転部を互いに実質的に平行
な層となるように形成することにより、本発明の光波長
変換素子が提供される。加えて、本発明によれば、従来
の素子とは相違する、以下の特徴を有する光波長変換素
子が提供される。

【００２６】第１の光波長変換素子は、強誘電体結晶の
基板と、互いに実質的に平行な層をなすように前記基板
内に形成された分極反転部と、前記基板の表面近傍の前
記分極反転部内に形成された分極反転安定化部とを含む
ことを特徴とする。

【００２７】第２の光波長変換素子は、分極方向と基板
表面とが実質的に平行である強誘電体結晶の基板と、前
記表面に沿って前記基板内に形成された光導波路と、前
記光導波路を周期的に横断するように前記基板内に形成
された深さが２μm以上である２以上の分極反転部とを
含むことを特徴とする。

【００２８】第３の光波長変換素子は、分極方向と基板
表面とが１°〜５°の傾きを有する強誘電体結晶の基板
と、前記基板表面に垂直であって前記分極方向に沿った
断面において層状構造を形成するように前記表面から前
記分極方向へと伸長する２以上の分極反転部とを含むこ
とを特徴とする。

【００２９】第４の光波長変換素子は、強誘電体結晶基
板の表面に形成された凹部と、前記凹部を一方の端部と
して前記強誘電体結晶の分極方向へと伸長する分極反転
部とを含むことを特徴とする。

【００３０】第５の光波長変換素子は、強誘電体結晶の
基板と、前記基板の表面に形成された第１の電極と、前
記第１の電極を含む前記表面に形成された絶縁膜と、前
記絶縁膜上であって前記第１の電極を形成した位置とは
異なる位置に形成された第２の電極と、前記第１の電極
を一方の端部として前記強誘電体結晶の分極方向に沿っ
て前記第２の電極側へと伸長する分極反転部とを含むこ
とを特徴とする。

【００３１】第６の光波長変換素子は、強誘電体結晶の
基板と、各々が櫛形の第１の電極と前記櫛形が伸長する
方向に配置された第２の電極とからなり前記櫛形が同一
の方向を向くように前記基板の表面に形成された２以上
の電極対と、前記第１の電極の前記櫛形部分を一方の端
部として前記強誘電体結晶の分極方向に沿って前記第２
の電極側へと伸長する分極反転部とを含むことを特徴と
する。

【００３２】上記方法により製造されうる分極反転部を
含む光波長変換素子、または上記第１〜第６の光波長変
換素子は、特に光発生装置に好ましく適用され、このよ
うな短波長光の発生に適した光発生装置は光ピックアッ
プに好ましく用いられる。

【００３３】さらに、本発明によれば、分極方向と基板
表面とが１°〜５°の傾きをなす強誘電体結晶の基板
と、前記基板表面に垂直であって前記分極方向に沿った
断面において層状構造を形成するように前記表面から前
記分極方向へと伸長する２以上の分極反転部とを含むこ
とを特徴とする回折素子が提供される。この回折素子
は、上記方法により製造されうる分極反転部を利用し
た、高速応答が可能な素子である。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て説明する。本発明によれば、分極反転核（Domain Cor
e）が生じない面において、所望の分極反転形状を形成
するための方法が提供される。具体的な分極反転部の形
成方法としては、単一分極の強誘電体結晶（例えばLiTa
O₃板）の基板に電極を形成し、電極間に高圧の電圧を印
加することで電極下に分極反転部を形成するいわゆる電
界印加法が適用されうる。分極反転部は、例えば周期的
な層状構造をなすように形成され、光波長変換素子等に
用いられる。

【００３５】基板表面と分極方向とがほぼ垂直であるい
わゆるＣ板の強誘電体結晶基板に分極反転部を形成する
方法としては、分極反転核の発生する＋Ｃ面に櫛形電極
を、−Ｃ面に平板電極を形成し、両電極間にパルス電圧
（電界として例えば２１kV/mm程度）を印加し、櫛形電
極の櫛形部分から平板電極へと、周期状の分極反転部を
成長させる方法が挙げられる。

【００３６】一方、−Ｃ面に櫛形電極を、＋Ｃ面に平面
電極を形成し、両電極間に電圧を印加すると、分極反転
部は平板状となって周期状とはならない。これは、分極
反転部が分極反転核から−Ｃ面方向に成長するためであ
る。そこで、−Ｃ面に縞状パターン形状の分極反転部を
形成するためには、＋Ｃ面の櫛形電極から分極反転部を
成長させる必要がある。しかし、分極反転核から成長す
るに従って乱れてくる。このため、上記のように、−Ｃ
面に微細に制御された形状の分極反転部を形成すること
は困難とされている。

【００３７】（実施の形態１）以下に、このような問題
を解決する分極反転部の製造方法の例を説明する。

【００３８】この方法は、図１に示したように、まず、
強誘電体結晶（例えばLiTaO₃）の基板１の−Ｃ面に櫛形
電極２を、＋Ｃ面に平板電極３を形成し（図１(a)）、
次に、＋Ｃ面に平板電極３に＋電圧を印加してこの電極
から分極反転部を成長させ（図１(b)；この状態で結晶
としては分極方向が逆転し、櫛形電極を形成した面が＋
Ｃ面に、平板電極を形成した面が−Ｃ面になる。）、さ
らに櫛形電極２に＋電圧を印加してこの電極から分極を
反転させることにより、分極再反転部５を形成する（図
１(c)）というものである。分極再反転部５は、櫛形電
極２に対応する周期的な縞模様を描くパターンを形成す
る。

【００３９】形成された分極反転部を観測すると、−Ｃ
面に形成した櫛形電極２と同一形状の分極反転部が形成
されており、−Ｃ面においても均一な分極反転層が形成
されていることがわかった。このように、分極の再反転
を利用することにより、−Ｃ面に微細に制御され均一性
に優れた分極反転部を形成することができる。

【００４０】しかし、上記方法により分極反転部を形成
したところ、図１(c)の工程において、反転電圧が安定
しない場合や分極反転が全く生じないといった現象が観
測されることがあった。そこで、その原因について実験
検討を行ったところ、図１(b)の工程における電界印加
により、結晶内部に内部電界が形成され、これが分極の
再反転を妨害していることが判明した。

【００４１】そこで、内部電界を低減し、好ましくは除
去する方法を検討したところ、図１(b)と(c)の工程の間
に、アニール処理を行うことにより内部電界が低減でき
ることが見出された。さらにアニール温度についても検
討した。結果を以下に示す。

【００４２】・アニール温度＜50℃ ：アニールの効果
はほとんどない・アニール温度＝100℃：再反転は容易となるが再反転
部は不安定。・アニール温度≧150℃：再反転容易で、均一かつ安定
した分極反転が可能。・アニール温度＞500℃：形成した分極が低減ないし消
滅する。

【００４３】以上より、アニール温度は１５０〜５００
℃が好ましく、この範囲の温度でアニール処理すること
により、−Ｃ面に所望の分極反転形状が形成容易となる
ことがわかった。なお、上記アニール温度はすべて基板
温度に基づく。

【００４４】ここで、好ましいアニール温度の上限は、
用いる結晶のキュリー温度と関連していると考えられ
る。なお、アニール時間は数分間で十分であった。

【００４５】次に、以上に説明した方法を応用して、強
誘電体結晶の表面から裏面にかけて周期的な分極反転部
を均一に形成する方法について説明する。この方法は、
電界印加による分極反転を、内部電界を除去しながら必
要に応じて繰り返し行うものである。以下、図２を用い
て説明する。

【００４６】この方法は、まず、Ｃ軸にほぼ垂直な平面
を有するLiTaO₃のような強誘電体基板１の＋Ｃ面に櫛形
電極２aを形成し、−Ｃ面には、＋Ｃ面の電極に対し反
転パターンの櫛形電極２b、即ち＋Ｃ面の電極２aを分極
方向に沿って−Ｃ面に投影したときに電極がない部分に
電極を形成し（図２(a)）、次に電極２a、２b間に電圧
を印加して＋Ｃ面の電極下に分極反転部を形成し（図２
(b)；このとき、形成される分極反転部は、＋Ｃ面から
発生するため−Ｃ面近傍では分極反転形状の不均一性が
増加している。）、基板をアニール処理して内部電界を
除去し（図２(c)）、さらに電極間に電圧（(b)工程とは
正負が逆）を印加して分極を再反転させる（図１(d)）
ものである。

【００４７】図１(d)の工程で、分極が再反転されるの
は、＋Ｃ面の電極に対応しない分極反転部、即ち乱れに
対応する部分である。この工程により、分極反転部の不
均一部分が除去され、電極パターンに対応した周期的な
分極反転部を基板の表面から裏面にかけて精度よく形成
される。

【００４８】また、以上の工程を、内部電界除去工程を
はさんで繰り返し行えば均一性はさらに好ましいものと
なる。

【００４９】なお、上記の例では、Ｃ板のLiTaO₃を用い
たが、他にLiNbO₃およびその混合物LiNb_xTa_(1-x)O₃でも
同様の効果が得られる。LiNbO₃およびその混合物は非線
形光学定数が大きいため、高効率の光波長変換が可能で
ある。

【００５０】さらに、MgOをドープしたLiTaO₃、MgOをド
ープしたLiNbO₃およびその混合物MgO:LiNb_xTa_(1-x)O₃で
も同様の効果が得られる。MgOをドープすると耐光損傷
性が向上し、高出力のＳＨＧ出力に対しても安定な特性
が得られる。

【００５１】なお、本実施形態では非線形光学結晶を有
する基板としてＣ板を用いたが、他にＣ軸に平行な表面
を有するＸ板またはＹ板でも同様の特性が得られる。こ
れらの基板を用いる場合には、分極反転用の電極を基板
表面にＣ軸方向に離間して形成し、基板表面で分極反転
を行う。この場合の電極は、例えば互いに嵌合する櫛形
を有する一対の櫛形電極が好ましい。また、このような
基板を用いると、ＴＥモードの基本波励起によりＳＨＧ
光の発生が可能となるため、基板表面に形成した光導波
路と半導体レーザとの結合効率の向上が可能となり、小
型で高出力の短波長光発生装置とすることができる。

【００５２】なお、内部電界の低減は、アニール処理に
限られることなく、例えば内部電界と反対方向に電界を
印加することによっても実施することができる。この場
合に印加される電圧は、１０〜２０kW/mmが好ましい。
分極反転を生じさせることなく短時間で内部電界を消滅
させることができるからである。

【００５３】次に、分極反転部に安定性について検討す
る。以上に説明したような電界印加法によると、短周期
で深い分極反転部の形成が可能である。しかし、耐熱性
実験を行うと、熱処理における分極反転部の劣化、分極
反転部の消滅等が発生し、分極反転部自体の安定性に問
題があることが見出された。また、光波長変換素子を形
成する際の導波路形成プロセスにおいても分極反転層が
消滅する場合があることがわかった。

【００５４】その結果をまとめると、 1)＋Ｃ面から形成した電界印加分極反転層について・耐熱性：500℃以上の熱処理で消滅する。・導波路形成：（プロトン交換＋アニール処理）によっ
て導波路内の分極反転部が消滅する。 2)−Ｃ面から形成した再反転（実施の形態１）を含む分
極反転層について・耐熱性：350℃の熱処理で、−Ｃ表面近傍の分極反転
部が消滅する。・導波路形成：（プロトン交換＋アニール処理）によっ
て導波路内の分極反転部が消滅する。そこで、電界印加により形成した分極反転部の安定性の
向上について検討した。その結果を以下に説明する。

【００５５】（実施の形態２）上記実施の形態の方法に
より形成した分極再反転部を含む分極反転層は、比較的
低い温度の熱処理（例えば３５０℃）においても、−Ｃ
表面から分極反転部が消滅し、５〜６μmの反転部の後
退が観測された。分極反転部の消滅が−Ｃ面より発生し
＋Ｃ面に向かって広がることは、従来知られておらず、
ここで初めて明らかにされた現象である。

【００５６】そこで、反転の消滅を防止する方法を種々
検討した結果、表面にイオン交換、好ましくはプロトン
交換を施す方法が有効であることが見出された。プロト
ン交換を施すことにより分極反転安定化部を形成する
と、例えば５００℃の熱処理を行っても分極反転形状に
変化がなく、耐熱性は大幅に向上した。

【００５７】分極反転部の安定化に好ましいプロトン交
換深さは０．０１〜０．２μm、例えば０．１μm程度で
あった。−Ｃ面での分極反転部の消滅は、この面での分
極反転核の発生を抑制することにより防止することがで
きる。プロトン交換を行うと、結晶の非対称性が小さく
なり強誘電性が劣化するため、分極が反転し難くなり、
分極反転核の発生が抑えられる。このようにして、分極
反転部の安定性、特に−Ｃ面に形成された分極反転構造
の安定性を飛躍的に向上させることができた。

【００５８】プロトン交換は、ピロ燐酸のような酸を用
いて行うことができる。プロトン交換層の深さは、処理
温度（酸の温度）と時間によって決定され、例えば０．
２μmの深さのプロトン交換層を形成するためには２６
０℃で約１６０秒間、０．１μmのプロトン交換層を形
成するためには２６０℃で約４０秒間処理すればよい。
さらに薄いプロトン交換層を形成する場合には処理温度
を下げて深さの制御性を向上させることが好ましい。例
えば温度２００℃、３秒程度の処理により深さ０．０１
μmのプロトン交換層が形成される。この深さの交換層
を２６０℃の温度で形成しようとすると１秒以下の処理
時間とする必要が生じる。処理温度はさらに低温とする
ことも可能であるが、プロトン交換層の形成には、一般
に温度は１６０〜２８０℃とすることが好ましい。ま
た、酸としては、安息香酸、オルト燐酸、硫酸、塩酸等
も使用することができる。

【００５９】なお、本実施の形態では、基板にLiTaO₃基
板を用いたが、上記で述べたような他の基板を用いるこ
とも可能である。このような、分極反転構造の安定性の
向上は、他の結晶にも有効である。例えば、KNbO₃、TiP
bO₃等分極が不安定で、外部の圧力や温度変化により容
易に分極反転が生じる材料において、結晶表面をイオン
交換処理し、表面の結晶構造を変化させることで、分極
反転の安定性を大幅に向上させることができる。また、
ここではＣ板を用いたが、その他Ｘ板やＹ板を用いる場
合にも分極反転安定化部を形成することにより、上記と
同様の効果が得られる。この場合には、基板表面の少な
くとも＋Ｃ側に分極反転安定化部を形成することが好ま
しい。斜め基板を用いた場合にも分極反転安定化部の形
成は同様に有効である。

【００６０】このように、用いうる基板の種類が、特に
言及されている場合を除き限定されない点は、本明細書
の各実施の形態に共通する。

【００６１】（実施の形態３）ここでは、光導波路形成
時に光導波路内の分極反転部が消滅することを防止する
方法について説明する。

【００６２】最初に、LiTaO₃のような基板を用いた光波
長変換素子の製造方法について説明する。光波長変換素
子の製造方法は、図３に示すように、一般には、結晶基
板１に周期的な縞状分極反転部４を形成し（図３
(a)）、光導波路形成用のマスクパターン６（例えばTa
による）を形成し（図３(b))、酸を含む溶液、例えばピ
ロ燐酸中で熱処理し、非マスク部分にプロトン交換部分
７（厚さは０．５〜２μm程度）を形成し（図３(c)）、
マスクを除去した後、アニール処理（温度は例えば４０
０℃程度）して光導波路８を形成する（図３(d)）もの
である。

【００６３】しかし、作製した光波長変換素子を光導波
路断面で切断し、分極反転部分を観測したところ、図４
に示すように光導波路８の内部で分極反転部４が消滅す
る現象が観察される。

【００６４】この現象は、 1)±Ｃ面のどちらの面に形成した分極反転層にも発生す
る。 2)イオン交換処理により耐熱性を向上させた分極反転層
にも発生する。 3)光導波路のアニール処理温度を３００℃程度に低下さ
せても発生する。という特徴を有していた。

【００６５】このような分極反転部の消滅は、実施の形
態２に記載したような方法をもっても十分には解決でき
ない問題であった。これはプロトンが結晶内へ熱拡散す
る際に分極反転構造が消滅するためと考えられる。

【００６６】これを防止するには、プロトンの熱拡散に
耐える分極反転部を形成する必要がある。そこで、分極
反転部の安定化について種々検討を行った。分極反転部
の製造方法として、LiTaO₃の−Ｃ面に選択的にプロトン
交換を施し、これを基板のキュリー温度近傍（５３０℃
程度）で熱処理して周期状の分極反転部を形成する方法
（プロトン交換熱処理法）が知られている。しかしなが
ら、このようなプロトン交換熱処理による方法は、深い
分極反転部を形成するのが難しく、２μm程度の深さの
分極反転部しか形成できなかった。

【００６７】そこで、電界印加により形成した分極反転
構造にプロトン交換熱処理を施すことによる、分極反転
構造の特性改善を試みたところ、以下に示す２つの新し
い現象が観測された。

【００６８】1)電界印加により形成された分極反転部に
プロトン交換熱処理法を施すと電界印加分極反転を核と
してプロトン交換熱処理法による分極反転部が形成され
る。このためプロトン交換熱処理法では不可能な深い分
極反転構造の形成が可能となる。 2)電界印加分極反転の表面近傍にプロトン交換熱処理に
よる分極反転構造を形成することにより、光導波路形成
プロセスにより消滅しない分極反転構造が形成できる。

【００６９】以下に、プロトン交換熱処理法を電界印加
法に施すことにより耐性に優れた安定な分極反転構造を
形成する方法の例について説明する。

【００７０】この方法は、図５に示したように、実施の
形態１で説明したような分極再反転法により−Ｃ面に周
期状の分極反転部４を形成し（図５(a)）、基板表面を
ピロ燐酸のような酸中で熱処理して表面にプロトン交換
部７を形成し（図５(b)）、熱処理して電界印加により
形成した分極反転部の表面近傍にプロトン交換熱処理法
を適用する（図５(c)）。

【００７１】以上の方法で分極反転部を形成したとこ
ろ、分極反転形状は、電界印加によって形成した形状と
ほぼ等しく、短周期で深い分極反転部が均一に形成でき
ることが確認された。

【００７２】次に、上記の方法で作製した分極反転部に
光導波路を形成して、導波路内での分極反転部の消滅に
ついて観測した。その結果、図５(c)の工程における熱
処理温度が、分極反転部の消滅特性に大きな影響を与え
ることが判明した。そこで、分極反転が−Ｃ面から消滅
する距離と熱処理温度との関係を求めた。その結果を図
６に示す。

【００７３】熱処理温度が４００℃以下の場合は、プロ
トン交換熱処理による分極反転部が形成されず表面から
１μm以上の深さにわたり分極反転部が消滅した。５０
０℃近傍に近づくに従い分極反転層が消滅する深さは減
少し、４８０℃以上では後退深さが０．３５μm以下に
なった。分極反転部が実質的に消滅しない好ましい温度
範囲は、５００〜５２０℃であった。光波長変換素子の
変換効率に影響を与えない程度の反転の消滅深さとして
は０．５μm以下の値が必要である。このような観点か
らは、４８０〜５３０℃の熱処理を行うことが適当であ
る。熱処理温度を５４０℃以上にすると周期状の分極反
転部が消滅し、スラブ状の分極反転部が形成され、光波
長変換素子は製造できなくなった。

【００７４】以上の結果より、電界印加により形成した
分極反転部を含む構造は、結晶構造として不安定である
ことがわかる。これは、本来の結晶構造では低温の熱処
理や、イオン交換処理等で結晶の分極方向が変化するこ
とはないからである。一方、電界印加により分極反転部
を形成し、その表面をプロトン交換等によりイオン交換
した後基板のキュリー温度未満の温度で熱処理すること
により、分極反転安定化部が形成できる理由は、イオン
交換されて結晶構造が変化した層をキュリー温度近傍で
熱処理することによりイオンが基板内部に拡散し、イオ
ン交換部が元の結晶構造に近づく時に分極が安定した状
態で固定されるためと考えられる。即ち、電界印加で形
成された不安定な結晶構造が、イオン交換と熱処理を介
して安定した結晶構造に変化するのである。

【００７５】ただし、このときの熱処理温度は、基板の
キュリー温度未満かつキュリー温度近傍が好ましい。例
えば、キュリー温度が約６００℃であるLiTaO₃の場合の
熱処理温度は４８０〜５３０℃、さらには５００℃近傍
が好ましい。その理由は、キュリー温度近傍で分極が変
化（反転）するポテンシャルが低下し、反転が容易にな
るからである。また、キュリー温度を越えると、分極が
バラバラになり、単一分極の結晶でなくなるからであ
る。このような観点から、一般には、熱処理温度は、
（キュリー温度−１５０℃）〜（キュリー温度）の間の
温度とすることが好ましい。

【００７６】次に、熱処理（温度５１０℃）した分極反
転構造上に光導波路を形成し、光波長変換素子を作製
し、その特性を評価した。作製したＳＨＧ素子の構成を
図７に示す。図７に示すように、LiTaO₃基板１上に、周
期的に形成された層状の分極反転部４を周期的に横切る
ように光導波路８が形成されている。また、プロトン交
換層をアニール処理した層９は、LiTaO₃に比べて分極反
転が生じ難くなっている。なお、イオン交換と熱処理を
施すことで電気抵抗が低下していることも確認された。
また例えば、分極反転周期は３．５μmで、光導波路８
は幅５μm、深さ２μm程度とされる。

【００７７】このような光導波路８に、基本波として、
半導体レーザからの光（波長８５０nm、７０mW）を入力
すると、第２高調波の出力１０mWが得られた。従来の分
極反転部の製造方法を利用した場合には、光導波路内の
分極反転部が消滅する傾向にあるため、変換効率は極端
に低下し、同様の実験においても１mW程度の出力しか得
られなかい。

【００７８】さらに、上記方法で得られた光波長変換素
子は、光損傷への耐性が大幅に向上していた。従来の方
法では、表面近傍の分極反転部が消滅するため、この部
分で光損傷が発生し、ＳＨＧの出力変動を発生させ、安
定な出力が数mWしか得られなかった。しかし、上記方法
によれば、深い分極反転部を基板表面まで形成できるの
で光損傷の発生を抑制することが可能となる。その結
果、２０mWのＳＨＧ出力に対して安定な出力特性が得ら
れ、光損傷による不安定性をほぼ完全に防止することが
できた。

【００７９】上記方法で作製した分極反転部は、短周期
で深い理想的な構造を有している。しかも、熱処理また
は光導波路形成時の化学処理時の特性の変化が少ない優
れた耐性を実現できた。その結果、従来は困難であった
光導波路内に光導波路表面から基板の深い部分まで周期
状の分極反転構造を形成することが可能になり、高効率
で安定性（耐光損傷強度）に優れたＳＨＧ素子の作製が
できるようになった。

【００８０】なお、上記実施の形態では光導波路型のＳ
ＨＧ素子を示したが、他にバルク型のＳＨＧ素子におい
ても、分極反転安定化部を有する分極反転構造は有効で
ある。バルク型素子においては、分極反転層の安定性が
素子の安定性となるので、上記分極反転構造を用いるこ
とで、耐熱性、信頼性に優れた素子が構成できる。

【００８１】また、上記実施の形態では、分極反転安定
化部を形成するイオン交換として、酸を使用したプロト
ン交換を用いたが、他にNd、K、Ag、Rb、Cu、Zn、Cd、T
l等によるイオン交換としても構わない。酸中にイオン
を混ぜて熱処理することでプロトン交換と同時にイオン
交換が行い、基板中にイオンを注入することも可能であ
る。この場合も、基板をキュリー温度未満かつ同温度近
傍で熱処理することにより結晶構造が変化し分極反転の
不安定性が生じ難い構造を実現することができる。

【００８２】（実施の形態４）本発明によれば、深く、
均一に、かつ好ましくは大面積にわたって分極反転部を
形成する別の方法が提供される。

【００８３】ここでは、電界印加により分極反転部を形
成する別の方法について説明する。Ｘ板、Ｙ板に分極反
転部を形成することにより、半導体レーザとの高効率の
結合が可能な導波路型ＳＨＧ素子の作製が可能となる。
これは、導波モードの偏光方向が導波路を伝搬する光と
半導体レーザ間で一致するからである。従来から提案さ
れているＸ板、Ｙ板に分極反転部を形成する方法は、基
板表面のＣ軸方向に櫛形電極と平板電極とを離して形成
し、電極間に電圧を印加することで、分極を反転させる
方法である。しかしながら、従来の方法には、具体的に
は次の問題があった。

【００８４】1)電極間隔がせいぜい数１００μmに制限
され、ＳＨＧ素子を形成する面積が限定され、量産化の
効率が悪い。 2)形成された分極反転部が浅く、導波路とのオーバラッ
プが十分ではない。

【００８５】そこで、本実施の形態の分極反転部の製造
方法は、図８に示したように、強誘電体結晶基板１（例
えばＹ板のLiTaO₃）のＣ軸方向に櫛形電極１１と２以上
の平板電極１２a、１２b、１２c・・・を形成し（図８
(a)；櫛形電極１１が＋Ｃ側に配置される）、櫛形電極
１１と第１の平板電極１２a間にパルス状の電圧を印加
して分極反転部を両電極間に形成し（図８(ｂ)）、さら
に櫛形電極１１と第２の平板電極１２b間に電圧を印加
し、分極反転部をこの電極１２bにまで伸長させる（図
８(c)）ものである。印加電圧は例えば２０〜３０kV/m
m、印加時間は例えば２０ms程度とする。印加電圧波形
としては、矩形状の印加電圧でも反転は可能であるが、
初期にパルス状の上記電圧のような高電圧を印加し、そ
の後例えば５kV/mm程度のＣＷ電圧を印加し続ければ均
一な分極反転部を形成することが可能となる。

【００８６】この方法により、２００μmにわたり周期
状の分極反転構造が形成可能となった。さらに櫛形電極
と電極１２c・・・との間に電圧を印加することにより、さ
らに広い面積に周期状の分極反転部を形成することがで
きるようになる。この方法における隣接する電極間の距
離は、特に制限されなるものではないが、例えば５０μ
m〜１mm、好ましくは２００〜４００μmとする。

【００８７】さらに、注目すべきことに、上記分極反転
部の製造方法により、分極反転部の深さも向上すること
が確認された。最初の分極反転（櫛形電極１１と電極１
２a間の分極反転）においては、反転深さはせいぜい１
μm程度であったが、電極１２b、電極１２cと電圧を印
加して分極反転部を成長させていくと、約１．５μm以
上の分極反転部が形成され、分極反転部の深さが増加し
た。

【００８８】なお、本実施の形態に用いた電極構造に加
え、分極反転構造の均一性を向上させる電極構造が見出
された。電極および電極間を絶縁体膜で覆う電極構造で
ある。例えば、レジストおよびSiO₂を１μm程度の厚さ
に堆積して電界印加を行ったところ、電極間の電圧分布
の均一性が向上し、均一な分極反転部の形成が可能とな
った。絶縁体膜は０．１μm以上の厚さのときに特に有
効であった。

【００８９】また、本実施の形態では多数の平板電極を
形成したが、他の方法でも同様に実現できる。例えば、
平板電極を徐々にエッチングして、櫛形電極と平面電極
の間隔を広げながら分極反転を行うことで同様の分極反
転部を形成することとしてもよい。

【００９０】（実施の形態５）さらに本発明によれば、
Ｃ軸に対してほぼ垂直な表面を有する強誘電体結晶の基
板に均一な分極反転部を形成する他の方法が提供され
る。

【００９１】ここでは、絶縁膜を利用した分極反転部の
製造方法を説明する。図９に示したように、まずＣ板の
強誘電体結晶（例えばLiNbO₃）の基板の＋Ｃ面に櫛形電
極１３を形成し、−Ｃ面に絶縁膜（例えばSiO₂膜）１４
を堆積した後、この絶縁膜上に平板電極１５を形成し
（図９(b)）、＋Ｃ面の櫛形電極１３上には絶縁膜（例
えばSiO₂膜）１６を堆積し（図９(c)）、さらに電極間
に電圧を印加して分極を反転させる（図９(d)）もので
ある。

【００９２】このような方法によれば、−Ｃ面に絶縁膜
１４を堆積することで印加電界の均一化が図れ、均一な
周期状分極反転の形成が可能となった。また＋Ｃ面上に
絶縁膜膜１６を堆積することで短周期の分極反転構造の
形成が可能となった。従って、短周期の分極反転部を従
来よりも大面積にわたって形成することが可能となっ
た。

【００９３】次に、SiO₂膜厚の最適化を図った。SiO₂膜
はスパッタリング法により堆積し、膜厚に対する分極反
転特性を調査した。まず最初に−Ｃ面のSiO₂膜の厚さに
ついて検討した。膜厚が０．５μm未満では分極反転の
均一化への寄与は少なかったが、０．７μm以上にする
と反転の均一性が向上し、分極反転を１０×１０mm以上
の面積にわたり均一に形成することが可能となった。と
ころが、膜厚が２．３μmよりも大きくなると分極反転
が生じ難くなり、反転の再現性が低下した。従って、均
一な分極反転部の形成のために好ましいSiO₂膜１４の厚
さは０．７〜２．３μm程度であることが明らかになっ
た。

【００９４】さらに＋Ｃ面の櫛形電極上に堆積するSiO₂
膜の厚さについて検討した。膜厚が０．５μm未満では
分極反転周期３μm以上の反転周期しか形成されず、反
転構造の不均一性が増加してＳＨＧ素子として用いたと
きにはその特性が劣化した。SiO₂膜厚を１μm以上にす
ると均一性は向上し、例えば周期２μm以下の分極反転
部の形成が可能となった。従ってSiO₂膜の膜厚は１μm
以上が好ましい。このように、±Ｃ面にそれぞれSiO₂膜
１４，１６を適切な厚さで堆積することで、周期２μm
以下の分極反転を１０×１０mm以上にまで形成すること
が可能となった。

【００９５】（実施の形態６）上記実施の形態により製
造された分極反転部は光波長変換素子として用いるに好
ましい特性を有し、このような光波長変換素子は、例え
ば短波長光を発生しうる光発生装置として用いられる。
ここでは、本発明の光発生装置の例について説明する。

【００９６】この短波長光発生装置は、図１０に示すよ
うに、光波長変換素子２２と半導体レーザ２１とを含
み、半導体レーザ２１からでた基本波が光波長変換素子
２２により波長変換され、ＳＨＧ２３として出射され
る。このような短波長光発生装置によれば、例えば波長
８００nm帯の半導体レーザを用いると波長４００nm帯の
青色のＳＨＧ光が得られる。この短波長光発生装置は、
上記で説明したような好ましい分極反転部を利用してい
るため、安定した青色光源として利用できる。このよう
な小型短波長光発生装置は、高密度光記録、カラーレー
ザプリンターや、例えば蛍光顕微鏡として、医学用、バ
イオテクノロジー用などの幅広い分野での応用が可能と
なる。

【００９７】さらに、波長６８０nm帯の赤色半導体レー
ザ基本波として用いることで、波長３４０nmの紫外光発
生が可能となり、小型の紫外光源が実現できる。このよ
うな小型の紫外光源は、特にバイオ、蛍光寿命測定、特
殊計測等への応用が可能である。また、レーザをパルス
駆動すると高いピークパワーの基本波が得られるため、
高効率の波長変換が可能になる。例えば、ＣＷ駆動では
最大出力４０mW程度の半導体レーザでも、パルス駆動す
ることで数１００mWの高いピークパワーの発生が可能と
なり、ＳＨＧ出力としても数１０mWのものが得られる。
高いピークパワーを持ったＳＨＧ光は、蛍光寿命測定等
に応用することで、不純物検出等のために用いることが
できる。また、半導体レーザを高周波のＲＦ駆動するこ
とで、高いピークパワーをもったパルス列発振が可能と
なり、平均パワーでＣＷ駆動の半導体レーザに比べ５倍
以上の変換効率向上が可能となった。

【００９８】高出力のＳＨＧ光を発生した場合、光損傷
による出力の不安定性が問題となる。本実施の形態で示
した素子においては、深い分極反転構造が形成されてい
るため、耐光損傷強度に優れ、１０mWを越えるＳＨＧ出
力を発生した場合でも安定な特性が得られた。

【００９９】（実施の形態７）ここでは、上記短波長光
発生装置を光ディスクのピックアップ用光源として用い
た光ピックアップについて説明する。

【０１００】光ディスクには高密度記録が望まれてお
り、そのためには小型の短波長光源の実現が必要不可欠
となっている。光ディスクを読み取るための光ピックア
ップは、光源と集光光学系と受光部分よりなる。光源に
上記のような光波長変換素子を用いると、波長４００nm
帯の青色光を光ディスクの読み取り光源として利用でき
るため、記録密度を２倍に向上させることが可能となっ
た。さらに、高出力の青色光の発生が可能となるため、
読み取りだけでなく、光ディスクへ情報を書き込むこと
も可能となった。

【０１０１】図１１に本実施形態の光ピックアップを示
す。図１１に示したように、短波長光発生装置２５から
出射された、例えば出力１０mW程度のビームは、ビーム
スプリッタ２６を透過してレンズ２７により情報記録媒
体である光ディスク２８に照射される。光ディスク２８
からの反射光は、逆にレンズ２７によりコリメートした
後ビームスプリッタ２６で反射され、ディテクタ２９で
信号が読みとられる。さらに、短波長光発生装置の出力
を強度変調することで、光ディスク２８に情報を書き込
むことができる。これによって、短波長光による集光特
性の向上が得られ、記録密度を従来の２倍に向上させる
ことができた。

【０１０２】このように半導体レーザを基本波光源とし
て用いることで、光ピックアップを小型化できるため、
民生用の小型の光ディスク読み取り、記録装置にも利用
できる。さらに、光波長変換素子については、光導波路
幅を最適化することで、出力ビームのアスペクト比の最
適化を行うこともできる。このようにすれば、光ピック
アップの集光特性を向上させるためのビーム成形プリズ
ム等が不要になり、高い伝達効率、優れた集光特性、低
価格化が実現できる。さらに、ビーム成形時に発生する
散乱光のノイズが低減でき、ピックアップの簡素化が実
現できる。

【０１０３】（実施の形態８）さらに本発明によれば、
分極方向と基板表面とが実質的に平行な、または一定の
傾きを有する強誘電体基板に、深い分極反転部を形成す
る方法が提供される。

【０１０４】ここでは、電界の印加方向に特徴を有する
分極反転部の製造方法を説明する。最初に、従来の分極
反転方法と同様に、図１２における、Ｘ板の強誘電体基
板（例えばMgO:LiNbO₃基板）３１の一方の表面に形成し
た櫛形電極３２と棒状電極３３との間のみに電圧源３５
から電圧を印加して分極反転部の形成を試みた。櫛形電
極３２は、棒状電極３３よりも基板の＋Ｃ方向に、その
櫛形が棒状電極３３と向かい合うように配置されてい
る。電極間隔は１００μmで電極長は１０mmとした。ま
た、電圧印加の際には放電を防止するために、基板全体
を絶縁液中に浸すこととした。電圧を約０．４kV印加す
ると（即ち電界を約４kV/mmとすると）、分極反転部が
形成された。分極反転部を断面より観測すると、約１μ
mの深さとなっていた。また表面から形成された分極反
転部を観測すると、電極長１０mmにわたって均一には形
成されておらず、所々分極反部転が形成されない部分が
見受けられた。このように、基板と平行な方向の電界を
印加して形成する分極反転部は、深さが１μm程度と浅
く、面内均一性も十分ではない。

【０１０５】そこで、深い分極反転を形成するため、形
成される分極反転部の特性について検討を行った結果、
以下のことが明らかになった。

【０１０６】1)分極反転部の深さは櫛形電極の櫛形部
（縞状パターン部）の先端部（電極指先端部）に発生す
る電界方向に大きく依存する。即ち、基板表面に形成し
た電極間に発生する電界は基板の表面近傍に局在してい
るため、基板の深さ方向に電界が分布せず、分極反転部
が深くならない。 2)分極反転部の深さは、＋Ｃ側の電極指の先端に形成さ
れる分極反転部の深さに大きく依存する。一般に分極反
転核が発生する＋Ｃ側の電極指先端部での分極反転深さ
が最も深く、＋Ｃ側に進むに従って分極反転部の深さは
減少していく。

【０１０７】以上の結果より、深い分極反転部を形成す
るためには、櫛形電極の電極指先端部において深い分極
反転部を形成する必要があることが明らかになった。こ
れを実現するためには、電極指先端における電界の方向
を基板の深さ方向に強く傾けることが必要となる。

【０１０８】そこで、分極反転部を形成する際に、基板
表面と平行方向の電界に加えて基板表面と垂直方向にも
電界を印加することで、電極指の先端における電界方向
を基板の深さ方向に向けるべく、基板３１の他方の表面
に平板電極３４を形成し、櫛形電３２と平板電極３４と
の間に電圧源３６から電圧を印加しながら、櫛形電極３
２と棒状電極３３との間に上記と同様にして電圧を印加
することとした。ただし、電極３２、３４間には直流電
圧を印加し、電極３２、３３間にはパルス幅１００msの
パルス電圧を、電極３２、３３間の電界が４kV/mmとな
るように印加した。

【０１０９】このときの電極３２、３４間の電圧と分極
反転深さの関係を図１３に示す。電極３２、３４間の電
界は、基板厚さ（０．５mm）から計算した。図１３に示
したように、電極３２、３４間の電圧が２kV/mm（電極
３２、３３間の電圧の５０％程度）以下のときには、分
極反転部の深さは、電極３２、３４間に電圧を印加しな
い場合とほぼ同じ１μm程度で、分極反転深さの増大は
観測されなかった。ところが、４kV/mm（電極２、３間
の電圧と同程度）以上となると分極反転深さは印加電圧
にほぼ比例して増大した。

【０１１０】さらに、３kV（電界：６kV/mm、電極３
２、３３間の電界の約１．２倍）以上になると分極反転
部の均一性が向上する効果が観測され、電極長１０mmに
わたり均一性にも優れた分極反転部が形成されることが
確認された。即ち、印加電界としては、電極３２、３３
間の反転電圧に対し、電極３２、３４間の基板間電圧が
それ以上になることが好ましく、さらに１．２倍以上に
なると均一性の向上も実現される。

【０１１１】以上の方法で、電極３２、３４間に４kVの
電圧を印加しながら分極反転部を形成した結果、深さ
１．５μmの分極反転（周期：３．２μm）を作用長４０
mm以上にわたり、均一に形成することができた。

【０１１２】次に、電圧の印加方法について検討した。
基板の表裏面に電圧を印加する方法として、電極３３、
３４間に電圧を印加することも可能である。しかしこの
方法では分極反転深さの増大には限界があった。これ
は、分極反転深さの増大が分極反転核の発生深さに大き
く依存するためと考えられる。分極反転部は＋Ｃ側の電
極における分極反転核の発生に始まり、この分極反転核
から−Ｃ側に向かって分極反転部が成長する。このた
め、分極反転部の深さは＋Ｃ側電極近傍の深さによって
ほぼ決まってしまう。そこで、上記のように、分極反転
核が発生する電極である櫛形電極３２と基板裏面の電極
３４間に電圧を印加する方法が有効となる。

【０１１３】次に、印加電圧の波形について検討した。
上記のように、基板の表裏面の電極３２、３４間に印加
する電圧を直流電圧で印加しながら、電極３２、３３間
にパルス状の電圧を印加することで深い分極反転の形成
が可能になったが、さらに分極反転部の深さを増大させ
るために、電極３２、３４間の電圧を高くするために電
圧を６kV（電界：１２kV/mm）程度以上とすると、電極
３２、３４間で絶縁破壊が生じる場合があり、高電圧の
印加が難しいことが判明した。

【０１１４】そこで電圧波形について検討した結果、電
圧印加時間を短くすることで絶縁破壊が防止できること
が見出された。印加時間については、１秒を超える印加
では５kV程度しか印加できないが、電圧印加波形を１秒
以下のパルス波形とすることにより、電極３２、３４間
の印加電圧を６kV程度に増大させることが可能となり、
１．８μmの深さの分極反転部の形成が可能となった。
さらにパルス幅を１００ms以下にすると８kV程度の電圧
を印加することが可能となり、２μm以上の深さの分極
反転部の形成が可能となった。

【０１１５】基板の厚さ方向のパルス電圧を上げていく
と、電圧が９kVを超えると絶縁破壊により基板にクラッ
クが入る場合があった。このように、基板の厚さ方向の
電界としては、４kV/mm以上であって基板の絶縁破壊に
至る電圧未満とすることが好ましい。また、この電界は
パルス電圧により印加することが好ましく、この場合の
電界は、８kV/mm以上、特に１２kV/mm以上、例えば８〜
１８kV/mmとすることが有効であった。

【０１１６】なお、基板の絶縁破壊に至る電圧は、LiNb
O₃、LiTaO₃等の基板の場合、ＣＷ電圧で５〜６kV/mmで
あったが、msオーダーのパルス電圧では１０kV/mmの電
圧でも破壊しなかった。

【０１１７】また、基板の分極方向への電圧印加をパル
ス電圧により行う場合には、基板の厚さ方向へのパルス
電圧のパルス幅を、基板の分極方向へのパルス電圧のパ
ルス幅よりも大きくすることが有効であることが確認さ
れた。これは、上記のように、分極反転部の深さが、電
極指の先端に発生する分極反転核の深さに依存すること
に起因するものと考えられる。

【０１１８】また、基板の厚み方向のパルス電圧の印加
は、基板分極方向の電圧印加が始まる時点とほぼ同時、
またはそれより先に印加することが有効であった。一
方、基板の分極方向のパルス電圧の印加は、基板の厚み
方向に電圧を印加する直前でも効果があった。これは、
電極３２、３４に電圧を印加すると、櫛形電極３２の電
極指の先端に分極反転核が基板厚み方向に形成され、こ
れを起点として分極反転部が電極３２、３３間に形成さ
れるためであると考えられる。このように、本実施の形
態においては、２方向の電界成分が同時に印加される必
要は必ずしもない。

【０１１９】このように本実施の形態においては、分極
方向（例えば基板表面方向）の電界成分とこの方向に直
角方向（例えば基板厚み方向）の電界成分とを含む電界
により、分極方向に伸長していく分極反転部が分極方向
と直角方向にも拡大して形成される。

【０１２０】上記では、厚み０．５mmの基板を用い、電
極２、４間に高電圧を印加することにより、深い分極反
転部が形成できることを確認してきた。しかし、パルス
幅の減少による印加電圧の増大にも一定の限界がある。
そこで印加電界を増大させることを種々検討したとこ
ろ、基板厚みを薄くしても絶縁破壊が生じる電圧は基本
的には変わらないことが確認された。即ち、同じ電圧を
印加しても基板厚みを薄くすることで印加電界を大幅に
増大できることが判明した。

【０１２１】例えば、基板を０．５mmの半分の０．２５
mmにすると印加可能な電圧は実質的には同じであるが、
印加電界は２倍となる。そこで、基板厚みと形成される
分極反転深さとの関係を検討した。その結果を図１４に
示す。図１４に示したように、基板厚みが０．４mm近傍
で分極反転の深さが２．０μm、厚みが０．３mmで分極
反転深さは２．５μm以上になる。従って、通常の光導
波路の厚み程度以上の分極反転部の形成も可能であるこ
とが見出された。

【０１２２】導波路型の光波長変換素子は、上記のよう
に、分極反転部を有する基板の表面に光導波路を形成す
ることにより構成される。この光導波路を導波する基本
波は、導波路内を伝搬する際、導波路内を周期的に横切
るように形成された分極反転部により波長変換される。
このときの変換効率は、光導波路を伝搬する光と分極反
転部とのオーバラップの程度により影響される。このオ
ーバーラップは、分極反転部の深さを２．０μm以上と
することにより最大にすることが可能となる。従って、
基板厚みを０．４mm以下にすることにより、光導波路を
有する光波長変換素子の変換効率を大幅に向上させるこ
とができる。

【０１２３】また、本実施の形態では、強誘電体結晶か
らなる基板を用いたが、その他、気相または液層成長に
より製造した強誘電体結晶膜を用いても同様の分極反転
部が形成できる。結晶成長により製造した膜は、低い不
純物濃度、高い結晶性を有するため、高効率の光波長変
換素子が形成できる。このような結晶膜は、他の実施形
態においても使用しうるものである。

【０１２４】（実施の形態９）ここでは、実施の形態８
に関連する別の分極反転部の製造方法について説明す
る。上記のように、ＸまたはＹ板の強誘電体結晶、例え
ばMgO:LiNbO₃の表面に分極反転部を形成する方法とし
て、表面に形成した電極間に電圧を印加することで、分
極方向の電界を発生させ、分極を反転する方法が従来か
ら知られている。

【０１２５】しかし、新たに、基板の表面と裏面に形成
した一対の電極間に電圧を印加することにより、同様の
分極反転部が基板表面で発生することが見い出された。
この製造方法の例を図１５を用いて説明する。図１５に
示したように、Ｘ板のMgO:LiNbO₃基板３６の対向する基
板表面に、それぞれ櫛形電極３７と平板電極３８とを形
成した。そして、櫛形電極３７と平板電極３８との間に
電圧源３９から電圧を印加したところ、櫛形電極３７の
電極指の先端部に分極反転部が形成されることが確認さ
れた。基板は０．５mm、印加電圧は８kV程度とした。

【０１２６】このときに形成される分極反転部の長さ
は、電極形状に依存することが確認された。具体的に
は、表面の櫛形電極３７の分極方向の幅に対する裏面の
平板電極３８の分極方向の幅の比を大きくすることで、
分極反転の長さを増大できることが見出された。例え
ば、電極幅の比が２倍以下の時は分極反転部の長さは１
０μm以下であったが、比を４倍以上にすると１００μm
程度にわたり分極反転部が形成されることが確認され
た。さらに、１０倍以上にすることで、分極反転部の均
一性も増大した。

【０１２７】この理由は、明らかではないが、電極指の
先端における電界が基板裏面電極のエッジ部分との間で
かかることにより、分極方向の電界が発生するためと考
えられる。

【０１２８】そこで裏面電極の位置について検討した。
表面電極と裏面電極との間で発生する電界成分を基板の
分極方向に形成することで分極反転部が形成される。従
って、図１６に示すように、表面の櫛形電極３７に対
し、裏面の平板電極の位置を分極方向にずらすことによ
り、分極反転が生じるのではないかと考えられる。そこ
で、表面の櫛形電極に対し、裏面の棒状電極を−Ｃ面方
向にずらして形成した。ずらす距離は、５、１０、２
０、１００μmとした。各々の電極間に電圧を印加した
ところ、１０μm以下では分極反転部は形成されなかっ
たが、２０μm以上（電極間を結ぶ線分と基板表面との
なす角度が約８８°）では、いずれも分極反転部が形成
された。形成された分極反転部は、２μm程度の深い形
状を有し、均一性に優れていた。また、この場合、電極
間を結ぶ線分と基板表面とが為す角度が２〜８０°が好
ましいことも確認された。２°以上とすることにより、
実用上必要な基板強度を確保しうる基板厚さが確保され
るからであり、８０°以下とすることにより、分極反転
部を安定して形成することができるからである。なお、
前記角度は、正確には、相対する表面にずらして形成さ
れた一対の電極の互いに近いほうの端部３７a、３７bを
結んだ線分と基板表面とがなす角度として定義される。

【０１２９】また、このような電界の印加方法は、図１
７に示すように、分極方向が基板表面と所定の角度θだ
けずれている場合にも有効であった。この場合の角度θ
は、１〜５°が好ましい。１°以上とすることにより、
分極反転部の深さを増大させることができるからであ
り、５°以下とすることより、分極反転部の均一性を確
保することができるからである。

【０１３０】（実施の形態１０）ここでは、上記実施の
形態により形成した分極反転部を用いた光波長変換素子
の例について説明する。図１８に示したように、光波長
変換素子は、Ｘ板の強誘電体結晶（例えばMgO:LiNbO₃）
の基板４１の表面に、周期３．２μmの分極反転部４３
が形成され、分極反転部と直交するように、プロトン交
換により形成された光導波路４２が形成されている。光
導波路４２は、分極反転部４３の形成の後に、基板表面
にストライプ状のマスクパターンを形成し、これを酸中
で熱処理し、非マスク部分で基板中のLiと酸中のプロト
ンが交換されることより形成される。

【０１３１】次に、作製した光波長変換素子にTi:Al₂O₃
レーザの光を入射し、変換効率を測定した。基板厚みと
変換効率との関係を調べた結果を図１９に示す。基板厚
みが０．３mm以下で変換効率は最大になり、約４００％
／Wの値を示した。

【０１３２】また、基板厚み４４を０．３mm以下にする
ことで、光波長変換素子の温度制御が容易になった。周
期状の分極反転構造を利用した光波長変換素子は、高効
率変換が可能であるが、位相整合条件が厳しく、変換可
能な基本波の波長許容度が０．１nm程度と狭い範囲に限
定されるという問題がある。このため、基本波の波長が
変動すると基板の温度制御により、位相整合の波長を基
本波の波長に合わせる必要がある。ところが、基板が厚
いと基板の熱容量が高いために温度制御に多くの電力が
必要となる。また高速な制御をかけるため急激な温度変
化を行おうとすると、基板の表面と裏面の間で温度差が
生じ、基板に歪みが発生し、特性が劣化する原因となっ
ていた。温度差による基板歪みは、基板の厚みに依存し
て増大するため、例えば０．５mm厚の基板では、特性の
劣化を防止しながら温度による出力の安定化を図るの
に、０．１秒程度の時間を必要とした。しかし、基板厚
みを０．３mm以下にすると、温度変化による特性の劣化
はほぼ解消され、０．０１秒以下の速度で温度安定化を
図っても特性の劣化は観測されなくなり、温度制御によ
る出力安定化を十分に速く行うことができた。

【０１３３】（実施の形態１１）ここでは、上記実施の
形態１０の光波長変換素子を用いた光発生装置について
説明する。この光発生装置も実施の形態６で説明したも
のと同様、短波長光の発生に適したものであり、実施の
形態７で説明したような光ピックアップに用いることが
できる。

【０１３４】図２０に本実施の形態の短波長光発生装置
を示す。半導体レーザ４６からでた基本波は、光波長変
換素子４７により波長変換され、ＳＨＧ４５となって出
射される。例えば波長８００nm帯の半導体レーザを用い
ると波長４００nm帯の青色のＳＨＧ光が得られ、小型の
青色光源が実現できる。本実施例の光波長変換素子はMg
O:LiNbO₃のような非線形光学効果を有する結晶のＸ板が
用いられているため、光導波路がＴＥ偏光となる。従っ
て、半導体レーザを構成する光導波路と同じ偏光方向と
なっており、導波路間の電界分布および偏光方向をほぼ
等しい形状に保って、高効率の結合が可能となった。こ
のため、直接結合により半導体レーザからの出射光を７
０％以上の結合効率で光波長変換素子内に結合できるた
め、高出力の小型短波長光源が実現できた。

【０１３５】このような光発生装置は、実施の形態６で
説明した装置と同様、幅広い分野での応用が可能とな
り、レーザをパルス駆動すると高いピークパワーの基本
波が得られ、耐光損傷強度の観点からも優れたものであ
った。

【０１３６】（実施の形態１２）以上に説明してきた方
法に加えて、本発明によれば、分極方向と基板表面とが
実質的に平行な、または一定の傾きを有する強誘電体基
板に均一で深い分極反転部を形成するための方法とし
て、強誘電体結晶の基板表面に配置した電極の間に形成
した低抵抗部分を利用して分極反転部を形成する方法が
提供される。

【０１３７】最初に従来の分極反転方法による分極反転
特性を調べた。図２１のように、Ｘ板の強誘電体結晶
（MgO：LiNbO₃）基板１１１の表面に、櫛形電極１１２
と棒状電極１１３とを形成し、電源１１５から両電極間
に高電圧を印加し、電極間の分極を反転させる。なお、
櫛形電極１１２は基板の＋Ｃ方向に、棒状電極１１３は
−Ｃ方向に形成されている。電圧を印加する際には、基
板全体を絶縁液中に浸して、放電を防止した。

【０１３８】電極１１２、１１３間の距離と分極反転深
さの関係調べたところ、図２２に示すような結果が得ら
れた。電極間隔が狭くなるに従って分極反転深さは深く
なり、電極間隔が約１００μmで分極反転深さは１μm程
度になった。これは図２３に示すように、電極間隔が広
い場合の電界分布（図２３(a)）に比べ、電極間隔が狭
い場合の電界分布（図２３(b)）では、電極の先端部で
の深さ方向の電界成分が増加するため、深い分極反転が
形成されるからである。しかしより深い分極反転を形成
するため、電極間隔を１００μm以下とすると、電極間
で絶縁破壊が生じ分極反転部が形成されない場合があ
る。そこで、電極間隔を狭めることなく結晶に印加され
る電界方向を制御するべく、本実施形態では電極間に低
抵抗部分を配置することとした。

【０１３９】即ち、図２４に示したように、Ｘ板の強誘
電体結晶基板（MgO：LiNbO₃）１１６の表面に櫛形電極
１１７と棒状電極１１８とを形成し、さらに、電極１１
７、１１８間に低抵抗部分１２０を形成した。低抵抗部
分１２０は、図示したように、櫛形電極１１７の櫛形部
分に対応するように形成し、電極１１７、１１８と低抵
抗部分１２０との距離をそれぞれ３０μmにした。ま
た、低抵抗部分１２０は、ここでは金属膜とした。この
方法により、電圧源１１９から電極間に電圧を印加する
と、深さ方向に１．５μm以上の分極反転部が形成さ
れ、従来の１．５倍の深さの分極反転部が形成可能とな
ることが確認された。

【０１４０】このように深い分極反転部が形成可能とな
ったのは、低抵抗部分１２０を配置することにより、電
極１１７、１１８間に電圧を印加したときの電界分布
が、図２５に示したように、従来（図２３）よりも深さ
方向に大きな成分を有するようになったためである。

【０１４１】次に、低抵抗部分１２０の形状について検
討した。電極の先端部の電界成分は低抵抗部分１２０の
形状に依存する。例えば低抵抗部分の分極方向の長さを
５μｍ未満にすると低抵抗部分がない場合とほとんど同
じ深さの分極反転しか形成されなかった。低抵抗部分を
１０μm以上とすると低抵抗部分による分極反転深さの
増大効果が現れた。しかし、低抵抗部分の長さが３０μ
m程度で分極変転深さは最大となり、それ以上長くして
も深さは変わらなかった。従って、低抵抗部分は１０〜
３０μm程度とすることが好ましい。

【０１４２】また、低抵抗部分が１つのときには、分極
反転部は、電極間に２カ所（櫛形電極の先端端と低抵抗
部分の一端）しか形成されないため、大面積に分極反転
部を形成することができない。そこで、結晶を有効に利
用する方法として電極間に複数の低抵抗部分を形成する
方法を検討した。

【０１４３】具体的には、図２６に示したように、低抵
抗部分１２１a、１２１bを電極１１７、１１８間にほぼ
均等に配置した。電極１１７、１１８間に電圧を印加す
ると各低抵抗部分１２１a、１２１b間に均等に電圧が印
加される。印加電界の形状は各低抵抗部分の間で同じに
なり、深い分極反転部が均一に形成された。さらに、こ
の方法を用いると電極間隔を大幅に増大できるため、広
い面積に分極反転部を形成できることが確認された。

【０１４４】即ち、従来の方法では、電極間隔は１００
μm程度が最適で、より広い面積に分極反転部を形成し
ようとすると、図２３（a）に示したように分極反転部
が浅くなってしまうという問題があった。ところが、電
極間に低抵抗部分を複数設けるとこのような問題を回避
しながら電極間隔を拡大することができる。例えば、電
極１１７、１１８の間隔を５００μmとし、低抵抗部分
を電極間に均等に配置することにより、従来の１００μ
m程度に比べ５倍の面積に、均一な分極反転部を形成す
ることができた。

【０１４５】また、低抵抗部分として他の低抵抗体につ
いて検討した結果、低抵抗部分としては基板より低い電
気抵抗を有する材料であれば効果があることが確認され
た。さらに、分極反転部の均一化に有効なのは、基板の
電気抵抗より一桁以上抵抗値が低い材料が好ましいこと
も確認された。

【０１４６】次に、低抵抗部分としてイオン交換部分を
利用することを試みた。ここでは、イオン交換としてプ
ロトン交換を利用した。プロトン交換によれば、基板の
電気抵抗を１桁以上低減することが可能となる。図２６
に示した方法とほぼ同様の方法により低抵抗部分１２１
a、１２１bをプロトン交換により形成し、電極間に電圧
を印加したところ、金属膜を低抵抗部分に用いたときに
比べ、１．２倍の深さの分極反転が形成された。これ
は、金属膜が基板表面に形成されるのに対して、プロト
ン交換部分は基板内部に形成されるため、印加電界の分
布がより深くなったためと考えられる。

【０１４７】なお、低抵抗部分としてプロトン交換を用
いたが、上記のように他のイオンによるイオン交換、ま
たは金属拡散による方法も基板の抵抗を低下させる方法
として有効である。

【０１４８】（実施の形態１３）次に、分極方向が基板
表面に対して０°以上の角度を有している単一分極の強
誘電体結晶基板（MgO：LiNbO₃斜め基板）に、この方法
の適用を試みた。

【０１４９】まず、最初に従来から報告されている方法
により、図２７に示したように、結晶のＸ軸が基板法線
に対して３°傾いた斜め基板１２６上に櫛形電極１２７
と棒状電極１２８を、電極間隔を４００μmとして形成
し、絶縁液中で電圧源１２９から電圧を印加した。

【０１５０】その結果、図２７(b)および(c)に示すよう
に、分極方向に沿って基板内部に潜り込んだ棒状の分極
反転部が形成された。分極反転周期３．２μmのとき、
分極反転部の深さ方向の大きさは約２μm程度であっ
た。

【０１５１】このように、従来の方法によると、斜め基
板を用いることにより深い分極反転部を形成することが
可能ではあるものの、分極反転部が基板表面に対し角度
をもって成長するため、電極指先端から離れるに従い、
分極反転部が基板中に潜り込んでしまい、基板表面に形
成する光導波路との重なりが減少するという問題が発生
していた。例えば、結晶軸が基板表面に対し３°傾いて
いる場合、電極指先端近傍では深さ２μmの分極反転部
が表面から形成されるが、２０μm離れたところでは分
極反転部は１μm内部に潜っているため、光導波路とは
半分程度しか重なり合わない。２０μm離れると２μm潜
り込み、光導波路とはほとんど重ならなくなってしま
う。このため、光導波路を形成する部分は実質的に基板
表面の一部に限られ、基板には１本または２本程度しか
光導波路が形成できなかった。

【０１５２】図２８に示したように、実施の形態１２と
同様、低抵抗部分を利用することとした。分極方向が基
板表面と３°傾いたMgO：LiNbO₃斜め基板１２６（結晶
のＸ軸が同図に示すように基板法線に対し３°傾きＹ軸
は基板表面に平行）上に、櫛形電極１２７と棒状電極１
２８とを形成し、両電極１２７，１２８間に低抵抗部分
（金属膜）１２２a、１２２bを形成した。櫛形電極１２
７と棒状電極１２８との間隔は４００μmとし、低抵抗
部分１２２a、１２２bは櫛形電極１２７の櫛形部分に対
応するように形成し、電極間方向の長さは２０μmと
し、電極１２７，１２８間に均等に配置した。

【０１５３】このようにして電極１２７、１２８間に電
圧を印加して分極を反転させたところ、断面図である図
２８(b)に示すように、分極反転部１３１は、櫛形電極
１２７のみならず低抵抗部分１２２からも成長してい
た。櫛形電極１２７から成長した分極反転深さは約２．
２μm、低抵抗部分１２２a、１２２bから成長した分極
反転深さは約１．８μmで、ともに深い分極反転部とな
っていた。このように、本実施の形態によれば、低抵抗
部分が印加される電界によりいわば中間電極として作用
することにより、電極間隔４００μmにわたり光導波路
と十分重なる分極反転部分が複数形成され、基板の有効
面積が数倍に向上した。

【０１５４】この方法で形成した分極反転部１３１は、
従来の方法では形成できない深い周期的な構造であっ
て、図２８(c)に示すように、基板深さ方向にも周期的
に形成されていた。

【０１５５】さらに中間電極１２２a、１２２bの間隔を
狭めることにより、深さ方向に分極反転部を接触させる
ことが可能となった。このような方法を用いれば、表面
から深さ１０μm以上にわたり周期状の分極反転部を形
成できることが確認された。従来はせいぜい２μm程度
であった分極反転深さを１０μm以上に拡大することが
可能となり、光波長変換素子の効率を飛躍的に向上させ
ることが可能となった。

【０１５６】次に基板結晶の結晶軸と基板平面との傾き
について検討した。結晶軸の傾きは、分極反転深さに影
響する。分極反転部を製造する場合、図２９に示すよう
に、角度０°で０．８μm、角度３°で２μmとなった
が、角度が１０°以上になると分極反転部の形成が難し
くなった。結晶角度を小さくすると形成される分極反転
部が浅くなる傾向にあるため、斜め基板に櫛形電極と棒
状電極のみで分極反転部を形成する場合には、光導波路
と同程度の分極反転深さを得るには、１〜５°、特に２
〜５°が好ましい。

【０１５７】しかし、上記のように深さ方向に分極反転
部を接触させて分極反転部を形成する場合には、結晶軸
の傾き角度の小さい基板でも深い分極反転の形成が可能
である。例えば、傾きが２°以下の基板においても１０
μｍ以上の深い分極反転部が形成できる。結晶軸の傾き
が２°以下になると、分極反転部の傾きが小さくなり、
面内の分極反転部の均一性が向上するという利点があ
る。

【０１５８】また、中間電極１２２の長さは、この部分
から成長する分極反転部の深さに影響し、さらに櫛形電
極や他の中間電極から成長する分極反転部にも影響を与
えることが判明した。

【０１５９】図２８(b)に示したように、中間電極１２
２下に形成される分極反転部は、ほぼ低抵抗部分長にわ
たり分極反転し、電極指の先端より基板内に潜り込むた
め、電極の長さは分極反転深さに影響を与える。図３０
に中間電極１２２の電極長とその下に形成される分極反
転部の深さとの関係を示す。電極長が５μm以下のとき
は深さ方向の分極反転は実質的に形成され難い。一方、
１０μm程度から分極反転部は深さ方向に形成され、電
極長に比例して増大するが、３０μm程度で飽和し、そ
れ以上電極長を長くしても分極反転深さは増大しない。
従って、電極長は１０〜３０μmに設定することが好ま
しい。

【０１６０】一方、中間電極が長くなると、他の電極に
より形成された分極反転に影響を与える。櫛形電極１２
７から棒状電極１２８に向かい分極反転部が成長してい
くが、電極間に存在する中間電極１２２が長くなると、
成長する分極反転部の長さが制限されることが見出され
た。即ち、電極長が３０μm以下のとき、分極反転は櫛
形電極１２７の電極指先端から棒状電極１２８の端部ま
で形成されるが、電極長が３０μmを超えると分極反転
部は中間電極の途中までしか形成されず、分極反転部の
成長が半分以下になってしまう。これは、電極間の電界
分布が電極構造により異なるためである。従って、この
点からも中間電極の長さは１０〜３０μmが好ましいこ
とが明らかになった。さらに深い分極反転を形成するに
は２０〜３０μmが好ましい。

【０１６１】電極形状は分極反転の均一性に影響を与え
る。電極下に形成される分極反転部１３１を上面から観
測すると、図３１に示すように、最初は細く電極指の先
端に進むに従って太くなりつつ基板内に潜っていく。分
極反転部の均一性を向上させるには、電極構造を分極反
転形状に類似させることが有効であった。例えば中間電
極１２２の形状を略三角形にした場合について分極反転
形状の均一性の検討を行ったところ、矩形の電極を用い
た場合よりも均一性は約１．５倍に向上していることが
確認された。これは、分極反転形状に電極構造を近づけ
たためと考えられる。

【０１６２】さらに、上記のように、結晶成長により形
成した結晶薄膜を用いることもできる。結晶成長した薄
膜層は、結晶性に優れ、高い非線形性を有するため高効
率の光波長変換素子が形成できる。さらに、結晶層を光
導波路として使用できるため、導波路形成による非線形
性の劣化が防止できる。

【０１６３】（実施の形態１４）上記実施の形態に加え
て、本発明によれば、分極方向と基板表面とがほぼ平行
な、または一定の傾きを有する強誘電体基板に均一で深
い分極反転部を形成するための別の方法として、強誘電
体結晶の基板表面に凹部を形成し、この凹部内に形成し
た電極を利用して分極反転部を形成する方法が提供され
る。

【０１６４】深い分極反転構造を形成する他の方法につ
いて説明する。図３２に示すように、Ｘ板基板の一方
（＋Ｃ側）に周期状に凹部１４０を形成し、この凹部を
含む領域に第１の電極１４２を形成する。さらに基板表
面の−Ｃ側に棒状電極１４３を形成し、両電極間に電圧
を印加して周期状の分極反転部を形成する。なお、図３
２に示すように、凹部１４０間の結晶表面を絶縁膜（例
えばＳｉＯ₂）１４１で被覆した。

【０１６５】基板に彫り込んだ凹部１４０内に電極を形
成することで、分極反転核を基板の深い部分で発生さ
せ、この分極反転核から深い分極反転部１４５を成長さ
せることが可能となる。例えば、凹部の深さを１μm程
度とすると分極反転部の深さは２μmとなり、従来の２
倍の深さの分極反転が形成できた。

【０１６６】凹部１４０間の絶縁膜１４１の効果は、均
一な周期構造の形成にある。絶縁膜１４１で被覆しない
場合、凹部１４０の間で発生した隣接する分極反転部が
互いに接触し短周期の分極反転の形成が困難になる場合
があった。特に、分極反転周期が５μm以下の反転構造
は、その形成が難しかった。ところが絶縁膜で覆うこと
により電極間の絶縁性が増し、短周期の分極反転部が形
成できることが見出された。これにより周期３μm以下
の分極反転構造の形成が可能になった。

【０１６７】分極反転部の深さは、電極１４２の深さに
依存する。分極反転部は凹部の底面から１μm程度上下
に広がりながら成長するため、深さとしては０．５μm
以上の深さの凹部を形成し、分極反転深さを１．５μm
以上にすることで高効率の光波長変換素子が形成でき
た。ところが、凹部の深さを３μm以上にすると分極反
転部が基板内部に形成されるため、深さは３μm以下に
設定することが好ましい。

【０１６８】このような彫り込み電極を容易に形成する
方法も新たに見出された。図３２に示したような電極構
造を形成するには、彫り込んだ部分に選択的に金属膜を
形成する必要があり、マスクの位置合わせ等煩雑な作製
プロセスを必要とする。そこでセルフアライメントが可
能な方法を図３３により説明する。

【０１６９】図３３に示したように、この方法は、Ｘ板
基板（例えばMgO：LiNbO₃）１４６の表面に、絶縁膜
（例えばSiO₂膜）１４７を例えば０．２μmの厚さに堆
積し（図３３(a)）、フォトリソグラフィーとエッチン
グにより絶縁膜１４７と基板１４６とを同時にエッチン
グし、深さが例えば２μm程度の凹部１４８を周期的に
形成し（図３３(b)）、凹部１４８上に金属を蒸着して
第１の電極１４９を形成し（図３３(c)）、さらに基板
表面に棒状電極１５０を形成し（図３３(d)）、電極１
４８、１５０間に電圧を印加することにより、凹部１４
８側面より分極反転核を発生させ、棒状電極１５０側に
成長させるものである。この方法を用いると、彫り込ん
だ部分に電極を選択的に形成する必要がなく、凹部にセ
ルフアライメントにより選択的に電極構造を形成でき
た。

【０１７０】この場合、約２μmの深さの分極反転部が
形成できた。凹部の断面は、図４４(ｂ)に示したと同
様、凹部底面は基板が露出しているが凸部はＳｉＯ₂膜
で絶縁されている。このため凹部の底面の基板表面に金
属が直接接触している。分極反転の発生は金属接触部分
で顕著となるため、凹部の底面でのみ分極反転が発生
し、棒状電極に向かって成長する。一方凸部分は絶縁膜
１４１で覆われているため、分極の発生が抑えられる。

【０１７１】凹部の底面は基板表面から２μm程度深い
部分にあるため、深さ３μmの分極反転構造も形成でき
る。これは従来の約３倍の深さであり、高効率の光波長
変換素子の作製が可能になった。

【０１７２】上記実施の形態による分極反転部の製造方
法により形成した周期状の分極反転部を用いた光波長変
換素子を作製した。この光波長変換素子は、図２６に示
すように、MgO：LiNbO₃等強誘電体結晶基板１５１の表
面に、光導波路１５４と光導波路を周期的に横断するよ
うに形成された分極反転部１５３とが形成されている
が、最も顕著な特徴は分極反転部１５３の一方の端部に
凹部１５２が存在していることである。

【０１７３】基板に凹部を形成し分極反転部を形成する
と、斜め基板を用いた従来の方法よりも深い分極反転部
が形成できた。例えば、MgOをドープ゜したLiNbO₃基板の
分極反転部は、電極周辺部に拡大するが、幅方向の拡大
に比べ深さ方向の拡大が大きい。このため、斜め基板に
形成した分極反転部はほぼ半円状の分極反転部となる。
一方、上記電極構造を用いると分極反転部はほぼ円形の
反転となり、斜め基板を用いた場合の１．５倍の３μm
以上の厚みの分極反転が形成できることが明らかになっ
た。このため、光波長変換素子は、斜め基板を用いた場
合の２倍の効率が得られた。

【０１７４】また、分極反転部が基板表面に略平行に形
成されるため、形成された全ての分極反転部が光導波路
と十分な重なりを有する利点を持つ。斜め基板を用いた
従来の方法では使用可能な分極反転部の有効面積が小さ
かったが、彫り込み電極を用いると分極反転部の有効面
積を大幅に増大できるという利点もある。

【０１７５】さらに、分極反転の一端に形成した凹部
は、光波長変換素子および光波長変換素子を用いた短波
長光発生装置の形成に有効に利用できる。光波長変換素
子を形成するには、作製した分極反転構造に位置合わせ
して光導波路を形成する必要があるがら、分極反転構造
は目視では観測できないため位置合わせ用のマーカ等の
形成が必要であり作製プロセスが複雑となる。ところ
が、分極反転部の一端に凹部が形成されていると、光導
波路との位置合わせをこの凹部に合わせることで容易に
実施しうる。同様に、短波長光発生装置は、光波長変換
素子と半導体レーザを直接結合させて固定する。このた
め、光波長変換素子の光導波路と半導体レーザの光導波
路とをサブミクロンの精度で位置合わせする必要があ
る。そのためには、それぞれの光導波路に位置合わせの
ためのマークを形成し、それぞれのマークを画像検出し
位置合わせが為される。分極反転部の一端に凹部が形成
されていると、これを画像検出することは非常に容易で
ある。さらにこの凹部に合わせて光導波路が形成されて
いるため、凹部の位置から光導波路の位置をサブミクロ
ン精度で検出できという利点を有する。しかも、基板に
彫り込んだ凹部は容易に削除できないため、他の作製プ
ロセス等で損なわれることが無く、確実に検出できる。

【０１７６】なお、本実施の形態では、絶縁膜としてSi
O₂を用いたが他にレジストも利用できる。レジストを用
いるとエッチングに用いたレジストをそのまま利用し
て、レジスト上に電極を形成することで同様の分極反転
構造が形成できるため作製プロセスの単純化が図れる。
絶縁膜としてレジストを用いうる点は他の実施形態にお
いても同様である。また、本実施の形態ではＸ板を用い
たが言うまでもなくＹ板等も使用できる。さらに上記の
ように斜め基板等を用いても本実施形態による効果は得
ることができる。

【０１７７】（実施の形態１５）本発明の光波長変換素
子のさらに別の実施形態について説明する。この光波長
変換素子は、上記実施の形態１３により製造しうる分極
反転構造を利用したものであり、図３５(a)に示すよう
に、結晶軸が基板表面より傾けて切り出してある強誘電
体結晶（MgO：LiNbO₃）基板板１６１の表面には、分極
反転部１６２と光導波路１６３とが形成されている。こ
の分極反転部１６２は、図３５(b)に示すように、基板
表面に垂直であって基板の分極方向に沿った断面におい
て層状構造を形成しており、また、光導波路が伸長して
いる方向にも周期的に形成されている。このように分極
反転部１６２は、光導波路の伸長（進行）方向および基
板深さ方向に周期構造を有している。分極反転部の厚み
は例えば２μm、分極反転部間の間隔は例えば０．３μm
とされる。光導波路の厚みは例えば４μmである。

【０１７８】このような光波長変換素子において、光導
波路のパワー密度を低減し、高出力の高調波の発生が可
能となるように導波路形状を大きくした。このようにし
ても、分極反転部１６２を深さ方向に周期的に形成する
ことで、従来難しかった深い分極反転構造の形成が可能
となり、深い導波路とも十分なオーバラップが確保され
た。

【０１７９】この光波長変換素子の特性を評価したとこ
ろ、２００mWの入射光１６４で１００mWの青色の出力光
１６５が得られ、従来の５倍以上の高出力が実現した。
出力は安定しており、光損傷による出力変動等も実質的
に観測されなかった。深い導波路構造により高効率化が
図れ、導波路断面積を大きくすることでパワー密度の増
大による光損傷の発生を低減することが可能となったた
め、高出力の光波長変換素子作製が可能となった。

【０１８０】従来、短周期で深い分極反転部の形成が難
しかったのは、分極反転部が深さ方向と同時に幅方向に
拡大するのが一因であった。青色〜紫外にかけての短波
長光に波長変換するには、分極反転周期として３．５μ
m以下の短周期構造が必要となる。このため、分極反転
部の幅は２μm以下に低減しなければならない。一方、
分極反転部の深さが光導波路と十分重なるためには２μ
m以上の深い構造が必要となる。従来は、分極反転部の
幅方向の広がり速度だけを制限して、深い分極反転構造
を形成するのは困難であった。しかし、上記のように、
分極反転構造を深さ方向に周期的に重ねることにより、
実質的に深い分極反転構造が形成可能となった。

【０１８１】さらに、このような分極反転構造が存在す
ることで、耐光損傷強度を大幅に向上させることができ
た。光損傷が生じると、光により不純物が励起され分極
方向に分布を持つことで電界が発生し、電気光学効果を
介して屈折率変動が生じる。分極が反転していると励起
される不純物の移動が分極反転部で逆転するため、発生
する電界が相殺され光損傷の発生が抑えられる。分極反
転部を深さ方向に周期状に形成することで電界相殺の効
果がより一層強くなった。これによって、従来の２倍程
度の耐光損傷強度が得られた。

【０１８２】分極反転構造を深い反転として利用するに
は、反転部の厚みを深さ方向の周期に対して小さくする
必要がある。これは、分極反転部同士が離れていると、
光導波路と重なる部分が減少するからである。光導波路
と適当な重なりを得るには、分極反転部の厚みＤを深さ
方向の分極反転周期Λの１／２以下にすることが好まし
い。さらに、高効率化するためには、Λ／４程度にする
ことが望ましい。

【０１８３】（実施の形態１６）上記実施の形態で示し
たように、分極反転部が自発分極の方向に沿って形成さ
れる性質を利用すれば、斜め基板を用いてバルク状の分
極反転構造を形成することができる。この分極反転構造
は、バルク型の素子として利用できる。本実施の形態
は、このような分極反転構造の製造方法と素子の例を提
供するものである。図３６に示したように、Ｘ軸が基板
１６６の法線より３°傾いた強誘電体結晶（MgO:LiNb
O₃）基板１６６上に、電極１６７，１６８が形成されて
おり、両電極１６７、１６８間には棒状の中間電極１６
９が形成されている。中間電極は複数の電極を等間隔で
配置してもよい。電極１６７、１６８間に電圧を印加す
ると、電極１６７と中間電極１６９の下に分極反転部が
形成され、基板１６６の結晶の分極方向に分極反転部が
成長する。このような方法を利用すれば、図３６(b)に
示したような、複数の分極反転部１７０が互いに平行な
層状となった構造を形成することができる。

【０１８４】図３６(b)に示したような分極反転構造
は、ほぼ垂直に光を入射すさせるバルク型の光波長変換
素子として利用される。この光波長変換素子の特徴は、
短周期の分極反転部１７０の形成が容易な点である。図
３６(b)から明らかなように、電極の周期よりも基板表
面に垂直な方向（深さ方向）の分極反転部の周期を短く
することができる。例えば３°結晶軸が傾いている基板
を用いた場合、電極の周期に対して分極反転部の深さ方
向の周期は1／20程度になる。即ち、棒状電極を周期２
０μmごとに形成すると、分極反転部の周期は約1／20の
１μmとなる。このように、非常に短周期の分極反転部
を容易に形成することができる。短周期の分極反転構造
が形成できれば、変換する波長の短周期化が可能にな
る。

【０１８５】なお、本実施の形態では電極１６７として
棒状電極を用いたが、これに代えて櫛形電極を用いるこ
とがさらに好ましい。櫛形電極を用いると、電界印加時
に圧電効果により結晶が歪むことにより電極周辺部で発
生するクラックを抑制することができる。ただし、櫛形
電極を用いると、分極反転部が面内で周期状になる。こ
れを避けるため、櫛形電極の櫛の幅をその周期の１／２
以上とすることにより、分極反転部を隣同士接続させて
棒状電極を用いた場合と同様の分極反転部を形成するこ
とができる。

【０１８６】（実施の形態１７）本発明は、上記実施の
形態１６により製造しうるバルク状の分極反転構造を用
いた光回折素子を提供するものでもある。この回折素子
は、図３７に示したように、MgO:LiNbO₃等の斜め基板１
７１に周期的に分極反転部１７２が形成されており、さ
らに、電極１７３、１７４が基板の表面と裏面に形成さ
れている。基板に光１７５が入射した時に電極間に電圧
を印加すると、電気光学効果により分極反転部と非反転
部がそれぞれ屈折率変化を生じ、分極反転構造のグレー
ティングが形成される。これによって基板を透過する光
を変更することが可能となる。本実施の形態の光回折素
子は、分極反転部が面内方向および深さ方向の両方向に
ついての２次元的周期構造を有しうるため、２次元の回
折素子を形成できる。さらに電圧を印加することで、回
折強度を変調することも可能である。

【０１８７】なお、本実施の形態では、分極反転部によ
る回折を利用したが、さらに、基板表面にエッチングに
よる回折素子を集積化することができる。基板表面に回
折素子を形成すると、複合する機能を１つの素子に集積
化できるため、より複雑な回折機能が実現できる。

【０１８８】なお、本実施の形態では屈折率変調用の電
極として一対の電極を表面と裏面とに形成したが、表面
または裏面に複数の電極を設けてもよい。複数の電極で
印加電界を制御すると回折素子の効率を面内に２次元的
に分布させることが可能となるため好ましい。この際に
は、透明電極を用いると電極による回折光への影響が避
けられるため電極を形成する場所の規制がなくなりさら
に好ましい。

【０１８９】さらに、本実施形態の回折素子を用いた光
情報処理装置の例について図３８により説明する。図３
８において、半導体レーザ１８０から出射されたビーム
はビームスプリッタ１８１を透過し、回折素子１８５お
よびレンズ１８２により情報記録媒体である光ディスク
１８３に照射される。反射光は逆にレンズ１８２により
コリメートされビームスプリッタ１８１で反射され、デ
ィテクタ１８４で信号が読みとられる。回折素子１８５
は、光ディスク１８３上に集光する集光スポットを制御
している。光ディスク１８３の信号を安定に読むとるに
は、焦点スポットを決められた位置に集光する必要があ
る。そこで、集光スポットを回折素子１８５を用いて制
御することとした。上記回折素子１８５は高速応答が可
能なため、５００MHz以上の速度での回折制御が可能と
なった。これによって、高速で安定な光情報処理装置が
構成できる。

【０１９０】（実施の形態１８）さらに本発明によれ
ば、結晶の分極方向が表面に対して傾いている基板を用
いて、この結晶の表面に離間して配置した２つの電極間
に絶縁膜を配置して電圧を印加することにより、分極反
転部を製造する方法が提供される。

【０１９１】基板は、強誘電体結晶（MgOをドープしたL
iNbO₃）であって分極方向が基板表面に対して３°傾い
ているものを用いた。まず最初に図３９に示すように、
基板表面に直接電極を形成して電極間に電圧を印加し
た。第１の電極１９２は櫛形電極であり、第２の電極１
９３は棒状電極とした。電圧印加は、放電を避けるため
に絶縁液中で行った。ところが分極反転形成時に電極間
で絶縁破壊が生じて高い電圧が印加できない場合が多
く、均一な分極反転部が形成される割合が低いことが判
明した。

【０１９２】また、分極反転部の厚さも１．２μm程度
と薄いものしか形成されなかった。この原因は、分極反
転部の発生により電極間に電圧降下が生じ、印加電圧が
一時的に低下したためであると考えられる。また電極間
隔は４００μmで印加電圧は３kVであった。さらに高い
電圧を印加すると絶縁破壊が生じるため、電圧を印加で
きなかった。

【０１９３】さらに分極反転を１０mmにわたって形成し
たところ、図４５に示すような不均一な分極反転部が多
く存在するようになった。これは、分極反転のため、高
圧を印加した場合、結晶の不均一により櫛形電極の一部
で通電が生じたり、分極反転部が部分的に大きく成長し
たためである。

【０１９４】次に、図４０に示したような電極全体を絶
縁膜１９５で覆って電圧を印加したところ、電極間の絶
縁性が増し、分極反転部の均一性は向上した。しかし、
不均一な部分は依然として存在し、１０mm全体にわたり
分極反転部を形成することは困難であった。これは両電
極が結晶表面に接触しているため、結晶の不均一な部分
で抵抗値の値が変わり、印加電圧に不均一性が生じたた
めであると考えられる。絶縁膜としてはSiO₂を用いた
が、SiO₂の膜厚は５０nm以上ではいくら堆積しても反転
特性に変化はなかった。

【０１９５】以上にように分極反転部が不均一に形成さ
れてしまうという問題について検討を行った。その結
果、この不均一性の原因としては、結晶の不均一性も問
題にはなるが、電圧降下として確認される電極間の漏れ
電流が大きな問題となることが確認された。さらにこの
漏れ電流について詳細に検討した結果、具体的には以下
の２カ所における漏れ電流が問題となることが確認され
た。

【０１９６】1)電極間隔が部分的に狭くなっている部
分、または電極間にゴミ、汚れ等が付着している部分。 2)一方の電極から斜め下方に潜り込むように成長する分
極反転部の先端部近傍と、その上に存在する他方の電極
との間。

【０１９７】上記1)に関しては、電極間隔の確保、およ
びプロセス中のダスト低減を図ることにより解決が可能
である。しかし、2)の問題は電極設計により回避するこ
とができなかった。分極反転部は一方の電極から成長
し、他方の電極の直下近傍にまで伸長する。その後、分
極反転部は厚み方向に成長を続ける。しかし、上記2)の
漏れ電流が存在すれば厚い分極反転部の形成が困難とな
る。

【０１９８】このような分極反転部と電極との間の漏れ
電流は、分極反転部が基板と比較しても低い電気抵抗を
有し、分極反転部の先端部と電極との間隔がかなり狭い
ためと考えられる。例えば、３°カットのＸ板を用いて
電極間隔を２００μmとすると、この間隔は約１０μm程
度となってしまう。電極間隔を４００μmとしても上記
間隔は約１０μmである。このため、電極間隔を２００
μmとして、図３９および図４０に示したような方法に
より分極反転部を形成しようとすると、漏れ電流が発生
し易くなって印加できる電圧は２kV以下となり、形成さ
れる分極反転部の深さにも改善は見られなかった。

【０１９９】そこで、このような電極間の漏れ電流を完
全に防止する方法として、図４１に示したような方法を
検討した。この方法によれば、電極１９３と基板１９１
とが絶縁膜１９５により絶縁され、図４２に示したよう
な均一で深い分極反転部を形成することが可能となっ
た。この場合、絶縁破壊することなく印加可能な電圧
は、図３９および図４０に示したような形態の場合が３
kVであったのに対し、４kV以上にまで増大した。このよ
うな印加可能電圧の上昇により、形成しうる分極反転部
の厚みも２μm以上にまで増加した。

【０２００】図４１に示したような方法を用いることに
より、分極反転部の均一性が大幅に向上することも見い
出された。絶縁膜を介して電極を形成することにより、
結晶の不均一性による印加電圧の不均一性を効果的に抑
制することができたためである。このため、３０mm以上
にわたり均一な分極反転部を形成することが可能となっ
た。

【０２０１】なお、上記におけるSiO₂絶縁膜は、スパッ
タリング法により形成した。また、この膜厚は１００nm
未満では効果がほとんどなく、２００nm以上とすると均
一で深い分極反転部の形成が可能となった。１μm以上
堆積しても反転特性に変化はなかったが堆積に時間がか
かるため、これほどまでに厚くするのは生産効率上好ま
しくはない。

【０２０２】図４１に示したような方法により、分極反
転部を形成する場合には、電極間に流れる電荷量を正確
に制御することが好ましい。漏れ電流が実質的に存在し
ないため、電極間に流れる電流が分極反転電流となるか
らである。従って、電荷量制御が不十分となり、例えば
電荷量が大きくなりすぎると隣接する分極反転部同士が
接触して周期状の分極反転構造が形成困難となるおそれ
がある。好ましい電荷量は、電極１９２、１９３間の電
気容量（Ｃ）と分極反転電荷（Ps×Ｓ）の和である。こ
こで、Psは基板結晶の自発分極であり、Ｓは分極反転部
の断面積の総和である。なお、Ｃ板の場合の電荷量（２
Ps×Ｓ）と相違するのは、電極間の電気容量Ｃと分極反
転電荷の値が等しくならないことに基づく。

【０２０３】次に、図４３に示したような絶縁膜を電極
下に堆積する方法を検討した。この方法によれば、結晶
表面から電極を隔離することが可能となり、結晶の不均
一性による印加電圧の不均一性を回避することが可能と
なり、形成される分極反転部も均一性に優れたものとな
った。しかし、絶縁膜の厚みを増していくと、櫛形電極
１９４の電極指間の電界成分が重なってくるため、分極
反転部が周期状にはならず、隣接する分極反転部が互い
に接続する現象が観察された。周期状の分極反転部が均
一に形成される絶縁膜の厚みは、絶縁膜としてSiO₂を用
いた場合で、２０〜１００nmであった。２０nm未満では
分極反転が不均一になり、１００nmを越えると周期状の
分極反転部が形成されなかった。放電を防止するために
は、１０nm以上のSiO₂膜厚が必要であるが、この膜厚が
１００nmを越えると周期状の分極反転部が得られなくな
る。放電を防止しながら、周期状の分極反転部を得るた
めには、この膜厚を１０〜１００nmとすることが必要で
あった。また、膜厚を２０〜６０nmとすると、良好な特
性を得ることができた。

【０２０４】（実施の形態１９）さらに、分極反転部を
基板表面の大きな面積に形成する方法を検討した。図４
４は、本実施の形態の構成を示す平面図である。図４４
に示すように、強誘電体結晶の基板１９６上に２以上の
電極対により分極反転部を形成することにより、製造効
率が大幅に向上した。図示したように、個々の電極対１
９９は、櫛形電極１９７と、この櫛形電極の櫛形部分を
伸長させた方向に形成された棒状電極１９８とによって
構成される。また、個々の電極対は、櫛形電極の櫛形が
同一方向となるように配置される。

【０２０５】また、櫛形電極１９７の前方と後方に棒状
電極１９８が存在することにより、分極反転部の均一性
と深さが向上することが確認された。一対の電極１９９
間の電圧印加のみにより分極反転部を形成する場合に
は、櫛形電極１９７の先端部に印加される電界は、その
電極と対をなす棒状電極１９８からのみ影響を受ける。
しかし、電極対１９９を複数個配置することにより、櫛
形電極の先端部に印加される電界は、その背後の棒状電
極２００からも影響を受けるようになる。この背後の棒
状電極により、櫛形電極の先端部における基板の厚み方
向の電界成分は強くなる。従って、本実施形態によれ
ば、より深い分極反転部を形成することができる。

【０２０６】さらに、上記電極対における電極間距離Ｌ
₁と、隣接する電極対における電極間距離Ｌ₂との影響に
ついて調査した。このときの基板１９６としては、分極
方向が基板表面と３°傾いているMgO:LiNbO₃を用いた。

【０２０７】Ｌ₁は、１００〜１０００μmが適当であっ
た。１００μm未満では電極間で放電が生じて分極反転
部の形成に至らない場合があり、１０００μmを越える
と印加電圧が高くなりすぎて（例えば１０kV）絶縁破壊
が生じる場合があった。また、２００〜８００μmとす
ると分極反転の均一性が向上し、さらに好ましい結果が
得られた。Ｌ₂は、１００〜２００μmが適当であった。
１００μm未満では上記と同様放電が生じる場合があ
り、また形成される分極反転部の厚さも１μm程度に止
まった。一方、２００μmを越えると周期的な分極反転
部の形成が困難となった。

【０２０８】しかし、櫛形電極１９７を絶縁膜で覆い、
この絶縁膜上に棒状電極１９８を形成して電圧を印加し
たところ、Ｌ₂が２００μmを越えても周期的な分極反転
部に支障は見受けられなかった。これは、櫛形電極１９
７を絶縁膜で覆うことにより、櫛形電極における電極指
間の電気的な分離が確保されるようになったためである
と考えられる。また、背後の棒状電極２００と櫛形電極
１９７との間の漏れ電流が抑制されたためであると考え
られる。また、この構成においては、Ｌ₂を１００〜１
０００μmとすると、分極反転部の均一性が向上するこ
とが見出された。さらに、形成される分極反転部の深さ
も２μm程度となり従来の２倍程度とすることができ
た。

【０２０９】また、形成される分極反転部の均一性は、
櫛形電極の総長さ（図２６におけるＬ₃の合計）に依存
することも確認された。この総長さが増加するにつれて
分極反転部の均一性が劣化する傾向にある。これは、総
長にほぼ比例して電流値が増大するためであると考えら
れる。実験の結果、総長さを１０〜２００mm、特に１０
〜１００mmとすることが好ましいことが、分極反転部の
均一性を向上させる観点から好ましいことが確認され
た。

【０２１０】なお、上記各実施形態で用いた基板には、
液相成長を利用したものを用いることが好ましい。均一
な光学結晶を安価に製造することができるからである。
特に光導波路を形成する場合には、光導波路が結晶表面
から数μmの範囲のみを利用するものであるため、液相
からエピタキシャル成長させた部分を利用すれば十分で
ある。また、液相成長を利用することにより、例えばLi
NbO₃ にMgOをドープすることが容易となる。MgOをドー
プすれば基板の耐光損傷度を改善することができる。ま
た（基板に）Ndをドープすれば、レーザ媒質として使用
できる。

【０２１１】

【発明の効果】以上、詳細に説明してきたように、本発
明によれば、従来よりも、深さ、均一性、有効面積等の
点において改善され、光波長変換素子等に好適な分極反
転部が提供される。また、本発明によれば、例えば従来
よりも安定して短波長を発生しうる、特性が改善された
光波長変換素子が提供され、このような素子を用いた光
発生装置および光ピックアップが提供される。さらに、
本発明によれば、高速応答可能な回折素子が提供され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の分極反転部の製造方法の例を基板の
断面方向から示す図である。

【図２】本発明の分極反転部の製造方法の別の例を基
板の断面方向から示す図である。

【図３】光波長変換素子の製造方法の例を示す図であ
る。

【図４】図３の方法で製造した光波長変換素子の断面
図である。

【図５】本発明の分極反転部を安定化させる方法を基
板の断面方向から示す図である。

【図６】プロトン交換後の熱処理と、分極反転が消滅
する深さとの関係を示す図である。

【図７】本発明の光波長変換素子の例を示す斜視図で
ある。

【図８】本発明の分極反転部の製造方法の例を基板の
平面方向から示す図である。

【図９】本発明の分極反転部の製造方法の別の例を基
板の断面方向から示す図である。

【図１０】本発明の短波長光発生装置の例の斜視図で
ある。

【図１１】本発明の光ピックアップの構成の例を示す
図である。

【図１２】本発明の分極反転部の製造方法の別の例を
示す図である。

【図１３】図１２に示した方法における基板厚さ方向
の電界と分極反転深さとの関係を示す図である。

【図１４】図１２に示した方法における基板厚さと分
極反転深さとの関係を示す図である。

【図１５】本発明の分極反転部の製造方法の別の例を
示す図である。

【図１６】本発明の分極反転部の製造方法の別の例を
基板の断面方向から示す図である。

【図１７】本発明の分極反転部の製造方法の別の例を
基板の断面方向から示す図である。

【図１８】本発明の光波長変換素子の別の例を示す斜
視図である。

【図１９】図１８に示した光波長変換素子における基
板厚さと光波長変換効率との関係を示す図である。

【図２０】本発明の短波長光発生装置の別の例の斜視
図である。

【図２１】従来の分極反転部の製造方法を示す斜視図
である。

【図２２】図２１に示した方法における電極間隔と分
極反転の深さとの関係を示す図である。

【図２３】図２１に示した方法における電極間の電界
分布を示す断面図である。

【図２４】本発明の分極反転部の製造方法の別の例を
示す斜視図である。

【図２５】図２４に示した方法における電極間の電界
分布を示す断面図である。

【図２６】本発明の分極反転部の製造方法の別の例を
示す斜視図である。

【図２７】本発明の分極反転部の製造方法の別の例を
示す斜視図(a)と断面図(b),(c)である。

【図２８】本発明の分極反転部の製造方法の別の例を
示す斜視図(a)と断面図(b),(c)である。

【図２９】基板の結晶軸の基板表面に対する傾きと分
極反転部の深さとの関係を示す図である。

【図３０】中間電極の電極間方向の長さと分極反転部
の深さとの関係を示す図である。

【図３１】中間電極を利用して形成される分極反転部
の形状を示す平面図である。

【図３２】本発明の分極反転部の製造方法の別の例を
示す斜視図(a)と断面図(b)である。

【図３３】本発明の分極反転部の製造方法の別の例を
示す図である。

【図３４】本発明の光波長変換素子の別の例を示す斜
視図である。

【図３５】本発明の光波長変換素子の別の例を示す斜
視図(a)と断面図(b)である。

【図３６】本発明の分極反転部の製造方法の別の例を
示す斜視図(a)と、この方法を利用して製造された光波
長変換素子の例の断面図(b)である。

【図３７】本発明の回折素子の例を示す断面図であ
る。

【図３８】本発明の回折素子を用いた光情報処理装置
の構成の例を示す図である。

【図３９】分極反転部を形成するための一対の電極と
絶縁膜との位置関係を示す断面図である。

【図４０】分極反転部を形成するための一対の電極と
絶縁膜との位置関係を示す断面図である。

【図４１】本発明による分極反転部を製造方法の別の
例における一対の電極と絶縁膜との位置関係を示す断面
図である。

【図４２】図４１に示した方法により製造した分極反
転部を示す断面図である。

【図４３】分極反転部を形成するための一対の電極と
絶縁膜との位置関係を示す断面図である。

【図４４】本発明の分極反転部の製造方法の別の例を
示す平面図である。

【図４５】図３９に示した方法により形成した分極反
転部を示す平面図である。

【図４６】従来の分極反転部の製造方法を示す斜視図
である。

【図４７】従来の分極反転部の製造方法を示す斜視図
である。

【図４８】従来の分極反転部の製造方法を示す斜視図
である。

【図４９】従来の光波長変換素子を示す斜視図であ
る。

【図５０】従来の光波長変換素子を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１強誘電体結晶基板２櫛形電極３平板電極４分極反転部５分極再反転部７プロトン交換部分８光導波路１１櫛形電極１２a、１２b、１２c 平板電極１４、１６絶縁膜２１半導体レーザ２３光導波路２５短波長光発生装置２６ビームスプリッタ２８光ディスク２９ディテクタ３１強誘電体結晶基板３２櫛形電極３３棒状電極３４平板電極４１強誘電体結晶基板４２光導波路４３分極反転部１１６強誘電体結晶基板１１７櫛形電極１１８棒状電極１２０低抵抗部分１２１a、１２１b 中間電極１３１分極反転部１４０凹部１４１絶縁膜１４５分極反転部１５３分極反転部１５４光導波路１５５基本波１５６第２高調波１６２分極反転部１６３光導波路１６７、１６８電極１６９中間電極１７０分極反転部１７２分極反転部１７３、１７４電極１８０半導体レーザ１８１ビームスプリッタ１８３光ディスク１８４ディテクタ１８５回折素子１９１強誘電体結晶基板１９２櫛形電極１９３棒状電極１９５絶縁膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】強誘電体結晶の基板の分極方向に電圧を
印加して分極反転部を形成する工程と、前記電圧の印加
により生じた前記基板の内部電界を低減する処理を行う
工程と、前記分極方向に前記電圧と逆方向の電圧を印加
して前記分極反転部の少なくとも一部の分極を再反転さ
せる工程とを含むことを特徴とする分極反転部の製造方
法。
【請求項２】前記内部電界を低減する処理が、１５０
℃以上前記基板のキュリー温度未満での前記基板の熱処
理、および前記内部電界と逆方向の電界による前記基板
の電界印加処理から選ばれる少なくとも１つの処理であ
る請求項１に記載の分極反転部の製造方法。
【請求項３】前記分極を再反転させる工程の後に、前
記基板の表面近傍の少なくとも一回分極を反転させた領
域に、分極反転安定化部を形成する工程をさらに含む請
求項１に記載の分極反転部の製造方法。
【請求項４】前記分極反転安定化部が、前記領域にお
けるイオン交換を含む工程により形成される請求項３に
記載の分極反転部の製造方法。
【請求項５】前記分極反転安定化部が、前記イオン交
換と、前記イオン交換の後に実施される、前記基板のキ
ュリー温度未満であって前記キュリー温度から１５０℃
低い温度以上の温度での熱処理とを含む工程により形成
される請求項４に記載の分極反転部の製造方法。
【請求項６】前記基板の表面に、縞状パターン部を有
する第１の電極および第２の電極を、一方の電極の前記
縞状パターン部の前記基板の分極方向への投影が他方の
電極の前記縞状パターン部と嵌まり合うように形成し、
前記第１の電極の側から前記分極反転部を成長させ、前
記第２の電極の側から前記分極反転部を再反転させる請
求項１に記載の分極反転部の製造方法。
【請求項７】前記基板の表面に、第１の電極および縞
状パターン部を有する第２の電極を、前記第２の電極の
縞状パターン部の前記基板の分極方向への投影が前記第
１の電極に含まれるように形成し、前記第１の電極の側
から前記分極反転部を成長させ、前記第２の電極の側か
ら前記分極反転部を再反転させる請求項１に記載の分極
反転部の製造方法。
【請求項８】強誘電体結晶の基板の分極方向に電圧を
印加して分極反転部を形成する工程と、前記分極反転部
の前記基板の表面近傍に分極反転安定化部を形成する工
程とを含むことを特徴とする分極反転部の製造方法。
【請求項９】前記分極反転安定化部が、前記分極反転
部のイオン交換を含む工程により形成される請求項８に
記載の分極反転部の製造方法。
【請求項１０】前記分極反転安定化部が、前記イオン
交換と、前記イオン交換の後に実施される、前記基板の
キュリー温度未満であって前記キュリー温度よりも１５
０℃低い温度以上の温度での熱処理とを含む工程により
形成される請求項９に記載の分極反転部の製造方法。
【請求項１１】互いに対向する第１の面と第２の面と
を有する強誘電体結晶基板の前記第１の面に縞状パター
ン部を有する第１の電極を形成する工程と、前記第１の電極を第１の絶縁膜で覆う工程と、前記第２の面に第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の電極を分極方向に投影して定められる前記第
２の面上の領域を前記第２の絶縁膜を介して覆うよう
に、前記第２の絶縁膜上に第２の電極を形成する工程
と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加し
て前記第１の電極の縞状パターン部から前記第２の電極
へと分極反転部を成長させる工程とを含むことを特徴と
する分極反転部の製造方法。
【請求項１２】分極方向と基板表面とが実質的に平行
である強誘電体結晶基板の分極方向に、第１、第２およ
び第３の電極をこの順に形成する工程と、前記第１の電
極と前記第２の電極との間に電圧を印加して前記第１の
電極と前記第２の電極との間に前記分極方向に沿った縞
状の分極反転部を形成する工程と、前記第１の電極と前
記第３の電極との間に電圧を印加して前記縞状の分極反
転部を前記第２の電極から前記第３の電極の側に成長さ
せる工程とを含むことを特徴とする分極反転部の製造方
法。
【請求項１３】強誘電体結晶の基板に、前記強誘電体
結晶の分極方向に平行な第１の電界成分と前記分極方向
に垂直な第２の電界成分とを有する電界を印加すること
により、分極反転部を前記分極方向に成長させる工程を
含むことを特徴とする分極反転部の製造方法。
【請求項１４】前記第２の電界成分が前記第１の電界
成分よりも大きい請求項１３に記載の分極反転部の製造
方法。
【請求項１５】前記第２の電界成分が４kV／mm以上で
あって前記基板の絶縁破壊が生じる電界未満である請求
項１３に記載の分極反転部の製造方法。
【請求項１６】前記第２の電界成分がパルス電圧によ
り生じる電界である請求項１３に記載の分極反転部の製
造方法。
【請求項１７】前記第１の電界成分が、前記第２の電
界成分を生じさせるパルス電圧よりもパルス幅が狭いパ
ルス電圧により生じるものである請求項１６に記載の分
極反転部の製造方法。
【請求項１８】前記分極方向と前記基板の表面とが実
質的に平行である請求項１３に記載の分極反転部の製造
方法。
【請求項１９】前記基板の厚さが０．１mm〜０．４mm
である請求項１８に記載の分極反転部の製造方法。
【請求項２０】前記電界が、前記基板の表面と２°〜
８０°の角度をなす方向に配置された一対の電極により
生じるものである請求項１８に記載の分極反転部の製造
方法。
【請求項２１】前記分極方向と前記基板の表面とが１
°〜５°の角度を有する請求項１３に記載の分極反転部
の製造方法。
【請求項２２】強誘電体結晶の基板の表面に形成した
第１の電極と第２の電極との間の前記表面に前記強誘電
体結晶よりも抵抗値の低い低抵抗部分を形成する工程
と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印
加することにより、前記強誘電体結晶の分極方向に分極
反転部を成長させる工程とを含むことを特徴とする分極
反転部の製造方法。
【請求項２３】前記低抵抗部分をイオン交換を含む工
程により形成する請求項２２に記載の分極反転部の製造
方法。
【請求項２４】２以上の前記低抵抗部分を前記第１の
電極と前記第２の電極との間にほぼ等間隔に配置する請
求項２２に記載の分極反転部の製造方法。
【請求項２５】前記分極方向と前記表面とが実質的に
平行である請求項２２に記載の分極反転部の製造方法。
【請求項２６】前記強誘電体結晶の分極方向と前記表
面とが１°〜５°の角度を有する請求項２２に記載の分
極反転部の製造方法。
【請求項２７】前記低抵抗部分を金属により形成する
請求項２６に記載の分極反転部の製造方法。
【請求項２８】前記低抵抗部分が、前記表面において
前記分極方向に沿った方向に１０μm〜３０μmの長さを
有する請求項２７に記載の分極反転部の製造方法。
【請求項２９】強誘電体結晶の基板の表面に凹部を形
成する工程と、前記凹部内に第１の電極を形成する工程
と、前記第１の電極と前記表面に形成された第２の電極
との間に電圧を印加することにより、前記第１の電極か
ら前記強誘電体結晶の分極方向に分極反転部を成長させ
る工程とを含むことを特徴とする分極反転部の製造方
法。
【請求項３０】前記凹部の深さが０．１μm以上であ
る請求項２９に記載の分極反転部の製造方法。
【請求項３１】強誘電体結晶の基板の前記表面に絶縁
膜を形成する工程と、前記表面に前記絶縁膜を貫通する
凹部を形成する工程と、前記表面の少なくとも前記凹部
を含む領域に導電膜を形成する工程と、前記凹部内の前
記導電膜を第１の電極としてこの第１の電極と前記表面
に形成した第２の電極との間に電圧を印加することによ
り前記第１の電極から前記強誘電体結晶の分極方向に分
極反転部を成長させる工程とを含むことを特徴とする分
極反転部の製造方法。
【請求項３２】前記分極方向と前記表面とが実質的に
平行である請求項２９〜３１のいずれかに記載の分極反
転部の製造方法。
【請求項３３】前記分極方向と前記表面とが１°〜５
°の角度を有する請求項２９〜３１のいずれかに記載の
分極反転部の製造方法。
【請求項３４】強誘電体結晶の基板の表面に第１の電
極を形成する工程と、前記第１の電極を含む前記表面に
絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜の表面上であって
前記第１の電極を形成した位置とは異なる位置に第２の
電極を形成する工程と、前記第１の電極と前記第２の電
極との間に電圧を印加することにより前記第１の電極か
ら前記強誘電体結晶の分極方向に分極反転部を成長させ
る工程とを含むことを特徴とする分極反転部の製造方
法。
【請求項３５】前記絶縁膜の膜厚を０．２μm〜１μm
とする請求項３４に記載の分極反転部の製造方法。
【請求項３６】前記分極方向と前記表面とが、１°〜
５°の角度を有する請求項３４に記載の分極反転部の製
造方法。
【請求項３７】強誘電体結晶の基板の表面に、櫛形の
第１の電極と前記櫛形が伸長する方向に配置された第２
の電極とからなる電極対を前記櫛形が同一の方向を向く
ように２以上形成する工程と、前記第１の電極と前記第
２の電極との間に電圧を印加することにより、前記第１
の電極の櫛形から前記第２の電極側へと分極反転部を成
長させる工程とを含むことを特徴とする分極反転部の製
造方法。
【請求項３８】前記電極対における前記第１の電極と
前記第２の電極との間隔を１００μm〜１０００μmとす
る請求項３７に記載の分極反転部の製造方法。
【請求項３９】隣接する前記電極対の間隔を１００μ
m〜２００μmとする請求項３７に記載の分極反転部の製
造方法。
【請求項４０】前記第１の電極の上であって前記第２
の電極の下に絶縁膜を形成する工程をさらに含む請求項
３７に記載の分極反転部の製造方法。
【請求項４１】請求項１〜４０のいずれかに記載の方
法により、強誘電体結晶の基板に、実質的に平行な層を
なすように２以上の分極反転部を形成することを特徴と
する光波長変換素子の製造方法。
【請求項４２】請求項１〜４０のいずれかに記載の方
法により形成される実質的に平行な層をなす２以上の分
極反転部を、強誘電体結晶の基板に含むことを特徴とす
る光波長変換素子。
【請求項４３】強誘電体結晶の基板と、互いに実質的
に平行な層をなすように前記基板内に形成された分極反
転部と、前記基板の表面近傍の前記分極反転部内に形成
された分極反転安定化部とを含むことを特徴とする光波
長変換素子。
【請求項４４】前記分極反転安定化部が、前記分極反
転部のイオン交換を含む工程により形成される請求項４
３に記載の光波長変換素子。
【請求項４５】分極方向と基板表面とが実質的に平行
である強誘電体結晶の基板と、前記表面に沿って前記基
板内に形成された光導波路と、前記光導波路を周期的に
横断するように前記基板内に形成された深さが２μm以
上である２以上の分極反転部とを含むことを特徴とする
光波長変換素子。
【請求項４６】前記基板の厚さが０．４mm以下である
請求項４５に記載の光波長変換素子。
【請求項４７】分極方向と基板表面とが１°〜５°の
傾きを有する強誘電体結晶の基板と、前記基板表面に垂
直であって前記分極方向に沿った断面において層状構造
を形成するように前記表面から前記分極方向へと伸長す
る２以上の分極反転部とを含むことを特徴とする光波長
変換素子。
【請求項４８】光導波路が前記断面を周期的に横切る
ように前記基板表面に形成されている請求項４７に記載
の光波長変換素子。
【請求項４９】強誘電体結晶基板の表面に形成された
凹部と、前記凹部を一方の端部として前記強誘電体結晶
の分極方向へと伸長する分極反転部とを含むことを特徴
とする光波長変換素子。
【請求項５０】前記分極方向と前記表面とが実質的に
平行である請求項４９に記載の光波長変換素子。
【請求項５１】前記分極方向と前記表面とが１°〜５
°の角度を有する請求項５０に記載の光波長変換素子。
【請求項５２】強誘電体結晶の基板と、前記基板の表
面に形成された第１の電極と、前記第１の電極を含む前
記表面に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上であって前
記第１の電極を形成した位置とは異なる位置に形成され
た第２の電極と、前記第１の電極を一方の端部として前
記強誘電体結晶の分極方向に沿って前記第２の電極側へ
と伸長する分極反転部とを含むことを特徴とする光波長
変換素子。
【請求項５３】前記絶縁膜の膜厚が０．１μm〜１μm
である請求項５２に記載の光波長変換素子。
【請求項５４】強誘電体結晶の基板と、各々が櫛形の
第１の電極と前記櫛形が伸長する方向に配置された第２
の電極とからなり前記櫛形が同一の方向を向くように前
記基板の表面に形成された２以上の電極対と、前記第１
の電極の前記櫛形部分を一方の端部として前記強誘電体
結晶の分極方向に沿って前記第２の電極側へと伸長する
分極反転部とを含むことを特徴とする光波長変換素子。
【請求項５５】請求項４２〜５４のいずれかに記載の
光波長変換素子と半導体レーザとを含み、前記半導体レ
ーザから出射された光を前記光波長変換素子により波長
変換することを特徴とする光発生装置。
【請求項５６】請求項５５に記載の光発生装置と集光
光学系と記録メディアとを含む光ピックアップであっ
て、前記光発生装置から出射された光を前記集光光学系
により前記記録メディア上に集光することを特徴とする
光ピックアップ。
【請求項５７】分極方向と基板表面とが１°〜５°の
傾きをなす強誘電体結晶の基板と、前記基板表面に垂直
であって前記分極方向に沿った断面において層状構造を
形成するように前記表面から前記分極方向へと伸長する
２以上の分極反転部とを含むことを特徴とする回折素
子。