(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λ≧400ｎｍにおける光吸収係数が0.08ｃｍ-1以下であることを特徴とする光用LiTaO3単結晶。
【請求項２】
イリジウム製るつぼを用いて引上げたLiTaO3単結晶を不活性ガス雰囲気中において、700℃以上で２時間以上加熱処理することを特徴とする光用LiTaO3単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は光用LiTaO3単結晶、特には波長変換素子、光変調素子など、特に光を透過させて使用する素子に有用とされる光透過性のすぐれたLiTaO3単結晶およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
LiTaO3単結晶はテレビの中間波フィルターを初め、多くの表面弾性波デバイス用の基板として使用されているが、このものは波長変換素子を始めとする光学素子としてもその用途が急速に拡大されてきている。
しかして、このLiTaO3単結晶を製造する方法としては、このLiTaO3単結晶の融点が 1,650℃であることから、イリジウムまたは白金−ロジウム合金からなるるつぼを使用して結晶を成長させる方法が一般的な方法とされているが、イリジウム製るつぼを用いて大気雰囲気中で育成すると酸化損耗が発生するし、これを窒素 100％の不活性雰囲気とすると単結晶がねじれ易くなるという不利があり、白金−ロジウム製のるつぼを使用する場合にはロジウムがLiTaO3融液に溶け込むためにロジウムが育成結晶中に混入して結晶が着色するという欠点がある。
【０００３】
そのため、このLiTaO3単結晶の製造方法については、イリジウム製るつぼを使用して 0.5〜 2.5容量％の酸素を含む不活性ガス雰囲気下で育成する方法が提案されており（特公平 4-11513号公報）、これについてはまたイリジウム製るつぼを使用して還元性または不活性ガスに 0.2〜５重量％の酸素を含有させた混合ガス中で育成するという方法も提案されている（特開昭63-21859号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この提案されている方法で 0.5〜 2.5容量％、 0.2〜５重量％の酸素を添加した不活性ガス雰囲気でLiTaO3単結晶を育成すると不純物や酸素欠陥による着色は防止されるとしても、このような方法で育成されたLiTaO3単結晶は黄色い着色が残るために、このものは補色である 400〜500nm の青色を吸収し、光学素子、特に赤色光から青色光への波長変換素子の発光効率が低下するので、波長変換素子用には不適当なものになるという欠点がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような不利、欠点を解決した光用LiTaO3単結晶およびその製造方法に関するものであり、このLiTaO3単結晶は波長λ≧400ｎｍにおける光吸収係数が0.08ｃｍ-1以下であることを特徴とするものであり、この製造方法はイリジウム製るつぼを用いて引上げたLiTaO3単結晶を不活性ガス雰囲気において、700℃以上で２時間以上熱処理することを特徴とするものである。
【０００６】
すなわち、本発明者らは光透過性のすぐれたLiTaO3単結晶を開発すべく種々検討した結果、このLiTaO3単結晶については波長λ≧400ｎｍにおける光吸収係数が0.08ｃｍ-1以下であれば光透過性のすぐれたものになるということを見出すと共に、このような物性をもつLiTaO3単結晶を得るためにはイリジウム製るつぼを用いた引上げ法で作られたLiTaO3単結晶を不活性ガス雰囲気中において、700℃以上で２時間以上加熱処理すれば光透過性のよいものとすることができることを確認して本発明を完成させた。以下にこれをさらに詳述する。
【０００７】
【作用】
本発明は光透過性のすぐれたLiTaO3単結晶に関するものであるが、LiTaO3単結晶については波長λが 400nmまたは 400nm以上である光を投射したときの光吸収係数が0.08cm-1以下であれば光透過性のすぐれたものであるということが本発明者らによって見出された。
【０００８】
この光吸収係数はある波長での入射光強度をIo、単結晶透過後の強度をＩとし、Ｒを反射率、Ｋを光吸収係数、ｌを単結晶の厚さとすると、このIoとＩとの関係が
Ｉ＝Io(l-R)exp (Kl) ・・・・・・・・・・・・・・（１）
で示されるが、ここで吸光度Ｅを
吸光度Ｅ＝-log(I/Io)とおくと、この式（１）は
Ｅ＝Kl/2.303-log(l-R)
となり、単結晶の厚みを変えて吸光度をプロットしたときの直線の傾きが光吸収係数となるので、これについてはこの吸光度を測定することによってこの光吸収係数を求めればよい。
【０００９】
なお、吸光度については後記する本発明のLiTaO3単結晶の製造方法にしたがって引上げ法で作った結晶厚みが９mmのLiTaO3単結晶を窒素ガス雰囲気中において 910℃で16時間熱処理したもの（資料Ａ）と、比較のために大気中において 910℃で16時間熱処理したもの（資料Ｂ）の分光特性をしらべたところ、吸光度（縦軸）、波長（横軸）について図１に示したとおりの結果が得られ、波長が 400nm以上のところでは、Ａ、Ｂ共に 400nmで吸収より大きな吸収はないが、ＡのほうがＢよりも測定波長域で吸収が少なく、特に 400nm付近では顕著に吸収の小さいことが確認された。
【００１０】
また、本発明はこの光透過性のすぐれたLiTaO3単結晶の製造方法に関するものであり、これは前記したようにイリジウム製るつぼを用いて引上げたLiTaO3単結晶を不活性ガス雰囲気中において、700℃以上で２時間以上加熱処理することを特徴とするものであるが、この引上げ法によるLiTaO3単結晶の製造は公知のイリジウム製るつぼ中にリチウムタンタレートの焼結体を装入し、高周波加熱炉でこれを溶融し、種子結晶を用いてLiTaO3単結晶を引上げればよく、この育成雰囲気は酸素含有雰囲気とすることがよいが、酸素濃度が0.2％未満では結晶がねじれて育成が困難となるし、５％以上とすると黄色の着色が強くなるので、0.8〜2.0容量％とすることがよい。
【００１１】
また、この育成後のLiTaO3単結晶については、これを窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気下において加熱処理するのであるが、この温度については700℃未満では効果が見られないので、700℃以上とする必要があるが、1,600℃以上とするとこの結晶からLiが蒸発するのでこれは700〜1,600℃の範囲とすることがよく、この加熱時間については２時間未満では十分な効果が見られないので、２時間以上とする必要があるが、不必要に長くする必要がないことから、好ましくは２〜20時間の範囲とすることがよい。
【００１２】
なお、このように加熱処理されたLiTaO3単結晶は着色もなく、光透過性のすぐれたものとなるので、波長変換素子、光変調素子などのように光を通過させて使用する素子用として好適なものになるという有利性が与えられる。
【００１３】
【実施例】
つぎに本発明の実施例、比較例をあげる。
実施例
直径 150mmφ、高さ 150mm、厚さ２mmのイリジウム製るつぼにLiTaO3の焼結体10kgを装入し、高周波加熱炉でこれを融解させたのち、LiTaO3種結晶を接触させ、酸素ガスを 0.8容量％含んだ窒素ガス雰囲気下でLiTaO3単結晶を育成させたのち、このLiTaO3単結晶を窒素ガス雰囲気中において 700℃〜 910℃で２時間〜16時間加熱処理してこのものの波長λ≧400nm における光吸収係数を測定したところ、表１に示したとおりの結果が得られたので、このものは光透過性のすぐれたものであることが確認された。
【００１４】
比較例
比較のために、実施例における熱処理条件を変更し、窒素ガス雰囲気において 700℃で１時間（比較例１）、 640℃で10時間（比較例２）としたところ、表１に示したように比較例１のものは光吸収係数が0.11cm-1、比較例２のものは0.15cm-1となり、さらにこれを大気中において 700℃で２時間としたもの（比較例３）はその光吸収係数が0.17cm-1とさらにわるくなり、これらはいずれも光透過性のわるいものとなった。
【００１５】
【表１】
0003724509.tif 000002
【００１６】
【発明の効果】
本発明は光用LiTaO3単結晶およびその製造方法に関するものであるが、前記したようにこのLiTaO3単結晶は波長λ≧400ｎｍにおける光吸収係数が0.08ｃｍ-1以下であることを特徴とするものであり、この製造方法はイリジウム製るつぼを用いて引上げたLiTaO3単結晶を不活性ガス雰囲気中において、700℃以上で２時間以上加熱処理することを特徴とするものであるが、この製造方法で作られたLiTaO3単結晶は波長λ≧400ｎｍにおける光吸収係数が0.08ｃｍ-1以下のものとなるし、このものは着色がなく、光透過性のすぐれたものとなるのでこのものは波長変換素子、光変換素子など、光を透過させて使用する素子用として好適なものになるという有利性が与えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法で作られたLiTaO3単結晶（Ａ）と大気中での熱処理で作られたLiTaO3単結晶（Ｂ）の吸光度と波長との相関図（吸光度の波長依存性）を示したものである。
【図１】
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