(57)【要約】【課題】高電界を印加しないで周期分極反転構造を形成する方法及びその方法で形成された周期分極反転構造を提供すること。【解決手段】強誘電体結晶基板１を還元処理して該結晶基板１の抵抗率を所定の値に低下させる還元処理ステップと、該強誘電体結晶基板１の分極方向にお互いに離れた第１の電極２及び第２の電極３を形成する電極形成ステップと、該第１の電極２及び第２の電極３間に電圧を印加する電圧印加ステップと、を有することを特徴とする周期分極反転構造２０の形成方法。強誘電体結晶基板を還元処理すると酸素が抜け出して電子が動きやすくなることで抵抗率が小さくなり、低電圧を印加しても分極反転が生ずるようになるので、高電圧電源を必要とせず、比較的アスペクト比の大きな周期分極反転構造も精度よく形成することができる。【選択図】図１
2006133594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電体結晶基板を還元処理して該結晶基板の抵抗率を所定の値に低下させる還元処理ステップと、
該強誘電体結晶基板の分極方向にお互いに離れた第１及び第２の電極を形成する電極形成ステップと、
該第１及び第２の電極間に電圧を印加する電圧印加ステップと、
を有することを特徴とする周期分極反転構造の形成方法。
【請求項２】
前記強電体結晶基板は、タンタル酸リチウム単結晶またはニオブ酸リチウム単結晶から作製された基板であり、
前記還元処理ステップは、前記タンタル酸リチウム単結晶またはニオブ酸リチウム単結晶から作製された基板と、アルカリ金属化合物を含む還元剤と、を処理容器に収容し、該処理容器内を減圧下、２００℃以上１０００℃以下の温度に保持することにより、該基板を還元するステップであることを特徴とする請求項１に記載の周期分極反転構造の形成方法。
【請求項３】
前記強電体結晶基板は、タンタル酸リチウム単結晶から作製された基板であり、
前記還元処理ステップは、２００℃以上６００℃以下の温度に保持することにより、該基板を還元するステップであることを特徴とする請求項２に記載の周期分極反転構造の形成方法。
【請求項４】
前記抵抗率の所定の値が１．０×１０9〜９．９×１０13Ωｃｍの範囲にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の周期分極反転構造の形成方法。
【請求項５】
前記電圧印加ステップで分極反転構造が形成された前記強誘電体結晶基板を酸素雰囲気中で酸化処理する酸化処理ステップを、
さらに有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の周期分極反転構造の形成方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載の方法によって形成されたことを特徴とする周期分極反転構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、擬位相整合（ＱＰＭ：Ｑｕａｓｉ−Ｐｈａｓｅ  Ｍａｔｃｈｉｎｇ）方式の第二高調波発生（ＳＨＧ：Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）デバイスに適した光導波路素子などの製造に適用できる、周期分極反転構造の形成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自発分極している強誘電体結晶に自発分極に対向する電界を印加して局部的に分極を強制的に反転させることにより、強誘電体結晶の内部に周期的な分極反転構造を形成することができる。このようにして形成された周期分極反転構造は、非線形分極の分極反転を利用した光波長変換素子や光変調器などに利用される。特に、非線形光学物質の非線形分極を周期的に反転することで変換効率の高い波長変換素子が実現でき、レーザ発振器からのレーザ光の波長を短波長化することができる。この短波長光源は、産業上の利用性が非常に高い。例えば、レーザ加工の場合は、より微細な加工が可能になるし、レーザ記録の場合は、より高密度な記録が可能になる。
【０００３】
周期分極反転構造を形成する従来の方法としては、プロトン交換熱処理法、Ｔｉ拡散法、およびＳｉＯ2装荷法などがあるが、主流は電圧印加法である。
【０００４】
図７を参照して従来の電圧印加法を説明する。従来の電圧印加法は、Ｃ軸方向（厚さ方向）に単一分極したＬＮ（ニオブ酸リチウム：ＬｉＮｂＯ3）結晶基板１００の上面に幅と間隔が等しい櫛形電極２００を、下面に平面電極３００を形成して、電極２００と３００間にＣ軸方向と逆向きの高電界（２０ｋＶ／ｍｍ以上）がかかるように高電圧電源４００からパルス電圧（パルス幅：０．１μｓ）を印加するものである(例えば、特許文献１参照）。図７Ｂに示すように、ＬＮ基板１００のうち櫛形電極２００と平面電極３００に挟まれた部分は、２０ｋＶ／ｍｍ以上の高電界になると、電界方向（単一分極と反対方向）に分極が反転され、分極方向が交互に反転した櫛形電極２００の周期２ｌｃに等しい周期分極反転構造になる。
【０００５】
しかし、上記のような従来の周期分極反転構造形成方法は、２０ｋV／ｍｍ以上といった高電界をパルス状に印加しなければならず、高絶縁性の高価な高電圧パルス電源を必要とする。
【０００６】
また、アスペクト比、すなわち基板１００の反転深さｄと半周期（反転幅）ｌｃの比が大きな周期分極反転構造を高精度に形成することができなかった。たとえば、近赤外領域で発振する半導体レーザ（基本波）を、ＬＮ結晶やＬＴ（タンタル酸リチウム：ＬｉＴａＯ3）結晶といった強誘電体結晶で第二高調波に波長変換し、波長が０．４７μｍ付近のブルーレーザを発生させるためには、強誘電体結晶にＱＰＭ周期分極反転構造を形成する必要がある。ＱＰＭにするためには、周期分極反転構造の半周期ｌｃを基本波と第二高調波の位相整合がとれる相互作用長（コヒーレント長）にする必要があり、ｌｃ＝５μｍ程度が要求される。一方、反転深さｄは基本波の高パワー化のために、ｍｍオーダが要求される。しかし、強誘電体結晶は抵抗率が１０14〜１０15Ωｃｍと大きく、焦電性が大きいため、アスペクト比の大きいものを作製しようとすると、表面に蓄積された電荷によって分極反転構造が崩れ、精度よく周期分極反転構造を形成することができなかった。
【特許文献１】特開平４−１９７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、従来の周期分極反転構造形成方法は高電界を、パルス状に印加しなければならず、高絶縁性の高価な高電圧パルス電源を必要とする。また、高電界で分極反転構造を形成するため、所望の周期分極反転構造を精度よく形成することができないという問題があった。
【０００８】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、高電界を印加しないで周期分極反転構造を形成する方法及びその方法で形成された周期分極反転構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
課題を解決するためになされた請求項1に係る発明は、周期分極反転構造の形成方法であって、強誘電体結晶基板を還元処理して該結晶基板の抵抗率を所定の値に低下させる還元処理ステップと、該強誘電体結晶基板の分極方向にお互いに離れた第１及び第２の電極を形成する電極形成ステップと、該第１及び第２の電極間に電圧を印加する電圧印加ステップと、を有することを特徴としている。
【００１０】
強誘電体結晶基板を還元処理すると、酸素が抜け出して電子が動きやすくなることで抵抗率が小さくなり、低電圧を印加しても分極反転が生ずるようになるので、高電圧電源を必要とせず、比較的アスペクト比の大きな周期分極反転構造も精度よく形成することができる。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の周期分極反転構造の形成方法であって、前記強電体結晶基板は、タンタル酸リチウム単結晶またはニオブ酸リチウム単結晶から作製された基板であり、前記還元処理ステップは、前記タンタル酸リチウム単結晶またはニオブ酸リチウム単結晶から作製された基板と、アルカリ金属化合物を含む還元剤と、を処理容器に収容し、該処理容器内を減圧下、２００℃以上１０００℃以下の温度に保持することにより、該基板を還元するステップであることを特徴としている。
【００１２】
タンタル酸リチウム単結晶（以下、適宜「ＬＴ単結晶」と称す）またはニオブ酸リチウム単結晶（以下、適宜「ＬＮ単結晶」と称す）から作製された基板が、還元剤と共に減圧下、所定の温度に加熱保持される。還元剤を構成するアルカリ金属化合物は、所定の条件下で蒸発し、還元力の高い蒸気となる。この蒸気に曝されることで、基板は表面から順に還元される。そして、還元剤を供給し続けることにより、還元反応を連続的に進行させることができ、基板全体を均一に還元することができる。したがって、還元処理による低抵抗率の値が基板の厚さ方向で一定となり、アスペクト比の大きな周期分極反転構造を、より一層精度良く形成することができる。
【００１３】
また、請求項３に係る発明は、請求項２に記載の周期分極反転構造の形成方法であって、前記強電体結晶基板は、タンタル酸リチウム単結晶から作製された基板であり、前記還元処理ステップは、２００℃以上６００℃以下の温度に保持することにより、該基板を還元するステップであることを特徴としている。
【００１４】
ＬＴ単結晶のキュリー温度は。６０３℃である。したがって、ＬＴ単結晶から作製された基板を還元する場合には、６００℃以下の比較的低温で処理することが望ましい。本発明の還元処理ステップでは、還元性の高いアルカリ金属化合物を用いるため、６００℃以下の温度でも基板全体を充分に還元することができる。  また、請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の周期分極反転構造の形成方法であって、前記抵抗率の所定の値が１．０×１０9〜９．９×１０13Ωｃｍの範囲にあることを特徴としている。
【００１５】
抵抗率が１．０×１０9〜９．９×１０13Ωｃｍの範囲にあると、焦電効果が抑制され、電圧印加時に表面に発生する電荷が瞬時に基板内部に移動して中和される（電荷中和時間が短い）ので、電圧が直流でも電極間に電圧が均一に印加され、周期分極反転構造に乱れが生じない。
【００１６】
また、請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の周期分極反転構造の形成方法であって、前記電圧印加ステップで分極反転構造が形成された前記強誘電体結晶基板を、酸素雰囲気中で酸化処理する酸化処理ステップをさらに有することを特徴としている。
【００１７】
酸素雰囲気中で酸化処理することで、還元処理して低下した抵抗率が高められ、分極反転する電圧が高くなり、電圧印加によって形成された分極反転構造がフリーズされる。また、還元処理することで低下した透過率を酸素雰囲気中で酸化処理することで吸収がない程度に回復させることができる。
【００１８】
課題を解決するためになされた請求項６に係る発明は、周期分極反転構造であって、請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載の方法によって形成されたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
強誘電体結晶基板を還元処理すると酸素が抜け出して電子が動きやすくなることで抵抗率が小さくなり、低電圧を印加しても分極反転が生ずるようになるので、高電圧電源を必要とせず、所望の周期分極反転構造も精度よく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】
【００２０】
本発明の周期分極反転構造の形成方法を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の周期分極反転構造の形成方法を説明するための周期分極反転構造の製造工程図である。図２は、本発明の周期分極反転構造の形成方法における還元処理ステップおよび酸化処理ステップの一実施形態である熱処理装置の概略図である。
【００２１】
図１Ａに示すように、矢印方向に単一分極した強誘電体結晶基板１を用意する。強誘電体結晶基板１には、たとえばＬＮ単結晶やＬＴ単結晶などを用いてもよいが、好ましくはＭｇやＺｎをドープしたＬＮ単結晶やＬＴ単結晶を用いるとよい。ＭｇやＺｎをドープすることで光損傷の耐性が増すからである。
【００２２】
１）還元処理ステップ
次に、基板１を還元処理して抵抗率を下げる。還元雰囲気中でキュリー温度以下の温度Ｔに昇温してｔ時間保持することで抵抗率ρを１．０×１０9〜９．９×１０13Ωｃｍの範囲にすることができる。
【００２３】
たとえば、図２に示すような熱処理装置で還元処理を実施することができる。熱処理装置３０は、処理容器３１と、ヒータ３２と、真空ポンプ３３とを備えている。処理容器３１は、石英製である。処理容器３１の一端には配管が接続される。接続された配管を通して、処理容器３１中の排気が行われる。処理容器３１には、石英製カセットケース１１にセットされた強誘電体結晶基板１および石英製シャーレ６１に収容されたアルカリ金属化合物粉末６０が収容される。ヒータ３２は、処理容器３１を覆うように配置され、処理容器３１内を所定の処理温度Ｔに設定する。真空ポンプ３３は、配管を通して処理容器３１に接続され、処理容器３１内のガスを排気し、処理容器３１内を所定の雰囲気圧力に設定する。
【００２４】
強誘電体結晶基板１がＬＴ単結晶あるいはＬＮ単結晶の場合、アルカリ金属化合物粉末６０は、塩化リチウム粉末あるいは炭酸リチウム粉末が好ましい。還元剤から供給されるリチウム原子で、ＬＴ単結晶あるいはＬＮ単結晶中の酸素を反応させることができる。このため、ＬＴ単結晶あるいはＬＮ単結晶中のリチウムは低下しない。また、リチウムは、ＬＴ単結晶あるいはＬＮ単結晶の構成成分であるため、他元素の混入による汚染の心配もない。さらに、還元剤を供給し続けることにより、還元反応を連続的に進行させることができ、基板全体を均一に還元することができる。
【００２５】
処理温度Ｔが高いほど、処理時間ｔが長いほど還元反応が進み、抵抗率ρが小さくなる。基板１がＬＮ単結晶の場合、ＬＮのキュリー点が１１３３℃と高いため、処理温度を１０００℃近傍まで上げることができる。たとえば、ＬＮの場合は０．１７３Ｐａのアルカリ雰囲気中で処理温度Ｔを７００℃にし、処理時間ｔを１２ｈにすると、抵抗率ρを３．６×１０9Ωｃｍにすることができる。一方、基板１がＬＴ単結晶の場合、ＬＴのキュリー温度が６０３℃と低く、処理温度を高くすることができないため、処理時間を長くする必要がある。たとえば、ＬＴの場合は０．１７３Ｐａのアルカリ雰囲気中で処理温度Ｔを５８０℃にし、処理時間ｔを２４ｈにすると、抵抗率ρを６．７×１０9Ωｃｍにすることができる。還元処理することで厚さ方向に均一に還元され、抵抗率を１０9Ωｃｍのオーダまで下げることができる。なお、処理時間を長くすれば、抵抗率を１０9Ωｃｍ未満にすることができるが、結晶性が損なわれ、光学結晶として使用することができない。
【００２６】
２）電極形成ステップ
矢印方向に単一分極した強誘電体結晶基板１を用いて、たとえば周期２ｌｃの周期分極反転構造２０を製作するには、まず矢印方向と対向する面１ａに周期２ｌｃのストライプ電極（第１の電極）２を形成し、面１ａと反対側の面１ｂに平面電極（第２の電極）３を形成する。ストライプ電極２の形成は、周知の技術、たとえばフォトリソグラフィー技術によって形成することができる。すなわち、たとえば面１ａの全面にフォトレジストを塗布し、その上に周期２ｌｃのストライプ状マスクパターンを載置して、露光、現像して図１Ｂに示すストライプ状レジストパターン１０を形成する。
【００２７】
次に、蒸着、スパッタリングなどで面１ａと面１ｂにＡｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ａｌなどの金属を全面的に形成して、その後ストライプ状レジストパターン１０を除去することで、レジストパターン１０の上の金属をリフトオフして図１Ｃに示すストライプ電極２と平面電極３を形成する。
【００２８】
３）電圧印加ステップ
図１Ｄに示すように、ストライプ電極２を、たとえば直流電源４のプラス側に接続し、平面電極３をマイナス側に接続して基板１の抵抗率に応じた電圧を所定の時間印加する。抵抗率ρの強誘電体結晶に電圧を印加すると、結晶中にはオーム性電流が流れ、これによりジュール熱が発生して結晶の構成原子の温度が上昇する。このジュール熱Ｈは、オーム性電流をｉ、抵抗をＲ、電圧をＶとすると、ｉ2Ｒ＝Ｖ2／Ｒに比例する。分極反転するときの結晶の温度、すなわち必要なジュール熱量が抵抗率によらず一定と仮定すれば、分極反転電圧閾値Ｖthは
Ｖth∝Ｒ1/2＝ｃρ1/2              （１）
と表される。ここでｃは比例係数である。長能らの研究（Ｓ．Ｎａｇａｎｏ，Ｍ．Ｋｏｎｉｓｈｉ，Ｔ．Ｓｈｉｎｏｍｉ  ａｎｄ  Ｍ．Ｍｉｎａｋａｔａ：Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４２，２００３，ｐ４３３４）によれば、抵抗率が１０14Ωｃｍの場合、Ｖth＝１０ｋＶであった。この値を（１）式に代入して比例係数ｃを求めるとｃ＝１０-3となる。したがって、（１）式から抵抗率が１０12Ωｃｍの場合、Ｖth＝１ｋＶと求まる。皆方等の研究（皆方誠、長能重博、米山賢史、中田善一：Ｏｐｔｉｃｓ  Ｊａｐａｎ  ２００３，８ｐＦ１１，２００３，ｐ１９４）によれば、抵抗率が１０12Ωｃｍの場合Ｖth＝３．８ｋＶで、（１）式から求めた値とほぼ一致した。したがって、印加する概略の電圧は（１）式を使って決めることができる。最適な印加電圧は、Ｖth以上の電圧を印加して実験的に決めればよい。
【００２９】
電圧印加後、ストライプ電極２と平面電極３を除去することで、図１Ｅに示す周期分極反転構造２０の形成された強誘電体結晶基板１となる。
【００３０】
たとえば強誘電体結晶基板１をＬＮ単結晶基板とし、電極形成ステップで、たとえば周期分極反転構造の半周期ｌｃを５μｍにすると、周期分極反転構造２０が形成された強誘電体結晶基板１は、波長変換素子、あるいはＳＨＧ（第二高調波発生）素子として機能する。すなわち、分極方向と直交する方向（図１Ｅではたとえば左側）から、たとえば波長０．８μｍのレーザ光（基本波）を入射させると、波長０．４μｍの第二高調波を発生する。
【００３１】
４）酸化処理ステップ
前記電圧印加ステップまでで周期分極反転構造２０を形成できるが、その後酸素雰囲気中で酸化処理するとよい。酸素雰囲気中で酸化処理することで還元処理して低下した抵抗率が高められて分極反転する電圧が高くなり、電圧印加によって形成された分極反転構造２０がフリーズされる。また、還元処理することで低下した透過率を、酸素雰囲気中で酸化処理することで回復させることができる。
【００３２】
たとえば還元処理に使用した図２の熱処理装置３０で酸化処理することができる。酸化処理の場合はアルカリ金属化合物粉末６０を処理容器３１の外に出し、処理容器３１内を空気に置換すればよい。
【００３３】
酸素雰囲気中でキュリー温度以下の温度Ｔ’に昇温してｔ’時間保持することで、抵抗率ρを１０14Ωｃｍのオーダにすることができる。酸素濃度が高いほど、処理温度Ｔ’が高いほど、処理時間ｔ’が長いほど、酸化反応が進み、抵抗率ρが大きくなる。基板１がＬＮの場合、ＬＮのキュリー点が１１３３℃と高いため、処理温度を１０００℃近傍まで上げることができる。たとえば、抵抗率１０10ΩｃｍオーダのＬＮの場合は、０．１ＭＰａの大気中で処理温度Ｔ’を７００℃にし、処理時間ｔ’を１５ｈにすると、抵抗率ρを１０14Ωｃｍオーダにすることができると共に、透過率を還元処理前の透過率に回復させることができる。一方、基板１がＬＴの場合、ＬＴのキュリー温度が６０３℃と低く、処理温度を高くすることができないため、処理時間を長くする必要がある。たとえば、抵抗率１０10ΩｃｍオーダのＬＴの場合は、０．１ＭＰａの大気中で処理温度Ｔ’を５００℃にし、処理時間ｔ’を２０ｈにすると、抵抗率ρを１０14Ωｃｍオーダにすることができると共に、透過率を還元処理前の透過率に回復させることができる。
【実施例１】
【００３４】
本実施例は、上記図２に示す熱処理装置を使用して、厚さ１ｍｍのｚカットＬＮ結晶基板を還元処理し、低抵抗率化を図ったものである。すなわち、上記還元処理の一実施形態の熱処理装置を使用して、還元剤を塩化リチウム粉末にして、表１の２列と３列に示す条件で様々な還元処理を行った。表１に示すように、本実施例では、処理圧力を０．１７３Ｐａに、処理時間を１２ｈに固定して、処理温度を変化させた還元処理を実施例１〜５とした。なお、比較のため、還元処理を行わない例を比較例１とした。
【００３５】
還元処理された各基板について抵抗率と電荷中和時間を測定した。抵抗率は、東亜ディーケーケー株式会社製「ＤＳＭ−８１０３」を用いて測定した。実施例３の基板については、０．１ｍｍまで研磨加工して、各厚さにおける抵抗率も測定した。また、各基板を８０±５℃に設定されたホットプレート上に置き、その後の表面電位の経時変化を測定した。そして、表面電位がほぼ０ｋＶになるまでの時間（電荷中和時間）を測定した。表１の４列と５列に実施例の各還元処理を施した基板および比較例の基板の測定結果を示す。また、図３に実施例３の還元処理を施した基板の各厚さにおける抵抗率の測定結果を示す。
【００３６】
表１の４列と５列から、還元処理を施さない比較例１に比べ、還元処理を施した実施例１〜５は何れも抵抗率が小さく、且つ電荷中和時間が短いことが確認される。また、処理時間を一定にして処理温度を変化させると、処理温度が高くなるにつれ抵抗率が小さく、電荷中和時間が短くなることがわかる。
【００３７】
【表１】
2006133594.tif 000003
【００３８】
図３から、各厚さにおける抵抗率が一定であることがわかり、還元処理が厚さ（深さ）方向に均一に行われることが確認された。
【実施例２】
【００３９】
本実施例は、上記図２に示す熱処理装置を使用して厚さ１ｍｍのｚカットＬＴ結晶基板を還元処理し、低抵抗率化を図ったものである。すなわち、上記還元処理の一実施形態の熱処理装置を使用して、還元剤を炭酸リチウム粉末にして、表２の２列と３列に示す条件で様々な還元処理を行った。表２に示すように、本実施例では、処理圧力を０．１７３Ｐａに、処理時間を１８ｈに固定して、処理温度を変化させた還元処理を実施例６〜９とした。また、同じ処理圧力で処理温度と処理時間が異なる条件での還元処理を実施例１０とした。なお、比較のため、還元処理を行わない例を比較例２とした。
【００４０】
還元処理された各基板について、実施例１〜５と同様のやり方で、抵抗率と電荷中和時間を測定した。表２の４列と５列に、実施例の各還元処理を施した基板および比較例の基板の測定結果を示す。
【００４１】
表２の４列と５列から、還元処理を施さない比較例２に比べ、還元処理を施した実施例６〜１０は何れも抵抗率が小さく、且つ電荷中和時間が短いことが確認される。また、処理温度がほぼ同じで、処理時間が異なる実施例９、１０を比較すると、処理時間が長いと抵抗率がより小さく、電荷中和時間がより短くなることがわかる。
【００４２】
【表２】
2006133594.tif 000004
【実施例３】
【００４３】
図４は、本実施例での周期分極反転構造の形成方法を示す斜視図である。
【００４４】
１’は、ｚ方向に単一分極した厚さ０．５ｍｍの還元処理された抵抗率１．２３６×１０10ΩｃｍのｚカットＬＮ結晶基板である。この抵抗率は、還元処理の還元剤に塩化リチウム粉末を用い、処理温度を５００℃、処理時間を１２ｈにして得られたものである。
【００４５】
基板１’の−ｚ面（分極方向の矢印方向に順向する面）にＥＢ（電子ビーム）レジストを塗布し、ＥＢ露光して７μｍ□の開口部を有する１０×１０個のマトリックス状ＥＢレジストパターン１０’を形成した。
【００４６】
次に、レジストパターン１０’の上にＡｌを真空蒸着して第１の電極２’を、基板１’の＋ｚ面にＡｌを真空蒸着して第２の電極３’を、それぞれ形成した。
【００４７】
電極２’を直流電源４’のマイナス側に、電極３’をプラス側に接続して５００Ｖの電圧を１０ｓ〜６００ｓ間印加して分極反転を行った。
【００４８】
１５０ｓ間印加したときの−ｚ面のＳＥＭ（電子顕微鏡）写真を図５Ａに示す。これから５００Ｖと低い電圧印加でも、１０×１０ドット全体に渡って均一に反転していることがわかる。図５Ｂは、反転形状を明瞭にするためＬＯＭ（レーザ顕微鏡）で観察した３次元観察像である。凸形状が反転領域であり、均一なドットパターンが得られていることがわかる。
【実施例４】
【００４９】
本実施例は、上記発明を実施するための最良の形態における図１に示す製造工程に基づいて、周期分極反転構造を形成したものである。すなわち、還元処理されて低抵抗率化されたｚカットＬＮ結晶基板を使用して、表３に示す条件で周期分極反転構造を形成した。表３に示すように、本実施例では、基板厚さを０．５ｍｍ、反転周期（図１のストライプ電極２の間隔ｌｃ）を７μｍに固定して、基板の抵抗率に応じて印加電圧、印加時間を変化させた分極反転構造の形成を、実施例１２とした。なお、比較のため、還元処理を行わない高抵抗率の基板への周期分極反転構造の形成例を、比較例３とした。
【００５０】
周期分極反転構造が形成された基板をダイサーで切断し、その後フッ酸と硝酸の比が１：２のエッチング液に浸積してエッチングして、断面の周期分極反転構造を顕微鏡で観察した結果、実施例の方が比較例より欠陥が少なかった。
【００５１】
【表３】
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【００５２】
抵抗率の低いものは、パターンの精度がよく、反転パターンの広がりも少ないことから、実施例の方が欠陥が少なかったのは、次のような理由によるものと考えられる。すなわち、実施例の場合、抵抗率が低いために、電圧印加により基板の温度上昇があっても、表面電荷が基板中で中和するので、ストライプ電極２に印加した電圧が深さ方向に均一かかることによると考えられる。
【実施例５】
【００５３】
本実施例は、前記実施例１２の周期分極反転構造が形成された基板を、図２に示す熱処理装置を使用して酸化処理したものである。すなわち、実施例１６の基板を圧力０．１ＭＰａの空気中で５００℃に２０時間保持した。酸化処理後の基板の抵抗率を測定した結果、３．５×１０14Ωｃｍであった。また、酸化処理後の基板の分光透過率を分光光度計（日本分光株式会社「Ｖ５７０」）を用いて測定した。測定結果を図６に示す。図６の曲線ｃが酸化処理後の透過率であり、曲線ｂは、酸化処理前の透過率である。なお、曲線ａは、比較のために示した還元処理していない抵抗率が４．４２×１０14ΩｃｍのＬＮ基板（比較例２）の透過率である。
【００５４】
図６で、曲線ａとｃは重なっており、還元処理によって抵抗率が低下するにつれ、可視光領域で低下する透過率（たとえば、図６の曲線ｂ参照）が、酸化処理することによって還元処理前の元の透過率（図６の曲線ａ）に戻ることが確認された。
【００５５】
酸化処理によって抵抗率を１０14Ωｃｍのオーダまで上昇させることにより、周期分極反転構造は高電圧以外では影響されなくなり、所謂周期分極反転構造がフリーズされる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の周期分極反転構造の形成方法を説明するための周期分極反転構造の製造工程図である。
【図２】本発明の周期分極反転構造の形成方法における還元処理ステップおよび酸化処理ステップの一実施形態である熱処理装置の概略図である。
【図３】実施例３の還元処理を施した基板の各厚さにおける抵抗率を示すグラフである。
【図４】実施例１１の周期分極反転構造の形成方法を示す斜視図である。
【図５】実施例１１の周期分極反転構造のＳＥＭ観察像およびＬＯＭ観察像である。
【図６】実施例１９の分光透過率曲線である。
【図７】従来の分極反転構造の形成方法を示す模式的な斜視図である。
【符号の説明】
【００５７】
１、１’・・・・・・・・・・強誘電体結晶基板、ＬＮ結晶基板、ＬＴ結晶基板
２、２’・・・・・・・・・・第１の電極
３、３’・・・・・・・・・・第２の電極
６０・・・・・・・・・・・・アルカリ金属化合物（還元剤）
３１・・・・・・・・・・・・処理容器
２０・・・・・・・・・・・・周期分極反転構造
【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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