(57)【要約】  【課題】  極めて簡単かつ低コストで安定的に、強誘電体結晶の内部に、その表面から裏面にかけて分極反転を生じさせることができる強誘電体結晶の分極反転方法及び分極反転格子の作製方法を提供する。  【解決手段】  強誘電体結晶板１０の上面に光導電性膜２０を形成する。そして、光導電性膜２０における強度分布が周期パターンとなる紫外光７０を、光導電性膜２０を介して強誘電体結晶板１０へ照射するとともに、光導電性膜２０を介して強誘電体結晶板１０に電界を印加する。紫外光７０が照射された領域２０ａは導電性を発現することから、光導電性膜２０は紫外光７０の周期パターンに対応した電極として機能する。したがって、電極と同様の周期パターン、すなわち紫外光７０の周期パターンに対応する強誘電体結晶板１０の内部に分極構造が生じ、その結果、強誘電体結晶１０の表面から裏面にかけて均一性が優れた分極反転格子を作製することができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電体結晶板の内部に分極反転を生じさせる強誘電体結晶の分極反転方法において、
前記強誘電体結晶板の一方の面に、紫外光照射によって導電性が発現する光導電性膜を形成し、
該光導電性膜を介して紫外光を前記強誘電体結晶板へ照射するとともに、前記光導電性膜を介して前記強誘電体結晶板に電界を印加すること
を特徴とする強誘電体結晶の分極反転方法。
【請求項２】
前記光導電性膜における強度分布が位置によって相違する紫外光を照射すること
を特徴とする請求項１に記載の強誘電体結晶の分極反転方法。
【請求項３】
強誘電体結晶板の内部に分極構造を有する分極反転格子の作製方法において、
前記強誘電体結晶板の一方の面に、紫外光照射によって導電性が発現する光導電性膜を形成し、
該光導電性膜における強度分布が周期パターンとなる紫外光を、前記光導電性膜を介して前記強誘電体結晶板へ照射するとともに、前記光導電性膜を介して前記強誘電体結晶板に電界を印加すること
を特徴とする分極反転格子の作製方法。
【請求項４】
前記光導電性膜は、紫外光照射によって導電率が１０００倍以上向上する材料であること
を特徴とする請求項３に記載の分極反転格子の作製方法。
【請求項５】
強誘電体結晶板の内部に分極構造を有する分極反転格子の作製方法において、
前記強誘電体結晶板の一方の面に周期パターンを有する透明導電膜を形成し、
該透明導電膜における強度分布が前記周期パターンに対応した紫外光を前記透明導電膜を介して前記強誘電体結晶板へ照射するとともに、前記透明導電膜を介して前記強誘電体結晶板に電界を印加すること
を特徴とする分極反転格子の作製方法。
【請求項６】
前記紫外光を前記強誘電体結晶板の結晶方位と平行する方向に照射すること
を特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の分極反転格子の作製方法。
【請求項７】
前記周期パターンに対応するフォトマスクを介して紫外光を照射すること
を特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の分極反転格子の作製方法。
【請求項８】
複数の紫外光発生部を有する紫外光発生源のうちの前記周期パターンに対応する紫外光発生部から紫外光を照射すること
を特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の分極反転格子の作製方法。
【請求項９】
複数の紫外光を干渉させることで前記周期パターンの強度分布を発生させること
を特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の分極反転格子の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に分極反転を生じさせる強誘電体結晶の分極反転方法、及び強誘電体結晶を用いて周期的な分極反転構造を極めて簡単かつ低コストで安定的に作製することができる分極反転格子の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非線形光学効果を利用して波長変換を行う波長変換デバイスは、光通信用波長変換器、光変調器、半導体レーザ単体では得られない波長域での光記録・光計測用のコヒーレント光源、超高速光信号処理デバイスなどへの応用が期待されている。このようなデバイスには、強誘電体結晶の一種であるニオフ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3 ）が最も多く用いられているが、近赤外域より短波長の強い光の照射によって屈折率変化が生じ（光損傷），デバイスの動作不安定や効率低下の要因となる。そこで、ＬｉＮｂＯ3 と同等の非線形性を有し、光損傷耐性改善のために酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を添加したＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ3 が注目されている。
【０００３】
この種の強誘電体結晶を用いて非線形光学デバイスや電気光学デバイスを実現するには、光波長変換及び光変調の効率を向上させるべく、位相整合（または速度整合）をとるための構造を設ける必要があるが、その最も有効な方法は、擬似位相整合（または擬似速度整合）と称される結晶の自発分極の極性を周期的に分極反転した格子（グレーティング）状の構造を利用する方法である。
【０００４】
ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ3 の周期状分極反転構造は、ＬｉＮｂＯ3 と同様に電圧印加法により作製可能であるが、分極反転領域での局所的な電流リークや電圧印加に対する反転開始の時間遅れなどの特異な現象が生じるため、分極反転特性はまだ殆ど解明されておらず、分極反転格子の作製が極めて困難であった。そこで、本発明者らは、ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ3 に周期状強度分布の紫外光を照射しながら、結晶全面に電圧を印加することにより、常温においても比較的弱い電界で分極反転を生じさせ、ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ3 の内部に分極構造を有する分極反転格子の作製方法を提案している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
図７は従来の分極反転格子の作製方法を説明するための説明図である。
まず、強誘電体結晶板１１０の上面に、塩化リチウム飽和水溶液１３０ａを介して、所定の周期パターンを有する導電性のフォトマスク１４０を配置する。一方、強誘電体結晶板１１０の下面に、塩化リチウム飽和水溶液１３０ｂを介して、Ａｌ製の電極板１５０を配置する。
【０００６】
フォトマスク１４０の上方には超高圧水銀灯１６０が配置されており、強誘電体結晶板１１０の結晶方位と平行する方向（ここでは垂直方向）から紫外光１７０を強誘電体結晶板１１０に照射するとともに、電圧源１６０を用いてフォトマスク１４０と電極板１５０との間に電圧を印加する。このようにして、強誘電体結晶板１１０の内部に分極構造を有する分極反転格子を作製することができる。
【０００７】
図８は従来の作製方法にて作製した分極反転格子の構造を示す写真である。同図（ａ１），（ａ２），（ａ３），（ａ４）は結晶の上面（−Ｚ表面）図、同図（ｂ１），（ｂ２），（ｂ３），（ｂ４）は断面図を、処理時間の経過につれて、（ａ１），（ｂ１）→（ａ２），（ｂ２）→（ａ３），（ｂ３）→（ａ４），（ｂ４）のように分極反転領域が成長している様子を示している。このような分極反転格子の作製方法は、リソグラフィが不要であることから、極めて簡単かつ低コストである。
【特許文献１】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】
【０００８】
しかしながら、従来の分極反転格子の作製方法では、結晶表面に分極反転部及び非分極反転部の幅が略同一の良質な格子構造を作製することができるが、分極反転した領域（分極反転領域）の深さは５μｍ程度しかなく（図８（ａ２），（ｂ２））、非線形光学デバイス、電気光学デバイスなどの各種デバイスに適用するには不十分であった。
【０００９】
また、成長処理をさらに継続した場合には、深さ方向への分極反転領域の成長を促進することができるが、結晶表面で分極反転部が横方向に成長して周期構造が崩れ始める（図８（ａ３），（ｂ３））。つまり、図９に示すように、強誘電体結晶板１１０の領域１１０ａでは、電荷１３１の供給と紫外光１７０の照射とが行われるので、領域１１０ａでは分極反転が推進され、さらに、強誘電体結晶板１１０の領域１１０ｂでは、紫外光１７０の照射は行われないが電荷１３１の供給が行われるため、成長処理を継続した場合には領域１１０ｂでも分極反転が生じてしまう。
【００１０】
さらに、成長処理を継続することにより、表面から深さが５μｍ程度以上の領域では周期構造が得られているが、表面では略全面が分極反転してしまい（図８（ａ４），（ｂ４））、各種デバイスに用いることができないという問題があった。このように、従来の分極反転格子の作製方法では、深さが５μｍを越えるような均一な分極反転格子を作製することは極めて困難であった。
【００１１】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、極めて簡単かつ低コストで安定的に、その厚みが５μｍ以上の強誘電体結晶板であっても、強誘電体結晶の内部に、その表面から裏面にかけて分極反転を生じさせることができる強誘電体結晶の分極反転方法、及び強誘電体結晶の内部に周期的な分極反転構造を極めて簡単かつ低コストで安定的に作製することができる分極反転格子の作製方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１発明に係る強誘電体結晶の分極反転方法は、強誘電体結晶板の内部に分極反転を生じさせる強誘電体結晶の分極反転方法において、前記強誘電体結晶板の一方の面に、紫外光照射によって導電性が発現する光導電性膜を形成し、該光導電性膜を介して紫外光を前記強誘電体結晶板へ照射するとともに、前記光導電性膜を介して前記強誘電体結晶板に電界を印加することを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、強誘電体結晶板の一方の面に、紫外光照射によって導電性が発現する光導電性膜を形成する。そして、この光導電性膜を介して紫外光を強誘電体結晶板へ照射するとともに、光導電性膜を介して強誘電体結晶板に電界を印加する。紫外光が照射された光導電性膜は導電性を発現することから、この光導電性膜を通じて強誘電体結晶板に電界が印加される。強誘電体結晶に分極反転を生じさせるためには電界の印加、電荷の供給及び紫外光の照射が必要であると考えられており、紫外光が照射された領域に対応する強誘電体結晶板の表面には、光導電性膜から電荷の供給が行われ、かつ紫外光の照射が行われることから、紫外光が照射された領域に対応する強誘電体結晶板の内部に分極構造を生じさせることができる。
【００１４】
第２発明に係る強誘電体結晶の分極反転方法は、前記光導電性膜における強度分布が位置によって相違する紫外光を照射することを特徴とする。
【００１５】
本発明にあっては、光導電性膜における強度分布が位置によって相違する紫外光を照射することによって、その強度分布に応じたパターンとなる分極構造を強誘電体結晶板の内部に生じさせることができる。
【００１６】
第３発明に係る分極反転格子の作製方法は、強誘電体結晶板の内部に分極構造を有する分極反転格子の作製方法において、前記強誘電体結晶板の一方の面に、紫外光照射によって導電性が発現する光導電性膜を形成し、該光導電性膜における強度分布が周期パターンとなる紫外光を、前記光導電性膜を介して前記強誘電体結晶板へ照射するとともに、前記光導電性膜を介して前記強誘電体結晶板に電界を印加することを特徴とする。
【００１７】
本発明にあっては、強誘電体結晶板の一方の面に、紫外光照射によって導電性が発現する光導電性膜を形成する。そして、光導電性膜における強度分布が周期パターンとなる紫外光を、この光導電性膜を介して強誘電体結晶板へ照射するとともに、光導電性膜を介して強誘電体結晶板に電界を印加する。紫外光が照射された光導電性膜は導電性を発現することから、光導電性膜は紫外光の周期パターンに対応した電極として機能すると考えられる。したがって、電極と同様の周期パターン、すなわち紫外光の周期パターンに対応する強誘電体結晶板の内部に分極構造が生じ、その結果、強誘電体結晶の表面から裏面にかけて均一性が優れた分極反転格子を作製することができる。つまり、強誘電体結晶板表面のうちの分極反転を生じさせたくない領域表面へは電荷の供給と紫外光の照射とが行われないことから、成長を継続させた場合であっても、表面全面に分極反転が生じてしまうことを防止することができる。
【００１８】
第４発明に係る分極反転格子の作製方法は、前記光導電性膜は、紫外光照射によって導電率が１０００倍以上向上する材料であることを特徴とする。
【００１９】
本発明にあっては、紫外光照射によって導電率が１０００倍以上向上する材料であることにより、紫外光の周期パターンに対応した電極として機能する光導電性膜の電極と非電極（絶縁体）との間の分解能を高めて、分極反転部と非分極反転部との界面がシャープな分極反転格子を作製することができる。
【００２０】
第５発明に係る分極反転格子の作製方法は、強誘電体結晶板の内部に分極構造を有する分極反転格子の作製方法において、前記強誘電体結晶板の一方の面に周期パターンを有する透明導電膜を形成し、該透明導電膜における強度分布が前記周期パターンに対応した紫外光を前記透明導電膜を介して前記強誘電体結晶板へ照射するとともに、前記透明導電膜を介して前記強誘電体結晶板に電界を印加することを特徴とする。
【００２１】
本発明にあっては、強誘電体結晶板の一方の面に、周期パターンを有する透明導電膜を形成する。そして、透明導電膜における強度分布が透明導電膜の周期パターンに対応した紫外光を、この透明導電膜を介して強誘電体結晶板へ照射するとともに、透明導電膜を介して強誘電体結晶板に電界を印加する。つまり、透明導電膜が存在する領域には紫外光が照射され、透明導電膜が存在しない領域には紫外光が照射されないようにする。これにより、強誘電体結晶板表面のうちの分極反転を生じさせたくない領域表面へは電荷の供給と紫外光の照射とが行われないことから、成長を継続させた場合であっても、表面全面に分極反転が生じてしまうことを防止することができる。
【００２２】
第６発明に係る分極反転格子の作製方法は、前記紫外光を前記強誘電体結晶板の結晶方位と平行する方向に照射することを特徴とする。
【００２３】
本発明にあっては、紫外光を強誘電体結晶板の結晶方位と平行する方向に照射することにより、強誘電体結晶に分極反転が生じるための励起エネルギーが効率良く供給されるとともに、紫外光照射方向に沿って強誘電体結晶板の内部へ分極反転が進行することになるので、より均一性が優れた分極反転格子を作製することができる。
【００２４】
第７発明に係る分極反転格子の作製方法は、前記周期パターンに対応するフォトマスクを介して紫外光を照射することを特徴とする。
【００２５】
本発明にあっては、周期パターンに対応するフォトマスクを介して紫外光を照射することにより、光導電性膜又は透明導電膜における強度分布が周期パターンとなる紫外光を強誘電体結晶板へ照射することができる。フォトマスクは、そのパターンの周期及びピッチがサブミクロンオーダーのものが容易かつ安価で作製・入手することが可能であることから、極めて低コストで均一性が優れた分極反転格子を作製することができる。
【００２６】
第８発明に係る分極反転格子の作製方法は、複数の紫外光発生部を有する紫外光発生源のうちの前記周期パターンに対応する紫外光発生部から紫外光を照射することを特徴とする。
【００２７】
本発明にあっては、複数の紫外光発生部を有する紫外光発生源のうちの前記周期パターンに対応する紫外光発生部から紫外光を照射することにより、光導電性膜又は透明導電膜における強度分布が周期パターンとなる紫外光を強誘電体結晶板へ照射することができる。
【００２８】
第９発明に係る分極反転格子の作製方法は、複数の紫外光を干渉させることで前記周期パターンの強度分布を発生させることを特徴とする。
【００２９】
本発明にあっては、例えばレーザ光の干渉を利用して、強度分布が周期パターンになるように紫外光を照射することにより、光導電性膜又は透明導電膜における強度分布が周期パターンとなる紫外光を強誘電体結晶板へ照射することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、強誘電体結晶板の一方の面に、紫外光照射によって導電性が発現する光導電性膜を形成し、この光導電性膜を介して紫外光を強誘電体結晶板へ照射するとともに、光導電性膜を介して強誘電体結晶板に電界を印加することにより、紫外光が照射された領域に対応する強誘電体結晶板の表面には、光導電性膜から電荷の供給が行われ、かつ紫外光の照射が行われることから、紫外光が照射された領域に対応する強誘電体結晶板の内部に分極構造を生じさせることができる。
【００３１】
本発明によれば、光導電性膜における強度分布が位置によって相違する紫外光を照射することにより、その強度分布に応じたパターンとなる分極構造を強誘電体結晶板の内部に生じさせることができる。
【００３２】
本発明によれば、強誘電体結晶板の一方の面に、紫外光照射によって導電性が発現する光導電性膜を形成し、この光導電性膜における強度分布が周期パターンとなる紫外光を強誘電体結晶板へ照射するとともに、光導電性膜を介して強誘電体結晶板に電界を印加することにより、紫外光が照射された光導電性膜が導電性を発現して、紫外光の周期パターンに対応した電極として機能するため、紫外光の周期パターンに対応する強誘電体結晶板の内部に分極構造が生じて、強誘電体結晶の表面から裏面にかけて均一性が優れた分極反転格子を作製することができる。強誘電体結晶板表面のうちの分極反転を生じさせたくない領域表面へは電荷の供給と紫外光の照射とが行われないので、成長を継続させた場合であっても、表面全面に分極反転が生じてしまうことを防止することができる。
【００３３】
本発明によれば、紫外光照射によって導電率が１０００倍以上向上する材料であることにより、紫外光の周期パターンに対応した電極として機能する光導電性膜の電極と非電極（絶縁体）との間の分解能を高めて、分極反転部と非分極反転部との界面がシャープな分極反転格子を作製することができる。
【００３４】
本発明によれば、強誘電体結晶板の一方の面に、周期パターンを有する透明導電膜を形成する。そして、透明導電膜における強度分布が透明導電膜の周期パターンに対応した紫外光を、この透明導電膜を介して強誘電体結晶板へ照射するとともに、透明導電膜を介して強誘電体結晶板に電界を印加する。つまり、透明導電膜が存在する領域には紫外光が照射され、透明導電膜が存在しない領域には紫外光が照射されないようにする。これにより、強誘電体結晶板表面のうちの分極反転を生じさせたくない領域表面へは電荷の供給と紫外光の照射とが行われないことから、成長を継続させた場合であっても、表面全面に分極反転が生じてしまうことを防止することができる。
【００３５】
本発明によれば、紫外光を強誘電体結晶板の結晶方位と平行する方向に照射することにより、紫外光照射方向に沿って強誘電体結晶板の内部へ分極反転が進行することになるので、より均一性が優れた分極反転格子を作製することができる。
【００３６】
本発明によれば、周期パターンに対応するフォトマスクを介して紫外光を照射することにより、光導電性膜又は透明導電膜における強度分布が周期パターンとなる紫外光を強誘電体結晶板へ照射することができる。フォトマスクは、そのパターンの周期及びピッチがサブミクロンオーダーのものが容易かつ安価で作製・入手することが可能であることから、極めて低コストで均一性が優れた分極反転格子を作製することができる。
【００３７】
本発明によれば、複数の紫外光発生部を有する紫外光発生源のうちの前記周期パターンに対応する紫外光発生部から紫外光を照射することにより、光導電性膜又は透明導電膜における強度分布が周期パターンとなる紫外光を強誘電体結晶板へ照射することができる。
【００３８】
本発明によれば、例えばレーザ光の干渉を利用して、強度分布が周期パターンになるように紫外光を照射することにより、光導電性膜又は透明導電膜における強度分布が周期パターンとなる紫外光を強誘電体結晶板へ照射することができる。
【００３９】
以上のように、強誘電体結晶の表面から裏面にかけて均一性が優れた分極反転格子を作製し、このような分極反転格子を利用した波長変換を行う波長変換デバイスの特性を大幅に向上させることができる。したがって、光通信用波長変換器、光変調器、半導体レーザ単体では得られない波長域での光記録・光計測用のコヒーレント光源、超高速光信号処理デバイスなどへの応用が期待される等、優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係る分極反転格子の作製方法を説明するための説明図である。
まず、分極反転格子を作製する強誘電体結晶板１０の一方の面（ここでは上面とする）に、光導電性膜２０を形成する。強誘電体結晶板１０は、例えば、ＭｇＯが５ｍｏｌ％添加された板厚が０．５ｍｍのＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ3 である。光導電性膜２０は、ノボラック系感光性樹脂（クラリアント社製ＡＺ−Ｐ４６２０）であり、強誘電体結晶板１０にスピンコート（１５００ｒｐｍ，３０秒）した後に、１３０℃のホットプレート上で２時間のベークを行って、その膜厚を略１０μｍとした。光導電性膜２０は、紫外光が照射されることによって、その導電率が１０００倍以上向上する特徴を有していることを予備実験により確認した。光導電性膜２０の膜厚は、作製しようとする分極反転の周期パターンのピッチに応じて適宜調整することが好ましい。
【００４２】
さらに、光導電性膜２０の上面には、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）飽和水溶液などの導電性液体３０ａを介して、フォトマスク４０が配置されている。フォトマスク４０は、透光性基板（例えば石英ガラス基板）４０ａに、作製するデバイスの仕様に適合すべく周期を選んだ周期的な遮光膜（例えばクロム膜）４０ｂが形成された板材であり、この遮光膜形成面を対向面として配置する。本例ではパターン周期を１５．４μｍとし、所定の導電性を有しているものとする。
【００４３】
フォトマスク４０の上方には超高圧水銀灯６０が配置されており、強誘電体結晶板１０の結晶方位と平行する方向（ここでは垂直方向）に、その強度が略０．１Ｗ／ｃｍ2 の紫外光７０を光導電性膜２０を介して強誘電体結晶板１０に照射する。つまり、光導電性膜２０には強度分布が周期パターンを有する紫外光が照射され、さらに、強誘電体結晶板１０には光導電性膜２０を介して強度分布が周期パターンを有する紫外光が照射される。
【００４４】
一方、誘電体結晶板１０の他方の面（ここでは下面）には、導電性液体３０ｂを介して、Ａｌ，Ｃｕなどからなる導電板５０が配置されている。導電性液体３０ａ，３０ｂは密着して配置されることになるので、効果的に伝導させることができ好ましい。もちろん、ＩＴＯ、ＮＥＳＡなどの透明導電性膜を形成するようにしてもよいが、導電性液体３０ａ，３０ｂは、２つの媒体によって生じた間隙に浸透することに加えて、取扱いが極めて容易であることから、大量生産を行う場合には極めて有効である。
【００４５】
そして、電圧源８０を用いて、フォトマスク４０（正確には遮光膜４０ｂ）と導電板５０との間に電圧を印加し、電荷モニタ９０によって、強誘電体結晶における分極反転の様子をモニタリングする。本例では、−３．５ｋＶの電圧を４３４秒間印加した。もちろん、光導電性膜２０の導電性が高い場合は、光導電性膜２０と導電板５０との間に電圧を印加するようにしてもよく、この場合には遮光膜４０ｂが導電性である必要はない。
電荷モニタ９０は、電流値を時間で積分した電荷供給量を出力するものであり、電荷供給量によって強誘電体結晶の内部に生じた分極反転の状況を把握することができる。
【００４６】
図２は紫外光を照射した場合の状態を説明するための説明図である。
紫外光を光導電性膜２０を介して強誘電体結晶板１０に照射した場合、遮光膜４０ｂの周期パターンに対応して、光導電性膜２０のうちの紫外光が照射された領域２０ａは、照射されていない領域２０ｂと比較して導電率が１０００倍以上向上することになる。つまり、領域２０ａの光導電性膜２０は電極として機能することになるが、領域２０ｂの光導電性膜２０は絶縁体のままであることから電極としては機能しない。したがって、領域２０ａから強誘電体結晶板１０に電荷が供給されるが、領域２０ｂから強誘電体結晶板１０には電荷が供給されない。
【００４７】
また、遮光膜４０ｂの周期パターンに対応して、強誘電体結晶板１０の結晶内部には周期的な紫外光の強度分布が形成される。つまり、領域１０ａには紫外光が照射されるが、領域１０ｂには紫外光が照射されないことになる。
【００４８】
ところで、強誘電体結晶に分極反転を生じさせるためには電界の印加、電荷の供給及び紫外光の照射が必要であると考えられており、上述したような分極反転格子の作製方法では、強誘電体結晶板１０の領域１０ａのみに、電荷２１の供給と紫外光７０の照射とが行われることになるので、領域１０ａでは分極反転が推進されるが、領域１０ｂでは分極反転が抑制されるので、強誘電体結晶板１０の内部に、遮光膜４０ｂの周期パターンに対応した、すなわち同一の周期パターンの分極構造を有する分極反転格子を作製することができる。
【００４９】
次に、本発明に係る分極反転格子の作製方法によって作製された分極反転格子の構造を評価する。分極反転構造は、光学顕微鏡などを用いて観測することはできないことから、何らかの方法で分極反転構造を可視化する必要がある。強誘電体結晶は＋Ｚ面に比べて−Ｚ面での、＋Ｙ面に比べて−Ｙ面でのエッチング速度が格段に速いことから、例えば５０℃のフッ酸硝酸混合液（フッ酸：硝酸＝１：２）中に強誘電体結晶を略３０分間浸漬して方位選択異方性エッチング処理を行うことによって、分極反転構造を可視化することができる。より詳細には、強誘電体結晶に分極反転が生じた場合、結晶の±Ｚだけでなく、±Ｙも入れ替わることから、強誘電体結晶を切断し、切断面を研磨した後にエッチング処理を行うことで、切断面（Ｙ面）での分極反転構造を可視化して分極反転格子の構造を評価することができる。
【００５０】
図３及び図４は本発明の実施の形態１に係る分極反転格子の作製方法によって作製された分極反転格子の断面構造を示す写真であり、図４は図３の拡大断面図である。なお、写真にて相対的に明るく見える部分が分極反転の生じている分極反転部であり、暗く見える部分が分極反転の生じていない非分極反転部である。
【００５１】
図３及び図４から分かるように、−Ｚ表面から＋Ｚ表面までの結晶断面全面に渡って、強誘電体結晶板１０の内部に均一な分極反転格子構造が作製されている。従来のものは、表面から深さが５μｍまでしか分極反転格子構造を作製できなかったが、本例にて用いた強誘電体結晶板１０の厚みは０．５ｍｍであり、１００倍以上の厚みであっても、均一な分極反転格子構造を作製することが可能である。
【００５２】
また、図５に示したように、強誘電体結晶板１０の厚みが０．５ｍｍであっても、結晶表面に分極反転部及び非分極反転部の幅が略同一の良質な格子構造が作製されていることが分かり、表面の略全面で分極反転が生じてしまう従来のもの（図８（ａ４）参照）と決定的に異なる。
【００５３】
本発明の主旨は、強誘電体結晶の内部に分極反転を生じさせるに際して、分極反転現象が生じ始める強誘電体結晶板１０の表面に、紫外光照射によって導電性が発現する光導電性膜２０を形成することにより、紫外光の照射が、紫外光の照射領域のみならず、電荷の供給領域を決定した点にある。これにより、従来の方法とは異なり、強誘電体結晶板表面のうちの分極反転を生じさせたくない領域表面へは電荷の供給が行われないことから、成長を継続させた場合であっても、表面全面に分極反転が生じてしまうことを防止することができる。つまり、本発明の特徴項である光導電性膜２０は、表面全面に分極反転が生じてしまうことを防止するストッパとして機能する。
【００５４】
強誘電体結晶は表面で分極反転が生じた場合、結晶方位の方向に分極反転が推進される性質があるので、表面における結晶の分極反転を制御することが極めて重要であると推定される。つまり、従来の方法においては、電荷が結晶表面の全面に供給されるが、本発明においては、分極反転を起こさせたくない領域には電荷が供給されることがない。紫外光照射は、分極反転を生じさせる臨界エネルギーを下げる働きをすると考えると、従来の方法では、分極反転を起こさせたくない領域にも分極反転が生じる虞があると考えることができる。しかし、本発明では、分極反転を起こさせたくない領域には電荷が供給されることがないことから分極反転が生じることはない。
【００５５】
（実施の形態２）
実施の形態１では、光導電性膜２０を強誘電体結晶板１０に形成し、紫外光の照射によって紫外光の照射領域のみならず電荷の供給領域を決定するようにしたが、光導電性膜２０の替わりに、周期パターンを有する透明導電膜を形成し、その透明導電膜における強度分布が透明導電膜の周期パターンに対応した紫外光を透明導電膜を介して強誘電体結晶板へ照射するようにしてもよく、このようにしたものが実施の形態２である。
【００５６】
図６は本発明の実施の形態２に係る分極反転格子の作製方法を説明するための説明図である。
まず、分極反転格子を作製する強誘電体結晶板１０の一方の面（ここでは上面とする）に、周期パターンを有する透明導電膜２５を形成する。透明導電膜２５は、ＩＴＯ、ＮＥＳＡなどであり、例えば電子ビームでＩＴＯ材料を強誘電体結晶板１０に蒸着する蒸着法、又は、酸素ガス、他の不活性ガス（例えばＡｒガス）のプラズマでＩＴＯターゲットをスパッタリングして強誘電体結晶板１０に成膜するスパッタ法などがある。もちろん、スクリーン印刷法、インクジェット法、ディスペンサ法などの塗布方法によりＩＴＯインクを強誘電体結晶板１０に塗布し、その後に焼成処理を行って成膜を行ってもよい。透明導電膜２５の膜厚調整は比較的簡単であり、作製しようとする分極反転の周期パターンのピッチに応じて適宜調整することが好ましい。
【００５７】
透明導電膜２５の上面には、導電性液体３０ａを介して、フォトマスク４０が配置されている。フォトマスク４０の遮光膜４０ｂには、透明導電膜２５の周期パターンに対応したパターン（同一パターン）が形成されており、紫外光７０の導光方向に対して、それぞれのパターンが一致するように配置する。その他の構成は図１と同様であるので、対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５８】
そして、紫外光を強誘電体結晶板１０に照射するとともに、電圧源８０を用いて透明導電膜２５と導電板５０との間に電圧を印加する。透明導電膜２５のパターンと遮光膜４０ｂのパターンとを同一にし、それぞれのパターンが紫外光７０の導光方向に対して一致するように、透明導電膜２５と遮光膜４０ｂ（つまりフォトマスク４０）との配置を調整するようにすれば、実施の形態１と同様に、強誘電体結晶板表面のうちの分極反転を生じさせたくない領域表面へは電荷の供給と紫外光の照射とが行われないことから、成長を継続させた場合であっても、表面全面に分極反転が生じてしまうことを防止することができる。
【００５９】
なお、紫外光発生源として超高圧水銀灯を用いたが、各種紫外レーザを含む全ての紫外光発生源を用いることができる。また、光導電性膜２０（又は透明導電膜２５）における強度分布が周期パターンとなるように紫外光を照射すればよく、一様な紫外光をフォトマスク４０にて分光（選別）する方法に限定されるものではなく、複数の紫外光発生部を有する紫外光発生源のうち、周期パターンに対応する紫外光発生部からの紫外光を選択して照射するようにしてもよい。また、レーザ光の干渉を利用して強度分布が周期パターンになるように紫外光を照射するようにしてもよい。さらに、作製環境温度が常温であっても可能であるが、高温及び低温環境下で処理を行ってもよい。
【００６０】
また、強誘電体結晶がＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ3 である場合について説明したが、ＬｉＮｂＯ3 、タンタル酸リチウムＬｉＴａＯ3 ＫＴＰ（燐酸チタニル酸カリウム）などについても有効である。また、強誘電体結晶に添加する材料も、ＭｇＯに限定されるものではなく、亜鉛（Ｚｎ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ2 Ｏ3 ）などについても有効である。もちろん、光デバイス用には、上述したような光損傷耐性改善のための材料を強誘電体結晶に添加することが好ましいが、添加する材料は、これに限定されるものではない。
【００６１】
以上、本発明に係る分極反転格子の作製方法について、具体的な実施の形態を示して説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、強誘電体結晶の内部に分極反転を生じさせるための分極反転方法についても同様である。例えば、光導電性膜に、光導電性膜における強度分布が位置によって相違する紫外光を照射し、光導電性膜を介して強誘電体結晶板に電界を印加することによって、強誘電体結晶の内部に所望パターンの分極反転を生じさせることができる。当業者であれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上述した実施の形態に係る発明の構成及び機能に様々な変更又は改良を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る分極反転格子の作製方法を説明するための説明図である。
【図２】紫外光を照射した場合の状態を説明するための説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る分極反転格子の作製方法によって作製された分極反転格子の断面構造を示す写真である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る分極反転格子の作製方法によって作製された分極反転格子の断面構造を示す写真である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る分極反転格子の作製方法によって作製された分極反転格子の上面（−Ｚ表面）写真である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る分極反転格子の作製方法を説明するための説明図である。
【図７】従来の分極反転格子の作製方法を説明するための説明図である。
【図８】従来の作製方法にて作製した分極反転格子の構造を示す写真である。
【図９】紫外光を照射した場合の状態を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０  強誘電体結晶板
２０  光導電性膜
２５  透明導電膜
３０ａ，３０ｂ  導電性液体
４０  フォトマスク
４０ａ  透光性基板
４０ｂ  遮光膜
５０  導電板
６０  超高圧水銀灯
７０  紫外光
８０  電圧源
９０  電荷モニタ
【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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