(57)【要約】【課題】組成の異なる光学結晶体同士を接合する場合においても光学接合を可能とする光学結晶体の接合方法を提供する。【解決手段】互いに組成の異なる第１の光学結晶体２と第２の光学結晶体３とを互いの接合面２ａ，３ａで接合する光学結晶体１の接合方法であって、第１の光学結晶体と化学反応するハロゲン元素を含むガスを用いて第１の光学結晶体の接合面２ｂに反応性イオンエッチングを行い、第２の光学結晶体と化学反応するハロゲン元素を含むガスを用いて第２の光学結晶体の接合面３ｂに反応性イオンエッチングを行い、その後、これら接合面同士２ａ，３ａを光学接合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに組成の異なる第１の光学結晶体と第２の光学結晶体とを互いの接合面で接合する光学結晶体の接合方法であって、
前記第１の光学結晶体と化学反応するハロゲン元素を含むガスを用いて、当該第１の光学結晶体の接合面に反応性イオンエッチングを行う第１の反応性イオンエッチング工程と、
前記第２の光学結晶体と化学反応するハロゲン元素を含むガスを用いて、当該第２の光学結晶体の接合面に反応性イオンエッチングを行う第２の反応性イオンエッチング工程と、
前記第１の反応性イオンエッチング工程及び前記第２の反応性イオンエッチング工程後に、前記接合面同士を光学接合する光学接合工程と、
を有する光学結晶体の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学結晶体の接合方法に係り、特に、組成の異なる光学結晶体同士を互いの接合面で光学接合（オプティカルコンタクト）する光学結晶体の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
加工・評価用や各種映像表示装置の光源用として用いられる高出力型の固体レーザは、そのレーザ光を励起する際に結晶体内で発生する熱によって、結晶体表面に形成されたコーティング膜が破壊され、レーザ出力が低下したり動作寿命が短くなるといった不具合が生じる場合があった。
上記不具合を解決する手段として、例えば特許文献１に記載されているような、光学活性物質を含むレーザ結晶体と光学活性物質を含まない光学結晶体とを光学接合して高出力型の固体レーザを得る光学結晶の接合方法がある。
【特許文献１】特開２００４−５４１７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載されているような光学結晶体の接合方法では、同組成の光学結晶体同士を光学接合する場合には有効であるが、特に、加工用の高出力型の固体レーザのような、組成の異なる光学結晶体同士を光学接合する場合には、光学結晶体の結晶方位に対するイオンビームエッチングのエッチング速度の差によって、予め機械的研磨によって高い面精度に仕上げられた結晶体表面は、上記イオンビームエッチングによって異方性を有してエッチングされる。
従って、イオンビームエッチング後の結晶体表面である接合面は、エッチング前に比べてその面精度が悪化してしまうため、組成の異なる光学結晶体同士を光学接合することが困難になる。
【０００４】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、組成の異なる光学結晶体同士を接合する場合においても光学接合を可能とする光学結晶体の接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本願発明は次の手段を有する。
互いに組成の異なる第１の光学結晶体（２）と第２の光学結晶体（３）とを互いの接合面（２ａ，３ａ）で接合する光学結晶体（１）の接合方法であって、前記第１の光学結晶体と化学反応するハロゲン元素を含むガスを用いて、当該第１の光学結晶体の接合面（２ｂ）に反応性イオンエッチングを行う第１の反応性イオンエッチング工程と、前記第２の光学結晶体と化学反応するハロゲン元素を含むガスを用いて、当該第２の光学結晶体の接合面（３ｂ）に反応性イオンエッチングを行う第２の反応性イオンエッチング工程と、前記第１の反応性イオンエッチング工程及び前記第２の反応性イオンエッチング工程後に、前記接合面同士（２ａ，３ａ）を光学接合する光学接合工程と、を有する光学結晶体の接合方法である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、光学結晶体の接合方法において、組成の異なる光学結晶体同士を接合する場合においても光学接合が可能になるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図３を用いて説明する。
図１は、本発明の光学結晶体の接合方法の実施例により作製された接合体を説明するための斜視図である。
図２は、本発明の光学結晶体の接合方法の実施例を説明するための工程フロー図であり、図３は、実施例における反応性イオンエッチング装置及びこれを用いた反応性イオンエッチング処理方法を説明するための模式的断面図である。
【０００８】
＜実施例＞
実施例では、映像表示装置等の光源、例えばピーク波長が５３２ｎｍの緑色光用の光源として用いられる固体レーザにおける光学結晶体の接合方法を例に挙げて説明する。
【０００９】
まず、本発明の光学結晶体の接合方法により作製された光学接合体である固体レーザ１について説明する。
【００１０】
図１に示すように、固体レーザ１は、光学活性物質であるＮｄ（ネオジウム）を含むＹＶＯ４（Yttrium Orthovanadate）レーザ結晶体２と、非線形光学結晶体であるＫＴｉＯＰＯ４（Potassium Titanyl Phosphate、ＫＴＰと略す場合がある。）結晶体３と、が光学接合（オプティカルコンタクト）されてなる光学接合体である。
また、ＹＶＯ４レーザ結晶体２とＫＴｉＯＰＯ４結晶体３とが光学接合されるために、ＹＶＯ４レーザ結晶体２及びＫＴｉＯＰＯ４結晶体３の各接合面２ａ，３ａは、それぞれ、面精度が１５０ｎｍ以下であり、表面粗さ(中心線平均粗さ：Ｒａ)が１ｎｍ以下である平坦な面になされている。
そして、ＹＶＯ４レーザ結晶体２を励起させることにより、ピーク波長が１０６４ｎｍである赤外レーザ光が発振され、この赤外レーザ光がＫＴｉＯＰＯ４結晶体３を通過することにより、２倍波、即ちピーク波長が５３２ｎｍである緑色のレーザ光が、ＫＴｉＯＰＯ４結晶体３におけるＹＶＯ４レーザ結晶体２とは反対側から出射される。
【００１１】
実施例では、ＹＶＯ４レーザ結晶体２の形状を、長さＬ２及び幅Ｗ２が１０ｍｍ、厚さｔ２が１ｍｍの板状とし、ＫＴｉＯＰＯ４結晶体３の形状を、長さＬ３及び幅Ｗ３が１２ｍｍ、厚さｔ３が１ｍｍの板状とした。
【００１２】
次に、上述した固体レーザ１を作製するための光学結晶体の接合方法の実施例について図２及び図３を用いて説明する。
【００１３】
まず、上述したＹＶＯ４レーザ結晶体２の接合面２ａとなる面、及び、ＫＴｉＯＰＯ４結晶体３の接合面３ａとなる面を、周知の研磨方法を用いて研磨して、それぞれ、面精度が１５０ｎｍ以下であり、表面粗さ(中心線平均粗さ：Ｒａ)が１ｎｍ以下である平坦な面にする（Ｐ１）。
【００１４】
次に、上記研磨に用いた研磨液や研磨剤を超音波洗浄によって十分に除去し、さらにこの除去後に上記各面に埃や異物が付着した場合、これら埃や異物を、フィルター処理が施された窒素ガスで吹き飛ばして（窒素ブロー）除去する。
また、これら埃や異物が窒素ブローによって完全に除去できなかった場合は、窒素ブロー後にイソプロピールアルコール等の揮発性溶剤を滲み込ませた綿棒等を用いて上記埃や異物を完全に除去する（Ｐ２）。
【００１５】
その後、光学顕微鏡等を用いて、上記各面に上記埃や異物の付着やクラックがないことを確認する（Ｐ３）。
【００１６】
上述した窒素ブローや光学顕微鏡による確認は、クラス１００以下のクリーンルーム内で行うことが望ましい。
【００１７】
次に、上記各面２ｂ，３ｂに、各結晶体２，３に対して化学反応を呈するハロゲン系ガスを用いた反応性イオンエッチング処理を行う（Ｐ４）。
【００１８】
ここで、反応性イオンエッチングによる具体的な処理方法を、図３を用いて説明する。
【００１９】
まず、反応性イオンエッチングを行うための反応性イオンエッチング装置１０について説明する。
【００２０】
図３に示すように、反応性イオンエッチング装置１０は、主として、平坦な電極面１１ａを有するカソード電極１１と、電極面１１ａ上に設けられた板状の絶縁部材１２と、絶縁部材１２の上方に設けられ、カソード電極１１の電極面１１ａに対して所定の間隙を有して対向する平坦な電極面１３ａを有するアノード電極１３と、これらカソード電極１１，絶縁部材１２，及びアノード電極１３を収容する真空チャンバー１４と、真空チャンバー１４内を減圧する減圧手段１５と、カソード電極１１とアノード電極１３と間に所定の高周波電界を付与する高周波電源１６と、より構成されている。
【００２１】
真空チャンバー１４は、上述したハロゲン系ガスや不活性ガス等のガスをこの真空チャンバー１４内に導入するためのガス導入口１８と、真空チャンバー１４内への上記ガスの導入及び遮断を開閉自在に制御する自在開閉弁１９と、上述した減圧手段１５が接続される排気口２０と、減圧手段１５による真空チャンバー１４内の減圧及び遮断を開閉自在に制御する自在開閉弁２１と、を備えている。
【００２２】
カソード電極１１は、高周波電源１６の陽極側にブロッキングコンデンサ２５を介して配線部２３で電気的に接続されている。
アノード電極１３は、高周波電源１６の陰極側に配線部２３で電気的に接続されており、また、アノード電極１３及び高周波電源１６の陰極側は接地されている。
減圧手段１５としては、市販の真空ポンプ等を用いることができる。
【００２３】
次に、上記反応性イオンエッチング装置１０を用いて、まずは、ＹＶＯ４レーザ結晶体２における上述のＰ１〜Ｐ３工程による処理が施された面及びその近傍を、反応性イオンエッチング処理する方法について、同図３を用いて説明する。
ここで、上述のＰ１〜Ｐ３工程による処理が施された面を、面２ｂとする。
【００２４】
まず、絶縁部材１２上に、ＹＶＯ４レーザ結晶体２を、面２ｂがアノード電極１３と対向するように載置する。
実施例では、ＹＶＯ４レーザ結晶体２の厚さｔ２と略同じ厚さを有すると共にＹＶＯ４レーザ結晶体２を収容可能な開口部２６ａを有する絶縁板２６を用い、この絶縁板２６を絶縁部材１２上に載置した後、ＹＶＯ４レーザ結晶体２を開口部２６ａ内に収容されるように絶縁部材１２上に載置した。
この絶縁板２６を用いることにより、絶縁板２６の開口部２６ａにＹＶＯ４レーザ結晶体２を収容した状態で反応性イオンエッチングを行った際に、ＹＶＯ４レーザ結晶体２の縁部に電界が集中してしまうことを防止できるので、エッチング速度の面内ばらつきを低減することができる。
【００２５】
次に、自在開閉弁２１を開いた状態にして、減圧手段１５により真空チャンバー１４内を排気口２０を介して減圧する。
そして、真空チャンバー１４内の圧力が例えば０．１Ｐａ以下に減圧された後に、自在開閉弁１９を開き、ＹＶＯ４レーザ結晶体２に対して化学反応を呈するハロゲン系ガスをガス導入口１８から真空チャンバー１４内に導入し、真空チャンバー１４内の圧力を４Ｐａに調整する。
実施例では、上記ハロゲン系ガスとして、ＣＨＦ３（トリフルオロメタン）ガスを用いた。また、このＣＨＦ３ガスに替えて、ＣＦ４（テトラフルオロメタン）ガスやＣ２Ｆ６（ヘキサフルオロエタン）ガス等フッ素系ガスを用いることもできる。
【００２６】
次に、高周波電源１６により、カソード電極１１とアノード電極１３との間に、例えば電力が１００Ｗであり周波数が１３．５６ＭＨｚである高周波電界を発生させて、プラズマ放電を生じさせる。
このプラズマ放電によって、真空チャンバー１４内のＣＨＦ３ガスはイオン化され、イオン化されたフッ素イオンがカソード電極１１の電極面１１ａに発生した負の電位により引き寄せられて、ＹＶＯ４レーザ結晶体２の面２ｂに加速しながら衝突し、その際の化学反応によって、上記面２ｂ及びその近傍はエッチングされる。このようなエッチングを、一般的に、反応性イオンエッチングと称す。
実施例では、上記反応性イオンエッチングを約１０分間行うことにより、ＹＶＯ４レーザ結晶体２をその面２ｂから厚さ方向に約５０ｎｍエッチングした。
【００２７】
その後、高周波電源１６による高周波電界の発生を終了させ、自在開閉弁１９を閉じて真空チャンバー１４内へのハロゲン系ガスの導入を停止する。
さらに、真空チャンバー１４内のハロゲン系ガスを減圧手段１５で十分に排気した後、例えばガス導入口１８から真空チャンバー１４内に大気を導入して真空チャンバー１４内を大気圧状態にする。
【００２８】
次に、真空チャンバー１４内から上述の手順を経たＹＶＯ４レーザ結晶体２及び絶縁板２６を取り出し、絶縁部材１２上に、ＫＴｉＯＰＯ４結晶体３を、上述のＰ１〜Ｐ３工程による処理が施された面がアノード電極１３と対向するように載置する。
ここで、上述のＰ１〜Ｐ３工程による処理が施された面を、面３ｂとする。
【００２９】
実施例では、ＫＴｉＯＰＯ４結晶体３の厚さｔ３と略同じ厚さを有すると共にＫＴｉＯＰＯ４結晶体３を収容可能な開口部２７ａを有する絶縁板２７を用い、この絶縁板２７を絶縁部材１２上に載置した後、ＫＴｉＯＰＯ４結晶体３を開口部２７ａ内に収容されるように絶縁部材１２上に載置した。
この絶縁板２７を用いることにより、絶縁板２７の開口部２７ａにＫＴｉＯＰＯ４結晶体３を収容した状態で反応性イオンエッチングを行った際に、ＫＴｉＯＰＯ４結晶体３の縁部に電界が集中してしまうことを防止できるので、エッチング速度の面内ばらつきを低減することができる。
【００３０】
次に、自在開閉弁２１を開いた状態で減圧手段１５により真空チャンバー１４内を排気口２０を介して減圧する。
そして、真空チャンバー１４内の圧力が、例えば０．１Ｐａ以下に減圧された後に、自在開閉弁１９を開き、ＫＴｉＯＰＯ４結晶体３に対して化学反応を呈するハロゲン系ガスをガス導入口１８から真空チャンバー１４内に導入して真空チャンバー１４内の圧力を４Ｐａにする。
実施例では、上記ハロゲン系ガスとして、ＣＨＦ３ガスを用いた。また、このＣＨＦ３ガスに替えて、ＣＦ４ガスやＣ２Ｆ６ガス等フッ素系ガスを用いることもできる。
【００３１】
次に、高周波電源１６により、カソード電極１１とアノード電極１３との間に、例えば電力が１００Ｗであり周波数が１３．５６ＭＨｚである高周波電界を発生させて、プラズマ放電を生じさせる。
このプラズマ放電によって、真空チャンバー１４内のＣＨＦ３ガスはイオン化され、イオン化されたフッ素イオンがカソード電極１１の電極面１１ａに発生した負の電位により引き寄せられて、ＫＴｉＯＰＯ４結晶体３の面３ｂに加速しながら衝突し、その際の化学反応によって、上記面３ｂ及びその近傍はエッチングされる。このようなエッチングを、一般的に、反応性イオンエッチングと称す。
実施例では、上記反応性イオンエッチングを約１０分間行うことにより、ＫＴｉＯＰＯ４結晶体３をその面３ｂから厚さ方向に約５０ｎｍエッチングした。
【００３２】
その後、高周波電源１６による高周波電界の発生を終了させ、自在開閉弁１９を閉じて真空チャンバー１４内へのハロゲン系ガスの導入を停止する。
真空チャンバー１４内のハロゲン系ガスを減圧手段１５で十分に排気した後、例えばガス導入口１８から真空チャンバー１４内に大気を導入して真空チャンバー１４内を大気圧状態にする。
【００３３】
次に、真空チャンバー１４内からＫＴｉＯＰＯ４結晶体３を取り出し、これらＹＶＯ４レーザ結晶体２及びＫＴｉＯＰＯ４結晶体３における反応性イオンエッチング後の各エッチング処理面２ａ，３ａの面精度及び表面粗さを測定する（図２中のＰ５）。
その結果、各エッチング処理面２ａ，３ａは、それぞれ、面精度が１５０ｎｍ以下であり、表面粗さ(中心線平均粗さ：Ｒａ)が１ｎｍ以下である略平坦な面であることを確認した。
これらエッチング処理面２ａ，３ａは、上述の工程を経たＹＶＯ４レーザ結晶体２とＫＴｉＯＰＯ４結晶体３とが互いに光学接合される接合面２ａ，３ａとなる。
【００３４】
その後、ＹＶＯ４レーザ結晶体２の接合面２ａと、ＫＴｉＯＰＯ４結晶体３の接合面３ａとを互いに圧接させながら、接合面２ａ，３ａ間に生じる干渉縞を、例えば干渉計を用いて観察する。
そして、上記干渉縞が確認できなくなった後に、上記圧接を終了する。
この圧接によって、ＹＶＯ４レーザ結晶体２とＫＴｉＯＰＯ４結晶体３とは互いの接合面２ａ，３ａで光学接合（オプティカルコンタクトと称す）される（Ｐ６）。
【００３５】
さらに、上記工程を経たＹＶＯ４レーザ結晶体２とＫＴｉＯＰＯ４結晶体３との接合体を、真空中またはＡｒガス等の不活性ガス雰囲気中にて、例えば５５０℃で４８時間の熱処理を施すことによって、上記光学接合における接合強度を向上させることができる（Ｐ７）。
【００３６】
上述した工程により、前述した図１に示す、ＹＶＯ４レーザ結晶体２とＫＴｉＯＰＯ４結晶体３とが互いの接合面２ａ，３ａで強固に光学接合した接合体である固体レーザ１を得る。
【００３７】
本発明の実施例は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいのは言うまでもない。
【００３８】
例えば、実施例では、組成の異なる光学結晶体同士の接合体として固体レーザを例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。
【００３９】
また、実施例では、組成の異なる光学結晶体として、ＹＶＯ４レーザ結晶体及びＫＴｉＯＰＯ４結晶体を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、上記光学結晶体以外の光学結晶体においても、その光学結晶体に対して化学反応を呈するハロゲン系ガスを用いた反応性イオンエッチング処理を、その接合面となる面に施すことにより、実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
また、実施例における反応性イオンエッチング処理後に、このエッチング処理面に、例えばＡｒ（アルゴン）ガスによる逆スパッタ処理を行ってもよい。
この場合、逆スパッタ処理によるエッチング量を、エッチング処理面から厚さ方向に１０ｎｍ以下とすることが望ましい。１０ｎｍを越えると、逆スパッタ処理による異方性エッチングの影響が大きくなるため、その面精度が悪化する場合がある。
【００４１】
実施例の反応性イオンエッチング処理において、絶縁部材１２及び絶縁板２６，２７の材料として、酸化アルミニウム（例えばＡｌ２Ｏ３)や酸化珪素 (例えばＳｉＯ２)を用いることができる。また、他の材料として、反応性イオンエッチング処理される光学結晶体と同じ材料を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の光学結晶体の接合方法の実施例により作製された接合体を説明するための斜視図である。
【図２】本発明の光学結晶体の接合方法の実施例を説明するための工程フロー図である。
【図３】実施例における反応性イオンエッチング装置及びこれを用いた反応性イオンエッチング処理方法を説明するための模式的断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  固体レーザ、  ２  ＹＶＯ４レーザ結晶体、  ２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ  面、  ３  ＫＴｉＯＰＯ４結晶体、  １０  反応性イオンエッチング装置、  １１  カソード電極、  １１ａ，１３ａ  電極面、  １２  絶縁部材、  １３  アノード電極、  １４  真空チャンバー、  １５  減圧手段、  １６  高周波電源、  １８  ガス導入口、  １９，２１  自在開閉弁、  ２０  排気口、  ２３  配線部、  ２４  絶縁部材、  ２５  ブロッキングコンデンサ、  ２６，２７  絶縁板、  ２６ａ，２７ａ  開口部、  Ｌ２，Ｌ３  長さ、  Ｗ２，Ｗ３  幅、  ｔ２，ｔ３  厚さ
【図１】
2008300634.tif 000003
【図２】
2008300634.tif 000004
【図３】
2008300634.tif 000005