(57)【要約】強誘電体単結晶に形成された分極反転領域を容易に固定化する方法、および、その強誘電体単結晶を含む光学素子を提供することを課題とする。  強誘電体単結晶に形成された分極反転領域を固定化する方法であって、強誘電体単結晶にイオンビームまたは中性ビームのいずれかのビームを照射するステップを包含すること、および、その強誘電体単結晶を含む光学素子であって、上記ステップを包含する方法によって製造されることを特徴とする。
2007108339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電体単結晶に形成された分極反転領域を固定化する方法であって、
分極反転領域が形成された強誘電体単結晶にイオンビームまたは中性ビームのいずれかのビームを照射するステップ
を包含することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記強誘電体単結晶は、分極方向に垂直な第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面とを有し、
前記照射するステップは、前記分極反転領域が第１の面から第２の面まで貫通している場合には、前記第１の面および前記第２の面の少なくともいずれか一方にビームを照射し、前記分極反転領域が第１の面から第２の面まで貫通していない場合には、前記第１の面にビームを照射する、請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項３】
前記強誘電体単結晶は、実質的に定比組成のタンタル酸リチウム単結晶または実質的に定比組成のニオブ酸リチウム単結晶である、請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項４】
前記実質的に定比組成のタンタル酸リチウム単結晶または実質的に定比組成のニオブ酸リチウム単結晶は、Ｍｇ、Ｚｎ、ＳｃおよびＩｎからなる群から選択される元素を０．１〜３．０ｍｏｌ％含む、請求の範囲第３項に記載の方法。
【請求項５】
固定化された分極反転領域を有する強誘電体単結晶を含む光学素子であって、分極反転領域が形成された強誘電体単結晶にイオンビームまたは中性ビームのいずれかのビームを照射するステップを包含する方法によって製造されることを特徴とする光学素子。
【請求項６】
前記光学素子は、前記分極反転領域に接する停止層を有し、前記停止層は、前記強誘電体単結晶の格子点の秩序性よりも低い秩序性を有する、請求の範囲第５項に記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強誘電体単結晶に形成された分極反転領域を固定化する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、強誘電体の内部に周期的な分極反転領域（分極反転構造）を形成した、周波数変調器および光波長変換素子といった光学素子の研究が盛んである。このような強誘電体単結晶として、定比組成のタンタル酸リチウム単結晶および定比組成のニオブ酸リチウム単結晶が注目されている。
これら単結晶は、分極反転領域を形成時の条件によっては、形成された隣り合う分極反転領域が接合してしまう、または、形成された分極反転領域が再度分極反転してしまう（バックスイッチ）という問題が生じる。
上記問題に加えて、定比組成のタンタル酸リチウム単結晶および定比組成のニオブ酸リチウム単結晶のうち、特に、定比組成のタンタル酸リチウム単結晶において、分極反転領域形成後、変調器または波長変換素子への加工プロセス中に形成された分極反転領域のバックスイッチまたは分極反転領域の拡張が生じることが確認されている。
このような問題に対して、格子点の秩序性制御による分極反転方法および欠陥密度制御による分極反転方法に関する技術がある（例えば、特許文献１および特許文献２を参照）。
特許文献１に記載の技術は、電界が印加される面に格子点の秩序性の低い制御層を設けることによって、分極反転領域の接合、または、バックスイッチ現象を低減することを開示している。一方、特許文献２に記載の技術は、電界が印加される面に欠陥密度の高い制御層を設けることによって、分極反転領域の接合、または、バックスイッチ現象を低減することを開示している。
【特許文献１】特開２００５−１４８２０２号公報
【特許文献２】特開２００５−１４８２０３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、上記特許文献１および特許文献２に記載の方法は、分極反転領域を形成する前に予め制御層を設けることが必須である。このため、制御層の厚さ、制御層の格子点の秩序の程度によっては、分極反転領域を形成するための条件（例えば、抗電界の大きさ）が異なり得るので、プロセスが複雑となるばかりでなく、歩留まりが低下し、コスト高を招く。
また、上記特許文献１および特許文献２に記載の方法は、分極反転領域が強誘電体単結晶の分極方向にわたって貫通し、制御層に到達することが必須であるため、強誘電体単結晶の表面のみに分極反転領域を設けた光学素子に対しては、効果を発揮できない。
したがって、本発明の目的は、強誘電体単結晶に形成された分極反転領域を容易に固定化する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明による強誘電体単結晶に形成された分極反転領域を固定化する方法は、分極反転領域が形成された強誘電体単結晶にイオンビームまたは中性ビームのいずれかのビームを照射するステップを包含し、これにより上記目的を達成する。
前記強誘電体単結晶は、分極方向に垂直な第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面とを有し、前記照射するステップは、前記分極反転領域が第１の面から第２の面まで貫通している場合には、前記第１の面および前記第２の面の少なくともいずれか一方にビームを照射し、前記分極反転領域が第１の面から第２の面まで貫通していない場合には、前記第１の面にビームを照射し得る。
前記強誘電体単結晶は、実質的に定比組成のタンタル酸リチウム単結晶または実質的に定比組成のニオブ酸リチウム単結晶であり得る。
前記実質的に定比組成のタンタル酸リチウム単結晶または実質的に定比組成のニオブ酸リチウム単結晶は、Ｍｇ、Ｚｎ、ＳｃおよびＩｎからなる群から選択される元素を０．１〜３．０ｍｏｌ％含み得る。
本発明による固定化された分極反転領域を有する強誘電体単結晶を含む光学素子は、分極反転領域が形成された強誘電体単結晶にイオンビームまたは中性ビームのいずれかのビームを照射するステップを包含する方法によって製造され、これにより上記目的を達成する。
前記光学素子は、前記分極反転領域に接する停止層を有し、前記停止層は、前記強誘電体単結晶の格子点の秩序性よりも低い秩序性を有し得る。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の方法によれば、分極反転領域が形成された強誘電体単結晶表面にイオンビームまたは中性ビームのいずれかのビームを照射するステップを包含する。上記ビームを照射することによって、強誘電体単結晶表面の結晶性が低下する。その結果、一旦分極反転された分極反転領域は、結晶性の悪い強誘電体単結晶においては、再度分極反転をすることができない（すなわち、バックスイッチ現象を生じない）。したがって、一旦形成された分極反転領域を、バックスイッチ現象を生じすることなく固定化させることができる。また、分極反転領域を形成後に、上記ビームを照射するだけであるので、分極反転領域を形成するための条件を固定にできるので、歩留まりが向上し、コスト安となり得る。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図１は、本発明による技術を示す模式図である。
図２は、図１のＡ−Ａ’断面図を示す模式図である。
図３は、実施例１および比較例１で用いた周期分極反転構造を有するＳＬＴ単結晶の模式図である
図４は、実施例１によるイオンビーム照射直後の表面状態を示す図である。
図５は、実施例１によるイオンビーム照射および熱処理後の表面状態を示す図である。
図６は、比較例１による熱処理前後の表面状態を示す図である。
【符号の説明】
【０００７】
１００  強誘電体単結晶      １１０  第１の面      １２０  第２の面
１３０、３３０  分極反転領域      １４０  ビーム
２００  状態      ２１０  停止層      ２２０  拡張
３１０  ＳＬＴ基板      ３２０  周期分極反転領域      ３４０  領域
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図中、同様の要素には同一の参照符号を付し、重複して説明するのを避ける。
図１は、本発明による技術を示す模式図である。
強誘電体単結晶１００は、任意の強誘電体単結晶が適用可能であるが、光学応用には１８０°ドメインを有する非線形光学効果を有する任意の強誘電体単結晶が好ましい。１８０°ドメインであれば、容易に分極反転可能であり、後述する本発明の方法によって一旦反転した分極は良好に維持され得る。
より具体的には、本発明が適用可能な強誘電体単結晶１００として、実質的に定比組成のタンタル酸リチウム単結晶（以降では単にＳＬＴと称する）または実質的に定比組成のニオブ酸リチウム単結晶（以降では単にＳＬＮと称する）が挙げられる。
これらＳＬＴおよびＳＬＮは、従来のコングルエント組成のタンタル酸リチウム単結晶（以降では単にＣＬＴと称する）およびコングルエント組成のニオブ酸リチウム単結晶（以降では単にＣＬＮと称する）と比較して、欠陥が少なく、本発明の方法がより効果を奏することを本願発明者らが見出した。なお、実質的に「定比組成である」とは、Ｌｉ２Ｏ／（Ｔａ２Ｏ５＋Ｌｉ２Ｏ）またはＬｉ２Ｏ／（Ｎｂ２Ｏ５＋Ｌｉ２Ｏ）のモル分率が完全０．５００ではないものの、コングルエント組成よりも化学量論比に近い組成のモル分率０．４９５〜０．５０５を有していることを意図する。
また、これらＳＬＴおよびＳＬＮは、１８０°ドメイン、優れた圧電効果、焦電効果、電気光学効果および非線形光学効果を有しており、ナノオーダの分極反転領域を利用することによって新規な特性の利用が期待され得る。さらに、ＳＬＴおよびＳＬＮは、非線形光学定数（ｄ定数）が他の強誘電体単結晶に比べて大きいため、より光学応用に適している。
ＳＬＮおよびＳＬＴは、また、Ｍｇ、Ｚｎ、ＩｎおよびＳｃからなる群から選択される元素を０．１〜３．０ｍｏｌ％含んでも良い（例えば、本願発明者らによる特開２００１−２８７９９９および特開２００３−２６７７９８を参照のこと）。これにより、耐光損傷性を改善できる。
強誘電体単結晶１００は、分極方向に垂直な第１の面１１０と第１の面１１０に対向する第２の面１２０とを有する。強誘電体単結晶１００としてＳＬＴまたはＳＬＮを採用した場合、分極方向（図中の矢印で示す）はＺ軸の方向である。
強誘電体単結晶１００は、分極反転領域１３０を有する。分極反転領域１３０は、電界印加法、イオン交換による分極反転法、または、電子ビーム等によるマイクロドメイン反転法等の任意の方法によって形成され得る。分極反転領域１３０の形状は、任意である。分極反転領域１３０は、周期分極反転構造であってもよいし、マイクロドメイン構造であってもよい。
分極反転領域１３０は、最終的なデバイスに応じて、第１の面１１０から第２の面１２０へと貫通していてもよいし、第１の面１１０から第２の面１２０へと貫通していなくてもよい。
本発明の方法は、このような分極反転領域１３０を有する強誘電体単結晶１００の表面にビーム１４０を照射するステップを包含する。
ビーム１４０は、イオンビームまたは中性ビームのいずれかである。これらのビームであれば、強誘電体単結晶１００中に後述する秩序性の低い停止層（図２の２１０）を形成することができる。
イオンビームを照射する場合、そのイオン種は、希ガスイオンまたは金属イオンである。このようなイオン種には、例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｚｎ、ＮｂおよびＭｇがあるが、これらに限定されない。また、本明細書では、プロトンビーム（陽子ビーム）は、イオンビームに含まれ得る。
本明細書では、中性ビームは、分子・原子ビームと同義である。このような中性ビームには、例えば、ヘリウム、アルゴンがあるが、これらに限定されない。中性ビームは、イオンビームに比べて、分極反転領域１３０に帯電現象（チャージアップ）を生じにくいという特徴を有する。
照射される表面は、第１の面１１０および第２の面１２０の少なくともいずれか一方であるが、分極反転領域１３０が第１の面１１０から第２の面１２０まで貫通している場合には、第１の面１１０または第２の面１２０のいずれか一方、あるいは、両面に行ってもよい。また、分極反転領域１３０が第１の面１１０から第２の面１２０まで貫通していない場合には、第１の面１１０のみでよい。
照射される領域は、分極反転領域１３０の表面全体であってもよいし、ビーム径によっては分極反転領域１３０だけでもよい。
照射するタイミングは、分極反転領域１３０の形成直後が望ましい。ビーム１４０は、例えば、強誘電体単結晶１００の表面からの深さ０．１〜５μｍまで到達するように照射される。
次に、ビーム１４０を照射することによって、分極反転領域１３０が固定化されるメカニズムを詳述する。図２では、第１の面１１０から第２の面１２０に分極反転領域１３０が貫通している場合に、第１の面１１０にビーム１４０を照射する場合を例示する。
図２は、図１のＡ−Ａ’断面図を示す模式図である。
図２（ａ）には、ビーム１４０（図１）照射後の状態２００が示される。ビーム１４０を強誘電体単結晶１００の第１の面１１０に照射すると、第１の面１１０には、停止層２１０が形成される。
停止層２１０は、分極反転領域１３０がＺ軸方向へバックスイッチすること、および、Ｘ方向ならびにＹ方向へバックスイッチすることおよび／または拡張することを停止するように機能する。
停止層２１０は、強誘電体単結晶１００の格子点の秩序性に比べて低い秩序性を有する。停止層２１０は、非晶質状態であってもよい。本願発明者らは、このような秩序性の差によって、分極反転領域１３０の拡張およびバックスイッチが阻止され得ることを見出した。
ここで、停止層２１０の厚さは、例えば、０．１μｍ〜５μｍである。この範囲であれば、効果的に分極反転領域１３０の拡張およびバックスイッチが抑制され得る。
図１に示すビーム１４０の照射条件は、照射領域に停止層２１０が形成される限り、任意であるが、例えば、ビーム１４０としてイオンビームを用いた場合、照射条件は、注入エネルギー１００ＫｅＶ〜２ＭｅＶ、注入イオン量１×１０１２ｃｍ−２〜１×１０１７ｃｍ−２の範囲であり得る。
分極反転領域１３０は、例えば、図２（ｂ）に示されるように、停止層２１０から遠ざかるにしたがって、分極反転領域の拡張２２０が生じることはない。
このような拡張２２０は、分極反転領域をエネルギー的に不安定にするため、起こり得ない。停止層２１０から第２の面１２０へ向かってバックスイッチする場合も、同様である。
したがって、一旦、分極反転領域１３０に接する停止層２１０が形成されると、停止層２１０にてすべての方向に対する分極反転領域１３０の再反転（バックスイッチ）および拡張が停止されることになる。
上述したように、図２の場合に、第２の面１２０のみ、または、第１の面１１０に加えて第２の面１２０にもビーム１４０を照射しても同様の効果が得られるのは言うまでもない。
本発明の方法は、特に、強誘電体単結晶１００（図１）に欠陥等のない場合、すなわち、強誘電体単結晶１００と制御層２１０との格子点の秩序性の差が大きい場合に有効であり得る。
したがって、ＣＬＴおよびＣＬＮに比べてＳＬＴおよびＳＬＮにおいて、効果がより顕著であり得る。
本発明の方法を用いて得られる光学素子は、分極反転領域を利用する任意の素子を意図しており、詳細には、変調器および波長変換素子であり得る。
本発明によって得られる光学素子は、加工プロセスにおけるバックスイッチ現象および分極反転領域の拡張が抑制されるので歩留まりが向上し得る。さらに、使用時の加熱等によるバックスイッチ現象による光学特性の低下も抑制されるので、光学素子としての信頼性が向上し得る。
なお、光学素子は、停止層２１０を有していても、機械的な研磨によって停止層２１０を除去してもよい。
以上、説明してきたように、本願発明者らは、分極反転領域を形成した後に、加工プロセスにおける分極反転領域の拡張およびバックスイッチを阻止するための方法を見出した。従来技術において、分極反転領域の拡張およびバックスイッチを抑制するためには、強誘電体単結晶を貫通した分極反転領域が制御層と接することが必須と考えられていたが、本願発明者らは、所望の分極反転領域を形成後にも上記方法によって抑制に効果があることを種々の実験から見出した。
さらに、従来技術とは異なり、予め制御層を設ける必要がないので、分極反転領域を形成するための条件は、強誘電体単結晶固有の条件に固定できる。そのため、従来技術において生じていた、制御層があることによる分極反転領域の形成の失敗がなくなる。また、本発明は、表面のみの分極反転領域を用いたアプリケーションにも適用可能である。
【実施例１】
【０００９】
図３は、実施例１および比較例１で用いた周期分極反転構造を有するＳＬＴ基板の模式図を示す。
原料供給型二重坩堝チョクラルスキー法によって製造されたＭｇＯを１ｍｏｌ％ドープしたＳＬＴを、ポーリング（単一分極化）後、分極方向に対して垂直方向に０．３ｍｍ厚となるようにカットおよび研磨して、ＭｇＯ１ｍｏｌ％ドープＳＬＴ基板３１０を得た。得られたＳＬＴ基板３１０の大きさは、１０ｍｍ（Ａ方向）×１０ｍｍ（Ｙ方向）×０．３ｍｍ（厚さ）であった。
リソグラフィを用いてパルス電界印加法によって、ＳＬＴ基板３１０に周期分極反転領域３２０を形成した。詳細には、Ｚ−面上に液体電極（ＬｉＣｌ水溶液）の全面電極を付与し、Ｚ＋面に約６μｍの周期金属電極片を付与した。電極片は、Ｙ方向に伸びている。１つの分極反転領域３３０は、３ｍｍ（Ｙ方向）×５μｍ（Ａ方向）であった。周期分極反転領域３２０のＡ方向（長手方向）が、全体として１０ｍｍとなるように、分極反転領域３３０が繰り返された。
次いで、領域３４０にイオン加速器（ＨＶＥＥ社製２ＭＶタイプイオン注入装置）を用いてイオンビームを照射した。照射条件は、イオン種としてＡｒを用い、注入エネルギー１ＭｅＶ、注入イオン量１×１０１４ｃｍ−２、注入深さ０．６μｍであった。その後、周期分極反転領域３２０が正しく形成されたかどうかを確認するため、ＨＦ水溶液を用いてＳＬＴ基板３１０の表面をエッチングすることによって、周期分極反転領域３２０を表面の凹凸として観察した。表面の観察には、走査型フォース顕微鏡ＳＦＭ（ＳＰＡ３００ＨＶ、セイコーインスツルメンツ、Ｊａｐａｎ）を用いた。観察条件は、０．２４μｍ／ｓｅｃにて感知レバーを走査した。観察結果を図４に示し、後述する。
次いで、加工プロセスによるバックスイッチの影響を調べるために、ＳＬＴ基板３１０を１００℃まで昇温し、１０分間保持し、室温まで急冷させた。その後（１０分後）、降温速度２．０℃／分で室温まで下げた。以上の熱処理を３回行った。熱処理後のＳＬＴ基板３１０の領域３４０の表面状態を同様に、ＳＦＭを用いて観察した。観察結果を図５に示し、後述する。
比較例１
実施例１でイオンビームを照射していない領域３５０を用いた以外は、実施例１と同様であるため説明を省略する。
熱処理後の領域３５０を実施例１と同様にＳＦＭで観察した。観察結果を図６に示し後述する。
図４は、実施例１によるイオンビーム照射直後の表面状態を示す図である。
図４（Ａ）は、照射直後（かつ、熱処理前）のＳＬＴ基板３１０（図３）の領域３４０（図３）の表面状態を示すトポ像（ステレオトポグラフ）である。図中コントラストが白く示される部分が非分極反転領域（Ｚ＋面）に相当し、コントラストが黒く示される部分が分極反転領域（Ｚ−面）に相当する。ＨＦ水溶液は、Ｚ＋面に比べてＺ−面を早くエッチングする傾向があるため、周期分極反転領域を表面の凹凸として確認することができる。図４（Ａ）から周期分極反転領域が正しく形成されていることが分かる。
図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の圧電応答の図である。トポ像とは異なり、図中コントラストが薄く示される部分が分極反転領域（Ｚ−面）に相当し、コントラストが濃く示される部分が非分極反転領域（Ｚ＋面）に相当する。図４（Ａ）および図４（Ｂ）を比較すると、矢印で示される部分に（約３μｍ）バックスイッチ現象が確認された。これは、ＨＦ水溶液によるエッチング時に熱的なエネルギーが加わって生じることが知られている。光学素子として利用する場合には、エッチング処理は不要であるため、この影響は無視できる。
図５は、実施例１によるイオンビーム照射および熱処理後の表面状態を示す図である。
図５（Ａ）は、照射後、さらに熱処理後のＳＬＴ基板３１０の領域３４０の表面状態を示すトポ像である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の圧電応答の図である。図４（Ｂ）および図５（Ｂ）を比較すると、ほぼ同一の圧電応答の結果が得られたことが分かる。このことから、熱処理をしても、分極反転領域３３０は変化しないことがわかった。なお、図示しないが、ＳＬＴ基板３１０の裏面についても同様に確認したところ、同一の結果が得られた。
図６は、比較例１による熱処理前後の表面状態を示す図である。
図６（Ａ）は、イオンビームを照射することなく熱処理した後のＳＬＴ基板３１０（図３）の領域３５０（図３）の表面状態を示すトポ像である。図６（Ａ）のトポ像は、熱処理前のトポ像に一致することを確認した。図６（Ｂ）には、矢印に示すように、バックスイッチが生じたことが明瞭に示される。ここで生じたバックスイッチは、エッチングによって生じるバックスイッチ（図４（Ｂ））に比べて遥かに進行していることが分かる。
以上より、本発明の方法が、加工プロセスに伴う分極反転領域の再反転（バックスイッチ）および拡張の抑制に効果的であることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００１０】
以上説明してきたように、本発明による方法は、ＳＬＴ等の強誘電体単結晶に形成された分極反転領域を利用する任意の素子に利用可能である。特に、加工プロセス時による加熱に対して耐性を有するので、素子の信頼性および歩留まりの向上につながり得る。さらに、ナノドメイン等の従来不可能であった微細制御も可能となるので、新規な光学素子への利用が期待され得る。
【図１】
2007108339.tif 000003
【図２】
2007108339.tif 000004
【図３】
2007108339.tif 000005
【図４】
2007108339.tif 000006
【図５】
2007108339.tif 000007
【図６】
2007108339.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成19年8月31日(2007.8.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強誘電体単結晶に形成された分極反転領域を固定化する方法であって、
分極反転領域が形成された強誘電体単結晶にイオンビームまたは中性ビームのいずれかのビームを照射するステップ
を包含し、
前記強誘電体単結晶が、実質的に定比組成のタンタル酸リチウム単結晶または実質的に定比組成のニオブ酸リチウム単結晶であり、前記分極反転領域を固定化して加工プロセスに伴う分極反転領域のバックスイッチおよび拡張を抑制することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記強誘電体単結晶は、分極方向に垂直な第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面とを有し、
前記照射するステップは、前記分極反転領域が第１の面から第２の面まで貫通している場合には、前記第１の面および前記第２の面の少なくともいずれか一方にビームを照射し、前記分極反転領域が第１の面から第２の面まで貫通していない場合には、前記第１の面にビームを照射する、請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項３】
前記実質的に定比組成のタンタル酸リチウム単結晶または実質的に定比組成のニオブ酸リチウム単結晶は、Ｍｇ、Ｚｎ、ＳｃおよびＩｎからなる群から選択される元素を０．１〜３．０ｍｏｌ％含む、請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項４】
前記照射するステップは、前記分極反転領域が前記第１の面から前記第２の面まで貫通している場合には、前記第１の面および前記第２の面のうち少なくとも前記第１の面にビームを照射する、請求の範囲第２項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の面が、Ｚ−面であり、前記第２の面がＺ＋面である、請求の範囲第２項に記載の方法。
【請求項６】
固定化された分極反転領域を有する強誘電体単結晶を含む光学素子であって、分極反転領域が形成された強誘電体単結晶にイオンビームまたは中性ビームのいずれかのビームを照射するステップを包含する方法によって製造され、
前記強誘電体単結晶は、実質的に定比組成のタンタル酸リチウム単結晶または実質的に定比組成のニオブ酸リチウム単結晶であることを特徴とする光学素子。
【請求項７】
前記光学素子は、前記分極反転領域に接する停止層を有し、前記停止層は、前記強誘電体単結晶の格子点の秩序性よりも低い秩序性を有する、請求の範囲第６項に記載の光学素子。
【請求項８】
前記実質的に定比組成のタンタル酸リチウム単結晶または実質的に定比組成のニオブ酸リチウム単結晶は、Ｍｇ、Ｚｎ、ＳｃおよびＩｎからなる群から選択される元素を０．１〜３．０ｍｏｌ％含む、請求の範囲第６項に記載の光学素子。
【請求項９】
前記停止層は、少なくとも前記強誘電体単結晶のＺ−面側に位置する、請求の範囲第６項に記載の光学素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
特許文献１に記載の技術は、電界が印加される面に格子点の秩序性の低い制御層を設けることによって、分極反転領域の接合、または、バックスイッチ現象を低減することを開示している。一方、特許文献２に記載の技術は、電界が印加される面に欠陥密度の高い制御層を設けることによって、分極反転領域の接合、または、バックスイッチ現象を低減することを開示している。
特許文献１：特開２００５−１４８２０２号公報
特許文献２：特開２００５−１４８２０３号公報
発明の開示
発明が解決しようとする課題
しかしながら、上記特許文献１および特許文献２に記載の方法は、分極反転領域を形成する前に予め制御層を設けることが必須である。このため、制御層の厚さ、制御層の格子点の秩序の程度によっては、分極反転領域を形成するための条件（例えば、抗電界の大きさ）が異なり得るので、プロセスが複雑となるばかりでなく、歩留まりが低下し、コスト高を、招く。
また、上記特許文献１および特許文献２に記載の方法は、分極反転領域が強誘電体単結晶の分極方向にわたって貫通し、制御層に到達することが必須であるため、強誘電体単結晶の表面のみに分極反転領域を設けた光学素子に対しては、効果を発揮できない。
したがって、本発明の目的は、強誘電体単結晶に形成された分極反転領域を容易に固定化する方法を提供することである。
課題を解決するための手段
本発明による強誘電体単結晶に形成された分極反転領域を固定化する方法は、分極反転領域が形成された強誘電体単結晶にイオンビームまたは中性ビームのいずれかのビームを照射するステップを包含し、前記強誘電体単結晶が、実質的に定比組成のタンタル酸リチウム単結晶または実質的に定比組成のニオブ酸リチウム単結晶であり、前記分極反転領域を固定化して加工プロセスに伴う分極反転領域のバックスイッチおよび拡張を抑制することにより上記目的を達成する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
前記強誘電体単結晶は、分極方向に垂直な第１の面（好ましくはＺ−面）と、前記第１の面に対向する第２の面（好ましくはＺ＋面）とを有し、前記照射するステップは、前記分極反転領域が第１の面から第２の面まで貫通している場合には、前記第１の面および前記第２の面の少なくともいずれか一方（好ましくは前記第１の面および前記第２の面のうち少なくとも前記第１の面）にビームを照射し、前記分極反転領域が第１の面から第２の面まで貫通していない場合には、前記第１の面にビームを照射し得る。
本発明による固定化された分極反転領域を有する強誘電体単結晶を含む光学素子は、分極反転領域が形成された強誘電体単結晶にイオンビームまたは中性ビームのいずれかのビームを照射するステップを包含する方法によって製造され、前記強誘電体単結晶が、実質的に定比組成のタンタル酸リチウム単結晶または実質的に定比組成のニオブ酸リチウム単結晶であることにより上記目的を達成する。
前記実質的に定比組成のタンタル酸リチウム単結晶または実質的に定比組成のニオブ酸リチウム単結晶は、Ｍｇ、Ｚｎ、ＳｃおよびＩｎからなる群から選択される元素を０．１〜３．０ｍｏｌ％含み得る。
前記光学素子は、前記分極反転領域に接する停止層（好ましくは少なくとも前記強誘電体単結晶のＺ−面側に位置する）を有し、前記停止層は、前記強誘電体単結晶の格子点の秩序性よりも低い秩序性を有し得る。
発明の効果
本発明の方法によれば、分極反転領域が形成された強誘電体単結晶表面にイオンビームまたは中性ビームのいずれかのビームを照射するステップを包含する。上記ビームを照射することによって、強誘電体単結晶表面の結晶性が低下する。その結果、一旦分極反転された分極反転領域は、結晶性の悪い強誘電体単結晶においては、再度分極反転をすることができない（すなわち、バックスイッチ現象を生じない）。したがって、一旦形成された分極反転領域を、バックスイッチ現
【国際調査報告】
2007108339.tif 000009
2007108339.tif 000010
2007108339.tif 000011
2007108339.tif 000012