JP2006016239A

JP2006016239A - 水晶波長板、及びその製造方法

Info

Publication number: JP2006016239A
Application number: JP2004195009A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yokogawa; 弘横川; Kotaro Wakabayashi; 小太郎若林
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2006-01-19

Abstract

【課題】
本発明の目的は、大気圧下での水晶波長板の育成において、電気炉内に載置されたサファイヤ等の単結晶または石英ガラス等の非晶質の基板上に、載置されたマスクパターン形状の水晶波長板を育成させ、一度に先の基板上に複数個の二つの波長において同じ屈折率差Δnを有する水晶波長板、及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】
上記目的を達成する為に本発明は、気相成長法で基板上に成長させて成る水晶波長板において、水晶波長板の育成中に添加物を加えることで、二つ以上の波長において異常光線の屈折率から常光線の屈折率を差し引いた差が同じとなる水晶波長板であることを特徴とし、又、気相成長法で基板上に成長させて成る水晶波長板の製造方法で、添加物を加えながら、マスクが載置された基板上に、マスクパターン形状の前述の特性を有する水晶波長板を基板上に一度に複数個育成させることで目的を達成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、気相成長法を用いて育成される水晶波長板、及びその製造方法に関する。

従来、水晶波長板の製造には、波長板と呼ばれる水晶から成る薄い板がその製造に用いられることが一般的であった。この水晶から成る波長板と呼ばれる薄い板について、最近の傾向では映像分野の画像装置等を中核として、その搭載部品についての非常に急激な市場からの小型化や更なる薄片化、加えて軽量化や低価格化の要求があるのが実際である。

一方、先の波長板の材料となる水晶板は、従来においてはオートクレーブと呼ばれる耐圧容器を炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液で充填した容器内で、先のオートクレーブ内の状態を高温高圧状態とした水熱育成法と呼ばれる育成法により育成された人工水晶を板状に切り出し、更に所望の厚みとなるように主面を研磨加工して、最終的に小さな薄い水晶の薄片である波長板とすることが一般的であった。

しかしながら、前記の水熱育成法では、その人工水晶のオートクレーブ内での育成には少なくとも２−３ヶ月の期間を必要とし、また、その人工水晶から薄い波長板を作り出すまでの研磨加工工程の過程においては、もとの人工水晶の大きさのおよそ９０％以上に至る量の水晶を結果的に廃棄することに成っていたという問題があった。

また、最近の光ディスクにおいては、従来の波長でのデータの書き込みに対して、より高密度のデータの書き込みをする為に、従来よりも短波長の青色レーザーを加えて使用して、互いに共用することの出来るよう二波長以上に対応するように成ってきており、この場合一波長においても半導体レーザーの波長ズレの影響で屈折率差Δnが若干ずれる、即ち、位相差が若干ずれるという不具合が発生するといった問題があった。更に先の二波長以上に対応する場合においては、半導体レーザーの波長ズレと屈折率差Δnの波長分散があるため、設計した波長以外の波においては位相差が大幅にずれる。その為、例えば光ピックアップの光学系では光の伝達効率が落ちてしまうといった問題があった。

以上のような問題に対応する為に、水晶から成る波長板の屈折率差（Δn）分散を管理した水晶波長板を製造するため、気相成長法を用いて炉内に設置された基板上に育成される水晶波長板の製造において、炉内に送り込む主なガスに加えて、例えばAl、Mo、Ti、Fe等の金属や、Na、K、Cl等のイオン系の添加物を炉内に供給することにより、二つのそれぞれの波長で同等の屈折率差Δnを有することを特徴とし、一枚の波長板において二つ以上の波長で位相差が同じ、もしくは同等と成る水晶波長板を育成する本発明が考えられた。

すなわち、大気圧下において珪素源として一種または複数種の珪素のアルコキシドを気化して、反応促進剤である塩化水素、及び例えばAl、Mo、Ti、Fe等の金属や、Na、K、Cl等のイオン系といった添加物を、窒素ガス等のキャリアガスでサファイヤ、シリコン、ガリウム砒素（GaAs）等の単結晶または石英ガラス等の非晶質から成る基板上に先述のキャリアガスを用いて炉内に輸送し、先述の基板上で酸素ガスと反応させることにより、図４の特性図に示されるような二つのそれぞれの波長において、同じ、もしくは同等の屈折率差Δnを有することを特徴とし、一枚の波長板で、二つ以上の波長において屈折率差Δnを同じ、もしくは同等に有する水晶波長板を先の基板上に育成する水晶波長板の製造方法と、その水晶波長板そのものの応用が考えられた。

特開２００２−８０２９６号公報特開２００３−２８９２３６号公報

なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。

本発明は、以上のような技術的背景のもとでなされたものであり、従ってその目的は、図１に示されるような大気圧下での水晶波長板の育成において、電気炉内に載置されたサファイヤ、シリコン、ガリウム砒素（GaAs）等の単結晶または石英ガラス等の非晶質から成る基板上に、載置されたマスクのパターン形状の水晶波長板を育成させて、一度に先の基板上に複数個の二つの波長において同じ、もしくは同等の屈折率差Δnを有する水晶波長板、及びその製造方法を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明は、気相成長法で基板上に成長させて成る水晶波長板において、先の水晶波長板の育成中に添加物を加えることにより、二つ以上の波長において異常光線の屈折率から常光線の屈折率を差し引いた差が同じとなる水晶波長板であることを特徴とする。

また、本発明の、気相成長法で基板上に成長させて成る水晶波長板の製造方法において、添加物を加えながら、マスクが載置された先の基板上に、マスクのパターン形状の、二つ以上の波長において異常光線の屈折率から常光線の屈折率を差し引いた差が同じ水晶波長板を基板上に一度に複数個育成させることを特徴とする。

また、先の基板上のマスクの厚みが、所望する水晶波長板の厚みの１１０％以上で、かつ１５０％以下であることを特徴とする。

また、本発明の水晶波長板の育成中にAl、Mo、Ti、Fe金属等の、またはNa、K、Cl等のイオン系添加物を加えることを特徴とする。

本発明の水晶波長板では、切削や研磨といった加工を本発明の水晶波長板にさらに加えること無しに、使用する電子部品にそのまま収容することが出来、水晶から成る波長板の生産効率を著しく高めることが出来る。

また、本発明の水晶波長板の製造方法によれば、多数の同一形状の水晶波長板を非常に効率的に、かつ著しく歩留まり良く製造することが出来る。

また、本発明による波長板によれば、従来はそれぞれの異なる屈折率差Δnの分散特性を有する二枚以上の異なる結晶板を互いに組み合わせて使用する必要があったものを、一枚の水晶波長板において二つのそれぞれの波長で同じ、もしくは同等の屈折率差Δnを有する波長板に代えることが出来、著しい波長板の小型化を実現することが出来る。

以下に図面を参照しながら本発明の実施の一形態について説明する。
なお、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。

図１は本発明の、水晶波長板２の製造方法を示す概略の模式図である。即ち図１は基板ロッドで支えられた基板台の上に載置されたサファイヤ、またはシリコン、またはガリウム砒素（GaAs）等の単結晶または石英ガラス等の非晶質から成る基板１上に密着してマスク３を装着した様子を示す斜め上方からみた概略の模式図である。

図２は基板台の上に載置されたサファイヤ、またはシリコン、またはガリウム砒素（GaAs）等の単結晶または石英ガラス等の非晶質から成る基板１上に密着して装着するマスク３の一例を示すマスク３の上面方向からみた概略の上面図である。電気炉のなかは高温となるため、マスク３はガラスや石英といった耐熱性材料で出来ている。また、マスクのパターン４、即ちそれぞれの孔の形状は所望する電子部品に収容される波長板２の形状をしており、勿論ここにあげた複数の正方形のパターン以外にも、円形や長方形、または楕円、多角形、櫛形であっても構わず、またそれぞれのパターンの形状が小さく多数ひとつのマスク上に形成されている場合でも、本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。また、マスク３の厚さは、所望する波長板２の厚みの１１０％以上で、かつ１５０％以下の厚みである。基板１上に育成される水晶波長板２の縁形状ににじみが生じないように基板１へマスク３が確実に密着していることが必要である。

図３は本発明の水晶波長板２の製造方法を示す概略の図であり、電気炉のなかに基板ロッドで支えられた基板台の上に載置されたサファイヤ、またはシリコン、またはガリウム砒素（GaAs）等の単結晶または石英ガラス等の非晶質から成る基板１上に密着してマスク３を装着した様子を示した側面方向からみた概略の側面模式図である。この状態で大気圧下において珪素源として一種または複数種の珪素のアルコキシドを気化して、反応促進剤である塩化水素、及び例えばAl、Mo、Ti、Fe等の金属や、Na、K、Cl等のイオン系のガス状の添加物とともに、窒素ガス等のキャリアガスで先述のサファイヤ、またはシリコン、またはガリウム砒素（GaAs）等の単結晶または石英ガラス等の非晶質から成る基板１上に、先述のキャリアガスを用いて炉内に輸送し、先述の基板１上で同じく炉内に輸送される酸素ガスと反応させることにより、次の図４に示されるような二つのそれぞれ波長において同じ、もしくは同等の屈折率差Δnを有する一枚の波長板で二波長の分散特性を共用する水晶波長板２が基板１上に成長し、マスクのパターン４の形状の水晶波長板２が多数個育成する。なお、図１、及び図３において電気炉内の気流の向きは鉛直方向としているが、電気炉を横置きとして気流の向きを水平方向としても本発明の効果を奏するものであることは言うまでも無い。

図４は本発明の、一枚の波長板において、同じ二つの屈折率差Δnを有する水晶波長板の屈折率差Δn−波長曲線の特性図である。本図４において、従来はそれぞれの波長λ及びλ２の点でそれぞれの屈折率差Δnが決定され設計における位相差になるようにその波長板の厚みが決まる。したがって、両方の波長である厚みの波長板２の位相差を同じにすることは出来ない。先述の添加物を波長板の育成中に炉内に輸送することにより図４の屈折率差Δn分散−波長曲線を図４中の添加物Aや添加物Bの曲線の如くλ１及びλ２の点でその屈折率差Δnの値がほぼ同じとすることが出来る。人工水晶の従来の育成法である水熱育成法では、添加物の管理が非常に困難であるが気相成長による水晶波長板の育成では、添加物の管理が育成炉内への配管により、育成される水晶位相板の近傍に先の配管を設置することにより、ガス状の例えばAl、Mo、Ti、Fe等の金属や、Na、K、Cl等のイオン系といった添加物の吹きだし量、吹きつけ量、吹き出し方向の管理が容易であるといった効果を奏するものである。

図５は一種または複数種の珪素アルコキシドの大気圧下での基板１上の成長を終え、電気炉を開蓋して基板１からマスク３を外し、マスクのパターン４形状に育成した水晶波長板２を個々に取り出す様子を示した概略の斜め上方からみた模式図である。育成された水晶波長板２は基板１から容易に取り外すことが出来、それぞれ一枚の波長板２で、二つ以上の波長で同じ屈折率差Δnを有する水晶波長板２として、更なる加工をすること無く、そのまま使用することが出来る。

なお、先の図１、及び図３では先述の耐熱性材料で出来たマスク３を使用しているが、マスク３は基板１の上に耐熱性のあるフォトリソ等によりパターンを形成しても構わず、この場合も本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。

図６は先の図２の一種または複数種の珪素アルコキシドの大気圧下でサファイヤ、シリコン、ガリウム砒素（GaAs）等の単結晶または石英ガラス等の非晶質から成る基板１上に水晶薄膜のエピタキシャル成長をする様子を示す図２の、基板部分を拡大した概略の模式図である。

本発明の基板ロッドで支えられた基板台の上に載置された基板上に、密着してマスクを装着して、水晶波長板を育成する状態を示した斜め上方からみた模式図である。基板台の上に載置されたサファイヤ、またはシリコン、またはガリウム砒素（GaAs）等の単結晶または石英ガラス等の非晶質から成る基板１上に密着して装着するマスク３の一例を示すマスク３の上面方向からみた概略の上面図である。本発明の水晶波長板の製造方法を示す概略の図であり、電気炉のなかに基板ロッドで支えられた基板台の上に載置されたサファイヤ、またはシリコン、またはガリウム砒素（GaAs）等の基板上に密着してマスクを装着した様子を示した側面方向からみた側面模式図である。本発明の一枚の波長板で二つの波長において同じ屈折率差Δnを有する水晶波長板の屈折率差Δn分散−波長曲線の特性図である。本４図には、従来の水晶波長板として設計された波長板の屈折率差Δn分散曲線も図示されている。一種または複数種の珪素アルコキシドの大気圧下での基板上にそれぞれ一枚の波長板で二波長の分散特性を共用する水晶波長板の育成を終え、電気炉を開蓋して基板からマスクを外し、マスクのパターン形状に育成した水晶波長板を個々に取り出す様子を示した概略の基板ロッドの斜め上方からみた模式図である。従来の一種または複数種の珪素アルコキシドの大気圧下で基板上に水晶薄膜のエピタキシャル成長をする様子を示す図の基板部分を拡大した概略の模式図である。

符号の説明

１基板
２水晶波長板
３マスク
４マスクのパターン

Claims

気相成長法で基板上に成長させて成る水晶波長板において、該水晶波長板の育成中に添加物を加えることにより、二つ以上の波長において異常光線の屈折率から常光線の屈折率を差し引いた差が同じとなる水晶波長板。
気相成長法で基板上に成長させて成る水晶波長板の製造方法において、添加物を加えながら、マスクが載置された該基板上に、該マスクのパターン形状の、二つ以上の波長において異常光線の屈折率から常光線の屈折率を差し引いた差が同じ該水晶波長板を該基板上に一度に複数個育成させることを特徴とする水晶波長板の製造方法。
マスクの厚みが、所望する水晶波長板の厚みの１１０％以上で、かつ１５０％以下であることを特徴とする請求項２に記載の水晶波長板の製造方法。
水晶波長板の育成中にAl、Mo、Ti、Fe等の金属、またはNa、K、Cl等のイオン系添加物を加えることを特徴とする請求項２に記載の水晶波長板の製造方法。