JP2017134110A - 分極反転素子、分極反転素子の製造方法及び分極反転素子の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分極反転欠陥の存在しない分極反転構造を有する分極反転素子、分極反転素子の製造方法及び分極反転素子の製造装置を提供する。【解決手段】分極反転構造が形成された強誘電体結晶基板を有する分極反転素子の製造方法であって、分極反転構造が形成された強誘電体結晶基板を準備するステップと、分極方向と垂直な強誘電体結晶基板の第１の主面において、分極方向が所定の方向と異なる分極反転欠陥を検出するステップと、第１の主面に対向する強誘電体結晶基板の第２の主面と検出された分極反転欠陥との間に選択的に修正電界を生じさせて、分極反転欠陥の分極方向を所定の方向に修正するステップとを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、分極反転構造を有する分極反転素子、分極反転素子の製造方法及び分極反転素子の製造装置に関する。

強誘電体結晶基板の内部に所定の位置で分極方向を反転させた分極反転構造を形成した分極反転素子が用いられている。例えば、分極方向が周期的に反転する周期分極反転構造を有する分極反転素子が、所望の波長のレーザ光を得るための波長変換や空間光変調などの用途に使用されている。

分極反転構造の形成には、強誘電体結晶基板の表面に所定の間隔で配置した分極反転用電極に電圧を印加する電圧印加方法などが用いられる。例えば、強誘電体結晶基板の分極方向に垂直な＋Ｚ面に周期的に配置したストライプ状電極と、強誘電体結晶基板の−Ｚ面に一様に配置した平面電極との間に所定の電圧を印加する。これにより、ストライプ状電極の直下に分極反転が生じ、強誘電体結晶基板の内部に大面積の分極反転構造が一度に形成される（例えば特許文献１参照。）。

分極反転構造を形成する他の方法として、高電圧印加が可能なプローブを用いる方法もある。即ち、強誘電体結晶基板の表面に接触させたプローブを走査させることによって、分極反転構造を形成する（例えば非特許文献１参照。）。

特開２００５−２０８１９７号公報

粟野 春之 他、「広領域走査可能な針バランス式分極反転法」、第５７回応用物理学会関係連合講演会 講演予稿集、２０１０年、１９ｐ−Ａ−１、ｐ．０５−１３１

上記の方法などによって形成された分極反転構造には、分極反転欠陥が存在している場合がある。ここで、「分極反転欠陥」とは、反転させる予定であったのに反転していない領域や、反転させる予定ではなかったのに反転した領域などの、分極反転構造のうちの分極方向が予め設定された所定の方向と異なる領域である。分極反転構造に分極反転欠陥が存在すると、分極反転素子の特性が低下する。

上記問題点に鑑み、本発明は、分極反転欠陥の存在しない分極反転構造を有する分極反転素子、分極反転素子の製造方法及び分極反転素子の製造装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、分極反転構造が形成された強誘電体結晶基板を有する分極反転素子の製造方法であって、（ア）分極反転構造が形成された強誘電体結晶基板を準備するステップと、（イ）分極方向と垂直な強誘電体結晶基板の第１の主面において、分極方向が所定の方向と異なる分極反転欠陥を検出するステップと、（ウ）第１の主面に対向する強誘電体結晶基板の第２の主面と検出された分極反転欠陥との間に選択的に修正電界を生じさせて、分極反転欠陥の分極方向を所定の方向に修正するステップとを含む分極反転素子の製造方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、分極反転構造が形成された強誘電体結晶基板を準備するステップと、分極方向と垂直な強誘電体結晶基板の第１の主面において分極方向が所定の方向と異なる分極反転欠陥を検出するステップと、第１の主面に対向する強誘電体結晶基板の第２の主面と検出された分極反転欠陥との間に選択的に修正電界を生じさせて、分極反転欠陥の分極方向を所定の方向に修正するステップとを含み、分極反転欠陥を検出するステップが、分極方向の違いによって表面に高低差が生じるように強誘電体結晶基板の表面に凹凸を形成する段階と、表面に形成された凹凸の形状を分極反転欠陥のない場合に形成される標準パターンと比較し、凹凸の形状が標準パターンと異なる領域を分極反転欠陥として検出する段階とを含む分極反転素子の製造方法により製造され、分極方向が同一であり且つ平面レベルが異なる領域を有する分極反転素子が提供される。

本発明の更に他の態様によれば、分極反転構造が形成された強誘電体結晶基板を有する分極反転素子の製造に使用される製造装置であって、（ア）強誘電体結晶基板を有する分極反転素子について、分極方向と垂直な強誘電体結晶基板の第１の主面において、分極方向が所定の方向と異なる分極反転欠陥を検出する検出部と、（イ）第１の主面に対向する強誘電体結晶基板の第２の主面と検出された分極反転欠陥との間に選択的に修正電界を生じさせて、分極反転欠陥の分極方向を所定の方向に修正する修正部とを備える分極反転素子の製造装置が提供される。

本発明によれば、分極反転欠陥の存在しない分極反転構造を有する分極反転素子、分極反転素子の製造方法及び分極反転素子の製造装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る分極反転素子の製造方法を示すフローチャートである。 強誘電体結晶基板に分極反転構造を形成する方法の例を説明するための模式図である。 強誘電体結晶基板に形成された分極反転構造の例を示す模式的な断面図である。 分極方向の違いによって表面に高低差が生じるように表面に凹凸を形成した強誘電体結晶基板の例を示す模式的な断面図である。 反転欠陥の例を示す模式図であり、図５（ａ）は強誘電体結晶基板の平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶ−Ｖ方向に沿った断面図である。 非反転欠陥の例を示す模式図であり、図６（ａ）は強誘電体結晶基板の平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＶＩ−ＶＩ方向に沿った断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る分極反転素子の製造装置を示す模式図である。 反転欠陥が修正された強誘電体結晶基板を示す模式的な断面図である。 非反転欠陥が修正された強誘電体結晶基板を示す模式的な断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る分極反転素子の製造装置を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る分極反転素子の製造装置の他の例を示す模式図である。 強誘電体結晶基板に生じた分極反転欠陥の例を示す模式的な平面図である。 本発明の第３の実施形態に係る分極反転素子の製造方法を説明するための模式的な平面図である。 本発明の第３の実施形態に係る分極反転素子の製造方法の他の例を説明するための模式的な平面図である。

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

また、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る分極反転素子の製造方法は、分極反転構造が形成された強誘電体結晶基板を有する分極反転素子の製造方法であって、図１に示すように、分極反転構造が形成された強誘電体結晶基板を準備するステップＳ１と、分極方向と垂直な強誘電体結晶基板の第１の主面において、分極反転構造に生じた分極反転欠陥を検出するステップＳ２と、第１の主面に対向する強誘電体結晶基板の第２の主面と検出された分極反転欠陥との間に選択的に修正電界を生じさせて、分極反転欠陥の分極方向を所定の方向に修正するステップＳ３とを含む。既に述べたように、分極反転欠陥は、分極反転構造のうちの分極方向が設定されていた所定の方向と異なる領域である。

強誘電体結晶基板には、例えばタンタル酸リチウム（ＬＴ）単結晶基板やニオブ酸リチウム（ＬＮ）単結晶基板などを使用する。また、ＬＴ単結晶やＬＮ単結晶からなる強誘電体結晶基板１００に、マグネシウム（Ｍｇ）や亜鉛（Ｚｎ）、スカンジウム（Ｓｃ）、インジウム（Ｉｎ）などが添加されていてもよい。例えば、ＭｇをドープしたＭｇＬＮ結晶やＭｇＬＴ結晶が強誘電体結晶基板に使用される。以下に、図１に示した分極反転素子の製造方法の詳細について説明する。

まず、ステップＳ１において、例えば以下のようにして、所定の位置で分極方向が反転する分極反転構造を形成した強誘電体結晶基板を準備する。以下では、強誘電体結晶基板の分極方向がＺ軸方向である場合を例示的に説明する。ここで、＋Ｚ面を第１の主面、−Ｚ面を第２の主面とする。分極反転される前の強誘電体結晶基板１００は、＋Ｚ面が正、−Ｚ面が負に分極しており、自発分極方向は＋Ｚ面から−Ｚ面である。

分極反転構造を形成するために、図２に示すように、強誘電体結晶基板１００の＋Ｚ面１０１に表面電極１１０を配置する。そして、＋Ｚ面１０１と対向する強誘電体結晶基板１００の−Ｚ面１０２に裏面電極１２０を配置する。

表面電極１１０は、電気的に相互に接続され且つ周期的に互いに平行に延伸するストライプ状の複数の反転用電極１１１を有する。反転用電極１１１の端部は、給電部１１２にそれぞれ接続されている。例えば、＋Ｚ面１０１に成膜したタンタル（Ｔａ）膜やアルミニウム（Ａｌ）膜などをフォトリソグラフィ技術などを用いてパターニングすることにより、表面電極１１０を形成する。一方、裏面電極１２０は、少なくとも反転用電極１１１と対向する領域の全面を覆うように、−Ｚ面１０２にべた状に配置される。裏面電極１２０には、例えばＴａ膜やＡｌ膜を使用可能である。

裏面電極１２０に対して正の電圧が表面電極１１０に印加されるように、表面電極１１０と裏面電極１２０との間に反転電圧Ｖｒを印加する。これにより、強誘電体結晶基板１００の反転用電極１１１の直下の領域に分極反転が生じ、強誘電体結晶基板１００に分極反転構造が形成される。強誘電体結晶基板１００の材料及び厚さなどに応じて、反転電圧Ｖｒの大きさが設定される。

分極方向を矢印で示した分極反転構造の例を図３に示す。図３において、分極反転した領域を「反転領域Ａ」、分極反転していない領域を「非反転領域Ｂ」として示した（以下において同様。）。反転領域Ａでは分極方向が−Ｚ面１０２から＋Ｚ面１０１であり、非反転領域Ｂでは分極方向が＋Ｚ面１０１から−Ｚ面１０２である。

表面電極１１０の形状によって設定される強誘電体結晶基板１００の分極反転の幅や間隔は、分極反転素子の用途などに応じて設計される。例えば、分極反転素子を擬似位相整合（ＱＰＭ）型の波長変換素子として使用する場合は、波長変換素子に入射されるレーザ光の波長及び出力されるレーザ光の波長に応じて、強誘電体結晶基板１００の反転領域Ａ及び非反転領域Ｂの幅が適宜設定される。

分極反転構造の形成後、強誘電体結晶基板１００から表面電極１１０及び裏面電極１２０を剥離する。これにより、分極反転構造が形成された強誘電体結晶基板１００が準備される。

次に、図１のステップＳ２における分極反転欠陥を検出する方法と、ステップＳ３における分極反転欠陥の分極方向を所定の方向に修正する方法について以下に説明する。なお、分極反転欠陥の種類には、反転させる予定ではなかったのに反転した領域（以下において「反転欠陥」という。）と、反転させる予定であったのに反転していない領域（以下において「非反転欠陥」という。）が含まれる。

分極反転欠陥を検出するためには、分極方向の違いによって表面に高低差が生じるように、分極反転構造が形成された強誘電体結晶基板１００の表面に凹凸を形成する方法などを用いる。例えば、強誘電体結晶基板１００の表面を化学エッチングすることによって、強誘電体結晶基板１００の分極反転した領域と分極反転していない領域とのエッチングレートの違いを利用して凹凸を形成する。フッ化水素（ＨＦ）水溶液を用いた化学エッチングでは、分極が負の面の方が正の面よりもエッチングレートが高い。このため、図４に示すように、＋Ｚ面１０１では反転領域Ａの表面が非反転領域Ｂの表面よりも低くなる。−Ｚ面１０２では反転領域Ａの表面が非反転領域Ｂの表面よりも高くなる。このため、＋Ｚ面１０１に、反転領域Ａを凹部、非反転領域Ｂを凸部とする凹凸が形成される。一方、−Ｚ面１０２には、反転領域Ａを凸部、非反転領域Ｂを凹部とする凹凸が形成される。このように、分極方向の違いによるエッチングレートの差を用いて、化学エッチングによって強誘電体結晶基板１００の表面に凹凸を形成することができる。

ＨＦ水溶液を用いた化学エッチングによって凹凸を形成した場合には、＋Ｚ面１０１では、反転欠陥は凹部として現れ、非反転欠陥は凸部として現れる。凹凸の高低差は、数ｎｍ〜数十ｎｍ程度である。図５（ａ）、図５（ｂ）に反転欠陥Ｆ１の例を示す。図６（ａ）、図６（ｂ）に非反転欠陥Ｆ２の例を示す。図５（ａ）や図６（ａ）に示すように、＋Ｚ面１０１で観察される反転欠陥領域の範囲は様々である。また、図５（ｂ）や図６（ｂ）に示すように＋Ｚ面１０１から−Ｚ面１０２まで強誘電体結晶基板１００の厚さ方向の全体が反転欠陥領域になっている場合もあれば、厚さ方向の途中までが反転欠陥領域である場合もある。分極反転欠陥の範囲の広さや深さによらず、以下に説明する方法によって分極反転欠陥の分極方向を所定の方向に修正することができる。

分極反転欠陥を検出するために、分極反転欠陥のない場合に強誘電体結晶基板１００の表面に形成される凹凸のパターン（以下において、「標準パターン」という。）を用意する。そして、強誘電体結晶基板１００の表面に形成された凹凸の形状を標準パターンと比較することにより、表面に形成された凹凸の形状が標準パターンと異なる領域が強誘電体結晶基板１００の分極反転欠陥として検出される。特に、光変調器や波長変換素子などに使用される分極反転素子の強誘電体結晶基板１００では、分極反転領域が周期的に形成されるため、その周期性からも分極反転欠陥を特定することが可能である。

以下に、表面に凹凸を形成させた強誘電体結晶基板１００について、分極反転欠陥を検出し、分極反転欠陥の分極方向を所定の方向に修正する方法を説明する。以下に説明する方法は、例えば図７に示す製造装置１によって実施可能である。

製造装置１は、プローブ３０と、プローブ３０の動作を制御する駆動装置３１と、強誘電体結晶基板１００に発生した分極反転欠陥を検出する検出部１０と、検出された分極反転欠陥を修正する修正部２０とを備える。

検出部１０は、強誘電体結晶基板１００を有する分極反転素子について、分極方向と垂直な強誘電体結晶基板の第１の主面（例えば、＋Ｚ面１０１）において、分極方向が所定の方向と異なる分極反転欠陥を検出する。修正部２０は、第１の主面に対向する強誘電体結晶基板の第２の主面（例えば、−Ｚ面１０２）と検出された分極反転欠陥との間に選択的に修正電界を生じさせて、分極反転欠陥の分極方向を所定の方向に修正する。以下に、製造装置１を用いて分極反転欠陥を修正する方法を説明する。

まず、表面に凹凸が形成された強誘電体結晶基板１００の、＋Ｚ面１０１と−Ｚ面１０２のいずれか一方に平面電極１３０を一様に形成する。ここでは、図７に示すように、−Ｚ面に平面電極１３０を形成する場合を例示的に説明する。なお、説明をわかりやすくするために、図７の＋Ｚ面１０１の分極反転欠陥Ｆ及び分極反転欠陥Ｆと分極方向が同一の領域にハッチングを掛けて示した。

次に、検出部１０が、駆動装置３１を制御して強誘電体結晶基板１００の＋Ｚ面１０１に沿ってプローブ３０を駆動させることにより、強誘電体結晶基板１００の＋Ｚ面１０１の高さを走査する。つまり、検出部１０は、強誘電体結晶基板１００の表面の凹凸を表面粗さとして検出する。このようにして、検出部１０は、強誘電体結晶基板１００の表面の凹凸の形状の情報を、強誘電体結晶基板１００の分極状態を示す分極情報として取得する。

その後、検出部１０は、分極情報に含まれる凹凸の形状と標準パターンとを比較して、凹凸の形状が標準パターンと異なる領域を強誘電体結晶基板１００の分極反転欠陥として検出する。標準パターンは、例えば分極反転素子の設計データなどから抽出可能であり、予め検出部１０に記録しておくことができる。なお、分極反転欠陥の検出時に、標準パターンとの比較によって、検出された分極反転欠陥の種類が反転欠陥であるか非反転欠陥であるかが判定される。

例えば、標準パターンでは凹部の領域が分極情報では凸部である場合には、その領域が非反転欠陥であると判定される。また、標準パターンでは凸部の領域が分極情報では凹部である場合には、その領域が反転欠陥であると判定される。

検出部１０は、分極反転欠陥が検出されたこと及び分極反転欠陥の種類を修正部２０に通知する。

分極反転欠陥Ｆが検出されたことを通知された修正部２０は、図７に示すように分極反転欠陥Ｆに接触した状態のプローブ３０を介して、分極反転欠陥Ｆに修正電圧Ｖｍを印加する。「修正電圧」は、分極反転欠陥Ｆの分極方向を所定の方向に修正するための修正電界を強誘電体結晶基板１００の＋Ｚ面１０１と−Ｚ面１０２との間に生じさせるための電圧である。図７に示すように、電圧源２１が、プローブ３０と平面電極１３０との間に修正電圧Ｖｍを出力する。

なお、分極反転欠陥の種類に応じて修正電圧Ｖｍの正負が設定される。例えば、図５（ａ）、図５（ｂ）に示した反転欠陥Ｆ１を検出した場合には、強誘電体結晶基板１００を分極反転させる前の自発分極方向に戻すように修正電圧Ｖｍが印加される。即ち、平面電極１３０の電位に対して負の電圧をプローブ３０に印加する。これにより、＋Ｚ面１０１と−Ｚ面１０２との間に反転欠陥Ｆ１の分極方向を反転させる修正電界が生じ、分極反転欠陥の分極方向が所定の方向に修正される。

一方、分極反転欠陥が図６（ａ）、図６（ｂ）に示した非反転欠陥Ｆ２である場合には、平面電極１３０の電位に対して正の電圧をプローブ３０に印加する。これにより、非反転欠陥Ｆ２の分極方向が選択的に反転され、強誘電体結晶基板１００の分極方向が修正される。

このように、分極反転欠陥の分極方向を逆向きにするように、プローブ３０に印加する電圧が設定される。なお、修正電圧Ｖｍの電圧値や印加する時間をパラメータとして修正電界を制御することによって、分極反転欠陥についてのみ選択的に分極方向を反転させることができる。即ち、電圧値を大きくしたり印加する時間を長くしたりするほど、広範囲にわたって分極方向を反転させられる。

また、分極反転欠陥の範囲がプローブ３０の強誘電体結晶基板１００の表面との接触面積よりも広い場合に、分極反転欠陥の範囲に渡ってプローブ３０を移動させながら分極反転欠陥に修正電圧Ｖｍを印加する。この場合には、プローブ３０の移動速度も修正電界を制御するパラメータとして設定可能である。

上記に説明した分極反転欠陥の検出と修正を繰り返すことによって、分極反転欠陥のない強誘電体結晶基板１００が得られる。図８に、図５（ｂ）に示した反転欠陥Ｆ１を修正した状態を示す。また、図９に、図６（ｂ）に示した非反転欠陥Ｆ２を修正した状態を示す。

強誘電体結晶基板１００のすべての分極反転欠陥の分極方向を所定の方向に修正した後、強誘電体結晶基板１００から平面電極１３０を剥離することにより、分極反転素子が完成する。更に、強誘電体結晶基板１００の不要な部分を切断除去することによって、分極反転構造が形成された領域のみが残るように分極反転素子を成形してもよい。

分極反転欠陥を検出するために強誘電体結晶基板１００の表面に形成した凹凸は、凹凸の高低差が数ｎｍ〜数十ｎｍ程度と小さくてよいため、分極反転素子の特性に影響しない場合にはそのまま残してもよい。或いは、強誘電体結晶基板１００の表面を研磨して、表面を平坦にしてもよい。

なお、分極反転素子の特性を低下させるおそれのない、例えば微小な分極反転欠陥については、分極方向を修正しなくてもよい。これにより、分極反転素子の製造時間やコストを低減できる。

図７に示した製造装置１では、分極反転欠陥が検出された場合に、検出された位置からプローブ３０を移動させずに分極反転欠陥に修正電圧を印加できる。つまり、分極反転欠陥が検出される都度、分極反転欠陥の分極方向が修正される。このように強誘電体結晶基板１００の表面の凹凸の走査と分極反転欠陥への修正電圧Ｖｍの印加を共通のプローブ３０によって行うことにより、高い精度で分極反転欠陥を修正することができる。

或いは、検出された分極反転欠陥の種類と位置を記録することにより、すべての分極反転欠陥を検出した後に分極反転欠陥を順次修正することもできる。

以上の説明では、−Ｚ面１０２に平面電極１３０を形成する場合を説明した。しかし、＋Ｚ面１０１に平面電極１３０を形成して、−Ｚ面１０２をプローブ３０で走査し、−Ｚ面１０２側から分極反転欠陥にプローブ３０を接触させてもよい。この場合、−Ｚ面１０２側から修正電圧Ｖｍを印加することになるため、＋Ｚ面１０１側から修正電圧Ｖｍを印加する場合とは修正電圧Ｖｍの正負が逆になる。

分極反転欠陥は、結晶育成工程や結晶を基板に加工する研磨工程などの基板製造段階で発生するものや、分極反転構造形成用の電極の形成工程や分極反転工程などの基板加工段階での微細加工に伴い発生するものがある。例えば、図２に示した反転用電極１１１にパターン形状不良が生じていたり、分極反転の前から強誘電体結晶基板１００に自発分極方向と異なる分極方向の領域が生じていたりする。分極反転構造の形成において分極反転欠陥の発生をなくすことは、一般的に困難である。

分極反転構造に分極反転欠陥が存在すると、分極反転素子の特性が低下する。例えば、分極反転素子を多チャンネルの光変調器として使用する場合には、分極反転構造の大部分が分極反転欠陥の存在しない良好な領域であっても、一部に分極反転不良が存在すると、欠陥のある部分のチャンネルで著しく回折効率が低下し、チャンネル欠陥となる。これにより、分極反転素子の全体が使用できなくなる。

これに対し、本発明の第１の実施形態に係る分極反転素子の製造方法によれば、分極反転構造を形成した強誘電体結晶基板１００に発生した分極反転欠陥の分極方向を選択的に反転させることによって、分極反転欠陥が修正される。その結果、分極反転欠陥のない強誘電体結晶基板１００を得られる。このため、分極反転素子の特性の低下を抑制できる。

なお、図２を参照して説明した方法以外の方法、例えば非特許文献１に開示されたプローブを用いた分極反転構造の形成方法によって、強誘電体結晶基板１００に分極反転構造を形成してもよい。しかし、この方法は、プローブを強誘電体結晶基板１００に接触させて走査する作業に時間を要するなどの問題があり、大面積の領域を分極反転させるには実用的ではない。したがって、図２を参照して説明したように、ストライプ状の反転用電極１１１を有する表面電極１１０とべた状の裏面電極１２０を用いて大面積の自発分極方向を反転させた後に、分極反転欠陥を修正することが好ましい。

ところで、分極方向の違いによる高低差が生じるように強誘電体結晶基板１００の表面に凹凸を形成することによって分極反転欠陥を検出した分極反転素子では、図８や図９に示すように、分極方向が同一であり且つ平面レベルが異なる領域を有する。即ち、図８に示すように、＋Ｚ面１０１や−Ｚ面１０２において、分極反転欠陥を修正した非反転領域Ｂの表面は、分極反転欠陥を修正していない他の非反転領域Ｂの表面と平面レベルが異なり、反転領域Ａの表面と同一平面レベルである。また、図９に示すように、分極反転欠陥を修正した反転領域Ａの表面は、分極反転欠陥を修正していない他の反転領域Ａの表面と平面レベルが異なり、非反転領域Ｂの表面と同一平面レベルである。

この場合、分極方向の違いによるエッチングレートの差が生じる化学エッチングなどの方法によって強誘電体結晶基板１００を新たに処理することにより、分極方向が同一であり且つ平面レベルが異なる領域が強誘電体結晶基板１００の表面に現れる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る分極反転素子の製造方法は、光学的方法によって分極反転欠陥を検出し、プローブ３０を使用せずに分極反転欠陥を検出する点が第１の実施形態と異なる。これは、化学エッチングなどによって強誘電体結晶基板１００の表面に形成された凹凸は、光学的方法によって観察することができるためである。

例えば、光学顕微鏡などを用いた目視によって強誘電体結晶基板１００の表面を観察し、分極反転欠陥を検出する。そして、図１０に示した製造装置１によって、検出された分極反転欠陥にプローブ３０を接触させ、分極反転欠陥に修正電圧Ｖｍを印加する。これにより、分極反転欠陥の分極方向が所定の方向に修正される。図１０に示した製造装置１は、図７に示した製造装置１の検出部１０を除いた構成である。

或いは、図１１に示す製造装置１のように、強誘電体結晶基板１００の表面の画像情報を取得する画像取得装置１１を有する検出部１０によって、分極反転欠陥を検出してもよい。図１１に示した検出部１０は、画像取得装置１１により取得された画像情報を処理して、強誘電体結晶基板１００の表面に形成された凹凸の形状の情報を分極情報として取得する。

次いで、検出部１０が、分極情報に含まれる凹凸の形状と標準パターンとを比較して、強誘電体結晶基板１００の分極反転欠陥を検出する。既に述べたように、分極反転欠陥の検出時に、検出された分極反転欠陥の種類が反転欠陥であるか非反転欠陥であるかが判定される。

分極反転欠陥の位置と種類が、検出部１０から修正部２０に通知される。修正部２０は、駆動装置３１を制御してプローブ３０を分極反転欠陥に接触させる。その後の処理は、第１の実施形態と同様である。即ち、修正部２０がプローブ３０を介して分極反転欠陥に修正電圧Ｖｍを印加し、分極反転欠陥と平面電極１３０との間に修正電界を生じさせて分極反転欠陥の分極方向を修正する。

上記のように、光学的方法によって取得された凹凸の形状の情報を用いて、強誘電体結晶基板１００の分極反転欠陥が修正される。なお、分極反転欠陥を検出する都度に分極反転欠陥の分極方向を修正してもよいし、複数の分極反転欠陥を検出した後にそれらの分極方向を順次修正してもよい。他は、第１の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る分極反転素子の製造方法は、以下に説明するように、分極反転欠陥を覆って配置した修正電極に修正電圧を印加することにより、分極反転欠陥の分極方向を所定の方向に修正する修正電界を生じさせる。つまり、プローブ３０を使用せずに修正電界を生じさせる点が第１及び第２の実施形態と異なる。

第３の実施形態に係る分極反転素子の製造方法においても、第１の実施形態や第２の実施形態で説明した方法と同様にして、強誘電体結晶基板１００の分極反転欠陥を検出する。例えば、図７に示した製造装置１のプローブ３０で強誘電体結晶基板１００の＋Ｚ面１０１を走査することによって、分極反転欠陥の位置情報を含む分極情報を取得する。或いは、図１１に示した製造装置１の画像取得装置１１により取得された画像情報を処理することによって、分極反転欠陥の発生している位置を示す位置情報を含む分極情報を取得する。

その後、分極反転欠陥の位置情報に基づいて、分極反転欠陥の発生している領域に修正電極を配置する。ここでは、図１２に示すように、強誘電体結晶基板１００の＋Ｚ面１０１の破線で示した範囲に分極反転欠陥Ｆが生じている場合を説明する。

分極反転欠陥Ｆが反転領域Ａの一部が反転していない非反転欠陥である場合は、反転領域Ａにおける分極反転欠陥Ｆを覆って、図１３に示すように＋Ｚ面１０１に修正電極１４０を形成する。一方、分極反転欠陥Ｆが非反転領域Ｂの一部が反転してしまった反転欠陥である場合は、非反転領域Ｂにおける分極反転欠陥Ｆを覆って、図１４に示すように＋Ｚ面１０１に修正電極１４０を形成する。

例えば、フォトリソグラフィ技術とエッチングなどを使用して金属膜をパターニングし、修正電極１４０を形成する。次いで、修正電極１４０と−Ｚ面１０２に配置した平面電極１３０との間に修正電圧を印加し、−Ｚ面１０２と検出された分極反転欠陥Ｆと平面電極１３０との間に選択的に修正電界を生じさせる。これにより、分極反転欠陥Ｆの分極方向が所定の方向に修正される。

上記に説明した修正電極１４０を用いて修正電界を生じさせる方法によれば、一度の修正電極１４０への修正電圧の印加によって、すべての分極反転欠陥の分極方向を修正することができる。

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、図７に示した製造装置１では、１つのプローブ３０によって強誘電体結晶基板１００の表面の走査と分極反転欠陥への修正電圧Ｖｍの印加を行うが、強誘電体結晶基板１００の表面を走査する走査用プローブと分極反転欠陥への修正電圧Ｖｍの印加を行う修正用プローブとを別々にしてもよい。例えば、走査用プローブによって強誘電体結晶基板１００についてすべての分極反転欠陥を検出した後に、修正用プローブによって分極反転欠陥に修正電圧Ｖｍを順次印加する。或いは、走査用プローブによって分極反転欠陥を検出する都度に、検出された分極反転欠陥に修正用プローブによって修正電圧Ｖｍを印加する。なお、走査用プローブに、接触型プローブではなく非接触型プローブを使用することが可能である。

また、上記では、分極方向の違いによって強誘電体結晶基板１００の表面に凹凸を形成することによって分極反転欠陥を検出する方法を説明した。しかし、他の方法によって分極反転欠陥を検出してもよい。例えば、強誘電体結晶基板１００の表面の電荷を検出する非接触型プローブを用いて強誘電体結晶基板１００の分極方向と位置との関係を含む分極情報を取得する。そして、検出部１０が、取得された分極情報と標準パターンとを比較して、強誘電体結晶基板１００の分極反転欠陥を検出することができる。或いは、強誘電体結晶基板１００の表面に検査光を照射して、強誘電体結晶基板１００からの反射光や屈折光を解析して分極反転欠陥を検出してもよい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことはもちろんである。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…製造装置
１０…検出部
１１…画像取得装置
２０…修正部
２１…電圧源
３０…プローブ
３１…駆動装置
１００…強誘電体結晶基板
１０１…＋Ｚ面
１０２…−Ｚ面
１１０…表面電極
１２０…裏面電極
１３０…平面電極
１４０…修正電極

Claims (12)

1. 分極反転構造が形成された強誘電体結晶基板を有する分極反転素子の製造方法であって、
   前記分極反転構造が形成された強誘電体結晶基板を準備するステップと、
   分極方向と垂直な前記強誘電体結晶基板の第１の主面において、分極方向が所定の方向と異なる分極反転欠陥を検出するステップと、
   前記第１の主面に対向する前記強誘電体結晶基板の第２の主面と検出された前記分極反転欠陥との間に選択的に修正電界を生じさせて、前記分極反転欠陥の分極方向を前記所定の方向に修正するステップと
   を含むことを特徴とする分極反転素子の製造方法。
2. 前記分極反転欠陥を検出するステップが、
   分極方向の違いによって表面に高低差が生じるように前記強誘電体結晶基板の表面に凹凸を形成する段階と、
   前記表面に形成された前記凹凸の形状を、前記分極反転欠陥のない場合に形成される標準パターンと比較し、前記凹凸の形状が前記標準パターンと異なる領域を前記分極反転欠陥として検出する段階と
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の分極反転素子の製造方法。
3. 分極方向の違いによるエッチングレートの差を用いて、化学エッチングによって前記表面に前記凹凸を形成することを特徴とする請求項２に記載の分極反転素子の製造方法。
4. 前記強誘電体結晶基板の前記表面をプローブによって走査することにより、前記表面に形成された前記凹凸の形状を取得することを特徴とする請求項２又は３に記載の分極反転素子の製造方法。
5. 前記分極反転欠陥を検出した後、前記分極反転欠陥に接触させた前記プローブを介して前記分極反転欠陥に修正電圧を印加して、前記分極反転欠陥と前記第２の主面との間に前記修正電界を生じさせることを特徴とする請求項４に記載の分極反転素子の製造方法。
6. 前記分極反転欠陥に接触させたプローブを介して前記分極反転欠陥に修正電圧を印加して、前記分極反転欠陥と前記第２の主面との間に前記修正電界を生じさせることを特徴とする請求項１に記載の分極反転素子の製造方法。
7. 請求項２乃至５のいずれか１項に記載の分極反転素子の製造方法により製造され、分極方向が同一であり且つ平面レベルが異なる領域を有することを特徴とする分極反転素子。
8. 分極反転構造が形成された強誘電体結晶基板を有する分極反転素子の製造に使用される製造装置であって、
   前記強誘電体結晶基板を有する分極反転素子について、分極方向と垂直な前記強誘電体結晶基板の第１の主面において、分極方向が所定の方向と異なる分極反転欠陥を検出する検出部と、
   前記第１の主面に対向する前記強誘電体結晶基板の第２の主面と検出された前記分極反転欠陥との間に選択的に修正電界を生じさせて、前記分極反転欠陥の分極方向を前記所定の方向に修正する修正部と
   を備えることを特徴とする分極反転素子の製造装置。
9. 前記検出部が、分極方向の違いによって高低差が生じるように表面に凹凸が形成された前記強誘電体結晶基板について、前記凹凸の形状を前記分極反転欠陥のない場合に形成される標準パターンと比較し、前記凹凸の形状が前記標準パターンと異なる領域を前記分極反転欠陥として検出することを特徴とする請求項８に記載の分極反転素子の製造装置。
10. 前記強誘電体結晶基板の表面を走査するプローブを更に備え、
    前記プローブによって前記強誘電体結晶基板の表面に形成された前記凹凸の形状を取得することを特徴とする請求項９に記載の分極反転素子の製造装置。
11. 前記分極反転欠陥を検出した後、前記分極反転欠陥に接触させた前記プローブを介して前記分極反転欠陥に修正電圧を印加して、前記分極反転欠陥と前記第２の主面との間に前記修正電界を生じさせることを特徴とする請求項１０に記載の分極反転素子の製造装置。
12. 前記分極反転欠陥に接触させるプローブを更に有し、
    前記プローブを介して前記分極反転欠陥に修正電圧を印加して、前記分極反転欠陥と前記第２の主面との間に前記修正電界を生じさせることを特徴とする請求項８に記載の分極反転素子の製造装置。

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