JP2973333B2 - Method for forming single crystal thin film on substrate - Google Patents

Method for forming single crystal thin film on substrate

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JP2973333B2
JP2973333B2 JP3042860A JP4286091A JP2973333B2 JP 2973333 B2 JP2973333 B2 JP 2973333B2 JP 3042860 A JP3042860 A JP 3042860A JP 4286091 A JP4286091 A JP 4286091A JP 2973333 B2 JP2973333 B2 JP 2973333B2
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mol
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哲史 大野
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、基板上に主として薄膜
導波路型第2高調波発生素子として用いられるニオブ酸
リチウム単結晶薄膜を液相エピタキシャル成長方法によ
って製造する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a lithium niobate single crystal thin film mainly used as a thin film waveguide type second harmonic generation element on a substrate by a liquid phase epitaxial growth method.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の光応用技術の進展に伴って、レ−
ザ光源の短波長化が要求されている。これは、短波長化
により、記録密度、感光感度を向上させることができる
ためであり、光ディスク、レ−ザプリンタ等の光機器分
野への応用が考えられる。
2. Description of the Related Art With the progress of optical application technology in recent years,
Shortening of the wavelength of the light source is required. This is because recording density and photosensitivity can be improved by shortening the wavelength, and application to optical devices such as an optical disk and a laser printer can be considered.

【0003】このため、入射するレ−ザ光の波長を1/
2に変換できる第2高調波発生(SHG)素子の研究が
行われてきた。かかる第2高調波発生素子としては、従
来高出力のガスレ−ザを光源として、非線形光学結晶の
バルク単結晶が用いられてきた。しかし、光ディスク装
置、レ−ザプリンタ等の装置を小型化する要求が強いこ
と、ガスレ−ザは光変調のため、外部に変調器が必要で
あるのに対し半導体レ−ザは直接変調が可能であるこ
と、安価であることなどの理由によりガスレ−ザに代え
て半導体レ−ザが主として用いられるようになってき
た。
For this reason, the wavelength of the incident laser light is reduced to 1 /
Research has been done on second harmonic generation (SHG) devices that can be converted to two. As such a second harmonic generation element, a bulk single crystal of a nonlinear optical crystal has conventionally been used with a high-power gas laser as a light source. However, there is a strong demand for miniaturization of devices such as optical disk devices and laser printers, and gas lasers require an external modulator for light modulation, whereas semiconductor lasers can directly modulate. Semiconductor lasers have been mainly used in place of gas lasers because of their low cost and low cost.

【0004】このため、数mW〜数十mWの低い光源出
力で高い変換効率を得る必要から薄膜導波型のSHG素
子が必要となって来た。このような薄膜導波路型SHG
素子用の非線形光学材料としては、従来ニオブ酸リチウ
ムバルク単結晶にTi等を拡散させることにより、屈折
率を変化させた層を導波路としたものや、タンタル酸リ
チウム基板上に高周波スパッタ法により形成させたニオ
ブ酸リチウムを導波路としたものが知られているが何れ
も高い変換効率を得ることができなかった。
For this reason, a thin film waveguide type SHG element has been required from the viewpoint of obtaining high conversion efficiency with a low light source output of several mW to several tens mW. Such a thin film waveguide type SHG
As a nonlinear optical material for the element, a layer in which the refractive index is changed by diffusing Ti or the like into a conventional lithium niobate bulk single crystal as a waveguide, or a high-frequency sputtering method on a lithium tantalate substrate is used. Although a waveguide using the formed lithium niobate as a waveguide is known, none of them could obtain a high conversion efficiency.

【0005】ところで、本発明者は先に基板にニオブ酸
リチウム単結晶薄膜よりなる導波路を形成するに際し、
基板に異種元素を添加し基板とニオブ酸リチウムとを格
子整合させることによって高い変換効率を有する第2高
調波発生素子を得ることを見出した。
[0005] By the way, the present inventor previously formed a waveguide made of a lithium niobate single crystal thin film on a substrate,
It has been found that a second harmonic generation device having high conversion efficiency can be obtained by adding a different element to the substrate and lattice-matching the substrate with lithium niobate.

【0006】そして、このような第2高調波発生素子の
製造方法として、基板表面の一部に異種元素を添加、熱
拡散した後、この面上に格子整合されたニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜を液相エピタキシャル成長させるのである
が、通常、液相エピタキシャル成長に際しては、単結晶
バルクより所望の結晶面を切り出して基板とし、この結
晶面を光学研磨して液相エピタキシャル成長面とし、こ
れをホルダ−で保持してニオブ酸リチウムよりなる溶融
液中に浸漬し、徐々に基板を引き上げ、基板面上にニオ
ブ酸リチウム単結晶薄膜を形成させている。
[0006] As a method of manufacturing such a second harmonic generation element, a dissimilar element is added to a part of the substrate surface and thermally diffused, and then a lithium niobate single crystal thin film lattice-matched on this surface is provided. Liquid phase epitaxial growth is performed. Usually, in liquid phase epitaxial growth, a desired crystal plane is cut out from a single crystal bulk to form a substrate, and this crystal plane is optically polished to form a liquid phase epitaxial growth plane, which is held by a holder. Then, the substrate is immersed in a molten liquid of lithium niobate, and the substrate is gradually pulled up to form a lithium niobate single crystal thin film on the substrate surface.

【0007】しかし、この従来法においては、しばし
ば、基板の軸方向と平行な面のエッジ基板とホルダ−と
の接触点である基板の結晶成長面の法線方向と平行な面
のエッジに微細なキズが発生し、熱衝撃によってクラッ
クとなり、甚だしい場合には基板が割れてしまうという
ことが生じた。
However, in the conventional method, the edge of the plane parallel to the axis direction of the substrate, which is a point of contact between the substrate and the holder, is often minute on the edge of the plane parallel to the normal direction of the crystal growth surface of the substrate. Scratches were generated, cracked by thermal shock, and in severe cases, the substrate was broken.

【0008】この状態を図面で示すと第1図のとおりで
ある。すなわち、基板1をホルダ−2で保持し、溶融液
中に浸漬すると、基板とホルダ−との接触点3の部位に
微細なキズが発生しやすいのである。
FIG. 1 shows this state in the drawing. That is, when the substrate 1 is held by the holder 2 and immersed in the melt, fine scratches tend to occur at the contact point 3 between the substrate and the holder.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者は、
この点を改良すべく種々検討した結果、基板に見られる
エッジを面取りすることによってキズの発生を防止でき
ることを見出し、本発明を完成したもので、本発明の目
的は基板に何らの損傷を生ずることなく基板に格子整合
されたニオブ酸リチウム単結晶薄膜を製造する方法を提
供するにある。
Therefore, the present inventor has proposed:
As a result of various investigations to improve this point, it was found that the occurrence of scratches can be prevented by chamfering the edge seen on the substrate, and the present invention was completed, and the object of the present invention is to cause any damage to the substrate. It is an object of the present invention to provide a method for producing a lithium niobate single crystal thin film lattice-matched to a substrate without using the same.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、基板上
に、単結晶薄膜を液相エピタキシャル成長させる方法に
おいて、少なくとも基板のエッジと基板ホルダ−と接触
する部分の基板エッジを面取りすることを特徴とする基
板上に単結晶薄膜を形成する方法である。面取りを行う
ことにより、ホルダ−と基板のエッジとの接触により生
ずるカケや、ハンドリングにより生じるエッジ部分のカ
ケを防止できる。
SUMMARY OF THE INVENTION The gist of the present invention is to provide a method for liquid phase epitaxial growth of a single crystal thin film on a substrate, wherein at least the edge of the substrate and a portion of the substrate edge in contact with the substrate holder are chamfered. This is a method for forming a single-crystal thin film on a characteristic substrate. By chamfering, chipping caused by contact between the holder and the edge of the substrate and chipping at an edge portion caused by handling can be prevented.

【0011】すなわち、本発明は、基板のエッジを面取
りすることによって、エッジに微細なキズが発生する
と、加熱の際、このキズから大きなクラックが発生し、
基板が割れてしまう。該エッジに生じやすい微細なキズ
の発生を防止しするのである。この状態を第2図に示
す。図面において、基板1とホルダ−2との接触点であ
る基板の軸方向と平行な面のエッジ3を面取りしてホル
ダ−に装着するのである。
That is, according to the present invention, when the edge of the substrate is chamfered and a fine scratch is generated on the edge, a large crack is generated from the scratch upon heating,
The substrate breaks. This prevents the generation of fine scratches that are likely to occur on the edge. This state is shown in FIG. In the drawing, an edge 3 of a surface parallel to the axial direction of the substrate, which is a contact point between the substrate 1 and the holder 2, is chamfered and mounted on the holder.

【0012】以下、本発明について詳細にのべる。基板
としては、ZnO、Gd3Ga5012、MgO、アルミナなどがある
が、タンタル酸リチウムが最良である。タンタル酸リチ
ウムを用いる理由は、前記タンタル酸リチウム基板の結
晶系は、ニオブ酸リチウム単結晶に類似しておりエピタ
キシャル成長させやすく、更に前記タンタル酸リチウム
基板は市販されているため、品質のよいものが安定して
入手できるからである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. As the substrate, ZnO, Gd 3 Ga 5 0 12, MgO, there are alumina, lithium tantalate is the best. The reason for using lithium tantalate is that the crystal system of the lithium tantalate substrate is similar to a lithium niobate single crystal and is easy to grow epitaxially.Because the lithium tantalate substrate is commercially available, a high-quality one is required. This is because it can be obtained stably.

【0013】本発明は、特にタンタル酸リチウム基板と
格子整合されたニオブ酸リチウム単結晶薄膜を得る場合
には有利である。この基板の製造方法としては、基板が
タンタル酸リチウムの場合、CZ(チョクラルスキ−)
法で製造することが望ましい。原料としては、例えば五
酸化タンタル、炭酸リチウム、酸化チタン、五酸化バナ
ジウム等を使用する。これらの原料をイリジウム坩堝、
或いは、白金−ロジウム坩堝中で加熱溶融させ、タンタ
ル酸リチウム単結晶を引き上げることが有利である。
The present invention is particularly advantageous for obtaining a lithium niobate single crystal thin film lattice-matched with a lithium tantalate substrate. As a method of manufacturing this substrate, when the substrate is made of lithium tantalate, CZ (Czochralski)
It is desirable to manufacture by the method. As a raw material, for example, tantalum pentoxide, lithium carbonate, titanium oxide, vanadium pentoxide, or the like is used. These raw materials are iridium crucibles,
Alternatively, it is advantageous to heat and melt in a platinum-rhodium crucible to pull up a lithium tantalate single crystal.

【0014】得られたタンタル酸リチウムバルク単結晶
よりc軸に対して垂直な面(0001)を切り出して基
板とする。タンタル酸リチウム単結晶は六方晶であり、
(0001)面を第3図に示す。基板として(000
1)面を用いる理由は、(0001)面はa軸のみで構
成され、後述するように、ニオブ酸リチウム単結晶と格
子整合の調整が行いやすいのである。
A plane (0001) perpendicular to the c-axis is cut out from the obtained lithium tantalate bulk single crystal to obtain a substrate. The lithium tantalate single crystal is hexagonal,
The (0001) plane is shown in FIG. As substrate (000
The reason for using the 1) plane is that the (0001) plane is composed of only the a-axis, and as described later, it is easy to adjust the lattice matching with the lithium niobate single crystal.

【0015】本発明においては、(0001)面のエッ
ジを面取りすることが好ましい。面取りのR面の好適な
範囲はJIS B0701 R0.1〜R2.0であり、
また、C面の好適な範囲はJIS B0701 C0.1
〜C2.0である。これらR面及びC面はJIS B 070
1によって規定されるもので、R面の好適範囲は、Rを
円に見立て、その半径mmで示した値であり、C面の好
適範囲は、45゜の角度で切り取り、切り込みの長さm
mで示した値である。
In the present invention, it is preferable to chamfer the edge of the (0001) plane. A preferred range of the chamfered R surface is JIS B0701 R0.1 to R2.0,
The preferred range of the C plane is JIS B0701 C0.1
~ C2.0. These R surface and C surface are JIS B070
The preferred range of the R plane is a value represented by a radius mm of the R plane assuming a circle, and the preferred range of the C plane is cut at an angle of 45 °, and the cut length m
This is the value indicated by m.

【0016】本発明は、この基板上にニオブ酸リチウム
単結晶薄膜を形成するが、その際基板とニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜とを格子整合させなければならない。以
下、格子整合について説明する。格子整合とは、薄膜の
格子定数を基板のそれの99.81〜100.07%、望ましくは9
9.93〜100.03%とすることである。
According to the present invention, a lithium niobate single crystal thin film is formed on the substrate. At this time, the substrate and the lithium niobate single crystal thin film must be lattice-matched. Hereinafter, the lattice matching will be described. Lattice matching means that the lattice constant of the thin film is 99.81 to 100.07% of that of the substrate, preferably 9
9.93 to 100.03%.

【0017】ニオブ酸リチウム単結晶薄膜とタンタル酸
リチウム基板を格子整合させる手段は特に限定されるも
のではないが、タンタル酸リチウムのa軸の格子定数が
通常のニオブ酸リチウムのa軸の格子定数(5.148Å)より
大きい場合にはタンタル酸リチウム上に形成されるニオ
ブ酸リチウムの格子定数を大きくする。その手段として
はニオブ酸リチウムに異種元素を混入させることが、好
ましく、NaとMgをニオブ酸リチウム単結晶薄膜中に含有
させることが有利である。この理由は、NaとMgのイオン
又は原子はニオブ酸リチウムの結晶格子に対する置換、
或いはドープにより、ニオブ酸リチウムの格子定数(a
軸)を大きくする効果を有する。NaとMgの組成を調整す
ることにより、容易に前記タンタル酸リチウム基板とニ
オブ酸リチウム単結晶との格子整合を得ることができ
る。特にNaはニオブ酸リチウムの格子定数を非常に大き
くすることができる。Mgも格子定数を大きくすることが
できるが、Na程効果がない。しかし、光損傷を防止する
という重要な効果を有する。又、前記Na、Mgを含有させ
る場合、その含有量は、それぞれニオブ酸リチウム単結
晶に対して、Naの量は0.1〜14.3モル%、好ましくは0.3
〜4.8モル%、Mgの量は0.8〜10.8モル%好ましくは、3.5
〜8.6モル%であることが望ましい。その理由は、Naの含
有量が、0.1モル%より少ない場合は、Mgの添加量の如
何に関わらず、タンタル酸リチウム基板と格子定数でき
る程、格子定数が大きくならず、又、14.3モル%を越え
る場合は、逆に格子定数が大きくなりすぎ、いずれの場
合もタンタル酸リチウム基板とニオブ酸リチウム単結晶
との格子整合が得られないからである。
Means for lattice-matching the lithium niobate single crystal thin film with the lithium tantalate substrate is not particularly limited, but the lattice constant of the a-axis of lithium tantalate is usually the lattice constant of the a-axis of lithium niobate. If it is larger than (5.148 °), the lattice constant of lithium niobate formed on lithium tantalate is increased. As the means, it is preferable to mix a different element in lithium niobate, and it is advantageous to include Na and Mg in the lithium niobate single crystal thin film. The reason for this is that Na or Mg ions or atoms are substituted for lithium niobate crystal lattice,
Alternatively, the lattice constant of lithium niobate (a
Axis). By adjusting the composition of Na and Mg, the lattice matching between the lithium tantalate substrate and the lithium niobate single crystal can be easily obtained. In particular, Na can greatly increase the lattice constant of lithium niobate. Mg can also increase the lattice constant, but is not as effective as Na. However, it has an important effect of preventing optical damage. When Na and Mg are contained, the content is 0.1 to 14.3 mol%, preferably 0.3 mol%, based on each lithium niobate single crystal.
~ 4.8 mol%, the amount of Mg is 0.8-10.8 mol%, preferably 3.5
It is desirably about 8.6 mol%. The reason is that when the content of Na is less than 0.1 mol%, the lattice constant does not become large enough to be able to have a lattice constant with the lithium tantalate substrate regardless of the addition amount of Mg, and 14.3 mol% When the value exceeds, the lattice constant becomes too large, and in any case, the lattice matching between the lithium tantalate substrate and the lithium niobate single crystal cannot be obtained.

【0018】ニオブ酸リチウムの単結晶中のNa、Mgの含
有量と、ニオブ酸リチウム単結晶のa軸の格子定数の関
係を図6に示す。ニオブ酸リチウムの格子定数を大きく
する他の手段としてはニオブ酸リチウムのLi/Nbの比率
を変える方法がある。その変化の状態を図4に示す。こ
の図よりLi/Nbのモル比率は41/59〜56/44が好ましい。
FIG. 6 shows the relationship between the contents of Na and Mg in the lithium niobate single crystal and the lattice constant of the a-axis of the lithium niobate single crystal. Another method for increasing the lattice constant of lithium niobate is to change the ratio of Li / Nb in lithium niobate. The state of the change is shown in FIG. From this figure, the molar ratio of Li / Nb is preferably 41/59 to 56/44.

【0019】他の手段として、ニオブ酸リチウムをa軸
の格子定数が、5.148Åより小さな単結晶基板と格子整
合させる場合、ニオブ酸リチウムに異種元素を混ぜてニ
オブ酸リチウムの格子定数を小さくして格子整合させ
る。異種元素として、Tiを添加した場合、ニオブ酸リチ
ウムのa軸の格子定数は、図5のように変化する。Tiの
添加量としては、0.2ないし30モルが適当である。
As another means, when lithium niobate is lattice-matched with a single crystal substrate having an a-axis lattice constant smaller than 5.148 °, a different element is mixed with lithium niobate to reduce the lattice constant of lithium niobate. Lattice matching. When Ti is added as a different element, the lattice constant of the a-axis of lithium niobate changes as shown in FIG. An appropriate amount of Ti to be added is 0.2 to 30 mol.

【0020】また、格子整合の手段としては、タンタル
酸リチウム基板に異種元素を添加して、ニオブ酸リチウ
ムのa軸の格子定数に合せることが出来る。この場合、
添加手段としては拡散手段或は原料に加えCZ法にて引き
上げ、これを基板に成型する方法などがある。
As a means of lattice matching, a different element can be added to a lithium tantalate substrate to match the lattice constant of the lithium niobate on the a-axis. in this case,
As the adding means, there is a diffusion means or a method in which, in addition to the raw material, the material is pulled up by the CZ method and is then formed into a substrate.

【0021】本発明において、基板として使用するタン
タル酸リチウムは、結晶構造が六方晶であり、a軸の格
子定数が5.128〜5.173Åであれば使用でき、基板の形状
は平板状に限定されず、繊維、バルク状でも何れでもよ
い。本発明においては、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の
成長面として、タンタル酸リチウム基板の(0001)面を使
用することが望ましい。
In the present invention, lithium tantalate used as a substrate can be used as long as it has a hexagonal crystal structure and a lattice constant of a-axis of 5.128 to 5.173 °. The shape of the substrate is not limited to a flat plate. , Fiber or bulk. In the present invention, it is desirable to use the (0001) plane of the lithium tantalate substrate as the growth surface of the lithium niobate single crystal thin film.

【0022】前記タンタル酸リチウム基板の(0001)面
は、タンタル酸リチウムのc軸に垂直な面を指す。ニオ
ブ酸リチウム単結晶薄膜の成長面として、タンタル酸リ
チウム基板の(0001)面を使用することが望ましい理由
は、前記タンタル酸リチウムは、結晶構造が六方晶(第3
図参照)であり、前記(0001)面はa軸のみで構成されるた
め、a軸の格子定数を変えるだけでニオブ酸リチウム単
結晶薄膜と、格子整合させることができるからである。
The (0001) plane of the lithium tantalate substrate refers to a plane perpendicular to the c-axis of lithium tantalate. The reason why it is desirable to use the (0001) plane of the lithium tantalate substrate as the growth surface of the lithium niobate single crystal thin film is that the lithium tantalate has a hexagonal crystal structure (third crystal structure).
This is because the (0001) plane is composed of only the a-axis, and thus can be lattice-matched to the lithium niobate single crystal thin film only by changing the lattice constant of the a-axis.

【0023】タンタル酸リチウム基板の薄膜形成面の面
粗度は、ニオブ酸リチウム単結晶の結晶性に大きく影響
する。タンタル酸リチウム基板のニオブ酸リチウム単結
晶薄膜形成面の面粗度は、JIS B0601, Rmax=10〜1000
Åであることが望ましい。この理由は、Rmaxの値を10Å
より小さくすることは極めて困難であり、またRmaxの値
が1000Åより大きくなると、ニオブ酸リチウム単結晶薄
膜の結晶性が低下するからである。
The surface roughness of the thin film forming surface of the lithium tantalate substrate greatly affects the crystallinity of the lithium niobate single crystal. The surface roughness of the lithium niobate single crystal thin film forming surface of the lithium tantalate substrate is JIS B0601, Rmax = 10 to 1000
Å is desirable. This is because the value of Rmax is 10Å
This is because it is extremely difficult to make the thickness smaller, and when the value of Rmax is larger than 1000 °, the crystallinity of the lithium niobate single crystal thin film is reduced.

【0024】本発明においては、格子定数の測定は、通
常の粉末X線回析により行なわれる。格子定数は、Cu-2
θ=45〜90°に検出されるニオブ酸リチウムの15本のピ-
クの2θの値とその面指数を用い最小二乗法により算出
する。なお測定においてはSiを内部標準として使用す
る。格子整合の具体的な方法としては、液相エピタキシ
ャル成長法を用い、Li2O、Nb2O5、V2O5、Na2O、MgOなど
からなる溶融体にタンタル酸リチウム基板を接触させ、
ニオブ酸リチウム単結晶薄膜のa軸の格子定数をタンタ
ル酸リチウム基板のa軸の格子定数に整合させる。
In the present invention, the measurement of the lattice constant is performed by ordinary powder X-ray diffraction. The lattice constant is Cu-2
15 peaks of lithium niobate detected at θ = 45 to 90 °
It is calculated by the least squares method using the value of 2θ of the peak and its surface index. In the measurement, Si is used as an internal standard. As a specific method of lattice matching, a liquid phase epitaxial growth method is used, and a lithium tantalate substrate is brought into contact with a melt composed of Li 2 O, Nb 2 O 5 , V 2 O 5 , Na 2 O, MgO, etc.
The lattice constant of the a-axis of the lithium niobate single crystal thin film is matched with the lattice constant of the a-axis of the lithium tantalate substrate.

【0025】本発明におけるNa2O、MgO を除いた、Li
2O、V2O5、Nb2O5の組成範囲としてはLi2O-V2O5-Nb2O5
3成分系の三角図において、A(88.90,2.22,8.88)、B(55.
00,43.00,2.00)、C(46.50,51.50,2.00)、D(11.11,80.0
0,8.89)、E(37.50,5.00,57.50)の5組成点で囲まれる領
域で示される組成範囲内にあることが有利である。な
お、前記組成点は、 (Li2Oのモル%, V2O5のモル%,Nb2O
5のモル%)を指す。
In the present invention, Li excluding Na 2 O and MgO is used.
The composition range of 2 O, V 2 O 5 and Nb 2 O 5 is Li 2 OV 2 O 5 -Nb 2 O 5
In the three-component triangular diagram, A (88.90, 2.22, 8.88), B (55.
00,43.00,2.00), C (46.50,51.50,2.00), D (11.11,80.0
0, 8.89) and E (37.50, 5.00, 57.50) are advantageously in the composition range indicated by the region surrounded by the five composition points. The composition point is represented by (mol% of Li 2 O, mol% of V 2 O 5 , Nb 2 O
5 mol%).

【0026】また、前記Na2O、MgOを除いたLi2O、V
2O5、Nb2O5の組成範囲としては、Li2O−V2O5−Nb2O5の3
成分系の三角図において、F(49.49, 45.46, 5.05)、G(1
1.11, 80.00, 8.89),H(42.81, 22.94, 34.25)の3組成点
で囲まれた組成割合であることが好ましく、また、前記
Li2O−V2O5−Nb2O5の組成範囲は、3成分系の三角図にお
いて、I(47.64, 46.12,6.24),J(27.01, 64.69, 8.30),K
(36.71,37.97 ,25.32),L(44.05, 32.97, 22.98)の4組成
点で囲まれる範囲が好適であり、さらにM(45.36,46.45,
8.19),N(32.89,57.05,10.06),O(36.71,44.30,18.99),P
(44.95,40.54,14.51)の4組成点で囲まれる範囲が最適で
ある(第7図参照)。
Further, Li 2 O, V excluding Na 2 O and MgO
As the composition range of 2 O 5 and Nb 2 O 5 , Li 2 O−V 2 O 5 −Nb 2 O 5
In the triangular diagram of the component system, F (49.49, 45.46, 5.05), G (1
1.11, 80.00, 8.89), preferably a composition ratio surrounded by three composition points of H (42.81, 22.94, 34.25), and
The composition range of Li 2 O-V 2 O 5 -Nb 2 O 5 is I (47.64, 46.12, 6.24), J (27.01, 64.69, 8.30), K
(36.71, 37.97, 25.32), a range surrounded by four composition points of L (44.05, 32.97, 22.98) is preferable, and M (45.36, 46.45,
8.19), N (32.89,57.05,10.06), O (36.71,44.30,18.99), P
The range surrounded by the four composition points (44.95, 40.54, 14.51) is optimal (see FIG. 7).

【0027】このような組成範囲にすることが有利な理
由は、NaとMgによるニオブ酸リチウム単結晶薄膜とタン
タル酸リチウム基板との格子整合が容易になり、得られ
るニオブ酸リチウム単結晶薄膜の光学的特性が優れてお
り、特に光伝搬損失が低く、良質なニオブ酸リチウム単
結晶薄膜を得ることができるからである。また、本発明
におけるNa2Oの組成割合として、モル比でNa2O/Li2O
が、2.0/98.0〜93.5/6.5を満たす範囲であることが望ま
しい。
The reason why such a composition range is advantageous is that lattice matching between the lithium niobate single crystal thin film and the lithium tantalate substrate by Na and Mg becomes easy, and the obtained lithium niobate single crystal thin film This is because a high quality lithium niobate single crystal thin film having excellent optical characteristics, particularly low light propagation loss, can be obtained. Further, as the composition ratio of Na 2 O in the present invention, the molar ratio of Na 2 O / Li 2 O
Is preferably in the range satisfying 2.0 / 98.0 to 93.5 / 6.5.

【0028】この理由は、前記モル比の範囲からNa2Oの
割合が外れる場合、タンタル酸リチウム基板とニオブ酸
リチウム単結晶薄膜を格子整合させることが困難なため
である。本発明におけるエピタキシャル成長法によって
溶融体にフラックスとして少なくともK2O、V2O5、を添
加することが有利である。
The reason is that when the ratio of Na 2 O is out of the above range, it is difficult to lattice match the lithium tantalate substrate and the lithium niobate single crystal thin film. It is advantageous to add at least K 2 O and V 2 O 5 as flux to the melt by the epitaxial growth method in the present invention.

【0029】その理由を以下に説明する。溶融剤として
K2O、V2O5を使用することにより溶融剤からのLiの供給
を防止できるため、原料物中のLi2O、Nb2O5の組成比を
変えることにより、析出してくるニオブ酸リチウム単結
晶薄膜中のLi/Nbの比率を変えることができる。前記Li/
Nbの値が変わると、a軸の格子定数も変わるため、ニオ
ブ酸リチウム単結晶薄膜のa軸の格子定数を原料物中のL
i2O,Nb2O5の組成比を制御することにより制御でき、ニ
オブ酸リチウム単結晶薄膜とタンタル酸リチウム基板を
格子整合させることができる。
The reason will be described below. As a melting agent
By using K 2 O and V 2 O 5 , the supply of Li from the melting agent can be prevented, so by changing the composition ratio of Li 2 O and Nb 2 O 5 in the raw material, niobium that precipitates The ratio of Li / Nb in the lithium oxide single crystal thin film can be changed. The Li /
When the value of Nb changes, the lattice constant of the a-axis also changes. Therefore, the lattice constant of the a-axis of the lithium niobate single crystal thin film is set to L in the raw material.
It can be controlled by controlling the composition ratio of i 2 O and Nb 2 O 5 , and the lithium niobate single crystal thin film and the lithium tantalate substrate can be lattice-matched.

【0030】また、前記K2O、V2O5、Li2O、Nb2O5からな
る溶融体に、Na2OやMgOを添加してもよい。この理由
は、Na2OやMgOを添加することにより、ニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜のa軸の格子定数を大きくすることができ
るからである。またMgOは光損傷を防止できる。前記溶
融体組成は、モル比でLi2O/Nb2Oが43/57〜56/44である
ことが望ましく、43/57〜50/50が好適である。この理由
は、上記範囲を外れる場合、析出するニオブ酸リチウム
単結晶の結晶構造が変化し、光学特性が低下するからで
ある。さらに、前記MgOは、MgO/原料組成から析出可能
なニオブ酸リチウム単結晶の理論量の値が、モル比で30
/100を満たす範囲を超えないことが望ましい。この理由
は、上記比率を超える場合、ニオブ酸Mg系の結晶が析出
するからである。
Further, Na 2 O or MgO may be added to the melt comprising K 2 O, V 2 O 5 , Li 2 O, and Nb 2 O 5 . This is because the addition of Na 2 O or MgO can increase the a-axis lattice constant of the lithium niobate single crystal thin film. MgO can also prevent light damage. In the melt composition, the molar ratio of Li 2 O / Nb 2 O is desirably 43/57 to 56/44, preferably 43/57 to 50/50. The reason for this is that, when the ratio is outside the above range, the crystal structure of the precipitated lithium niobate single crystal changes, and the optical characteristics deteriorate. Further, the MgO has a theoretical value of a single crystal of lithium niobate that can be precipitated from the MgO / raw material composition, and the value of the theoretical amount is 30 in a molar ratio.
It is desirable not to exceed the range satisfying / 100. The reason for this is that if the above ratio is exceeded, Mg niobate-based crystals will precipitate.

【0031】また、K2O、V2O5の組成は、K2O2、V2O5
らなる溶融剤(KVO3換算)/原料組成から析出可能なニオ
ブ酸リチウム単結晶の理論量の値が、モル比で25/75〜7
5/25を満たす範囲であることが望ましい。この理由は、
上記範囲を外れる場合、析出するニオブ酸リチウム単結
晶の結晶構造が変化してしまい、光学特性が低下するた
めである。また、K2O、V2O5の組成割合は、モル比で1対
1であることが有利である。
Further, K 2 O, the composition of V 2 O 5 is, K 2 O 2, V 2 O 5 made of the molten material (KVO 3 conversion) / feed stoichiometric amount of precipitation can be lithium niobate single crystal of a composition Is 25/75 to 7 in molar ratio
It is desirable that the range satisfy 5/25. The reason for this is
If the ratio is out of the above range, the crystal structure of the precipitated lithium niobate single crystal changes, and the optical characteristics are deteriorated. Further, the composition ratio of K 2 O and V 2 O 5 is 1 to 1 in molar ratio.
Advantageously it is one.

【0032】また、本発明においては、タンタル酸リチ
ウム基板のa軸の格子定数を、異種元素を添加して調整
することにより、ニオブ酸リチウム結晶のa軸の格子定
数に合わせることにより格子整合を行なうことができ
る。次いで、上記の組成を有する溶融液を過冷却状態に
した後、タンタル酸リチウム基板を接触させる。前記溶
融体を過冷却状態とするための冷却速度は、0.5〜300℃
/時であることが望ましい。
In the present invention, the lattice constant of the a-axis of the lithium tantalate substrate is adjusted by adding a different element to the a-axis lattice constant of the lithium niobate crystal, thereby achieving lattice matching. Can do it. Next, after the melt having the above composition is supercooled, the lithium tantalate substrate is brought into contact with the melt. The cooling rate for bringing the melt into a supercooled state is 0.5 to 300 ° C.
/ Hr is desirable.

【0033】又、エピタキシャル育成のための温度は60
0〜1250℃であることが望ましい。この理由はニオブ酸
リチウムの融点が1250℃であり、これ以上の温度では結
晶が晶出せず、又、600℃は、溶融剤の融点であるた
め、これより低い温度では原料を溶融体とすることがで
きないためである。前記エピタキシャル育成の際には、
タンタル酸リチウム基板を回転させることが望ましい。
これは、タンタル酸リチウム基板を回転させることによ
り、特性及び膜厚が均一な結晶ができるからである。前
記基板の回転は、水平状態で行なわれることが望まし
い。前記回転速度は、50〜150rmpであることが望まし
い。
The temperature for epitaxial growth is 60
Desirably, the temperature is 0 to 1250 ° C. The reason is that the melting point of lithium niobate is 1250 ° C, crystals do not crystallize at temperatures higher than that, and 600 ° C is the melting point of the melting agent, so the raw material is a melt at lower temperatures. This is because they cannot do it. During the epitaxial growth,
It is desirable to rotate the lithium tantalate substrate.
This is because by rotating the lithium tantalate substrate, crystals having uniform characteristics and thickness can be formed. Preferably, the rotation of the substrate is performed in a horizontal state. The rotation speed is desirably 50 to 150 rpm.

【0034】また、前記タンタル酸リチウム基板は、少
なくとも成長面は、光学研磨されその後、化学エッチン
グ処理されていることが望ましい。前記タンタル酸リチ
ウム基板の厚みは0.5〜2.0mmであることが望ましい。こ
の理由は、0.5mmより薄い基板は、クラックが発生しや
すく、2.0mmより厚い基板は、焦電効果(加熱による放電
効果)が問題となり、加熱や研磨により帯電するため、
研磨屑などが付着してスクラッチが発生し易いからであ
る。タンタル酸リチウム基板上に晶出する本発明のニオ
ブ酸リチウム単結晶薄膜の厚みは、タンタル酸リチウム
基板と溶融体との接触時間、溶融体の温度を適当に選択
することにより、制御することができる。
Preferably, at least the growth surface of the lithium tantalate substrate is optically polished and then subjected to a chemical etching treatment. The thickness of the lithium tantalate substrate is desirably 0.5 to 2.0 mm. The reason for this is that a substrate thinner than 0.5 mm is prone to cracking, and a substrate thicker than 2.0 mm has a problem with the pyroelectric effect (discharge effect by heating), and is charged by heating and polishing.
This is because scratches are likely to occur due to the attachment of polishing dust and the like. The thickness of the lithium niobate single crystal thin film of the present invention crystallized on the lithium tantalate substrate can be controlled by appropriately selecting the contact time between the lithium tantalate substrate and the melt and the temperature of the melt. it can.

【0035】本発明のニオブ酸リチウム単結晶薄膜の成
長速度は、0.01〜1.0μm/分が望ましい。これ以上速い
場合、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜にうねりが発生し、
また、これより遅い場合、薄膜の育成に時間がかかりす
ぎるからである。本発明においては液相エピタキシャル
成長の後、タンタル酸リチウム基板、ニオブ酸リチウム
単結晶結晶薄膜の表面からフラックスを除去することが
望ましい。 フラックスが残留すると、膜厚が不均一に
なるからである。前記フラックスの除去は、タンタル酸
リチウム基板に形成されたニオブ酸リチウム単結晶結晶
薄膜を100〜10000rpmで回転させることにより行なわれ
ることが望ましい。
The growth rate of the lithium niobate single crystal thin film of the present invention is desirably 0.01 to 1.0 μm / min. If it is faster than this, undulations will occur in the lithium niobate single crystal thin film,
On the other hand, if it is slower than this, it takes too much time to grow the thin film. In the present invention, after the liquid phase epitaxial growth, it is desirable to remove the flux from the surfaces of the lithium tantalate substrate and the lithium niobate single crystal thin film. If the flux remains, the film thickness becomes uneven. It is desirable that the flux be removed by rotating the lithium niobate single crystal thin film formed on the lithium tantalate substrate at 100 to 10,000 rpm.

【0036】前記回転に要する時間は、5〜60分である
ことが望ましい。前記溶融体の撹拌時間は、適当な撹拌
操作において6〜48時間であることが望ましい。この理
由は、撹拌時間が短い場合、溶融体中に溶解しきらない
結晶核が発生し、この結晶核を中心に結晶成長が起こる
のでニオブ酸リチウム単結晶薄膜の表面に凹凸が発生す
るからである。ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の面粗度は
JIS BO601 Rmax=0.001〜0.1μmが好適である。
The time required for the rotation is desirably 5 to 60 minutes. The stirring time of the melt is desirably 6 to 48 hours in an appropriate stirring operation. The reason for this is that if the stirring time is short, crystal nuclei that cannot be completely dissolved are generated in the melt, and crystal growth occurs around the crystal nuclei, so that irregularities are generated on the surface of the lithium niobate single crystal thin film. is there. The surface roughness of lithium niobate single crystal thin film is
JIS BO601 Rmax = 0.001 to 0.1 µm is preferred.

【0037】前記タンタル酸リチウム基板の製造方法と
しては、CZ(チョクラルスキ-)法が望ましい。また、原
料としては、例えば炭酸リチウム、五酸化タンタル、酸
化チタン、五酸化バナジウムが挙げられる。また、前記
タンタル酸リチウム基板のa軸の格子定数は、ナトリウ
ムなどの異種元素の添加により大きくすることができ
る。ところでSHG素子を始めとする光学デバイスの構成
材料にニオブ酸リチウム単結晶を使用するには前記ニオ
ブ酸リチウムやタンタル酸リチウム単結晶結晶が電気光
学効果、非線形光学効果などの光学的に有用な諸性質を
有することが必要である。
As a method for manufacturing the lithium tantalate substrate, a CZ (Czochralski) method is preferable. Examples of the raw material include lithium carbonate, tantalum pentoxide, titanium oxide, and vanadium pentoxide. The lattice constant of the a-axis of the lithium tantalate substrate can be increased by adding a different element such as sodium. By the way, in order to use a lithium niobate single crystal as a constituent material of an optical device such as an SHG element, the lithium niobate or lithium tantalate single crystal is required to have optically useful properties such as an electro-optic effect and a nonlinear optical effect. It is necessary to have properties.

【0038】一般にニオブ酸リチウムやタンタル酸リチ
ウム単結晶が、電気光学効果、非線形光学効果など光学
的に有用な諸特性を持つためには、その製造工程にて、
キュリ-点以上の温度に加熱して電界をかけ、結晶をポ-
リング(分極)することが必要である。また、異種元素を
含有させたニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムなど
の単結晶は容易にポ-リングできないことが知られてい
る。しかしながら、本発明のニオブ酸リチウム単結晶薄
膜は、基板であるタンタル酸リチウムが分極状態であっ
ても、また分極反転により電気的に中和されていても、
常に分極された状態にあり、極めて優れた電気光学効
果、非線形光学効果などの諸特性を示す。
Generally, in order for a lithium niobate or lithium tantalate single crystal to have various optically useful properties such as an electro-optic effect and a non-linear optical effect, it is necessary to perform the following steps in the manufacturing process.
Heat to a temperature above the Curie point and apply an electric field to polish the crystal.
It is necessary to ring (polarize). It is also known that single crystals such as lithium niobate and lithium tantalate containing different elements cannot be easily polled. However, the lithium niobate single crystal thin film of the present invention has a structure in which even if lithium tantalate as a substrate is in a polarized state or is electrically neutralized by polarization inversion,
It is always in a polarized state and exhibits various characteristics such as extremely excellent electro-optic effect and nonlinear optical effect.

【0039】このため、本発明のニオブ酸リチウム単結
晶薄膜とタンタル酸リチウム基板は、ポ-リング工程を
必要としないため、製造工程が簡単で、従来は、使用が
困難であった異種元素を含有したタンタル酸リチウム基
板を使用できるという利点を持つ。異種元素としては、
Mg,Ti,V,CrにFe,Ni,Ndなどから選ばれる少なくとも1種
が望ましい。薄膜導波層と基板の屈折率の差を大きくす
る方法としては、タンタル酸リチウム基板の屈折率を小
さくするか、ニオブ酸リチウム薄膜の屈折率を大きくす
るとよい。
Therefore, the lithium niobate single crystal thin film and the lithium tantalate substrate of the present invention do not require a polling step, so that the manufacturing process is simple, and the dissimilar elements which have been conventionally difficult to use are removed. This has the advantage that a lithium tantalate substrate can be used. As a different element,
Mg, Ti, V, and Cr are preferably at least one selected from Fe, Ni, Nd, and the like. As a method of increasing the difference in refractive index between the thin film waveguide layer and the substrate, it is preferable to reduce the refractive index of the lithium tantalate substrate or increase the refractive index of the lithium niobate thin film.

【0040】そのためにはタンタル酸リチウム基板にMg
又はVを、ニオブ酸リチウム薄膜にTi、Cr、Fe、Ni、Nd
などの異種元素をそれぞれ含有させるとよい。特に、SH
G発振を行う場合には、タンタル酸リチウム基板と前記
ニオブ酸リチウム薄膜との屈折率の差を大きくする必要
がある。タンタル酸リチウム基板に前記異種元素を含有
させる際、異種元素は、基板全体に均一に存在していな
くてもよい。本発明において、前記タンタル酸リチウム
基板の特定箇所に異種元素を添加して導波路形成部分の
屈折率が非形成部分に比べて相対的に低いパタ-ンを形
成することにより、該基板にニオブ酸リチウム単結晶薄
膜をスラブ状に形成するだけで、前記パタ-ン部分に形
成されたニオブ酸リチウム単結晶薄膜が導波路となり、
導波路形成のための加工工程を省くことができる。
For this purpose, Mg is applied to a lithium tantalate substrate.
Or, V, Ti, Cr, Fe, Ni, Nd on lithium niobate thin film
It is good to contain different elements such as, respectively. In particular, SH
When performing G oscillation, it is necessary to increase the difference in the refractive index between the lithium tantalate substrate and the lithium niobate thin film. When the different element is contained in the lithium tantalate substrate, the different element may not be uniformly present in the entire substrate. In the present invention, a different element is added to a specific portion of the lithium tantalate substrate to form a pattern in which the refractive index of the waveguide forming portion is relatively lower than that of the non-forming portion, thereby forming niobium on the substrate. Just by forming the lithium oxide single crystal thin film in a slab shape, the lithium niobate single crystal thin film formed in the pattern portion becomes a waveguide,
A processing step for forming a waveguide can be omitted.

【0041】前記導波路形成部分の基板屈折率を、非形
成部分に比べて相対的に低くする方法としては、導波路
形成部分の基板屈折率を下げるか、非形成部分の基板屈
折率を上げることが望ましい。異種元素が不均一に存在
している場合、導波路の条件にあった部分が導波路化す
る。
As a method of lowering the refractive index of the substrate in the portion where the waveguide is formed as compared with the portion where the waveguide is not formed, the refractive index of the substrate in the portion where the waveguide is formed is reduced or the refractive index of the substrate in the portion where the waveguide is not formed is increased. It is desirable. When the heterogeneous elements are non-uniformly present, a portion that meets the conditions of the waveguide becomes a waveguide.

【0042】また、タンタル酸リチウム基板表面部分で
の前記異種元素の含有量は、以下に示す組成範囲が望ま
しい。 Ti ; 0.2 〜30モル% Cr ; 0.02〜20モル% Fe ; 0.02〜20モル% Ni ; 0.02〜20モル% Nd ; 0.02〜10モル% Mg ; 0.1 〜20モル% V ; 0.05〜30モル% 上記の含有量は、 異種元素/(LiTaO3+異種元素)×100 で計算されたものである。
Further, the content of the different element on the surface portion of the lithium tantalate substrate is desirably in the following composition range. Ti; 0.2 to 30 mol% Cr; 0.02 to 20 mol% Fe; 0.02 to 20 mol% Ni; 0.02 to 20 mol% Nd; 0.02 to 10 mol% Mg; 0.1 to 20 mol% V; 0.05 to 30 mol% Is calculated by the formula: heterogeneous element / (LiTaO 3 + heterogeneous element) × 100.

【0043】また、本発明のニオブ酸リチウム単結晶薄
膜には、屈折率などの光学特性を必要に応じて変化させ
るためにクロム(Cr)、ネオジム(Nd),ロジウム(Rh)、亜
鉛(Zn)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、チタン(Ti)、バ
ナジウム(V)から選ばれる少なくとも1種を含有するこ
とが望ましい。これらの各元素の含有量は、 Rh ; 0.05 〜20モル% Zn ; 0.02〜30モル% Ni ; 0.1 〜20モル% Co ; 0.05〜20モル% Cr ; 0.02 〜20モル% Ti ; 0.2 〜30モル% Nd ; 0.02 〜10モル% V ; 0.05〜30モル% であることが望ましい。
The lithium niobate single crystal thin film of the present invention has chromium (Cr), neodymium (Nd), rhodium (Rh), zinc (Zn) in order to change optical characteristics such as refractive index as required. ), Nickel (Ni), cobalt (Co), titanium (Ti), and vanadium (V). The content of each of these elements is: Rh; 0.05 to 20 mol% Zn; 0.02 to 30 mol% Ni; 0.1 to 20 mol% Co; 0.05 to 20 mol% Cr; 0.02 to 20 mol% Ti; 0.2 to 30 mol % Nd; 0.02 to 10 mol% V; 0.05 to 30 mol% is desirable.

【0044】次に実施例を以って更に本発明を具体的に
示す。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

【実施例】実施例1 (1)Na2CO3 20モル%、Li2CO3 30モル%、V2O5 39モル%、N
b2O511モル%、MgOを溶融体組成から析出可能なLiNbO3
理論量に対して2モル%添加した混合物を白金ルツボに入
れ、エピタキシャル成長育成装置中で空気雰囲気下で、
1100℃まで加熱してルツボの内容物を溶解した。さらに
溶融体をプロペラを用い、100rpmの回転速度で12時間撹
拌させた。
EXAMPLE 1 (1) Na 2 CO 3 20 mol%, Li 2 CO 3 30 mol%, V 2 O 5 39 mole%, N
b 2 O 5 11 mole%, the mixture was placed was added 2 mol% of MgO based on the theoretical amount of precipitation can be LiNbO 3 from the melt composition in a platinum crucible, under an air atmosphere in an epitaxial growth apparatus,
The contents of the crucible were dissolved by heating to 1100 ° C. Further, the melt was stirred with a propeller at a rotation speed of 100 rpm for 12 hours.

【0045】(2)厚さ2mmnのタンタル酸リチウム単結晶
の(0001)面を光学研磨した後、化学エッチングした。つ
いで、耐水研磨紙(♯2000)を用いて、面取り(R 0.5)を
行った。この基板の面粗度は、JIS B0601 Rmax=100Åで
あった。溶融体を1時間当りに60℃の冷却速度で915℃ま
で徐冷した後、この基板を915℃で30分予備加熱した
後、溶融体中に100rpmで回転させながら8分間浸漬し
た。ニオブ酸リチウムの成長速度は、1μm/分であっ
た。
(2) The (0001) plane of the lithium tantalate single crystal having a thickness of 2 mm was optically polished and then chemically etched. Subsequently, chamfering (R 0.5) was performed using water-resistant abrasive paper (# 2000). The surface roughness of this substrate was JIS B0601 Rmax = 100 °. After the melt was gradually cooled to 915 ° C. at a cooling rate of 60 ° C. per hour, the substrate was preheated at 915 ° C. for 30 minutes, and immersed in the melt for 8 minutes while rotating at 100 rpm. The growth rate of lithium niobate was 1 μm / min.

【0046】(3)溶融体から基板材料を引き上げ、回転
数1000rpmで30秒間溶融体上で溶融体を振り切った後、1
℃/分の速度で室温まで徐冷し、基板材料上に約8μm の
厚さのナトリウム、マグネシウム含有ニオブ酸リチウム
単結晶薄膜を得た。(4)得られたニオブ酸リチウム単結
晶薄膜中に含有されていたナトリウム、マグネシウムの
量は、それぞれ3モル%、2モル%であった。又、薄膜の格
子定数(a軸)は5.156Å、入射光波長1.15μmで測定した
屈折率は2.235±0.001であった。ニオブ酸リチウムの表
面粗度は、JIS BO601 Rmax=1000Åであった。
(3) The substrate material is pulled up from the melt, and the melt is shaken off at a rotational speed of 1000 rpm for 30 seconds.
The resultant was gradually cooled to room temperature at a rate of ° C./min to obtain a sodium-magnesium-containing lithium niobate single crystal thin film having a thickness of about 8 μm on a substrate material. (4) The amounts of sodium and magnesium contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were 3 mol% and 2 mol%, respectively. The lattice constant (a-axis) of the thin film was 5.156 °, and the refractive index measured at an incident light wavelength of 1.15 μm was 2.235 ± 0.001. The surface roughness of lithium niobate was JIS BO601 Rmax = 1000 °.

【0047】実施例2 (1)Li2CO3 51モル%、V2O5 39モル%、Nb2O5 10モル%、Na
2CO3を溶融体組成から析出可能なLiNbO3の理論量に対し
て、45モル%添加、MgOを溶融体組成から析出可能なLiNb
O3の理論量に対して、6モル%添加した混合物を白金ルツ
ボにいれ、エピタキシャル成長育成装置中で空気雰囲気
下で1100℃まで加熱してルツボの内容物を溶解した。つ
いで、溶融体をプロペラを用い、100rpmの回転速度で6
時間撹拌させた。
[0047] Example 2 (1) Li 2 CO 3 51 mol%, V 2 O 5 39 mole%, Nb 2 O 5 10 mole%, Na
The 2 CO 3 with respect to the theoretical amount of precipitation can be LiNbO 3 from the melt composition, which can be precipitated added 45 mol%, the MgO from the melt composition LiNb
A mixture containing 6 mol% of the theoretical amount of O 3 was placed in a platinum crucible and heated to 1100 ° C. in an air atmosphere in an epitaxial growth and growth apparatus to dissolve the contents of the crucible. Next, the melt was mixed with a propeller at a rotation speed of 100 rpm for 6 minutes.
Allowed to stir for hours.

【0048】(2)厚さ1.5mmのタンタル酸リチウム単結晶
の(0001)面を光学研磨した後、耐水研磨紙(♯2000)及
びコロイダルシリカを塗布したポリッシングクロスを用
いて、面取り(C 1.0)を行った。基板の表面粗度は、JIS
BO601、Rmax=170Åであった。溶融体を1時間当たり60
℃の冷却速度で922℃まで徐冷した後、この基板を922℃
で10分間予備加熱を行い、溶融体中に100rpmで回転させ
ながら23分間浸漬した。 ニオブ酸リチウムの成長速度
は、1.65μm/分であった。
(2) After optically polishing the (0001) plane of a 1.5 mm-thick lithium tantalate single crystal, chamfering (C 1.0) was performed using a water-resistant abrasive paper (# 2000) and a polishing cloth coated with colloidal silica. ). The surface roughness of the substrate is JIS
BO601, Rmax = 170 °. 60 melts per hour
After slowly cooling to 922 ° C at a cooling rate of
For 10 minutes, and immersed in the melt for 23 minutes while rotating at 100 rpm. The growth rate of lithium niobate was 1.65 μm / min.

【0049】(3)溶融体から基板材料を引き上げ、回転
数1000rpmで30秒間溶融体上で、溶融体を振り切った
後、1時間当たり、300℃の冷却速度でタンタル酸リチウ
ム単結晶のキュリ-温度まで徐冷し、その温度で1時間保
った後、1時間当たり、60℃の冷却速度で、室温まで徐
冷し、基板材料上に約38μmの厚さのナトリウム、マグ
ネシウム含有ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を得た。
(3) The substrate material is pulled up from the melt, and the melt is shaken off at a rotation speed of 1000 rpm for 30 seconds, and then the lithium tantalate single crystal is cured at a cooling rate of 300 ° C. per hour. After slowly cooling to a temperature and maintaining at that temperature for 1 hour, gradually cool to room temperature at a cooling rate of 60 ° C. per hour, and place sodium and magnesium-containing lithium niobate monoliths having a thickness of about 38 μm on the substrate material. A crystalline thin film was obtained.

【0050】(4)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄膜
中に含有されていたナトリウム、マグネシウムの量は、
それぞれ1.5モル%、5.5モル%であった。又格子定数(a
軸)は5.155Å、入射光波長1.15μmで測定した屈折率
は、2.231±0.001であった。ニオブ酸リチウム単結晶薄
膜の表面粗度は、JIS BO601 Rmax=1000Åであった。
(4) The amounts of sodium and magnesium contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were as follows:
They were 1.5 mol% and 5.5 mol%, respectively. Also, the lattice constant (a
Axis) was 5.155 °, and the refractive index measured at an incident light wavelength of 1.15 μm was 2.231 ± 0.001. The surface roughness of the lithium niobate single crystal thin film was JIS BO601 Rmax = 1000 °.

【0051】実施例3 (1)Na2CO3 12.0モル%、V2O5 39モル%、Nb2O5 11モル%、
Li2CO3を38.0モル%、MgOを溶融体組成から析出可能なLi
NbO3の理論量に対して、5モル%添加した混合物を白金ル
ツボに入れ、エピタキシャル成長育成装置中で空気雰囲
気下で1100℃まで加熱してルツボの内容物を溶解した。
ついで、溶融体をプロペラを用い、150rpmの回転速度で
20時間撹拌させた。
[0051] Example 3 (1) Na 2 CO 3 12.0 mol%, V 2 O 5 39 mole%, Nb 2 O 5 11 mole%,
Li 2 CO 3 38.0 mol%, MgO can be precipitated from the melt composition Li
A mixture containing 5 mol% of the theoretical amount of NbO 3 was placed in a platinum crucible and heated to 1100 ° C. in an air atmosphere in an epitaxial growth and growth apparatus to dissolve the contents of the crucible.
Next, the melt was rotated using a propeller at a rotation speed of 150 rpm.
The mixture was stirred for 20 hours.

【0052】(2)耐水研磨紙(♯2000)を用いて、厚さ1mm
のタンタル酸リチウム基板を面取り(R1.0)した後、厚さ
250ÅのMgO層をスパッタにより形成し、940℃で熱拡散
させ、厚さ250Åの拡散層を形成した。屈折率は、MgOを
拡散させない場合よりも0.015低下していた。また、基
板表面の面粗度は、JIS BO601 Rmax=170Åであった。Mg
Oの拡散量は10mol%であった。
(2) Using a water-resistant abrasive paper (# 2000), a thickness of 1 mm
After chamfering (R1.0) the lithium tantalate substrate of
A 250Å MgO layer was formed by sputtering and thermally diffused at 940940C to form a 250Å thick diffusion layer. The refractive index was 0.015 lower than when MgO was not diffused. The surface roughness of the substrate surface was JIS BO601 Rmax = 170 °. Mg
The diffusion amount of O was 10 mol%.

【0053】(3)溶融体を1時間当り60℃の冷却速度で93
8℃まで徐冷した後、前記基板を938℃で50分間予備加熱
し、溶融体中に100rpmで回転させながら20分間浸漬し
た。ニオブ酸リチウムの成長速度は、0.7μm/分であっ
た。 (4)溶融体から基板材料を引き上げ、回転数100rpmで30
秒間溶融体上で、溶融体を振り切った後、1℃/分で室温
まで徐冷し、基板材料上に約14μmの厚さのナトリウ
ム、マグネシウム含有ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を得
た。
(3) The melt is cooled at a cooling rate of 60 ° C. per hour to 93
After slowly cooling to 8 ° C., the substrate was preheated at 938 ° C. for 50 minutes and immersed in the melt for 20 minutes while rotating at 100 rpm. The growth rate of lithium niobate was 0.7 μm / min. (4) Pull up the substrate material from the melt and rotate at 100 rpm for 30 minutes.
After shaking off the melt on the melt for 2 seconds, it was slowly cooled to room temperature at 1 ° C./min to obtain a sodium and magnesium-containing lithium niobate single crystal thin film having a thickness of about 14 μm on the substrate material.

【0054】(5)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄膜
中に含有されていたナトリウム、マグネシウムの量は、
それぞれ1モル%、6モル%であった。又格子定数(a軸)は
5.153Å、入射光波長1.15μmで測定した屈折率は、2.23
1±0.001であった。ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の表面
粗度は、JIS BO601 Rmax=1400Åであった。 この薄膜
について、マッハツェンダ−干渉計でボッケルス定数を
測定した所、r=22.0×10-12m/V,r13=6.6×10-12m/Vを得
た。AppliedPhysics Letters,Vol.24, No.9,1974によれ
ば、r33=12×10-12m/V,r13=2.3×10-12m/Vであり、公知
の2-3倍の値である。
(5) The amounts of sodium and magnesium contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were as follows:
They were 1 mol% and 6 mol%, respectively. The lattice constant (a-axis) is
5.153Å, the refractive index measured at the incident light wavelength 1.15 μm is 2.23
It was 1 ± 0.001. The surface roughness of the lithium niobate single crystal thin film was JIS BO601 Rmax = 1400 °. When the Bockels constant of this thin film was measured with a Mach-Zehnder interferometer, r = 22.0 × 10 −12 m / V and r 13 = 6.6 × 10 −12 m / V were obtained. According to AppliedPhysics Letters, Vol. 24, No. 9, 1974, r 33 = 12 × 10 −12 m / V, r 13 = 2.3 × 10 −12 m / V, a known 2-3 times value. It is.

【0055】実施例4 (1)Li2CO350モル%、V2O540モル%、Nb2O5 10モル%、Na2C
O3を溶融体組成から析出可能なLiNbO3の理論量に対し
て、43モル%添加、MgOを溶融体組成から析出可能なLiNb
O3の理論量に対して、7モル%添加した混合物をイリジウ
ムルツボにいれ、エピタキシャル成長育成装置中で空気
雰囲気下で1100℃まで加熱してルツボの内容物を溶解し
た。ついで、溶融体をプロペラを用い、200rpmの回転速
度で12時間撹拌させた。
Example 4 (1) Li 2 CO 3 50 mol%, V 2 O 5 40 mol%, Nb 2 O 5 10 mol%, Na 2 C
With respect to the theoretical amount of LiNbO 3 capable of precipitating O 3 from the melt composition, 43 mol% is added, and LiNb capable of precipitating MgO from the melt composition.
The mixture to which 7 mol% was added to the theoretical amount of O 3 was placed in an iridium crucible and heated to 1100 ° C. in an air atmosphere in an epitaxial growth apparatus to dissolve the contents of the crucible. Next, the melt was stirred with a propeller at a rotation speed of 200 rpm for 12 hours.

【0056】(2)溶融体を1時間当り60℃の冷却速度で91
5℃まで徐冷した。タンタル酸リチウム単結晶の(0001)
面を光学研磨し、厚さ1.8mmとした。ついで、耐水性研
磨紙(♯2000)及びラッピングフイルム(砥粒1μm)を用い
て、面取り(C0.5)を行った。フォトリソグラフィ-及びR
Fスパッタ法により、膜厚1000Å、幅5μmのMgO膜を形成
した後、920℃にて熱拡散させ、1000Åの幅5μmのMgO拡
散チャンネルをもつものを基板材料とした。拡散層の厚
さは、1000Åであった。このチャンネル部分は、 MgOを
拡散させない部分に比べて常光屈折率が 15×10-3減少
していた。また、面粗度はJIS BO601 Rmax=300Åであっ
た。この基板材料を915℃で30分予備加熱した後、溶融
体中に100rpmで回転させながら17分間浸漬した。成長速
度は1.94μm/分であった。
(2) The melt is cooled at a cooling rate of 60 ° C./hour to 91
The mixture was gradually cooled to 5 ° C. (0001) of lithium tantalate single crystal
The surface was optically polished to a thickness of 1.8 mm. Then, chamfering (C0.5) was performed using a water-resistant abrasive paper (# 2000) and a wrapping film (abrasive grains 1 μm). Photolithography and R
After forming an MgO film having a thickness of 1000 μm and a width of 5 μm by the F sputtering method, it was thermally diffused at 920 ° C., and a substrate having an MgO diffusion channel of a width of 1000 μm and a width of 5 μm was used as a substrate material. The thickness of the diffusion layer was 1000 mm. In this channel portion, the ordinary light refractive index was reduced by 15 × 10 -3 as compared with the portion where MgO was not diffused. The surface roughness was JIS BO601 Rmax = 300 °. After preheating this substrate material at 915 ° C. for 30 minutes, it was immersed in the melt for 17 minutes while rotating at 100 rpm. The growth rate was 1.94 μm / min.

【0057】(3)溶融体から基板材料を引き上げ、回転
数1000rpmで30秒間溶融体上で、溶融体を振り切った
後、1時間当り300℃の冷却速度でタンタル酸リチウム単
結晶のキュリ-温度(650℃)まで徐冷し、その温度で1時
間保った後、1時間に60℃の冷却速度で、室温まで徐冷
し、基板材料上に約33μmの厚さのナトリウム、マグネ
シウム含有ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を得た。
(3) The substrate material is pulled up from the melt, the melt is shaken off at a rotational speed of 1000 rpm for 30 seconds, and the curie temperature of the lithium tantalate single crystal at a cooling rate of 300 ° C. per hour. (650 ° C), hold at that temperature for 1 hour, then slowly cool down to room temperature at a cooling rate of 60 ° C per hour, and place a 33 μm thick sodium and magnesium-containing niobate on the substrate material. A lithium single crystal thin film was obtained.

【0058】(4)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄膜
中に含有されていたナトリウム、マグネシウムの量は、
それぞれ2モル%、6モル%であった。又格子定数(a軸)は
5.155Å、入射光波長1.15μmで測定した屈折率は、2.23
1±0.001であった。 (5)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄膜を、幅5μmのM
gO拡散チャンネルに対して垂直に端面研磨を施して、レ
-ザ光を端面入射させ、出射光のニアフィ-ルドパタ-ン
を観察したところ、レ-ザ光が幅5μmのMgOの拡散チャン
ネル上で良好に閉じ込められていることが確認できた。
得られたニオブ酸リチウム単結晶薄膜の表面の面粗度
は、JIS BO601 Rmax=1000Åであった。
(4) The amounts of sodium and magnesium contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were as follows:
They were 2 mol% and 6 mol%, respectively. The lattice constant (a-axis) is
5.155 °, the refractive index measured at the incident light wavelength 1.15 μm is 2.23
It was 1 ± 0.001. (5) The obtained lithium niobate single crystal thin film was
Polish the end face perpendicular to the gO diffusion channel to
When the laser beam was incident on the end face and the near-field pattern of the emitted beam was observed, it was confirmed that the laser beam was well confined on the MgO diffusion channel with a width of 5 μm.
The surface roughness of the surface of the obtained lithium niobate single crystal thin film was JIS BO601 Rmax = 1000 °.

【0059】実施例5 (1)Li2CO3 26.4モル%、Nb2O5 28.6モル%,K2CO3 22.5モ
ル%、V2O5 22.5モル%、MgOを前記溶融体組成から析出可
能なLiNbO3の理論量に対して5モル%添加した混合物を白
金ルツボに入れ、エピタキシャル成長育成装置中で空気
雰囲気下で1100℃まで加熱してルツボの内容物を溶解し
た。
Example 5 (1) 26.4 mol% of Li 2 CO 3, 28.6 mol% of Nb 2 O 5, 22.5 mol% of K 2 CO 3, 22.5 mol% of V 2 O 5 and MgO can be precipitated from the above melt composition A mixture containing 5 mol% of the theoretical amount of LiNbO 3 was placed in a platinum crucible and heated to 1100 ° C. in an air atmosphere in an epitaxial growth apparatus to dissolve the contents of the crucible.

【0060】(2)溶融体を1時間当り60℃の冷却速度で89
3℃まで徐冷した。タンタル酸リチウム単結晶の(0001)
面を光学研磨し厚さ1.5mmとした後、フォトリソグラフ
ィ-およびRFスパッタ法により、膜厚800Å、幅5μmのMg
O膜と、この幅5μmのMgO膜以外の部分に膜厚400ÅのCu
膜を形成した後、1000℃にて熱拡散させた。拡散層はMg
O、CuOとも500Åであった。ついで、幅5μmのMgO拡散チ
ャンネルをもつものを化学エッチングし、基板材料とし
た。1μmダイヤモンドスラリ-を用いて、面取りを行っ
た。(R 0.5)
(2) The melt was cooled at a cooling rate of 60 ° C./hour to 89
The solution was gradually cooled to 3 ° C. (0001) of lithium tantalate single crystal
After the surface is optically polished to a thickness of 1.5 mm, Mg of 800 μm in thickness and 5 μm in width is formed by photolithography and RF sputtering.
O film and 400 μm thick Cu on the part other than the 5 μm wide MgO film.
After forming the film, it was thermally diffused at 1000 ° C. The diffusion layer is Mg
O and CuO were both 500Å. Then, a substrate having an MgO diffusion channel having a width of 5 μm was chemically etched to obtain a substrate material. Chamfering was performed using a 1 μm diamond slurry. (R 0.5)

【0061】MgOを拡散させたチャンネル部分およびチ
ャンネル部分以外のCuを拡散させた部分は、何も拡散さ
せない基板材料に比べて、常光屈折率はそれぞれ10×10
-3減少および1×10-3増大していた。面粗度は、JIS BO6
01 Rmax=400Åであった。この基板材料を溶融体上15mm
の位置にて893℃にて予備加熱し、ついで溶融体中に100
rpmで回転させながら11分間浸漬した。ニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜の成長速度は、0.54μm/分であった。
The channel portion in which MgO is diffused and the portion in which Cu is diffused other than the channel portion have an ordinary light refractive index of 10 × 10 5 compared to a substrate material in which nothing is diffused.
-3 decreased and 1x10 -3 increased. Surface roughness is JIS BO6
01 Rmax = 400Å. 15mm on the melt
At 893 ° C and then 100
It was immersed for 11 minutes while rotating at rpm. The growth rate of the lithium niobate single crystal thin film was 0.54 μm / min.

【0062】(3)溶融体から基板材料を引き上げ、回転
数1000rpmで30秒間溶融体上で、溶融体を振り切った後1
℃/分の冷却速度で、室温まで徐冷し、基板材料上に約6
μmの厚さのMgO含有ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を得
た。格子定数(a軸)は5.153Å、入射光波長1.15μmで測
定した屈折率は、2.230±0.001であった。得られたニオ
ブ酸リチウム単結晶薄膜の表面の面粗度は、JIS BO601
Rmax=1400Åであった。この薄膜の厚みを位相整合膜厚
(2.50±0.05μm)にイオンビ-ムエッチングしてSHG素子
を製造した。このSHG素子に波長830nmのレ-ザ-を入射
し、第2高調波(415nm)を確認した。
(3) The substrate material is pulled up from the melt, and the melt is shaken off at a rotational speed of 1000 rpm for 30 seconds.
Cool slowly to room temperature at a cooling rate of ° C / min.
A MgO-containing lithium niobate single crystal thin film having a thickness of μm was obtained. The lattice constant (a-axis) was 5.153 °, and the refractive index measured at an incident light wavelength of 1.15 μm was 2.230 ± 0.001. The surface roughness of the surface of the obtained lithium niobate single crystal thin film is JIS BO601
Rmax = 1400 °. The thickness of this thin film is referred to as the phase matching thickness.
(2.50 ± 0.05 μm) by ion beam etching to produce an SHG device. A laser having a wavelength of 830 nm was incident on this SHG element, and the second harmonic (415 nm) was confirmed.

【0063】実施例6 (1)Li2CO3 48モル%、V2O5 42モル%、Nb2O5 10モル%、Na
2CO3を溶融体組成から析出可能なLiNbO3の理論量に対し
て、43モル%添加、MgOを溶融体組成から析出可能なLiNb
O3の理論量に対して、7モル%、添加した混合物をイリジ
ウムルツボにいれ、エピタキシャル成長育成装置中で空
気雰囲気下で1100℃まで加熱してルツボの内容物を溶解
した。ついで、溶融体をプロペラを用い、200rpmの回転
速度で12時間撹拌させた。
[0063] Example 6 (1) Li 2 CO 3 48 mol%, V 2 O 5 42 mole%, Nb 2 O 5 10 mole%, Na
2 CO 3 can be precipitated from the melt composition, based on the theoretical amount of LiNbO 3 can be added 43 mol%, MgO can be precipitated from the melt composition LiNb
The mixture added in an amount of 7 mol% based on the theoretical amount of O 3 was placed in an iridium crucible and heated to 1100 ° C. in an air atmosphere in an epitaxial growth and growth apparatus to dissolve the contents of the crucible. Next, the melt was stirred with a propeller at a rotation speed of 200 rpm for 12 hours.

【0064】(2)溶融体を1時間当り60℃の冷却速度で、
915℃まで徐冷した。タンタル酸リチウム単結晶の(000
1)面を光学研磨し、厚さ1.8mmとした。ついで、耐水性
研磨紙(♯2000)及び1μmダイヤモンドスラリ-を用い
て、面取り(C 0.2)を行った。フォトリソグラフィ-およ
びRFスパッタ法により、膜厚1000Å、幅5μmのMgO膜を
形成した。ついで、この基板を2.67cm/分でエピタキシ
ャル成長育成装置中の溶融体に近づけ、予備加熱と熱拡
散を同時に行った。拡散層の厚さは1000Åであった。
(2) The melt is cooled at a cooling rate of 60 ° C. per hour,
It was gradually cooled to 915 ° C. Lithium tantalate single crystal (000
1) The surface was optically polished to a thickness of 1.8 mm. Subsequently, chamfering (C 0.2) was performed using a water-resistant abrasive paper (# 2000) and a 1 μm diamond slurry. An MgO film having a thickness of 1000 mm and a width of 5 μm was formed by photolithography and RF sputtering. Then, the substrate was brought close to the melt in the epitaxial growth and growth apparatus at 2.67 cm / min, and preheating and thermal diffusion were performed simultaneously. The thickness of the diffusion layer was 1000 mm.

【0065】この基板材料を溶融体中に100rpmで回転さ
せながら17分間浸漬した。成長速度は1.94μm/分であっ
た。 (3)溶融体から基板材料を引き上げ、回転数1000rpmで30
秒間溶融体上で、溶融体を振り切った後、1時間当り300
℃の冷却速度でタンタル酸リチウム単結晶のキュリ-温
度まで徐冷し、その温度で1時間保った後、1時間に60℃
の冷却速度で、室温まで徐冷し、基板材料上に約37μm
の厚さのナトリウム、マグネシウム含有ニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜を得た。 (4)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄膜中に含有され
ていたナトリウム、マグネシウムの量は、それぞれ2モ
ル%、6モル%であった。又格子定数(a軸)は5.155Å、入
射光波長1.15μmで測定した屈折率は、2.231±0.001で
あった。
This substrate material was immersed in the melt for 17 minutes while rotating at 100 rpm. The growth rate was 1.94 μm / min. (3) Pull up the substrate material from the melt, and rotate at 1000 rpm for 30 minutes.
After shaking off the melt on the melt for 2 seconds, 300
Cool slowly to the Curie temperature of lithium tantalate single crystal at a cooling rate of ℃, keep at that temperature for 1 hour, then 60 ℃ for 1 hour
Slowly cool to room temperature at a cooling rate of about 37μm on the substrate material
A sodium- and magnesium-containing lithium niobate single-crystal thin film having a thickness of 3 mm was obtained. (4) The amounts of sodium and magnesium contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were 2 mol% and 6 mol%, respectively. The lattice constant (a-axis) was 5.155 °, and the refractive index measured at an incident light wavelength of 1.15 μm was 2.231 ± 0.001.

【0066】(5)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄膜
を、幅5μmのMgO拡散チャンネルに対して垂直に端面研
磨を施して、レ-ザ光を端面入射させ、出射光のニアフ
ィ-ルドパタ-ンを観察したところ、レ-ザ光が幅5μmのM
gOの拡散チャンネル上で良好に閉じ込められていること
が確認できた。得られたニオブ酸リチウム単結晶薄膜の
表面の面粗度は、JIS BO601 Rmax=900Åであった。
(5) The obtained lithium niobate single crystal thin film is vertically polished with respect to an MgO diffusion channel having a width of 5 μm, laser light is incident on the end surface, and a near-field pattern of emitted light is obtained. When the laser beam was observed, the laser beam was
It was confirmed that the gas was well confined on the diffusion channel of gO. The surface roughness of the surface of the obtained lithium niobate single crystal thin film was JIS BO601 Rmax = 900 °.

【0067】比較例1 (1)Na2CO3 20モル%、Li2CO3 30モル%、V2O5 39モル%、N
b2O511モル%、MgOを溶融体組成から析出可能なLiNbO3
理論量に対して2モル%添加した混合物を白金ルツボに入
れ、エピタキシャル成長育成装置中で空気雰囲気下で、
1100℃まで加熱してルツボの内容物を溶解した。さらに
溶融体をプロペラを用い、100rpmの回転速度で12時間撹
拌させた。
[0067] Comparative Example 1 (1) Na 2 CO 3 20 mol%, Li 2 CO 3 30 mol%, V 2 O 5 39 mole%, N
b 2 O 5 11 mole%, the mixture was placed was added 2 mol% of MgO based on the theoretical amount of precipitation can be LiNbO 3 from the melt composition in a platinum crucible, under an air atmosphere in an epitaxial growth apparatus,
The contents of the crucible were dissolved by heating to 1100 ° C. Further, the melt was stirred with a propeller at a rotation speed of 100 rpm for 12 hours.

【0068】(2)厚さ2mmのタンタル酸リチウム単結晶の
(0001)面を光学研磨した後、化学エッチングした。この
基板の面粗度は、JIS BO601 Rmax=100Åであった。溶融
体を1時間当りに60℃の冷却速度で915℃まで徐冷した
後、この基板を915℃で30分予備加熱した後、溶融体中
に100rpmで30秒間溶融体上で溶融体を振り切った後、1
℃/分の速度で室温まで徐冷したが、基板に大きなクラ
ックが生じていた。
(2) Lithium tantalate single crystal having a thickness of 2 mm
After the (0001) plane was optically polished, it was chemically etched. The surface roughness of this substrate was JIS BO601 Rmax = 100 °. After gradually cooling the melt to 915 ° C. at a cooling rate of 60 ° C. per hour, the substrate is preheated at 915 ° C. for 30 minutes, and the melt is shaken off at 100 rpm for 30 seconds in the melt. After
After slowly cooling to room temperature at a rate of ° C./min, a large crack was generated on the substrate.

【0069】以上実施例1〜6、比較例1の結果を基板の
状態と薄膜の伝搬損失について表1に記載した。
The results of Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 are described in Table 1 with respect to the state of the substrate and the propagation loss of the thin film.

【0070】[0070]

【表1】 [Table 1]

【0071】実施例7 本実施例は、基本的には実施例1と同じであるが、薄
膜、基板にTi,Cr,Ni,Nd,V,Fe,Rh,Co,Znを異種元素とし
て拡散(500Åの厚み)させ、伝搬損失を測定した。その
結果を表2に示した。いずれも良好な伝搬損失を示し
た。
Embodiment 7 This embodiment is basically the same as Embodiment 1, except that Ti, Cr, Ni, Nd, V, Fe, Rh, Co and Zn are diffused into thin films and substrates. (Thickness of 500 mm), and the propagation loss was measured. The results are shown in Table 2. All showed good propagation loss.

【0072】[0072]

【表2】 [Table 2]

【0073】表中の数字は伝搬損失(dB/cm)、異
種元素の含有量は、表面付近での平均値である。
The numbers in the table are propagation loss (dB / cm), and the contents of different elements are average values near the surface.

【0074】[0074]

【発明の効果】以上述べたように、本発明においては、
基板上の少なくとも一部に異種元素を添加、熱拡散して
得た面上に、該基板と格子整合されたニオブ酸リチウム
単結晶薄膜を液相エピタキシャル成長させる方法におい
て、基板のa軸方向と平行な面(0001)のエッジを
面取りすることによって、基板とホルダ−のと接触点に
発生しやすいキズの発生を防止することができた。
As described above, in the present invention,
In a method of liquid phase epitaxial growth of a lithium niobate single crystal thin film lattice-matched with a substrate on a surface obtained by adding a heterogeneous element to at least a part of the substrate and thermally diffusing the same, parallel to the a-axis direction of the substrate. By chamfering the edge of the proper surface (0001), it was possible to prevent the occurrence of flaws, which are likely to occur at the contact point between the substrate and the holder.

【0075】[0075]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来の基板をホルダ−で保持した状態の説明図FIG. 1 is an explanatory view of a state in which a conventional substrate is held by a holder.

【図2】本発明にかかる面取りした基板をホルダ−で保
持した状態の説明図
FIG. 2 is an explanatory view of a state in which a chamfered substrate according to the present invention is held by a holder.

【図3】ニオブリチウム単結晶薄膜の成長面であるタン
タル酸リチウム基板の(0001)面を示す模式図
FIG. 3 is a schematic view showing a (0001) plane of a lithium tantalate substrate on which a niobium lithium single crystal thin film is grown.

【図4】ニオブ酸リチウムのli/Nbのモル比とニオブ酸
リチウム単結晶のa軸の格子定数との関係図
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the li / Nb molar ratio of lithium niobate and the lattice constant of the a-axis of lithium niobate single crystal.

【図5】Tiの含有量とニオブ酸リチウム単結晶のa軸の
格子定数との関係図
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the Ti content and the lattice constant of the a-axis of a lithium niobate single crystal.

【図6】Na、Mgの含有量とニオブ酸リチウム単結晶のa
軸の格子定数との関係図
FIG. 6: Content of Na and Mg and a of lithium niobate single crystal
Diagram of relationship between axis and lattice constant

【図7】LiO-VO-Nb三成分の三角組成図Fig. 7 Triangular composition diagram of three components LiO-VO-Nb

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 ホルダ− 3 面取りした面 1 substrate 2 holder 3 chamfered surface

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−12095(JP,A) 特開 昭61−146799(JP,A) 特開 昭62−148394(JP,A) 特開 昭50−92300(JP,A) 特開 平3−69586(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C30B 1/00 - 35/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-4-12095 (JP, A) JP-A-61-146799 (JP, A) JP-A-62-148394 (JP, A) JP-A-50- 92300 (JP, A) JP-A-3-69586 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C30B 1/00-35/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上に、単結晶薄膜を液相エピタキシ
ャル成長させる方法において、少なくとも基板のエッジ
と基板ホルダ−との接触部分の基板エッジを面取りする
ことを特徴とする基板上に単結晶薄膜を形成する方法。
To 1. A substrate, a single crystal thin film in a method of liquid phase epitaxial growth, at least the edge of the substrate and the substrate holder - a single-crystal thin film on a substrate, which comprises chamfering a substrate edge of the contact portion between the How to form.
【請求項2】 基板上にニオブ酸リチウム単結晶薄膜を
形成する請求項1に記載の基板上にニオブ酸リチウム
結晶薄膜を形成する方法。
2. The method for forming a lithium niobate single crystal thin film on a substrate according to claim 1, wherein the lithium niobate single crystal thin film is formed on a substrate.
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