JP3152481B2 - ニオブ酸リチウム単結晶薄膜とその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜導波路型ＳＨＧ素
子を始めとして、各種光学材料に好適に用いられる膜厚
のニオブ酸リチウム単結晶薄膜とその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、光応用技術の発展に伴ない、レー
ザ光の短波長化の研究が盛んに行われている。それは、
レーザ光の短波長化により、光ディスク、レーザープリ
ンター等の光学機器に応用した場合に、記録密度や感光
感度を著しく向上させることができるからである。特
に、入射させたレーザ光の波長を１／２に変換できる第
２高調波発生（ＳＨＧ）素子の研究は盛んである。

【０００３】上記第２高調波発生（ＳＨＧ）素子として
は、従来、高出力のガスレーザを光源として、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、レーザプリンタ等の装置を小型化する要求
が強いこと、ガスレーザは光変調のため外部に変調器が
必要である。これに対して、最近、直接変調が可能で安
価である半導体レーザがガスレーザに代わって用いられ
るようになってきた。それに伴い、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
路型のＳＨＧ素子が脚光を浴びている。

【０００４】かかる薄膜導波路型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
層を導波路にしたものや、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薄
膜を導波路としたものなどが知られている。しかし、こ
れらの材料は、結晶性に優れ高い変換効率を有するニオ
ブ酸リチウム薄膜の作製が困難であった。

【０００５】ところで、結晶性に優れた単結晶薄膜を製
造する方法としては、液相エピタキシャル法が好適であ
ると考えられる。そして、ニオブ酸リチウム薄膜を得る
ための液相エピタキシャル法としては、例えば、「Appl
ied Physics Letters 」Vol.26、No. １，January ｐ８
−10（1975）には、タンタル酸リチウム基板上に、Li
₂O、V₂O₅をフラックスとし、光導波路用ニオブ酸リチウ
ム薄膜を液相エピタキシャル成長法により形成して、光
を導波させた例が記載されている。

【０００６】また、特公昭５１−９７２０号公報には、
タンタル酸リチウムを基板上に、Li ₂O、V₂O₅をフラック
スとして、液相エピタキシャル成長法により光導波路用
ニオブ酸リチウム薄膜を形成する方法が記載されてい
る。

【０００７】さらに、特公昭５６−４７１６０号公報に
は、基板上に、Ｍｇを含有したニオブ酸リチウム・タン
タル酸リチウム固溶体薄膜単結晶を、Li₂O、V₂O₅をフラ
ックスとして、液相エピタキシャル成長法により形成す
る方法が記載されている。

【０００８】しかしながら、上掲の各技術では、タンタ
ル酸リチウム基板上に、結晶性に優れたニオブ酸リチウ
ム単結晶を形成することができないばかりでなく、ＳＨ
Ｇ素子の製造に必要な膜厚のニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を得ることが困難で、実用化が難しいという問題点が
あった。

【０００９】すなわち、薄膜導波路型ＳＨＧ素子として
必要な膜厚とは、入射させるレーザ光と第２高調波との
位相整合を図るために、波長（λ）の基本波長光と波長
（λ／２）の第２高調波長光との実効屈折率を一致させ
るに足りる膜厚のことである。特に、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とからなる半導体
レーザ用ＳＨＧ素子を作成する場合、実効屈折率を一致
させるためには、研磨により除去される分を考慮する
と、５μｍ以上の厚さのニオブ酸リチウムの単結晶薄膜
が必要である。

【００１０】以上説明したように、従来、タンタル酸リ
チウム基板上にＳＨＧ素子などの光学デバイスを作成す
るために必要な膜厚で、しかも光学特性の優れたニオブ
酸リチウム単結晶薄膜を実用的に製造する技術というの
は確立されていなかった。このような従来技術が抱えて
いる問題点について種々研究した結果、このような問題
が生ずるのは、第１に、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の
格子定数が、タンタル酸リチウム基板の格子定数より小
さく、作製時に結晶格子に歪みが発生するからであるこ
とを知見した。

【００１１】そこで、かつて本発明者は、その問題点を
解決するために、ニオブ酸リチウム単結晶に、ＮａやＭ
ｇを含有させることにより、ニオブ酸リチウム単結晶の
光損傷（強い光を照射すると結晶の屈折率が変化するこ
と）を防止し、かつニオブ酸リチウム基板の格子定数を
調整してタンタル酸リチウム基板の格子定数に整合（格
子整合）させることにより、ＳＨＧ素子などの光学デバ
イスを作成するために必要な膜厚で、しかも光学特性に
優れたニオブ酸リチウム単結晶薄膜を実用的に製造する
方法を、先に特願平１−２４２２８５号として提案し
た。

【００１２】ニオブ酸リチウムにＮａやＭｇを添加する
技術は、それ以前にも、例えば「Journal of Crystal G
rowth 54」（1981） 572ー576 に、Ｙ−カットのニオブ
酸リチウム基板上に膜厚２０μｍのナトリウム含有ニオ
ブ酸リチウム薄膜単結晶を形成した例が報告されてお
り、また、「Journal of Crystal Growth 84」（1987）
409−412 には、Ｙカットのタンタル酸リチウム基板上
にナトリウム含有ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を形成し
た例が報告されている。

【００１３】しかし、これらの刊行物に開示された報告
では、Ｎａ含有によりニオブ酸リチウム単結晶の格子定
数が変化することは記載されているものの、ＳＡＷ（Su
rface Acoustic Wave ）デバイスに関する技術であり、
光学特性やタンタル酸リチウム基板と“格子整合させる
と光学特性に優れた膜”が得られることについては、何
の示唆もない。また、これらの刊行物に示されたニオブ
酸リチウム単結晶薄膜は、前者のものは基板にニオブ酸
リチウムを用いており、また、後者のものはタンタル酸
リチウム基板に形成させているものの、薄膜と基板との
格子整合がなされていないなどにより、いずれも本願の
目的とする光学材料用として使用する事はできない。

【００１４】また、米国特許第４０９３７８１号には、
基板上にリチウムフェライト膜を液相エピタキシャル成
長法で形成する際、リチウムをＮａで置換し格子定数を
基板とマッチングさせ、歪みのないリチウムフェライト
膜を形成する方法が記載されている。しかしながらこの
技術は、リチウムフェライトに関する技術であって、本
発明が対象としているようなニオブ酸リチウム単結晶薄
膜ではなく、本発明のものとおなじ光学材料の分野で使
用することはできない。

【００１５】また、特開昭Ｓ５２−１４２４７７号に
は、結晶の開始を極めて緩やかにすることにより結晶を
徐々に成長させ、格子歪みのない液相エピタキシャル結
晶を得る技術が記載されている。しかしこの技術は、半
導体薄膜を製造するための技術であり、タンタル酸リチ
ウム基板上にニオブ酸リチウム単結晶薄膜を形成するた
めの技術ではない。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来技術では薄膜の格子定数を変化させること、基板と
薄膜の格子定数を一致させること、およびゆるやかな結
晶エピタキシャル成長によって歪の少ない薄膜を作製す
る方法が知られている。また、本発明者らが先に提案し
た先行技術では、ニオブ酸リチウム基板上にＭg もしく
はＮa を添加してお互いの格子定数を一致させる方法に
ついて提案されている。

【００１７】しかしながら、本発明者らの研究による
と、上記各技術の場合、共通した技術課題のあることが
判った。それは、基板とその上にエピタキシャル成長さ
せた薄膜について、それらが室温においてもなお格子定
数が完全に一致しているかというとそうではなく、ほと
んどのものが、高温域では一致しているものの室温では
不一致となり、そのためにファセットを発生するばかり
か、結晶性も低下させる場合もあるということである。
すなわち、従来は、タンタル酸リチウム基板とその上に
育成したニオブ酸リチウム単結晶薄膜との格子定数が、
室温においても完全に一致するニオブ酸リチウム薄膜の
形成技術は確立されていないのが実情である。そこで、
本発明の目的は、上述した解決を必要とする課題、すな
わち、室温でも格子定数が一致し結晶性の高い厚膜のニ
オブ酸リチウム単結晶薄膜を製造する技術を確立するこ
とにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上述した本発明の目的を
実現するべく鋭意研究した結果、ファセットを解消し、
結晶性を向上させるためには育成後の室温条件(5〜50
℃) 下でタンタル酸リチウム基板とニオブ酸リチウム単
結晶薄膜と格子定数が一致するように、薄膜組成と育成
温度とを最適化することが有効であることを見出し、本
発明を完成した。

【００１９】すなわち、本発明は、タンタル酸リチウム
基板をニオブ酸リチウム薄膜育成用溶融体と接触させる
ことにより、この基板上にニオブ酸リチウムの単結晶薄
膜をエピタキシャル成長させる方法において、前記溶融
体として、主としてLi₂O, V₂O₅, Nb₂O₅ については、添
付図面の図２に示すLi₂O−V₂O₅−Nb₂O₅ ３成分系三角図
（モル％）において、点Ａ（44.49 , 46.58 , 8.93）、
点Ｂ（40.30 , 50.65, 9.05）、点Ｃ（39.61 , 45.89 ,
14.50 ）、点Ｄ（43.88 , 43.06 , 13.06 ）で囲まれ
る範囲内の組成とし、かつNa₂O、MgO については、それ
ぞれモル比で、Na₂O／Li₂Oが 2.0／98.0〜93.5／6.5 、
MgO ／Nb₂O₅ が0.2 ／99.8〜40.0／60.0の条件を満たす
範囲の組成からなるものを用い、この溶融体の温度を 9
00〜1100℃に保持して前記基板を接触させることによ
り、ニオブ酸リチウムの単結晶薄膜のａ軸の格子定数
と、タンタル酸リチウム基板のａ軸の格子定数とが室温
時において一致するニオブ酸リチウム単結晶薄膜を育成
させることを特徴とするニオブ酸リチウム単結晶薄膜の
製造方法を提案する。

【００２０】そして、上述の方法に基いて製造されるニ
オブ酸リチウム単結晶薄膜の特徴は （ただし、式中のＬＮはニオブ酸リチウムである。）と
なる。なお、前記タンタル酸リチウム基板の少なくとも
表面の一部には、後述する異種元素を添加してもよく、
また、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を育成する温度とし
ては、935 〜945 ℃の範囲内が好ましく、そして、ニオ
ブ酸リチウム単結晶薄膜は、タンタル酸リチウム基板の
（０００１）面に育成させることが好適である。

【００２１】

【作用】本発明は、タンタル酸リチウム基板上に、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法に
より析出させる際、溶融体として、主としてLi₂O、V
₂O₅、Nb₂O₅ 、Na₂O、MgO からなり、Na₂O、MgO を除く
前記 Li₂O 、V₂O₅、Nb₂O₅ の組成範囲が、図２に示すLi
₂Oモル％−V₂O₅モル％−Nb₂O₅ モル％の３成分系の三角
図において、点Ａ（44.49 , 46.58 , 8.93）、点Ｂ（4
0.30 , 50.65 , 9.05）、点Ｃ（39.61 , 45.89 , 14.50
）、点Ｄ（43.88 , 43.06 , 13.06 ）の４組成点で囲
まれる範囲内にあり、しかも前記Na₂O、MgO の組成範囲
は、それぞれモル比でNa₂O／Li₂Oが 2.0／98.0〜93.5／
6.5 、モル比でMgO ／Nb₂O₅ が0.2 ／99.8〜40.0／60.0
を満たす組成範囲内にあるものを用いることが必要であ
る。

【００２２】溶融体の成分組成を、主として、Li₂O、V₂
O₅、Nb₂O₅ 、Na₂O、MgO からなるものとする理由を以下
に説明する。

【００２３】まず、前記 Li₂O 、V₂O₅はフラックスとし
て作用し、ニオブ酸リチウム単結晶の液相エピタキシャ
ル成長の実現に寄与する化合物である。

【００２４】また、Ｎa とＭg は、ニオブ酸リチウム単
結晶薄膜に含有させることにより、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効果を有し、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軸の格子定数に合わせるのに有効に
用いられ、しかも厚い膜厚を有するニオブ酸リチウム単
結晶薄膜を得るのに有効である。

【００２５】Ｎa とＭg を一緒に含有させる理由は、Ｍ
g のみでは上述したＬＴ基板とＬＮ薄膜とを格子整合さ
せることができす、一方、Ｎa のみではこの両者の格子
整合は可能であるが光損傷を防止することができないか
らである。なお、このＭg は、光損傷を防止する効果が
あることが知られている。

【００２６】このように本発明では、ニオブ酸リチウム
単結晶薄膜にＮa とＭg をともに含有させることが必要
であり、従って、上述したように、溶融体の組成として
はLi ₂O、V₂O₅、Nb₂O₅ の他に、格子整合を容易に行わせ
るためにNa₂OとMgO を含有することが必要となるのであ
る。

【００２７】前記Ｎa 、Ｍg をニオブ酸リチウム単結晶
薄膜中に含有させることにより、ニオブ酸リチウム単結
晶薄膜のａ軸の格子定数が大きくなるが、これはＮa イ
オン、Ｍg イオンあるいはこれらの原子が、ニオブ酸リ
チウム結晶格子にドープされるか、あるいはニオブ酸リ
チウム結晶格子を構成するイオンあるいは原子と置換さ
れることに起因するものである。

【００２８】次に、Na₂O, MgO を除いたLi₂O、V₂O₅、Nb
₂O₅ の組成範囲としては、モル％表示のLi₂O−V₂O₅−Nb
₂O₅ ３成分系の三角図において、点Ａ（44.49 , 46.58
, 8.93) 、点Ｂ（40.30 , 50.65 , 9.05) 、点Ｃ（39.
61 , 45.89 , 14.50)、点Ｄ（43.88 , 43.06 , 13.06)
の４組成点で囲まれる組成領域内にあり、かつ前記Na
₂O、MgO の組成範囲は、それぞれモル比で、Na₂O／Li₂O
が 2.0／98.0〜93.5／6.5、モル比でMgO ／Nb₂O₅ が 0.
2／99.8〜40.0／60.0の条件を満たす範囲内にあること
が必要であり、さらに育成温度を 900〜1100℃にするこ
とが必要である。

【００２９】Li₂O−V₂O₅−Nb₂O₅ の３成分系が三角図の
上記４点で囲まれた組成としなければならない理由は、
この範囲を外れた組成では、ファセットが発生しやす
く、光学的特性に優れた良質なニオブ酸リチウム単結晶
薄膜を得ることができないからてある。

【００３０】また、Na₂O、MgO の組成範囲が上述のよう
な範囲と限られる理由は、 Na₂O／Li₂O： 2.0／98 〜 93.5／6.5 上記範囲より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。 MgO ／Nb₂O₅ ： 0.2／99.8 〜 40.0／60.0 上記範囲よりMgO の割合が低い場合は、Mgの光損傷防止
効果が不充分となり、上記範囲よりMgO の割合が高い場
合はニオブ酸マグネシウム系の結晶が析出してニオブ酸
リチウム単結晶薄膜が得られないからである。

【００３１】また、育成温度を 900〜1100℃に限定した
理由は、タンタル酸リチウムの方がニオブ酸リチウムよ
りも熱膨張率が大きいため、1100℃を超えると本発明に
よる溶融体では格子整合のとれた結晶を析出させること
が困難であり、また、900 ℃未満ではファセットが発生
してしまうからである。なお、この育成温度の好ましい
範囲は 935〜945 ℃である。以下、本発明についてさら
に詳細に説明する。

【００３２】(1) 基板について；本発明において基板
は、タンタル酸リチウムが有利である。それは、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、さ
ら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。
本発明のタンタル酸リチウム基板には、少なくともその
表面の一部に、異種元素を含有させることが望ましい。

【００３３】基板の表面に異種元素を含有させる理由
は、このことにより、基板の屈折率を変化させることが
でき、基板と薄膜導波層との屈折率差を大きくすること
ができるからである。

【００３４】前記異種元素は、基板を構成する元素とは
異なる元素を意味し、なかでも金属元素であることが望
ましい。

【００３５】例えば、前記異種元素は、マグネシウム
（Mg）、チタン（Ti）、バナジウム（Ｖ）、クロム（C
r）、鉄（Fe）、ニッケル（Ni）、ネオジム（Nd）など
から選ばれる少なくとも１種が望ましい。

【００３６】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（導波路形成部分）に、前記異種元素を
添加することにより、屈折率が非形成部分に比べて相対
的に低いパター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（スラブ状）を形成するだけ
で、前記パター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るので、導波路形成のための加工
工程を省くことができる。

【００３７】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。

【００３８】前記タンタル酸リチウム基板の屈折率を上
げる作用を有する異種元素としては、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎ
ｄ，Ｆｅ，Ｎｉなどが、また屈折率を下げる作用を有す
る異種元素としては、Ｍｇ，Ｖなどが有利である。

【００３９】これらの元素によれば、前記基板の薄膜形
成に影響する特性、例えば表面粗度などを殆ど変化させ
ずにその表面屈折率のみを変えられるため、通常の基板
と同等の特性を有する薄膜を同様の条件にて製造するこ
とができる。

【００４０】基板表面に添加する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）×１
００、で計算されたものである。

【００４１】前記組成範囲が好ましい理由は、上記範囲
より組成割合が多いと基板の結晶性が低下してしまい、
また上記範囲より組成割合が少ないと屈折率が変化しな
いためである。

【００４２】前記異種元素の含有量は、さらに、以下に
示す範囲内とすることが好適である。 Ｔｉ；1.0 〜15モル％ Ｃｒ；0.2 〜10モル％ Ｆｅ；0.2 〜10モル％ Ｎｉ；0.2 〜10モル％ Ｎｄ；0.5 〜５モル％ Ｍｇ；2.0 〜10モル％ Ｖ ；1.0 〜15モル％

【００４３】前記異種元素のタンタル酸リチウム基板へ
の添加の方法としては、原子、イオン、酸化物など種々
の形態で含有させることができる。例えば、熱拡散、イ
オン交換、イオン注入法などの他に液相エピタキシャル
成長法、タンタル酸リチウムバルク単結晶の原料中に予
め異種元素を混合しておく方法、などを用いることがで
きる。

【００４４】なお、前記熱拡散、イオン交換、イオン注
入法を使用した場合は、異種元素の拡散層が形成される
が、この拡散層の厚さは０．０１〜２０μｍとすること
が望ましい。この理由は、拡散層の厚さが０．０１μｍ
未満では、異種元素が拡散されていない基板部分にまで
拡がる導波光の割合が多くなるため、基板として要求さ
れる屈折率を満足することができず、一方、２０μｍを
越えると基板の結晶性が悪くなり光導波路として十分な
特性が得られないからである。

【００４５】本発明において、タンタル酸リチウム基板
の少なくとも表面の一部特定個所に前記異種元素を添加
した後、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形成することが望ましい。

【００４６】例えば、前記異種元素の熱拡散のために基
板を加熱した後、加熱状態のままニオブ酸リチウム薄膜
育成用溶融体, すなわち液相エピタキシャル成長用の溶
融体に接触させることが望ましい。それは、熱拡散させ
た後に冷却させ、再度液相エピタキシャル成長のために
基板を加熱すると、基板の結晶性が低下するからであ
る。前記熱拡散は、溶融体の加熱時に同一炉内にて、基
板の予備加熱と同時に行うことが好ましい。

【００４７】かかる熱拡散は、 850℃〜1000℃であるこ
とが望ましい。この理由は、850 ℃より低い温度では拡
散が起きず、また、1000℃より高い温度では基板の結晶
性が低下し、またＬｉの外拡散が生じるからである。前
記熱拡散に要する時間は、0.5 〜20時間が望ましい。

【００４８】本発明においては、基板を前記溶融体中に
浸漬して接触させる前に、タンタル酸リチウム基板を予
め予備加熱しておくことが望ましい。その理由は、前記
タンタル酸リチウム基板は、非常に熱衝撃に弱いからで
ある。予備加熱時間は、20〜60分であることが望まし
い。また、予備加熱は、溶融液表面から５〜15mmの位置
にて行うことが望ましい。

【００４９】さて、本発明の特徴は、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うことにある。

【００５０】そこで、上記両者の格子定数を一致させる
ために、第１に前記タンタル酸リチウム基板のａ軸の格
子定数を小さくする方法がある。この方法のためには、
基板中に、Ｔｉ原子あるいはＴi イオンを含有させるこ
とが望ましい。それは、Ｔｉ原子あるいはＴi イオン
は、タンタル酸リチウム基板のａ軸の格子定数を小さく
する効果を有するからである。

【００５１】上記のように、前記基板にＴｉ原子あるい
はＴｉイオンを含有させる場合、その含有量はタンタル
酸リチウム単結晶に対して 0.2〜30モル％であることが
望ましい。その理由は、Ｔｉ原子あるいはイオンの含有
量が 0.2モル％より少ない場合は、ニオブ酸リチウム単
結晶と格子整合できるほど格子定数が小さくならず、一
方、３０モル％を越える場合には、逆に格子定数が小さ
くなりすぎ、いずれの場合もタンタル酸リチウム基板と
ニオブ酸リチウムとの格子整合が得られないからであ
る。

【００５２】なお、タンタル酸リチウム基板の製造方法
としては、ＣＺ（チョクラルスキー）法が望ましい。ま
た、その原料としては、例えば炭酸リチウム、五酸化タ
ンタル、酸化チタン、五酸化バナジウムを用いることが
できる。

【００５３】そして、基板の製造に当たっては、前記原
料を、白金−ロジウムるつぼ、またはイリジウムるつぼ
の中で加熱溶解させ、タンタル酸リチウム単結晶を引き
上げる方法が有利である。前記るつぼはイリジウム製の
方が、結晶中に不純物が混入しないので光学材料の作成
には望ましい。

【００５４】上述した方法とは異なり、前記タンタル酸
リチウム基板のａ軸の格子定数を、Ｎa などの異種元素
を添加することにより大きくして格子整合を図ってもよ
い。

【００５５】また、格子整合に当たっては、前記ニオブ
酸リチウム単結晶薄膜と前記タンタル酸リチウム基板の
ａ軸の格子定数を同時に変化させることが好ましい。そ
れは、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜のａ軸の格子定数を
大きくすると同時に、タンタル酸リチウム基板のａ軸の
格子定数を小さくすれば、基板や薄膜に含有される異種
元素の量を低減させることができ、結晶性を向上させる
ことができるからである。

【００５６】なお、前記タンタル酸リチウム基板は、エ
ッジが面取りされていることが望ましい。エッジが面取
りされていないと、エッジ部分に微細なきずができ熱衝
撃でクラックが発生するからである。面取りは、Ｒ面、
Ｃ面いずれでもよい。

【００５７】また、このタンタル酸リチウム基板の厚さ
は、0.5 〜2.0 mmであることが望ましい。0.5 mmより薄
い基板はクラックが発生しやすく、2.0 mmより厚い基板
は焦電効果（加熱による放電効果）がより顕著になり、
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。

【００５８】(2) 溶融体について；本発明において、上
述したタンタル酸リチウム基板上に形成するニオブ酸リ
チウム単結晶薄膜育成用原料組成物は、その酸化物とし
ての組成割合が、上述した溶融体の組成範囲内になるよ
うに選択される。この原料成分としては、酸化物もしく
は加熱により酸化物に変化する化合物が望ましく、例え
ば、Na₂CO₃、Nb₂O₅、Li₂CO₃、V₂O₅、MgO の組成物など
の他に、NaNbO₃、NaVO₃ 、LiNbO₃、LiVO₃ なども使用で
きる。

【００５９】本発明において、上記溶融体用原料組成物
としては、Li₂O、V₂O₅、Nb₂O₅ 、Na ₂O、MgO の他に、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）から選ばれる少
なくとも１種の酸化物を使用することができる。これら
（Nd, Rh, Zn, Ni, Co, Ti, Crなど）の元素は、ニオブ
酸リチウム単結晶薄膜に含有させることにより、屈折率
や格子定数をかえる作用を有するからである。

【００６０】前記Ｒｈの含有量は、0.05〜20モル％であ
ることが望ましい。このＲｈの含有量が20モル％を越え
ると、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の光学的特性が低下
するからであり、一方、0.05モル％より低いと、屈折率
が殆ど変化しないからである。このＲｈの含有量は、な
かでも0.1 〜10モル％が好適である。

【００６１】前記Ｚｎの含有量は、0.02〜30モル％であ
ることが望ましい。このＺｎの含有量が30モル％を越え
る場合は、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の光学的特性が
低下するからであり、一方、0.02モル％より低いと、屈
折率が殆ど変化しないからである。このＺｎの含有量
は、なかでも 0.5〜15モル％が好適である。

【００６２】前記Ｎｉの含有量は、0.10〜20モル％であ
ることが望ましい。このＮｉの含有量が20モル％を越え
ると、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の光学的特性が低下
するからであり、一方、0.10モル％より低いと、屈折率
が殆ど変化しないからである。このＮｉの含有量は、な
かでも 1.0〜10モル％が好適である。

【００６３】前記Ｃｏの含有量は、0.05〜20モル％であ
ることが望ましい。このＣｏの含有量が20モル％を越え
ると、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の光学的特性が低下
するからであり、一方、0.05モル％より低いと、屈折率
が殆ど変化しないからである。このＣｏの含有量は、な
かでも 0.1〜10モル％が好適である。

【００６４】前記Ｃｒの含有量は、0.02〜20モル％であ
ることが望ましい。このＣｒの含有量が20モル％を越え
ると、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の光学的特性が低下
するからであり、また0.02モル％より低いと、屈折率が
殆ど変化しないからである。このＣｒの含有量は、なか
でも 0.2〜10モル％が好適である。

【００６５】前記Ｔｉの含有量は、 0.2〜30モル％であ
ることが望ましい。このＴｉの含有量が30モル％を越え
ると、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の光学的特性が低下
するからであり、一方、 0.2モル％より低いと、屈折率
が殆ど変化しないからである。このＴｉの含有量は、な
かでも 1.0〜15モル％が好適である。

【００６６】前記Ｎｄの含有量は、0.02〜10モル％であ
ることが望ましい。このＮｄの含有量が10モル％を越え
ると、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の光学的特性が低下
するからであり、一方、0.02モル％より低いと、屈折率
が殆ど変化しないからである。このＮｄの含有量は、な
かでも 0.5〜５モル％が好適である。

【００６７】前記Ｖの含有量は、0.05〜30モル％である
ことが望ましい。このＶの含有量が30モル％を越える
と、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜中に構造の異なる結晶
が析出して光学的特性が低下するからであり、一方、0.
05モル％より低いと、屈折率が殆ど変化しないからであ
る。このＶの含有量は、なかでも 1.0〜15モル％が好適
である。

【００６８】なお、前記ニオブ酸リチウム単結晶薄膜導
波層に前記Ｃｒ，Ｎｄ，Ｔｉ，Ｖ，Ｒｈ，Ｚｎ，Ｎｉ，
Ｃｏなどの異種元素を含有させた場合、前記ニオブ酸リ
チウム単結晶薄膜の格子定数と屈折率が同時に変化する
ため、必要に応じて前記異種元素の含有量を調整するこ
とが望ましい。

【００６９】(3) 薄膜の育成−液相エピタキシャル処
理；前記原料組成物は、加熱溶融して 900〜1100℃の温
度範囲に保持された溶融体とする。なお、溶融体をこの
温度範囲に保持する理由は、タンタル酸リチウムの方が
ニオブ酸リチウムよりも熱膨張率が大きいため、1100℃
を超えると本発明による溶融体では格子整合のとれた結
晶を析出させることが困難であり、一方、900 ℃未満で
はファセットが発生してしまうからである。前記加熱溶
融は、空気雰囲気下あるいは酸化雰囲気下で行うことが
望ましい。

【００７０】本発明において、前記タンタル酸リチウム
基板上にニオブ酸リチウム単結晶をエピタキシャル成長
させるに当たって、前記溶融体を過冷却状態とした後、
タンタル酸リチウム基板を接触させ育成させることが望
ましい。

【００７１】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。また
本発明では液相エピタキシャル成長終了後の冷却の速度
は、0.5〜300 ℃／時であることが望ましい。そして、
この冷却は、 400℃から指数関数的に冷却させることが
好ましい。

【００７２】また、この液相エピタキシャル成長に際し
て、タンタル酸リチウム基板のキュリー点の温度では、
一定の時間その温度に保持するか、 0.1〜５℃／分の速
度で緩冷却させることが望ましい。この理由は、前記キ
ュリー点における結晶の相転移に伴うクラックの発生を
防止するためである。なお、このタンタル酸リチウム基
板のキュリー点は、異種元素を含有させることにより変
化するが、一般には６５０℃である。

【００７３】また、前記溶融体は、液相エピタキシャル
成長させる前に、６〜４８時間攪拌しておくことが望ま
しい。それは、攪拌時間が短いと、溶融体中に溶解しき
れない結晶核が存在し、この結晶核を中心に結晶成長す
るため、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の表面に凹凸が発
生し、結晶性が低下するからである。

【００７４】上述した液相エピタキシャル処理に当たっ
て、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の成長面としては、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。前記タンタル酸リチウム基板の（０００
１）面とは、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（図１参照）であり、前記（０００１）面はａ軸
のみで構成されるため、前記（０００１）面を成長面と
することでニオブ酸リチウム単結晶薄膜のａ軸の格子定
数を変えるだけで比較的容易に格子整合できるからであ
る。

【００７５】そして、格子整合に当たっては、前記ニオ
ブ酸リチウム単結晶薄膜のａ軸の格子定数を、前記タン
タル酸リチウム基板の 99.92〜100.03％にすることが望
ましい。格子定数が上記範囲を外れた場合、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のａ軸の格
子の相違が大きくなり、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の
結晶格子に歪みが発生するため、光学材料として使用可
能なニオブ酸リチウム単結晶薄膜を充分に厚く形成でき
ない。

【００７６】例えば、タンタル酸リチウム基板のａ軸の
格子定数が 5.1538 Åの場合、ニオブ酸リチウム単結晶
のａ軸の格子定数は、5.150 〜5.155 Åの範囲が好適で
ある。

【００７７】液相エピタキシャル成長に当たって、前記
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。その回転は水平状態にて行われることが望ま
しい。また、回転速度は、50〜150 rpm であることが望
ましい。

【００７８】この処理に供する前記タンタル酸リチウム
基板は、少なくとも片面は光学研磨あるいは化学エッチ
ングされていることが望ましい。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、Ｊ
ＩＳ Ｂ０６０１、Ｒmax ＝80〜1000Ａであることが望
ましい。この理由はＲmax の値を80Ａより小さくするこ
とは極めて困難であり、また、Ｒmax の値が1000Ａ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。

【００７９】上述した方法によれば、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
択することで、タンタル酸リチウム基板上に析出するニ
オブ酸リチウム単結晶薄膜の厚みを制御することができ
る。

【００８０】本発明方法の実施態様では、ニオブ酸リチ
ウム単結晶薄膜の成長速度は、0.01〜2.0 μｍ／分が望
ましい。これ以上成長速度が速い場合、ニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜にうねりが発生し、またこれより成長速度
が遅い場合、薄膜の育成に時間がかかるからである。

【００８１】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
晶薄膜の表面からフラックスを除去することが望まし
い。すなわち、フラックスが残留すると、液相エピタキ
シャル成長後のタンタル酸リチウム基板およびニオブ酸
リチウム薄膜の冷却工程において、フラックス中に溶解
しているニオブ酸リチウム薄膜成分が析出し、フラック
スが残留した部分のみの膜厚が厚くなるため、結果とし
て、膜面内の膜厚が不均一になるからである。このフラ
ックス除去処理は、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薄膜を50〜5000 rpmで回転さ
せることによっても可能である。前記フラックスの除去
のための回転に要する時間は、５〜６０分であることが
望ましい。

【００８２】上述した処理によりタンタル酸リチウム基
板上に形成された本発明にかかるニオブ酸リチウム（Ｌ
Ｎ）単結晶薄膜については、 の組成を示すものが得られる。

【００８３】なお、格子定数の測定は、通常の粉末Ｘ線
回折により行われる。すなわち、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
本のピークの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。

【００８４】さて、本発明のニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を、ＳＨＧ素子として使用する場合には、前記ニオブ
酸リチウム単結晶薄膜の常光屈折率ｎｏ、異常光屈折率
ｎｅは、波長が０．８３μｍのレーザー光源（基本波
長）に対して、それぞれ2.25≦ｎ０≦2.40の範囲、 2.0
＜ｎｅ＜ｎ０−0.01なる範囲、また、発生する第２高波
長（0.415 μｍ）に対して異常光屈折率ｎｅが前記第２
高調波に対する常光屈折率ｎｏより小さい範囲であるこ
とが望ましい。

【００８５】ところで、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
造工程にてキュリー点以上の温度に加熱して電界をか
け、結晶をポーリング（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、容易にポーリングできな
いことが知られている。

【００８６】しかしながら、本発明の製造方法により得
られるニオブ酸リチウム単結晶薄膜については、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。

【００８７】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、ポーリング工程を
必要としないため、容易に製造でき、またポーリング工
程が不要であることから、従来はポーリング処理が困難
であった異種元素を含有したタンタル酸リチウム基板も
使用できるという利点を持つ。

【００８８】以上のようにして、タンタル酸リチウム基
板上に形成されたニオブ酸リチウム単結晶薄膜は、タン
タル酸リチウム基板とニオブ酸リチウム薄膜の格子定数
を完全に一致させることができる。従って、光導波路と
して好適な性質を持ち、ポーリング工程が不要で、なお
かつ従来よりも厚い膜が得られるため、薄膜導波路型Ｓ
ＨＧ素子の構成材料として最適であるだけでなく、光偏
向器、光変調器、マルチモードの光デバイスに使用でき
る。

【００８９】

【実施例】実施例１： （１）Li₂CO₃：19.4ｇ、V₂O₅：53.3ｇ、Nb₂O₅ ：15.4
ｇ、Na₂CO₃：11.8ｇ、MgO：0.25ｇ秤量（Li₂CO₃：44.6
モル％、V₂O₅：46.5モル％、Nb₂O₅ ： 8.9モル％、Na₂C
O₃を Li₂CO₃ に対して29.8モル％、MgO を前記溶融物組
成から析出可能なLiNbO₃の理論量に対して５モル％添加
｛ MgO／（LiNbO₃＋MgO ) ＊100 ＝５モル％を満たすよ
うにMgO を添加｝）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1050℃ま
で加熱してルツボの内容物を溶解させ、２０時間撹伴し
た。

【００９０】（２）上記溶融体を１時間当りに 120℃の
冷却速度で1000℃まで、さらに１時間当りに60℃の冷却
速度で 938℃まで徐冷した後、タンタル酸リチウム単結
晶（ａ軸の格子定数 5.1538 ）の（０００１）面を光学
研磨したものを基板材料として、溶融体中に100 rpm で
回転させながら10分間浸漬した。

【００９１】（３）上記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、室温まで徐冷し、基板材料上に約16μｍの厚さ
のＮa 、Ｍg 含有ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を得た。

【００９２】（４）得られたニオブ酸リチウムの単結晶
薄膜中に含有されていたＮa 、Ｍg の量は、それぞれ
2.5モル％、および 1.6モル％であった。また薄膜の格
子定数（ａ軸）は 5.156、入射光波長1.15μｍで測定し
た屈折率は 2.238±0.001 であった。

【００９３】実施例２ （１）Li₂CO₃：18.7ｇ、V₂O₅：56.6ｇ、Nb₂O₅ ：15.6
ｇ、Na₂CO₃：9.1 ｇ、MgO：0.25ｇ秤量（Li₂CO₃：40.6
モル％、V₂O₅：49.9モル％、Nb₂O₅ ：9.5 モル％、Na₂C
O₃をLi₂CO₃に対して25.4モル％、MgO を前記溶融物組成
から析出可能なLiNbO₃の理論量に対して５モル％添加
｛ MgO ／（LiNbO₃＋MgO ）＊100 ＝５モル％を満たす
ようにMgO を添加｝）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1050℃
まで加熱してルツボの内容物を溶解させ、19時間撹伴し
た。

【００９４】（２）上記溶融体を１時間当りに 120℃の
冷却速度で1000℃まで、さらに１時間当りに60℃の冷却
速度で 938℃まで徐冷した後、タンタル酸リチウム単結
晶（ａ軸の格子定数 5.1538 ）の（０００１）面を光学
研磨したものを基板材料として、溶融体中に100 rpm で
回転させながら10分間浸漬した。

【００９５】（３）上記溶融体から基板材料を引き上
げ、回転数1000 rpmで30秒間溶融体上で溶融体を振り切
った後、室温まで徐冷し、基板材料上に約17μｍの厚さ
のＮa 、Ｍg 含有ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を得た。

【００９６】（４）得られたニオブ酸リチウムの単結晶
薄膜中に含有されていたＮa 、Ｍg の量は、それぞれ
2.0モル％、および 5.2モル％であった。また薄膜の格
子定数（ａ軸）は 5.153、入射光波長1.15μｍで測定し
た屈折率は 2.230±0.001 であった。

【００９７】実施例３ （１）Li₂CO₃：19.3ｇ、V₂O₅：53.5ｇ、Nb₂O₅ ：22.4
ｇ、Na₂CO₃： 4.9ｇ、MgO：0.36ｇ秤量（Li₂CO₃：40.8
モル％、V₂O₅：46.0モル％、Nb₂O₅ ：13.2モル％、Na₂C
O₃をLi₂CO₃に対して14.9モル％、MgO を前記溶融物組成
から析出可能なLiNbO₃の理論量に対して５モル％添加
｛ MgO ／（LiNbO₃＋MgO ）＊100 ＝５モル％を満たす
ようにMgO を添加｝）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1050℃
まで加熱してルツボの内容物を溶解させ、21時間撹伴し
た。

【００９８】（２）上記溶融体を１時間当りに 120℃の
冷却速度で1000℃まで、さらに１時間当りに60℃の冷却
速度で 940℃まで徐冷した後、タンタル酸リチウム単結
晶（ａ軸の格子定数 5.1538 ）の（０００１）面を光学
研磨したものを基板材料として、溶融体中に100 rpm で
回転させながら１０分間浸漬した。

【００９９】（３）上記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、室温まで徐冷し、基板材料上に約９μｍの厚さ
のＮa 、Ｍg 含有ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を得た。

【０１００】（４）得られたニオブ酸リチウムの単結晶
薄膜中に含有されていたＮa 、Ｍg の量は、それぞれ
2.2モル％、および 3.5モル％であった。また薄膜の格
子定数（ａ軸）は 5.154、入射光波長1.15μｍで測定し
た屈折率は 2.234±0.001 であった。

【０１０１】実施例４ （１）Li₂CO₃：20.3ｇ、V₂O₅：50.4ｇ、Nb₂O₅ ：21.9
ｇ、Na₂CO₃： 8.3ｇ、MgO：0.35ｇ秤量（Li₂CO₃：43.3
モル％、V₂O₅：43.7モル％、Nb₂O₅ ：13.0モル％、Na₂C
O₃をLi₂CO₃に対して22.1モル％、MgO を前記溶融物組成
から析出可能なLiNbO₃の理論量に対して５モル％添加
｛ MgO ／（LiNbO₃＋MgO ）＊100 ＝５モル％を満たす
ようにMgO を添加｝）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1050℃
まで加熱してルツボの内容物を溶解させ、20時間撹伴し
た。

【０１０２】（２）上記溶融体を１時間当りに 120℃の
冷却速度で1000℃まで、さらに１時間当りに60℃の冷却
速度で 939℃まで徐冷した後、タンタル酸リチウム単結
晶（ａ軸の格子定数 5.1538 ）の（０００１）面を光学
研磨したものを基板材料として、溶融体中に100 rpm で
回転させながら10分間浸漬した。

【０１０３】（３）上記溶融体から基板材料を引き上
げ、回転数1000 rpmで30秒間溶融体上で溶融体を振り切
った後、室温まで徐冷し、基板材料上に約13μｍの厚さ
のＮa 、Ｍg 含有ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を得た。

【０１０４】（４）得られたニオブ酸リチウムの単結晶
薄膜中に含有されていたＮa 、Ｍg の量は、それぞれ
2.1モル％、および 2.4モル％であった。また薄膜の格
子定数（ａ軸）は 5.154、入射光波長1.15μｍで測定し
た屈折率は 2.236±0.001 であった。

【０１０５】実施例５ （１）Li₂CO₃：19.6ｇ、V₂O₅：51.9ｇ、Nb₂O₅ ：18.9
ｇ、Na₂CO₃： 9.7ｇ、MgO：0.3 ｇ秤量（Li₂CO₃：42.7
モル％、V₂O₅：45.8モル％、Nb₂O₅ ：11.5モル％、Na₂C
O₃をＯ３をLi₂CO₃に対して25.6モル％、MgO を前記溶融
物組成から析出可能なLiNbO₃の理論量に対して５モル％
添加｛ MgO／（LiNbO₃＋MgO ）＊100 ＝５モル％を満た
すように MgOを添加｝）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10
50℃まで加熱してルツボの内容物を溶解させ、19.5時間
撹伴した。

【０１０６】（２）上記溶融体を１時間当りに 120℃の
冷却速度で1000℃まで、さらに１時間当りに60℃の冷却
速度で 940℃まで徐冷した後、タンタル酸リチウム単結
晶（ａ軸の格子定数 5.1538 ）の（０００１）面を光学
研磨したものを基板材料として、溶融体中に 100 rpmで
回転させながら10分間浸漬した。

【０１０７】（３）上記溶融体から基板材料を引き上
げ、回転数1000 rpmで30秒間溶融体上で溶融体を振り切
った後、室温まで徐冷し、基板材料上に約７μｍの厚さ
のＮa 、Ｍg 含有ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を得た。

【０１０８】（４）得られたニオブ酸リチウムの単結晶
薄膜中に含有されていたＮa 、Ｍg の量は、それぞれ
1.7モル％、および 4.8モル％であった。また薄膜の格
子定数（ａ軸）は 5.153、入射光波長1.15μｍで測定し
た屈折率は 2.232±0.001 であった。

【０１０９】実施例６ （１）Li₂CO₃：20.5ｇ、V₂O₅：52.1ｇ、Nb₂O₅ ：19.0
ｇ、Na₂CO₃： 8.5ｇ、MgO：0.3 ｇ秤量（Li₂CO₃：43.7
モル％、V₂O₅：45.0モル％、Nb₂O₅ ：11.3モル％、Na₂C
O₃を Li₂CO₃ に対して22.4モル％、MgO を前記溶融物組
成から析出可能なLiNbO₃の理論量に対して５モル％添加
｛ MgO／（LiNbO₃＋MgO ）＊100 ＝５モル％を満たすよ
うにＭｇＯを添加｝）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1050℃
まで加熱してルツボの内容物を溶解させ、18.5時間撹伴
した。

【０１１０】（２）上記溶融体を１時間当りに 120℃の
冷却速度で1000℃まで、さらに１時間当りに60℃の冷却
速度で 940℃まで徐冷した後、タンタル酸リチウム単結
晶（ａ軸の格子定数 5.1538 ）の（０００１）面を光学
研磨したものを基板材料として、溶融体中に 100 rpmで
回転させながら10分間浸漬した。

【０１１１】（３）上記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、室温まで徐冷し、基板材料上に約６μｍの厚さ
のＮa 、Ｍg 含有ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を得た。

【０１１２】（４）得られたニオブ酸リチウムの単結晶
薄膜中に含有されていたＮa 、Ｍg の量は、それぞれ
1.7モル％、および 4.9モル％であった。また薄膜の格
子定数（ａ軸）は 5.153、入射光波長1.15μｍで測定し
た屈折率は 2.232±0.001 であった。

【０１１３】（５）このようにして得られた薄膜のＸ線
ロッキングカーブの半価幅を測定した結果を図３に示
す。

【０１１４】上記実施例１〜６で得られた薄膜は、すべ
てポ−リング処理なしで分極していた。

【０１１５】比較例１ （１）Li₂CO₃：18.2ｇ、V₂O₅：48.4ｇ、Nb₂O₅ ：30.9
ｇ、Na₂CO₃： 2.5ｇ、MgO：0.5 ｇ秤量（Li₂CO₃：39.2
モル％、V₂O₅：42.3モル％、Nb₂O₅ ：18.5モル％、Na₂C
O₃をLi₂CO₃に対して 8.6モル％、MgO を前記溶融物組成
から析出可能なLiNbO₃の理論量に対して５モル％添加
｛ MgO／（LiNbO₃＋MgO ）＊100 ＝５モル％を満たすよ
うにMgO を添加｝）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1050℃ま
で加熱してルツボの内容物を溶解させ、１９時間撹伴し
た。

【０１１６】（２）上記溶融体を１時間当りに 120℃の
冷却速度で1000℃まで、さらに１時間当りに60℃の冷却
速度で 938℃まで徐冷した後、タンタル酸リチウム単結
晶（ａ軸の格子定数 5.1538 ）の（０００１）面を光学
研磨したものを基板材料として、溶融体中に 100 rpmで
回転させながら５分間浸漬した。

【０１１７】（３）上記溶融体から基板材料を引き上
げ、回転数 1000 rpm で30秒間溶融体上で溶融体を振り
切った後、室温まで徐冷し、基板材料上に約13μｍの厚
さのＮa、Ｍg 含有ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を得
た。

【０１１８】（４）得られたニオブ酸リチウムの単結晶
薄膜中に含有されていたＮa 、Ｍg の量は、それぞれ
0.6モル％、および 0.8モル％であった。また薄膜の格
子定数（ａ軸）は 5.150、入射光波長 1.15 μｍで測定
した屈折率は 2.240±0.001 であった。

【０１１９】比較例２ （１）Li₂CO₃：21.4ｇ、V₂O₅：59.6ｇ、Nb₂O₅ ：15.1
ｇ、Na₂CO₃： 4.0ｇ、MgO：0.24ｇ秤量（Li₂CO₃：43.0
モル％、V₂O₅：48.6モル％、Nb₂O₅ ： 8.4モル％、Na₂C
O₃を LiNbO₃ に対して 11.5 モル％、MgO を前記溶融物
組成から析出可能なLiNbO₃ の理論量に対して５モル％
添加｛ MgO／（ LiNbO₃ ＋MgO ）＊100 ＝５モル％を満
たすようにMgO を添加｝）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10
50℃まで加熱してルツボの内容物を溶解させ、21時間撹
伴した。

【０１２０】（２）上記溶融体を１時間当りに 120℃の
冷却速度で1000℃まで、さらに１時間当りに60℃の冷却
速度で 850℃まで徐冷した後、タンタル酸リチウム単結
晶（ａ軸の格子定数 5.1538 ）の（０００１）面を光学
研磨したものを基板材料として、溶融体中に100 rpm で
回転させながら５分間浸漬した。

【０１２１】（３）上記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、室温まで徐冷し、基板材料上に約17μｍの厚さ
のＮa 、Ｍg 含有ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を得た。

【０１２２】（４）得られたニオブ酸リチウムの単結晶
薄膜中に含有されていたＮa 、Ｍg の量は、それぞれ
2.5モル％、および 4.5モル％であった。また薄膜の格
子定数（ａ軸）は 5.157、入射光波長1.15μｍで測定し
た屈折率は 2.234±0.001 であった。

【０１２３】実施例１〜６、比較例１, ２で得られたニ
オブ酸リチウム単結晶薄膜について結晶性をＸ線ロッキ
ングカ−ブ法による半価幅を測定し、その結果を表１に
示した。また薄膜育成後表面を電子顕微鏡によりファセ
ットの有無を観察した。

【０１２４】実施例７ 本実施例は実施例１と基本的に同様であるが、基板にＴ
ｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｍｇ、Ｖの膜をフォトリ
ソグラフィ−及びＲＦスパッタ法により形成し、これを
850〜950 ℃で熱拡散することにより0.01μｍ〜20μｍ
の厚さの拡散層を形成した。さらに実施例１と同様に、
半価幅とファッセトの有無を調べた。これを表２に示
す。

【０１２５】比較例３ 基本的には実施例７と同様であるが、 850℃まで薄膜を
育成した。この結果を表３に示す。

【０１２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、タ
ンタル酸リチウム基板上に結晶性が良く、ファセットの
ないニオブ酸リチウム単結晶薄膜を容易に形成すること
ができ、従って、ＳＨＧ素子をはじめとして光学デバイ
ス構成材料として有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、ニオブ酸リチウム単結晶の成長面であ
るタンタル酸リチウム基板の（０００１）面を示す模式
図である。

【図２】図２は、Li₂O−V₂O₅−Nb₂O₅ の３成分系の三角
図である。各組成点は（Li₂Oのモル％、V₂O₅のモル％、
Nb₂O₅ のモル％）で表される。 （ Li₂O V₂O₅ Nb₂O₅ ） Ａ（ 44.49 , 46.58 , 8.93 ） Ｂ（ 40.30 , 50.65 , 9.05 ） Ｃ（ 39.61 , 45.89 , 14.50 ） Ｄ（ 43.88 , 43.06 , 13.06 ）

【図３】図３は、実施例６において得られた、ニオブ酸
リチウム単結晶薄膜のＸ線ロッキングカ−ブの半価幅を
測定した結果図である。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主要成分として、Li₂O−V₂O₅−Nb₂O₅ の３
   成分を、添付図面の図２に示す三角図（モル％）におい
   て、点Ａ（44.49 , 46.58 , 8.93）、点Ｂ（40.30 , 5
   0.65, 9.05）、点Ｃ（39.61 , 45.89 , 14.50 ）、点Ｄ
   （43.88 , 43.06 , 13.06 ）で囲まれる範囲内で含み、
   単結晶薄膜のａ軸の格子定数調整成分としてNa₂O、MgO
   をそれぞれモル比で、Na₂O／Li₂Oが 2.0／98.0〜93.5／
   6.5 、MgO ／Nb₂O₅ が0.2 ／99.8〜40.0／60.0の条件を
   満たして含有してなる溶融体を、ＬＴ基板上に液相エピ
   タキシャル成長させることにより得られるニオブ酸単結
   晶薄膜であって、この薄膜が、 （ただし、式中のＬＮはニオブ酸リチウムである。）の
   組成を示すことを特徴とするニオブ酸リチウム単結晶薄
   膜。
2. 【請求項２】タンタル酸リチウム基板をニオブ酸リチウ
   ム薄膜育成用溶融体と接触させることにより、この基板
   上にニオブ酸リチウムの単結晶薄膜をエピタキシャル成
   長させる方法において、前記溶融体として、主としてLi
   ₂O、V₂O₅、Nb₂O₅ については、添付図面の図２に示すLi
   ₂O−V₂O₅−Nb₂O₅ ３成分系三角図（モル％）において、
   点Ａ（44.49 , 46.58 , 8.93）、点Ｂ（40.30 , 50.65
   , 9.05）、点Ｃ（39.61 , 45.89 , 14.50 ）、点Ｄ（4
   3.88 , 43.06 , 13.06 ）で囲まれる範囲内の組成と
   し、かつNa₂O、MgO については、それぞれモル比で、Na
   ₂O／Li₂Oが 2.0／98.0〜93.5／6.5 、MgO ／Nb₂O₅ が0.
   2 ／99.8〜40.0／60.0の条件を満たす範囲の組成からな
   るものを用い、この溶融体の温度を 900〜1100℃に保持
   して前記基板を接触させることにより、ニオブ酸リチウ
   ムの単結晶薄膜のａ軸の格子定数と、タンタル酸リチウ
   ム基板のａ軸の格子定数とが室温時において一致するニ
   オブ酸リチウム単結晶薄膜を育成させることを特徴とす
   るニオブ酸リチウム単結晶薄膜の製造方法。
3. 【請求項３】前記タンタル酸リチウム基板の少なくとも
   表面の一部に、異種元素を添加することを特徴とする請
   求項２に記載の製造方法。
4. 【請求項４】ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を育成する温
   度は、935〜945℃の範囲内とすることを特徴とする請求
   項２に記載の製造方法。
5. 【請求項５】ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を、タンタル
   酸リチウム基板の（０００１）面に育成させることを特
   徴とする請求項２に記載の製造方法。