JPH05229897A - Lithium niobate single crystal thin film and its production - Google Patents
Lithium niobate single crystal thin film and its productionInfo
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- JPH05229897A JPH05229897A JP3064592A JP3064592A JPH05229897A JP H05229897 A JPH05229897 A JP H05229897A JP 3064592 A JP3064592 A JP 3064592A JP 3064592 A JP3064592 A JP 3064592A JP H05229897 A JPH05229897 A JP H05229897A
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Abstract
Description
【0001】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium niobate single crystal thin film having a thickness suitable for use in various optical materials including a thin film waveguide type SHG element, and a method for producing the same.
【0002】[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。2. Description of the Related Art In recent years, research on shortening the wavelength of laser light has been actively conducted with the development of optical application technology. that is,
By shortening the wavelength of the laser light, the recording density and the photosensitivity can be remarkably improved when applied to optical devices such as optical disks and laser printers. In particular, research on a second harmonic generation (SHG) element capable of converting the wavelength of incident laser light into ½ is active.
【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。As the second harmonic generation (SHG) element, a bulk single crystal of a non-linear optical crystal has been conventionally used with a high-output gas laser as a light source. However, there is a strong demand for downsizing devices such as optical disk devices and laser printers, and gas lasers require an external modulator for optical modulation. On the other hand, recently, a semiconductor laser, which can be directly modulated and is inexpensive, has been used in place of the gas laser. Along with this, since it is necessary to obtain high conversion efficiency with a low light source output of several mW to several tens of mW, a thin film waveguide type SHG element is in the spotlight.
【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。As a non-linear optical material for such a thin film waveguide type SHG element, conventionally, a layer in which a refractive index is changed by diffusing Ti or the like into a lithium niobate bulk single crystal is used as a waveguide, or tantalum is used. It is known that a lithium niobate thin film formed by a high frequency sputtering method on a lithium oxide substrate is used as a waveguide. However, it has been difficult to form a lithium niobate thin film having excellent crystallinity and high conversion efficiency from these materials.
【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。By the way, a single crystal thin film having excellent crystallinity is manufactured.
The liquid phase epitaxial method is suitable as the manufacturing method.
It is thought to be. And obtain a lithium niobate thin film
As a liquid phase epitaxial method for this, for example, “Appl
ied Physics Letters "Vol.26, No. 1, January p8
-10 (1975), Lithium tantalate substrate, Li
2O, V2OFiveIs used as flux, and lithium niobate for optical waveguide is used.
Thin film formed by liquid phase epitaxial growth
An example is described in which the waveguide is guided.
【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。In addition, Japanese Patent Publication No. 51-9720 discloses that
Lithium tantalate on the substrate, Li 2O, V2OFiveFlack
For optical waveguide by liquid phase epitaxial growth method
A method for forming a lithium niobate thin film is described.
It
【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。Further, in Japanese Patent Publication No. 56-47160, a lithium niobate / lithium tantalate solid solution thin film single crystal containing Mg is formed on a substrate in a liquid phase using Li 2 O and V 2 O 5 as fluxes. A method of forming by an epitaxial growth method is described.
【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。However, in each of the above techniques, not only is it impossible to form a lithium niobate single crystal having excellent crystallinity on a lithium tantalate substrate, but SH
There is a problem that it is difficult to obtain a lithium niobate single crystal thin film having a film thickness necessary for manufacturing the G element, and it is difficult to put it into practical use.
【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。That is, the film thickness required for the thin film waveguide type SHG element is the fundamental wavelength light of the wavelength (λ) and the wavelength (λ /) in order to achieve phase matching between the incident laser light and the second harmonic. It is a film thickness sufficient to match the effective refractive index with the second harmonic wavelength light of 2). In particular, when an SHG element for a semiconductor laser made of a lithium tantalate substrate and a lithium niobate single crystal thin film is produced, in order to make the effective refractive indices consistent, in consideration of the amount removed by polishing, a thickness of 5 μm or more is taken into consideration. A single crystal thin film of lithium niobate is required.
【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。As described above, a lithium niobate single crystal thin film having a film thickness necessary for producing an optical device such as an SHG element on a lithium tantalate substrate and having excellent optical characteristics has been practically used. The manufacturing technology has not been established. As a result of various researches on the problems that such conventional techniques have, such problems arise because, firstly, the lattice constant of the lithium niobate single crystal thin film is smaller than that of the lithium tantalate substrate. , It was found that the strain occurs in the crystal lattice during fabrication.
【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。Therefore, in order to solve the problem, the present inventor once added to the lithium niobate single crystal Na or M.
By containing g, the lithium niobate single crystal is prevented from being damaged by light (the refractive index of the crystal is changed by irradiating strong light), and the lattice constant of the lithium niobate substrate is adjusted to adjust the lithium tantalate substrate. By practically producing a lithium niobate single crystal thin film having a film thickness necessary for producing an optical device such as an SHG element and having excellent optical characteristics by matching (lattice matching) with the lattice constant of , Which was previously proposed as Japanese Patent Application No. 1-2242285.
【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。The technique of adding Na or Mg to lithium niobate has been used before that, for example, in "Journal of Crystal G".
rowth 54 ”(1981) 572-576, an example of forming a sodium-containing lithium niobate thin film single crystal with a film thickness of 20 μm on a Y-cut lithium niobate substrate was reported, and“ Journal of Crystal Growth ”. 84 ”(1987)
409-412 reports an example in which a sodium-containing lithium niobate single crystal thin film is formed on a Y-cut lithium tantalate substrate.
【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。However, although the reports disclosed in these publications describe that the lattice constant of the lithium niobate single crystal changes due to the inclusion of Na, the SAW (Su
rface Acoustic Wave) device technology,
There is no suggestion that "a film having excellent optical properties when lattice-matched" is obtained with the optical properties and the lithium tantalate substrate. Further, the lithium niobate single crystal thin film shown in these publications, the former one uses lithium niobate as a substrate, and the latter one is formed on a lithium tantalate substrate, but is a thin film. Neither of them can be used as an optical material for the purpose of the present application because of the lack of lattice matching between the substrate and the substrate.
【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。Further, in US Pat. No. 4,093,781,
When a lithium ferrite film is formed on a substrate by a liquid phase epitaxial growth method, a method of forming a strain-free lithium ferrite film by replacing lithium with Na and matching the lattice constant with the substrate is described. However, this technique is a technique relating to lithium ferrite, and is not the lithium niobate single crystal thin film as the subject of the present invention, and cannot be used in the same field of optical materials as that of the present invention.
【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。Further, Japanese Unexamined Patent Publication No. S52-142477 discloses a technique for obtaining a liquid phase epitaxial crystal having no lattice distortion by gradually growing the crystal by making the start of the crystal extremely gentle. However, this technique is a technique for manufacturing a semiconductor thin film, and is not a technique for forming a lithium niobate single crystal thin film on a lithium tantalate substrate.
【0016】[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。As described above,
In the prior art, there are known methods of changing the lattice constant of a thin film, matching the lattice constants of a substrate and a thin film, and producing a thin film with less strain by slow crystal epitaxial growth. Further, in the prior art proposed by the inventors of the present invention, a method of adding Mg or Na onto a lithium niobate substrate to make the lattice constants coincide with each other is proposed.
【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。However, according to the research conducted by the present inventors, it was found that the above-mentioned respective technologies have common technical problems. It is not the case that the lattice constants of the substrate and the thin film epitaxially grown on it are still in perfect agreement even at room temperature, and most of them are in agreement at high temperature but not at room temperature. Therefore, not only the facets are generated, but also the crystallinity may be deteriorated.
That is, conventionally, the lattice constant of the lithium tantalate substrate and the lithium niobate single crystal thin film grown on it is,
The reality is that the technology for forming a lithium niobate thin film that completely matches even at room temperature has not been established. Therefore,
An object of the present invention is to establish a problem that requires the above-mentioned solution, that is, to establish a technique for manufacturing a thick lithium niobate single crystal thin film having a high crystallinity and a matching lattice constant even at room temperature.
【0018】[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。As a result of earnest research to realize the above-mentioned object of the present invention, as a result of eliminating facets,
In order to improve crystallinity, room temperature conditions (5 to 50
The inventors have found that it is effective to optimize the thin film composition and the growth temperature so that the lattice constants of the lithium tantalate substrate and the lithium niobate single crystal thin film are the same under (° C.) and completed the present invention.
【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。That is, the present invention provides a method for epitaxially growing a single crystal thin film of lithium niobate on a lithium tantalate substrate by bringing the substrate into contact with a lithium niobate thin film growing melt, wherein the melt comprises: About Li 2 O, V 2 O 5 , and Nb 2 O 5 mainly, point A in the Li 2 O-V 2 O 5 -Nb 2 O 5 three-component triangular diagram (mol%) shown in FIG. 2 of the accompanying drawings. (44.49, 46.58, 8.93),
Point B (40.30, 50.65, 9.05), Point C (39.61, 45.89,
14.50), the composition within the range surrounded by point D (43.88, 43.06, 13.06), and for Na 2 O and MgO, the molar ratio of Na 2 O / Li 2 O is 2.0 / 98.0 to 93.5 / 6.5. ,
The composition of MgO / Nb 2 O 5 in the range of 0.2 / 99.8 to 40.0 / 60.0 is used.
By holding the substrate at 00 to 1100 ° C. and bringing them into contact with each other, the a-axis lattice constant of the single crystal thin film of lithium niobate and the a-axis lattice constant of the lithium tantalate substrate match at room temperature. We propose a method for producing a lithium niobate single crystal thin film, which comprises growing a lithium single crystal thin film.
【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。The characteristics of the lithium niobate single crystal thin film produced by the above method are as follows. (However, LN in the formula is lithium niobate.). Incidentally, at least a part of the surface of the lithium tantalate substrate may be added with a different element described later,
The temperature for growing the lithium niobate single crystal thin film is preferably in the range of 935 to 945 ° C., and the lithium niobate single crystal thin film is preferably grown on the (0001) plane of the lithium tantalate substrate. Is.
【0021】[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。In the present invention, when a lithium niobate single crystal thin film is deposited on a lithium tantalate substrate by a liquid phase epitaxial growth method, it is mainly melted as Li 2 O, V
2 O 5 , Nb 2 O 5 , Na 2 O and MgO, and the composition range of Li 2 O, V 2 O 5 and Nb 2 O 5 excluding Na 2 O and MgO is shown in FIG.
In the trigonometric diagram of the three-component system of 2 O mol% -V 2 O 5 mol% -Nb 2 O 5 mol%, point A (44.49, 46.58, 8.93) and point B (4
0.30, 50.65, 9.05), point C (39.61, 45.89, 14.50)
), Point D (43.88, 43.06, 13.06) within the range surrounded by four composition points, and the composition range of Na 2 O and MgO is 2.0 / 98.0 of Na 2 O / Li 2 O in molar ratios. ~ 93.5 /
6.5, MgO / Nb 2 O 5 is 0.2 in a molar ratio /99.8~40.0/60.0
It is necessary to use one having a composition range satisfying the above conditions.
【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。The component composition of the melt is mainly Li 2 O, V 2
The reason why it is assumed to be composed of O 5 , Nb 2 O 5 , Na 2 O and MgO will be described below.
【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。First, Li 2 O and V 2 O 5 are compounds that act as a flux and contribute to the realization of liquid phase epitaxial growth of a lithium niobate single crystal.
【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。When Na and Mg are contained in the lithium niobate single crystal thin film, they have the effect of increasing the lattice constant of the a-axis of the lithium niobate single crystal thin film. It is effectively used for matching the lattice constant of the axis with the lattice constant of the a-axis of the lithium tantalate substrate, and is also effective for obtaining a lithium niobate single crystal thin film having a large thickness.
【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。The reason for containing Na and Mg together is M
This is because the LT substrate and the LN thin film described above can be lattice-matched by using only g, while the lattice matching of both can be performed by using Na alone, but optical damage cannot be prevented. It is known that this Mg has an effect of preventing optical damage.
【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。As described above, according to the present invention, lithium niobate is used.
Single crystal thin film must contain both Na and Mg
Therefore, as described above, the composition of the melt is
Is Li 2O, V2OFive, Nb2OFiveIn addition, make lattice matching easy.
To Na2It is necessary to contain O and MgO.
It
【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。By including Na and Mg in the lithium niobate single crystal thin film, the lattice constant of the a-axis of the lithium niobate single crystal thin film becomes large. This is because Na ions, Mg ions or these atoms are It is caused by being doped into the lithium niobate crystal lattice or being replaced with ions or atoms constituting the lithium niobate crystal lattice.
【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。Next, Li 2 O excluding Na 2 O and MgO, V 2 O 5 and Nb
The composition range of 2 O 5 is Li 2 O-V 2 O 5 -Nb expressed in mol%.
In the trigonometric diagram of 2 O 5 ternary system, point A (44.49, 46.58
, 8.93), point B (40.30, 50.65, 9.05), point C (39.
61, 45.89, 14.50), point D (43.88, 43.06, 13.06)
Within the composition region surrounded by the four composition points of
The composition range of 2 O and MgO is Na 2 O / Li 2 O in molar ratios.
2.0 / 98.0 to 93.5 / 6.5, and the molar ratio of MgO / Nb 2 O 5 is 0.
It is necessary to be within the range that satisfies the condition of 2 / 99.8 to 40.0 / 60.0, and it is also necessary to set the growing temperature to 900 to 1100 ° C.
【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。The reason why the ternary system of Li 2 O-V 2 O 5 -Nb 2 O 5 must be a composition surrounded by the above four points in the triangular diagram is as follows.
This is because if the composition is out of this range, facets are likely to occur, and a high-quality lithium niobate single crystal thin film having excellent optical characteristics cannot be obtained.
【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。The reason why the composition range of Na 2 O and MgO is limited to the above range is that Na 2 O / Li 2 O: 2.0 / 98 to 93.5 / 6.5 The ratio of Na 2 O deviates from the above range. In this case, it is difficult to lattice-match the lithium tantalate substrate and the lithium niobate single crystal thin film. MgO / Nb 2 O 5 : 0.2 / 99.8 to 40.0 / 60.0 If the proportion of MgO is lower than the above range, the effect of preventing Mg from optical damage is insufficient, and if the proportion of MgO is higher than the above range, magnesium niobate-based This is because the crystals of (1) are deposited and a lithium niobate single crystal thin film cannot be obtained.
【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。Further, the reason for limiting the growth temperature to 900 to 1100 ° C. is that lithium tantalate has a larger coefficient of thermal expansion than lithium niobate, so that if the temperature exceeds 1100 ° C., the melt according to the present invention is lattice-matched. This is because it is difficult to precipitate the separated crystals, and facets are generated below 900 ° C. The preferable growth temperature range is 935 to 945 ° C. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
【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。(1) Substrate: In the present invention, the substrate is preferably lithium tantalate. The crystal system of the lithium tantalate substrate is similar to a lithium niobate single crystal and is easy to grow epitaxially. Furthermore, since the lithium tantalate substrate is commercially available, a good quality product can be stably obtained. Is.
It is desirable that the lithium tantalate substrate of the present invention contains a different element in at least a part of its surface.
【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。The reason why the surface of the substrate contains a different element is that the refractive index of the substrate can be changed and the difference in refractive index between the substrate and the thin film waveguide layer can be increased. ..
【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。The different element means an element different from the element constituting the substrate, and is preferably a metal element among them.
【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。For example, the different elements are magnesium (Mg), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (C
At least one selected from r), iron (Fe), nickel (Ni), neodymium (Nd) and the like is desirable.
【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。In the present invention, a pattern having a relatively lower refractive index than a non-formed portion is formed by adding the different element to a specific portion (waveguide forming portion) of the lithium tantalate substrate. Thus, by simply forming a lithium niobate single crystal thin film (slab-like) on the substrate, the lithium niobate single crystal thin film formed in the pattern portion becomes a waveguide. Can be omitted.
【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。As a method of making the substrate refractive index of the waveguide forming portion relatively lower than that of the non-forming portion, the substrate refractive index of the waveguide forming portion is lowered or the substrate refractive index of the non-forming portion is increased. Is desirable.
【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。The different elements having the function of increasing the refractive index of the lithium tantalate substrate include Ti, Cr and N.
Mg, V, etc. are advantageous as d, Fe, Ni, etc., and as the different element having the action of lowering the refractive index.
【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。With these elements, it is possible to change only the surface refractive index without substantially changing the characteristics that affect the thin film formation of the substrate, for example, the surface roughness, so that it has characteristics equivalent to those of ordinary substrates. The thin film can be manufactured under similar conditions.
【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。The content of the different element added to the surface of the substrate is preferably in the composition range shown below. Ti; 0.2-30 mol% Cr; 0.02-20 mol% Fe; 0.02-20 mol% Ni; 0.02-20 mol% Nd; 0.02-10 mol% Mg; 0.1-20 mol% V; 0.05-30 mol% Above Content of different element / (LiTaO 3 + different element) x 1
00 is calculated.
【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。The reason why the above composition range is preferable is that when the composition ratio is higher than the above range, the crystallinity of the substrate is lowered,
Also, if the composition ratio is less than the above range, the refractive index does not change.
【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%It is preferable that the content of the different element be within the range shown below. Ti; 1.0 to 15 mol% Cr; 0.2 to 10 mol% Fe; 0.2 to 10 mol% Ni; 0.2 to 10 mol% Nd; 0.5 to 5 mol% Mg; 2.0 to 10 mol% V; 1.0 to 15 mol%
【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。As a method of adding the different element to the lithium tantalate substrate, it can be contained in various forms such as atoms, ions and oxides. For example, in addition to thermal diffusion, ion exchange, ion implantation, etc., a liquid phase epitaxial growth method, a method of preliminarily mixing different kinds of elements into the raw material of lithium tantalate bulk single crystal, and the like can be used.
【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。When the thermal diffusion, ion exchange or ion implantation method is used, a diffusion layer of a different element is formed, and the thickness of this diffusion layer is preferably 0.01 to 20 μm. The reason is that the thickness of the diffusion layer is 0.01 μm.
If the ratio is less than the above, the proportion of guided light that spreads to the substrate portion where the different elements are not diffused increases, so that the refractive index required as the substrate cannot be satisfied, while if it exceeds 20 μm, the crystallinity of the substrate is increased. This is because it becomes worse and sufficient characteristics cannot be obtained as an optical waveguide.
【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。In the present invention, it is desirable to form the lithium niobate single crystal thin film lattice-matched with the lithium tantalate substrate after adding the different element to at least a part of the surface of the lithium tantalate substrate.
【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。For example, after heating the substrate for thermal diffusion of the different elements, it is desirable to bring the substrate into contact with a molten material for growing a lithium niobate thin film, that is, a molten material for liquid phase epitaxial growth in the heated state. This is because the crystallinity of the substrate decreases when the substrate is heated again for liquid phase epitaxial growth after being thermally diffused and then cooled. The thermal diffusion is preferably performed at the same time as preheating the substrate in the same furnace when heating the melt.
【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。The thermal diffusion is preferably 850 ° C to 1000 ° C. The reason is that diffusion does not occur at a temperature lower than 850 ° C., and the crystallinity of the substrate decreases at a temperature higher than 1000 ° C., and Li outdiffusion occurs. The time required for the thermal diffusion is preferably 0.5 to 20 hours.
【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。In the present invention, it is desirable to preheat the lithium tantalate substrate in advance before the substrate is immersed in the melt and brought into contact with it. The reason is that the lithium tantalate substrate is very sensitive to thermal shock. The preheating time is preferably 20 to 60 minutes. Preheating is preferably performed at a position 5 to 15 mm from the surface of the melt.
【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。The feature of the present invention is that the lattice constant of the a-axis of the lithium tantalate substrate is adjusted by adding a different element to match the lattice constant of the a-axis of the lithium niobate crystal. To do.
【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。Therefore, in order to make the above-mentioned lattice constants coincide with each other, firstly, there is a method of reducing the lattice constant of the a-axis of the lithium tantalate substrate. For this method,
It is desirable to contain Ti atoms or Ti ions in the substrate. This is because Ti atoms or Ti ions have the effect of reducing the a-axis lattice constant of the lithium tantalate substrate.
【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。As described above, when Ti atoms or Ti ions are contained in the substrate, the content is preferably 0.2 to 30 mol% with respect to the lithium tantalate single crystal. The reason is that when the content of Ti atoms or ions is less than 0.2 mol%, the lattice constant does not become small enough to be lattice-matched with the lithium niobate single crystal. On the other hand, when it exceeds 30 mol%, conversely, This is because the lattice constant becomes too small, and in any case, lattice matching between the lithium tantalate substrate and lithium niobate cannot be obtained.
【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。The CZ (Czochralski) method is preferable as the method for manufacturing the lithium tantalate substrate. Further, as the raw material thereof, for example, lithium carbonate, tantalum pentoxide, titanium oxide, vanadium pentoxide can be used.
【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。In producing the substrate, it is advantageous to heat and dissolve the raw material in a platinum-rhodium crucible or an iridium crucible and pull up the lithium tantalate single crystal. The crucible made of iridium is preferable for producing an optical material because impurities are not mixed in the crystal.
【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。Unlike the above-mentioned method, the a-axis lattice constant of the lithium tantalate substrate may be increased by adding a different element such as Na to achieve lattice matching.
【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。In lattice matching, it is preferable to simultaneously change the a-axis lattice constants of the lithium niobate single crystal thin film and the lithium tantalate substrate. That is, if the lattice constant of the a-axis of the lithium niobate single crystal thin film is increased and at the same time the lattice constant of the a-axis of the lithium tantalate substrate is decreased, the amount of different elements contained in the substrate or the thin film can be reduced. This is because it is possible to improve the crystallinity.
【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。The edges of the lithium tantalate substrate are preferably chamfered. This is because if the edges are not chamfered, minute scratches will be formed on the edges and cracks will occur due to thermal shock. The chamfer is the R surface,
It may be either C side.
【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。The thickness of the lithium tantalate substrate is preferably 0.5 to 2.0 mm. Substrates thinner than 0.5 mm are more prone to cracks, and substrates thicker than 2.0 mm have a more pronounced pyroelectric effect (electric discharge effect due to heating).
This is because the particles are electrified by heating or polishing, so that polishing debris and the like are likely to adhere to the surface and scratches easily occur.
【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。(2) Regarding the melt; In the present invention, the raw material composition for growing a lithium niobate single crystal thin film formed on the lithium tantalate substrate described above has a composition ratio as an oxide of the above-mentioned melt. Is selected within the composition range of. As this raw material component, an oxide or a compound that changes into an oxide by heating is desirable, and for example, in addition to a composition of Na 2 CO 3 , Nb 2 O 5 , Li 2 CO 3 , V 2 O 5 , MgO, etc. , NaNbO 3 , NaVO 3 , LiNbO 3 and LiVO 3 can also be used.
【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。In the present invention, the above raw material composition for melts
As Li2O, V2OFive, Nb2OFive, Na 2In addition to O and MgO,
Ozimium (Nd), Rhodium (Rh), Zinc (Zn), Nickel
(Ni), cobalt (Co), titanium (Ti)
At least one oxide can be used. these
The elements of (Nd, Rh, Zn, Ni, Co, Ti, Cr, etc.) are niobium.
By including it in the lithium oxide single crystal thin film, the refractive index
It has the effect of changing the lattice constant and the lattice constant.
【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。The Rh content is preferably 0.05 to 20 mol%. This is because if the content of Rh exceeds 20 mol%, the optical characteristics of the lithium niobate single crystal thin film deteriorates, while if it is less than 0.05 mol%, the refractive index hardly changes. The Rh content is preferably 0.1 to 10 mol%.
【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。The Zn content is preferably 0.02 to 30 mol%. This is because if the Zn content exceeds 30 mol%, the optical characteristics of the lithium niobate single crystal thin film deteriorate, while if it is lower than 0.02 mol%, the refractive index hardly changes. The Zn content is preferably 0.5 to 15 mol%.
【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。The Ni content is preferably 0.10 to 20 mol%. This is because if the Ni content exceeds 20 mol%, the optical characteristics of the lithium niobate single crystal thin film deteriorate, while if it is less than 0.10 mol%, the refractive index hardly changes. The Ni content is preferably 1.0 to 10 mol%.
【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。The content of Co is preferably 0.05 to 20 mol%. This is because if the content of Co exceeds 20 mol%, the optical characteristics of the lithium niobate single crystal thin film deteriorates, while if it is less than 0.05 mol%, the refractive index hardly changes. The Co content is preferably 0.1 to 10 mol%.
【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。The content of Cr is preferably 0.02 to 20 mol%. This is because if the Cr content exceeds 20 mol%, the optical characteristics of the lithium niobate single crystal thin film deteriorate, and if it is lower than 0.02 mol%, the refractive index hardly changes. The Cr content is preferably 0.2 to 10 mol%.
【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。The Ti content is preferably 0.2 to 30 mol%. This is because if the Ti content exceeds 30 mol%, the optical characteristics of the lithium niobate single crystal thin film deteriorate, while if it is less than 0.2 mol%, the refractive index hardly changes. The content of Ti is preferably 1.0 to 15 mol%.
【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。The Nd content is preferably 0.02 to 10 mol%. This is because if the Nd content exceeds 10 mol%, the optical characteristics of the lithium niobate single crystal thin film deteriorates, while if it is less than 0.02 mol%, the refractive index hardly changes. The Nd content is preferably 0.5 to 5 mol%.
【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。The V content is preferably 0.05 to 30 mol%. This is because if the content of V exceeds 30 mol%, crystals having a different structure are deposited in the lithium niobate single crystal thin film and the optical characteristics are deteriorated.
This is because if it is lower than 05 mol%, the refractive index hardly changes. The content of V is preferably 1.0 to 15 mol%.
【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。In the lithium niobate single crystal thin film waveguide layer, the Cr, Nd, Ti, V, Rh, Zn, Ni,
When a different element such as Co is contained, the lattice constant and the refractive index of the lithium niobate single crystal thin film change at the same time, so it is desirable to adjust the content of the different element as necessary.
【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。(3) Growth of thin film-liquid phase epitaxial treatment: The raw material composition is melted by heating to be a melt maintained in a temperature range of 900 to 1100 ° C. The reason for holding the melt in this temperature range is 1100 ° C because lithium tantalate has a higher coefficient of thermal expansion than lithium niobate.
This is because it is difficult to precipitate a lattice-matched crystal in the melt according to the present invention when the temperature exceeds 90 ° C., while facets are generated when the temperature is lower than 900 ° C. It is desirable that the heating and melting be performed in an air atmosphere or an oxidizing atmosphere.
【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。In the present invention, when the lithium niobate single crystal is epitaxially grown on the lithium tantalate substrate, after the melt is supercooled,
It is desirable to bring the lithium tantalate substrate into contact and grow.
【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。The cooling rate for bringing the melt into a supercooled state is preferably 0.5 to 300 ° C./hour. Further, in the present invention, the cooling rate after the completion of the liquid phase epitaxial growth is preferably 0.5 to 300 ° C./hour. And
This cooling is preferably performed exponentially from 400 ° C.
【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。At the temperature of the Curie point of the lithium tantalate substrate during the liquid phase epitaxial growth,
It is desirable to maintain the temperature for a certain period of time or to slowly cool it at a rate of 0.1 to 5 ° C / min. The reason for this is to prevent the occurrence of cracks due to the phase transition of crystals at the Curie point. The Curie point of this lithium tantalate substrate varies depending on the inclusion of a different element, but is generally 650 ° C.
【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。The melt is preferably stirred for 6 to 48 hours before liquid phase epitaxial growth. If the stirring time is short, there are crystal nuclei that cannot be completely dissolved in the melt, and crystals grow around these crystal nuclei.Therefore, unevenness occurs on the surface of the lithium niobate single crystal thin film, and the crystallinity is Because it will decrease.
【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。In the above liquid phase epitaxial treatment, it is desirable to use the (0001) plane of the lithium tantalate substrate as the growth plane of the lithium niobate single crystal thin film. (000 of the lithium tantalate substrate
The 1) plane means 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 because the lithium tantalate has a hexagonal crystal structure (see FIG. 1). Since the () plane is composed of only the a-axis, it is possible to relatively easily perform lattice matching by changing the lattice constant of the a-axis of the lithium niobate single crystal thin film by using the (0001) plane as a growth plane. ..
【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。For lattice matching, it is desirable that the a-axis lattice constant of the lithium niobate single crystal thin film is 99.92 to 100.03% of that of the lithium tantalate substrate. If the lattice constant is out of the above range, the difference in the a-axis lattice between the lithium tantalate substrate and the lithium niobate single crystal thin film becomes large, and the crystal lattice of the lithium niobate single crystal thin film is distorted. It is impossible to form a lithium niobate single crystal thin film that can be used as a sufficiently thick film.
【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。For example, when the a-axis lattice constant of the lithium tantalate substrate is 5.1538Å, the a-axis lattice constant of the lithium niobate single crystal is preferably in the range of 5.150 to 5.155Å.
【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。In liquid phase epitaxial growth, it is desirable to rotate the lithium tantalate substrate during the growth. This is because by rotating the lithium tantalate substrate, crystals with uniform characteristics and film thickness can be formed. It is desirable that the rotation be performed in a horizontal state. The rotation speed is preferably 50 to 150 rpm.
【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。It is desirable that at least one surface of the lithium tantalate substrate to be subjected to this treatment be optically polished or chemically etched. The surface roughness of the lithium niobate single crystal thin film forming surface of the lithium tantalate substrate is J
It is desirable that IS B0601 and Rmax = 80 to 1000A. The reason for this is that it is extremely difficult to reduce the value of Rmax to less than 80 A, and if the value of Rmax exceeds 1000 A, the crystallinity of the lithium niobate single crystal thin film decreases.
【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。According to the above-mentioned method, the thickness of the lithium niobate single crystal thin film deposited 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. Can be controlled.
【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。In the embodiment of the method of the present invention, the growth rate of the lithium niobate single crystal thin film is preferably 0.01 to 2.0 μm / min. This is because if the growth rate is higher than this, undulation occurs in the lithium niobate single crystal thin film, and if the growth rate is lower than this, it takes time to grow the thin film.
【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。In the present invention, it is desirable to remove the flux from the surfaces of the lithium tantalate substrate and the lithium niobate single crystal thin film after the liquid phase epitaxial growth. That is, when the flux remains, in the cooling step of the lithium tantalate substrate and the lithium niobate thin film after liquid phase epitaxial growth, the lithium niobate thin film component dissolved in the flux is deposited, and only the film where the flux remains is deposited. This is because the thickness becomes thicker, and as a result, the film thickness in the film surface becomes non-uniform. This flux removal treatment can also be performed by rotating the lithium niobate single crystal thin film formed on the lithium tantalate substrate at 50 to 5000 rpm. The time required for rotation to remove the flux is preferably 5 to 60 minutes.
【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。Lithium niobate (L) according to the present invention formed on the lithium tantalate substrate by the above-mentioned treatment.
N) For the single crystal thin film, A composition showing the composition is obtained.
【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。The measurement of the lattice constant is carried out by usual powder X-ray diffraction. That is, the lattice constant is Cu-2.
15 of lithium niobate detected at θ = 45 to 90 °
It is calculated by the method of least squares using the value of 2θ of the peak of the book and its surface index. In the measurement, Si is used as an internal standard.
【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。When the lithium niobate single crystal thin film of the present invention is used as an SHG element, the ordinary light refractive index no and the extraordinary light refractive index ne of the lithium niobate single crystal thin film have a wavelength of 0.83 μm. 2.25 ≦ n0 ≦ 2.40, 2.0 for each laser light source (fundamental wavelength)
<Ne <n0-0.01, and the extraordinary refractive index ne is the second value for the second high wavelength (0.415 μm) generated.
It is desirable that the refractive index is less than the ordinary refractive index no for harmonics.
【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。By the way, in general, in order for lithium niobate or lithium tantalate single crystal to have various optically useful characteristics such as electro-optical effect and non-linear optical effect, the temperature is higher than the Curie point in the manufacturing process. It is necessary to heat and apply an electric field to poling (polarize) the crystal.
Further, it is known that single crystals such as lithium niobate and lithium tantalate containing different elements cannot be easily poled.
【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。However, in the lithium niobate single crystal thin film obtained by the production method of the present invention, even when the lithium tantalate substrate, which is the substrate, is in the polarized state,
Even if it is electrically neutralized by polarization reversal, it is always in a polarized state and exhibits various characteristics such as an extremely excellent electro-optical effect and nonlinear optical effect.
【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。Therefore, since the lithium niobate single crystal thin film and the lithium tantalate substrate of the present invention do not require a poling step, they can be easily manufactured, and the poling step is not required. It has an advantage that it is possible to use a lithium tantalate substrate containing a different element which was difficult.
【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。As described above, in the lithium niobate single crystal thin film formed on the lithium tantalate substrate, the lattice constants of the lithium tantalate substrate and the lithium niobate thin film can be completely matched. Therefore, the thin film waveguide type S has a property suitable as an optical waveguide, a poling process is not required, and a thicker film than the conventional one can be obtained.
It is not only optimum as a constituent material of the HG element, but also can be used for an optical deflector, an optical modulator, and a multimode optical device.
【0089】[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。EXAMPLES Example 1: (1) Li 2 CO 3 : 19.4 g, V 2 O 5 : 53.3 g, Nb 2 O 5 : 15.4
g, Na 2 CO 3 : 11.8 g, MgO: 0.25 g Weighed (Li 2 CO 3 : 44.6
Mol%, V 2 O 5 : 46.5 mol%, Nb 2 O 5 : 8.9 mol%, Na 2 C
O 3 is added to Li 2 CO 3 at 29.8 mol%, MgO is added at 5 mol% to the theoretical amount of LiNbO 3 that can be precipitated from the melt composition {MgO / (LiNbO 3 + MgO) * 100 = 5 mol% The mixture containing MgO 2 so as to satisfy the requirement}) was placed in a platinum crucible and heated to 1050 ° C. under an air atmosphere in an epitaxial growth and growth apparatus to dissolve the contents of the crucible and stirred for 20 hours.
【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。(2) The above melt was gradually cooled to 1000 ° C. at a cooling rate of 120 ° C. per hour, and further to 938 ° C. at a cooling rate of 60 ° C. per hour, and then lithium tantalate single crystal (a A substrate obtained by optically polishing the (0001) plane having an axial lattice constant of 5.1538) was immersed in the melt for 10 minutes while rotating at 100 rpm.
【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。(3) The substrate material was pulled up from the above-mentioned melt, the melt was shaken off on the melt at a rotation speed of 1000 rpm for 30 seconds, then gradually cooled to room temperature, and Na having a thickness of about 16 μm was deposited on the substrate material. A Mg-containing lithium niobate single crystal thin film was obtained.
【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。(4) The amounts of Na and Mg contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were
It was 2.5 mol% and 1.6 mol%. 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 2.238 ± 0.001.
【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。Example 2 (1) Li 2 CO 3 : 18.7 g, V 2 O 5 : 56.6 g, Nb 2 O 5 : 15.6
g, Na 2 CO 3 : 9.1 g, MgO: 0.25 g Weighing (Li 2 CO 3 : 40.6
Mol%, V 2 O 5 : 49.9 mol%, Nb 2 O 5 : 9.5 mol%, Na 2 C
O 3 is added to Li 2 CO 3 in an amount of 25.4 mol%, and MgO is added in an amount of 5 mol% based on the theoretical amount of LiNbO 3 that can be precipitated from the melt composition {MgO / (LiNbO 3 + MgO) * 100 = 5 mol% MgO is added so as to satisfy the above condition}), and the mixture is put into a platinum crucible,
1050 ° C in air atmosphere in epitaxial growth and growth system
The contents of the crucible were dissolved by heating until the mixture was stirred for 19 hours.
【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。(2) The above melt was gradually cooled to 1000 ° C. at a cooling rate of 120 ° C. per hour and further to 938 ° C. at a cooling rate of 60 ° C. per hour, and then lithium tantalate single crystal (a A substrate obtained by optically polishing the (0001) plane having an axial lattice constant of 5.1538) was immersed in the melt for 10 minutes while rotating at 100 rpm.
【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。(3) The substrate material was pulled up from the above-mentioned melt, the melt was shaken off on the melt for 30 seconds at a rotation speed of 1000 rpm, then gradually cooled to room temperature, and a Na film having a thickness of about 17 μm was formed on the substrate material. , Mg containing lithium niobate single crystal thin film was obtained.
【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。(4) The amounts of Na and Mg contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were
2.0 mol% and 5.2 mol%. The lattice constant (a-axis) of the thin film was 5.153, and the refractive index measured at an incident light wavelength of 1.15 μm was 2.230 ± 0.001.
【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。Example 3 (1) Li 2 CO 3 : 19.3 g, V 2 O 5 : 53.5 g, Nb 2 O 5 : 22.4
g, Na 2 CO 3 : 4.9 g, MgO: 0.36 g Weighing (Li 2 CO 3 : 40.8
Mol%, V 2 O 5 : 46.0 mol%, Nb 2 O 5 : 13.2 mol%, Na 2 C
O 3 is added to Li 2 CO 3 at 14.9 mol% and MgO is added at 5 mol% based on the theoretical amount of LiNbO 3 that can be precipitated from the melt composition {MgO / (LiNbO 3 + MgO) * 100 = 5 mol% MgO is added so as to satisfy the above condition}), and the mixture is put into a platinum crucible,
1050 ° C in air atmosphere in epitaxial growth and growth system
The contents of the crucible were dissolved by heating until the mixture was stirred for 21 hours.
【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。(2) The above melt was gradually cooled to 1000 ° C. at a cooling rate of 120 ° C. per hour, and further to 940 ° C. at a cooling rate of 60 ° C. per hour, and then lithium tantalate single crystal (a A substrate obtained by optically polishing the (0001) plane of the axial lattice constant 5.1538) was immersed in the melt for 10 minutes while rotating at 100 rpm.
【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。(3) The substrate material was pulled up from the above-mentioned melt, the melt was shaken off on the melt for 30 seconds at a rotation speed of 1000 rpm, then gradually cooled to room temperature, and Na having a thickness of about 9 μm was formed on the substrate material. A Mg-containing lithium niobate single crystal thin film was obtained.
【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。(4) The amounts of Na and Mg contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were
It was 2.2 mol% and 3.5 mol%. The lattice constant (a-axis) of the thin film was 5.154, and the refractive index measured at an incident light wavelength of 1.15 μm was 2.234 ± 0.001.
【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。Example 4 (1) Li 2 CO 3 : 20.3 g, V 2 O 5 : 50.4 g, Nb 2 O 5 : 21.9
g, Na 2 CO 3 : 8.3 g, MgO: 0.35 g Weighing (Li 2 CO 3 : 43.3
Mol%, V 2 O 5 : 43.7 mol%, Nb 2 O 5 : 13.0 mol%, Na 2 C
O 3 is added to Li 2 CO 3 at 22.1 mol%, MgO is added at 5 mol% to the theoretical amount of LiNbO 3 which can be precipitated from the melt composition {MgO / (LiNbO 3 + MgO) * 100 = 5 mol% MgO is added so as to satisfy the above condition}), and the mixture is put into a platinum crucible,
1050 ° C in air atmosphere in epitaxial growth and growth system
The contents of the crucible were dissolved by heating until the mixture was stirred for 20 hours.
【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。(2) The melt was gradually cooled to 1000 ° C. at a cooling rate of 120 ° C. per hour, and further to 939 ° C. at a cooling rate of 60 ° C. per hour, and then lithium tantalate single crystal (a A substrate obtained by optically polishing the (0001) plane having an axial lattice constant of 5.1538) was immersed in the melt for 10 minutes while rotating at 100 rpm.
【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。(3) The substrate material was pulled up from the above-mentioned melt, the melt was shaken off on the melt for 30 seconds at a rotation speed of 1000 rpm, then gradually cooled to room temperature, and Na having a thickness of about 13 μm was formed on the substrate material. , Mg containing lithium niobate single crystal thin film was obtained.
【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。(4) The amounts of Na and Mg contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were
It was 2.1 mol% and 2.4 mol%. The lattice constant (a-axis) of the thin film was 5.154, and the refractive index measured at an incident light wavelength of 1.15 μm was 2.236 ± 0.001.
【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。Example 5 (1) Li 2 CO 3 : 19.6 g, V 2 O 5 : 51.9 g, Nb 2 O 5 : 18.9
g, Na 2 CO 3 : 9.7 g, MgO: 0.3 g Weighing (Li 2 CO 3 : 42.7
Mol%, V 2 O 5 : 45.8 mol%, Nb 2 O 5 : 11.5 mol%, Na 2 C
O 3 is 25.6 mol% with respect to Li 2 CO 3 , and MgO is 5 mol% with respect to the theoretical amount of LiNbO 3 that can be precipitated from the melt composition.
The added mixture (MgO / (LiNbO 3 + MgO) * 100 = MgO added so as to satisfy 5 mol%}) was placed in a platinum crucible and placed in an epitaxial growth and growth apparatus under an air atmosphere for 10
The contents of the crucible were dissolved by heating to 50 ° C., and the mixture was stirred for 19.5 hours.
【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。(2) The melt was gradually cooled to 1000 ° C. at a cooling rate of 120 ° C. per hour, and further to 940 ° C. at a cooling rate of 60 ° C. per hour, and then lithium tantalate single crystal (a A substrate obtained by optically polishing the (0001) plane of the axial lattice constant 5.1538) was immersed in the melt for 10 minutes while rotating at 100 rpm.
【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。(3) The substrate material was pulled up from the above-mentioned melt, the melt was shaken off on the melt for 30 seconds at a rotation speed of 1000 rpm, and then gradually cooled to room temperature, and Na having a thickness of about 7 μm was formed on the substrate material. , Mg containing lithium niobate single crystal thin film was obtained.
【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。(4) The amounts of Na and Mg contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were
It was 1.7 mol% and 4.8 mol%. The lattice constant (a-axis) of the thin film was 5.153, and the refractive index measured at an incident light wavelength of 1.15 μm was 2.232 ± 0.001.
【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。Example 6 (1) Li 2 CO 3 : 20.5 g, V 2 O 5 : 52.1 g, Nb 2 O 5 : 19.0
g, Na 2 CO 3 : 8.5 g, MgO: 0.3 g Weighing (Li 2 CO 3 : 43.7
Mol%, V 2 O 5 : 45.0 mol%, Nb 2 O 5 : 11.3 mol%, Na 2 C
22.4 mol% of O 3 with respect to Li 2 CO 3 and 5 mol% of MgO with respect to the theoretical amount of LiNbO 3 that can be precipitated from the melt composition {MgO / (LiNbO 3 + MgO) * 100 = 5 mol% MgO is added so as to satisfy the above condition}), and the mixture is put into a platinum crucible,
1050 ° C in air atmosphere in epitaxial growth and growth system
The contents of the crucible were dissolved by heating to 1, and stirred for 18.5 hours.
【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。(2) The above melt was gradually cooled to 1000 ° C. at a cooling rate of 120 ° C. per hour and further to 940 ° C. at a cooling rate of 60 ° C. per hour, and then lithium tantalate single crystal (a A substrate obtained by optically polishing the (0001) plane of the axial lattice constant 5.1538) was immersed in the melt for 10 minutes while rotating at 100 rpm.
【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。(3) The substrate material was pulled up from the above-mentioned melt, the melt was shaken off on the melt for 30 seconds at a rotation speed of 1000 rpm, then gradually cooled to room temperature, and Na having a thickness of about 6 μm was formed on the substrate material. A Mg-containing lithium niobate single crystal thin film was obtained.
【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。(4) The amounts of Na and Mg contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were
It was 1.7 mol% and 4.9 mol%. The lattice constant (a-axis) of the thin film was 5.153, and the refractive index measured at an incident light wavelength of 1.15 μm was 2.232 ± 0.001.
【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。(5) FIG. 3 shows the results of measuring the half width of the X-ray rocking curve of the thin film thus obtained.
【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。The thin films obtained in Examples 1 to 6 were all polarized without the polling treatment.
【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。Comparative Example 1 (1) Li 2 CO 3 : 18.2 g, V 2 O 5 : 48.4 g, Nb 2 O 5 : 30.9
g, Na 2 CO 3 : 2.5 g, MgO: 0.5 g Weighing (Li 2 CO 3 : 39.2
Mol%, V 2 O 5 : 42.3 mol%, Nb 2 O 5 : 18.5 mol%, Na 2 C
Addition of 8.6 mol% of O 3 to Li 2 CO 3 and 5 mol% of MgO to the theoretical amount of LiNbO 3 that can be precipitated from the melt composition {MgO / (LiNbO 3 + MgO) * 100 = 5 mol% MgO 2 was added thereto so as to satisfy the above condition}), and the mixture was put into a platinum crucible and heated to 1050 ° C. under an air atmosphere in an epitaxial growth and growth apparatus to dissolve the contents of the crucible and stirred for 19 hours.
【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。(2) The above melt was gradually cooled to 1000 ° C. at a cooling rate of 120 ° C. per hour and further to 938 ° C. at a cooling rate of 60 ° C. per hour, and then lithium tantalate single crystal (a A substrate obtained by optically polishing the (0001) plane of the axial lattice constant 5.1538) was immersed in the melt for 5 minutes while rotating at 100 rpm.
【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。(3) The substrate material was pulled up from the above-mentioned melt, the melt was shaken off on the melt for 30 seconds at a rotation speed of 1000 rpm, then gradually cooled to room temperature, and a Na film having a thickness of about 13 μm was formed on the substrate material. , Mg containing lithium niobate single crystal thin film was obtained.
【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。(4) The amounts of Na and Mg contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were
It was 0.6 mol% and 0.8 mol%. The lattice constant (a-axis) of the thin film was 5.150, and the refractive index measured at an incident light wavelength of 1.15 μm was 2.240 ± 0.001.
【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。Comparative Example 2 (1) Li 2 CO 3 : 21.4 g, V 2 O 5 : 59.6 g, Nb 2 O 5 : 15.1
g, Na 2 CO 3 : 4.0 g, MgO: 0.24 g Weighing (Li 2 CO 3 : 43.0
Mol%, V 2 O 5 : 48.6 mol%, Nb 2 O 5 : 8.4 mol%, Na 2 C
O 3 is 11.5 mol% with respect to LiNbO 3 , and MgO is 5 mol% with respect to the theoretical amount of LiNbO 3 that can be precipitated from the melt composition.
The added mixture (MgO / (LiNbO 3 + MgO) * 100 = MgO added so as to satisfy 5 mol%}) was put in a platinum crucible and placed in an epitaxial growth and growth apparatus under an air atmosphere for 10 minutes.
The contents of the crucible were dissolved by heating to 50 ° C., and the contents were stirred for 21 hours.
【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。(2) The above melt was gradually cooled to 1000 ° C. at a cooling rate of 120 ° C. per hour, and further to 850 ° C. at a cooling rate of 60 ° C. per hour, and then lithium tantalate single crystal (a A substrate obtained by optically polishing the (0001) plane having an axial lattice constant of 5.1538) was immersed in the melt for 5 minutes while rotating at 100 rpm.
【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。(3) The substrate material was pulled up from the above-mentioned melt, the melt was shaken off on the melt for 30 seconds at a rotation speed of 1000 rpm, then gradually cooled to room temperature, and Na having a thickness of about 17 μm was deposited on the substrate material. A Mg-containing lithium niobate single crystal thin film was obtained.
【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。(4) The amounts of Na and Mg contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were
It was 2.5 mol% and 4.5 mol%. The lattice constant (a-axis) of the thin film was 5.157, and the refractive index measured at an incident light wavelength of 1.15 μm was 2.234 ± 0.001.
【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。 The crystallinity of the lithium niobate single crystal thin films obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 was measured for half width by X-ray rocking curve method, and the results are shown in Table 1. It was After the thin film was grown, the surface was observed for the presence of facets by an electron microscope.
【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。 Example 7 This example is basically the same as Example 1, except that the substrate is T
A film of i, Cr, Fe, Ni, Nd, Mg, V is formed by photolithography and RF sputtering, and this is formed.
0.01 μm to 20 μm by thermal diffusion at 850 to 950 ℃
A diffusion layer having a thickness of 100 nm was formed. Furthermore, as in Example 1,
The full width at half maximum and the presence or absence of fassets were investigated. This is shown in Table 2.
【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。 Comparative Example 3 Basically the same as in Example 7, but a thin film was grown up to 850.degree. The results are shown in Table 3.
【0126】[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。As described above, according to the present invention, it is possible to easily form a facet-free lithium niobate single crystal thin film having good crystallinity on a lithium tantalate substrate. First, it is useful as a constituent material of an optical device.
【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。FIG. 1 is a schematic view showing a (0001) plane of a lithium tantalate substrate which is a growth surface of a lithium niobate single crystal.
【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 )FIG. 2 is a triangular diagram of a ternary system of Li 2 O—V 2 O 5 —Nb 2 O 5 . Each composition point is (mol% of Li 2 O, mol% of V 2 O 5 ,
Nb 2 O 5 mol%). (Li 2 OV 2 O 5 Nb 2 O 5 ) 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。FIG. 3 is a graph showing the results of measuring the half width of the X-ray rocking curve of the lithium niobate single crystal thin film obtained in Example 6.
Claims (5)
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。1. Li 3 O—V 2 O 5 —Nb 2 O 5 as a main component
In the triangular diagram (mol%) shown in Fig. 2 of the attached drawings, the components are point A (44.49, 46.58, 8.93) and point B (40.30, 5).
0.65, 9.05), point C (39.61, 45.89, 14.50), point D
(43.88, 43.06, 13.06) Included within the range,
Na 2 O, MgO as a-axis lattice constant adjusting component of the single crystal thin film
In a molar ratio of Na 2 O / Li 2 O of 2.0 / 98.0 to 93.5 /
A niobate single crystal thin film obtained by liquid phase epitaxial growth of a melt containing 6.5 and MgO / Nb 2 O 5 satisfying the conditions of 0.2 / 99.8 to 40.0 / 60.0 on a LT substrate, This thin film (However, LN in the formula is lithium niobate.) A single crystal thin film of lithium niobate characterized by having a composition.
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。2. A method of epitaxially growing a single crystal thin film of lithium niobate on a lithium niobate thin film growing melt by bringing the lithium tantalate substrate into contact with the melt for growing a lithium niobate thin film.
Regarding 2 O, V 2 O 5 , and Nb 2 O 5 , Li shown in FIG.
In 2 O-V 2 O 5 -Nb 2 O 5 3 -component trigonometric diagram (mol%),
Point A (44.49, 46.58, 8.93), Point B (40.30, 50.65)
, 9.05), point C (39.61, 45.89, 14.50), point D (4
3.88, 43.06, 13.06) and the composition within the range surrounded by Na 2 O and MgO in molar ratios, respectively.
2 O / Li 2 O is 2.0 / 98.0 to 93.5 / 6.5, and MgO / Nb 2 O 5 is 0.
By using a material having a composition within the range of 2 / 99.8 to 40.0 / 60.0 and keeping the temperature of the melt at 900 to 1100 ° C. and bringing the substrates into contact with each other, a single crystal thin film of lithium niobate is formed. A method for producing a lithium niobate single crystal thin film, which comprises growing a lithium niobate single crystal thin film in which the a-axis lattice constant matches the a-axis lattice constant of a lithium tantalate substrate at room temperature.
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1に記載の製造方法。3. The manufacturing method according to claim 1, wherein a different element is added to at least a part of the surface of the lithium tantalate substrate.
度は、 935〜945 ℃の範囲内とすることを特徴とする請
求項1に記載の製造方法。4. The manufacturing method according to claim 1, wherein the temperature for growing the lithium niobate single crystal thin film is in the range of 935 to 945 ° C.
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1に記載の製造方法。5. The method according to claim 1, wherein the lithium niobate single crystal thin film is grown on the (0001) plane of a lithium tantalate substrate.
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---|---|---|---|
JP03064592A JP3152481B2 (en) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | Lithium niobate single crystal thin film and method for producing the same |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5517942A (en) * | 1994-03-25 | 1996-05-21 | Ngk Insulators, Ltd. | Process for producing optoelectric articles |
CN1293018C (en) * | 2005-06-24 | 2007-01-03 | 陕西师范大学 | Magnesium columbate microweve medium ceramic and its preparation process |
-
1992
- 1992-02-18 JP JP03064592A patent/JP3152481B2/en not_active Expired - Fee Related
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