JPH06305888A - 薄膜導波路結晶及びその製造法 - Google Patents
薄膜導波路結晶及びその製造法Info
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- JPH06305888A JPH06305888A JP5101094A JP10109493A JPH06305888A JP H06305888 A JPH06305888 A JP H06305888A JP 5101094 A JP5101094 A JP 5101094A JP 10109493 A JP10109493 A JP 10109493A JP H06305888 A JPH06305888 A JP H06305888A
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【構成】サファイア単結晶基板上にＴｉ、Ｇａドープサ
ファイアの薄膜結晶を形成したチタンサファイア薄膜導
波路結晶。 【効果】この単結晶は、レーザー発振効率の高い、小型
の波長可変レーザー及び光増幅素子として利用できる。
ファイアの薄膜結晶を形成したチタンサファイア薄膜導
波路結晶。 【効果】この単結晶は、レーザー発振効率の高い、小型
の波長可変レーザー及び光増幅素子として利用できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発光材料として有用で
あり又、光計測、光情報処理、光医療、光プロセッシン
グ等コヒーレント光を利用する分野において、各種光デ
バイス、例えばレーザー素子、光増幅素子の小型、高効
率化さらにファイバーとのカップリングに有効なチタン
サファイア光導波路結晶及びその製造方法に関する。
あり又、光計測、光情報処理、光医療、光プロセッシン
グ等コヒーレント光を利用する分野において、各種光デ
バイス、例えばレーザー素子、光増幅素子の小型、高効
率化さらにファイバーとのカップリングに有効なチタン
サファイア光導波路結晶及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光導波路結晶としてはレーザー用
半導体が知られている。また、非半導体の光導波路結晶
としては、例えば、イオン交換法を利用して光導波路を
形成したものでは、Ｎｄを添加したＬｉＮｂＯ3 導波路
結晶、ＫＴｉＯＰＯ4 結晶などが知られている。スパッ
タ法により薄膜光導波路を形成したものは、Ｎｄあるい
はＣｒを添加したＹ3 Ｇａ5 Ｏ12（M.YAMAGA et al、Ja
panese Journal of Applied Physics.23,312(1984)、Jo
urnal of Luminesence 39,335(1988))が知られている。
又、イオン注入により光導波路を形成した結晶は、Ｈｅ
+ イオン注入によるＮｄ：Ｙ3 Ａｌ5 Ｏ12（S.J.Field
et al,IEEE Journal of QUANTUM Electoronics 27,423
(1991) 、P.J.Chandler et al, Nuclear Instruments a
nd Methodsin Physics Research B59/60,1223(1991))、
Ｈｅ+ イオン注入によるＫＮｂＯ3 (D.Flick et al,Appl
ied Physics Letter 59,3213(1991))、Ｃ+ イオン注入
によるサファイア( P.D.Townsend et al,ElectronicsLe
tter 26,1193(1990)) 等が知られている。
半導体が知られている。また、非半導体の光導波路結晶
としては、例えば、イオン交換法を利用して光導波路を
形成したものでは、Ｎｄを添加したＬｉＮｂＯ3 導波路
結晶、ＫＴｉＯＰＯ4 結晶などが知られている。スパッ
タ法により薄膜光導波路を形成したものは、Ｎｄあるい
はＣｒを添加したＹ3 Ｇａ5 Ｏ12（M.YAMAGA et al、Ja
panese Journal of Applied Physics.23,312(1984)、Jo
urnal of Luminesence 39,335(1988))が知られている。
又、イオン注入により光導波路を形成した結晶は、Ｈｅ
+ イオン注入によるＮｄ：Ｙ3 Ａｌ5 Ｏ12（S.J.Field
et al,IEEE Journal of QUANTUM Electoronics 27,423
(1991) 、P.J.Chandler et al, Nuclear Instruments a
nd Methodsin Physics Research B59/60,1223(1991))、
Ｈｅ+ イオン注入によるＫＮｂＯ3 (D.Flick et al,Appl
ied Physics Letter 59,3213(1991))、Ｃ+ イオン注入
によるサファイア( P.D.Townsend et al,ElectronicsLe
tter 26,1193(1990)) 等が知られている。
【０００３】しかしながら、サファイア基板上にＴｉ、
Ｇａドープサファイア薄膜結晶を形成させたチタンサフ
ァイア薄膜導波路結晶は知られていない。
Ｇａドープサファイア薄膜結晶を形成させたチタンサフ
ァイア薄膜導波路結晶は知られていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、近赤外域
（７００〜１０００nm）で波長可変のレーザー発振材料
として有用なチタンサファイア単結晶で、素子の小型
化、レーザー発振効率の高効率化が可能な薄膜光導波路
を有する結晶およびその製造法を提供することを目的と
するものある。
（７００〜１０００nm）で波長可変のレーザー発振材料
として有用なチタンサファイア単結晶で、素子の小型
化、レーザー発振効率の高効率化が可能な薄膜光導波路
を有する結晶およびその製造法を提供することを目的と
するものある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
の解決のため、サファイア（Ａｌ2 Ｏ3 ）単結晶の基板
上にＴｉとＧａを共ドープして薄膜導波路を形成したも
のは、Ｔｉ単独ドープのサファイア（屈折率１．７６〜
１．７７) に比べて成長薄膜の屈折率が高くなることを
見出だし、平面型のチタンサファイア薄膜導波路結晶を
得るとの知見を得た。
の解決のため、サファイア（Ａｌ2 Ｏ3 ）単結晶の基板
上にＴｉとＧａを共ドープして薄膜導波路を形成したも
のは、Ｔｉ単独ドープのサファイア（屈折率１．７６〜
１．７７) に比べて成長薄膜の屈折率が高くなることを
見出だし、平面型のチタンサファイア薄膜導波路結晶を
得るとの知見を得た。
【０００６】即ち本発明は、サファイア単結晶基板上に
Ｔｉ、Ｇａドープサファイアの薄膜結晶を成長させたチ
タンサファイア薄膜導波路結晶に関するものである。
Ｔｉ、Ｇａドープサファイアの薄膜結晶を成長させたチ
タンサファイア薄膜導波路結晶に関するものである。
【０００７】次に本発明を詳細に説明する。本発明では
基板としてアンドープサファイア（組成式Ａｌ2 Ｏ3 ）
単結晶を用いる。基板結晶上に形成する薄膜導波路は、
ＴｉとＧａを共ドープしたＡｌ2 Ｏ3 結晶で、組成はＴ
ｉxＧａyＡｌ2-x-yＯ3 （０．００１≦ｘ≦０．０２、
０．０１≦ｙ≦０．１）であり、導波路の膜厚は通常１
〜１０μm である。このような条件の組成とすることに
より、基板層との適度の屈折率差が生じ導波路として有
効に機能する。通常、本発明の導波路膜の屈折率が約
１．８付近である。特にＧａの組成（ｙ）が０．０１未
満では前記した屈折率差が小さく、又、０．１より大で
は逆に屈折率差が必要以上に大きくなり導波モードがい
わゆるマルチになり好ましくない。導波モードを単一モ
ードにするために好ましい導波路膜の膜厚は１〜１０μ
m の範囲で、更に好ましくは膜厚２μm 以下であり、膜
の屈折率１．８以下のものである。これは前記したＧａ
の組成を前記した範囲内で比較的少ない範囲とすること
で得られる。
基板としてアンドープサファイア（組成式Ａｌ2 Ｏ3 ）
単結晶を用いる。基板結晶上に形成する薄膜導波路は、
ＴｉとＧａを共ドープしたＡｌ2 Ｏ3 結晶で、組成はＴ
ｉxＧａyＡｌ2-x-yＯ3 （０．００１≦ｘ≦０．０２、
０．０１≦ｙ≦０．１）であり、導波路の膜厚は通常１
〜１０μm である。このような条件の組成とすることに
より、基板層との適度の屈折率差が生じ導波路として有
効に機能する。通常、本発明の導波路膜の屈折率が約
１．８付近である。特にＧａの組成（ｙ）が０．０１未
満では前記した屈折率差が小さく、又、０．１より大で
は逆に屈折率差が必要以上に大きくなり導波モードがい
わゆるマルチになり好ましくない。導波モードを単一モ
ードにするために好ましい導波路膜の膜厚は１〜１０μ
m の範囲で、更に好ましくは膜厚２μm 以下であり、膜
の屈折率１．８以下のものである。これは前記したＧａ
の組成を前記した範囲内で比較的少ない範囲とすること
で得られる。
【０００８】図１に本発明のＴｉ、Ｇａドープサファイ
ア薄膜結晶の形状の概略を示した。図中１は基板のサフ
ァイア（Ａｌ2 Ｏ3 ）単結晶部分で、２は導波路部分で
ある。
ア薄膜結晶の形状の概略を示した。図中１は基板のサフ
ァイア（Ａｌ2 Ｏ3 ）単結晶部分で、２は導波路部分で
ある。
【０００９】本発明の結晶で、サファイア（Ａｌ
2 Ｏ3 ）上に薄膜導波路を形成するにはスパッタリング
法を用いる。この際用いるターゲットとしては、酸化ア
ルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）、酸化ガリウム（Ｇａ
2 Ｏ3 ）、酸化チタン（ＴｉＯ2 あるいはＴｉ2 Ｏ3 ）
を原子比Ｔｉ：Ｇａ：Ａｌ＝ｘ：ｙ：２−ｘ−ｙ（０．
００１≦ｘ≦０．０２、０．０１≦ｙ≦０．１）の量比
になるようにあらかじめ調整して焼結し焼結体としたも
のを用い、ｒｆスパッタによりＡｌ2 Ｏ3 基板上に薄膜
を形成する。
2 Ｏ3 ）上に薄膜導波路を形成するにはスパッタリング
法を用いる。この際用いるターゲットとしては、酸化ア
ルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）、酸化ガリウム（Ｇａ
2 Ｏ3 ）、酸化チタン（ＴｉＯ2 あるいはＴｉ2 Ｏ3 ）
を原子比Ｔｉ：Ｇａ：Ａｌ＝ｘ：ｙ：２−ｘ−ｙ（０．
００１≦ｘ≦０．０２、０．０１≦ｙ≦０．１）の量比
になるようにあらかじめ調整して焼結し焼結体としたも
のを用い、ｒｆスパッタによりＡｌ2 Ｏ3 基板上に薄膜
を形成する。
【００１０】この方法で用いるスパッタリングガスとし
ては、１０-3〜１０-4torrの分圧のＡｒガスが好まし
い。スパッタリングの際には基板サファイア結晶を約７
００以上に加熱することにより薄膜導波路を持つ結晶が
得られる。基板加熱温度が７００より低い場合は得られ
る薄膜は非晶質となり、このものを結晶化させるために
還元雰囲気（酸素分圧１０-8〜１０-11 atm)あるいは不
活性雰囲気（Ａｒ、Ｈｅ）下１５００℃以上で加熱熟成
することにより光学的品質の高いチタンサファイア薄膜
導波路結晶が得られる。
ては、１０-3〜１０-4torrの分圧のＡｒガスが好まし
い。スパッタリングの際には基板サファイア結晶を約７
００以上に加熱することにより薄膜導波路を持つ結晶が
得られる。基板加熱温度が７００より低い場合は得られ
る薄膜は非晶質となり、このものを結晶化させるために
還元雰囲気（酸素分圧１０-8〜１０-11 atm)あるいは不
活性雰囲気（Ａｒ、Ｈｅ）下１５００℃以上で加熱熟成
することにより光学的品質の高いチタンサファイア薄膜
導波路結晶が得られる。
【００１１】
【実施例】次に実施例で本発明を更に詳細に説明する。
【００１２】実施例１ サファイアの板状単結晶を基板として用い、スパッタ用
ターゲットとして、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ) 、
酸化ガリウム（Ｇａ2 Ｏ3 ）、酸化チタン（Ｔｉ
2 Ｏ3 ）を、原子比でＴｉ：Ｇａ：Ａｌ＝０．００１
５：０．０５：０．９４８５に調整した焼結体を用い
た。基板を８００℃に加熱して、４×１０-4torrのＡｒ
ガス雰囲気下で１０ A/minで成膜した。得られたチタン
サファイア薄膜導波路の薄膜厚は１．２μｍであった。
ターゲットとして、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ) 、
酸化ガリウム（Ｇａ2 Ｏ3 ）、酸化チタン（Ｔｉ
2 Ｏ3 ）を、原子比でＴｉ：Ｇａ：Ａｌ＝０．００１
５：０．０５：０．９４８５に調整した焼結体を用い
た。基板を８００℃に加熱して、４×１０-4torrのＡｒ
ガス雰囲気下で１０ A/minで成膜した。得られたチタン
サファイア薄膜導波路の薄膜厚は１．２μｍであった。
【００１３】薄膜部分の元素分析はＸ線マイクロアナラ
イザーで行い、ほぼ用いたターゲットの組成の膜である
ことを確認した。又、膜の結晶構造は電子線回折でチタ
ンサファイアであることが確認した。
イザーで行い、ほぼ用いたターゲットの組成の膜である
ことを確認した。又、膜の結晶構造は電子線回折でチタ
ンサファイアであることが確認した。
【００１４】実施例２ サファイア基板上に、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｇａ2 Ｏ3 、Ｔｉ2
Ｏ3 を、原子比でＴｉ：Ｇａ：Ａｌ＝０．００１：０．
０５：０．９４９に調整した焼結体をスパッタリングタ
ーゲットとして用い、基板温度６００℃、４×１０-4to
rrのＡｒ雰囲気でスパッタし、Ｔｉ、Ｇａドープサファ
イアを１０ A/minで成膜した。得られた膜を１７５０
℃、酸素分圧１０-8atm で加熱熟成した。得られた薄膜
の膜厚は１．５μm であった。薄膜の元素分析及び結晶
構造は実施例１と同様な方法で行い同例と同じ結果であ
ることを確認した。
Ｏ3 を、原子比でＴｉ：Ｇａ：Ａｌ＝０．００１：０．
０５：０．９４９に調整した焼結体をスパッタリングタ
ーゲットとして用い、基板温度６００℃、４×１０-4to
rrのＡｒ雰囲気でスパッタし、Ｔｉ、Ｇａドープサファ
イアを１０ A/minで成膜した。得られた膜を１７５０
℃、酸素分圧１０-8atm で加熱熟成した。得られた薄膜
の膜厚は１．５μm であった。薄膜の元素分析及び結晶
構造は実施例１と同様な方法で行い同例と同じ結果であ
ることを確認した。
【００１５】
【発明の効果】本発明の単結晶は、レーザー発振効率の
高い、小型の波長可変レーザー及び光増幅素子として有
効に利用できる。
高い、小型の波長可変レーザー及び光増幅素子として有
効に利用できる。
【図１】本発明の一実施態様導波路単結晶の構成を示す
図。
図。
１：基板のサファイア単結晶部分 ２：導波路部分
Claims (5)
- 【請求項１】サファイア単結晶基板上にＴｉ、Ｇａドー
プサファイアの薄膜結晶を形成したチタンサファイア薄
膜導波路結晶。 - 【請求項２】膜厚１〜１０μm で、組成式ＴｉxＧａyＡ
ｌ2-x-yＯ3 （但しＴｉ：Ｇａ：Ａｌ（原子比）＝
０．００１≦ｘ≦０．０２、０．０１≦ｙ≦０．１）の
Ｔｉ、Ｇａドープサファイア薄膜結晶である請求項１記
載の薄膜導波路結晶。 - 【請求項３】サファイア単結晶基板上に、酸化アルミニ
ウム（Ａｌ2 Ｏ3 ) 、酸化ガリウム（Ｇａ2 Ｏ3 ）、酸
化チタン（ＴｉＯ2 、Ｔｉ2 Ｏ3 ）を、組成式ＴｉxＧ
ａyＡｌ2-x-yＯ3 としてＴｉ：Ｇａ：Ａｌ（原子比）＝
０．００１≦ｘ≦０．０２、０．０１≦ｙ≦０．１の量
比になるように調整した焼結体をターゲットとして用い
スパッタリングによりＴｉ、Ｇａドープサファイアの薄
膜結晶を形成することを特徴とするチタンサファイア薄
膜導波路結晶の製造法。 - 【請求項４】スパッタリングガスとしてＡｒガスを用
い、サファイア基板を７００℃以上に加熱し薄膜結晶を
形成する請求項３記載の製造法。 - 【請求項５】サファイア基板を７００℃以下としてスパ
ッタリングして得たチタンサファイア薄膜を酸素分圧１
０-8〜１０-11 atm 又は不活性雰囲気下で１５００℃以
上で加熱熟成する請求項３記載の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5101094A JPH06305888A (ja) | 1993-04-27 | 1993-04-27 | 薄膜導波路結晶及びその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5101094A JPH06305888A (ja) | 1993-04-27 | 1993-04-27 | 薄膜導波路結晶及びその製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06305888A true JPH06305888A (ja) | 1994-11-01 |
Family
ID=14291511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5101094A Pending JPH06305888A (ja) | 1993-04-27 | 1993-04-27 | 薄膜導波路結晶及びその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06305888A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2287721A (en) * | 1994-03-22 | 1995-09-27 | British Tech Group | Laser waveguide |
| WO1998044602A1 (en) * | 1997-03-27 | 1998-10-08 | Btg International Limited | Optical apparatus |
| US6641939B1 (en) | 1998-07-01 | 2003-11-04 | The Morgan Crucible Company Plc | Transition metal oxide doped alumina and methods of making and using |
| US7431808B2 (en) | 2001-08-17 | 2008-10-07 | W.C. Heraeus Gmbh & Co., Kg | Sputter target based on titanium dioxide |
| JP2014181404A (ja) * | 2013-03-15 | 2014-09-29 | Apple Inc | サファイア基板のための積層コーティング |
-
1993
- 1993-04-27 JP JP5101094A patent/JPH06305888A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2287721A (en) * | 1994-03-22 | 1995-09-27 | British Tech Group | Laser waveguide |
| WO1998044602A1 (en) * | 1997-03-27 | 1998-10-08 | Btg International Limited | Optical apparatus |
| US6641939B1 (en) | 1998-07-01 | 2003-11-04 | The Morgan Crucible Company Plc | Transition metal oxide doped alumina and methods of making and using |
| US7431808B2 (en) | 2001-08-17 | 2008-10-07 | W.C. Heraeus Gmbh & Co., Kg | Sputter target based on titanium dioxide |
| JP2014181404A (ja) * | 2013-03-15 | 2014-09-29 | Apple Inc | サファイア基板のための積層コーティング |
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