JPH06345596A - Production of ktp single crystal and optical waveguide - Google Patents

Production of ktp single crystal and optical waveguide

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JPH06345596A
JPH06345596A JP16744093A JP16744093A JPH06345596A JP H06345596 A JPH06345596 A JP H06345596A JP 16744093 A JP16744093 A JP 16744093A JP 16744093 A JP16744093 A JP 16744093A JP H06345596 A JPH06345596 A JP H06345596A
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JP
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single crystal
flux
substrate
plane
mol
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JP16744093A
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Koji Sato
幸治 佐藤
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Original Assignee
Hoya Corp
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Abstract

PURPOSE:To produce a large-sized KTiOPO4 single crystal useful as a light- modulating element and with the (100) plane developed in a relatively short time and produce an optical waveguide with the single crystal as a substrate. CONSTITUTION:A seed crystal of KTiOPO4 is brought into contact with a flux consisting of 45-65mol% K2O, 25-32mol% P2O5 and 10-30mol% (TiO2)2, the flux is cooled to grow the (100) plane of the KTiOPO4 crystal preferentially, and a KTiOPO4 single crystal is produced. A substrate having the (100) plane of the single crystal is formed, the (100) plane of the substrate is brought into contact with a flux contg. a dopant M, potassium, titanium, phosphorus and oxygen to epitaxially grow the single crystal thin film of K1-xMxTiOPO4 (where M is an element or group to make the refractive index of the thin film higher than that of KTiOPO4), and an optical waveguide is produced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、KTiOPO4 (KT
P)単結晶の製造方法及びLPE(液相エピタキャル)
法による光導波路の製造方法に関する。さらに詳しく
は、本発明は、光変調素子用基板材料として有用な(1
00)面が発達した大型のKTP単結晶の製造方法及び
KTP単結晶の(100)面に光導波路を作製する方法
に関する。
The present invention relates to KTiOPO 4 (KT
P) Method for producing single crystal and LPE (liquid phase epitaxy)
The present invention relates to a method for manufacturing an optical waveguide by the method. More specifically, the present invention is useful as a substrate material for a light modulation element (1
The present invention relates to a method for producing a large KTP single crystal having a developed (00) plane and a method for producing an optical waveguide on the (100) plane of the KTP single crystal.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】KTP
単結晶を光変調用導波路基板として用いることは既に知
られている。KTP単結晶を光変調用導波路基板として
用いる場合、導波路作成方位は限定される。即ち、KT
Pを基板としてLPE(液相エピタキャル)法によって
スラブ型導波路を作成する場合、均質な積層は(10
0)面上にのみ形成される。そのため、光変調用導波路
基板としてのKPT単結晶は、(100)面を有するも
のである必要がある。さらに、基板として用いるために
は、基板の底面積として、例えば10×20mm程度は
必要であり、比較的大型のKTP単結晶が必要である。
そのため、光変調用導波路基板としては、(100)面
が発達した大型のKTP単結晶の製造が不可欠である。
2. Description of the Related Art KTP
It is already known to use a single crystal as a waveguide substrate for optical modulation. When a KTP single crystal is used as a waveguide substrate for optical modulation, the waveguide creation direction is limited. That is, KT
When a slab type waveguide is formed by the LPE (liquid phase epitaxy) method using P as a substrate, a uniform stacking is (10
It is formed only on the (0) plane. Therefore, the KPT single crystal as the optical modulation waveguide substrate needs to have a (100) plane. Furthermore, in order to use it as a substrate, the bottom area of the substrate is required to be, for example, about 10 × 20 mm, and a relatively large KTP single crystal is required.
Therefore, as a waveguide substrate for optical modulation, it is essential to manufacture a large KTP single crystal having a developed (100) plane.

【0003】一方、KTP単結晶の製造方法としては、
特公平1−52359号公報に記載されたリン酸系のセ
ルフフラックスを用いた方法が一般的である。この公報
には、K6 (K6 4 13)フラックス及びその周辺の
組成のフラックス(その組成を図1に、点A、B及びC
で囲まれた部分として示す)を用いて、温度勾配法又は
均一加熱徐冷法によって、KTPを育成できることが開
示されている。しかし、この公報の実施例に記載された
最大のKTP単結晶の寸法は15×8×2mmである
が、しかしこの単結晶の(100)面の大きさは不明で
ある。
On the other hand, as a method for producing a KTP single crystal,
The method using a phosphoric acid-based self-flux described in JP-B-1-52359 is generally used. This publication describes K 6 (K 6 P 4 O 13 ) flux and its surrounding composition flux (the composition is shown in FIG. 1 as points A, B and C).
It is disclosed that the KTP can be grown by a temperature gradient method or a uniform heating / grading method. However, the size of the largest KTP single crystal described in the examples of this publication is 15 × 8 × 2 mm, but the size of the (100) plane of this single crystal is unknown.

【0004】また、K6 フラックスを用いた特公平1−
52359号公報に記載の方法を改良して〔日本結晶成
長学会(1992)28aB9〕、公報に記載の単結晶
より大型の、例えばc軸方向で80〜90mm程度の大
きさ((100)面の寸法は、掲載されている写真から
判断して30×30mm程度である)を有するKTP単
結晶を育成することは可能である。即ち、K6 フラック
スにおけるKTP成分の溶解度は950℃においてK6
(K6 4 13)成分1gに対して、約0.6gであ
り、この成分比で混合した原料試薬を坩堝に充填し、9
70〜1000℃に一昼夜加熱溶融を行う。次いで、約
950℃に温度を低下させて、この温度でシーディング
(種付け)を行い、シーディング後1〜3℃/日の冷却
速度で徐冷してKTP単結晶を成長させる。
Further, Japanese Patent Publication 1-using K 6 flux
The method described in Japanese Patent No. 52359 has been improved [Japanese Society for Crystal Growth (1992) 28aB9] to have a size larger than that of the single crystal described in, for example, about 80 to 90 mm in the c-axis direction ((100) plane It is possible to grow a KTP single crystal having a size of about 30 × 30 mm (judging from the photograph shown). That, K 6 in solubility 950 ° C. of KTP components in K 6 Flux
About 0.6 g per 1 g of the (K 6 P 4 O 13 ) component, the raw material reagents mixed in this component ratio were filled in a crucible, and 9
It is heated and melted at 70 to 1000 ° C. overnight. Next, the temperature is lowered to about 950 ° C., seeding is performed at this temperature, and after seeding, the KTP single crystal is grown by slow cooling at a cooling rate of 1 to 3 ° C./day.

【0005】しかるに、上記のような大型のKTP単結
晶を育成するには、育成期間として約50日の長期間を
必要とする。また、この方法により得られるKTP単結
晶は、立方体又は直方体のバルキー形態であることか
ら、育成が比較的短期間である場合には、光変調用導波
路基板として十分な寸法の(100)面を切り出すこと
は不可能である。そのため、(100)面を大きく取る
ためには、長期間かけて比較的大型のKTP単結晶を育
成する必要がある。
However, in order to grow such a large KTP single crystal as described above, a long period of about 50 days is required as a growing period. Moreover, since the KTP single crystal obtained by this method has a cubic or rectangular parallelepiped bulky form, the (100) plane having a sufficient size as a waveguide substrate for optical modulation is used when the growth is relatively short. It is impossible to cut out. Therefore, in order to obtain a large (100) plane, it is necessary to grow a relatively large KTP single crystal over a long period of time.

【0006】ところで、上記の方法において単結晶がバ
ルキーになるのは、K6 フラックス及びその周辺の組成
のフラックスを用いた場合、KTP単結晶の結晶成長速
度が各軸方向に比較的均一であるためである。一般に、
各軸方向の結晶成長速度は、フラックスへの添加剤の添
加、フラックスの組成の変化、結晶成長温度等により変
化することは知られている。しかし、これまで、特定の
軸方向の結晶成長速度を促進して、所望の結晶面が発達
したKTP単結晶をより短期間に製造する方法は知られ
ていない。
In the above method, the single crystal becomes bulky because the KTP single crystal has a relatively uniform crystal growth rate in each axial direction when a K 6 flux and a flux having a composition around it are used. This is because. In general,
It is known that the crystal growth rate in each axial direction changes depending on the addition of an additive to the flux, the change in the composition of the flux, the crystal growth temperature, and the like. However, hitherto, there is no known method for promoting a crystal growth rate in a specific axial direction to produce a KTP single crystal having a desired crystal plane developed in a shorter period of time.

【0007】そこで、本発明の目的は、光変調素子用基
板として有用な(100)面が発達した大型のKTiO
PO4 単結晶を比較的短期間に製造する方法を提供する
ことにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a large-sized KTiO having a developed (100) plane, which is useful as a substrate for an optical modulator.
It is to provide a method for producing a PO 4 single crystal in a relatively short period of time.

【0008】さらに本発明の目的は、前記製造方法によ
り得られるKTiOPO4 単結晶の(100)面の自然
面を基板とした、光導波路の製造方法を提供することに
ある。
A further object of the present invention is to provide a method for producing an optical waveguide, in which the (100) plane natural surface of the KTiOPO 4 single crystal obtained by the above production method is used as a substrate.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、K2 Oが45
〜65モル%であり、P2 5 が25〜32モル%であ
り、かつ(TiO2 2 が10〜30モル%である組成
を有するフラックスに、KTiOPO4 の種結晶を接触
させ、次いで前記フラックスを冷却して、KTiOPO
4 結晶の(100)面を優先的に成長させることを特徴
とするKTiOPO4 単結晶の製造方法に関する。
According to the present invention, K 2 O is 45
A 65 mol%, a P 2 O 5 is 25 to 32 mol%, and the flux having a composition (TiO 2) 2 is 10 to 30 mol%, is contacted with seed crystals of KTiOPO 4, then After cooling the flux, KTiOPO
The present invention relates to a method for producing a KTiOPO 4 single crystal, which comprises preferentially growing the (100) plane of the 4 crystal.

【0010】さらに本発明は、前記製造方法を用いてK
TiOPO4 単結晶の(100)面基板を作製し、この
基板の(100)面をドーパントM、カリウム、チタ
ン、リン及び酸素を含有するフラックスと接触させて、
1-x x TiOPO4 の単結晶薄膜(但し、ドーパン
トMは、薄膜の屈折率をKTiOPO4 の屈折率より高
くする元素又は基であり、xは0を超え、1未満の数で
ある)をエピタキシャル成長させることを特徴とすると
を特徴とする光導波路の製造方法に関する。
Further, the present invention uses the above manufacturing method to obtain K
A (100) plane substrate of TiOPO 4 single crystal was prepared, and the (100) plane of this substrate was brought into contact with a flux containing dopants M, potassium, titanium, phosphorus and oxygen,
Single crystal thin film of K 1-x M x TiOPO 4 (however, the dopant M is an element or a group that makes the refractive index of the thin film higher than that of KTiOPO 4 and x is more than 0 and less than 1) ) Is epitaxially grown, the present invention relates to a method for manufacturing an optical waveguide.

【0011】本発明の方法では、フラックスの組成を調
整することにより、(100)面を優先的に成長させ、
その結果厚みが多少犠牲になっても、比較的短期間に、
光変調素子用基板として有用な(100)面が発達した
大型の板状KTP単結晶を提供することができる。
In the method of the present invention, the (100) plane is preferentially grown by adjusting the composition of the flux,
As a result, even if the thickness is sacrificed, in a relatively short period of time,
It is possible to provide a large plate-shaped KTP single crystal having a developed (100) plane, which is useful as a substrate for an optical modulator.

【0012】以下本発明について詳細に説明する。本発
明の製造方法では、K2 Oが45〜65モル%であり、
2 5 が25〜32モル%であり、かつ(TiO2
2 が10〜30モル%である組成を有するフラックスを
用いる。この範囲の組成のフラックスを用いることによ
り、(100)面が発達した大型のKTP単結晶を得る
ことができる。この組成は、図1の点DEFGで囲まれ
る範囲である。尚、点D、E、F及びGの組成は以下の
表1に示す通りである。
The present invention will be described in detail below. In the production method of the present invention, K 2 O is 45 to 65 mol%,
P 2 O 5 is 25 to 32 mol%, and (TiO 2 )
A flux having a composition in which 2 is 10 to 30 mol% is used. By using a flux having a composition within this range, a large KTP single crystal having a developed (100) plane can be obtained. This composition is the range surrounded by the point DEFG in FIG. The compositions of points D, E, F and G are as shown in Table 1 below.

【0013】[0013]

【表1】 ─────────────────────────────────── 点 K2 O P2 5 (TiO2 2 ─────────────────────────────────── D 45モル% 32モル% 22モル% E 58.5モル% 32モル% 10モル% F 65モル% 25モル% 10モル% G 45モル% 25モル% 30モル% ───────────────────────────────────[Table 1] ─────────────────────────────────── Point K 2 O P 2 O 5 (TiO 2 ) 2 ─────────────────────────────────── D 45 mol% 32 mol% 22 mol% E 58. 5 mol% 32 mol% 10 mol% F 65 mol% 25 mol% 10 mol% G 45 mol% 25 mol% 30 mol% ────────────────────── ──────────────

【0014】特に、K2 Oは45〜60であり、P2
5 が27〜31モル%であり、かつ(TiO2 2 が1
0〜25モル%であることが、(100)面を大きくよ
り優先的に成長させるという観点から好ましい。
Particularly, K 2 O is 45 to 60, and P 2 O
5 is 27 to 31 mol%, and (TiO 2 ) 2 is 1
It is preferably 0 to 25 mol% from the viewpoint of growing the (100) plane largely and more preferentially.

【0015】本発明の製造方法では、まず、上記組成を
有する融液を調製する。融液は、K源、Ti源、P源及
びO源となる化合物、例えばKPO3 、K2 CO3 、T
iO2 、K4 2 7 、K3 PO4 等を原料として用
い、KTPの飽和温度以上で加熱することにより得られ
る。尚、これら原料には特に制限はない。KTPの飽和
温度は、フラックスの組成により変化するが、例えば、
約850〜950℃の範囲内である。また、KTPの飽
和温度以上での加熱は、一般には、例えば約6〜48時
間行うことで均一な融液を得ることができる。
In the manufacturing method of the present invention, first, a melt having the above composition is prepared. The melt is a compound serving as a K source, a Ti source, a P source, and an O source, such as KPO 3 , K 2 CO 3 , and T.
It can be obtained by using iO 2 , K 4 P 2 O 7 , K 3 PO 4 or the like as a raw material and heating at a saturation temperature of KTP or higher. Incidentally, these raw materials are not particularly limited. The saturation temperature of KTP changes depending on the composition of the flux.
It is in the range of about 850 to 950 ° C. In addition, heating the KTP at a temperature equal to or higher than the saturation temperature can generally be performed, for example, for about 6 to 48 hours to obtain a uniform melt.

【0016】本発明の方法で用いるKTiOPO4 の種
結晶には、特に限定はない。本発明の方法では、X軸又
はY軸が単結晶成長方向となる種結晶を用いるという観
点から、方位出しをした種結晶を用いるのが好ましい。
The seed crystal of KTiOPO 4 used in the method of the present invention is not particularly limited. In the method of the present invention, it is preferable to use an oriented seed crystal from the viewpoint of using a seed crystal in which the X axis or the Y axis is the single crystal growth direction.

【0017】KTiOPO4 の種結晶は、上記融液に接
触させる。融液への接触後、直ぐにまたは所定時間、例
えば1〜12時間放置した後、接触を保ちつつ融液の冷
却を開始する。融液の冷却は、例えば0.5〜5℃/
日、好ましくは1〜3℃/日とすることが、均質な単結
晶を得るという観点から好ましい。融液を冷却すること
により、上記種結晶の先端付近にKTP単結晶が析出し
はじめ、融液中に徐々に成長する。
The KTiOPO 4 seed crystal is brought into contact with the melt. Immediately after contact with the melt or after standing for a predetermined time, for example, 1 to 12 hours, cooling of the melt is started while maintaining contact. Cooling of the melt is, for example, 0.5 to 5 ° C. /
The day, preferably 1 to 3 ° C./day, is preferable from the viewpoint of obtaining a homogeneous single crystal. By cooling the melt, a KTP single crystal begins to precipitate near the tip of the seed crystal and gradually grows in the melt.

【0018】尚、KTiOPO4 の種結晶は、回転させ
ても、させなくても良く、回転させる場合には、回転数
は10〜200rpm、好ましくは40〜100rpm
とすることが適当である。KTiOPO4 の種結晶を回
転させることにより、融液の温度及び組成の均質性を高
め、かつ融液表面に浮遊する雑品を種結晶から遠ざける
ことができ、光学的に良質な単結晶が得られるという利
点がある。
The KTiOPO 4 seed crystal may or may not be rotated, and in the case of rotation, the rotation speed is 10 to 200 rpm, preferably 40 to 100 rpm.
Is appropriate. By rotating the seed crystal of KTiOPO 4 , the homogeneity of the temperature and composition of the melt can be improved, and the miscellaneous products floating on the surface of the melt can be kept away from the seed crystal, and an optically good single crystal can be obtained. There is an advantage.

【0019】本発明の方法によるKTP単結晶の育成期
間は、フラックスの組成、融液の冷却開始温度、冷却速
度、所望のKTP単結晶の寸法等により変化するが、例
えば14〜50日である。
The growth period of the KTP single crystal according to the method of the present invention varies depending on the composition of the flux, the cooling start temperature of the melt, the cooling rate, the desired size of the KTP single crystal, and is, for example, 14 to 50 days. .

【0020】融液の冷却を停止し、育成を終了したKT
P単結晶は、融液と接触しないところまで引き上げ、つ
いで炉全体の温度を常温まで下げた後に炉内から取り出
す。炉から取り出したKTP単結晶は、常法により、水
等で付着したフラックスを除去する。このようにして得
られた(100)面が発達した板状のKTP単結晶は、
そのまま、または切断等の操作をさらに施した後、光変
調素子用基板として用いられる。
The KT which has finished the growth by stopping the cooling of the melt
The P single crystal is pulled out until it does not come into contact with the melt, then the temperature of the entire furnace is lowered to room temperature, and then taken out from the furnace. The KTP single crystal taken out of the furnace is subjected to a conventional method to remove the flux attached with water or the like. The thus obtained plate-shaped KTP single crystal with developed (100) plane is
It is used as it is or after further cutting and other operations as a substrate for a light modulation element.

【0021】次に、本発明の光導波路の製造方法につい
て説明する。本発明では、前記製造方法を用いてKTi
OPO4 単結晶の(100)面基板を作製する。基板と
しては、前記製造方法を用いて作製したKTiOPO4
単結晶をそのまま用いるか、または前記製造方法を用い
て作製したKTiOPO4 単結晶を切断して少なくとも
一方の面が(100)面の自然面である単結晶を用い
る。尚、本発明において自然面とは、切断、研磨等を行
っていない、単結晶製造方法により得られたままの面を
意味する。
Next, a method of manufacturing the optical waveguide of the present invention will be described. In the present invention, the above manufacturing method is used to produce KTi.
A (100) plane substrate of OPO 4 single crystal is prepared. As the substrate, KTiOPO 4 produced by the above-mentioned production method was used.
The single crystal is used as it is, or a single crystal in which at least one surface is a (100) natural surface is obtained by cutting the KTiOPO 4 single crystal manufactured by the above manufacturing method. In addition, in the present invention, the natural surface means a surface as obtained by the method for producing a single crystal, which has not been cut or polished.

【0022】この基板の(100)面は、ドーパント
M、カリウム、チタン、リン及び酸素を含有するLPE
用フラックスと接触させて、K1-x x TiOPO4
単結晶薄膜をエピタキシャル成長させる。ドーパントM
は、得られる薄膜の屈折率をKTiOPO4 基板の屈折
率より高くする元素又は基であれば、特に制限はない。
そのようなドーパントMとしては、例えばルビジウム
(Rb)、タリウム(Tl)、リチウム(Li)、ナト
リウム(Na)、セレン(Se)、水素(H)、アンモ
ニウム(NH4 + )を挙げることができる。また、ドー
パントMの添加量は、ドーパントMの種類や必要とされ
る薄膜の屈折率により、適宜決定することができる。
The (100) plane of this substrate is an LPE containing the dopant M, potassium, titanium, phosphorus and oxygen.
The single crystal thin film of K 1-x M x TiOPO 4 is epitaxially grown in contact with the working flux. Dopant M
Is not particularly limited as long as it is an element or group that makes the refractive index of the obtained thin film higher than that of the KTiOPO 4 substrate.
Examples of such a dopant M include rubidium (Rb), thallium (Tl), lithium (Li), sodium (Na), selenium (Se), hydrogen (H), and ammonium (NH 4 + ). . Further, the addition amount of the dopant M can be appropriately determined depending on the kind of the dopant M and the required refractive index of the thin film.

【0023】LPE用フラックスの融液は、カリウム
(K)源、チタン(Ti)源、リン(P)源及び酸素
(O)源並びにドーパント源となる化合物、例えばKP
3 、K2 CO3 、TiO2 、K4 2 7 、K3 PO
4 、Rb2 CO3 、RbPO3 、Li2 CO3 、Na2
CO3 、Cs2 CO3 等を原料として用い、LPE用フ
ラックスの飽和温度以上で加熱することにより得られ
る。尚、これら原料には特に制限はない。LPE用フラ
ックスの飽和温度は、フラックスの組成により変化する
が、例えば、約850〜950℃の範囲内である。ま
た、飽和温度以上での加熱は、一般には、例えば約6〜
48時間行うことで均一な融液を得ることができる。
The melt of the flux for LPE is a compound serving as a potassium (K) source, a titanium (Ti) source, a phosphorus (P) source and an oxygen (O) source, and a dopant source, for example, KP.
O 3 , K 2 CO 3 , TiO 2 , K 4 P 2 O 7 , K 3 PO
4 , Rb 2 CO 3 , RbPO 3 , Li 2 CO 3 , Na 2
It can be obtained by using CO 3 , Cs 2 CO 3 or the like as a raw material and heating at a temperature equal to or higher than the saturation temperature of the LPE flux. Incidentally, these raw materials are not particularly limited. The saturation temperature of the LPE flux varies depending on the composition of the flux, but is in the range of about 850 to 950 ° C, for example. In addition, the heating at the saturation temperature or higher is generally, for example, about 6 to
A uniform melt can be obtained by carrying out for 48 hours.

【0024】上記融液は、飽和温度より例えば0〜5℃
低い温度に設定し、KTP基板の(100)自然面を接
触させる。尚、融液への接触は、KTP基板の熱歪みに
よる割れを防止するために、KTP基板の融液温度との
平衡化を行った後に行うことが好ましい。KTP基板の
融液への接触時間は、得られる単結晶薄膜に必要な膜厚
により、融液の温度(飽和温度との差)等を考慮して適
宜設定することができる。単結晶薄膜の膜厚は、例えば
シングルモート伝搬用の導波路では、伝搬させる光の波
長、基板と薄膜との屈折率差等により適宜決められる。
The melt is, for example, 0 to 5 ° C. above the saturation temperature.
The temperature is set low and the (100) natural surface of the KTP substrate is brought into contact. The contact with the melt is preferably performed after equilibration with the melt temperature of the KTP substrate in order to prevent cracking due to thermal strain of the KTP substrate. The contact time of the KTP substrate with the melt can be appropriately set in consideration of the melt temperature (difference from the saturation temperature) and the like depending on the film thickness required for the obtained single crystal thin film. The film thickness of the single crystal thin film is appropriately determined depending on the wavelength of light to be propagated, the difference in refractive index between the substrate and the thin film, etc., for example, in a waveguide for single moat propagation.

【0025】通常、KTP基板の融液への接触時間は、
例えば1〜120分間程度である。また、KTP基板
は、回転させても、させなくても良く、回転させる場合
には、回転数は約40〜100rpmとすることが適当
である。KTP基板を回転させることにより、融液の温
度及び組成の均質性を高め、かつ融液表面に浮遊する雑
品を基板から遠ざけることができ、光学的に良質な単結
晶薄膜が得られる。
Usually, the contact time of the KTP substrate with the melt is
For example, it is about 1 to 120 minutes. Further, the KTP substrate may or may not be rotated, and when it is rotated, the rotation speed is appropriately set to about 40 to 100 rpm. By rotating the KTP substrate, the homogeneity of the temperature and composition of the melt can be increased, and miscellaneous products floating on the surface of the melt can be kept away from the substrate, and an optically good single crystal thin film can be obtained.

【0026】単結晶薄膜の育成を終了したKTP基板
は、融液と接触しないところまで引き上げ、ついで炉全
体の温度を常温まで下げた後に炉内から取り出す。炉か
ら取り出したKTP基板は、常法により、水等で付着し
たフラックスを除去して、導波路が得られる。
After the growth of the single crystal thin film is completed, the KTP substrate is pulled up to a position where it does not come into contact with the melt, and then the temperature of the entire furnace is lowered to room temperature and then taken out from the furnace. The KTP substrate taken out from the furnace is subjected to a conventional method to remove the flux attached with water or the like to obtain a waveguide.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明のKTiOPO4 単結晶の製造方
法では、(100)面が発達した板状の大型のKTP単
結晶を比較的短期間で製造することができる。得られた
KTP単結晶は光学的に均質性が高く、かつ(100)
面基板であるために、光変調素子用基板材料、特に液相
エピタキシャル法によりスラブ型導波路形成用基板とし
て有用である。さらに本発明の製造方法によれば、KT
Pの(100)面に光導波路薄膜層を作製して、光変調
素子用の導波路を得ることができる。
According to the method for producing a KTiOPO 4 single crystal of the present invention, a large plate-like KTP single crystal having a (100) plane developed can be produced in a relatively short period of time. The obtained KTP single crystal has high optical homogeneity and (100)
Since it is a plane substrate, it is useful as a substrate material for an optical modulator, particularly as a substrate for forming a slab type waveguide by a liquid phase epitaxial method. Furthermore, according to the manufacturing method of the present invention, KT
An optical waveguide thin film layer can be formed on the (100) plane of P to obtain a waveguide for an optical modulator.

【0028】[0028]

【実施例】以下本発明を実施例によりさらに詳細に説明
する。
EXAMPLES The present invention will now be described in more detail with reference to examples.

【0029】実施例1 リン酸カリウム(KPO3 )123g、酸化チタン(T
iO2 )26g及び炭酸カリウム(K2 CO3 )24g
を混合し、970〜1000℃に維持した直径100m
m、高さ100mmの坩堝に6〜7回供給し、融液を得
た。この融液は、12〜24時間、この温度に保持して
均質な融液とした。この融液の組成は、K2 Oが51.
5モル%であり、P2 5 が31.5モル%であり、か
つ(TiO2 2 が17.0モル%であり、図2に点s
で示す。
Example 1 123 g of potassium phosphate (KPO 3 ) and titanium oxide (T
26 g of iO 2 ) and 24 g of potassium carbonate (K 2 CO 3 ).
100m diameter which mixed and maintained at 970-1000 degreeC
It was supplied 6 to 7 times to a crucible having a height of m and a height of 100 mm to obtain a melt. This melt was kept at this temperature for 12 to 24 hours to form a homogeneous melt. This melt had a composition of K 2 O of 51.
5 mol%, P 2 O 5 is 31.5 mol%, and (TiO 2 ) 2 is 17.0 mol%.
Indicate.

【0030】融液の均質化後、融液の温度を927℃に
して、種結晶をゆっくり浸し、暫く(4〜5時間)放置
した後、1℃/日の冷却速度で徐冷を開始した。種結晶
は縦約10mm、横約5mm、厚み約5mmのもの(種
結晶軸はY軸)を用いた。この状態で6日間徐冷を続け
たところ、結晶は主にY軸に対して垂直方向に成長し、
(100)面が発達したの透明板状単結晶を得た。この
単結晶の(100)面の寸法は約30mm×約10mm
であり、厚みは約5mmであった。
After homogenizing the melt, the temperature of the melt was set to 927 ° C., the seed crystal was slowly soaked, left for a while (4 to 5 hours), and then gradually cooled at a cooling rate of 1 ° C./day. . The seed crystal used had a length of about 10 mm, a width of about 5 mm, and a thickness of about 5 mm (the seed crystal axis was the Y axis). When annealing was continued for 6 days in this state, crystals grew mainly in the direction perpendicular to the Y-axis,
A transparent plate-shaped single crystal with a developed (100) plane was obtained. The size of the (100) plane of this single crystal is about 30 mm x about 10 mm
And the thickness was about 5 mm.

【0031】実施例2〜6 表2に示す組成のフラックス(図2中の点t、u、v、
w、x)、種結晶温度、冷却速度、育成時間で単結晶を
育成した。得られた単結晶の(100)面の寸法及び厚
みを表2に示す。
Examples 2 to 6 Fluxes having the compositions shown in Table 2 (points t, u, v in FIG. 2)
w, x), a seed crystal temperature, a cooling rate, and a growth time were used to grow a single crystal. Table 2 shows the dimensions and thickness of the (100) plane of the obtained single crystal.

【0032】[0032]

【表2】 [Table 2]

【0033】実施例7(光導波路の作製) a)試薬の坩堝へのチャージ 原材料として白辰化学研究所(株)製の4N、メタン燐
酸カリウム(KPO3)を134.9g、レアメタリッ
ク(株)製の4N、酸化チタン(TiO2 )を27.4
g、三津和化学薬品(株)製の3N、炭酸ルビジウム
(RbCO3 )を36.5gを混合し、1000℃に保
った坩堝型電気炉の中で溶融混合することによって、内
径50mm、高さ70mm白金坩堝にチャージした。
(チャージ量80%)
Example 7 (Production of Optical Waveguide) a) Charge of Reagent to Crucible As raw material, 44.9, manufactured by Shiratsu Chemical Laboratory Co., Ltd., potassium methanephosphate (KPO 3 ), 134.9 g, rare metallic (stock) ) Made of 4N, titanium oxide (TiO 2 ) 27.4
g, 3N manufactured by Mitsuwa Chemical Co., Ltd., and 36.5 g of rubidium carbonate (RbCO 3 ) were mixed and melt-mixed in a crucible-type electric furnace kept at 1000 ° C. to give an inner diameter of 50 mm and a height. A 70 mm platinum crucible was charged.
(80% charge amount)

【0034】b)基板の浸漬 上記の様にしてチャージした坩堝を、所定のLPE用電
気炉(真空治金(株)製)にセットし、昇温し1000
℃で更に溶融混合した。次に、実施例1において得られ
た単結晶を切断して得られた(100)面基板((10
0)面寸法10mm×20mm、厚さ1mm)を浸漬シ
ャフトの先端に取り付け、基板が熱歪みで割れないよう
に約20mm/minのスピードで降下させ、液面直面
で停止させ基板温度と溶液温度の平衡化を行った。(こ
のとき基板は液面に対しほぼ垂直で、下端が液に接する
ようにした)約10分程度に、表面自然面、裏面研磨面
の(100)面基板を、液温設定957℃(飽和温度9
60℃)のもとで、46分間浸漬した後、基板を引き上
げて、常温まで冷却した(基板回転数は30rpm)。
その結果、自然面には、自然面の特徴を備えた結晶成長
が実現され、均質透明膜が形成された。膜厚は約100
μmであった。得られた薄膜の組成はK1-x Rbx Ti
OPO4 (x=0.3)であり、屈折率は、nx =1.
7727、ny=1.7863、nz =1.8755で
あった。一方、研磨面では細かなストリエーションから
なる不均質層が形成された。
B) Immersion of Substrate The crucible charged as described above is set in a predetermined LPE electric furnace (manufactured by Vacuum Metallurgy Co., Ltd.) and heated to 1000
Further melt-mixed at 0 ° C. Next, the single crystal obtained in Example 1 was cut to obtain a (100) plane substrate ((10
0) Surface dimension 10 mm x 20 mm, thickness 1 mm) is attached to the tip of the dipping shaft, lowered at a speed of about 20 mm / min to prevent the substrate from cracking due to thermal strain, and stopped at the surface of the liquid to bring the substrate temperature and solution temperature. Was equilibrated. (At this time, the substrate was almost vertical to the liquid surface, and the lower end was in contact with the liquid.) About 10 minutes, the (100) surface substrate with the natural surface and the back surface was subjected to the liquid temperature setting of 957 ° C. (saturation). Temperature 9
After dipping for 46 minutes at 60 ° C.), the substrate was pulled up and cooled to room temperature (the substrate rotation speed was 30 rpm).
As a result, on the natural surface, crystal growth having the characteristics of the natural surface was realized, and a homogeneous transparent film was formed. The film thickness is about 100
was μm. The composition of the obtained thin film is K 1-x Rb x Ti
OPO 4 (x = 0.3) and the refractive index is n x = 1.
7727, n y = 1.7863, was n z = 1.8755. On the other hand, on the polished surface, a heterogeneous layer consisting of fine striations was formed.

【0035】実施例8 実施例 において得られた単結晶を切断して得られた、
表面が自然面で、裏面が研磨面である(100)面基板
((100)面寸法10mm×20mm、厚さ1mm)
を、液温設定957〜958℃(飽和温度960℃)の
もとで、35分間浸漬した。(基板回転数は30rp
m)その結果、実施例7と同様に自然面には、均質透明
膜が形成された。このときの膜厚は約80μmであっ
た。
Example 8 Obtained by cutting the single crystal obtained in Example,
A (100) plane substrate (the (100) plane having a dimension of 10 mm × 20 mm and a thickness of 1 mm) in which the front surface is a natural surface and the back surface is a polished surface
Was immersed for 35 minutes under the liquid temperature setting of 957 to 958 ° C (saturation temperature of 960 ° C). (Substrate rotation speed is 30 rp
m) As a result, as in Example 7, a homogeneous transparent film was formed on the natural surface. The film thickness at this time was about 80 μm.

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

【図1】特公平1−52359号公報に記載のフラック
スの組成範囲及び本発明のKTiOPO4 単結晶製造用
フラックスの組成範囲を示す。
FIG. 1 shows a composition range of a flux described in JP-B-1-52359 and a composition range of a flux for producing a KTiOPO 4 single crystal of the present invention.

【図2】本発明のKTiOPO4 単結晶製造用フラック
スの組成範囲の拡大図及び実施例で用いた各フラックス
の組成を示す。
FIG. 2 shows an enlarged view of the composition range of the flux for producing a KTiOPO 4 single crystal of the present invention and the composition of each flux used in the examples.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 K2 Oが45〜65モル%であり、P2
5 が25〜32モル%であり、かつ(TiO2 2
10〜30モル%である組成を有するフラックスに、K
TiOPO4 の種結晶を接触させ、次いで前記フラック
スを冷却して、KTiOPO4 結晶の(100)面を優
先的に成長させることを特徴とするKTiOPO4 単結
晶の製造方法。
1. K 2 O is 45 to 65 mol%, and P 2
In a flux having a composition in which O 5 is 25 to 32 mol% and (TiO 2 ) 2 is 10 to 30 mol%, K
Contacting a seed crystal of TiOPO 4, then cooling the flux method of KTiOPO 4 single crystals, characterized in that to preferentially grow (100) plane of KTiOPO 4 crystals.
【請求項2】 フラックスが、K2 Oが45〜60モル
%であり、P2 5が27〜31モル%であり、かつ
(TiO2 2 が10〜25モル%である組成を有する
請求項1記載の製造方法。
2. The flux has a composition in which K 2 O is 45 to 60 mol%, P 2 O 5 is 27 to 31 mol%, and (TiO 2 ) 2 is 10 to 25 mol%. The manufacturing method according to claim 1.
【請求項3】 850〜950℃の温度のフラックスに
KTiOPO4 の種結晶を接触させ、フラックスの温度
を1〜5℃/日で冷却する請求項1又は2記載の製造方
法。
3. The production method according to claim 1, wherein a seed crystal of KTiOPO 4 is brought into contact with a flux having a temperature of 850 to 950 ° C., and the temperature of the flux is cooled at 1 to 5 ° C./day.
【請求項4】 請求項1記載の製造方法を用いてKTi
OPO4 単結晶の(100)面を有する基板を作製し、
この基板の(100)面をドーパントM、カリウム、チ
タン、リン及び酸素を含有するフラックスと接触させ
て、K1-x xTiOPO4 の単結晶薄膜(但し、ドー
パントMは、薄膜の屈折率をKTiOPO4 の屈折率よ
り高くする元素又は基であり、xは0を超え、1未満の
数である)をエピタキシャル成長させることを特徴とす
るとを特徴とする光導波路の製造方法。
4. KTi is produced using the manufacturing method according to claim 1.
A substrate having a (100) plane of an OPO 4 single crystal was prepared,
The (100) plane of this substrate was brought into contact with a flux containing the dopant M, potassium, titanium, phosphorus and oxygen to form a single crystal thin film of K 1-x M x TiOPO 4 (however, the dopant M is the refractive index of the thin film). Is an element or a group that makes the refractive index higher than that of KTiOPO 4 , and x is a number greater than 0 and less than 1) is epitaxially grown.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019085300A (en) * 2017-11-07 2019-06-06 日立金属株式会社 Method for manufacturing gallium phosphate orientation crystal

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