JPH0987085A

JPH0987085A - 光学単結晶品および光学素子

Info

Publication number: JPH0987085A
Application number: JP7244236A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Kawaguchi; 竜生川口; Kazuyuki Umikawa; 和之海川; Minoru Imaeda; 美能留今枝
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1995-09-22
Filing date: 1995-09-22
Publication date: 1997-03-31
Also published as: DE69617358D1; EP0768393A1; EP0768393B1; US5763055A; DE69617358T2

Abstract

(57)【要約】【課題】光学単結晶からなる基板上にエピタキシャル膜
を備えた光学単結晶製品において、単結晶基板の結晶性
に直接の影響を受けることなく、エピタキシャル膜の結
晶性を良好とし、その光損傷特性を顕著に向上させるこ
とができる。【解決手段】光学単結晶からなる基板と、この基板上に
形成されたエピタキシャル膜とを備えており、このエピ
タキシャル膜の結晶構造がリラックス構造である。図２
に示すように、基板の逆格子点の真上から見て傾斜した
方向に、エピタキシャル膜の逆格子点があり、両者が格
子整合していない。基板の逆格子点もエピタキシャル膜
の逆格子点も、相対的に小さな広がりを有しており、歪
みがほぼ開放されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学単結晶からなる基
板と、この基板上に形成されたエピタキシャル膜とを備
えている製品およびこれを利用した、第二高調波発生素
子、光変調器、光スイッチ用基板等の光学素子に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃) 単結
晶、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）単結晶が、第
二高調波発生素子、光変調器、光スイッチ用基板等のオ
プトエレクトロニクス用材料として期待されている。液
相エピタキシャル法は、引き上げ法に比べて、低温で単
結晶膜を作成することができるので、結晶性の良い高品
質の薄膜を形成する方法として期待されている。

【０００３】例えば、「Journal of Crystal Growth 」
４６（１９７９年）の第３１４頁〜３２２頁の記載によ
れば、タンタル酸リチウム単結晶基板上に液相エピタキ
シャル法によってニオブ酸リチウム─タンタル酸リチウ
ム固溶体膜を作成している。「Applied Physics Letter
s 」 Vol.26 No.1 (1975)の第８〜１０頁の記載によれ
ば、タンタル酸リチウム単結晶基板上に液相エピタキシ
ャル法によってニオブ酸リチウム単結晶薄膜を形成して
いる。「Journal of Crystal Growth 」５０（１９８０
年）の第２９１頁〜２９８頁の記載によれば、タンタル
酸リチウム単結晶基板上に「Capillary Liquid Epitaxi
al」法によってニオブ酸リチウム単結晶薄膜を作成して
いる。しかし、これは通常の液相エピタキシャル法とは
原理的に異なっており、またニオブ酸リチウム─タンタ
ル酸リチウム固溶体膜の形成については記載されていな
い。

【０００４】特に最近は、液相エピタキシャル法によっ
て、単結晶基板よりも高い屈折率を有する単結晶膜を形
成し、この単結晶膜を光導波路とする、光導波路基板の
製造方法が、高品質の光導波路デバイスを製造する方法
として注目されている。

【０００５】ここで、ニオブ酸リチウムよりもタンタル
酸リチウムの方が屈折率が小さい。またニオブ酸リチウ
ムとタンタル酸リチウムとは、任意の比率で固溶体を生
成し、タンタルの比率が大きくなるのに従って、固溶体
の屈折率は小さくなる。このため、液相エピタキシャル
法によってニオブ酸リチウム─タンタル酸リチウム固溶
体膜やニオブ酸リチウム薄膜を形成するための基板とし
ては、主としてタンタル酸リチウム単結晶基板が使用さ
れてきた。この理由は、タンタル酸リチウムの方が、ニ
オブ酸リチウムやニオブ酸リチウム─タンタル酸リチウ
ム固溶体よりも屈折率が小さいことから、タンタル酸リ
チウム単結晶基板を使用すると、前記の各薄膜を光導波
路として使用できるからである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ニオブ酸リチウム単結
晶基板については、現在でも、結晶性の良い光学グレー
ドの単結晶基板が得られている。しかし、現在の段階で
は、引き上げ法により製造されるタンタル酸リチウム単
結晶基板は、ニオブ酸リチウム単結晶基板に比べて結晶
性が悪い。そして、エピタキシャル成長法においては、
基板の結晶性が、この基板の上に成長するエピタキシャ
ル膜の結晶性に対してダイレクトに反映する。このた
め、光学素子として実用できる品質のエピタキシャル膜
を製造するためには、やはり光学グレードの基板を使用
することが必要である。言い換えると、もともと結晶性
が悪いタンタル酸リチウム単結晶基板の上に単結晶膜を
形成しても、光学グレードのニオブ酸リチウム単結晶基
板上に作製した膜よりも優れた結晶性を持つ単結晶膜を
得るのは、困難である。

【０００７】また、ニオブ酸リチウム単結晶基板のキュ
リー温度は約１２００℃であり、液相エピタキシャル法
における成膜温度においても基板の結晶性が十分に安定
しているので、基板材料として適している。また、前記
したように、高品質の単結晶基板が引き上げ法によって
製造されているので、入手が容易である。しかし、この
ような基板においても、ニオブとリチウムとの組成比率
を変更したり、あるいは他の金属元素を添加したりする
ことによって、屈折率を変化させることが要望される
が、このような単結晶からなる基板については、結晶性
の良好な基板は製造されておらず、量産も困難であると
考えられる。

【０００８】本発明の課題は、ニオブ酸リチウム単結
晶、タンタル酸リチウム単結晶等の光学単結晶からなる
基板上にエピタキシャル膜を備えた光学製品において、
エピタキシャル膜の結晶性を良好とし、かつ種々の広範
囲の結晶性やグレードを有する光学単結晶基板を使用で
きるようにすることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、光学単結晶か
らなる基板と、この基板上に形成された光学材料からな
るエピタキシャル膜とを備えており、このエピタキシャ
ル膜の結晶構造がリラックス構造であることを特徴とす
る、光学単結晶品に係るものであり、またこの光学単結
晶品を使用した光学素子に係るものである。

【００１０】本発明者は、種々の結晶性や組成を有する
光学単結晶基板上に、後述するようなプロセスによって
種々の組成のエピタキシャル膜を形成し、得られたエピ
タキシャル膜の結晶性を検討する研究を行ってきた。こ
の結果、エピタキシャル膜の結晶性が基板の結晶性をダ
イレクトに反映するという従来の常識に反して、基板の
結晶性の影響を受けることなく、良質なエピタキシャル
膜が得られることが判明した。本発明者は、こうした良
質なエピタキシャル膜について検討した結果、光学単結
晶基板とエピタキシャル膜との界面がリラックス構造を
とっていることを見いだした。

【００１１】この点について説明すると、エピタキシャ
ル膜を形成する際の常識では、エピタキシャル膜と基板
との格子定数差をできる限り小さくしてエピタキシャル
膜の歪みを小さくしていた。また、エピタキシャル膜の
組成を基板の組成と同じにし、これによってエピタキシ
ャル膜をホモエピタキシャル成長させることが行われて
いた。しかし、本発明者の検討によれば、このようなエ
ピタキシャル膜の構造は、基板の結晶性や格子定数の影
響を受けてストレイン構造（歪み構造）をとっていた。
このため、結晶性が良質ではない基板を使用すると、こ
の上に形成されたエピタキシャル膜の結晶性は基板の結
晶性や格子定数の影響を受け、基板よりも結晶性の良い
エピタキシャル膜を作成することは困難であった。

【００１２】しかし、本発明者は、光学単結晶基板上に
エピタキシャル膜をヘテロエピタキシャル成長させ、こ
の際、光学単結晶基板とエピタキシャル膜との界面の構
造をリラックス構造とすることによって、光学単結晶基
板の結晶性の影響を直接に被ることなく、良好な、特に
は光学グレードの結晶性を有するエピタキシャル膜を作
成することに成功した。

【００１３】ここで、上記したストレイン構造およびリ
ラックス構造について説明する。ストレイン構造とは、
エピタキシャル膜と基板との界面において両者が格子整
合するように、エピタキシャル膜の格子が歪んだ（変形
した）構造を言う。リラックス構造とは、エピタキシャ
ル膜と基板との界面において転位が発生しており、エピ
タキシャル膜と基板との界面において両者が格子整合し
ておらず、エピタキシャル膜が歪み応力から開放されて
いる構造を言う。

【００１４】これらの構造は、非対称反射逆格子マッピ
ングによって測定することができる。図１は、ストレイ
ン構造に対応する非対称反射逆格子マッピングを示す図
であり、図２は、リラックス構造に対応する非対称反射
逆格子マッピングの一例を示す図である。図１、図２に
おいて、各等高線はそれぞれＸ線回折強度を示してい
る。下側のピークは、それぞれ、基板の逆格子点を示し
ており、上側のピークは、それぞれ、エピタキシャル膜
の逆格子点を示している。図１においては、基板の逆格
子点の真上にエピタキシャル膜の逆格子点が存在してお
り、これは、両者が格子整合していることを示してい
る。また、基板の逆格子点もエピタキシャル膜の逆格子
点も、図２のものに比べて相対的に大きな広がりを有し
ているが、これは格子レベルでの歪みの存在を示してい
る。

【００１５】一方、図２においては、基板の逆格子点の
真上から見て、例えば５°傾斜した方向に、エピタキシ
ャル膜の逆格子点が存在している。これは、両者が格子
整合していないことを示している。また、基板の逆格子
点もエピタキシャル膜の逆格子点も、図１のものに比べ
て相対的に小さな広がりを有しているが、これは歪みが
ほぼ開放されていることを示している。

【００１６】

【発明の実施形態】上記のような、リラックス構造を有
し、かつエピタキシャル膜の結晶性が良好な光学単結晶
品においては、両者が基本的に類似した結晶構造を備え
ている必要があり、かつ両者の格子定数に相違があっ
て、エピタキシャル膜がヘテロエピタキシャル成長して
いる必要がある。具体的には、次の態様がありうる。（１）結晶系が同じであって、置換元素が異なってい
る。（２）結晶系が同じであって、置換元素も同じである
が、置換元素の組成比率が異なっている。しかし、結晶系がまったく同じではない場合でも、リラ
ックス構造が生成する可能性はある。

【００１７】各態様に該当する結晶系および組成につい
て、下記に例示する。（１）ＬＮ（ＬｉＮｂＯ₃）とＬ
Ｔ（ＬｉＴａＯ₃）、ＫＬＮ（Ｋ₃Ｌｉ₂Ｎｂ
₅Ｏ_{1 5}）とＫＬＴ（Ｋ₃Ｌｉ₂Ｔａ₅Ｏ_{1 5}）、Ｙ
ＩＧ（Ｙ₃Ｆｅ₅Ｏ_{1 2}）とＢｉＩＧ（Ｂｉ₃Ｆｅ₅Ｏ
_{1 2}）などガーネット材料。（２）ＬＮＴ（ＬｉＮｂ
_1-xＴａ_xＯ₃）、ＫＬＮＴ（Ｋ₃Ｌｉ₂（Ｔａ_xＮｂ
_1-x）₅Ｏ_{1 3}）、ＫＬＮ（ＫＬｉ_2-xＮｂ_5+xＯ
_15+2x）、Ｂａ_1-xＳｒ_xＮｂ₂Ｏ₆。

【００１８】また、基板とエピタキシャル膜との格子定
数の差（格子不整合）は、リラックス構造を生成させる
ためには、０．００４％以上とすることが好ましい。ま
た、この格子不整合が１％を越えると、エピタキシャル
成長が困難となり、結晶性の良い膜が得られない。

【００１９】特に基板をニオブ酸リチウム単結晶または
タンタル酸リチウム単結晶によって形成し、エピタキシ
ャル膜をニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム単結晶
膜とした場合には、両者の格子不整合が０．０８％を越
えると、たとえエピタキシャル膜自体の結晶性が良好で
あったしても、光損傷特性に劣化が見られたので、０．
０８％以下とすることが好ましい。

【００２０】図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の光学単結
晶品の実施形態を模式的に示す正面図である。図３
（ａ）の光学単結晶品１２においては、光学単結晶基板
６上にエピタキシャル膜１０が形成されている。図３
（ｂ）の光学単結晶品１３においては、光学単結晶基板
６上に第一のエピタキシャル膜１０が形成されており、
エピタキシャル膜１０上に第二のエピタキシャル膜１１
が形成されている。この場合には、第二のエピタキシャ
ル膜１１の屈折率を第一のエピタキシャル膜１０の屈折
率よりも大きくすることによって、第二のエピタキシャ
ル膜１１を光導波路として使用することが好ましい。

【００２１】本発明に係る光学単結晶品は、各種の光部
品の基材ないし光学素子として広範に使用できるもので
ある。こうした光部品ないし光学素子としては、例え
ば、光通信等で用いる光外部変調器、光スイッチ、光増
幅器、光ピックアップ等で用いるＳＨＧ素子（第二高調
波発生素子）、光計測装置に用いる光ファイバージャイ
ロ用の光集積回路等を挙げることができる。

【００２２】エピタキシャル膜をニオブ酸リチウム−タ
ンタル酸リチウム単結晶によって形成した場合には、ド
ープ成分として、希土類元素を含有させることができ
る。この希土類元素は、レーザー発振用の添加元素とし
て作用する。この希土類元素としては、特にＮｄ、Ｅ
ｒ、Ｔｍ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｐｒが好ましい。また、エピタ
キシャル膜や基板中に、亜鉛、スカンジウム、マグネシ
ウム、インジウム、チタンおよびバナジウムからなる群
から選ばれた一種以上の金属原子を含有させることがで
きる。これらの元素は、耐光損傷特性を向上させる作用
を有している。

【００２３】本発明の光学単結晶品を第二高調波発生素
子として使用する際の一態様について説明する。図４
（ａ）は、図３（ｂ）の光学単結晶品１３を使用した第
二高調波発生素子を示す模式図である。こうした素子
は、光ディスクメモリー用、医学用、光化学用、各種光
計測用等の幅広い応用が可能である。

【００２４】第二高調波発生素子１８においては、レー
ザー光源１４、光学系１６および光学単結晶品１３が整
列されている。レーザー光源１４から入射光を矢印１５
のように光学系１６に射出させ、光学系１６からのレー
ザー光を、光学単結晶品１３の第二のエピタキシャル膜
１１（光導波路）の一方の端面から入射させる。エピタ
キシャル膜１１の他方の端面から、第二高調波が矢印１
７のように射出する。

【００２５】図４（ｂ）に示すように、第二のエピタキ
シャル膜をエッチング等によって加工してリブを形成す
ることによって、リブ型の光導波路を形成し、これを第
二高調波発生のために使用することができる。この光学
単結晶品１９はチップ状のものであり、単結晶基板２０
の主面２０ａ上に第一のエピタキシャル膜２１が形成さ
れており、この上に第二のエピタキシャル膜２２が形成
されている。この第二のエピタキシャル膜２２において
は、細長いリブ形状の光導波路２４が真っ直ぐに伸びる
ように形成されている。こうしたリブ型の光導波路２４
は、エッチング等の方法によって形成できる。

【００２６】この場合には、例えば、図４（ｃ）に模式
的に示す第二高調波発生素子２５のように、レーザー光
源１４、光学系１６および単結晶基板品１９を整列させ
る。レーザー光源１４から入射光を矢印１５のように光
学系１６に射出させ、光学系１６からのレーザー光を、
光学単結晶品１９のリブ型の光導波路２４の一方の端面
から入射させる。光導波路２４の他方の端面から、第二
高調波が矢印１７のように射出する。

【００２７】本発明の光学単結晶品の製造方法は限定さ
れないが、例えば、次の製造方法によることができる。
この方法について、図５、６を参照しつつ、説明する。
図５は、本発明者が開発した溶融体の温度スケジュール
を模式的に示すグラフである。図６（ａ）、（ｂ）は、
ルツボ１内における溶融体の状態を模式的に示す断面図
である。

【００２８】まず、溶質と溶融媒体とを、ルツボ１内に
仕込んで混合する。この溶融体の飽和温度Ｔ₀は、溶融
体における溶質の濃度、即ち、仕込み組成に対応して、
一定値に定まる。この飽和温度は液相線から算出するこ
とができる。この溶融体の温度を、飽和温度Ｔ₀よりも
高温Ｔ₁で保持し、溶質と溶融媒体とを均一に溶融させ
る。図５において、「Ａ」が、この溶融状態に対応す
る。また、図６（ａ）に示すように、溶融体２のすべて
が液相となっている。

【００２９】次いで、溶融体の温度を、飽和温度Ｔ₀よ
りも低い固相析出温度Ｔ ₂まで冷却する。この状態で
は、溶融体は、最初は過冷却状態となるが、この温度で
十分に長い時間保持すると、溶融体から固相が析出して
くる。図５において、「Ｂ」が、この固相析出のための
保持状態に対応する。この時には、図６（ｂ）に示すよ
うに、溶融体３が、液相部分４と固相部分５とに分離す
る。この固相部分５は、主としてルツボ１の壁面に沿っ
て析出する。

【００３０】次いで溶融体の温度を下げて、液相部分４
を過冷却状態にする。図５において、「Ｃ」が、この過
冷却状態に相当する。過冷却状態の液相部分４に対し
て、基板６を矢印７のように降下させ、接触させ、単結
晶膜をエピタキシャル成長させる。このように、本方法
においては、固相と液相が安定的に共存している状態Ｂ
（温度Ｔ₂）を出発点とし、この安定な状態から成膜温
度Ｔ₃にまで温度を下げることによって、液相部分を過
冷却状態としている。このように、固相と液相とが安定
的に共存している状態では、系全体の飽和温度を越えな
い限り、液相部分における溶質の濃度は、保持温度Ｔ₂
における飽和濃度に保たれる。

【００３１】本発明者は、種々のレベルの結晶性を有す
る基板を使用し、この上にエピタキシャル膜を形成する
ことを試みたが、前述のような基板とエピタキシャル膜
との関係を維持したときには、基板の結晶性に影響され
ることなく、良好な結晶性を有するエピタキシャル膜を
形成しうることを確認した。この理由は明らかではない
が、おそらく、以下の理由によると思われる。

【００３２】従来の液相エピタキシャル方法では、溶融
体に基板を接触させるときには、溶融体全体が均一な液
相である。従って、基板が溶融体に接触した瞬間に、基
板の表面において、液相全体の中で初めて固相の析出が
起こる。このため、単結晶膜の成長が開始するために
は、比較的大きな核形成エネルギーが必要であると推定
できる。従って、基板と膜との界面において膜の成長が
開始される時に、核形成エネルギーが大きいために、こ
の界面において膜の結晶性が乱れ、その上に析出する膜
の結晶性が、この結晶性の乱れを反映するものと思われ
る。

【００３３】一方、本方法においては、図６（ｂ）に示
すように、基板６が溶融体３に接触する前に、あらかじ
め溶融体３中に固相部分５が共存している。この状態で
は、もともと固相部分５と液相部分４の界面では、微視
的に見れば溶融と析出とが起こっている。従って、あら
たに基板６を液相部分に接触させても、スムーズに、穏
やかに膜成長が開始され、結晶性に優れた単結晶膜が作
製できると考えられる。この際、基板の表面とエピタキ
シャル膜との間で一定の格子不整合があり、かつ両者の
結晶構造が類似していると、前記したリラックス構造が
生成するものと考えられる。このときにエピタキシャル
膜がホモエピタキシャル成長したり、格子不整合がない
ように調整されていると、エピタキシャル膜はストレイ
ン構造となった。

【００３４】ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム単
結晶を形成するためには、基板を接触させるための溶融
体は、主としてＬｉ₂Ｏ、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｔａ₂Ｏ ₅およ
びフラックスとすることができ、これに、必要に応じて
添加物を添加する。Ｌｉ₂Ｏの仕込み量は、Ｎｂ₂Ｏ₅
およびＴａ₂Ｏ₅の仕込み量の合計（モル数）にほぼ等
しくなるように調合するが、この組成比率も調整するこ
とができる。この溶融体は、溶質成分であるＬｉＮｂＯ
₃およびＬｉＴａＯ₃と、溶融媒体（フラックス）から
なる、ＬｉＮｂＯ₃─ＬｉＴａＯ₃─溶融媒体の擬三元
系組成であると考えることができる。また、この溶融体
は、溶質成分であるＬｉＮｂ _1-xＴａ_xＯ₃と、溶媒成
分（フラックス）からなる、ＬｉＮｂ_1-xＴａ_xＯ₃─
溶融媒体の擬二元系組成であると考えることができる。
こうしたフラックスとしては、Ｖ₂Ｏ₅、Ｂ₂Ｏ₃、Ｍ
ｏＯ₃、ＷＯ₃を好適なものとして例示できる。

【００３５】

【実施例】以下、更に具体的な実験結果について述べ
る。（実験１）前記した図５の温度スケジュールに従って、
図５、図６を参照しつつ説明した方法にしたがって、液
相エピタキシャル法を実施した。表１に示すＸ線ロッキ
ングカーブの半値幅を有する各タンタル酸リチウム単結
晶基板を使用し、この表面上にニオブ酸リチウム−タン
タル酸リチウム単結晶膜を形成した。溶融体２の仕込み
組成を、ＬｉＮｂＯ₃：ＬｉＴａＯ₃：ＬｉＶＯ₃＝
５：１５：８０とした。

【００３６】溶融体２を、十分に高い温度Ｔ₁（１００
０°Ｃ〜１３００°Ｃ）で３時間以上攪拌し、十分均一
な液相の状態とした。その後、溶融体を保持温度Ｔ₂ま
で冷却した後、１２時間以上保持し、過飽和分の固溶体
が核発生して固相５が析出するまで待った。このとき、
溶融体の液相部分４は、温度Ｔ₂における飽和状態であ
り、溶融体３内は、液相部分４と固溶体からなる固相部
分５とが共存した状態である。その後、溶融体３の温度
を、Ｔ₂から過冷却度ΔＴだけ低い成膜温度Ｔ₃まで冷
却し、ただちに基板６を液相部分４に接触させて成膜を
行った。過冷却度ΔＴは１０℃とした。

【００３７】得られたエピタキシャル膜は、いずれもＬ
ｉＮｂ_1-xＴａ_xＯ₃の組成を有していた。これらのエ
ピタキシャル膜の組成を測定した。この際、成膜温度を
変更することによって、この膜中におけるタンタルの割
合ｘを、表１に示すように変更した。また、各エピタキ
シャル膜のＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定し、表
１に示すと共に、タンタル酸リチウム単結晶基板と各エ
ピタキシャル膜との格子不整合を測定し、表１に示し
た。

【００３８】Ｘ線ロッキングカーブの半値幅の測定は、
二結晶法により、（００12）面の反射を用いて行った。
入射Ｘ線としてはＣｕＫα１を使用し、モノクロメータ
としては、ＧａＡｓ単結晶の（４２２）面を用いた。タ
ンタル酸リチウム単結晶基板の前記半値幅は、１３また
は３０〔arc sec 〕であった。ここで、光学グレードの
ニオブ酸リチウム単結晶基板のＸ線ロッキングカーブの
半値幅は、６．８〜６．９〔arc sec 〕である。

【００３９】ここで、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅に
ついて説明する。単結晶基板及びエピタキシャル膜の結
晶性は、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅によって評価す
ることができる。一般に、この半値幅が小さいほど、単
結晶の結晶性が良好であると判断できる。この値そのも
のは、Ｘ線測定装置において使用する基準結晶等によっ
て変動するので、絶対値を特定することはできない。

【００４０】しかし、液相エピタキシャル法により作製
されるエピタキシャル膜の結晶性は、単結晶基板の結晶
性の影響を強く受けることが常識であった。従って、作
製した固溶体膜の結晶性の優劣を判断するには、使用し
た基板のＸ線ロッキングカーブの半値幅を基準にしなけ
ればならないとされてきた。

【００４１】また、各エピタキシャル膜の結晶構造につ
いて、Ｘ線回折装置を用いて、（２２１２）面の非
対称反射逆格子マッピングを測定することによって、評
価した。入射Ｘ線には、ＣｕＫα線を使用し、入射側モ
ノクロメーターとしてＧｅ（２２０）４結晶を使用し、
出射側モノクロメーターとしてＧｅ（２２０）２結晶を
使用した。この評価の結果を、表１に示した。

【００４２】

【表１】

【００４３】表１からわかるように、エピタキシャル膜
がストレイン構造であると、エピタキシャル膜の半値幅
が顕著に増大し、基板の半値幅よりも大きな値になっ
た。このため、光損傷のしきい値は０．１Ｗ／ｃｍ²程
度の小さい値であり、実用には適さなかった。こうした
従来のエピタキシャル膜の前記半値幅は、基板の前記半
値幅よりも大きいか、あるいはほぼ同等程度である。

【００４４】これに対して、エピタキシャル膜がリラッ
クス構造である場合には、基板の半値幅よりも著しく小
さい半値幅を有するエピタキシャル膜が形成されてい
た。この結果、光損傷のしきい値が１００Ｗ／ｃｍ²以
上と顕著に向上した。このように、光学単結晶基板の半
値幅よりも著しく小さい半値幅を有するエピタキシャル
膜は、従来見られなかったものである。

【００４５】また、基板とエピタキシャル膜との間の格
子不整合を０．０８％以下とすることによって、光損傷
のしきい値を１００Ｗ／ｃｍ²以上の著しく高い値に維
持することに成功した。

【００４６】なお、図１は、表１において半値幅が１３
ｓｅｃであり、膜の組成ｘが０．９５であるストレイン
構造の測定結果に該当しており、図２は、表１におい
て、半値幅が１３ｓｅｃであり、膜の組成ｘが０．７０
であるリラックス構造の測定結果に該当している。

【００４７】なお、ＫＬＮあるいはＫＬＴ上に形成した
ＫＬＮおよびＫＬＮＴエピタキシャル膜についても、上
記と同様の結果を得た。

【００４８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、光
学単結晶からなる基板上にエピタキシャル膜を備えた光
学単結晶製品において、単結晶基板の結晶性に直接の影
響を受けることなく、エピタキシャル膜の結晶性を良好
とし、その光損傷特性を顕著に向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ストレイン構造に対応する非対称反射逆格子マ
ッピングの一例を示す図である。

【図２】リラックス構造に対応する非対称反射逆格子マ
ッピングの一例を示す図である。

【図３】（ａ）は、光学単結晶基板６上にエピタキシャ
ル膜１０を有する光学単結晶品１２を模式的に示す正面
図であり、（ｂ）は、光学単結晶基板６、第一のエピタ
キシャル膜１０および光導波路として機能する第二のエ
ピタキシャル膜１１を備えている光学単結晶品１３を、
模式的に示す正面図である。

【図４】（ａ）は、本発明の光学単結晶品１３を使用し
た第二高調波発生素子１８を示す模式図であり、（ｂ）
は、リブ型の光導波路を備えた光学単結晶品１９を示す
斜視図であり、（ｃ）は、光学単結晶品１９を使用した
第二高調波発生素子２５を示す模式図である。

【図５】液相エピタキシャル法において、固相と液相と
を共存させる方法における、溶融体の温度スケジュール
を模式的に示すグラフである。

【図６】（ａ）、（ｂ）は、ルツボ１内における溶融体
の状態を模式的に示す断面図である。

【符号の説明】

１ルツボ２均一に溶融している溶融体３
固相部分と液相部分とが共存している溶融体４液
相部分５固相部分６光学単結晶基板１
０、１１エピタキシャル膜１２、１３、１９光
学単結晶品１８、２５第二高調波発生素子

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年１１月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】これらの構造は、非対称反射逆格子マッピ
ングによって測定することができる。図１は、ストレイ
ン構造に対応する非対称反射逆格子マッピングを示す図
であり、図２は、リラックス構造に対応する非対称反射
逆格子マッピングの一例を示す図である。図１、図２に
おいて、各等高線はそれぞれＸ線回折強度を示してい
る。上側のピークは、それぞれ、基板の逆格子点を示し
ており、下側のピークは、それぞれ、エピタキシャル膜
の逆格子点を示している。図１においては、基板の逆格
子点の真下にエピタキシャル膜の逆格子点が存在してお
り、これは、両者が格子整合していることを示してい
る。また、基板の逆格子点もエピタキシャル膜の逆格子
点も、図２のものに比べて相対的に大きな広がりを有し
ているが、これは格子レベルでの歪みの存在を示してい
る。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】一方、図２においては、基板の逆格子点の
真下から見て、例えば５°傾斜した方向に、エピタキシ
ャル膜の逆格子点が存在している。これは、両者が格子
整合していないことを示している。また、基板の逆格子
点もエピタキシャル膜の逆格子点も、図１のものに比べ
て相対的に小さな広がりを有しているが、これは歪みが
ほぼ開放されていることを示している。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４６】なお、図１は、表１において基板の半値幅
が１３ｓｅｃであり、膜の組成ｘが０．９５であるスト
レイン構造の測定結果に該当しており、図２は、表１に
おいて、基板の半値幅が１３ｓｅｃであり、膜の組成ｘ
が０．７０であるリラックス構造の測定結果に該当して
いる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０２Ｆ 1/37 Ｇ０２Ｆ 1/37

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学単結晶からなる基板と、この基板上に
形成された光学材料からなるエピタキシャル膜とを備え
ており、このエピタキシャル膜の結晶構造がリラックス
構造であることを特徴とする、光学単結晶品。
【請求項２】前記基板がニオブ酸リチウム単結晶または
タンタル酸リチウム単結晶からなり、前記エピタキシャ
ル膜がニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム単結晶か
らなることを特徴とする、請求項１記載の光学単結晶
品。
【請求項３】前記基板と前記エピタキシャル膜との格子
不整合が０．００４％以上、１％以下であることを特徴
とする、請求項１または２記載の光学単結晶品。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記
載の光学単結晶品を備えていることを特徴とする、光学
素子。