KR20030090660A - 산화물 결정 표면의 초평탄화 방법 - Google Patents

산화물 결정 표면의 초평탄화 방법 Download PDF

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Abstract

산 및 알칼리에 불필요한 산화물 결정의 표면을 초평탄화하는 방법, 그 방법을 이용한 ReCa4O(BO3)3계 산화물 단일 결정 박막의 제조 방법, SHG 특성을 가지는 ReCa4O(BO3)3계 산화물 단일 결정 박막, 산화물 광학 결정의 광 입출사면의 초평탄화 방법, 및 산화물 결정의 결함 평가 방법을 제공한다. 산 및 알칼리에 불필요한 산화물 결정의 표면을 환원제로 환원시키고, 환원된 산화물 결정 표면을 산 또는 알칼리 수용액으로 용해시키고, 표면을 용해시킨 산화물 결정을 대기 중에서 열처리하고, 산 및 알칼리에 불필요한 산화물 결정의 표면을 원자 수준으로 초평탄화한다. 이 구성에 따르면, 조성과 구조가 복잡한 산화물이기 때문에, 산에도 알칼리에도, 나아가 플루오르화수소산 등에도 불용성인 화학적으로 매우 안정된 산화물을 환원시킴으로써 단순한 산화물로 변환시키기 때문에, 보통의 염산, 질산, 또는 황산 등으로 용해할 수 있게 된다.

Description

산화물 결정 표면의 초평탄화 방법 {METHOD FOR FLATTENING SURFACE OF OXIDE CRYSTAL TO ULTRA HIGH DEGREE}
근래, 단파장 레이저는 레이저 가공, 레이저 의료, 물질의 표면 개질, 또는 광 정보 처리 등의 분야에서 수요가 높아지고 있고, 연구 개발이 왕성하게 행해지고 있다. 그러나, 현재 시점에서, 반도체 레이저는 적외 영역으로부터 청색 영역의 광까지밖에 발생할 수 없기 때문에, 자외화를 위해서는 파장 변환 기술이 불가결해진다. 이러한 파장 변환 기술로서, 광학 결정의 비선형 광학 효과를 이용한 SHG(제2 고조파 발생), THG(제3 고조파 발생)이 이용되고 있다. 종래, 비선형 광학 효과 결정으로는 KTP(KTiOPO4), KDP(KH2PO4) 등의 결정이 사용되고 있으나, 이들결정은 굴절률이 변동하는 흡수 손실이 크고, 광학 손상이 발생하기 쉬우며, 수용성이어서 내환경성이 낮고, 비선형 광학 효과가 작고, 열 전도율이 작은 등의 과제가 있다.
이들 중에서 KTP, KDP 결정의 약점을 극복하는 비선형 광학 효과 결정으로서 예를 들면, 일본 특개 평10-206916호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 최근에는 희토류 칼슘 옥시보레이트〔ReCa4O(BO3)3(식 중에서, Re는 희토류 원소 중 하나 또는 복수)〕라고 불리는 벌크 단일 결정이 합성되어, Nd:YAG 레이저광의 SHG(제2 고조파 발생), THG(제3 고조파 발생)에 이용되고 있다. 이 결정은 산화물 광학 결정으로서 KTP, KDP 결정의 약점을 극복하며, 또한 매우 높은 SHG, THG 효율을 가지는 점에서, 금후의 파장 변환 기술의 중심 핵을 이루는 광학 결정이다.
그런데, 이 결정을 단일 결정 박막화하고, 특히 광 정보 처리 분야에 응용하고자 하는 수요는 높지만, 이 결정의 결정 구조가 매우 복잡하기 때문에 종래에는 성공하지 못하였다.
도 6은 ReCa4O(BO3)3(식 중에서, Re는 희토류 원소 중 하나 또는 복수)의 결정 구조를 도시한 도면이다. 도 6의 (A)는 이 결정을 원자 모델로 나타낸 b축 방향에서 본 모식도이며, 도 6의 (B)는 c축 방향에서 본 모식도이다. 또한, 도 6의 (C)는 기본 단위 격자를 나타내는 것으로, 이 결정은 점군 m, 공간군 Cm에 속하는 단사 결정 2축성 결정이며, 격자 상수는 Re의 종류 및 양에 따라서도 다르지만, 대략 a∼8.09Å, b∼16.01Å, c∼3.56Å이다.
이와 같이, 이 결정은 기본 단위 격자를 구성하는 원자수가 매우 많고, 매우 큰 격자 상수를 가지며, 또한 복잡한 구조를 가지고 있다.
도 7은 STO(티탄산스트론튬) 단일 결정 기판, 및 Al2O3(알루미나) 단일 결정 기판을 이용하여, ReCa4O(BO3)3(Re = Gd, Y)를 레이저 삭마법에 의해 에피택셜 성장시킨 박막의 X선 회절 측정 결과이다. 이 회절 패턴으로부터 명확한 바와 같이, 에피택셜 성장된 ReCa4O(BO3)3박막은 얻을 수 없다.
ReCa4O(BO3)3는 매우 복잡한 결정 구조를 가지므로, 단일 결정의 에피택셜막을 성장시키기 위해서는, 결정 구조가 유사한 것, 및 기판 표면의 평탄성이 원자 수준의 초평탄성을 가지는 것이 요구된다. 종래 기술으로는 이러한 평탄화는 곤란하여 단일 결정 박막은 얻을 수 없다.
이와 같이, 종래 기술로는 ReCa4O(BO3)3의 결정 구조가 매우 복잡하기 때문, 단일 결정 박막을 얻을 수 없고, ReCa4O(BO3)3의 우수한 비선형 광학 특성을 박막 구조로 이용할 수 없었다.
또한, SHG, THG을 행할 때에는 광학 결정의 광 입사면 및 광 출사면을 적어도 광파장 정도 이하의 평탄도로 하지 않으면, SHG, THG가 효율적으로 행해지지 않는다. 종래는, 적어도 파장 정도 이하의 연마제를 사용하여 이들 면을 연마하였으나, 연마제의 입경 정도의 요철 및 미세한 크랙 등의 발생을 피할 수 없고, 특히 고에너지 양자가 출사하는 출사면에서는 출사면의 일부가 파손되거나, 여러 가지광학 손상이 발생하고 있었다. 이러한 현상을 방지하기 위해서는, 광학 결정의 광 입출사면의 구조적 완전성이 요구되지만, 연마법에 의한 종래 기술로는 한계가 있다.
또한, 광학 결정의 품질을 평가하는 경우에, 광학 결정의 결함 부분을 선택적으로 에칭함으로써 생기는 H 피트의 수를 세어 품질을 평가하는 방법이 있다. 그러나, ReCa4O(BO3)3결정과 같이, 산에도 알칼리에도 에칭되지 않는 산화물 결정의 경우에는 이와 같은 수단에 의해서 품질을 평가할 수 없어, 품질 평가 수단이 없다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여, 산 및 알칼리에 불용성인 산화물 결정의 표면을 초평탄화하는 방법을 제공하는 것을 제1의 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 방법을 이용한 ReCa4O(BO3)3계 산화물 단일 결정 박막의 제조 방법, 및 ReCa4O(BO3)3계 산화물 단일 결정 박막을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법을 응용한 산화물 광학 결정의 광 입출력면의 초평탄화 방법 및 산화물 결정의 결함 평가 방법을 제공함에 있다.
본 발명은 산 및 알칼리에 불용성인 산화물 결정 표면의 초평탄화 방법, 그 방법을 이용한 ReCa4O(BO3)3계 산화물 단일 결정 박막의 제조 방법, 및 ReCa4O(BO3)3계 산화물 단일 결정 박막에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 산화물 결정 표면의 초평탄화 방법을 응용한 산화물 광학 결정의 광 입출사면의 초평탄화 방법 및 산화물 결정의 결함 평가 방법에 관한 것이다.
본 발명은 이하의 상세한 설명 및 본 발명의 몇 가지 실시형태를 나타내는 첨부 도면에 의해 보다 잘 이해될 것이다. 또한, 첨부 도면에 나타낸 실시형태는 본 발명을 특정하거나 한정하고자 하는 것이 아니고, 단순히 본 발명의 설명 및 이해를 용이하게 하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명의 산화물 결정 표면의 초평탄화 방법을 GdCa4O(BO3)3(가돌리늄·칼슘·옥시보레이트)에 적용한 경우의 표면 평탄도의 측정 결과를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 산화물 결정 표면의 초평탄화 방법에 있어서의 열처리 조건과 표면 평탄도의 측정 결과를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 ReCa4O(BO3)3계 산화물 단일 결정 박막의 제조 방법에 의한 Gd1-xYxCa4O(BO3)3박막의 막 형성 중의 RHEED 측정 결과를 도시한 도면이다.
도 4는 희토류 원소의 종류별로 단일 결정 박막을 애피택셜 성장시키기 위한 최저 기판 온도를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 화학 조성식 ReCa4O(BO3)3(식 중에서, Re는 희토류 원소 중하나 또는 복수)으로 나타내어지는 산화물 단일 결정 박막의 SHG 특성의 측정 결과를 도시한 도면이다.
도 6은 ReCa4O(BO3)3(식 중에서, Re는 희토류 원소 중 하나 또는 복수)의 결정 구조를 도시한 도면이다.
도 7은 STO(티탄산스트론튬) 단일 결정 기판 및 Al2O3(알루미나) 단일 결정 기판을 이용하여 ReCa4O(BO3)3(Re = Gd, Y)를 분자선 에피택시에 따라 결정 성장시킨 박막의 X선 회절 측정 결과이다.
산화물은 산화물을 용해할 수 있는 수용액의 액성에 따라, 알칼리성 용액에 가용성인 「산성 산화물」, 산성 용액에 가용성인 「염기성 산화물」, 그리고 산에도 알칼리에도 가용성인 「양성 산화물」의 3종류로 나누어진다. 이온 결합성이강한 산화물은 염기성 산화물이며, 대개는 염산, 질산, 황산 등의 산에 가용성이다. 그러나, 조성과 구조가 복잡한 산화물로는, 산에도 알칼리에도, 나아가 플루오르화수소산 등에도 불용성인 화학적으로 매우 안정된 산화물의 결정이 존재한다.
이러한 산화물의 경우는, 아래와 같이 용해시킬 수 있다. 즉, 산화물은 금속이 산화되어 있는 상태이기 때문에, 환원될 수 있으므로, 이 산화물을 먼저 옥살산이나 티오황산나트륨 수용액 등의 환원제를 이용하여 환원시켜 분해하고, 물의 산소와 결합한 단순한 산화물로 변환시킨다.
이렇게 하여 일단 단순한 산화물로 만들어 주면, 비교적 산 또는 알칼리 수용액에 용해되기 쉬워지므로, 변환된 단순한 산화물을 보통의 염산, 질산, 또는 황산 등으로 용해시켜 제거함으로써, 산화물 결정의 표면을 용해시킬 수 있다.
용해된 표면은 댕글링 본드가 노출된 상태로 되고, 대기 중에서 적절한 온도로 적절한 시간 동안 열처리함으로써, 표면의 자유 에너지가 최소가 되도록 표면 원자가 재배열되어 원자 수준의 초평탄화가 발생한다.
본 발명의 산화물 결정 표면의 초평탄화 방법은, 산 및 알칼리에 불용성인 산화물 결정의 표면을 환원제로 환원시키는 공정; 환원된 산화물 결정 표면을 산 또는 알칼리 수용액으로 용해시키는 공정; 및 표면을 용해한 산화물 결정을 대기 중에서 열처리하는 공정을 포함하는 공정에 의해서 산 및 알칼리에 불용성인 산화물 결정의 표면을 원자 수준으로 초평탄화하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 따르면, 조성과 구조가 복잡한 산화물이기 때문에 산에도 알칼리에도, 나아가 플루오르화수소산 등에도 불용성인 화학적으로 매우 안정된 산화물을환원시킴으로써 단순한 산화물로 변환시키므로, 보통의 염산, 질산, 또는 황산 등으로 용해할 수 있게 된다. 이렇게 하여 용해된 표면을 대기 중에서 적절한 온도로 적절한 시간 동안 열처리하기 때문에, 표면 원자가 재배열하여, 원자 수준의 초평탄화가 발생한다.
본 발명의 ReCa4O(BO3)3계 산화물 단일 결정 박막의 제조 방법은, 화학 조성식 ReCa4O(BO3)3(식 중에서, Re는 희토류 원소 중 하나 또는 복수)으로 나타내어지는 산화물 단일 결정의 표면을 환원제로 환원시키는 공정; 환원된 산화물 결정 표면을 산 또는 알칼리 수용액으로 용해시키는 공정; 표면을 용해한 산화물 결정을 대기 중에서 열처리하여 표면을 초평탄화하는 공정; 및 상기 공정에 의해서 초평탄화된 단일 결정 표면에 ReCa4O(BO3)3박막을 에피택셜 성장시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 따르면, 매우 복잡한 조성과 구조를 가지는 ReCa4O(BO3)3계 산화물 단일 결정의 표면이 원자 수준으로 초평탄화되기 때문에, 이 표면 상에 ReCa4O(BO3)3박막을 에피택셜 성장시키면, 단일 결정의 ReCa4O(BO3)3박막이 얻어진다.
또한, 본 발명의 화학 조성식 ReCa4O(BO3)3(식 중에서, Re는 희토류 원소 중 하나 또는 복수)으로 나타내어지는 산화물 단일 결정 박막은, 화학 조성식 ReCa4O(BO3)3(식 중에서, Re는 희토류 원소 중 하나 또는 복수)으로 나타내어지는 산화물 단일 결정의 표면을 초평탄화하고, 초평탄화된 단일 결정의 표면에 화학 조성식 ReCa4O(원소 중 하나)의 박막을 에피택셜 성장시킨 박막인 것을 특징으로 한다.
또한, 이 결정 박막은 화학 조성식 ReCa4O(BO3)3(식 중에서, Re는 희토류 원소 중 하나 또는 복수)으로 나타내어지고, 점군 m 및 공간군 Cm에 속하는 단사 결정 2축성 결정 구조를 가지는 단일 결정 박막인 것을 특징으로 한다.
또한, 이 에피택셜 성장된 박막은 단일 결정 박막이기 때문에, 비선형 광학 특성을 가지며, SHG, THG 특성이 얻어진다.
또한, 본 발명의 산화물 광학 결정의 광 입출사면 초평탄화 방법은, 산 및 알칼리에 불용성인 산화물 광학 결정의 광 입사면 및 광 출사면을 환원제로 환원시키는 공정; 환원된 산화물 광학 결정의 광 입사면 및 광 출사면을 산 또는 알칼리 수용액으로 용해시키는 공정; 및 산 또는 알칼리 수용액으로 용해된 산화물 광학 결정을 대기 중에서 열처리하여 이 광 입사면 및 광 출사면을 초평탄화하는 공정을 포함하는 공정에 의하여 산화물 광학 결정의 광 입사면 및 광 출사면을 초평탄화하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 따르면, 산화물 광학 결정의 광 입사면 및 광 출사면이 원자 수준로 초평탄화되므로, SHG, THG 등의 고조파 발생에 있어서 광 입출사면의 파괴나, 광학 손상이 발생하지 않게 된다.
또한, 본 발명의 결정 결함의 평가 방법은, 산 및 알칼리에 불용성인 산화물 결정의 표면을 환원제로 환원시키는 공정; 및 환원된 산화물 결정 표면의 결함을,결함을 선택적으로 에칭하는 에칭액으로 용해시키는 공정을 포함하는 공정에 의하여 산화물 결정의 H 피트를 형성시켜 결정의 결함을 평가하는 것을 특징으로 하고 있다. 이 구성에 따르면, 종래에는 결정의 품질 평가가 어려웠던 산 및 알칼리에 불용성인 산화물 결정의 품질 평가가 가능해진다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시형태에 의해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명의 산화물 결정 표면의 초평탄화 방법을 실시예를 이용하여 설명한다. GdCa4O(BO3)3(가돌리늄·칼슘·옥시보레이트) 결정은 산 및 알칼리에 불용성인 산화물 결정이며, 그 결정 구조는 도 5에 나타낸 구조와 동일하다.
GdCa4O(BO3)3벌크 단일 결정을 이하의 공정으로 초평탄화하였다.
(1) 환원제인 옥살산 수용액(0.5 mol/ℓ)에 10∼30초간 담가 단순한 산화물로 변환시킨다.
(2) 순수로 초음파 세정(3분간)을 실시한다.
(3) 환원된 단순한 산화물을 용해시키는 산인 염산 수용액(5×10-4mo1/cm3)에 10∼3O초간 담가 용해시킨다.
(4) 순수로 초음파 세정(3분간)을 실시한다.
(5) 전기로 속에서 대기 중 1000℃ 하에 10시간의 열처리를 실시하여 초평탄화한다. 상기 공정에서 초평탄화된 GdCa4O(BO3)3결정의 표면을 원자간력 현미경(AFM)으로 평탄도를 측정하였다.
도 1은 본 발명의 산화물 결정 표면의 초평탄화 방법을 GdCa4O(BO3)3에 적용한 경우의 표면 평탄도의 측정 결과를 도시한 도면이다.
도 1의 (A)는 본 발명의 산화물 결정 표면의 초평탄화 방법을 실시하기 전의 단계, 즉 기판 연마 후의 GdCa4O(BO3)3벌크 결정의 (010)면의 AFM상이며, 도 1의 (B)는 도 1의 (A) 중의 수평선에 따른 방향의 표면의 요철을 측정한 결과를 나타내고 있다.
이들 도면으로부터 명확한 바와 같이, 연마 흔적이 존재하여, 원자 수준의 평탄성을 얻을 수 없는 것을 알 수 있다.
도 1의 (C)는 상기 공정의 (1)∼(5)까지를 행한 단계의 GdCa4O(BO3)3벌크 결정의 (010)면의 AFM상이며, 도1의 (D)는 도 1의 (C) 중의 수평선에 따른 방향의 표면의 요철을 측정한 결과를 나타내고 있다.
이 도면으로부터 명확한 바와 같이, GdCa4O(BO3)3벌크 결정의 표면은 원자 수준으로 평탄한 (010)면이 b축 방향으로 동일한 스텝(약 8Å: b축 방향의 격자 상수의 약 절반에 상당함)으로 계단형으로 연속해 구성되어 있는 것을 알 수 있다.
도 2는 상기 공정(5)의 열처리 조건과 표면의 요철과의 관계를 측정한 결과를 도시한 도면이다. 왼쪽의 종축은 표면 조도를 나타내고, 오른쪽의 종축은 최대 고저 차이를 나타내고, 횡축은 열처리 온도를 나타낸다. 이 도면으로부터 명확한 바와 같이, 적절한 열처리 조건을 선택함으로써 5Å 이하의 초평탄한, 즉 원자 수준으로 평탄한 표면이 얻어지는 것을 알 수 있다.
다음에, 본 발명의 ReCa4O(BO3)3계 산화물 단일 결정 박막의 제조 방법 및 이 방법을 이용해 제작한 ReCa4O(BO3)3계 산화물 단일 결정 박막을 실시예를 이용하여 설명한다.
(1) 에피택셜 성장 기판은 상기에 설명한 본 발명의 산화물 단일 결정 표면의 초평탄화 공정 (1)∼(5)을 이용하여 원자 수준으로 초평탄화한 GdCa4O(BO3)3(010)면을 사용하였다.
(2) 막 형성에는, 레이저 삭마 MBE 장치를 이용하였다. 기판 온도는 500∼700℃, 레이저 에너지는 약 5J/cm2, 레이저 반복 주파수는 1∼20Hz, 산소 분압은 약 1×10-6, 및 기판 표적간 거리는 약 5cm이고, 표적에는 Gd1-xYxCa4O(BO3)3단일 결정을 이용하였다.
막 형성 중의 RHEED(고에너지 반사 전자선 회절) 측정 결과에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 ReCa4O(BO3)3계 산화물 단일 결정 박막의 제조 방법에 의한 Gd1-xYxCa4O(BO3)3박막의 막 형성 중의 RHEED 측정 결과를 도시한 도면이다.
도 3의 (A)는 막 형성 중의 RHEED 강도 진동을 나타내고 있다. 도면에서, 횡축은 막 형성 개시 시점을 원점으로 한 시간 축이며, 종축은 RHEED 강도를 나타내고 있다. 사선·해칭 부분은 막 형성 중의 영역이며, 사선·해칭 부분 중에 나타낸 주파수는 레이저 반복 주파수를 나타내고 있다. 흰색 부분은 막 형성 조건의 변경을 위한 준비 기간으로, 막을 형성하지 않고 있는 영역이다. 도 3의 (A) 중의 그래프는 RHEED 진동의 일부를 확대한 도면이고, 이 진동은 레이저빔의 ON/OFF에 의한 것이다. 도 3(A)의 RHEED 강도 진동파형의 포락선의 형상으로부터 명확한 바와 같이, 이 에피택셜 박막은 1분자층마다 성장하고 있는 것을 알 수 있다.
도 3의 (B)는 RHEED 회절 패턴을 나타내고 있다. 도면으로부터 명확한 바와 같이 이 에피택셜 박막은 단일 결정인 것을 알 수 있다.
마찬가지로, 표적의 조성의 희토류 자리(Re)를 다른 희토류 원소(La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu)로 치환한 표적을 제작하고, 이 표적을 이용하여, 원자 수준으로 초평탄화된 GdCa4O(BO3)3(010)면 상에 에피택셜 성장시켜, 상기 RHEED 회절 패턴 측정을 통해 모든 희토류 원소에서 단일 결정 에피택셜 박막이 얻어지는 것을 확인하였다.
도 4는 희토류 원소의 종류별로 단일 결정 박막을 에피택셜 성장시키기 위한 최저 기판 온도를 도시한 도면이다. 도면에서, 횡축은 희토류 원소의 이온 반경을나타내고, 종축은 기판 온도를 나타낸다.
도면으로부터 명확한 바와 같이, 희토류 원소의 종류에 따라 단일 결정 박막을 에피택셜 성장시키기 위한 최저 기판 온도가 다르지만, 이 기판 온도 이상이면 희토류 원소의 종류에 의존하지 않고, ReCa4O(BO3)3계 산화물 단일 결정 박막이 얻어진다.
다음에, 상기 본 발명의 ReCa4O(BO3)3계 산화물 단일 결정 박막의 제조 방법에 따라 제작한 상기 Gd1-xYxCa4O(BO3)3박막의 SHG 특성에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 화학 조성식 ReCa4O(BO3)3(식 중에서, Re는 희토류 원소 중 하나 또는 복수)으로 나타내어지는 산화물 결정 박막의 SHG 특성의 측정 결과를 도시한 도면이다.
도 5의 (A)는 SHG 특성을 측정하기 위한 광학 시스템을 나타내고 있다.
도면에서, Nd:YAG 레이저인 광원(1)으로부터의 1.06㎛의 레이저광(2)은 애퍼처(3)를 통하여 반파장판(4)에 수직으로 입사하여, 회전 구동부(5)에 의한 광축에 대해 수직면 내에서의 반파장판(4)의 회전에 따라 레이저광(2)의 편광 방향이 소정의 각도로 설정된다. 편광 방향이 소정의 각도로 설정된 광빔(2)은 Gd1-xYxCa4O(BO3)3박막(6)의 표면에 수직으로 입사하여, Gd1-xYxCa4O(BO3)3박막(6)에서 SHG 광(7)이 생성된다. SHG 광(7) 및 기본파인 레이저광(2)은 미러(8)를 통해 프리즘(9)과 기본파 성분을 절단하는 ND 필터(l0)에 따라 SHG 광(7)만이 포토디텍터(11)로 입사하여 강도가 측정된다.
도 5의 (B)는 Gd1-xYxCa4O(BO3)3박막(6)에서 생성되는 SHG 광의 강도를 편광 방향의 회전각(편광 회전각)의 함수로서 측정한 것이다. 도면에서, 횡축은 Gd1-xYxCa4O(BO3)3박막(6)으로 입사하는 레이저광(2)의 편광 회전각(°)을 나타내고, 종축은 임의의 눈금으로 나타낸 SHG 광(7)의 측정 강도(●)와 기본파(레이저광(2))의 강도로 정규화한 SHG 광(7)의 강도(○)를 나타내고 있다.
도 5(B)로부터 명확한 바와 같이, Gd1-xYxCa4O(BO3)3박막(6)에서 발생되는 SHG 광은 편광 회전각 360°, 즉 1회전 내에 4개의 생성 피크를 가지고 있다. 이 4개의 생성 피크는 기본파와 SHG 광과의 위상 정합이 충족되는 편광 방향에 대응하고 있다. 벌크 Gd1-xYxCa4O(BO3)3단일 결정의 (010)면에 기본파를 수직으로 입사한 경우의 SHG 광에 있어서도 마찬가지로 1회전 내에 4개의 생성 피크를 가지고 있다.
이러한 점에서, 본 발명의 Gd1-xYxCa4O(BO3)3에피택셜 박막은 벌크 Gd1-xYxCa4O(BO3)3단일 결정과 동일한 결정 구조를 가지는 단일 결정 박막인 것을 알 수 있다. 또한, 기판의 GdCa4O(BO3)3결정은 상기 입사 각도에서는 SHG 광을 발생하지 않는 것이 확인되었다.
본 발명의 산화물 결정 표면의 초평탄화 방법을 이용하면, 산 및 알칼리에 불용성인 산화물 결정의 표면을 원자 수준으로 초평탄화할 수 있다.
또한, 본 발명의 ReCa4O(BO3)3계 산화물 단일 결정 박막의 제조 방법을 이용하면, BeCa4O(BO3)3계 산화물 단일 결정 박막을 제작할 수 있다.
또한, 본 발명의 ReCa4O(BO3)3계 산화물 단일 결정 박막은 비선형 광학 특성을 가지며, 고효율로 SHG, THG 광을 발생할 수 있다.
그리고, 본 발명의 광 입출사면의 초평탄화 방법을 이용하면, 광 입출사면이 원자 수준으로 초평탄화되기 때문에, 광 입출사면의 파괴 및 각종 광학 손상이 발생하지 않는다.
또한, 본 발명의 결정 결함 평가 방법을 이용하면, 산 및 알칼리에 불용성인 산화물 결정의 품질 평가가 가능하다.
이러한 본 발명은 자외 레이저광을 필요로 하는 분야, 특히 광 정보 처리, 광통신 등에 응용되는 광 디바이스의 핵심 기술로서 적용 가능하다.

Claims (7)

  1. 산 및 알칼리에 불용성인 산화물 결정의 표면을 환원제로 환원시키는 공정;
    환원된 상기 산화물 결정의 표면을 산 또는 알칼리 수용액으로 용해시키는 공정; 및
    상기 표면을 용해한 산화물 결정을 대기 중에서 열처리하는 공정
    을 포함하는 공정에 의하여 상기 산 및 알칼리에 불용성인 산화물 결정의 표면을 원자 수준으로 평탄화하는 것을 특징으로 하는 산화물 결정 표면의 초평탄화 방법.
  2. 화학 조성식 ReCa4O(BO3)3(식 중에서, Re는 희토류 원소 중 하나 또는 복수)으로 나타내어지는 산화물 단일 결정의 표면을 환원제로 환원시키는 공정;
    환원된 상기 산화물 단일 결정의 표면을 산 또는 알칼리 수용액으로 용해시키는 공정;
    상기 표면을 용해한 산화물 단일 결정을 대기 중에서 열처리하여 상기 표면을 초평탄화하는 공정; 및
    초평탄화된 상기 표면에 ReCa4O(BO3)3박막을 에피택셜 성장시키는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 ReCa4O(BO3)3계 산화물 단일 결정 박막의 제조 방법.
  3. 화학 조성식 ReCa4O(BO3)3(식 중에서, Re는 희토류 원소 중 하나 또는 복수)으로 나타내어지는 산화물 단일 결정의 표면을 초평탄화하여, 초평탄화된 표면에서 에피택셜 성장시키 것을 특징으로 하는 화학 조성식 ReCa4O(BO3)3(식 중에서, Re는 희토류 원소 중 하나 또는 복수)으로 나타내어지는 산화물 단일 결정 박막.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 화학 조성식 ReCa4O(BO3)3(식 중에서, Re는 희토류 원소 중 하나 또는 복수)으로 나타내어지는 산화물 단일 결정 박막이 점군 m 및 공간군 Cm에 속하는 단사 결정 2축성 결정 구조를 가지는 단일 결정 박막인 것을 특징으로 하는 산화물 단일 결정 박막.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 화학 조성식 ReCa4O(BO3)3(식 중에서, Re는 희토류 원소 중 하나 또는 복수)으로 나타내어지는 산화물 단일 결정 박막이 비선형 광학 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 산화물 결정 박막.
  6. 산 및 알칼리에 불용성인 산화물 광학 결정의 광 입사면 및 광 출사면을 환원제로 환원시키는 공정;
    환원된 상기 산화물 광학 결정의 광 입사면 및 광 출사면을 산 또는 알칼리 수용액으로 용해시키는 공정, 및
    상기 산 또는 알칼리 수용액으로 용해시킨 산화물 광학 결정을 대기 중에서 열처리하여 상기 광 입사면 및 광 출사면을 초평탄화하는 공정
    을 포함하는 공정에 의하여 산화물 광학 결정의 광 입사면 및 광 출사면을 초평탄화하는 것을 특징으로 하는 광 입출사면의 초평탄화 방법.
  7. 산 및 알칼리에 불용성인 산화물 결정의 표면을 환원제로 환원시키는 공정; 및
    환원된 상기 산화물 결정 표면의 결함을, 결함을 선택적으로 에칭하는 에칭액으로 용해시키는 공정
    을 포함하는 공정에 의하여 산화물 결정의 H 피트를 형성하여 결정의 결함을 평가하는 것을 특징으로 하는 결정 결함의 평가 방법.
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