JP3131741B2 - Method for producing lithium niobate single crystal thin film - Google Patents
Method for producing lithium niobate single crystal thin filmInfo
- Publication number
- JP3131741B2 JP3131741B2 JP03116607A JP11660791A JP3131741B2 JP 3131741 B2 JP3131741 B2 JP 3131741B2 JP 03116607 A JP03116607 A JP 03116607A JP 11660791 A JP11660791 A JP 11660791A JP 3131741 B2 JP3131741 B2 JP 3131741B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- single crystal
- thin film
- lithium niobate
- mol
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜導波路型第2高調
波発生素子を始めとして、各種光学材料に好適な膜厚の
ニオブ酸リチウム単結晶薄膜に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium niobate single crystal thin film having a film thickness suitable for various optical materials including a thin film waveguide type second harmonic generation element.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年の光応用技術の進展に伴って、レー
ザ光源の短波長化が要求されている。 これは、短波長
化により、記録密度、感光感度を向上させることができ
るためであり、光ディスク、レーザプリンタ等の光学機
器分野への応用が考えられる。2. Description of the Related Art Along with the recent development of optical application technology, a shorter wavelength of a laser light source is required. This is because recording density and photosensitivity can be improved by shortening the wavelength, and application to optical devices such as optical disks and laser printers can be considered.
【0003】このため、入射するレーザ光の波長を1/
2に変換できる第2高調波発生(SHG)素子の研究が
行なわれてきた。For this reason, the wavelength of the incident laser light is reduced to 1 /
Research has been conducted on second harmonic generation (SHG) devices that can be converted to 2.
【0004】かかる第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
器が必要であるのに対して、半導体レーザは、直接変調
が可能であること、安価であることなどのために、ガス
レーザに代えて半導体レーザが主として用いられるよう
になってきた。このため、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S
HG素子が必要となってきた。As the second harmonic generation (SHG) element, a bulk single crystal of a nonlinear optical crystal has conventionally been used using a high-output gas laser as a light source. However, there is a strong demand for miniaturizing devices such as optical disk devices and laser printers, and gas lasers require an external modulator for light modulation, whereas semiconductor lasers can directly modulate. Semiconductor lasers have been mainly used instead of gas lasers because of their low cost and low cost. For this reason, it is necessary to obtain high conversion efficiency with a low light source output of several mW to several tens of mW.
HG elements have become necessary.
【0005】このような薄膜導波路型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単結晶バ
ルクにTi等を拡散させることにより、屈折率を変化さ
せた層を導波路としたものや、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が、何れ
も結晶性に優れたニオブ酸リチウム薄膜を得ることが困
難で、高い変換効率を得ることができなかった。[0005] As such a nonlinear optical material for a thin film waveguide type SHG element, a waveguide in which a layer whose refractive index is changed by diffusing Ti or the like into a lithium niobate single crystal bulk has been used. It is known that a waveguide using a lithium niobate thin film formed by a high frequency sputtering method on a lithium tantalate substrate is known, but it is difficult to obtain a lithium niobate thin film having excellent crystallinity, High conversion efficiency could not be obtained.
【0006】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
れており、このため各種の液相エピタキシャル法が研究
されてきた。As a method for producing a single crystal thin film having excellent crystallinity, a liquid phase epitaxial method is considered to be suitable, and various liquid phase epitaxial methods have been studied.
【0007】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、次のような方法が知
られている。As a liquid phase epitaxial method for obtaining a lithium niobate thin film, for example, the following method is known.
【0008】(1)Applied Physics Letters, Vol. 2
6、No.1, January 1975には、タンタル酸リチウムを基
板として、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光導波路用ニオブ酸リチウム薄膜
を形成して、光を導波させた例が記載されている。(1) Applied Physics Letters, Vol. 2
6, No.1, the January 1975, lithium tantalate as the substrate, Li 2 O, the V 2 O 5 as a flux, to form a lithium niobate thin film optical waveguide by the liquid phase epitaxial growth method, guide light Examples of waving are described.
【0009】(2)特公昭51−9720号公報には、
タンタル酸リチウムを基板とし、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、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。(2) JP-B-51-9720 discloses that
A method of forming a lithium niobate thin film for an optical waveguide by a liquid phase epitaxial growth method using lithium tantalate as a substrate and Li 2 O and V 2 O 5 as a flux is described.
【0010】(3)特公昭56−47160号公報に
は、Li2O、V2O5をフラックスとして、エピタキシ
ャル成長法により基板上に、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形成す
る方法が記載されている。(3) Japanese Patent Publication No. 56-47160 discloses a single crystal thin film of a Mg-containing lithium niobate / lithium tantalate solid solution on a substrate by epitaxial growth using Li 2 O and V 2 O 5 as flux. Are described.
【0011】しかしながら、従来知られた液相エピタキ
シャル法では、結晶性に優れたニオブ酸リチウム単結晶
が、タンタル酸リチウム基板上に得られないばかりでな
く、特にSHG素子を製造するのに必要な膜厚のニオブ
酸リチウム単結晶を得ることが困難であった。However, according to the conventionally known liquid phase epitaxial method, not only a lithium niobate single crystal having excellent crystallinity cannot be obtained on a lithium tantalate substrate, but also a liquid crystal epitaxial method particularly required for manufacturing an SHG element. It was difficult to obtain a lithium niobate single crystal having a film thickness.
【0012】前記薄膜導波路型のSHG素子を製造する
のに必要な膜厚とは、即ち入射させるレーザ光と第2高
調波との位相整合を行なうため、波長λの基本波長と波
長λ/2の第2高調波との実効屈折率を一致させること
のできる膜厚のことであり、特にタンタル酸リチウム基
板上に形成させたニオブ酸リチウム薄膜を用いて、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、5μm以上の厚さのニオブ酸リチウ
ム薄膜が必要である。The film thickness required for manufacturing the thin-film waveguide type SHG element means that the fundamental wavelength of the wavelength λ and the wavelength λ / 2 is a film thickness that can make the effective refractive index equal to the second harmonic of 2. In particular, a SHG device for a semiconductor laser is manufactured using a lithium niobate thin film formed on a lithium tantalate substrate. In this case, in order to make the effective refractive indices coincide, a lithium niobate thin film having a thickness of 5 μm or more is required.
【0013】また、高出力の薄膜導波路型のSHG素子
を得るためには、基板と薄膜導波路層との屈折率の差を
大きくしなければならないが、薄膜導波層の屈折率を高
くするため種々の元素を添加すると、導波層の光学特性
が低下する可能性が有ることから、基板の屈折率を低下
させる研究が行われている。例えば、次のようなものが
ある。Further, in order to obtain a high-output thin-film waveguide type SHG element, the difference in the refractive index between the substrate and the thin-film waveguide layer must be increased. For this reason, if various elements are added, there is a possibility that the optical characteristics of the waveguide layer may be deteriorated. Therefore, studies have been made to lower the refractive index of the substrate. For example, there is the following.
【0014】(4)特公昭63−27681号公報に
は、タンタル酸リチウム単結晶基板に五酸化バナジウム
を拡散させて、3〜6μmの低屈折率の拡散層を形成
し、その上にタンタル酸リチウム単結晶エピタキシャル
成長させる技術が開示されている。(4) JP-B-63-27681 discloses that a diffusion layer having a low refractive index of 3 to 6 μm is formed by diffusing vanadium pentoxide on a lithium tantalate single crystal substrate, and tantalum acid is formed thereon. A technology for epitaxially growing lithium single crystal has been disclosed.
【0015】(5)特公昭60−34722号公報に
は、酸化マグネシウム及び五酸化バナジウムを同時にタ
ンタル酸リチウム単結晶基板に添加し、タンタル酸リチ
ウム単結晶層をエピタキシャル成長させる技術が開示さ
れている。(5) JP-B-60-34722 discloses a technique in which magnesium oxide and vanadium pentoxide are simultaneously added to a lithium tantalate single crystal substrate to epitaxially grow a lithium tantalate single crystal layer.
【0016】しかしながら、これらの技術では、薄膜導
波層としてタンタル酸リチウムを用いており、ニオブ酸
リチウムに比べて非線形光学効果が劣る。また薄膜導波
層であるタンタル酸リチウムの格子定数を変えることが
出来ないため、基板の格子定数が変化しない範囲で、酸
化マグネシウムや五酸化バナジウムを添加する必要があ
り、添加量に限界があった。さらに上記技術では、基板
側の屈折率を必ず低下させねばならず、屈折率の可変範
囲が限られていた。However, in these techniques, lithium tantalate is used as the thin film waveguide layer, and the nonlinear optical effect is inferior to lithium niobate. In addition, since the lattice constant of lithium tantalate, which is a thin film waveguide layer, cannot be changed, it is necessary to add magnesium oxide or vanadium pentoxide as long as the lattice constant of the substrate does not change. Was. Further, in the above technique, the refractive index on the substrate side must be reduced, and the variable range of the refractive index is limited.
【0017】以上のように、これまでは、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、基板との屈折率差が大きく、光
学特性の優れたニオブ酸リチウム単結晶を実用的に製造
する方法はなかった。As described above, heretofore, niobium having a large refractive index difference from the substrate and having excellent optical characteristics has a film thickness necessary for producing an optical device such as an SHG element on a lithium tantalate substrate. There was no method for practically producing lithium oxide single crystals.
【0018】そこで、本発明者等は、先に、このような
問題点を解決するために種々研究した結果、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を格子整
合させることにより、SHGデバイスなどの光学デバイ
スを作成するために必要充分な膜厚を有し、且つ光損傷
(強い光を照射すると結晶の屈折率が変化すること)及び
光伝搬損失が極めて小さいなど、光学特性が極めて優れ
たニオブ酸リチウム単結晶薄膜を実用的に得ることがで
きることを新規に知見し、先に提案した。(特願平1−
242285)The inventors of the present invention have conducted various studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, have found that a SHG device is obtained by lattice-matching a lithium tantalate substrate and a lithium niobate single crystal thin film. Have sufficient film thickness necessary to make optical devices such as
Newly found that a lithium niobate single crystal thin film with extremely excellent optical properties, such as (the refractive index of the crystal changes when irradiated with strong light) and light propagation loss is extremely small, can be obtained practically, Proposed earlier. (Japanese Patent Application No. 1-
242285)
【0019】[0019]
【発明が解決しようとする課題】そして、更に研究を行
ったところ、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜をLi2O,
V2O5,Nb2O5の特定の組成よりなる溶融液より製造
することにより効率良く良好な製品が得られることを見
出し、本発明を完成するに到った。As a result of further research, a single crystal thin film of lithium niobate was made of Li 2 O,
The present inventors have found that a good product can be obtained efficiently by manufacturing from a melt having a specific composition of V 2 O 5 and Nb 2 O 5 , and have completed the present invention.
【0020】[0020]
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、Li2
O,V2O5及びNb2O5の組成範囲がLi2O−V2O5
−Nb2O3の3成分系の三角図においてA(88.9
0,2.22,8.88),B(55.00,43.0
0,2.00),C(46.50,51.50,2.0
0)及びD(37.50,5.00,57.50)の4
組成点で囲まれる領域で示され、且つ、該組成に得られ
るニオブ酸リチウム単結晶の格子定数を大きくする作用
を有する元素を添加した溶融液に、少なくともその表面
の一部に異種元素が添加されているタンタル酸リチウム
基板を接触させ、該基板上に該基板と格子整合されたニ
オブ酸リチウム単結晶薄膜を製造す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である。The gist of the present invention is that Li 2
O, the composition range of V 2 O 5 and Nb 2 O 5 is Li 2 O-V 2 O 5
In the triangular diagram of the three-component system of -Nb 2 O 3 , A (88.9
0, 2.22, 8.88), B (55.00, 43.0).
0, 2.00), C (46.50, 51.50, 2.0
0) and D (37.50, 5.00, 57.50)
A heterogeneous element is added to at least a part of the surface of a melt containing an element indicated by a region surrounded by a composition point and having an effect of increasing the lattice constant of a lithium niobate single crystal obtained in the composition. A lithium niobate single crystal thin film lattice-matched to the substrate by contacting the lithium tantalate substrate thus prepared.
【0021】そして、ニオブ酸リチウム単結晶の格子定
数を大きくする作用を有する異種元素としてはNa或は
Mgが好ましい。すなわち、本発明では、異種元素含有
タンタル酸リチウム基板上に形成されるニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜は、図1に示したLi2O−V2O5−Nb2
O3の3成分系におけるA,B,C,Dの4点で囲まれ
た組成よりなる溶融液より形成されたものである。As the different element having the function of increasing the lattice constant of the lithium niobate single crystal, Na or Mg is preferable. That is, in the present invention, the lithium niobate single crystal thin film formed on the hetero element-containing lithium tantalate substrate has the Li 2 O—V 2 O 5 —Nb 2 shown in FIG.
It is formed from a melt having a composition surrounded by four points A, B, C, and D in a three-component system of O 3 .
【0022】本発明のニオブ酸リチウム単結晶薄膜は、
異種元素含有タンタル酸リチウム基板上に形成され、該
タンタル酸リチウム基板と格子整合されてなることが必
要である。この理由は、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜と
該タンタル酸リチウム基板と格子整合されることにより
極めて優れた光学的特性を有するニオブ酸リチウム単結
晶薄膜が、従来技術では得られない厚い膜厚で形成され
るからである。また、形成されたニオブ酸リチウム単結
晶薄膜が極めて優れた光学特性を有する理由は、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とが格
子整合されることにより基板と一体化し、格子の歪や結
晶の欠陥などが極めて少なく結晶性に優れ、且つマイク
ロクラックなどのない高品質の膜であるからである。The lithium niobate single crystal thin film of the present invention
It must be formed on a different element-containing lithium tantalate substrate and lattice-matched to the lithium tantalate substrate. The reason is that a lithium niobate single crystal thin film and a lithium niobate single crystal thin film having extremely excellent optical characteristics due to lattice matching with the lithium tantalate substrate are formed with a thick film thickness which cannot be obtained by the prior art. Because it is done. In addition, the reason that the formed lithium niobate single crystal thin film has extremely excellent optical characteristics is that the lithium niobate single crystal thin film and the lithium tantalate substrate are lattice-matched to be integrated with the substrate, resulting in lattice distortion and distortion. This is because the film is a high-quality film having very few crystal defects, excellent crystallinity, and no microcracks.
【0023】従来技術においては、基板との格子整合が
とれた薄膜を作製することができなかったため、薄膜の
結晶性が悪く、又、薄膜中にはマイクロクラックの発生
が見られた。そのため、基板材料表面及び薄膜表面を研
磨或いは化学エッチング等により平滑にするか、或いは
不純物混入割合の少ない高純度原料を使用することによ
って、基板界面及び薄膜表面における散乱損失、及び不
純物混入による吸収損失をある程度低減させても、結晶
粒界での吸収・散乱損失或いはマイクロクラックによる
散乱損失が極めて大きいため、光学的用途に使用できる
ものではなかった。In the prior art, since a thin film having lattice matching with the substrate could not be produced, the crystallinity of the thin film was poor, and microcracks were observed in the thin film. Therefore, scattering loss at the substrate interface and the thin film surface, and absorption loss due to the impurity mixing can be achieved by smoothing the substrate material surface and the thin film surface by polishing or chemical etching, or by using a high-purity raw material with a small impurity mixing ratio. Even if is reduced to some extent, the absorption / scattering loss at the crystal grain boundaries or the scattering loss due to microcracks is extremely large, and thus cannot be used for optical applications.
【0024】本発明において、ニオブ酸リチウム単結晶
薄膜と異種元素含有タンタル酸リチウム基板を格子整合
させる手段は特に限定されるものではないが、ナトリウ
ム又はマグネシウム或は両者の混合物をニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜中に含有させることが有利である。In the present invention, the means for lattice-matching the lithium niobate single crystal thin film and the lithium tantalate substrate containing a different element is not particularly limited, but sodium or magnesium or a mixture of both is used for the lithium niobate single crystal. It is advantageous to include it in the thin film.
【0025】この理由は、ナトリウムとマグネシウムの
イオン又は原子はニオブ酸リチウムの結晶格子に対する
置換、或いはドープにより、ニオブ酸リチウムの格子定
数(a軸)を大きくする効果を有するため、ナトリウムと
マグネシウムの組成を調整することにより、容易に前記
タンタル酸リチウム基板とニオブ酸リチウム単結晶との
格子整合を得ることができ、さらに、ナトリウムやマグ
ネシウムは光学特性を何ら損なうことがないだけでな
く、マグネシウムはについては光学損傷を防止するとい
う重要な効果をも有するからである。This is because sodium or magnesium ions or atoms have an effect of increasing the lattice constant (a-axis) of lithium niobate by substitution or doping with respect to the crystal lattice of lithium niobate. By adjusting the composition, it is possible to easily obtain lattice matching between the lithium tantalate substrate and the lithium niobate single crystal.Furthermore, sodium and magnesium not only do not impair optical characteristics at all, but magnesium This has the important effect of preventing optical damage.
【0026】また、前記ナトリウム、マグネシウムを含
有させる場合、その含有量は、それぞれニオブ酸リチウ
ム単結晶に対して、ナトリウムの量は0.1〜14.3
モル%、マグネシウムの量は0.8〜10.8モル%で
あることが望ましい。その理由は、ナトリウムの含有量
が、0.1モル%より少ない場合は、マグネシウムの添
加量の如何に関わらず、タンタル酸リチウム基板と格子
整合できる程、格子定数が大きくならず、又、14.3
モル%を越える場合は、逆に格子定数が大きくなりす
ぎ、いずれの場合もタンタル酸リチウム基板とニオブ酸
リチウム単結晶との格子整合が得られないからである。When sodium and magnesium are contained, the content is 0.1 to 14.3 with respect to the lithium niobate single crystal, respectively.
It is desirable that the amount of magnesium and the amount of magnesium be 0.8 to 10.8 mol%. The reason is that when the content of sodium is less than 0.1 mol%, the lattice constant does not become large enough to be lattice-matched with the lithium tantalate substrate regardless of the amount of magnesium added. .3
On the other hand, if it exceeds mol%, the lattice constant becomes too large, and in either case, the lattice matching between the lithium tantalate substrate and the lithium niobate single crystal cannot be obtained.
【0027】又、マグネシウムの含有量が、0.8モル
%より少ない場合は、光損傷を防止する効果が不充分で
あり、10.8モル%を越える場合は、ニオブ酸マグネ
シウム系の結晶が析出してしまうため、含有させること
ができない。When the content of magnesium is less than 0.8 mol%, the effect of preventing photodamage is insufficient, and when it exceeds 10.8 mol%, magnesium niobate-based crystals are not formed. It cannot be contained because it precipitates.
【0028】ナトリウムの含有量とニオブ酸リチウムの
a軸の格子定数の関係は図4に、またマグネシウムの含
有量とニオブ酸リチウムのa軸の格子定数の関係は図5
にそれぞれ示す。FIG. 4 shows the relationship between the sodium content and the lattice constant of the a-axis of lithium niobate, and FIG. 5 shows the relationship between the magnesium content and the lattice constant of the a-axis of lithium niobate.
Are shown below.
【0029】前記ナトリウムの含有に関しては、先に述
べたように、Journal of Crystal Growth 54巻(19
81) 572頁−576頁に、ニオブ酸リチウムにナ
トリウムを添加し、液相エピタキシャル成長法により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、また、Journal of Crystal Growth 84巻(19
87)409−412頁にはニオブ酸リチウムにナトリ
ウムを添加し、液相エピタキシャル成長法により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
酸リチウム薄膜単結晶を形成した例が記載されている
が、これらの文献にはナトリウム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(Surface 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
については何ら記載されていない。また、これらの文献
に示されたニオブ酸リチウム単結晶薄膜は、SAWデバ
イス用であり、前者の文献に記載された薄膜は基板にニ
オブ酸リチウムを用いること、又後者の文献に記載の薄
膜は、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、
何れも本願の目的とする光学材料としては使用すること
ができない。Regarding the sodium content, as described above, Journal of Crystal Growth, Vol.
81) On pages 572 to 576, sodium is added to lithium niobate, and Y is added by liquid phase epitaxial growth.
An example in which a sodium-containing lithium niobate thin film single crystal having a thickness of 20 μm was formed on a -cut lithium niobate substrate was described in Journal of Crystal Growth, Vol.
87) pp. 409-412 describes an example in which sodium is added to lithium niobate, and a sodium-containing lithium niobate thin film single crystal is formed on a Y-cut lithium tantalate substrate by a liquid phase epitaxial growth method. Although these documents indicate that the lattice constant of lithium niobate single crystal changes due to sodium content, it is a technology related to SAW (Surface Acoustic Wave) device, and it is used for optical characteristics and lattice matching with lithium tantalate substrate There is no description that a film having excellent optical characteristics can be obtained. In addition, the lithium niobate single crystal thin films shown in these documents are for SAW devices, and the thin film described in the former document uses lithium niobate for the substrate, and the thin film described in the latter document is However, although the thin film and the substrate are formed on the lithium tantalate substrate, but the lattice matching between the thin film and the substrate is not made,
Neither can be used as an optical material aimed at in the present application.
【0030】また、米国特許4093781号には、リ
チウムフェライト膜を基板とし液相エピタキシャル成長
法によってリチウムフェライト膜を形成する際、リチウ
ムをナトリウムで置換し、格子定数を基板のそれに整合
させる方法が記載されている。Further, US Pat. No. 4,093,781 describes a method in which when a lithium ferrite film is used as a substrate to form a lithium ferrite film by a liquid phase epitaxial growth method, lithium is replaced by sodium and the lattice constant is matched to that of the substrate. ing.
【0031】しかし、これはリチウムフェライトに関す
る技術であり、本願発明の目的とする光学材料としては
使用することができず、いずれの技術も本発明の新規
性、進歩性を阻害するものではない。However, this is a technique relating to lithium ferrite and cannot be used as an optical material aimed at by the present invention, and none of these techniques impairs the novelty and inventive step of the present invention.
【0032】本発明において基板としてタンタル酸リチ
ウムを用いる理由は、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、更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。The reason why lithium tantalate is used as a substrate in the present invention is that the crystal system of the lithium tantalate substrate is similar to a single crystal of lithium niobate and is easy to grow epitaxially, and the lithium tantalate substrate is commercially available. Therefore, high quality products can be obtained stably.
【0033】また、本発明に用いるタンタル酸リチウム
基板の少なくとも表面の一部に、種々の異種元素が含有
されていることが必要である。異種元素とは基板を構成
する元素と異なる元素をいい、これを含有させて格子定
数や屈折率などを変化させ、基板と薄膜導波層との屈折
率の差を大きくし、また、その表面は鏡面研磨したり化
学エッチングなどにより処理してもよい。It is necessary that at least part of the surface of the lithium tantalate substrate used in the present invention contains various different elements. Dissimilar elements refer to elements that are different from the elements that make up the substrate. Inclusion of these elements changes the lattice constant, refractive index, etc., increases the difference in the refractive index between the substrate and the thin-film waveguide layer, and increases the surface area. May be processed by mirror polishing or chemical etching.
【0034】タンタル酸リチウム基板上に含有させる異
種元素としては、金属元素が好ましく、マグネシウム、
チタン、バナジウム、クロム、鉄、ニッケル、ネオジム
から選ばれる少なくとも1種が望ましい。As the different element contained on the lithium tantalate substrate, a metal element is preferable, and magnesium,
At least one selected from titanium, vanadium, chromium, iron, nickel and neodymium is desirable.
【0035】タンタル酸リチウム基板に前記異種元素を
含有させる際、異種元素は、基板全体に均一に存在して
いなくてもよい。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に異種元素を添加して導波路形成部
分の屈折率が非形成部分に比べて相対的に低いパタ-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
晶薄膜をスラブ状に形成するだけで、前記パタ-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
り、導波路形成のための加工工程を省くことができる。When the above-mentioned different element is contained in the lithium tantalate substrate, the different element may not be uniformly present on the entire substrate. In the present invention, a different element is added to a specific portion of the lithium tantalate substrate to form a pattern in which the refractive index of the waveguide forming portion is relatively lower than that of the non-forming portion, thereby forming niobium on the substrate. Only by forming the lithium oxide single crystal thin film in a slab shape, the lithium niobate single crystal thin film formed in the pattern portion becomes a waveguide, and a processing step for forming the waveguide can be omitted.
【0036】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 lowering the refractive index of the substrate at the portion where the waveguide is formed as compared with the portion where the waveguide is not formed, the refractive index of the substrate at the portion where the waveguide is formed is reduced or the refractive index of the substrate at the portion where the waveguide is not formed is increased. It is desirable.
【0037】異種元素が不均一に存在している場合、導
波路の条件にあった部分が導波路化する。When the heterogeneous elements are non-uniformly present, the portion corresponding to the waveguide conditions becomes a waveguide.
【0038】また、タンタル酸リチウム基板表面部分で
の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%The content of the different element on the surface of the lithium tantalate substrate is preferably in the following composition range. Ti; 0.2 to 30 mol% Cr; 0.02 to 20 mol% Fe; 0.02 to 20 mol% Ni; 0.02 to 20 mol% Nd; 0.02 to 10 mol% Mg; 0.1 to 20 mol% V; 0.05 to 30 mol%
【0039】上記の含有量は、 異種元素/(LiTaO3+異種元素)×100 で計算されたものである。The above content is calculated by the formula: heterogeneous element / (LiTaO 3 + heterogeneous element) × 100.
【0040】さらに好ましい範囲としては、 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% である。More preferably, 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%.
【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 if the composition ratio is higher than the above range, the crystallinity of the substrate is lowered, and if the composition ratio is lower than the above range, the refractive index does not change.
【0042】前記異種元素において、タンタル酸リチル
ム基板の屈折率を上げる作用を有するものは、Ti,C
r,Nd,Fe,Niであり、また、屈折率を下げる作
用を有するものは、Mg,Vである。これらの元素は、
タンタル酸リチウム基板に、原子、イオン、酸化物など
種々の形態で含有できる。これらの元素は、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。Among the different elements, those having the function of increasing the refractive index of the lithium tantalate substrate are Ti, C
r, Nd, Fe, and Ni, and those having an action of lowering the refractive index are Mg and V. These elements are
The lithium tantalate substrate can contain various forms such as atoms, ions and oxides. Since these elements can change only the surface refractive index without substantially changing the properties that affect the thin film formation of the substrate, such as the surface roughness, a thin film having the same properties as a normal substrate can be formed under the same conditions. Can be manufactured.
【0043】この異種元素の添加方法としては、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がある。熱
拡散、イオン交換、イオン注入法を使用した場合、異種
元素の拡散層が形成されるが、この拡散層は、1μm以
上が好ましく、拡散層の厚さが1μm未満であると、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
の割合が多くなり、基板として要求される屈折率を満足
することができず、光導波路として十分な特性が得られ
ない場合がある。Examples of the method for adding the different element include a liquid phase epitaxial growth method, a method in which the different element is previously mixed in the raw material of the lithium tantalate bulk single crystal, in addition to the thermal diffusion, ion exchange, and ion implantation methods. and so on. When a thermal diffusion, ion exchange, or ion implantation method is used, a diffusion layer of a different element is formed, and the diffusion layer is preferably 1 μm or more, and when the thickness of the diffusion layer is less than 1 μm, The proportion of the guided light that spreads to the substrate portion that is not diffused increases, and the refractive index required for the substrate cannot be satisfied, and sufficient characteristics as an optical waveguide may not be obtained.
【0044】本発明においては、ニオブ酸リチウム単結
晶薄膜の成長面として、特に、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。In the present invention, it is particularly desirable to use the (0001) plane of a lithium tantalate substrate as the growth surface of the lithium niobate single crystal thin film.
【0045】前記タンタル酸リチウム基板の(0001)
面は、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2参照)であり、前記(0001)面はa軸のみで構成
されるため、a軸の格子定数を変えるだけでニオブ酸リ
チウム単結晶薄膜と、格子整合させることができるから
である。更に、前記ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の格子
定数(a軸)は、前記タンタル酸リチウム基板の99.8
1〜100.07%であることが望ましく、99.92〜
100.03%が好適である。(0001) of the lithium tantalate substrate
The plane refers to 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 that the lithium tantalate has a hexagonal crystal structure.
This is because the (0001) plane is composed of only the a-axis, and thus can be lattice-matched to the lithium niobate single crystal thin film only by changing the lattice constant of the a-axis. Further, the lattice constant (a-axis) of the lithium niobate single crystal thin film is 99.8 of the lithium tantalate substrate.
Desirably, it is 1 to 100.07%, and 99.92 to
100.03% is preferred.
【0046】例えば、タンタル酸リチウム基板の格子定
数が、5.153Åである場合、5.150〜5.15
5Åであることが望ましい。この理由は、前記格子定数
の範囲を外れると、異種元素含有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格子定数を整合させ
難く、光学材料として使用可能な光学特性の優れたニオ
ブ酸リチウム単結晶薄膜を充分に厚く形成することがで
きないからである。For example, when the lattice constant of the lithium tantalate substrate is 5.153 °, 5.150 to 5.15
Desirably, it is 5 °. The reason is that if the lattice constant is out of the above range, it is difficult to match the lattice constants of the lithium tantalate substrate containing a different element and the lithium niobate single crystal thin film, and the lithium niobate monolithic material having excellent optical properties usable as an optical material. This is because a crystal thin film cannot be formed sufficiently thick.
【0047】又、前記ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の厚
さは、5μm以上が望ましく10μm以上が特に望まし
い。また、特に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n0、異常光屈折率ne
は、波長が0.83μmのレーザ光源(基本波長)に対し
て、それぞれ2.24≦n0≦2.40の範囲、2.0
<ne<n0 −0.01なる範囲、又、発生する第2高調
波波長(0.415μm)に対して、常光屈折率n0は基
本波長に対する常光屈折率n0よりも大きく、又異常光
屈折率neは前記基本波長に対する常光屈折率n0より小
さい範囲であることが望ましい。The thickness of the lithium niobate single crystal thin film is preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more. In particular the lithium niobate single crystal thin film of the present invention, when used as a SHG element, the ordinary refractive index n 0 of the lithium niobate single crystal thin film, extraordinary refractive index n e
Are in the range of 2.24 ≦ n 0 ≦ 2.40 and 2.0 for a laser light source (basic wavelength) having a wavelength of 0.83 μm, respectively.
<N e <n 0 -0.01 Scope, also with respect to the second harmonic wavelength generated (0.415μm), the ordinary refractive index n 0 is greater than the ordinary refractive index n 0 for the fundamental wavelength, and extraordinary refractive index n e is preferably a ordinary refractive index n 0 is less than the range for the fundamental wavelength.
【0048】本発明のニオブ酸リチウム単結晶薄膜に
は、屈折率などの光学特性を必要に応じて変化させるた
めにNd,Rh,Zn,Ni,Co,Tiなどから選ば
れる元素を含有させることもできる。The lithium niobate single crystal thin film of the present invention contains an element selected from Nd, Rh, Zn, Ni, Co, Ti and the like in order to change the optical characteristics such as the refractive index as required. Can also.
【0049】本発明のニオブ酸リチウム単結晶薄膜にて
SHG素子を作製する場合、第2高調波光の透過率が1
00%近くで基本波レ−ザ光を透過させない波長選択性
の薄膜(フィルタ−)を、光の出射端面もしくは、出射
端面に直接形成することが望ましい。この理由は、不必
要な基本波レ−ザ光を出射光から取り除き、必要な第2
高調波光のみを効率良く取り出すことができるからであ
る。また、前記波長選択性の薄膜を、直接出射端面に形
成して第2高調波光に対する反射防止条件を満たすよう
調整することにより、ニオブリチウム単結晶薄膜層と空
気との屈折率に多きな差があるために出射端面で生じて
いた反射による損失を低減でき、SHG出力を向上させ
ることができる。When an SHG device is manufactured using the lithium niobate single crystal thin film of the present invention, the transmittance of the second harmonic light is 1
It is desirable to form a wavelength-selective thin film (filter) that does not allow the fundamental laser light to pass through near 00% or directly on the light emitting end face. The reason for this is that unnecessary fundamental laser light is removed from the emitted light,
This is because only the harmonic light can be efficiently extracted. Further, by forming the wavelength-selective thin film directly on the emission end face and adjusting it so as to satisfy the antireflection condition for the second harmonic light, there is a large difference in the refractive index between the niobium lithium single crystal thin film layer and air. For this reason, it is possible to reduce the loss due to reflection occurring at the emission end face, and to improve the SHG output.
【0050】前記波長選択性の薄膜は、出射端面の公報
の出射端面から離れた位置に形成されても良く、また、
適当な接着剤を用いて出射端面に固定されていても良
い。The wavelength-selective thin film may be formed at a position apart from the emission end face in the publication of the emission end face,
It may be fixed to the emission end face using an appropriate adhesive.
【0051】前記接着材を用いて出射端面上に固定する
場合、接着剤の屈折率、厚さを第2高調波光に対する反
射防止条件に適合するように調節して、SHG出力を向
上させることが望ましい。When the adhesive is fixed on the emission end face using the adhesive, the SHG output can be improved by adjusting the refractive index and the thickness of the adhesive so as to meet the antireflection condition for the second harmonic light. desirable.
【0052】前記波長選択性の薄膜としては、色ガラス
フィルタ−、ガラス基板上に波長選択性の干渉膜をコ−
ティングしたもの等を使用できる。As the wavelength-selective thin film, a color glass filter and a wavelength-selective interference film on a glass substrate are used.
Can be used.
【0053】前記波長選択性の薄膜の材料としては、S
iO2、MgO、ZnO、Al2O3等の酸化物、LiN
bO3、LiTaO3、Y3Ga5O12、Gd3Ga5O12等
の複合酸化物、或はPMMA MNA等の有機物等を用
いることでき、これらを重ねた多層薄膜も使用できる。The material of the wavelength-selective thin film is S
oxides such as iO 2 , MgO, ZnO, Al 2 O 3 , LiN
A composite oxide such as bO 3 , LiTaO 3 , Y 3 Ga 5 O 12 , Gd 3 Ga 5 O 12 , or an organic substance such as PMMA MNA can be used, and a multilayer thin film in which these are stacked can also be used.
【0054】前記波長選択性の薄膜の作製方法としては
スパッタリング、エピタキシャル、蒸着法、MBE(分
子ビ−ムエピタキシャル)、MOCVD法、イオンプレ
−ティング法、LB法、スピンコ−ト法、ディップ法な
どを用いることができる。The method for producing the wavelength-selective thin film includes sputtering, epitaxial, vapor deposition, MBE (molecular beam epitaxy), MOCVD, ion plating, LB, spin coating, and dipping. Can be used.
【0055】次に本発明の製造方法について説明する。
本発明のニオブ酸リチウム単結晶薄膜の製造方法として
は、液相エピタキシャル成長法、スパッタ、蒸着法など
が望ましいが、特に液相エピタキシャル成長法が好適で
ある。この理由は、結晶性に優れた均質な膜が得やす
く、その結果、光伝搬損失が少なく、光導波路として好
適なニオブ酸リチウムのもつ非線形光学効果、音響光学
効果などを十分生かせる優れた特性をもったニオブ酸リ
チウム単結晶薄膜が得られ、更に生産性にも優れている
からである。Next, the manufacturing method of the present invention will be described.
As a method for producing the lithium niobate single crystal thin film of the present invention, a liquid phase epitaxial growth method, a sputtering method, a vapor deposition method and the like are preferable, but a liquid phase epitaxial growth method is particularly preferable. The reason for this is that it is easy to obtain a uniform film with excellent crystallinity, and as a result, it has low light propagation loss and has excellent characteristics that make full use of the nonlinear optical effect and acousto-optical effect of lithium niobate suitable as an optical waveguide. This is because the obtained lithium niobate single crystal thin film can be obtained, and the productivity is excellent.
【0056】前記液相エピタキシャル成長法としては、
Li2O,Nb2O5,V2O5,Na2O,MgOなどからなる
溶融体にタンタル酸リチウム基板を接触させ、液相エピ
タキシャル成長によりニオブ酸リチウム単結晶薄膜のa
軸の格子定数をタンタル酸リチウム基板のa軸の格子定
数に整合させる方法を用いるのが、高品質の結晶が得ら
れるので望ましい。As the liquid phase epitaxial growth method,
A lithium tantalate substrate is brought into contact with a melt made of Li 2 O, Nb 2 O 5 , V 2 O 5 , Na 2 O, MgO, etc., and a single crystal thin film of lithium niobate a is formed by liquid phase epitaxial growth.
It is preferable to use a method of matching the lattice constant of the axis with the lattice constant of the a-axis of the lithium tantalate substrate, since a high-quality crystal can be obtained.
【0057】本発明でLi2O,Nb2O5,V2O5,Na2
O,MgOなどからなる溶融体を使用する理由として
は、Li2OとV2O5は、フラックスとして作用してニ
オブ酸リチウム単結晶の液相エピタキシャル成長を実現
できるからである。また、Na及びMgをニオブ酸リチ
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ことがで
きるので、形成される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
数に合わせることができ、これによって厚い膜厚を有す
るニオブ酸リチウム単結晶薄膜を得ることができるので
ある。In the present invention, Li 2 O, Nb 2 O 5 , V 2 O 5 , Na 2
The reason for using a melt made of O, MgO, or the like is that Li 2 O and V 2 O 5 act as fluxes to realize liquid phase epitaxial growth of lithium niobate single crystal. In addition, 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 can be increased.
The lattice constant of the axis can be matched to the lattice constant of the a-axis of the lithium tantalate substrate, whereby a lithium niobate single crystal thin film having a large film thickness can be obtained.
【0058】本発明において、前記エピタキシャル成長
法において使用する溶融体のNa2O及びMgOなどを
除いたLi2O,V2O5,Nb2O5の3組成分の組成範
囲をLi2O−V2O5−Nb2O5の3成分系の三角図に
おいて示すと、A(88.90,2.22,8.8
8),B(55.00,43.00,2.00),C
(46.50,51.50,2.00)及びD(37.
50,5.00,57.50)の4組成点で囲まれる領
域である。In the present invention, the composition range of three components of Li 2 O, V 2 O 5 and Nb 2 O 5 excluding Na 2 O and MgO of the melt used in the epitaxial growth method is defined as Li 2 O— In a triangular diagram of a three-component system of V 2 O 5 —Nb 2 O 5 , A (88.90, 2.22, 8.8)
8), B (55.00, 43.00, 2.00), C
(46.50, 51.50, 2.00) and D (37.
50, 5.00, 57.50).
【0059】更に好ましいLi2O,V2O5,Nb2O5
の3組成分の組成範囲は、E(69.85,21.3
3,8.82),F(49.95,45.02,5.0
3),G(44.13,16.76,39.11)及び
H(54.72,11.12.,34.16)で囲まれ
る領域で示される組成割合である。特に好ましい領域は
I(57.43,35.05,7.52),J(49.
95,42.53,7.52),K(47.36,2
6.32,26.32)及びL(56.38,17.9
1,25.71)である。Further preferred Li 2 O, V 2 O 5 , Nb 2 O 5
The composition range of the three components is E (69.85, 21.3).
3,8.82), F (49.95, 45.02, 5.0).
3), a composition ratio indicated by a region surrounded by G (44.13, 16.76, 39.11) and H (54.72, 11.12., 34.16). Particularly preferred regions are I (57.43, 35.05, 7.52), J (49.
95, 42.53, 7.52), K (47.36, 2
6.32, 26.32) and L (56.38, 17.9).
1, 25.71).
【0060】本発明におけるNa2Oの組成割合とし
て、モル比でNa2O/Li2Oが、2.0/98.0〜9
3.5/6.5を満たす範囲であること望ましい。その
理由は、前記モル比の範囲からNa2Oの割合が外れる
場合、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜と異種元素含有タン
タル酸リチウム基板を格子整合させることができないか
らである。As the composition ratio of Na 2 O in the present invention, the molar ratio of Na 2 O / Li 2 O is 2.0 / 98.0-9.
It is desirable that the range satisfy 3.5 / 6.5. The reason is that when the ratio of Na 2 O is out of the above range, the lithium niobate single crystal thin film cannot be lattice-matched with the lithium tantalate substrate containing a different element.
【0061】前記Na2Oの組成割合として、モル比で
Na2O/Li2Oが、7.4/92.6〜80.0/20.0
を満たす範囲であることが好ましく、16.7/83.3
〜48.4/51.6を満たす範囲であることが好適であ
る。また、前記MgOの組成割合として、モル比でMg
O/ニオブ酸リチウムが、0.1/99.9〜25.0/7
5.0を満たす組成範囲であることが望ましい。[0061] The Na as the composition ratio of 2 O, Na 2 O / Li 2 O molar ratio is 7.4 / 92.6 to 80.0 / 20.0
Is preferable, and 16.7 / 83.3 is satisfied.
It is preferable that the ratio satisfies 4848.4 / 51.6. Further, the composition ratio of MgO is Mg
O / lithium niobate is 0.1 / 99.9 to 25.0 / 7
It is desirable that the composition range satisfy 5.0.
【0062】この理由は、前記範囲よりMgOの割合が
低い場合は、Mgの光損傷防止効果が不十分で、前記範
囲よりMgOの割合の高い場合は、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 for this is that when the ratio of MgO is lower than the above range, the effect of preventing the optical damage of Mg is insufficient, and when the ratio of MgO is higher than the above range, magnesium niobate-based crystals precipitate. This is because a lithium niobate single crystal thin film cannot be obtained.
【0063】前記ニオブ酸リチウムとは溶融体組成から
析出可能なニオブ酸リチウムの理論量を意味する。更
に、MgOの組成割合として、モル比でMgO/ニオブ
酸リチウムが、0.7/100〜9.0/100を満たす範
囲であることが好ましく、3.5/100〜6.0/100
を満たす範囲であることが好適である。The above-mentioned lithium niobate means a stoichiometric amount of lithium niobate that can be precipitated from a melt composition. Further, the composition ratio of MgO is preferably such that the molar ratio of MgO / lithium niobate satisfies 0.7 / 100 to 9.0 / 100, and 3.5 / 100 to 6.0 / 100.
It is preferable that the range satisfy the following.
【0064】薄膜中の異種元素は、 Rh; 0.05〜20モル% Zn ; 0.02〜30モル% Ni; 0.1 〜20モル% Co ; 0.05〜20モル% Cr; 0.02〜20モル% Ti ; 0.2 〜30モル% Nd; 0.02〜10モル% V ; 0.05〜30モル%The different elements in the thin film are: Rh; 0.05-20 mol% Zn; 0.02-30 mol% Ni; 0.1-20 mol% Co; 0.05-20 mol% Cr; 0.02-20 mol% Ti; 0.2-30 Mol% Nd; 0.02 to 10 mol% V; 0.05 to 30 mol%
【0065】本発明における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、V2
O5、MgO、NaVO3、NaNbO3、LiVO3、L
iNbO3の組成物などが挙げられる。As the raw material components in the present invention, oxides,
Alternatively, a compound that changes to an oxide by heating is desirable. For example, Na 2 CO 3 , Nb 2 O 5 , Li 2 CO 3 , V 2
O 5 , MgO, NaVO 3 , NaNbO 3 , LiVO 3 , L
a composition of iNbO 3 and the like.
【0066】前記原料成分は、600〜1300℃で空
気雰囲気下或いは酸化雰囲気下で行なうことが望まし
い。It is desirable to carry out the raw material components at 600 to 1300 ° C. in an air atmosphere or an oxidizing atmosphere.
【0067】本発明によれば、前記溶融体を過冷却状態
とした後、異種元素含有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。According to the present invention, it is desirable that after the melt is supercooled, a different element-containing lithium tantalate substrate is brought into contact therewith and grown.
【0068】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。The cooling rate for bringing the melt into a supercooled state is desirably 0.5 to 300 ° C./hour.
【0069】前記育成のための温度は、600〜125
0℃であることが望ましい。この理由はニオブ酸リチウ
ムの融点が1250℃であり、これ以上の温度では、結
晶が析出せず、又、600℃は、溶融剤(Li2O-V2O
5)の融点であるため、これより低い温度では、原料を溶
融体とすることができないためである。The temperature for the growth is 600-125.
Desirably, the temperature is 0 ° C. The reason is that the melting point of lithium niobate is 1250 ° C., at which temperature crystals do not precipitate, and at 600 ° C., the melting agent (Li 2 O—V 2 O
This is because the raw material cannot be melted at a lower temperature than the melting point of 5 ).
【0070】本発明においては、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(0
001)面を使用することが望ましい。In the present invention, as the growth surface of the lithium niobate single crystal thin film, the lithium tantalate substrate (0
It is desirable to use the (001) plane.
【0071】前記育成の際には、基板を回転させること
が望ましい。これは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。At the time of the growth, it is desirable to rotate the substrate. This is because by rotating the substrate, crystals having uniform characteristics and film thickness can be formed.
【0072】また、前記タンタル酸リチウム基板の、少
なくとも異種元素を含有する面は、光学研磨され、その
後、化学エッチング処理されることが望ましい。異種元
素含有タンタル酸リチウム基板上に晶出する本発明のニ
オブ酸リチウム単結晶薄膜の厚みは、基板と溶融液との
接触時間、溶融体の温度を適当に選択することにより、
制御することができる。本発明においては、溶融液組成
として、Nb2O5、V2O5,LiO2,Na2O,MgO
に加えてNd,Rh,Zn,Ni,Co,Tiなどから
選ばれる元素の酸化物を使用することができる。Preferably, at least the surface of the lithium tantalate substrate containing a different element is optically polished and then subjected to a chemical etching treatment. The thickness of the lithium niobate single crystal thin film of the present invention, which crystallizes on a heterogeneous element-containing lithium tantalate substrate, is determined by appropriately selecting the contact time between the substrate and the melt and the temperature of the melt.
Can be controlled. In the present invention, as the melt composition, Nb 2 O 5, V 2 O 5, LiO 2, Na 2 O, MgO
In addition, oxides of elements selected from Nd, Rh, Zn, Ni, Co, Ti and the like can be used.
【0073】本発明の方法において異種元素含有タンタ
ル酸リチウム基板上にNa1モル,Mg6モルを添加し
て格子整合されたニオブ酸リチウム薄膜の断面図を図2
に示す。また、このときのX線回析図を図3に示す。こ
のときの格子定数は5.1535Åであった。FIG. 2 is a sectional view of a lithium niobate thin film lattice-matched by adding 1 mol of Na and 6 mol of Mg to a lithium tantalate substrate containing a different element in the method of the present invention.
Shown in FIG. 3 shows an X-ray diffraction diagram at this time. At this time, the lattice constant was 5.1535 °.
【0074】次に本発明の実施例について説明する。Next, an embodiment of the present invention will be described.
【0075】実施例1 (1)Na2CO344.4モル%、Li2CO344.4
モル%、V2O55.6モル%、Nb2O55.6モル%、
MgOを前記原料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=
5/95)して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1100℃まで加
熱してルツボの内容物を溶解させた。ついで、溶融体を
プロペラを用い、150rpmの回転速度で20時間撹
拌させた。Example 1 (1) 44.4 mol% of Na 2 CO 3, 44.4 mol of Li 2 CO 3
Mol%, V 2 O 5 5.6 mol%, Nb 2 O 5 5.6 mol%,
MgO was added in an amount of 5 mol% based on the theoretical amount of LiNbO 3 that can be precipitated from the raw material composition (MgO / LiNbO 3 =
5/95), and the mixture was placed in a platinum crucible and heated to 1100 ° C. in an air atmosphere in an epitaxial growth and growth apparatus to dissolve the contents of the crucible. Next, the melt was stirred with a propeller at a rotation speed of 150 rpm for 20 hours.
【0076】(2)厚さ1mmのタンタル酸リチウム基
板を面取り(R面:JIS B0701 R 0.5)
した後、厚さ250ÅのMgO層をRFスパッタにより
形成し、940℃で熱拡散させ、厚さ250Åの拡散層
を形成した。拡散部分の表面常光屈折率は、MgOを拡
散させない場合よりも0.015低下していた。また、
基板表面の面粗度は、JIS B0601 Rmax=
170Åであった。(2) Chamfering a 1 mm thick lithium tantalate substrate (R side: JIS B0701 R 0.5)
After that, an MgO layer having a thickness of 250 ° was formed by RF sputtering, and thermally diffused at 940 ° C. to form a diffusion layer having a thickness of 250 °. The surface ordinary light refractive index of the diffusion portion was lower by 0.015 than in the case where MgO was not diffused. Also,
The surface roughness of the substrate surface is determined according to JIS B0601 Rmax =
170 degrees.
【0077】(3)溶融体を1時間当り60℃の冷却速
度で938℃まで徐冷した後、前記基板を938℃で5
0分間予備加熱し、溶融体中に100rpmで回転させ
ながら20分間浸漬した。ニオブ酸リチウムの成長速度
は、0.7μm/分であった。(3) After the melt was gradually cooled to 938 ° C. at a cooling rate of 60 ° C. per hour, the substrate was cooled at 938 ° C. for 5 hours.
It was preheated for 0 minutes and immersed in the melt for 20 minutes while rotating at 100 rpm. The growth rate of lithium niobate was 0.7 μm / min.
【0078】(4)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、1℃/分で室温まで徐冷し、基板材料上に
約14μmの厚さのナトリウム、マグネシウム含有ニオ
ブ酸リチウム単結晶薄膜を得た。(4) The substrate material is pulled up from the melt, and the melt is shaken off at a rotation speed of 1,000 rpm for 30 seconds, and then gradually cooled to room temperature at 1 ° C./min. A sodium and magnesium-containing lithium niobate single crystal thin film having a thickness was obtained.
【0079】(5)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜中に含有されていたナトリウム、マグネシウムの量
は、それぞれ1モル%、6モル%であった。入射光波長
1.15μmで測定した屈折率は、2.225±0.0
01であった。又、格子定数(a軸)は5.155Å、
ニオブ酸リチウムの表面粗度は、JIS BO601
Rmax=1000Åであった。(5) The amounts of sodium and magnesium contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were 1 mol% and 6 mol%, respectively. The refractive index measured at an incident light wavelength of 1.15 μm is 2.225 ± 0.0
01. The lattice constant (a-axis) is 5.155 °,
The surface roughness of lithium niobate is determined according to JIS BO601.
Rmax = 1000 °.
【0080】実施例2 (1)Li2CO369モル%、V2O516モル%、Nb
3O515モル%、Cr2O3,Na2CO3,MgOを溶融
体組成から析出可能なLiNbO3の理論量に対してそ
れぞれ2.60,6モル%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1100℃まで加熱してルツボの内容物を溶解した。
(Na2O/Li2O=45/69,MgO/LiNbO
3=6/94)Example 2 (1) 69 mol% of Li 2 CO 3, 16 mol% of V 2 O 5 , Nb
A mixture of 15 mol% of 3 O 5 and 2.60 and 6 mol% of Cr 2 O 3 , Na 2 CO 3 , and MgO, respectively, based on the theoretical amount of LiNbO 3 that can be precipitated from the melt composition is put into a platinum crucible. Then, the contents of the crucible were dissolved by heating to 1100 ° C. in an air atmosphere in an epitaxial growth and growth apparatus.
(Na 2 O / Li 2 O = 45/69, MgO / LiNbO
3 = 6/94)
【0081】(2)溶融体を1時間当りに60℃の冷却
速度で916℃まで徐冷した。厚さ1.5mmのタンタ
ル酸リチウム単結晶の(0001)面を光学研磨した
後、面取り(C面:JIS B0701 C0.7)を
行い、ついでRFスパッタ法により、膜厚500ÅのV
膜を形成した後、970℃にて熱拡散させ、500Åの
拡散層を形成した後、化学エッチングしたものを基板材
料とした。この基板の面粗度は、JIS B0601
Rmax=300Åであった。この基板材料は、Vを拡
散させない基板材料に比べて常光屈折率が1×10-3減
少していた。この基板材料を溶融体中に100rpmで回
転させながら15分間浸漬した。ニオブ酸リチウムの成
長速度は、0.60μm/であった。(2) The melt was gradually cooled to 916 ° C. at a cooling rate of 60 ° C. per hour. After optically polishing the (0001) plane of the lithium tantalate single crystal having a thickness of 1.5 mm, chamfering (C plane: JIS B0701 C0.7) was performed, and then a 500 Å thick V film was formed by RF sputtering.
After forming the film, it was thermally diffused at 970 ° C. to form a diffusion layer of 500 ° and then chemically etched to obtain a substrate material. The surface roughness of this substrate is JIS B0601
Rmax = 300 °. This substrate material had an ordinary light refractive index reduced by 1 × 10 −3 as compared with a substrate material that does not diffuse V. The substrate material was immersed in the melt for 15 minutes while rotating at 100 rpm. The growth rate of lithium niobate was 0.60 μm /.
【0082】(3)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、1℃/分の速度で、室温まで徐冷し、基板材
料上に約9μmの厚さのクロム,ナトリウム、マグネシ
ウム含有ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を得た。(3) The substrate material is pulled up from the melt, and the melt is shaken off at a rotation speed of 1000 rpm for 30 seconds, and then gradually cooled to room temperature at a rate of 1 ° C./min. A chromium, sodium, and magnesium-containing lithium niobate single crystal thin film having a thickness of 9 μm was obtained.
【0083】(4)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜中に含有されていたクロム、ナトリウム、マグネシウ
ムの量は、それぞれ2モル%、7モル%、7モル%であ
った。又、薄膜の格子定数(a軸)は5.155Å、入
射光波長1.15μmで測定した屈折率は2.230±
0.001であった。ニオブ酸リチウムの表面粗度は、
JIS BO601 Rmax=1000Åであった。(4) The amounts of chromium, sodium and magnesium contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were 2 mol%, 7 mol% and 7 mol%, respectively. The lattice constant (a-axis) of the thin film is 5.155 °, and the refractive index measured at an incident light wavelength of 1.15 μm is 2.230 ± 2.
It was 0.001. The surface roughness of lithium niobate is
JIS BO601 Rmax = 1000 °.
【0084】実施例3 (1)Li2CO337.8モル%、V2O515モル%、
Nb3O52.8モル%、Na2CO344.4モル%添
加、TiO2、MgOを溶融体組成から析出可能なLi
NbO3の理論量に対してそれぞれ15.3モル%,3
モル%添加した混合物をイリジウムルツボに入れ、エピ
タキシャル成長育成装置中で空気雰囲気下で、1100
℃まで加熱してルツボの内容物を溶解した。ついで、溶
融体をプロペラを用い、200rpmの回転速度で12
時間撹拌させた。Example 3 (1) 37.8 mol% of Li 2 CO 3 , 15 mol% of V 2 O 5 ,
Nb 3 O 5 2.8 mol%, Na 2 CO 3 44.4 mol% addition, precipitatable from the melt composition and TiO 2, MgO Li
15.3 mol% respectively based on the theoretical amount of NbO 3, 3
The mixture with the mol% added was placed in an iridium crucible, and was placed in an epitaxial growth and growth apparatus under an air atmosphere at 1100.
C. to dissolve the contents of the crucible. Next, the melt was subjected to 12 rpm using a propeller at a rotation speed of 200 rpm.
Allowed to stir for hours.
【0085】(2)溶融体を1時間当り60℃の冷却速
度で915℃まで徐冷した。タンタル酸リチウム単結晶
の(0001)面を光学研磨し、厚さ1.8mmとした
後、面取り(C面 JIS B0701 C05)を行
った。フォトリソグラフィ−およびRFスパッタ法によ
り、膜厚1000Å、幅5μmのMgO膜を形成した
後、920℃にて熱拡散させ、幅5μmのMgO拡散チ
ャンネルをもつものを基板材料とした。拡散層の厚さ
は、約2μmであった。このチャンネル部分は、MgO
を拡散させない部分に比べて常光屈折率が15×10-3
減少していた。また、面粗度は、JIS BO601
Rmax=300Åであった。この基板材料を915℃
で30分予備加熱した後、溶融体中に100rpmで回
転させながら17分間浸漬した。成長速度は、1.94
μm/分であった。(2) The melt was gradually cooled to 915 ° C. at a cooling rate of 60 ° C. per hour. The (0001) plane of the lithium tantalate single crystal was optically polished to a thickness of 1.8 mm, and then chamfered (C plane JIS B0701 C05). After forming an MgO film having a thickness of 1000 ° and a width of 5 μm by photolithography and RF sputtering, it was thermally diffused at 920 ° C. to obtain a substrate material having an MgO diffusion channel having a width of 5 μm. The thickness of the diffusion layer was about 2 μm. This channel part is MgO
Has an ordinary light refractive index of 15 × 10 −3 as compared with a portion where the light is not diffused.
Had decreased. Further, the surface roughness is measured according to JIS BO601.
Rmax = 300 °. 915 ° C
And then immersed in the melt for 17 minutes while rotating at 100 rpm. The growth rate is 1.94
μm / min.
【0086】(3)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、1時間当り300℃の冷却速度でタンタル酸
リチウム単結晶のキュリ−温度まで徐冷し、その温度で
1時間保った後、1時間に60℃の冷却速度で、室温ま
で徐冷し、基板材料上に約33μmの厚さのナトリウ
ム、マグネシウム含有ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を得
た。(3) The substrate material is pulled up from the melt, and the melt is shaken off at a rotation speed of 1000 rpm for 30 seconds, and then at a cooling rate of 300 ° C. per hour to the Curie temperature of the lithium tantalate single crystal. After slowly cooling and keeping at that temperature for 1 hour, the temperature is gradually cooled to room temperature at a cooling rate of 60 ° C. for 1 hour, and a sodium-magnesium-containing lithium niobate single crystal thin film having a thickness of about 33 μm is formed on the substrate material. Obtained.
【0087】(4)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜中に含有されていたナトリウム、マグネシウム,チタ
ンの量は、それぞれ1.2モル%、4モル%、8モル%
であった。又、格子定数(a軸)は5.155Å、入射
光波長1.15μmで測定した屈折率は2.239±
0.001であった。(4) The amounts of sodium, magnesium and titanium contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were 1.2 mol%, 4 mol% and 8 mol%, respectively.
Met. The lattice constant (a-axis) is 5.155 °, and the refractive index measured at an incident light wavelength of 1.15 μm is 2.239 ±.
It was 0.001.
【0088】(5)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を、幅5μmのMgO拡散チャンネルに対して垂直に
端面研磨を施して、レ−ザ光を端面入射させ、出射光の
ニアフィ−ルドパタ−ンを観察したところ、レ−ザ光が
幅5μmのMgOの拡散チャンネル上で良好に閉じ込め
られていることが確認できた。得られたニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜の表面の面粗度は、JIS BO601R
max=1000Åであった。(5) The obtained lithium niobate single crystal thin film is vertically polished with respect to an MgO diffusion channel having a width of 5 μm, laser light is incident on the end surface, and a near-field pattern of emitted light is obtained. Observation of the laser beam confirmed that the laser light was well confined on the MgO diffusion channel having a width of 5 μm. The surface roughness of the surface of the obtained lithium niobate single crystal thin film was measured according to JIS BO601R.
max = 1000 °.
【0089】実施例4 (1)V2O544モル%、Nb3O54モル%、Li2C
O352モル%、MgO、Na2CO3を溶融体組成から
析出可能なLiNbO3の理論量に対してそれぞれ5モ
ル%、添加した混合物をイリジウムルツボに入れ、エピ
タキシャル成長育成装置中で空気雰囲気下にて、110
0℃まで加熱してルツボの内容物を溶解した。(Na2
O/Li2O=7.4/52、MgO/LiNbO3=5
/95)[0089] Example 4 (1) V 2 O 5 44 mole%, Nb 3 O 5 4 mol%, Li 2 C
A mixture of 52 mol% of O 3, 5 mol% each of MgO and Na 2 CO 3 with respect to the theoretical amount of LiNbO 3 capable of precipitating from the melt composition was put into an iridium crucible, and the mixture was placed in an epitaxial growth growth apparatus under an air atmosphere. At 110
The contents of the crucible were dissolved by heating to 0 ° C. (Na 2
O / Li 2 O = 7.4 / 52, MgO / LiNbO 3 = 5
/ 95)
【0090】(2)溶融体を1時間当り60℃の冷却速
度で941℃まで徐冷した。タンタル酸リチウム単結晶
の(0001)面を光学研磨し、厚さ1.0mmとした
後、面取り(R面:JIS BO701 R0.1)を
行い、フォトリソグラフィ−およびRFスパッタ法によ
り、拡散層400Å、幅5μmの窓部を持つ膜厚400
ÅのTi膜を形成した後、950℃にて熱拡散させ、幅
5μmのTi未拡散チャンネルをもつものを基板材料と
した。拡散層の厚さは、約3μmであった。またTi拡
散部分は、チャンネル部分に比べて常光屈折率が10×
10-3増大していた。面粗度は、JIS BO601
Rmax=100Åであった。この基板材料を941℃
で30分予備加熱し、溶融体中に100rpmで回転さ
せながら15分間浸漬した。ニオブ酸リチウム単結晶薄
膜の成長速度は、0.53μm/分であった。(2) The melt was gradually cooled to 941 ° C. at a cooling rate of 60 ° C. per hour. The (0001) plane of the lithium tantalate single crystal is optically polished to a thickness of 1.0 mm, chamfered (R plane: JIS BO701 R0.1), and the diffusion layer is formed by photolithography and RF sputtering. 400 with a 5 μm wide window
After forming the Ti film of Å, the substrate was thermally diffused at 950 ° C., and a substrate having a 5 μm wide Ti non-diffusion channel was used as a substrate material. The thickness of the diffusion layer was about 3 μm. The Ti diffused portion has an ordinary light refractive index of 10 × compared to the channel portion.
10 -3 had increased. Surface roughness is JIS BO601
Rmax = 100 °. This substrate material is heated to 941 ° C.
For 30 minutes, and immersed in the melt for 15 minutes while rotating at 100 rpm. The growth rate of the lithium niobate single crystal thin film was 0.53 μm / min.
【0091】(3)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、1時間当り60℃の冷却速度で室温まで徐
冷し、基板材料上に約8μmの厚さのナトリウム、マグ
ネシウム含有ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を得た。(3) The substrate material is pulled up from the melt, the melt is shaken off at a rotation speed of 1000 rpm for 30 seconds, and then gradually cooled to room temperature at a cooling rate of 60 ° C. per hour. Then, a sodium and magnesium-containing lithium niobate single crystal thin film having a thickness of about 8 μm was obtained.
【0092】(4)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜中に含有されていたナトリウム、マグネシウムの量
は、それぞれ1モル%、6モル%であった。又、格子定
数(a軸)は5.153Å、入射光波長1.15μmで
測定した屈折率は2.227±0.001であった。(4) The amounts of sodium and magnesium contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were 1 mol% and 6 mol%, respectively. The lattice constant (a-axis) was 5.153 °, and the refractive index measured at an incident light wavelength of 1.15 μm was 2.227 ± 0.001.
【0093】(5)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を、幅5μmのTi未拡散チャンネルに対して垂直に
端面研磨を施して、レ−ザ光を端面入射させ、出射光の
ニアフィ−ルドパタ−ンを観察したところ、レ−ザ光が
幅5μmのTi未拡散チャンネル上で良好に閉じ込めら
れていることが確認できた。得られたニオブ酸リチウム
単結晶薄膜の表面の面粗度は、JIS BO601Rm
ax=1000Åであった。(5) The obtained lithium niobate single-crystal thin film is vertically polished with respect to a 5 μm wide Ti non-diffusion channel, laser light is incident on the end surface, and a near-field pattern of emitted light is obtained. When the electron beam was observed, it was confirmed that the laser light was well confined on the Ti undiffused channel having a width of 5 μm. The surface roughness of the surface of the obtained lithium niobate single crystal thin film was measured according to JIS BO601Rm.
ax = 1000 °.
【0094】実施例5 (1)Li2CO350.0モル%、V2O530.0モル
%、Nb2O520.0モル%、Na2CO3,MgO,N
d3O5を溶融体組成から析出可能なLiNbO3の理論
量に対してそれぞれ50.4モル%添加、4.5モル
%,0.8モル%添加した混合物をイリジウムルツボに
入れ、エピタキシャル成長育成装置中で空気雰囲気下
で、1100℃まで加熱してルツボの内容物を溶解し
た。(Na2O/Li2O=40/50、MgO/LiN
bO3=4/96)[0094] Example 5 (1) Li 2 CO 3 50.0 mol%, V 2 O 5 30.0 mol%, Nb 2 O 5 20.0 mol%, Na 2 CO 3, MgO , N
Mixtures containing 50.4 mol%, 4.5 mol%, and 0.8 mol% of d 3 O 5 added to the theoretical amount of LiNbO 3 that can be precipitated from the melt composition are put into an iridium crucible, and epitaxially grown and grown. The contents of the crucible were dissolved by heating to 1100 ° C. in an air atmosphere in the apparatus. (Na 2 O / Li 2 O = 40/50, MgO / LiN
bO 3 = 4/96)
【0095】(2)溶融体を1時間当り60℃の冷却速
度で929℃まで徐冷した後、タンタル酸リチウム単結
晶の(0001)面を光学研磨し、化学エッチングして
厚さ0.6mmとした後、面取り(C面:JIS B0
701 C0.1)を行いついでRFスパッタ法によ
り、膜厚400ÅのNi膜を形成した後、1000℃に
て熱拡散させ基板材料とした。拡散層は約3000Åで
あった。この基板材料はNiを拡散させない部分に比べ
て常光屈折率が2×10-3増大していた。この基板材料
の面粗度は、JIS BO601 Rmax=100Å
であった。この基板材料を溶融体中に100rpmで回
転させながら7分間浸漬した。ニオブ酸リチウム単結晶
薄膜の成長速度は、1.86μm/であった。(2) After the melt was gradually cooled to 929 ° C. at a cooling rate of 60 ° C. per hour, the (0001) plane of the lithium tantalate single crystal was optically polished and chemically etched to a thickness of 0.6 mm. After chamfering (C surface: JIS B0
701 C0.1), and then a Ni film having a thickness of 400 ° was formed by RF sputtering, and then thermally diffused at 1000 ° C. to obtain a substrate material. The diffusion layer was about 3000 °. This substrate material had an ordinary light refractive index increased by 2 × 10 −3 as compared with a portion where Ni was not diffused. The surface roughness of this substrate material is JIS BO601 Rmax = 100 °
Met. The substrate material was immersed in the melt for 7 minutes while rotating at 100 rpm. The growth rate of the lithium niobate single crystal thin film was 1.86 μm /.
【0096】(3)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、20℃/分で600℃まで急冷した後、1℃
/分の冷却速度で室温まで徐冷し、基板材料上に約13
μmの厚さのナトリウム、ネオジム含有ニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜を得た。得られたニオブ酸リチウム単結晶
薄膜の表面の面粗度は、JIS BO601Rmax=
1000Åであった。(3) The substrate material is pulled up from the melt, and the melt is shaken off at a rotational speed of 1000 rpm for 30 seconds, rapidly cooled to 600 ° C. at 20 ° C./min, and then cooled to 1 ° C.
/ Min at a cooling rate of / min.
A sodium and neodymium-containing lithium niobate single crystal thin film having a thickness of μm was obtained. The surface roughness of the surface of the obtained lithium niobate single crystal thin film was determined according to JIS BO601Rmax =
1000Å.
【0097】(4)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜中に含有されていたナトリウム、マグネシウム、ネオ
ジムの量は、それぞれ2モル%、5モル%、0.4モル
%であった。又、格子定数(a軸)は5.155Å、入
射光波長1.15μmで測定した屈折率は2.227±
0.001であった。(4) The amounts of sodium, magnesium and neodymium contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were 2 mol%, 5 mol% and 0.4 mol%, respectively. The lattice constant (a-axis) is 5.155 °, and the refractive index measured at an incident light wavelength of 1.15 μm is 2.227 ±.
It was 0.001.
【0098】実施例6 (1)Na2CO347.4モル%、Li2CO323.7
モル%、V2O54.2モル%、Nb3O524.7モル
%、TiO2を前記溶融体組成から析出可能なLiNb
O3の理論量に対して12.0モル%添加した混合物を
イリジウムルツボに入れ、エピタキシャル成長育成装置
中で空気雰囲気下にて、1100℃まで加熱してルツボ
の内容物を溶解した。[0098] Example 6 (1) Na 2 CO 3 47.4 mol%, Li 2 CO 3 23.7
Mol%, V 2 O 5 4.2 mol%, Nb 3 O 5 24.7 mol%, which can precipitate of TiO 2 from the melt composition LiNb
The mixture added at 12.0 mol% with respect to the theoretical amount of O 3 was placed in an iridium crucible, and heated to 1100 ° C. in an air atmosphere in an epitaxial growth and growth apparatus to dissolve the contents of the crucible.
【0099】(2)溶融体を1時間当り60℃の冷却速
度で893℃まで徐冷した。厚さ1.7mmのタンタル
酸リチウム単結晶の(0001)面を光学研磨した後、
フォトリソグラフィ−およびRFスパッタ法により、膜
厚800Å、幅5μmのMgO膜と、この幅5μmのM
gO膜以外の部分に膜厚400ÅのCu膜を形成した
後、1000℃にて熱拡散させ約2000Åの拡散層を
形成した。ついで幅5μmのMgO拡散チャンネルをも
つものを化学エッチングし、基板材料とした。MgOを
拡散させたチャンネル部分およびチャンネル部分以外の
Cuを拡散させた部分は、なにも拡散させない基板材料
に比べて常光屈折率はそれぞれ10×10-3減少および
1×10-3増大していた。また、面粗度は、JIS B
O601 Rmax=500Åであった。この基板材料
を溶融体中から10mmの高さで893℃で60分予備
加熱した後、溶融体中に100rpmで回転させながら
12分間浸漬した。成長速度は、0.58μm/分であ
った。(2) The melt was gradually cooled to 893 ° C. at a cooling rate of 60 ° C. per hour. After optically polishing the (0001) plane of the lithium tantalate single crystal having a thickness of 1.7 mm,
By photolithography and RF sputtering, an MgO film having a thickness of 800 ° and a width of 5 μm and an MO film having a width of 5 μm were formed.
After a Cu film having a thickness of 400 ° was formed on portions other than the gO film, thermal diffusion was performed at 1000 ° C. to form a diffusion layer having a thickness of about 2000 °. Next, a substrate having an MgO diffusion channel having a width of 5 μm was chemically etched to obtain a substrate material. The ordinary light refractive index of the channel portion where MgO is diffused and the portion where Cu is diffused other than the channel portion are reduced by 10 × 10 −3 and increased by 1 × 10 −3, respectively, as compared with the substrate material which does not diffuse anything. Was. The surface roughness is JIS B
O601 Rmax = 500 °. The substrate material was preheated at a height of 10 mm from the melt at 893 ° C. for 60 minutes, and then immersed in the melt for 12 minutes while rotating at 100 rpm. The growth rate was 0.58 μm / min.
【0100】(3)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、2℃/分の冷却速度で室温まで徐冷し、基板
材料上に約7μmの厚さのナトリウム、チタン含有ニオ
ブ酸リチウム単結晶薄膜を得た。(3) The substrate material is pulled up from the melt, and the melt is shaken off at a rotation speed of 1000 rpm for 30 seconds, and then gradually cooled to room temperature at a cooling rate of 2 ° C./min. A sodium and titanium-containing lithium niobate single crystal thin film having a thickness of 7 μm was obtained.
【0101】(4)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜中に含有されていたナトリウム、チタンの量は、それ
ぞれ2.5モル%、5.0モル%であった。又、格子定
数(a軸)は5.153Å、入射光波長1.15μmで
測定した屈折率は2.241±0.001であった。得
られたニオブ酸リチウム単結晶薄膜の表面の面粗度は、
JIS BO601Rmax=2000Åであった。(4) The amounts of sodium and titanium contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were 2.5 mol% and 5.0 mol%, respectively. The lattice constant (a-axis) was 5.153 °, and the refractive index measured at an incident light wavelength of 1.15 μm was 2.241 ± 0.001. The surface roughness of the surface of the obtained lithium niobate single crystal thin film is
JIS BO601Rmax = 2000 °.
【0102】(5)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を、幅5μmのMgO拡散チャンネルに対して垂直に
端面研磨を施して、レ−ザ光を端面入射させ、出射光の
ニアフィ−ルドパタ−ンを観察したところ、レ−ザ光が
幅5μmのMgO拡散チャンネル上で良好に閉じ込めら
れていることが確認できた。(5) The obtained lithium niobate single crystal thin film is polished perpendicularly to an MgO diffusion channel having a width of 5 μm, laser light is incident on the end surface, and near-field pattern of emitted light is obtained. Observation of the laser beam confirmed that the laser light was well confined on the MgO diffusion channel having a width of 5 μm.
【0103】実施例7 (1)実施例1で得られたLiNbO3単結晶薄膜の表
面を鏡面研磨し、このLiNbO3薄膜を導波層とする
スラブ型導波路を作成した。Example 7 (1) The surface of the LiNbO 3 single crystal thin film obtained in Example 1 was mirror-polished to produce a slab type waveguide using the LiNbO 3 thin film as a waveguide layer.
【0104】(2)前記スラブ型導波路の膜厚をイオン
ビ−ムエッチングにより、位相整合膜厚2.50μm±
0.05μmに調整した。(2) The thickness of the slab type waveguide is adjusted by ion beam etching to a phase matching thickness of 2.50 μm ± 2.
Adjusted to 0.05 μm.
【0105】(3)前記(1)及び(2)で得られたス
ラブ型導波路をフォトリソグラフィ−により、幅10μ
m、膜厚2.50μm±0.05μm、段差1μmのリ
ッジ型チャンネル型導波路を作成した。(3) The slab type waveguide obtained in the above (1) and (2) was subjected to photolithography to a width of 10 μm.
A ridge-type channel waveguide having a thickness of 2.50 μm ± 0.05 μm and a step of 1 μm was prepared.
【0106】(4)(3)で得られたチャンネル型導波
路の両端面をバフ研磨により、鏡面研磨して端面からの
光入出射を可能とし、第二高調波発生(SHG)素子と
した。(4) Both end faces of the channel type waveguide obtained in (3) are mirror-polished by buff polishing so that light can enter and exit from the end faces to obtain a second harmonic generation (SHG) element. .
【0107】(5)上記(4)で作成した、チャンネル
型導波路からなるSHG素子を、半導体レ−ザの発光領
域とチャンネル型導波路の一方の端面とを向合わせて精
密に位置合わせした後、シリコンブロック上に、半導体
レ−ザチップとSHG素子を紫外線硬化樹脂を用いて固
定した。さらに半導体レ−ザの上下面の電極にワイアを
ボンディングして、駆動電力を供給できるようにした。(5) The SHG element formed of the channel waveguide formed in the above (4) was precisely aligned with the light emitting region of the semiconductor laser and one end face of the channel waveguide. Thereafter, the semiconductor laser chip and the SHG element were fixed on the silicon block using an ultraviolet curing resin. Further, wires are bonded to the electrodes on the upper and lower surfaces of the semiconductor laser so that driving power can be supplied.
【0108】(6)このようにして半導体レ−ザとSH
G素子を一体化した後、金属性の気密封止パッケ−ジの
中に入れ、外部ピンとワイヤを電気的に接続して外部ピ
ンにより動作電力を供給できるようにすると共に、波長
選択性のガラス窓を設けたキャップを被せて、内部を高
純度窒素ガス雰囲気で機密封止した。このようにして本
発明のLiNbO3薄膜からなるSHG素子を用いて作
成した気密封止パッケ−ジ型素子に半導体レ−ザからの
出力が48.0mWとなる動作電圧を加えたとき、ガラ
ス窓から出射する第二高調波の出力は、2.0mW、ま
た半導体レ−ザの出力は、0.1μWとなり、第二高調
波を効率良く取り出すことができた。(6) The semiconductor laser and the SH
After integrating the G element, it is placed in a metal hermetically sealed package, and the external pins and wires are electrically connected so that operating power can be supplied by the external pins. A cap provided with a window was put on, and the inside was hermetically sealed in a high-purity nitrogen gas atmosphere. When the operating voltage at which the output from the semiconductor laser is 48.0 mW is applied to the hermetically sealed package type device produced using the SHG device comprising the LiNbO 3 thin film of the present invention, the glass window The output of the second harmonic was 2.0 mW, and the output of the semiconductor laser was 0.1 μW, so that the second harmonic could be efficiently extracted.
【0109】実施例8 (1)Na2CO3 45.9モル%、Li2CO3 3
6.8モル%、V2O5 2.7モル%、Nb2O5 1
4.6モル%、MgOを前記溶融物組成から析出可能な
LiNb03 の理論量に対して4モル%添加(MgO
/Nb2O5=4/96)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、
1100℃まで加熱してルツボの内容物を溶解した。Example 8 (1) 45.9 mol% of Na 2 CO 3 , Li 2 CO 3 3
6.8 mol%, V 2 O 5 2.7 mol%, Nb 2 O 5 1
4.6 mol%, and 4 mol% of MgO based on the theoretical amount of LiNbO 3 that can be precipitated from the melt composition (MgO 3)
/ Nb 2 O 5 = 4/96) is placed in a platinum crucible and placed in an epitaxial growth and growth apparatus under an air atmosphere.
The contents of the crucible were dissolved by heating to 1100 ° C.
【0110】(2)溶融体を1時間当り60℃の冷却速
度で907℃まで徐冷した。ナトリウムを含有させたタ
ンタル酸リチウム単結晶の(0001)面を光学研磨し
た後、化学エッチングし、厚さを1.0mmとし、さら
に面取り(C面 JIS B0701 C0.5)した
ものを基板材料とした。面粗度は、JISB0601R
max =300Åであった。この基板材料に含有され
ていたナトリウムの量は4モル%であった。また、基板
材料の格子定数(a軸)は、5.163Åであった。こ
の基板材料を溶融体から15mmの高さで30分予備加
熱し、ついで溶融体中に100rpmで回転させながら
7分間浸漬した。ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の成長速
度は、1.14μm/分であった。(2) The melt was gradually cooled to 907 ° C. at a cooling rate of 60 ° C. per hour. The optically polished (0001) plane of sodium-containing lithium tantalate single crystal is chemically etched to a thickness of 1.0 mm, and further chamfered (C plane JIS B0701 C0.5) as a substrate material. did. Surface roughness is JISB0601R
max = 300 °. The amount of sodium contained in this substrate material was 4 mol%. The lattice constant (a-axis) of the substrate material was 5.163 °. The substrate material was preheated from the melt at a height of 15 mm for 30 minutes, and then immersed in the melt for 7 minutes while rotating at 100 rpm. The growth rate of the lithium niobate single crystal thin film was 1.14 μm / min.
【0111】(3)溶融体から基板材料を引き上げ、回
転数1000rpmで回転させながら30秒間溶融体上
で溶融体を振り切った後、5℃/分の冷却速度でタンタ
ル酸リチウム単結晶のキュリ−温度まで徐冷し、その温
度で1時間保った後、1時間に60℃の冷却速度で室温
まで徐冷し、基板材料上に約8μmの厚さのナトリウ
ム、マグネシウム含有ニオブ酸リチウム単結晶結晶薄膜
を得た。(3) The substrate material is pulled up from the melt, and the melt is shaken off on the melt for 30 seconds while rotating at a rotation speed of 1000 rpm, and then the lithium tantalate single crystal is cured at a cooling rate of 5 ° C./min. Slowly cool down to the temperature, hold at that temperature for 1 hour, then slowly cool down to room temperature at a cooling rate of 60 ° C. per hour, and place sodium and magnesium-containing lithium niobate single crystal crystals of about 8 μm thickness on the substrate material A thin film was obtained.
【0112】(4)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜中に含有されていたナトリウム、マグネシウムの量
は、それぞれ1.2モル%、5モル%であった。また、
単結晶薄膜の格子定数(a軸)は、5.154Å、入射
光波長1.15μmで測定した屈折率は、2.229±
0.001であった。得られたニオブ酸リチウム単結晶
薄膜の表面の面粗度は、JIS B0601Rmax
=2000Åであった。(4) The amounts of sodium and magnesium contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were 1.2 mol% and 5 mol%, respectively. Also,
The lattice constant (a-axis) of the single crystal thin film is 5.154 °, and the refractive index measured at an incident light wavelength of 1.15 μm is 2.229 ± 2.
It was 0.001. The surface roughness of the surface of the obtained lithium niobate single crystal thin film was measured according to JIS B0601Rmax.
= 2000 °.
【0113】実施例9 (1)Li2CO3 60モル%、V2O5 20モル%、
Nb2O5 20モル%、MgOを前記溶融物組成から析
出可能なLiNb03の理論量に対して4モル%添加
(MgO/LiNbO3=4/96)、TiO2を前記溶
融物組成から析出可能なLiNbO3の理論量に対して
16モル%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、1100℃
まで加熱してルツボの内容物を溶解した。Example 9 (1) Li 2 CO 3 60 mol%, V 2 O 5 20 mol%,
Nb 2 O 5 20 mole%, added 4 mol% of MgO based on the theoretical amount of precipitation can be LiNbO 3 from the melt composition (MgO / LiNbO 3 = 4/ 96), deposition of TiO 2 from the melt composition A mixture added to a platinum crucible at 16 mol% based on the theoretical amount of possible LiNbO 3 was placed at 1100 ° C. in an epitaxial growth and growth apparatus under an air atmosphere.
Until the contents of the crucible were dissolved.
【0114】(2)溶融体を1時間当り60℃の冷却速
度で932℃まで徐冷した。チタンを含有させたタンタ
ル酸リチウム単結晶の(0001)面を光学研磨した
後、化学エッチングし厚さ0.8mmとし、さらに面取
り(R面;JIS B0701R0.5)したものを基
板材料とした。この基板材料に含有されていたチタンの
量は9モル%であった。面粗度は、JIS B0601
Rmax = 100Åであった。また、基板材料の
格子定数(a軸)は、5.146Åであった。この基板
材料を溶融体中に100rpmで回転させながら、18
分間浸漬した。ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の成長速度
は、0.72μm/分であった。(2) The melt was gradually cooled to 932 ° C. at a cooling rate of 60 ° C. per hour. The (0001) plane of lithium-tantalate single crystal containing titanium was optically polished, then chemically etched to a thickness of 0.8 mm, and further chamfered (R plane: JIS B0701R0.5) as a substrate material. The amount of titanium contained in the substrate material was 9 mol%. Surface roughness is JIS B0601
Rmax = 100 °. The lattice constant (a-axis) of the substrate material was 5.146 °. While rotating this substrate material in the melt at 100 rpm, 18
Soak for minutes. The growth rate of the lithium niobate single crystal thin film was 0.72 μm / min.
【0115】(3)溶融体から基板材料を引き上げ、回
転数1000rpmで回転させながら30秒間溶融体上
で溶融体を振り切った後、1℃/分の冷却速度で室温ま
で徐冷し、基板材料上に約13μmの厚さのチタン、マ
グネシウム含有ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を得た。(3) The substrate material is pulled up from the melt, and the melt is shaken off on the melt for 30 seconds while rotating at 1000 rpm, and then gradually cooled to room temperature at a cooling rate of 1 ° C./min. A titanium and magnesium-containing lithium niobate single crystal thin film having a thickness of about 13 μm was obtained thereon.
【0116】(4)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜中に含有されていたチタン、マグネシウムの量は、そ
れぞれ8モル%、5モル%であった。また、単結晶薄膜
の格子定数(a軸)は5.145Å、入射光波長1.1
5μmで測定した屈折率は、2.233±0.001で
あった。得られたニオブ酸リチウム単結晶薄膜の表面の
面粗度は、JIS B0601Rmax =2000Å
であった。(4) The amounts of titanium and magnesium contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were 8 mol% and 5 mol%, respectively. The single crystal thin film has a lattice constant (a-axis) of 5.145 ° and an incident light wavelength of 1.1.
The refractive index measured at 5 μm was 2.233 ± 0.001. The surface roughness of the surface of the obtained lithium niobate single crystal thin film was determined according to JIS B0601Rmax = 2000 °.
Met.
【0117】実施例10 (1)Na2CO3 26.0モル%、Li2CO3 3
6.0モル%、V2O5 25モル%、Nb2O5 13モ
ル%、MgOを前記溶融物組成から析出可能なLiNb
03 の理論量に対して5モル%添加した混合物を白金
ルツボにいれエピタキシャル成長育成装置中で空気雰囲
気下で、1100℃まで加熱してルツボの内容物を溶解
した。Example 10 (1) 26.0 mol% of Na 2 CO 3 , Li 2 CO 3 3
LiNb capable of precipitating 6.0 mol%, V 2 O 5 25 mol%, Nb 2 O 5 13 mol%, and MgO from the melt composition
0 3 of the mixture was added 5 mol% based on the theoretical amount in an air atmosphere in an epitaxial growth apparatus put in a platinum crucible and the contents dissolved in the crucible was heated to 1100 ° C..
【0118】(2)溶融体を1時間当り60℃の冷却速
度で935℃まで徐冷した。アルミナ(α−Al2O3)
単結晶の(0001)面を光学研磨した後、化学エッチ
ングし厚さ2mmとしたものを基板材料とした。面粗度
は、JIS B0601 Rmax =200Åであっ
た。この基板材料を溶融体から10mmの高さで935
℃で45分間予備加熱した後、溶融体中に100rpm
で回転させながら12分間浸漬した。ニオブ酸リチウム
単結晶薄膜の成長速度は、1.08μm/分であった。(2) The melt was gradually cooled to 935 ° C. at a cooling rate of 60 ° C. per hour. Alumina (α-Al 2 O 3 )
After the (0001) plane of the single crystal was optically polished, it was chemically etched to a thickness of 2 mm to obtain a substrate material. The surface roughness was JIS B0601 Rmax = 200 °. This substrate material is 935 from the melt at a height of 10 mm.
After preheating at 45 ° C. for 45 minutes, 100 rpm
Immersion for 12 minutes while rotating. The growth rate of the lithium niobate single crystal thin film was 1.08 μm / min.
【0119】(3)溶融体から基板材料を引き上げ、回
転数1000rpmで回転させながら30秒間溶融体上
で溶融体を振り切った後、20℃/分の速度で急冷した
後、1℃/分の冷却速度で室温まで徐冷し、基板材料上
に約13μmの厚さのナトリウム、マグネシウム、含有
ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を得た。(3) The substrate material is pulled up from the melt, and the melt is shaken off on the melt for 30 seconds while being rotated at a rotation speed of 1000 rpm, then rapidly cooled at a rate of 20 ° C./min, and then cooled at 1 ° C./min. It was gradually cooled to a room temperature at a cooling rate to obtain a sodium, magnesium and lithium niobate-containing single crystal thin film having a thickness of about 13 μm on the substrate material.
【0120】(4)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜中に含有されていたナトリウム、マグネシウムの量
は、それぞれ1モル%、6モル%であった。また、単結
晶薄膜の格子定数(a軸)は5.153Å、入射光波長
1.15μmで測定した屈折率は、2.236±0.0
01であった。得られたニオブ酸リチウム単結晶薄膜の
表面の面粗度は、JIS B0601Rmax =14
00Åであった。(4) The amounts of sodium and magnesium contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were 1 mol% and 6 mol%, respectively. The lattice constant (a-axis) of the single crystal thin film is 5.153 °, and the refractive index measured at an incident light wavelength of 1.15 μm is 2.236 ± 0.0.
01. The surface roughness of the surface of the obtained lithium niobate single crystal thin film was JIS B0601Rmax = 14.
It was 00 $.
【0121】実施例11 (1)Li2CO3 26.0モル%、Nb2O5 29.
0モル% K2CO3 22.5モル% V2O5 22.
5モル%、MgOを前記溶融体組成から析出可能なLi
Nb03 の理論量に対して5モル%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、1100℃まで加熱してルツボの内容物
を溶解した。Example 11 (1) 26.0 mol% of Li 2 CO 3 , Nb 2 O 5
0 mol% K 2 CO 3 22.5 mol% V 2 O 5 22.
Li capable of depositing 5 mol% of MgO from the melt composition
A mixture containing 5 mol% of the theoretical amount of NbO 3 was placed in a platinum crucible and heated to 1100 ° C. in an air atmosphere in an epitaxial growth and growth apparatus to dissolve the contents of the crucible.
【0122】(2)溶融体を1時間当り60℃の冷却速
度で893℃まで徐冷した。タンタル酸リチウム単結晶
の(0001)面を光学研磨し厚さ1.5mmとした
後、フォトリソグラフィ−およびRFスパッタ法によ
り、膜厚800Å、幅5μmのMgO膜と、この幅5μ
mのMgO膜以外の部分に膜厚400ÅのCu膜を形成
した後、1000℃にて熱拡散させた。拡散層は、Mg
O,CuOとも約2000Åであった。ついで、幅5μ
mのMgO拡散チャンネルをもつものを化学エッチング
し、基板材料とした。MgOを拡散させたチャンネル部
分及びチャンネル部分以外のCuを拡散させた部分は、
何れも拡散させない基板材料に比べて、常光屈折率はそ
れぞれ10×10-3減少及び1×10-3増大していた。
面粗度は、JIS B0601Rmax =400Åで
あった。この基板材料を溶融体上15mmの位置にて8
93℃にて予備加熱し、ついで溶融体中に100rpm
で回転させながら11分間浸漬した。ニオブ酸リチウム
単結晶薄膜の成長速度は、0.54μm/分であった。(2) The melt was gradually cooled to 893 ° C. at a cooling rate of 60 ° C. per hour. The (0001) plane of the lithium tantalate single crystal was optically polished to a thickness of 1.5 mm, and an MgO film having a thickness of 800 ° and a width of 5 μm was formed by photolithography and RF sputtering.
After a Cu film having a thickness of 400 ° was formed on the portion other than the MgO film of m, the film was thermally diffused at 1000 ° C. The diffusion layer is made of Mg
Both O and CuO were about 2000 °. Then, width 5μ
Those having m MgO diffusion channels were chemically etched to obtain a substrate material. The channel portion where MgO is diffused and the portion where Cu is diffused other than the channel portion are:
The ordinary light refractive index was decreased by 10 × 10 −3 and increased by 1 × 10 −3, respectively, as compared with the substrate material in which none was diffused.
The surface roughness was JIS B0601Rmax = 400 °. This substrate material is placed at a position of 15 mm
Preheat at 93 ° C, then 100 rpm in the melt
Immersion for 11 minutes while rotating. The growth rate of the lithium niobate single crystal thin film was 0.54 μm / min.
【0123】(3)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1℃/分の冷却速度で、室温まで徐冷し、基
板材料上に約6μmの厚さのMgO含有ニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜を得た。格子定数(a軸)は5.153
Å、入射光波長1.15μmで測定した屈折率は、2.
230±0.001であった。得られたニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜の表面の面粗度は、JIS B0601
Rmax =1400Åであった。(3) The substrate material is pulled up from the melt, and the melt is shaken off at a rotation speed of 1000 rpm for 30 seconds, and then gradually cooled to room temperature at a cooling rate of 1 ° C./min. A MgO-containing lithium niobate single crystal thin film having a thickness of about 6 μm was obtained. The lattice constant (a-axis) is 5.153
Å, the refractive index measured at an incident light wavelength of 1.15 μm is 2.
230 ± 0.001. The surface roughness of the surface of the obtained lithium niobate single crystal thin film was measured according to JIS B0601.
Rmax = 1400 °.
【0124】実施例12 (1)Li2CO350モル%、V2O530モル%、Nb
3O520モル%、Na2CO3を前記溶融体組成から析出
可能なLiNbO3の理論量に対して86モル%添加、
MgOを溶融体組成から析出可能なLiNbO3の理論
量に対して0.2モル%添加した混合物をイリジウムル
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1100℃まで加熱してルツボの内容物を溶解し
た。ついで、溶融体をプロペラを用い、200rpmの
回転速度で12時間撹拌させた。Example 12 (1) 50 mol% of Li 2 CO 3, 30 mol% of V 2 O 5 , Nb
20 mol% of 3 O 5 and 86 mol% of Na 2 CO 3 with respect to the theoretical amount of LiNbO 3 that can be precipitated from the melt composition,
A mixture of MgO and 0.2 mol% based on the theoretical amount of LiNbO 3 that can be precipitated from the melt composition is put into an iridium crucible, and heated to 1100 ° C. in an air atmosphere in an epitaxial growth and growth apparatus, and the crucible content is increased. Was dissolved. Next, the melt was stirred for 12 hours at a rotation speed of 200 rpm using a propeller.
【0125】(2)溶融体を1時間当り60℃の冷却速
度で915℃まで徐冷した。タンタル酸リチウム単結晶
の(0001)面を光学研磨し、厚さ1.8mmとした
後、面取り(C面:JIS B0701 C0.1)を
行った。フォトリソグラフィ−およびRFスパッタ法に
より、膜厚1000Å、幅5μmのMgO膜を形成し
た。ついで、この基板を2.67cm/分でエピタキシ
ャル成長育成装置中の溶融体に近づけ、予備加熱と熱拡
散を同時に行った。拡散層の厚さは、約4000Åであ
った。この基板材料を溶融体中に100rpmで回転さ
せながら17分間浸漬した。成長速度は、1.94μm
/分であった。(2) The melt was gradually cooled to 915 ° C. at a cooling rate of 60 ° C. per hour. The (0001) plane of the lithium tantalate single crystal was optically polished to a thickness of 1.8 mm, and then chamfered (C plane: JIS B0701 C0.1). An MgO film having a thickness of 1000 ° and a width of 5 μm was formed by photolithography and RF sputtering. Then, the substrate was brought close to the melt in the epitaxial growth and growth apparatus at 2.67 cm / min, and preheating and thermal diffusion were performed simultaneously. The thickness of the diffusion layer was about 4000 °. This substrate material was immersed in the melt for 17 minutes while rotating at 100 rpm. The growth rate is 1.94 μm
/ Min.
【0126】(3)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、1時間当り300℃の冷却速度でタンタル
酸リチウム単結晶のキュリ−温度まで徐冷し、その温度
で1時間保った後、1時間に60℃の冷却速度で、室温
まで徐冷し、基板材料上に約33μmの厚さのナトリウ
ム、マグネシウム含有ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を得
た。(3) The substrate material is pulled up from the melt, the melt is shaken off at a rotational speed of 1000 rpm for 30 seconds, and then the temperature of the single crystal of lithium tantalate single crystal at a cooling rate of 300 ° C. per hour. Slowly cooled to room temperature at a cooling rate of 60 ° C. in one hour, and a sodium-magnesium-containing lithium niobate single crystal thin film having a thickness of about 33 μm is formed on a substrate material. I got
【0127】(4)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜中に含有されていたナトリウム、マグネシウムの量
は、それぞれ1.2モル%、0.3モル%であった。又
格子定数(a軸)は5.155Å、入射光波長1.15
μmで測定した屈折率は、2.228±0.001であ
った。(4) The amounts of sodium and magnesium contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were 1.2 mol% and 0.3 mol%, respectively. The lattice constant (a-axis) is 5.155 ° and the incident light wavelength is 1.15.
The refractive index measured in μm was 2.228 ± 0.001.
【0128】(5)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を、幅5μmのMgO拡散チャンネルに対して垂直に
端面研磨を施して、レ−ザ光を端面入射させ、出射光の
ニアフィ−ルドパタ−ンを観察したところ、レ−ザ光が
幅5μmのMgOの拡散チャンネル上で良好に閉じ込め
られていることが確認できた。得られたニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜の表面の面粗度は、JIS BO601R
max=900Åであった。(5) The obtained lithium niobate single crystal thin film is vertically polished with respect to an MgO diffusion channel having a width of 5 μm so that laser light is incident on the end surface and a near-field pattern of emitted light is obtained. Observation of the laser beam confirmed that the laser light was well confined on the MgO diffusion channel having a width of 5 μm. The surface roughness of the surface of the obtained lithium niobate single crystal thin film was measured according to JIS BO601R.
max = 900 °.
【0129】実施例13 (1)Li2CO350モル%、V2O540モル%、Nb
2O510モル%、Na2CO3をLiNbO3の析出理論
量に対して、45モル%添加、MgOをLiNbO3の
析出理論量に対して、7モル%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1100℃まで加熱してルツボの内容物を溶解し
た。Example 13 (1) 50 mol% of Li 2 CO 3, 40 mol% of V 2 O 5 , Nb
2 O 5 10 mole%, a Na 2 CO 3 with respect to precipitation theoretical amount of LiNbO 3, added 45 mol% of MgO with respect to precipitation theoretical amount of LiNbO 3, put the mixture was added 7 mol% platinum crucible Then, the contents of the crucible were dissolved by heating to 1100 ° C. in an air atmosphere in an epitaxial growth and growth apparatus.
【0130】(2)溶融体を1時間当り60℃の冷却速
度で918℃まで徐冷した。タンタル酸リチウム単結晶
の(0001)面を光学研磨した後、フォトリソグラフ
ィ−およびRFスパッタ法により、膜厚1000Å、幅
5μmのMgO膜を形成した後、1000℃にて熱拡散
させ、幅5μmのMgO拡散チャンネルをもつものを基
板材料とした。拡散層は約1μmであった。このチャン
ネル部分は、MgOを拡散させない部分に比べて常光屈
折率が15×10-3減少していた。この基板材料を溶融
体中に100rpmで回転させながら9分間浸漬した。
成長速度は2.1μm/分であった。(2) The melt was gradually cooled to 918 ° C. at a cooling rate of 60 ° C. per hour. After optically polishing the (0001) plane of the lithium tantalate single crystal, an MgO film having a thickness of 1000 ° and a width of 5 μm is formed by photolithography and RF sputtering, and then thermally diffused at 1000 ° C. to a width of 5 μm. A substrate having an MgO diffusion channel was used as a substrate material. The diffusion layer was about 1 μm. In this channel portion, the ordinary light refractive index was reduced by 15 × 10 −3 as compared with the portion where MgO was not diffused. The substrate material was immersed in the melt for 9 minutes while rotating at 100 rpm.
The growth rate was 2.1 μm / min.
【0131】(3)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19μmの
厚さのナトリウム、マグネシウム含有ニオブ酸リチウム
単結晶薄膜を得た。(3) The substrate material is pulled out of the melt, and the melt is shaken off at 1000 rpm for 30 seconds on the melt, and then gradually cooled to room temperature, and about 19 μm thick sodium and magnesium are placed on the substrate material. A lithium-containing lithium niobate single crystal thin film was obtained.
【0132】(4)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜中に含有されていたナトリウム、マグネシウムの量
は、それぞれ2モル%、6モル%であった。又、格子定
数(a軸)は5.155Å、入射光波長1.15μmで
測定した屈折率は2.229±0.001であった。(4) The amounts of sodium and magnesium contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were 2 mol% and 6 mol%, respectively. The lattice constant (a-axis) was 5.155 °, and the refractive index measured at an incident light wavelength of 1.15 μm was 2.229 ± 0.001.
【0133】(5)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を、幅5μmのMgO拡散チャンネルに対して垂直に
端面研磨を施して、レ−ザ光を端面入射させ、出射光の
ニアフィ−ルドパタ−ンを観察したところ、レ−ザ光が
幅5μmのMgOの拡散チャンネル上で良好に閉じ込め
られていることが確認できた。(5) The obtained lithium niobate single crystal thin film is polished perpendicularly to an MgO diffusion channel having a width of 5 μm, laser light is incident on the end surface, and a near-field pattern of emitted light is obtained. Observation of the laser beam confirmed that the laser light was well confined on the MgO diffusion channel having a width of 5 μm.
【0134】実施例14 (1)Na2CO312.8モル%、Li2CO337.2
モル%、V2O540.0モル%、Nb2O510.0モル
%、Nd2O3をLiNbO3の理論析出量に対して、
0.8モル%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1100℃
まで加熱してルツボの内容物を溶解した。[0134] Example 14 (1) Na 2 CO 3 12.8 mol%, Li 2 CO 3 37.2
Mol%, V 2 O 5 40.0 mol%, Nb 2 O 5 10.0 mol%, the Nd 2 O 3 relative to the theoretical amount of precipitated LiNbO 3,
The mixture to which 0.8 mol% was added was put into a platinum crucible, and 1100 ° C. in an air atmosphere in an epitaxial growth and growth apparatus.
Until the contents of the crucible were dissolved.
【0135】(2)溶融体を1時間当り60℃の冷却速
度で927℃まで徐冷した後、タンタル酸リチウム単結
晶の(0001)面を光学研磨した後、RFスパッタ法
により、膜厚400ÅのNi膜を形成した後、1000
℃にて熱拡散させた後、化学エッチングしたものを、基
板材料とした。拡散層は約6000Åであった。この基
板材料は、Niを拡散させない基板材料に比べて常光屈
折率が1×10-3増大していた。この基板材料を、溶融
体中に100rpmで回転させながら7分間浸漬した。
成長速度1.57μm/分であった。(2) The melt was gradually cooled to 927 ° C. at a cooling rate of 60 ° C. per hour, and the (0001) plane of the lithium tantalate single crystal was optically polished. After forming the Ni film of
After thermally diffusing at a temperature of ° C., a material chemically etched was used as a substrate material. The diffusion layer was about 6000 °. This substrate material had an ordinary light refractive index increased by 1 × 10 −3 compared to a substrate material that did not diffuse Ni. This substrate material was immersed in the melt for 7 minutes while rotating at 100 rpm.
The growth rate was 1.57 μm / min.
【0136】(3)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11μmの
厚さのナトリウム、ネオジム含有ニオブ酸リチウム単結
晶薄膜を得た。(3) The substrate material is pulled up from the melt, and the melt is shaken off at 1000 rpm for 30 seconds on the melt, then slowly cooled to room temperature, and about 11 μm thick sodium or neodymium is placed on the substrate material. A lithium-containing lithium niobate single crystal thin film was obtained.
【0137】(4)得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜中に含有されていたナトリウム、ネオジムの量は、そ
れぞれ1.2モル%、0.4モル%であった。又、格子
定数(a軸)は5.153Å、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 sodium and neodymium contained in the obtained lithium niobate single crystal thin film were 1.2 mol% and 0.4 mol%, respectively. The lattice constant (a-axis) is 5.153 ° and the incident light wavelength is 1.15 μm.
Was 2.232 ± 0.001.
【0138】実施例15 本実施例は、基本的には実施例1と同様であるがMgO
を加えず、Na2CO3とLiaCO3の量を変えること
により、液相エピタキシャル成長されるニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜中のNaの含有量を変えた。また、各々の
Na含有量に対応するニオブ酸リチウム単結晶の(a
軸)の格子定数を粉末X線回析を用いて測定し、ニオブ
酸リチウム単結晶薄膜中のNaの含有量とa軸の格子定
数の関係を第4図に示すとともに、粉末X線回析の一例
を図3に記載した。Embodiment 15 This embodiment is basically the same as Embodiment 1 except that MgO
Was added, the Na content in the lithium niobate single crystal thin film grown by liquid phase epitaxial was changed by changing the amounts of Na 2 CO 3 and LiaCO 3 . In addition, (a) of the lithium niobate single crystal corresponding to each Na content
Is measured using powder X-ray diffraction. The relationship between the content of Na in the lithium niobate single crystal thin film and the lattice constant of the a-axis is shown in FIG. An example is shown in FIG.
【0139】実施例16 本実施例は、基本的には実施例12と同様であるがMg
Oをド−ブせず、またLiaCO3とNb3O5の原料中
の比率を変えて、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を成長さ
せた。ついで、各々のLi/Nbの比率に対応するニオ
ブ酸リチウム単結晶のa軸の格子定数を粉末X線回析を
用いて測定し、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜中のa軸の
格子定数の関係を図5に示した。Embodiment 16 This embodiment is basically the same as Embodiment 12 except that Mg
A single-crystal lithium niobate thin film was grown without doping O and changing the ratio of LiaCO 3 and Nb 3 O 5 in the raw material. Next, the lattice constant of the a-axis of the lithium niobate single crystal corresponding to each Li / Nb ratio was measured using powder X-ray diffraction, and the relationship between the lattice constant of the a-axis in the lithium niobate single crystal thin film was determined. Is shown in FIG.
【0140】実施例17 (1)Li2CO350モル%、V2O540モル%、Nb
3O510モル%、TiO2を前記溶融物組成から析出可
能なLiNbO3の理論量に対して添加量を変化させ、
原料混合物を調整した。それぞれの混合物を白金ルツボ
にいれエピタキシャル成長育成装置中で空気雰囲気下
で、1100℃まで加熱してルツボの内容物を溶解し
た。Example 17 (1) Li 2 CO 3 50 mol%, V 2 O 5 40 mol%, Nb
10 mol% of 3 O 5 , TiO 2 is added to the theoretical amount of LiNbO 3 which can be precipitated from the melt composition,
The raw material mixture was prepared. Each mixture was placed in a platinum crucible and heated to 1100 ° C. in an epitaxial growth and growth apparatus under an air atmosphere to dissolve the contents of the crucible.
【0141】(2)溶融体を1時間当り60℃の冷却速
度で932℃まで徐冷した。チタンを含有させたタンタ
ル酸リチウム単結晶の(0001)面を光学研磨した
後、化学エッチングし厚さ0.8mmにしたものを基板
材料とした。この基板材料に含有されていたチタンの量
は9モル%であった。面粗度は、JIS BO601
Rmax=100Åであった。この基板材料を100r
pmで回転させながら溶融液中に浸漬した。(2) The melt was gradually cooled to 932 ° C. at a cooling rate of 60 ° C. per hour. After optically polishing the (0001) plane of lithium-tantalate single crystal containing titanium, it was chemically etched to a thickness of 0.8 mm to obtain a substrate material. The amount of titanium contained in the substrate material was 9 mol%. Surface roughness is JIS BO601
Rmax = 100 °. This substrate material is 100r
It was immersed in the melt while rotating at pm.
【0142】(3)溶融体から基板材料を引き上げ、回
転数1000rpmで回転させながら30秒間溶融体上
で溶融体を振り切った後、1℃/分の冷却速度で室温ま
で徐冷した。それぞれの原料から得られたニオブ酸リチ
ウム単結晶薄膜中のTiの含有量とニオブ酸リチウム単
結晶薄膜のa軸の格子定数の関係を図6に示した。(3) The substrate material was pulled up from the melt, and the melt was shaken off on the melt for 30 seconds while rotating at 1000 rpm, and then gradually cooled to room temperature at a cooling rate of 1 ° C./min. FIG. 6 shows the relationship between the content of Ti in the lithium niobate single crystal thin film obtained from each raw material and the lattice constant of the a-axis of the lithium niobate single crystal thin film.
【0143】実施例18 本実施例は、基本的には実施例1と同様であるがNa2
CO3とLi2CO3の量を変えることにより、液相エピ
タキシャル成長されるニオブ酸リチウム単結晶薄膜中の
Naの含有量を変えた。MgOの含有量は、5モル%と
した。また、各々のNa含有量に対応するニオブ酸リチ
ウム単結晶のa軸の格子定数を粉末X線回析を用いて測
定し、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜中のNaの含有量と
a軸の格子定数の関係を図7に示した。図7中には、比
較のため、MgOをド−プさせない場合のNaとニオブ
酸単結晶薄膜のa軸の格子定数との関係を示した。Embodiment 18 This embodiment is basically the same as Embodiment 1 except that Na 2
By changing the amounts of CO 3 and Li 2 CO 3 , the Na content in the lithium niobate single crystal thin film grown by liquid phase epitaxial was changed. The content of MgO was 5 mol%. The a-axis lattice constant of the lithium niobate single crystal corresponding to each Na content was measured using powder X-ray diffraction, and the Na content in the lithium niobate single crystal thin film and the a-axis lattice constant were measured. The relationship between the constants is shown in FIG. FIG. 7 shows the relationship between Na and the lattice constant of the a-axis of the niobate single crystal thin film when MgO is not doped for comparison.
【0144】実施例19 (1)Li2CO350モル%、V2O540モル%、Nb
3O510モル%、溶融体組成から析出可能なLiNbO
3の理論量に対してMgOの添加量を変えた混合物を白
金ルツボにいれ、組成の異なった混合物を調整した。つ
いで、エピタキシャル成長育成装置中、空気雰囲気下
で、1100℃まで加熱してルツボの内容物を溶解し
た。さらに溶融体をプロペラを用い、100rpmの回
転速度で12時間撹拌させた。Example 19 (1) Li 2 CO 3 50 mol%, V 2 O 5 40 mol%, Nb
3 O 5 10 mol%, LiNbO that can be precipitated from the melt composition
A mixture in which the added amount of MgO was changed with respect to the theoretical amount of 3 was placed in a platinum crucible to prepare a mixture having a different composition. Subsequently, the contents of the crucible were dissolved by heating to 1100 ° C. in an air atmosphere in an epitaxial growth and growth apparatus. Further, the melt was stirred with a propeller at a rotation speed of 100 rpm for 12 hours.
【0145】(2)厚さ2mmのタンタル酸リチウム単
結晶の(0001)面を光学研磨した後、化学エッチン
グし、面取り(R面 JIS;B0701 R0.5)
を行った。溶融体を1時間当りに60℃の冷却速度で9
15℃まで徐冷した後、この基板を915℃で30分予
備加熱した後、溶融体中に100rpmで回転させなが
ら8分間浸漬した。ニオブ酸リチウムの成長速度は、1
μm/分であった。(2) The (0001) plane of the lithium tantalate single crystal having a thickness of 2 mm is optically polished, chemically etched, and chamfered (R plane JIS; B0701 R0.5).
Was done. The melt is cooled at a rate of 60 ° C./hour to 9
After gradually cooling to 15 ° C., the substrate was preheated at 915 ° C. for 30 minutes, and then immersed in the melt for 8 minutes while rotating at 100 rpm. The growth rate of lithium niobate is 1
μm / min.
【0146】(3)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、1℃/分の速度で室温まで徐冷し、基板材料
上に約8μmの厚さのマグネシウム含有ニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜を得た。(3) The substrate material is pulled up from the melt, and the melt is shaken off at a rotation speed of 1000 rpm for 30 seconds, and then gradually cooled to room temperature at a rate of 1 ° C./min. A magnesium-containing lithium niobate single crystal thin film having a thickness of 3 mm was obtained.
【0147】(4)得られたマグネシウム含有ニオブ酸
リチウム単結晶をX粉末回析によりa軸の格子定数を測
定し、a軸の格子定数とMgOの含有量の関係を図8に
示した。 上記実施例15〜19は、格子整合が目的で
はなく、液相エピタキシャル成長にて得られたニオブ酸
リチウム単結晶薄膜のa軸の格子定数と、ニオブ酸リチ
ウムの組成の関係を調べたものであり、ニオブ酸リチウ
ムと基板は必ずしも格子整合するものではない。 実施例1〜14(7は除く)で得られた本発明のニオブ
酸リチウム単結晶薄膜についてプリズム結合法により波
長0.83μmの半導体レ−ザに対する光伝搬損失と、
ポッケルス定数をマッハツェンダ−干渉計で測定し、そ
の結果を表1に示した。また、実施例1と同様にして、
薄膜と基板にそれぞれ異種元素を添加し、得られた薄膜
の光伝搬損失を表2に示す。基板の異種元素拡散層は、
約1μmである。(4) The a-axis lattice constant of the obtained magnesium-containing lithium niobate single crystal was measured by X powder diffraction, and the relationship between the a-axis lattice constant and the content of MgO is shown in FIG. In Examples 15 to 19, the purpose was not to match the lattice, but the relationship between the lattice constant of the a-axis of the lithium niobate single crystal thin film obtained by liquid phase epitaxial growth and the composition of lithium niobate was examined. However, lithium niobate and the substrate are not always lattice-matched. For the lithium niobate single crystal thin film of the present invention obtained in Examples 1 to 14 (excluding 7), the light propagation loss with respect to a semiconductor laser having a wavelength of 0.83 μm by the prism coupling method;
The Pockels constant was measured with a Mach-Zehnder interferometer, and the results are shown in Table 1. Also, in the same manner as in Example 1,
Table 2 shows the light propagation loss of the thin films obtained by adding different elements to the thin film and the substrate, respectively. The heterogeneous element diffusion layer of the substrate is
It is about 1 μm.
【0148】[0148]
【表1】 [Table 1]
【0149】比較例は、Applied Physic
s Letters,vol.24,No.9,197
4 P424に記載の値である。[0149] The comparative example is an Applied Physic.
s Letters, vol. 24, no. 9,197
4 This is the value described in P424.
【0150】[0150]
【表2】 [Table 2]
【0151】[0151]
【発明の効果】以上述べたように、本発明では特定の組
成範囲のLi2O−V2O3−Nb2O3よりなる溶融液よ
り基板と格子整合されたニオブ酸リチウム単結晶薄膜を
製造することによって、従来得られなかった極めて優れ
た光学特性を有すると共に光学デバイスとして使用する
のに必要な充分な厚さを有するニオブ酸リチウム単結晶
薄膜が実用的に形成できるため薄膜導波路型SHG素子
の構成材料として最適であるのみならず、光学デバイス
の構成材料として有用である。As described above, according to the present invention, a lithium niobate single crystal thin film lattice-matched to a substrate is prepared from a melt composed of Li 2 O—V 2 O 3 —Nb 2 O 3 having a specific composition range. By manufacturing, it is possible to form a lithium niobate single crystal thin film having extremely excellent optical characteristics, which has not been obtained conventionally, and a sufficient thickness necessary for use as an optical device. It is not only optimal as a constituent material of an SHG element, but also useful as a constituent material of an optical device.
【0152】[0152]
【図1】本発明において使用するLi2O−V2O3−N
b2O3よりなる溶融液の組成範囲を示す三角図。FIG. 1 shows Li 2 O—V 2 O 3 —N used in the present invention.
FIG. 3 is a triangular diagram showing a composition range of a melt composed of b 2 O 3 .
【図2】タンタル酸リチウム単結晶基板の(0001)
面を示す模式図。FIG. 2 shows a (0001) of a lithium tantalate single crystal substrate
The schematic diagram which shows a surface.
【図3】タンタル酸リチウム単結晶基板上に形成された
格子整合されたときのニオブ酸リチウム薄膜の断面を写
した写真である。 FIG. 3 is a photograph showing a cross section of a lithium niobate thin film formed on a lithium tantalate single crystal substrate when lattice-matched.
It is a photograph taken.
【図4】本発明のニオブ酸リチウムの格子整合されたと
きのX線回析図FIG. 4 is an X-ray diffraction diagram of the lithium niobate of the present invention when lattice matched.
【図5】ニオブ酸リチウム薄膜のa軸の格子定数とNa
の含有量の関係図FIG. 5 shows the lattice constant of the a-axis of lithium niobate thin film and Na
Of content
【図6】ニオブ酸リチウム薄膜のa軸の格子定数とMg
の含有量の関係図FIG. 6 shows lattice constant of a-axis and Mg of lithium niobate thin film.
Of content
【図7】実施例7で得られた第2高調波発生素子の模式
図FIG. 7 is a schematic view of a second harmonic generation device obtained in Example 7.
1 波長選択性フルタ− 2 封止キャップ 3 SHGデバイス 4 固定ベ−ス 5 半導体レ−ザチップ 6 ヒ−トシンク 7 ベ−ス 8 リ−ドピン Reference Signs List 1 wavelength-selective filter 2 sealing cap 3 SHG device 4 fixing base 5 semiconductor laser chip 6 heat sink 7 base 8 lead pin
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−95242(JP,A) 特開 昭50−92300(JP,A) 特開 平3−218997(JP,A) 特開 平4−12095(JP,A) 特開 平5−178692(JP,A) 特公 昭51−9720(JP,B2) 特公 昭56−47160(JP,B2) 特公 昭63−27681(JP,B2) 特公 昭60−34722(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C30B 1/00 - 35/00 CA(STN)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-52-95242 (JP, A) JP-A-50-92300 (JP, A) JP-A-3-218997 (JP, A) JP-A-4- 12095 (JP, A) JP-A-5-178692 (JP, A) JP-B 51-9720 (JP, B2) JP-B 56-47160 (JP, B2) JP-B 63-27681 (JP, B2) JP-B-60-34722 (JP, B2) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C30B 1/00-35/00 CA (STN)
Claims (3)
囲がLi2O−V2O5−Nb2O3の3成分系の三角図に
おいてA(88.90,2.22,8.88),B(5
5.00,43.00,2.00),C(46.50,
51.50,2.00)及びD(37.50,5.0
0,57.50)の4組成点で囲まれる領域で示され、
且つ、該組成に得られるニオブ酸リチウム単結晶の格子
定数を大きくする作用を有する元素を添加した溶融液
に、少なくともその表面の一部に異種元素が添加されて
いるタンタル酸リチウム基板を接触させ、該基板上に該
基板と格子整合されたニオブ酸リチウム単結晶薄膜を製
造す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。The composition of Li 2 O, V 2 O 5 and Nb 2 O 5 is represented by A (88.90, 2) in a ternary diagram of a ternary system of Li 2 O—V 2 O 5 —Nb 2 O 3 . .22, 8.88), B (5
5.00, 43.00, 2.00), C (46.50,
51.50, 2.00) and D (37.50, 5.0).
0, 57.50), which is surrounded by four composition points,
In addition, a lithium tantalate substrate having a different element added to at least a part of its surface is brought into contact with a melt containing an element having an effect of increasing the lattice constant of the lithium niobate single crystal obtained in the composition. And manufacturing a lithium niobate single crystal thin film lattice-matched with the substrate on the substrate.
きくする作用を有する異種元素がNaである請求項第1
項記載のニオブ酸リチウム単結晶薄膜の製造方法。2. The different element having the function of increasing the lattice constant of a lithium niobate single crystal is Na.
4. The method for producing a lithium niobate single crystal thin film according to claim 1.
きくする作用を有する異種元素がMgである請求項第1
項記載のニオブ酸リチウム単結晶薄膜の製造方法。3. A dissimilar element having an effect of increasing the lattice constant of a lithium niobate single crystal is Mg.
4. The method for producing a lithium niobate single crystal thin film according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03116607A JP3131741B2 (en) | 1990-04-26 | 1991-04-22 | Method for producing lithium niobate single crystal thin film |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11214890 | 1990-04-26 | ||
| JP2-112148 | 1990-04-26 | ||
| JP03116607A JP3131741B2 (en) | 1990-04-26 | 1991-04-22 | Method for producing lithium niobate single crystal thin film |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0585896A JPH0585896A (en) | 1993-04-06 |
| JP3131741B2 true JP3131741B2 (en) | 2001-02-05 |
Family
ID=26451373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03116607A Expired - Lifetime JP3131741B2 (en) | 1990-04-26 | 1991-04-22 | Method for producing lithium niobate single crystal thin film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3131741B2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5647160B2 (en) | 2012-03-14 | 2014-12-24 | 株式会社日立製作所 | Risk management device, risk management method, and risk management program |
| JP6034722B2 (en) | 2013-02-28 | 2016-11-30 | 株式会社神戸製鋼所 | Wire wound pressure vessel |
| JP6327681B2 (en) | 2014-10-29 | 2018-05-23 | 日産自動車株式会社 | FUEL CELL ELECTRODE CATALYST, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, ELECTRODE CATALYST FOR FUEL CELL CONTAINING THE CATALYST, MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY AND FUEL CELL USING THE CATALYST OR CATALYST |
-
1991
- 1991-04-22 JP JP03116607A patent/JP3131741B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5647160B2 (en) | 2012-03-14 | 2014-12-24 | 株式会社日立製作所 | Risk management device, risk management method, and risk management program |
| JP6034722B2 (en) | 2013-02-28 | 2016-11-30 | 株式会社神戸製鋼所 | Wire wound pressure vessel |
| JP6327681B2 (en) | 2014-10-29 | 2018-05-23 | 日産自動車株式会社 | FUEL CELL ELECTRODE CATALYST, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, ELECTRODE CATALYST FOR FUEL CELL CONTAINING THE CATALYST, MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY AND FUEL CELL USING THE CATALYST OR CATALYST |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0585896A (en) | 1993-04-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3148896B2 (en) | Lithium niobate single crystal thin film | |
| EP0444209B1 (en) | Thin film of lithium niobate single crystal and production thereof | |
| JP3131741B2 (en) | Method for producing lithium niobate single crystal thin film | |
| JP2850045B2 (en) | Method for producing lithium niobate single crystal thin film | |
| JP2838803B2 (en) | Method for producing lithium niobate single crystal thin film | |
| JP2893212B2 (en) | Lithium niobate single crystal thin film | |
| JP3121361B2 (en) | Ti-containing lithium niobate thin film and method for producing the same | |
| JP3152481B2 (en) | Lithium niobate single crystal thin film and method for producing the same | |
| JP2860800B2 (en) | Method for producing lithium niobate single crystal thin film | |
| JPH0517295A (en) | Lithium niobate single crystal thin film subjected to domain inversion treatment | |
| JP2973333B2 (en) | Method for forming single crystal thin film on substrate | |
| JPH0437697A (en) | Thin film of lithium niobate single crystal | |
| JPH05896A (en) | Thin lithium niobate single crystal film | |
| JP2546131B2 (en) | Lithium niobate single crystal thick film and method for producing the same | |
| JP2849221B2 (en) | Optical device having channel type waveguide and method of manufacturing the same | |
| JPH0412094A (en) | Thin film of lithium niobate single crystal | |
| JPH0792514A (en) | Wavelength conversion solid-state laser element | |
| JPH0672794A (en) | Liquid phase epitaxy of single crystal thin film | |
| JPH08157294A (en) | Method for forming single crystal thin film on substrate | |
| JPH07320539A (en) | Method for manufacturing dielectric thin film | |
| JPH0794820A (en) | Single-crystal thin film and solid laser element | |
| JPH06281983A (en) | Second harmonic generating device and its production | |
| JP3191018B2 (en) | Method for producing lithium niobate single crystal thin film | |
| JPH0437698A (en) | Thin film of lithium niobate single crystal | |
| JPH07234427A (en) | Production of nonlinear optical material |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081124 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081124 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091124 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091124 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101124 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101124 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111124 Year of fee payment: 11 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111124 Year of fee payment: 11 |