JPH03218997A - ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の製造方法 - Google Patents

ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の製造方法

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JPH03218997A
JPH03218997A JP34235789A JP34235789A JPH03218997A JP H03218997 A JPH03218997 A JP H03218997A JP 34235789 A JP34235789 A JP 34235789A JP 34235789 A JP34235789 A JP 34235789A JP H03218997 A JPH03218997 A JP H03218997A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、薄膜導波路型SHG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の製造方法に
関する。
(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
ンタ等の光機器分野への応用が考えられる。
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。
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、変調器を必要とせず
、また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SHG素子が必要
となってきた。
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バルク単結晶に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。
ところで、結晶性に優れた単結晶薄膜を製造する方法と
して、液相エピタキシャル法が好適であると考えられる
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、 1)Applied Physics Let.ter
s, Vol. 26、No.l,January 1
975には、タンタル酸リチウムを基板として、L1,
0、V20.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。
又、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、■,0.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
更に、3)特公昭56−47160号公報には、Li2
O、V30.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。
また、4)特公昭56−11650号公報には、Li2
O、■,0.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、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
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SH
G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り、薄膜導波路型のSHG素
子が実用化されたという例は知られていない。
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、すなわ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の基本波長光と波長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単結晶薄膜を用いて、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、研磨により除去される分を考慮する
と、5μm以上の厚さのニオブ酸リチウム薄膜が必要で
ある。
(発明が解決しようとする課題) 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素子の光学デバイスを作成するために必要な膜厚
のニオブ酸リチウム単結晶薄膜を実用的に製造する方法
はなかった。
そこで、本発明者等は種々研究した結果、このような問
題が生ずるのは、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の格子定
数が、タンタル酸リチウム基板の格子定数より小さく、
液相エピタキシャル成長の結果、得られたニオブ酸リチ
ウム単結晶薄膜の結晶格子に歪が発生するからであると
考え、これを解決するために、タンタル酸リチウム基板
の格子定数とニオブ酸リチウム単結晶薄膜の格子定数を
近付ければよいことに想達した。
本発明者等は、ニオブ酸リチウム単結晶にナトリウムと
マグネシウムを含有させることにより、ニオブ酸リチウ
ム単結晶の光損傷(強い光を照射すると結晶の屈折率が
変化すること)を防止して、なお且つ、ニオブ酸リチウ
ム基板の格子定数を調整してタンタル酸リチウム基板の
格子定数に整合(格子整合)させ、S}IG素子などの
光学デバイスを作成するために必要な膜厚のニオブ酸リ
チウム単結晶を実用的に製造できることができることを
全く新規に知見し、本発明を完成するに至った。
ただ、Journal of Crystal Gro
wth 54(1981)572−576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
長法にょりY一カットのニオブ酸リチウム基板上に膜厚
2oμmのナトリウム含有ニオブ酸リチウム薄膜単結晶
を形成した例が記載されている。
また、Journal of Crystal Gro
wth 84(1987)402−412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
長法にょり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。
しかし、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 Acoust
ic 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。又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SAiil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。
又、米国特許4093781号には、リチウムフェライ
ト膜を基板上に液相エピタキシャル成長法で形成する際
、リチウムをナトリウムで置換し、格子定数を基板に近
づけ、歪のないリチウムフェライト膜を形成する方法が
記載されている。
しかしながら、これは、リチウムフェライトに関する技
術であって、本願の目的とする光学材料用として使用す
ることはできない。
(課題を解決するための手段) 本発明は、溶融体にタンタル酸リチウム基板を接触させ
、エピタキシャル成長により、ニオブ酸リチウム単結晶
薄膜を育成させる方法であって、溶融体トシテ、主トL
,テLi,0、■,0.、Nb,0,、Na,0、Mg
Oからなり、Na,0とMgOを除いた前記Li,0、
v20,、Nb,0,(7)組成範囲が、Li2O−V
2O,−Nb2O.(7)3?分系の三角図において、
A(88.90, 2.22, 8.88)、B(55
.00, 43.00; 2.00)、C(46,50
, 51.50, 2.00)、D(37.50, 5
.00, 57.50)の4組成点で囲まれる領域で示
される組成割合にあるものを用い、ニオブ酸リチウム単
結晶薄膜のa軸の格子定数とタンタル酸リチウム基板の
a軸の格子定数を整合させ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からなる。
(作用) 本発明によれば、タンタル酸リチウム基板上にニオブ酸
リチウム単結晶薄膜を析出させる際、エピタキシャル成
長法に用いる溶融体として、主とシテ、L110、V2
O■Nb.O,、Na2O, MgOがらなり、Na2
OとMgOを除いた前記Li,Q、V, O,、Nb2
O.の組成範囲が、Li , O−V, O, −Nb
, O,の3成分系の三角図におイテ、A(88.90
, ’2.22, 8.88)、B(55.00, 4
3.00,2.00)、C(46.50, 5].50
, 2.00)、D(37.50, 5,00,57.
50)の4組成点で囲まれる領域で示される組成割合に
あるものを用いることにより、ニオブ酸リチウム単結晶
薄膜のa軸の格子定数とタンタル酸リチウム基板のa軸
の格子定数を整合させることが必要である。
本発明においてタンタル酸リチウムを基板として用いる
理由は、前記タンタル酸リチウム基板の結晶系が、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。
又、前記タンタル酸リチウム基板としては、種々の元素
を含有させたもの、あるいは表面を化学エッチングした
ものなどを用いることができる。
前記溶融体として、Li2O、v30.、Nb2O,、
Na, O、MgOが必要な理由を以下に説明する。
前記Li2O, V2O,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。
又、前記Na,0、MgOを溶融体成分として用いるこ
とにより、ナトリウムとマグネシウムをニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜中に含有させることができる。
前記ナトリウムとマグネシウム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、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、厚い膜厚を有し、光学的特性に優れたニオブ
酸リチウム単結晶薄膜を得ることができる。
一般に、ニオブ酸リチウムのa軸の格子定数は、タンタ
ル酸リチウムのa軸の格子定数より小さいため、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a軸
の格子定数を合わせるためには、ニオブ酸リチウムのa
軸の格子定数を大きくすることが望ましい。
ナトリウムとマグネシウムを同時に含有させる理由は、
マグネシウムのみでは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を格子整合させることができず、
又ナトリウムのみでは、格子整合は可能であるが、光損
傷を防止することができないからである。
マグネシウムには光損傷を防止する効果があるため、光
学材料には好適である。
前記ナトリウム、マグネシウムがニオブ酸リチウム単結
晶薄膜中に含有されることにより、a軸の格子定数が大
きくなるが、これは、ナトリウムとマグネシウムのイオ
ン或いは原子が、ニオブ酸リチウム結晶格子にドーブさ
れるか、或いはニオブ酸リチウム結晶格子を構成するイ
オン或いは原子と置換されることに起因する。
又、本発明におけるNa2OとMgOを除いたLi2O
,■.0.、Nb2O,(7)組成範囲トL テLi2
O−V2O.−Nb2O, (7)3成分系の三角図に
おいて、A(88.90, 2.22, 8.88)、
B(55.00, 43.00, 2.00)、C(4
6.50, 51.50, 2.00)、D(37,5
0, 5.00, 57.50)の4組成点で囲まれる
領域で示される組成割合が必要とされる理由は、この範
囲で得られるニオブ酸リチウム薄膜の光学的特性が優れ
ており、なかでも光伝搬損失が低く、良質なニオブ酸リ
チウム単結晶薄膜を得る二とができるからである。
前記、L120、V10.、Nb,0,の組成範囲は、
更に、Li,0−V,0,−Nb,0, (7)3成分
系ノ三角図ニおイテ、E(69.85, 21.33,
 8.82)、F(49.95, 45.02, 5.
03)、G(44.13, 16.76, 39.11
)、H(54.72, 11,12, 34.16)の
4組成点で囲まれる領域で示される組成割合であること
が好ましく、LiオO−Vオ0,−Nb,0,の3成分
系の三角図において、I(57.43, 35,05,
 7.52)、J(49.95, 42.53, 7.
52)、K(47.36, 26.32, 26.32
)、L(56.38, 17.91, 25.71)の
4組成点で囲まれる領域で示される組成割合であること
が好適である。
本発明におけるNa2Oの組成割合として、モル比でN
a2O/Li2Oが、2.0798. 0 〜93. 
576.5を満たす範囲であることが必要である理由は
、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。
前記、Na2Oの組成割合として、モル比でNa2O/
Li2Oが、7.4792.6〜80.0/20.0を
満たす範囲であることが好ましく、16.7783.3
〜48.4751,6を満たす範囲であることが好適で
ある。
又、MgOの組成割合として、モル比でMgO/ニオブ
酸リチウムが、0. 1/99,9 〜25,0/75
, Oを満たす組成範囲であることが望ましい。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。
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充分で、前記範囲よりMgO
の割合が高い場合は、ニオブ酸マグネシウムの結晶が析
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。
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、0.77100〜9.07100を
満たす範囲であることが好ましく、3.57100 〜
6.07100を満たす範囲であることが好適である。
本発明における原料組成物は、その酸化物として組成割
合が前記組成範囲内になるように選択されるが、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、Na,CO,, Nbl
lO,、Li,Co,、■.0.、MgO%NaVO,
、NaNbO,、LiVO.、LiNbO,の組成物な
どが挙げられる。
前記原料成分は、600〜1300℃で加熱溶融される
ことが望ましい。又、前記加熱溶融は、空気雰囲気化或
いは酸化雰囲気化で行なうことが望ましい。
本発明によれば、前記溶融体を過冷却状態とした後、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。
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℃1時であることが望ましい。
前記育成のための温度は、600〜1250℃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1
250℃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.)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。
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(0001)面を
使用することが望ましい。
前記タンタル酸リチウム基板の(0001)面とは、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(第1
図参照)であり、前記(0001)面はa軸のみで構成
されるため、前記(0001)面を成長面とすることで
、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜のa軸の格子定数を変え
るだけで、格子整合させることができるからである。
また、本発明においては、前記ニオブ酸リチウム単結晶
薄膜の格子定数(a軸)を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99.81〜100.07%にすることが望ましい
前記格子定数の範囲を外れた場合、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a軸の格子の相違
が大きくなり、光学材料として使用可能な光学特性に優
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。
さら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99.92〜1
00.03%にすることが好適である。
前記タンタル酸リチウム基板のa軸の格子定数が、5.
1538人の場合、ニオブ酸リチウム単結晶のa軸の格
子定数は,5.150〜5,155Aの範囲が好適であ
る。
前記育成の際には、タンタル酸リチウム基板を回転させ
ることが望ましい。これは、タンタル酸リチウム基板を
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。
又、前記タンタル酸リチウム基板は、少なくとも片面は
、光学研磨されていることが望ましい。
本発明においてはタンタル酸リチウム基板と溶融体との
接触時間、溶融体の温度を適当に選択することにより、
タンタル酸リチウム基板上に析出するニオブ酸リチウム
基板上に析出するニオブ酸リチウム単結晶薄膜の厚みを
制御することができる。
本発明においては、溶融体組成として、Li2O、■.
0.、Nb2O,、Na, OとMgOの他に、Nd%
Rh, Zn%Ni,Co. Ti, Cr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。
前記Nd, Rh, Zn, Ni, Co, Ti,
 Crなどの元素を添加することにより、ニオブ酸リチ
ウム単結晶薄膜の屈折率や格子定数を変えることができ
る。
特に、前記Tiは、ニオブ酸リチウム単結晶の格子定数
を小さくすることができる。
以上のようにして、本発明の製造方法により得られるニ
オブ酸リチウム単結晶薄膜は、タンタル酸リチウム基板
と一体となっており、格子の歪や結晶の欠陥が極めて少
なく、クラックなどのない高品質の膜であり、光導波路
として好適な性質を持ち、特に光伝搬損失が低く、なお
且つ従来よりも厚い膜が得られるため、薄膜導波路型S
}IG素子の構成材料として最適であるだけでなく、光
偏向器、光変調器、マルチモードの光デバイスに使用で
きる。
次に本発明の実施例について説明する。
実施例l (1)Na,C帆44.4モル%、Li,CO344.
4モル%、V, O,5.6モル%、Nb,0.5.6
モル%、MgOを前記原料物組成から析出可能なLiN
bO,の理論量に対して5モル2添加(MgO/LiN
bO,・5/95) L,て混合物を白金ルッポにいれ
、エピタキシャル成長育成装置中で空気雰囲気下で11
00℃まで加熱してルッポの内容物を溶解させた。
(2)溶融体を1時間当りに60℃の冷却速度で840
℃まで徐冷した後、タンタル酸リチウム単結晶の(00
01)面を光学研磨した後、化学エッチングしたものを
基板材料として溶融体中にloOrpmで回転させなが
ら15分間浸漬した。
(3)溶液体から基板材料を引き上げ、回転数100O
rpm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ヴム単結晶薄膜を
得た。
(4)得られたニオブ酸リチウムの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、薄膜の格子定数(a
軸)は5.]53A、入射光波長1.15μmで測定し
た屈折率は、2.230±0.001であった。
実施例2 (1)Li,Co, 69%、V,0.16モJL,%
%Nb,0.15モル%、Na, Co.を前記原料物
組成から析出可能なLiNbOsの理論量に対して、6
0モル%添加(Na2O/Li2O=45/69)、M
gOを前記原料物組成から析出可能なLiNbO.の理
論量に対して、6モAt%添加(MgO/LiNbO,
 ・6/94)、Cr2O,を前記原料物組成から析出
可能なLiNbO,の理論量に対して、2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℃まで加熱してルッポ
の内容物を溶解させた。
(2)溶融体を1時間当り60℃の冷却速度で954℃
まで徐冷した後、タンタル酸リチウム単結晶の(000
1)面を光学研磨した後、化学エッチングしたものを基
板材料として溶融体中にIOOrpmで回転させながら
IO分間浸漬した。
(3)溶融体から基板材料を引き上げ、回転数100O
rpm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、基板材料に約11μm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。
(4)得られたニオブ酸リチウムの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%、2モル%及び7モル%であった。又
、薄膜の格子定数(a軸)は5, 155人、入射光波
長1.15μmで測定した屈折率は、2.236±0.
001であった。
実施例3 (1 )Na, Cos44.4モル%、Li,Co,
 37.8モル%、■10.15モル%、Nb,0, 
2.8モル%、MgOを原料物組成から析出可能なLi
NbO.の理論量に対して、3モル%添加(MgO /
 L i NbO ,・3/97)、Tie,を原料物
組成から析出可能なLiNbO,の理論量に対して、1
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。
(2)溶融体を1時間当り60℃の冷却速度で780℃
まで徐冷した後、タンタル酸リチウム単結晶の(000
l)面を光学研磨した後、化学エッチングしたものを基
板材料として溶融体中に100rpmで回転させながら
8分間浸漬した。
(3)溶融体から基板材料を引き上げ、回転数1000
rpm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、室温まで徐冷し、基板上に約7μmの厚さ
のナトリウム、マグネシウム、チタン含有ニオブ酸リチ
ウム単結晶薄膜を得た。
(4)得られたニオブ酸リチウムの単結晶薄膜のナトリ
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5.154人、入射光波長1.15μmで測定した
屈折率は、2.239± 0.001であった。
実施例4 (1)Li,C0, 52モル%、V,0. 44モル
%、Nb,0. 4モル%、Na, CO,を前記原料
物組成から析出可能なLiNbO,の理論量に対して、
48モル%添加(Na,0/Li,0=7,4/52)
、MgOを前記原料物組成から析出可能なljNbo,
の理論量に対して、5モル%添加(MgO/LiNbO
, =5/95)シた混合物を白金ルツボにいれ、エビ
タキシ?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。
(2)溶融体を1時間当り60℃の冷却速度で835℃
まで徐冷した後、タンタル酸リチウム単結晶の(000
l)面を光学研磨したものを基板材料として溶融体中に
IOOrpmで回転させながら12分間浸漬した。
(3)溶融体から基板材料を引き上げ、回転数100o
rpm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。
(4)得られたニオブ酸リチウムの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。又薄膜の格子定数(a軸
)は5,153人、入射光波長1.15μmで測定した
屈折率は、2.232±0.001であった。
実施例5 (1)Li,C0, 50モル%、V,0. 30モル
%、Nb,0.20モル%、Na, Co,を前記原料
物組成から析出可能なLiNbO.の理論量に対して5
0モル%添加(Na,0/Li,0■40/50)、M
goを前記原料物組成から析出可能なLiNbO.の理
論量に対して4モル%添加(MgO/LiNbO, =
4/96) L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1150℃まで
加熱してルツボの内容物を溶解した。
(2)溶融体を1時間当り60℃の冷却速度で995℃
まで徐冷した後、タンタル酸リチウム単結晶の(000
l)面を光学研磨した後、化学エッチングしたものを基
板材料として溶融体中にloorpmで回転させながら
12分間浸漬した。
(3)溶融体から基板材料を引き上げ、回転数100O
rpm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9μm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)得られたニオブ酸リチウムの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%、5モル%であった。又薄膜の格子定数(a軸
)は5.155人、入射光波長1.15μmで測定した
屈折率は、2, 233±0.001であった。
実施例6 (1)Na,Co, 47.4モル%、Li,C0, 
23.7モル%、V, O.4.2モル%、Nb,0,
 24.7モル%、MgOを前記原料物組成から析出可
能なLiNbO,の理論量に対して、2モル%添加(M
gO/LiNbO.・2/90) Lて混合物を白金ル
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1150℃まで加熱してルツボの内容物を溶解し
た。
(2)溶融体を1時間当り60℃の冷却速度で1023
℃まで徐冷した後、タンタル酸リチウム単結晶の(00
0l)面を光学研磨した後、化学エッチングしたものを
基板材料として溶融体中に10Orpmで回転させなが
ら13分間浸漬した。
(3)溶融体から基板材料を引き上げ、回転数100O
rpm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Itμm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)得られたニオブ酸リチウムの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
2.5モル2、および3モル2であった。又薄膜の格子
定数(a軸)は5,156A、入射光波長1. 15μ
mで測定した屈折率は、2,235±0.001であっ
た。
実施例7 (1)Na,Co, 45.9モル%、Li,C0, 
36.8モル%、V, O,2.7モル%、Nb,0,
 14.6モル%、MgOを前記原料物組成から析出可
能なLiNbO,の理論量に対して、4モル%添加(M
gO/LiNbO,=4/96)、Nd2O,を前記原
料物組成から析出可能なLiNbO,の理論量に対して
、1モル%添加した混合物を白金ルッポにいれ、エピタ
キシャル成長育成装置中で空気雰囲気下で1150℃ま
で加熱してルッポの内容物を溶解させた。
(2)溶融体を1時間当り60℃の冷却速度で970℃
まで徐冷した後、タンタル酸リチウム単結晶の(000
l)面を光学研磨した後、化学エッチングしたものを基
板材料として溶融体中にloorpmで回転させながら
18分間浸漬した。
(3)溶融体から基板材料を引き上げ、回転数100O
rpm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9μmの厚さのナトリ
ウム、マグネシウム、ネオジム含有ニオブ酸リチウム単
結晶薄膜を得た。
(4)得られたニオブ酸リチウムの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1.2モル%、5モル%及び0.3モル%で
あった。又薄膜の格子定数(a軸)は5, 154人、
入射光波長1.15μmで測定した屈折率は2.233
±0.001であった。
実施例8 (1)Li,Co, 60モル%、v20。20モル%
、Nb,0. 20−Eル%、Na, Co,を前記原
料物組成から析出可能なL INb O wの理論量に
対して、50モル%添加(Na2O/Li,0・40/
60)、MgOを前記原料物組成から析出可能なしiN
bo,の理論量に対して、4モル%添加(MgO/Li
NbO,・4/96) L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11
50℃まで加熱してルツホの内容物を溶解した。
(2)溶融体を1時間当り60℃の冷却速度で995℃
まで徐冷した後、タンタル酸リチウム単結晶の(000
l)面を光学研磨した後、化学エッチングしたちのを基
板材料として溶融体中にIOOrpmで回転させながら
12分間浸漬した。
(3)溶融体から基板材料を引き上げ、回転数100O
rpm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展を
得た。
(4)得られたニオブ酸リチウムの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
1.8モル%、5モル%であった。又薄膜の格子定数(
a軸)は5.155人、入射光波長1.15μmで測定
した屈折率は、2. 233±0.001であった。
実施例9 (1)Li,Co, 52モル%、V,0, 44モ)
Ii%、Nb,0.4モル%、Na, Co,をLiN
bO,に対して、93モル%添加、MgOをLiNbO
,に対して0.Ol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1150℃まで加熱してルツボの内容物を溶解した。
(2)溶融体を1時間当りに60℃の冷却速度で835
℃まで徐冷した後、タンタル酸リチウム単結晶の(00
01)面を光学研磨した後、化学エッチングしたものを
基板材料として溶融体中に10Orpmで回転させなが
ら12分間浸漬した。
(3)溶融体から基板材料を引き上げ、回転数100o
rpm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。
(4)得られたニオブ酸リチウムの単結晶薄膜のナトリ
ウム、マグネシウムの量は、それぞれ2モル%、0.0
2モル%であった。又、薄膜の格子定数(a軸)はs,
 153 A、入射光波長1.15μmで測定した屈折
率は、2. 232±0.001であった。
実施例10 (1)Li,C0, 50モルχ、V2OS30モル%
、Nb,0. 20モル%、Na,Co,をliNbo
,に対して86モル%添加、MgOをLiNbO.に対
して0.2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115
0℃まで加熱してルツボの内容物を溶解した。
(2)溶融体を1時間当りに60℃の冷却速度で995
℃まで徐冷した後、タンタル酸リチウム単結晶の(00
01)面を光学研磨した後、化学エッチングしたものを
基板材料として溶融体中に10Orpmで回転させなが
ら12分間浸漬した。
(3)溶融体から基板材料を引き上げ、回転数100o
rpm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9μm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)得られたニオブ酸リチウムの単結晶薄膜のナトリ
ウム、マグネシウムの量は、それぞれ0.3モル%、5
モル%であった。又、薄膜の格子定数(a軸)は5.1
55人、入射光波長1.15μmで測定した屈折率は、
2.233±0.001であった。
実施例1−10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により波長0.83μm
の半導体レーザ光に対する光伝搬損失を測定し、その結
果を第1表に示した。
第  1  表 実施例      光伝搬損失(dB/am)l1.3 2l.0 31.0 41.l 5l.3 6l.0 71.2 8          1.0 91.0 10          1.3 (発明の効果) 本発明によれば、タンタル酸リチウム基板上に優れた光
学的特性を持ち、従来得られる膜厚より厚いニオブ酸リ
チウム単結晶薄膜を形成でき、SHG素子を始めとして
化学的特性を持ち、従来得られる膜厚より厚いニオブ酸
リチウム単結晶薄膜を形成でき、SHG素子を始めとし
て光学デバイスの構成材料として有用である。
【図面の簡単な説明】
第1図はニオブ酸リチウム単結晶の成長面であるタンタ
ル酸リチウム基板の(0001)面を示す模式図である
。 第2図は、Li, O−V, O, −Nb, O.の
3成分系の三角図である。各組成点は(Li2Oのモル
%, V2O,のモル駕,Nb2OSのモル%)で表わ
される。 A(88.90 B(55.00 C(46.50 D(37.50 E(69.85 FC49.95 G(44.13 8(54,72 1(57.43 J(49.95 K(47.36 L(56.38 2.22, 8.88) 43,00, 2.00) 5l.50,2.00) 5.00, 57.’50) 21.33  8.82) 45.02  5.03) 16 76  39.11) 11  12  34.16) 35 05  7.52) 42,53  7.52) 26  32  26.32) 17 91  25.71)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、溶融体にタンタル酸リチウム基板を接触させ、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を
    育成させる方法であって、溶融体として、主としてLi
    _2O、V_2O_5、Nb_2O_5、Na_2O、
    MgOからなり、前記Li_2O、V_2O_5、Nb
    _2O_5の組成範囲が、Li_2O−V_2O_5−
    Nb_2O_5の3成分系の三角図において、A(88
    .90,2.22,8.88)、B(55.00,43
    .00,2.00)、C(46.50,51.50,2
    .00)、D(37.50,5.00,57.50)の
    4組成点で囲まれる領域で示される組成割合にあるもの
    を用い、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜のa軸の格子定数
    とタンタル酸リチウム基板のa軸の格子定数を整合させ
    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。 2、前記Na_2Oの組成範囲は、モル比でNa_2O
    /Li_2Oが、2.0/98.0〜93.5/6.5
    を満たす請求項1に記載のニオブ酸リチウム単結晶薄膜
    の製造方法。 3、前記MgOの組成範囲は、モル比でMgO/ニオブ
    酸リチウムが、0.1/99.9〜25.0/75.0
    を満たす請求項1に記載のニオブ酸リチウム単結晶薄膜
    の製造方法。 4、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を育成する温度は、6
    00〜1250℃の範囲内である請求項1に記載のニオ
    ブ酸リチウム単結晶薄膜の製造方法。 5、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜をタンタル酸リチウム
    基板(0001)面に育成することを特徴とする請求項
    1に記載のニオブ酸リチウム単結晶薄膜の製造方法。 6、前記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軸の格子定数の99.8
    1〜100.07%の範囲にする請求項1に記載のニオ
    ブ酸リチウム単結晶薄膜の製造方法。
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DE69033660T DE69033660T2 (de) 1989-09-20 1990-09-20 Dünnfilmeinzelkristall aus lithiumniobat und verfahren zu seiner herstellung
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JPH06199598A (ja) * 1992-10-15 1994-07-19 Natl Inst For Res In Inorg Mater ニオブ酸リチウム単結晶の製造方法

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US5291576A (en) * 1992-06-18 1994-03-01 Ibiden Co., Ltd. Single mode optical waveguide
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