JPH04247408A

JPH04247408A - 光導波路

Info

Publication number: JPH04247408A
Application number: JP3145091A
Authority: JP
Inventors: Tetsushi Ono; 哲史大野
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1991-02-01
Filing date: 1991-02-01
Publication date: 1992-09-03

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、第２高調波発生（Ｓ
ＨＧ）素子、光偏向器、光スイッチ、光増幅器あるいは
光集積回路などの光デバイスとして有用な光導波路に関
するものである。

【０００２】

【従来技術】近年、レーザ光を利用した光情報処理装置
の発展はめざましいものがあるが、なかでも光偏向器、
光変調器、光増幅素子、光スィッチなどの光デバイスに
ついては、電気光学効果や非線形光学効果、磁気光学効
果などの光学的特性に優れ、伝搬損失の低い高品質の光
導波路の使用が不可欠である。このような要請に応えら
れる光導波路として、従来、（１）　基板に薄膜材料を
スパッタリングしたもの、（２）　基板上に液相エピタ
キシャル成長法により薄膜を形成したもの、（３）　基
板に異種元素を熱拡散し、導波路を形成したものなどが
提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記（
１）　の光導波路は、結晶性が悪いために伝搬損失が大
きく、そして（３）　の光導波路は、元素の拡散方向に
屈折率の勾配が生じるために、均質なものができないと
いう欠点があった。

【０００４】これに対し、前記（２）　の光導波路は、
上述した欠点は見当たらないものの、これまでは、実用
的な導波路を得るまでには達しておらず、例えば、「　
ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　」（
　Ｖｏｌ．２４，　Ｎｏ．９，　１９７４）　のｐ４２
４　〜４２６　あるいは、西原浩、春名正光　　他著に
かかる「光集積回路」Ｐ１６２　には、タンタル酸リチ
ウム基板上に液相エピタキシャル成長法により、ニオブ
酸リチウム単結晶薄膜を形成し、光導波路を作成した例
について記載されているが、このような光導波路は、電
気光学定数が、バルクのそれに比べ、１／３と小さいと
いう問題点があった。

【０００５】また、「　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ」（　Ｖｏｌ．２６，　Ｎｏ．１，
　Ｊａｎｕａｒｙ　１９７５）　のｐ８〜１０には、タ
ンタル酸リチウム基板上に液相エピタキシャル成長法に
より、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を形成した例が記載
されているが、これについては、本発明者らの研究では
、伝搬損失が大きく実用的ではないという結果が得られ
ている。このように液相エピタキシャル成長法により形
成された薄膜は、結晶性は良好であるにも関かかわらず
、光導波路の光学特性や伝搬損失が大きくなってしまう
という問題点があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来技術
が抱える前述のような問題点について鋭意研究した結果
、これら問題点の原因が、基板と薄膜導波路との結晶格
子が完全にマッチングしていないため生じるものである
ことを突き止めた。そして、その解決のためには、基板
結晶と導波路を形造る薄膜結晶との結晶格子を整合させ
ることが有効であり、このように格子整合させた基板と
薄膜導波路とを用いると、従来では得られなかった理想
的な光導波路が得られることが判った。

【０００７】そして、このような薄膜導波路であっても
、リッジ型ならびにリブ型薄膜導波層が、膜厚（Ｔ）、
リッジまたはリブの高さ（ｔ）、リッジまたはリブの幅
（Ｗ）をある特定の範囲となるように設計した場合、す
なわち、６．６×１０−２≦Ｗ／Ｔ≦６．７×１０２　
にあっては、導波路内の光の閉じ込め効率およびパワー
密度が著しく高く、かつ単一モードで光を伝搬させうる
光導波路が得られることを知見し、本発明を完成した。パワー密度とは、導波している光（入力光）の強さを光
ビームの断面積で割った値（単位はＷ／ｍ２）である。

【０００８】

【作用】本発明の光導波路は、基板と薄膜導波層の結晶
格子を互いに整合（格子整合）させることが特徴である
。このように基板を薄膜導波路と格子整合させると、格
子の歪みや結晶欠陥が極めて少なくなり、マイクロクラ
ックなどのない高品質の導波路層を形成することができ
る。

【０００９】このような格子整合に当たって、前記薄膜
導波層の格子定数は、基板の格子定数の　９９．８１〜
１００．０３％であることが望ましい。

【００１０】本発明の導波路は、前記薄膜導波層と基板
に屈折率を調整するための異種元素を含有させることが
望ましい。この薄膜導波層に含有させる異種元素として
は、Ｃｒ，　Ｎｄ，　Ｔｉ，　Ｖ，Ｒｈ，　Ｚｎ，　Ｎ
ｉおよびＣｏから選ばれる少なくとも１種の元素が望ま
しい。また、基板に含有させる異種元素としては、Ｍｇ
，　Ｔｉ，　Ｖ，　Ｃｒ，　Ｆｅ，　ＮｉおよびＮｄか
ら選ばれる少なくとも１種の元素が望ましい。とくに、
この基板に含有させる異種元素は、基板に均一に分布し
ていてもよく、基板表面に層（拡散層）を形成させても
よい。拡散層の厚さは、０．００１　〜２０μｍが望ま
しい。なお、Ｍｇを基板に拡散させる場合は、拡散層の
厚さは２００　〜　　１０００Åが望ましい。

【００１１】本発明において、前記薄膜導波層と基板と
の組み合わせは、特に限定されるものではないが、例え
ば、薄膜導波層としては、ＬｉＮｂＯ３、α−石英、Ｋ
ＴｉＰＯＯ４（ＫＴＰ）、β−ＢａＢ２Ｏ４（ＢＢＯ）
，　ＫＢ５Ｏ８・４Ｈ２Ｏ　（ＫＢ５）、ＫＨ２ＰＯ４
（ＫＤＰ）、ＫＤ２ＰＯ４（ＫＤ＊　Ｐ）、ＮＨ４Ｈ２
ＰＯ４（ＡＤＰ）、Ｃ５Ｈ２ＡｓＯ４（ＣＤＡ）、Ｃ５
Ｄ２ＡｓＯ４（ＣＤ＊　Ａ）、ＲｂＨ２ＰＯ４　（ＲＤ
Ｐ）　、ＲｂＨ２ＡｓＯ４（ＲＤＡ）、ＢｅＳＯ４　・
４Ｈ２Ｏ　、ＬｉＣｌＯ４・３Ｈ２Ｏ　、ＬｉＣｌＯ３
、α−ＬｉＣｄＢＯ３　、ＬｉＢ３Ｏ５　（ＬＢＯ）、
尿素、などが使用でき、この薄膜導波層に組合わせて用
いる基板としては、例えば、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＴａＯ
３薄膜が形成されたＬｉＮｂＯ３、ＳｉＯ２、アルミナ
、ＢｅＯ　、ＺｎＯ　、Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２　などのガ
ーネット、ＫＴＰ、ＢＢＯ、ＬＢＯ、ＫＤＰ、および類
似化合物、ソーダガラス、パイレクッスガラスなどが用
いられる。

【００１２】特に薄膜導波層としてニオブ酸リチウムを
用い、基板としてタンタル酸リチウムを用いる組合わせ
は最も望ましい形態である。それは、これらの単結晶は
、結晶構造が互いに類似しており、格子整合させやすい
からである。

【００１３】そこで、本発明の特徴要件の１つである格
子整合について、薄膜導波路としてニオブ酸リチウムを
、基板としてタンタル酸リチウムを採用した例で、以下
に具体的に説明する。

【００１４】すなわち、通常のニオブ酸リチウムのａ軸
の格子定数は　５．１４８Åであり、タンタル酸リチウ
ムのａ軸の格子定数は　５．１５４Åであることから、
■　ＬｉＮｂＯ３　薄膜導波層の格子定数を大きくする
か、■逆に　ＬｉＴａＯ３　基板の格子定数を小さくす
る方法が有利である。

【００１５】前記■の方法としては、（ａ）　前記　Ｌ
ｉＮｂＯ３　薄膜導波層にＮａとＭｇなどの異種元素を
含有させる方法、（ｂ）Ｌｉ／Ｎｂの比率を変える方法
が望ましい。例えば、（ａ）　の方法について考えると
、ＮａとＭｇの原子もしくはイオンは、　ＬｉＮｂＯ３
　に対する置換あるいは固溶により、ＬｉＮｂＯ３の格
子定数を大きくする効果を有しているためであり、結局
、ＮａとＭｇの組成を調整することにより、一般的に格
子定数の大きいＬｉＴａＯ３基板を格子整合させること
ができるからである。なお、Ｍｇについては、薄膜の光
損傷を防止する効果があり、高効率のＳＨＧ出力を得る
ために有利である。

【００１６】薄膜導波層の格子定数を大きくするために
用いるＮａとＭｇの含有量は、それぞれＬｉＮｂＯ３に
対して、　０．１〜１４．３モル％、　０．８〜１０．
８モル％であることが望ましい。それは、Ｎａの含有量
が　０．１モル％より少ない場合、Ｍｇ添加量の添加量
の如何に関わらず、ＬｉＮｂＯ３薄膜とＬｉＴａＯ３基
板との格子整合が得られず、また、１４．３モル％を越
えた場合は逆に格子定数が大きくなりすぎ、いずれの場
合もＬｉＮｂＯ３薄膜とＬｉＴａＯ３基板との格子整合
が得られないからである。また、Ｍｇ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
十分であり、１０．８モル％を越える場合は、ＬｉＭｇ
Ｏ３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。

【００１７】次に、前記（ｂ）　の方法にかかる格子整
合手段としては、ＬｉＮｂＯ３単結晶中のＬｉ／Ｎｂの
モル比率を変えることにより、薄膜導波層のａ軸の格子
定数を大きくする方法である。この方法におけるＬｉ／
Ｎｂのモル比率は、４１／５９〜５６／４４であること
が望ましい。

【００１８】次に、ＬｉＴａＯ３の格子定数を小さくす
る■の方法としては、ＬｉＴａＯ３基板にＴｉなどを含
有させる方法が好ましい。それは、このＴｉは、ＬｉＴ
ａＯ３の格子定数を小さくする効果を有するからであり
、含有させるこのＴｉの量は、　０．５〜６０モル％で
あることが望ましい。

【００１９】さて、前述の格子整合に当たっては、前記
ＬｉＴａＯ３基板の（０００１）面にＬｉＮｂＯ３薄膜
を形成することが望ましい。このように、前記ＬｉＴａ
Ｏ３基板の（０００１）面がＬｉＮｂＯ３薄膜の成長面
であることが望ましい理由は、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、ＬｉＮｂＯ３薄膜と格子整合させ得るからである
。

【００２０】なお、前記ＬｉＴａＯ３基板上に形成され
るＬｉＮｂＯ３薄膜の格子定数（ａ軸）は、前記ＬｉＴ
ａＯ３基板の格子定数（ａ軸）の　９９．８１〜１００
．０７％が好ましく、９９．９２　〜１００．０３％が
好適である。この理由は、前記範囲を外れる場合、Ｌｉ
ＴａＯ３とＬｉＮｂＯ３の格子定数を整合させ難いから
である。

【００２１】上述の処理に当たって必要となる格子定数
の測定は、通常の粉末Ｘ線回折により行われる。　　格
子定数は、Ｃｕ−２θ＝４５〜９０°に検出されるニオ
ブ酸リチウムの１５本のピークの２θの値とその面指数
を用い最小二乗法により算出する。なお測定においては
Ｓｉを内部標準として使用する。

【００２２】さて、本発明の光導波路の形状は、スラブ
型、リッジ型、リブ型、装荷型、電圧誘起型など、いず
れの形態であってもよいが、第２高調波発生素子などの
光デバイスに応用した場合、リッジ型，　リブ型の光導
波路とすることが望ましい。それは、これらの形状の光
導波路の方が、光の閉じ込め効率が高く、加工も容易に
できるからである。

【００２３】そして、本発明においては、かかるリッジ
型，　リブ型の光導波路は、図１に示すように、リッジ
部またはリブ部の段差をｔ（μｍ）とし、薄膜導波層の
厚さをＴ（μｍ）とし、リッジ部またはリブ部の幅をＷ
（μｍ）としてとき、次のような条件を満たすことが望
ましい。　　　　　　　　６．６×１０−２≦Ｗ／Ｔ≦６．７×
１０２　　　　　　　…（１）　　　　　　　　　　　
　０．１０　　≦ｔ／Ｔ≦０．９９　　　　　　　　　
　　　…（２）この理由は、式（１）　，　式（２）　
の関係式を満たす光導波路は、パワー密度、閉じ込めの
効率が非常に高いからである。しかも、このような条件
を満たす光導波路は、単一モードで光を導波させやすく
、第２高調波発生素子、光偏向器、光スイッチなどに使
用する場合に最適だからである。

【００２４】さらに、前記リッジ部またはリブ部段差ｔ
（μｍ）、薄膜導波層の厚さＴ（μｍ）、リッジ部また
はリブ部幅Ｗ（μｍ）は、　　　　　　　　　　　　　　　　２．０≦Ｗ／Ｔ≦７
．０　　　　　　　　　　　　　　…（３）　　　　　
　　　　　　　０．３０　　≦ｔ／Ｔ≦０．８０　　　
　　　　　　　　　…（４）の条件を満たすことが望ま
しい。また、リッジ部またはリブ部の幅Ｗ（μｍ）は、
０．１　〜１００　μｍであることが望ましい。

【００２５】次に、本発明の単結晶薄膜導波路の製造方
法としては、液相エピタキシャル成長法、スパッタ法、
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、液相エピタキシャル成長
法によれば、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、しか
も単結晶の非線形光学効果、電気光学効果、音響光学効
果などを充分生かせるからである。

【００２６】以下にＬｉＴａＯ３基板上に格子整合させ
たＬｉＮｂＯ３薄膜導波路を形成する具体的な方法につ
いて説明する。本発明において、ＬｉＮｂＯ３薄膜導波
路とＬｉＴａＯ３基板を格子整合させるためには、Ｌｉ
２　Ｏ　，Ｎｂ２Ｏ５，　Ｖ２Ｏ５，Ｎａ２Ｏ，　Ｍｇ
Ｏ　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、エピタキシャル成長法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。

【００２７】そして、かような液相エピタキシャル法成
長法の実施に当たっては、Ｎａ２Ｏ，ＭｇＯ　を除いた
、Ｌｉ２Ｏ、Ｖ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５　の組成範囲として
、図３に示すＬｉ２Ｏ−Ｖ２Ｏ５−Ｎｂｂ２Ｏ５　の３
成分系の三角図において、Ａ（８８．９０，２．２２，
　８．８８）　モル％、Ｂ（５５．００，　４３．００
，　２．００）　モル％、Ｃ（４６．５０，　５１．５
０，　　　２．００）　モル％、Ｄ（１１．１１，８０
．００，　８．８９）　モル％、Ｅ（３７．５０，　５
．００，　５７．５０）　モル％の５組成点で囲まれる
領域で示される組成範囲内の溶融体を用いることが有利
である。

【００２８】このような組成範囲の溶融体を用いること
が有利な理由は、ＮａとＭｇによるＬｉＮｂＯ３単結晶
薄膜とＬｉＴａＯ３基板との格子整合が容易になり、得
られるＬｉＮｂＯ３単結晶薄膜の光学的特性が優れてお
り、特に光伝搬損失が低く、良質なＬｉＮｂＯ３単結晶
薄膜を得ることができるからである。

【００２９】また、前記Ｎａ２　Ｏ，ＭｇＯを除いた、
Ｌｉ２Ｏ、Ｖ２　Ｏ５　、Ｎｂ２Ｏ５　の組成範囲とし
ては、図３に示すＬｉ２Ｏ−Ｖ２　Ｏ５　−Ｎｂ２Ｏ５
　の３成分系の三角図において、Ｆ（４９．４９，　４
５．４６，　５．０５）　モル％、Ｇ（１１．１１，　
８０．００，　８．８９）モル％、Ｈ（４２．８１，　
２２．９４，　３４．２５）モル％の３組成点で囲まれ
た組成割合であることが好ましく、さらに、前記Ｌｉ２
Ｏ−Ｖ２　Ｏ５　−Ｎｂ２Ｏ５　の組成範囲は、３成分
系の前記図３の三角図において、Ｉ（４７．６４，　４
６．１２，　６．２４）　モル％、Ｊ（２７．０１，　
６４．６９，　８．３０）モル％、Ｋ（３６．７１，　
３７．９７，　２５．３２）モル％、Ｌ（４４．０５，
３２．９７，　２２．９８）モル％の４組成点で囲まれ
る範囲が好適であり、またさらにＭ（４５．３６，　　
４６．４５，　８．１９）モル％、Ｎ（３２．８９，　
５７．０５，　１０．０６）モル％、Ｏ（３６．７１，
　４４．３０，　　　１８．９９）モル％、Ｐ（４４．
９５，４０．５４，　１４．５１）モル％の４組成点で
囲まれる範囲が最適である。

【００３０】また、本発明におけるＮａ２Ｏの組成割合
としては、モル比でＮａ２Ｏ／Ｌｉ２Ｏが、２．０　／
９８．０〜９３．５／６．５　を満たす範囲であること
が望ましい。それは、前記モル比の範囲からＮａ２Ｏの
割合が外れる場合、ＬｉＴａＯ３基板とＬｉＮｂＯ３単
結晶薄膜を格子整合させることが困難なためである。前
記Ｎａ２　Ｏの組成割合として、モル比でＮａ２　Ｏ／
Ｌｉ２　Ｏが、７．４　／９２．６〜８０．０／２０．
０を満たす範囲であることが望ましく、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。

【００３１】次に、ＭｇＯの組成割合としては、モル比
でＭｇＯ／ＬｉＮｂＯ３の値が、　　０．１　／９９．
９〜２５．０／７５．０を満たす組成範囲であることが
望ましい。前記ＬｉＮｂＯ３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。それは、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、上記範囲よりＭｇＯの割合が高い場
合は、ニオブ酸マグネシウム系の結晶が析出するからで
ある。

【００３２】さらに、ＭｇＯの組成割合として、モル比
でＭｇＯ／ＬｉＮｂＯ３の値が、　　０．７　／１００
　〜９．０　／１００　を満たす組成範囲であることが
好ましく、３．５　／１００　〜６．０　／１００　を
満たす組成範囲であることが好適である。

【００３３】次に、　　本発明においては、ＬｉＴａＯ
３基板の少なくとも表面の一部に異種元素を添加した後
、ＬｉＴａＯ３基板と格子整合されたＬｉＮｂＯ３単結
晶薄膜を形成することが望ましい。前記異種元素の添加
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、単結晶の原料中に
予め異種元素を混合しておく方法、（原料添加法）など
を用いることができる。

【００３４】とくに、前記熱拡散、イオン交換、イオン
注入法を使用した場合は、異種元素の拡散層が形成され
るが、前記拡散層の厚さは、０．００１　〜２０μｍが
望ましい。この理由は、拡散層の厚さが　０．００１μ
ｍ未満の場合、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るため、基板として要
求される屈折率を満足することができず、また２０μｍ
を越える場合、結晶性が低下するため、光導波路として
十分な特性が得られないからである。

【００３５】前記異種元素の熱拡散のために基板を加熱
した後、加熱状態のまま、液相エピタキシャル成長用の
溶融体に接触させることが望ましい。この理由は、熱拡
散の後冷却させ、再度液相エピタキシャル成長のために
基板を加熱すると、基板の結晶性が低下するからである
。前記熱拡散は、溶融体の加熱時に同一炉内にて、予備
加熱を利用して行うことが好ましい。

【００３６】本発明においては、溶融体組成として、　
Ｎｂ２Ｏ５，　Ｖ２Ｏ５，　Ｌｉ２Ｏ，　Ｎａ２ＯとＭ
ｇＯ　に加えて、Ｎｄ，　Ｒｈ，　Ｚｎ，　Ｎｉ，　Ｃ
ｏ，　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。

【００３７】また、本発明において、ＬｉＮｂＯ３単結
晶中のＬｉ／Ｎｂのモル比率を変えることにより、Ｌｉ
ＮｂＯ３単結晶薄膜とＬｉＴａＯ３基板を格子整合させ
る方法としては、液相エピタキシャル成長法を用い、こ
のための溶融体として少なくとも　Ｋ２Ｏ，　Ｖ２０５
，　Ｌｉ２Ｏ，Ｎｂ２Ｏ５　からなる組成物を使用する
ことが有利である。以下にこの理由を説明する。

【００３８】前記　Ｋ２Ｏ，　Ｖ２Ｏ５は溶融剤（フラ
ックス）として作用する。溶融剤としてＫ２Ｏ，Ｖ２Ｏ
５　を使用することにより溶融剤からのＬｉの供給を防
止できるため、原料物中のＬｉ２Ｏ，Ｎｂ２Ｏ５　の組
成比を変えることにより、析出してくるＬｉＮｂＯ３単
結晶のＬｉ／Ｎｂのモル比率を変えることができる。前
記Ｌｉ／Ｎｂのモル比率が変わると、ａ軸の格子定数も
変わるため、ＬｉＮｂＯ３単結晶薄膜のａ軸の格子定数
を原料物中のＬｉ２Ｏ，Ｎｂ２Ｏ５　の組成比を制御す
ることにより制御でき、ＬｉＮｂＯ３単結晶薄膜とＬｉ
ＴａＯ３基板を格子整合させることができる。

【００３９】前記　Ｋ２Ｏ，　Ｖ２０５，　Ｌｉ２Ｏ，
Ｎｂ２Ｏ５　からなる溶融体には、Ｎａ２ＯやＭｇＯ　
を添加してもよい。それは、ＭｇＯ　やＮａ２Ｏを添加
することにより、ＬｉＮｂＯ３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からである。

【００４０】前記溶融体組成は、モル比でＬｉ２Ｏ／Ｎ
ｂ２Ｏが４３／５７〜５６／４４であることが望ましく
、４３／５７〜５０／５０が好適である。それは、上記
範囲を外れる場合、ＬｉＮｂＯ３単結晶とは結晶構造の
異なるＬｉＮｂ３Ｏ８　などの結晶が析出するからであ
る。

【００４１】また、　Ｋ２Ｏ，　Ｖ２０５の組成割合は
、　Ｋ２Ｏ，　Ｖ２０５からなる溶融剤（ＫＶＯ３換算
）／原料組成から析出可能なＬｉＮｂＯ３単結晶の理論
量の値が、モル比率で２５／７５〜７５／２５を満たす
範囲であることが望ましい。それは、上記範囲を外れる
場合、析出するＬｉＮｂＯ３単結晶の結晶構造が変化し
てしまい、光学特性が低下するためである。

【００４２】さらに、前記ＭｇＯの組成割合は、ＭｇＯ
　／原料組成から析出可能なＬｉＮｂＯ３単結晶の理論
量の値が、モル比率で０．０１／１００　〜３０／１０
０　を満たす範囲であることが望ましい。それは、上記
モル比率を外れる場合、ニオブ酸マグネシウム系の結晶
が析出するからである。

【００４３】また、Ｋ２Ｏ，　Ｖ２０５　の組成割合は
、モル比率で　Ｋ２Ｏ，　Ｖ２０５　　＝１／１が有利
である。

【００４４】本発明において、光導波路製造に当たって
は、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て育成することが重要である。タン
タル酸リチウム単結晶薄膜形成面の面粗度は、ＪＩＳ　
　Ｂ０６０１、Ｒｍａｘ　＝３００　〜１０００Åであ
ることが望ましい。この理由は、Ｒｍａｘ　の値を　３０００Åより小さく
することは極めて困難であり、またＲｍａｘ　の値が１
０００Åより大きくなると、ニオブ酸リチウム単結晶薄
膜の結晶性が低下するからである。

【００４５】本発明において、ニオブ酸リチウム単結晶
薄膜をａ軸の格子定数が　５．１２８〜５．１５０　Å
の範囲の六方晶構造の単結晶基板と格子整合させる場合
は、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜中にＴｉを含有させる
ことが望ましい。この理由は、Ｔｉ原子あるいはイオン
はニオブ酸リチウム基板の格子定数を小さくする効果を
有し、基板と格子整合させることができるからであり、
このための方法として、Ｌｉ２Ｏ，Ｖ２　Ｏ５　，Ｎｂ
２Ｏ５　，ＴｉＯ２　からなる溶融体を使用できる。

【００４６】本発明のニオブ酸リチウム単結晶薄膜の成
長速度は、０．０１〜１．０　μｍ／分が望ましい。こ
れ以上成長速度が速い場合、ニオブ酸リチウム単結晶薄
膜にうねりが発生し、また、これより成長速度が遅い場
合、薄膜の育成に時間がかかるからである。

【００４７】なお、図２に示すものは、市販のタンタル
酸リチウム基板の表面を光学研磨し、この基板をＮａ，
Ｍｇの組成を変えた溶融体に浸漬し、液相エピタキシャ
ル成長させ、薄膜中のＮａ，Ｍｇの含有量とニオブ酸リ
チウムのａ軸の格子定数の関係を調べたものである。

【００４８】本発明においては、ＬｉＴａＯ３基板のａ
軸の格子定数を、異種元素を添加して調整することによ
り、ＬｉＮｂＯ３単結晶のａ軸の格子定数に合わせるこ
とにより格子整合を行うことができる。タンタル酸リチ
ウム基板のａ軸の格子定数を小さくする方法としては、
Ｔｉ原子あるいはイオンを含有させることが望ましい。それは、Ｔｉ原子あるいはイオンは、タンタル酸リチウ
ム基板のａ軸の格子定数を小さくする効果を有するから
である。そして、このような観点から、前記Ｔｉ原子あ
るいはイオンを含有させる場合、その含有量は、タンタ
ル酸リチウム単結晶に対して０．２〜３０モル％である
ことが望ましい。また、前記異種元素が添加されａ軸の
格子定数が調整されたタンタル酸リチウム基板の製造方
法としては、ＣＺ（チョクラルスキー）法が望ましい。この方法の下で使用する原料としては、例えば炭酸リチ
ウム、五酸化タンタル、酸化チタン、五酸化バナジウム
が挙げられる。

【００４９】また、前記タンタル酸リチウム基板のａ軸
の格子定数は、ナトリウムなどの異種元素の添加により
大きくすることができる。

【００５０】本発明においては、前述のようにして基板
と格子整合させた単結晶薄膜を製造した後、その単結晶
薄膜は光学研磨や化学エッチングなどを施して膜厚を調
整する。

【００５１】また、光の入射、出射部は、端面研磨を行
い、光の反射や散乱を防止することにより、光導波路に
加工する。

【００５２】また、リッジ型やリブ型の光導波路は、常
法のフォトリソグラフィーとドライエチングなどにより
加工することができる。

【００５３】また、本発明の光導波路は、薄膜導波層の
面粗さは、ＪＩＳ　Ｂ０６０１　　Ｒｍａｘ　＝０．０
０２　〜０．３００　であり、薄膜導波層の端面粗さは
、ＪＩＳ　Ｂ０６０１　Ｒｍａｘ　＝０．００２　〜０
．４００　であることが望ましい。この理由は、上記範
囲では、導波光の散乱が抑えられ、入射効率が向上する
とともに、伝播損失が低下するからである。

【００５４】ところで、一般にニオブ酸リチウムやタン
タル酸リチウム単結晶が、電気光学効果、非線形光学効
果など光学的に有用な諸特性を持つためには、その製造
工程にて、キュリー点以上の温度に加熱して電界をかけ
、結晶をポーリング（分極）することが必要である。ただし、異種元素を含有させたニオブ酸リチウムやタン
タル酸リチウムなどの単結晶は容易にポーリングできな
いことが知られている。しかしながら、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、基板
であるタンタル酸リチウムが分極状態であっても、また
分極反転により電気的に中和されていても、常に分極さ
れた状態にあり、極めて優れた電気光学効果、非線形光
学効果などの諸特性を示す。

【００５５】このため、本発明の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は、ポーリング工程を
必要としないため、容易に製造でき、またポーリング工
程が不要であることから従来は使用が困難であった異種
元素を含有したタンタル酸リチウム基板を使用できると
いう利点を持つ。

【００５６】なお、本発明の光導波路を第２高調波発生
素子（ＳＨＧ素子）に使用する場合は、基本波レーザー
光波長（λμｍ）、薄膜導波層の膜厚（Ｔμｍ）、基本
波レーザー光波長（λμｍ）における基板の常光屈折率
（ｎ０Ｓ１　）、基本波レーザー光波長（λμｍ）にお
ける薄膜導波層の常光屈折率（ｎ０Ｆ１　）、第２高調
波波長（λμｍ／２）における基板の異常光屈折率（ｎ
ｅＳ２　）および第２高調波波長（λμｍ／２）におけ
る薄膜導波層の異常光屈折率（ｎｅＦ２　）が、のいずれかの関係式で表されることが望ましい。

【００５７】本発明の光導波路は、ＳＨＧ素子などの光
変調器、光偏向器、光スイッチ、光増幅素子、光集積回
路など、公知の導波路型光デバイスすべてに適用できる
。

【００５８】

【実施例】実施例１（１）　Ｌｉ２ＣＯ３　５１モル％、　Ｖ２Ｏ５　３９
モル％、　Ｎｂ２Ｏ５　　１０モル％、そして溶融体組
成から析出可能な　ＬｉＮｂＯ３　の理論量に対して４
３モル％の　Ｎａ２ＣＯ３　と、および溶融体組成から
析出可能な　ＬｉＮｂＯ３　の理論量に対して、７モル
％のＭｇＯ　を添加してなる混合物を、イリジウムルツ
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て
溶融体を得た。ついで、この溶融体をプロペラを用い、
２００ｒｐｍの回転速度で１２時間攪拌させた。

【００５９】（２）前記溶融体を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）　を行った。フォトリソグ
ラフィーおよびＲＦスパッタ法により、膜厚１０００Å
、ＭｇＯ　膜を形成した後、９２０　℃にて熱拡散させ
、１０００ÅのＭｇＯ　拡散層をもつものを基板材料と
した。基本波レーザ光波長λを０．７８μｍとしたとき
、この基板の常光屈折率（ｎｏｓ１　）は、２．１５１
　、第２高調波λ／２における異常光屈折率（ｎｅｓ２
　）は、２．２６１　であった。また、面粗度はＪＩＳ
　Ｂ０６０１　Ｒｍａｘ　＝３００　Å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１．９４μｍ／分であった。

【００６０】（３）前記溶融体から基板材料を引き上げ
、回転数　１０００　ｒｐｍ　で３０秒の間、回転させ
て溶融体を振り切った後、１　時間当たり３００　℃の
冷却速度でタンタル酸リチウム単結晶のキュリー温度（
６５０　℃）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１６μｍの厚さのＮａ、Ｍｇ含有ニオブ酸リ
チウム単結晶薄膜を得た。

【００６１】（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Ｎａ，　Ｍｇの量は、それぞれ２
モル％、６モル％であった。また、該薄膜の格子定数（
ａ軸）は　５．１５５Å、入射光波長λを０．８３μｍ
で測定した常光屈折率は（ｎｏＦ１　）は２．２６４　
、第２高調波λ／２における異常光屈折率（ｎｅＦ２　
）は　２．２６３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　Ｒ
ｍａｘ　＝３００　Åであった。

【００６２】（５）得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を光学研磨し、イオンビームエッチングにより、２．
７μｍの厚さとした後、フォトリゾグラフィーとＲＦス
パッタリングにより、Ｔｉ導波路パターンを形成し、こ
れをエッチングマスクとして、イオンビームエッチング
した後、Ｔｉエッチングマスクを除去し、さらにイオン
ビームエッチングし、さらに導波路の端面を研磨し、面
粗度をＪＩＳ　Ｂ０６０１　Ｒｍａｘ　＝４００　Åと
することにより、幅１０μｍ、膜厚２．５０±０．０５
μｍ、段差２．０　μｍのリッジ型導波路を作成した。ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の表面の面粗度は、ＪＩＳ
Ｂ０６０１　Ｒｍａｘ　＝３００　Åであった。

【００６３】上述した実施例で作成した光導波路に、８
３０　ｎｍの光を導波させたところ、４１５　ｎｍの第
２高調波光（ＳＨＧ）の発生を確認した。そして、この
導波路は、単一モードであり、前記（５）　式，　（６
）式に示されるＳＨＧ素子は次のようなものとなった。

【００６４】実施例２（１）　Ｎａ２ＣＯ３　１２．８モル％、　Ｖ２Ｏ５　
４０モル％、Ｎｂ２Ｏ５　１０モル％、および　Ｌｉ２
ＣＯ３　を３７．２モル％、溶融体組成から析出可能な
　ＬｉＮｂＯ３　の理論量に対して、５モル％のＭｇＯ
　を添加してなる混合物を、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て溶融体を得た。つ
いで、この溶融体をプロペラを用い、１５０ｒｐｍの回
転速度で２０時間攪拌させた。

【００６５】（２）厚さ１ｍｍ　のタンタル酸リチウム
基板を面取り（Ｒ面）した後、厚さ２５０　ÅのＭｇＯ
　層をスパッタにより形成し、９４０　℃で熱拡散させ
、厚さ２５０　Åの拡散層を形成した。屈折率は、Ｍｇ
Ｏ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　Ｒ
ｍａｘ　＝１７０　Åであった。

【００６６】（３）前記溶融体を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　９３
８℃で５０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、０．７　μｍ／分であった。（４）前記溶融体から基板材料を引き上げ、回転数　１
０００　ｒｐｍ　で３０秒の間回転させて溶融体を振り
切った後、１　℃／分で７００　℃まで冷却し、７００
　℃から６００　℃まで０．１　℃／分で冷却し、さら
に６００　℃から室温まで１　℃／分で徐冷し、基板材
料上に約１０μｍの厚さのＮａ，　Ｍｇ含有ニオブ酸リ
チウム単結晶薄膜を得た。

【００６７】（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Ｎａ，　Ｍｇの量は、それぞれ１
モル％、６モル％であった。また、該薄膜の格子定数（
ａ軸）は　５．１５３Å、入射光波長１．１５μｍで測
定した屈折率は、２．２３１　±０．００１　であった
。ニオブ酸リチウムの表面粗度は、ＪＩＳ　Ｂ０６０１
　Ｒｍａｘ　＝５００　Åであった。

【００６８】（６）得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を光学研磨し、イオンビームエッチングにより、３．
９　μｍの厚さとした後、実施例１と同様の方法にて、
幅８μｍ、膜厚さ３．６５μｍ±０．０５μｍ、段差　
１．５μｍのリッジ型導波路を作成した。このときニオ
ブ酸リチウムの表面粗度は、ＪＩＳ　Ｂ０６０１　Ｒｍ
ａｘ　＝５００　Å、導波路の端面の粗度は、ＪＩＳ　
Ｂ０６０１　Ｒｍａｘ　＝５００　Åであった。この導
波路は、単一モードであり、（５）　，　（６）　式に
示す素子の構成は、次のとおりのものであった。ｔ／Ｔ＝０．４Ｗ／Ｔ＝２．２

【００６９】実施例３（１）Ｎａ２　ＣＯ３　　３０　モル％、Ｌｉ２　ＣＯ
３　２０　モル％、Ｖ２　Ｏ５　４０モル％、Ｎｂ２Ｏ
５　１０モル％、および前記溶融物組成から析出可能な
ＬｉＮｂＯ３の理論量に対して５モル％のＭｇＯを添加
（ＭｇＯ／Ｎｂ２Ｏ５　＝１０／９５）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　　１０００℃まで加熱してルツボの内容物
を溶解して溶融体を得た。

【００７０】（２）得られた溶融体を１時間当り６０℃
の冷却速度で　９０７℃まで徐冷した。Ｎａ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）したものを基板材料とした。面
粗度は、ＪＩＳ　Ｂ０６０１　Ｒｍａｘ　＝３００　Å
であった。この基板材料に含有されていたＮａの量は４
モル％であった。また、基板材料の格子定数（ａ軸）は
、５．１６３　Åであった。この基板材料を溶融液から
１５ｍｍに高さで３０分予備加熱し、ついで前記溶融体
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。

【００７１】（３）前記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秒の間
回転させて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ー温度（６４５　
℃）まで徐冷し、その温度で３０分間保った後、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７μｍの厚さのＮａ、Ｍｇ含有ニオブ酸リチウム単結
晶薄膜を得た。

【００７２】（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Ｎａ、Ｍｇの量は、それぞれ７モ
ル％、６モル％であった。また、上記単結晶薄膜の格子
定数（ａ軸）は５．１６３　Å、入射光波長１．１５μ
ｍで測定した屈折率は、２．２３２　±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　＝８００　
Åであった。

【００７３】（５）得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を光学研磨し、イオンビームエッチングにより、２．
７μｍの厚さとした後、実施例１と同様の方法にて幅５
μｍ、膜厚２．３０±０．０２μｍ、段差１．０　μｍ
のリッジ型導波路を作成した。ニオブ酸リチウム単結晶
薄膜の表面の面粗度は、ＪＩＳ　Ｂ０６０１　Ｒｍａｘ
　＝１００　Åであり、導波路の端面の粗度は、ＪＩＳ
　Ｂ０６０１　Ｒｍａｘ　＝１００　Åであった。この
導波路は単一モードであり、前記（５）　，　（６）　
式の素子構成は次のとおりのものであった。ｔ／Ｔ＝０．４Ｗ／Ｔ＝２．２

【００７４】実施例４　　（１）　Ｌｉ２ＣＯ３　４９モル％、　Ｖ２Ｏ５　４１
モル％、　Ｎｂ２Ｏ５　　１０モル％、そして溶融体組
成から析出可能な　ＬｉＮｂＯ３　の理論量に対して、
４３モル％の　Ｎａ２ＣＯ３　および溶融体組成から析
出可能な　ＬｉＮｂＯ３の理論量に対して、６　モル％
のＮｇＯ　を添加してなる混合物を、イリジウムルツボ
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て溶
融体を得た。ついで、この溶融体をプロペラを用い、２００ｒｐｍの
回転速度で１２時間攪拌させた。

【００７５】（２）前記溶融体を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）を行った。フォトリソグラ
フィーおよび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、１０００Å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。

【００７６】（３）前記溶融体から基板材料を引き上げ
、回転数　１０００　ｒｐｍ　で３０の秒間回転させて
溶融体を振り切った後、１　時間当たり３００　℃の冷
却速度でタンタル酸リチウム単結晶のキュリー温度（６
５０　℃）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２１μｍの厚さのＮａ、Ｍｇ含有ニオブ酸リ
チウム単結晶薄膜を得た。

【００７７】（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Ｎａ、Ｍｇの量は、それぞれ２モ
ル％、５　モル％であった。また、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、２．２３１　±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　＝９００　Åで
あった。

【００７８】（５）得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を、光学研磨し、イオンビームエッチングにより　６
．８μｍの厚さとした後、実施例１と同様の方法にて幅
１５μｍ、膜厚５．７０±０．０５μｍ、段差３．６μ
ｍのリッジ型の導波路を得た。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　Ｂ０６０１　
Ｒｍａｘ　＝３００　Å、導波路の端面の粗度は、ＪＩ
Ｓ　Ｂ０６０１　Ｒｍａｘ　＝４００　Åであった。こ
の導波路は単一モードであり、前記（５）　，　（６）
式に示す素子構成は次のとおりのものであった。ｔ／Ｔ＝０．６Ｗ／Ｔ＝２．６

【００７９】実施例５　　（１）Ｌｉ２ＣＯ３　２１．０　モル％，　Ｎｂ２Ｏ５
　　３４．０モル％，　Ｋ２ＣＯ３　２２．５　モル％
，　Ｖ２Ｏ５　　２２．５　モル％，および前記溶融体
組成から析出可能な　ＬｉＮｂＯ３　の理論量に対して
５　モル％　のＭｇＯ　を添加してなる混合物を、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
して溶融体を得た。

【００８０】（２）この溶融体を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。面粗度は、ＪＩＳ　Ｂ０６０１　Ｒｍａｘ　＝
４００　Å　　であった。次に、この基板材料を溶融体
上１５ｍｍの位置にて８９３　℃にて予備加熱し、つい
で前記溶融体中に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。

【００８１】（３）前記溶融体から基板材料を引き上げ
、回転数　１０００　ｒｐｍ　で３０秒の間回転させて
溶融体を振り切った後、１℃／　分の冷却速度で、６３
０　℃まで冷却し、ついで６３０　℃から６００　℃ま
で０．２　℃／　分で冷却、さらに室温まで１℃／　分
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。この単結晶薄膜の格子定数（ａ軸）は　５．１５４Åで
あり、入射光波長１．１５μｍで測定した屈折率は、２
．２３１　±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　Ｂ０６
０１　Ｒｍａｘ　＝１４００Åであった。

【００８２】（４）得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を、光学研磨し、反応性イオンビームエッチングによ
り　１．５μｍの厚さとした後、実施例１と同様の方法
にて幅５μｍ、膜厚１．２１±０．０２μｍ、段差　０
．９μｍのリッジ型の導波路を得た。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　Ｂ０６
０１　Ｒｍａｘ　＝１３００Å、導波路の端面の粗度は
、ＪＩＳ　Ｂ０６０１　Ｒｍａｘ　＝１０００Åであっ
た。この導波路は、単一モードであり、前記（５）　，
　（６）　式に示す素子としての構成は、次のとおりの
ものであった。ｔ／Ｔ＝０．７Ｗ／Ｔ＝４．１

【００８３】実施例６（１）　Ｎａ２ＣＯ３　２６．８モル％、　Ｌｉ２ＣＯ
３　２３．２モル％、　Ｖ２Ｏ５　３８．０モル％、　
Ｎｂ２Ｏ５１２．０モル％　　前記溶融体組成から析出
可能な　ＬｉＮｂＯ３　の理論量に対して、１２．０モ
ル％のＴｉＯ２を添加してなる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て
溶融体を得た。

【００８４】（２）前記溶融体を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ーおよびＲＦスパッタ法によ
り、膜厚８００　Å、幅５μｍのＭｇＯ　膜と、この幅
５μｍのＭｇＯ　膜以外の部分に膜厚４００　ÅのＣｕ
膜を形成した後、１０００℃にて熱拡散させ、４００　
Å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、何も拡散さ
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　Ｂ０６０１　Ｒｍａｘ　＝５００Å
であった。この基板材料を溶融体から１０ｍｍの高さで
８９３　℃で６０分予備加熱した後、溶融体中に１００
ｒｐｍ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。

【００８５】（３）前記溶融体から基板材料を引き上げ
、回転数　１０００　ｒｐｍ　で３０秒の間回転させて
溶融体を振り切った後、２　℃／分の冷却速度で６５４
　℃まで冷却し、６４５　℃で１時間温度を一定に保っ
た後、室温まで２℃／分で徐冷し、基板材料上に約７μ
ｍの厚さのＮａ，Ｔｉ含有ニオブ酸リチウム単結晶薄膜
を得た。

【００８６】（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Ｎａ，　Ｔｉの量は、それぞれ
　４．６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　Ｂ０６０１　Ｒｍａｘ　＝２０００Å
であった。

【００８７】（５）得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を、光学研磨し、反応性イオンビームエッチングによ
り５．３　μｍの厚さとした後、実施例１と同様の方法
にて幅１０μｍ、膜厚４．８５±０．０５μｍ、段差２
．７μｍのリッジ型の導波路を得た。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　Ｂ０６
０１　Ｒｍａｘ　＝１５００Å、導波路の端面の粗度は
、ＪＩＳ　Ｂ０６０１　Ｒｍａｘ　＝１４００Åであっ
た。この導波路は単一モードであった。そして、前記（
５）　，　（６）　式に示す素子構成は次のとおりであ
った。ｔ／Ｔ＝０．６Ｗ／Ｔ＝２．１

【００８８】実施例７（１）Ｌｉ２ＣＯ３，Ｔａ２Ｏ５，ＴｉＯ２　を原料と
し、ＣＺ法にて、Ｔｉを８．８　モル％含有するタンタ
ル酸リチウム単結晶を引き上げた。ついで、この単結晶
から基板を切り出した。ａ　軸の格子定数は、５．１４
７　Åあった。

【００８９】（２）Ｌｉ２ＣＯ３　４０．２　モル％，
　Ｖ２Ｏ５　４６．０モル％，　Ｎｂ２Ｏ５　　１３．
８モル％，溶融体組成から析出可能な　ＬｉＮｂＯ３　
の理論量に対して、５．６　モル％　のＭｇＯ　、およ
び前記溶融体組成から析出可能な　ＬｉＮｂＯ３　の理
論量に対して、６．２５モル％　のＴｉＯ２を添加して
なる混合物を、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て溶融体を得た。

【００９０】（３）前記溶融体を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ーおよびＲＦスパッタ法によ
り、膜厚８００　Å、幅５μｍのＭｇＯ　膜と、この幅
５μｍのＭｇＯ　膜以外の部分に膜厚４００　ÅのＣｒ
膜を形成した後、１０００℃にて熱拡散させ、４００　
Å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Ｃｒを拡散させた部分は、何も拡散さ
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　Ｂ０６０１　Ｒｍａｘ　＝５００Å
であった。この基板材料を溶融体から１０ｍｍの高さで
８９３　℃で６０分予備加熱した後、溶融体中に１００
ｒｐｍ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。

【００９１】（４）前記溶融体から基板材料を引き上げ
、回転数　１０００　ｒｐｍ　で３０秒の間回転させて
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Ｍｇ、Ｔｉ含
有ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を得た。

【００９２】（５）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Ｍｇ、Ｔｉの量は、それぞれ　
５．０モル％，　５．０モル％　であった。また、格子
定数（ａ軸）は　５．１４７Å、入射光波長１．１５μ
ｍ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　Ｂ０６０１　Ｒｍａｘ　＝２０００
Åであった。

【００９３】（６）得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を、光学研磨し、反応性イオンビームエッチングによ
り５．３μｍの厚さとした後、実施例１と同様の方法に
て幅１０μｍ、膜厚４．８５±０．０５μｍ、段差２．
７μｍのリッジ型の導波路を得た。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　Ｂ０６０
１　Ｒｍａｘ　＝１５００Å、導波路の端面の粗度は、
ＪＩＳ　Ｂ０６０１　Ｒｍａｘ　＝１４００Åであった
。そして、この導波路は単一モードであり、前記（５）
　，　（６）　式に示す素子構成は次のとおりのもので
あった。ｔ／Ｔ＝０．６Ｗ／Ｔ＝２．１

【００９４】比較例１（１）　Ｌｉ２ＣＯ３　５１モル％、　Ｖ２Ｏ５　３９
モル％、　Ｎｂ２Ｏ５　　１０モル％、そして溶融体組
成から析出可能な　ＬｉＮｂＯ３　の理論量に対して４
３モル％の　Ｎａ２ＣＯ３　、および溶融体組成から析
出可能な　ＬｉＮｂＯ３の理論量に対して７モル％のＭ
ｇＯ　を添加してなる混合物を、イリジウムルツボにい
れ、エピタキシャル成長育成装置中で空気雰囲気下で１
１００℃まで加熱してルツボの内容物を溶解して溶融体
を得た。ついで、この溶融体をプロペラを用い、２００
ｒｐｍの回転速度で１２時間攪拌させた。

【００９５】（２）前記溶融体を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）を行った。フォトリソグラ
フィーおよび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、１０００Åの幅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、１
０００Å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　Ｂ０６０１　Ｒ
ｍａｘ　＝３００　Å　　であった。この基板材料を９
１５　℃で３０分予備加熱した後、溶融体中に　１００
ｒｐｍ　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。

【００９６】（３）前記溶融体から基板材料を引き上げ
、回転数　１０００　ｒｐｍ　で３０秒間溶融体上で、
溶融体を振り切った後、１　時間当たり３００　℃の冷
却速度で室温まで徐冷し、基板材料上に約３７μｍの厚
さのＮａ、Ｍｇ含有ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を得た
。

【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Ｎａ、Ｍｇの量は、それぞれ２モ
ル％、６モル％であった。また、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、２．２３１　±０．００１　であった。

【００９８】（５）得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を、光学研磨し、プラズマエッチングにより３．８０
μｍの厚さとした後、実施例１と同様の方法にて幅４ｍ
ｍ、膜厚３．５３±０．０５μｍ、段差０．１μｍのリ
ッジ型の導波路を得た。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　Ｂ０６０１　Ｒｍａ
ｘ　＝１０００Åであった。また、この例での、前記（
５）　，　（６）　式に示す素子構成は、次のとおりの
ものであった。ｔ／Ｔ＝０．０２Ｗ／Ｔ＝１１３３

【００９９】なお、この比較例に示す光導波路の光伝搬
損失は１．８　ｄＢ／ｃｍであった。また、この比較例
では、光をリッジ部へ閉じ込めることができなかったた
め、光パワー密度は低くなってしまった。

【０１００】比較例２（１）　Ｌｉ２ＣＯ３　５１モル％、　Ｖ２Ｏ５　３９
モル％、　Ｎｂ２Ｏ５　　１０モル％からなる混合物を
、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
内容物を溶解して溶融体を得た。ついで、この溶融体を
、プロペラを用い、２００ｒｐｍの回転速度で１２時間
攪拌させた。

【０１０１】（２）前記溶融体を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）を行った。この基板材料を
９１５　℃で３０分予備加熱した後、溶融体中に　１０
０ｒｐｍ　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。

【０１０２】（３）溶融体から基板材料を引き上げ、回
転数　１０００　ｒｐｍ　で３０秒間回転させて、溶融
体を振り切った後、１　時間当たり３００　℃の冷却速
度で室温まで徐冷し、基板材料上に約２μｍの厚さのニ
オブ酸リチウム単結晶薄膜を得た。

【０１０３】（４）得られたニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を、光学研磨し、プラズマエッチングにより１．０μ
ｍの厚さのスラブ型導波路を得た。ニオブ酸リチウム単
結晶薄膜の表面の面粗度は、ＪＩＳ　Ｂ０６０１　Ｒｍ
ａｘ　＝１０００Åであった。

【０１０４】〔実施例と比較例の結果〕以上実施例１〜
７について、得られた光導波路の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の半導体レーザ光に対する光伝搬損失と電気
光学定数でもあるポッケルス定数をマッハツェンダー干
渉計中に試料を入れ、測定した結果を比較例２の結果と
共に表１、２に示した。

【０１０５】また、実施例１〜７と比較例１とについて
、導波路のリッジ部での光の閉じ込め効率を測定した結
果を表３に示した。表１　　　　伝播損失表２　　　　電気光学効果

【０１０６】表３　　光のリッジ部への閉じ込め効率

【
０１０７】実施例８本実施例は、実施例１と同様の方法について、ＬｉＮｂ
Ｏ３薄膜およびＬｉＴａＯ３基板中に、それぞれ表４に
示すような異種元素を添加してなるスラブ型もしくはリ
ッジ型（実施例１と同形状）導波路を形成し、これらの
導波路についての伝搬損失を測定した。その結果を表４
に示す。表４　　　　基板、薄膜中の異種元素と伝搬損失式中の
数字は、伝搬損失（ｄＢ／ｃｍ）

【０１０８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の光導波路は
、閉じ込め効率が高く、かつ低伝搬損失で電気光学効果
などの光学特性も優れている。従って、光変調素子、光
偏向器、光増幅素子、光スイッチなどの各種の光デバイ
スに適用したときに有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】リッジ型の光導波路の模式図

【図２】ＬｉＮｂＯ３導波路中のＮａの含有量とａ軸の
格子定数の関係を示すグラフ

【図３】Ｌｉ２Ｏ−Ｖ２　Ｏ５　−Ｎｂ２Ｏ５　三角図

【符号の説明】

１　　リッジ部２　　薄膜導波層３　　基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　基板結晶と薄膜導波層の結晶とが格子
整合されていることを特徴とする光導波路。
【請求項２】　　リッジ型もしくはリブ型の薄膜導波層
を有する光導波路であって、上記薄膜導波層の厚さＴ（
μｍ）、薄膜導波層の幅Ｗ（μｍ）が、６．６×１０−
２≦Ｗ／Ｔ≦６．７×１０２　の如き関係にあることを
特徴とする光導波路。
【請求項３】　　請求項２に記載の光導波路であって、
そのうちリッジ型のものについては、リッジ部　　段差
ｔ（μｍ）、薄膜導波層の厚さＴ（μｍ）が、０．１０
≦ｔ／Ｔ≦０．９９　　の如き関係にあることを特徴と
する光導波路。
【請求項４】　　請求項２または３に記載の光導波路に
おいて、前記基板と前記薄膜導波層とは格子整合させた
ことを特徴とする光導波路。
【請求項５】　　基板が、タンタル酸リチウム単結晶で
構成され、、薄膜導波層がニオブ酸リチウム単結晶で構
成されていることを特徴とする請求項１，　２，　３お
よび４のいずれか１つに記載の光導波路。