JPH08339002A - 第二高調波発生素子およびその製造方法 - Google Patents
第二高調波発生素子およびその製造方法Info
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- JPH08339002A JPH08339002A JP8029207A JP2920796A JPH08339002A JP H08339002 A JPH08339002 A JP H08339002A JP 8029207 A JP8029207 A JP 8029207A JP 2920796 A JP2920796 A JP 2920796A JP H08339002 A JPH08339002 A JP H08339002A
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- G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
- G02F1/377—Non-linear optics for second-harmonic generation in an optical waveguide structure
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
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- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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Abstract
(57)【要約】
【課題】青色レーザー光を発光できる第二高調波発生素
子において、構造が簡単であって組み立てが容易であ
り、疑似位相整合処理や高精度のドメイン制御が不要で
あり、位相整合のための許容温度範囲が広く、高いエネ
ルギーが素子中に集中しても、素子に光損傷が発生しな
いようにする。 【解決手段】Ｋ3 Ｌｉ2-2x（Ｎｂ1-y Ｔａy ）5+5z Ｏ
15-x+12.5zを基本組成とする単結晶基板６と、Ｋ3 Ｌｉ
2-2a（Ｎｂ1-b Ｔａb ）5+5c Ｏ15-a+12.5cの基本組成
を有し、かつ単結晶基板６と異なる屈折率を有するエピ
タキシャル膜からなる光導波路３とを備えており、ａ、
ｂ、ｃ、ｘ、ｙ、ｚが下記の関係を満足していることを
特徴とする、第二高調波発生素子４０（−０．５≦ａ、
ｘ≦０．６２５、０≦ｂ、ｙ≦０．５、０．８≦（５−
２ｘ）／（５＋５ｚ）、（５−２ａ）／（５＋５ｃ）≦
１．２）を提供する。好ましくは、マイクロ引下げ法に
よって単結晶基板を製造し、また光導波路を構成するエ
ピタキシャル膜が液相エピタキシャル成長による膜であ
る。
子において、構造が簡単であって組み立てが容易であ
り、疑似位相整合処理や高精度のドメイン制御が不要で
あり、位相整合のための許容温度範囲が広く、高いエネ
ルギーが素子中に集中しても、素子に光損傷が発生しな
いようにする。 【解決手段】Ｋ3 Ｌｉ2-2x（Ｎｂ1-y Ｔａy ）5+5z Ｏ
15-x+12.5zを基本組成とする単結晶基板６と、Ｋ3 Ｌｉ
2-2a（Ｎｂ1-b Ｔａb ）5+5c Ｏ15-a+12.5cの基本組成
を有し、かつ単結晶基板６と異なる屈折率を有するエピ
タキシャル膜からなる光導波路３とを備えており、ａ、
ｂ、ｃ、ｘ、ｙ、ｚが下記の関係を満足していることを
特徴とする、第二高調波発生素子４０（−０．５≦ａ、
ｘ≦０．６２５、０≦ｂ、ｙ≦０．５、０．８≦（５−
２ｘ）／（５＋５ｚ）、（５−２ａ）／（５＋５ｃ）≦
１．２）を提供する。好ましくは、マイクロ引下げ法に
よって単結晶基板を製造し、また光導波路を構成するエ
ピタキシャル膜が液相エピタキシャル成長による膜であ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、青色光源デバイス等に
好適に使用できる第二高調波発生素子に関するものであ
る。
好適に使用できる第二高調波発生素子に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】現在、青色光源となるデバイスを得るた
めに、ＫＴＰやＬＮにドメイン反転構造の光導波路を形
成し、この光導波路に赤外波長の半導体レーザー光を導
入する構造が提案されている（米国特許番号４，７４
０，２６５号、特開平５−２８９１３１号公報、特開平
５−１７３２１３号公報）。しかし、この技術では高精
度にドメインを制御する必要があるが、高精度のドメイ
ン制御は困難であり、またこの位相整合のための許容温
度範囲が±０．５℃である。更に光導波路の光損傷が、
３ｍＷの光エネルギーから認められる。これらの理由か
ら、実用のデバイスとしては問題があることが指摘され
ている。
めに、ＫＴＰやＬＮにドメイン反転構造の光導波路を形
成し、この光導波路に赤外波長の半導体レーザー光を導
入する構造が提案されている（米国特許番号４，７４
０，２６５号、特開平５−２８９１３１号公報、特開平
５−１７３２１３号公報）。しかし、この技術では高精
度にドメインを制御する必要があるが、高精度のドメイ
ン制御は困難であり、またこの位相整合のための許容温
度範囲が±０．５℃である。更に光導波路の光損傷が、
３ｍＷの光エネルギーから認められる。これらの理由か
ら、実用のデバイスとしては問題があることが指摘され
ている。
【０００３】最近、いわゆるμ（マイクロ）引下げ法に
よって酸化物光学単結晶ファイバーを形成する方法が、
注目を集めている。「電総研ニュース」１９９３年７月
号（５２２号）の４〜８頁、特開平４−２８０８９１号
公報および特開平６−３４５５８８号公報には、この方
法によってニオブ酸・カリウム・リチウム（Ｋ3 Ｌｉ
2-2xＮｂ5+x Ｏ15+x、以下、ＫＬＮと記載する。）等の
単結晶ファイバーを育成した経緯が、開示されている。
よって酸化物光学単結晶ファイバーを形成する方法が、
注目を集めている。「電総研ニュース」１９９３年７月
号（５２２号）の４〜８頁、特開平４−２８０８９１号
公報および特開平６−３４５５８８号公報には、この方
法によってニオブ酸・カリウム・リチウム（Ｋ3 Ｌｉ
2-2xＮｂ5+x Ｏ15+x、以下、ＫＬＮと記載する。）等の
単結晶ファイバーを育成した経緯が、開示されている。
【０００４】「電総研ニュース」の前記記事に記載され
た方法によれば、白金製のセルないしルツボに電力を供
給し、抵抗加熱する。このセルの底部に、溶融液の引出
し口を形成し、この引出し口の中に、融液フィーダーと
呼ばれる棒状体を挿通し、これによって溶融液の引出し
口への供給量と、固相液相界面の状態とを共に制御す
る。溶融液引出し口の口径、フィーダーの太さ、引出し
口からのフィーダーの突出長さ等を調整することによっ
て、細径のＫＬＮ単結晶ファイバーを連続的に形成して
いる。このμ引下げ法によれば、直径１ｍｍ以下の単結
晶ファイバーを形成でき、熱歪みの低減、溶融液内の対
流の制御、単結晶ファイバーの直径の制御を容易に行う
ことができる。特に、このＫＬＮ単結晶によれば、チタ
ンサファイアレーザーを使用したときに、室温での９０
度位相整合により３９０〜４５０ｎｍの青色光が得られ
るとされている。従来のＬＮ、ＫＴＰ、ＫＮ等によって
は、この条件下での青色光の発光は不可能である。ま
た、特開平３−５４１１７号公報においては、ＫＬＮ結
晶の青色発光素子について記されているが、バルク構造
については出力は３８０ｎＷ（７０ｍｗ入力）であり
（実施例２を参照。）、強度が小さい。また、この実施
例３においては、サファイア基板にＫＬＮをスパッタリ
ングやレーザーアブレーションで成膜し、サファイア基
板上に高い屈折率を有する単一結晶層を堆積させて導波
構造を作製しているが、その出力は１ｍＷ（１００ｍＷ
入力）であって、十分なレーザー強度は得られていな
い。
た方法によれば、白金製のセルないしルツボに電力を供
給し、抵抗加熱する。このセルの底部に、溶融液の引出
し口を形成し、この引出し口の中に、融液フィーダーと
呼ばれる棒状体を挿通し、これによって溶融液の引出し
口への供給量と、固相液相界面の状態とを共に制御す
る。溶融液引出し口の口径、フィーダーの太さ、引出し
口からのフィーダーの突出長さ等を調整することによっ
て、細径のＫＬＮ単結晶ファイバーを連続的に形成して
いる。このμ引下げ法によれば、直径１ｍｍ以下の単結
晶ファイバーを形成でき、熱歪みの低減、溶融液内の対
流の制御、単結晶ファイバーの直径の制御を容易に行う
ことができる。特に、このＫＬＮ単結晶によれば、チタ
ンサファイアレーザーを使用したときに、室温での９０
度位相整合により３９０〜４５０ｎｍの青色光が得られ
るとされている。従来のＬＮ、ＫＴＰ、ＫＮ等によって
は、この条件下での青色光の発光は不可能である。ま
た、特開平３−５４１１７号公報においては、ＫＬＮ結
晶の青色発光素子について記されているが、バルク構造
については出力は３８０ｎＷ（７０ｍｗ入力）であり
（実施例２を参照。）、強度が小さい。また、この実施
例３においては、サファイア基板にＫＬＮをスパッタリ
ングやレーザーアブレーションで成膜し、サファイア基
板上に高い屈折率を有する単一結晶層を堆積させて導波
構造を作製しているが、その出力は１ｍＷ（１００ｍＷ
入力）であって、十分なレーザー強度は得られていな
い。
【０００５】また、ＫＬＮの基本組成に関しては、既に
タングステンブロンズ構造が得られる組成の範囲につい
ては開示されている（B.A. Scott等、「Mat. Res. Bul
l. 」５、４７〜５６頁、１９６９年）。また、ＫＬＮ
のうちのニオブ成分をタンタルで置換することによって
得られるＫＬＮＴもＫＬＮと同様の特性を有しており、
ＫＬＮＴの組成を有する一連の固溶体を、カイロポーラ
ス法によって製造できることが開示されている（T. Fuk
uda 等、「J. Crystal Growth 」６、２９３〜２９６
頁、１９７０年）。
タングステンブロンズ構造が得られる組成の範囲につい
ては開示されている（B.A. Scott等、「Mat. Res. Bul
l. 」５、４７〜５６頁、１９６９年）。また、ＫＬＮ
のうちのニオブ成分をタンタルで置換することによって
得られるＫＬＮＴもＫＬＮと同様の特性を有しており、
ＫＬＮＴの組成を有する一連の固溶体を、カイロポーラ
ス法によって製造できることが開示されている（T. Fuk
uda 等、「J. Crystal Growth 」６、２９３〜２９６
頁、１９７０年）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように、上記した
マイクロ引下げ法によるＫＬＮ単結晶ファイバーを使用
して、室温での９０度位相整合条件下で青色レーザー光
の発光が可能であることは知られており、またＫＬＮの
基本組成に関して、タングステンブロンズ構造が得られ
る組成の範囲について知られている。しかし、ＫＬＮ単
結晶を利用して青色レーザー光を効率的に発光させるた
めの発振装置の構成は、未だ提案されていない。
マイクロ引下げ法によるＫＬＮ単結晶ファイバーを使用
して、室温での９０度位相整合条件下で青色レーザー光
の発光が可能であることは知られており、またＫＬＮの
基本組成に関して、タングステンブロンズ構造が得られ
る組成の範囲について知られている。しかし、ＫＬＮ単
結晶を利用して青色レーザー光を効率的に発光させるた
めの発振装置の構成は、未だ提案されていない。
【０００７】なお、いわゆる共振器構造の第二高調波発
生素子においてＫＬＮ単結晶を採用することも考えられ
るが、この共振器構造の第二高調波発生素子は、複雑な
構造を有しており、組み立てが面倒であるし、また光の
変換効率が低いので、実用的ではない。
生素子においてＫＬＮ単結晶を採用することも考えられ
るが、この共振器構造の第二高調波発生素子は、複雑な
構造を有しており、組み立てが面倒であるし、また光の
変換効率が低いので、実用的ではない。
【０００８】本発明の課題は、青色レーザー光を発光で
きる第二高調波発生素子において、構造が簡単であって
組み立てが容易であり、また疑似位相整合処理や高精度
のドメイン制御が不要であり、位相整合のための許容温
度範囲が広く、また高いエネルギーが素子中に集中して
も、素子に光損傷が発生しないようにすることである。
きる第二高調波発生素子において、構造が簡単であって
組み立てが容易であり、また疑似位相整合処理や高精度
のドメイン制御が不要であり、位相整合のための許容温
度範囲が広く、また高いエネルギーが素子中に集中して
も、素子に光損傷が発生しないようにすることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、Ｋ3 Ｌｉ2-2x
（Ｎｂ1-y Ｔａy ）5+5zＯ15-x+12.5zを基本組成とする
単結晶基板と、Ｋ3 Ｌｉ2-2a（Ｎｂ1-b Ｔａb）5+5c
Ｏ15-a+12.5cの基本組成を有し、かつこの単結晶基板と
異なる屈折率を有するエピタキシャル膜からなる光導波
路とを備えていることを特徴とする、第二高調波発生素
子に係るものであり、ここで、ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙ、ｚ
が下記の関係を満足している。 −０．５≦ａ、ｘ≦０．６２５ ０≦ｂ、ｙ≦０．５ ０．８≦（５−２ｘ）／（５＋５ｚ）、（５−２ａ）／
（５＋５ｃ）≦１．２
（Ｎｂ1-y Ｔａy ）5+5zＯ15-x+12.5zを基本組成とする
単結晶基板と、Ｋ3 Ｌｉ2-2a（Ｎｂ1-b Ｔａb）5+5c
Ｏ15-a+12.5cの基本組成を有し、かつこの単結晶基板と
異なる屈折率を有するエピタキシャル膜からなる光導波
路とを備えていることを特徴とする、第二高調波発生素
子に係るものであり、ここで、ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙ、ｚ
が下記の関係を満足している。 −０．５≦ａ、ｘ≦０．６２５ ０≦ｂ、ｙ≦０．５ ０．８≦（５−２ｘ）／（５＋５ｚ）、（５−２ａ）／
（５＋５ｃ）≦１．２
【００１０】
【作用】本発明者は、前記のようなＫＬＮおよびＫＬＮ
Ｔ単結晶系材料について検討した結果、これらの材料か
らなる基板の上に、液相エピタキシャル法によってＫＬ
Ｎ単結晶膜ないしＫＬＮＴ単結晶膜を形成することによ
って、良質な結晶性を有する単結晶膜を形成し、かつこ
の際単結晶膜と単結晶基板との各屈折率を制御すること
に成功した。そして、この単結晶膜を加工し、リブ等の
形状を有する光導波路を形成することによって、実用的
な青色光源デバイスを作製できることを見いだし、本発
明を完成した。
Ｔ単結晶系材料について検討した結果、これらの材料か
らなる基板の上に、液相エピタキシャル法によってＫＬ
Ｎ単結晶膜ないしＫＬＮＴ単結晶膜を形成することによ
って、良質な結晶性を有する単結晶膜を形成し、かつこ
の際単結晶膜と単結晶基板との各屈折率を制御すること
に成功した。そして、この単結晶膜を加工し、リブ等の
形状を有する光導波路を形成することによって、実用的
な青色光源デバイスを作製できることを見いだし、本発
明を完成した。
【００１１】このような光導波路構造の第二高調波発生
素子は、位相整合のための許容温度範囲が±２．５℃程
度であって、実用的なデバイスとしては十分に大きな値
を有している。また、２０ｍＷ以下の範囲内では、光損
傷は認められなかった。しかも、この光導波路構造の第
二高調波発生素子は、後述するようにきわめて簡単な構
造を有しており、光学系の組み立ても容易であるので、
その製造コスト等の点からきわめて実用的である。
素子は、位相整合のための許容温度範囲が±２．５℃程
度であって、実用的なデバイスとしては十分に大きな値
を有している。また、２０ｍＷ以下の範囲内では、光損
傷は認められなかった。しかも、この光導波路構造の第
二高調波発生素子は、後述するようにきわめて簡単な構
造を有しており、光学系の組み立ても容易であるので、
その製造コスト等の点からきわめて実用的である。
【００１２】また、このような単結晶基板としては、本
発明者が特願平７−６２５８６号明細書、特願平７−６
２５８５号明細書において提案しているようなマイクロ
引下げ法による単結晶基板を使用することが好ましい。
このＫＬＮまたはＫＬＮＴ単結晶の育成法を使用する
と、カイロポーラス法によってこれらの単結晶を育成し
た場合に比べて、単結晶の光特性（位相整合波長のバラ
ツキやＳＨＧ変換効率）が飛躍的に向上した単結晶基板
を安定的に量産することができることを開示した。
発明者が特願平７−６２５８６号明細書、特願平７−６
２５８５号明細書において提案しているようなマイクロ
引下げ法による単結晶基板を使用することが好ましい。
このＫＬＮまたはＫＬＮＴ単結晶の育成法を使用する
と、カイロポーラス法によってこれらの単結晶を育成し
た場合に比べて、単結晶の光特性（位相整合波長のバラ
ツキやＳＨＧ変換効率）が飛躍的に向上した単結晶基板
を安定的に量産することができることを開示した。
【００１３】本発明の第二高調波発生素子によれば、室
温での９０度位相整合状態で、３９０ｎｍの紫外光領域
まで発生することが可能である。従って、こうした短波
長の光を利用することで、光ディスクメモリー用、医学
用、光化学用、各種光計測用等の幅広い応用が可能であ
る。
温での９０度位相整合状態で、３９０ｎｍの紫外光領域
まで発生することが可能である。従って、こうした短波
長の光を利用することで、光ディスクメモリー用、医学
用、光化学用、各種光計測用等の幅広い応用が可能であ
る。
【００１４】本発明において、好ましくは、エピタキシ
ャル膜を液相エピタキシャル成長法によって形成する
が、これによって特に高品質のエピタキシャル膜が得ら
れるため、光導波路中に高密度のエネルギーが集中して
も光損傷が発生しない。従って、従来のスパッタリング
法や拡散プロセスによって形成されるデバイスと比較し
て高出力の青色レーザーが得られる。０．８≦（５−２
ｘ）／（５＋５ｚ）、（５−２ａ）／（５＋５ｃ）≦
１．２という上記の条件は、（−１−２ｘ）／６≦ｚ≦
（１−２ｘ）／４、または（−１−２ａ）／６≦ｃ≦
（１−２ａ）／４と表示することができる。
ャル膜を液相エピタキシャル成長法によって形成する
が、これによって特に高品質のエピタキシャル膜が得ら
れるため、光導波路中に高密度のエネルギーが集中して
も光損傷が発生しない。従って、従来のスパッタリング
法や拡散プロセスによって形成されるデバイスと比較し
て高出力の青色レーザーが得られる。０．８≦（５−２
ｘ）／（５＋５ｚ）、（５−２ａ）／（５＋５ｃ）≦
１．２という上記の条件は、（−１−２ｘ）／６≦ｚ≦
（１−２ｘ）／４、または（−１−２ａ）／６≦ｃ≦
（１−２ａ）／４と表示することができる。
【００１５】本発明の好適な態様においては、単結晶基
板上に光導波路を直接形成し、この光導波路の屈折率が
単結晶基板の屈折率よりも大きくなるようにする。また
は、Ｋ3 Ｌｉ2-2d（Ｎｂ1-e Ｔａe ）5+5f Ｏ
15-d+12.5fの基本組成（−０．５≦ｄ≦０．６２５、０
≦ｅ≦０．５、０．８≦（５−２ｄ）／（５＋５ｆ）≦
１．２）を有するエピタキシャル膜からなる中間膜を単
結晶基板上に形成し、この中間膜上に光導波路を形成
し、この光導波路の屈折率を中間膜の屈折率よりも大き
くする。
板上に光導波路を直接形成し、この光導波路の屈折率が
単結晶基板の屈折率よりも大きくなるようにする。また
は、Ｋ3 Ｌｉ2-2d（Ｎｂ1-e Ｔａe ）5+5f Ｏ
15-d+12.5fの基本組成（−０．５≦ｄ≦０．６２５、０
≦ｅ≦０．５、０．８≦（５−２ｄ）／（５＋５ｆ）≦
１．２）を有するエピタキシャル膜からなる中間膜を単
結晶基板上に形成し、この中間膜上に光導波路を形成
し、この光導波路の屈折率を中間膜の屈折率よりも大き
くする。
【００１６】本発明の好適な態様においては、光導波路
を構成するエピタキシャル膜を液相エピタキシャル法に
よって形成する。これによって、光導波路の光特性が一
層向上することを確認した。また、中間膜を構成するエ
ピタキシャル膜も、液相エピタキシャル法によって形成
することが好ましい。
を構成するエピタキシャル膜を液相エピタキシャル法に
よって形成する。これによって、光導波路の光特性が一
層向上することを確認した。また、中間膜を構成するエ
ピタキシャル膜も、液相エピタキシャル法によって形成
することが好ましい。
【００１７】この液相エピタキシャル成長法によって、
光導波路や中間膜を構成するエピタキシャル膜を形成す
る際には、単結晶基板を、少なくとも目的とするエピタ
キシャル膜を構成する元素を含む溶融体に対して接触さ
せることによって、エピタキシャル膜をフラックス成長
させることが好ましい。このときに使用するフラックス
は、目的とするエピタキシャル膜の組成よりも（Ｋ＋Ｌ
ｉ）の比率が多く、（Ｎｂ＋Ｔａ）の組成が少ない組成
が、平衡な融液相として知られている。このように自己
フラックス成長させることが可能であった。
光導波路や中間膜を構成するエピタキシャル膜を形成す
る際には、単結晶基板を、少なくとも目的とするエピタ
キシャル膜を構成する元素を含む溶融体に対して接触さ
せることによって、エピタキシャル膜をフラックス成長
させることが好ましい。このときに使用するフラックス
は、目的とするエピタキシャル膜の組成よりも（Ｋ＋Ｌ
ｉ）の比率が多く、（Ｎｂ＋Ｔａ）の組成が少ない組成
が、平衡な融液相として知られている。このように自己
フラックス成長させることが可能であった。
【００１８】または、この液相エピタキシャル成長法に
よって、光導波路や中間膜を構成するエピタキシャル膜
を形成する際には、単結晶基板を、少なくとも目的とす
るエピタキシャル膜を構成する元素に加えてバナジウム
を含む溶融体に対して接触させることによって、エピタ
キシャル膜をフラックス成長させることが好ましい。こ
こで、酸化バナジウムを添加することによって、上記自
己フラックスからの成長に比べて、過冷却状態を制御し
易く、良質の結晶が成長できることが知られている。そ
の他、酸化ホウ素等を添加したフラックスからの良質な
結晶育成も可能であった。
よって、光導波路や中間膜を構成するエピタキシャル膜
を形成する際には、単結晶基板を、少なくとも目的とす
るエピタキシャル膜を構成する元素に加えてバナジウム
を含む溶融体に対して接触させることによって、エピタ
キシャル膜をフラックス成長させることが好ましい。こ
こで、酸化バナジウムを添加することによって、上記自
己フラックスからの成長に比べて、過冷却状態を制御し
易く、良質の結晶が成長できることが知られている。そ
の他、酸化ホウ素等を添加したフラックスからの良質な
結晶育成も可能であった。
【００１９】この場合、構成金属元素がバナジウムとカ
リウムとからなるフラックスを使用することによって、
特に良質な結晶育成が可能であった。その理由として、
バナジウム以外にＫＬＮの構成元素であるカリウムのみ
が入っていることが挙げられる。
リウムとからなるフラックスを使用することによって、
特に良質な結晶育成が可能であった。その理由として、
バナジウム以外にＫＬＮの構成元素であるカリウムのみ
が入っていることが挙げられる。
【００２０】特に、単結晶基板を前記の溶融液に対して
接触させることによって中間膜を形成し、この中間膜付
きの単結晶基板を、この溶融液と異なる所定組成を有す
る溶融液へと接触させることによって、光導波路用のエ
ピタキシャル膜を連続的に形成することができる。
接触させることによって中間膜を形成し、この中間膜付
きの単結晶基板を、この溶融液と異なる所定組成を有す
る溶融液へと接触させることによって、光導波路用のエ
ピタキシャル膜を連続的に形成することができる。
【００２１】上記の基本組成において、ａ、ｂ、ｃ、
ｄ、ｅ、ｆ、ｘ、ｙ、ｚは、次の範囲内とする必要があ
る。ここで、単結晶基板、中間膜、光導波路のそれぞれ
の基本組成を表す各化学式は同じであるが、第二高調波
発生素子中では、これらは互いに異なる組成を有してい
るので、別の添字を使用して表記することによした。
ｄ、ｅ、ｆ、ｘ、ｙ、ｚは、次の範囲内とする必要があ
る。ここで、単結晶基板、中間膜、光導波路のそれぞれ
の基本組成を表す各化学式は同じであるが、第二高調波
発生素子中では、これらは互いに異なる組成を有してい
るので、別の添字を使用して表記することによした。
【００２２】ここで、−０．５≦ａ、ｄ、ｘ≦０．６２
５と限定したのは、この組成範囲内でＫＬＮ材料がタン
グステンブロンズ構造となりえるからである。これより
もカリウムが多い組成では、ＫＮｂＯ3 の斜方晶系、Ｌ
ｉが多い組成ではＬｉＮｂＯ3 の六方晶系となってしま
う。
５と限定したのは、この組成範囲内でＫＬＮ材料がタン
グステンブロンズ構造となりえるからである。これより
もカリウムが多い組成では、ＫＮｂＯ3 の斜方晶系、Ｌ
ｉが多い組成ではＬｉＮｂＯ3 の六方晶系となってしま
う。
【００２３】０≦ｂ、ｅ、ｙ≦０．５と限定したのは、
Ｔａの置換量が増加するのに従って、キュリー温度が下
がり、ｙ＝０．５のときにはキュリー温度が室温付近に
なってしまうため、強誘電体にならず、第二高調波発生
の発生が認められなくなるからである。
Ｔａの置換量が増加するのに従って、キュリー温度が下
がり、ｙ＝０．５のときにはキュリー温度が室温付近に
なってしまうため、強誘電体にならず、第二高調波発生
の発生が認められなくなるからである。
【００２４】０．８≦（５−２ｘ）／（５＋５ｚ）、
（５−２ａ）／（５＋５ｃ）≦１．２の組成範囲は、引
下げ方による場合の（Ｋ＋Ｌｉ）とＮｂとの比率によっ
て、タングステンブロンズの構造の単一性が得られる領
域を示しており、カイロポーラス法によって形成可能な
組成範囲よりも広い組成範囲で、均一な単結晶を育成す
ることができた。ここで、基本組成としては、Ｋ、Ｌ
ｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｏからなるタングステンブロンズ構造
を考えているが、この構造を保持する範囲内での元素の
置換、例えば、Ｎａ、Ｒｂ等によるＫ、Ｌｉの置換や、
ＣｒおよびＥｒ、Ｎｄ等の希土類元素等のレーザー発振
用ドーピング剤を添加することも可能であった。
（５−２ａ）／（５＋５ｃ）≦１．２の組成範囲は、引
下げ方による場合の（Ｋ＋Ｌｉ）とＮｂとの比率によっ
て、タングステンブロンズの構造の単一性が得られる領
域を示しており、カイロポーラス法によって形成可能な
組成範囲よりも広い組成範囲で、均一な単結晶を育成す
ることができた。ここで、基本組成としては、Ｋ、Ｌ
ｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｏからなるタングステンブロンズ構造
を考えているが、この構造を保持する範囲内での元素の
置換、例えば、Ｎａ、Ｒｂ等によるＫ、Ｌｉの置換や、
ＣｒおよびＥｒ、Ｎｄ等の希土類元素等のレーザー発振
用ドーピング剤を添加することも可能であった。
【００２５】本発明においては、ＫＬＮ、ＫＬＮＴ単結
晶基板をマイクロ引下げ法によって製造する場合には、
これらの原料をルツボ内で溶融させて溶融体を得、この
溶融体に対して種結晶を接触させ、ルツボの下方へと溶
融体を引き下げることによって単結晶基板を生成させ
る。この製造方法は、ＫＬＮやＫＬＮＴのような固溶体
単結晶を製造する場合に、特に適している。
晶基板をマイクロ引下げ法によって製造する場合には、
これらの原料をルツボ内で溶融させて溶融体を得、この
溶融体に対して種結晶を接触させ、ルツボの下方へと溶
融体を引き下げることによって単結晶基板を生成させ
る。この製造方法は、ＫＬＮやＫＬＮＴのような固溶体
単結晶を製造する場合に、特に適している。
【００２６】以下、図面を参照しつつ、更に詳細に本発
明の実施例を説明する。図１（ａ）は、単結晶基板１の
一例を示す斜視図を示し、図１（ｂ）は単結晶基板１上
にエピタキシャル膜２を形成した状態を示す斜視図であ
り、図１（ｃ）は図１（ｂ）のエピタキシャル膜を加工
した状態を示す部分斜視図であり、図２（ａ）はこの加
工品から切り出した光導波路素子５の一部を示す斜視図
であり、図２（ｂ）は第二高調波発生素子を示す模式図
である。
明の実施例を説明する。図１（ａ）は、単結晶基板１の
一例を示す斜視図を示し、図１（ｂ）は単結晶基板１上
にエピタキシャル膜２を形成した状態を示す斜視図であ
り、図１（ｃ）は図１（ｂ）のエピタキシャル膜を加工
した状態を示す部分斜視図であり、図２（ａ）はこの加
工品から切り出した光導波路素子５の一部を示す斜視図
であり、図２（ｂ）は第二高調波発生素子を示す模式図
である。
【００２７】ＫＬＮまたはＫＬＮＴの単結晶基板１の形
状は、図１（ａ）の例では長方形であるが、この寸法、
形状には特に制限はない。この単結晶基板１の表面１ａ
に、エピタキシャル膜２を形成する。この工程では、液
相エピタキシャル法が好ましいが、気相エピタキシャル
法も使用可能である。次いで、エピタキシャル膜２を加
工し、図１（ｃ）に示すように、複数列のストライプ状
のリッジ型光導波路３を形成し、光導波路３の間に細長
い直線状の溝４を形成する。この工程では、フォトリソ
グラフィー技術を使用することができる。
状は、図１（ａ）の例では長方形であるが、この寸法、
形状には特に制限はない。この単結晶基板１の表面１ａ
に、エピタキシャル膜２を形成する。この工程では、液
相エピタキシャル法が好ましいが、気相エピタキシャル
法も使用可能である。次いで、エピタキシャル膜２を加
工し、図１（ｃ）に示すように、複数列のストライプ状
のリッジ型光導波路３を形成し、光導波路３の間に細長
い直線状の溝４を形成する。この工程では、フォトリソ
グラフィー技術を使用することができる。
【００２８】次いで、この単結晶基板１の溝４に沿っ
て、各光導波路３を切り離し、図２（ａ）に示すような
光導波路素子５を製造する。この光導波路素子５におい
ては、細長い角棒形状の単結晶基板６の表面６ａに、エ
ピタキシャル膜によって形成された光導波路３が設けら
れており、この光導波路３の両側に溝４が形成されてい
る。
て、各光導波路３を切り離し、図２（ａ）に示すような
光導波路素子５を製造する。この光導波路素子５におい
ては、細長い角棒形状の単結晶基板６の表面６ａに、エ
ピタキシャル膜によって形成された光導波路３が設けら
れており、この光導波路３の両側に溝４が形成されてい
る。
【００２９】この光導波路素子５を使用し、図２（ｂ）
に模式的に示すようにして第二高調波発生素子４０を製
造する。レーザー光源７、光学系９および光導波路素子
５を整列させ、レーザー光源７から赤外光を矢印Ａのよ
うに光学系９に射出させ、光学系からのレーザー光を、
光導波路素子５の光導波路３の一方の端面から入射さ
せ、他方の端面から第二高調波を矢印Ｂのように射出さ
せる。
に模式的に示すようにして第二高調波発生素子４０を製
造する。レーザー光源７、光学系９および光導波路素子
５を整列させ、レーザー光源７から赤外光を矢印Ａのよ
うに光学系９に射出させ、光学系からのレーザー光を、
光導波路素子５の光導波路３の一方の端面から入射さ
せ、他方の端面から第二高調波を矢印Ｂのように射出さ
せる。
【００３０】図３（ａ）は、単結晶基板３１上に、エピ
タキシャル膜３２および３３を形成した状態を示す斜視
図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のエピタキシャル
膜３３を加工した状態を示す部分斜視図であり、図３
（ｃ）はこの加工品から切り出した光導波路素子３６の
一部を示す斜視図である。
タキシャル膜３２および３３を形成した状態を示す斜視
図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のエピタキシャル
膜３３を加工した状態を示す部分斜視図であり、図３
（ｃ）はこの加工品から切り出した光導波路素子３６の
一部を示す斜視図である。
【００３１】単結晶基板３１の表面３１ａに、エピタキ
シャル膜３２および３３を、液相エピタキシャル法によ
って順次形成する。次いで、エピタキシャル膜３３を加
工し、図３（ｂ）に示すように、複数列のストライプ状
のリッジ型光導波路３５を形成し、光導波路３５の間に
細長い直線状の溝３４を形成する。この工程では、フォ
トリソグラフィー技術を使用することができる。
シャル膜３２および３３を、液相エピタキシャル法によ
って順次形成する。次いで、エピタキシャル膜３３を加
工し、図３（ｂ）に示すように、複数列のストライプ状
のリッジ型光導波路３５を形成し、光導波路３５の間に
細長い直線状の溝３４を形成する。この工程では、フォ
トリソグラフィー技術を使用することができる。
【００３２】次いで、この単結晶基板３１の溝３４に沿
って、各光導波路３５を切り離し、図３（ｃ）に示すよ
うな光導波路素子３６を製造する。この光導波路素子３
６においては、細長い角棒形状の単結晶基板３７の表面
３７ａに、エピタキシャル膜からなる中間膜３２が形成
されており、この中間膜３２上に光導波路３５が設けら
れており、この光導波路３５の両側に溝３４が形成され
ている。この素子においては、エピタキシャル膜３２の
屈折率よりもエピタキシャル膜３３の屈折率の方を大き
くすることによって、エピタキシャル膜３３の方にレー
ザー光を効率的に閉じ込める。
って、各光導波路３５を切り離し、図３（ｃ）に示すよ
うな光導波路素子３６を製造する。この光導波路素子３
６においては、細長い角棒形状の単結晶基板３７の表面
３７ａに、エピタキシャル膜からなる中間膜３２が形成
されており、この中間膜３２上に光導波路３５が設けら
れており、この光導波路３５の両側に溝３４が形成され
ている。この素子においては、エピタキシャル膜３２の
屈折率よりもエピタキシャル膜３３の屈折率の方を大き
くすることによって、エピタキシャル膜３３の方にレー
ザー光を効率的に閉じ込める。
【００３３】ＫＬＮまたはＫＬＮＴの組成において、Ｔ
ａの置換量が大きくなるほど、単結晶の屈折率は小さく
なってくる。ｂ、ｅ、ｙが小さいほど、単結晶の屈折率
が小さくなる。また、ＫＬＮ組成においては、Ｎｂの量
が大きくなるほど、即ち、ｃ、ｆ、ｚが大きくなるほ
ど、単結晶の屈折率が大きくなる。
ａの置換量が大きくなるほど、単結晶の屈折率は小さく
なってくる。ｂ、ｅ、ｙが小さいほど、単結晶の屈折率
が小さくなる。また、ＫＬＮ組成においては、Ｎｂの量
が大きくなるほど、即ち、ｃ、ｆ、ｚが大きくなるほ
ど、単結晶の屈折率が大きくなる。
【００３４】単結晶基板を製造するための、マイクロ引
下げ法における好適な方法について、図４〜図６を適宜
参照しつつ、説明する。図４は、単結晶育成用の製造装
置を示す概略断面図であり、図５（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）は、単結晶基板を育成するための好適なノズルお
よびルツボの形態を説明するための図面である。炉体の
内部には、ルツボ１５が設置されている。本実施例にお
いては、ルツボ１５の形態は、単結晶基板の形状に合わ
せるために細長い形態としている。
下げ法における好適な方法について、図４〜図６を適宜
参照しつつ、説明する。図４は、単結晶育成用の製造装
置を示す概略断面図であり、図５（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）は、単結晶基板を育成するための好適なノズルお
よびルツボの形態を説明するための図面である。炉体の
内部には、ルツボ１５が設置されている。本実施例にお
いては、ルツボ１５の形態は、単結晶基板の形状に合わ
せるために細長い形態としている。
【００３５】図５（ａ）に示すように、平板１０に複数
列の細長い溝１１を、互いに平行となるように形成す
る。図５（ｂ）に示すように、一対の平板１０を貼り合
わせて、平板形状のノズル部１３を形成し、ノズル部１
３の中に複数列の溶融液流通孔１４を形成する。１２は
継ぎ目である。
列の細長い溝１１を、互いに平行となるように形成す
る。図５（ｂ）に示すように、一対の平板１０を貼り合
わせて、平板形状のノズル部１３を形成し、ノズル部１
３の中に複数列の溶融液流通孔１４を形成する。１２は
継ぎ目である。
【００３６】ルツボ１５は、周壁１５ａと底壁１５ｂと
からなっている。底壁１５ｂの中央部にノズル１３が取
り付けられており、ノズル１３の各流通孔１４がルツボ
１５の内部に連通している。ルツボ１５の内部には溶融
液１６が収容されている。
からなっている。底壁１５ｂの中央部にノズル１３が取
り付けられており、ノズル１３の各流通孔１４がルツボ
１５の内部に連通している。ルツボ１５の内部には溶融
液１６が収容されている。
【００３７】上側炉１９内にはヒーター２０が埋設され
ている。ルツボ１５の下端部から下方向へと向かってノ
ズル１３が延びており、ノズル１３の底面１３ａに流通
孔１４が開口している。ノズル１３およびその周囲の空
間３０を包囲するように下側炉２１が設置されており、
下側炉２１の中にヒーター２２が埋設されている。ルツ
ボ１５およびノズル部１３は、いずれも耐食性の導電性
材料によって形成されている。むろん、この加熱炉の形
態自体は、種々変更することができる。例えば、図４に
おいては加熱炉を２ゾーンに分割しているが、加熱炉を
３ゾーン以上に分割することもできる。
ている。ルツボ１５の下端部から下方向へと向かってノ
ズル１３が延びており、ノズル１３の底面１３ａに流通
孔１４が開口している。ノズル１３およびその周囲の空
間３０を包囲するように下側炉２１が設置されており、
下側炉２１の中にヒーター２２が埋設されている。ルツ
ボ１５およびノズル部１３は、いずれも耐食性の導電性
材料によって形成されている。むろん、この加熱炉の形
態自体は、種々変更することができる。例えば、図４に
おいては加熱炉を２ゾーンに分割しているが、加熱炉を
３ゾーン以上に分割することもできる。
【００３８】ルツボ１５の位置Ｃに対して、電源２５Ａ
の一方の電極が電線２６によって接続されており、ルツ
ボ１５の周壁と底壁との境界位置Ｄに対して、電源２５
Ａの他方の電極が接続されている。ノズル１３の位置Ｅ
に対して、電源２５Ｂの一方の電極が電線２６によって
接続されており、ノズル１３の下端Ｆに対して他方の電
極が接続されている。これらの各通電機構は、共に分離
されており、独立してその電圧を制御できるように構成
されている。
の一方の電極が電線２６によって接続されており、ルツ
ボ１５の周壁と底壁との境界位置Ｄに対して、電源２５
Ａの他方の電極が接続されている。ノズル１３の位置Ｅ
に対して、電源２５Ｂの一方の電極が電線２６によって
接続されており、ノズル１３の下端Ｆに対して他方の電
極が接続されている。これらの各通電機構は、共に分離
されており、独立してその電圧を制御できるように構成
されている。
【００３９】ノズル１３を包囲するように、ノズル１３
とは間隔を置いて、アフターヒーター２９が設けられて
いる。なお、炉体（発熱体と耐火物）によってノズル部
分の温度勾配が最適化されている場合には、アフターヒ
ーター２９は必ずしも必要ではない。
とは間隔を置いて、アフターヒーター２９が設けられて
いる。なお、炉体（発熱体と耐火物）によってノズル部
分の温度勾配が最適化されている場合には、アフターヒ
ーター２９は必ずしも必要ではない。
【００４０】上側炉１９、下側炉２１およびアフターヒ
ーター２９を発熱させて空間１８、３０の温度分布を適
切に定め、溶融液の原料をルツボ１５内に供給し、ルツ
ボ１５およびノズル１３に電力を供給して発熱させる。
この状態では、ノズル１３の下端部にある単結晶育成部
４０では、流通孔の開口１４ａから溶融液１６が僅かに
突出し、その表面張力によって保持されて、比較的に平
坦な表面が形成されている。
ーター２９を発熱させて空間１８、３０の温度分布を適
切に定め、溶融液の原料をルツボ１５内に供給し、ルツ
ボ１５およびノズル１３に電力を供給して発熱させる。
この状態では、ノズル１３の下端部にある単結晶育成部
４０では、流通孔の開口１４ａから溶融液１６が僅かに
突出し、その表面張力によって保持されて、比較的に平
坦な表面が形成されている。
【００４１】ノズル１３内の溶融液１６に対して加わる
重力は、ノズル１３の各流通孔１４の壁面に対する溶融
液の接触によって大きく減少している。特に、各流通孔
１４の内径を０．５ｍｍ以下とすることによって、この
単結晶育成部４０近辺において、重力の影響よりも表面
張力の影響の方が支配的となり、均一な固相液相界面を
形成することができた。
重力は、ノズル１３の各流通孔１４の壁面に対する溶融
液の接触によって大きく減少している。特に、各流通孔
１４の内径を０．５ｍｍ以下とすることによって、この
単結晶育成部４０近辺において、重力の影響よりも表面
張力の影響の方が支配的となり、均一な固相液相界面を
形成することができた。
【００４２】この状態で、種結晶２３の端面を、各流通
孔１４の開口１４ａに形成された表面に対して接触させ
る。次いで、種結晶２３を下方向へと引下げる。この
際、種結晶２３の上端部と、各流通孔１４から下方向へ
と引き出されてくる溶融液との間には、均一な固相液相
界面（メニスカス）が形成される。そして、ルツボ１５
内の溶融液１６は、ノズル１３の各流通孔１４内を流下
し、各流通孔１４から流れだす。このとき、各流通孔１
４から流れだした溶融液は、ノズル１３の底面１３ａ上
で一体となって流れ、この底面１３ａの直下で固相とな
るが、これによってプレート状の単結晶１７がノズル１
３の下方へと向かって引き出される。
孔１４の開口１４ａに形成された表面に対して接触させ
る。次いで、種結晶２３を下方向へと引下げる。この
際、種結晶２３の上端部と、各流通孔１４から下方向へ
と引き出されてくる溶融液との間には、均一な固相液相
界面（メニスカス）が形成される。そして、ルツボ１５
内の溶融液１６は、ノズル１３の各流通孔１４内を流下
し、各流通孔１４から流れだす。このとき、各流通孔１
４から流れだした溶融液は、ノズル１３の底面１３ａ上
で一体となって流れ、この底面１３ａの直下で固相とな
るが、これによってプレート状の単結晶１７がノズル１
３の下方へと向かって引き出される。
【００４３】この結果、図４に示すように、種結晶２３
の上側に単結晶基板１７が連続的に形成され、下方向へ
と向かって引き出されてくる。本実施例では、この種結
晶２３および単結晶基板１７を、ローラー２４によって
下方向へと送っている。
の上側に単結晶基板１７が連続的に形成され、下方向へ
と向かって引き出されてくる。本実施例では、この種結
晶２３および単結晶基板１７を、ローラー２４によって
下方向へと送っている。
【００４４】この製造方法において、各流通孔１４の内
径は、０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍとすることが好まし
く、隣り合う各流通孔１４の間隔は０．１〜１０ｍｍと
することが好ましい。また、各溝１１の横断面の形状
は、四角形、Ｖ字形状、半円形等とすることができる。
径は、０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍとすることが好まし
く、隣り合う各流通孔１４の間隔は０．１〜１０ｍｍと
することが好ましい。また、各溝１１の横断面の形状
は、四角形、Ｖ字形状、半円形等とすることができる。
【００４５】また、図６に示す実施例においては、各ノ
ズル部として管状体２７を使用し、各管状体２７を配列
し、この際、各管状体２７の外周面が連続するように設
置する。ただし、図６においては、ルツボの部分は図示
を省略したが、例えば図５（ｃ）に示すようなルツボ１
５を使用することができる。各ノズル２７の中には溶融
体の流通孔２８が形成されており、各流通孔２８は、各
管状体２７の下端の底面２７ａに開口している。
ズル部として管状体２７を使用し、各管状体２７を配列
し、この際、各管状体２７の外周面が連続するように設
置する。ただし、図６においては、ルツボの部分は図示
を省略したが、例えば図５（ｃ）に示すようなルツボ１
５を使用することができる。各ノズル２７の中には溶融
体の流通孔２８が形成されており、各流通孔２８は、各
管状体２７の下端の底面２７ａに開口している。
【００４６】ルツボ内の溶融液は、各ノズル２７の各流
通孔２８内を流下し、各流通孔２８から流れだす。この
とき、各流通孔２８から流れだした溶融液は、各ノズル
部２７の底面２７ａ上で一体となって流れ、この底面２
７ａの直下で固相となる。これによって、プレート状の
単結晶１７が、ノズル２７の下方へと向かって引き出さ
れる。
通孔２８内を流下し、各流通孔２８から流れだす。この
とき、各流通孔２８から流れだした溶融液は、各ノズル
部２７の底面２７ａ上で一体となって流れ、この底面２
７ａの直下で固相となる。これによって、プレート状の
単結晶１７が、ノズル２７の下方へと向かって引き出さ
れる。
【００４７】以下、更に具体的な実験結果について述べ
る。 〔実験１〕 （マイクロ引下げ法によるＫＬＮＴ単結晶プレートの製
造）図４および図５に示すような単結晶製造装置を使用
し、前記した製造方法に従ってＫＬＮＴ単結晶プレート
を製造した。上側炉１９と下側炉２１とによって炉内全
体の温度を制御した。ノズル１３に対する電力供給とア
フターヒーター２９の発熱とによって、単結晶育成部４
０近辺の温度勾配を制御できるように構成した。単結晶
プレートの引下げ機構としては、垂直方向に２〜２００
ｍｍ／時間で、引下げ速度を均一に制御しながら、単結
晶プレートを引き下げる機構を搭載した。
る。 〔実験１〕 （マイクロ引下げ法によるＫＬＮＴ単結晶プレートの製
造）図４および図５に示すような単結晶製造装置を使用
し、前記した製造方法に従ってＫＬＮＴ単結晶プレート
を製造した。上側炉１９と下側炉２１とによって炉内全
体の温度を制御した。ノズル１３に対する電力供給とア
フターヒーター２９の発熱とによって、単結晶育成部４
０近辺の温度勾配を制御できるように構成した。単結晶
プレートの引下げ機構としては、垂直方向に２〜２００
ｍｍ／時間で、引下げ速度を均一に制御しながら、単結
晶プレートを引き下げる機構を搭載した。
【００４８】炭酸カリウム、炭酸リチウム、酸化ニオブ
および酸化タンタルを、３０：２０：４０：１０の組成
比率で調合して原料粉末を製造した。この原料粉末約５
０ｇを、白金製のルツボ１５内に供給し、このルツボ１
５を所定位置に設置した。上側炉１９内の空間１８の温
度を１１００〜１２００℃の範囲に調整し、ルツボ１５
内の原料を融解させた。下側炉２１内の空間３０の温度
は、５００〜１０００℃に均一に制御した。ルツボ１
５、ノズル１３およびアフターヒーター２９に対して所
定の電力を供給し、単結晶成長を実施した。この際、単
結晶育成部の温度を１０５０℃〜１１５０℃とすること
ができ、単結晶育成部における温度勾配を１０〜１５０
℃／ｍｍに制御することができた。
および酸化タンタルを、３０：２０：４０：１０の組成
比率で調合して原料粉末を製造した。この原料粉末約５
０ｇを、白金製のルツボ１５内に供給し、このルツボ１
５を所定位置に設置した。上側炉１９内の空間１８の温
度を１１００〜１２００℃の範囲に調整し、ルツボ１５
内の原料を融解させた。下側炉２１内の空間３０の温度
は、５００〜１０００℃に均一に制御した。ルツボ１
５、ノズル１３およびアフターヒーター２９に対して所
定の電力を供給し、単結晶成長を実施した。この際、単
結晶育成部の温度を１０５０℃〜１１５０℃とすること
ができ、単結晶育成部における温度勾配を１０〜１５０
℃／ｍｍに制御することができた。
【００４９】平板１０としては、寸法３０ｍｍ×３０ｍ
ｍ×０．６ｍｍの白金板を使用した。この白金板に、ダ
イシング加工によって溝１１を形成した。ただし、溝１
１の間隔は５ｍｍとし、溝１１の幅は０．１ｍｍとし
た。２枚の白金板１０を接合することによって、厚さ
１．２ｍｍの平板形状のノズル１３を形成した。図５
（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ説明したようにして、溶融
液を各流通孔１４から流した。この状態で、２０ｍｍ／
時間の速度でａ軸方向にＣ面の単結晶プレートを引き下
げたところ、厚さ１ｍｍ、幅３０ｍｍのＣ面のＫＬＮＴ
単結晶プレートを引き下げることに成功した。
ｍ×０．６ｍｍの白金板を使用した。この白金板に、ダ
イシング加工によって溝１１を形成した。ただし、溝１
１の間隔は５ｍｍとし、溝１１の幅は０．１ｍｍとし
た。２枚の白金板１０を接合することによって、厚さ
１．２ｍｍの平板形状のノズル１３を形成した。図５
（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ説明したようにして、溶融
液を各流通孔１４から流した。この状態で、２０ｍｍ／
時間の速度でａ軸方向にＣ面の単結晶プレートを引き下
げたところ、厚さ１ｍｍ、幅３０ｍｍのＣ面のＫＬＮＴ
単結晶プレートを引き下げることに成功した。
【００５０】更に、こうして育成した単結晶プレート
を、長さ方向（育成した方向）に見たときの組成分布に
ついて検査した。具体的には、ＳＨＧ位相整合波長を単
結晶プレートの長さ方向の各部分に対して照射し、その
出力光の波長を測定した。ＫＬＮ単結晶の組成が僅かで
も変動すれば、その組成変動によって、ＳＨＧ位相整合
波長に変化が生じてくる。この測定を実施したところ、
１ｎｍ以下の精度、即ち、組成に換算すると０．０１ｍ
ｏｌ％以下の、ＫＬＮＴ単結晶としてかつてない高い精
度で、組成を制御することができた。また、その波長変
換効率も、ほぼ±２％以下の測定誤差の範囲内で、理論
値とほぼ同一の測定値が得られた。このプレートを光導
波路形成用の基板として使用した。
を、長さ方向（育成した方向）に見たときの組成分布に
ついて検査した。具体的には、ＳＨＧ位相整合波長を単
結晶プレートの長さ方向の各部分に対して照射し、その
出力光の波長を測定した。ＫＬＮ単結晶の組成が僅かで
も変動すれば、その組成変動によって、ＳＨＧ位相整合
波長に変化が生じてくる。この測定を実施したところ、
１ｎｍ以下の精度、即ち、組成に換算すると０．０１ｍ
ｏｌ％以下の、ＫＬＮＴ単結晶としてかつてない高い精
度で、組成を制御することができた。また、その波長変
換効率も、ほぼ±２％以下の測定誤差の範囲内で、理論
値とほぼ同一の測定値が得られた。このプレートを光導
波路形成用の基板として使用した。
【００５１】（液相エピタキシャル法によるＫＬＮ単結
晶膜の形成）次いで、液相エピタキシャル法によって単
結晶基板上にエピタキシャル膜を形成した。具体的に
は、モル比でＫ：Ｌｉ：Ｎｂ＝３３：２２：４５の組成
の酸化物原料を白金ルツボ中に入れ、１０１０℃で溶融
させた。この溶融体の温度を約１℃／時間の速度で低下
させ、過冷却状態とした。上記のＫＬＮＴ単結晶基板の
主表面をこの溶融体に約３０分間接触させ、厚さ約１０
μｍのエピタキシャル膜を形成することに成功した。こ
のエピタキシャル膜の組成は、モル比でＫ：Ｌｉ：Ｎｂ
＝３０：２０：５０であった。
晶膜の形成）次いで、液相エピタキシャル法によって単
結晶基板上にエピタキシャル膜を形成した。具体的に
は、モル比でＫ：Ｌｉ：Ｎｂ＝３３：２２：４５の組成
の酸化物原料を白金ルツボ中に入れ、１０１０℃で溶融
させた。この溶融体の温度を約１℃／時間の速度で低下
させ、過冷却状態とした。上記のＫＬＮＴ単結晶基板の
主表面をこの溶融体に約３０分間接触させ、厚さ約１０
μｍのエピタキシャル膜を形成することに成功した。こ
のエピタキシャル膜の組成は、モル比でＫ：Ｌｉ：Ｎｂ
＝３０：２０：５０であった。
【００５２】（エピタキシャル膜の単分域化処理および
光導波路の形成と第二高調波の測定）この単結晶基板の
両面に白金の電極を設置し、電気炉内にこの単結晶基板
を収容し、６００℃で加熱した後直流電圧を印加して、
単分域化処理を行った。このエピタキシャル膜の特性を
評価したところ、波長８５０ｎｍにおいて位相整合する
組成であり、エピタキシャル膜の常光屈折率ｎ0 および
異常光屈折率ｎe 共に、単結晶基板のそれよりも大きく
なっていることを確認した。また、屈折率の面内分布
は、測定精度の範囲内では観測されなかった。このエピ
タキシャル膜を、厚さが３．０±０．１μｍとなるよう
に鏡面研磨加工した。
光導波路の形成と第二高調波の測定）この単結晶基板の
両面に白金の電極を設置し、電気炉内にこの単結晶基板
を収容し、６００℃で加熱した後直流電圧を印加して、
単分域化処理を行った。このエピタキシャル膜の特性を
評価したところ、波長８５０ｎｍにおいて位相整合する
組成であり、エピタキシャル膜の常光屈折率ｎ0 および
異常光屈折率ｎe 共に、単結晶基板のそれよりも大きく
なっていることを確認した。また、屈折率の面内分布
は、測定精度の範囲内では観測されなかった。このエピ
タキシャル膜を、厚さが３．０±０．１μｍとなるよう
に鏡面研磨加工した。
【００５３】この単結晶基板のエピタキシャル膜側に、
リフトオフ法によって、幅４μｍの直線光導波路３の平
面的形状となるように、厚さ６００オングストロームの
チタン膜をマスク材として形成した。この単結晶基板に
ついて、アルゴンイオンによるＲＦプラズマエッチング
を行い、幅４μｍ、高さ３μｍのリブ型光導波路３を形
成した。このときの条件は、ＲＦパワーを２００Ｗと
し、ガスの全圧力を０．０６Ｐａとし、エッチングレー
トを１０ｎｍ／分とした。
リフトオフ法によって、幅４μｍの直線光導波路３の平
面的形状となるように、厚さ６００オングストロームの
チタン膜をマスク材として形成した。この単結晶基板に
ついて、アルゴンイオンによるＲＦプラズマエッチング
を行い、幅４μｍ、高さ３μｍのリブ型光導波路３を形
成した。このときの条件は、ＲＦパワーを２００Ｗと
し、ガスの全圧力を０．０６Ｐａとし、エッチングレー
トを１０ｎｍ／分とした。
【００５４】この単結晶基板から、リブ型の光導波路３
を切り出し、図２（ａ）示すような光導波路素子５を製
造した。この光導波路素子５の光導波路の方向の長さを
７ｍｍとし、幅を２ｍｍとした。このとき、１枚の単結
晶基板から、１５個×４個＝６０個の光導波路素子５を
製造することができた。
を切り出し、図２（ａ）示すような光導波路素子５を製
造した。この光導波路素子５の光導波路の方向の長さを
７ｍｍとし、幅を２ｍｍとした。このとき、１枚の単結
晶基板から、１５個×４個＝６０個の光導波路素子５を
製造することができた。
【００５５】この光導波路３の端面に、波長８５０ｎｍ
の半導体レーザー（出力１５０ｍＷ）発振器７を直接結
合し、ＴＥモードで半導体レーザーを光導波路３の一方
の端面に入射させ、光導波路３の他方の端面から波長４
２５ｎｍの青色第二高調波を発生させ、この出力を測定
した。この結果、シングルモードで約１５ｍＷの出力を
得た。この出力において、光導波路３における光損傷
は、まったく認められなかった。また、すべての光導波
路素子５について、位相整合波長のバラツキは０．０５
ｎｍ以下であり、青色第二高調波の出力のバラツキは±
２％以下であった。このように、本発明のデバイスは、
青色第二高調波発生素子としてきわめて優れて特性を有
していた。
の半導体レーザー（出力１５０ｍＷ）発振器７を直接結
合し、ＴＥモードで半導体レーザーを光導波路３の一方
の端面に入射させ、光導波路３の他方の端面から波長４
２５ｎｍの青色第二高調波を発生させ、この出力を測定
した。この結果、シングルモードで約１５ｍＷの出力を
得た。この出力において、光導波路３における光損傷
は、まったく認められなかった。また、すべての光導波
路素子５について、位相整合波長のバラツキは０．０５
ｎｍ以下であり、青色第二高調波の出力のバラツキは±
２％以下であった。このように、本発明のデバイスは、
青色第二高調波発生素子としてきわめて優れて特性を有
していた。
【００５６】（実験２）実験１と同様にしてＫＬＮ単結
晶プレートを製造した。ただし、原料粉末としては、炭
酸カリウム、炭酸リチウムおよび酸化ニオブを、モル比
で３０：２０：５０の組成比率で調合して粉末を使用し
た。育成速度を２５ｍｍ／時間とし、育成の方位をａ軸
方向とし、かつｃ面のプレートが得られるように種結晶
の方位を選択した。平板１０の幅は５０ｍｍとした。こ
の条件下で単結晶プレートを引き下げたところ、厚さ１
ｍｍ、幅５０ｍｍのＫＬＮ単結晶プレートを引き下げる
ことに成功した。
晶プレートを製造した。ただし、原料粉末としては、炭
酸カリウム、炭酸リチウムおよび酸化ニオブを、モル比
で３０：２０：５０の組成比率で調合して粉末を使用し
た。育成速度を２５ｍｍ／時間とし、育成の方位をａ軸
方向とし、かつｃ面のプレートが得られるように種結晶
の方位を選択した。平板１０の幅は５０ｍｍとした。こ
の条件下で単結晶プレートを引き下げたところ、厚さ１
ｍｍ、幅５０ｍｍのＫＬＮ単結晶プレートを引き下げる
ことに成功した。
【００５７】（液相エピタキシャル法によるＫＬＮＴ単
結晶膜およびＫＬＮ単結晶膜の形成）次いで、液相エピ
タキシャル法によって上記の単結晶プレートからなる基
板上にエピタキシャル膜を形成した。具体的には、モル
比でＫ：Ｌｉ：Ｎｂ：Ｔａ＝３０：２０：４２：８の組
成の各酸化物に対して、モル比でＫ：Ｖ＝５０：５０の
組成の酸化物をフラックスとして加え、白金ルツボに入
れて融解させた。この飽和温度は約９００℃となるよう
にした。この溶融体の温度を約１℃／時間の速度で低下
させ、過冷却度１０℃の状態とした。上記のＫＬＮ単結
晶基板１０枚を、それぞれ白金製治具に対してセット
し、垂直方向にぶら下げ、各ＫＬＮ単結晶基板を溶融体
中に浸漬した。約１５分間保持し、約２０μｍのエピタ
キシャル膜３２を成長させることができた。エピタキシ
ャル膜３２の組成は、モル比でＫ：Ｌｉ：Ｎｂ：Ｔａ＝
３０：２０：４０：１０であった。
結晶膜およびＫＬＮ単結晶膜の形成）次いで、液相エピ
タキシャル法によって上記の単結晶プレートからなる基
板上にエピタキシャル膜を形成した。具体的には、モル
比でＫ：Ｌｉ：Ｎｂ：Ｔａ＝３０：２０：４２：８の組
成の各酸化物に対して、モル比でＫ：Ｖ＝５０：５０の
組成の酸化物をフラックスとして加え、白金ルツボに入
れて融解させた。この飽和温度は約９００℃となるよう
にした。この溶融体の温度を約１℃／時間の速度で低下
させ、過冷却度１０℃の状態とした。上記のＫＬＮ単結
晶基板１０枚を、それぞれ白金製治具に対してセット
し、垂直方向にぶら下げ、各ＫＬＮ単結晶基板を溶融体
中に浸漬した。約１５分間保持し、約２０μｍのエピタ
キシャル膜３２を成長させることができた。エピタキシ
ャル膜３２の組成は、モル比でＫ：Ｌｉ：Ｎｂ：Ｔａ＝
３０：２０：４０：１０であった。
【００５８】次いで、モル比でＫ：Ｌｉ：Ｎｂ＝３０：
２０：５０の組成の各酸化物に対して、モル比でＫ：Ｖ
＝５０：５０の組成の酸化物溶融体を加え、白金ルツボ
に入れて融解させた。この飽和温度は約９００℃となる
ようにした。この溶融体の温度を約１℃／時間の速度で
低下させ、過冷却度１０℃の状態とした。上記のＫＬＮ
単結晶基板を溶融体中に浸漬した。約１０分間保持し、
約１０μｍのエピタキシャル膜３３を成長させることが
できた。このエピタキシャル膜３３の組成は、モル比で
Ｋ：Ｌｉ：Ｎｂ＝３０：２０：５０であった。
２０：５０の組成の各酸化物に対して、モル比でＫ：Ｖ
＝５０：５０の組成の酸化物溶融体を加え、白金ルツボ
に入れて融解させた。この飽和温度は約９００℃となる
ようにした。この溶融体の温度を約１℃／時間の速度で
低下させ、過冷却度１０℃の状態とした。上記のＫＬＮ
単結晶基板を溶融体中に浸漬した。約１０分間保持し、
約１０μｍのエピタキシャル膜３３を成長させることが
できた。このエピタキシャル膜３３の組成は、モル比で
Ｋ：Ｌｉ：Ｎｂ＝３０：２０：５０であった。
【００５９】（エピタキシャル膜の単分域化処理および
光導波路の形成と第二高調波の測定）これらの１０枚の
単結晶基板の各々について、その両面に白金の電極を設
置し、電気炉内にこの単結晶基板を収容し、６００℃で
加熱した後直流電圧を印加して、単分域化処理を行っ
た。ＫＬＮエピタキシャル膜３３の特性を評価したとこ
ろ、波長８５０ｎｍにおいて位相整合する組成であり、
エピタキシャル膜３３の常光屈折率ｎ0 および以上光屈
折率ｎe 共に、ＫＬＮＴエピタキシャル膜３２のそれよ
りも大きくなっていることを確認した。また、屈折率の
面内分布は、測定精度の範囲内では観測されなかった。
このエピタキシャル膜を、厚さが３．５±０．１μｍと
なるように鏡面研磨加工した。
光導波路の形成と第二高調波の測定）これらの１０枚の
単結晶基板の各々について、その両面に白金の電極を設
置し、電気炉内にこの単結晶基板を収容し、６００℃で
加熱した後直流電圧を印加して、単分域化処理を行っ
た。ＫＬＮエピタキシャル膜３３の特性を評価したとこ
ろ、波長８５０ｎｍにおいて位相整合する組成であり、
エピタキシャル膜３３の常光屈折率ｎ0 および以上光屈
折率ｎe 共に、ＫＬＮＴエピタキシャル膜３２のそれよ
りも大きくなっていることを確認した。また、屈折率の
面内分布は、測定精度の範囲内では観測されなかった。
このエピタキシャル膜を、厚さが３．５±０．１μｍと
なるように鏡面研磨加工した。
【００６０】この単結晶基板のエピタキシャル膜３３側
に、リフトオフ法によって、幅５μｍの直線光導波路３
の平面的形状となるように、厚さ４００オングストロー
ムのチタン膜をマスク材として形成した。この単結晶基
板を、Ｃ3 Ｆ6 ガスを使用した電子サイクロトロン共鳴
型反応性イオンエッチング（ＥＣＲ−ＲＩＥ）を行い、
幅５μｍ、高さ３．５μｍのリブ型の光導波路を作製し
た。この時の条件は、マイクロ波電力４００Ｗ、ガスの
全圧力０．０１Ｔｏｒｒ、エッチングレート４０ｎｍ／
分であった。
に、リフトオフ法によって、幅５μｍの直線光導波路３
の平面的形状となるように、厚さ４００オングストロー
ムのチタン膜をマスク材として形成した。この単結晶基
板を、Ｃ3 Ｆ6 ガスを使用した電子サイクロトロン共鳴
型反応性イオンエッチング（ＥＣＲ−ＲＩＥ）を行い、
幅５μｍ、高さ３．５μｍのリブ型の光導波路を作製し
た。この時の条件は、マイクロ波電力４００Ｗ、ガスの
全圧力０．０１Ｔｏｒｒ、エッチングレート４０ｎｍ／
分であった。
【００６１】この単結晶基板から、リブ型の光導波路３
５を切り出し、図３（ｃ）示すような光導波路素子３６
を製造した。この光導波路素子３６の光導波路の方向の
長さを７ｍｍとし、幅を２ｍｍとした。この光導波路の
両端面を光学研磨してチップを作製した。このとき、１
枚の単結晶基板から、７個×２０個＝１４０個の光導波
路素子３６を製造することができたので、１０個の単結
晶基板全体から１４００個の光導波路素子３６を製造す
ることができた。
５を切り出し、図３（ｃ）示すような光導波路素子３６
を製造した。この光導波路素子３６の光導波路の方向の
長さを７ｍｍとし、幅を２ｍｍとした。この光導波路の
両端面を光学研磨してチップを作製した。このとき、１
枚の単結晶基板から、７個×２０個＝１４０個の光導波
路素子３６を製造することができたので、１０個の単結
晶基板全体から１４００個の光導波路素子３６を製造す
ることができた。
【００６２】この光導波路３５の端面に、波長８５０ｎ
ｍの半導体レーザー（出力１５０ｍＷ）発振器７を直接
結合し、ＴＥモードで半導体レーザーを光導波路３の一
方の端面に入射させ、光導波路３の他方の端面から波長
４２５ｎｍの青色第二高調波を発生させ、この出力を測
定した。この結果、シングルモードで約１７ｍＷの出力
を得た。この出力において、光導波路３における光損傷
は、まったく認められなかった。また、すべての光導波
路素子５について、位相整合波長のバラツキは０．０５
ｎｍ以下であり、青色第二高調波の出力のバラツキは±
２％以下であった。このように、本発明のデバイスは、
青色第二高調波発生素子としてきわめて優れて特性を有
していた。
ｍの半導体レーザー（出力１５０ｍＷ）発振器７を直接
結合し、ＴＥモードで半導体レーザーを光導波路３の一
方の端面に入射させ、光導波路３の他方の端面から波長
４２５ｎｍの青色第二高調波を発生させ、この出力を測
定した。この結果、シングルモードで約１７ｍＷの出力
を得た。この出力において、光導波路３における光損傷
は、まったく認められなかった。また、すべての光導波
路素子５について、位相整合波長のバラツキは０．０５
ｎｍ以下であり、青色第二高調波の出力のバラツキは±
２％以下であった。このように、本発明のデバイスは、
青色第二高調波発生素子としてきわめて優れて特性を有
していた。
【００６３】次の製造方法においては、単結晶基板とし
て、マイクロ引下げ法によって作製したＫＬＮまたはＫ
ＬＮＴ単結晶ファイバーを使用する。このようにＫＬＮ
またはＫＬＮＴ単結晶ファイバーを第二高調波発生素子
の単結晶基板として直接に使用することによって、前述
したような単結晶基板を切断してチップ状の光導波路素
子を切り出すという工程が簡略になるので、生産性の観
点から特に有利である。
て、マイクロ引下げ法によって作製したＫＬＮまたはＫ
ＬＮＴ単結晶ファイバーを使用する。このようにＫＬＮ
またはＫＬＮＴ単結晶ファイバーを第二高調波発生素子
の単結晶基板として直接に使用することによって、前述
したような単結晶基板を切断してチップ状の光導波路素
子を切り出すという工程が簡略になるので、生産性の観
点から特に有利である。
【００６４】〔実験３〕 （マイクロ引下げ法によるＫＬＮ単結晶基板の製造）実
験１と同様にしてＫＬＮ単結晶基板を製造した。ただ
し、本実験例では、ルツボの下部のノズル部分を、１本
の白金製の管状部材からなるノズルとし、このノズルの
外径を２．５ｍｍ×０．８ｍｍとした。この状態で、３
０ｍｍ／時間の速度でａ軸方向に単結晶を引き下げたと
ころ、ファイバー状の単結晶を引き下げることに成功し
た。この単結晶ファイバーの長さが７５ｍｍとなったと
ころで切断した。このファイバー状の単結晶の横断面の
寸法は、幅２．０ｍｍ×０．５ｍｍの略長方形であり、
この幅２．０ｍｍである方の面がｃ面となるように種結
晶の方位を選択した。
験１と同様にしてＫＬＮ単結晶基板を製造した。ただ
し、本実験例では、ルツボの下部のノズル部分を、１本
の白金製の管状部材からなるノズルとし、このノズルの
外径を２．５ｍｍ×０．８ｍｍとした。この状態で、３
０ｍｍ／時間の速度でａ軸方向に単結晶を引き下げたと
ころ、ファイバー状の単結晶を引き下げることに成功し
た。この単結晶ファイバーの長さが７５ｍｍとなったと
ころで切断した。このファイバー状の単結晶の横断面の
寸法は、幅２．０ｍｍ×０．５ｍｍの略長方形であり、
この幅２．０ｍｍである方の面がｃ面となるように種結
晶の方位を選択した。
【００６５】こうして育成した単結晶ファイバーについ
て、長さ方向（育成した方向）に見たときの組成分布に
ついて検査した。ＳＨＧ位相整合波長を単結晶基板の長
さ方向の各部分に対して照射し、その出力光の波長を測
定したところ、１ｎｍ以下の精度、即ち、組成に換算す
ると０．０１ｍｏｌ％以下の、ＫＬＮＴ単結晶としてか
つてない高い精度で、組成を制御することができた。ま
た、その波長変換効率も、ほぼ±２％以下の測定誤差の
範囲内で、理論値とほぼ同一の測定値が得られた。
て、長さ方向（育成した方向）に見たときの組成分布に
ついて検査した。ＳＨＧ位相整合波長を単結晶基板の長
さ方向の各部分に対して照射し、その出力光の波長を測
定したところ、１ｎｍ以下の精度、即ち、組成に換算す
ると０．０１ｍｏｌ％以下の、ＫＬＮＴ単結晶としてか
つてない高い精度で、組成を制御することができた。ま
た、その波長変換効率も、ほぼ±２％以下の測定誤差の
範囲内で、理論値とほぼ同一の測定値が得られた。
【００６６】（ＫＬＮ単結晶ファイバー上への液相エピ
タキシャル法によるＫＬＮ単結晶膜の形成）次いで、液
相エピタキシャル法によって単結晶ファイバー上にエピ
タキシャル膜を形成した。具体的には、モル比でＫ：Ｌ
ｉ：Ｎｂ＝３３：２０：４７の組成の酸化物原料を白金
ルツボ中に入れ、１０３０℃で溶融させた。この溶融体
の温度を約１℃／時間の速度で低下させ、過冷却状態と
した。前記のようにマイクロ引下げ法で育成した３００
本の単結晶ファイバーを、白金製治具にセットし、垂直
方向につり下げ、溶融体内に浸漬した。この状態で約３
０分間保持し、厚さ約１０μｍのエピタキシャル膜を形
成することに成功した。このエピタキシャル膜の組成
は、モル比でＫ：Ｌｉ：Ｎｂ＝３０：１７：５３であっ
た。
タキシャル法によるＫＬＮ単結晶膜の形成）次いで、液
相エピタキシャル法によって単結晶ファイバー上にエピ
タキシャル膜を形成した。具体的には、モル比でＫ：Ｌ
ｉ：Ｎｂ＝３３：２０：４７の組成の酸化物原料を白金
ルツボ中に入れ、１０３０℃で溶融させた。この溶融体
の温度を約１℃／時間の速度で低下させ、過冷却状態と
した。前記のようにマイクロ引下げ法で育成した３００
本の単結晶ファイバーを、白金製治具にセットし、垂直
方向につり下げ、溶融体内に浸漬した。この状態で約３
０分間保持し、厚さ約１０μｍのエピタキシャル膜を形
成することに成功した。このエピタキシャル膜の組成
は、モル比でＫ：Ｌｉ：Ｎｂ＝３０：１７：５３であっ
た。
【００６７】（エピタキシャル膜の単分域化処理および
光導波路の形成と第二高調波の測定）１０段の棚を準備
し、各棚にそれぞれ単結晶ファイバー３０本を平面的に
並べ、この際幅２ｍｍの面（ｃ面）が上下方向を向くよ
うにした。各単結晶ファイバーの幅２ｍｍの両面にそれ
ぞれ白金の電極を置き、電気炉内で６００℃に加熱した
後、直流電圧を印加し、単分域化処理を行った。このエ
ピタキシャル膜の特性を評価したところ、波長８５０ｎ
ｍにおいて位相整合する組成であり、エピタキシャル膜
の常光屈折率ｎ0 および異常光屈折率ｎe 共に、単結晶
ファイバーのそれよりも大きくなっていることを確認し
た。また、屈折率の面内分布は、測定精度の範囲内では
観測されなかった。この単結晶ファイバーのＣ面のエピ
タキシャル膜を、厚さが５．０±０．１μｍとなるよう
に鏡面研磨加工した。
光導波路の形成と第二高調波の測定）１０段の棚を準備
し、各棚にそれぞれ単結晶ファイバー３０本を平面的に
並べ、この際幅２ｍｍの面（ｃ面）が上下方向を向くよ
うにした。各単結晶ファイバーの幅２ｍｍの両面にそれ
ぞれ白金の電極を置き、電気炉内で６００℃に加熱した
後、直流電圧を印加し、単分域化処理を行った。このエ
ピタキシャル膜の特性を評価したところ、波長８５０ｎ
ｍにおいて位相整合する組成であり、エピタキシャル膜
の常光屈折率ｎ0 および異常光屈折率ｎe 共に、単結晶
ファイバーのそれよりも大きくなっていることを確認し
た。また、屈折率の面内分布は、測定精度の範囲内では
観測されなかった。この単結晶ファイバーのＣ面のエピ
タキシャル膜を、厚さが５．０±０．１μｍとなるよう
に鏡面研磨加工した。
【００６８】３００本の各単結晶ファイバーのエピタキ
シャル膜に、リフトオフ法によって、幅６μｍの直線光
導波路３の平面的形状となるように、厚さ６００オング
ストロームのチタン膜をマスク材として形成した。この
単結晶ファイバーについて、アルゴンイオンによるＲＦ
プラズマエッチングを行い、幅４μｍ、高さ５μｍのリ
ブ型光導波路を形成した。このときの条件は、ＲＦパワ
ーを２００Ｗとし、ガスの全圧力を０．０６Ｐａとし、
エッチングレートを１０ｎｍ／分とした。
シャル膜に、リフトオフ法によって、幅６μｍの直線光
導波路３の平面的形状となるように、厚さ６００オング
ストロームのチタン膜をマスク材として形成した。この
単結晶ファイバーについて、アルゴンイオンによるＲＦ
プラズマエッチングを行い、幅４μｍ、高さ５μｍのリ
ブ型光導波路を形成した。このときの条件は、ＲＦパワ
ーを２００Ｗとし、ガスの全圧力を０．０６Ｐａとし、
エッチングレートを１０ｎｍ／分とした。
【００６９】この単結晶ファイバーから、リブ型の光導
波路を切り出し、図２（ｃ）示すような光導波路素子５
を製造した。この光導波路素子５の光導波路の方向の長
さを７ｍｍとし、幅を２ｍｍとした。この際には、各単
結晶ファイバーの長さ方向に切断するだけで、長さ７ｍ
ｍの各光導波路素子５を切り出すことができ、単結晶フ
ァイバーの幅はもともと２ｍｍなので、この方向には切
断を行う必要がない。このとき、１本の単結晶ファイバ
ーから１０個の光導波路素子５を製造することができ
た。
波路を切り出し、図２（ｃ）示すような光導波路素子５
を製造した。この光導波路素子５の光導波路の方向の長
さを７ｍｍとし、幅を２ｍｍとした。この際には、各単
結晶ファイバーの長さ方向に切断するだけで、長さ７ｍ
ｍの各光導波路素子５を切り出すことができ、単結晶フ
ァイバーの幅はもともと２ｍｍなので、この方向には切
断を行う必要がない。このとき、１本の単結晶ファイバ
ーから１０個の光導波路素子５を製造することができ
た。
【００７０】この光導波路３の端面に、波長８５０ｎｍ
の半導体レーザー（出力１５０ｍＷ）発振器７を直接結
合し、ＴＥモードで半導体レーザーを光導波路３の一方
の端面に入射させ、光導波路３の他方の端面から波長４
２５ｎｍの青色第二高調波を発生させ、この出力を測定
した。この結果、シングルモードで約１２ｍＷの出力を
得た。この出力において、光導波路３における光損傷
は、まったく認められなかった。また、すべての光導波
路素子５について、位相整合波長のバラツキは０．０５
ｎｍ以下であり、青色第二高調波の出力のバラツキは±
２％以下であった。このように、本発明のデバイスは、
青色第二高調波発生素子としてきわめて優れて特性を有
していた。
の半導体レーザー（出力１５０ｍＷ）発振器７を直接結
合し、ＴＥモードで半導体レーザーを光導波路３の一方
の端面に入射させ、光導波路３の他方の端面から波長４
２５ｎｍの青色第二高調波を発生させ、この出力を測定
した。この結果、シングルモードで約１２ｍＷの出力を
得た。この出力において、光導波路３における光損傷
は、まったく認められなかった。また、すべての光導波
路素子５について、位相整合波長のバラツキは０．０５
ｎｍ以下であり、青色第二高調波の出力のバラツキは±
２％以下であった。このように、本発明のデバイスは、
青色第二高調波発生素子としてきわめて優れて特性を有
していた。
【００７１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、青
色レーザー光を発光できる第二高調波発生素子であっ
て、構造が簡単であって組み立てが容易であり、また疑
似位相整合処理や高精度のドメイン制御が不要であり、
位相整合のための許容温度範囲が広く、また高いエネル
ギーが素子中に集中しても、素子に光損傷が発生しない
ようにすることができる。
色レーザー光を発光できる第二高調波発生素子であっ
て、構造が簡単であって組み立てが容易であり、また疑
似位相整合処理や高精度のドメイン制御が不要であり、
位相整合のための許容温度範囲が広く、また高いエネル
ギーが素子中に集中しても、素子に光損傷が発生しない
ようにすることができる。
【図１】（ａ）は、単結晶基板１の一例を示す斜視図を
示し、（ｂ）は単結晶基板１上にエピタキシャル膜２を
形成した状態を示す斜視図であり、（ｃ）は、図１
（ｂ）のエピタキシャル膜２を加工した状態を示す部分
斜視図である。
示し、（ｂ）は単結晶基板１上にエピタキシャル膜２を
形成した状態を示す斜視図であり、（ｃ）は、図１
（ｂ）のエピタキシャル膜２を加工した状態を示す部分
斜視図である。
【図２】（ａ）は、図１（ｃ）の加工品から切り出した
光導波路素子５の一部を示す斜視図であり、（ｂ）は第
二高調波発生素子を示す模式図である。
光導波路素子５の一部を示す斜視図であり、（ｂ）は第
二高調波発生素子を示す模式図である。
【図３】（ａ）は、単結晶基板３１上に、エピタキシャ
ル膜３２および３３を形成した状態を示す斜視図であ
り、（ｂ）は、（ａ）のエピタキシャル膜３３を加工し
た状態を示す部分斜視図であり、（ｃ）は、（ｂ）のこ
の加工品から切り出した光導波路素子３６の一部を示す
斜視図である。
ル膜３２および３３を形成した状態を示す斜視図であ
り、（ｂ）は、（ａ）のエピタキシャル膜３３を加工し
た状態を示す部分斜視図であり、（ｃ）は、（ｂ）のこ
の加工品から切り出した光導波路素子３６の一部を示す
斜視図である。
【図４】単結晶育成用の製造装置を示す概略断面図であ
る。
る。
【図５】（ａ）は、溝１１の形成された平板１０を示す
平面図であり、（ｂ）はノズル１３を示す斜視図であ
り、（ｃ）は、単結晶基板を育成するための好適なノズ
ル１３およびルツボ１５の形態を説明するための斜視図
である。
平面図であり、（ｂ）はノズル１３を示す斜視図であ
り、（ｃ）は、単結晶基板を育成するための好適なノズ
ル１３およびルツボ１５の形態を説明するための斜視図
である。
【図６】単結晶基板を製造するための他の好適なノズル
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
１，３１ 単結晶基板、２ 単結晶基板１の屈折率より
も大きい屈折率を有するエピタキシャル膜、３，３５
光導波路、４，３４ 溝、５，３６ 光導波路素子、
６，３７ 光導波路素子の基板、７ レーザー光源、９
光学系、１３ ノズル、１４，２８ 流通孔、１５
ルツボ、１６ 溶融液、１７単結晶プレート、３２ 中
間膜、３３ エピタキシャル膜、Ａ レーザー、Ｂ第二
高調波
も大きい屈折率を有するエピタキシャル膜、３，３５
光導波路、４，３４ 溝、５，３６ 光導波路素子、
６，３７ 光導波路素子の基板、７ レーザー光源、９
光学系、１３ ノズル、１４，２８ 流通孔、１５
ルツボ、１６ 溶融液、１７単結晶プレート、３２ 中
間膜、３３ エピタキシャル膜、Ａ レーザー、Ｂ第二
高調波
【手続補正書】
【提出日】平成８年７月１０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】本発明の課題は、青色レーザー光を発光で
きる第二高調波発生素子において、構造が簡単であって
組み立てが容易であり、また擬似位相整合処理や高精度
のドメイン制御が不要であり、位相整合のための許容温
度範囲が広く、また高いエネルギーが素子中に集中して
も、素子に光損傷が発生しないようにすることである。
きる第二高調波発生素子において、構造が簡単であって
組み立てが容易であり、また擬似位相整合処理や高精度
のドメイン制御が不要であり、位相整合のための許容温
度範囲が広く、また高いエネルギーが素子中に集中して
も、素子に光損傷が発生しないようにすることである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２１】上記の基本組成において、ａ、ｂ、ｃ、
ｄ、ｅ、ｆ、ｘ、ｙ、ｚは、次の範囲内とする必要があ
る。ここで、単結晶基板、中間膜、光導波路のそれぞれ
の基本組成を表す各化学式は同じであるが、第二高調波
発生素子中では、これらは互いに異なる組成を有してい
るので、別の添字を使用して表記することにした。
ｄ、ｅ、ｆ、ｘ、ｙ、ｚは、次の範囲内とする必要があ
る。ここで、単結晶基板、中間膜、光導波路のそれぞれ
の基本組成を表す各化学式は同じであるが、第二高調波
発生素子中では、これらは互いに異なる組成を有してい
るので、別の添字を使用して表記することにした。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２３】０≦ｂ、ｅ、ｙ≦０．５と限定したのは、
Ｔａの置換量が増加するのに従って、キュリー温度が下
がり、ｂ、ｅ、ｙ＝０．５のときにはキュリー温度が室
温付近になってしまうため、強誘電体にならず、第二高
調波発生の発生が認められなくなるからである。
Ｔａの置換量が増加するのに従って、キュリー温度が下
がり、ｂ、ｅ、ｙ＝０．５のときにはキュリー温度が室
温付近になってしまうため、強誘電体にならず、第二高
調波発生の発生が認められなくなるからである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６９】この単結晶ファイバーから、リブ型の光導
波路を切り出し、図２（ａ）に示すような光導波路素子
５を製造した。この光導波路素子５の光導波路の方向の
長さを７ｍｍとし、幅を２ｍｍとした。この際には、各
単結晶ファイバーの長さ方向に切断するだけで、長さ７
ｍｍの各光導波路素子５を切り出すことができ、単結晶
ファイバーの幅はもともと２ｍｍなので、この方向には
切断を行う必要がない。このとき、１本の単結晶ファイ
バーから１０個の光導波路素子５を製造することができ
た。
波路を切り出し、図２（ａ）に示すような光導波路素子
５を製造した。この光導波路素子５の光導波路の方向の
長さを７ｍｍとし、幅を２ｍｍとした。この際には、各
単結晶ファイバーの長さ方向に切断するだけで、長さ７
ｍｍの各光導波路素子５を切り出すことができ、単結晶
ファイバーの幅はもともと２ｍｍなので、この方向には
切断を行う必要がない。このとき、１本の単結晶ファイ
バーから１０個の光導波路素子５を製造することができ
た。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００７１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、青
色レーザー光を発光できる第二高調波発生素子であっ
て、構造が簡単であって組み立てが容易であり、また擬
似位相整合処理や高精度のドメイン制御が不要であり、
位相整合のための許容温度範囲が広く、また高いエネル
ギーが素子中に集中しても、素子に光損傷が発生しない
ようにすることができる。
色レーザー光を発光できる第二高調波発生素子であっ
て、構造が簡単であって組み立てが容易であり、また擬
似位相整合処理や高精度のドメイン制御が不要であり、
位相整合のための許容温度範囲が広く、また高いエネル
ギーが素子中に集中しても、素子に光損傷が発生しない
ようにすることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉野 隆史 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 (72)発明者 本多 昭彦 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内
Claims (8)
- 【請求項１】Ｋ3 Ｌｉ2-2x（Ｎｂ1-y Ｔａy ）5+5z Ｏ
15-x+12.5zを基本組成とする単結晶基板と、Ｋ3 Ｌｉ
2-2a（Ｎｂ1-b Ｔａb ）5+5c Ｏ15-a+12.5cの基本組成
を有し、かつ前記単結晶基板と異なる屈折率を有するエ
ピタキシャル膜からなる光導波路とを備えており、ここ
で、ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙ、ｚが下記の関係を満足してい
ることを特徴とする、第二高調波発生素子。 −０．５≦ａ、ｘ≦０．６２５ ０≦ｂ、ｙ≦０．５ ０．８≦（５−２ｘ）／（５＋５ｚ）、（５−２ａ）／
（５＋５ｃ）≦１．２ - 【請求項２】前記単結晶基板上に前記光導波路が直接形
成されており、この光導波路の屈折率が前記単結晶基板
の屈折率よりも大きいことを特徴とする、請求項１記載
の第二高調波発生素子。 - 【請求項３】Ｋ3 Ｌｉ2-2d（Ｎｂ1-e Ｔａe ）5+5f Ｏ
15-d+12.5fの基本組成を有するエピタキシャル膜からな
る中間膜が前記単結晶基板上に形成されており、この中
間膜上に前記光導波路が形成されており、この光導波路
の屈折率が前記中間膜の屈折率よりも大きく、ここで、
ｄ、ｅ、ｆが下記の関係を満足しているいことを特徴と
する、請求項１記載の第二高調波発生素子。 −０．５≦ｄ≦０．６２５ ０≦ｅ≦０．５ ０．８≦（５−２ｄ）／（５＋５ｆ）≦１．２ - 【請求項４】前記光導波路を構成する前記エピタキシャ
ル膜が液相エピタキシャル成長による膜であることを特
徴とする、請求項１記載の第二高調波発生素子。 - 【請求項５】前記単結晶基板がマイクロ引下げ法により
形成された単結晶基板であることを特徴とする、請求項
１〜４のいずれか一つの請求項に記載の第二高調波発生
素子。 - 【請求項６】請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記
載の第二高調波発生素子を製造するのに際して、前記単
結晶基板を、少なくとも目的とするエピタキシャル膜を
構成する元素を含む溶融体に対して接触させることによ
って、前記エピタキシャル膜をフラックス成長させるこ
とを特徴とする、第二高調波発生素子の製造方法。 - 【請求項７】請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記
載の第二高調波発生素子を製造するのに際して、前記単
結晶基板を、少なくとも目的とするエピタキシャル膜を
構成する元素に加えてバナジウムを含む溶融体に対して
接触させることによって、前記エピタキシャル膜をフラ
ックス成長させることを特徴とする、第二高調波発生素
子の製造方法。 - 【請求項８】前記溶融体のフラックスとして、構成金属
元素がバナジウムとカリウムとからなるフラックスを使
用することを特徴とする、請求項７記載の第二高調波発
生素子の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8029207A JPH08339002A (ja) | 1995-04-10 | 1996-02-16 | 第二高調波発生素子およびその製造方法 |
| US08/628,252 US5737117A (en) | 1995-04-10 | 1996-04-05 | Second harmonic generation element and a process for producing the same |
| DE69610789T DE69610789T2 (de) | 1995-04-10 | 1996-04-10 | Vorrichtung zur Erzeugung der zweiten Harmonischen und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| EP96302530A EP0737884B1 (en) | 1995-04-10 | 1996-04-10 | Second harmonic generation element and a process for producing the same |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8393895 | 1995-04-10 | ||
| JP7-83938 | 1995-04-10 | ||
| JP8029207A JPH08339002A (ja) | 1995-04-10 | 1996-02-16 | 第二高調波発生素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08339002A true JPH08339002A (ja) | 1996-12-24 |
Family
ID=26367372
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8029207A Pending JPH08339002A (ja) | 1995-04-10 | 1996-02-16 | 第二高調波発生素子およびその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5737117A (ja) |
| EP (1) | EP0737884B1 (ja) |
| JP (1) | JPH08339002A (ja) |
| DE (1) | DE69610789T2 (ja) |
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| EP0962558A1 (en) * | 1998-05-27 | 1999-12-08 | Ngk Insulators, Ltd. | A method for producing a single-crystalline film |
| EP0961160A3 (en) * | 1998-05-27 | 2000-11-22 | Ngk Insulators, Ltd. | A second harmonic wave-generation device |
| EP0962809A3 (en) * | 1998-05-12 | 2000-11-22 | Ngk Insulators, Ltd. | A second harmonic wave-generation device |
| EP0957395A3 (en) * | 1998-05-12 | 2000-11-22 | Ngk Insulators, Ltd. | A second harmonic wave-generating element |
| US7164525B2 (en) | 2003-03-11 | 2007-01-16 | Ngk Insulators, Ltd. | Wavelength converting devices |
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| JP2000131546A (ja) | 1998-10-26 | 2000-05-12 | Pioneer Electronic Corp | リッジ形３次元導波路製造方法 |
| JP2001253792A (ja) | 2000-03-09 | 2001-09-18 | Ngk Insulators Ltd | 酸化物単結晶の板状体の製造方法 |
| JP4334773B2 (ja) | 2000-03-09 | 2009-09-30 | 日本碍子株式会社 | 酸化物単結晶の板状体の製造方法 |
| US6362234B1 (en) * | 2000-08-15 | 2002-03-26 | Vyrex Corporation | Water-soluble prodrugs of propofol for treatment of migrane |
| US6792189B2 (en) * | 2001-05-13 | 2004-09-14 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Optical waveguide and method of manufacture |
| US7807581B2 (en) * | 2007-03-07 | 2010-10-05 | Hitachi High-Technologies Corporation | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
| US7589886B1 (en) | 2008-08-12 | 2009-09-15 | Hc Photonics Corp. | Wavelength converter structure and method for preparing the same |
| WO2017019746A1 (en) | 2015-07-28 | 2017-02-02 | The Penn State Research Foundation | Method and apparatus for producing crystalline cladding and crystalline core optical fibers |
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|---|---|---|---|---|
| US4740265A (en) * | 1987-01-08 | 1988-04-26 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Process for producing an optical waveguide and the product therefrom |
| NL8901875A (nl) * | 1989-07-20 | 1991-02-18 | Philips Nv | Kalium-lithium niobaat kristallen. |
| JPH085738B2 (ja) * | 1991-03-08 | 1996-01-24 | 工業技術院長 | 細径の非線形光学単結晶ファイバーの育成方法 |
| EP0535738B1 (en) * | 1991-10-01 | 1996-01-17 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Method of manufacturing potassium-lithium-niobate crystals |
| JPH05173213A (ja) * | 1991-12-25 | 1993-07-13 | Hitachi Ltd | 導波路型第二高調波発生素子 |
| JPH05289131A (ja) * | 1992-04-07 | 1993-11-05 | Ibiden Co Ltd | 部分分極反転構造を有する導波路型ｓｈｇ素子とその製造方法 |
| JPH06345588A (ja) * | 1993-05-31 | 1994-12-20 | Agency Of Ind Science & Technol | 結晶育成方法 |
| ES2069496B1 (es) * | 1993-08-10 | 1995-11-01 | Asturiana De Zinc Sa | Cuba para instalaciones de electrolisis. |
| JP3259869B2 (ja) * | 1993-08-24 | 2002-02-25 | ペルメレック電極株式会社 | 電解用電極基体及びその製造方法 |
| JP3462265B2 (ja) * | 1994-06-21 | 2003-11-05 | パイオニア株式会社 | 波長変換素子 |
| JPH0987085A (ja) * | 1995-09-22 | 1997-03-31 | Ngk Insulators Ltd | 光学単結晶品および光学素子 |
-
1996
- 1996-02-16 JP JP8029207A patent/JPH08339002A/ja active Pending
- 1996-04-05 US US08/628,252 patent/US5737117A/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-04-10 DE DE69610789T patent/DE69610789T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1996-04-10 EP EP96302530A patent/EP0737884B1/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69610789T2 (de) | 2001-05-10 |
| EP0737884A2 (en) | 1996-10-16 |
| US5737117A (en) | 1998-04-07 |
| EP0737884A3 (en) | 1997-09-24 |
| DE69610789D1 (de) | 2000-12-07 |
| EP0737884B1 (en) | 2000-11-02 |
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