JPH0891985A - Electrooptical part and its production - Google Patents

Electrooptical part and its production

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JPH0891985A
JPH0891985A JP6222083A JP22208394A JPH0891985A JP H0891985 A JPH0891985 A JP H0891985A JP 6222083 A JP6222083 A JP 6222083A JP 22208394 A JP22208394 A JP 22208394A JP H0891985 A JPH0891985 A JP H0891985A
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竜生 川口
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Abstract

PURPOSE: To form an optical waveguide good in crystallinity according to a liquid-phase epitaxial method. CONSTITUTION: This electrooptical part is obtained by forming an electrooptical single crystal film constituted of the same kinds of elements as those of a substrate 9 comprising an electrooptical single crystal thereon according to a liquid-phase epitaxial method. A part 10 on the substrate side of the electrooptical single crystal film is formed by bringing the substrate 9 into contact with a melt at a prescribed temperature and the substrate 9 is then brought into contact with the melt at a higher temperature than the prescribed temperature to form a part 11 on the surface side of the electrooptical single crystal. Thereby, the refractive index of the part 11 on the surface side is higher than that of the part 10 on the substrate side. A liquid phase and a solid phase are preferably made to coexist in the melt and the temperature of the melt is subsequently lowered to keep the liquid phase in a supercooled state. The substrate is then brought into contact with the liquid phase to respectively epitaxially grow the part on the substrate side of electrooptical single crystal film and the part on the surface side thereof.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電気光学品及びその製
造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electro-optical product and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】ニオブ酸リチウム(LiNbO3 ) 単結
晶、タンタル酸リチウム(LiTaO3 )単結晶が、オ
プトエレクトロニクス用材料として期待されている。ニ
オブ酸リチウム単結晶等からなる基板の上に、液相エピ
タキシャル法によってニオブ酸リチウム薄膜又はタンタ
ル酸リチウム薄膜を形成し、この薄膜を光導波路とする
ことが知られている。
2. Description of the Related Art Lithium niobate (LiNbO 3 ) single crystal and lithium tantalate (LiTaO 3 ) single crystal are expected as materials for optoelectronics. It is known to form a lithium niobate thin film or a lithium tantalate thin film by a liquid phase epitaxial method on a substrate made of a lithium niobate single crystal or the like, and use this thin film as an optical waveguide.

【0003】この場合、電気光学単結晶基板上に光導波
路を形成するためには、基板の屈折率よりも膜の屈折率
の方が大きいことが必要である。このような屈折率の組
み合わせを実現するために、次の方法が知られている。
例えば、「Appl.Phys. Letters 」 Vol. 26.No.1 (1
975) の第8〜10頁の記載によれば、タンタル酸リチ
ウム単結晶基板上に、液相エピタキシャル法によって、
ほぼ化学量論組成(Li/Nb=1)のニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜を形成している。「J.Appl. phys. 」Vo
l. 70 No.5(1991) 第2536〜2541頁の記載に
よれば、5モル%の酸化マグネシウムをドープしたニオ
ブ酸リチウム基板上に、液相エピタキシャル法により、
ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を作製している。「J.Crys
t. Growth」 132(1993)第48頁〜第60頁の記載によ
れば、5モル%の酸化マグネシウムをドープしたニオブ
酸リチウム基板上に、液相エピタキシャル法により、ほ
ぼ化学量論組成のニオブ酸リチウム単結晶薄膜を形成し
ている。
In this case, in order to form the optical waveguide on the electro-optical single crystal substrate, it is necessary that the refractive index of the film is larger than that of the substrate. The following methods are known to realize such a combination of refractive indices.
For example, “Appl. Phys. Letters” Vol. 26. No.1 (1
975), pages 8-10, on a lithium tantalate single crystal substrate by a liquid phase epitaxial method,
A lithium niobate single crystal thin film having a substantially stoichiometric composition (Li / Nb = 1) is formed. "J. Appl. Phys." Vo
l. 70 No. 5 (1991), pages 2536 to 2541, a liquid phase epitaxial method was used to form a lithium niobate substrate doped with 5 mol% of magnesium oxide.
A single crystal thin film of lithium niobate is produced. `` J. Crys
t. Growth ”132 (1993) p. 48 to p. 60, niobium of almost stoichiometric composition was formed on a lithium niobate substrate doped with 5 mol% of magnesium oxide by a liquid phase epitaxial method. A lithium oxide single crystal thin film is formed.

【0004】こうした液相エピタキシャル法における成
膜方法を説明する。図6は、液相エピタキシャル法にお
ける溶融体の温度スケジュールを模式的に示すグラフで
あり、図7は、例えばLiNbO3 ─LiVO3 擬二元
系の溶解度曲線を示すグラフである。まず、例えばニオ
ブ酸リチウム(溶質)とLiVO3 (溶融媒体)とを仕
込んで混合する。この溶融体の仕込み組成に対応する飽
和温度をT 0 とする。この溶融体の温度を、飽和温度T
0 よりも高温T1 で保持し、ニオブ酸リチウムとLiV
3 とを均一に溶融させる。図6において、「A」が、
この溶融状態に対応する。次いで、溶融体の温度を、飽
和温度T0 よりも低い温度T 4 まで冷却して溶融体を過
冷却状態とする。図6において、「C」が、この過冷却
状態に対応する。過冷却状態の溶融体に対して、基板を
接触させる。
[0004] Success in such a liquid phase epitaxial method
The film method will be described. Figure 6 shows the liquid phase epitaxial method.
In a graph that schematically shows the temperature schedule of the melt
And FIG. 7 shows, for example, LiNbO3─ LiVO3Pseudo binary
It is a graph which shows the solubility curve of a system. First, for example, Nio
Lithium butylate (solute) and LiVO3(Melting medium)
Mix and mix. Saturation corresponding to the composition of this melt
Sum temperature to T 0And Let the temperature of this melt be the saturation temperature T
0Hotter than T1Hold at Lithium Niobate and LiV
O3And are evenly melted. In FIG. 6, “A” is
It corresponds to this molten state. Then the melt temperature is
Sum temperature T0Lower temperature T FourTo cool the melt
Let it cool. In FIG. 6, “C” indicates this supercooling.
Corresponds to the state. Substrate against melt in supercooled state
Contact.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】現在のところ、ニオブ
酸リチウムやタンタル酸リチウム単結晶基板は、引き上
げ法によって作成されている。しかし、引き上げ法によ
るタンタル酸リチウム単結晶基板は、ニオブ酸リチウム
単結晶基板と比較すると、結晶性が劣っており、光学グ
レードに達してはおらず、光学用途においては実用化さ
れていない。このように結晶性の劣る基板の上に液相エ
ピタキシャル法によって薄膜を形成しても、この薄膜の
結晶性は基板の影響を強く受けるので、光学用途に耐え
る光導波路を形成することは困難である。酸化マグネシ
ウムをドープしたニオブ酸リチウム単結晶基板も、上記
と同様に結晶性が劣っており、この上にニオブ酸リチウ
ム単結晶膜を形成しても、光学用途に耐える光導波路を
形成することは困難であった。
At present, lithium niobate and lithium tantalate single crystal substrates are produced by the pulling method. However, the lithium tantalate single crystal substrate obtained by the pulling method is inferior in crystallinity to the lithium niobate single crystal substrate, has not reached the optical grade, and has not been put to practical use in optical applications. Even when a thin film is formed on a substrate with poor crystallinity by the liquid phase epitaxial method, the crystallinity of this thin film is strongly influenced by the substrate, so it is difficult to form an optical waveguide that can withstand optical applications. is there. The lithium niobate single crystal substrate doped with magnesium oxide is also inferior in crystallinity similarly to the above, and even if a lithium niobate single crystal film is formed on this substrate, it is not possible to form an optical waveguide that withstands optical applications. It was difficult.

【0006】また、こうした単結晶基板と単結晶膜との
組み合わせを採用すると、基板と膜との間で、ドープし
た構成元素の種類が異なっているため、確かに互いの屈
折率を異ならせることはできるが、同時に単結晶基板と
単結晶膜との界面で格子不整合が生じるため、結晶性の
良い薄膜を形成することが困難であった。
Further, when such a combination of a single crystal substrate and a single crystal film is adopted, the types of the constituent elements doped are different between the substrate and the film, so that the refractive indexes of the two must be made different. However, it is difficult to form a thin film with good crystallinity because lattice mismatch occurs at the interface between the single crystal substrate and the single crystal film at the same time.

【0007】現在、結晶性の優れたニオブ酸リチウム単
結晶基板は、引き上げ法(CZ法)により作製されてお
り、光学デバイス等に利用されている。しかし、このニ
オブ酸リチウム単結晶は、調和溶融組成のもののみが製
造されている。引き上げ法では、調和溶融組成以外のニ
オブ酸リチウム単結晶は作製が困難であり、光学用途に
耐え得るような優れた結晶性の基板は作製されていな
い。ここで、調和溶融組成においては、リチウムとニオ
ブとの原子数の比率(Li/Nb)が0.946であ
り、リチウムとニオブとの原子数の総和を100%とし
たときのリチウムの含有比率は48.6%である。
At present, a lithium niobate single crystal substrate having excellent crystallinity is produced by a pulling method (CZ method) and is used for an optical device or the like. However, this lithium niobate single crystal is produced only with a harmonic melting composition. With the pulling method, it is difficult to produce a lithium niobate single crystal having a composition other than the harmonic melting composition, and an excellent crystalline substrate that can withstand optical applications has not been produced. Here, in the harmonic melting composition, the ratio of the number of atoms of lithium and niobium (Li / Nb) is 0.946, and the content ratio of lithium when the total number of atoms of lithium and niobium is 100%. Is 48.6%.

【0008】しかし、液相エピタキシャル法によって形
成できるニオブ酸リチウム単結晶膜の組成は、現在のと
ころすべてほぼ化学量論的組成である。ここで、化学量
論的組成においては、リチウムとニオブとの原子数の総
和を100%としたときのリチウムの含有比率は50.
0%である。一方、「Appl. Phys. Letters 」 Vol. 1
2.(1968)の第92〜94頁の記載によれば、ニ
オブ酸リチウム単結晶におけるリチウムの含有比率が大
きくなると、単結晶の屈折率が小さくなる。従って、調
和溶融組成のニオブ酸リチウム単結晶基板の上に単結晶
膜を形成しても、単結晶膜の方が基板よりもリチウムの
含有割合が大きく、したがって屈折率が小さくなる。こ
の単結晶膜には光を閉じ込めることができない。
However, the compositions of the lithium niobate single crystal film which can be formed by the liquid phase epitaxial method are almost all stoichiometric compositions at present. Here, in the stoichiometric composition, the content ratio of lithium is 50.50 when the total number of atoms of lithium and niobium is 100%.
It is 0%. Meanwhile, “Appl. Phys. Letters” Vol. 1
2. According to the description on pages 92 to 94 of (1968), when the content ratio of lithium in the lithium niobate single crystal increases, the refractive index of the single crystal decreases. Therefore, even if a single crystal film is formed on a lithium niobate single crystal substrate having a harmonic melting composition, the single crystal film has a higher lithium content than the substrate, and therefore has a smaller refractive index. Light cannot be confined in this single crystal film.

【0009】本発明の課題は、結晶性の良い光導波路を
液相エピタキシャル法によって形成することである。
An object of the present invention is to form an optical waveguide having good crystallinity by a liquid phase epitaxial method.

【0010】また、本発明の課題は、電気光学単結晶基
板と同等以上の結晶性を有する光導波路を液相エピタキ
シャル法によって形成することである。また、本発明の
課題は、光学グレードの電気光学単結晶基板上に、この
基板よりも結晶性の良い光導波路を形成することであ
る。また、本発明の課題は、光学グレードの調和溶融組
成の電気光学単結晶基板上に、この基板よりも結晶性の
良い光導波路を形成することである。
Another object of the present invention is to form an optical waveguide having a crystallinity equal to or higher than that of the electro-optical single crystal substrate by the liquid phase epitaxial method. Another object of the present invention is to form an optical waveguide having better crystallinity than this substrate on an optical grade electro-optic single crystal substrate. Another object of the present invention is to form an optical waveguide having better crystallinity than this substrate on an electro-optical single crystal substrate having an optical grade harmonically fused composition.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明に係る電気光学品
は、電気光学単結晶からなる基板と、液相エピタキシャ
ル法によって基板上に形成された電気光学単結晶膜とを
備えており、基板及び電気光学単結晶膜の全体が同種の
元素によって構成されており、電気光学単結晶膜におい
て基板側部分の屈折率よりも表面側部分の屈折率の方が
大きいことを特徴とする。
An electro-optical article according to the present invention comprises a substrate made of an electro-optical single crystal and an electro-optical single crystal film formed on the substrate by a liquid phase epitaxial method. The electro-optic single crystal film is entirely composed of the same kind of element, and in the electro-optic single crystal film, the refractive index of the surface side portion is larger than the refractive index of the substrate side portion.

【0012】また、本発明に係る製造方法においては、
電気光学単結晶からなる基板の上に、この基板と同種の
元素によって構成されている電気光学単結晶膜を液相エ
ピタキシャル法によって形成するのに際して、電気光学
単結晶を構成する溶質と溶融媒体とを含有する溶融体に
対して所定温度で基板を接触させることで電気光学単結
晶膜の基板側部分を形成した後、所定温度よりも高い温
度で溶融体に対して基板を接触させることで電気光学単
結晶膜の表面側部分を形成することにより、基板側部分
の屈折率よりも表面側部分の屈折率を大きくすることを
特徴とする。
Further, in the manufacturing method according to the present invention,
When a liquid crystal epitaxial method is used to form an electro-optical single crystal film composed of the same kind of element as the substrate on a substrate composed of the electro-optical single crystal, a solute and a melting medium that compose the electro-optical single crystal are used. After forming the substrate side part of the electro-optic single crystal film by contacting the substrate at a predetermined temperature with the melt containing, the substrate is contacted with the melt at a temperature higher than the predetermined temperature. By forming the surface side portion of the optical single crystal film, the refractive index of the surface side portion is made larger than the refractive index of the substrate side portion.

【0013】[0013]

【作用】以下、本発明に至る研究の過程について、順次
説明する。従来、ニオブ酸リチウム単結晶膜を液相エピ
タキシャル法によって製造する際は、化学量論組成の膜
しか製造されていなかった。しかし、本発明者は、液相
エピタキシャル法により作製される単結晶膜の組成と成
膜温度の関係を、後述するようにして、詳細に検討した
結果、成膜温度を精密にコントロールすることにより、
種々の組成を有するニオブ酸リチウム単結晶膜を製造で
きることを確認した。
The process of research leading to the present invention will be described below. Conventionally, when producing a lithium niobate single crystal film by a liquid phase epitaxial method, only a film having a stoichiometric composition was produced. However, as a result of detailed study on the relationship between the composition of a single crystal film produced by the liquid phase epitaxial method and the film formation temperature, the present inventor has found that the film formation temperature can be precisely controlled by controlling the film formation temperature. ,
It was confirmed that lithium niobate single crystal films having various compositions could be produced.

【0014】本発明者は、まず最初に、成膜温度を精密
に制御できるようにする必要があった。この点について
説明する。図6及び図7を参照しつつ従来の液相エピタ
キシャル法を説明したが、ここで次の問題が生じてい
る。図7を見ればわかるように、LiNbO3 (溶質)
の濃度が上昇すると、飽和温度が高くなり、引き上げ法
における育成温度に近づいてくる。従って、結晶性の良
い膜を形成するためには、できるだけ低温で成膜する必
要がある。この観点からは、1000°C以下の低温で
膜を形成することが好ましいのである。
The inventor first had to be able to control the film forming temperature precisely. This point will be described. Although the conventional liquid phase epitaxial method has been described with reference to FIGS. 6 and 7, the following problems occur here. As can be seen from FIG. 7, LiNbO 3 (solute)
As the concentration of sucrose increases, the saturation temperature increases and approaches the growth temperature in the pulling method. Therefore, in order to form a film with good crystallinity, it is necessary to form the film at a temperature as low as possible. From this viewpoint, it is preferable to form the film at a low temperature of 1000 ° C. or less.

【0015】しかし、この一方、LiNbO3 の濃度が
低くなると、特に飽和温度が1000°C以下になる
と、今度は液相線の傾きが非常に大きくなってくる。従
って、溶融体における溶質の濃度がわずかに変動した場
合にも、飽和温度は大きく変動してしまう。液相エピタ
キシャル法においては、まず溶融体を飽和温度以上に保
持し、次いで飽和温度未満の成膜温度にして過冷却状態
で成膜している。そして、膜の結晶性は、この過冷却状
態によって決定され、この過冷却状態は、飽和温度及び
成膜温度によって決定される。従って、溶融体における
溶質の濃度がわずかに変動すると、結晶性の良い膜を形
成することは不可能になってしまう。特に、実際の成膜
工程においては、基板への膜形成を繰り返すと、溶融体
の組成が直ちに変化していき、一定の溶質濃度を保持す
ることはできない。従って、再現性よく成膜することが
困難であった。
On the other hand, however, when the concentration of LiNbO 3 becomes low, particularly when the saturation temperature becomes 1000 ° C. or less, the inclination of the liquidus line becomes very large this time. Therefore, even if the concentration of solute in the melt fluctuates slightly, the saturation temperature fluctuates greatly. In the liquid phase epitaxial method, first, the melt is held at a saturation temperature or higher, and then the film is formed in a supercooled state at a film forming temperature below the saturation temperature. The crystallinity of the film is determined by this supercooled state, and this supercooled state is determined by the saturation temperature and the film forming temperature. Therefore, if the concentration of the solute in the melt fluctuates slightly, it becomes impossible to form a film with good crystallinity. In particular, in the actual film forming process, when film formation on the substrate is repeated, the composition of the melt immediately changes, and it is not possible to maintain a constant solute concentration. Therefore, it is difficult to form a film with good reproducibility.

【0016】特に、本来は結晶性の良い単結晶膜を形成
できるはずである、1000°C以下の成膜温度におい
ては、特に再現性が悪くなり、かえって結晶性が劣化し
てくるという問題があった。
In particular, at a film forming temperature of 1000 ° C. or less, which should originally be able to form a single crystal film having good crystallinity, reproducibility is particularly poor, and the crystallinity is rather deteriorated. there were.

【0017】こうした理由から、従来は、飽和温度と成
膜温度とを、精密に制御することが困難であり、成膜温
度を900〜950°C近辺にして実施されることが多
かった。また、単結晶膜の組成については、前記したよ
うに、ほぼ化学量論組成のものが形成されると考えられ
てきた。
For these reasons, conventionally, it is difficult to precisely control the saturation temperature and the film formation temperature, and the film formation temperature is often set to about 900 to 950 ° C. Further, regarding the composition of the single crystal film, as described above, it has been considered that a film having a substantially stoichiometric composition is formed.

【0018】本発明者は、こうした研究上の難点を解決
するため、まず、液相エピタキシャル法のプロセスを再
検討した。従来は、まず1000〜1300°Cの十分
な高温で溶質と溶融媒体とを十分に溶融させ、次いでこ
の仕込み組成に対応する飽和温度よりも低温にすること
で、過冷却状態を作りだしていた。即ち、十分な高温の
液相から過冷却状態を作りだす必要があるという常識で
あった。
The present inventor first reexamined the process of the liquid phase epitaxial method in order to solve such a difficulty in research. Conventionally, a supercooled state was created by first sufficiently melting a solute and a melting medium at a sufficiently high temperature of 1000 to 1300 ° C. and then making the temperature lower than a saturation temperature corresponding to the charged composition. That is, it was a common sense that it was necessary to create a supercooled state from a sufficiently high temperature liquid phase.

【0019】本発明者は、この点に着目し、従来とは本
質的に異なる方法に想到した。図1は、この液相エピタ
キシャル法における溶融体の温度スケジュールを模式的
に示すグラフである。図2(a)、(b)は、ルツボ1
内における溶融体の状態を模式的に示す断面図である。
The present inventor has paid attention to this point and has come up with a method that is essentially different from the conventional method. FIG. 1 is a graph schematically showing the temperature schedule of the melt in this liquid phase epitaxial method. 2A and 2B show the crucible 1
FIG. 3 is a cross-sectional view that schematically shows the state of the melt inside.

【0020】まず、溶質と溶融媒体とを、ルツボ1内に
仕込んで混合する。この溶融体の飽和温度T0 は、溶融
体における溶質の濃度、即ち、仕込み組成に対応して、
一定値に定まる。この飽和温度は、例えば図7に示すよ
うな液相線から算出することができる。
First, the solute and the melting medium are charged into the crucible 1 and mixed. The saturation temperature T 0 of this melt corresponds to the concentration of solute in the melt, that is, the charged composition,
Set to a fixed value. This saturation temperature can be calculated, for example, from the liquidus line as shown in FIG.

【0021】まず、この溶融体の温度を、飽和温度T0
よりも高温T1 で保持し、溶質と溶融媒体とを均一に溶
融させる。図1において、「A」が、この溶融状態に対
応する。また、図2(a)に示すように、溶融体2のす
べてが液相となっている。
First, the temperature of the melt is set to the saturation temperature T 0.
The temperature is maintained at a temperature T 1 higher than that to uniformly melt the solute and the melting medium. In FIG. 1, “A” corresponds to this molten state. Moreover, as shown in FIG. 2A, all of the melt 2 is in a liquid phase.

【0022】次いで、溶融体の温度を、飽和温度T0
りも低い固相析出温度T 2 まで冷却する。この状態で
は、溶融体は、最初は過冷却状態となるが、この温度で
十分に長い時間保持すると、溶融体から固相が析出して
くる。図2において、「B」が、この固相析出のための
保持状態に対応する。この時には、図2(b)に示すよ
うに、溶融体3が、液相4と固相5とに分離する。この
固相5は、主としてルツボ1の壁面に沿って析出する。
Next, the temperature of the melt is set to the saturation temperature T0Yo
Solid phase deposition temperature T 2Cool down. In this state
The melt is initially supercooled, but at this temperature
If held for a long enough time, the solid phase will precipitate from the melt.
come. In FIG. 2, “B” is for solid phase deposition.
Corresponds to the holding state. At this time, as shown in Fig. 2 (b).
Thus, the melt 3 separates into a liquid phase 4 and a solid phase 5. this
The solid phase 5 is mainly deposited along the wall surface of the crucible 1.

【0023】次いで溶融体の温度を下げて液相4を過冷
却状態にする。図1において、「C」が、この過冷却状
態に相当する。過冷却状態の液相4に対して、基板6を
矢印7のように降下させ、接触させ、単結晶膜をエピタ
キシャル成長させる。
Next, the temperature of the melt is lowered to bring the liquid phase 4 into a supercooled state. In FIG. 1, “C” corresponds to this supercooled state. The substrate 6 is lowered and brought into contact with the supercooled liquid phase 4 as shown by an arrow 7, and a single crystal film is epitaxially grown.

【0024】また、次の方法も検討した。即ち、まず、
溶融体の温度を、飽和温度T0 よりも高温T1 で保持
し、溶質と溶融媒体とを均一に溶融させる。次いで、溶
融体の温度を、飽和温度T0 よりも高い保持温度T2
で冷却する。むろんこの段階では固相は析出しない。そ
こで、新たに所定量の溶質を溶融体に添加する。このよ
うに溶質を新たに添加した時点で、溶融体の飽和温度
が、最初の飽和温度T0 よりも高い温度T4 にまで上昇
し、かつこの溶質添加後の飽和温度T4は、保持温度T
2 よりも高い。この保持温度T2 で十分に長い時間保持
すると、固相と液相との状態が安定する。
The following method was also examined. That is, first
The temperature of the melt was maintained at a high temperature T 1 than the saturation temperature T 0, uniformly melting the solute and the melting medium. Then, the temperature of the melt is cooled to a holding temperature T 2 higher than the saturation temperature T 0 . Of course, the solid phase does not precipitate at this stage. Therefore, a predetermined amount of solute is newly added to the melt. Thus, when the solute is newly added, the saturation temperature of the melt rises to a temperature T 4 higher than the initial saturation temperature T 0 , and the saturation temperature T 4 after the addition of the solute is the holding temperature. T
Higher than 2 . Holding at this holding temperature T 2 for a sufficiently long time stabilizes the state of the solid phase and the liquid phase.

【0025】次いで溶融体の温度をT3 にまで下げ、液
相4を過冷却状態にする。過冷却状態の液相4に対し
て、基板6を矢印7のように降下させ、接触させ、単結
晶膜をエピタキシャル成長させる。また、溶融体の液相
を過冷却状態とするには、温度T2 に保持した溶融体に
対して、温度T2 よりも低い温度T3 に冷却した基板を
接触させてもよい。これにより、基板表面近傍の溶融体
は、溶融体全体の温度をT2 に冷却した場合と同様に、
過冷却状態となり、基板上に膜が形成される。
Next, the temperature of the melt is lowered to T 3 and the liquid phase 4 is brought into a supercooled state. The substrate 6 is lowered and brought into contact with the supercooled liquid phase 4 as shown by an arrow 7, and a single crystal film is epitaxially grown. Further, the melt in the liquid phase in a supercooled state, to the melt was kept at a temperature T 2, may be contacted with the substrate cooled to a lower temperature T 3 than the temperature T 2. As a result, the melt near the surface of the substrate, as in the case where the temperature of the entire melt is cooled to T 2 ,
The film is supercooled and a film is formed on the substrate.

【0026】このように、本方法においては、固相と液
相が安定的に共存している状態Bを出発点とし、即ち、
温度T2 を出発点とし、この状態から温度T3 にまで温
度を下げることによって、液相を過冷却状態としてい
る。このように、固相と液相とが共存している状態で
は、系全体の飽和温度を越えない限り、液相における溶
質の濃度は、保持温度T2 における飽和濃度に保たれ
る。
As described above, in the present method, the starting point is the state B in which the solid phase and the liquid phase coexist stably, that is,
Starting from the temperature T 2 and lowering the temperature from this state to the temperature T 3 , the liquid phase is supercooled. Thus, in the state where the solid phase and the liquid phase coexist, the concentration of the solute in the liquid phase is maintained at the saturation concentration at the holding temperature T 2 unless the saturation temperature of the entire system is exceeded.

【0027】例えば、溶融体における溶質の濃度が低下
したときには、保持温度T2 において、固相の量がその
分減少し、溶質の濃度が増加したときには、固相の量が
その分増加する。従って、液相の温度と濃度とは、常に
一定に保持される。そして、成膜温度T3 も、むろん一
定値に設定するので、T2 とT3 との差(過冷却度)も
一定に保持され、過冷却状態が完全に制御される。
For example, when the concentration of solute in the melt decreases, the amount of solid phase decreases by that amount at the holding temperature T 2 , and when the concentration of solute increases, the amount of solid phase increases by that amount. Therefore, the temperature and concentration of the liquid phase are always kept constant. Since the film forming temperature T 3 is also set to a constant value, the difference (supercooling degree) between T 2 and T 3 is also kept constant, and the supercooled state is completely controlled.

【0028】この結果、実際の成膜工程において、基板
への膜形成を繰り返したために、溶融体の組成が変化し
ていった場合においても、過冷却状態がほぼ完全に一定
状態に保持される。従って、結晶性の良い単結晶膜を、
再現性良く成膜することができる。
As a result, even when the composition of the melt changes due to repeated film formation on the substrate in the actual film forming process, the supercooled state is maintained almost completely constant. . Therefore, a single crystal film with good crystallinity is
A film can be formed with good reproducibility.

【0029】しかも、この成膜方法によれば、単に一定
品質の単結晶膜を再現性良く作成できるというだけでな
く、単結晶膜の結晶性自体が顕著に向上していた。特
に、後述する条件下においては、従来は作成不可能であ
った、単結晶基板よりもX線ロッキングカーブの半値幅
が小さい単結晶膜を形成することに成功した。
Moreover, according to this film forming method, not only a single crystal film having a constant quality can be formed with good reproducibility, but also the crystallinity itself of the single crystal film is remarkably improved. In particular, under the conditions described below, we succeeded in forming a single-crystal film having a half-width of the X-ray rocking curve smaller than that of a single-crystal substrate, which could not be produced conventionally.

【0030】この理由は明らかではないが、おそらく、
以下の理由によると思われる。従来の方法では、溶融体
に基板を接触させるときには、溶融体全体が均一な液相
である。従って、基板が溶融体に接触した瞬間に、基板
の表面において、液相全体の中で初めて固相の析出が起
こる。このため、単結晶膜の成長が開始するためには、
比較的大きな核形成エネルギーが必要であると推定でき
る。従って基板と膜との界面において膜の成長が開始さ
れる時に、核形成エネルギーが大きいために、この界面
において膜の結晶性が乱れ、その上に析出する膜の結晶
性が、この結晶性の乱れを反映するものと思われる。
The reason for this is not clear, but probably
It seems that the reason is as follows. In the conventional method, when the substrate is brought into contact with the melt, the entire melt is in a uniform liquid phase. Therefore, at the moment when the substrate comes into contact with the melt, the solid phase is first deposited in the entire liquid phase on the surface of the substrate. Therefore, in order to start the growth of the single crystal film,
It can be estimated that a relatively large nucleation energy is required. Therefore, when the growth of the film starts at the interface between the substrate and the film, the nucleation energy is large, so that the crystallinity of the film is disturbed at this interface, and the crystallinity of the film deposited on the interface is It seems to reflect the disorder.

【0031】一方、本発明においては、図2(b)に示
すように、基板6が溶融体3に接触する前に、あらかじ
め溶融体3中に固相5が共存している。この状態では、
もともと固相5と液相4の界面では、微視的に見れば溶
融と析出とが起こっている。従って、あらたに基板6を
溶融体3に接触させても、スムーズに膜成長が開始さ
れ、結晶性に優れた単結晶膜が作製できると考えられ
る。
On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 2B, the solid phase 5 coexists in the melt 3 in advance before the substrate 6 contacts the melt 3. In this state,
Originally, at the interface between the solid phase 5 and the liquid phase 4, microscopically, melting and precipitation occur. Therefore, it is considered that even if the substrate 6 is brought into contact with the melt 3 again, the film growth is smoothly started and a single crystal film having excellent crystallinity can be produced.

【0032】本発明者は、この方法により、単結晶基板
よりもX線ロッキングカーブの半値幅が小さい単結晶膜
を形成し、これに光導波路を形成し、その光学特性を測
定してみた。この結果、光導波路の耐光損傷特性も顕著
に向上することを確認した。この結果、光導波路型部品
を、各種光学部品として広範に利用することが可能にな
った。
The present inventor formed a single crystal film having a half width of the X-ray rocking curve smaller than that of the single crystal substrate by this method, formed an optical waveguide on the single crystal film, and measured its optical characteristics. As a result, it was confirmed that the optical damage resistance of the optical waveguide was significantly improved. As a result, the optical waveguide type component can be widely used as various optical components.

【0033】なおかつ、この方法により、飽和温度及び
成膜温度を精密に制御することが初めて可能になった。
本発明者は、この方法を採用して、成膜温度を精密に制
御し、各成膜温度に対応して、ニオブ酸リチウム単結晶
膜の組成がどのように変化するかを、測定した。
Moreover, this method makes it possible for the first time to precisely control the saturation temperature and the film formation temperature.
The present inventor has adopted this method to precisely control the film forming temperature and measure how the composition of the lithium niobate single crystal film changes corresponding to each film forming temperature.

【0034】LiNbO3 ─LiVO3 擬二元系におい
て、溶融体の仕込み組成を、40mol%LiNbO3
─60mol%LiVO3 とし、図1の温度スケジュー
ルに従って、液相エピタキシャル法を実施した。
In the LiNbO 3 --LiVO 3 pseudo-binary system, the composition of the melt was 40 mol% LiNbO 3
-60 mol% LiVO 3 was used and the liquid phase epitaxial method was performed according to the temperature schedule of FIG.

【0035】各溶融体2を、十分に高い温度T1 (10
00°C〜1300°C)で3時間以上攪拌し、十分均
一な液相の状態とした。その後、溶融体を保持温度T2
まで冷却した後、12時間以上保持し、過飽和分のニオ
ブ酸リチウムが核発生して固相5が析出するまで待っ
た。このとき、溶融体の液相部分4は、温度T2 におけ
る飽和状態であり、溶融体3内は、液相4とニオブ酸リ
チウムの固相5とが共存した状態である。その後、溶融
体3の温度を、T2 から過冷却度5°Cだけ低い成膜温
度まで冷却し、ただちにニオブ酸リチウム単結晶基板6
を溶融体に接触させ、成膜を行った。この単結晶膜の組
成を、次の方法によって測定した。この結果を、図3及
び表1に示す。
Each melt 2 was heated to a sufficiently high temperature T 1 (10
The mixture was stirred at 00 ° C. to 1300 ° C.) for 3 hours or more to obtain a sufficiently uniform liquid phase. Then, the melt is held at the holding temperature T 2
After cooling to 12 hours or more, it was kept until supersaturated lithium niobate was nucleated and the solid phase 5 was precipitated. At this time, the liquid phase portion 4 of the melt is in a saturated state at the temperature T 2 , and the inside of the melt 3 is a state in which the liquid phase 4 and the solid phase 5 of lithium niobate coexist. Then, the temperature of the melt 3 is cooled to a film forming temperature which is lower than T 2 by a supercooling degree of 5 ° C., and immediately, the lithium niobate single crystal substrate 6
Was brought into contact with the melt to form a film. The composition of this single crystal film was measured by the following method. The results are shown in FIG. 3 and Table 1.

【0036】作成した膜の組成は、示差熱分析法によっ
てキューリー点温度を測定する方法、および波長106
4nmのレーザー光を用いて第2次高調波の位相整合温
度を測定する方法を用いて行った。
The composition of the formed film is determined by a method of measuring Curie point temperature by a differential thermal analysis method and a wavelength of 106.
It was performed by using a method of measuring the phase matching temperature of the second harmonic using a laser beam of 4 nm.

【0037】[0037]

【表1】 [Table 1]

【0038】この結果からわかるように、従来の常識と
は異なり、成膜温度を種々変更すると、ニオブ酸リチウ
ム単結晶膜の組成を、調和溶融組成とリチウム含有割合
約52.3mol%との間で、変更し、制御できること
が判明した。
As can be seen from these results, unlike the conventional wisdom, when the film forming temperature was changed variously, the composition of the lithium niobate single crystal film was changed between the harmonic melting composition and the lithium content ratio of about 52.3 mol%. It turned out that I could change and control it.

【0039】本発明者は、この知見に立ち、液相エピタ
キシャル法による上記の方法で、調和溶融組成のニオブ
酸リチウム単結晶基板上に所定温度でニオブ酸リチウム
単結晶膜を形成した。この膜におけるリチウムの含有割
合は、図3から判るように、48.6%(調和溶融組
成)よりも少ないので、膜の屈折率は基板の屈折率より
も小さくなる。次いで、この所定温度よりも高い成膜温
度でニオブ酸リチウム単結晶膜を形成すると、この膜の
リチウムの含有割合は、この下にある部分のリチウムの
含有割合よりも小さくなり、従って、屈折率が大きくな
る。従って、この表面側部分を光導波路として使用する
ことができる。
Based on this finding, the inventor of the present invention formed a lithium niobate single crystal film at a predetermined temperature on a lithium niobate single crystal substrate having a harmonic melting composition by the above-mentioned liquid phase epitaxial method. As can be seen from FIG. 3, the content ratio of lithium in this film is less than 48.6% (harmonic melting composition), so that the refractive index of the film is smaller than that of the substrate. Then, when a lithium niobate single crystal film is formed at a film formation temperature higher than this predetermined temperature, the lithium content of this film becomes smaller than the lithium content of the portion below this, and therefore the refractive index Grows larger. Therefore, this surface side portion can be used as an optical waveguide.

【0040】更に、本発明者は、タンタル酸リチウム単
結晶基板上にタンタル酸リチウム単結晶膜を形成する場
合など、電気光学単結晶基板と同種の材料によって膜を
形成する場合について、同様な効果を確認した。なお、
マグネシウム、ネオジウム、ユーロピウム、亜鉛、チタ
ンおよびバナジウムからなる群より選ばれた一種以上の
元素を、単結晶膜および基板に対して添加することも可
能である。
Further, the present inventor has the same effect in the case of forming a film with the same kind of material as the electro-optical single crystal substrate, such as the case of forming the lithium tantalate single crystal film on the lithium tantalate single crystal substrate. It was confirmed. In addition,
It is also possible to add one or more elements selected from the group consisting of magnesium, neodymium, europium, zinc, titanium and vanadium to the single crystal film and the substrate.

【0041】以上述べたように、本発明によれば、溶融
体に対して所定温度で基板を接触させることで電気光学
単結晶膜の基板側部分を形成した後、所定温度よりも高
い温度で電気光学単結晶膜の表面側部分を形成すること
により、基板側部分の屈折率よりも表面側部分の屈折率
を大きくすることができる。従って、基板と膜とが同種
の場合において、初めて光導波路を形成することができ
た。しかも、基板及び電気光学単結晶膜の全体が同種の
元素によって構成されているので、従来とは異なり、こ
れらの界面における格子歪みが少なくなり、膜の結晶性
が向上した。
As described above, according to the present invention, after the substrate side portion of the electro-optic single crystal film is formed by bringing the substrate into contact with the melt at a predetermined temperature, the temperature is higher than the predetermined temperature. By forming the surface side portion of the electro-optic single crystal film, the refractive index of the surface side portion can be made larger than that of the substrate side portion. Therefore, an optical waveguide could be formed for the first time when the substrate and the film were of the same type. Moreover, since the whole of the substrate and the electro-optic single crystal film are composed of the same kind of element, the lattice strain at the interface between them is reduced and the crystallinity of the film is improved, unlike the conventional case.

【0042】[0042]

【実施例】本発明において、溶融体中に液相と固相を共
存させ、次いで溶融体の温度を下げて液相を過冷却状態
にし、電気光学単結晶基板をこの液相に接触させて電気
光学単結晶膜をエピタキシャル成長させることが好まし
く、これによって前記したように、基板よりも高い結晶
性を備えた単結晶膜を形成することが可能になった。こ
の場合、特に、溶融体の温度をその飽和温度以下に保持
することにより、溶融体中に固相を析出させることが好
ましい。
EXAMPLES In the present invention, a liquid phase and a solid phase are allowed to coexist in a melt, the temperature of the melt is then lowered to bring the liquid phase into a supercooled state, and the electro-optic single crystal substrate is brought into contact with this liquid phase. It is preferable to epitaxially grow the electro-optic single crystal film, and as described above, it becomes possible to form a single crystal film having higher crystallinity than the substrate. In this case, it is particularly preferable to keep the temperature of the melt below its saturation temperature to precipitate the solid phase in the melt.

【0043】また、液相と固相とが共存しているときの
温度と、液相を過冷却状態にしたときの温度との差を2
0°C以下とすることにより、前記単結晶膜の結晶性が
特に良好になった。
Further, the difference between the temperature when the liquid phase and the solid phase coexist and the temperature when the liquid phase is supercooled is 2
By setting the temperature to 0 ° C. or less, the crystallinity of the single crystal film was particularly improved.

【0044】更には、基板が光学グレードの電気光学単
結晶からなり、基板のX線ロッキングカーブの半値幅よ
りも電気光学単結晶膜のX線ロッキングカーブの半値幅
の方を小さくすることが可能になった。ここで、X線ロ
ッキングカーブの半値幅について説明する。単結晶基板
及び単結晶膜の結晶性は、X線ロッキングカーブの半値
幅によって評価することができる。一般に、この半値幅
が小さいほど、単結晶の結晶性が良好であると判断でき
る。この値そのものは、X線測定装置において使用する
基準結晶等によって変動するので、絶対値を特定するこ
とはできない。
Furthermore, the substrate is made of an optical grade electro-optic single crystal, and the full width at half maximum of the X-ray rocking curve of the electro-optic single crystal film can be made smaller than the full width at half maximum of the X-ray rocking curve of the substrate. Became. Here, the half width of the X-ray rocking curve will be described. The crystallinity of the single crystal substrate and the single crystal film can be evaluated by the half width of the X-ray rocking curve. In general, it can be judged that the smaller the half width is, the better the crystallinity of the single crystal is. This value itself varies depending on the reference crystal or the like used in the X-ray measuring apparatus, and therefore the absolute value cannot be specified.

【0045】しかし、液相エピタキシャル法により作製
される単結晶薄膜の結晶性は、単結晶基板の結晶性の影
響を強く受ける。従って、作製した単結晶膜の結晶性の
優劣を判断するには、使用した基板のX線ロッキングカ
ーブの半値幅を基準にしなければならない。
However, the crystallinity of the single crystal thin film produced by the liquid phase epitaxial method is strongly influenced by the crystallinity of the single crystal substrate. Therefore, in order to judge the crystallinity of the produced single crystal film, the half width of the X-ray rocking curve of the substrate used must be used as a reference.

【0046】電気光学単結晶がニオブ酸リチウム単結晶
であり、所定温度よりも高い温度で溶融体に対して基板
を接触させることで前記表面側部分を形成することによ
り、前記基板側部分のリチウム含有割合よりも表面側部
分のリチウム含有割合の方を小さくすることが好まし
い。この場合、基板が調和溶融組成のニオブ酸リチウム
単結晶からなり、700℃〜900℃の温度で基板側部
分を形成し、次いで900℃〜1200の温度で表面側
部分を形成することが好ましい。
The electro-optic single crystal is a lithium niobate single crystal, and the surface side portion is formed by bringing the substrate into contact with the melt at a temperature higher than a predetermined temperature, whereby the lithium of the substrate side portion is formed. It is preferable to make the lithium content in the surface side portion smaller than the content. In this case, it is preferable that the substrate is made of a single crystal of lithium niobate having a harmonic melting composition, the substrate side portion is formed at a temperature of 700 ° C to 900 ° C, and then the surface side portion is formed at a temperature of 900 ° C to 1200 ° C.

【0047】また、前記表面側部分と基板側部分とは、
互いに明確に区分されている場合と、組成が傾斜的に変
化していて明確に境界線を引けない場合とを含む。前者
の場合には、基板側部分が、基板に近い下地層となり、
表面側部分が、膜の表面に近い光導波層となる。
Further, the front surface side portion and the substrate side portion are
It includes the case where they are clearly separated from each other and the case where the composition changes in a gradual manner and a boundary line cannot be clearly drawn. In the former case, the part on the substrate side becomes the base layer close to the substrate,
The surface side portion becomes an optical waveguide layer close to the surface of the film.

【0048】電気光学単結晶基板は、ニオブ酸リチウム
(LiNbO3 )単結晶、タンタル酸リチウム(LiT
aO3 )単結晶、LiNbx Ta1-x 3 単結晶(0<
x<1)からなる群より選ばれた一種類以上の単結晶に
よって形成することが好ましく、ニオブ酸リチウム単結
晶から形成することが更に好ましい。
The electro-optic single crystal substrate is composed of lithium niobate (LiNbO 3 ) single crystal, lithium tantalate (LiT).
aO 3 ) single crystal, LiNb x Ta 1-x O 3 single crystal (0 <
It is preferably formed of one or more kinds of single crystals selected from the group consisting of x <1), and more preferably formed of lithium niobate single crystals.

【0049】溶融媒体は、LiVO3 とLiBO2 とか
らなる群より選ばれた1種以上の溶融媒体とすることが
好ましい。この溶融媒体を採用した場合には、溶融体の
仕込み組成は、溶質10mol%─溶媒90mol%〜
溶質60mol%─溶媒40mol%とすることが好ま
しい。
The melting medium is preferably one or more kinds of melting medium selected from the group consisting of LiVO 3 and LiBO 2 . When this melting medium is adopted, the composition of the molten material is 10 mol% solute-90 mol% solvent.
Solute 60 mol% -solvent 40 mol% is preferable.

【0050】溶質の割合が10mol%よりも小さい場
合には、例えば図7に示すように、溶質─溶融媒体の擬
二元系の相図において、液相線の傾きが急になりすぎ、
膜成長による溶融体の濃度変化が大きくなり、成膜条件
を安定して保つのが困難になる。溶質の割合が60mo
l%よりも大きい場合には、飽和温度が高くなるため、
成膜温度が高くなりすぎて結晶性の良い単結晶膜を作製
するのが困難になる。
When the solute ratio is smaller than 10 mol%, the slope of the liquidus line becomes too steep in the phase diagram of the solute-melt medium pseudo binary system as shown in FIG.
The change in the concentration of the melt due to film growth becomes large, and it becomes difficult to maintain stable film forming conditions. Solute ratio is 60mo
If it is larger than 1%, the saturation temperature becomes high,
The film forming temperature becomes too high, which makes it difficult to form a single crystal film having good crystallinity.

【0051】前記基板側部分と表面側部分とは、互いに
別個の溶融体を使用して形成することができる。この場
合には、各溶融体について、図1に示した前記の温度ス
ケジュールを実施する。しかし、同じ溶融体を使用する
ことにより、基板側部分と表面側部分とを形成すること
が好ましい。このためには、表面側部分の成膜温度より
も高い飽和温度を有する溶融体を使用し、この溶融体を
高温で十分に溶融させ、次いで溶融体の温度を飽和温度
よりも低くすることにより、溶融体中に液相と固相を共
存させ、次いで溶融体の温度を前記所定温度に低下させ
て液相を過冷却状態にし、基板をこの液相に接触させて
基板側部分を形成する。次いでこの溶融体の温度を、表
面側部分の成膜温度よりも高くし、かつ飽和温度よりも
低くし、液相と固相との共存状態を保持し、次いで溶融
体の温度を下げ、液相を過冷却状態にし、基板をこの液
相に接触させて表面側部分を形成する。
The substrate side portion and the surface side portion can be formed by using different melts. In this case, the temperature schedule shown in FIG. 1 is carried out for each melt. However, it is preferable to form the substrate side portion and the surface side portion by using the same melt. For this purpose, a melt having a saturation temperature higher than the film forming temperature of the surface side portion is used, the melt is sufficiently melted at a high temperature, and then the temperature of the melt is made lower than the saturation temperature. , Coexisting a liquid phase and a solid phase in the melt, then lowering the temperature of the melt to the predetermined temperature to bring the liquid phase into a supercooled state, and bringing the substrate into contact with this liquid phase to form the substrate side portion . Next, the temperature of this melt is made higher than the film forming temperature of the surface side part and lower than the saturation temperature to maintain the coexistence state of the liquid phase and the solid phase, then lower the temperature of the melt and The phase is subcooled and the substrate is contacted with this liquid phase to form the front side portion.

【0052】即ち、図4に示すように、表面側部分の成
膜温度t3 よりも高い飽和温度T0 を有する溶融体を使
用する。溶融体の温度を、飽和温度T0 よりも高温T1
で保持し、溶質と溶融媒体とを均一に溶融させる。
「A」が、この溶融状態に対応する。次いで、溶融体の
温度を、飽和温度T0 よりも低い固相析出温度T2 まで
冷却する。「B」が、この固相析出のための保持状態に
対応する。次いで溶融体の温度を下げて所定温度T3
し、液相を過冷却状態にする。「C」が、この過冷却状
態に相当する。この所定温度で、図5(a)に模式的に
示す基板9の主面9aを液相に接触させ、主面9aに基
板側部分10を形成する。
That is, as shown in FIG. 4, a melt having a saturation temperature T 0 higher than the film forming temperature t 3 on the surface side portion is used. The temperature of the melt is higher than the saturation temperature T 0 by T 1
Hold to melt the solute and the melting medium uniformly.
"A" corresponds to this molten state. Then, the temperature of the melt is cooled to a solid phase deposition temperature T 2 lower than the saturation temperature T 0 . "B" corresponds to the retention state for this solid phase deposition. Then lowering the temperature of the melt to a predetermined temperature T 3, the liquid phase supercooled state. "C" corresponds to this supercooled state. At this predetermined temperature, the principal surface 9a of the substrate 9 schematically shown in FIG. 5A is brought into contact with the liquid phase, and the substrate-side portion 10 is formed on the principal surface 9a.

【0053】次いで、溶融体の温度をt2 に上昇させ、
2 で保持する。「b」が、この保持状態に対応する。
この保持温度t2 は、飽和温度T0 よりも低く、かつ保
持温度T3 よりも高い。また、成膜温度t3 は、所定温
度T3 よりも高い。次いで溶融体の温度を下げて成膜温
度t3 にし、液相を過冷却状態にする。「c」が、この
過冷却状態に相当する。この成膜温度で、図5(a)に
模式的に示す基板9の主面9a側を液相に接触させ、基
板側部分10の表面10a上に表面側部分11を形成す
る。これにより、電気光学品である光導波路基板8が得
られる。
Then the temperature of the melt is raised to t 2 ,
Hold at t 2 . "B" corresponds to this holding state.
The holding temperature t 2 is lower than the saturation temperature T 0 and higher than the holding temperature T 3 . The film forming temperature t 3 is higher than the predetermined temperature T 3 . Next, the temperature of the melt is lowered to the film forming temperature t 3 to bring the liquid phase into a supercooled state. "C" corresponds to this supercooled state. At this film forming temperature, the main surface 9a side of the substrate 9 schematically shown in FIG. 5A is brought into contact with the liquid phase to form the surface side portion 11 on the surface 10a of the substrate side portion 10. Thereby, the optical waveguide substrate 8 which is an electro-optical product is obtained.

【0054】また、図4の温度スケジュールにおいて
は、2段階で基板側部分10と表面側部分11とを形成
した。しかし、これらを3段階以上に分け、3層以上の
膜を順次形成することもできる。この場合には、図5
(b)に示すように、基板9の主面9a上に、3層以上
の膜からなる電気光学単結晶膜13が形成され、膜13
内では、基板側界面13bに近い基板側部分よりも、表
面13aに近い表面側部分の方が、屈折率が大きくな
る。
In the temperature schedule of FIG. 4, the substrate side portion 10 and the front surface side portion 11 were formed in two steps. However, it is also possible to divide these into three or more steps and sequentially form a film of three or more layers. In this case,
As shown in (b), the electro-optic single crystal film 13 composed of three or more layers is formed on the main surface 9a of the substrate 9, and the film 13 is formed.
Inside, the surface side portion closer to the surface 13a has a higher refractive index than the substrate side portion closer to the substrate side interface 13b.

【0055】以下、更に具体的な実験結果について述べ
る。図4に示した温度スケジュールに従い、前記した方
法によって、図5(a)に示す光導波路基板8を製造し
た。本発明者が使用した光学グレードのニオブ酸リチウ
ム単結晶基板のX線ロッキングカーブの半値幅は、いず
れも6.8〜6.9〔arc sec 〕であったので、これを
ニオブ酸リチウム単結晶基板の結晶性の基準とした。こ
の半値幅の測定は、二結晶法により、(0012)面の反
射を用いて行った。入射X線としてはCuKα1を使用
し、モノクロメータとしては、GaAs単結晶の(42
2)面を用いた。
Hereinafter, more specific experimental results will be described. According to the temperature schedule shown in FIG. 4, the optical waveguide substrate 8 shown in FIG. 5A was manufactured by the above method. The half-widths of the X-ray rocking curves of the optical-grade lithium niobate single crystal substrates used by the present inventors were all 6.8 to 6.9 [arc sec]. It was used as a reference for the crystallinity of the substrate. The full width at half maximum was measured by the double crystal method using reflection on the (001) plane. CuKα1 was used as the incident X-ray, and the monochromator (42
2) The surface was used.

【0056】LiNbO3 −LiVO2 擬二元系の溶融
体において、仕込み組成を、20mol%LiNbO3
−80mol%LiVO2 とした。図4におい、、温度
0 、T1 、T2 、T3 、t2 、t3 は、それぞれ96
0℃、1200℃、805℃、800℃、905℃、9
00℃とした。
In the LiNbO 3 -LiVO 2 quasi-binary system melt, the charged composition was 20 mol% LiNbO 3
It was set to −80 mol% LiVO 2 . In FIG. 4, the temperatures T 0 , T 1 , T 2 , T 3 , t 2 and t 3 are 96 respectively.
0 ° C, 1200 ° C, 805 ° C, 800 ° C, 905 ° C, 9
It was set to 00 ° C.

【0057】波長633nmの光に対する異常光屈折率
neは、基板9については2.205であり、基板側部
分10については2.195であり、表面側部分11に
ついては2.204であった。常光屈折率は、いずれも
ほぼ同程度であった。また、作成した基板側部分10の
X線ロッキングカーブの半値幅は5.6〔arc sec 〕で
あり、表面側部分11のX線ロッキングカーブの半値幅
は5.7〔arc sec 〕であった。いずれも基板よりも優
れていることが判る。
The extraordinary refractive index ne of the light having a wavelength of 633 nm was 2.205 for the substrate 9, 2.195 for the substrate side portion 10 and 2.204 for the front surface side portion 11. The ordinary light refractive indexes were almost the same. Further, the half-width of the X-ray rocking curve of the substrate side portion 10 thus created was 5.6 [arc sec], and the half-width of the X-ray rocking curve of the surface side portion 11 was 5.7 [arc sec]. . It can be seen that both are superior to the substrate.

【0058】また、表面側部分11を光導波路として使
用し、波長830nmの光を通した。この結果、2mW
の出力の光を使用しても、光損傷は生じなかった。一
方、上記のニオブ酸リチウム単結晶基板9を使用し、通
常の方法でチタン拡散法によって光導波路を形成した
が、0.2mWの出力の光を使用しても、光損傷は生じ
た。
Further, the surface side portion 11 was used as an optical waveguide, and light having a wavelength of 830 nm was allowed to pass therethrough. As a result, 2mW
No light damage occurred when using the output light of. On the other hand, the above-mentioned lithium niobate single crystal substrate 9 was used, and an optical waveguide was formed by a titanium diffusion method by a usual method. However, even when light with an output of 0.2 mW was used, optical damage occurred.

【0059】[0059]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、電
気光学単結晶基板と電気光学単結晶膜とが同種の場合に
おいて、初めて良好な光導波路を形成することができ
た。そして、基板及び電気光学単結晶膜の全体が同種の
元素によって構成されているので、従来とは異なり、こ
れらの界面における格子歪みが少なくなり、膜の結晶性
が向上した。この結果、光導波路の光損傷等を防止する
ことができた。
As described above, according to the present invention, a good optical waveguide can be formed only when the electro-optical single crystal substrate and the electro-optical single crystal film are of the same kind. Since the entire substrate and the electro-optic single crystal film are composed of the same kind of element, unlike the conventional case, the lattice strain at the interface between them is reduced and the crystallinity of the film is improved. As a result, it was possible to prevent optical damage to the optical waveguide.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明者が開発した、液相エピタキシャル法に
おける溶融体の温度スケジュールを模式的に示すグラフ
である。
FIG. 1 is a graph schematically showing a temperature schedule of a melt in a liquid phase epitaxial method developed by the present inventor.

【図2】(a)は、ルツボ1内において溶融体2が溶融
している状態を模式的に示す断面図であり、(b)は、
固相5と液相4とが共存している状態を模式的に示す断
面図である。
FIG. 2 (a) is a cross-sectional view schematically showing a state in which a melt 2 is melted in the crucible 1, and FIG. 2 (b) is
It is a sectional view showing typically the state where solid phase 5 and liquid phase 4 coexist.

【図3】ニオブ酸リチウム単結晶膜の組成と成膜温度と
の関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the composition of a lithium niobate single crystal film and the film formation temperature.

【図4】本発明で採用しうる温度スケジュールを模式的
に示すグラフである。
FIG. 4 is a graph schematically showing a temperature schedule that can be adopted in the present invention.

【図5】(a)は、電気光学単結晶基板9上に基板側部
分10と表面側部分11とを形成した状態を模式的に示
す断面図であり、(b)は、電気光学単結晶基板9上に
電気光学単結晶膜13を形成した状態を模式的に示す断
面図である。
5A is a cross-sectional view schematically showing a state in which a substrate-side portion 10 and a surface-side portion 11 are formed on an electro-optical single crystal substrate 9, and FIG. 5B is an electro-optical single crystal. 3 is a cross-sectional view that schematically shows a state in which an electro-optic single crystal film 13 is formed on a substrate 9. FIG.

【図6】従来の液相エピタキシャル法の温度スケジュー
ルを示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a temperature schedule of a conventional liquid phase epitaxial method.

【図7】溶質─溶融媒体の擬二元系の相図における液相
線の一例を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing an example of a liquidus line in a phase diagram of a solute-melting medium pseudo binary system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ルツボ 2 均一に溶融している溶融体 3 固相
と液相とが共存している溶融体 4 液相 5 固相
6、9 電気光学単結晶基板 8、12 電気光学品(光導波路基板) 10 基板側
部分 11 表面側部分
1 crucible 2 melted material that melts uniformly 3 melted material in which solid phase and liquid phase coexist 4 liquid phase 5 solid phase
6, 9 Electro-optic single crystal substrate 8, 12 Electro-optic product (optical waveguide substrate) 10 Substrate side part 11 Surface side part

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電気光学単結晶からなる基板と、液相エピ
タキシャル法によって前記基板上に形成された電気光学
単結晶膜とを備えており、前記基板及び前記電気光学単
結晶膜の全体が同種の元素によって構成されており、前
記電気光学単結晶膜において前記基板側部分の屈折率よ
りも表面側部分の屈折率の方が大きいことを特徴とす
る、電気光学品。
1. A substrate comprising an electro-optic single crystal and an electro-optic single crystal film formed on the substrate by a liquid phase epitaxial method, wherein the substrate and the electro-optic single crystal film are of the same kind. In the electro-optic single crystal film, the refractive index of the surface side portion is larger than the refractive index of the substrate side portion of the electro-optical single crystal film.
【請求項2】前記電気光学単結晶がニオブ酸リチウム単
結晶であり、前記電気光学単結晶膜において前記基板側
部分のリチウム含有割合よりも表面側部分のリチウム含
有割合の方が小さいことを特徴とする、請求項1記載の
電気光学品。
2. The electro-optic single crystal is a lithium niobate single crystal, and in the electro-optic single crystal film, the lithium content in the surface side is smaller than the lithium content in the substrate side. The electro-optical product according to claim 1.
【請求項3】前記電気光学単結晶膜が、前記基板に近い
下地層と前記表面に近い光導波層とを備えていることを
特徴とする、請求項2記載の電気光学品。
3. The electro-optical article according to claim 2, wherein the electro-optical single crystal film includes an underlayer near the substrate and an optical waveguide layer near the surface.
【請求項4】前記基板が調和溶融組成のニオブ酸リチウ
ム単結晶からなり、前記電気光学単結晶膜において前記
基板側部分のリチウム含有割合が調和溶融組成よりも大
きいことを特徴とする、請求項2又は3記載の電気光学
品。
4. The substrate is made of a lithium niobate single crystal having a harmonic melting composition, and the lithium content in the substrate-side portion of the electro-optic single crystal film is higher than the harmonic melting composition. The electro-optical product according to 2 or 3.
【請求項5】前記基板が光学グレードの電気光学単結晶
からなり、前記基板のX線ロッキングカーブの半値幅よ
りも前記電気光学単結晶膜のX線ロッキングカーブの半
値幅の方が小さいことを特徴とする、請求項1〜4のい
ずれか一つの項に記載の電気光学品。
5. The substrate is made of an optical grade electro-optic single crystal, and the full width at half maximum of the X-ray rocking curve of the electro-optic single crystal film is smaller than the full width at half maximum of the X-ray rocking curve of the substrate. The electro-optical article according to any one of claims 1 to 4, which is characterized.
【請求項6】電気光学単結晶からなる基板の上に、この
基板と同種の元素によって構成されている電気光学単結
晶膜を液相エピタキシャル法によって形成するのに際し
て、前記電気光学単結晶を構成する溶質と溶融媒体とを
含有する溶融体に対して所定温度で前記基板を接触させ
ることで前記電気光学単結晶膜の基板側部分を形成した
後、前記所定温度よりも高い温度で溶融体に対して前記
基板を接触させることで前記電気光学単結晶膜の表面側
部分を形成することにより、この電気光学単結晶膜にお
いて前記基板側部分の屈折率よりも表面側部分の屈折率
を大きくすることを特徴とする、電気光学品の製造方
法。
6. An electro-optical single crystal is formed on a substrate made of the electro-optical single crystal by forming a electro-optical single crystal film made of the same kind of element as the substrate by a liquid phase epitaxial method. After forming the substrate side portion of the electro-optical single crystal film by contacting the substrate at a predetermined temperature with respect to a melt containing a solute and a melting medium, the melt at a temperature higher than the predetermined temperature By forming the surface side portion of the electro-optic single crystal film by contacting the substrate, the refractive index of the surface side portion of the electro-optic single crystal film is made larger than that of the substrate side portion. A method for manufacturing an electro-optical product, comprising:
【請求項7】前記溶融体中に液相と固相を共存させ、次
いで前記溶融体の温度を下げて前記液相を過冷却状態に
し、前記電気光学単結晶基板をこの液相に接触させて前
記電気光学単結晶膜をエピタキシャル成長させることを
特徴とする、請求項6記載の電気光学品の製造方法。
7. A liquid phase and a solid phase are allowed to coexist in the melt, the temperature of the melt is then lowered to bring the liquid phase into a supercooled state, and the electro-optic single crystal substrate is brought into contact with the liquid phase. 7. The method for manufacturing an electro-optical article according to claim 6, wherein the electro-optical single crystal film is epitaxially grown.
【請求項8】前記溶融体の温度をその飽和温度以下に保
持することにより、前記溶融体中に前記溶質からなる固
相を析出させることを特徴とする、請求項7記載の電気
光学品の製造方法。
8. The electro-optical article according to claim 7, wherein a solid phase composed of the solute is deposited in the melt by maintaining the temperature of the melt at a temperature equal to or lower than its saturation temperature. Production method.
【請求項9】前記液相と固相とが共存しているときの温
度と、前記液相を過冷却状態にしたときの温度との差を
20°C以下とすることを特徴とする、請求項7又は8
記載の電気光学品の製造方法。
9. A difference between the temperature when the liquid phase and the solid phase coexist and the temperature when the liquid phase is supercooled is 20 ° C. or less. Claim 7 or 8
A method for manufacturing the electro-optical article described.
【請求項10】前記基板が光学グレードの電気光学単結
晶からなり、前記基板のX線ロッキングカーブの半値幅
よりも前記電気光学単結晶膜のX線ロッキングカーブの
半値幅の方が小さいことを特徴とする、請求項7〜9の
いずれか一つの項に記載の電気光学品の製造方法。
10. The substrate is made of an optical grade electro-optic single crystal, and the full width at half maximum of the X-ray rocking curve of the electro-optic single crystal film is smaller than the full width at half maximum of the X-ray rocking curve of the substrate. The method for manufacturing an electro-optical article according to claim 7, which is characterized in that.
【請求項11】前記電気光学単結晶がニオブ酸リチウム
単結晶であり、前記所定温度よりも高い温度で溶融体に
対して前記基板を接触させることで前記電気光学単結晶
膜の表面側部分を形成することにより、前記基板側部分
のリチウム含有割合よりも前記表面側部分のリチウム含
有割合の方を小さくすることを特徴とする、請求項6〜
10のいずれか一つの項に記載の電気光学品の製造方
法。
11. The electro-optical single crystal is a lithium niobate single crystal, and the surface side portion of the electro-optical single crystal film is brought into contact by bringing the substrate into contact with the melt at a temperature higher than the predetermined temperature. By forming, the lithium content ratio of the surface side portion is made smaller than the lithium content ratio of the substrate side portion.
10. The method for manufacturing an electro-optical product according to any one of items 10.
【請求項12】前記基板が調和溶融組成のニオブ酸リチ
ウム単結晶からなり、700℃〜900℃の温度で前記
基板側部分を形成し、次いで900℃〜1200の温度
で前記表面側部分を形成することを特徴とする、請求項
11記載の電気光学品の製造方法。
12. The substrate is made of a lithium niobate single crystal having a harmonized composition, the substrate side portion is formed at a temperature of 700 ° C. to 900 ° C., and then the surface side portion is formed at a temperature of 900 ° C. to 1200 ° C. The method for manufacturing an electro-optical product according to claim 11, wherein:
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