Hintergrund der Erfindung
(1) Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden einer Mikrostruktur in
einem ferroelektrischen Einkristall, das sich zur Anwendung in optischen Bauteilen oder
dergleichen eignet.
(2) Beschreibung verwandter Gebiete
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Um eine Mikrostruktur, wie z. B. eine optische Wellenleitschicht, auf einer Oberfläche
eines ferroelektrischen Einkristallsubstrats auszubilden, wird eine Schutzmaske auf der
Substratoberfläche ausgebildet und der Abschnitt des Substrats, der durch Öffnungen
der Maske außen freiliegt, selektiv geätzt. (Siehe z. B. "The Transaction of the Institute of
Electronics, Information and Communication Engineers", C-1, Bd. J77-C-1 Nr. 5 (1994),
S. 229-237).
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Dabei hängen die Dimensionsgenauigkeit, die Konfigurationsgenauigkeit, die Höhe
usw. der Mikrostruktur hauptsächlich von der Differenz der Ätzrate (dem selektiven
Verhältnis) zwischen dem Material der Schutzmaske und jenem des Substrats für ein
bestimmtes Ätzmittel ab. Aus diesem Grund muss das selektive Verhältnis im Allgemeinen
zumindest 1 : 1, vorzugsweise zumindest 1 : 10, betragen, sodass die Mikrostruktur
geeignete Dimensionsgenauigkeit und Konfigurationsgenauigkeit aufweist.
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Es ist jedoch schwierig, Substrate aus ferroelektrischen Einkristallen, wie z. B.
Lithiumniobat-Einkristallen und Lithiumtantalat-Einkristallen, zu bearbeiten, da kein geeignetes
Schutzmasken material zur Verfügung steht, das ein solch hohes selektives Verhältnis
liefert. Daher war es bislang schwierig, eine Mikrostruktur, wie z. B. eine gerippte optische
Wellenleitschicht oder eine Mikroausnehmung mit geeignneter Konfigurationsgenauigkeit
und Dimensionsgenauigkeit auf der Oberfläche des ferroelektrischen Einkristalls
auszubilden.
Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Ausbilden einer Mikrostruktur, wie z. B.
einer gerippten optischen Wellenleitschicht oder einer Mikroausnehmung auf einer
Oberfläche eines Substrats aus ferroelektrischem Einkristall bereitzustellen.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung einer Mikrostruktur auf einer
Oberfläche eines Substrats aus ferroelektrischem Einkristall wie in Anspruch 1 beschrieben.
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Eine derartige Mikrostruktur kann als optischer Bauteil, wie z. B. als optische
Wellenleitschicht oder piezoelektrisches Material, verwendet werden.
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Die Anmelder stellten im Zuge iher Forschungsarbeiten fest, dass ein polarisiertes
Substrat, in dem eine leicht zu ätzende Fläche in Polarisationsrichtung und eine schwierig
zu ätzende Fläche in entgegengesetzter Richtung besteht, hergestellt werden kann, um
eine Mikrostruktur auf der Oberfläche des oben erwähnten ferroelektrischen
Einkristallsubstrats auszubilden; ein domäneninvertierter Bereich wird zumindest im Substrat
ausgebildet und das Substrat dann selektivem Ätzen unterzogen. In der Folge gelang es den
Anmeldern, ein Verfahren zur Ausbildung der Mikrostruktur auf einer Hauptfläche eines
ferroelektrischen Einkristallsubstrats bereitzustellen, worin eine Mikrostruktur bislang
nur mit Schwierigkeiten ausgebildet werden konnte, da kein geeignetes Material mit
hohem selektivem verhältnis für ein derartiges Substrat zur Verfügung stand.
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In ferroelektrischen Einkristallsubstraten liegen Kristallflächen vor, die leicht mit einem
Ätzmittel geätzt werden können (leicht zu ätzende Flächen), und Kristallflächen, die
schwierig mit Ätzmittel zu ätzen sind (schwierig zu ätzende Flächen). Im Lithiumniobat-
Einkristallsubstrat, Lithiumtantalat-Einkristallsubstrat und Lithiumniobat-Lithiumtantalat-
Festlösungs-Einkristallsubstrat beispielweise können +Z Flächen und +Y Flächen nicht
leicht durch eine Mischlösung von Flusssäure und Salpetersäure geätzt werden,
während ihre -Z Flächen und ihre -Y Flächen leicht durch diese Mischlösung geätzt werden
können. Die Differenz der Ätzrate zwischen der schwierig zu ätzenden Fläche und der
leicht zu ätzenden Fläche ist sehr groß (zumindest 1 : 100).
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Die Anmelder stellten im Zuge ihrer Forschungsarbeiten fest, dass eine Mikrostruktur,
wie z. B. eine optische Wellenleitschicht, auf der Oberfläche des ferroelektrischen
Einkristallsubstrats ausgebildet werden kann, indem man sich das physikalische Phänomen
zunutze macht, dass eine schwierig zu ätzende Fläche und eine leicht zu ätzende
Fläche auf der Oberfläche des ferroelektrischen Einkristallsubstrats vorhanden sind, wenn
ein domäneninvertierter Bereich im ferroelektrischen Einkristallsubstrat ausgebildet ist,
und dass sich die Ätzrate zwischen diesen Flächen deutlich unterscheidet.
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Es ist bekannt, dass das Profil einer periodischen domäneninvertierten Struktur durch die
Schritte des Ausbildens der periodischen domäneninvertierten Struktur auf der
Oberfläche des ferroelektrischen Einkristallsubstrats und des anschließenden Ätzens der
Substratoberfläche bewertet werden kann. Es war bislang jedoch nicht bekannt, dass die
schwierig zu ätzende Fläche als Schutzmaske verwendet werden kann - auf der Basis
der Differenz des Ätzverhältnisses zwischen dieser Fläche und der leicht zu ätzenden
Fläche des Substrats.
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Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen, wobei
Modifikationen und Variationen für Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung offenkundig
sind.
Kurzbeschreibung der Abbildungen
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die beiliegenden Abbildungen
verwiesen, worin:
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die Fig. 1 (a) bis 1 (c) Schnittansichten zur schematischen Darstellung einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ausbildung einer Ausnehmung 12 und
einer optischen Wellenleitschicht 30 durch Anwendung eines Verfahrens zum Anlegen
elektrischer Spannung sind;
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die Fig. 2(a) bis 2(c) Schnittansichten zur schematischen Darstellung einer weiteren
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ausbildung eines gerippten
optischen Wellenleiters 26 durch Anwendung eines Protonenaustauschverfahrens sind; und
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die Fig. 3(a) bis 3(c) Schnittansichten zur schematischen Darstellung einer weiteren
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ausbildung eines gerippten
optischen Wellenleiters 29 durch Anwendung eines Ti-Wärmeoxidationsverfahrens sind.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Es folgt eine Erklärung konkreter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme
auf die Abbildungen.
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Als Material für das Substrat eignen sich hierin LiNbO&sub3;, LiTaO&sub3;, eine feste
Lithiumniobat-Lithiumtantalat-Lösung, KLN (K&sub3;Li&sub2;Nb&sub5;O&sub1;&sub5;), KLNT (K&sub3;L&sub2;(Nb,Ta)&sub5;O&sub1;&sub5;) und jene
Verbindungen, in denen zumindest ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
Seltenerdelementen, wie z. B. Neodym und Erbium, Magnesium und Zink, inkorporiert
ist.
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Als Ätzmittel, das für die Ätzbehandlung herangezogen wird, kann z. B. ein
Nassätzmittel wie etwa ein Gemisch aus Flusssäure und Salpetersäure verwendet werden.
Alternativ dazu kann ein Trockenätzmittel, wie z. B. CF&sub4;, C&sub2;F&sub6; oder C&sub3;F&sub8;, verwendet werden.
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Wenn gemäß der Erfindung eine leicht zu ätzende Fläche im domäneninvertierten
Bereich auf der Hauptfläche des Substrats freiliegt, kann eine Ausnehmung im
domäneninvertierten Bereich mittels selektiven Ätzens des Substrats ausgebildet werden.
Außerdem kann eine optische Wellenleitschicht auf einem ferroelektrischen
Einkristallsubstrat, dessen Brechnungsindex höher ist als jener des Substrats, innerhalb der
Ausnehmung ausgebildet werden.
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Wenn eine schwierig zu ätzende Fläche im domäneninvertierten Bereich auf der
Hauptfläche des Substrats freiliegt, kann ein gerippter optischer Wellenleiter mittels selektiven
Ätzens des Substrats im domäneninvertierten Bereich ausgebildet werden.
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Um den domäneninvertierten Bereich zumindest auf der Oberfläche des
ferroelektrischen Einkristallsubstrats auszubilden, kann eines der Verfahren angewendet werden,
das z. B. in "LiNbO&sub3; quasi-phase matched SHG devices" in "Laser Research", Bd. 2, Nr.
11, S. 21-29 beschrieben ist.
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Ein domäneninvertierter Bereich kann über die gesamte Dicke eines ferroelektrischen
Einkristallsubstrats ausgebildet werden, indem Elektroden auf gegenüberliegenden
Hauptflächen des Substrats ausgebildet werden, das Einzelpolungsbehandlung
unterzogen wurde, und anschließend Spannung zwischen den Elektroden angelegt wird. Die
Fig- 1 (a) bis 1 (c) veranschaulichen diese Ausführugsform.
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Fig. 1 (a) zeigt das ferroelektrische Einkristallsubstrat, das Einzelpolungsbehandlung
unterzogen wurde, z. B. in Pfeilrichtung A. Eine Elektrode 5 ist auf einer Hauptfläche 1a
des Substrats 1 und eine gemeinsame Elektrode 4 auf der anderen Hauptfläche 1b
ausgebildet. Ein Amperemeter 7 und eine Stromquelle 8 sind über ein Elektrokabel 6 mit jeder
Elektrode verbunden. Wenn in diesem Zustand eine bestimmte Spannung zwischen
der separaten Elektrode 5 und der gemeinsamen Elektrode 4 angelegt wird, entsteht der
domäneninvertierte Bereich 3, der in Pfeilrichtung B polarisiert ist. Eine schwierig zu
ätzende Fläche liegt auf der Seite der Hauptfläche 1a, während eine leicht zu ätzende
Fläche auf der Seite der anderen Hauptfläche 1b liegt.
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Das oben angeführte Verfähren des Anlegens elektrischer Spannung wird in "Fabrication
of Ferroelectric Domain-Inverted Gratings for LiNbO&sub3; SHG Devices by Applying
Voltage" in "Electric Information Communication Academy Journal" ("The Transaction
of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers") C-1 Bd. J78-
C-I Nr. 5 (1995), S. 238-245) beschrieben.
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Das Substrat wird in Pfeilrichtung A in den Abschnitten 2 und 10
(nicht-domäneninvertiert) polarisiert. In dieser Ausführungsform bezeichnen 2a und 10a leicht zu ätzende
Flächen, während 2b und 10b die schwierig zu ätzende Fläche bezeichnen. Im
domäneninvertierten Bereich 3 hingegen bezeichnet 3a die leicht zu ätzende Fläche,
während 3b die schwierig zu ätzende Fläche bezeichnet. Daher sind die schwierig zu
ätzenden Flächen 2b und 10b an gegenüberliegenden Seiten der leicht zu ätzenden Fläche
3a freiliegend.
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Nachdem die Elektroden 4 und 5 durch ein herkömmliches Verfahren vom Substrat
entfernt wurden, wird das Substrat Ätzen ausgesetzt, wodurch das in Fig. 1 (b) gezeigte
resultierende Substrat 9 erhalten wird. Zwar sind in diesem Substrat 9 die schwierig zu
ätzenden Flächen 2b und 10b in den nicht-domäneninvertierten Abschnitten 2A und 10A
lediglich leicht geätzt, doch ist der domäneninvertierte Bereich mit der ausgebildeten
Ausnehmung 12 stark geätzt. In dieser Ausführungsform steht Bezugszeichen 11 für den
domäneninvertierten Bereich, worin 11a und 11b für die leicht zu ätzende Fläche bzw.
für die schwierig zu ätzende Fläche stehen.
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Wie aus Fig. 1 (c) ersichtlich wird ein Epitaxialfilm 30 eines ferroelektrischen Einkristalls
innerhalb der Ausnehmung 12 des Substrats 9 mittels des
Flüssigphasen-Epitaxialverfahrens ausgebildet. Dabei kann der Epitaxialfilm 30 als optische Wellenleitschicht
verwendet werden, wenn der Brechungsindex des Epitaxialfilms 30 höher als jener des
ferroelektrischen Einkristallsubstrats ist.
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Es sind verschiedene Flüssigphasen-Epitaxialverfahren bekannt. Wenn das Substrat aus
einem Einkristall aus Lithiumniobat, Lithiumtantalat oder einer festen
Lithiumniobat-Lithiumtantalat-Lösung besteht, ist eine Schmelze, mit der das Substrat in Kontakt
gebracht werden soll, vorzugsweise aus Li&sub2;O, Nb&sub2;O&sub5;, Ta&sub2;O&sub5; oder Flussmittel ausgewählt.
Bevorzugte Beispiele für das Flussmittel sind V&sub2;O&sub5;, B&sub2;O&sub5;, MoO&sub3; und WO&sub3;.
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Durch Anwendung eines Elektronenstrahl-Scanverfahrens kann ein domäneninvertierter
Bereich in einem Substrat in gleicher Weise wie im Verfahren des Anlegens von
Spannung der Fig. 1 (a) bis 1 (c) ausgebildet werden. Im
Elektronenstrahl-Scanbestrahlungsverfahren wird eine +Z Fläche eines Z-geschnittenen LiNbO&sub3; oder LiTaO&sub3; geerdet und
mit einem gebündelten Elektronenstrahl gescannt und bei herkömmlicher Teperatur auf
seiner keine Elektrode aufweisenden -Z Fläche bestrahlt. Dadurch tritt
Domäneninversion in einem Bereich des Einkristalls unmittelbar unterhalb der gesacannten Linie bis
hinunter zur Rückfläche auf. Ein derartiges Verfahren wird in "Optical Review" Sample
Issue 1994, S. 36-38 beschrieben.
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Es folgt eine Erklärung der Ausbildung eines domäneninvertierten Bereichs im
ferromagnetischen Einkristallsubstrat mittels Protonenaustausch und Wärmebehandlung unter
Bezugnahme auf die Fig. 2(a) bis 2(c). Wie aus Fig. 2(a) ersichtlich ist der Einkristall 13 in
Pfeilrichtung 8 polarisiert. Eine Hauptfläche 13a ist eine leicht zu ätzende Fläche. Dann
wird ein bestimmtes Maskenmuster 14 auf der leicht zu ätzenden Fläche 13a
ausgebildet, während ein Spalt 16 im Maskenabschnitt ausgebildet wird. Der Maskenabschnitt
14 kann gemäß einem herkömmlichen Verfahren ausgebildet werden. Beispiele für
Materialien zur Ausbildung der Maske sind Ta, W, Ti, Au, SiO&sub2; oder Ta&sub2;O&sub5;. Um das Maskenmuster
aus einem Film eines solchen Materials zu bilden, kann Photolitographie
angewendet werden. Danach wird ein Protonen-ausgetauschter Abschnitt 15 im Spalt 16
ausgebildet, indem das Substrat 13 einer Protonenaustauschbehandlung unterzogen
wird.
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Danach wird - wie aus Fig. 2(b) ersichtlich - ein domäneninvertierter Bereich 17
ausgebildet, indem der Protonen-ausgetauschte Abschnitt 15 wärmebehandelt wird. Der
domäneninvertierte Bereich 17 wird in Pfeilrichtung A polarisiert und die schwierig zu
ätzende Fläche 17a freigelegt.
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Der Protonenaustausch erfolgt typischerweise an einer -Z Fläche 13a eines
LiTaO&sub3;-Einkristallsubstrats mit Pyrophosphorsäure bei etwa 260ºC; anschließend wird das Substrat
bei 500ºC bis 600ºC wärmebehandelt. Deshalb wird die Polarisationsrichtung
innerhalb der Protonenausgetauschten Schicht umgekehrt. Ein derartiges Verfahren ist
in Journal of Applied Physics", Nr. 73(3), S. 1390-1394, 1. Februar 1993, beschrieben.
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Als nächstes wird das Substrat 13 geätzt, wodurch das Substrat 18 aus Fig. 2(c) erhalten
wird. In diesem Substrat wird die leicht zu ätzende Fläche 13 allmählich geätzt, um die
leicht zu ätzende Fläche 19a außen freizulegen, während die schwierig zu ätzende
Fläche 17a fast nicht geätzt wird. Daher entsteht eine gerippte optische Wellenleitschicht
26 im domäneninvertierten Bereich 17A, der die schwierig zu ätzende Fläche 17a
aufweist. Die optische Wellenleitschicht 26 enthält den domäneninvertierten Bereich 17A
und den nicht-domäneninvertierten Bereich 19 unterhalb des domäneninvertierten
Bereichs 17A und ragt nach oben über die leicht zu ätzende Fläche 18a hinaus.
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Es folgt eine Erklärung der Ausbildung des domäneninvertierten Bereichs im
ferroelektrischen Einkristallsubstrat mittels Ti-Wärmeoxidation unter Bezugnahme auf die Fig. 3(a)
bis 3(c). Wie aus Fig. 3(a) ersichtlich ist der Einkristall 20 in Pfeilrichtung B polarisiert,
und die Hauptfläche 20a ist eine leicht zu ätzende Fläche. Dann wird ein bestimmtes
Muster eines Titan-Dünnfilms auf der leicht zu ätzenden Fläche 20a ausgebildet,
während ein Spalt 16 zwischen den Titan-Dünnfilmabschnitten ausgebildet wird.
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Anschließend wird der Titan-Dünnfilm in einen Titanoxid-Dünnfilm 27 mittels
Oxidation umgewandelt, indem der Titan-Dünnfilm z. B. bei etwa 500ºC wärmebehandelt
wird. Während der Wärmebehandlung wird der domäneninvertierte Bereich 21 im Spalt
16 zwischen den Dünnfilmabschnitten 27 aus Titanoxid ausgebildet, sodass die
schwierig zu ätzende Fläche 21a des domäneninvertierten Bereichs außen freigelegt wird. Eine
solche Behandlung ist in "Electronics Letters", Bd. 28, Nr. 17, 13. August 1992, S.
1594-1596, beschrieben.
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Als nächstes wird das Substrat 20 mittels Ätzen in den in Fig. 3(b) gezeigten Zustand
übergeführt. Im dargestellten Substrat wird zwar die leicht zu ätzende Fläche 20a
allmählich geätzt, doch die schwierig zu ätzende Fläche 21a wird fast nicht geätzt. Aus
diesem Grund ensteht ein Vorsprung 28 im domäneninvertierten Bereich 21A, der die
schwierig zu ätzende Fläche 21a aufweist. Der Vorsprung 28 enthält den
domäneninvertierten Bereich 21A und den nicht-domäneninvertierten Bereich 22.
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Obwohl das Ätzen in diesem Zustand abgebrochen werden kann, wird das Substrat in
dieser Ausführungsform weiter geätzt, um den in Fig. 3(c) dargestellten Vorsprung 29 zu
erhalten. Im dargestellten Substrat 20B wird die leicht zu ätzende Fläche 20a weiter
geätzt, doch die schwierig zu ätzende Fläche 21a wird fast nicht geätzt. Der
Oberflächenabschnitt 22a des nicht-domäneninvertierten Bereichs 22 wird leicht geätzt.
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Im so entstandenen Vorsprung 29 wird ein nicht-domäneninvertierter Bereich 23
unterhalb des domäneninvertierten Bereichs 21 B ausgebildet, der die schwierig zu ätzende
Fläche 21a aufweist. Zu diesem Zeitpunkt wird mit Fortdauer des Ätzens der Oberfläche
22a des nicht-domäneninvertierten Abschnitts 2 die Breite zwischen den Oberflächen
23a des nicht-domäneninvertierten Abschnitts 23 kleiner als jene des
domäneninvertierten Abschnitts 21 B. Der Vorsprung 29 enthält den fast planaren domäneninvertierten
Bereich 21 B und den nicht-domäneninvertierten gedrosselten Stützabschnitt 23, der den
domäneninvertierten Bereich 21 B stützt. Der Vorsprung 29 mit einer derartigen
Konfiguraiton kann als Lichtwellenleiter oder als Arm für einen piezoelektrischen Oszillator
verwendet werden.
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Während des Schritts zur Ausbildung des domäneninvertierten Bereichs können neben
den vorhin erwähnten Verfahren z. B. ein Titan-Eindiffusionsverfahren, ein
Li&sub2;O-Ausdiffusionsverfahren und ein SiO&sub2;-Plattierungs/Vergütungsverfahren zur Anwendung
kommen.
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Gemäß der Erfindung können zahlreiche Ausnehmungen 12 (siehe Fig. 1) in einem
bestimmten Abstand auf der Oberfläche des ferroelektrischen Einkristallsubstrats
ausgebildet werden; eine periodische domäneninvertierte Struktur entsteht durch Ausbilden
einer Epitaxialschicht 30 in jeder der Ausnehmungen 12.
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Als blaue Laserlichtquelle als optischer Pickup oder dergleichen eignet sich eine
Vorrichtung zur Erzeugung der zweiten Harmonischen vom quasi-phasenangepassten
(QPM-) Typ unter Verwendung einer periodischen domäneninvertierten Struktur eines
Lithiumniobat- oder Lithiumtantalat-Einkristalls mit Lichtwellenleitern. Solche
Vorrichtungen können in Bildplattenspeichern, für medizinische und optochemische
Verwendungszwecke und in verschiedenen optischen Messverfahren eingesetzt werden.
Experimenteller Teil
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Im Folgenden werden die Versuchsergebnisse beschrieben.
Beispiel 1
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Es wurde ein Lichtwellenleiter gemäß dem Verfahren der Fig. 1 (a) bis 1 (c) hergestellt.
Insbesondere wurden Aluminiumelektroden 4 und 5 auf einer +Z Fläche eines Substrats
1 aus Lithiumniobat-Einkristall mit optischer Qualität in einer Dicke von 0,5 mm
ausgebildet. Domäneninvertierte Bereiche und nicht-domäneninvertierte Bereiche wurden
nacheinander durch Anlegen einer Spannung von 10 kV zwischen den Elektroden
hergestellt. Die Breite des domäneninvertierten Bereichs 3 betrug etwa 5 um, und jene des
nicht-domäneninvertierten Bereichs 2, 10 betrug ebenfalls etwa 5 um. Die
domäneninvertierten Bereiche sind dünn und gerade und weisen ein Streifenmuster auf.
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Das so erhaltene Substrat wurde in einer Mischlösung von Flusssäure und Salpetersäure
(1 : 2) bei etwa 100ºC 40 Minuten lang geätzt, wodurch die in Fig. 1 (b) gezeigten
Ausnehmungen 12 entstanden. Jede Ausnehmung 12 wies eine Breite von etwa 5 um und
eine Tiefe von 3 um auf.
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Dann wurde ein Epitaxialfilm 30 in jeder der Ausnehmungen 12 durch das
Flüssigphasen-Epitaxialverfahren ausgebildet. Genauer gesagt wurde eine pseudo-ternäre
Schmelze aus LiNbO&sub3;-LiTaO&sub3;-LiVO&sub3; gebildet. Diese Schmelze wurde in eine vollkommen
gleichmäßige flüssige Phase umgewandelt, indem Rühren bei ausreichend hoher
Temperatur (1100ºC bis 1300ºC) über einen Zeitraum von zumindest 3 Stunden erfolgte.
Dann wurde nach dem Kühlen der Schmelze auf 1010ºC diese bei dieser Temperatur
zumindest 12 Stunden lang gehalten. Es traten Kerne einer festen Lösung auf, die einem
übergesättigten Anteil entsprachen, und eine feste Phase fiel an der Wandfläche des
Schmelztiegels aus. Zu diesem Zeitpunkt befand sich der Flüssigphasenanteil der
Schmelze in einem gesättigten Zustand bei 1010ºC, wobei die Schmelze sowohl
diesen Flüssigphasenanteil als auch den Festphasenanteil enthielt.
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Danach wurde die Schmelze von 1010ºC auf eine Filmbildungstemperatur abgekühlt.
Ein Film wurde in jeder Ausnehmung des Substrats 9 aus Lithiumniobat ausgebildet,
indem es mit dem Flüssigphasenanteil in Kontakt gebracht wurde. Der somit erhaltene
Epitaxialfilm 30 wies eine Zusammensetzung von Ta/(Nb + Ta) = 0,4 auf. Der
Epitaxialfilm 30 eignet sich als Lichtwellenleiter.
Beispiel 2
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Es wurden gemäß dem in Fig. 2(a) bis 2(c) veranschaulichten Verfahren gerippte
optische Wellenleitschichten ausgebildet. Genauer gesagt wurde mittels Sputtern ein
Tantalfilm in einer Dicke von 60 nm auf einer -Z Fläche 13a eines Substrats eines
Z-geschnittenen Lithiumtantalat-Einkristalls 13 mit Lichtwellenleiter aufgebracht. Dann
wurde auf dem resultierenden Substrat mittels Photolitographie ein Muster ausgebildet. Ein
bestimmtes Maskenmuster 14 wurde durch Trockenätzen des Substrats in einer
CF&sub4;-Atmosphäre ausgebildet. Das resultierende Substrat 13 wurde in Pyrophosphorsäure
eingelegt, wo Protonenaustausch 60 Minuten lang bei 260ºC stattfinden konnte. Dadurch
entstand ein Protonen-ausgetauschter Abschnitt mit einer Breite von etwa 8 um und
einer Tiefe von etwa 2 um.
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Der domäneninvertierte Bereich 17 wurde durch Wärmebehandeln des
Protonenausgetauschten Abschnitts 15 bei 550ºC gebildet.
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Dann wurde das Substrat 13 bei 100ºC 1 Stunde lang in eine Ätzlösung aus HF : HNO&sub3;
= 1 : 2 eingetaucht, wodurch ein gerippter optischer Wellenleiter 26 mit einer Breite von
etwa 8 um und einer Höhe von etwa 5 um entstand.
Beispiel 3
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Es wurden gemäß dem in den Fig. 3(a) bis 3(c) veranschaulichten Verfahren gerippte
optische Wellenleiter 29 ausgebildet. Genauer gesagt wurden etwa 3 um breite Titan-
Dünnfilmabschnitte und etwa 10 um breite Spaltabschnitte 16 abwechselnd auf einer -Z
Fläche 20a eines Substrats 20 eines Z-geschnittenen Lithiumniobat-Einkristalls mit
optischer Qualität ausgebildet. Domäninvertierte Schichtabschnitte 21 mit einer jeweiligen
Breite von etwa 10 um und nicht-domäneninvertierte Bereiche mit einer jeweiligen
Breite von etwa 3 um wurden abweschselnd durch Oxidieren der Titan-Dünnfilmabschnitte
mittels Wärmebehandlung bei etwa 500ºC ausgebildet. Die Dicke jedes
domäneninvertierten Abschnitts 21 betrug etwa 1 um.
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Nach dem Entfernen der Titanoxid-Dünnfilmabschnitte 27 aus dem Substrat 20 wurde
das Substrat 20 2 Stunden lang bei 100ºC in eine Ätzlösung aus HF : HNO&sub3; = 1 : 2
eingetaucht, wodurch gerippte optische Wellenleiter mit einer Breite von etwa 10 um und
einer Höhe von etwa 5 um entstanden, wie dies aus Fig. 3(c)ersichtlich ist.
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Wie oben erwähnt bietet die Erfindung ein neuartiges Verfahren zur Ausbildung einer
Mikrostruktur an der Oberfläche eines ferroelektrischem Einkristallsubstrats aus
Lithiumniobat, Lithiumtantalat oder dergleichen.