JPH05229899A - ニオブ酸リチウム単結晶薄膜とその製造方法 - Google Patents
ニオブ酸リチウム単結晶薄膜とその製造方法Info
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- JPH05229899A JPH05229899A JP7014392A JP7014392A JPH05229899A JP H05229899 A JPH05229899 A JP H05229899A JP 7014392 A JP7014392 A JP 7014392A JP 7014392 A JP7014392 A JP 7014392A JP H05229899 A JPH05229899 A JP H05229899A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光伝搬損失が低く、耐光損傷性が高いニオブ
酸リチウム単結晶薄膜を製造すること。 【構成】 ナトリウムとマグネシウムを含有させたニオ
ブ酸リチウム単結晶薄膜に対して酸化雰囲気にてアニー
リングを施す。雰囲気は、酸素濃度が少なくとも20%
以上、雰囲気の流量は、1000SCCM以下、雰囲気
温度は、300〜800℃、アニーリング時間は、2〜
8時間、昇温速度は20℃/分以下、降温速度は25℃
/分以下の条件が望ましい。
酸リチウム単結晶薄膜を製造すること。 【構成】 ナトリウムとマグネシウムを含有させたニオ
ブ酸リチウム単結晶薄膜に対して酸化雰囲気にてアニー
リングを施す。雰囲気は、酸素濃度が少なくとも20%
以上、雰囲気の流量は、1000SCCM以下、雰囲気
温度は、300〜800℃、アニーリング時間は、2〜
8時間、昇温速度は20℃/分以下、降温速度は25℃
/分以下の条件が望ましい。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光学的特性に優れた、ナ
トリウムとマグネシウムなどの異種元素を含有するニオ
ブ酸リチウム単結晶薄膜とその製造方法に関し、特に薄
膜の光学的特性を向上させる熱処理方法に関する。
トリウムとマグネシウムなどの異種元素を含有するニオ
ブ酸リチウム単結晶薄膜とその製造方法に関し、特に薄
膜の光学的特性を向上させる熱処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、光IC技術の発達に伴い、高い光
学特性を有する導波路を得るべく、各種光学薄膜の研究
がなされている。光学薄膜は、スパッタ法、拡散法、化
学輸送法などの方法で製造されているが、特に液相エピ
タキシャル成長法を用いて製造することが、高結晶性の
薄膜を得られることから有利とされている。なかでも、
ニオブ酸リチウムは、複屈折率差が大きい、非線形光学
定数が大きい等の理由から、SHG素子および光変調素
子等の各種光学デバイスに応用が期待されているが、光
学デバイスの要求を満たす高品質のニオブ酸リチウム薄
膜を得ることは困難である。さらに、ニオブ酸リチウム
には、レーザビームを照射する際、光損傷を生じるとい
う問題点がある。このため、作製した光導波路に、短波
長のレーザビームを入射する際には、レーザービームに
より複屈折変化が誘起され光損傷を生じ出射光スポット
の形状が経時変化を示すという現象が観察される。
学特性を有する導波路を得るべく、各種光学薄膜の研究
がなされている。光学薄膜は、スパッタ法、拡散法、化
学輸送法などの方法で製造されているが、特に液相エピ
タキシャル成長法を用いて製造することが、高結晶性の
薄膜を得られることから有利とされている。なかでも、
ニオブ酸リチウムは、複屈折率差が大きい、非線形光学
定数が大きい等の理由から、SHG素子および光変調素
子等の各種光学デバイスに応用が期待されているが、光
学デバイスの要求を満たす高品質のニオブ酸リチウム薄
膜を得ることは困難である。さらに、ニオブ酸リチウム
には、レーザビームを照射する際、光損傷を生じるとい
う問題点がある。このため、作製した光導波路に、短波
長のレーザビームを入射する際には、レーザービームに
より複屈折変化が誘起され光損傷を生じ出射光スポット
の形状が経時変化を示すという現象が観察される。
【0003】また、基板上にニオブ酸リチウムを形成す
ると、不純物の存在や散乱等により伝搬損失大きくなる
という問題が見られた。
ると、不純物の存在や散乱等により伝搬損失大きくなる
という問題が見られた。
【0004】このため、従来は光損傷を防止するために
ニオブ酸リチウムにマグネシウムを含有させる方法が、
また、伝搬損失を低減させるために、ニオブ酸リチウム
をアニーリング処理する方法がそれぞれ用いられてき
た。例えば、前者の方法としては、Y.Furukaw
a、et al.:J.Cryst.Growth、9
9(1990)、832.等に記載が見られる。
ニオブ酸リチウムにマグネシウムを含有させる方法が、
また、伝搬損失を低減させるために、ニオブ酸リチウム
をアニーリング処理する方法がそれぞれ用いられてき
た。例えば、前者の方法としては、Y.Furukaw
a、et al.:J.Cryst.Growth、9
9(1990)、832.等に記載が見られる。
【0005】また、後者としては、例えば、平成2年秋
季第51回応用物理学会学術講演会講演予稿集P926
に示されるがごとく、5mol%酸化マグネシウム(M
gO)ドープニオブ酸リチウム(LiNbO3 )基板上
に異種元素無添加のニオブ酸リチウム薄膜を液相エピタ
キシャル成長させ光導波路を作製し、オゾン雰囲気でア
ニーリングすることにより、光導波路の伝搬損失を向上
させている。この方法では、光吸収をオゾン(O3 )雰
囲気アニーリングすることにより低減させ伝搬損失を向
上させている。
季第51回応用物理学会学術講演会講演予稿集P926
に示されるがごとく、5mol%酸化マグネシウム(M
gO)ドープニオブ酸リチウム(LiNbO3 )基板上
に異種元素無添加のニオブ酸リチウム薄膜を液相エピタ
キシャル成長させ光導波路を作製し、オゾン雰囲気でア
ニーリングすることにより、光導波路の伝搬損失を向上
させている。この方法では、光吸収をオゾン(O3 )雰
囲気アニーリングすることにより低減させ伝搬損失を向
上させている。
【0006】
【発明(考案)が解決しようとする課題】本発明者ら
は、先に特開平1−242285号に示すがごとく、液
相エピタキシャル成長法を用いて、タンタル酸リチウム
単結晶基板上にナトリウムおよびマグネシウムを固溶さ
せた結晶性に優れたニオブ酸リチウム単結晶薄膜を製造
する方法を提案した。
は、先に特開平1−242285号に示すがごとく、液
相エピタキシャル成長法を用いて、タンタル酸リチウム
単結晶基板上にナトリウムおよびマグネシウムを固溶さ
せた結晶性に優れたニオブ酸リチウム単結晶薄膜を製造
する方法を提案した。
【0007】しかしながらこのニオブ酸リチウム単結晶
薄膜にはマグネシウムが既に含有されており、従来方法
のマグネシウム添加による耐光損傷性の向上を望むこと
は困難であった。さらに、このニオブ酸リチウム単結晶
薄膜をオゾン雰囲気にてアニーリングすると、ナトリウ
ムとマグネシウムが昇華し、結晶に欠陥が生じることが
分かった。このように、本発明者らの提案したニオブ酸
リチウム単結晶薄膜の光学特性を向上させる方法はなか
った。
薄膜にはマグネシウムが既に含有されており、従来方法
のマグネシウム添加による耐光損傷性の向上を望むこと
は困難であった。さらに、このニオブ酸リチウム単結晶
薄膜をオゾン雰囲気にてアニーリングすると、ナトリウ
ムとマグネシウムが昇華し、結晶に欠陥が生じることが
分かった。このように、本発明者らの提案したニオブ酸
リチウム単結晶薄膜の光学特性を向上させる方法はなか
った。
【0008】光学特性の向上とは、光学デバイスが要求
するレベルまで導波路の総合的な光学特性を向上させる
ことであり、ここでは、伝搬損失と耐光損傷性の両方の
向上のことをいう。これらのどちらかが劣ると光学デバ
イスとして応用することは困難である。本発明の課題
は、特開平1−242285号に示すニオブ酸リチウム
単結晶薄膜の伝搬損失と耐光損傷性の両方を共に向上さ
せることである。
するレベルまで導波路の総合的な光学特性を向上させる
ことであり、ここでは、伝搬損失と耐光損傷性の両方の
向上のことをいう。これらのどちらかが劣ると光学デバ
イスとして応用することは困難である。本発明の課題
は、特開平1−242285号に示すニオブ酸リチウム
単結晶薄膜の伝搬損失と耐光損傷性の両方を共に向上さ
せることである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本研究者らは、鋭意研究
した結果、タンタル酸リチウム基板上にナトリウムおよ
びマグネシウムを積極的に添加したニオブ酸リチウム単
結晶薄膜を酸素雰囲気においてアニーリングすることに
より、ナトリウムとマグネシウムの昇華を防止し、伝搬
損失と耐光損傷性を同時に向上させることに成功した。
した結果、タンタル酸リチウム基板上にナトリウムおよ
びマグネシウムを積極的に添加したニオブ酸リチウム単
結晶薄膜を酸素雰囲気においてアニーリングすることに
より、ナトリウムとマグネシウムの昇華を防止し、伝搬
損失と耐光損傷性を同時に向上させることに成功した。
【0010】本発明は、タンタル酸リチウム基板上に少
なくともナトリウムとマグネシウムを含有するニオブ酸
リチウム単結晶薄膜を形成した後、酸素雰囲気にてアニ
ーリング処理することを特徴とするニオブ酸リチウム単
結晶薄膜の製造方法とタンタル酸リチウム基板上に少な
くともナトリウム、マグネシウムおよび価数が+4以下
のバナジウムが含有されてなることを特徴とするニオブ
酸リチウム単結晶薄膜からなる。
なくともナトリウムとマグネシウムを含有するニオブ酸
リチウム単結晶薄膜を形成した後、酸素雰囲気にてアニ
ーリング処理することを特徴とするニオブ酸リチウム単
結晶薄膜の製造方法とタンタル酸リチウム基板上に少な
くともナトリウム、マグネシウムおよび価数が+4以下
のバナジウムが含有されてなることを特徴とするニオブ
酸リチウム単結晶薄膜からなる。
【0011】
【作用】このような構成が必要である理由を以下に説明
する。本発明者らは、先ず、伝搬損失が何に起因してい
るかを究明するため、伝搬損失の波長依存性を調べたと
ころ、短波長になるほど伝搬損失が大きくなるという結
果を得た。これは、短波長の光源になるほどより微小な
構造欠陥と干渉するからである。
する。本発明者らは、先ず、伝搬損失が何に起因してい
るかを究明するため、伝搬損失の波長依存性を調べたと
ころ、短波長になるほど伝搬損失が大きくなるという結
果を得た。これは、短波長の光源になるほどより微小な
構造欠陥と干渉するからである。
【0012】次に、前記の光導波路の光損傷を誘起させ
ている原因を究明するため、原料、結晶性、光吸収等の
検討をした。その結果、原因は、液相エピタキシャル成
長時に使用するフラックスより取り込まれてるVn+であ
るということが判明した。特開平1−242285号に
示すがごとくVを含有させても結晶性の良いニオブ酸リ
チウム薄膜を成長させることは可能である。しかし、S
HG素子などの光デバイス等に利用する場合には光損傷
が問題になるので積極的にVを含有させることは望まし
くない。
ている原因を究明するため、原料、結晶性、光吸収等の
検討をした。その結果、原因は、液相エピタキシャル成
長時に使用するフラックスより取り込まれてるVn+であ
るということが判明した。特開平1−242285号に
示すがごとくVを含有させても結晶性の良いニオブ酸リ
チウム薄膜を成長させることは可能である。しかし、S
HG素子などの光デバイス等に利用する場合には光損傷
が問題になるので積極的にVを含有させることは望まし
くない。
【0013】さらなる鋭意研究の結果、Vn+は、昇温時
に熱力学的には、n=2、3、4、5のいずれも存在す
るが、ニオブ酸リチウムの結晶構造であるイルメナイト
構造を保ちつつニオブあるいはリチウムの原子位置を置
換するには、イオン半径からの考察により、価数が、n
=4以下のときであることが分かった。故に、Vn+の価
数が4以下になり、結晶構造を歪めない時、Vの光損傷
に対する寄与が最も小さくなると考えられる。
に熱力学的には、n=2、3、4、5のいずれも存在す
るが、ニオブ酸リチウムの結晶構造であるイルメナイト
構造を保ちつつニオブあるいはリチウムの原子位置を置
換するには、イオン半径からの考察により、価数が、n
=4以下のときであることが分かった。故に、Vn+の価
数が4以下になり、結晶構造を歪めない時、Vの光損傷
に対する寄与が最も小さくなると考えられる。
【0014】以上の結果から、本発明者らは、ナトリウ
ムとマグネシウムを雰囲気中に昇華させないような適当
な雰囲気、雰囲気温度ならびにアニーリング時間におい
て光導波路をアニーリングすることにより、構造欠陥を
補正し、Vn+の価数を制御すれば、伝搬損失と耐光損傷
性の両方を向上させることができると考えられることに
想達した。
ムとマグネシウムを雰囲気中に昇華させないような適当
な雰囲気、雰囲気温度ならびにアニーリング時間におい
て光導波路をアニーリングすることにより、構造欠陥を
補正し、Vn+の価数を制御すれば、伝搬損失と耐光損傷
性の両方を向上させることができると考えられることに
想達した。
【0015】本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、酸
素雰囲気において、少なくともナトリウムおよびマグネ
シウムを含有したニオブ酸リチウム単結晶薄膜をアニー
リング処理すると、ナトリウムとマグネシウムを雰囲気
中に昇華させることなく、伝搬損失を減少させ耐光損傷
性を向上させることができることを見いだしたのであ
る。
素雰囲気において、少なくともナトリウムおよびマグネ
シウムを含有したニオブ酸リチウム単結晶薄膜をアニー
リング処理すると、ナトリウムとマグネシウムを雰囲気
中に昇華させることなく、伝搬損失を減少させ耐光損傷
性を向上させることができることを見いだしたのであ
る。
【0016】なお、ナトリウムおよびマグネシウムをニ
オブ酸リチウム単結晶薄膜に含有させる理由は、ニオブ
酸リチウムのa軸の格子定数を大きくし、タンタル酸リ
チウムのa軸の格子定数に格子整合させるためである。
格子整合させることにより、ニオブ酸リチウム単結晶薄
膜の結晶が向上するからである。格子整合は、ニオブ酸
リチウム単結晶薄膜のa軸の格子定数をタンタル酸リチ
ウムのa軸の格子定数の99.81〜100.07%、
より好ましくは99.92〜100.03%の間にする
ことが望ましい。また、マグネシウムは、ニオブ酸リチ
ウム薄膜を用いて光学デバイスを形成する際に問題とな
る光損傷を低減させる効果もあり、非常に重要な添加元
素である。しかし、マグネシウムのみでは、タンタル酸
リチウム基板に格子整合することは困難であるので併せ
てナトリウムも含有させてある。
オブ酸リチウム単結晶薄膜に含有させる理由は、ニオブ
酸リチウムのa軸の格子定数を大きくし、タンタル酸リ
チウムのa軸の格子定数に格子整合させるためである。
格子整合させることにより、ニオブ酸リチウム単結晶薄
膜の結晶が向上するからである。格子整合は、ニオブ酸
リチウム単結晶薄膜のa軸の格子定数をタンタル酸リチ
ウムのa軸の格子定数の99.81〜100.07%、
より好ましくは99.92〜100.03%の間にする
ことが望ましい。また、マグネシウムは、ニオブ酸リチ
ウム薄膜を用いて光学デバイスを形成する際に問題とな
る光損傷を低減させる効果もあり、非常に重要な添加元
素である。しかし、マグネシウムのみでは、タンタル酸
リチウム基板に格子整合することは困難であるので併せ
てナトリウムも含有させてある。
【0017.ナトリウ
ムとマグネシウムの含有量は、それぞれ〔ナトリウム/
(ナトリウム+ニオブ酸リチウム)〕=0.1〜14.
8モル%、より好ましくは0.3〜4.8モル%、〔マ
グネシウム/(マグネシウム+ニオブ酸リチウム)〕=
0.8〜10.8モル%、2.0〜4モル%が望まし
い。上記範囲を外れると格子整合させにくいからであ
る。 【0018】前記少なくともナトリウムおよびマグネシ
ウムを含有したニオブ酸リチウム単結晶薄膜を製造する
方法としては、液相エピタキシャル成長法が望ましく、
このときの溶融体は、主としてLi2 O、V2 O5 、N
b2 O5 、Na2 O、MgOから成り、前記Li2 O、
V2 O5 、Nb2 O5 の組成範囲はLi2 O−V2 O5
−Nb2 O5 の3成分系の三角図において、A(44.
49、46.58、8.93)、B(40.30、5
0.65、9.05)、C(39.61、45.89、
14.50)、D(43.88、43.06、13.0
6)の4組成点で囲まれる組成領域内にあり、尚かつ前
記Na2 O、MgOの組成範囲は、それぞれモル比でN
a2 O/Li2 Oが2.0/98.0〜93.5/6.
5、モル比でMgO/Nb2 O5 が0.2/99.8〜
40.0/60.0を満たす組成範囲内にあるものが望
ましい。この理由は、ニオブ酸リチウムのa軸の格子定
数を大きくし、タンタル酸リチウムのa軸の格子定数に
格子整合させることができるからである。
ムとマグネシウムの含有量は、それぞれ〔ナトリウム/
(ナトリウム+ニオブ酸リチウム)〕=0.1〜14.
8モル%、より好ましくは0.3〜4.8モル%、〔マ
グネシウム/(マグネシウム+ニオブ酸リチウム)〕=
0.8〜10.8モル%、2.0〜4モル%が望まし
い。上記範囲を外れると格子整合させにくいからであ
る。 【0018】前記少なくともナトリウムおよびマグネシ
ウムを含有したニオブ酸リチウム単結晶薄膜を製造する
方法としては、液相エピタキシャル成長法が望ましく、
このときの溶融体は、主としてLi2 O、V2 O5 、N
b2 O5 、Na2 O、MgOから成り、前記Li2 O、
V2 O5 、Nb2 O5 の組成範囲はLi2 O−V2 O5
−Nb2 O5 の3成分系の三角図において、A(44.
49、46.58、8.93)、B(40.30、5
0.65、9.05)、C(39.61、45.89、
14.50)、D(43.88、43.06、13.0
6)の4組成点で囲まれる組成領域内にあり、尚かつ前
記Na2 O、MgOの組成範囲は、それぞれモル比でN
a2 O/Li2 Oが2.0/98.0〜93.5/6.
5、モル比でMgO/Nb2 O5 が0.2/99.8〜
40.0/60.0を満たす組成範囲内にあるものが望
ましい。この理由は、ニオブ酸リチウムのa軸の格子定
数を大きくし、タンタル酸リチウムのa軸の格子定数に
格子整合させることができるからである。
【0019】前記アニーリング処理の雰囲気は、酸素濃
度が少なくとも20%以上であることが望ましい。この
理由は、酸素濃度が前記条件以下になると酸素欠陥を補
正し結晶性を向上させ伝搬損失を低減させる効果が小さ
くなるからである。
度が少なくとも20%以上であることが望ましい。この
理由は、酸素濃度が前記条件以下になると酸素欠陥を補
正し結晶性を向上させ伝搬損失を低減させる効果が小さ
くなるからである。
【0020】雰囲気の流量は、1000SCCM(25
℃、1気圧、1分間当りの体積流量をccで表示したも
の)以下であることが望ましい。この理由は、1000
SCCMより流量を大きくすると炉の均熱帯の温度分布
を乱し、安定した効果が得られないからである。
℃、1気圧、1分間当りの体積流量をccで表示したも
の)以下であることが望ましい。この理由は、1000
SCCMより流量を大きくすると炉の均熱帯の温度分布
を乱し、安定した効果が得られないからである。
【0021】雰囲気温度は、300〜800℃であるこ
とが望ましく、特に400〜600℃が好適である。こ
の理由は、300℃より低い温度でアニーリングすると
酸素欠陥を補正し結晶性を向上させ伝搬損失を低減させ
る効果が小さくなるからである。また、800℃より高
い温度でアニーリングするとリチウムの外拡散が起こ
り、結晶性を損なうからである。ニオブ酸リチウム単結
晶薄膜の組成に応じ、Vn+の価数を4以下に制御するこ
とができるよう前記の範囲内で変化させるのが望まし
い。
とが望ましく、特に400〜600℃が好適である。こ
の理由は、300℃より低い温度でアニーリングすると
酸素欠陥を補正し結晶性を向上させ伝搬損失を低減させ
る効果が小さくなるからである。また、800℃より高
い温度でアニーリングするとリチウムの外拡散が起こ
り、結晶性を損なうからである。ニオブ酸リチウム単結
晶薄膜の組成に応じ、Vn+の価数を4以下に制御するこ
とができるよう前記の範囲内で変化させるのが望まし
い。
【0022】アニーリング時間は、2〜8時間であるこ
とが望ましい。この理由は、2時間よりアニーリング時
間が短いと酸素欠陥を補正し結晶性を向上させ伝搬損失
を低減させる効果が小さくなるからである。また、8時
間よりアニーリング時間が長いとニオブ酸リチウム薄膜
の表面の結晶性を低下させるためである。ニオブ酸リチ
ウム単結晶薄膜の組成に応じ、Vn+の価数を4以下に制
御することができるよう前記の範囲内で変化させるのが
望ましい。なお、前記のアニーリング時間とは、雰囲気
温度に昇温してから、降温を始めるまでの時間をいう。
昇温速度は、20℃/分以下であることが望ましい。こ
の理由は、20℃/分より昇温速度を大きくすると、昇
温中にニオブ酸リチウム薄膜にクラックが入るからであ
る。
とが望ましい。この理由は、2時間よりアニーリング時
間が短いと酸素欠陥を補正し結晶性を向上させ伝搬損失
を低減させる効果が小さくなるからである。また、8時
間よりアニーリング時間が長いとニオブ酸リチウム薄膜
の表面の結晶性を低下させるためである。ニオブ酸リチ
ウム単結晶薄膜の組成に応じ、Vn+の価数を4以下に制
御することができるよう前記の範囲内で変化させるのが
望ましい。なお、前記のアニーリング時間とは、雰囲気
温度に昇温してから、降温を始めるまでの時間をいう。
昇温速度は、20℃/分以下であることが望ましい。こ
の理由は、20℃/分より昇温速度を大きくすると、昇
温中にニオブ酸リチウム薄膜にクラックが入るからであ
る。
【0023】降温速度は、25℃/分以下であることが
望ましい。この理由は、25℃/分より降温速度を大き
くすると、降温中にニオブ酸リチウム薄膜にクラックが
入ったり、薄膜表面に細かい多数のひび割れが入ったり
するからである。
望ましい。この理由は、25℃/分より降温速度を大き
くすると、降温中にニオブ酸リチウム薄膜にクラックが
入ったり、薄膜表面に細かい多数のひび割れが入ったり
するからである。
【0024】また、前記アニーリングは、水蒸気中で行
うことが望ましい。この理由は、ニオブ酸リチウムの構
成元素であるリチウムの昇華を防止できるからである。
水蒸気中でアニーリングする場合の条件は、雰囲気は、
前記の雰囲気に対し40〜85%の割合で水蒸気を含ま
せるのが望ましく、特に70〜80%が好適である。
うことが望ましい。この理由は、ニオブ酸リチウムの構
成元素であるリチウムの昇華を防止できるからである。
水蒸気中でアニーリングする場合の条件は、雰囲気は、
前記の雰囲気に対し40〜85%の割合で水蒸気を含ま
せるのが望ましく、特に70〜80%が好適である。
【0025】この理由は、40%以下であるとリチウム
の昇華防止の効果が得られないためであり、85%以上
であると、酸素欠陥補正効果が得られないためである。
雰囲気流量は500SCCM以下であることが望まし
い。この理由は、雰囲気流量が500SCCMより大き
いと水蒸気の絶対量が多くなり気体輸送管壁に水滴が付
着する現象が見られ、水蒸気量を制御することが困難に
なるからである。
の昇華防止の効果が得られないためであり、85%以上
であると、酸素欠陥補正効果が得られないためである。
雰囲気流量は500SCCM以下であることが望まし
い。この理由は、雰囲気流量が500SCCMより大き
いと水蒸気の絶対量が多くなり気体輸送管壁に水滴が付
着する現象が見られ、水蒸気量を制御することが困難に
なるからである。
【0026】雰囲気温度は、900〜1150℃が望ま
しい。特には1000〜1050℃が好適である。 こ
の理由は、雰囲気に水蒸気を含ませた場合リチウムの昇
華が防止できるため、より高温まで昇温することが可能
になるためである。しかしニオブ酸リチウムのキュリー
点(約1170℃)付近まで昇温すると分極反転相がで
きるので好ましくない。
しい。特には1000〜1050℃が好適である。 こ
の理由は、雰囲気に水蒸気を含ませた場合リチウムの昇
華が防止できるため、より高温まで昇温することが可能
になるためである。しかしニオブ酸リチウムのキュリー
点(約1170℃)付近まで昇温すると分極反転相がで
きるので好ましくない。
【0027】アニーリング時間は、2〜4時間が望まし
い。この理由は、雰囲気温度が高くなったため酸素の拡
散速度が大きくなり、より短時間でアニーリング処理が
できるようになるためである。
い。この理由は、雰囲気温度が高くなったため酸素の拡
散速度が大きくなり、より短時間でアニーリング処理が
できるようになるためである。
【0028】昇温速度は、20℃/分以下であることが
望ましい。この理由は、20℃/分より昇温速度を大き
くすると、昇温中にニオブ酸リチウム薄膜にクラックが
入るからである。
望ましい。この理由は、20℃/分より昇温速度を大き
くすると、昇温中にニオブ酸リチウム薄膜にクラックが
入るからである。
【0029】降温速度は、25℃/分以下であることが
望ましい。この理由は、25℃/分より降温速度を大き
くすると、降温中にニオブ酸リチウム薄膜にクラックが
入ったり、薄膜表面に細かい多数のひび割れが入ったり
するからである。ついで本発明を実施例を用いて具体的
に説明する。
望ましい。この理由は、25℃/分より降温速度を大き
くすると、降温中にニオブ酸リチウム薄膜にクラックが
入ったり、薄膜表面に細かい多数のひび割れが入ったり
するからである。ついで本発明を実施例を用いて具体的
に説明する。
【0030】
実施例1 Li2 CO3 44.3mol%、V2 O5 46.4
mol%、Nb2 O59.3mol%、Na2 CO3 を
Li2 CO3 に対して27.2mol%、MgOを前記
溶融物組成から析出可能なLiNbO3 の理論量に対し
て5mol%添加{MgO/(LiNbO3 +MgO)
×100=5mol%を満たすようにMgOを添加}し
た混合物からタンタル酸リチウム基板(a軸の格子定数
は5.1538Å)上に液相エピタキシャル成長させた
ナトリウムとマグネシウムを含有したニオブ酸リチウム
単結晶薄膜を用いて光導波路を作製した。前記の光導波
路のニオブ酸リチウム単結晶薄膜中に含有されていたナ
トリウム、マグネシウムおよびバナジウムの量は、それ
ぞれ2.5mol%、4.8mol%および0.27m
ol%であった。また薄膜の格子定数(a軸)は5.1
55Å、入射光波長1.15μmで測定した屈折率は
2.236±0.001であった。結晶性をX線ロッキ
ングカーブ法による半価幅より評価したところ27秒で
あった。光学特性を評価したところ、伝搬損失は2.4
dB/cmであり、He−Neレーザ(波長0.633
μm、2mW級)の30分間の照射により、光損傷は認
められなかった。本発明によりアニーリング処理を施し
た。条件を以下に示す。 雰囲気:酸素と空気の混合雰囲気(酸素濃度80%) 流量:100SCCM 雰囲気温度:700℃ アニーリング時間:5時間 昇温速度:20℃/分 降温速度は25℃/分 アニーリング処理後、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜中に
含有されていたナトリウム、マグネシウムおよびバナジ
ウムの量は、それぞれ2.4mol%、4.8mol%
および0.27mol%であった。また薄膜の格子定数
(a軸)は5.155Å、入射光波長1.15μmで測
定した屈折率は2.238±0.001であった。結晶
性をX線ロッキングカーブ法による半価幅より評価した
ところ22秒であった。光学特性を評価したところ、伝
搬損失は1.8dB/cmであり、He−Neレーザ
(波長0.633μm、2mW級)の30分間の照射に
より、光損傷は認められなかった。
mol%、Nb2 O59.3mol%、Na2 CO3 を
Li2 CO3 に対して27.2mol%、MgOを前記
溶融物組成から析出可能なLiNbO3 の理論量に対し
て5mol%添加{MgO/(LiNbO3 +MgO)
×100=5mol%を満たすようにMgOを添加}し
た混合物からタンタル酸リチウム基板(a軸の格子定数
は5.1538Å)上に液相エピタキシャル成長させた
ナトリウムとマグネシウムを含有したニオブ酸リチウム
単結晶薄膜を用いて光導波路を作製した。前記の光導波
路のニオブ酸リチウム単結晶薄膜中に含有されていたナ
トリウム、マグネシウムおよびバナジウムの量は、それ
ぞれ2.5mol%、4.8mol%および0.27m
ol%であった。また薄膜の格子定数(a軸)は5.1
55Å、入射光波長1.15μmで測定した屈折率は
2.236±0.001であった。結晶性をX線ロッキ
ングカーブ法による半価幅より評価したところ27秒で
あった。光学特性を評価したところ、伝搬損失は2.4
dB/cmであり、He−Neレーザ(波長0.633
μm、2mW級)の30分間の照射により、光損傷は認
められなかった。本発明によりアニーリング処理を施し
た。条件を以下に示す。 雰囲気:酸素と空気の混合雰囲気(酸素濃度80%) 流量:100SCCM 雰囲気温度:700℃ アニーリング時間:5時間 昇温速度:20℃/分 降温速度は25℃/分 アニーリング処理後、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜中に
含有されていたナトリウム、マグネシウムおよびバナジ
ウムの量は、それぞれ2.4mol%、4.8mol%
および0.27mol%であった。また薄膜の格子定数
(a軸)は5.155Å、入射光波長1.15μmで測
定した屈折率は2.238±0.001であった。結晶
性をX線ロッキングカーブ法による半価幅より評価した
ところ22秒であった。光学特性を評価したところ、伝
搬損失は1.8dB/cmであり、He−Neレーザ
(波長0.633μm、2mW級)の30分間の照射に
より、光損傷は認められなかった。
【0031】実施例2 Li2 CO3 44.3mol%、V2 O5 46.4
mol%、Nb2 O59.3mol%、Na2 CO3 を
Li2 CO3 に対して20.0mol%、MgOを前記
溶融物組成から析出可能なLiNbO3 の理論量に対し
て3mol%添加{MgO/(LiNbO3 +MgO)
×100=3mol%を満たすようにMgOを添加}し
た混合物からタンタル酸リチウム基板(a軸の格子定数
は5.1538Å)上に液相エピタキシャル成長させた
ナトリウム、マグネシウムおよびバナジウムの量は、そ
れぞれ2.4mol%、4.8mol%および0.27
mol%であった。ナトリウムとマグネシウムを含有し
たニオブ酸リチウム単結晶薄膜を用いて光導波路を作製
した。前記の光導波路のニオブ酸リチウム単結晶薄膜中
に含有されていたナトリウム、マグネシウムおよびバナ
ジウムの量は、それぞれ2.8mol%、1.4mol
%および0.4mol%であった。また薄膜の格子定数
(a軸)は5.153Å、入射光波長1.15μmで測
定した屈折率は2.238±0.001であった。結晶
性をX線ロッキングカーブ法による半価幅より評価した
ところ28秒であった。光学特性を評価したところ、伝
搬損失は1.9dB/cmであり、He−Neレーザ
(波長0.633μm、2mW級)の30分間の照射に
より、光損傷が認められた。本発明によりアニーリング
処理を施した。条件を以下に示す。 雰囲気:酸素 流量:70SCCM 雰囲気温度:750℃ アニーリング時間:7時間 昇温速度:20℃/分 降温速度は25℃/分 アニーリング処理後、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜中に
含有されていたナトリウム、マグネシウムおよびバナジ
ウムの量は、それぞれ2.7mol%、1.4mol%
および0.3mol%であった。また薄膜の格子定数
(a軸)は5.155Å、入射光波長1.15μmで測
定した屈折率は2.238±0.001であった。結晶
性をX線ロッキングカーブ法による半価幅より評価した
ところ20秒であった。光学特性を評価したところ、伝
搬損失は1.8dB/cmであり、He−Neレーザ
(波長0.633μm、2mW級)の30分間の照射に
より、光損傷は認められなかった。
mol%、Nb2 O59.3mol%、Na2 CO3 を
Li2 CO3 に対して20.0mol%、MgOを前記
溶融物組成から析出可能なLiNbO3 の理論量に対し
て3mol%添加{MgO/(LiNbO3 +MgO)
×100=3mol%を満たすようにMgOを添加}し
た混合物からタンタル酸リチウム基板(a軸の格子定数
は5.1538Å)上に液相エピタキシャル成長させた
ナトリウム、マグネシウムおよびバナジウムの量は、そ
れぞれ2.4mol%、4.8mol%および0.27
mol%であった。ナトリウムとマグネシウムを含有し
たニオブ酸リチウム単結晶薄膜を用いて光導波路を作製
した。前記の光導波路のニオブ酸リチウム単結晶薄膜中
に含有されていたナトリウム、マグネシウムおよびバナ
ジウムの量は、それぞれ2.8mol%、1.4mol
%および0.4mol%であった。また薄膜の格子定数
(a軸)は5.153Å、入射光波長1.15μmで測
定した屈折率は2.238±0.001であった。結晶
性をX線ロッキングカーブ法による半価幅より評価した
ところ28秒であった。光学特性を評価したところ、伝
搬損失は1.9dB/cmであり、He−Neレーザ
(波長0.633μm、2mW級)の30分間の照射に
より、光損傷が認められた。本発明によりアニーリング
処理を施した。条件を以下に示す。 雰囲気:酸素 流量:70SCCM 雰囲気温度:750℃ アニーリング時間:7時間 昇温速度:20℃/分 降温速度は25℃/分 アニーリング処理後、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜中に
含有されていたナトリウム、マグネシウムおよびバナジ
ウムの量は、それぞれ2.7mol%、1.4mol%
および0.3mol%であった。また薄膜の格子定数
(a軸)は5.155Å、入射光波長1.15μmで測
定した屈折率は2.238±0.001であった。結晶
性をX線ロッキングカーブ法による半価幅より評価した
ところ20秒であった。光学特性を評価したところ、伝
搬損失は1.8dB/cmであり、He−Neレーザ
(波長0.633μm、2mW級)の30分間の照射に
より、光損傷は認められなかった。
【0032】実施例3 Li2 CO3 44.3mol%、V2 O5 46.4
mol%、Nb2 O59.3mol%、Na2 CO3 を
Li2 CO3 に対して18mol%、MgOを前記溶融
物組成から析出可能なLiNbO3 の理論量に対して2
mol%添加{MgO/(LiNbO3 +MgO)×1
00=3mol%を満たすようにMgOを添加}した混
合物からタンタル酸リチウム基板(a軸の格子定数は
5.1538Å)上に液相エピタキシャル成長させたナ
トリウムとマグネシウムを含有したニオブ酸リチウム単
結晶薄膜を用いて光導波路を作製した。前記の光導波路
のニオブ酸リチウム単結晶薄膜中に含有されていたナト
リウム、マグネシウムおよびバナジウムの量は、それぞ
れ2.0mol%、0.8mol%および1.2mol
%であった。また薄膜の格子定数(a軸)は5.150
Å、入射光波長1.15μmで測定した屈折率は2.2
41±0.003であった。結晶性をX線ロッキングカ
ーブ法による半価幅より評価したところ35秒であっ
た。光学特性を評価したところ、伝搬損失は3.6dB
/cmであり、He−Neレーザ(波長0.633μ
m、2mW級)の30分間の照射により、光損傷が認め
られた。本発明によりアニーリング処理を施した。条件
を以下に示す。 雰囲気:酸素 流量:100SCCM 雰囲気温度:800℃ アニーリング時間:8時間 昇温速度:20℃/分 降温速度は25℃/分 アニーリング処理後、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜中に
含有されていたナトリウム、マグネシウムおよびバナジ
ウムの量は、それぞれ2.0mol%、0.8mol%
および1.0mol%であった。また薄膜の格子定数
(a軸)は5.150Å、入射光波長1.15μmで測
定した屈折率は2.240±0.001であった。結晶
性をX線ロッキングカーブ法による半価幅より評価した
ところ26秒であった。光学特性を評価したところ、伝
搬損失は2.3dB/cmであり、He−Neレーザ
(波長0.633μm、2mW級)の30分間の照射に
より、光損傷は認められなかった。
mol%、Nb2 O59.3mol%、Na2 CO3 を
Li2 CO3 に対して18mol%、MgOを前記溶融
物組成から析出可能なLiNbO3 の理論量に対して2
mol%添加{MgO/(LiNbO3 +MgO)×1
00=3mol%を満たすようにMgOを添加}した混
合物からタンタル酸リチウム基板(a軸の格子定数は
5.1538Å)上に液相エピタキシャル成長させたナ
トリウムとマグネシウムを含有したニオブ酸リチウム単
結晶薄膜を用いて光導波路を作製した。前記の光導波路
のニオブ酸リチウム単結晶薄膜中に含有されていたナト
リウム、マグネシウムおよびバナジウムの量は、それぞ
れ2.0mol%、0.8mol%および1.2mol
%であった。また薄膜の格子定数(a軸)は5.150
Å、入射光波長1.15μmで測定した屈折率は2.2
41±0.003であった。結晶性をX線ロッキングカ
ーブ法による半価幅より評価したところ35秒であっ
た。光学特性を評価したところ、伝搬損失は3.6dB
/cmであり、He−Neレーザ(波長0.633μ
m、2mW級)の30分間の照射により、光損傷が認め
られた。本発明によりアニーリング処理を施した。条件
を以下に示す。 雰囲気:酸素 流量:100SCCM 雰囲気温度:800℃ アニーリング時間:8時間 昇温速度:20℃/分 降温速度は25℃/分 アニーリング処理後、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜中に
含有されていたナトリウム、マグネシウムおよびバナジ
ウムの量は、それぞれ2.0mol%、0.8mol%
および1.0mol%であった。また薄膜の格子定数
(a軸)は5.150Å、入射光波長1.15μmで測
定した屈折率は2.240±0.001であった。結晶
性をX線ロッキングカーブ法による半価幅より評価した
ところ26秒であった。光学特性を評価したところ、伝
搬損失は2.3dB/cmであり、He−Neレーザ
(波長0.633μm、2mW級)の30分間の照射に
より、光損傷は認められなかった。
【0033】実施例4 Li2 CO3 44.3mol%、V2 O5 46.4
mol%、Nb2 O59.3mol%、Na2 CO3 を
Li2 CO3 に対して18mol%、MgOを前記溶融
物組成から析出可能なLiNbO3 の理論量に対して2
mol%添加{MgO/(LiNbO3 +MgO)×1
00=3mol%を満たすようにMgOを添加}した混
合物からタンタル酸リチウム基板(a軸の格子定数は
5.1538Å)上に液相エピタキシャル成長させたナ
トリウムとマグネシウムを含有したニオブ酸リチウム単
結晶薄膜を用いて光導波路を作製した。前記の光導波路
のニオブ酸リチウム単結晶薄膜中に含有されていたナト
リウム、マグネシウムおよびバナジウムの量は、それぞ
れ2.0mol%、0.8mol%および1.1mol
%であった。また薄膜の格子定数(a軸)は5.150
Å、入射光波長1.15μmで測定した屈折率は2.2
41±0.003であった。結晶性をX線ロッキングカ
ーブ法による半価幅より評価したところ35秒であっ
た。光学特性を評価したところ、伝搬損失は3.6dB
/cmであり、He−Neレーザ(波長0.633μ
m、2mW級)の30分間の照射により、光損傷が認め
られた。本発明によりアニーリング処理を施した。条件
を以下に示す。 雰囲気:酸素と水蒸気の混合雰囲気{水蒸気の体積/
(酸素の体積+水蒸気の体積)=0.8} 流量:100SCCM 雰囲気温度:1000℃ アニーリング時間:8時間 昇温速度:20℃/分 降温速度は25℃/分 アニーリング処理後、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜中に
含有されていたナトリウム、マグネシウムおよびバナジ
ウムの量は、それぞれ2.0mol%、0.8mol%
および1.0mol%であった。また薄膜の格子定数
(a軸)は5.150Å、入射光波長1.15μmで測
定した屈折率は2.240±0.001であった。結晶
性をX線ロッキングカーブ法による半価幅より評価した
ところ22秒であった。光学特性を評価したところ、伝
搬損失は1.5dB/cmであり、He−Neレーザ
(波長0.633μm、2mW級)の30分間の照射に
より、光損傷は認められなかった。
mol%、Nb2 O59.3mol%、Na2 CO3 を
Li2 CO3 に対して18mol%、MgOを前記溶融
物組成から析出可能なLiNbO3 の理論量に対して2
mol%添加{MgO/(LiNbO3 +MgO)×1
00=3mol%を満たすようにMgOを添加}した混
合物からタンタル酸リチウム基板(a軸の格子定数は
5.1538Å)上に液相エピタキシャル成長させたナ
トリウムとマグネシウムを含有したニオブ酸リチウム単
結晶薄膜を用いて光導波路を作製した。前記の光導波路
のニオブ酸リチウム単結晶薄膜中に含有されていたナト
リウム、マグネシウムおよびバナジウムの量は、それぞ
れ2.0mol%、0.8mol%および1.1mol
%であった。また薄膜の格子定数(a軸)は5.150
Å、入射光波長1.15μmで測定した屈折率は2.2
41±0.003であった。結晶性をX線ロッキングカ
ーブ法による半価幅より評価したところ35秒であっ
た。光学特性を評価したところ、伝搬損失は3.6dB
/cmであり、He−Neレーザ(波長0.633μ
m、2mW級)の30分間の照射により、光損傷が認め
られた。本発明によりアニーリング処理を施した。条件
を以下に示す。 雰囲気:酸素と水蒸気の混合雰囲気{水蒸気の体積/
(酸素の体積+水蒸気の体積)=0.8} 流量:100SCCM 雰囲気温度:1000℃ アニーリング時間:8時間 昇温速度:20℃/分 降温速度は25℃/分 アニーリング処理後、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜中に
含有されていたナトリウム、マグネシウムおよびバナジ
ウムの量は、それぞれ2.0mol%、0.8mol%
および1.0mol%であった。また薄膜の格子定数
(a軸)は5.150Å、入射光波長1.15μmで測
定した屈折率は2.240±0.001であった。結晶
性をX線ロッキングカーブ法による半価幅より評価した
ところ22秒であった。光学特性を評価したところ、伝
搬損失は1.5dB/cmであり、He−Neレーザ
(波長0.633μm、2mW級)の30分間の照射に
より、光損傷は認められなかった。
【0034】比較例1 Li2 CO3 44.3mol%、V2 O5 46.4
mol%、Nb2 O59.3mol%、Na2 CO3 を
Li2 CO3 に対して20.0mol%、MgOを前記
溶融物組成から析出可能なLiNbO3 の理論量に対し
て3mol%添加{MgO/(LiNbO3 +MgO)
×100=3mol%を満たすようにMgOを添加}し
た混合物からタンタル酸リチウム基板上に液相エピタキ
シャル成長させたナトリウムとマグネシウムを含有した
ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を用いて光導波路を作製し
た。 前記の光導波路のニオブ酸リチウム単結晶薄膜中
に含有されていたナトリウム、マグネシウムおよびバナ
ジウムの量は、それぞれ2.8mol%、1.4mol
%および1.1mol%であった。また薄膜の格子定数
(a軸)は5.153Å、入射光波長1.15μmで測
定した屈折率は2.238±0.001であった。結晶
性をX線ロッキングカーブ法による半価幅より評価した
ところ28秒であった。光学特性を評価したところ、伝
搬損失は1.9dB/cmであり、He−Neレーザ
(波長0.633μm、2mW級)の30分間の照射に
より、光損傷が認められた。オゾン雰囲気においてアニ
ーリング処理を施した。条件を以下に示す。 雰囲気:オゾン 流量:100SCCM 雰囲気温度:600℃ アニーリング時間:2時間 昇温速度:20℃/分 降温速度は25℃/分 アニーリング処理後、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜中に
含有されていたナトリウム、マグネシウムおよびバナジ
ウムの量は、それぞれ0.8mol%、0.4mol%
および0.5mol%であった。このようにオゾン雰囲
気ではナトリウム、マグネシウムの外拡散が見られ、単
結晶薄膜の組成が変化してしまった。また薄膜の格子定
数(a軸)は5.155Å、入射光波長1.15μmで
測定した屈折率は2.238±0.001であった。結
晶性をX線ロッキングカーブ法による半価幅より評価し
たところ20秒であった。光学特性を評価したところ、
伝搬損失は2.0dB/cmであり、He−Neレーザ
(波長0.633μm、2mW級)の30分間の照射に
より、光損傷が認められた。
mol%、Nb2 O59.3mol%、Na2 CO3 を
Li2 CO3 に対して20.0mol%、MgOを前記
溶融物組成から析出可能なLiNbO3 の理論量に対し
て3mol%添加{MgO/(LiNbO3 +MgO)
×100=3mol%を満たすようにMgOを添加}し
た混合物からタンタル酸リチウム基板上に液相エピタキ
シャル成長させたナトリウムとマグネシウムを含有した
ニオブ酸リチウム単結晶薄膜を用いて光導波路を作製し
た。 前記の光導波路のニオブ酸リチウム単結晶薄膜中
に含有されていたナトリウム、マグネシウムおよびバナ
ジウムの量は、それぞれ2.8mol%、1.4mol
%および1.1mol%であった。また薄膜の格子定数
(a軸)は5.153Å、入射光波長1.15μmで測
定した屈折率は2.238±0.001であった。結晶
性をX線ロッキングカーブ法による半価幅より評価した
ところ28秒であった。光学特性を評価したところ、伝
搬損失は1.9dB/cmであり、He−Neレーザ
(波長0.633μm、2mW級)の30分間の照射に
より、光損傷が認められた。オゾン雰囲気においてアニ
ーリング処理を施した。条件を以下に示す。 雰囲気:オゾン 流量:100SCCM 雰囲気温度:600℃ アニーリング時間:2時間 昇温速度:20℃/分 降温速度は25℃/分 アニーリング処理後、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜中に
含有されていたナトリウム、マグネシウムおよびバナジ
ウムの量は、それぞれ0.8mol%、0.4mol%
および0.5mol%であった。このようにオゾン雰囲
気ではナトリウム、マグネシウムの外拡散が見られ、単
結晶薄膜の組成が変化してしまった。また薄膜の格子定
数(a軸)は5.155Å、入射光波長1.15μmで
測定した屈折率は2.238±0.001であった。結
晶性をX線ロッキングカーブ法による半価幅より評価し
たところ20秒であった。光学特性を評価したところ、
伝搬損失は2.0dB/cmであり、He−Neレーザ
(波長0.633μm、2mW級)の30分間の照射に
より、光損傷が認められた。
【0035】比較例2 本比較例は、比較例1と同様であるが、雰囲気として塩
化水素を用いた。アニーリング処理後、ニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜中に含有されていたナトリウム、マグネシ
ウムおよびバナジウムの量は、それぞれ0.6mol
%、0.4mol%および0.4mol%であった。こ
のように塩化水素雰囲気ではナトリウム、マグネシウム
の外拡散が見られた。この結果薄膜の格子定数(a軸)
は5.155Å、入射光波長1.15μmで測定した屈
折率は2.238±0.001であり、結晶性をX線ロ
ッキングカーブ法による半価幅より評価したところ45
秒であった。光学特性を評価したところ、伝搬損失は1
0dB/cmであり、He−Neレーザ(波長0.63
3μm、2mW級)の30分間の照射により、光損傷が
認められ、導波路の表面の結晶性が著しく低下したこと
が明らかになった。
化水素を用いた。アニーリング処理後、ニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜中に含有されていたナトリウム、マグネシ
ウムおよびバナジウムの量は、それぞれ0.6mol
%、0.4mol%および0.4mol%であった。こ
のように塩化水素雰囲気ではナトリウム、マグネシウム
の外拡散が見られた。この結果薄膜の格子定数(a軸)
は5.155Å、入射光波長1.15μmで測定した屈
折率は2.238±0.001であり、結晶性をX線ロ
ッキングカーブ法による半価幅より評価したところ45
秒であった。光学特性を評価したところ、伝搬損失は1
0dB/cmであり、He−Neレーザ(波長0.63
3μm、2mW級)の30分間の照射により、光損傷が
認められ、導波路の表面の結晶性が著しく低下したこと
が明らかになった。
【0036】本実施例では特開平1−242285号に
示すがごとく、ニオブ酸リチウム薄膜を液相エピタキシ
ャル成長させる前に、白金るつぼ内の内容物を1100
℃程度に昇温し、溶解させ約20時間攪拌している。こ
の時、原料であるV2O5(5価)は、次式に従い4
価、3価、2価に変化する。
示すがごとく、ニオブ酸リチウム薄膜を液相エピタキシ
ャル成長させる前に、白金るつぼ内の内容物を1100
℃程度に昇温し、溶解させ約20時間攪拌している。こ
の時、原料であるV2O5(5価)は、次式に従い4
価、3価、2価に変化する。
【数1】 2V2 O5 =4VO2 + O2
【数2】 V2 O5 =V2 O3 +O2
【数3】 2V2 O5 =4VO+3O2
【0037】(数1)、(数2)、(数3)に従い、V
は価数を変化させる。各温度におけるV酸化物の標準生
成自由エネルギーと(数1)、(数2)、(数3)に自
由エネルギー変化を表1に示す。1100℃に昇温した
時の(数1)、(数2)、(数3)の自由エネルギー変
化ΔGは、それぞれ、5.184Kcal/mol、3
4.684Kcal/mol、98.324Kcal/
molである。いずれの場合も正の値であるが、値が小
さいため5価、4価、3価、2価のいずれのVも存在す
ると考えられる。
は価数を変化させる。各温度におけるV酸化物の標準生
成自由エネルギーと(数1)、(数2)、(数3)に自
由エネルギー変化を表1に示す。1100℃に昇温した
時の(数1)、(数2)、(数3)の自由エネルギー変
化ΔGは、それぞれ、5.184Kcal/mol、3
4.684Kcal/mol、98.324Kcal/
molである。いずれの場合も正の値であるが、値が小
さいため5価、4価、3価、2価のいずれのVも存在す
ると考えられる。
【0038】また、ある金属イオンが酸素を配位して多
面体をつくるには、その大きさすなわち、イオン半径が
適当であることがまず第一の条件である。酸素イオンの
大きさをrOとすると、金属イオンMのイオン半径rM
によって、 rM/rO >1.00のとき 12配位 1.00> rM/rO >0.732のとき 8配位 0.732> rM/rO >0.414のとき 6配位 0.414> rM/rO >0.225のとき 4配位 という条件がある。このときの配位の仕方の違いによ
り、岩塩型構造、ペロブスカイト型構造、イルメナイト
型構造等をとり得る。
面体をつくるには、その大きさすなわち、イオン半径が
適当であることがまず第一の条件である。酸素イオンの
大きさをrOとすると、金属イオンMのイオン半径rM
によって、 rM/rO >1.00のとき 12配位 1.00> rM/rO >0.732のとき 8配位 0.732> rM/rO >0.414のとき 6配位 0.414> rM/rO >0.225のとき 4配位 という条件がある。このときの配位の仕方の違いによ
り、岩塩型構造、ペロブスカイト型構造、イルメナイト
型構造等をとり得る。
【0039】さて、ABO3 という一般式を有するイル
メナイト型構造では、Aイオン、Bイオンともに6配位
条件を満たすという条件が生成の条件となる。実際に、
イオン半径比rM/rOを計算した結果を以下に示す。 Li+ /O2- =0.519 Nb5+ /O2- =0.511 V3+ /O2- =0.481 V4+ /O2- =0.452 V5+ /O2- =0.296
メナイト型構造では、Aイオン、Bイオンともに6配位
条件を満たすという条件が生成の条件となる。実際に、
イオン半径比rM/rOを計算した結果を以下に示す。 Li+ /O2- =0.519 Nb5+ /O2- =0.511 V3+ /O2- =0.481 V4+ /O2- =0.452 V5+ /O2- =0.296
【0040】Li+ とNb5+は、当然、6配位条件を満
たす。Vイオンは3価と4価は、6配位の条件を満たす
ことができるが、5価は、満たすことができない。2価
に関してはイオン半径のデータが存在しないため計算す
ることが不可能であったが、前記の計算結果から推測す
ると6配位の条件を満たす可能性が高い。これらの計算
結果より、イルメナイト型構造を保ちながら、Nb5+だ
けをV5+に置換することができない。イルメナイト型構
造の格子を歪めることなしにVイオンが固溶できる方法
は、Li+ とNb5+の両方をV3+で置換するかあるいは
V2+とV3+で置換する方法である。前記の熱力学的考察
とイオン半径からの考察により、酸素雰囲気でアニーリ
ングを行うことにより、結晶格子を歪めないようにVn+
の価数を制御することができることが分かる。
たす。Vイオンは3価と4価は、6配位の条件を満たす
ことができるが、5価は、満たすことができない。2価
に関してはイオン半径のデータが存在しないため計算す
ることが不可能であったが、前記の計算結果から推測す
ると6配位の条件を満たす可能性が高い。これらの計算
結果より、イルメナイト型構造を保ちながら、Nb5+だ
けをV5+に置換することができない。イルメナイト型構
造の格子を歪めることなしにVイオンが固溶できる方法
は、Li+ とNb5+の両方をV3+で置換するかあるいは
V2+とV3+で置換する方法である。前記の熱力学的考察
とイオン半径からの考察により、酸素雰囲気でアニーリ
ングを行うことにより、結晶格子を歪めないようにVn+
の価数を制御することができることが分かる。
【0041】本発明によると、前記したアニーリング条
件内であれば、ナトリウムとマグネシウムを含有させた
ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の耐光損傷性の向上が認め
られるため、単結晶薄膜内のVn+の価数が4以下に制御
されていると考えられる。
件内であれば、ナトリウムとマグネシウムを含有させた
ニオブ酸リチウム単結晶薄膜の耐光損傷性の向上が認め
られるため、単結晶薄膜内のVn+の価数が4以下に制御
されていると考えられる。
【0042】ナトリウムとマグネシウムを含有させたニ
オブ酸リチウム単結晶薄膜に対し、オゾン雰囲気でのア
ニーリングを行ったところ、ニオブ酸リチウム単結晶薄
膜内に存在するナトリウム濃度とマグネシウム濃度が著
しく減少した。これは、オゾンから生成される活性な酸
素ラジカルが表面の活性点に吸着し、ナトリウムとマグ
ネシムの脱離平衡定数を増大させ雰囲気中に拡散させた
ため(不均一触媒反応)であると考えられる。リチウム
とニオブに関しても同様な機構により昇華が起きるが、
ナトリウムとマグネシムに比較し、その絶対量が非常に
大きいため問題にならない。このようにナトリウムとマ
グネシウムを含有させたニオブ酸リチウム単結晶薄膜の
光学特性を向上させるために、オゾン雰囲気でのアニー
リングを適用することは不可能である。
オブ酸リチウム単結晶薄膜に対し、オゾン雰囲気でのア
ニーリングを行ったところ、ニオブ酸リチウム単結晶薄
膜内に存在するナトリウム濃度とマグネシウム濃度が著
しく減少した。これは、オゾンから生成される活性な酸
素ラジカルが表面の活性点に吸着し、ナトリウムとマグ
ネシムの脱離平衡定数を増大させ雰囲気中に拡散させた
ため(不均一触媒反応)であると考えられる。リチウム
とニオブに関しても同様な機構により昇華が起きるが、
ナトリウムとマグネシムに比較し、その絶対量が非常に
大きいため問題にならない。このようにナトリウムとマ
グネシウムを含有させたニオブ酸リチウム単結晶薄膜の
光学特性を向上させるために、オゾン雰囲気でのアニー
リングを適用することは不可能である。
【0043】従って、光学的特性に優れたニオブ酸リチ
ウム単結晶薄膜を得るためには、本発明の構成による酸
素雰囲気下でのアニーリングは、オゾン雰囲気でのそれ
より有効である。
ウム単結晶薄膜を得るためには、本発明の構成による酸
素雰囲気下でのアニーリングは、オゾン雰囲気でのそれ
より有効である。
【0044】
【発明の効果】本発明によれば、ナトリウムとマグネシ
ウムを含有するニオブ酸リチウム単結晶薄膜の結晶性が
向上するため伝搬損失が低減する。また、本発明は、ナ
トリウムとマグネシウムの効果を低減させることもな
い。さらに、光損傷を誘起させていると考えられる Vn+
の価数を最も光損傷に寄与しない価数に制御することが
できるためアニーリング処理前よりさらに耐光損傷性を
向上させることができるため、光学的特性に優れたニオ
ブ酸リチウム単結晶光導波路が得られる。
ウムを含有するニオブ酸リチウム単結晶薄膜の結晶性が
向上するため伝搬損失が低減する。また、本発明は、ナ
トリウムとマグネシウムの効果を低減させることもな
い。さらに、光損傷を誘起させていると考えられる Vn+
の価数を最も光損傷に寄与しない価数に制御することが
できるためアニーリング処理前よりさらに耐光損傷性を
向上させることができるため、光学的特性に優れたニオ
ブ酸リチウム単結晶光導波路が得られる。
【図1】 Li2 O−V2 O5 −Nb2 O5 の3成分系
の三角図
の三角図
図中A、B、C、Dは(Li2 O、V2 O5 、Nb2 O
5 )の組成点 A(44.49、46.58、8.93) B(40.30、50.65、9.05) C(39.61、45.89、14.50) D(43.88、43.06、13.06)
5 )の組成点 A(44.49、46.58、8.93) B(40.30、50.65、9.05) C(39.61、45.89、14.50) D(43.88、43.06、13.06)
【表1】
【表2】
Claims (9)
- 【請求項1】 タンタル酸リチウム基板上に形成されて
なり、少なくともナトリウム、マグネシウムおよび価数
が+4以下のバナジウムが含有されてなることを特徴と
するニオブ酸リチウム単結晶薄膜。 - 【請求項2】 前記タンタル酸リチウム基板とニオブ酸
リチウム単結晶薄膜が格子整合されてなる請求項1に記
載のニオブ酸リチウム単結晶薄膜。 - 【請求項3】 タンタル酸リチウム基板上にナトリウ
ム、マグネシウムおよびバナジウムより選ばれる少なく
とも一種類の元素を含有するニオブ酸リチウム単結晶薄
膜を形成した後、酸素雰囲気にてアニーリング処理する
ことを特徴とするニオブ酸リチウム単結晶薄膜の製造方
法。 - 【請求項4】 前記タンタル酸リチウム基板上にナトリ
ウム、マグネシウムおよびバナジウムより選ばれる少な
くとも一種類の元素を含有するニオブ酸リチウム単結晶
薄膜を形成する方法は、主としてLi2 O、V2 O5 、
Nb2 O5 、Na2 O、MgOから成り、前記Li
2 O、V2 O5 、Nb2 O5 の組成範囲はLi2 O−V
2 O5 −Nb2 O5 の3成分系の三角図において、A
(44.49、46.58、8.93)、B(40.3
0、50.65、9.05)、C(39.61、45.
89、14.50)、D(43.88、43.06、1
3.06)の4組成点で囲まれる組成領域内にあり、尚
かつ前記Na2 O、MgOの組成範囲は、それぞれモル
比でNa2 O/Li2 Oが2.0/98.0〜93.5
/6.5、モル比でMgO/Nb2 O5 が0.2/9
9.8〜40.0/60.0を満たす組成範囲内にある
溶融体にタンタル酸リチウム基板を接触させるものであ
る請求項3に記載のニオブ酸リチウム単結晶薄膜の製造
方法。 - 【請求項5】 前記酸素雰囲気は、酸素濃度が少なくと
も20%以上の雰囲気である請求項3に記載のニオブ酸
リチウム単結晶薄膜の製造方法。 - 【請求項6】 前記アニーリング処理は、酸素流量が1
000SCCM以下、雰囲気温度が300〜800℃の
酸素雰囲気下で、2〜8時間、20℃/分以下の昇温速
度、25℃/分以下の降温速度の条件で行なう請求項3
に記載のニオブ酸リチウム単結晶薄膜の製造方法。 - 【請求項7】 前記アニーリング処理は、水蒸気を含ま
せた酸素雰囲気で行う請求項3に記載のニオブ酸リチウ
ム単結晶薄膜の製造方法。 - 【請求項8】 前記アニーリング処理は、酸素濃度が少
なくとも20%以上で、40〜85%の割合で水蒸気を
含む雰囲気で行う請求項3に記載のニオブ酸リチウム単
結晶薄膜の製造方法。 - 【請求項9】 前記アニーリング処理は、酸素流量が5
00SCCM以下、雰囲気温度が1000〜1050℃
の酸素雰囲気下で、2〜4時間、20℃/分以下の昇温
速度、25℃/分以下の降温速度の条件で行なう請求項
3に記載のニオブ酸リチウム単結晶薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7014392A JPH05229899A (ja) | 1992-02-19 | 1992-02-19 | ニオブ酸リチウム単結晶薄膜とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7014392A JPH05229899A (ja) | 1992-02-19 | 1992-02-19 | ニオブ酸リチウム単結晶薄膜とその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05229899A true JPH05229899A (ja) | 1993-09-07 |
Family
ID=13423059
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7014392A Pending JPH05229899A (ja) | 1992-02-19 | 1992-02-19 | ニオブ酸リチウム単結晶薄膜とその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05229899A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0826730A (ja) * | 1994-07-12 | 1996-01-30 | Nippon Mektron Ltd | ニオブ酸リチウム基板の製造方法 |
CN114262934A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-04-01 | 哈尔滨工业大学(深圳) | 一种铌酸镁单晶纳米片及其制备方法和应用 |
-
1992
- 1992-02-19 JP JP7014392A patent/JPH05229899A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0826730A (ja) * | 1994-07-12 | 1996-01-30 | Nippon Mektron Ltd | ニオブ酸リチウム基板の製造方法 |
CN114262934A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-04-01 | 哈尔滨工业大学(深圳) | 一种铌酸镁单晶纳米片及其制备方法和应用 |
CN114262934B (zh) * | 2021-12-23 | 2022-10-04 | 哈尔滨工业大学(深圳) | 一种铌酸镁单晶纳米片及其制备方法和应用 |
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