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JP3188541B2 - Method for producing single crystal thin film by liquid phase epitaxy - Google Patents

Method for producing single crystal thin film by liquid phase epitaxy

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JP3188541B2
JP3188541B2 JP35474792A JP35474792A JP3188541B2 JP 3188541 B2 JP3188541 B2 JP 3188541B2 JP 35474792 A JP35474792 A JP 35474792A JP 35474792 A JP35474792 A JP 35474792A JP 3188541 B2 JP3188541 B2 JP 3188541B2
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thin film
single crystal
melt
crystal thin
liquid phase
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昌宏 辻
哲史 大野
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Ibiden Co Ltd
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Ibiden Co Ltd
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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、液相エピタキシー(液
相エピタキシャル成長)による単結晶薄膜の製造方法に
関し、特にはマクロ欠陥のない単結晶薄膜を得るための
液相エピタキシーによる単結晶薄膜の製造方法について
の提案である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a single crystal thin film by liquid phase epitaxy (liquid phase epitaxial growth), and more particularly to the production of a single crystal thin film by liquid phase epitaxy to obtain a single crystal thin film free from macro defects. Here is a suggestion on how to do it.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光IC技術の発達に伴い、より高
い光学特性を有する導波路を形成するために供する、各
種光学薄膜の研究が盛んである。この光学薄膜は、スパ
ッタ法、熱拡散法、CVD法、イオン交換法あるいはエ
ピタキシャル成長法などの方法で製造されているが、特
に液相エピタキシーの場合、高い結晶性を有する薄膜が
得られやすいことから有利な方法とされている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the development of optical IC technology, various optical thin films provided for forming a waveguide having higher optical characteristics have been actively studied. This optical thin film is manufactured by a method such as a sputtering method, a thermal diffusion method, a CVD method, an ion exchange method, or an epitaxial growth method. Particularly, in the case of liquid phase epitaxy, a thin film having high crystallinity is easily obtained. This is an advantageous method.

【0003】この液相エピタキシーは、薄膜として析出
させたい成分をフラックスの中に溶融させ、このフラッ
クスを過冷却状態として同系の結晶構造をもつ基板と接
触させて、光学薄膜を析出成長させる方法である。
[0003] The liquid phase epitaxy is a method in which a component to be deposited as a thin film is melted in a flux, and this flux is brought into a supercooled state and brought into contact with a substrate having a similar crystal structure to deposit and grow an optical thin film. is there.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところが、この液相エ
ピタキシ−による単結晶薄膜の育成技術の場合、たとえ
乾燥した原料を使う場合であっても、その原料中に含ま
れていた微量の結晶水が分解し、エピタキシャル成長薄
膜の表面にピンホール状のマクロ欠陥を発生するという
問題があった。すなわち、ニオブ酸リチウム単結晶薄膜
を形成する場合、原料として用いるLi2CO3,Nb2O5 ある
いはV2O5中に含まれる水分(主として結晶水)が熱分解
することによりガスを発生し、このガスが単結晶育成時
に薄膜表面に付着し、図1に示すように、ピンホール状
のマクロ欠陥となるのである。もちろん、薄膜中に発生
したこのようなマクロ欠陥の存在は、光学素子としての
利用ができないことを意味しており、それ故に製造の歩
留まりが著しく低下するという弊害となっていた。本発
明は、このようなマクロ欠陥を発生させることのない単
結晶薄膜の育成技術を提案することを目的とする。
However, in the case of this technique for growing a single crystal thin film by liquid phase epitaxy, even if a dry raw material is used, a small amount of crystallization water contained in the raw material is used. Is decomposed and pinhole-shaped macro defects are generated on the surface of the epitaxially grown thin film. That is, when a lithium niobate single crystal thin film is formed, gas (e.g., water of crystallization) contained in Li 2 CO 3 , Nb 2 O 5, or V 2 O 5 used as a raw material is thermally decomposed to generate gas. This gas adheres to the surface of the thin film during the growth of a single crystal, resulting in pinhole-shaped macro defects as shown in FIG. Needless to say, the presence of such macro defects generated in the thin film means that the film cannot be used as an optical element, and therefore, the production yield is significantly reduced. An object of the present invention is to propose a technique for growing a single crystal thin film that does not cause such macro defects.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】発明者らは、単結晶薄膜
を製造するために、単結晶薄膜形成用材料(以下、単に
「原料」という)を混合し、その後、この混合原料を加
熱溶融する実験を行うなかで、原料として用いるLi2C
O3,Nb2O5 ,V2O5 等が以外にも、互いに反応すると時間
の経過とともに水和物を形成し、それが分解することに
よりガスを発生し、このガスが薄膜中に取り込まれるこ
とにより、ピンホール欠陥, すなわち、薄膜表面のマク
ロ欠陥になることを見いだした。この知見は、我々に上
記技術的課題の解決方法を示唆した。即ち、水和物の形
成を阻止すれば足りるのであるから、原料中の、特に溶
融体組成比率の高い原料、つまりLi2CO3,Nb2O5 ,V2O5
を、その混合の前に、それぞれを予め空気雰囲気中で加
熱して假焼し、これらの原料中に含まれる付着水ならび
に水和水(結晶水)を除去する方法が有効であるとの結
論に達し、本発明を完成した。
Means for Solving the Problems In order to produce a single crystal thin film, the inventors mix single crystal thin film forming materials (hereinafter simply referred to as "raw materials"), and then heat and melt the mixed raw materials. Li 2 C used as a raw material
In addition to O 3 , Nb 2 O 5 , V 2 O 5, etc., when they react with each other, they form hydrates with the passage of time and decompose to generate gas, which is taken into the thin film It has been found that these defects result in pinhole defects, that is, macro defects on the surface of the thin film. This finding suggested a solution to the above technical problem. In other words, it is sufficient to prevent the formation of hydrates, so that the raw materials having a particularly high melt composition ratio, ie, Li 2 CO 3 , Nb 2 O 5 , V 2 O 5
It is concluded that prior to mixing, it is effective to preheat and calcine each in an air atmosphere to remove adhering water and water of hydration (crystal water) contained in these raw materials. And completed the present invention.

【0006】すなわち、本発明は、単結晶薄膜形成用材
料を混合したのち加熱溶融して溶融体とし、その後この
溶融体に単結晶基板を接触させることによって単結晶薄
膜を育成する単結晶薄膜の製造方法において、上記各材
料の混合前に、これらの材料をそれぞれ個別に加熱する
ことにより予め假焼することを特徴とする液相エピタキ
シーによる単結晶薄膜の製造方法である。
That is, the present invention relates to a method of growing a single-crystal thin film by mixing a material for forming a single-crystal thin film, heating and melting the material, and then bringing the single-crystal substrate into contact with the melt. In the production method, a single-crystal thin film is produced by liquid phase epitaxy, wherein each of the materials is individually heated before being mixed before the respective materials are mixed.

【0007】なお、本発明においては、前記假焼を、各
材料中に含まれる結晶水の熱分解温度以上の温度と各材
料の融点未満の温度との範囲内で行うことが好ましく、
また、加熱假焼の時間は1〜100 時間が望ましく、より
好ましい假焼の時間は5〜24時間である。また、本発明
においては、単結晶薄膜形成用材料(原料)が、主とし
てリチウムの酸化物およびその炭酸化合物、ニオブの酸
化物、バナジウムの酸化物よりなることを特徴とする。
In the present invention, the calcining is preferably carried out at a temperature not lower than the thermal decomposition temperature of the crystallization water contained in each material and below the melting point of each material.
The heating time is preferably 1 to 100 hours, more preferably 5 to 24 hours. Further, the present invention is characterized in that the material (raw material) for forming a single crystal thin film mainly comprises an oxide of lithium and a carbonate compound thereof, an oxide of niobium, and an oxide of vanadium.

【0008】[0008]

【作用】本発明方法によって製造する単結晶薄膜は、ニ
オブ酸リチウムの単結晶薄膜であって、これを液相エピ
タキシー法によって製造するが、その原料としては、Li
2CO3(このLi2CO3はLi2Oであっても同様である), Nb
2O5,V2O5等が溶融体組成比率が高く、好適に用いられ
る。一般に、これらの原料は、たとえば保管中において
も時間の経過とともに空気中の水分を吸収し、疑似水和
物を形成しやすい物質である。そして、一旦、結晶水を
含むに至ったこれらの粉末原料は、水の気化温度である
100 ℃で加熱しても、付着水の除去はできても該水和水
(結晶水)の除去は困難である。
The single crystal thin film produced by the method of the present invention is a single crystal thin film of lithium niobate, which is produced by a liquid phase epitaxy method.
2 CO 3 (this is the same even if this Li 2 CO 3 is Li 2 O), Nb
2 O 5 , V 2 O 5, etc. have a high melt composition ratio and are preferably used. In general, these raw materials are substances that absorb moisture in the air with the passage of time even during storage, for example, and are liable to form pseudohydrates. And, once these powder raw materials have reached the water of crystallization, they are at the vaporization temperature of water.
Even when heating at 100 ° C., it is difficult to remove the water of hydration (water of crystallization) even if the attached water can be removed.

【0009】さらに、Li2CO3あるいは Li2O とV2O5はそ
れぞれ、300 ℃近辺から反応してバナジン酸リチウムと
なり、固化を開始するため、予め粉末原料の水分を除去
しておかないとバナジン酸リチウム中に結晶水が取り込
まれる。このバナジン酸リチウムは、水に易溶であり、
結晶水を取り込み易い性質がある。このような理由によ
り、これらの原料を使用する時は、これらを混合する前
に、すなわち本焼成の前に予め粉末原料の結晶水を除去
できる温度(≧380 ℃, いずれの原料についても同じ)
に加熱して、ガスの生成を阻止することが必要である。
本発明において、原料粉の上記加熱假焼は、図2ならび
に表1に示すような条件で行うことが好ましい。
Further, Li 2 CO 3 or Li 2 O and V 2 O 5 each react at around 300 ° C. to form lithium vanadate and start solidification, so that water of the powder raw material is not removed in advance. Then, water of crystallization is taken into lithium vanadate. This lithium vanadate is easily soluble in water,
It has the property of easily taking in water of crystallization. For these reasons, when using these raw materials, before mixing them, that is, before the main calcination, the temperature at which the crystallization water of the powder raw material can be removed in advance (≧ 380 ° C., the same applies to all raw materials)
To prevent gas formation.
In the present invention, it is preferable that the heating and burning of the raw material powder be performed under the conditions shown in FIG. 2 and Table 1.

【0010】[0010]

【表1】 [Table 1]

【0011】以上説明したような假焼方法に従うとき、
粉末原料の結晶水を確実に除去することができ、従っ
て、液相エピタキシーによる育成時にガスの発生を確実
に抑制でき、該ガスが薄膜表面に付着することにより発
生するピンホール状のマクロ欠陥のない単結晶薄膜を得
ることが可能となる。そして、これにより上述した従来
技術の課題である歩留り低下を効果的に解消することが
できる。
[0011] In accordance with the holiday making method described above,
The water of crystallization of the powder raw material can be reliably removed, so that the generation of gas during the growth by liquid phase epitaxy can be suppressed reliably, and the pinhole-shaped macrodefects generated by the gas adhering to the thin film surface can be reduced. It is possible to obtain a single crystal thin film without any. As a result, the reduction in yield, which is a problem of the related art, can be effectively solved.

【0012】なお、本発明方法において、上記假焼の温
度は、結晶水の熱分解温度以上〜原料の融点未満の温度
範囲内であることが望ましい。いわゆる、結晶水の熱分
解温度未満では、結晶水の熱分解による除去ができず、
一方、原料の融点を超える温度では、原料が溶融してし
まい、ガスが抜けにくくなるからである。
In the method of the present invention, the calcining temperature is desirably in a temperature range from the thermal decomposition temperature of the crystallization water to the melting point of the raw material. If the temperature is lower than the so-called thermal decomposition temperature of water of crystallization, the water of crystallization cannot be removed by thermal decomposition,
On the other hand, at a temperature higher than the melting point of the raw material, the raw material is melted and gas is difficult to escape.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明する。実施例および比較例の条件および結果は、あと
で表2としてまとめて記載する。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. The conditions and results of the examples and comparative examples are collectively described later in Table 2.

【0014】[0014]

【実施例1】この実施例では、ニオブ酸リチウム単結晶
を液相エピタキシャル成長法によって育成する場合につ
いて述べる。 (1) 下記の原料を白金るつぼに充填する前に、まず、Li
2CO3: 100gを450 ℃で2時間,Nb2O5 :100gを 600℃
で2時間,V2O5:260gを 450℃で5時間加熱して假焼し
た。 (2) その假焼ずみのLi2CO3:42.2モル%、同Nb2O5 :5.
8 モル%、 同V2O5:52.0モル%、さらに、同Na2CO3
溶融体組成から析出可能なLiNbO3の理論量に対して57.4
モル%、同MgO を溶融体組成から析出可能なLiNbO3の理
論量に対して5モル%、となるように調製した混合物を
白金るつぼに入れ、電気炉内で加熱し、バナジン酸リチ
ウム−ニオブ酸リチウム系の溶融体を作製した。この溶
融体を液相エピタキシャル装置中で溶融体組成が均一に
なるまでプロペラを用い撹拌保持した。 (3) 一方、2インチφ、厚さ1mmtのタンタル酸リチウ
ム単結晶を、それの(0001)面を光学研磨し、その
後、この結晶を基板ホルダーにその研磨面を下向きにし
て取り付けた。 (4) 前記溶融体を1時間当りに60℃の冷却速度で 930℃
まで徐冷した後、この溶融体中に前記基板を20 rpmで回
転させながら8分間浸漬した。ニオブ酸リチウム単結晶
薄膜の成長速度は、1μm/分とした。 (5) 次いで、前記基板材料を溶融体から引き上げ、この
溶融体上で回転数1000 rpmで3分間回転保持することに
よって溶融体を振り切り、その後、1℃/分の速度で室
温まで徐冷することにより、基板材料上に約8μmのニ
オブ酸リチウム単結晶薄膜を形成した。 (6) 得られたニオブ酸リチウム単結晶の薄膜を観察した
ところ、図3に示すように薄膜表面にはピンホール状の
マクロ欠陥は全く見られなかった。
Embodiment 1 In this embodiment, a case where a lithium niobate single crystal is grown by a liquid phase epitaxial growth method will be described. (1) Before filling the following materials into a platinum crucible,
2 CO 3 : 100g at 450 ° C for 2 hours, Nb 2 O 5 : 100g at 600 ° C
For 2 hours, and heated at 450 ° C. for 5 hours with V 2 O 5 : 260 g and calcined. (2) Li 2 CO 3 : 42.2 mol% of the burned Nb 2 O 5 : 5.
8 mol%, V 2 O 5 : 52.0 mol%, and 57.4 mol% of the theoretical amount of LiNbO 3 that can precipitate Na 2 CO 3 from the melt composition.
Mol%, placed 5 mol% of the MgO based on the theoretical amount of precipitation can be LiNbO 3 from the melt composition, and becomes thus prepared mixture in a platinum crucible, heated in an electric furnace, lithium vanadate - niobium A lithium oxide-based melt was prepared. This melt was stirred and held in a liquid phase epitaxy apparatus using a propeller until the melt composition became uniform. (3) On the other hand, a single crystal of lithium tantalate having a diameter of 2 inches and a thickness of 1 mmt was optically polished on its (0001) plane, and then mounted on a substrate holder with its polished surface facing down. (4) Cool the melt at 930 ° C at a cooling rate of 60 ° C per hour.
After slowly cooling the substrate, the substrate was immersed in the melt for 8 minutes while rotating at 20 rpm. The growth rate of the lithium niobate single crystal thin film was 1 μm / min. (5) Next, the substrate material is pulled out of the melt, and the melt is shaken off by rotating the melt at 1,000 rpm for 3 minutes, and then gradually cooled to room temperature at a rate of 1 ° C./min. Thereby, a lithium niobate single crystal thin film of about 8 μm was formed on the substrate material. (6) Observation of the obtained lithium niobate single crystal thin film showed no pinhole-like macro defects on the thin film surface as shown in FIG.

【0015】[0015]

【実施例2】 (1) 下記の原料を白金るつぼに充填する前にまず、Li2C
O3:100gを 600℃で2時間,Nb2O5 :100gを 900℃で2
時間,V2O5:260gを 600℃で5時間加熱して假焼した。 (2) その假焼ずみのLi2CO3:42.2モル%、同Nb2O5 :5.
8 モル%、同V2O5:52.0モル%、さらに同Na2CO3を溶融
体組成から析出可能なLiNbO3の理論量に対して57.4モル
%、同MgO を溶融体組成から析出可能なLiNbO3の理論量
に対して5モル%、となるように調製した混合物を、白
金るつぼに入れ、電気炉内で加熱し、バナジン酸リチウ
ム−ニオブ酸リチウム系の溶融体を作製した。この溶融
体を液相エピタキシャル装置中で溶融体組成が均一にな
るまでプロペラを用い撹拌保持した。 (3) 一方、2インチφ、厚さ1mmtのタンタル酸リチウ
ム単結晶を、それの(0001)面を光学研磨し、その
後、この結晶を基板ホルダーにその研磨面を下向きにし
て取り付けた。 (4) 前記溶融体を1時間当りに60℃の冷却速度で 930℃
まで徐冷した後、この溶融体中に前記基板を20rpm で回
転させながら8分間浸漬した。ニオブ酸リチウム単結晶
薄膜の成長速度は、1μm/分とした。 (5) 次いで、前記基板材料を溶融体から引き上げ、この
溶融体上で回転数1000rpm で3分間回転保持することに
よって溶融体を振り切り、その後、1℃/分の速度で室
温まで徐冷することにより、基板材料上に約8μmのニ
オブ酸リチウム単結晶薄膜を形成した。 (6) 得られたニオブ酸リチウム単結晶の薄膜を観察した
ところ、その表面にはピンホール状のマクロ欠陥は見ら
れなかった。
Example 2 (1) Before filling the following raw materials into a platinum crucible, first, Li 2 C
O 3 : 100 g at 600 ° C. for 2 hours, Nb 2 O 5 : 100 g at 900 ° C. for 2 hours
Time, V 2 O 5 : 260 g was heated at 600 ° C. for 5 hours and calcined. (2) Li 2 CO 3 : 42.2 mol% of the burned Nb 2 O 5 : 5.
8 mol%, the V 2 O 5: 52.0 mol%, 57.4 mol% more of the same Na 2 CO 3 with respect to the theoretical amount of precipitation can be LiNbO 3 from the melt composition, which can precipitate the MgO from the melt composition A mixture prepared to be 5 mol% with respect to the theoretical amount of LiNbO 3 was placed in a platinum crucible and heated in an electric furnace to produce a lithium vanadate-lithium niobate-based melt. This melt was stirred and held in a liquid phase epitaxy apparatus using a propeller until the melt composition became uniform. (3) On the other hand, a single crystal of lithium tantalate having a diameter of 2 inches and a thickness of 1 mmt was optically polished on its (0001) plane, and then mounted on a substrate holder with its polished surface facing down. (4) Cool the melt at 930 ° C at a cooling rate of 60 ° C per hour.
After slowly cooling the substrate, the substrate was immersed in the melt for 8 minutes while rotating at 20 rpm. The growth rate of the lithium niobate single crystal thin film was 1 μm / min. (5) Next, the substrate material is pulled out of the melt, and the melt is shaken off by rotating the melt at 1,000 rpm for 3 minutes, and then gradually cooled to room temperature at a rate of 1 ° C./min. As a result, a lithium niobate single crystal thin film of about 8 μm was formed on the substrate material. (6) Observation of the obtained lithium niobate single crystal thin film revealed no pinhole-like macro defects on its surface.

【0016】[0016]

【比較例1】 (1) この比較例では、Li2CO3,Nb2O5 ,V2O5等の原料を
混合する前に予め加熱するようなことはせず、市販され
ているものをそのまま用いた。 (2) Li2CO3:42.2モル%、Nb2O5 :5.8 モル%、V2O5
52.0モル%、さらにNa2CO3を溶融体組成から析出可能な
LiNbO3の理論量に対して57.4モル%、 MgOを溶融体組成
から析出可能なLiNbO3の理論量に対して5モル%となる
ように調製した混合物を白金るつぼに入れ、電気炉内で
加熱し、バナジン酸リチウム−ニオブ酸リチウム系の溶
融体を作製した。該溶融体を液相エピタキシャル装置中
で溶融体組成が均一になるまでプロペラを用い撹拌保持
した。 (3) 一方、2インチφ、厚さ1mmtのタンタル酸リチウ
ム単結晶を、それの(0001)面を光学研磨し、その
後、この結晶を基板ホルダーにその研磨面を下向きにし
て取り付けた。 (4) 前記溶融体を1時間当りに60℃の冷却速度で 930℃
まで徐冷した後、この溶融体中に前記基板を20rpm で回
転させながら8分間浸漬した。ニオブ酸リチウム単結晶
薄膜の成長速度は、1μm/分とした。 (5) 次いで、前記基板材料を溶融体から引き上げ、この
溶融体上で回転数1000rpm で3分間回転保持することに
よって溶融体を振り切り、その後、1℃/分の速度で室
温まで徐冷することにより、基板材料上に約8μmのニ
オブ酸リチウム単結晶薄膜を形成した。 (6) 得られたニオブ酸リチウム単結晶の薄膜を観察した
ところ、その薄膜表面にはピンホール状のマクロ欠陥
が、原料の乾燥を全く行わなかったため、2インチφ面
内で10〜20個も発生していた(図1参照)。
[Comparative Example 1] (1) In this comparative example, the material such as Li 2 CO 3 , Nb 2 O 5 , V 2 O 5, etc. is not heated before mixing, but is commercially available. Was used as is. (2) Li 2 CO 3 : 42.2 mol%, Nb 2 O 5 : 5.8 mol%, V 2 O 5 :
52.0 mol%, Na 2 CO 3 can be precipitated from the melt composition
57.4 mol% based on the theoretical amount of LiNbO 3, put a mixture prepared as a 5 mol% of MgO based on the theoretical amount of precipitation can be LiNbO 3 from the melt composition in a platinum crucible, heated in an electric furnace Then, a lithium vanadate-lithium niobate-based melt was produced. The melt was stirred and held using a propeller in a liquid phase epitaxial apparatus until the melt composition became uniform. (3) On the other hand, a single crystal of lithium tantalate having a diameter of 2 inches and a thickness of 1 mmt was optically polished on its (0001) plane, and then mounted on a substrate holder with its polished surface facing down. (4) Cool the melt at 930 ° C at a cooling rate of 60 ° C per hour.
After slowly cooling the substrate, the substrate was immersed in the melt for 8 minutes while rotating at 20 rpm. The growth rate of the lithium niobate single crystal thin film was 1 μm / min. (5) Next, the substrate material is pulled out of the melt, and the melt is shaken off by rotating the melt at 1,000 rpm for 3 minutes, and then gradually cooled to room temperature at a rate of 1 ° C./min. As a result, a lithium niobate single crystal thin film of about 8 μm was formed on the substrate material. (6) Observation of the obtained lithium niobate single crystal thin film revealed that pinhole-shaped macro defects were found on the surface of the thin film. (See FIG. 1).

【0017】[0017]

【比較例2】 (1) 下記の原料を白金るつぼに充填する前にまず、Li2C
O3:100gを 450℃で0.5時間,Nb2O5 :100gを 600℃で
0.5時間,V2O5:260gを 450℃で 0.5時間加熱した。 (2) Li2CO3:42.2モル%、Nb2O5 :5.8 モル%、V2O5
52.0モル%、さらにNa2CO3を溶融体組成から析出可能な
LiNbO3の理論量に対して57.4モル%、 MgOを溶融体組成
から析出可能なLiNbO3の理論量に対して5モル%となる
ように調製した混合物を白金るつぼに入れ、電気炉内で
仮焼し、バナジン酸リチウム−ニオブ酸リチウム系の溶
融体を作製した。この溶融体を液相エピタキシャル装置
中で溶融体組成が均一になるまでプロペラを用い撹拌保
持した。 (3) 一方、2インチφ、厚さ1mmtのタンタル酸リチウ
ム単結晶を、それの(0001)面を光学研磨した後、
この結晶を基板ホルダーにその研磨面を下向きにして取
り付けた。 (4) 前記溶融体を1時間当りに60℃の冷却速度で 930℃
まで徐冷した後、この溶融体中に前記基板を20rpm で回
転させながら8分間浸漬した。ニオブ酸リチウム単結晶
薄膜の成長速度は、1μm/分であった。 (5) 次いで、前記基板材料を溶融体から引き上げ、この
溶融体上で回転数1000rpm で3分間回転保持することに
よって溶融体を振り切り、その後、1℃/分の速度で室
温まで徐冷することにより、基板材料上に約8μmのニ
オブ酸リチウム単結晶薄膜を形成した。 (6) 得られたニオブ酸リチウム単結晶の薄膜を観察した
ところ、薄膜表面にはピンホール状のマクロ欠陥が、假
焼の温度ならびに時間がともに不足したことから、2イ
ンチφ面内で1〜5個も発生していた。
Comparative Example 2 (1) Before filling the following raw materials into a platinum crucible, first add Li 2 C
O 3 : 100g at 450 ℃ for 0.5 hours, Nb 2 O 5 : 100g at 600 ℃
For 0.5 hours, 260 g of V 2 O 5 was heated at 450 ° C. for 0.5 hours. (2) Li 2 CO 3: 42.2 mol%, Nb 2 O 5: 5.8 mol%, V 2 O 5:
52.0 mol%, Na 2 CO 3 can be precipitated from the melt composition
57.4 mol% based on the theoretical amount of LiNbO 3, put a mixture prepared as a 5 mol% of MgO based on the theoretical amount of precipitation can be LiNbO 3 from the melt composition in a platinum crucible, provisionally in an electric furnace Baking was performed to produce a lithium vanadate-lithium niobate-based melt. This melt was stirred and held in a liquid phase epitaxy apparatus using a propeller until the melt composition became uniform. (3) On the other hand, after a 2 inch φ, 1 mmt thick lithium tantalate single crystal is optically polished on its (0001) plane,
The crystal was mounted on a substrate holder with its polished surface facing down. (4) 930 ° C at a cooling rate of 60 ° C per hour
After slowly cooling the substrate, the substrate was immersed in the melt for 8 minutes while rotating at 20 rpm. The growth rate of the lithium niobate single crystal thin film was 1 μm / min. (5) Next, the substrate material is lifted out of the melt, and the melt is shaken off by rotating the melt at 1,000 rpm for 3 minutes, and then gradually cooled to room temperature at a rate of 1 ° C./min. As a result, a lithium niobate single crystal thin film of about 8 μm was formed on the substrate material. (6) Observation of the obtained lithium niobate single crystal thin film revealed that pinhole-shaped macrodefects were found on the surface of the thin film, and that both the temperature and time for the firing were insufficient. 55 had occurred.

【0018】[0018]

【比較例3】 (1) 原料を白金るつぼに充填する前に、Li2CO3:100gを
100℃で2時間,Nb2O5:100gを 100℃で2時間,V
2O5:260gを 100℃で5時間加熱焼成した。 (2) Li2CO3:42.2モル%、Nb2O5 :5.8 モル%、V2O5
52.0モル%、さらにNa2CO3を溶融体組成から析出可能な
LiNbO3の理論量に対して57.4モル%、 MgOを溶融体組成
から析出可能なLiNbO3の理論量に対して5モル%となる
ように調製した混合物を白金るつぼに入れ、電気炉内で
仮焼し、バナジン酸リチウム−ニオブ酸リチウム系の溶
融体を作製した。この溶融体を液相エピタキシャル装置
中で溶融体組成が均一になるまでプロペラを用い撹拌保
持した。 (3) 一方、2インチφ、厚さ1mmtのタンタル酸リチウ
ム単結晶を、それの(0001)面を光学研磨した後、
この結晶を基板ホルダーにその研磨面を下向きにして取
り付けた。 (4) 前記溶融体を1時間当りに60℃の冷却速度で 930℃
まで徐冷した後、この溶融体中に前記基板を20rpm で回
転させながら8分間浸漬した。ニオブ酸リチウム単結晶
薄膜の成長速度は、1μm/分であった。 (5) 次いで、前記基板材料を溶融体から引き上げ、この
溶融体上で回転数1000rpm で3分間回転保持することに
よって溶融体を振り切り、その後、1℃/分の速度で室
温まで徐冷することにより、基板材料上に約8μmのニ
オブ酸リチウム単結晶薄膜を形成した。 (6) 得られたニオブ酸リチウム単結晶の薄膜を観察した
ところ、薄膜表面にはピンホール状のマクロ欠陥が、原
料の乾燥温度が低かったため、2インチφ面内で10〜20
個も発生していた。
[Comparative Example 3] (1) Before filling the raw materials in a platinum crucible, 100 g of Li 2 CO 3 was added.
2 hours at 100 ° C, 100 g of Nb 2 O 5 at 100 ° C for 2 hours, V
260 g of 2 O 5 was heated and calcined at 100 ° C. for 5 hours. (2) Li 2 CO 3 : 42.2 mol%, Nb 2 O 5 : 5.8 mol%, V 2 O 5 :
52.0 mol%, Na 2 CO 3 can be precipitated from the melt composition
57.4 mol% based on the theoretical amount of LiNbO 3, put a mixture prepared as a 5 mol% of MgO based on the theoretical amount of precipitation can be LiNbO 3 from the melt composition in a platinum crucible, provisionally in an electric furnace Baking was performed to produce a lithium vanadate-lithium niobate-based melt. This melt was stirred and held in a liquid phase epitaxy apparatus using a propeller until the melt composition became uniform. (3) On the other hand, a 2 inch φ, 1 mmt thick lithium tantalate single crystal was optically polished on its (0001) plane.
This crystal was mounted on a substrate holder with its polished surface facing down. (4) Cool the melt at 930 ° C at a cooling rate of 60 ° C per hour.
After slowly cooling the substrate, the substrate was immersed in the melt for 8 minutes while rotating at 20 rpm. The growth rate of the lithium niobate single crystal thin film was 1 μm / min. (5) Next, the substrate material is pulled out of the melt, and the melt is shaken off by rotating the melt at 1,000 rpm for 3 minutes, and then gradually cooled to room temperature at a rate of 1 ° C./min. As a result, a lithium niobate single crystal thin film of about 8 μm was formed on the substrate material. (6) Observation of the obtained lithium niobate single crystal thin film revealed that pinhole-shaped macro defects were present on the surface of the thin film, and the drying temperature of the raw material was low.
Individuals had also occurred.

【0019】[0019]

【比較例4】 (1) 原料を白金るつぼに充填する前に、Li2CO3:100gを
250℃で2時間,Nb2O5:100gを 250℃で2時間,V
2O5:260gを 250℃で5時間加熱焼成した。 (2) Li2CO3:42.2モル%、Nb2O5 :5.8 モル%、V2O5
52.0モル%、さらにNa2CO3を溶融体組成から析出可能な
LiNbO3の理論量に対して57.4モル%、 MgOを溶融体組成
から析出可能なLiNbO3の理論量に対して5モル%となる
ように調製した混合物を白金るつぼに入れ、電気炉内で
仮焼し、バナジン酸リチウム−ニオブ酸リチウム系の溶
融体を作製した。この溶融体を液相エピタキシャル装置
中で溶融体組成が均一になるまでプロペラを用い撹拌保
持した。 (3) 一方、2インチφ、厚さ1mmtのタンタル酸リチウ
ム単結晶を、それの(0001)面を光学研磨した後、
この結晶を基板ホルダーにその研磨面を上向きにして取
り付けた。 (4) 前記溶融体を1時間当りに60℃の冷却速度で 930℃
まで徐冷した後、この溶融体中に前記基板を20rpm で回
転させながら8分間浸漬した。ニオブ酸リチウム単結晶
薄膜の成長速度は、1μm/分であった。 (5) 次いで、前記基板材料を溶融体から引き上げ、この
溶融体上で回転数1000rpm で3分間回転保持することに
よって溶融体を振り切り、その後、1℃/分の速度で室
温まで徐冷することにより、基板材料上に約8μmのニ
オブ酸リチウム単結晶薄膜を形成した。 (6) 得られたニオブ酸リチウム単結晶の薄膜を観察した
ところ、薄膜表面にはピンホール状のマクロ欠陥が、假
焼の温度がやや不足したことから、2インチφ面内で5
〜10個発生していた。
[Comparative Example 4] (1) Before filling the raw materials in a platinum crucible, 100 g of Li 2 CO 3 was added.
2 hours at 250 ° C, 100 g of Nb 2 O 5 at 250 ° C for 2 hours, V
2 O 5: 260 g was heated for 5 hours firing at 250 ° C.. (2) Li 2 CO 3 : 42.2 mol%, Nb 2 O 5 : 5.8 mol%, V 2 O 5 :
52.0 mol%, Na 2 CO 3 can be precipitated from the melt composition
57.4 mol% based on the theoretical amount of LiNbO 3, put a mixture prepared as a 5 mol% of MgO based on the theoretical amount of precipitation can be LiNbO 3 from the melt composition in a platinum crucible, provisionally in an electric furnace Baking was performed to produce a lithium vanadate-lithium niobate-based melt. This melt was stirred and held in a liquid phase epitaxy apparatus using a propeller until the melt composition became uniform. (3) On the other hand, a 2 inch φ, 1 mmt thick lithium tantalate single crystal was optically polished on its (0001) plane.
This crystal was mounted on a substrate holder with its polished surface facing upward. (4) Cool the melt at 930 ° C at a cooling rate of 60 ° C per hour.
After slowly cooling the substrate, the substrate was immersed in the melt for 8 minutes while rotating at 20 rpm. The growth rate of the lithium niobate single crystal thin film was 1 μm / min. (5) Next, the substrate material is pulled out of the melt, and the melt is shaken off by rotating the melt at 1,000 rpm for 3 minutes, and then gradually cooled to room temperature at a rate of 1 ° C./min. As a result, a lithium niobate single crystal thin film of about 8 μm was formed on the substrate material. (6) Observation of the obtained lithium niobate single crystal thin film revealed that pinhole-shaped macrodefects were found on the surface of the thin film, and that the temperature was slightly insufficient.
~ 10 had occurred.

【0020】[0020]

【表2】 [Table 2]

【0021】[0021]

【発明の効果】以上説明したように、ニオブ酸リチウム
単結晶薄膜の液相エピタキシーにおいて本発明によれ
ば、溶融体組成比率の高い原料、つまりLi2CO3( Li2O
),Nb2O5 ,V2O5を混合する前に予め空気雰囲気で加
熱假焼し、原料中に含まれる水和水を除去することによ
り、育成時に発生する気泡が抑制でき、該気泡が薄膜表
面に付着することにより発生するピンホール状のマクロ
欠陥のない単結晶薄膜を得ることが可能となる。これに
より歩留まりも著しく向上する。
As described above, in the liquid phase epitaxy of a lithium niobate single crystal thin film, according to the present invention, a raw material having a high melt composition ratio, that is, Li 2 CO 3 (Li 2 O
), Nb 2 O 5 , and V 2 O 5 are heated and calcined in an air atmosphere before mixing to remove hydration water contained in the raw material, so that bubbles generated during growth can be suppressed. It is possible to obtain a single-crystal thin film free of pinhole-shaped macro defects generated by adhering to the surface of the thin film. This significantly improves the yield.

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

【図1】従来の単結晶薄膜表面に見られるピンホール欠
陥を示す結晶の顕微鏡写真。
FIG. 1 is a micrograph of a crystal showing a pinhole defect found on the surface of a conventional single crystal thin film.

【図2】加熱温度とピンホール発生率との関係を示すグ
ラフ。
FIG. 2 is a graph showing a relationship between a heating temperature and a pinhole generation rate.

【図3】本発明の単結晶薄膜表面のもようを示す結晶の
顕微鏡写真。
FIG. 3 is a photomicrograph of a crystal showing the surface of a single crystal thin film of the present invention.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】複数の単結晶薄膜形成用材料を混合したの
ち加熱溶融して溶融体とし、その後この溶融体に単結晶
基板を接触させることによって単結晶薄膜を育成する単
結晶薄膜の製造方法において、上記各材料の混合前に、
これらの材料をそれぞれ個別に加熱することにより予め
假焼することを特徴とする液相エピタキシーによる単結
晶薄膜の製造方法。
1. A method for producing a single crystal thin film, comprising mixing a plurality of materials for forming a single crystal thin film, heating and melting the mixture to form a melt, and then bringing the single crystal substrate into contact with the melt to grow the single crystal thin film. In, before mixing the above materials,
A method for producing a single-crystal thin film by liquid phase epitaxy, characterized in that these materials are separately heated in advance by individually heating them.
【請求項2】前記假焼を、各材料中に含まれる結晶水の
熱分解温度以上の温度と各材料の融点未満の温度との範
囲内で行うことを特徴とする請求項1に記載の製造方
法。
2. The method according to claim 1, wherein the calcining is performed within a range of a temperature equal to or higher than a thermal decomposition temperature of crystal water contained in each material and a temperature lower than a melting point of each material. Production method.
【請求項3】前記単結晶薄膜形成用材料が、主としてリ
チウムの酸化物およびその炭酸化合物、ニオブの酸化
物、バナジウムの酸化物よりなることを特徴とする請求
項1に記載の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the material for forming a single crystal thin film mainly comprises an oxide of lithium and a carbonate compound thereof, an oxide of niobium, and an oxide of vanadium.
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