JP2003034592A - 圧電体薄膜を形成したダイヤモンド基板およびその製造方法 - Google Patents

圧電体薄膜を形成したダイヤモンド基板およびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ｃ軸配向性が良好で圧電特性の良いＬｉ（Ｎ
ｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ３（ただし、０≦ｘ≦１）薄膜を形
成したダイヤモンド基板が得られれば、表面弾性波素子
などの素子性能のさらなる向上が期待される。 【解決手段】 表面を鏡面加工し、表面がアモルファス
層で覆われており、（１１０）配向した気相合成多結晶
ダイヤモンド基材上にＬｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ
３（ただし、０≦ｘ≦１）薄膜をレーザーアブレーショ
ン法によって形成すれば、ｃ軸配向制が高く圧電特性の
よいＬｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ３（ただし、０≦ｘ≦
１）薄膜を形成したダイヤモンド基板を得ることができ
る。このような圧電体薄膜を形成したダイヤモンド基板
を用いれば、高い伝播速度を有する表面弾性波素子を提
供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波帯域で使用
可能な表面弾性波素子及び光学素子材料に用いられる圧
電体薄膜を有するダイヤモンド基板およびその製造方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】固体表面を伝播する表面弾性波（Ｓｕｒ
ｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ：以後ＳＡＷと
略記）を利用する表面弾性波素子は、小型、軽量で温度
安定性が高く、位相特性に優れるなど種々の特徴を有し
ている。近年の移動体通信や衛星通信などの分野におけ
るマルチチャンネル化・高周波化に伴い、高周波帯域で
使用可能な表面弾性波素子の開発が要請され、表面弾性
波の伝播速度の速い材料を使用する方法か、電極ピッチ
を狭くする方法が考えられた。このうち電極ピッチは、
半導体素子の製造技術に依存しており、限界がある。
【０００３】一方、表面弾性波の伝播速度の速い材料と
しては、ダイヤモンドが最も速い。そこで、特開平７−
３２１５９６号公報などにあるようにダイヤモンド上に
ＬｉＮｂＯ3層を配置した積層構造が提案されている。
この文献によれば、ダイヤモンド（１１１）面上にｃ軸
配向したＬｉＮｂＯ3がＲＦマグネトロンスパッタリン
グ法により形成されているが、ｃ軸配向性を表すσ値は
５以下（さらには４以下）とあり、ｃ軸配向性はそれほ
ど良いとは言えない。また、特開平５−７８２００号公
報には、サファイア基板上にＬｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）
Ｏ３（０≦ｘ≦１）薄膜を合成する方法が開示されてい
る。この文献では、単相のＬｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ
３（０≦ｘ≦１）薄膜が得られることが開示されている
が、形成された薄膜の品質についての開示は無い。さら
に、特開平５−３１９９９３号公報には、サファイア上
にＬｉＮｂＯ3層を形成した表面弾性波素子が提案され
ている。しかし、ＬｉＮｂＯ3層の配向性は良いが、サ
ファイアはダイヤモンドに比べて音速が３０％程度遅い
ので、伝播速度は４５００ｍ／ｓ程度とダイヤモンドを
利用した素子に比べて性能はよくない。そこで、ダイヤ
モンドの上に圧電特性の良いＬｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）
Ｏ3（０≦ｘ≦１）薄膜が形成できれば、素子性能の向
上が期待できる。
【０００４】ところで、ＬｉＮｂＯ３単結晶あるいはＬ
ｉＴａＯ３単結晶は、工業的にはチョクラルスキー法
（ＣＺ法）により、育成されている。この方法は、結晶
の固化が進むにつれて融液組成が変化しないように、一
致溶融（コングルエント）組成を選んで行われている。
一致溶融組成は、ＬｉＮｂＯ３の場合、原子％の比率で
ある原子組成比Ｌｉ／Ｎｂが０．９４２であり、化学量
論組成であるＬｉ／Ｎｂ＝１．０からＮｂ側にずれてい
る。ＬｉとＮｂの比率は、ＬｉＮｂＯ３単結晶の特性に
影響を与える。例えば、前記一致溶融組成のようにＮｂ
側にずれると、レーザー光のような強い光をＬｉＮｂＯ
３に照射すると屈折率が変化するといういわゆる光損傷
現象がみられる。そのため、ＬｉＮｂＯ３自体の光学特
性を犠牲にしてＭｇＯなどの添加により耐光損傷性を高
める必要がでてくる。
【０００５】前記Ｌｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ３（０≦
ｘ≦１）薄膜においても、ＬｉとＮｂｘＴａ１−ｘの比
率は重要であり、良好な圧電特性や電気化学特性や非線
型光学特性を引き出すためには、原子組成比Ｌｉ／Ｎｂ
ｘＴａ１−ｘ（以下単にＬｉ／ＮｂｘＴａ１−ｘ比とも
いう）の値を０．８０以上、１．１０以下に制御する必
要がある。前記レーザーアブレーション法によって、Ｌ
ｉＮｂｘＴａ１−ｘＯ ３薄膜を作製する場合は、原料タ
ーゲットのＬｉとＮｂｘＴａ１−ｘの比率からＬｉが減
少する傾向がみられる。
【０００６】このため、レーザーアブレーション法でＬ
ｉＮｂＯ３薄膜を形成する場合には、ＬｉＮｂ３Ｏ８な
どの析出を抑制して、単相のＬｉＮｂＯ３を得るため
に、原料ターゲットのＬｉ組成を過剰にすることが知ら
れている。例えば特開平５−７８２００号公報には、サ
ファイア基材上にＬｉＮｂＯ３薄膜を形成する場合、タ
ーゲットのＬｉ／Ｎｂ比を１．５以上３．５以下にする
ことが考案されている。しかし、この方法でダイヤモン
ド基材上にＬｉＮｂＯ３を形成すると、基板温度が１０
００℃以下では、薄膜のＬｉ／Ｎｂ比が１．１０以上に
なることを発見した。この時、Ｘ線回折法による測定で
は、Ｌｉ３ＮｂＯ４が見られたり、単相のＬｉＮｂＯ３
であっても、光損傷現象等の光学特性等は、Ｌｉ／Ｎｂ
が０．８０から１．１０のものとは異なっていた。
【０００７】また、Ｌｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ３は、
分極域が複数ある場合には、圧電定数の異なる領域同士
が打ち消しあい、全体で圧電特性を持たなくなるので、
ダイヤモンドの上にＬｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ３薄膜
を形成する時かあるいは形成した後に、分極処理を行う
必要がある。しかし、Ｌｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ
３は、結晶化後の分極処理が困難であることが知られて
いる。一般に、強誘電体はキュリー温度以上に加熱した
後、結晶に抗電界以上の電界をかければ分極を揃えるこ
とができる。しかし、ＬｉＮｂＯ３の場合、その抗電界
は２１ｋＶ／ｍｍである上に、キュリー温度である１２
１０℃は、ＬｉＮｂＯ３の融点である１２５０℃に近い
ため、ＬｉＮｂＯ３が溶融しないようにキュリー温度以
上に加熱して、結晶に抗電界以上の電界をかけることは
困難である。
【０００８】また、室温においては、分極反転する電界
強度となだれ電流が発生する電界強度が近いため、分極
処理中になだれ電流が発生し、結晶が破壊される危険が
ある。バルクのＬｉＮｂＯ３結晶では、該結晶の両端面
に電極を設けて、パルス状に電界をかけることによっ
て、ある程度なだれ電流が発生しても、絶縁破壊を起こ
すことなく分極処理を行う方法が考案されている。しか
し、ＬｉＮｂＯ３薄膜と絶縁体である多結晶ダイヤモン
ドとの複合基板においては、なだれ電流が発生すると電
荷がＬｉＮｂＯ３薄膜とダイヤモンドとの界面に集中
し、分極処理が効率良く行えない上、絶縁破壊が生じて
しまう。そこで、ダイヤモンド基材上にＬｉＮｂＯ３薄
膜を形成した複合基板においては、ＬｉＮｂＯ３薄膜を
形成する成膜中に分極処理も同時に行うことが望まし
い。
【０００９】さらに、形成するＬｉ（ＮｂｘＴ
ａ１−ｘ）Ｏ３薄膜のｃ軸配向性をよくすることは従来
からもなされていたが、ｃ軸配向性をよくしても形成さ
れた薄膜の圧電特性がよいとは限らない。Ｌｉ（Ｎｂｘ
Ｔａ１−ｘ）Ｏ３薄膜はｃ軸方向に沿って分極を持つ。
ｃ軸配向した該薄膜は、その領域によって分極方向の＋
／−が混在する場合がある。このような場合には、局所
的には圧電特性が発現されるが、薄膜全体でみれば、圧
電特性がないことになり、素子にした場合の特性が得ら
れないことになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記問題点
を克服するために考案されたものである。すなわち、ｃ
軸配向し、且つ圧電特性の良好なＬｉ（ＮｂｘＴａ
１−ｘ）Ｏ3（ただし、０≦ｘ≦１）薄膜を形成したダ
イヤモンド基板とその製造方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、原料ターゲッ
トにパルスレーザー光を集光して瞬間的に気化させるレ
ーザーアブレーション法により、圧電体薄膜であるＬｉ
（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ３（ただし、０≦ｘ≦１）薄膜
を（１１０）配向した多結晶ダイヤモンド基材上に形成
すれば、ｃ軸配向し、圧電特性の良好なＬｉ（ＮｂｘＴ
ａ１−ｘ）Ｏ３薄膜を形成したダイヤモンド基板を得る
ことができることを見出したものである。Ｌｉ（Ｎｂｘ
Ｔａ１−ｘ）Ｏ３薄膜を形成する多結晶ダイヤモンド
は、（１１０）配向していることが必要であり、その表
面は鏡面加工されていることが必要である。
【００１２】前記（１１０）配向した多結晶ダイヤモン
ドとは、多結晶ダイヤモンドの（２２０）面のＸ線回折
強度Ｉ（２２０）が、ダイヤモンドの他の面である（１
１１）、（３１１）、（３３１）、（４００）の各Ｘ線
回折強度Ｉ（１１１）、Ｉ（ ３１１）、Ｉ（３３１）、
Ｉ（４００）とＩ（２２０）との和（Ｉ（２２０）＋Ｉ
（１１１）＋Ｉ（３１１）＋Ｉ（３３１）＋Ｉ
（４００））の１５％以上であることである。つまり、
Ｉ（２２０）と全ピーク強度の合計との比をγ（１１０
）として、γ（１１０）＝Ｉ（２２０）／（Ｉ
（２２０）＋Ｉ（１１１）＋Ｉ（ ３１１）＋Ｉ
（３３１）＋Ｉ（４００））であり、γ（１１０）が１
５％以上である。さらに好ましくは、４０％以上であ
る。なお、配向していない場合は、前記比γ（１１０）
は１５％未満である。
【００１３】また、該多結晶ダイヤモンドの最表面は、
１ｎｍ以上５０ｎｍ以下のアモルファス層で覆われてい
る方が望ましい。このような多結晶ダイヤモンド基材上
にレーザーアブレーション法で形成されたＬｉ（Ｎｂｘ
Ｔａ１−ｘ）Ｏ３薄膜は、ｃ軸配向性がよく、圧電特性
も良好である。
【００１４】ここで、ｃ軸配向性を次のように定義す
る。Ｌｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ３薄膜のＸ線回折にお
いてみられるＬｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ３の各結晶面
の回折強度を、Ｉ（０１２）、Ｉ（１０４）、Ｉ
（１１０）、Ｉ（００６）として、ｃ軸配向性γｃ＝Ｉ
（００６）／（Ｉ（０１２）＋Ｉ（１０４）＋Ｉ
（１１０）＋Ｉ（００６））と表す。Ｌｉ（ＮｂｘＴａ
１−ｘ）Ｏ３薄膜において、優れた圧電特性を発現する
ためには、このγｃが５０％以上であり、この値は大き
いほど望ましい。
【００１５】レーザーアブレーション法において用いる
レーザーは、特に限定されるものではないが、３６０ｎ
ｍ以下の波長で、パルス幅が１μｓｅｃ以下のレーザー
を用いるのが良い。このようなレーザーとしては、Ａｒ
ＦやＦ２エキシマレーザーなどがあるが、特に、波長２
４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーが好ましい。レーザ
ー光密度は１Ｊ／ｃｍ２以上が好ましく、レーザー周波
数は１〜５０Ｈｚ程度が好ましい。また、レーザーアブ
レーション時の多結晶ダイヤモンド基材の温度は、４０
０℃以上あればよいが、１０００℃以上になれば多結晶
ダイヤモンドが変質するので１０００℃以下が好まし
い。また、雰囲気は、酸素、オゾン、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２な
どからなる酸化性雰囲気が望ましく、雰囲気圧力は０．
１〜１００Ｐａの範囲が好ましい。さらに圧電体薄膜原
料ターゲットと多結晶ダイヤモンド基材との距離は１０
〜１０００ｍｍの範囲が適している。
【００１６】さらに、形成されるＬｉ（ＮｂｘＴａ
１−ｘ）Ｏ３薄膜のＬｉとＮｂｘＴａ１ −ｘとの原子組
成比を０．８０から１．１０の範囲にするためには、多
結晶ダイヤモンド基材の温度と、圧電体薄膜原料ターゲ
ットのＬｉとＮｂｘＴａ１−ｘの原子組成比Ｌｉ／Ｎｂ
ｘＴａ１−ｘとが、これらを直交座標軸としてプロット
した図６中の点Ａ（組成比０．９、基材温度４００℃以
後同じ表示），Ｂ（０．９、１０００℃），Ｃ（２．
５、１０００℃），Ｄ（２．５、７００℃），Ｅ（１．
５、４００℃）で囲まれる範囲内であることの必要性を
見出したものである。
【００１７】さらに、結晶性、配向性の良いＬｉ（Ｎｂ
ｘＴａ１−ｘ）Ｏ３薄膜を得るためには、ダイヤモンド
基板の温度とターゲットの原子組成比Ｌｉ／Ｎｂとが、
図６中の点Ｆ（組成比１．０、基板温度４００℃）、Ｇ
（１．０、１０００℃）、Ｈ（１．５、１０００℃）、
Ｉ（１．４、４００℃）で囲まれる範囲内に制御する。
【００１８】結晶性、配向性の良いＬｉ（ＮｂｘＴａ
１−ｘ）Ｏ３薄膜とは、結晶化していないアモルファス
などの相を含まず、Ｌｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ３薄膜
の（００１）面が基板と平行になっている膜（いわゆる
ｃ軸配向）をいう。ｃ軸配向のＬｉ（ＮｂｘＴ
ａ１−ｘ）Ｏ３薄膜は、Ｘ線回折パターンにおいて、そ
の（００６）のピークについて２θが３９°である。ｃ
軸配向性が高いとは、前記γｃの値が５０％以上である
ことをいう。
【００１９】また、本発明は、レーザーアブレーション
法において、多結晶ダイヤモンド基材の周辺に一方の電
極を設置し、ダイヤモンド基材を他方の電極として、該
電極と基材との間にバイアス電圧を印加しながら成膜す
ることを特徴とする。このようにすれば、Ｌｉ（Ｎｂｘ
Ｔａ１−ｘ）Ｏ3（ただし、０≦ｘ≦１）薄膜を、分極
処理をしながら成膜することができ、圧電特性の良好な
Ｌｉ（ＮｂｘＴａ１− ｘ）Ｏ3（ただし、０≦ｘ≦１）
薄膜をダイヤモンド基材上に形成することができる。
【００２０】前記一方の電極は前記ダイヤモンド基材の
成膜面と平行に配置されていることが望ましい。このよ
うに配置すれば、成膜するＬｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ
3薄膜のｃ軸と電界の方向が平行となるので、ダイヤモ
ンド基材の面内で均一に分極しやすくなる。この一方の
電極とダイヤモンド基材との距離は、電界を大きくする
ために２０ｍｍ以下であることが望ましい。
【００２１】また、一般的には、レーザーアブレーショ
ン法において、基材の成膜面は放出される粒子の飛行方
向に垂直に配置される。しかし、本発明においては、ダ
イヤモンド基材は前記飛行方向にほぼ平行に配置しても
よい。この場合にも、前記一方の電極はダイヤモンド基
材と平行になるように配置する。このようにダイヤモン
ド基材と一方の電極を粒子の飛行方向と平行に配置すれ
ば、粒子が電極を通過しないので、この電極に起因する
不純物の混入を抑制することができる。粒子の飛行方向
はほぼターゲット表面の垂直方向であるので、ターゲッ
ト表面の垂直方向に対して、ダイヤモンド基材と一方の
電極は±１０°以内の角度範囲に配置することが望まし
い。この範囲を超えると、ダイヤモンド基材がいわゆる
影になり成膜速度が大幅に低下するか、一方の電極を通
過させない効果が小さくなる。
【００２２】前記一方の電極は、金属の線材を網状若し
くはすだれ状に張ったものであることが望ましい。この
ような形状であれば、レーザーアブレーションによって
放出された粒子は、該電極を通過することができるの
で、成膜装置内のターゲットとダイヤモンド基材の間に
該電極を配置するなど任意の場所に該電極を配置するこ
とができる。また、前記ダイヤモンド基材と電極を粒子
の飛行方向にほぼ平行に配置する場合は、金属板であっ
てもよい。
【００２３】レーザーアブレーション法はスパッタリン
グ法など他の成膜法に比べ次のような利点がある。基材
のダイヤモンドが酸素プラズマにさらされてその表面が
損傷することなくＬｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ3（ただ
し、０≦ｘ≦１）薄膜を形成することができること、不
純物の混入が少ないこと、パワー密度が高いため励起さ
れて活性なＬｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ3を成膜に利用
できること、成膜速度を自由に調整できることなどであ
る。これらレーザーアブレーション法の利点と、ダイヤ
モンド基材のダイヤモンドの配向性と表面状態ならびに
電界の効果により、配向性と圧電特性の良好なＬｉ（Ｎ
ｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ3（ただし、０≦ｘ≦１）薄膜が成
膜できるものと思われる。
【００２４】
【発明の実施の形態】発明者等は、多結晶ダイヤモンド
基材上に、圧電体薄膜であるＬｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）
Ｏ3（ただし、０≦ｘ≦１）薄膜の中でも、圧電特性の
優れた前記圧電体薄膜を形成するためには、レーザーア
ブレーション法を用い、前記ダイヤモンド基材のダイヤ
モンドを（１１０）配向させ、表面を鏡面に研磨したダ
イヤモンド基材を用いればよいことを見出した。ダイヤ
モンド基材の（１１０）配向性は、前述のγ（１１０）
で評価して、１５％以上が良い。より好ましくは、４０
％以上である。
【００２５】ダイヤモンド基材は、気相合成法によって
作製した多結晶ダイヤモンドを用いるのが経済的であ
る。ダイヤモンドの気相合成は、マイクロ波プラズマ法
や熱フィラメント法など従来から知られている方法で、
（１１０）配向する条件で行うことができる。ダイヤモ
ンドの合成条件を変えれば、（１１１）配向や（１０
０）配向のダイヤモンドを得ることができるが、それら
のダイヤモンド薄膜を用いると、（１１０）配向のダイ
ヤモンドに比べてＬｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ3薄膜の
ｃ軸配向性や圧電特性が劣ることを見出した。ダイヤモ
ンドの気相合成時の基材は、ダイヤモンドが合成できる
ものであれば何でもよいが、Ｓｉウェハーが一般的に用
いられる。合成後のダイヤモンド表面は、ダイヤモンド
砥石を用いて、鏡面加工する。この時、ダイヤモンド表
面の表面粗さが、Ｒｙで０．１μｍ以下になるまで鏡面
研磨加工することが望ましい。
【００２６】前記鏡面加工によってダイヤモンドの表面
に厚さ１ｎｍ以上、５０ｎｍ以下のアモルファス層が形
成されていることが望ましい。多結晶ダイヤモンドの表
面がアモルファス層で覆われているとＬｉ（ＮｂｘＴａ
１−ｘ）Ｏ３薄膜は優先的にｃ軸配向し、多結晶Ｌｉ
（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ３薄膜として最も良好な圧電特
性を得ることができる。一方、多結晶ダイヤモンドの表
面がアモルファス層で覆われていない場合は、多結晶ダ
イヤモンドの表面は（１１０）配向していてもその他の
結晶方位を有するダイヤモンド結晶も存在するので、Ｌ
ｉ（ＮｂｘＴａ１ −ｘ）Ｏ３薄膜の成長する結晶方位
が、ダイヤモンド表面の（１１０）以外の結晶方位の影
響を受けて良好なｃ軸配向性を得ることが困難となる。
前記鏡面加工において、多結晶ダイヤモンドの表面をア
モルファス層で覆われるようにするためには、ダイヤモ
ンド砥石による鏡面加工において、ダイヤモンド砥石表
面のダイヤモンド砥粒が砥石表面から突き出ている量を
管理することが重要である。この突き出し量が大きいと
ダイヤモンド砥粒は、多結晶ダイヤモンド基材のダイヤ
モンド表面をひっかくように研磨するので、アモルファ
ス層が形成され難くなる。突き出し量は、２μｍ程度が
適している。
【００２７】レーザーアブレーションに用いるレーザー
は、３６０ｎｍ以下の波長で、パルス幅が１μｓｅｃ以
下であれば使用できる。このようなレーザーとしては、
ＡｒＦやＦ2エキシマレーザーなどがあるが、レーザー
光密度が１Ｊ／ｃｍ2以上あることが望ましく、酸素を
活性化できる波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー
が最適である。レーザー周波数は１〜５０Ｈｚ程度が適
している。
【００２８】レーザーアブレーションの条件は、多結晶
ダイヤモンド基材の温度は４００℃以上であればよい
が、１０００℃以上になるとダイヤモンドが変質するの
で１０００℃以下が好ましい。また雰囲気は、酸素、オ
ゾン，Ｎ２Ｏ、ＮＯ２などからなる酸化性ガスが望まし
く、雰囲気圧力は、０．１〜１００Ｐａの範囲が適して
いる。雰囲気圧力が、０．１Ｐａ未満の圧力の場合は、
圧電体薄膜中の酸素量が不足するため、圧電体薄膜が形
成できない。また、圧力が１００Ｐａを超えると酸素が
過剰になる上、Ｌｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ３蒸発物の
エネルギーが雰囲気ガスとの衝突によって低下するの
で、Ｌｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ３薄膜の配向性が悪く
なる。多結晶ダイヤモンド基材とターゲットとの距離
は、１０ｍｍ以上１０００ｍｍ以下が適している。
【００２９】以上のようなレーザーアブレーション法
で、ダイヤモンド基材上に配向性と組成比が良好なＬｉ
（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ３薄膜を形成するためには、レ
ーザーアブレーション時の多結晶ダイヤモンド基材の温
度と、圧電体薄膜原料ターゲットの原子組成比Ｌｉ／Ｎ
ｂｘＴａ１−ｘの組合せが重要であることを見出した。
【００３０】すなわち本発明の上記目的を達成するため
には、ダイヤモンド基材の温度とターゲットのＬｉ／Ｎ
ｂｘＴａ１−ｘ原子組成比の組合せは、図６中の点Ａ、
Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅで囲まれた範囲内とする。さらに結晶
性、配向性の良いＬｉＮｂＯ３薄膜を得るには、図６中
の点Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉで囲まれた範囲内が良い。また、４
００℃未満であると、Ｌｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ３薄
膜が結晶化せずにアモルファスになりやすい。したがっ
て、４００℃以上、１０００℃以下が好ましい。
【００３１】また、原料のＬｉ／ＮｂｘＴａ１−ｘ比が
０．９未満であると、Ｌｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ３だ
けでなくＬｉＮｂ３Ｏ８などのＬｉ欠乏相の結晶化が進
み、Ｌｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ３薄膜がアモルファス
になりやすい。Ｌｉ／ＮｂｘＴａ１−ｘ比が大きくなる
と、すなわちＬｉが多くなると、アモルファス層が形成
されたり、Ｌｉ３ＮｂＯ４等のＬｉ過剰相が形成され
る。このため、原料ターゲットのＬｉ／ＮｂｘＴａ
１−ｘ比は０．９以上、１．５以下が望ましい。Ｌｉ／
ＮｂｘＴａ１−ｘ比が１．５を超える場合、多結晶ダイ
ヤモンド基材の温度を高くするとＬｉ原子はより蒸発し
やすくなり、多結晶ダイヤモンド基材上に形成される薄
膜中のＬｉ量は０．８〜１．１の範囲に制御することが
可能である。しかし、前記多結晶ダイヤモンド基材の温
度との兼合いからＬｉ／ＮｂｘＴａ１− ｘ比は２．５が
上限となる。したがって、多結晶ダイヤモンド基材の温
度とＬｉ／ＮｂｘＴａ１−ｘ比は、図６に示すような範
囲にすることが望ましい。
【００３２】原料ターゲットは、Ｌｉ（ＮｂｘＴａ
１−ｘ）Ｏ3の焼結体を用いるのがよい。組成を調整す
るためにＬｉ2ＣＯ3やＬｉ２Ｏを混合したものを原料と
する焼結体を用いてもよい。混合物の組成比Ｌｉ／（Ｎ
ｂｘＴａ１−ｘ）は、０．９以上２．５以下の範囲が好
ましい。
【００３３】バイアス電圧を印加しながらレーザーアブ
レーションを行う場合の電極は、導電性があれば何でも
よいが、取扱い上金属が好ましい。また、分極処理を均
一に行うためには、電極の面積は、多結晶ダイヤモンド
基材の面積と少なくとも同じ面積かそれよりも大きな面
積であればよい。上限は特にないが、用いる装置の大き
さによって自ずと上限は決まってくる。
【００３４】以上のようなダイヤモンド基材、原料ター
ゲット、レーザー及び電極を用いて、ダイヤモンド基材
と電極の間に電界をかけながらＬｉ（ＮｂｘＴ
ａ１−ｘ）Ｏ 3薄膜を成膜することにより、圧電特性の
優れたＬｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ3薄膜を多結晶ダイ
ヤモンド基材上に形成することができる。以上のような
方法で、Ｌｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ3薄膜を形成する
と、単結晶のＬｉ（ＮｂｘＴａ１ −ｘ）Ｏ3の抗電界よ
り小さな電界でＬｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ3薄膜の分
極処理を施すことができるので、圧電特性が優れたもの
となる。これは、成膜中のＬｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ
3薄膜表面は準安定状態であり、結晶化する際に移動度
の高いＬｉ原子が電界に従って移動するので、結晶化後
の安定な状態よりも小さな電界でも充分分極処理を施す
ことができるからである。
【００３５】電界は多結晶ダイヤモンド基材と電極との
間に直流電源を設置して電極に電位をかけることにより
発生させる。分極処理が可能な電界としては、ダイヤモ
ンド基材と電極間で１０〜１０００Ｖ／ｃｍあればよ
い。１０Ｖ／ｃｍ未満であれば分極処理が施されない。
また、１０００Ｖ／ｃｍを超えると、電極が放電するの
で、形成するＬｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ3薄膜に不純
物が混入しやすくなるとともに膜質の劣化にもつなが
る。ただし、減圧雰囲気下では、放電が起こりやすいの
で、放電の抑制や分極処理の効率化の為には、電界は１
００〜３００Ｖ／ｃｍがより好ましい。
【００３６】以上のようにしてダイヤモンド基材上に形
成したＬｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ 3薄膜は、ｃ軸配向
をしている。配向性の評価は、Ｘ線ロッキングパターン
法によって評価した。その評価方法の詳細は、例えば特
開平８−３２３９８号公報に開示されている。この方法
で、測定されたロッキングカーブの標準偏差σが小さい
ほどＬｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ3の配向性が良いこと
を示す。本発明のＬｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ3薄膜の
このσ値は２°以下であった。
【００３７】さらに、本発明で得られたＬｉ（ＮｂｘＴ
ａ１−ｘ）Ｏ３薄膜を形成したダイヤモンド基板を用い
て、ＳＡＷフィルターを作成し、その特性を評価したと
ころ、１００００ｍ／ｓ以上の速度を有する表面弾性波
が存在しており、得られたＬｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ
３薄膜の圧電特性が特に優れたものであることが判明し
た。
【００３８】
【実施例】
【実施例１】図１に装置の概要を示す。エキシマレーザ
ー１のレーザー光をレンズ２およびウィンドウ３を介し
て原料ターゲット４に照射し、原料ターゲットを瞬間的
に気化させ、ダイヤモンド基材５の上に、圧電体薄膜を
形成する。原料ターゲットは、ＬｉＮｂＯ３を原料とす
る焼結体（サイズ２０ｍｍφｘ５ｍｍ）を用いた。ター
ゲットのＬｉ／Ｎｂの組成比は１．０とした。
【００３９】多結晶ダイヤモンド基材は、単結晶Ｓｉ上
に熱フィラメント気相合成法で多結晶ダイヤモンドを
（１１０）配向する条件で約２５μｍ形成した後、ダイ
ヤモンド表面をダイヤモンド砥粒の突き出し量を２μｍ
程度に管理したダイヤモンド砥石を用いて鏡面加工し
た。鏡面加工後のダイヤモンドの表面粗さは、Ｒｙで
０．０８μｍであった。このダイヤモンド基材（Ａ）の
最表面を透過型電子線回折法で観察したところ回折像が
見られず、アモルファス層が形成されていることを確認
した。また、同様に合成した多結晶ダイヤモンドをダイ
ヤモンド砥粒の突き出し量を５μｍ以上にしたダイヤモ
ンド砥石を用いて鏡面加工した多結晶ダイヤモンド基材
（Ｂ）を用意した。このダイヤモンド基材（Ｂ）の表面
を同様に透過型電子線回折法で観察したところ、回折像
が見られ、アモルファス層が存在しないことを確認し
た。また、ダイヤモンド基材（Ｂ）の表面粗さは、Ｒｙ
で０．０８μｍであった。
【００４０】波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー
のレーザー光を焼結体ターゲットに照射し、酸素ガス雰
囲気で上記２種類の基材にＬｉＮｂＯ3薄膜を成膜させ
た。用いたレーザーの出力は７５０ｍＪであり、レーザ
ー光のエネルギー密度は４Ｊ／ｃｍ２で、周波数は５Ｈ
ｚである。ダイヤモンド基材の温度は５００℃、ターゲ
ットとダイヤモンド基材との距離は８０ｍｍ、反応圧力
は１３Ｐａ、反応時間は３０分とした。
【００４１】得られたＬｉＮｂＯ３薄膜のＸ線回折パタ
ーンとロッキングカーブを図２〜５に示す。図２と図３
がダイヤモンド基材（Ａ）を用いたものであり、図４と
図５がダイヤモンド基材（Ｂ）を用いたものである。図
２と図３より、得られたＬｉＮｂＯ３薄膜はｃ軸配向し
ており、γｃは１００％と極めて良好であった。また、
そのσ値は１．１３°と配向性の良いことが判った。図
４と図５より、アモルファス層のないダイヤモンド基材
（Ｂ）を用いた場合は、ＬｉＮｂＯ３薄膜には（０１
２）面や（１０４）面が見られるもののｃ軸配向してお
り、γｃは６９％であった。また、そのσ値は１．７４
°と配向性は従来の方法で得られたＬｉＮｂＯ３薄膜よ
りは良いが、アモルファス層が形成されたダイヤモンド
基材を用いた場合よりは劣っていた。なお、形成された
ＬｉＮｂＯ３薄膜のＬｉ／Ｎｂ比はダイヤモンド基材
（Ａ）のものは、０．９０であり、ダイヤモンド基材
（Ｂ）のものは、０．８９であった。
【００４２】
【実施例２】実施例１と同様の装置を用いた。原料ター
ゲットはＬｉＮｂＯ３とＬｉ２ＣＯ ３を混合したものを
原料とする焼結体（サイズ２０ｍｍφｘ５ｍｍ）を用い
た。ターゲットのＬｉ／Ｎｂの組成比は、１．０とし
た。
【００４３】多結晶ダイヤモンド基材は、単結晶Ｓｉ上
に熱フィラメント気相合成法で多結晶ダイヤモンドを配
向条件を変えて２５μｍの厚さまで形成した後、ダイヤ
モンド表面を鏡面加工した。鏡面加工後のダイヤモンド
の表面粗さと配向性を示すγ （１１０）の値を表１に示
す。なお、ダイヤモンド基材の最表面は、実施例１と同
様に透過型電子線回折法で観察し、アモルファス層が形
成されていることを確認した。
【００４４】以上のような原料ターゲット及び多結晶ダ
イヤモンド基材を用いて、実施例１と同様のレーザーを
用いて、酸素ガス雰囲気で多結晶ダイヤモンド基材上に
ＬｉＮｂＯ３薄膜を成膜させた。レーザーアブレーショ
ンの条件は、実施例１と同じ条件とした。形成されたＬ
ｉＮｂＯ３薄膜のＸ線回折パターン法で測定したσ値と
薄膜のＬｉ／Ｎｂ比を表１に示す。
【００４５】
【表１】 ＊印は比較例
【００４６】表１から判るように、ダイヤモンド基材の
（１１０）配向性を示すγ（１１０ ）の値が大きいほ
ど、形成されたＬｉＮｂＯ３薄膜のσ値は小さくなって
おり、ｃ軸配向性が優れたものになった。
【００４７】
【実施例３】実施例１と同様の装置を用いた。原料ター
ゲットはＬｉＮｂＯ３とＬｉ２ＣＯ ３を混合したものを
原料とする焼結体（サイズ２０ｍｍφｘ５ｍｍ）を用い
た。ターゲットのＬｉ／Ｎｂの組成比は、表２に示す組
成になるように調整した。
【００４８】多結晶ダイヤモンド基材は、単結晶Ｓｉ上
に熱フィラメント気相合成法で多結晶ダイヤモンドを表
１に示す配向条件で、表１に示す厚さまで形成した後、
ダイヤモンド表面を鏡面加工した。鏡面加工後のダイヤ
モンドの表面粗さを表２に示す。なお、ダイヤモンド基
材の最表面は、実施例１と同様に透過型電子線回折法で
観察し、アモルファス層が形成されていることを確認し
た。以上のような原料ターゲット及び多結晶ダイヤモン
ド基材を用いて、実施例１と同様のレーザーを用いて、
酸素ガス雰囲気で多結晶ダイヤモンド基材上にＬｉＮｂ
Ｏ３薄膜を成膜させた。表２にレーザーアブレーション
の条件と形成されたＬｉＮｂＯ３薄膜のＸ線回折パター
ン法で測定したσ値並びに形成された膜のＬｉ／Ｎｂ比
を示す。
【００４９】
【表２】
【００５０】Ｎｏ４とＮｏ５については、Ｘ線回折法で
測定した結果、ｃ軸配向していることが明らかとなっ
た。Ｎｏ６については、得られた薄膜の表面に微小な粒
子が多数見られ、Ｘ線回折で測定した結果、結晶化して
いないアモルファス状であることが明らかとなった。Ｎ
ｏ７の薄膜は、外観はＮｏ４の薄膜とよく似ていたが、
Ｘ線回折で測定した結果、（０１２）と（１０４）配向
のピークが強くｃ軸配向していなかった。Ｎｏ８の薄膜
は、ｃ軸配向はしていたが、σ値は２．１°とＬｉＮｂ
Ｏ３の配向性が、（１１０）配向した多結晶ダイヤモン
ド基材を用いたＮｏ４の薄膜より良くなかった。
【００５１】
【実施例４】実施例１と同様の装置を用いた。原料ター
ゲットはＬｉＴａＯ3を原料とする焼結体（サイズ２０
ｍｍφｘ５ｍｍ）を用いた。なお、Ｎｏ７のターゲット
のＬｉ／Ｔａの組成比は、ＬｉＴａＯ３とＬｉ２ＣＯ３
を混合して表３に示す組成になるように調整した。
【００５２】多結晶ダイヤモンド基材は、単結晶Ｓｉ上
に熱フィラメント気相合成法で多結晶ダイヤモンドを表
３に示す配向条件で、表３に示す厚さまで形成した後、
ダイヤモンド表面を鏡面加工した。鏡面加工後のダイヤ
モンドの表面粗さを表３に示す。なお、ダイヤモンド基
材の最表面は、実施例１と同様に透過型電子線回折法で
観察し、アモルファス層が形成されていることを確認し
た。以上のような原料ターゲット及び多結晶ダイヤモン
ド基材を用いて、実施例１と同様のレーザーを用いて、
酸素ガス雰囲気で多結晶ダイヤモンド基材上にＬｉＴａ
Ｏ３薄膜を成膜させた。表３にレーザーアブレーション
の条件と形成されたＬｉＴａＯ３薄膜のＸ線回折パター
ン法で測定したσ値を示す。
【００５３】
【表３】
【００５４】Ｎｏ９で得られたＬｉＴａＯ３薄膜のＸ線
回折測定を行ったところ、ダイヤモンドに由来するピー
クの他に、３９．２８°にピークが見られた。これは、
ＬｉＴａＯ３の面指数（００６）に対応しており、形成
されたＬｉＴａＯ３薄膜はｃ軸配向していることが明ら
かとなった。そのσ値は１．１３であり、配向性が良い
ことが判った。Ｎｏ１０とＮｏ１１、Ｎｏ１２もｃ軸配
向していることが明らかとなったが、Ｎｏ１２は（１０
０）配向した多結晶ダイヤモンド基材を用いたため、そ
のσ値は、２．１°と（１１０）配向した多結晶ダイヤ
モンド基材を用いたＮｏ７よりは良くなかった。Ｎｏ１
３の薄膜は、表面に微小な粒子が多数見られ、Ｘ線回折
で測定するとアモルファス状であることが判った。Ｎｏ
１４の薄膜は、Ｎｏ９とよく似た外観であったが、Ｘ線
回折測定の結果、ダイヤモンドに由来するピークの他
に、２３．７６°、３２．８８°、３９．３０°にピー
クが見られた。これは、ＬｉＴａＯ３薄膜の面指数（０
１２）、（１０４）、（００６）に対応しており、ｃ軸
配向していないことが明らかになった。
【００５５】
【実施例５】実施例１と同様の装置を用いた。原料ター
ゲットは、表４に示す原料１と原料２とを、表４に示す
ターゲット組成比となるように調整し、混合したものを
原料とする焼結体（サイズ２０ｍｍφｘ５ｍｍ）を用い
た。多結晶ダイヤモンド基材は、単結晶Ｓｉ上に熱フィ
ラメント気相合成法で多結晶ダイヤモンドを（１１０）
配向する条件で約２５μｍ形成した後、ダイヤモンド表
面を鏡面加工した。鏡面加工後のダイヤモンドの表面粗
さは、Ｒｙ０．０８μｍであった。なお、ダイヤモンド
基材の最表面は、実施例１と同様に透過型電子線回折法
で観察し、アモルファス層が形成されていることを確認
した。
【００５６】以上のような原料ターゲット及び多結晶ダ
イヤモンド基材を用いて、実施例１と同様のレーザーを
用い、酸素ガス雰囲気で多結晶ダイヤモンド基材上にＬ
ｉＮｂＯ３薄膜を成膜させた。基材温度と反応時間以外
のレーザーアブレーションの条件は実施例１と同じであ
る。表４にダイヤモンド基材の温度条件と形成されたＬ
ｉＮｂＯ３薄膜の発光分光分析によって得られた薄膜の
組成を示す。なお、反応時間は１０分である。
【００５７】
【表４】 ＊印は比較例
【００５８】Ｎｏ１５で得られた薄膜のＸ線回折パター
ンを図７に示す。この図より、得られたＬｉＮｂＯ3薄
膜は、ＬｉＮｂＯ３単相であり、ｃ軸配向していること
が判る。さらに、発光分光分析によって、得られた薄膜
の組成を調べたところ、Ｌｉ／Ｎｂ比は１．０１であ
り、化学量論組成に近いものであった。Ｎｏ１６の薄膜
をＸ線回折分析したところ、ＬｉＮｂＯ３単相であっ
た。さらに、発光分光分析によって、得られた薄膜の組
成を調べたところ、Ｌｉ／Ｎｂ比は１．０２であった。
Ｎｏ１７で得られた薄膜のＸ線回折パターンを図８に示
す。この図より、得られたＬｉＮｂＯ3薄膜は、ＬｉＮ
ｂＯ３単相であるが、（１０４）のピークがみられ、ｃ
軸配向性が良くないことが判る。さらに、発光分光分析
によって、得られた薄膜の組成を調べたところ、Ｌｉ／
Ｎｂ比は１．０９であった。Ｎｏ１８で得られた薄膜を
Ｘ線回折で測定した結果、結晶化していないアモルファ
ス状であった。また、発光分光分析を行った結果、Ｌｉ
／Ｎｂ比は、１．６６と化学量論組成から大きくずれて
いることが判った。以上のように多結晶ダイヤモンド基
材とターゲットのＬｉ／Ｎｂ比を図６に示す範囲内にす
れば、形成されたＬｉＮｂＯ３薄膜のＬｉ／Ｎｂ比が、
０．８０以上、１．１０以下であり、配向性の優れた薄
膜とすることができることが判った。
【００５９】
【実施例６】図９に本発明のバイアス電圧を印加する場
合の実施形態の一つの概要を示す。原料ターゲット４と
ダイヤモンド基材５の間に電極７をダイヤモンド基材と
平行に配置した。原料ターゲットはＬｉＮｂＯ3粉末を
原料とする焼結体（サイズ２０ｍｍφｘ５ｍｍ）を用い
た。ターゲットのＬｉ／Ｎｂの組成比は、１．０であ
る。電極は、直径０．１５ｍｍのタングステンワイヤー
をステンレス製の枠に固定して、２ｍｍ間隔で縦横に張
ったものを用いた。ダイヤモンド基材は単結晶Ｓｉ上に
熱フィラメント気相合成法で多結晶ダイヤモンドを（１
１０）配向する条件で約２５μｍ形成した後、ダイヤモ
ンド表面を鏡面加工した。鏡面加工後のダイヤモンドの
表面粗さは、Ｒｙ０．０８μｍであった。なお、ダイヤ
モンド基材の最表面は、実施例１と同様に透過型電子線
回折法で観察し、アモルファス層が形成されていること
を確認した。ダイヤモンド基板と電極は原料ターゲット
と平行に配置した。波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレ
ーザー１のレーザー光をレンズ２及びウィンドウ３を介
して焼結体ターゲットに照射し、酸素ガス雰囲気で基板
にＬｉＮｂＯ3薄膜を成膜させた。
【００６０】電極電位は１４０Ｖとし、ダイヤモンド基
材電位は０Ｖ（接地）とした。電極と基材との距離は６
ｍｍ、電極と基材間の電界は２３３Ｖ／ｃｍである。基
材温度を５３０℃とし、反応時間を６分とした。それ以
外の条件は、実施例１と同様である。
【００６１】以上の条件で、ダイヤモンド基板上に、Ｌ
ｉＮｂＯ3薄膜の合成を行った。得られたＬｉＮｂＯ3薄
膜のσ値は、１．２７であり、Ｌｉ／Ｎｂ比は０．８４
であった。形成されたＬｉＮｂＯ3薄膜の上にフォトリ
ソグラフィープロセスによって、図１２に示すような
３．２μｍ周期の櫛形電極（Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａ
ｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：以後ＩＤＴと略記する）を
形成した。このＩＤＴを用いて、ＳＡＷフィルター特性
を評価したところ、図１１のような周波数特性が得ら
れ、１２４００ｍ／ｓの速度を有する表面弾性波が存在
することが判った。このことは、得られたＬｉＮｂＯ3
薄膜の圧電特性が優れたものであることを示している。
【００６２】比較のために実施例５と同様の条件で、電
極と基材に電界をかけないでＬｉＮｂＯ3薄膜を形成し
た。形成したＬｉＮｂＯ3薄膜に実施例５と同様にＩＤ
Ｔを形成し、ＳＡＷフィルター特性を評価したところ、
ＳＡＷフィルター特性が得られず、圧電特性の悪いＬｉ
ＮｂＯ3薄膜が形成されたことが判った。
【００６３】
【実施例７】実施例５と同じ装置、原料ターゲット、電
極、ダイヤモンド基材を用いた。成膜条件は、電極と基
材の電位を除いて、実施例１と同じにした。電極電位は
０Ｖ（接地）とし、ダイヤモンド基材の電位を−１４０
Ｖとすることにより、電極と基材間に２３３Ｖ／ｃｍの
電界をかけた。このようにして形成したＬｉＮｂＯ3薄
膜に実施例５と同様にＩＤＴを形成し、ＳＡＷフィルタ
ー特性を評価したところ、実施例５と同様の結果が得ら
れ、圧電特性の優れたＬｉＮｂＯ3薄膜が形成されたこ
とが判った。
【００６４】
【実施例８】実施例５と同じ装置、電極、ダイヤモンド
基材及び成膜条件を用いた。原料ターゲットは、Ｌｉ
（Ｎｂ０．５Ｔａ０．５）Ｏ３粉末を焼結した焼結体を
用いた。このようにして形成したＬｉ（Ｎｂ０．５Ｔａ
０．５）Ｏ3薄膜に実施例５と同様にＩＤＴを形成し、
ＳＡＷフィルター特性を評価したところ、実施例５と同
様の結果が得られ、圧電特性の優れたＬｉ（Ｎｂ０．５
Ｔａ０．５）Ｏ3薄膜が形成されたことが判った。
【００６５】
【実施例９】図１０に示す装置を用いた。原料ターゲッ
ト１３と垂直になるようにダイヤモンド基板５と電極１
０を配置した。このように配置すると、レーザーアブレ
ーションによって放出されたターゲットの粒子が電極を
通過しないので、形成される薄膜に電極成分などの不純
物の混入が少なくできる。原料ターゲットはＬｉＮｂＯ
3粉末を原料とする焼結体（サイズ２０ｍｍφｘ５ｍ
ｍ）を用いた。ターゲットのＬｉ／Ｎｂの組成比は、
１．０である。電極は、厚さ１ｍｍのステンレスの板を
用いた。ダイヤモンド基材は単結晶Ｓｉ上に熱フィラメ
ント気相合成法で多結晶ダイヤモンドを（１１０）配向
する条件で約２５μｍ形成した後、ダイヤモンド表面を
鏡面加工した。鏡面加工後のダイヤモンドの表面粗さ
は、Ｒｙ０．０８μｍであった。なお、ダイヤモンド基
材の最表面は、実施例１と同様に透過型電子線回折法で
観察し、アモルファス層が形成されていることを確認し
た。波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー１のレー
ザー光をレンズ２及びウィンドウ３を介して焼結体ター
ゲットに照射し、酸素ガス雰囲気でダイヤモンド基材に
ＬｉＮｂＯ3薄膜を成膜させた。
【００６６】電極電位は１４０Ｖとし、ダイヤモンド基
材電位は０Ｖ（接地）とした。電極と基材との距離は６
ｍｍ、電極と基材間の電界は２３３Ｖ／ｃｍである。基
材温度を５３０℃とし、反応時間を８分とした。それ以
外の条件は、実施例１と同様である。なお、この場合タ
ーゲットとダイヤモンド基材との距離は、ターゲット表
面とダイヤモンド基材の中心との距離を示す。
【００６７】このようにして形成したＬｉＮｂＯ3薄膜
に実施例５と同様にＩＤＴを形成し、ＳＡＷフィルター
特性を評価したところ、実施例５と同様の結果が得ら
れ、圧電特性の優れたＬｉＮｂＯ3薄膜が形成されたこ
とが判った。
【００６８】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、気相合成
多結晶ダイヤモンド自体の配向性を（１１０）に特定
し、ダイヤモンド表面を鏡面加工すれば、レーザーアブ
レーション法を用いて、ダイヤモンドの上にｃ軸配向性
の良好なＬｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ3薄膜を形成する
ことができる。形成されたＬｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ
3薄膜は、従来にない良好なｃ軸配向性を示す。また、
気相合成多結晶ダイヤモンドの表面がアモルファス層で
覆われていると、形成されたＬｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）
Ｏ3薄膜はさらに優れた圧電特性を発現する。
【００６９】さらに、電界をかけながらＬｉ（ＮｂｘＴ
ａ１−ｘ）Ｏ３薄膜をダイヤモンド基板上に形成すれ
ば、より優れた圧電特性のＬｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ
３薄膜（０≦ｘ≦１）を得ることができる。（１１０）
配向し、表面がアモルファス層で覆われた気相合成多結
晶ダイヤモンド基材上に電界をかけながらレーザーアブ
レーション法で形成したＬｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ３
薄膜の圧電特性が最も良好である。このようなダイヤモ
ンド基板上に圧電特性の優れたＬｉ（ＮｂｘＴ
ａ １−ｘ）Ｏ３薄膜（０≦ｘ≦１）を形成した複合基板
を用いれば、高い伝播速度を有する表面弾性波素子を作
製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザーアブレーション装置の一つの
実施形態の概要を示す。
【図２】実施例１で形成されたＬｉＮｂＯ3薄膜のＸ線
回折パターンを示す。
【図３】実施例１で形成されたＬｉＮｂＯ3薄膜のロッ
キングカーブを示す。
【図４】実施例１で形成されたＬｉＮｂＯ3薄膜のＸ線
回折パターンを示す。
【図５】実施例１で形成されたＬｉＮｂＯ3薄膜のロッ
キングカーブを示す。
【図６】本発明におけるダイヤモンド基材の温度とター
ゲットのＬｉ／ＮｂｘＴａ１−ｘ比の組合せの範囲を示
す。
【図７】実施例５で形成されたＬｉＮｂＯ3薄膜のＸ線
回折パターンを示す。
【図８】実施例５で形成されたＬｉＮｂＯ3薄膜のＸ線
回折パターンを示す。
【図９】本発明のレーザーアブレーション装置の別な形
態の概要を示す。
【図１０】本発明のレーザーアブレーション装置の別な
形態の概要を示す。
【図１１】実施例６で得られたＳＡＷフィルター特性を
示す。
【図１２】本発明で評価に使用する櫛形電極を示す。
【符号の説明】 １：ＫｒＦエキシマレーザー ２：レンズ ３：ウィンドウ ４：ターゲット ５：ダイヤモンド基材 ６：ガス導入口 ７、１０：電極 ８：直流電源 ９：グランド ２１：櫛形電極（ＩＤＴ） ２２：圧電体薄膜 ２３：ダイヤモンド
フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願2001−143104(P2001−143104) (32)優先日 平成13年５月14日(2001．5．14) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BA03 DB01 DB21 ED06 HA12 4K029 AA04 BA50 CA01 DB20 5J097 AA23 AA28 EE08 FF02 HA03 HA10

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （１１０）配向した気相合成多結晶ダイ
    ヤモンド基材に圧電体薄膜であるＬｉ（ＮｂｘＴａ
    １−ｘ）Ｏ３（ただし０≦ｘ≦１）薄膜を形成したダイ
    ヤモンド基板。
  2. 【請求項２】 前記気相合成多結晶ダイヤモンド基材の
    （２２０）面のＸ線回折強度Ｉ（２２０）が、ダイヤモ
    ンドの全ての面方位のＸ線回折強度の和の１５％以上で
    あることを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンド基
    板。
  3. 【請求項３】 前記Ｘ線回折強度Ｉ（２２０）が、前記
    全Ｘ線回折強度の和の４０％以上であることを特徴とす
    る請求項１に記載のダイヤモンド基板。
  4. 【請求項４】 前記気相合成多結晶ダイヤモンド基材の
    表面が１ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚みのアモルファス層
    で覆われていることを特徴とする請求項１に記載のダイ
    ヤモンド基板。
  5. 【請求項５】 前記圧電体薄膜がｃ軸配向していること
    を特徴とする請求項１に記載のダイヤモンド基板。
  6. 【請求項６】 （１１０）配向した気相合成多結晶ダイ
    ヤモンド基材を準備する工程と、レーザーアブレーショ
    ン法を用いて、前記多結晶ダイヤモンド基材上に圧電体
    薄膜Ｌｉ（ＮｂｘＴａ１−ｘ）Ｏ３（ただし０≦ｘ≦
    １）を形成する工程とを含む圧電体薄膜を形成したダイ
    ヤモンド基板の製造方法。
  7. 【請求項７】 レーザーの波長が３６０ｎｍ以下である
    ことを特徴とする請求項６に記載のダイヤモンド基板の
    製造方法。
  8. 【請求項８】 レーザーがＫｒＦエキシマレーザーであ
    ることを特徴とする請求項６に記載のダイヤモンド基板
    の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記レーザーアブレーション法におい
    て、雰囲気圧力が０．１〜１００Ｐａであることを特徴
    とする請求項６に記載のダイヤモンド基板の製造方法。
  10. 【請求項１０】 圧電体薄膜の原料ターゲットと気相合
    成多結晶ダイヤモンド基材との距離が１０〜１０００ｍ
    ｍであることを特徴とする請求項６に記載のダイヤモン
    ド基板の製造方法。
  11. 【請求項１１】 気相合成多結晶ダイヤモンド基材の温
    度と原料ターゲットのＬｉとＮｂｘＴａ１−ｘの原子組
    成比Ｌｉ／ＮｂｘＴａ１−ｘとが、図６中の点Ａ，Ｂ，
    Ｃ，Ｄ，Ｅで囲まれる範囲であることを特徴とする請求
    項６に記載のダイヤモンド基板の製造方法。
  12. 【請求項１２】 気相合成多結晶ダイヤモンド基材の温
    度と原料ターゲットのＬｉとＮｂｘＴａ１−ｘの原子組
    成比Ｌｉ／ＮｂｘＴａ１−ｘとが、図６中の点Ｆ，Ｇ，
    Ｈ，Ｉで囲まれる範囲であることを特徴とする請求項１
    １に記載のダイヤモンド基板の製造方法。
  13. 【請求項１３】 多結晶ダイヤモンド基材の周辺に一方
    の電極を設置し、多結晶ダイヤモンド基材を他方の電極
    として、該電極と多結晶ダイヤモンド基材との間にバイ
    アス電圧を印加しながら圧電体薄膜を成膜することを特
    徴とする請求項６に記載のダイヤモンド基板の製造方
    法。
  14. 【請求項１４】 前記一方の電極が前記多結晶ダイヤモ
    ンド基材の圧電体薄膜を成膜する面と平行に配置されて
    いることを特徴とする請求項１３に記載のダイヤモンド
    基板の製造方法。
  15. 【請求項１５】 前記一方の電極と前記多結晶ダイヤモ
    ンド基材とが、レーザーアブレーションによって放出さ
    れる粒子の飛行方向とほぼ平行になるように配置するこ
    とを特徴とする請求項１３に記載のダイヤモンド基板の
    製造方法。
  16. 【請求項１６】 前記一方の電極が、金属の線材を網状
    に若しくはすだれ状に張ったものあるいは金属板である
    ことを特徴とする請求項１３乃至１５に記載のダイヤモ
    ンド基板の製造方法。
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