JP2007148034A

JP2007148034A - 電気光学素子

Info

Publication number: JP2007148034A
Application number: JP2005342705A
Authority: JP
Inventors: Masao Kondo; 正雄近藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2005-11-28
Filing date: 2005-11-28
Publication date: 2007-06-14

Abstract

【課題】（００１）面を主表面とする半導体基板の上に、（１１１）配向した酸化物からなるコア層を有する電気光学素子を提供する。
【解決手段】（００１）面を主表面とする単結晶材料からなる支持基板の主表面上に、結晶構造が蛍石構造である下地膜がエピタキシャル成長している。下地膜の上に、（１１１）面が下地基板の主表面と平行になるように、中間膜がエピタキシャル成長している。（１１１）面が支持基板の主表面と平行になるように配向しており、電気光学効果を有する酸化物材料からなるコア層が、中間膜の上に形成されている。コア層の一部の領域に電界を生じさせる電極が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気光学素子に関し、特に電気光学効果を有する材料中を伝搬する光線束を、その材料の一部の屈折率を変化させることによって偏向させる電気光学素子に関する。

強誘電体材料に電圧を印加したときに生ずる屈折率変化（電気光学効果）を利用して、強誘電体内を伝搬する光線束を偏向させることにより、光スイッチが実現される。強誘電体膜の持つ電気光学効果は、物質の結晶構造に由来している。強誘電体膜で光導波路を形成する場合、組成が均一で欠陥の少ない単結晶を用いることが好ましい。しかし、大きな電気光学効果を示す酸化物強誘電体からなる単結晶薄膜を形成することは困難である。通常は、基板面に垂直な一方向に関しては結晶軸方向が揃っているが、面内方向に関してはドメインの結晶軸の向きがばらばらな多結晶膜が得られる。

多結晶膜には、粒界等の欠陥が存在するため、光が散乱されやすい。このため、単結晶膜内を伝搬する場合に比べて、多結晶膜内を伝搬する光の損失が大きくなる。また、電圧印加時の漏れ電流も大きくなる。光の損失、及び漏れ電流を低減させるために、光導波路として、基板面内方向に関しても結晶軸の向きが揃ったいわゆるエピタキシャル膜を用いることが好ましい。

ペロブスカイト構造を持つ強誘電体の電気光学効果は、結晶配位依存性があり、（１００）配向、（１０１）配向、（１１１）配向の順番に電気光学効果が大きくなることが知られている。大きな電気光学効果を得るために、光導波路として、（１１１）配向した膜を用いることが好ましい。

光学的に、高透過率かつ低損失の強誘電体酸化物からなるエピタキシャル膜を得るために、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３、以下ＳＴＯと表記する。）等の酸化物単結晶基板が用いられてきた。しかし、これらの単結晶基板は大型化が困難であり、最大でも直径２インチ程度の基板しか得られていない。

これらの基板を、直径３００ｍｍ程度の大型の基板が実現されているシリコン基板で代替できれば、一度のプロセスで多くの素子を製造することができるため、製造コストの低減を図ることが可能になる。

単結晶シリコン基板上に酸化物をエピタキシャル成長させるためには、シリコン基板表面の結晶配向を利用する必要がある。ところが、酸化物の成長プロセス中にシリコン基板表面が酸化性雰囲気に晒され、表面に酸化シリコン膜が形成されてしまう。酸化シリコン膜は非晶質であり配向性を持たないため、その上に酸化物をエピタキシャル成長させることができない。また、シリコン基板上に酸化物をエピタキシャル成長させるためには、成長させる膜とシリコン基板との間の反応や相互拡散が生じにくいことも重要である。

これらの要件を満たす酸化物材料として、イットリウム安定化ジルコニア（以下、ＹＳＺと表記する。）、酸化セリウム等の希土類元素の酸化物、ＭｇＯ、マグネシアスピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）、ＳＴＯ等の例が開示されている（下記の非特許文献１参照）。
E.J. Tarsa et al.,"Common Themes in The Epitaxial Growth of Oxides on Semiconductors",Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol.341, p.73-p.85 (1994)

ＹＳＺ、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４等を中間層として、その上にペロブスカイト構造を持つ強誘電体酸化物を成長させる試みも行われている。（００１）面を主表面とする半導体基板を用い、その上に中間層を形成し、さらにペロブスカイト構造の強誘電体酸化物を成長させると、（００１）配向した強誘電体酸化物膜が得られる。大きな電気光学効果を示す（１１１）配向した強誘電体酸化物膜を得るためには、（１１１）面を主表面とする半導体基板を用いる必要がある。ただし、半導体プロセスにおいて、（００１）面を主表面とする半導体基板が一般的に用いられており、（１１１）面を主表面とする半導体基板は、（００１）面を主表面とする半導体基板に比べて高価である。

本発明の目的は、（００１）面を主表面とする半導体基板の上に、（１１１）配向した酸化物からなるコア層を有する電気光学素子を提供することである。本発明の他の目的は、この電気光学素子の製造方法を提供することである。

本発明の一観点によると、（００１）面を主表面とする単結晶材料からなる支持基板と、前記支持基板の主表面上にエピタキシャル成長し、結晶構造が蛍石構造である下地膜と、前記下地膜の上に配置され、（１１１）面が前記下地基板の主表面と平行になるように、該下地膜の表面上にエピタキシャル成長した中間膜と、前記中間膜の上に配置され、（１１１）面が前記支持基板の主表面と平行になるように配向しており、電気光学効果を有する酸化物材料からなるコア層と、前記コア層の一部の領域に電界を生じさせる電極と
を有する電気光学素子が提供される。

本発明の他の観点によると、（００１）面を主表面とする単結晶材料からなる支持基板の該主表面上に、結晶構造が蛍石構造である下地膜をエピタキシャル成長させる工程と、前記下地膜の上に、（１１１）面が前記主表面に平行になるように配向する条件で、中間膜をエピタキシャル成長させる工程と、前記中間膜の上に、電気光学効果を有する酸化物材料からなるコア層をエピタキシャル成長させる工程とを有する電気光学素子の製造方法が提供される。

蛍石構造の下地膜を配することにより、（００１）面を主表面とする単結晶材料からなる支持基板の上に、（１１１）面が下地基板の主表面と平行になるように、下地膜の表面上に中間膜をエピタキシャル成長させることができる。さらにその上に、（１１１）面が主表面と平行になるように、コア層をエピタキシャル成長させることができる。

図１Ａに、第１の実施例による電気光学素子の平面図を示し、図１Ｂに、図１Ａの一点鎖線Ｂ１−Ｂ１における断面図を示す。

シリコン単結晶の（００１）面を主表面とする支持基板１の上に、ＹＳＺからなる厚さ１００ｎｍの下地膜２がエピタキシャル成長されている。下地膜２の（００１）面が、支持基板１の主表面に平行になる。下地膜２の上に、白金（Ｐｔ）からなる厚さ１００ｎｍの第１中間膜３が形成され、その上に（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３からなる厚さ１００ｎｍの第２中間膜４が形成されている。（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３は導電性を有する。

第２中間膜の上に、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３（以下、ＰＬＺＴと表記する。）からなる厚さ１０００ｎｍのコア層５が形成されている。コア層５の表面の一部の領域上に、タングステン（Ｗ）からなる厚さ５０ｎｍの上部電極６が形成されている。上部電極６の平面形状は、図１Ａに示すように直角三角形である。Ｐｔからなる第１中間膜３が下部電極の役割を果たす。

上部電極６と第１中間膜（下部電極）３との間に電圧を印加すると、コア層５のうち上部電極６の直下の領域に、その厚さ方向の電界が発生する。これにより、上部電極６の直下の領域の屈折率が変化する。

支持基板１からコア層５までの積層構造の平面形状は、図１Ａに示すように長方形である。相互に平行な２つの辺のうち一方の辺に対応する端面を入射端面５ａとし、他方の辺に対応する端面を出射端面５ｂとする。

入射光学系１１が、光ファイバ１１ａと集光レンズ１１ｂとにより構成される。光ファイバ１１ａの出射端から出射した光線束が、集光レンズ１１ｂにより入射端面５ａ上に集光される。光線束が、入射端面５ａを通してコア層５内に入射し、コア層５内を伝搬する。コア層５の下に配置された第２中間膜４、及びコア層５の上の空気層が、クラッドとして機能する。

コア層５内を伝搬する光線束は、直角三角形状を有する上部電極６の直角を挟む一つの辺を直角に横切って、上部電極６の直下の領域に侵入する。上部電極６の直下の領域を伝搬した光線束は、直角三角形の斜辺を横切り、さらにコア層５内を伝搬して出射端面５ｂに至る。

上部電極６と下部電極３との間に電圧を印加している状態では、コア層５のうち、上部電極６の直下の領域の屈折率が変化しているため、直角三角形の斜辺を横切るときに光線束が屈折する。すなわち、光線束の進行方向が変化する。このため、電圧印加状態と、電圧無印加状態とで、光線束が到達する出射端面５ｂ上の位置が異なる。

上部電極６は、直線状の第１の縁と、第１の縁に対して斜めの直線状の第２の縁とを含む平面形状としてもよい。

電圧無印加状態のときに出射端面５ｂを通って外部に出射した光線束が、第１の出射側光学系１４に入射する。電圧印加状態のときに出射端面５ｂを通って外部に出射した光線束が、第２の出射側光学系１７に入射する。第１の出射側光学系１４は、集光レンズ１４ｂと光ファイバ１４ａとを含んで構成される。コア層５の出射端面５ｂから出射した光線束が、集光レンズ１４ｂで集光されて、光ファイバ１４ａの入射端面から光ファイバ１４ａ内に導入される。第２の出射光学系１７も、第１の出射光学系１４と同様に、集光レンズ１７ｂと光ファイバ１７ａとで構成される。

次に、図１Ａ及び図１Ｂに示した電気光学素子の製造方法について説明する。（００１）面を主表面とする単結晶シリコンからなる支持基板１を洗浄した後、濃度９％の希フッ酸に浸漬させることにより、基板表面に形成されている自然酸化膜を除去する。支持基板１を、パルスレーザ蒸着装置の成膜チャンバ内に装填し、基板温度を約６５０℃に維持する。圧力６６．５ｍＰａ（５×１０^−４Ｔｏｒｒ）、酸素流量１２ｓｃｃｍの条件で、成膜チャンバ内に酸素を流しながら、ＹＳＺターゲットにＫｒＦエキシマレーザを照射して、パルスレーザ蒸着法により支持基板１の主表面上に、ＹＳＺからなる厚さ１００ｎｍの下地膜２をエピタキシャル成長させる。

基板を冷却した後、成膜チャンバから基板を取り出す。下地膜２として純粋な酸化ジルコニウムを用いた場合、基板の冷却時に酸化ジルコニウム膜の剥離が生じやすい。酸化ジルコニウムは高温で正方晶、室温で単斜晶であり、冷却時に正方晶から単斜晶への相転移が発生する。この相転移に伴う体積変化が非常に大きいためである。酸化ジルコニウムに酸化イットリウムを添加すると立方晶に安定化される。下地膜２としてＹＳＺを用いることにより、下地膜２の剥離を防止することができる。なお、酸化イットリウムの他に、スカンジウム等の希土類元素や、アルカリ土類金属元素を添加しても、同様の効果が得られる。

下地膜２を形成した支持基板１を、スパッタリング装置の成膜チャンバ内に装填する。基板温度を６００℃に維持し、流量３０ｓｃｃｍの条件でアルゴンを流しながら、Ｐｔターゲットをスパッタリングすることにより、下地膜２の上にＰｔをエピタキシャル成長させる。これにより、Ｐｔからなる厚さ１００ｎｍの第１中間膜３が形成される。

第１中間膜３を形成した支持基板１を、パルスレーザ蒸着装置の成膜チャンバ内に装填し、基板温度を約６５０℃に維持する。圧力４６．７Ｐａ（３５０ｍＴｏｒｒ）、流量６ｓｃｃｍの条件で成膜チャンバ内に酸素を流しながら、（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３ターゲットにＫｒＦエキシマレーザを照射して、パルスレーザ蒸着法により（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３からなる厚さ１００ｎｍの第２中間膜４をエピタキシャル成長させる。

第２中間膜４の上に、化学溶液堆積法（ＣＳＤ法）を用いて、ＰＬＺＴからなる厚さ１０００ｎｍのコア層５を形成する。以下、コア層５の形成方法を説明する。

組成がＰｂ_１．２０Ｌａ_０．０９Ｚｒ_０．６５Ｔｉ_０．３５Ｏ_３（ＰＬＺＴ９／６５／３５）、濃度が１７重量％のＰＬＺＴ膜形成剤を第２中間膜４の上に滴下し、回転数３０００ｒｐｍで２０秒間、基板を回転させる。その後、１４０℃に予熱したホットプレート上に５分間載置することにより、溶媒を蒸発させる。さらに、３５０℃に予熱したホットプレート上に５分間載置することにより、ＰＬＺＴ形成剤を熱分解させる。基板を室温まで冷却させた後、基板をラピッドサーマルアニール（ＲＴＡ）炉に装填し、酸素を５ｓｌｍだけ流しながら、６５０℃で１０分間の熱処理を行う。この熱処理により、ＰＬＺＴ膜が結晶化する。結晶化時に、ＰＬＺＴは、第２中間膜４の結晶性を引き継いでエピタキシャル成長する。結晶化後のＰＬＺＴ膜の膜厚は約２００ｎｍになる。

厚さ２００ｎｍのＰＬＺＴ膜を形成する手順を５回繰り返すことにより、厚さ１０００ｎｍのコア層５を得る。

図１Ａに示した上部電極６の形状に整合した開口を有するマスクをコア層５の上に配置し、スパッタリングによりＷからなる厚さ５０ｎｍの上部電極６を形成する。スパッタリング条件として、成膜時の基板温度を室温とし、成膜チャンバ内の圧力を約１Ｐａ（７．５ｍＴｏｒｒ）とし、アルゴンの流量を３０ｓｃｃｍとする。

図２Ａに、第１中間膜３を形成した基板のＸ線回折パターンを示す。横軸は、角度２θを単位「度」で表し、縦軸はＸ線強度を相対目盛で表す。シリコンからなる支持基板１の（２００）面及び（４００）面に対応するピーク、ＹＳＺからなる下地膜２の（２００）面及び（４００）面に対応するピーク、及びＰｔからなる第１中間膜３の（１１１）面に対応するピークが観察される。その他の方位の結晶面に対応するピークは現れていない。また、支持基板１の（１０１）面の極点図形と、下地膜２を形成するＹＳＺの（１０１）面の極点図形とを測定により求めた。いずれの極点図形においても、極角４５°の位置に４つの極が現れ、かつ４つの極の方位角は、２つの極点図形で一致していた。

この測定結果から、下地膜２を構成するＹＳＺは、シリコンの（００１）面を主表面とする支持基板１の表面上にエピタキシャル成長していると考えられる。また、第１中間膜３の材料であるＰｔは、少なくとも基板面に垂直な方向に関して（１１１）配向していることがわかる。

図２Ｂに、第１中間膜３を形成するＰｔの（２００）面の極点図形を示す。極角５４．７°の位置に、等間隔に並んだ１２個のピークが現れている。ピークとピークとの間隔は、方位角にして３０°である。この測定結果から、以下に説明する第１の中間膜３の配向性に関する情報が得られる。

図３に、第１中間膜３を構成するドメインの配向の様子を示す。図３の紙面が、下地膜２の（００１）面に対応する。すなわち、図３の紙面は、第１中間膜３を形成するＰｔの（１１１）面に対応し、紙面に垂直な方向が、Ｐｔの［１１１］方向に対応する。図２Ａに示したＸ線回折結果から、すべてのドメインは（１１１）配向していることがわかっている。

ひとつのドメインに着目すると、［１００］方向、［０１０］方向、及び［００１］方向の各々が、［１１１］方向から５４．７°傾き、これら３方向が［１１１］方向を回転軸として３回回転対称性を有するように配置される。すなわち、これら３方向の任意の２つは、方位角にして１２０°をなす。（１１１）面と（１００）面との交線Ｌ（１００）、（１１１）面と（０１０）面との交線Ｌ（０１０）、及び（１１１）面と（００１）面との交線Ｌ（００１）の３本により正三角形が形成される。ひとつのドメインの（１００）面、（０１０）面、及び（００１）面により、極点図形の極角５４．７°の位置に、方位角１２０°で等間隔に分布する３個のピークが現れる。

図２Ｂに示した測定結果では、方位角３０°で等間隔に分布する１２個のピークが現れている。これは、（１１１）方向を回転中心として、ドメイン内の結晶軸方位を３０°ずつずらして得られる４種類のドメインが形成されていることを示している。

図３に示すように、（００１）配向したＹＳＺからなる下地膜２の表面に、ＹＳＺの相互に直交する［１００］方向と［０１０］方向とが現れている。Ｐｔの（１１１）面と（１００）面との交線Ｌ（１００）が、ＹＳＺの［１００］方向または［０１０］方向と平行になるように、下地膜２の上にＰｔが成長すると、図３に正三角形で示したように、４種類のドメインが形成される。図２Ｂの測定結果から予測される４種類のドメインは、図３に示したこの４種類のドメインに相当する。

図２Ｂの測定結果は、第１中間膜３を形成するＰｔが、ＹＳＺからなる下地膜２の結晶性を引き継いで、その上にエピタキシャル成長していることを示している。

図１Ｂに戻って説明を続ける。ペロブスカイト構造を有する酸化物は、下地となるＰｔ膜の配向性を引き継いでエピタキシャル成長する。基板面に垂直な方向のみならず、面内方向にも配向したＰｔからなる第１中間膜３の上にエピタキシャル成長した第２中間膜４も面内方向に配向した結晶性を有する。その上にエピタキシャル成長させたコア層５も、面内方向に配向した結晶性を有する。

コア層５を形成するＰＬＺＴが、基板面に垂直な方向に（１１１）配向しているため、（００１）配向したＰＬＺＴからなるコア層を用いる場合に比べて大きな電気光学効果が得られる。さらに、コア層５を形成するＰＬＺＴは、基板面に垂直な方向のみならず、面内方向にも配向しているため、面内方向に配向していない（ランダム配向した）ＰＬＺＴからなるコア層を用いる場合に比べて、低損失な光導波路が得られる。

上記第１の実施例では、第１中間膜３をＰｔで形成したが、その他の白金族の金属、すなわちイリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、またはルテニウム（Ｒｕ）で形成してもよい。また、第１の実施例では、Ｐｔからなる第１中間膜３をスパッタリングにより形成したが、その他の成膜方法でＰｔをエピタキシャル成長させてもよい。

上記第１の実施例では、第２中間膜４を（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３で形成したが、（イキ）ペロブスカイト構造の材料で形成してもよい。

上記第１の実施例ではコア層５をＰＬＺＴで形成したが、その他の電気光学効果を持つ材料で形成してもよい。特に、（１１１）配向した状態で大きな電気光学効果を発現するペロブスカイト構造の酸化物で形成することが好ましい。このような酸化物の例として、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３（ＰＺＴ）が挙げられる。また、より大きな電気光学効果を得るために、ＰＺＴに添加物を加えてもよい。ＰＺＴに添加物を加えた材料として、Ｐｂ（Ａ_１／３Ｂ_２／３）_ｘＴｉ_ｙＺｒ_{１−ｘ−ｙ}Ｏ_３（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、Ａは２価の遷移金属、Ｂは５価の遷移金属）、Ｐｂ（Ａ_１／２Ｂ_１／２）_ｘＴｉ_ｙＺｒ_{１−ｘ−ｙ}Ｏ_３（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、Ａ及びＢは、それぞれ３価及び５価の遷移金属または２価及び６価の遷移金属）、Ｐｂ（Ａ_１／３Ｂ_２／３）_ｘＴｉ_ｙＺｒ_{１−ｘ−ｙ}Ｏ_３（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、Ａは６価の遷移金属、Ｂは３価の遷移金属）等が挙げられる。２価の遷移金属として、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ等が挙げられる。３価の遷移金属として、Ｓｃ、Ｆｅ等が挙げられる。５価の遷移金属として、Ｎｂ、Ｔａ等が挙げられる。６価の遷移金属として、Ｗ等が挙げられる。

図４に、第２の実施例による電気光学素子の断面図を示す。以下、図１Ｂに示した第１の実施例による電気光学素子との相違点に着目して説明する。

第１の実施例では、第２中間膜４の上に、コア層５が直接形成されていたが、第２の実施例では、両者の間に、下部クラッド層３０が配置されている。さらに、コア層５の上面が、上部クラッド層３１で覆われている。上部電極６は、上部クラッド層３１の上に形成されている。

下部クラッド層３０は、コア層５よりも屈折率が小さく、かつ第２中間膜４の上にエピタキシャル成長する材料で形成されている。上部クラッド層３１は、コア層５よりも屈折率が小さく、かつコア層５の上にエピタキシャル成長する材料で形成されている。下部クラッド層３０及び上部クラッド層３１に用いられる材料として、ＰＬＺＴ、ＢａＴｉＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３等が挙げられる。下部クラッド層３０をＰＬＺＴで形成する場合、コア層５に比べて、Ｐｂの組成比を小さくし、Ｌａの組成比を大きくすることにより、下部クラッド層３０の屈折率をコア層５の屈折率よりも小さくすることができる。

下部クラッド層３０及び上部クラッド層３１を配置することにより、コア層５を伝搬する光の損失をより小さくすることができる。

図５に、第３の実施例による電気光学素子の断面図を示す。以下、図１Ｂに示した第１の実施例による電気光学素子との相違点に着目して説明する。

第３の実施例では、図１Ｂに示した第１の実施例による電気光学素子の第２中間膜４が形成されておらず、Ｐｔからなる第１中間膜３の上に、ＰＬＺＴからなるコア層５が直接エピタキシャル成長している。このように、第２中間膜４を形成しなくても、コア層５をエピタキシャル成長させることができる。

上記第１〜第３の実施例では、下地膜２をＹＳＺで形成したが、結晶構造が蛍石構造である他の材料で形成してもよい。下地膜２を、蛍石構造の材料で形成することにより、その上に形成するＰｔ等からなる第１中間膜またはペロブスカイト構造の酸化物からなる第２中間膜を、基板面に垂直な方向に（１１１）配向させ、かつ面内方向にも配向性を持たせることができる。

図６に、第４の実施例による電気光学素子の平面図を示す。以下、図１Ａに示した第１の実施例による電気光学素子との相違点に着目して説明する。第４の実施例による電気光学素子の断面構造は、第１〜第４の実施例による電気光学素子のいずれの断面構造でもよい。

第１の実施例では、直角三角形状の１つの上部電極６が配置されていたが、第４の実施例では、直角三角形状の２つの上部電極６Ａ及び６Ｂが配置されている。上部電極６Ａ及び６Ｂの平面形状は相互に相似形をなし、斜辺同士が間隔を隔てて対向し、相互に平行になるように配置されている。

上部電極６Ａ及び６Ｂに電圧が印加されていない状態のとき、入射側光学系１１からコア層に入射した光線束は、コア層内を直進して、第１の出射側光学系１４に入射する。

上部電極６Ａ及び６Ｂに電圧が印加されている状態のとき、入射側光学系１１からコア層に入射した光線束は、前段の上部電極６Ａの一つの辺を直角に横切って上部電極６Ａ直下の領域に侵入する。光線束は、上部電極６Ａの直下の領域内を伝搬し、直角三角形の斜辺の位置で屈折される。その後、後段の上部電極６Ｂの斜辺を横切って、上部電極６Ｂの直下の領域内に侵入する。斜辺を横切るときに光線束が屈折され、光線束は、コア層５への入射時点の進行方向と平行な方向に伝搬する。

上部電極６Ｂの直下の領域内を伝搬する光線束は、直角三角形の他の辺を直角に横切って出射端面５ｂに達する。出射端面５ｂを通って外部に出射した光線束は、第２の出射側光学系１７に入射する。

第４の実施例では、上部電極６Ａ及び６Ｂに電圧を印加した状態における出射光ｎ伝搬方向と、電圧を印加していない状態における出射光の伝搬方向とが相互に平行になる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

上記実施例から、以下の付記に示す発明が導出される。

（付記１）
（００１）面を主表面とする単結晶材料からなる支持基板と、
前記支持基板の主表面上にエピタキシャル成長し、結晶構造が蛍石構造である下地膜と、
前記下地膜の上に配置され、（１１１）面が前記下地基板の主表面と平行になるように、該下地膜の表面上にエピタキシャル成長した中間膜と、
前記中間膜の上に配置され、（１１１）面が前記支持基板の主表面と平行になるように配向しており、電気光学効果を有する酸化物材料からなるコア層と、
前記コア層の一部の領域に電界を生じさせる電極と
を有する電気光学素子。

（付記２）
前記下地膜が、酸化ジルコニウムを主成分とする材料で形成されている付記１に記載の電気光学素子。

（付記３）
前記下地膜が、希土類元素またはアルカリ土類元素を含有する付記２に記載の電気光学素子。

（付記４）
前記中間膜は面内に分布する複数のドメインを含み、該ドメインは、結晶軸の方位が面内方向に関して３０°ずつずれている４種類のドメインに分類される付記１〜３のいずれかに記載の電気光学素子。

（付記５）
前記中間膜が白金族の元素で形成され、前記電極の一部を構成する付記１〜４のいずれかに記載の電気光学素子。

（付記６）
前記中間膜が導電性を持ち、その結晶構造がペロブスカイト構造である付記１〜４のいずれかに記載の電気光学素子。

（付記７）
前記コア層の結晶構造が、ペロブスカイト構造である付記１〜６のいずれかに記載の電気光学素子。

（付記８）
さらに、前記コア層の下に、該コア層に接するように配置され、該コア層よりも屈折率の小さな材料で形成された下部クラッド層を有する付記１〜７のいずれかに記載の電気光学素子。

（付記９）
さらに、前記コア層の上に、該コア層に接するように配置され、該コア層よりも屈折率の小さな材料で形成された上部クラッド層を有する付記１〜８のいずれかに記載の電気光学素子。

（付記１０）
前記コア層が、入射端面と出射端面とを有し、
さらに、
前記入射端面から前記コア層内に光線束を入射させる入射側光学系と、
前記コア層内に電界が生じていないときに前記入射側光学系から前記コア層内に入射し、前記コア層を伝搬して該出射端面から出射した光線束を後段に伝搬させる第１の出射側光学系と、
前記コア層内に電界が生じているときに前記入射側光学系から前記コア層内に入射し、前記コア層を伝搬する際に屈折率の変化した領域と変化していない領域との境界で屈折した後、該出射端面から出射した光線束を後段に伝搬させる第２の出射側光学系と
を有する付記１〜９のいずれかに記載の電気光学素子。

（付記１１）
前記電極が、前記コア層よりも下に配置された下部電極と、該コア層の上に配置された上部電極とを含み、該上部電極は、直線状の第１の縁と、該第１の縁に対して斜めの直線状の第２の縁とを含む付記１〜１０のいずれかに記載の電気光学素子。

（付記１２）
（００１）面を主表面とする単結晶材料からなる支持基板の該主表面上に、結晶構造が蛍石構造である下地膜をエピタキシャル成長させる工程と、
前記下地膜の上に、（１１１）面が前記主表面に平行になるように配向する条件で、中間膜をエピタキシャル成長させる工程と、
前記中間膜の上に、電気光学効果を有する酸化物材料からなるコア層をエピタキシャル成長させる工程と
を有する電気光学素子の製造方法。

図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ第１の実施例による電気光学素子の平面図及び断面図である。図２Ａは、第１の実施例による電気光学素子の支持基板、下地膜、及び第１中間膜のＸ線回折パターンを示すグラフであり、図２Ｂは、第１の中間膜のＰｔの（２００）面の極点図形である。Ｐｔからなる第１中間膜の配向の様子を示す線図である。第２の実施例による電気光学素子の断面図である。第３の実施例による電気光学素子の断面図である。第４の実施例による電気光学素子の平面図である。

符号の説明

１支持基板
２下地膜
３第１中間膜（下部電極）
４第２中間膜
５コア層
６、６Ａ、６Ｂ上部電極
１１入射側光学系
１４第１の出射側光学系
１７第２の出射側光学系
３０下部クラッド層
３１上部クラッド層

Claims

（００１）面を主表面とする単結晶材料からなる支持基板と、
前記支持基板の主表面上にエピタキシャル成長し、結晶構造が蛍石構造である下地膜と、
前記下地膜の上に配置され、（１１１）面が前記下地基板の主表面と平行になるように、該下地膜の表面上にエピタキシャル成長した中間膜と、
前記中間膜の上に配置され、（１１１）面が前記支持基板の主表面と平行になるように配向しており、電気光学効果を有する酸化物材料からなるコア層と、
前記コア層の一部の領域に電界を生じさせる電極と
を有する電気光学素子。
前記下地膜が、酸化ジルコニウムを主成分とする材料で形成されている請求項１に記載の電気光学素子。
前記中間膜は面内に分布する複数のドメインを含み、該ドメインは、結晶軸の方位が面内方向に関して３０°ずつずれている４種類のドメインに分類される請求項１または２に記載の電気光学素子。
前記コア層が、入射端面と出射端面とを有し、
さらに、
前記入射端面から前記コア層内に光線束を入射させる入射側光学系と、
前記コア層内に電界が生じていないときに前記入射側光学系から前記コア層内に入射し、前記コア層を伝搬して該出射端面から出射した光線束を後段に伝搬させる第１の出射側光学系と、
前記コア層内に電界が生じているときに前記入射側光学系から前記コア層内に入射し、前記コア層を伝搬する際に屈折率の変化した領域と変化していない領域との境界で屈折した後、該出射端面から出射した光線束を後段に伝搬させる第２の出射側光学系と
を有する請求項１〜３のいずれかに記載の電気光学素子。
（００１）面を主表面とする単結晶材料からなる支持基板の該主表面上に、結晶構造が蛍石構造である下地膜をエピタキシャル成長させる工程と、
前記下地膜の上に、（１１１）面が前記主表面に平行になるように配向する条件で、中間膜をエピタキシャル成長させる工程と、
前記中間膜の上に、電気光学効果を有する酸化物材料からなるコア層をエピタキシャル成長させる工程と
を有する電気光学素子の製造方法。