JP2864912B2 - 配向性強誘電体薄膜 - Google Patents
配向性強誘電体薄膜Info
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Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の技術分野】この発明は、例えば、エピタキシ
ャルまたは配向性のＭｇＯとＳｒＴｉＯ 3 の二重層をバ
ッファ層として用い、半導体単結晶（１００）基板上に
エピタキシャルまたはｃ軸配向性の強誘電体薄膜を形成
したものであって、不揮発性メモリーやキャパシター、
または光変調素子などを半導体基板上に作製する場合に
使用することができる配向性強誘電体薄膜に関する。
ャルまたは配向性のＭｇＯとＳｒＴｉＯ 3 の二重層をバ
ッファ層として用い、半導体単結晶（１００）基板上に
エピタキシャルまたはｃ軸配向性の強誘電体薄膜を形成
したものであって、不揮発性メモリーやキャパシター、
または光変調素子などを半導体基板上に作製する場合に
使用することができる配向性強誘電体薄膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、酸化物強誘電体薄膜は強誘電体の
もつ強誘電性、圧電性、焦電性、電気光学効果などの多
くの性質により不揮発性メモリーを始めとして、表面弾
性波素子、赤外線焦電素子、音響光学素子、電気光学素
子など多くの応用が期待されている。これらの応用のう
ち、薄膜光導波路構造での低光損失化と単結晶並みの分
極特性や電気光学効果を得るために単結晶薄膜の作製が
不可欠である。そのため、ＢａＴｉＯ3 、ＰｂＴｉ
Ｏ3 、Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒ1-y Ｔｉy ）1-x/4 Ｏ
3（ＰＬＺＴ）、ＬｉＮｂＯ3 、ＫＮｂＯ3 、Ｂｉ4 Ｔ
ｉ3 Ｏ12などのエピタキシャル強誘電体薄膜が、Ｒｆ−
マグネトロン・スパッタリング、イオン・ビーム・スパ
ッタリング、レーザー・アブレーション、有機金属化学
蒸着（ＭＯＣＶＤ）などの方法によって酸化物単結晶基
板に形成することが数多く試みられている。
もつ強誘電性、圧電性、焦電性、電気光学効果などの多
くの性質により不揮発性メモリーを始めとして、表面弾
性波素子、赤外線焦電素子、音響光学素子、電気光学素
子など多くの応用が期待されている。これらの応用のう
ち、薄膜光導波路構造での低光損失化と単結晶並みの分
極特性や電気光学効果を得るために単結晶薄膜の作製が
不可欠である。そのため、ＢａＴｉＯ3 、ＰｂＴｉ
Ｏ3 、Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒ1-y Ｔｉy ）1-x/4 Ｏ
3（ＰＬＺＴ）、ＬｉＮｂＯ3 、ＫＮｂＯ3 、Ｂｉ4 Ｔ
ｉ3 Ｏ12などのエピタキシャル強誘電体薄膜が、Ｒｆ−
マグネトロン・スパッタリング、イオン・ビーム・スパ
ッタリング、レーザー・アブレーション、有機金属化学
蒸着（ＭＯＣＶＤ）などの方法によって酸化物単結晶基
板に形成することが数多く試みられている。
【０００３】しかしながら、半導体素子との集積化のた
めには、半導体基板上に強誘電体薄膜を作製することが
必要である。半導体基板上における強誘電体薄膜のエピ
タキシャル成長は、高成長温度、半導体と強誘電体との
間の相互拡散、半導体の酸化などの為に難しい。さら
に、ＧａＡｓ基板上への強誘電体薄膜のエピタキシャル
成長は、次の理由により難しい。すなわち、ＧａＡｓは
４００℃以上では表面のＡｓが減少し、６９０℃以上で
はＡｓ4 雰囲気なしではＡｓとＧａの一層ずつの昇華が
始まることが知られている。また、ＧａＡｓ基板上への
強誘電体薄膜作製の報告は極めて数少なく、ＰＬＺＴが
ＧａＡｓ基板上に成長した際には、ＰｂのＧａＡｓへの
拡散が検出されている。これらの理由のため、低温で半
導体基板上でエピタキシャル成長し、強誘電体薄膜のエ
ピタキシャル成長を助け、かつ拡散バリアとしても働く
キャッピング層をバッファ層として半導体基板上に形成
することが必要である。さらに、強誘電体と半導体との
間に絶縁体を形成したＦＥＴ素子においては、上記のよ
うなバッファ層が存在すれば、強誘電体の分極時の半導
体からの電荷の注入を防ぐことができ、強誘電体の分極
状態を維持することが容易となる。また、強誘電体の屈
折率は一般にＧａＡｓよりも小さいが、強誘電体よりも
小さい屈折率をもつバッファ層が得られれば、半導体レ
ーザー光を強誘電体薄膜光導波路中に閉じ込めることが
可能になり、光変調素子の半導体レーザー上への作製や
光集積回路をＳｉ半導体集積回路上に作製することが可
能になる。
めには、半導体基板上に強誘電体薄膜を作製することが
必要である。半導体基板上における強誘電体薄膜のエピ
タキシャル成長は、高成長温度、半導体と強誘電体との
間の相互拡散、半導体の酸化などの為に難しい。さら
に、ＧａＡｓ基板上への強誘電体薄膜のエピタキシャル
成長は、次の理由により難しい。すなわち、ＧａＡｓは
４００℃以上では表面のＡｓが減少し、６９０℃以上で
はＡｓ4 雰囲気なしではＡｓとＧａの一層ずつの昇華が
始まることが知られている。また、ＧａＡｓ基板上への
強誘電体薄膜作製の報告は極めて数少なく、ＰＬＺＴが
ＧａＡｓ基板上に成長した際には、ＰｂのＧａＡｓへの
拡散が検出されている。これらの理由のため、低温で半
導体基板上でエピタキシャル成長し、強誘電体薄膜のエ
ピタキシャル成長を助け、かつ拡散バリアとしても働く
キャッピング層をバッファ層として半導体基板上に形成
することが必要である。さらに、強誘電体と半導体との
間に絶縁体を形成したＦＥＴ素子においては、上記のよ
うなバッファ層が存在すれば、強誘電体の分極時の半導
体からの電荷の注入を防ぐことができ、強誘電体の分極
状態を維持することが容易となる。また、強誘電体の屈
折率は一般にＧａＡｓよりも小さいが、強誘電体よりも
小さい屈折率をもつバッファ層が得られれば、半導体レ
ーザー光を強誘電体薄膜光導波路中に閉じ込めることが
可能になり、光変調素子の半導体レーザー上への作製や
光集積回路をＳｉ半導体集積回路上に作製することが可
能になる。
【０００４】これに対し、Ｓｉ（１００）単結晶上にＭ
ｇＡｌ2 Ｏ4 （１００）もしくはＭｇＯ（１００）をバ
ッファ層とし、エピタキシャル成長させた基板上に強誘
電体化合物をエピタキシャル成長させることが特開昭６
１−１８５８０８公報に示されている。ところが、これ
らの格子定数は、後記表１に示すように、ＭｇＡｌ2Ｏ
4 が８．０８３オングストローム（１／２が４．０４２
オングストローム）、ＭｇＯが４．２１３オングストロ
ームであり、したがって、代表的な強誘電体であるＰｂ
ＴｉＯ3 （格子定数ａ＝３．８９９オングストローム、
ｃ＝４．１５３オングストローム）やＢａＴｉＯ3 （格
子定数ａ＝３．９９４オングストローム、ｃ＝４．０３
８オングストローム）を、これらの上にｃ軸配向でエピ
タキシャル成長させることは、これらＭｇＡｌ2 Ｏ4 も
しくはＭｇＯの格子定数が強誘電体のａ軸の格子定数よ
りもｃ軸の格子定数に近いか、両軸の格子定数の中間の
値を持つために難しかった。そのために、Ｓｉ（１０
０）単結晶基板上のエピタキシャルＭｇＡｌ2 Ｏ4 （１
００）もしくはＭｇＯ（１００）上にＰｂＴｉＯ3 やＢ
ａＴｉＯ3 などを成長させると、これら強誘電体の（１
００）面と（００１）面が混在して基板に対して平行に
配向した、すなわちａ軸配向とｃ軸配向結晶粒が混在し
た配向膜しか得ることができなかった。
ｇＡｌ2 Ｏ4 （１００）もしくはＭｇＯ（１００）をバ
ッファ層とし、エピタキシャル成長させた基板上に強誘
電体化合物をエピタキシャル成長させることが特開昭６
１−１８５８０８公報に示されている。ところが、これ
らの格子定数は、後記表１に示すように、ＭｇＡｌ2Ｏ
4 が８．０８３オングストローム（１／２が４．０４２
オングストローム）、ＭｇＯが４．２１３オングストロ
ームであり、したがって、代表的な強誘電体であるＰｂ
ＴｉＯ3 （格子定数ａ＝３．８９９オングストローム、
ｃ＝４．１５３オングストローム）やＢａＴｉＯ3 （格
子定数ａ＝３．９９４オングストローム、ｃ＝４．０３
８オングストローム）を、これらの上にｃ軸配向でエピ
タキシャル成長させることは、これらＭｇＡｌ2 Ｏ4 も
しくはＭｇＯの格子定数が強誘電体のａ軸の格子定数よ
りもｃ軸の格子定数に近いか、両軸の格子定数の中間の
値を持つために難しかった。そのために、Ｓｉ（１０
０）単結晶基板上のエピタキシャルＭｇＡｌ2 Ｏ4 （１
００）もしくはＭｇＯ（１００）上にＰｂＴｉＯ3 やＢ
ａＴｉＯ3 などを成長させると、これら強誘電体の（１
００）面と（００１）面が混在して基板に対して平行に
配向した、すなわちａ軸配向とｃ軸配向結晶粒が混在し
た配向膜しか得ることができなかった。
【０００５】
【表１】
【０００６】それに対し、本発明者等は、ＭｇＯを半導
体（１００）基板上へ（１００）エピタキシャル成長さ
せることをすでに提案した。
体（１００）基板上へ（１００）エピタキシャル成長さ
せることをすでに提案した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
技術では、半導体基板上にｃ軸配向のエピタキシャルま
たは配向性の強誘電体薄膜を形成することは困難であっ
た。したがって、本発明は、この問題点を解決すること
を目的とするものである。すなわち、本発明の目的は、
半導体単結晶（１００）基板上に、ｃ軸配向のエピタキ
シャルまたは配向性の強誘電体薄膜を形成した配向性強
誘電体薄膜を提供することにある。本発明の他の目的
は、高機能の不揮発性メモリーやキャパシター、または
光変調素子等の素子を半導体基板上に作製する場合に利
用可能な配向性強誘電体薄膜を提供することにある。
技術では、半導体基板上にｃ軸配向のエピタキシャルま
たは配向性の強誘電体薄膜を形成することは困難であっ
た。したがって、本発明は、この問題点を解決すること
を目的とするものである。すなわち、本発明の目的は、
半導体単結晶（１００）基板上に、ｃ軸配向のエピタキ
シャルまたは配向性の強誘電体薄膜を形成した配向性強
誘電体薄膜を提供することにある。本発明の他の目的
は、高機能の不揮発性メモリーやキャパシター、または
光変調素子等の素子を半導体基板上に作製する場合に利
用可能な配向性強誘電体薄膜を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記した
半導体（１００）基板上へＭｇＯをエピタキシャル成長
させる技術について、さらに検討を進めた結果、ペロブ
スカイトＡＢＯ3 型薄膜であって、格子定数がＰｂＴｉ
Ｏ3 やＢａＴｉＯ3 などのｃ軸よりａ軸の格子定数に近
い、例えば、上記表１に示すように３．９０５オングス
トロームであるＳｒＴｉＯ3 を（１００）エピタキシャ
ル成長させることにより、ＰｂＴｉＯ3やＢａＴｉＯ3
などの強誘電体薄膜のａ軸がＳｒＴｉＯ3 層の格子定数
に優先的に整合し、これら強誘電体薄膜をｃ軸配向であ
る（００１）エピタキシャル成長できることを見出だ
し、本発明を完成した。
半導体（１００）基板上へＭｇＯをエピタキシャル成長
させる技術について、さらに検討を進めた結果、ペロブ
スカイトＡＢＯ3 型薄膜であって、格子定数がＰｂＴｉ
Ｏ3 やＢａＴｉＯ3 などのｃ軸よりａ軸の格子定数に近
い、例えば、上記表１に示すように３．９０５オングス
トロームであるＳｒＴｉＯ3 を（１００）エピタキシャ
ル成長させることにより、ＰｂＴｉＯ3やＢａＴｉＯ3
などの強誘電体薄膜のａ軸がＳｒＴｉＯ3 層の格子定数
に優先的に整合し、これら強誘電体薄膜をｃ軸配向であ
る（００１）エピタキシャル成長できることを見出だ
し、本発明を完成した。
【０００９】本発明の配向性強誘電体は、薄膜半導体単
結晶（１００）基板上に、ＭｇＯ薄膜上にペロブスカイ
トＡＢＯ 3 型薄膜が形成された二層構造からなるエピタ
キシャルまたは配向性のバッファ層が形成され、さらに
その上にエピタキシャルまたは配向性のペロブスカイト
ＡＢＯ3 型強誘電体薄膜が形成されていることを特徴と
する。また、本発明において、前記エピタキシャルまた
は配向性のバッファ層におけるペロブスカイトＡＢＯ3
型薄膜は、前記上層であるペロブスカイトＡＢＯ3 型強
誘電体薄膜のｃ軸よりもａ軸に近い格子定数を持ってい
る。そして、前記単結晶基板とバッファ層およびペロブ
スカイトＡＢＯ3 型強誘電体薄膜の結晶学的関係は、Ａ
ＢＯ3 （００１）//ＳｒＴｉＯ3 （１００）//ＭｇＯ
（１００）//半導体単結晶（１００）である。
結晶（１００）基板上に、ＭｇＯ薄膜上にペロブスカイ
トＡＢＯ 3 型薄膜が形成された二層構造からなるエピタ
キシャルまたは配向性のバッファ層が形成され、さらに
その上にエピタキシャルまたは配向性のペロブスカイト
ＡＢＯ3 型強誘電体薄膜が形成されていることを特徴と
する。また、本発明において、前記エピタキシャルまた
は配向性のバッファ層におけるペロブスカイトＡＢＯ3
型薄膜は、前記上層であるペロブスカイトＡＢＯ3 型強
誘電体薄膜のｃ軸よりもａ軸に近い格子定数を持ってい
る。そして、前記単結晶基板とバッファ層およびペロブ
スカイトＡＢＯ3 型強誘電体薄膜の結晶学的関係は、Ａ
ＢＯ3 （００１）//ＳｒＴｉＯ3 （１００）//ＭｇＯ
（１００）//半導体単結晶（１００）である。
【００１０】以下、本発明について詳細に説明する。本
発明において、半導体単結晶（１００）基板としては、
単体半導体であるＳｉ、Ｇｅ、ダイアモンド等、III −
Ｖ系の化合物半導体であるＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、Ａｌ
Ｐ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳ
ｂ、ＡｌＧａＰ、ＡｌＬｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎ
Ａｓ、ＡｌＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＳｂ、Ｇ
ａＡｓＳｂ、ＩｎＡｓＳｂ等、II−VI系の化合物半導体
であるＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣａＳｅ、ＣｄＴ
ｅ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＣｄＳ等より選ばれる半導体
単結晶（１００）が使用される。
発明において、半導体単結晶（１００）基板としては、
単体半導体であるＳｉ、Ｇｅ、ダイアモンド等、III −
Ｖ系の化合物半導体であるＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、Ａｌ
Ｐ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳ
ｂ、ＡｌＧａＰ、ＡｌＬｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎ
Ａｓ、ＡｌＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＳｂ、Ｇ
ａＡｓＳｂ、ＩｎＡｓＳｂ等、II−VI系の化合物半導体
であるＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣａＳｅ、ＣｄＴ
ｅ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＣｄＳ等より選ばれる半導体
単結晶（１００）が使用される。
【００１１】半導体単結晶（１００）基板上には、二層
構造からなるエピタキシャルまたは配向性のバッファ層
が形成される。具体的には、（１００）エピタキシャル
または配向性のＭｇＯバッファ層が形成され、その上に
（１００）エピタキシャルまたは配向性であり、上層で
あるペロブスカイトＡＢＯ3 型強誘電体薄膜のｃ軸より
もａ軸に近い格子定数を持つペロブスカイトＡＢＯ3 型
薄膜バッファ層、望ましくはＳｒＴｉＯ3 よりなる層が
形成される。上記ＭｇＯおよびペロブスカイトＡＢＯ3
型薄膜バッファ層は、電子ビーム蒸着、フラッシュ蒸
着、イオン・プレーティング、Ｒｆ−マグネトロン・ス
パッタリング、イオン・ビーム・スパッタリング、レー
ザー・アブレーション、モレキュラー・ビーム・エピタ
キシー（ＭＢＥ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマＣＶ
Ｄ、有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）などより選ばれる
気相成長法およびゾルゲル法などのウエット・プロセス
により作製することができる。
構造からなるエピタキシャルまたは配向性のバッファ層
が形成される。具体的には、（１００）エピタキシャル
または配向性のＭｇＯバッファ層が形成され、その上に
（１００）エピタキシャルまたは配向性であり、上層で
あるペロブスカイトＡＢＯ3 型強誘電体薄膜のｃ軸より
もａ軸に近い格子定数を持つペロブスカイトＡＢＯ3 型
薄膜バッファ層、望ましくはＳｒＴｉＯ3 よりなる層が
形成される。上記ＭｇＯおよびペロブスカイトＡＢＯ3
型薄膜バッファ層は、電子ビーム蒸着、フラッシュ蒸
着、イオン・プレーティング、Ｒｆ−マグネトロン・ス
パッタリング、イオン・ビーム・スパッタリング、レー
ザー・アブレーション、モレキュラー・ビーム・エピタ
キシー（ＭＢＥ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマＣＶ
Ｄ、有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）などより選ばれる
気相成長法およびゾルゲル法などのウエット・プロセス
により作製することができる。
【００１２】上記バッファ層の上には、さらに、ｃ軸配
向である（００１）エピタキシャルまたは配向性のペロ
ブスカイトＡＢＯ3 型強誘電体薄膜が形成される。具体
的には、ＢａＴｉＯ3 、ＰｂＴｉＯ3 、Ｐｂ1-x Ｌａx
（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （ＰＬＺＴ）、ＬｉＮｂ
Ｏ3 、ＫＮｂＯ3 、Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12等の強誘電体薄膜
を形成する。その作製方法は、上記バッファ層の作製に
関して記述したと同様な方法が採用できる。
向である（００１）エピタキシャルまたは配向性のペロ
ブスカイトＡＢＯ3 型強誘電体薄膜が形成される。具体
的には、ＢａＴｉＯ3 、ＰｂＴｉＯ3 、Ｐｂ1-x Ｌａx
（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （ＰＬＺＴ）、ＬｉＮｂ
Ｏ3 、ＫＮｂＯ3 、Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12等の強誘電体薄膜
を形成する。その作製方法は、上記バッファ層の作製に
関して記述したと同様な方法が採用できる。
【００１３】上記単結晶基板、バッファ層およびペロブ
スカイトＡＢＯ3 型強誘電体薄膜の結晶学的関係は、例
えば、ＡＢＯ3 （００１）//ＡＢＯ3 （１００）//Ｍｇ
Ｏ（１００）//半導体単結晶（１００）である。例え
ば、この際の結晶学的関係は、例えばＧａＡｓ上にＭｇ
ＯおよびＳｒＴｉＯ3 よりなる二層構造のバッファー層
およびＢａＴｉＯ3 薄膜が形成された配向性強誘電体薄
膜についての結晶学的関係は、ＢａＴｉＯ3 （００１）
//ＳｒＴｉＯ3 （１００）//ＭｇＯ（１００）//ＧａＡ
ｓ（１００）、面内方位ＢａＴｉＯ3 ［０１０］//Ｓｒ
ＴｉＯ3 ［００１］//ＭｇＯ［００１］//ＧａＡｓ［０
０１］であり、正方晶系の強誘電体の分極方向が基板面
に対して垂直な構造を作っている。
スカイトＡＢＯ3 型強誘電体薄膜の結晶学的関係は、例
えば、ＡＢＯ3 （００１）//ＡＢＯ3 （１００）//Ｍｇ
Ｏ（１００）//半導体単結晶（１００）である。例え
ば、この際の結晶学的関係は、例えばＧａＡｓ上にＭｇ
ＯおよびＳｒＴｉＯ3 よりなる二層構造のバッファー層
およびＢａＴｉＯ3 薄膜が形成された配向性強誘電体薄
膜についての結晶学的関係は、ＢａＴｉＯ3 （００１）
//ＳｒＴｉＯ3 （１００）//ＭｇＯ（１００）//ＧａＡ
ｓ（１００）、面内方位ＢａＴｉＯ3 ［０１０］//Ｓｒ
ＴｉＯ3 ［００１］//ＭｇＯ［００１］//ＧａＡｓ［０
０１］であり、正方晶系の強誘電体の分極方向が基板面
に対して垂直な構造を作っている。
【００１４】
【作用】本発明の配向性強誘電体薄膜は、上記の構成を
有するから、単結晶半導体（１００）基板上におけるペ
ロブスカイトＡＢＯ3 型強誘電体薄膜のｃ軸配向成長
が、強誘電体薄膜のエピタキシャル成長を助け、かつ拡
散バリアとしても働く、バッファ層によって可能になる
ものである。さらに、強誘電体薄膜の配向が制御できる
ために大きな残留分極値や大きな電気光学定数などを得
ることができ、強誘電体と半導体との間に絶縁体を形成
したＦＥＴ素子においては、強誘電体の分極時の半導体
からの電荷の注入を防ぐことができ、強誘電体の分極状
態を維持することが容易となる。また、強誘電体の屈折
率は一般に半導体よりも小さいが、強誘電体よりも小さ
い屈折率をもつＭｇＯ層によって半導体レーザー光を強
誘電体薄膜光導波路中に閉じ込めることが可能になり、
光変調素子のＧａＡｓ系半導体レーザー上への作製や光
集積回路をＳｉ半導体集積回路上に作製することが可能
になる。
有するから、単結晶半導体（１００）基板上におけるペ
ロブスカイトＡＢＯ3 型強誘電体薄膜のｃ軸配向成長
が、強誘電体薄膜のエピタキシャル成長を助け、かつ拡
散バリアとしても働く、バッファ層によって可能になる
ものである。さらに、強誘電体薄膜の配向が制御できる
ために大きな残留分極値や大きな電気光学定数などを得
ることができ、強誘電体と半導体との間に絶縁体を形成
したＦＥＴ素子においては、強誘電体の分極時の半導体
からの電荷の注入を防ぐことができ、強誘電体の分極状
態を維持することが容易となる。また、強誘電体の屈折
率は一般に半導体よりも小さいが、強誘電体よりも小さ
い屈折率をもつＭｇＯ層によって半導体レーザー光を強
誘電体薄膜光導波路中に閉じ込めることが可能になり、
光変調素子のＧａＡｓ系半導体レーザー上への作製や光
集積回路をＳｉ半導体集積回路上に作製することが可能
になる。
【００１５】
実施例１ ＧａＡｓ基板へのエピタキシャル層の形成を、ターゲッ
ト表面をＵＶレーザー・パルスにより瞬間的に加熱し蒸
着を行うエキシマ・レーザー・デポジション法によって
行った。レーザーはＸｅＣｌエキシマ・レーザー（波長
３０８ｎｍ）を用い、パルス周期４Ｈｚ、パルス長１７
ｎｓ、エネルギー１３０ｍＪ（ターゲット表面でのエネ
ルギー密度１．３Ｊ／ｃｍ2 ）の条件とした。ターゲッ
トと基板の距離は５０ｍｍである。ターゲットはＰｂＴ
ｉＯ3 、ＳｒＴｉＯ3 、またＭｇＯは波長３０８ｎｍに
吸収を持たないために金属Ｍｇを用いた。ＭｇＯは１０
ｅＶ以上の高い結合エネルギーを持っているため、Ｏ2
を成膜中に導入することによってＭｇは容易に酸化され
る。基板はハロゲン・ランプによって加熱した。ＧａＡ
ｓ基板（立方晶、ジンク・ブレンド構造、ａ＝５．６５
３オングストローム）としては、ｎ型、（１００）±
０．２°、６×６ｍｍのウエハーを用いた。これらの基
板は溶剤洗浄の後、Ｈ2 ＳＯ4 系の溶液にてエッチング
を行った。さらにこの基板を脱イオン水とエタノールで
リンスし、最後に窒素流下でエタノールによるスピン乾
燥を行った。エッチング後に脱イオン水リンスで形成さ
れたＧａＡｓ基板表面の単層酸化膜は、パッシベーショ
ン層として働き、また５８２℃で解離するという報告が
ある。従って、スピン乾燥後に基板を直ちにデポジショ
ン・チャンバーに導入し、一定温度、バックグラウンド
圧力３×１０-7Ｔｏｒｒにて加熱を行ってＧａＡｓ表面
の不動体層の脱離（昇華）を図り、続いて４０〜４００
オングストロームのＭｇＯの成膜を行った。
ト表面をＵＶレーザー・パルスにより瞬間的に加熱し蒸
着を行うエキシマ・レーザー・デポジション法によって
行った。レーザーはＸｅＣｌエキシマ・レーザー（波長
３０８ｎｍ）を用い、パルス周期４Ｈｚ、パルス長１７
ｎｓ、エネルギー１３０ｍＪ（ターゲット表面でのエネ
ルギー密度１．３Ｊ／ｃｍ2 ）の条件とした。ターゲッ
トと基板の距離は５０ｍｍである。ターゲットはＰｂＴ
ｉＯ3 、ＳｒＴｉＯ3 、またＭｇＯは波長３０８ｎｍに
吸収を持たないために金属Ｍｇを用いた。ＭｇＯは１０
ｅＶ以上の高い結合エネルギーを持っているため、Ｏ2
を成膜中に導入することによってＭｇは容易に酸化され
る。基板はハロゲン・ランプによって加熱した。ＧａＡ
ｓ基板（立方晶、ジンク・ブレンド構造、ａ＝５．６５
３オングストローム）としては、ｎ型、（１００）±
０．２°、６×６ｍｍのウエハーを用いた。これらの基
板は溶剤洗浄の後、Ｈ2 ＳＯ4 系の溶液にてエッチング
を行った。さらにこの基板を脱イオン水とエタノールで
リンスし、最後に窒素流下でエタノールによるスピン乾
燥を行った。エッチング後に脱イオン水リンスで形成さ
れたＧａＡｓ基板表面の単層酸化膜は、パッシベーショ
ン層として働き、また５８２℃で解離するという報告が
ある。従って、スピン乾燥後に基板を直ちにデポジショ
ン・チャンバーに導入し、一定温度、バックグラウンド
圧力３×１０-7Ｔｏｒｒにて加熱を行ってＧａＡｓ表面
の不動体層の脱離（昇華）を図り、続いて４０〜４００
オングストロームのＭｇＯの成膜を行った。
【００１６】Ｘ線回折によって解析すると成膜したＭｇ
Ｏ（立方晶、ＮａＣｌ構造、ａ＝４．２１３オングスト
ローム）は広い範囲の条件にて（１００）面単一配向の
エピタキシャル膜となったが、２５０〜４５０℃、５×
１０-6〜１×１０-4ＴｏｒｒＯ2 の条件にて良質な薄膜
となった。ＭｇＯとＧａＡｓの面内結晶方位の関係を同
定するために、Ｘ線回折ファイ・スキャンを行った。立
方晶において（１００）面に対して４５°の角度をもつ
（２０２）面についてのファイ・スキャンは、ＭｇＯ
（１００）／ＧａＡｓ（１００）のＭｇＯに対して９０
°の回転周期をもつシャープなピークを示し、この位置
はＧａＡｓのピーク位置に一致した。これらのことか
ら、ＭｇＯとＧａＡｓとの結晶学的関係は、格子不整が
２５．５％となるにもかかわらず、ＭｇＯとＧａＡｓの
結晶方位の関係は、ＭｇＯ（１００）//ＧａＡｓ（１０
０）、面内方位ＭｇＯ［００１］//ＧａＡｓ［００１］
であることが分かった。
Ｏ（立方晶、ＮａＣｌ構造、ａ＝４．２１３オングスト
ローム）は広い範囲の条件にて（１００）面単一配向の
エピタキシャル膜となったが、２５０〜４５０℃、５×
１０-6〜１×１０-4ＴｏｒｒＯ2 の条件にて良質な薄膜
となった。ＭｇＯとＧａＡｓの面内結晶方位の関係を同
定するために、Ｘ線回折ファイ・スキャンを行った。立
方晶において（１００）面に対して４５°の角度をもつ
（２０２）面についてのファイ・スキャンは、ＭｇＯ
（１００）／ＧａＡｓ（１００）のＭｇＯに対して９０
°の回転周期をもつシャープなピークを示し、この位置
はＧａＡｓのピーク位置に一致した。これらのことか
ら、ＭｇＯとＧａＡｓとの結晶学的関係は、格子不整が
２５．５％となるにもかかわらず、ＭｇＯとＧａＡｓの
結晶方位の関係は、ＭｇＯ（１００）//ＧａＡｓ（１０
０）、面内方位ＭｇＯ［００１］//ＧａＡｓ［００１］
であることが分かった。
【００１７】ＭｇＯとＧａＡｓの界面を高分解能透過型
電子顕微鏡にて観察すると、ＭｇＯ−ＧａＡｓ界面では
ＭｇＯ：ＧａＡｓ＝４：３の格子整合による二次元超格
子が形成されており、界面には二次層などの生成はなく
急峻な界面であった。４：３の格子整合を考えると、Ｍ
ｇＯ：ＧａＡｓ＝４：３では０．７％となり、大きな格
子不整合を持つにもかかわらず、膜内応力が緩和されて
ＭｇＯ［００１］//ＧａＡｓ［００１］のエピタキシャ
ル成長が実現されたと考えられる。
電子顕微鏡にて観察すると、ＭｇＯ−ＧａＡｓ界面では
ＭｇＯ：ＧａＡｓ＝４：３の格子整合による二次元超格
子が形成されており、界面には二次層などの生成はなく
急峻な界面であった。４：３の格子整合を考えると、Ｍ
ｇＯ：ＧａＡｓ＝４：３では０．７％となり、大きな格
子不整合を持つにもかかわらず、膜内応力が緩和されて
ＭｇＯ［００１］//ＧａＡｓ［００１］のエピタキシャ
ル成長が実現されたと考えられる。
【００１８】さらに、６００〜８００℃、１×１０-4〜
１×１０-2Ｔｏｒｒ Ｏ2 の条件で、ＭｇＯバッファー
層上へその場成長した膜厚２００〜１０００オングスト
ロームのＳｒＴｉＯ3 （立方晶、ペロブスカイト構造、
ａ＝３．９０５オングストローム）は、ＭｇＯに対して
格子不整合性が７．３％あるがエピタキシャル成長をし
た。図１に示すＸ線回折パターンとファイ・スキャンに
よって同定したＳｒＴｉＯ3 とＭｇＯ／ＧａＡｓの結晶
方位の関係は、図２に示すようにＳｒＴｉＯ3（１０
０）//ＭｇＯ（１００）//ＧａＡｓ（１００）、ＳｒＴ
ｉＯ3 ［００１］//ＭｇＯ［００１］//ＧａＡｓ［００
１］であった。なお、図２において、１はＧｓＡｓより
なる単結晶基板（ジンク・ブレンド構造）、２はＭｇＯ
薄膜（ＮａＣｌ構造）、３はＳｒＴｉＯ3 薄膜（ペロブ
スカイト構造）である。
１×１０-2Ｔｏｒｒ Ｏ2 の条件で、ＭｇＯバッファー
層上へその場成長した膜厚２００〜１０００オングスト
ロームのＳｒＴｉＯ3 （立方晶、ペロブスカイト構造、
ａ＝３．９０５オングストローム）は、ＭｇＯに対して
格子不整合性が７．３％あるがエピタキシャル成長をし
た。図１に示すＸ線回折パターンとファイ・スキャンに
よって同定したＳｒＴｉＯ3 とＭｇＯ／ＧａＡｓの結晶
方位の関係は、図２に示すようにＳｒＴｉＯ3（１０
０）//ＭｇＯ（１００）//ＧａＡｓ（１００）、ＳｒＴ
ｉＯ3 ［００１］//ＭｇＯ［００１］//ＧａＡｓ［００
１］であった。なお、図２において、１はＧｓＡｓより
なる単結晶基板（ジンク・ブレンド構造）、２はＭｇＯ
薄膜（ＮａＣｌ構造）、３はＳｒＴｉＯ3 薄膜（ペロブ
スカイト構造）である。
【００１９】一方、代表的な強誘電体であるＢａＴｉＯ
3 （正方晶、ペロブスカイト構造、ａ＝３．９９４オン
グストローム、ｃ＝４．０３８オングストローム）とＧ
ａＡｓ（立方晶、ジンク・ブレンド構造、ａ＝５．６５
３オングストローム）との格子常数は大きく異なるが、
ＢａＴｉＯ3 （００１）面とＧａＡｓ（１００）面の面
内４５°回転、すなわちＢａＴｉＯ3 ［１１０］//Ｇａ
Ａｓ［００１］の方位の関係を考えると、格子不整合性
はわずかに０．１％となる。そこでまず、ＢａＴｉＯ3
のＧａＡｓ上直接成膜を行った。基板温度は７００℃、
パルス数は２５００とし、最初の１００パルスの間のＯ
2 圧をバックグランド圧力から３×１０-2Ｔｏｒｒの範
囲で成膜した後、１．２×１０-3Ｔｏｒｒ Ｏ2 にて成
膜を続けた。最初の１００パルスの間のＯ2 圧力に依存
してＢａＴｉＯ3 の結晶性は変化し、最もＸＲＤピーク
強度の強かったＢａＴｉＯ3 は、７００℃、０．５×１
０-3Ｔｏｒｒ Ｏ2 にて成膜したものであったが、（１
１０）または（１０１）配向の多結晶膜であった。この
ように、エピタキシーは単純な格子整合性によっては決
まらなかった。
3 （正方晶、ペロブスカイト構造、ａ＝３．９９４オン
グストローム、ｃ＝４．０３８オングストローム）とＧ
ａＡｓ（立方晶、ジンク・ブレンド構造、ａ＝５．６５
３オングストローム）との格子常数は大きく異なるが、
ＢａＴｉＯ3 （００１）面とＧａＡｓ（１００）面の面
内４５°回転、すなわちＢａＴｉＯ3 ［１１０］//Ｇａ
Ａｓ［００１］の方位の関係を考えると、格子不整合性
はわずかに０．１％となる。そこでまず、ＢａＴｉＯ3
のＧａＡｓ上直接成膜を行った。基板温度は７００℃、
パルス数は２５００とし、最初の１００パルスの間のＯ
2 圧をバックグランド圧力から３×１０-2Ｔｏｒｒの範
囲で成膜した後、１．２×１０-3Ｔｏｒｒ Ｏ2 にて成
膜を続けた。最初の１００パルスの間のＯ2 圧力に依存
してＢａＴｉＯ3 の結晶性は変化し、最もＸＲＤピーク
強度の強かったＢａＴｉＯ3 は、７００℃、０．５×１
０-3Ｔｏｒｒ Ｏ2 にて成膜したものであったが、（１
１０）または（１０１）配向の多結晶膜であった。この
ように、エピタキシーは単純な格子整合性によっては決
まらなかった。
【００２０】ＢａＴｉＯ3 のＧａＡｓ上での直接成長で
はエピタキシーは前記のようにみられなかったが、６０
０〜８００℃、１×１０-4〜１×１０-2Ｔｏｒｒ Ｏ2
の条件で、ＳｒＴｉＯ3 ／ＭｇＯバッファー層上へその
場成長した膜厚５００〜２０００オングストロームのＢ
ａＴｉＯ3 は、全てエピタキシャル成長をした。Ｘ線回
折パターンを解析するとＢａＴｉＯ3 は完全なｃ軸配向
性であり、ファイ・スキャンによって同定したＢａＴｉ
Ｏ3 とＳｒＴｉＯ3 ／ＭｇＯ／ＧａＡｓの結晶方位の関
係は、ＢａＴｉＯ3 （００１）//ＳｒＴｉＯ3 （１０
０）//ＭｇＯ（１００）//ＧａＡｓ（１００）、ＢａＴ
ｉＯ3 ［０１０］//ＳｒＴｉＯ3 ［００１］//ＭｇＯ
［００１］//ＧａＡｓ［００１］であった。
はエピタキシーは前記のようにみられなかったが、６０
０〜８００℃、１×１０-4〜１×１０-2Ｔｏｒｒ Ｏ2
の条件で、ＳｒＴｉＯ3 ／ＭｇＯバッファー層上へその
場成長した膜厚５００〜２０００オングストロームのＢ
ａＴｉＯ3 は、全てエピタキシャル成長をした。Ｘ線回
折パターンを解析するとＢａＴｉＯ3 は完全なｃ軸配向
性であり、ファイ・スキャンによって同定したＢａＴｉ
Ｏ3 とＳｒＴｉＯ3 ／ＭｇＯ／ＧａＡｓの結晶方位の関
係は、ＢａＴｉＯ3 （００１）//ＳｒＴｉＯ3 （１０
０）//ＭｇＯ（１００）//ＧａＡｓ（１００）、ＢａＴ
ｉＯ3 ［０１０］//ＳｒＴｉＯ3 ［００１］//ＭｇＯ
［００１］//ＧａＡｓ［００１］であった。
【００２１】図３は、上記の方法によって作製されたＢ
ａＴｉＯ3 ／ＳｒＴｉＯ3 ／ＭｇＯ／ＧａＡｓの多層構
造よりなる強誘電体薄膜の模式的断面図であり、１はＧ
ｓＡｓよりなる単結晶基板（ジンク・ブレンド構造）、
２はＭｇＯ薄膜（ＮａＣｌ構造）、３はＳｒＴｉＯ3 薄
膜（ペロブスカイト構造）、４はＢａＴｉＯ3 薄膜（ペ
ロブスカイト構造）である。
ａＴｉＯ3 ／ＳｒＴｉＯ3 ／ＭｇＯ／ＧａＡｓの多層構
造よりなる強誘電体薄膜の模式的断面図であり、１はＧ
ｓＡｓよりなる単結晶基板（ジンク・ブレンド構造）、
２はＭｇＯ薄膜（ＮａＣｌ構造）、３はＳｒＴｉＯ3 薄
膜（ペロブスカイト構造）、４はＢａＴｉＯ3 薄膜（ペ
ロブスカイト構造）である。
【００２２】走査型電子顕微鏡によって観察したＢａＴ
ｉＯ3 の表面は、極めて平滑であった。さらに原子間力
顕微鏡によってＢａＴｉＯ3 の表面を１×１μｍ2 の範
囲について観察すると、光学研磨をしたガラスなみの平
滑性を持っていることがわかった。このことからこのＢ
ａＴｉＯ3 膜はその表面平滑性においては、光導波路と
して良好な低光減衰特性につながることが期待できる。
また、Ｃｒ／２０００オングストローム−ＢａＴｉＯ3
／３００オングストローム−ＳｒＴｉＯ3 ／２００オン
グストローム−ＭｇＯ／ＧａＡｓのキャパシター構造に
おいてＢａＴｉＯ3 の分極特性を測定すると、この構造
によるＰ−Ｅ特性はヒステリシス・ループを示し、Ｂａ
ＴｉＯ3 は構造解析によって推定したように分極軸が単
結晶ＧａＡｓ基板に垂直に配向した強誘電相（正方晶）
であることが分かった。
ｉＯ3 の表面は、極めて平滑であった。さらに原子間力
顕微鏡によってＢａＴｉＯ3 の表面を１×１μｍ2 の範
囲について観察すると、光学研磨をしたガラスなみの平
滑性を持っていることがわかった。このことからこのＢ
ａＴｉＯ3 膜はその表面平滑性においては、光導波路と
して良好な低光減衰特性につながることが期待できる。
また、Ｃｒ／２０００オングストローム−ＢａＴｉＯ3
／３００オングストローム−ＳｒＴｉＯ3 ／２００オン
グストローム−ＭｇＯ／ＧａＡｓのキャパシター構造に
おいてＢａＴｉＯ3 の分極特性を測定すると、この構造
によるＰ−Ｅ特性はヒステリシス・ループを示し、Ｂａ
ＴｉＯ3 は構造解析によって推定したように分極軸が単
結晶ＧａＡｓ基板に垂直に配向した強誘電相（正方晶）
であることが分かった。
【００２３】実施例２ ＳｉへのエピタキシャルＭｇＯバッファ層の形成は、上
記実施例１とほぼ同様に行った。Ｓｉ基板はｎ型または
ｐ型、（１００）面、６×６ｍｍのウエハーを用いた。
これらの基板を先の実施例１とほぼ同様に溶剤洗浄の
後、ＨＦによるエッチング、乾燥を行い、基板を直ちに
デポジション・チャンバーに導入し、一定温度、バック
グラウンド圧力３×１０-7Ｔｏｒｒ、５００℃以上にて
加熱を行ってＳｉ表面のＨ不動体層の脱離（昇華）を図
った。続いてＭｇＯを２００〜６００℃、１×１０-6〜
１×１０-3Ｔｏｒｒ Ｏ2 の条件にて約３００オングス
トロームのＭｇＯの成膜を行い、ＭｇＯとＳｉの面内結
晶方位の関係が、ＭｇＯ（１００）//Ｓｉ（１００）、
ＭｇＯ［００１］//Ｓｉ［００１］であるエピタキシャ
ル薄膜を得た。また、６００〜８００℃、１×１０-4〜
１×１０-2ＴｏｒｒＯ2 の条件でＭｇＯバッファー層上
へ膜厚２００〜１０００オングストロームのＳｒＴｉＯ
3 をその場エピタキシャル成長し、ＳｒＴｉＯ3 （１０
０）//ＭｇＯ（１００）//Ｓｉ（１００）、ＳｒＴｉＯ
3 ［００１］//ＭｇＯ［００１］//Ｓｉ［００１］の結
晶方位の関係を得た。
記実施例１とほぼ同様に行った。Ｓｉ基板はｎ型または
ｐ型、（１００）面、６×６ｍｍのウエハーを用いた。
これらの基板を先の実施例１とほぼ同様に溶剤洗浄の
後、ＨＦによるエッチング、乾燥を行い、基板を直ちに
デポジション・チャンバーに導入し、一定温度、バック
グラウンド圧力３×１０-7Ｔｏｒｒ、５００℃以上にて
加熱を行ってＳｉ表面のＨ不動体層の脱離（昇華）を図
った。続いてＭｇＯを２００〜６００℃、１×１０-6〜
１×１０-3Ｔｏｒｒ Ｏ2 の条件にて約３００オングス
トロームのＭｇＯの成膜を行い、ＭｇＯとＳｉの面内結
晶方位の関係が、ＭｇＯ（１００）//Ｓｉ（１００）、
ＭｇＯ［００１］//Ｓｉ［００１］であるエピタキシャ
ル薄膜を得た。また、６００〜８００℃、１×１０-4〜
１×１０-2ＴｏｒｒＯ2 の条件でＭｇＯバッファー層上
へ膜厚２００〜１０００オングストロームのＳｒＴｉＯ
3 をその場エピタキシャル成長し、ＳｒＴｉＯ3 （１０
０）//ＭｇＯ（１００）//Ｓｉ（１００）、ＳｒＴｉＯ
3 ［００１］//ＭｇＯ［００１］//Ｓｉ［００１］の結
晶方位の関係を得た。
【００２４】続いて、６００〜８００℃、１×１０-4〜
１×１０-2Ｔｏｒｒ Ｏ2 の条件でＳｒＴｉＯ3 ／Ｍｇ
Ｏバッファー層上へその場成長した膜厚１０００〜２０
００オングストロームのＰｂＴｉＯ3 は、ｃ軸配向成長
をした。Ｘ線回折パターンによって同定したＰｂＴｉＯ
3 とＳｒＴｉＯ3 ／ＭｇＯ／Ｓｉの結晶方位の関係は、
ＰｂＴｉＯ3 （００１）//ＳｒＴｉＯ3 （１００）//Ｍ
ｇＯ（１００）//Ｓｉ（１００）、ＰｂＴｉＯ3 ［０１
０］//ＳｒＴｉＯ3 ［００１］//ＭｇＯ［００１］//Ｓ
ｉ［００１］であった。
１×１０-2Ｔｏｒｒ Ｏ2 の条件でＳｒＴｉＯ3 ／Ｍｇ
Ｏバッファー層上へその場成長した膜厚１０００〜２０
００オングストロームのＰｂＴｉＯ3 は、ｃ軸配向成長
をした。Ｘ線回折パターンによって同定したＰｂＴｉＯ
3 とＳｒＴｉＯ3 ／ＭｇＯ／Ｓｉの結晶方位の関係は、
ＰｂＴｉＯ3 （００１）//ＳｒＴｉＯ3 （１００）//Ｍ
ｇＯ（１００）//Ｓｉ（１００）、ＰｂＴｉＯ3 ［０１
０］//ＳｒＴｉＯ3 ［００１］//ＭｇＯ［００１］//Ｓ
ｉ［００１］であった。
【００２５】走査型電子顕微鏡によって観察したＰｂＴ
ｉＯ3 の表面は，光導波路として良好な低光減衰特性に
つながることが期待できる極めて平滑なものであった。
また、同様にしてＰｂ1-x Ｌａx （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）
1-x/4 Ｏ3 （ＰＬＺＴ）もエピタキシャルＭｇＯバッフ
ァ層を用いることによりＳｉへエピタキシャル成長させ
ることができた。なお、バッファ層ペロブスカイトＡＢ
Ｏ3 型薄膜は、上層のペロブスカイトＡＢＯ3 型強誘電
体薄膜のｃ軸よりもａ軸に近い格子定数を持てばよい。
また、実施例においては結晶方位の関係としてＡＢＯ3
（００１）//ＳｒＴｉＯ3 （１００）//ＭｇＯ（１０
０）//半導体（１００）、ＡＢＯ3 ［０１０］//ＳｒＴ
ｉＯ3 ［００１］//ＭｇＯ［００１］//半導体［００
１］が得られたが、結晶方位の関係はこれに限定される
ものではなく、結晶方位の関係がＡＢＯ3 （００１）//
ＡＢＯ3 （１００）//ＭｇＯ（１００）//半導体（１０
０）のエピタキシャルまたは配向性が満たされればよ
い。
ｉＯ3 の表面は，光導波路として良好な低光減衰特性に
つながることが期待できる極めて平滑なものであった。
また、同様にしてＰｂ1-x Ｌａx （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）
1-x/4 Ｏ3 （ＰＬＺＴ）もエピタキシャルＭｇＯバッフ
ァ層を用いることによりＳｉへエピタキシャル成長させ
ることができた。なお、バッファ層ペロブスカイトＡＢ
Ｏ3 型薄膜は、上層のペロブスカイトＡＢＯ3 型強誘電
体薄膜のｃ軸よりもａ軸に近い格子定数を持てばよい。
また、実施例においては結晶方位の関係としてＡＢＯ3
（００１）//ＳｒＴｉＯ3 （１００）//ＭｇＯ（１０
０）//半導体（１００）、ＡＢＯ3 ［０１０］//ＳｒＴ
ｉＯ3 ［００１］//ＭｇＯ［００１］//半導体［００
１］が得られたが、結晶方位の関係はこれに限定される
ものではなく、結晶方位の関係がＡＢＯ3 （００１）//
ＡＢＯ3 （１００）//ＭｇＯ（１００）//半導体（１０
０）のエピタキシャルまたは配向性が満たされればよ
い。
【００２６】さらに、本実施例ではエキシマ・レーザー
・デポジション法を用いたが、成膜プロセスはこれに限
定されるものではなく、Ｒｆ−マグネトロン・スパッタ
リング、イオン・ビーム・スパッタリング、電子ビーム
蒸着、フラッシュ蒸着、イオン・プレーティング、モレ
キュラー・ビーム・エピタキシ（ＭＢＥ）、イオン化ク
ラスター・ビーム・エピタキシ、化学気相成長法（ＣＶ
Ｄ）、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、プラズ
マＣＶＤなどの気相成長法およびゾルゲル法などのウエ
ット・プロセスが同様に本発明の構造の製造に有効であ
る。
・デポジション法を用いたが、成膜プロセスはこれに限
定されるものではなく、Ｒｆ−マグネトロン・スパッタ
リング、イオン・ビーム・スパッタリング、電子ビーム
蒸着、フラッシュ蒸着、イオン・プレーティング、モレ
キュラー・ビーム・エピタキシ（ＭＢＥ）、イオン化ク
ラスター・ビーム・エピタキシ、化学気相成長法（ＣＶ
Ｄ）、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、プラズ
マＣＶＤなどの気相成長法およびゾルゲル法などのウエ
ット・プロセスが同様に本発明の構造の製造に有効であ
る。
【００２７】
【発明の効果】本発明においては、単結晶半導体（１０
０）基板上に、ＭｇＯ薄膜およびペロブスカイトＡＢＯ
3 型薄膜よりなる二層構造からなるエピタキシャルまた
は配向性のバッファ層を設けたから、その上に形成され
るペロブスカイトＡＢＯ3 型強誘電体薄膜はｃ軸配向の
エピタキシャルまたは配向性の強誘電体薄膜となる。し
たがって、高機能の不揮発性メモリー、キャパシター、
ＦＥＴ素子として、利用することができる。さらに、強
誘電体よりも小さい屈折率をもつＭｇＯ層によって半導
体レーザー光を強誘電体薄膜光導波路中に閉じ込めるこ
とが可能になり、本発明を利用して、光変調素子をＧａ
Ａｓ系半導体基材上に作製したり、光集積回路をＳｉ半
導体集積回路上に作製することが可能になる。
０）基板上に、ＭｇＯ薄膜およびペロブスカイトＡＢＯ
3 型薄膜よりなる二層構造からなるエピタキシャルまた
は配向性のバッファ層を設けたから、その上に形成され
るペロブスカイトＡＢＯ3 型強誘電体薄膜はｃ軸配向の
エピタキシャルまたは配向性の強誘電体薄膜となる。し
たがって、高機能の不揮発性メモリー、キャパシター、
ＦＥＴ素子として、利用することができる。さらに、強
誘電体よりも小さい屈折率をもつＭｇＯ層によって半導
体レーザー光を強誘電体薄膜光導波路中に閉じ込めるこ
とが可能になり、本発明を利用して、光変調素子をＧａ
Ａｓ系半導体基材上に作製したり、光集積回路をＳｉ半
導体集積回路上に作製することが可能になる。
【図１】 単結晶ＧａＡｓ基板上ＳｒＴｉＯ3 ／ＭｇＯ
二重薄膜のＸ線回折図。
二重薄膜のＸ線回折図。
【図２】 エピタキシャルＳｒＴｉＯ3 薄膜およびＭｇ
Ｏ薄膜の単結晶ＧａＡｓ基板に対する結晶方位の関係を
示す説明図。
Ｏ薄膜の単結晶ＧａＡｓ基板に対する結晶方位の関係を
示す説明図。
【図３】 ＢａＴｉＯ3 ／ＳｒＴｉＯ3 ／ＭｇＯ／Ｇａ
Ａｓの多層構造よりなる本発明の強誘電体薄膜の模式的
断面図。
Ａｓの多層構造よりなる本発明の強誘電体薄膜の模式的
断面図。
１…ＧｓＡｓよりなる単結晶基板、２…ＭｇＯ薄膜、３
…ＳｒＴｉＯ3 薄膜、４…ＢａＴｉＯ3 薄膜。
…ＳｒＴｉＯ3 薄膜、４…ＢａＴｉＯ3 薄膜。
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体単結晶（１００）基板上に、Ｍｇ
Ｏ薄膜上にペロブスカイトＡＢＯ 3 型薄膜が形成された
二層構造からなるエピタキシャルまたは配向性のバッフ
ァ層が形成され、さらにその上にエピタキシャルまたは
配向性のペロブスカイトＡＢＯ3 型強誘電体薄膜が形成
されていることを特徴とする配向性強誘電体薄膜。 - 【請求項２】 前記エピタキシャルまたは配向性のバッ
ファ層におけるペロブスカイトＡＢＯ3 型薄膜が、前記
上層であるペロブスカイトＡＢＯ3 型強誘電体薄膜のｃ
軸よりもａ軸に近い格子定数を持つことを特徴とする請
求項１記載の配向性強誘電体薄膜。 - 【請求項３】 前記単結晶基板とバッファ層およびペロ
ブスカイトＡＢＯ3型強誘電体薄膜の結晶学的関係が、
ＡＢＯ3 （００１）//ＡＢＯ3 （１００）//ＭｇＯ（１
００）//半導体単結晶（１００）である請求項１記載の
配向性強誘電体薄膜。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4319228A JP2864912B2 (ja) | 1992-11-05 | 1992-11-05 | 配向性強誘電体薄膜 |
| US08/137,794 US5514484A (en) | 1992-11-05 | 1993-10-19 | Oriented ferroelectric thin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4319228A JP2864912B2 (ja) | 1992-11-05 | 1992-11-05 | 配向性強誘電体薄膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06151601A JPH06151601A (ja) | 1994-05-31 |
| JP2864912B2 true JP2864912B2 (ja) | 1999-03-08 |
Family
ID=18107843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4319228A Expired - Fee Related JP2864912B2 (ja) | 1992-11-05 | 1992-11-05 | 配向性強誘電体薄膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2864912B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5576879A (en) * | 1994-01-14 | 1996-11-19 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Composite optical modulator |
| JPH11195768A (ja) | 1997-10-22 | 1999-07-21 | Fujitsu Ltd | ペロブスカイト型酸化物膜を含む電子装置とその製造方法及び強誘電体キャパシタ |
| TW404021B (en) | 1998-04-09 | 2000-09-01 | Hitachi Ltd | Semiconductor memory device and manufacturing method thereof |
| KR100370504B1 (ko) * | 2000-08-03 | 2003-01-30 | 한국화학연구원 | 입방형 탄화규소 완충막을 이용하여 규소 (100) 기질 위에양질의 산화마그네슘 막을 적층 성장시키는 방법 |
| JP4282245B2 (ja) | 2001-01-31 | 2009-06-17 | 富士通株式会社 | 容量素子及びその製造方法並びに半導体装置 |
| KR100438330B1 (ko) * | 2001-03-06 | 2004-07-02 | 조진형 | 전이금속 산화물류의 전도성 투명 박막 |
| KR100769547B1 (ko) * | 2005-12-05 | 2007-10-23 | 한국전자통신연구원 | 유전체 박막을 포함하는 메모리 소자 및 그 제조방법 |
| US7960774B2 (en) | 2005-12-05 | 2011-06-14 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Memory devices including dielectric thin film and method of manufacturing the same |
| JP2006303529A (ja) * | 2006-06-19 | 2006-11-02 | Fujitsu Ltd | ペロブスカイト構造の酸化物層を有する酸化物素子の製造方法及び誘電体ベーストランジスタの製造方法 |
| JP2010021291A (ja) * | 2008-07-09 | 2010-01-28 | Tdk Corp | スピンｆｅｔ |
-
1992
- 1992-11-05 JP JP4319228A patent/JP2864912B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06151601A (ja) | 1994-05-31 |
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