JP3052842B2 - 強誘電体薄膜素子の製造方法 - Google Patents
強誘電体薄膜素子の製造方法Info
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- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
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- G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
- G02B6/131—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by using epitaxial growth
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路構造を有
する第二高調波素子、光スイッチ、光変調素子などに利
用可能である強誘電体薄膜素子の製造方法、より詳しく
は、有機金属化合物の加熱結晶化を用いて単結晶基板上
にエピタキシャル成長する工程を有し、精密に制御され
た組成や、表面の光学的平滑さ、高い結晶性等を実現可
能な、単結晶状の強誘電体薄膜素子の製造方法に関す
る。
する第二高調波素子、光スイッチ、光変調素子などに利
用可能である強誘電体薄膜素子の製造方法、より詳しく
は、有機金属化合物の加熱結晶化を用いて単結晶基板上
にエピタキシャル成長する工程を有し、精密に制御され
た組成や、表面の光学的平滑さ、高い結晶性等を実現可
能な、単結晶状の強誘電体薄膜素子の製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】酸化物強誘電体薄膜は強誘電体の持つ優
れた非線形光学効果や電気光学効果などの性質により、
第二高調波素子、光スイッチ、光変調素子など多くの応
用が期待されている。従来、これらの素子はＬｉＮｂＯ
3 またはＬｉＴａＯ3 の単結晶ウエハを用い、Ｔｉの熱
拡散やプロトンのイオン交換によって作製した光導波路
構造を用いてきた。一方、単結晶基板上に、それとは異
種の材料である強誘電体薄膜をヘテロエピタキシャル成
長させた薄膜光導波路構造を実現すると、第二高調波素
子の高効率化、光スイッチや光変調素子などの低駆動電
圧化、さらには光集積型素子の作製が可能となる。しか
し、強誘電体薄膜のヘテロエピタキシャル成長によって
作製した薄膜光導波路の第二高調波素子、光スイッチ、
光変調素子などへの応用には、低光伝搬損失化と単結晶
並みの特性を得るために単結晶状強誘電体薄膜の作製が
不可欠である。そのため、ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａ
Ｏ3 、ＫＮｂＯ3 などをはじめ、ＢａＴｉＯ3 、ＰｂＴ
ｉＯ3 、Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒ1-y Ｔｉy ）1-x ／4 Ｏ
3 （ＰＬＺＴ）、Ｂｉ4 Ｔｉ3 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
法、イオン・ビーム・スパッタリング法、レーザー・ア
ブレイション法、ＭＯＣＶＤ法などの気相成長方法によ
って酸化物単結晶基板に数多く形成されている。しかし
ながら、全ての方法は装置が非常に高価な上、薄膜の表
面性、組成制御、均一性の問題の問題を持ち、いまだに
実用レベルの単結晶状強誘電体薄膜は得られていない。
れた非線形光学効果や電気光学効果などの性質により、
第二高調波素子、光スイッチ、光変調素子など多くの応
用が期待されている。従来、これらの素子はＬｉＮｂＯ
3 またはＬｉＴａＯ3 の単結晶ウエハを用い、Ｔｉの熱
拡散やプロトンのイオン交換によって作製した光導波路
構造を用いてきた。一方、単結晶基板上に、それとは異
種の材料である強誘電体薄膜をヘテロエピタキシャル成
長させた薄膜光導波路構造を実現すると、第二高調波素
子の高効率化、光スイッチや光変調素子などの低駆動電
圧化、さらには光集積型素子の作製が可能となる。しか
し、強誘電体薄膜のヘテロエピタキシャル成長によって
作製した薄膜光導波路の第二高調波素子、光スイッチ、
光変調素子などへの応用には、低光伝搬損失化と単結晶
並みの特性を得るために単結晶状強誘電体薄膜の作製が
不可欠である。そのため、ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａ
Ｏ3 、ＫＮｂＯ3 などをはじめ、ＢａＴｉＯ3 、ＰｂＴ
ｉＯ3 、Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒ1-y Ｔｉy ）1-x ／4 Ｏ
3 （ＰＬＺＴ）、Ｂｉ4 Ｔｉ3 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
法、イオン・ビーム・スパッタリング法、レーザー・ア
ブレイション法、ＭＯＣＶＤ法などの気相成長方法によ
って酸化物単結晶基板に数多く形成されている。しかし
ながら、全ての方法は装置が非常に高価な上、薄膜の表
面性、組成制御、均一性の問題の問題を持ち、いまだに
実用レベルの単結晶状強誘電体薄膜は得られていない。
【０００３】薄膜の表面性を改善する方法として、５０
ｎｍの膜厚のアモルファスＬｉＮｂＯ3 薄膜をサファイ
ア（０００１）基板上（α−Ａｌ2 Ｏ3 基板）へｒｆ−
スパッタリング法によって室温で堆積させ、次いで５０
０°Ｃで固相エピタキシャル成長させた後、さらにｒｆ
−スパッタリング法によって５００°Ｃで４００ｎｍほ
どのＬｉＮｂＯ3 薄膜を気相成長させる方法が、Ｔ．Ｎ
ｏｚａｗａ：“Ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ Ｐｒｏｐｅｒｔ
ｉｅｓ ｏｆ ａｎ ＬｉＮｂＯ3 ｆｉｌｍｓ ｏｎ
ｓａｐｐｈｉｒｅ ｗｉｔｈ ａｎ ＬｉＮｂＯ3
ｂｕｆｆｅｒｌａｙｅｒ，”Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔ
ｔ．２３（１９８７）１３２１に報告されている。ま
た、１００ｎｍの膜厚のアモルファスＬｉＴａＯ3 薄膜
をサファイア（０００１）基板上へＭＯＣＶＤ法によっ
て４７０°Ｃで堆積させ、次いでそれを７００°Ｃで固
相エピタキシャル成長させた後、さらにＭＯＣＶＤ法に
よって１５０ｎｍのアモルファスＬｉＴａＯ3 薄膜を堆
積させ、次いで固相エピタキシャル成長させる方法が、
Ａ．Ａ．Ｗｅｒｎｂｅｒｇ，Ｇ．Ｈ．Ｂｒａｕｎｓｔｅ
ｉｎ，ａｎｄ Ｈ．Ｊ．Ｇｙｓｌｉｎｇ：“Ｉｍｐｒｏ
ｖｅｄ ｓｏｌｉｄｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘｉａｌ
ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｌｉｔｈｉｕｍ ｔａｎｔａｌａ
ｔｅ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｏｎ ｓａｐｐｈｉｒ
ｅ，ｕｓｉｎｇ ａ ｔｗｏ−ｓｔｅｐ ｍｅｔａｌｏ
ｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ−ｖａｐｏｒ ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ，”Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｌｅｔｔ．６３（１９９３）２６４９に報告されて
いる。しかし、いずれの方法とも結局、気相成長を用い
るため、組成の再現性や均一性は工業的な要求を満たす
ことはできないという問題があった。
ｎｍの膜厚のアモルファスＬｉＮｂＯ3 薄膜をサファイ
ア（０００１）基板上（α−Ａｌ2 Ｏ3 基板）へｒｆ−
スパッタリング法によって室温で堆積させ、次いで５０
０°Ｃで固相エピタキシャル成長させた後、さらにｒｆ
−スパッタリング法によって５００°Ｃで４００ｎｍほ
どのＬｉＮｂＯ3 薄膜を気相成長させる方法が、Ｔ．Ｎ
ｏｚａｗａ：“Ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ Ｐｒｏｐｅｒｔ
ｉｅｓ ｏｆ ａｎ ＬｉＮｂＯ3 ｆｉｌｍｓ ｏｎ
ｓａｐｐｈｉｒｅ ｗｉｔｈ ａｎ ＬｉＮｂＯ3
ｂｕｆｆｅｒｌａｙｅｒ，”Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔ
ｔ．２３（１９８７）１３２１に報告されている。ま
た、１００ｎｍの膜厚のアモルファスＬｉＴａＯ3 薄膜
をサファイア（０００１）基板上へＭＯＣＶＤ法によっ
て４７０°Ｃで堆積させ、次いでそれを７００°Ｃで固
相エピタキシャル成長させた後、さらにＭＯＣＶＤ法に
よって１５０ｎｍのアモルファスＬｉＴａＯ3 薄膜を堆
積させ、次いで固相エピタキシャル成長させる方法が、
Ａ．Ａ．Ｗｅｒｎｂｅｒｇ，Ｇ．Ｈ．Ｂｒａｕｎｓｔｅ
ｉｎ，ａｎｄ Ｈ．Ｊ．Ｇｙｓｌｉｎｇ：“Ｉｍｐｒｏ
ｖｅｄ ｓｏｌｉｄｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘｉａｌ
ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｌｉｔｈｉｕｍ ｔａｎｔａｌａ
ｔｅ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｏｎ ｓａｐｐｈｉｒ
ｅ，ｕｓｉｎｇ ａ ｔｗｏ−ｓｔｅｐ ｍｅｔａｌｏ
ｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ−ｖａｐｏｒ ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ，”Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｌｅｔｔ．６３（１９９３）２６４９に報告されて
いる。しかし、いずれの方法とも結局、気相成長を用い
るため、組成の再現性や均一性は工業的な要求を満たす
ことはできないという問題があった。
【０００４】一方、精密な化学組成制御、プロセスの低
温化、均一性、低設備コストなどの面での利点がある有
機金属化合物を基板に塗布を行ったのち加熱することに
よって強誘電体薄膜を得る、一般にゾル・ゲル法と呼ば
れる方法が、特公昭６２−２７４８２号公報に示されて
いる。この方法では一般に５０ｎｍから２００ｎｍの一
定の膜厚の強誘電体薄膜を積層して、所定の膜厚の強誘
電体薄膜を得ることができるが、高温での焼成を行って
も、単結晶でなく多結晶で密度の低い薄膜を得ることし
かできなかったため、強誘電体の分極に基づく物性を充
分に生かすことができず、また、光導波路などとしては
結晶粒界およびピンホールによる光の散乱が大きすぎて
使用することは全くできなかった。
温化、均一性、低設備コストなどの面での利点がある有
機金属化合物を基板に塗布を行ったのち加熱することに
よって強誘電体薄膜を得る、一般にゾル・ゲル法と呼ば
れる方法が、特公昭６２−２７４８２号公報に示されて
いる。この方法では一般に５０ｎｍから２００ｎｍの一
定の膜厚の強誘電体薄膜を積層して、所定の膜厚の強誘
電体薄膜を得ることができるが、高温での焼成を行って
も、単結晶でなく多結晶で密度の低い薄膜を得ることし
かできなかったため、強誘電体の分極に基づく物性を充
分に生かすことができず、また、光導波路などとしては
結晶粒界およびピンホールによる光の散乱が大きすぎて
使用することは全くできなかった。
【０００５】ゾル・ゲル法を利用して、固相エピタキシ
ャル成長を実現可能な技術を、本発明者は、既に見い出
している。つまり、Ｋ．Ｎａｓｈｉｍｏｔｏ ａｎｄ
Ｍ．Ｊ．Ｃｉｍａ：“Ｅｐｉｔａｘｉａｌ ＬｉＮｂＯ
3 Ｔｈｉｎ ＦｉｌｍｓＰｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ａ
Ｓｏｌ−Ｇｅｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ”，Ｍａｔｅｒ．Ｌ
ｅｔｔ．１０，７，８（１９９１）３４８に示したよう
に、ゾル・ゲル法において加水分解をしない有機金属化
合物であるＬｉおよびＮｂのエトキシドＬｉＯＣ2 Ｈ5
およびＮｂ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 のエチルアルコール溶液を
サファイア単結晶基板に塗布したのちに加熱することに
より、サファイア単結晶基板上に強誘電体薄膜ＬｉＮｂ
Ｏ3 がエピタキシャル成長することを見い出している。
具体的には、エチルアルコールを溶媒とするＬｉ［Ｎｂ
（ＯＣ2 Ｈ5 ）6 ］前駆体溶液にＨ2 Ｏを加えていく
と、焼成後ＬｉＮｂＯ3 薄膜は配向性膜［即ち、完全で
はないが、特定の結晶面が優先的に基板に平行に配向し
た膜］から多結晶膜へと変化していったが、Ｈ2 Ｏ量を
ゼロとした加水分解をしない前駆体を用いて焼成すると
ＬｉＮｂＯ3 薄膜はわずか４００°Ｃの温度でエピタキ
シャル成長が実現した。多結晶膜および配向性膜は高温
で焼成した際には結晶粒成長と細孔径成長とにより膜は
大幅に低密度化したが、エピタキシャルＬｉＮｂＯ3 膜
は結晶粒成長後も、多結晶膜や配向性膜と比較して極め
て大きなサブ・グレインを持ち高密度であった。また、
エピタキシャル膜は多結晶膜や配向性膜と比較して高い
屈折率を示し、他の膜は高温結晶粒成長後に不透明にな
ったのに対しほぼ透明であった。しかし、詳細に検討を
行うと、４００°Ｃの温度で焼成されたエピタキシャル
ＬｉＮｂＯ3 強誘電体薄膜は単結晶状で表面が平滑であ
るが、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）によって薄膜の断面
を観察すると数ｎｍ径の細孔を含むことがわかり、この
ため密度が十分に高くはなく屈折率も単結晶並みではな
かった。７００°Ｃの温度で焼成された強誘電体薄膜は
単結晶状で多結晶膜や配向性膜と比較して極めて大きな
サブ・グレイン（結晶粒状の構造であるが各結晶粒の方
位がほぼまたは完全に揃っている構造）を持ち高密度で
屈折率も単結晶に比較的近かったが、細孔を若干含み、
表面が光学的に平滑ではなく膜の透明性も充分ではなか
った。
ャル成長を実現可能な技術を、本発明者は、既に見い出
している。つまり、Ｋ．Ｎａｓｈｉｍｏｔｏ ａｎｄ
Ｍ．Ｊ．Ｃｉｍａ：“Ｅｐｉｔａｘｉａｌ ＬｉＮｂＯ
3 Ｔｈｉｎ ＦｉｌｍｓＰｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ａ
Ｓｏｌ−Ｇｅｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ”，Ｍａｔｅｒ．Ｌ
ｅｔｔ．１０，７，８（１９９１）３４８に示したよう
に、ゾル・ゲル法において加水分解をしない有機金属化
合物であるＬｉおよびＮｂのエトキシドＬｉＯＣ2 Ｈ5
およびＮｂ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 のエチルアルコール溶液を
サファイア単結晶基板に塗布したのちに加熱することに
より、サファイア単結晶基板上に強誘電体薄膜ＬｉＮｂ
Ｏ3 がエピタキシャル成長することを見い出している。
具体的には、エチルアルコールを溶媒とするＬｉ［Ｎｂ
（ＯＣ2 Ｈ5 ）6 ］前駆体溶液にＨ2 Ｏを加えていく
と、焼成後ＬｉＮｂＯ3 薄膜は配向性膜［即ち、完全で
はないが、特定の結晶面が優先的に基板に平行に配向し
た膜］から多結晶膜へと変化していったが、Ｈ2 Ｏ量を
ゼロとした加水分解をしない前駆体を用いて焼成すると
ＬｉＮｂＯ3 薄膜はわずか４００°Ｃの温度でエピタキ
シャル成長が実現した。多結晶膜および配向性膜は高温
で焼成した際には結晶粒成長と細孔径成長とにより膜は
大幅に低密度化したが、エピタキシャルＬｉＮｂＯ3 膜
は結晶粒成長後も、多結晶膜や配向性膜と比較して極め
て大きなサブ・グレインを持ち高密度であった。また、
エピタキシャル膜は多結晶膜や配向性膜と比較して高い
屈折率を示し、他の膜は高温結晶粒成長後に不透明にな
ったのに対しほぼ透明であった。しかし、詳細に検討を
行うと、４００°Ｃの温度で焼成されたエピタキシャル
ＬｉＮｂＯ3 強誘電体薄膜は単結晶状で表面が平滑であ
るが、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）によって薄膜の断面
を観察すると数ｎｍ径の細孔を含むことがわかり、この
ため密度が十分に高くはなく屈折率も単結晶並みではな
かった。７００°Ｃの温度で焼成された強誘電体薄膜は
単結晶状で多結晶膜や配向性膜と比較して極めて大きな
サブ・グレイン（結晶粒状の構造であるが各結晶粒の方
位がほぼまたは完全に揃っている構造）を持ち高密度で
屈折率も単結晶に比較的近かったが、細孔を若干含み、
表面が光学的に平滑ではなく膜の透明性も充分ではなか
った。
【０００６】また、上記の本発明者らの方法にならった
報告が、Ｐ．Ｇ．Ｃｌｅｍ ａｎｄＤ．Ａ Ｐａｙｎ
ｅ：“Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｈｅｔｅｒｏｅｐｉｔａ
ｘｙｉｎ ｓｏｌ−ｇｅｌ ｄｅｒｉｖｅｄ ＬｉＮｂ
Ｏ3 ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ，”Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏ
ｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．３６１（１９９５）１７９に
あり、Ｌｉ［Ｎｂ（ＯＣ2 Ｈ5 ）6 ］前駆体のエチルア
ルコール溶液をサファイア単結晶基板に塗布したのちに
加熱することにより、エピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜
を得たことが示されている。この文献では、薄膜結晶面
の基板面に平行な方向に対する傾きの定量的指標である
Ｘ線回折ロッキング・カーブ半値幅を測定して、作製さ
れた薄膜を評価している。その結果によると、サファイ
ア（０００１）基板上のＬｉＮｂＯ3 薄膜では１．２
°、サファイア（１１１０）基板上のＬｉＮｂＯ3 薄膜
では１．９°と単結晶と比較して良好なものではなく、
屈折率も単結晶の２．２０〜２．２９よりかなり小さな
２．０７しか得られていない。
報告が、Ｐ．Ｇ．Ｃｌｅｍ ａｎｄＤ．Ａ Ｐａｙｎ
ｅ：“Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｈｅｔｅｒｏｅｐｉｔａ
ｘｙｉｎ ｓｏｌ−ｇｅｌ ｄｅｒｉｖｅｄ ＬｉＮｂ
Ｏ3 ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ，”Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏ
ｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．３６１（１９９５）１７９に
あり、Ｌｉ［Ｎｂ（ＯＣ2 Ｈ5 ）6 ］前駆体のエチルア
ルコール溶液をサファイア単結晶基板に塗布したのちに
加熱することにより、エピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜
を得たことが示されている。この文献では、薄膜結晶面
の基板面に平行な方向に対する傾きの定量的指標である
Ｘ線回折ロッキング・カーブ半値幅を測定して、作製さ
れた薄膜を評価している。その結果によると、サファイ
ア（０００１）基板上のＬｉＮｂＯ3 薄膜では１．２
°、サファイア（１１１０）基板上のＬｉＮｂＯ3 薄膜
では１．９°と単結晶と比較して良好なものではなく、
屈折率も単結晶の２．２０〜２．２９よりかなり小さな
２．０７しか得られていない。
【０００７】従って、上記のような固相エピタキシャル
方法では、単結晶に匹敵する薄膜が未だ得られていない
という問題があった。
方法では、単結晶に匹敵する薄膜が未だ得られていない
という問題があった。
【０００８】これらに対して、本発明者らは、特開平５
−３４２９１２号によって、表面が光学的に平滑で透明
な配向性強誘電体薄膜を得るための方法として熱処理温
度の異なる膜からなる配向性多層強誘電体薄膜に関する
発明を開示した。また、前駆体である有機金属化合物の
有機官能基に相当する有機化合物または前駆体の溶媒の
常圧での沸点が得られる薄膜の平滑化および細孔の抑制
に非常に重要であり、その沸点が少なくとも８０°Ｃ以
上であることが望ましいことを見い出し、それに基づく
発明を特開平７−７８５０８号で開示した。
−３４２９１２号によって、表面が光学的に平滑で透明
な配向性強誘電体薄膜を得るための方法として熱処理温
度の異なる膜からなる配向性多層強誘電体薄膜に関する
発明を開示した。また、前駆体である有機金属化合物の
有機官能基に相当する有機化合物または前駆体の溶媒の
常圧での沸点が得られる薄膜の平滑化および細孔の抑制
に非常に重要であり、その沸点が少なくとも８０°Ｃ以
上であることが望ましいことを見い出し、それに基づく
発明を特開平７−７８５０８号で開示した。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの方法
によっても、強誘電体材料によっては表面の平滑性と結
晶性とが完全ではないために、薄膜光導波路としては光
伝搬損失などが依然として大きく、特にＬｉＮｂＯ3 、
ＬｉＴａＯ3 、ＫＮｂＯ3 などにおいては大幅な品質改
善の余地が必要とされていた。本発明者は、従来技術に
おける、上記のような実情に鑑みて、さらに薄膜の表面
性と組成制御性を同時に満足するための研究を鋭意行
い、多量の薄膜の試作と評価を重ねた結果、本発明に至
った。
によっても、強誘電体材料によっては表面の平滑性と結
晶性とが完全ではないために、薄膜光導波路としては光
伝搬損失などが依然として大きく、特にＬｉＮｂＯ3 、
ＬｉＴａＯ3 、ＫＮｂＯ3 などにおいては大幅な品質改
善の余地が必要とされていた。本発明者は、従来技術に
おける、上記のような実情に鑑みて、さらに薄膜の表面
性と組成制御性を同時に満足するための研究を鋭意行
い、多量の薄膜の試作と評価を重ねた結果、本発明に至
った。
【００１０】したがって、本発明の目的は、単結晶基板
上への有機金属化合物の塗布およびその後の加熱による
固相エピタキシャル成長を用いて、従来以上に、組成が
安定に制御され、表面が光学的に平滑であり、かつ、高
い結晶性を有するエピタキシャル強誘電体薄膜を有する
強誘電体薄膜素子の製造方法を提供することにある。
上への有機金属化合物の塗布およびその後の加熱による
固相エピタキシャル成長を用いて、従来以上に、組成が
安定に制御され、表面が光学的に平滑であり、かつ、高
い結晶性を有するエピタキシャル強誘電体薄膜を有する
強誘電体薄膜素子の製造方法を提供することにある。
【００１１】本発明の他の目的は、光導波路構造を有す
る素子に好適に利用可能な単結晶状の強誘電体薄膜素子
の製造方法を提供することにある。
る素子に好適に利用可能な単結晶状の強誘電体薄膜素子
の製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、以下の本
発明によって、達成可能である。
発明によって、達成可能である。
【００１３】即ち、本発明の強誘電体薄膜素子の製造で
は、まず、単結晶基板上への有機金属化合物の塗布と、
その加熱とを利用した固相エピタキシャル成長を行うこ
とによって、膜厚が１ｎｍから４０ｎｍである強誘電体
バッファ層をその組成と異なる単結晶基板上に作製する
工程を実施する。更に、前工程で形成された層上への有
機金属化合物の塗布と、その加熱とを利用した固相エピ
タキシャル成長によって、膜厚が該強誘電体バッファ層
の膜厚より厚く、かつ、１０ｎｍ以上である強誘電体単
層薄膜を形成する工程を一回以上実施することによっ
て、該強誘電体バッファ層上に強誘電体薄膜層を作製す
る。
は、まず、単結晶基板上への有機金属化合物の塗布と、
その加熱とを利用した固相エピタキシャル成長を行うこ
とによって、膜厚が１ｎｍから４０ｎｍである強誘電体
バッファ層をその組成と異なる単結晶基板上に作製する
工程を実施する。更に、前工程で形成された層上への有
機金属化合物の塗布と、その加熱とを利用した固相エピ
タキシャル成長によって、膜厚が該強誘電体バッファ層
の膜厚より厚く、かつ、１０ｎｍ以上である強誘電体単
層薄膜を形成する工程を一回以上実施することによっ
て、該強誘電体バッファ層上に強誘電体薄膜層を作製す
る。
【００１４】本発明では、特に、強誘電体バッファ層を
まず設けその膜厚を１ｎｍから４０ｎｍとすることによ
って、最終的に形成される強誘電体薄膜は、単結晶に匹
敵する高い品質を示す、単結晶状のエピタキシャル結晶
となる。
まず設けその膜厚を１ｎｍから４０ｎｍとすることによ
って、最終的に形成される強誘電体薄膜は、単結晶に匹
敵する高い品質を示す、単結晶状のエピタキシャル結晶
となる。
【００１５】ここで、単結晶状とは、単結晶をそのまま
薄膜化した無欠陥のものから、双晶などの結晶欠陥が含
まれるものまでを含むが、本発明では、少なくともθ−
２θＸ線回折パターンによって結晶方位が一方向に単一
配向している、すなわちランダム配向面が単一配向面の
回折強度の１％以下であると同定されるものを得ること
ができる。また、本発明では、薄膜の基板に対する傾き
の定量的指標（つまり、エピタキシャル特性の指標）で
あるＸ線回折ロッキング・カーブ半値幅は、１．０°以
下が一般に得られるが、さらに０．５°以下を得ること
も可能である。
薄膜化した無欠陥のものから、双晶などの結晶欠陥が含
まれるものまでを含むが、本発明では、少なくともθ−
２θＸ線回折パターンによって結晶方位が一方向に単一
配向している、すなわちランダム配向面が単一配向面の
回折強度の１％以下であると同定されるものを得ること
ができる。また、本発明では、薄膜の基板に対する傾き
の定量的指標（つまり、エピタキシャル特性の指標）で
あるＸ線回折ロッキング・カーブ半値幅は、１．０°以
下が一般に得られるが、さらに０．５°以下を得ること
も可能である。
【００１６】本発明の強誘電体薄膜素子の製造方法によ
れば、膜厚が１ｎｍから４０ｎｍである、固相エピタキ
シャル成長した単層の強誘電体バッファ層が、該強誘電
体バッファ層と組成の異なる単結晶基板上に設けられ、
さらに一層の膜厚が該バッファ層の膜厚より厚く、か
つ、１０ｎｍ以上である、固相エピタキシャル成長し
た、単層又は複層の強誘電体薄膜層が、該強誘電体バッ
ファ層上に設けられている強誘電体薄膜素子を製造する
ことができる。この強誘電体薄膜素子は、組成が安定に
制御され、表面が光学的に平滑であり、かつ、高い結晶
性を有したものとなり得る。なお、層の数は、形成過程
数に対応するもので、外観上明瞭でなくてもよい。
れば、膜厚が１ｎｍから４０ｎｍである、固相エピタキ
シャル成長した単層の強誘電体バッファ層が、該強誘電
体バッファ層と組成の異なる単結晶基板上に設けられ、
さらに一層の膜厚が該バッファ層の膜厚より厚く、か
つ、１０ｎｍ以上である、固相エピタキシャル成長し
た、単層又は複層の強誘電体薄膜層が、該強誘電体バッ
ファ層上に設けられている強誘電体薄膜素子を製造する
ことができる。この強誘電体薄膜素子は、組成が安定に
制御され、表面が光学的に平滑であり、かつ、高い結晶
性を有したものとなり得る。なお、層の数は、形成過程
数に対応するもので、外観上明瞭でなくてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態によっ
て、詳細に説明する。
て、詳細に説明する。
【００１８】本発明の方法では、まず、単結晶基板上へ
の有機金属化合物の塗布と、その加熱とを利用した固相
エピタキシャル成長を行うことによって、膜厚が１ｎｍ
から４０ｎｍである強誘電体バッファ層を単結晶基板上
に作製する工程（バッファ層形成工程）を実施する。
の有機金属化合物の塗布と、その加熱とを利用した固相
エピタキシャル成長を行うことによって、膜厚が１ｎｍ
から４０ｎｍである強誘電体バッファ層を単結晶基板上
に作製する工程（バッファ層形成工程）を実施する。
【００１９】このバッファ層形成工程で利用する、有機
金属化合物は、Ｌｉ，Ｋ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｂｉ，Ｂａ，Ｎ
ａ，Ｓｒ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｔｉ，Ｚｒなどの金属（望まし
くはＬｉ，Ｋ，Ｎｂ，Ｔａなどの金属）と、有機化合物
との反応生成物、特に金属アルコキシドまたは有機金属
塩より選ばれる。特に、非晶質化加熱工程によって良好
な非晶質膜が得られるため、有機金属化合物として、金
属アルコキシド類および 有機 金属塩類より選ばれる
複数の有機金属化合物の混合物、または複数の有機金属
化合物間の反応生成物を利用する。
金属化合物は、Ｌｉ，Ｋ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｂｉ，Ｂａ，Ｎ
ａ，Ｓｒ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｔｉ，Ｚｒなどの金属（望まし
くはＬｉ，Ｋ，Ｎｂ，Ｔａなどの金属）と、有機化合物
との反応生成物、特に金属アルコキシドまたは有機金属
塩より選ばれる。特に、非晶質化加熱工程によって良好
な非晶質膜が得られるため、有機金属化合物として、金
属アルコキシド類および 有機 金属塩類より選ばれる
複数の有機金属化合物の混合物、または複数の有機金属
化合物間の反応生成物を利用する。
【００２０】上記有機化合物は、望ましくは常圧での沸
点が８０°Ｃ以上のものを使用する。この場合、得られ
る薄膜の平滑性が向上し、また、細孔生成が抑制されや
すい。
点が８０°Ｃ以上のものを使用する。この場合、得られ
る薄膜の平滑性が向上し、また、細孔生成が抑制されや
すい。
【００２１】金属アルコキシド化合物の有機配位子とし
ては、通常、Ｒ1 Ｏ−またはＲ2 ＯＲ3 Ｏ−（式中、Ｒ
1 およびＲ2 は脂肪族炭化水素基を表し、Ｒ3 はエーテ
ル結合を有してもよい２価の脂肪族炭化水素基を表す）
より選ばれる。Ｒ1 およびＲ 2 の脂肪族炭化水素基とし
ては、炭素数１〜４のアルキル基が好ましく、Ｒ3 は、
炭素数２〜４のアルキレン基、炭素数２〜４のアルキレ
ン基がエーテル結合によって結合している全炭素数４〜
８の２価の基が好ましい。
ては、通常、Ｒ1 Ｏ−またはＲ2 ＯＲ3 Ｏ−（式中、Ｒ
1 およびＲ2 は脂肪族炭化水素基を表し、Ｒ3 はエーテ
ル結合を有してもよい２価の脂肪族炭化水素基を表す）
より選ばれる。Ｒ1 およびＲ 2 の脂肪族炭化水素基とし
ては、炭素数１〜４のアルキル基が好ましく、Ｒ3 は、
炭素数２〜４のアルキレン基、炭素数２〜４のアルキレ
ン基がエーテル結合によって結合している全炭素数４〜
８の２価の基が好ましい。
【００２２】このような原料は、所定の組成［すなわ
ち、薄膜組成に対応した組成］にて、アルコール類、ジ
ケトン類、ケトン酸類、アルキルエステル類、オキシ酸
類、オキシケトン類、及び酢酸などより選ばれた溶媒と
反応され、または溶媒中に溶解されたのち、基板へ塗布
される。溶媒は、Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ（沸点７８．３°Ｃ）な
ども使用可能であるが、前記有機化合物と同様な理由
で、望ましくは常圧での沸点が８０°Ｃ以上のものを使
用する。沸点が８０°Ｃ以上である溶媒としては具体的
には、金属アルコキシドのアルコール交換反応が容易な
例えば（ＣＨ3 ）2 ＣＨＯＨ（沸点８２．３°Ｃ）、Ｃ
Ｈ3 （Ｃ2 Ｈ5 ）ＣＨＯＨ（沸点９９．５°Ｃ）、（Ｃ
Ｈ3 ）2 ＣＨＣＨ2 ＯＨ（沸点１０８°Ｃ）、Ｃ4 Ｈ9
ＯＨ（沸点１１７．７°Ｃ）、（ＣＨ3 ）2 ＣＨＣ2 Ｈ
4 ＯＨ（沸点１３０．５°Ｃ）、ＣＨ3 ＯＣＨ2 ＣＨ2
ＯＨ（沸点１２４．５°Ｃ）、Ｃ2 Ｈ5 ＯＣＨ2 ＣＨ2
ＯＨ（沸点１３５°Ｃ）、Ｃ4 Ｈ9 ＯＣＨ2 ＣＨ2 ＯＨ
（沸点１７１°Ｃ）などのアルコール類が最も望ましい
が、これらに限定されるものではない。
ち、薄膜組成に対応した組成］にて、アルコール類、ジ
ケトン類、ケトン酸類、アルキルエステル類、オキシ酸
類、オキシケトン類、及び酢酸などより選ばれた溶媒と
反応され、または溶媒中に溶解されたのち、基板へ塗布
される。溶媒は、Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ（沸点７８．３°Ｃ）な
ども使用可能であるが、前記有機化合物と同様な理由
で、望ましくは常圧での沸点が８０°Ｃ以上のものを使
用する。沸点が８０°Ｃ以上である溶媒としては具体的
には、金属アルコキシドのアルコール交換反応が容易な
例えば（ＣＨ3 ）2 ＣＨＯＨ（沸点８２．３°Ｃ）、Ｃ
Ｈ3 （Ｃ2 Ｈ5 ）ＣＨＯＨ（沸点９９．５°Ｃ）、（Ｃ
Ｈ3 ）2 ＣＨＣＨ2 ＯＨ（沸点１０８°Ｃ）、Ｃ4 Ｈ9
ＯＨ（沸点１１７．７°Ｃ）、（ＣＨ3 ）2 ＣＨＣ2 Ｈ
4 ＯＨ（沸点１３０．５°Ｃ）、ＣＨ3 ＯＣＨ2 ＣＨ2
ＯＨ（沸点１２４．５°Ｃ）、Ｃ2 Ｈ5 ＯＣＨ2 ＣＨ2
ＯＨ（沸点１３５°Ｃ）、Ｃ4 Ｈ9 ＯＣＨ2 ＣＨ2 ＯＨ
（沸点１７１°Ｃ）などのアルコール類が最も望ましい
が、これらに限定されるものではない。
【００２３】有機金属化合物は加水分解をした後に基板
に塗布することも可能であるが、エピタキシャル強誘電
体薄膜を得るためには加水分解をしないことが望まし
い。さらに、これらの反応工程は、乾燥した窒素やアル
ゴン雰囲気中にて行うことが得られる薄膜の品質の点よ
り望ましい。
に塗布することも可能であるが、エピタキシャル強誘電
体薄膜を得るためには加水分解をしないことが望まし
い。さらに、これらの反応工程は、乾燥した窒素やアル
ゴン雰囲気中にて行うことが得られる薄膜の品質の点よ
り望ましい。
【００２４】なお、金属アルコキシド化合物の合成法
は、周知であるが、例えば、金属ハロゲン化物や、原料
金属アルコキシド化合物を、Ｒ1 ＯＨまたはＲ2 ＯＲ3
ＯＨで表される有機溶媒中で蒸留や還流することによっ
て、ハロゲンとアルコキシ基との交換や、アルコール交
換反応によって合成することができる。
は、周知であるが、例えば、金属ハロゲン化物や、原料
金属アルコキシド化合物を、Ｒ1 ＯＨまたはＲ2 ＯＲ3
ＯＨで表される有機溶媒中で蒸留や還流することによっ
て、ハロゲンとアルコキシ基との交換や、アルコール交
換反応によって合成することができる。
【００２５】使用する単結晶基板には、特に制限はない
が、望ましくは酸化物単結晶基板（α−Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｌ
ｉＴａＯ3 , ＭｇＯ，ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ，ＺｎＯなどの酸
化物単結晶基板）を使用する。
が、望ましくは酸化物単結晶基板（α−Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｌ
ｉＴａＯ3 , ＭｇＯ，ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ，ＺｎＯなどの酸
化物単結晶基板）を使用する。
【００２６】単結晶基板は、通常、溶剤洗浄、エッチン
グ、リンス、および乾燥したものを利用する。
グ、リンス、および乾燥したものを利用する。
【００２７】この単結晶基板上への有機金属化合物を含
む溶液の塗布は、スピンコート法、ディッピング法、ス
プレー法、スクリーン印刷法、インクジェット法等より
選ばれた方法にて実施可能である。これらの塗布の工程
は、乾燥した窒素やアルゴン雰囲気中にて行うことが得
られる薄膜の品質の点より望ましい。
む溶液の塗布は、スピンコート法、ディッピング法、ス
プレー法、スクリーン印刷法、インクジェット法等より
選ばれた方法にて実施可能である。これらの塗布の工程
は、乾燥した窒素やアルゴン雰囲気中にて行うことが得
られる薄膜の品質の点より望ましい。
【００２８】塗布によって、薄膜をどのくらいの厚みと
するかは、有機金属化合物の加熱による体積減少によっ
て決まるが、通常は目的とする薄膜厚みの１．１倍から
３．０倍程度を必要とする。
するかは、有機金属化合物の加熱による体積減少によっ
て決まるが、通常は目的とする薄膜厚みの１．１倍から
３．０倍程度を必要とする。
【００２９】上記塗布の後、加熱を利用して固相エピタ
キシャル成長を実施する。そのために、塗布された層
が、前処理を経ずして、固相エピタキシャル成長するよ
うな条件（下記参照）で加熱処理してもよいが、好まし
くは、先ず、前処理を実施する。その前処理では、酸素
を含む雰囲気中、望ましくは酸素中にて０．１〜１００
０°Ｃ／秒の昇温速度、望ましくは１〜１００°Ｃ／秒
の昇温速度で塗布層付き基板を加熱し、１００°Ｃ〜５
００°Ｃ、望ましくは２００°Ｃ〜４００°Ｃの結晶化
の起こらない温度範囲に維持し、こうして塗布層を熱分
解することにより、塗布層を、まずアモルファス状の薄
膜とする。
キシャル成長を実施する。そのために、塗布された層
が、前処理を経ずして、固相エピタキシャル成長するよ
うな条件（下記参照）で加熱処理してもよいが、好まし
くは、先ず、前処理を実施する。その前処理では、酸素
を含む雰囲気中、望ましくは酸素中にて０．１〜１００
０°Ｃ／秒の昇温速度、望ましくは１〜１００°Ｃ／秒
の昇温速度で塗布層付き基板を加熱し、１００°Ｃ〜５
００°Ｃ、望ましくは２００°Ｃ〜４００°Ｃの結晶化
の起こらない温度範囲に維持し、こうして塗布層を熱分
解することにより、塗布層を、まずアモルファス状の薄
膜とする。
【００３０】次に、塗布層が設けられ、好ましくは上記
前処理が施された基板を、酸素を含む雰囲気中、望まし
くは酸素中にて０．１〜１０００°Ｃ／秒の昇温速度、
望ましくは１〜１００°Ｃ／秒の昇温速度で加熱し、３
００°Ｃ〜１２００°Ｃ、望ましくは４００°Ｃ〜９０
０°Ｃの温度範囲に維持し、こうして、エピタキシャル
結晶化を実現し、前処理で得られたアモルファス状の薄
膜を、基板表面より強誘電体薄膜が固相エピタキシャル
成長した層とする。このエピタキシャル結晶化におい
て、上記の温度に、１秒間から２４時間、望ましくは１
０秒間から１２時間保持することによって膜厚が１ｎｍ
から４０ｎｍ、望ましくは膜厚が２ｎｍから２０ｎｍの
強誘電体バッファ層を固相エピタキシャル成長させる。
前処理が施された基板を、酸素を含む雰囲気中、望まし
くは酸素中にて０．１〜１０００°Ｃ／秒の昇温速度、
望ましくは１〜１００°Ｃ／秒の昇温速度で加熱し、３
００°Ｃ〜１２００°Ｃ、望ましくは４００°Ｃ〜９０
０°Ｃの温度範囲に維持し、こうして、エピタキシャル
結晶化を実現し、前処理で得られたアモルファス状の薄
膜を、基板表面より強誘電体薄膜が固相エピタキシャル
成長した層とする。このエピタキシャル結晶化におい
て、上記の温度に、１秒間から２４時間、望ましくは１
０秒間から１２時間保持することによって膜厚が１ｎｍ
から４０ｎｍ、望ましくは膜厚が２ｎｍから２０ｎｍの
強誘電体バッファ層を固相エピタキシャル成長させる。
【００３１】本発明では、強誘電体バッファ層の厚みを
４０ｎｍ以内にすることは必須であり、高品質な薄膜を
形成するために重要である。この点は、後ろに揚げる実
施例の結果から、明らかとなるであろう。なお、下限１
ｎｍは、結晶の単位格子が実質的に１ｎｍであるという
理由から設定された値である。
４０ｎｍ以内にすることは必須であり、高品質な薄膜を
形成するために重要である。この点は、後ろに揚げる実
施例の結果から、明らかとなるであろう。なお、下限１
ｎｍは、結晶の単位格子が実質的に１ｎｍであるという
理由から設定された値である。
【００３２】加熱に際して利用する酸素を含む上記雰囲
気としては、少なくとも一定時間乾燥した酸素雰囲気を
用いることが得られる薄膜の品質の点より望ましいが、
必要に応じて加湿することも可能である。
気としては、少なくとも一定時間乾燥した酸素雰囲気を
用いることが得られる薄膜の品質の点より望ましいが、
必要に応じて加湿することも可能である。
【００３３】エピタキシャル成長の後には、通常０．０
１〜１００°Ｃ／秒の冷却速度で冷却を行なう。
１〜１００°Ｃ／秒の冷却速度で冷却を行なう。
【００３４】上記のようにして形成された強誘電体バッ
ファ層１は、図１［同（Ａ）は模式的上面図、同（Ｂ）
は厚み方向の模式的断面図］に示すように、基板２上
に、連続的に形成された構造を有する薄膜、あるいは図
２［同（Ａ）、同（Ｂ）はそれぞれ図１（Ａ）、同
（Ｂ）に対応する］に示すように、連続な構造と不連続
な島状構造との中間構造を有する薄膜でも良いが、図３
［同（Ａ）、同（Ｂ）もそれぞれ図１（Ａ）、同（Ｂ）
に対応する］に示すように、不連続な島状構造を有する
薄膜であることが、後ろに記載する理由から、最終的に
得られる薄膜の品質向上に有効である。このような構造
の相違は加熱条件によって制御可能であり、例えばＬｉ
ＮｂＯ3 薄膜においては、スピンコーティングされた基
板を露点−６０℃の乾燥Ｏ2 雰囲気中で２０℃／ｓｅｃ
にて昇温して３００℃にて保持の後、７００℃に５分間
保持すると連続的な構造、７００℃に３０分間保持する
と連続な構造と島状構造の中間構造、７００℃に９０分
間保持すると不連続な島状構造を得ることができる。こ
のような構造変化の理由は、連続的な構造から時間とと
もに、次第に表面エネルギー的に安定な構造である島状
構造に変化していくことによると考えられる。薄膜の膜
厚は連続的な構造から、連続構造と島状構造の中間の構
造、不連続な島状構造へと変化していくため初期の連続
的な構造における膜厚（Ｔ）で定義する。この際の膜厚
測定は、薄膜の断面を透過型電子顕微鏡あるいは走査型
電子顕微鏡などによって観察する方法、原子間力顕微鏡
などによって薄膜を有する部分と薄膜のない基板部分と
の段差を測定する方法などが可能である。なお、不連続
な島状構造を有する薄膜において直接膜厚を測定する必
要がある際には、原子間力顕微鏡などによって測定可能
な表面粗さのＲｍｓ値で定義することも有効である。Ｔ
とＲｍｓ値とが異なる場合には、Ｔが優先される。
ファ層１は、図１［同（Ａ）は模式的上面図、同（Ｂ）
は厚み方向の模式的断面図］に示すように、基板２上
に、連続的に形成された構造を有する薄膜、あるいは図
２［同（Ａ）、同（Ｂ）はそれぞれ図１（Ａ）、同
（Ｂ）に対応する］に示すように、連続な構造と不連続
な島状構造との中間構造を有する薄膜でも良いが、図３
［同（Ａ）、同（Ｂ）もそれぞれ図１（Ａ）、同（Ｂ）
に対応する］に示すように、不連続な島状構造を有する
薄膜であることが、後ろに記載する理由から、最終的に
得られる薄膜の品質向上に有効である。このような構造
の相違は加熱条件によって制御可能であり、例えばＬｉ
ＮｂＯ3 薄膜においては、スピンコーティングされた基
板を露点−６０℃の乾燥Ｏ2 雰囲気中で２０℃／ｓｅｃ
にて昇温して３００℃にて保持の後、７００℃に５分間
保持すると連続的な構造、７００℃に３０分間保持する
と連続な構造と島状構造の中間構造、７００℃に９０分
間保持すると不連続な島状構造を得ることができる。こ
のような構造変化の理由は、連続的な構造から時間とと
もに、次第に表面エネルギー的に安定な構造である島状
構造に変化していくことによると考えられる。薄膜の膜
厚は連続的な構造から、連続構造と島状構造の中間の構
造、不連続な島状構造へと変化していくため初期の連続
的な構造における膜厚（Ｔ）で定義する。この際の膜厚
測定は、薄膜の断面を透過型電子顕微鏡あるいは走査型
電子顕微鏡などによって観察する方法、原子間力顕微鏡
などによって薄膜を有する部分と薄膜のない基板部分と
の段差を測定する方法などが可能である。なお、不連続
な島状構造を有する薄膜において直接膜厚を測定する必
要がある際には、原子間力顕微鏡などによって測定可能
な表面粗さのＲｍｓ値で定義することも有効である。Ｔ
とＲｍｓ値とが異なる場合には、Ｔが優先される。
【００３５】次いで、本発明の方法では、前工程で形成
された層上への有機金属化合物の塗布と、その加熱とを
利用した固相エピタキシャル成長によって、膜厚が該強
誘電体バッファ層の膜厚より厚く、かつ、１０ｎｍ以上
である強誘電体単層薄膜を形成する工程を一回以上実施
することによって、該強誘電体バッファ層上に強誘電体
薄膜層を作製する。
された層上への有機金属化合物の塗布と、その加熱とを
利用した固相エピタキシャル成長によって、膜厚が該強
誘電体バッファ層の膜厚より厚く、かつ、１０ｎｍ以上
である強誘電体単層薄膜を形成する工程を一回以上実施
することによって、該強誘電体バッファ層上に強誘電体
薄膜層を作製する。
【００３６】強誘電体単層薄膜の膜厚は、通常、上限１
０００ｎｍ以内、望ましくは膜厚５０ｎｍから２００ｎ
ｍとする。最終的に形成される強誘電体薄膜（単層又複
数層）の膜厚は、通常、上限５０００ｎｍ以内であり、
望ましくは膜厚５０ｎｍから２０００ｎｍとする。
０００ｎｍ以内、望ましくは膜厚５０ｎｍから２００ｎ
ｍとする。最終的に形成される強誘電体薄膜（単層又複
数層）の膜厚は、通常、上限５０００ｎｍ以内であり、
望ましくは膜厚５０ｎｍから２０００ｎｍとする。
【００３７】この強誘電体薄膜形成工程も、バッファ層
形成工程に関して記載したのと同様な材料、手法（有機
金属化合物の塗布、加熱）、条件（加熱時間、加熱温
度、昇温速度、冷却速度、雰囲気等）、好ましい態様
（例えば、前処理実施）が利用又は適用可能である。但
し、この工程で形成する強誘電体薄膜の膜厚は、バッフ
ァ層に対し相対的に厚くする必要性があるので、そのよ
うになるように、有機金属化合物の塗布層の厚みを厚く
する。この方法としては、有機金属化合物の溶液濃度を
増加するか、塗布速度を速くすることが有効である。加
熱時間、加熱温度等は、バッファ層形成工程と全く同じ
でもよいし、前記した条件範囲内で適宜変更（例えば、
加熱温度を下げて、加熱時間を延長する等）してもよ
い。この点は、実施例の記載を参考にすれば当業者に
は、より具体的且つ容易に理解できるはずである。
形成工程に関して記載したのと同様な材料、手法（有機
金属化合物の塗布、加熱）、条件（加熱時間、加熱温
度、昇温速度、冷却速度、雰囲気等）、好ましい態様
（例えば、前処理実施）が利用又は適用可能である。但
し、この工程で形成する強誘電体薄膜の膜厚は、バッフ
ァ層に対し相対的に厚くする必要性があるので、そのよ
うになるように、有機金属化合物の塗布層の厚みを厚く
する。この方法としては、有機金属化合物の溶液濃度を
増加するか、塗布速度を速くすることが有効である。加
熱時間、加熱温度等は、バッファ層形成工程と全く同じ
でもよいし、前記した条件範囲内で適宜変更（例えば、
加熱温度を下げて、加熱時間を延長する等）してもよ
い。この点は、実施例の記載を参考にすれば当業者に
は、より具体的且つ容易に理解できるはずである。
【００３８】なお、強誘電体バッファ層と強誘電体薄膜
層の組成は必ずしも同一である必要はなく、薄膜光導波
路素子の構造や強誘電体組成によっては異なる組成を用
いることも可能である。また、強誘電体単層薄膜の形成
を複数回実施する場合には、各層の組成は、通常同一と
するが、薄膜導波路素子の構造や強誘電体組成によって
異なる組成の薄膜を積層することも可能である。
層の組成は必ずしも同一である必要はなく、薄膜光導波
路素子の構造や強誘電体組成によっては異なる組成を用
いることも可能である。また、強誘電体単層薄膜の形成
を複数回実施する場合には、各層の組成は、通常同一と
するが、薄膜導波路素子の構造や強誘電体組成によって
異なる組成の薄膜を積層することも可能である。
【００３９】本発明において、強誘電体バッファ層形成
工程、強誘電体薄膜層形成工程、それぞれにおいて、１
００°Ｃ〜５００°Ｃ（望ましくは２００°Ｃ〜４００
°Ｃ）の温度範囲での加熱（非晶質化加熱）によって塗
布層を熱分解することによるアモルファス状の薄膜の形
成と、３００°Ｃ〜１２００°Ｃ（望ましくは４００°
Ｃ〜９００°Ｃ）の温度範囲での加熱による強誘電体薄
膜の固相エピタキシャル成長と間に、３００°Ｃ〜９０
０°Ｃ、望ましくは３００°Ｃ〜６００°Ｃの温度範囲
で強誘電体薄膜中でのランダム結晶核の均質核生成温度
（薄膜内部で、核が生成される温度）より低く、エピタ
キシャル結晶の不均質核生成温度（基板表面または誘電
体薄膜バッファ層表面で、エピタキシャル結晶核が形成
される温度）より高い温度での中間加熱を行うことも、
得られる薄膜の高品質化の上で有効である。これは、速
すぎる結晶成長を防止でき、結晶を基板水平方向へ成長
しやすくするためと推量される。本発明では、非晶質化
加熱を実施せず中間加熱を行った後、固相エピタキシャ
ル成長のための加熱を行ってもよい。
工程、強誘電体薄膜層形成工程、それぞれにおいて、１
００°Ｃ〜５００°Ｃ（望ましくは２００°Ｃ〜４００
°Ｃ）の温度範囲での加熱（非晶質化加熱）によって塗
布層を熱分解することによるアモルファス状の薄膜の形
成と、３００°Ｃ〜１２００°Ｃ（望ましくは４００°
Ｃ〜９００°Ｃ）の温度範囲での加熱による強誘電体薄
膜の固相エピタキシャル成長と間に、３００°Ｃ〜９０
０°Ｃ、望ましくは３００°Ｃ〜６００°Ｃの温度範囲
で強誘電体薄膜中でのランダム結晶核の均質核生成温度
（薄膜内部で、核が生成される温度）より低く、エピタ
キシャル結晶の不均質核生成温度（基板表面または誘電
体薄膜バッファ層表面で、エピタキシャル結晶核が形成
される温度）より高い温度での中間加熱を行うことも、
得られる薄膜の高品質化の上で有効である。これは、速
すぎる結晶成長を防止でき、結晶を基板水平方向へ成長
しやすくするためと推量される。本発明では、非晶質化
加熱を実施せず中間加熱を行った後、固相エピタキシャ
ル成長のための加熱を行ってもよい。
【００４０】中間加熱の時間も、バッファ層形成工程に
関して記載したものと同様な条件が利用または適用可能
である。
関して記載したものと同様な条件が利用または適用可能
である。
【００４１】次に、前記図１、図２、図３に示したバッ
ファ層の構造を利用して、強誘電体薄膜素子を形成する
過程の代表例を、図４の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）にそれ
ぞれ模式的に示す。図示したように、図１や図２に示し
たバッファ層１を利用する場合には、その表面形態によ
って、アモルファス層３Ａを介して強誘電体薄膜層３Ｂ
（この例は、バッファ層１と組成が異なるものとする）
を堆積する際に気孔４ができやすく、しかも、エピタキ
シャル成長過程で結晶が基板に対して垂直方向に進みや
すく、ピンホール５が形成されやすい。一方、図３に示
した場合には、バッファ層１の島形態や、その島の間隔
等の状況によって、強誘電体薄膜層３を堆積する際に気
孔ができにくく、しかも、エピタキシャル成長過程で結
晶が、島状のバッファ層から基板水平方向に進みやす
く、その結果、ピンホールが形成されにくい。
ファ層の構造を利用して、強誘電体薄膜素子を形成する
過程の代表例を、図４の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）にそれ
ぞれ模式的に示す。図示したように、図１や図２に示し
たバッファ層１を利用する場合には、その表面形態によ
って、アモルファス層３Ａを介して強誘電体薄膜層３Ｂ
（この例は、バッファ層１と組成が異なるものとする）
を堆積する際に気孔４ができやすく、しかも、エピタキ
シャル成長過程で結晶が基板に対して垂直方向に進みや
すく、ピンホール５が形成されやすい。一方、図３に示
した場合には、バッファ層１の島形態や、その島の間隔
等の状況によって、強誘電体薄膜層３を堆積する際に気
孔ができにくく、しかも、エピタキシャル成長過程で結
晶が、島状のバッファ層から基板水平方向に進みやす
く、その結果、ピンホールが形成されにくい。
【００４２】以上説明した方法によって、所定の強誘電
体バッファ（即ち、膜厚が１ｎｍから４０ｎｍである、
固相エピタキシャル成長した単層の）が、強誘電体バッ
ファ層と組成の異なる単結晶基板上に設けられ、さらに
所定の強誘電体薄膜層（即ち、一層の膜厚が強誘電体バ
ッファ層の膜厚より厚く、かつ、１０ｎｍ以上である、
固相エピタキシャル成長した、単層又は複層の強誘電体
薄膜層）が、強誘電体バッファ層上に設けられている強
誘電体薄膜素子が作製される。その強誘電体薄膜は、密
度および屈折率が単結晶並みで且つ表面が光学的に平滑
である、単結晶状薄膜である。特に単結晶状の強誘電体
酸化物薄膜、例えば、ＢａＴｉＯ3 ，ＰｂＴｉＯ3 ，Ｐ
ｂ（Ｚｒ1-x Ｔｉx ）Ｏ3 （ＰＺＴ），Ｐｂ1-x Ｌａx
（Ｚｒ1-y Ｔｉy ）1-x ／4 Ｏ3 （ＰＬＺＴ），Ｂｉ4
Ｔｉ3 Ｏ12，ＬｉＮｂＯ3 ，ＬｉＴａＯ3 ，ＫＮｂ
Ｏ3 ，Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 ，（Ｓｒ1-x Ｂａ
x ）Ｎｂ2 Ｏ6 ，（Ｐｂ1-x Ｋｘ）Ｎｂ2 Ｏ6 ，Ｂａ2
ＮａＮｂ5 Ｏ15，Ｐｂ2 ＫＮｂ5 Ｏ15，Ｋ3 Ｌｉ2 Ｎｂ
5 Ｏ15薄膜である。
体バッファ（即ち、膜厚が１ｎｍから４０ｎｍである、
固相エピタキシャル成長した単層の）が、強誘電体バッ
ファ層と組成の異なる単結晶基板上に設けられ、さらに
所定の強誘電体薄膜層（即ち、一層の膜厚が強誘電体バ
ッファ層の膜厚より厚く、かつ、１０ｎｍ以上である、
固相エピタキシャル成長した、単層又は複層の強誘電体
薄膜層）が、強誘電体バッファ層上に設けられている強
誘電体薄膜素子が作製される。その強誘電体薄膜は、密
度および屈折率が単結晶並みで且つ表面が光学的に平滑
である、単結晶状薄膜である。特に単結晶状の強誘電体
酸化物薄膜、例えば、ＢａＴｉＯ3 ，ＰｂＴｉＯ3 ，Ｐ
ｂ（Ｚｒ1-x Ｔｉx ）Ｏ3 （ＰＺＴ），Ｐｂ1-x Ｌａx
（Ｚｒ1-y Ｔｉy ）1-x ／4 Ｏ3 （ＰＬＺＴ），Ｂｉ4
Ｔｉ3 Ｏ12，ＬｉＮｂＯ3 ，ＬｉＴａＯ3 ，ＫＮｂ
Ｏ3 ，Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 ，（Ｓｒ1-x Ｂａ
x ）Ｎｂ2 Ｏ6 ，（Ｐｂ1-x Ｋｘ）Ｎｂ2 Ｏ6 ，Ｂａ2
ＮａＮｂ5 Ｏ15，Ｐｂ2 ＫＮｂ5 Ｏ15，Ｋ3 Ｌｉ2 Ｎｂ
5 Ｏ15薄膜である。
【００４３】特に、化学式ＡＢＯ3 で表され、元素Ａが
少なくともＬｉ、Ｋ、または、ＬｉおよびＫを含み、元
素Ｂが少なくともＮｂ、Ｔａ、またはＮｂおよびＴａを
含む単結晶状の強誘電体薄膜、つまり（Ｌｉx Ｋy Ｑ
1-x-y ）（Ｎｂh Ｔａi Ｒ1-h-i ）Ｏ3 ［Ｑ，Ｒは他の
金属、０≦ｘ＋ｙ≦１、ｘ，ｙは同時には０にはならな
い。０≦ｈ＋ｉ≦１、ｈ，ｉは同時には０にはならな
い。］を、本発明の方法では、最も有効に作製できる。
具体的には、薄膜と基板の組合せとして特に有効な構造
は、例えばＬｉＮｂＯ3 （０００１）／／Ａｌ2 Ｏ
3 （０００１）、ＬｉＮｂＯ3 （１１２０）／／Ａｌ2
Ｏ3 （１１２０）、ＬｉＮｂＯ3 （０００１）／／Ｌｉ
ＴａＯ3 （０００１）、ＬｉＮｂＯ3 （０００１）／／
ＭｇＯ（１１１）、ＬｉＮｂＯ3 （０００１）／／Ｍｇ
Ａｌ2 Ｏ4 （１１１）、ＬｉＮｂＯ3 （０００１）／／
ＺｎＯ（００１）、ＬｉＮｂＯ3 （０００１）／／Ａｌ
ドープＺｎＯ（００１）、ＬｉＴａＯ3 （０００１）／
／Ａｌ2 Ｏ3 （０００１）、ＬｉＴａＯ3 （１１２０）
／／Ａｌ2 Ｏ3 （１１２０）、ＬｉＴａＯ3 （０００
１）／／ＭｇＯ（１１１）、ＬｉＴａＯ3 （０００１）
／／ＭｇＡｌ2 Ｏ4 （１１１）、ＬｉＴａＯ3 （０００
１）／／ＺｎＯ（００１）、ＬｉＴａＯ3 （０００１）
／／ＡｌドープＺｎＯ（００１）、ＫＮｂＯ3 （１１
１）／／Ａｌ2 Ｏ3 （０００１）、ＫＮｂＯ3 （１０
０）／／ＭｇＯ（１００）、ＫＮｂＯ3 （１１１）／／
ＭｇＯ（１１１）、ＫＮｂＯ3 （１１１）／／ＺｎＯ
（００１）、ＫＮｂＯ3 （１１１）／／ＡｌドープＺｎ
Ｏ（００１）などが挙げられるが、これらに限定される
ものではない。
少なくともＬｉ、Ｋ、または、ＬｉおよびＫを含み、元
素Ｂが少なくともＮｂ、Ｔａ、またはＮｂおよびＴａを
含む単結晶状の強誘電体薄膜、つまり（Ｌｉx Ｋy Ｑ
1-x-y ）（Ｎｂh Ｔａi Ｒ1-h-i ）Ｏ3 ［Ｑ，Ｒは他の
金属、０≦ｘ＋ｙ≦１、ｘ，ｙは同時には０にはならな
い。０≦ｈ＋ｉ≦１、ｈ，ｉは同時には０にはならな
い。］を、本発明の方法では、最も有効に作製できる。
具体的には、薄膜と基板の組合せとして特に有効な構造
は、例えばＬｉＮｂＯ3 （０００１）／／Ａｌ2 Ｏ
3 （０００１）、ＬｉＮｂＯ3 （１１２０）／／Ａｌ2
Ｏ3 （１１２０）、ＬｉＮｂＯ3 （０００１）／／Ｌｉ
ＴａＯ3 （０００１）、ＬｉＮｂＯ3 （０００１）／／
ＭｇＯ（１１１）、ＬｉＮｂＯ3 （０００１）／／Ｍｇ
Ａｌ2 Ｏ4 （１１１）、ＬｉＮｂＯ3 （０００１）／／
ＺｎＯ（００１）、ＬｉＮｂＯ3 （０００１）／／Ａｌ
ドープＺｎＯ（００１）、ＬｉＴａＯ3 （０００１）／
／Ａｌ2 Ｏ3 （０００１）、ＬｉＴａＯ3 （１１２０）
／／Ａｌ2 Ｏ3 （１１２０）、ＬｉＴａＯ3 （０００
１）／／ＭｇＯ（１１１）、ＬｉＴａＯ3 （０００１）
／／ＭｇＡｌ2 Ｏ4 （１１１）、ＬｉＴａＯ3 （０００
１）／／ＺｎＯ（００１）、ＬｉＴａＯ3 （０００１）
／／ＡｌドープＺｎＯ（００１）、ＫＮｂＯ3 （１１
１）／／Ａｌ2 Ｏ3 （０００１）、ＫＮｂＯ3 （１０
０）／／ＭｇＯ（１００）、ＫＮｂＯ3 （１１１）／／
ＭｇＯ（１１１）、ＫＮｂＯ3 （１１１）／／ＺｎＯ
（００１）、ＫＮｂＯ3 （１１１）／／ＡｌドープＺｎ
Ｏ（００１）などが挙げられるが、これらに限定される
ものではない。
【００４４】以上本発明の代表的な形態を説明したが、
本発明の強誘電体酸化物薄膜素子の製造方法の別の形態
として、次の方法を挙げることができる。即ち、単結晶
基板上への有機金属化合物の塗布と、その加熱とを利用
した固相エピタキシャル成長を行うことによって、膜厚
が１ｎｍから４０ｎｍである第１番目の強誘電体バッフ
ァ層をその組成と異なる単結晶基板上に作製する工程を
実施し、更に、前工程で形成された層上への有機金属化
合物の塗布と、その加熱とを利用した固相エピタキシャ
ル成長によって、膜厚が１ｎｍから４０ｎｍである、第
２番目以降の強誘電体バッファ層を単結晶基板上に作製
する工程を１回以上実施し、しかる後、前工程で形成さ
れた層上への有機金属化合物の塗布と、その加熱とを利
用した固相エピタキシャル成長によって、膜厚が該強誘
電体バッファ層の各層の膜厚より厚く、かつ、１０ｎｍ
以上である強誘電体単層薄膜を形成する工程を一回以上
実施することによって、該強誘電体バッファ層上に強誘
電体薄膜層を作製する方法である。この形態によって、
一層の膜厚が１ｎｍから４０ｎｍである、固相エピタキ
シャル成長した複層の強誘電体バッファ層が、該強誘電
体バッファ層と組成の異なる単結晶基板上に設けられ、
さらに一層の膜厚が該バッファ層の膜厚より厚く、か
つ、１０ｎｍ以上である、固相エピタキシャル成長し
た、単層又は複層の強誘電体薄膜層が、該強誘電体バッ
ファ層上に設けられている強誘電体薄膜素子が作製され
る。この方法、及び作製された強誘電体薄膜素子も、前
記の形態に関して記載した全ての説明が当てはまる。
本発明の強誘電体酸化物薄膜素子の製造方法の別の形態
として、次の方法を挙げることができる。即ち、単結晶
基板上への有機金属化合物の塗布と、その加熱とを利用
した固相エピタキシャル成長を行うことによって、膜厚
が１ｎｍから４０ｎｍである第１番目の強誘電体バッフ
ァ層をその組成と異なる単結晶基板上に作製する工程を
実施し、更に、前工程で形成された層上への有機金属化
合物の塗布と、その加熱とを利用した固相エピタキシャ
ル成長によって、膜厚が１ｎｍから４０ｎｍである、第
２番目以降の強誘電体バッファ層を単結晶基板上に作製
する工程を１回以上実施し、しかる後、前工程で形成さ
れた層上への有機金属化合物の塗布と、その加熱とを利
用した固相エピタキシャル成長によって、膜厚が該強誘
電体バッファ層の各層の膜厚より厚く、かつ、１０ｎｍ
以上である強誘電体単層薄膜を形成する工程を一回以上
実施することによって、該強誘電体バッファ層上に強誘
電体薄膜層を作製する方法である。この形態によって、
一層の膜厚が１ｎｍから４０ｎｍである、固相エピタキ
シャル成長した複層の強誘電体バッファ層が、該強誘電
体バッファ層と組成の異なる単結晶基板上に設けられ、
さらに一層の膜厚が該バッファ層の膜厚より厚く、か
つ、１０ｎｍ以上である、固相エピタキシャル成長し
た、単層又は複層の強誘電体薄膜層が、該強誘電体バッ
ファ層上に設けられている強誘電体薄膜素子が作製され
る。この方法、及び作製された強誘電体薄膜素子も、前
記の形態に関して記載した全ての説明が当てはまる。
【００４５】以上で説明した、本発明の固相エピタキシ
ャル成長による単結晶状強誘電体薄膜の製造方法は、表
１に示すように従来の気相エピタキシャル成長方法、従
来の気相成長膜を用いた固相エピタキシャル成長方法、
および従来のゾルゲル法のいずれと比較して、エピタキ
シャル成長、表面平滑性、組成制御性、膜厚均一性、設
備コストなどほとんどの面で勝る製造方法である。
ャル成長による単結晶状強誘電体薄膜の製造方法は、表
１に示すように従来の気相エピタキシャル成長方法、従
来の気相成長膜を用いた固相エピタキシャル成長方法、
および従来のゾルゲル法のいずれと比較して、エピタキ
シャル成長、表面平滑性、組成制御性、膜厚均一性、設
備コストなどほとんどの面で勝る製造方法である。
【００４６】
【表１】
【００４７】
実施例１（島状の強誘電体バッファ層の利用） 等モル量のＬｉＯＣ2 Ｈ5 （９９．９％）とＮｂ（ＯＣ
2 Ｈ5 ）5 （９９．９９９％）とを、モレキュラー・シ
ーブで脱水した常圧での沸点が１２４．５°Ｃである２
−メトキシエタノールＣＨ3 ＯＣ2 Ｈ4 ＯＨに溶解し
０．０６Ｍおよび０．６Ｍ溶液を得た。これら溶液を、
撹はんしつつ１２４．５°Ｃで２時間蒸留し、さらに２
２時間の還流を行いダブル・アルコキシドＬｉ［Ｎｂ
（ＯＣ2 Ｈ4ＯＣＨ3 ）6 ］を得た。このアルコール置
換反応は1 Ｈ ＮＭＲスペクトルによって確認した。
2 Ｈ5 ）5 （９９．９９９％）とを、モレキュラー・シ
ーブで脱水した常圧での沸点が１２４．５°Ｃである２
−メトキシエタノールＣＨ3 ＯＣ2 Ｈ4 ＯＨに溶解し
０．０６Ｍおよび０．６Ｍ溶液を得た。これら溶液を、
撹はんしつつ１２４．５°Ｃで２時間蒸留し、さらに２
２時間の還流を行いダブル・アルコキシドＬｉ［Ｎｂ
（ＯＣ2 Ｈ4ＯＣＨ3 ）6 ］を得た。このアルコール置
換反応は1 Ｈ ＮＭＲスペクトルによって確認した。
【００４８】この後、上記０．０６Ｍ溶液を０．２μｍ
のフィルターを通してサファイア（０００１）単結晶基
板（α−Ａｌ2 Ｏ3 （０００１））へ２０００ｒｐｍで
スピンコーティングを行った。以上の操作はすべてＮ2
雰囲気中にて行った。スピンコーティングの前に、サフ
ァイア基板は溶剤洗浄、ＨＣｌによるエッチング、脱イ
オン水によるリンスを行い、最後にＮ2 中にてエタノー
ルのスピンコーティングによって乾燥した。スピンコー
ティングされた基板は、露点−６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲
気中で２０°Ｃ／ｓｅｃにて昇温して３００°Ｃにて保
持して、アモルファス薄膜を形成した後、７００°Ｃに
９０分間保持し、最後に電気炉の電源を切り冷却した。
これにより、図３に示したような島状構造を有し、膜厚
が約１０ｎｍのＬｉＮｂＯ3薄膜バッファ層が固相エピ
タキシャル成長したことを高分解能のＳＥＭ（走査型電
子顕微鏡）による観察し、且つＸ線回折によって確認し
た。また、Ｘ線回折ロッキングカーブ半値幅はわずか
０．０７°であった。
のフィルターを通してサファイア（０００１）単結晶基
板（α−Ａｌ2 Ｏ3 （０００１））へ２０００ｒｐｍで
スピンコーティングを行った。以上の操作はすべてＮ2
雰囲気中にて行った。スピンコーティングの前に、サフ
ァイア基板は溶剤洗浄、ＨＣｌによるエッチング、脱イ
オン水によるリンスを行い、最後にＮ2 中にてエタノー
ルのスピンコーティングによって乾燥した。スピンコー
ティングされた基板は、露点−６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲
気中で２０°Ｃ／ｓｅｃにて昇温して３００°Ｃにて保
持して、アモルファス薄膜を形成した後、７００°Ｃに
９０分間保持し、最後に電気炉の電源を切り冷却した。
これにより、図３に示したような島状構造を有し、膜厚
が約１０ｎｍのＬｉＮｂＯ3薄膜バッファ層が固相エピ
タキシャル成長したことを高分解能のＳＥＭ（走査型電
子顕微鏡）による観察し、且つＸ線回折によって確認し
た。また、Ｘ線回折ロッキングカーブ半値幅はわずか
０．０７°であった。
【００４９】ここで、上記ダブル・アルコキシドの０．
０３Ｍから０．６Ｍの範囲の溶液濃度を基板にスピンコ
ーティングを行ない、露点−６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気
中で２０°Ｃ／ｓｅｃにて昇温して３００°Ｃにて保持
してアモルファス薄膜を形成した後、７００°Ｃに３０
分間保持することによって得た膜厚の異なるＬｉＮｂＯ
3 薄膜のＸ線回折ロッキングカーブ半値幅を図５に示
す。その図から明らかなように、膜厚が４０ｎｍを境に
して急激にＸ線回折ロッキングカーブ半値幅が低減して
おり、有機金属化合物の加熱結晶化を用いて単結晶基板
上に固相エピタキシャル成長させる方法においては４０
ｎｍ以下のバッファ層を用いることが極めて有効である
ことが分かる。
０３Ｍから０．６Ｍの範囲の溶液濃度を基板にスピンコ
ーティングを行ない、露点−６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気
中で２０°Ｃ／ｓｅｃにて昇温して３００°Ｃにて保持
してアモルファス薄膜を形成した後、７００°Ｃに３０
分間保持することによって得た膜厚の異なるＬｉＮｂＯ
3 薄膜のＸ線回折ロッキングカーブ半値幅を図５に示
す。その図から明らかなように、膜厚が４０ｎｍを境に
して急激にＸ線回折ロッキングカーブ半値幅が低減して
おり、有機金属化合物の加熱結晶化を用いて単結晶基板
上に固相エピタキシャル成長させる方法においては４０
ｎｍ以下のバッファ層を用いることが極めて有効である
ことが分かる。
【００５０】次に、上記ダブル・アルコキシド０．６Ｍ
溶液を０．２μｍのフィルターを通して膜厚が約１０ｎ
ｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜バッファ層を有するサファイア
（０００１）単結晶基板へ２０００ｒｐｍでスピンコー
ティングをＮ2 雰囲気中にて行った。スピンコーティン
グされた基板は、露点−６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気中で
２０°Ｃ／ｓｅｃにて昇温して３００°Ｃにて保持し
て、アモルファス薄膜を形成した後、７００°Ｃに３０
分間保持し、２０°Ｃ／ｍｉｎにて冷却した。これによ
り膜厚約１００ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜が固相エピタキ
シャル成長し、結局総膜厚約１１０ｎｍのエピタキシャ
ルＬｉＮｂＯ3 薄膜を得た。
溶液を０．２μｍのフィルターを通して膜厚が約１０ｎ
ｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜バッファ層を有するサファイア
（０００１）単結晶基板へ２０００ｒｐｍでスピンコー
ティングをＮ2 雰囲気中にて行った。スピンコーティン
グされた基板は、露点−６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気中で
２０°Ｃ／ｓｅｃにて昇温して３００°Ｃにて保持し
て、アモルファス薄膜を形成した後、７００°Ｃに３０
分間保持し、２０°Ｃ／ｍｉｎにて冷却した。これによ
り膜厚約１００ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜が固相エピタキ
シャル成長し、結局総膜厚約１１０ｎｍのエピタキシャ
ルＬｉＮｂＯ3 薄膜を得た。
【００５１】エピタキシャルに結晶化したＬｉＮｂＯ3
薄膜のＸ線回折パターンは、図６に示すように完全に
（０００１）面による（０００６）回折ピークのみを示
した。さらにＸ線回折極点図によって解析を行うと，サ
ファイアとＬｉＮｂＯ3 の基板面内での結晶方位は一致
していた。また、得られたエピタキシャルＬｉＮｂＯ3
薄膜の（０００６）面によるＸ線回折ロッキングカーブ
半値幅は図７のカーブ６に示すようにＬｉＮｂＯ3 薄膜
バッファ層と同等のわずか０．０７°ほどであり、本測
定条件では基板によるロッキングカーブ半値幅とほぼ同
様の、すなわち、ＬｉＮｂＯ3 薄膜バッファ層の結晶品
質がそのままその上のＬｉＮｂＯ3 薄膜に遺伝した、極
めて良好な値であった。
薄膜のＸ線回折パターンは、図６に示すように完全に
（０００１）面による（０００６）回折ピークのみを示
した。さらにＸ線回折極点図によって解析を行うと，サ
ファイアとＬｉＮｂＯ3 の基板面内での結晶方位は一致
していた。また、得られたエピタキシャルＬｉＮｂＯ3
薄膜の（０００６）面によるＸ線回折ロッキングカーブ
半値幅は図７のカーブ６に示すようにＬｉＮｂＯ3 薄膜
バッファ層と同等のわずか０．０７°ほどであり、本測
定条件では基板によるロッキングカーブ半値幅とほぼ同
様の、すなわち、ＬｉＮｂＯ3 薄膜バッファ層の結晶品
質がそのままその上のＬｉＮｂＯ3 薄膜に遺伝した、極
めて良好な値であった。
【００５２】さらに、本実施例のエピタキシャルＬｉＮ
ｂＯ3 薄膜の表面を高分解能ＳＥＭによって観察した
所、図８に示すように表面は極めて平滑であり、粒界や
細孔の全くみられない、コントラストの得られないほど
鏡面状の表面であった。このため、本実施例のエピタキ
シャルＬｉＮｂＯ3 薄膜を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）に
よってｒｍｓ表面粗さを同定すると、事実、粗さはわず
か２．３ｎｍであった。また、エリプソメトリによって
測定した本実施例のエピタキシャルＬｉＮｂＯ3薄膜の
屈折率は２．２４と、単結晶（屈折率は２．２０〜２．
２９）と同等の値であった。
ｂＯ3 薄膜の表面を高分解能ＳＥＭによって観察した
所、図８に示すように表面は極めて平滑であり、粒界や
細孔の全くみられない、コントラストの得られないほど
鏡面状の表面であった。このため、本実施例のエピタキ
シャルＬｉＮｂＯ3 薄膜を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）に
よってｒｍｓ表面粗さを同定すると、事実、粗さはわず
か２．３ｎｍであった。また、エリプソメトリによって
測定した本実施例のエピタキシャルＬｉＮｂＯ3薄膜の
屈折率は２．２４と、単結晶（屈折率は２．２０〜２．
２９）と同等の値であった。
【００５３】本実施例のエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄
膜の光導波路特性の評価を行なうため、プリズム・カッ
プリングによって６３２．８ｎｍのレーザ光を当該薄膜
に導入し、光伝搬方向のＴＥ０モードの散乱光強度分布
を光ファイバーによって測定した。散乱光強度の対数と
光伝搬距離の関係の傾きより、光伝搬損失を求めたとこ
ろ約１ｄＢ／ｃｍと、ＬｉＮｂＯ3 単結晶ウエハーに作
製したＴｉ拡散型光導波路またはプロトン・イオン交換
型光導波路と同等の優れた特性を示した。
膜の光導波路特性の評価を行なうため、プリズム・カッ
プリングによって６３２．８ｎｍのレーザ光を当該薄膜
に導入し、光伝搬方向のＴＥ０モードの散乱光強度分布
を光ファイバーによって測定した。散乱光強度の対数と
光伝搬距離の関係の傾きより、光伝搬損失を求めたとこ
ろ約１ｄＢ／ｃｍと、ＬｉＮｂＯ3 単結晶ウエハーに作
製したＴｉ拡散型光導波路またはプロトン・イオン交換
型光導波路と同等の優れた特性を示した。
【００５４】このように、ＬｉＮｂＯ3 薄膜バッファ層
の結晶品質が極めて重要であり、本実施例によるエピタ
キシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜は、極めて単結晶に近く、優
れた光導波路として使用可能な単結晶状のＬｉＮｂＯ3
薄膜であった。このような薄膜が得られる理由は、Ｌｉ
ＮｂＯ3 薄膜バッファ層上での固相エピタキシャル成長
においては、ＬｉＮｂＯ3 とサファイアとの格子不整合
による格子欠陥がＬｉＮｂＯ3 薄膜バッファ層内である
程度終端するために、その上に固相エピタキシャル成長
するＬｉＮｂＯ3 薄膜においては、サファイア単結晶基
板上で直接固相エピタキシャル成長したＬｉＮｂＯ3 薄
膜に比べて格子欠陥が抑制されるためと推定している。
さらに、ＬｉＮｂＯ3 薄膜バッファ層が島状構造を有す
るという好ましい形態によって、バッファ層を核とし
て、基板面に平行方向への、結晶の二次元成長が著しく
なり、その表面の平滑性も良好となるためと推定してい
る。 比較例１（強誘電体バッファ層なし） 先の実施例１と同様に、等モル量のＬｉＯＣ2 Ｈ5 （９
９．９％）とＮｂ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 （９９．９９９％）
をモレキュラー・シーブで脱水した常圧での沸点が１２
４．５°Ｃである２−メトキシエタノールＣＨ3 ＯＣ2
Ｈ4 ＯＨに溶解し０．６０Ｍ溶液を得た。この溶液を、
撹はんしつつ１２４．５°Ｃで２時間蒸留し、さらに２
２時間の還流を行いダブル・アルコキシドＬｉ［Ｎｂ
（ＯＣ2 Ｈ 4 ＯＣＨ3 ）6 ］を得た。この後、その０．
６０Ｍ溶液を０．２μｍのフィルターを通してサファイ
ア（０００１）単結晶基板（０００１）へ２０００ｒｐ
ｍでスピンコーティングを行った。以上の操作はすべて
Ｎ2 雰囲気中にて行った。スピンコーティングの前に、
サファイア基板は溶剤洗浄、ＨＣｌによるエッチング、
脱イオン水によるリンスを行い、最後にＮ2 中にてエタ
ノールのスピンコーティングによって乾燥した。
の結晶品質が極めて重要であり、本実施例によるエピタ
キシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜は、極めて単結晶に近く、優
れた光導波路として使用可能な単結晶状のＬｉＮｂＯ3
薄膜であった。このような薄膜が得られる理由は、Ｌｉ
ＮｂＯ3 薄膜バッファ層上での固相エピタキシャル成長
においては、ＬｉＮｂＯ3 とサファイアとの格子不整合
による格子欠陥がＬｉＮｂＯ3 薄膜バッファ層内である
程度終端するために、その上に固相エピタキシャル成長
するＬｉＮｂＯ3 薄膜においては、サファイア単結晶基
板上で直接固相エピタキシャル成長したＬｉＮｂＯ3 薄
膜に比べて格子欠陥が抑制されるためと推定している。
さらに、ＬｉＮｂＯ3 薄膜バッファ層が島状構造を有す
るという好ましい形態によって、バッファ層を核とし
て、基板面に平行方向への、結晶の二次元成長が著しく
なり、その表面の平滑性も良好となるためと推定してい
る。 比較例１（強誘電体バッファ層なし） 先の実施例１と同様に、等モル量のＬｉＯＣ2 Ｈ5 （９
９．９％）とＮｂ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 （９９．９９９％）
をモレキュラー・シーブで脱水した常圧での沸点が１２
４．５°Ｃである２−メトキシエタノールＣＨ3 ＯＣ2
Ｈ4 ＯＨに溶解し０．６０Ｍ溶液を得た。この溶液を、
撹はんしつつ１２４．５°Ｃで２時間蒸留し、さらに２
２時間の還流を行いダブル・アルコキシドＬｉ［Ｎｂ
（ＯＣ2 Ｈ 4 ＯＣＨ3 ）6 ］を得た。この後、その０．
６０Ｍ溶液を０．２μｍのフィルターを通してサファイ
ア（０００１）単結晶基板（０００１）へ２０００ｒｐ
ｍでスピンコーティングを行った。以上の操作はすべて
Ｎ2 雰囲気中にて行った。スピンコーティングの前に、
サファイア基板は溶剤洗浄、ＨＣｌによるエッチング、
脱イオン水によるリンスを行い、最後にＮ2 中にてエタ
ノールのスピンコーティングによって乾燥した。
【００５５】スピンコーティングされた基板は、露点−
６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気中で２０°Ｃ／ｓｅｃにて昇
温して３００°Ｃにて保持の後、７００°Ｃに３０分間
保持し、２０°Ｃ／ｍｉｎにて冷却した。これにより膜
厚約１００ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜を固相エピタキシャ
ル成長した。
６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気中で２０°Ｃ／ｓｅｃにて昇
温して３００°Ｃにて保持の後、７００°Ｃに３０分間
保持し、２０°Ｃ／ｍｉｎにて冷却した。これにより膜
厚約１００ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜を固相エピタキシャ
ル成長した。
【００５６】エピタキシャルに結晶化したＬｉＮｂＯ3
薄膜のＸ線回折パターンは、図９に示すようにほぼ（０
００１）面による（０００６）回折ピークのみを示した
が、わずかにミス配向の（０１１２）面による回折ピー
クがみられ、（０００６）回折ピーク強度は先の実施例
１の２０％程度であった。また、得られたエピタキシャ
ルＬｉＮｂＯ3 薄膜の（０００６）面による図７のカー
ブ７に示すＸ線回折ロッキングカーブ半値幅ＦＷＨＭは
１．２４°と、先の実施例１におけるＬｉＮｂＯ3 薄膜
のＸ線回折ロッキングカーブ半値幅ＦＷＨＭ０．０７°
と比較し、一桁以上悪い値であった。
薄膜のＸ線回折パターンは、図９に示すようにほぼ（０
００１）面による（０００６）回折ピークのみを示した
が、わずかにミス配向の（０１１２）面による回折ピー
クがみられ、（０００６）回折ピーク強度は先の実施例
１の２０％程度であった。また、得られたエピタキシャ
ルＬｉＮｂＯ3 薄膜の（０００６）面による図７のカー
ブ７に示すＸ線回折ロッキングカーブ半値幅ＦＷＨＭは
１．２４°と、先の実施例１におけるＬｉＮｂＯ3 薄膜
のＸ線回折ロッキングカーブ半値幅ＦＷＨＭ０．０７°
と比較し、一桁以上悪い値であった。
【００５７】さらに、本比較例のエピタキシャルＬｉＮ
ｂＯ3 薄膜の表面を高分解能ＳＥＭによって観察した
所、図１０に示すようにミス配向の（０１１２）面によ
る粒界や細孔がみられ凹凸の激しい表面であった。この
ため、光導波路特性としての光伝搬損失は極めて大き
く、光導波路としては使用不可能であった。 比較例２（強誘電体バッファ層膜厚が規定外） 先の実施例１と同様に、等モル量のＬｉＯＣ2 Ｈ5 （９
９．９％）とＮｂ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 （９９．９９９％）
をモレキュラー・シーブで脱水した常圧での沸点が１２
４．５°Ｃである２−メトキシエタノールＣＨ3 ＯＣ2
Ｈ4 ＯＨに溶解し０．３６Ｍおよび０．６０Ｍ溶液を得
た。これら溶液を、撹はんしつつ１２４．５°Ｃで２時
間蒸留し、さらに２２時間の還流を行いダブル・アルコ
キシドＬｉ［Ｎｂ（ＯＣ2 Ｈ4 ＯＣＨ3 ）6 ］を得た。
この後、その０．３６Ｍ溶液を０．２μｍのフィルター
を通してサファイア（０００１）単結晶基板（α−Ａｌ
2Ｏ3 （０００１））へ２０００ｒｐｍでスピンコーテ
ィングを行った。以上の操作はすべてＮ2 雰囲気中にて
行った。スピンコーティングの前に、サファイア基板は
溶剤洗浄、ＨＣｌによるエッチング、脱イオン水による
リンスを行い、最後にＮ2 中にてエタノールのスピンコ
ーティングによって乾燥した。
ｂＯ3 薄膜の表面を高分解能ＳＥＭによって観察した
所、図１０に示すようにミス配向の（０１１２）面によ
る粒界や細孔がみられ凹凸の激しい表面であった。この
ため、光導波路特性としての光伝搬損失は極めて大き
く、光導波路としては使用不可能であった。 比較例２（強誘電体バッファ層膜厚が規定外） 先の実施例１と同様に、等モル量のＬｉＯＣ2 Ｈ5 （９
９．９％）とＮｂ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 （９９．９９９％）
をモレキュラー・シーブで脱水した常圧での沸点が１２
４．５°Ｃである２−メトキシエタノールＣＨ3 ＯＣ2
Ｈ4 ＯＨに溶解し０．３６Ｍおよび０．６０Ｍ溶液を得
た。これら溶液を、撹はんしつつ１２４．５°Ｃで２時
間蒸留し、さらに２２時間の還流を行いダブル・アルコ
キシドＬｉ［Ｎｂ（ＯＣ2 Ｈ4 ＯＣＨ3 ）6 ］を得た。
この後、その０．３６Ｍ溶液を０．２μｍのフィルター
を通してサファイア（０００１）単結晶基板（α−Ａｌ
2Ｏ3 （０００１））へ２０００ｒｐｍでスピンコーテ
ィングを行った。以上の操作はすべてＮ2 雰囲気中にて
行った。スピンコーティングの前に、サファイア基板は
溶剤洗浄、ＨＣｌによるエッチング、脱イオン水による
リンスを行い、最後にＮ2 中にてエタノールのスピンコ
ーティングによって乾燥した。
【００５８】スピンコーティングされた基板は、露点−
６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気中で２０°Ｃ／ｓｅｃにて昇
温して３００°Ｃにて保持の後、７００°Ｃに９０分間
保持し、最後に電気炉の電源を切り冷却した。これによ
り、膜厚が約６０ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜バッファ層を
固相エピタキシャル成長し、Ｘ線回折ロッキングカーブ
半値幅は０．８５°であった。
６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気中で２０°Ｃ／ｓｅｃにて昇
温して３００°Ｃにて保持の後、７００°Ｃに９０分間
保持し、最後に電気炉の電源を切り冷却した。これによ
り、膜厚が約６０ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜バッファ層を
固相エピタキシャル成長し、Ｘ線回折ロッキングカーブ
半値幅は０．８５°であった。
【００５９】次に、上記ダブル・アルコキシド０．６０
Ｍ溶液を０．２μｍのフィルターを通して膜厚が約６０
ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜バッファ層を有するサファイア
（０００１）単結晶基板へ２０００ｒｐｍでスピンコー
ティングをＮ2 雰囲気中にて行った。スピンコーティン
グされた基板は、露点−６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気中で
２０°Ｃ／ｓｅｃにて昇温して３００°Ｃにて保持の
後、７００°Ｃに３０分間保持し、２０°Ｃ／ｍｉｎに
て冷却した。これにより膜厚約１００ｎｍのＬｉＮｂＯ
3 薄膜を固相エピタキシャル成長し、結局総膜厚約１６
０ｎｍのエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜を得た。
Ｍ溶液を０．２μｍのフィルターを通して膜厚が約６０
ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜バッファ層を有するサファイア
（０００１）単結晶基板へ２０００ｒｐｍでスピンコー
ティングをＮ2 雰囲気中にて行った。スピンコーティン
グされた基板は、露点−６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気中で
２０°Ｃ／ｓｅｃにて昇温して３００°Ｃにて保持の
後、７００°Ｃに３０分間保持し、２０°Ｃ／ｍｉｎに
て冷却した。これにより膜厚約１００ｎｍのＬｉＮｂＯ
3 薄膜を固相エピタキシャル成長し、結局総膜厚約１６
０ｎｍのエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜を得た。
【００６０】エピタキシャルに結晶化したＬｉＮｂＯ3
薄膜のＸ線回折パターンは、ほぼ（０００１）面による
（０００６）回折ピークのみを示したが、わずかにミス
配向の（０１１２）面による回折ピークがみられた。ま
た、得られたエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜の（００
０６）面によるＸ線回折ロッキングカーブ半値幅ＦＷＨ
Ｍは１．０３°と、先の実施例１におけるＬｉＮｂＯ3
薄膜のＸ線回折ロッキングカーブ半値幅ＦＷＨＭ０．０
７°と比較し、一桁悪い値であった。
薄膜のＸ線回折パターンは、ほぼ（０００１）面による
（０００６）回折ピークのみを示したが、わずかにミス
配向の（０１１２）面による回折ピークがみられた。ま
た、得られたエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜の（００
０６）面によるＸ線回折ロッキングカーブ半値幅ＦＷＨ
Ｍは１．０３°と、先の実施例１におけるＬｉＮｂＯ3
薄膜のＸ線回折ロッキングカーブ半値幅ＦＷＨＭ０．０
７°と比較し、一桁悪い値であった。
【００６１】さらに、本比較例のエピタキシャルＬｉＮ
ｂＯ3 薄膜の表面を高分解能ＳＥＭによって観察した
所、粒界や細孔がみられ凹凸の激しい表面であった。 実施例２（比較的連続的な強誘電体バッファ層の利用） 先の実施例１と同様に、ダブル・アルコキシドＬｉ［Ｎ
ｂ（ＯＣ2 Ｈ4 ＯＣＨ3 ）6 ］の０．０６Ｍ溶液を０．
２μｍのフィルターを通してサファイア単結晶基板（０
００１）へ２０００ｒｐｍでスピンコーティングを行っ
た。以上の操作はすべてＮ2 雰囲気中にて行った。スピ
ンコーティングの前に、サファイア基板は溶剤洗浄、Ｈ
Ｃｌによるエッチング、脱イオン水によるリンスを行
い、最後にＮ2 中にてエタノールのスピンコーティング
によって乾燥した。
ｂＯ3 薄膜の表面を高分解能ＳＥＭによって観察した
所、粒界や細孔がみられ凹凸の激しい表面であった。 実施例２（比較的連続的な強誘電体バッファ層の利用） 先の実施例１と同様に、ダブル・アルコキシドＬｉ［Ｎ
ｂ（ＯＣ2 Ｈ4 ＯＣＨ3 ）6 ］の０．０６Ｍ溶液を０．
２μｍのフィルターを通してサファイア単結晶基板（０
００１）へ２０００ｒｐｍでスピンコーティングを行っ
た。以上の操作はすべてＮ2 雰囲気中にて行った。スピ
ンコーティングの前に、サファイア基板は溶剤洗浄、Ｈ
Ｃｌによるエッチング、脱イオン水によるリンスを行
い、最後にＮ2 中にてエタノールのスピンコーティング
によって乾燥した。
【００６２】スピンコーティングされた基板は、露点−
６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気中で２０°Ｃ／ｓｅｃにて昇
温して３００°Ｃにて保持してアモルファス薄膜を形成
した後、７００°Ｃに５分間保持し、最後に電気炉の電
源を切り冷却した。これにより膜厚約１０ｎｍのＬｉＮ
ｂＯ3 薄膜バッファ層を固相エピタキシャル成長した。
これによりほぼ図１に示すような連続的な構造を有し、
膜厚が約１０ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜バッファ層を得
た。
６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気中で２０°Ｃ／ｓｅｃにて昇
温して３００°Ｃにて保持してアモルファス薄膜を形成
した後、７００°Ｃに５分間保持し、最後に電気炉の電
源を切り冷却した。これにより膜厚約１０ｎｍのＬｉＮ
ｂＯ3 薄膜バッファ層を固相エピタキシャル成長した。
これによりほぼ図１に示すような連続的な構造を有し、
膜厚が約１０ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜バッファ層を得
た。
【００６３】次に、上記ダブル・アルコキシドの０．６
Ｍ溶液を０．２μｍのフィルターを通してＬｉＮｂＯ3
薄膜バッファ層を有するサファイア（０００１）単結晶
基板へ２０００ｒｐｍでスピンコーティングをＮ2 雰囲
気中にて行った。スピンコーティングされた基板は、露
点−６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気中で２０°Ｃ／ｓｅｃに
て昇温して３００°Ｃにて保持してアモルファス薄膜を
形成した後、４００°Ｃに３０分間保持し、２０°Ｃ／
ｍｉｎにて冷却した。これにより膜厚約１００ｎｍのＬ
ｉＮｂＯ3 薄膜を固相エピタキシャル成長した。これを
さらに３回繰り返したのち、最後にスピンコーティング
した基板を、露点−６０°Ｃの乾燥Ｏ2雰囲気中で２０
°Ｃ／ｓｅｃにて昇温して３００°Ｃにて保持してアモ
ルファス薄膜を形成した後、４００°Ｃに３０分間保持
し、さらに７００°Ｃに９０分間保持し３０°Ｃ／ｍｉ
ｎにて冷却することにより膜厚が約５００ｎｍのＬｉＮ
ｂＯ3 薄膜を固相エピタキシャル成長し、結局総膜厚約
５１０ｎｍのエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜を得た。
Ｍ溶液を０．２μｍのフィルターを通してＬｉＮｂＯ3
薄膜バッファ層を有するサファイア（０００１）単結晶
基板へ２０００ｒｐｍでスピンコーティングをＮ2 雰囲
気中にて行った。スピンコーティングされた基板は、露
点−６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気中で２０°Ｃ／ｓｅｃに
て昇温して３００°Ｃにて保持してアモルファス薄膜を
形成した後、４００°Ｃに３０分間保持し、２０°Ｃ／
ｍｉｎにて冷却した。これにより膜厚約１００ｎｍのＬ
ｉＮｂＯ3 薄膜を固相エピタキシャル成長した。これを
さらに３回繰り返したのち、最後にスピンコーティング
した基板を、露点−６０°Ｃの乾燥Ｏ2雰囲気中で２０
°Ｃ／ｓｅｃにて昇温して３００°Ｃにて保持してアモ
ルファス薄膜を形成した後、４００°Ｃに３０分間保持
し、さらに７００°Ｃに９０分間保持し３０°Ｃ／ｍｉ
ｎにて冷却することにより膜厚が約５００ｎｍのＬｉＮ
ｂＯ3 薄膜を固相エピタキシャル成長し、結局総膜厚約
５１０ｎｍのエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜を得た。
【００６４】エピタキシャルに結晶化したＬｉＮｂＯ3
薄膜のＸ線回折パターンは、先の実施例１と同様に（０
００１）面による回折ピークのみを示した。また、得ら
れたエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜の（０００６）面
によるＸ線回折ロッキングカーブ半値幅ＦＷＨＭは、先
の比較例１より大幅に良好な０．１９°であった。さら
に、本実施例のエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜の表面
を高分解能のＳＥＭによって観察した所、粒界や細孔の
みられない表面の平滑な薄膜であった。 実施例３（基板の配向変更） 先の実施例１と同様にダブル・アルコキシドＬｉ［Ｎｂ
（ＯＣ2 Ｈ4 ＯＣＨ3）6 ］の０．０３Ｍ溶液を０．２
μｍのフィルターを通してサファイア（１１２０）単結
晶基板へ２０００ｒｐｍでスピンコーティングを行っ
た。以上の操作はすべてＮ2 雰囲気中にて行った。スピ
ンコーティングの前に、サファイア基板は溶剤洗浄、Ｈ
Ｃｌによるエッチング、脱イオン水によるリンスを行
い、最後にＮ２中にてエタノールのスピンコーティング
によって乾燥した。
薄膜のＸ線回折パターンは、先の実施例１と同様に（０
００１）面による回折ピークのみを示した。また、得ら
れたエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜の（０００６）面
によるＸ線回折ロッキングカーブ半値幅ＦＷＨＭは、先
の比較例１より大幅に良好な０．１９°であった。さら
に、本実施例のエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜の表面
を高分解能のＳＥＭによって観察した所、粒界や細孔の
みられない表面の平滑な薄膜であった。 実施例３（基板の配向変更） 先の実施例１と同様にダブル・アルコキシドＬｉ［Ｎｂ
（ＯＣ2 Ｈ4 ＯＣＨ3）6 ］の０．０３Ｍ溶液を０．２
μｍのフィルターを通してサファイア（１１２０）単結
晶基板へ２０００ｒｐｍでスピンコーティングを行っ
た。以上の操作はすべてＮ2 雰囲気中にて行った。スピ
ンコーティングの前に、サファイア基板は溶剤洗浄、Ｈ
Ｃｌによるエッチング、脱イオン水によるリンスを行
い、最後にＮ２中にてエタノールのスピンコーティング
によって乾燥した。
【００６５】スピンコーティングされた基板は、室温で
脱イオン水中を１．０Ｌ／ｍｉｎでバブリングをしたＯ
2 雰囲気中で５０°Ｃ／ｓｅｃにて昇温して３５０°Ｃ
にて保持してアモルファス薄膜を形成した後、７００°
Ｃに３０分間保持し、最後に電気炉の電源を切り冷却し
た。これにより膜厚が約５ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜バッ
ファ層を固相エピタキシャル成長した。
脱イオン水中を１．０Ｌ／ｍｉｎでバブリングをしたＯ
2 雰囲気中で５０°Ｃ／ｓｅｃにて昇温して３５０°Ｃ
にて保持してアモルファス薄膜を形成した後、７００°
Ｃに３０分間保持し、最後に電気炉の電源を切り冷却し
た。これにより膜厚が約５ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜バッ
ファ層を固相エピタキシャル成長した。
【００６６】次に、上記ダブル・アルコキシドの０．６
Ｍ溶液を０．２μｍのフィルターを通してＬｉＮｂＯ3
薄膜バッファ層を有するサファイア（１１２０）単結晶
基板へ２０００ｒｐｍでスピンコーティングをＮ2 雰囲
気中にて行った。スピンコーティングされた基板は、室
温で脱イオン水中を１．０Ｌ／ｍｉｎでバブリングをし
たＯ2 雰囲気中で５０°Ｃ／ｓｅｃにて昇温して３５０
°Ｃにて保持してアモルファス薄膜を形成した後、５０
０°Ｃに９０分間保持し、２０°Ｃ／ｍｉｎにて冷却し
た。これにより膜厚約１００ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜を
固相エピタキシャル成長した。これをさらに２回繰り返
すことにより膜厚が約３００ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜を
固相エピタキシャル成長し、結局総膜厚約３０５ｎｍの
エピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜を得た。
Ｍ溶液を０．２μｍのフィルターを通してＬｉＮｂＯ3
薄膜バッファ層を有するサファイア（１１２０）単結晶
基板へ２０００ｒｐｍでスピンコーティングをＮ2 雰囲
気中にて行った。スピンコーティングされた基板は、室
温で脱イオン水中を１．０Ｌ／ｍｉｎでバブリングをし
たＯ2 雰囲気中で５０°Ｃ／ｓｅｃにて昇温して３５０
°Ｃにて保持してアモルファス薄膜を形成した後、５０
０°Ｃに９０分間保持し、２０°Ｃ／ｍｉｎにて冷却し
た。これにより膜厚約１００ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜を
固相エピタキシャル成長した。これをさらに２回繰り返
すことにより膜厚が約３００ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜を
固相エピタキシャル成長し、結局総膜厚約３０５ｎｍの
エピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜を得た。
【００６７】エピタキシャルに結晶化したＬｉＮｂＯ3
薄膜のＸ線回折パターンは、完全に（１１２０）面によ
る回折ピークのみを示した。さらに極点図によって解析
を行うとサファイアとＬｉＮｂＯ3 の基板面内での結晶
方位は一致していた。また、得られたエピタキシャルＬ
ｉＮｂＯ3 薄膜の（１１２０）面によるＸ線回折ロッキ
ングカーブ半値幅ＦＷＨＭはわずか０．３０°の良好な
値であった。さらに、本実施例のエピタキシャルＬｉＮ
ｂＯ3 薄膜の表面を高分解能のＳＥＭによって観察した
所、粒界や細孔のみられない表面の平滑な薄膜であっ
た。 実施例４（強誘電体バッファ層膜厚変更、中間構造強誘
電体バッファ層利用） 等モル量のＬｉＯＣ2 Ｈ5 （９９．９％）とＮｂ（ＯＣ
2 Ｈ5 ）5 （９９．９９９％）をモレキュラー・シーブ
で脱水したエタノールＣ2 Ｈ5 ＯＨに溶解し０．１０Ｍ
および０．６０Ｍ溶液を得た。これら溶液を、撹はんし
つつ２４時間の還流を行い、ダブル・アルコキシドＬｉ
［Ｎｂ（ＯＣ2 Ｈ5 ）6 ］を得た。この後、その０．１
０Ｍ溶液を０．２μｍのフィルターを通してサファイア
（１１２０）単結晶基板へ２０００ｒｐｍでスピンコー
ティングを行った。以上の操作はすべてＮ2 雰囲気中に
て行った。スピンコーティングの前に、サファイア基板
は溶剤洗浄、ＨＣｌによるエッチング、脱イオン水によ
るリンスを行い、最後にＮ2 中にてエタノールのスピン
コーティングによって乾燥した。
薄膜のＸ線回折パターンは、完全に（１１２０）面によ
る回折ピークのみを示した。さらに極点図によって解析
を行うとサファイアとＬｉＮｂＯ3 の基板面内での結晶
方位は一致していた。また、得られたエピタキシャルＬ
ｉＮｂＯ3 薄膜の（１１２０）面によるＸ線回折ロッキ
ングカーブ半値幅ＦＷＨＭはわずか０．３０°の良好な
値であった。さらに、本実施例のエピタキシャルＬｉＮ
ｂＯ3 薄膜の表面を高分解能のＳＥＭによって観察した
所、粒界や細孔のみられない表面の平滑な薄膜であっ
た。 実施例４（強誘電体バッファ層膜厚変更、中間構造強誘
電体バッファ層利用） 等モル量のＬｉＯＣ2 Ｈ5 （９９．９％）とＮｂ（ＯＣ
2 Ｈ5 ）5 （９９．９９９％）をモレキュラー・シーブ
で脱水したエタノールＣ2 Ｈ5 ＯＨに溶解し０．１０Ｍ
および０．６０Ｍ溶液を得た。これら溶液を、撹はんし
つつ２４時間の還流を行い、ダブル・アルコキシドＬｉ
［Ｎｂ（ＯＣ2 Ｈ5 ）6 ］を得た。この後、その０．１
０Ｍ溶液を０．２μｍのフィルターを通してサファイア
（１１２０）単結晶基板へ２０００ｒｐｍでスピンコー
ティングを行った。以上の操作はすべてＮ2 雰囲気中に
て行った。スピンコーティングの前に、サファイア基板
は溶剤洗浄、ＨＣｌによるエッチング、脱イオン水によ
るリンスを行い、最後にＮ2 中にてエタノールのスピン
コーティングによって乾燥した。
【００６８】スピンコーティングされた基板は、室温で
脱イオン水中を１．０Ｌ／ｍｉｎでバブリングをしたＯ
2 雰囲気中で２０°Ｃ／ｓｅｃにて昇温して３００°Ｃ
にて保持してアモルファス薄膜を形成した後、７００°
Ｃに３０分間保持し、最後に電気炉の電源を切り冷却し
た。これにより膜厚約２０ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜バッ
ファ層を固相エピタキシャル成長した。これにより図２
に示すような連続的な構造と島状構造の中間構造を有
し、膜厚が約２０ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜バッファ層を
固相エピタキシャル成長した。
脱イオン水中を１．０Ｌ／ｍｉｎでバブリングをしたＯ
2 雰囲気中で２０°Ｃ／ｓｅｃにて昇温して３００°Ｃ
にて保持してアモルファス薄膜を形成した後、７００°
Ｃに３０分間保持し、最後に電気炉の電源を切り冷却し
た。これにより膜厚約２０ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜バッ
ファ層を固相エピタキシャル成長した。これにより図２
に示すような連続的な構造と島状構造の中間構造を有
し、膜厚が約２０ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜バッファ層を
固相エピタキシャル成長した。
【００６９】次に、上記ダブル・アルコキシド０．６０
Ｍ溶液を０．２μｍのフィルターを通してＬｉＮｂＯ3
薄膜バッファ層を有するサファイア（１１２０）単結晶
基板へ２０００ｒｐｍでスピンコーティングをＮ2 雰囲
気中にて行った。スピンコーティングされた基板は、室
温で脱イオン水中を１．０ Ｌ／ｍｉｎでバブリングを
したＯ2 雰囲気中で２°Ｃ／ｓｅｃにて昇温して３００
°Ｃにて保持してアモルファス薄膜を形成した後、７０
０°Ｃに３０分間保持し、３０°Ｃ／ｍｉｎにて冷却し
た。これにより膜厚約１００ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜を
固相エピタキシャル成長した。これをさらに４回繰り返
すことにより膜厚が約５００ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜を
固相エピタキシャル成長し、結局総膜厚約５２０ｎｍの
エピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜を得た。
Ｍ溶液を０．２μｍのフィルターを通してＬｉＮｂＯ3
薄膜バッファ層を有するサファイア（１１２０）単結晶
基板へ２０００ｒｐｍでスピンコーティングをＮ2 雰囲
気中にて行った。スピンコーティングされた基板は、室
温で脱イオン水中を１．０ Ｌ／ｍｉｎでバブリングを
したＯ2 雰囲気中で２°Ｃ／ｓｅｃにて昇温して３００
°Ｃにて保持してアモルファス薄膜を形成した後、７０
０°Ｃに３０分間保持し、３０°Ｃ／ｍｉｎにて冷却し
た。これにより膜厚約１００ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜を
固相エピタキシャル成長した。これをさらに４回繰り返
すことにより膜厚が約５００ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜を
固相エピタキシャル成長し、結局総膜厚約５２０ｎｍの
エピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜を得た。
【００７０】エピタキシャルに結晶化したＬｉＮｂＯ3
薄膜のＸ線回折パターンは、先の実施例と同様に（１１
２０）面による回折ピークのみを示した。また、得られ
たエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜の（１１２０）面に
よるＸ線回折ロッキングカーブ半値幅ＦＷＨＭは良好な
０．２８°であった。さらに、本実施例のエピタキシャ
ルＬｉＮｂＯ3 薄膜の表面を高分解能のＳＥＭによって
観察した所、粒界や細孔のみられない表面の平滑な薄膜
であった。 実施例５（基板変更） 先の実施例と同様に、ダブル・アルコキシドＬｉ［Ｎｂ
（ＯＣ2 Ｈ4 ＯＣＨ3）6 ］の０．０３Ｍ溶液を０．２
μｍのフィルターを通してＭｇＯ単結晶基板（１１１）
へ２０００ｒｐｍでスピンコーティングを行った。以上
の操作はすべてＮ2 雰囲気中にて行った。スピンコーテ
ィングの前に、ＭｇＯ基板は溶剤洗浄、ＨＣｌによるエ
ッチング、脱イオン水によるリンス、Ｎ2 中でのエタノ
ールのスピンコーティングによる乾燥を行い、最後にＯ
2 雰囲気中での高温アニールを行った。
薄膜のＸ線回折パターンは、先の実施例と同様に（１１
２０）面による回折ピークのみを示した。また、得られ
たエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜の（１１２０）面に
よるＸ線回折ロッキングカーブ半値幅ＦＷＨＭは良好な
０．２８°であった。さらに、本実施例のエピタキシャ
ルＬｉＮｂＯ3 薄膜の表面を高分解能のＳＥＭによって
観察した所、粒界や細孔のみられない表面の平滑な薄膜
であった。 実施例５（基板変更） 先の実施例と同様に、ダブル・アルコキシドＬｉ［Ｎｂ
（ＯＣ2 Ｈ4 ＯＣＨ3）6 ］の０．０３Ｍ溶液を０．２
μｍのフィルターを通してＭｇＯ単結晶基板（１１１）
へ２０００ｒｐｍでスピンコーティングを行った。以上
の操作はすべてＮ2 雰囲気中にて行った。スピンコーテ
ィングの前に、ＭｇＯ基板は溶剤洗浄、ＨＣｌによるエ
ッチング、脱イオン水によるリンス、Ｎ2 中でのエタノ
ールのスピンコーティングによる乾燥を行い、最後にＯ
2 雰囲気中での高温アニールを行った。
【００７１】スピンコーティングされた基板は、露点−
６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気中で１０°Ｃ／ｓｅｃにて昇
温して３００°Ｃにて保持してアモルファス薄膜を形成
した後、７００°Ｃに９０分間保持し、最後に電気炉の
電源を切り冷却した。これにより島状構造を有し、膜厚
が約５ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜バッファ層を固相エピタ
キシャル成長した。
６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気中で１０°Ｃ／ｓｅｃにて昇
温して３００°Ｃにて保持してアモルファス薄膜を形成
した後、７００°Ｃに９０分間保持し、最後に電気炉の
電源を切り冷却した。これにより島状構造を有し、膜厚
が約５ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜バッファ層を固相エピタ
キシャル成長した。
【００７２】次に、上記ダブル・アルコキシドの０．６
０Ｍ溶液を０．２μｍのフィルターを通してＬｉＮｂＯ
3 薄膜バッファ層を有するＭｇＯ（１１１）単結晶基板
へ２０００ｒｐｍでスピンコーティングをＮ2 雰囲気中
にて行った。スピンコーティングされた基板は、露点−
６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気中で１０°Ｃ／ｓｅｃにて昇
温して３００°Ｃにて保持してアモルファス薄膜を形成
したの後、７００°Ｃに３０分間保持し、６０°Ｃ／ｍ
ｉｎにて冷却した。これにより膜厚約１００ｎｍのＬｉ
ＮｂＯ3 薄膜を固相エピタキシャル成長した。これをさ
らに２回繰り返すことにより膜厚が約３００ｎｍのＬｉ
ＮｂＯ3 薄膜を固相エピタキシャル成長し、結局総膜厚
約３０５ｎｍのエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜を得
た。
０Ｍ溶液を０．２μｍのフィルターを通してＬｉＮｂＯ
3 薄膜バッファ層を有するＭｇＯ（１１１）単結晶基板
へ２０００ｒｐｍでスピンコーティングをＮ2 雰囲気中
にて行った。スピンコーティングされた基板は、露点−
６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気中で１０°Ｃ／ｓｅｃにて昇
温して３００°Ｃにて保持してアモルファス薄膜を形成
したの後、７００°Ｃに３０分間保持し、６０°Ｃ／ｍ
ｉｎにて冷却した。これにより膜厚約１００ｎｍのＬｉ
ＮｂＯ3 薄膜を固相エピタキシャル成長した。これをさ
らに２回繰り返すことにより膜厚が約３００ｎｍのＬｉ
ＮｂＯ3 薄膜を固相エピタキシャル成長し、結局総膜厚
約３０５ｎｍのエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜を得
た。
【００７３】エピタキシャルに結晶化したＬｉＮｂＯ3
薄膜のＸ線回折パターンは、完全に（０００１）面によ
る回折ピークのみを示した。さらに極点図によって解析
を行うとＭｇＯとＬｉＮｂＯ3 の基板面内での結晶方位
は一致していた。また、得られたエピタキシャルＬｉＮ
ｂＯ3 薄膜の（０００６）面によるＸ線回折ロッキング
カーブ半値幅ＦＷＨＭは０．５４°であった。さらに、
本実施例のエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜の表面を高
分解能のＳＥＭによって観察した所、粒界や細孔のみら
れない表面の平滑な薄膜であった。 実施例６（有機金属化合物変更） 等モル量のＬｉＯＣ2 Ｈ5 とＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 をモ
レキュラー・シーブで脱水した常圧での沸点が１２４．
５°Ｃである２−メトキシエタノールＣＨ3 ＯＣ2 Ｈ4
ＯＨに溶解し０．０６Ｍおよび０．６Ｍ溶液を得た。こ
れら溶液を、撹はんしつつ１２４．５°Ｃで２時間蒸留
し、さらに２２時間の還流を行いダブル・アルコキシド
Ｌｉ［Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ4 ＯＣＨ3 ）6 ］を得た。このア
ルコール置換反応は1 Ｈ ＮＭＲスペクトルによって確
認した。この後、０．０６Ｍ溶液を０．２μｍのフィル
ターを通してサファイア（０００１）単結晶基板へ２０
００ｒｐｍでスピンコーティングを行った。以上の操作
はすべてＮ2 雰囲気中にて行った。スピンコーティング
の前に、サファイア基板は溶剤洗浄、ＨＣｌによるエッ
チング、脱イオン水によるリンスを行い、最後にＮ2 中
にてエタノールのスピンコーティングによって乾燥し
た。
薄膜のＸ線回折パターンは、完全に（０００１）面によ
る回折ピークのみを示した。さらに極点図によって解析
を行うとＭｇＯとＬｉＮｂＯ3 の基板面内での結晶方位
は一致していた。また、得られたエピタキシャルＬｉＮ
ｂＯ3 薄膜の（０００６）面によるＸ線回折ロッキング
カーブ半値幅ＦＷＨＭは０．５４°であった。さらに、
本実施例のエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜の表面を高
分解能のＳＥＭによって観察した所、粒界や細孔のみら
れない表面の平滑な薄膜であった。 実施例６（有機金属化合物変更） 等モル量のＬｉＯＣ2 Ｈ5 とＴａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 をモ
レキュラー・シーブで脱水した常圧での沸点が１２４．
５°Ｃである２−メトキシエタノールＣＨ3 ＯＣ2 Ｈ4
ＯＨに溶解し０．０６Ｍおよび０．６Ｍ溶液を得た。こ
れら溶液を、撹はんしつつ１２４．５°Ｃで２時間蒸留
し、さらに２２時間の還流を行いダブル・アルコキシド
Ｌｉ［Ｔａ（ＯＣ2 Ｈ4 ＯＣＨ3 ）6 ］を得た。このア
ルコール置換反応は1 Ｈ ＮＭＲスペクトルによって確
認した。この後、０．０６Ｍ溶液を０．２μｍのフィル
ターを通してサファイア（０００１）単結晶基板へ２０
００ｒｐｍでスピンコーティングを行った。以上の操作
はすべてＮ2 雰囲気中にて行った。スピンコーティング
の前に、サファイア基板は溶剤洗浄、ＨＣｌによるエッ
チング、脱イオン水によるリンスを行い、最後にＮ2 中
にてエタノールのスピンコーティングによって乾燥し
た。
【００７４】スピンコーティングされた基板は、露点−
６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気中で２０°Ｃ／ｓｅｃにて昇
温して３００°Ｃにて保持してアモルファス薄膜を形成
したの後、７００°Ｃに３０分間保持し、最後に電気炉
の電源を切り冷却した。これにより島状構造を有し、膜
厚が約１０ｎｍのＬｉＴａＯ3 薄膜バッファ層を固相エ
ピタキシャル成長した。
６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気中で２０°Ｃ／ｓｅｃにて昇
温して３００°Ｃにて保持してアモルファス薄膜を形成
したの後、７００°Ｃに３０分間保持し、最後に電気炉
の電源を切り冷却した。これにより島状構造を有し、膜
厚が約１０ｎｍのＬｉＴａＯ3 薄膜バッファ層を固相エ
ピタキシャル成長した。
【００７５】次に、上記ダブル・アルコキシド０．６Ｍ
溶液を０．２μｍのフィルターを通してＬｉＴａＯ3 薄
膜バッファ層を有するサファイア（０００１）単結晶基
板へ２０００ｒｐｍでスピンコーティングをＮ2 雰囲気
中にて行った。スピンコーティングされた基板は、露点
−６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気中で２０°Ｃ／ｓｅｃにて
昇温して３００°Ｃにて保持してアモルファス薄膜を形
成したの後、７００°Ｃに３０分間保持し、２０°Ｃ／
ｍｉｎにて冷却した。これにより膜厚約１００ｎｍのＬ
ｉＴａＯ3 薄膜を固相エピタキシャル成長した。これを
さらに２回繰り返すことにより膜厚が約３００ｎｍのＬ
ｉＴａＯ3 薄膜を固相エピタキシャル成長し、結局総膜
厚約３１０ｎｍのエピタキシャルＬｉＴａＯ3 薄膜を得
た。
溶液を０．２μｍのフィルターを通してＬｉＴａＯ3 薄
膜バッファ層を有するサファイア（０００１）単結晶基
板へ２０００ｒｐｍでスピンコーティングをＮ2 雰囲気
中にて行った。スピンコーティングされた基板は、露点
−６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気中で２０°Ｃ／ｓｅｃにて
昇温して３００°Ｃにて保持してアモルファス薄膜を形
成したの後、７００°Ｃに３０分間保持し、２０°Ｃ／
ｍｉｎにて冷却した。これにより膜厚約１００ｎｍのＬ
ｉＴａＯ3 薄膜を固相エピタキシャル成長した。これを
さらに２回繰り返すことにより膜厚が約３００ｎｍのＬ
ｉＴａＯ3 薄膜を固相エピタキシャル成長し、結局総膜
厚約３１０ｎｍのエピタキシャルＬｉＴａＯ3 薄膜を得
た。
【００７６】エピタキシャルに結晶化したＬｉＴａＯ3
薄膜のＸ線回折パターンは、完全に（０００１）面によ
る回折ピークのみを示した。さらに極点図によって解析
を行うとサファイアとＬｉＴａＯ3 の基板面内での結晶
方位は一致していた。また、得られたエピタキシャルＬ
ｉＴａＯ3 薄膜の（０００６）面によるＸ線回折ロッキ
ングカーブ半値幅ＦＷＨＭはわずか０．２７°の良好な
値であった。さらに、本実施例のエピタキシャルＬｉＴ
ａＯ3 薄膜の表面を高分解能のＳＥＭによって観察した
所、粒界や細孔のみられない表面の平滑な薄膜であっ
た。 実施例７（強誘電体バッファ層、強誘電体薄膜で異なる
有機金属化合物使用） 先の実施例と同様に、ダブル・アルコキシドＬｉ［Ｔａ
（ＯＣ2 Ｈ4 ＯＣＨ3）6 ］の０．０６Ｍ溶液を０．２
μｍのフィルターを通しててサファイア（０００１）単
結晶基板へ２０００ｒｐｍでスピンコーティングを行っ
た。以上の操作はすべてＮ2 雰囲気中にて行った。スピ
ンコーティングの前に、サファイア基板は溶剤洗浄、Ｈ
Ｃｌによるエッチング、脱イオン水によるリンスを行
い、最後にＮ2 中にてエタノールのスピンコーティング
によって乾燥した。
薄膜のＸ線回折パターンは、完全に（０００１）面によ
る回折ピークのみを示した。さらに極点図によって解析
を行うとサファイアとＬｉＴａＯ3 の基板面内での結晶
方位は一致していた。また、得られたエピタキシャルＬ
ｉＴａＯ3 薄膜の（０００６）面によるＸ線回折ロッキ
ングカーブ半値幅ＦＷＨＭはわずか０．２７°の良好な
値であった。さらに、本実施例のエピタキシャルＬｉＴ
ａＯ3 薄膜の表面を高分解能のＳＥＭによって観察した
所、粒界や細孔のみられない表面の平滑な薄膜であっ
た。 実施例７（強誘電体バッファ層、強誘電体薄膜で異なる
有機金属化合物使用） 先の実施例と同様に、ダブル・アルコキシドＬｉ［Ｔａ
（ＯＣ2 Ｈ4 ＯＣＨ3）6 ］の０．０６Ｍ溶液を０．２
μｍのフィルターを通しててサファイア（０００１）単
結晶基板へ２０００ｒｐｍでスピンコーティングを行っ
た。以上の操作はすべてＮ2 雰囲気中にて行った。スピ
ンコーティングの前に、サファイア基板は溶剤洗浄、Ｈ
Ｃｌによるエッチング、脱イオン水によるリンスを行
い、最後にＮ2 中にてエタノールのスピンコーティング
によって乾燥した。
【００７７】スピンコーティングされた基板は、露点−
６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気中で２０°Ｃ／ｓｅｃにて昇
温して３００°Ｃにて保持してアモルファス薄膜を形成
した後、７００°Ｃに９０分間保持し、最後に電気炉の
電源を切り冷却した。これにより島状構造を有し、膜厚
が約１０ｎｍのＬｉＴａＯ3 薄膜バッファ層を固相エピ
タキシャル成長した。
６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気中で２０°Ｃ／ｓｅｃにて昇
温して３００°Ｃにて保持してアモルファス薄膜を形成
した後、７００°Ｃに９０分間保持し、最後に電気炉の
電源を切り冷却した。これにより島状構造を有し、膜厚
が約１０ｎｍのＬｉＴａＯ3 薄膜バッファ層を固相エピ
タキシャル成長した。
【００７８】次に、ダブル・アルコキシドＬｉ［Ｎｂ
（ＯＣ2 Ｈ4 ＯＣＨ3 ）6 ］の０．６Ｍ溶液を０．２μ
ｍのフィルターを通してＬｉＴａＯ3 薄膜バッファ層を
有するサファイア（０００１）単結晶基板へ２０００ｒ
ｐｍでスピンコーティングをＮ2 雰囲気中にて行った。
スピンコーティングされた基板は、露点−６０°Ｃの乾
燥Ｏ2 雰囲気中で２０°Ｃ／ｓｅｃにて昇温して３００
°Ｃにて保持アモルファス薄膜を形成した後、７００°
Ｃに３０分間保持してし、２０°Ｃ／ｍｉｎにて冷却し
た。これにより膜厚約１００ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜を
固相エピタキシャル成長した。これをさらに２回繰り返
すことにより膜厚が約３００ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜を
固相エピタキシャル成長し、結局総膜厚約３１０ｎｍの
エピタキシャルＬｉＮｂＯ3 ／ＬｉＴａＯ3 積層薄膜を
得た。
（ＯＣ2 Ｈ4 ＯＣＨ3 ）6 ］の０．６Ｍ溶液を０．２μ
ｍのフィルターを通してＬｉＴａＯ3 薄膜バッファ層を
有するサファイア（０００１）単結晶基板へ２０００ｒ
ｐｍでスピンコーティングをＮ2 雰囲気中にて行った。
スピンコーティングされた基板は、露点−６０°Ｃの乾
燥Ｏ2 雰囲気中で２０°Ｃ／ｓｅｃにて昇温して３００
°Ｃにて保持アモルファス薄膜を形成した後、７００°
Ｃに３０分間保持してし、２０°Ｃ／ｍｉｎにて冷却し
た。これにより膜厚約１００ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜を
固相エピタキシャル成長した。これをさらに２回繰り返
すことにより膜厚が約３００ｎｍのＬｉＮｂＯ3 薄膜を
固相エピタキシャル成長し、結局総膜厚約３１０ｎｍの
エピタキシャルＬｉＮｂＯ3 ／ＬｉＴａＯ3 積層薄膜を
得た。
【００７９】エピタキシャルに結晶化したＬｉＮｂＯ3
／ＬｉＴａＯ3 積層薄膜のＸ線回折パターンは、完全に
（０００１）面による回折ピークのみを示した。さらに
極点図によって解析を行うとサファイアとＬｉＮｂＯ3
の基板面内での結晶方位は一致していた。また、得られ
たエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜の（０００６）面に
よるＸ線回折ロッキングカーブ半値幅ＦＷＨＭはわずか
０．２６°の良好な値であった。さらに、本実施例のエ
ピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜の表面を高分解能のＳＥ
Ｍによって観察した所、粒界や細孔のみられない表面の
平滑な薄膜であった。 実施例８（有機金属化合物変更） 先の実施例と同様に、等モル量のＫＯＣ2 Ｈ5 とＮｂ
（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 をモレキュラー・シーブで脱水した常
圧での沸点が１２４．５°Ｃである２−メトキシエタノ
ールＣＨ3 ＯＣ2 Ｈ4 ＯＨに溶解し０．０６Ｍおよび
０．６Ｍ溶液を得た。これら溶液を、撹はんしつつ１２
４．５°Ｃで２時間蒸留し、さらに２２時間の還流を行
いダブル・アルコキシドＫ［Ｎｂ（ＯＣ2 Ｈ4 ＯＣ
Ｈ3 ）6 ］を得た。この後、その０．０６Ｍ溶液を０．
２μｍのフィルターを通してＭｇＯ単結晶基板（１０
０）へ２０００ｒｐｍでスピンコーティングを行った。
以上の操作はすべてＮ2 雰囲気中にて行った。スピンコ
ーティングの前に、ＭｇＯ基板は溶剤洗浄、ＨＣｌ に
よるエッチング、脱イオン水によるリンス、Ｎ2 中での
エタノールのスピンコーティングによる乾燥を行い、最
後にＯ2 雰囲気中での高温アニールを行った。
／ＬｉＴａＯ3 積層薄膜のＸ線回折パターンは、完全に
（０００１）面による回折ピークのみを示した。さらに
極点図によって解析を行うとサファイアとＬｉＮｂＯ3
の基板面内での結晶方位は一致していた。また、得られ
たエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜の（０００６）面に
よるＸ線回折ロッキングカーブ半値幅ＦＷＨＭはわずか
０．２６°の良好な値であった。さらに、本実施例のエ
ピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜の表面を高分解能のＳＥ
Ｍによって観察した所、粒界や細孔のみられない表面の
平滑な薄膜であった。 実施例８（有機金属化合物変更） 先の実施例と同様に、等モル量のＫＯＣ2 Ｈ5 とＮｂ
（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 をモレキュラー・シーブで脱水した常
圧での沸点が１２４．５°Ｃである２−メトキシエタノ
ールＣＨ3 ＯＣ2 Ｈ4 ＯＨに溶解し０．０６Ｍおよび
０．６Ｍ溶液を得た。これら溶液を、撹はんしつつ１２
４．５°Ｃで２時間蒸留し、さらに２２時間の還流を行
いダブル・アルコキシドＫ［Ｎｂ（ＯＣ2 Ｈ4 ＯＣ
Ｈ3 ）6 ］を得た。この後、その０．０６Ｍ溶液を０．
２μｍのフィルターを通してＭｇＯ単結晶基板（１０
０）へ２０００ｒｐｍでスピンコーティングを行った。
以上の操作はすべてＮ2 雰囲気中にて行った。スピンコ
ーティングの前に、ＭｇＯ基板は溶剤洗浄、ＨＣｌ に
よるエッチング、脱イオン水によるリンス、Ｎ2 中での
エタノールのスピンコーティングによる乾燥を行い、最
後にＯ2 雰囲気中での高温アニールを行った。
【００８０】スピンコーティングされた基板は、露点−
６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気中で１０°Ｃ／ｓｅｃにて昇
温して３００°Ｃにて保持してアモルファス薄膜を形成
した後、７００°Ｃに９０分間保持し、最後に電気炉の
電源を切り冷却した。これにより膜厚が約１０ｎｍのＫ
ＮｂＯ3 薄膜バッファ層を固相エピタキシャル成長し
た。
６０°Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気中で１０°Ｃ／ｓｅｃにて昇
温して３００°Ｃにて保持してアモルファス薄膜を形成
した後、７００°Ｃに９０分間保持し、最後に電気炉の
電源を切り冷却した。これにより膜厚が約１０ｎｍのＫ
ＮｂＯ3 薄膜バッファ層を固相エピタキシャル成長し
た。
【００８１】次に、上記ダブル・アルコキシド０．６Ｍ
溶液を０．２μｍのフィルターを通してＫＮｂＯ3 薄膜
バッファ層を有するＭｇＯ（１００）単結晶基板へ２０
００ｒｐｍでスピンコーティングをＮ2 雰囲気中にて行
った。スピンコーティングされた基板は、露点−６０°
Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気中で２０°Ｃ／ｓｅｃにて昇温して
３００°Ｃにて保持してアモルファス薄膜を形成した
後、７００°Ｃに３０分間保持し、２０°Ｃ／ｍｉｎに
て冷却した。これにより膜厚約１００ｎｍのＫＮｂＯ3
薄膜を固相エピタキシャル成長した。これをさらに２回
繰り返すことにより膜厚が約３００ｎｍのＫＮｂＯ3 薄
膜を固相エピタキシャル成長し、結局総膜厚約３１０ｎ
ｍのエピタキシャルＫＮｂＯ3 薄膜を得た。
溶液を０．２μｍのフィルターを通してＫＮｂＯ3 薄膜
バッファ層を有するＭｇＯ（１００）単結晶基板へ２０
００ｒｐｍでスピンコーティングをＮ2 雰囲気中にて行
った。スピンコーティングされた基板は、露点−６０°
Ｃの乾燥Ｏ2 雰囲気中で２０°Ｃ／ｓｅｃにて昇温して
３００°Ｃにて保持してアモルファス薄膜を形成した
後、７００°Ｃに３０分間保持し、２０°Ｃ／ｍｉｎに
て冷却した。これにより膜厚約１００ｎｍのＫＮｂＯ3
薄膜を固相エピタキシャル成長した。これをさらに２回
繰り返すことにより膜厚が約３００ｎｍのＫＮｂＯ3 薄
膜を固相エピタキシャル成長し、結局総膜厚約３１０ｎ
ｍのエピタキシャルＫＮｂＯ3 薄膜を得た。
【００８２】エピタキシャルに結晶化したＫＮｂＯ3 薄
膜のＸ線回折パターンは、完全に（１００）面による回
折ピークのみを示した。さらに極点図によって解析を行
うとＭｇＯとＫＮｂＯ3 の基板面内での結晶方位は一致
していた。また、得られたエピタキシャルＫＮｂＯ3 薄
膜の（１００）面によるＸ線回折ロッキングカーブ半値
幅ＦＷＨＭは０．９３°の良好な値であった。さらに、
本実施例のエピタキシャルＫＮｂＯ3 薄膜の表面を高分
解能のＳＥＭによって観察した所、粒界や細孔のみられ
ない表面の平滑な薄膜であった。
膜のＸ線回折パターンは、完全に（１００）面による回
折ピークのみを示した。さらに極点図によって解析を行
うとＭｇＯとＫＮｂＯ3 の基板面内での結晶方位は一致
していた。また、得られたエピタキシャルＫＮｂＯ3 薄
膜の（１００）面によるＸ線回折ロッキングカーブ半値
幅ＦＷＨＭは０．９３°の良好な値であった。さらに、
本実施例のエピタキシャルＫＮｂＯ3 薄膜の表面を高分
解能のＳＥＭによって観察した所、粒界や細孔のみられ
ない表面の平滑な薄膜であった。
【００８３】
【発明の効果】本発明によれば、上記のように、単結晶
基板上への有機金属化合物の塗布およびその後の加熱に
基づく固相エピタキシャル成長を利用して、特定の強誘
電体バッファ層を形成する過程を経ることにより、組成
が安定に制御され、表面が光学的に平滑であり、かつ、
高い結晶性を有する単結晶状のエピタキシャル強誘電体
薄膜を広い面積に、低設備コストで形成可能である。そ
の強誘電体薄膜は、工業的品質と生産安定性を有する光
導波路構造を有する素子として有用である。
基板上への有機金属化合物の塗布およびその後の加熱に
基づく固相エピタキシャル成長を利用して、特定の強誘
電体バッファ層を形成する過程を経ることにより、組成
が安定に制御され、表面が光学的に平滑であり、かつ、
高い結晶性を有する単結晶状のエピタキシャル強誘電体
薄膜を広い面積に、低設備コストで形成可能である。そ
の強誘電体薄膜は、工業的品質と生産安定性を有する光
導波路構造を有する素子として有用である。
【図１】単結晶基板上に得られた連続的な構造を有する
強誘電体バッファ層の上面模式図（Ａ）、および断面模
式図（Ｂ）である。
強誘電体バッファ層の上面模式図（Ａ）、および断面模
式図（Ｂ）である。
【図２】単結晶基板上に得られた連続的構造と島状構造
の中間の構造を有する強誘電体バッファ層の上面模式図
（Ａ）、および断面模式図（Ｂ）である。
の中間の構造を有する強誘電体バッファ層の上面模式図
（Ａ）、および断面模式図（Ｂ）である。
【図３】単結晶基板上に得られた島状構造を有する強誘
電体バッファ層の上面模式図（Ａ）、および断面模式図
（Ｂ）である。
電体バッファ層の上面模式図（Ａ）、および断面模式図
（Ｂ）である。
【図４】強誘電体薄膜素子を形成する過程の代表例を示
す模式図である。
す模式図である。
【図５】サファイア（０００１）単結晶基板上に得られ
たエピタキシャルＬｉＮｂＯ3薄膜バッファ層の（００
０６）面によるＸ線ロッキング・カーブ半値幅の膜厚依
存性を示すグラフである。
たエピタキシャルＬｉＮｂＯ3薄膜バッファ層の（００
０６）面によるＸ線ロッキング・カーブ半値幅の膜厚依
存性を示すグラフである。
【図６】サファイア（０００１）単結晶基板上に得られ
た、本発明によるエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜によ
るＸ線回折パターンである。
た、本発明によるエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜によ
るＸ線回折パターンである。
【図７】サファイア（０００１）単結晶基板上に得られ
た本発明によるエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜の（０
００６）面によるＸ線ロッキング・カーブ、比較例によ
るエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜の（０００６）面に
よるＸ線ロッキング・カーブである。
た本発明によるエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜の（０
００６）面によるＸ線ロッキング・カーブ、比較例によ
るエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜の（０００６）面に
よるＸ線ロッキング・カーブである。
【図８】サファイア（０００１）単結晶基板上に得られ
た本発明によるエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜の走査
電子顕微鏡写真である。
た本発明によるエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜の走査
電子顕微鏡写真である。
【図９】サファイア（０００１）単結晶基板上に得られ
た比較例によるエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜による
Ｘ線回折パターンである。
た比較例によるエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜による
Ｘ線回折パターンである。
【図１０】比較例によるエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄
膜の走査電子顕微鏡写真である。
膜の走査電子顕微鏡写真である。
１ 薄膜 ２ 基板 ３Ａ アモルファス層 ３Ｂ 強誘電体薄膜層 ４ 気孔 ５ ピンホール ６ 本発明に係わるロッキングカーブ ７ 比較従来例に係わるロッキングカーブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−270397（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−5999（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−12490（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−342912（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−78508（ＪＰ，Ａ) ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥ ＲＳ，ＶＯＬ．23（24），19ｔｈ Ｎｏ ｖｅｍｂｅｒ 1987，ｐｐ．1321−1323 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，Ｖｏ ｌ．63（19），８ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ 1993，ｐｐ．2649−2651 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/12 - 6/14 C30B 1/00 - 21/06 C30B 27/00 - 35/00 H01B 3/00 - 3/14
Claims (9)
- 【請求項１】 強誘電体薄膜素子の製造方法において、 単結晶基板上への有機金属化合物の塗布と、その加熱と
を利用した固相エピタキシャル成長を行うことによっ
て、膜厚が１ｎｍから４０ｎｍである強誘電体バッファ
層をその組成と異なる単結晶基板上に作製する工程を実
施し、更に、 前工程で形成された層上への有機金属化合物の塗布と、
その加熱とを利用した固相エピタキシャル成長によっ
て、膜厚が該強誘電体バッファ層の膜厚より厚く、か
つ、１０ｎｍ以上である強誘電体単層薄膜を形成する工
程を一回以上実施することによって、該強誘電体バッフ
ァ層上に強誘電体薄膜層を作製することを特徴とする強
誘電体薄膜素子の製造方法。 - 【請求項２】 強誘電体バッファ層および強誘電体薄膜
層は、酸化物強誘電体からなる請求項１記載の強誘電体
薄膜素子の製造方法。 - 【請求項３】 強誘電体バッファ層および強誘電体薄膜
層は、化学式ＡＢＯ3で表され、元素Ａが少なくともＬ
ｉ、Ｋ、またはＬｉおよびＫを含み、元素Ｂが少なくと
もＮｂ、Ｔａ、またはＮｂおよびＴａを含む、強誘電体
バッファ層および強誘電体薄膜層が同一または異なる組
成の酸化物である請求項２記載の強誘電体薄膜素子の製
造方法。 - 【請求項４】 強誘電体バッファ層のＸ線回折ロッキン
グ・カーブ半値幅が０．５°以下である請求項１記載の
強誘電体薄膜素子の製造方法。 - 【請求項５】 強誘電体バッファ層が不連続な島状構造
を有する請求項１記載の強誘電体薄膜素子の製造方法。 - 【請求項６】 単結晶基板がＡｌ2Ｏ3、ＬｉＴａＯ3、
ＭｇＯ、ＭｇＡｌ2Ｏ4、またはＺｎＯである請求項１記
載の強誘電体薄膜素子の製造方法。 - 【請求項７】 有機金属化合物は、金属アルコキシド類
および有機金属塩類より選ばれる複数の有機金属化合物
の混合物、または複数の有機金属化合物間の反応生成物
である請求項１記載の強誘電体薄膜素子の製造方法。 - 【請求項８】 前記加熱の各々は、３００°Ｃ〜１２０
０°Ｃの温度範囲で、固相エピタキシャル成長を実現す
るエピタキシャル加熱過程を少なくとも含み、それ以前
に、（Ａ）１００°Ｃ〜５００°Ｃの温度範囲で、塗布
された薄膜を熱分解することによりアモルファスとする
非晶質化加熱過程、若しくは、（Ｂ）３００°Ｃ〜９０
０°Ｃの温度範囲で、且つ、基板上の薄膜中でのランダ
ム結晶核の均質核生成温度より低く、エピタキシャル結
晶核の不均質核生成温度より高い温度で、中間加熱を行
う中間加熱過程のうちいずれかを実施するか、または
（Ｃ）非晶質化加熱過程と中間加熱過程とをこの順に実
施する請求項１記載の強誘電体薄膜素子の製造方法。 - 【請求項９】 強誘電体酸化物薄膜素子の製造におい
て、 単結晶基板上への有機金属化合物の塗布と、その加熱と
を利用した固相エピタキシャル成長を行うことによっ
て、膜厚が１ｎｍから４０ｎｍである第１番目の強誘電
体バッファ層をその組成と異なる単結晶基板上に作製す
る工程を実施し、更に、 前工程で形成された層上への有機金属化合物の塗布と、
その加熱とを利用した固相エピタキシャル成長によっ
て、膜厚が１ｎｍから４０ｎｍである、第２番目以降の
強誘電体バッファ層を単結晶基板上に作製する工程を１
回以上実施し、しかる後、 前工程で形成された層上への有機金属化合物の塗布と、
その加熱とを利用した固相エピタキシャル成長によっ
て、膜厚が該各強誘電体バッファ層の膜厚より厚く、か
つ、１０ｎｍ以上である強誘電体単層薄膜を形成する工
程を一回以上実施することによって、該強誘電体バッフ
ァ層上に強誘電体薄膜層を作製することを特徴とする強
誘電体薄膜素子の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP8168339A JP3052842B2 (ja) | 1996-06-07 | 1996-06-07 | 強誘電体薄膜素子の製造方法 |
| US08/867,842 US5852703A (en) | 1996-06-07 | 1997-06-03 | Ferroelectric thin film element and production method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8168339A JP3052842B2 (ja) | 1996-06-07 | 1996-06-07 | 強誘電体薄膜素子の製造方法 |
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| JPH09329722A JPH09329722A (ja) | 1997-12-22 |
| JP3052842B2 true JP3052842B2 (ja) | 2000-06-19 |
Family
ID=15866233
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8168339A Expired - Fee Related JP3052842B2 (ja) | 1996-06-07 | 1996-06-07 | 強誘電体薄膜素子の製造方法 |
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| JP (1) | JP3052842B2 (ja) |
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| US6420742B1 (en) * | 2000-06-16 | 2002-07-16 | Micron Technology, Inc. | Ferroelectric memory transistor with high-k gate insulator and method of fabrication |
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| US6885789B2 (en) * | 2002-06-07 | 2005-04-26 | Fujitsu Limited | Optical switch fabricated by a thin film process |
| JP4358760B2 (ja) * | 2005-02-10 | 2009-11-04 | 日本電信電話株式会社 | ＬｉＮｂＯ３結晶薄膜成膜方法 |
| JP2007258494A (ja) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Nozomi Photonics Co Ltd | 光増幅器及びその製造方法。 |
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-
1996
- 1996-06-07 JP JP8168339A patent/JP3052842B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-06-03 US US08/867,842 patent/US5852703A/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
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|---|
| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，Ｖｏｌ．６３（１９），８ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １９９３，ｐｐ．２６４９−２６５１ |
| ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，ＶＯＬ．２３（２４），１９ｔｈ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １９８７，ｐｐ．１３２１−１３２３ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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