JP3513532B2 - 光スイッチング素子 - Google Patents
光スイッチング素子Info
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- JP3513532B2 JP3513532B2 JP2000287904A JP2000287904A JP3513532B2 JP 3513532 B2 JP3513532 B2 JP 3513532B2 JP 2000287904 A JP2000287904 A JP 2000287904A JP 2000287904 A JP2000287904 A JP 2000287904A JP 3513532 B2 JP3513532 B2 JP 3513532B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、不揮発性メモリー
やキャパシター等の電子素子、更には光変調素子などの
作製に適した配向性強誘電体薄膜を有する光スイッチン
グ素子に関する。
やキャパシター等の電子素子、更には光変調素子などの
作製に適した配向性強誘電体薄膜を有する光スイッチン
グ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、酸化物強誘電体薄膜は強誘電体の
持つ強誘電性、圧電性、焦電性、電気光学効果等の多く
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
子等、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 ）Ｏ3 （ＰＬＺ
Ｔ）、ＬｉＮｂＯ3 、ＫＮｂＯ3 、Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12等
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（ＭＯＣ
ＶＤ）等の方法によって、酸化物単結晶基板上に数多く
形成されている。また、半導体素子との集積化のために
は、半導体基板上への強誘電体薄膜の作製が必要であ
る。しかし、半導体基板上への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、半導体の酸化等のために難しい。
持つ強誘電性、圧電性、焦電性、電気光学効果等の多く
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
子等、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 ）Ｏ3 （ＰＬＺ
Ｔ）、ＬｉＮｂＯ3 、ＫＮｂＯ3 、Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12等
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（ＭＯＣ
ＶＤ）等の方法によって、酸化物単結晶基板上に数多く
形成されている。また、半導体素子との集積化のために
は、半導体基板上への強誘電体薄膜の作製が必要であ
る。しかし、半導体基板上への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、半導体の酸化等のために難しい。
【０００３】これらの理由のため、半導体基板上へエピ
タキシャルが低温で成長し、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。また、強誘電体の屈折率は一般にＧａＡ
ｓよりも小さいが、強誘電体よりも小さい屈折率を持つ
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。 これに
対し、本発明者は、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既に提案し
た（米国特許出願Ｄ／９１６２６，出願日１９９１．１
１．２６．、特願平４−３１９２２８号（特許第２８６
４１９１２号））。この際の結晶学的関係は、例えばＧ
ａＡｓ上のＢａＴｉＯ3 についてはＢａＴｉＯ3 （００
１）//ＭｇＯ（１００）//ＧａＡｓ（１００）、面内方
位ＢａＴｉＯ3 ［０１０］//ＭｇＯ［００１］//ＧａＡ
ｓ［００１］となる構造を作製することができる。
タキシャルが低温で成長し、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。また、強誘電体の屈折率は一般にＧａＡ
ｓよりも小さいが、強誘電体よりも小さい屈折率を持つ
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。 これに
対し、本発明者は、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既に提案し
た（米国特許出願Ｄ／９１６２６，出願日１９９１．１
１．２６．、特願平４−３１９２２８号（特許第２８６
４１９１２号））。この際の結晶学的関係は、例えばＧ
ａＡｓ上のＢａＴｉＯ3 についてはＢａＴｉＯ3 （００
１）//ＭｇＯ（１００）//ＧａＡｓ（１００）、面内方
位ＢａＴｉＯ3 ［０１０］//ＭｇＯ［００１］//ＧａＡ
ｓ［００１］となる構造を作製することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一方、各種の電子部品
に用いられる薄膜電極および薄膜発熱抵抗体としては、
一般に金属が用いられるが、Ａｌ，Ｃｒ等の金属薄膜は
酸化に弱く、Ｐｄ，Ａｇ，Ｐｔ等の貴金属薄膜は酸化に
強い反面、コストが高い。また、強誘電体薄膜を用いた
不揮発性メモリーにおいては、Ｐｔ等の金属電極を用い
るとスイッチングに伴い強誘電体の疲労がみられる。近
年、酸化物電極が強誘電体薄膜のスイッチング疲労を抑
制することが知られ、例えばＪ．Ｌｅｅ等，Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６３，２７（１９９３）では、
ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx のＰｂ（Ｚｒ0. 52Ｔｉ0.48）Ｏ3 の
スイッチング疲労への効果が報告されている。しかし、
超伝導体であるＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 薄膜の作製は酸素濃
度のコントロール等の面において容易でない。特開平４
−１８２３９３においては、ＲｕＯ2 等への強誘電体薄
膜の成長が述べられているが、ＲｕＯ2 はＡＢＯ3 型強
誘電体との格子整合性が悪く、ＲｕＯ 2 上の強誘電体薄
膜のエピタキシャル成長は難しい。また、特開昭６１−
２２５７１１においては、ＢａＰｂＯ3 等の導電性酸化
物の作製が述べられているが、ペースト法による厚膜で
あり、薄膜を必要とする電子素子には不適である。そこ
で、本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであ
って、不揮発性メモリーやキャパシター等の電子素子、
更には光変調素子などを作製するに適した配向性強誘電
体薄膜を用いた光スイッチング素子を提供することを目
的とする。
に用いられる薄膜電極および薄膜発熱抵抗体としては、
一般に金属が用いられるが、Ａｌ，Ｃｒ等の金属薄膜は
酸化に弱く、Ｐｄ，Ａｇ，Ｐｔ等の貴金属薄膜は酸化に
強い反面、コストが高い。また、強誘電体薄膜を用いた
不揮発性メモリーにおいては、Ｐｔ等の金属電極を用い
るとスイッチングに伴い強誘電体の疲労がみられる。近
年、酸化物電極が強誘電体薄膜のスイッチング疲労を抑
制することが知られ、例えばＪ．Ｌｅｅ等，Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６３，２７（１９９３）では、
ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx のＰｂ（Ｚｒ0. 52Ｔｉ0.48）Ｏ3 の
スイッチング疲労への効果が報告されている。しかし、
超伝導体であるＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 薄膜の作製は酸素濃
度のコントロール等の面において容易でない。特開平４
−１８２３９３においては、ＲｕＯ2 等への強誘電体薄
膜の成長が述べられているが、ＲｕＯ2 はＡＢＯ3 型強
誘電体との格子整合性が悪く、ＲｕＯ 2 上の強誘電体薄
膜のエピタキシャル成長は難しい。また、特開昭６１−
２２５７１１においては、ＢａＰｂＯ3 等の導電性酸化
物の作製が述べられているが、ペースト法による厚膜で
あり、薄膜を必要とする電子素子には不適である。そこ
で、本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであ
って、不揮発性メモリーやキャパシター等の電子素子、
更には光変調素子などを作製するに適した配向性強誘電
体薄膜を用いた光スイッチング素子を提供することを目
的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者は、不揮発性メ
モリーや光変調素子等の作製に適した配向性強誘電体薄
膜について、鋭意研究を重ねてきたところ、エピタキシ
ャルまたは配向性の強誘電体薄膜を特定のエピタキシャ
ルまたは配向性の導電性薄膜を利用して形成することに
よって、強誘電体の大きな残留分極値や大きな電気光学
定数等を得ることができるという知見に基づいて、本発
明を完成したものである。 すなわち、本発明の光スイ
ッチング素子は、光が導入されるとともに電気光学効果
を奏する薄膜光導波路と、前記薄膜光導波路の膜厚方向
の上下に位置し前記膜厚方向に電圧を印加するための上
部電極及び下部電極を備えたものであって、該光スイッ
チング素子は単結晶基板を備え、前記下部電極は前記単
結晶基板上に設けられたエピタキシャルまたは配向性の
ＢａＰｂＯ 3 または（Ｂａ 1-2x/m Ｃ 2x/m ）（Ｐｂ 1-4y/n
Ｄ 4y/n ）Ｏ 3 （式中、Ｃは周期律表Ｉａ族， II ａ族およ
び III ａ族より選ばれる少なくとも一種の原子を表し、
Ｄは周期律表 II ｂ族， IV ａ族， IV ｂ族，Ｖａ族，Ｖｂ族
および VIII 族より選ばれる少なくとも一種の原子を表
し、ｘおよびｙは、０＜ｘ，ｙ≦１であり、ｍはＣの原
子価を意味し、ｎはＤの原子価を意味する。）で表され
るペロブスカイトＡＢＯ 3 型導電性薄膜であり、前記薄
膜光導波路が、エピタキシャルまたは配向性のペロブス
カイトＡＢＯ 3 型強誘電体薄膜であることを特徴とす
る。この光スイッチング素子は、前記基板と前記下部電
極の間にエピタキシャルまたは配向性のバッファ層を設
けてもよい。
モリーや光変調素子等の作製に適した配向性強誘電体薄
膜について、鋭意研究を重ねてきたところ、エピタキシ
ャルまたは配向性の強誘電体薄膜を特定のエピタキシャ
ルまたは配向性の導電性薄膜を利用して形成することに
よって、強誘電体の大きな残留分極値や大きな電気光学
定数等を得ることができるという知見に基づいて、本発
明を完成したものである。 すなわち、本発明の光スイ
ッチング素子は、光が導入されるとともに電気光学効果
を奏する薄膜光導波路と、前記薄膜光導波路の膜厚方向
の上下に位置し前記膜厚方向に電圧を印加するための上
部電極及び下部電極を備えたものであって、該光スイッ
チング素子は単結晶基板を備え、前記下部電極は前記単
結晶基板上に設けられたエピタキシャルまたは配向性の
ＢａＰｂＯ 3 または（Ｂａ 1-2x/m Ｃ 2x/m ）（Ｐｂ 1-4y/n
Ｄ 4y/n ）Ｏ 3 （式中、Ｃは周期律表Ｉａ族， II ａ族およ
び III ａ族より選ばれる少なくとも一種の原子を表し、
Ｄは周期律表 II ｂ族， IV ａ族， IV ｂ族，Ｖａ族，Ｖｂ族
および VIII 族より選ばれる少なくとも一種の原子を表
し、ｘおよびｙは、０＜ｘ，ｙ≦１であり、ｍはＣの原
子価を意味し、ｎはＤの原子価を意味する。）で表され
るペロブスカイトＡＢＯ 3 型導電性薄膜であり、前記薄
膜光導波路が、エピタキシャルまたは配向性のペロブス
カイトＡＢＯ 3 型強誘電体薄膜であることを特徴とす
る。この光スイッチング素子は、前記基板と前記下部電
極の間にエピタキシャルまたは配向性のバッファ層を設
けてもよい。
【０００６】さらに具体的には、本発明の光スイッチン
グ素子は、単結晶基板と、その上に形成された上記のエ
ピタキシャルまたは配向性のペロブスカイトＡＢＯ3 型
導電性薄膜よりなる下部電極と、該下部電極の上に形成
されたエピタキシャルまたは配向性のＡＢＯ3 型強誘電
体薄膜よりなる、光の導入により電気光学効果を示す薄
膜光導波路と、該薄膜光導波路の上に設けた上部電極と
を具備する。単結晶基板は、その表面にエピタキシャル
または配向性のバッファ層を有しているのが好ましい。
グ素子は、単結晶基板と、その上に形成された上記のエ
ピタキシャルまたは配向性のペロブスカイトＡＢＯ3 型
導電性薄膜よりなる下部電極と、該下部電極の上に形成
されたエピタキシャルまたは配向性のＡＢＯ3 型強誘電
体薄膜よりなる、光の導入により電気光学効果を示す薄
膜光導波路と、該薄膜光導波路の上に設けた上部電極と
を具備する。単結晶基板は、その表面にエピタキシャル
または配向性のバッファ層を有しているのが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。 本発明の光スイッチング素子における配向性薄
膜の積層体は、酸化物であるＭｇＯ，ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ，
ＳｒＴｉＯ3 ，ＢａＺｒＯ3 ，ＬａＡｌＯ3 ，ＺｎＯ，
Ａｌ2 Ｏ3 、単体半導体であるＳｉ，Ｇｅ，ダイアモン
ド、III −Ｖ系の化合物半導体であるＡｌＡｓ，ＡｌＳ
ｂ，ＡｌＰ，ＧａＡｓ，ＧａＳｂ，ＩｎＰ，ＩｎＡｓ，
ＩｎＳｂ，ＡｌＧａＰ，ＡｌＩｎＰ，ＡｌＧａＡｓ，Ａ
ｌＩｎＡｓ，ＡｌＡｓＳｂ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＩｎＳ
ｂ，ＧａＡｓＳｂ，ＩｎＡｓＳｂ、II−VI系の化合物半
導体であるＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，ＣｄＳ，Ｃｄ
Ｓｅ，ＣｄＴｅ，ＨｇＳｅ，ＨｇＴｅ等より選ばれる単
結晶基板上、またはエピタキシャルまたは配向性のバッ
ファ層を表面に持つこれらの単結晶基板上に、上記のエ
ピタキシャルまたは配向性のペロブスカイトＡＢＯ3 型
導電性薄膜よりなる下部電極が形成され、更にその上に
エピタキシャルまたは配向性のＡＢＯ3 型強誘電体薄膜
よりなる薄膜光導波路が形成される。この光導波路の上
には、例えば、櫛形の上部電極が設けられる。
する。 本発明の光スイッチング素子における配向性薄
膜の積層体は、酸化物であるＭｇＯ，ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ，
ＳｒＴｉＯ3 ，ＢａＺｒＯ3 ，ＬａＡｌＯ3 ，ＺｎＯ，
Ａｌ2 Ｏ3 、単体半導体であるＳｉ，Ｇｅ，ダイアモン
ド、III −Ｖ系の化合物半導体であるＡｌＡｓ，ＡｌＳ
ｂ，ＡｌＰ，ＧａＡｓ，ＧａＳｂ，ＩｎＰ，ＩｎＡｓ，
ＩｎＳｂ，ＡｌＧａＰ，ＡｌＩｎＰ，ＡｌＧａＡｓ，Ａ
ｌＩｎＡｓ，ＡｌＡｓＳｂ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＩｎＳ
ｂ，ＧａＡｓＳｂ，ＩｎＡｓＳｂ、II−VI系の化合物半
導体であるＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，ＣｄＳ，Ｃｄ
Ｓｅ，ＣｄＴｅ，ＨｇＳｅ，ＨｇＴｅ等より選ばれる単
結晶基板上、またはエピタキシャルまたは配向性のバッ
ファ層を表面に持つこれらの単結晶基板上に、上記のエ
ピタキシャルまたは配向性のペロブスカイトＡＢＯ3 型
導電性薄膜よりなる下部電極が形成され、更にその上に
エピタキシャルまたは配向性のＡＢＯ3 型強誘電体薄膜
よりなる薄膜光導波路が形成される。この光導波路の上
には、例えば、櫛形の上部電極が設けられる。
【０００８】上記バッファ層としては、ＭｇＯ，ＭｇＡ
ｌ2 Ｏ4 等の単層バッファ層、またはＰｂ（Ｚｒ0.53Ｔ
ｉ0.47）Ｏ3 （ＰＺＴ）／ＭｇＯ等の二層以上のバッフ
ァ層を用いることができる。また、上記ペロブスカイト
ＡＢＯ3 型導電性薄膜が、（Ｂａ1-2x/mＣ2x/m）（Ｐｂ
1-4y/nＤ4y/n）Ｏ3 で表される酸化物導電性薄膜の場
合、ＣとしてはＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｓｒ，Ｙ，Ｌａ，Ｃ
ｅ，Ｇｄの少なくとも一つが望ましく、ＤとしてはＳ
ｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｓｎ，
Ｓｂ，Ｔａ，Ｂｉの少なくとも一つが望ましい。上記Ａ
ＢＯ3 型強誘電体薄膜のＡは、Ｌｉ，Ｋ，Ｓｒ，Ｂａ，
Ｌａ，Ｐｂの少なくとも一つを含み、ＢはＭｇ，Ｔｉ，
Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａの少なくとも一つを含む。
ｌ2 Ｏ4 等の単層バッファ層、またはＰｂ（Ｚｒ0.53Ｔ
ｉ0.47）Ｏ3 （ＰＺＴ）／ＭｇＯ等の二層以上のバッフ
ァ層を用いることができる。また、上記ペロブスカイト
ＡＢＯ3 型導電性薄膜が、（Ｂａ1-2x/mＣ2x/m）（Ｐｂ
1-4y/nＤ4y/n）Ｏ3 で表される酸化物導電性薄膜の場
合、ＣとしてはＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｓｒ，Ｙ，Ｌａ，Ｃ
ｅ，Ｇｄの少なくとも一つが望ましく、ＤとしてはＳ
ｉ，Ｔｉ，Ｖ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｓｎ，
Ｓｂ，Ｔａ，Ｂｉの少なくとも一つが望ましい。上記Ａ
ＢＯ3 型強誘電体薄膜のＡは、Ｌｉ，Ｋ，Ｓｒ，Ｂａ，
Ｌａ，Ｐｂの少なくとも一つを含み、ＢはＭｇ，Ｔｉ，
Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａの少なくとも一つを含む。
【０００９】上記導電性薄膜および強誘電体薄膜は、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ＣＶＤ、有機金属化学蒸着（Ｍ
ＯＣＶＤ）等より選ばれる気相成長法およびゾルゲル法
等のウェット・プロセスのいずれかまたはそれらの複数
の方法により形成される。エピタキシャルまたは配向性
の薄膜成長に影響する要因としては、材料間の格子定数
の差、結晶構造の差、結晶対称性の差、熱膨張係数の
差、表面の静電気的状態の差等が挙げられるが、格子整
合が最も重要な要因の一つである。
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ＣＶＤ、有機金属化学蒸着（Ｍ
ＯＣＶＤ）等より選ばれる気相成長法およびゾルゲル法
等のウェット・プロセスのいずれかまたはそれらの複数
の方法により形成される。エピタキシャルまたは配向性
の薄膜成長に影響する要因としては、材料間の格子定数
の差、結晶構造の差、結晶対称性の差、熱膨張係数の
差、表面の静電気的状態の差等が挙げられるが、格子整
合が最も重要な要因の一つである。
【００１０】次に、強誘電体層、導電体層および単結晶
基板、更にバッファ層を組合せた本発明の光スイッチン
グ素子に用いられる代表的な配向性薄膜の積層体の例を
幾つか下記の表に掲げる。 １）結晶形が正方晶または立方晶の強誘電体層、立方晶
の導電体層および立方晶の酸化物単結晶基板の結晶構造
および格子定数の関係を表１に示す。
基板、更にバッファ層を組合せた本発明の光スイッチン
グ素子に用いられる代表的な配向性薄膜の積層体の例を
幾つか下記の表に掲げる。 １）結晶形が正方晶または立方晶の強誘電体層、立方晶
の導電体層および立方晶の酸化物単結晶基板の結晶構造
および格子定数の関係を表１に示す。
【表１】
【００１１】２）結晶形が六方晶の強誘電体層、立方晶
の導電体層および六方晶または立方晶の酸化物単結晶基
板の結晶構造および格子定数の関係を表２に示す。
の導電体層および六方晶または立方晶の酸化物単結晶基
板の結晶構造および格子定数の関係を表２に示す。
【表２】
【００１２】３）基板上にバッファ層を形成した強誘電
体層、導電体層および酸化物単結晶基板の結晶構造およ
び格子定数の関係を表３に示す。
体層、導電体層および酸化物単結晶基板の結晶構造およ
び格子定数の関係を表３に示す。
【表３】
【００１３】４）基板が半導体からなる強誘電体層、導
電体層、バッファ層および半導体単結晶基板の結晶構造
および格子定数の関係を表４に示す。
電体層、バッファ層および半導体単結晶基板の結晶構造
および格子定数の関係を表４に示す。
【表４】
【００１４】５）バッファ層を二層形成した強誘電体
層、導電体層、第二バッファ層、第一バッファ層および
半導体単結晶基板の結晶構造および格子定数の関係を表
５に示す。
層、導電体層、第二バッファ層、第一バッファ層および
半導体単結晶基板の結晶構造および格子定数の関係を表
５に示す。
【表５】
【００１５】
【実施例】以下に、実施例によって本発明をより具体的
に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。 実施例１ 金属アルコキシドであるＢａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）2 およびＰ
ｂ（ＯＣ3 Ｈ7 ）2 の等モル量を無水の２−メトキシエ
タノールに溶解し、０．５Ｍ溶液を得た。この溶液を攪
拌しつつ２時間蒸留し、更に２２時間還流してダブル・
アルコキシドＢａＰｂ（ＯＣ2 Ｈ4 ＯＣＨ3 ）4 を得
た。この前駆体溶液を０．２μｍのフィルターに通し
て、ＭｇＯ（１００）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窒素雰
囲気中で行った。スピンコーティングの前に、基板は溶
剤洗浄、塩酸によるエッチング、脱イオン水によるリン
スを行い、最後に窒素気流中でエタノールのスピンコー
ティングによって乾燥した。
に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。 実施例１ 金属アルコキシドであるＢａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）2 およびＰ
ｂ（ＯＣ3 Ｈ7 ）2 の等モル量を無水の２−メトキシエ
タノールに溶解し、０．５Ｍ溶液を得た。この溶液を攪
拌しつつ２時間蒸留し、更に２２時間還流してダブル・
アルコキシドＢａＰｂ（ＯＣ2 Ｈ4 ＯＣＨ3 ）4 を得
た。この前駆体溶液を０．２μｍのフィルターに通し
て、ＭｇＯ（１００）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窒素雰
囲気中で行った。スピンコーティングの前に、基板は溶
剤洗浄、塩酸によるエッチング、脱イオン水によるリン
スを行い、最後に窒素気流中でエタノールのスピンコー
ティングによって乾燥した。
【００１６】スピンコーティングされた基板は、室温に
て脱イオン水中でバブリングした酸素雰囲気中で１０℃
／ｓｅｃの速度で急速昇温して３００℃に２分間保持し
た後、６５０℃に３０分間保持し、最後に電気炉の電源
を切り冷却した。この結果、ＭｇＯ上に膜厚０．１μｍ
のＢａＰｂＯ3 薄膜が、（１１０）に配向して結晶化し
たＸ線回折パターンを示した。得られたＢａＰｂＯ3 薄
膜の抵抗を四端子法によって測定したところ、薄膜は２
×１０-4Ω・ｃｍの低い抵抗値を示した。ＢａＰｂＯ3
はバンド・ギャップが小さいため金属的電気伝導を示す
が、可視光に対してはこのため透明ではない。しかし、
本実施例におけるＢａＰｂＯ3 薄膜は、アニール温度、
膜厚または組成によっては、可視光に対してある程度の
透明性が観察された。
て脱イオン水中でバブリングした酸素雰囲気中で１０℃
／ｓｅｃの速度で急速昇温して３００℃に２分間保持し
た後、６５０℃に３０分間保持し、最後に電気炉の電源
を切り冷却した。この結果、ＭｇＯ上に膜厚０．１μｍ
のＢａＰｂＯ3 薄膜が、（１１０）に配向して結晶化し
たＸ線回折パターンを示した。得られたＢａＰｂＯ3 薄
膜の抵抗を四端子法によって測定したところ、薄膜は２
×１０-4Ω・ｃｍの低い抵抗値を示した。ＢａＰｂＯ3
はバンド・ギャップが小さいため金属的電気伝導を示す
が、可視光に対してはこのため透明ではない。しかし、
本実施例におけるＢａＰｂＯ3 薄膜は、アニール温度、
膜厚または組成によっては、可視光に対してある程度の
透明性が観察された。
【００１７】次に、上記のＢａＰｂＯ3 （１１０）／Ｍ
ｇＯ（１００）基板上に、Ｐｂ濃度で０．５ＭのＰｂ
（Ｚｒ0.53Ｔｉ0.47）Ｏ3 （ＰＺＴ）の前駆体溶液を２
０００ｒｐｍでスピンコーティングを行った。この前駆
体溶液は、モル比でＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．００：０．
５３：０．４７のＰｂ（ＣＨ3 ＣＯＯ）2 、Ｚｒ（Ｏ -
i-Ｃ3 Ｈ7 ）4 およびＴｉ（Ｏ -i-Ｃ3 Ｈ7 ）4 を２−
メトキシエタノールに溶解し、６時間蒸留した後、１８
時間還流することにより得た。以上の操作はすべて窒素
雰囲気中で行った。スピンコーティングされた基板は、
１０℃／ｓｅｃで昇温し、酸素雰囲気中３５０℃で１分
間熱分解を行った後、基板を６５０℃で３０分間加熱す
ることによりＰＺＴ薄膜が結晶化した。得られた配向性
薄膜の積層体は、図１に示すように、酸化物基板１ａお
よびＢａＰｂＯ3 （１１０）からなる導電体層２上に、
ＰＺＴ薄膜が（１１０）に配向した強誘電体層３が形成
されている。更に、このＰＺＴ薄膜上にＢａＰｂＯ3 薄
膜を上記と同じ方法によって再度形成した。このように
して作製したＢａＰｂＯ3 ／ＰＺＴ／ＢａＰｂＯ3 ／Ｍ
ｇＯ素子を用いて、ＢａＰｂＯ3 を上下部電極として電
圧を印加することによりＰＺＴの分極特性を試験したと
ころ、金属電極と比較して良好なスイッチング特性と疲
労特性を示した。
ｇＯ（１００）基板上に、Ｐｂ濃度で０．５ＭのＰｂ
（Ｚｒ0.53Ｔｉ0.47）Ｏ3 （ＰＺＴ）の前駆体溶液を２
０００ｒｐｍでスピンコーティングを行った。この前駆
体溶液は、モル比でＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．００：０．
５３：０．４７のＰｂ（ＣＨ3 ＣＯＯ）2 、Ｚｒ（Ｏ -
i-Ｃ3 Ｈ7 ）4 およびＴｉ（Ｏ -i-Ｃ3 Ｈ7 ）4 を２−
メトキシエタノールに溶解し、６時間蒸留した後、１８
時間還流することにより得た。以上の操作はすべて窒素
雰囲気中で行った。スピンコーティングされた基板は、
１０℃／ｓｅｃで昇温し、酸素雰囲気中３５０℃で１分
間熱分解を行った後、基板を６５０℃で３０分間加熱す
ることによりＰＺＴ薄膜が結晶化した。得られた配向性
薄膜の積層体は、図１に示すように、酸化物基板１ａお
よびＢａＰｂＯ3 （１１０）からなる導電体層２上に、
ＰＺＴ薄膜が（１１０）に配向した強誘電体層３が形成
されている。更に、このＰＺＴ薄膜上にＢａＰｂＯ3 薄
膜を上記と同じ方法によって再度形成した。このように
して作製したＢａＰｂＯ3 ／ＰＺＴ／ＢａＰｂＯ3 ／Ｍ
ｇＯ素子を用いて、ＢａＰｂＯ3 を上下部電極として電
圧を印加することによりＰＺＴの分極特性を試験したと
ころ、金属電極と比較して良好なスイッチング特性と疲
労特性を示した。
【００１８】実施例２
ＭｇＯ単結晶基板をＳｒＴｉＯ3 （１００）単結晶基板
に代えた以外は、実施例１と同様にして、配向性薄膜の
積層体を得た。この薄膜は、図２に示すように、基板１
ａ上に（１００）に配向したＢａＰｂＯ3 からなる導電
体層２および（００１）に配向したＰＺＴ薄膜からなる
強誘電体層３が形成されている。実施例１，２のような
エピタキシャルまたは配向性成長する強誘電体、導電体
および酸化物単結晶基板の組合せの例を前記表１に示し
てある。更に、実施例１と同様にして、ＰＺＴ薄膜上に
ＢａＰｂＯ3 薄膜を再度形成した。このＢａＰｂＯ3 ／
ＰＺＴ／ＢａＰｂＯ3 ／ＳｒＴｉＯ3 素子を用いて、Ｂ
ａＰｂＯ3 を上下部電極として電圧を印加することによ
りＰＺＴの分極特性を試験したところ、実施例１と同様
に、金属電極と比較して良好なスイッチング特性と疲労
特性を示した。
に代えた以外は、実施例１と同様にして、配向性薄膜の
積層体を得た。この薄膜は、図２に示すように、基板１
ａ上に（１００）に配向したＢａＰｂＯ3 からなる導電
体層２および（００１）に配向したＰＺＴ薄膜からなる
強誘電体層３が形成されている。実施例１，２のような
エピタキシャルまたは配向性成長する強誘電体、導電体
および酸化物単結晶基板の組合せの例を前記表１に示し
てある。更に、実施例１と同様にして、ＰＺＴ薄膜上に
ＢａＰｂＯ3 薄膜を再度形成した。このＢａＰｂＯ3 ／
ＰＺＴ／ＢａＰｂＯ3 ／ＳｒＴｉＯ3 素子を用いて、Ｂ
ａＰｂＯ3 を上下部電極として電圧を印加することによ
りＰＺＴの分極特性を試験したところ、実施例１と同様
に、金属電極と比較して良好なスイッチング特性と疲労
特性を示した。
【００１９】実施例３
原料として、モル比でＢａ：Ｓｒ：Ｐｂ＝０．８：０．
２：１．０のＢａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）2 、Ｓｒ（ＯＣ
2 Ｈ5 ）2 およびＰｂ（ＯＣ3 Ｈ7 ）2 を無水の２−メ
トキシエタノールに溶解し、Ｐｂ濃度で０．５Ｍの溶液
を得た。この溶液を攪拌しつつ２時間蒸留し、更に２２
時間還流して複合アルコキシドを得た。この前駆体溶液
を０．２μｍのフィルターに通して、（Ｂａ0.8 Ｓｒ
0.2 ）Ｐｂ（ＯＣ 2 Ｈ4 ＯＣＨ3 ）4 溶液をＡｌ2 Ｏ3
（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窒素雰囲気中で
行い、スピンコーティングの前に、基板は実施例１と同
様に溶剤洗浄、エッチング、リンス、乾燥を行った。ス
ピンコーティングされた基板は、乾燥した酸素雰囲気中
１０℃／ｓｅｃで昇温して３００℃に保持した後、６５
０℃に保持し、最後に電気炉の電源を切り冷却した。こ
れにより、（１１１）配向性を持つ（Ｂａ0.8 Ｓ
ｒ0.2 ）ＰｂＯ3 薄膜が得られ、この薄膜は５×１０-4
Ω・ｃｍの低い抵抗値を示した。
２：１．０のＢａ（ＯＣ2 Ｈ5 ）2 、Ｓｒ（ＯＣ
2 Ｈ5 ）2 およびＰｂ（ＯＣ3 Ｈ7 ）2 を無水の２−メ
トキシエタノールに溶解し、Ｐｂ濃度で０．５Ｍの溶液
を得た。この溶液を攪拌しつつ２時間蒸留し、更に２２
時間還流して複合アルコキシドを得た。この前駆体溶液
を０．２μｍのフィルターに通して、（Ｂａ0.8 Ｓｒ
0.2 ）Ｐｂ（ＯＣ 2 Ｈ4 ＯＣＨ3 ）4 溶液をＡｌ2 Ｏ3
（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窒素雰囲気中で
行い、スピンコーティングの前に、基板は実施例１と同
様に溶剤洗浄、エッチング、リンス、乾燥を行った。ス
ピンコーティングされた基板は、乾燥した酸素雰囲気中
１０℃／ｓｅｃで昇温して３００℃に保持した後、６５
０℃に保持し、最後に電気炉の電源を切り冷却した。こ
れにより、（１１１）配向性を持つ（Ｂａ0.8 Ｓ
ｒ0.2 ）ＰｂＯ3 薄膜が得られ、この薄膜は５×１０-4
Ω・ｃｍの低い抵抗値を示した。
【００２０】次に、原料として所定のモル比のＬｉＯＣ
2 Ｈ5 およびＮｂ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5を無水の２−メトキ
シエタノールに溶解し、０．５Ｍ溶液を得た。この溶液
を攪拌しつつ２時間蒸留し、更に２２時間還流してダブ
ル・アルコキシドを得た。その後、この溶液を０．２μ
ｍのフィルターに通して、ＬｉＮｂ（ＯＣ2 Ｈ4 ＯＣＨ
3 ）6 溶液をＡｌ2 Ｏ3 （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
はすべて窒素雰囲気中で行い、スピンコーティングの前
に、基板は実施例１と同様に溶剤洗浄、エッチング、リ
ンス、乾燥を行った。（Ｂａ0.8 Ｓｒ0.2 ）ＰｂＯ3 は
立方晶であるが、ＢａＰｂＯ3 の（１１１）面に対して
は六方晶系強誘電体の（０００１）面がその対称性にお
いて等しく、上記スピンコーティングにより、（０００
１）配向を持つＬｉＮｂＯ3 薄膜が得られ、ＬｉＮｂＯ
3 （０００１）／（Ｂａ0.8 Ｓｒ0.2 ）ＰｂＯ3 （１１
１）／Ａｌ2 Ｏ3 （０００１）の薄膜構造を作製するこ
とができた。図３には、実施例１，２と同様の層構造を
有する配向性薄膜の積層体が示されている。このような
強誘電体、導電体および単結晶基板の組合せの例を前記
表２に示してある。
2 Ｈ5 およびＮｂ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5を無水の２−メトキ
シエタノールに溶解し、０．５Ｍ溶液を得た。この溶液
を攪拌しつつ２時間蒸留し、更に２２時間還流してダブ
ル・アルコキシドを得た。その後、この溶液を０．２μ
ｍのフィルターに通して、ＬｉＮｂ（ＯＣ2 Ｈ4 ＯＣＨ
3 ）6 溶液をＡｌ2 Ｏ3 （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
はすべて窒素雰囲気中で行い、スピンコーティングの前
に、基板は実施例１と同様に溶剤洗浄、エッチング、リ
ンス、乾燥を行った。（Ｂａ0.8 Ｓｒ0.2 ）ＰｂＯ3 は
立方晶であるが、ＢａＰｂＯ3 の（１１１）面に対して
は六方晶系強誘電体の（０００１）面がその対称性にお
いて等しく、上記スピンコーティングにより、（０００
１）配向を持つＬｉＮｂＯ3 薄膜が得られ、ＬｉＮｂＯ
3 （０００１）／（Ｂａ0.8 Ｓｒ0.2 ）ＰｂＯ3 （１１
１）／Ａｌ2 Ｏ3 （０００１）の薄膜構造を作製するこ
とができた。図３には、実施例１，２と同様の層構造を
有する配向性薄膜の積層体が示されている。このような
強誘電体、導電体および単結晶基板の組合せの例を前記
表２に示してある。
【００２１】実施例４
実施例１と同様にして、ＰＺＴの前駆体溶液をＳｒＴｉ
Ｏ3 （１００）単結晶基板上に２０００ｒｐｍでスピン
コーティングし、基板を酸素雰囲気中１０℃／ｓｅｃで
昇温して３５０℃で熱分解した後、６５０℃でアニール
することにより（００１）の方位にエピタキシャルなＰ
ＺＴ薄膜を得た。このＰＺＴ薄膜をエピタキシャル・バ
ッファ層として、ＢａＰｂＯ3 を実施例１と同様にして
形成すると、ＢａＰｂＯ3 は（１００）の方位にエピタ
キシャルに結晶化した。更に、この上に、実施例１と同
様の方法により膜厚０．３５μｍの（Ｐｂ0.72Ｌ
ａ0.28）ＴｉＯ3 （ＰＬＴ）薄膜を形成することによっ
て、ＰＬＴ（００１）／ＢａＰｂＯ3 （１００）／ＰＺ
Ｔ（００１）／ＳｒＴｉＯ3 （１００）の多層エピタキ
シャル構造を得た。図４には、表面にバッファ層１′を
有する酸化物基板１ａ上に導電体層２および強誘電体層
３からなる配向性薄膜の積層体が示されている。このよ
うな強誘電体、導電体、バッファ層および単結晶基板の
組合せの例を前記表３に示してある。
Ｏ3 （１００）単結晶基板上に２０００ｒｐｍでスピン
コーティングし、基板を酸素雰囲気中１０℃／ｓｅｃで
昇温して３５０℃で熱分解した後、６５０℃でアニール
することにより（００１）の方位にエピタキシャルなＰ
ＺＴ薄膜を得た。このＰＺＴ薄膜をエピタキシャル・バ
ッファ層として、ＢａＰｂＯ3 を実施例１と同様にして
形成すると、ＢａＰｂＯ3 は（１００）の方位にエピタ
キシャルに結晶化した。更に、この上に、実施例１と同
様の方法により膜厚０．３５μｍの（Ｐｂ0.72Ｌ
ａ0.28）ＴｉＯ3 （ＰＬＴ）薄膜を形成することによっ
て、ＰＬＴ（００１）／ＢａＰｂＯ3 （１００）／ＰＺ
Ｔ（００１）／ＳｒＴｉＯ3 （１００）の多層エピタキ
シャル構造を得た。図４には、表面にバッファ層１′を
有する酸化物基板１ａ上に導電体層２および強誘電体層
３からなる配向性薄膜の積層体が示されている。このよ
うな強誘電体、導電体、バッファ層および単結晶基板の
組合せの例を前記表３に示してある。
【００２２】次に、上記ＰＬＴ表面に櫛形の上部Ａｌ電
極を設けることにより、ＰＬＴ薄膜光導波路にプリズム
・カップリングによりレーザー光を導入した。図５に示
すように、ＰＬＴ薄膜の上部電極４であるＡｌと下部電
極２であるＢａＰｂＯ3 （導電体層）との間に電圧を印
加すると、電気力線５の電気光学効果によるブラッグ反
射により導入されたレーザー光のスイッチングが可能と
なった。この際、下部電極を形成することなくＰＬＴの
表面に対向する櫛形電極４′のみを設けた図６に示す一
般的なコプレーナー型素子に比べて、電極間間隔がＰＬ
Ｔの膜厚に等しい０．３５μｍとすることが容易であ
る。
極を設けることにより、ＰＬＴ薄膜光導波路にプリズム
・カップリングによりレーザー光を導入した。図５に示
すように、ＰＬＴ薄膜の上部電極４であるＡｌと下部電
極２であるＢａＰｂＯ3 （導電体層）との間に電圧を印
加すると、電気力線５の電気光学効果によるブラッグ反
射により導入されたレーザー光のスイッチングが可能と
なった。この際、下部電極を形成することなくＰＬＴの
表面に対向する櫛形電極４′のみを設けた図６に示す一
般的なコプレーナー型素子に比べて、電極間間隔がＰＬ
Ｔの膜厚に等しい０．３５μｍとすることが容易であ
る。
【００２３】その結果、ＰＬＴの膜厚方向に有効に電圧
を印加することが可能なために駆動電圧が低く、電極間
幅が電極の微細加工技術による制約を受けないために素
子の作製が極めて容易となった。このように、絶縁性の
基板上にエピタキシャル電極薄膜が作製可能なため、エ
ピタキシャル強誘電体薄膜が電極上に作製できる。した
がって、エピタキシャル電極を設けることなくして、従
来絶縁性基板上または絶縁性薄膜上に作製不可能であっ
たキャパシター型電極構造を有する素子の作製が可能と
なった。
を印加することが可能なために駆動電圧が低く、電極間
幅が電極の微細加工技術による制約を受けないために素
子の作製が極めて容易となった。このように、絶縁性の
基板上にエピタキシャル電極薄膜が作製可能なため、エ
ピタキシャル強誘電体薄膜が電極上に作製できる。した
がって、エピタキシャル電極を設けることなくして、従
来絶縁性基板上または絶縁性薄膜上に作製不可能であっ
たキャパシター型電極構造を有する素子の作製が可能と
なった。
【００２４】実施例５
ターゲット表面をＵＶレーザー・パルスにより瞬間的に
加熱して蒸着するエキシマ・レーザー・デポジション法
によって、ＧａＡｓ（１００）単結晶基板上にエピタキ
シャル・バッファ層を形成した。すなわち、レーザー
は、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマ・レーザーを用
い、パルス周期４Ｈｚ、パルス長１７ｎｓ、エネルギー
１３０ｍＪ（ターゲット表面でのエネルギー密度１．３
Ｊ／ｃｍ2）の条件とした。ターゲットは金属Ｍｇを用
い、ＭｇＯを反応成長させた。ＧａＡｓ単結晶基板は溶
剤洗浄後、硫酸系の溶液でエッチングを行った。更に、
この基板を脱イオン水とエタノールでリンスし、最後に
窒素気流下でエタノールによるスピン乾燥を行った。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、３５０℃に加熱して４００オングストロームのエピ
タキシャルＭｇＯ（１００）バッファ層の成膜を行っ
た。続いて、７００℃でＭｇＯバッファ層上へ膜厚１０
００オングストロームのＢａＰｂＯ3 （１００）を、更に膜厚
２０００オングストロームのＢａＴｉＯ3 （００１）をその場
エピタキシャル成長した。得られた配向性薄膜の積層体
の層構造を図７に示す。この層構造は、表面にバッファ
層１′を有する半導体基板１ｂ上に導電体層（下部電
極）２および強誘電体層（薄膜光導波路）３が形成され
ている。このような強誘電体、導電体、バッファ層およ
び半導体単結晶基板の組合せの例を前記表４に示してあ
る。
加熱して蒸着するエキシマ・レーザー・デポジション法
によって、ＧａＡｓ（１００）単結晶基板上にエピタキ
シャル・バッファ層を形成した。すなわち、レーザー
は、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマ・レーザーを用
い、パルス周期４Ｈｚ、パルス長１７ｎｓ、エネルギー
１３０ｍＪ（ターゲット表面でのエネルギー密度１．３
Ｊ／ｃｍ2）の条件とした。ターゲットは金属Ｍｇを用
い、ＭｇＯを反応成長させた。ＧａＡｓ単結晶基板は溶
剤洗浄後、硫酸系の溶液でエッチングを行った。更に、
この基板を脱イオン水とエタノールでリンスし、最後に
窒素気流下でエタノールによるスピン乾燥を行った。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、３５０℃に加熱して４００オングストロームのエピ
タキシャルＭｇＯ（１００）バッファ層の成膜を行っ
た。続いて、７００℃でＭｇＯバッファ層上へ膜厚１０
００オングストロームのＢａＰｂＯ3 （１００）を、更に膜厚
２０００オングストロームのＢａＴｉＯ3 （００１）をその場
エピタキシャル成長した。得られた配向性薄膜の積層体
の層構造を図７に示す。この層構造は、表面にバッファ
層１′を有する半導体基板１ｂ上に導電体層（下部電
極）２および強誘電体層（薄膜光導波路）３が形成され
ている。このような強誘電体、導電体、バッファ層およ
び半導体単結晶基板の組合せの例を前記表４に示してあ
る。
【００２５】実施例６
実施例５と同様にして、エキシマ・レーザー・デポジシ
ョン法によってＧａＡｓ（１００）単結晶基板にエピタ
キシャルＭｇＯバッファ層の成膜を行った。次に、先の
実施例と同様にして、前駆体溶液よりＰＺＴ、ＢａＰｂ
Ｏ3 、更にＰＬＴを形成することにより、ＰＬＴ（００
１）／ＢａＰｂＯ3 （１００）／ＰＺＴ（００１）／Ｍ
ｇＯ（１００）／ＧａＡｓ（１００）の多層エピタキシ
ャル構造を得た。図８には、表面に第一バッファ層１′
ａおよび第二バッファ層１′ｂを有する半導体基板１ｂ
上に、導電体層（下部電極）２および強誘電体層（薄膜
光導波路）３からなる配向性薄膜の積層体が示されてい
る。このような強誘電体、導電体、第二バッファ層、第
一バッファ層および半導体単結晶基板の組合せの例を前
記表５に示してある。次に、上記ＰＬＴ表面に櫛形の上
部Ａｌ電極を設けることにより、レーザー光を導入し
た。図９に示すように、ＰＬＴ薄膜導波路に導入された
レーザー光は、ＰＬＴ薄膜の上部電極４であるＡｌと下
部電極２であるＢａＰｂＯ3 （導電体層）との間に電圧
を印加すると、電気力線５の電気光学効果によるブラッ
グ反射によりレーザー光のスイッチングが可能となっ
た。したがって、この素子は実施例４と同様に光導波路
として利用可能である。また、ＰＬＴの表面に対向する
櫛形電極４′のみを設けた図１０に示す素子に比べて、
ＰＬＴの膜厚方向に有効に電圧を印加することが可能な
ために駆動電圧が低く、更に電極間幅が電極の微細加工
による制約を受けないために素子の作製が極めて容易と
なった。
ョン法によってＧａＡｓ（１００）単結晶基板にエピタ
キシャルＭｇＯバッファ層の成膜を行った。次に、先の
実施例と同様にして、前駆体溶液よりＰＺＴ、ＢａＰｂ
Ｏ3 、更にＰＬＴを形成することにより、ＰＬＴ（００
１）／ＢａＰｂＯ3 （１００）／ＰＺＴ（００１）／Ｍ
ｇＯ（１００）／ＧａＡｓ（１００）の多層エピタキシ
ャル構造を得た。図８には、表面に第一バッファ層１′
ａおよび第二バッファ層１′ｂを有する半導体基板１ｂ
上に、導電体層（下部電極）２および強誘電体層（薄膜
光導波路）３からなる配向性薄膜の積層体が示されてい
る。このような強誘電体、導電体、第二バッファ層、第
一バッファ層および半導体単結晶基板の組合せの例を前
記表５に示してある。次に、上記ＰＬＴ表面に櫛形の上
部Ａｌ電極を設けることにより、レーザー光を導入し
た。図９に示すように、ＰＬＴ薄膜導波路に導入された
レーザー光は、ＰＬＴ薄膜の上部電極４であるＡｌと下
部電極２であるＢａＰｂＯ3 （導電体層）との間に電圧
を印加すると、電気力線５の電気光学効果によるブラッ
グ反射によりレーザー光のスイッチングが可能となっ
た。したがって、この素子は実施例４と同様に光導波路
として利用可能である。また、ＰＬＴの表面に対向する
櫛形電極４′のみを設けた図１０に示す素子に比べて、
ＰＬＴの膜厚方向に有効に電圧を印加することが可能な
ために駆動電圧が低く、更に電極間幅が電極の微細加工
による制約を受けないために素子の作製が極めて容易と
なった。
【００２６】以上の実施例では、ゾルゲル法またはエキ
シマ・レーザー・デポジション法およびそれらの両方法
により成膜したが、成膜プロセスはこれらに限定される
ものではなく、前述したとおり、電子ビーム蒸着、フラ
ッシュ蒸着、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、イオン・プレーティン
グ、ＭＢＥ、イオン化クラスター・ビーム・エピタキシ
ー、ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、プラズマＣＶＤ等の気相成長
法およびゾルゲル法以外のウェット・プロセスが、同様
に本発明の光スイッチング素子の作製に有効である。
シマ・レーザー・デポジション法およびそれらの両方法
により成膜したが、成膜プロセスはこれらに限定される
ものではなく、前述したとおり、電子ビーム蒸着、フラ
ッシュ蒸着、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、イオン・プレーティン
グ、ＭＢＥ、イオン化クラスター・ビーム・エピタキシ
ー、ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、プラズマＣＶＤ等の気相成長
法およびゾルゲル法以外のウェット・プロセスが、同様
に本発明の光スイッチング素子の作製に有効である。
【００２７】
【発明の効果】本発明の光スイッチング素子は、電気光
学効果を奏する薄膜の上に対向する電極を設けた従来の
コプレナー型素子（図６）に比べて、電極間間隔を狭く
することができるので、膜厚方向に効果的に電圧を印加
することができる。 また、薄膜光導波路を、エピタキ
シャルまたは配向性のＡＢＯ 3 型強誘電体薄膜とするこ
とによって、強誘電体の大きな残留分極値や大きな電気
光学定数等を得ることができる。また、強誘電体と基板
との間にエピタキシャルまたは配向性の上記特定のペロ
ブスカイトＡＢＯ 3 型導電性薄膜よりなる酸化物電極を
設けたため、低電圧駆動が可能な光変調素子や高性能な
不揮発性メモリー等のスイッチング素子の作製が可能と
なる。 さらに、半導体基板へのエピタキシャルまたは
配向性の上記特定のペロブスカイトＡＢＯ 3 型導電性薄
膜よりなる酸化物電極とそれによるエピタキシャルまた
は配向性の強誘電体薄膜の作製が可能なため、ＧａＡｓ
系半導体レーザー上へ光変調素子やＳｉ半導体集積回路
上に光集積回路を作製することなどが可能になる。
学効果を奏する薄膜の上に対向する電極を設けた従来の
コプレナー型素子（図６）に比べて、電極間間隔を狭く
することができるので、膜厚方向に効果的に電圧を印加
することができる。 また、薄膜光導波路を、エピタキ
シャルまたは配向性のＡＢＯ 3 型強誘電体薄膜とするこ
とによって、強誘電体の大きな残留分極値や大きな電気
光学定数等を得ることができる。また、強誘電体と基板
との間にエピタキシャルまたは配向性の上記特定のペロ
ブスカイトＡＢＯ 3 型導電性薄膜よりなる酸化物電極を
設けたため、低電圧駆動が可能な光変調素子や高性能な
不揮発性メモリー等のスイッチング素子の作製が可能と
なる。 さらに、半導体基板へのエピタキシャルまたは
配向性の上記特定のペロブスカイトＡＢＯ 3 型導電性薄
膜よりなる酸化物電極とそれによるエピタキシャルまた
は配向性の強誘電体薄膜の作製が可能なため、ＧａＡｓ
系半導体レーザー上へ光変調素子やＳｉ半導体集積回路
上に光集積回路を作製することなどが可能になる。
【図１】 ＭｇＯ（１００）基板上にＰＺＴ（１１０）
／ＢａＰｂＯ3 （１１０）を形成した実施例１の配向性
薄膜の積層体を示す。
／ＢａＰｂＯ3 （１１０）を形成した実施例１の配向性
薄膜の積層体を示す。
【図２】 ＳｒＴｉＯ3 （１００）基板上にＰＺＴ（０
０１）／ＢａＰｂＯ 3 （１００）を形成した実施例２の
配向性薄膜の積層体を示す。
０１）／ＢａＰｂＯ 3 （１００）を形成した実施例２の
配向性薄膜の積層体を示す。
【図３】 Ａｌ2 Ｏ3 （０００１）基板上にＬｉＮｂＯ
3 （０００１）／（Ｂａ0.8 Ｓｒ0.2 ）ＰｂＯ3 （１１
１）を形成した実施例３の配向性薄膜の積層体を示す。
3 （０００１）／（Ｂａ0.8 Ｓｒ0.2 ）ＰｂＯ3 （１１
１）を形成した実施例３の配向性薄膜の積層体を示す。
【図４】 ＳｒＴｉＯ3 （１００）基板上にエピタキシ
ャルＰＬＴ（００１）／ＢａＰｂＯ3 （１００）／ＰＺ
Ｔ（００１）を形成した実施例４の多層構造の配向性薄
膜の積層体を示す。
ャルＰＬＴ（００１）／ＢａＰｂＯ3 （１００）／ＰＺ
Ｔ（００１）を形成した実施例４の多層構造の配向性薄
膜の積層体を示す。
【図５】 実施例４の配向性薄膜の積層体のＰＬＴ表面
に上部電極を配設した電気光学効果による光スイッチン
グ素子を示す。
に上部電極を配設した電気光学効果による光スイッチン
グ素子を示す。
【図６】 導電体層を設けることなく基板上のＰＬＴ表
面に電極を配設した電気光学効果による光スイッチング
素子を示す。
面に電極を配設した電気光学効果による光スイッチング
素子を示す。
【図７】 ＧａＡｓ（１００）基板上にＢａＴｉＯ
3 （００１）／ＢａＰｂＯ3 （１００）／ＭｇＯ（１０
０）を形成した実施例５の多層構造の配向性薄膜の積層
体を示す。
3 （００１）／ＢａＰｂＯ3 （１００）／ＭｇＯ（１０
０）を形成した実施例５の多層構造の配向性薄膜の積層
体を示す。
【図８】 ＧａＡｓ（１００）基板上のエピタキシャル
ＰＬＴ（００１）／ＢａＰｂＯ3 （１００）／ＰＺＴ
（００１）／ＭｇＯ（１００）を形成した実施例６の多
層構造の配向性薄膜の積層体を示す。
ＰＬＴ（００１）／ＢａＰｂＯ3 （１００）／ＰＺＴ
（００１）／ＭｇＯ（１００）を形成した実施例６の多
層構造の配向性薄膜の積層体を示す。
【図９】 実施例６の配向性薄膜の積層体のＰＬＴ表面
に上部電極を配設した電気光学効果による光スイッチン
グ素子を示す。
に上部電極を配設した電気光学効果による光スイッチン
グ素子を示す。
【図１０】 導電体層を設けることなく基板およびバッ
ファ層上のＰＬＴ表面に電極を配設した電気光学効果に
よる光スイッチング素子を示す。
ファ層上のＰＬＴ表面に電極を配設した電気光学効果に
よる光スイッチング素子を示す。
１ａ…酸化物基板、１ｂ…半導体基板、１′…バッファ
層、１′ａ…第一バッファ層、１′ｂ…第二バッファ
層、２…導電体層（下部電極）、３…強誘電体層（薄膜
光導波路）、４…上部電極、４′…櫛形電極、５…電気
力線。
層、１′ａ…第一バッファ層、１′ｂ…第二バッファ
層、２…導電体層（下部電極）、３…強誘電体層（薄膜
光導波路）、４…上部電極、４′…櫛形電極、５…電気
力線。
─────────────────────────────────────────────────────
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(56)参考文献 特開 平５−254994（ＪＰ，Ａ)
Ｄ．Ｋ．Ｆｏｒｋ ｅｔ ａｌ，Ｈｉ
ｇｈ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｕｒｒｅｎ
ｔｓ ｉｎ ｓｔｒａｉｎｅｄ ｅｐｉ
ｔａｘｉａｌ ＹＢａ２Ｃｕ307−δ
ｏｎ Ｓｉ ，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，米国，Ａｍ
ｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏ
ｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，1990年 ９月10
日，Ｖｏｌ．57，Ｎｏ．11，ｐ．1161−
1163
Ｃ．Ｂ．Ｅｏｍ ｅｔ ａｌ，Ｆａｂ
ｒｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｐｅ
ｒｔｉｅｓ ｏｆ ｅｐｉｔａｘｉａｌ
ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｈｅｔ
ｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｗｉｔｈ
（ＳｒＲｕＯ３）ｉｓｏｔｒｏｐ ，Ａ
ｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ ，米国，Ａｍｅｒｉｃａｎ
Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ，1993年11月 １日，Ｖｏｌ．63
Ｎｏ．18，ｐ．2570−2572
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02F 1/035
G02F 1/055
Claims (2)
- 【請求項１】 光が導入されるとともに電気光学効果を
奏する薄膜光導波路と、前記薄膜光導波路の膜厚方向の
上下に位置し前記膜厚方向に電圧を印加するための上部
電極及び下部電極を備えた光スイッチング素子であっ
て、該光スイッチング素子は単結晶基板を備え、前記下
部電極は前記単結晶基板上に設けられたエピタキシャル
または配向性のＢａＰｂＯ 3 または（Ｂａ
1-2x/m Ｃ 2x/m ）（Ｐｂ 1-4y/n Ｄ 4y/n ）Ｏ 3 （式中、Ｃは
周期律表Ｉａ族， II ａ族および III ａ族より選ばれる少
なくとも一種の原子を表し、Ｄは周期律表 II ｂ族， IV ａ
族， IV ｂ族，Ｖａ族，Ｖｂ族および VIII 族より選ばれる
少なくとも一種の原子を表し、ｘおよびｙは、０＜ｘ，
ｙ≦１であり、ｍはＣの原子価を意味し、ｎはＤの原子
価を意味する。）で表されるペロブスカイトＡＢＯ 3 型
導電性薄膜であり、前記薄膜光導波路が、エピタキシャ
ルまたは配向性のペロブスカイトＡＢＯ 3 型強誘電体薄
膜であることを特徴とする光スイッチング素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の光スイッチング素子にお
いて、前記基板と前記下部電極の間にエピタキシャルま
たは配向性のバッファ層を設けたことを特徴とする光ス
イッチング素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000287904A JP3513532B2 (ja) | 1993-11-04 | 2000-09-22 | 光スイッチング素子 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29762193A JP3199091B2 (ja) | 1993-11-04 | 1993-11-04 | 配向性薄膜の積層体 |
| JP2000287904A JP3513532B2 (ja) | 1993-11-04 | 2000-09-22 | 光スイッチング素子 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29762193A Division JP3199091B2 (ja) | 1993-11-04 | 1993-11-04 | 配向性薄膜の積層体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001117059A JP2001117059A (ja) | 2001-04-27 |
| JP3513532B2 true JP3513532B2 (ja) | 2004-03-31 |
Family
ID=32095316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000287904A Expired - Fee Related JP3513532B2 (ja) | 1993-11-04 | 2000-09-22 | 光スイッチング素子 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3513532B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
| JP2006133308A (ja) | 2004-11-02 | 2006-05-25 | Fujitsu Ltd | 光学素子 |
| US8224143B2 (en) | 2010-02-05 | 2012-07-17 | Advantest Corporation | Substrate structure and manufacturing method |
| JP6390392B2 (ja) * | 2014-12-05 | 2018-09-19 | Tdk株式会社 | 積層構造体 |
-
2000
- 2000-09-22 JP JP2000287904A patent/JP3513532B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
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|---|
| Ｃ．Ｂ．Ｅｏｍ ｅｔ ａｌ，Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｗｉｔｈ（ＳｒＲｕＯ３）ｉｓｏｔｒｏｐ ，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ，米国，Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，１９９３年１１月 １日，Ｖｏｌ．６３ Ｎｏ．１８，ｐ．２５７０−２５７２ |
| Ｄ．Ｋ．Ｆｏｒｋ ｅｔ ａｌ，Ｈｉｇｈ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｕｒｒｅｎｔｓ ｉｎ ｓｔｒａｉｎｅｄ ｅｐｉｔａｘｉａｌ ＹＢａ２Ｃｕ３０７−δ ｏｎ Ｓｉ ，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，米国，Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，１９９０年 ９月１０日，Ｖｏｌ．５７，Ｎｏ．１１，ｐ．１１６１−１１６３ |
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