JPH04272608A - 誘電体薄膜の製造方法 - Google Patents
誘電体薄膜の製造方法Info
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- JPH04272608A JPH04272608A JP5351191A JP5351191A JPH04272608A JP H04272608 A JPH04272608 A JP H04272608A JP 5351191 A JP5351191 A JP 5351191A JP 5351191 A JP5351191 A JP 5351191A JP H04272608 A JPH04272608 A JP H04272608A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は誘電体薄膜の製造方法に
関し、特に屈折率や誘電率を膜厚方向に自由に変化させ
ることのできる誘電体薄膜の製造方法に関する。
関し、特に屈折率や誘電率を膜厚方向に自由に変化させ
ることのできる誘電体薄膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信の発達とそのシングルモ
−ド化に伴って、光通信システムに必須となる光スイッ
チや光変調器などの光集積回路も一段と重要性を増して
きている。なかでも誘電体薄膜を光の導波層として用い
るハイブリッド型や、半導体基板にバッファ層を設け、
その上に誘電体薄膜の光導波路を作製する準ハイブリッ
ド型の光集積回路は、導波路材料を光源や検出器とは別
に自由に選択でき最適化できるという点で有利であり、
現在盛んに開発が行われている。従来の光導波路として
代表的なものは２種類あり、その１つは、基板にＬｉＮ
ｂＯ３単結晶を用い、表面にＴｉを拡散させたり、Ｌｉ
をＨ＋と交換することで導波路層としたグレ―デッド型
導波路で、別の１つは、ガラス基板や、あるいはＳｉ基
板上にバッファ層としてＳｉＯ２層を設けた基板の上に
、ＺｎＯなどの誘電体薄膜を形成したステップ型光導波
路である。ＬｉＮｂＯ３単結晶を用いた導波路に関して
は、ジャ−ナル・オブ・アメリカン・セラミクス・ソサ
イアティ（ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａｎ
Ｃｅｒａｍｉｃｓ Ｓｏｃｉｅｔｙ ）第７２巻，８
号，１３１１〜１３２１頁に開示されている。 ステ
ップ型導波路は基板上に薄膜を作製するだけで導波路を
形成できるという点で作製が容易であり、導波光を外部
から制御するとき効率が高い等の利点を有するが、基板
あるいはバッファ層などの導波路下層部の屈折率が導波
路部分よりも小さいことが必要で、導波路材料に対して
基板材料を選択するときに制限がある。また、基板と導
波路薄膜との界面がフラットでないと光の散乱が生じ導
波損失が増加するため、界面を厳密に制御してフラット
にすることが要求される。また、従来の技術では、Ｌｉ
ＮｂＯ３やＳｒＴｉＯ３などの誘電体の薄膜において成
膜時の基板温度を変化させることで誘電率を変化させる
ことができるという報告があるが、その誘電率や屈折率
は膜厚方向に一定である。一方、グレ−デッド型導波路
は不純物拡散やイオン交換によって導波路層を形成する
ため、屈折率が徐々に変化し、したがって導波光が界面
の乱れによって散乱されることも少なく、導波損失は抑
えられるという利点を持つ。しかしながら、高温での熱
プロセスが必要なため、電子集積回路も含めた集積化に
おいて熱処理温度に上限がある。また、材料によっては
不純物拡散やイオン交換により屈折率を増加させること
ができないものもある点が問題である。
−ド化に伴って、光通信システムに必須となる光スイッ
チや光変調器などの光集積回路も一段と重要性を増して
きている。なかでも誘電体薄膜を光の導波層として用い
るハイブリッド型や、半導体基板にバッファ層を設け、
その上に誘電体薄膜の光導波路を作製する準ハイブリッ
ド型の光集積回路は、導波路材料を光源や検出器とは別
に自由に選択でき最適化できるという点で有利であり、
現在盛んに開発が行われている。従来の光導波路として
代表的なものは２種類あり、その１つは、基板にＬｉＮ
ｂＯ３単結晶を用い、表面にＴｉを拡散させたり、Ｌｉ
をＨ＋と交換することで導波路層としたグレ―デッド型
導波路で、別の１つは、ガラス基板や、あるいはＳｉ基
板上にバッファ層としてＳｉＯ２層を設けた基板の上に
、ＺｎＯなどの誘電体薄膜を形成したステップ型光導波
路である。ＬｉＮｂＯ３単結晶を用いた導波路に関して
は、ジャ−ナル・オブ・アメリカン・セラミクス・ソサ
イアティ（ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａｎ
Ｃｅｒａｍｉｃｓ Ｓｏｃｉｅｔｙ ）第７２巻，８
号，１３１１〜１３２１頁に開示されている。 ステ
ップ型導波路は基板上に薄膜を作製するだけで導波路を
形成できるという点で作製が容易であり、導波光を外部
から制御するとき効率が高い等の利点を有するが、基板
あるいはバッファ層などの導波路下層部の屈折率が導波
路部分よりも小さいことが必要で、導波路材料に対して
基板材料を選択するときに制限がある。また、基板と導
波路薄膜との界面がフラットでないと光の散乱が生じ導
波損失が増加するため、界面を厳密に制御してフラット
にすることが要求される。また、従来の技術では、Ｌｉ
ＮｂＯ３やＳｒＴｉＯ３などの誘電体の薄膜において成
膜時の基板温度を変化させることで誘電率を変化させる
ことができるという報告があるが、その誘電率や屈折率
は膜厚方向に一定である。一方、グレ−デッド型導波路
は不純物拡散やイオン交換によって導波路層を形成する
ため、屈折率が徐々に変化し、したがって導波光が界面
の乱れによって散乱されることも少なく、導波損失は抑
えられるという利点を持つ。しかしながら、高温での熱
プロセスが必要なため、電子集積回路も含めた集積化に
おいて熱処理温度に上限がある。また、材料によっては
不純物拡散やイオン交換により屈折率を増加させること
ができないものもある点が問題である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のような特徴を有
するグレ−デッド型導波路材料であるＬｉＮｂＯ３を薄
膜化する試みはこれまでもなされている。しかしながら
、導波路部分のＬｉＮｂＯ３の屈折率は膜厚方向に一定
であり、ＳｉなどのＬｉＮｂＯ３より高い屈折率の基板
上にＬｉＮｂＯ３薄膜を作製すると導波は起こらない。 このような場合、もし薄膜形成時に膜厚方向に誘電率を
変化させ、表面ほど屈折率が高くなるような誘電体薄膜
ができれば、任意の基板上に誘電体の光導波路を作製で
きる。また屈折率のプロファイルも任意に制御できるの
で、光の閉じ込めに最も適した屈折率分布を得ることも
できる。しかしながら、従来は薄膜作製時の基板温度を
変化させて誘電率や屈折率を変化させていたので、制御
性に乏しく、ステップ状に変化させるといった高速応答
が期待できなかった。また、高い誘電率や屈折率を得る
ためには高い基板温度が必要で、プロセスの低温化が図
れないという欠点があった。本発明の目的は、高温での
熱プロセスを必要とせずに、誘電体薄膜の屈折率や誘電
率を膜厚方向に自由に変化させることができ、従って任
意の基板上に光導波路を形成することの可能な誘電体薄
膜の製造方法を提供することにある。
するグレ−デッド型導波路材料であるＬｉＮｂＯ３を薄
膜化する試みはこれまでもなされている。しかしながら
、導波路部分のＬｉＮｂＯ３の屈折率は膜厚方向に一定
であり、ＳｉなどのＬｉＮｂＯ３より高い屈折率の基板
上にＬｉＮｂＯ３薄膜を作製すると導波は起こらない。 このような場合、もし薄膜形成時に膜厚方向に誘電率を
変化させ、表面ほど屈折率が高くなるような誘電体薄膜
ができれば、任意の基板上に誘電体の光導波路を作製で
きる。また屈折率のプロファイルも任意に制御できるの
で、光の閉じ込めに最も適した屈折率分布を得ることも
できる。しかしながら、従来は薄膜作製時の基板温度を
変化させて誘電率や屈折率を変化させていたので、制御
性に乏しく、ステップ状に変化させるといった高速応答
が期待できなかった。また、高い誘電率や屈折率を得る
ためには高い基板温度が必要で、プロセスの低温化が図
れないという欠点があった。本発明の目的は、高温での
熱プロセスを必要とせずに、誘電体薄膜の屈折率や誘電
率を膜厚方向に自由に変化させることができ、従って任
意の基板上に光導波路を形成することの可能な誘電体薄
膜の製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、タ−ゲットに
化学式がＡＢＯ３で表され、それぞれＡとしてＢａ，Ｓ
ｒ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｌｉの少なくとも１種以上、Ｂとして
Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂの少なくとも１種以上を含む材
料、あるいはＢｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、あるいはＺｎＯを用
い、イオンビ―ムスパッタ法でスパッタ粒子の加速電圧
を変化させることにより、誘電率あるいは屈折率が膜厚
方向に変化する誘電体薄膜を任意の基板上に形成する工
程を備えたことを特徴とする誘電体薄膜の製造方法であ
る。
化学式がＡＢＯ３で表され、それぞれＡとしてＢａ，Ｓ
ｒ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｌｉの少なくとも１種以上、Ｂとして
Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂの少なくとも１種以上を含む材
料、あるいはＢｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、あるいはＺｎＯを用
い、イオンビ―ムスパッタ法でスパッタ粒子の加速電圧
を変化させることにより、誘電率あるいは屈折率が膜厚
方向に変化する誘電体薄膜を任意の基板上に形成する工
程を備えたことを特徴とする誘電体薄膜の製造方法であ
る。
【０００５】
【作用】本発明は、誘電体薄膜を製造するのにイオンビ
―ムスパッタ法を用い、スパッタ粒子のエネルギ−を加
速電圧を変化させることで、粒子束の密度とは独立に変
化させる。この結果、低い基板温度で誘電体薄膜の屈折
率や誘電率を膜厚方向に自由に変化させ、任意の基板上
に光導波路を形成することができる。
―ムスパッタ法を用い、スパッタ粒子のエネルギ−を加
速電圧を変化させることで、粒子束の密度とは独立に変
化させる。この結果、低い基板温度で誘電体薄膜の屈折
率や誘電率を膜厚方向に自由に変化させ、任意の基板上
に光導波路を形成することができる。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 実施例１ 図１は、タ−ゲットにＳｒＴｉＯ３焼結体を用い、イオ
ンビ―ムスパッタ法によりサファイア基板上に作製した
ＳｒＴｉＯ３薄膜の、誘電率と屈折率のイオンビ―ムの
加速電圧に対する関係を示す。誘電率は１０ｋＨｚ、屈
折率は波長６３２８オングストロ―ムでの値である。基
板温度は４３０℃、ＳｒＴｉＯ３の膜厚は約１００ｎｍ
、イオンビ―ム電流は４１ｍＡで、Ｏ２ガスを５ｓｃｃ
ｍ流しながら、真空度２×１０−４ｔｏｒｒで成膜した
結果である。従来の方法では誘電率は薄膜作製時の基板
温度にのみ依存して変化するだけであって、同一基板温
度でこのように誘電率が変化するという報告はない。屈
折率も誘電率と同様に加速電圧に対してほぼ比例して増
加する。イオンビ―ムの加速電圧を変化させるのは非常
に簡単であり、成膜時間に対しステップ状に変化させた
り、徐々に変化させたりとプログラミングすることも可
能である。従って、ＳｒＴｉＯ３薄膜の屈折率や誘電率
を膜厚方向に自由に制御性良く変化させることができる
。また、低基板温度で従来得られなかった高い誘電率も
得られる。
て説明する。 実施例１ 図１は、タ−ゲットにＳｒＴｉＯ３焼結体を用い、イオ
ンビ―ムスパッタ法によりサファイア基板上に作製した
ＳｒＴｉＯ３薄膜の、誘電率と屈折率のイオンビ―ムの
加速電圧に対する関係を示す。誘電率は１０ｋＨｚ、屈
折率は波長６３２８オングストロ―ムでの値である。基
板温度は４３０℃、ＳｒＴｉＯ３の膜厚は約１００ｎｍ
、イオンビ―ム電流は４１ｍＡで、Ｏ２ガスを５ｓｃｃ
ｍ流しながら、真空度２×１０−４ｔｏｒｒで成膜した
結果である。従来の方法では誘電率は薄膜作製時の基板
温度にのみ依存して変化するだけであって、同一基板温
度でこのように誘電率が変化するという報告はない。屈
折率も誘電率と同様に加速電圧に対してほぼ比例して増
加する。イオンビ―ムの加速電圧を変化させるのは非常
に簡単であり、成膜時間に対しステップ状に変化させた
り、徐々に変化させたりとプログラミングすることも可
能である。従って、ＳｒＴｉＯ３薄膜の屈折率や誘電率
を膜厚方向に自由に制御性良く変化させることができる
。また、低基板温度で従来得られなかった高い誘電率も
得られる。
【０００７】実施例２
図２は、Ｓｉ基板上にＳｒＴｉＯ３薄膜を直接成膜した
光導波路の断面図と屈折率の説明図である。このＳｒＴ
ｉＯ３薄膜の屈折率は、同図に示すように膜厚方向に変
化しており、Ｓｉ基板との界面では小さく、表面に近づ
くにしたがって大きくなっている。このような薄膜を形
成するには、成膜初期の加速電圧は小さくして、しだい
に大きくしてゆけば良い。その結果、ＳｒＴｉＯ３薄膜
の表面で光の閉じ込めが生じ、基板として屈折率の高い
Ｓｉを用いているにも関わらず光導波が生じる。従って
、Ｓｉなどの半導体基板を用いたときの誘電体光導波路
にみられるＳｉＯ２等のバッファ層なしに導波路が形成
でき、構造が単純になった。また、導波損失もＴＥ０モ
―ド、波長６３２８オングストロ―ムにおいて、１ｄＢ
／ｃｍ以下の十分小さな値となった。
光導波路の断面図と屈折率の説明図である。このＳｒＴ
ｉＯ３薄膜の屈折率は、同図に示すように膜厚方向に変
化しており、Ｓｉ基板との界面では小さく、表面に近づ
くにしたがって大きくなっている。このような薄膜を形
成するには、成膜初期の加速電圧は小さくして、しだい
に大きくしてゆけば良い。その結果、ＳｒＴｉＯ３薄膜
の表面で光の閉じ込めが生じ、基板として屈折率の高い
Ｓｉを用いているにも関わらず光導波が生じる。従って
、Ｓｉなどの半導体基板を用いたときの誘電体光導波路
にみられるＳｉＯ２等のバッファ層なしに導波路が形成
でき、構造が単純になった。また、導波損失もＴＥ０モ
―ド、波長６３２８オングストロ―ムにおいて、１ｄＢ
／ｃｍ以下の十分小さな値となった。
【０００８】実施例３
図３は、Ｓｉ基板上にＬｉＮｂＯ３薄膜を形成し、その
上部に櫛形のＡｌ電極を形成した光変調器の断面図と屈
折率の説明図である。ＬｉＮｂＯ３薄膜の屈折率は同図
に示すように膜の中央部が高く、基板やＡｌ電極との界
面では小さくなっている。従って、ＬｉＮｂＯ３薄膜内
に導入された光は、最も屈折率の高い層を伝搬する。従
来このような誘電体光変調器を作製するときには、上部
電極との間にもＳｉＯ２層などのバッファ層を用いなけ
ればいけない場合もあったが、本発明によりその必要は
なくなった。櫛形電極にＤＣパルスを印加した時、電極
直下を導波するＴＥ０モ−ド、ＴＭ０モ−ドのいずれの
導波光も回折されることを確認した。
上部に櫛形のＡｌ電極を形成した光変調器の断面図と屈
折率の説明図である。ＬｉＮｂＯ３薄膜の屈折率は同図
に示すように膜の中央部が高く、基板やＡｌ電極との界
面では小さくなっている。従って、ＬｉＮｂＯ３薄膜内
に導入された光は、最も屈折率の高い層を伝搬する。従
来このような誘電体光変調器を作製するときには、上部
電極との間にもＳｉＯ２層などのバッファ層を用いなけ
ればいけない場合もあったが、本発明によりその必要は
なくなった。櫛形電極にＤＣパルスを印加した時、電極
直下を導波するＴＥ０モ−ド、ＴＭ０モ−ドのいずれの
導波光も回折されることを確認した。
【０００９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば誘
電体薄膜の屈折率や誘電率を膜厚方向に自由に変化させ
ることができるので、任意の基板上にバッファ層なしに
光導波路を形成でき、構造が単純化される。また、低基
板温度で形成できるので、プロセスの低温化が達成され
る。
電体薄膜の屈折率や誘電率を膜厚方向に自由に変化させ
ることができるので、任意の基板上にバッファ層なしに
光導波路を形成でき、構造が単純化される。また、低基
板温度で形成できるので、プロセスの低温化が達成され
る。
【図１】ＳｒＴｉＯ３薄膜の誘電率および屈折率に対す
るイオンビ―ム加速電圧依存性を示した図である。
るイオンビ―ム加速電圧依存性を示した図である。
【図２】本発明によるＳｉ基板上のＳｒＴｉＯ３薄膜光
導波路の断面図と屈折率の説明図である。
導波路の断面図と屈折率の説明図である。
【図３】本発明によるＳｉ基板上のＬｉＮｂＯ３薄膜光
導波路を用いた光変調器の断面図と屈折率の説明図であ
る。
導波路を用いた光変調器の断面図と屈折率の説明図であ
る。
Claims (1)
- 【請求項１】 タ−ゲットに化学式がＡＢＯ３で表さ
れ、それぞれＡとしてＢａ，Ｓｒ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｌｉの
少なくとも１種以上、ＢとしてＺｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ
の少なくとも１種以上を含む材料、あるいはＢｉ４Ｔｉ
３Ｏ１２、あるいはＺｎＯを用い、イオンビ―ムスパッ
タ法でスパッタ粒子の加速電圧を変化させることにより
、誘電率あるいは屈折率が膜厚方向に変化する誘電体薄
膜を任意の基板上に形成する工程を備えたことを特徴と
する誘電体薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3053511A JP2556206B2 (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | 誘電体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3053511A JP2556206B2 (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | 誘電体薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04272608A true JPH04272608A (ja) | 1992-09-29 |
| JP2556206B2 JP2556206B2 (ja) | 1996-11-20 |
Family
ID=12944843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3053511A Expired - Fee Related JP2556206B2 (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | 誘電体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2556206B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0855515A (ja) * | 1994-08-11 | 1996-02-27 | Agency Of Ind Science & Technol | チタン酸鉛系誘電体薄膜 |
| JPH11236666A (ja) * | 1998-02-25 | 1999-08-31 | Murata Mfg Co Ltd | 成膜装置、および誘電体膜の製造方法 |
| JP2009249689A (ja) * | 2008-04-07 | 2009-10-29 | Toyota Motor Corp | リチウム複合酸化物薄膜の製造方法、及び、電極体の製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63266061A (ja) * | 1987-04-23 | 1988-11-02 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 多元素スパツタ薄膜の製造方法及びスパツタ装置 |
-
1991
- 1991-02-27 JP JP3053511A patent/JP2556206B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63266061A (ja) * | 1987-04-23 | 1988-11-02 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 多元素スパツタ薄膜の製造方法及びスパツタ装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0855515A (ja) * | 1994-08-11 | 1996-02-27 | Agency Of Ind Science & Technol | チタン酸鉛系誘電体薄膜 |
| JPH11236666A (ja) * | 1998-02-25 | 1999-08-31 | Murata Mfg Co Ltd | 成膜装置、および誘電体膜の製造方法 |
| JP2009249689A (ja) * | 2008-04-07 | 2009-10-29 | Toyota Motor Corp | リチウム複合酸化物薄膜の製造方法、及び、電極体の製造方法 |
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| JP2556206B2 (ja) | 1996-11-20 |
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