JPH0530800B2 - - Google Patents
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- JPH0530800B2 JPH0530800B2 JP7216885A JP7216885A JPH0530800B2 JP H0530800 B2 JPH0530800 B2 JP H0530800B2 JP 7216885 A JP7216885 A JP 7216885A JP 7216885 A JP7216885 A JP 7216885A JP H0530800 B2 JPH0530800 B2 JP H0530800B2
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Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利科分野）
本発明は半導体層と絶縁体層からなり、光スイ
ツチ、光変調器などの光デバイスに用いられる光
デバイス用基板に関する。
ツチ、光変調器などの光デバイスに用いられる光
デバイス用基板に関する。
（従来技術）
光スイツチ、光変調器などの光デバイスは光通
信あるいは光情報処理装置において極めて重要な
ものである。これらのデバイスには、高速性等の
観点から一般に電気光学効果を有する材料（以下
電気光学材料と呼ぶ）が用いられる。電気光学効
果は複屈折の変化が電界強度に比例するポツケル
ス効果と、電界強度の２乗に比例する力一効果と
に分類される。現在一般に使用されているのはポ
ツケルス効果を有するニオブ酸リチウム
（LiNbO3）、タンタル酸リチウム（LiTaO3）な
どの単結晶電気光学材料であるが、駆動電圧の低
減化のためには力一効果を有する電気光学材料を
使用する方が有利である。
信あるいは光情報処理装置において極めて重要な
ものである。これらのデバイスには、高速性等の
観点から一般に電気光学効果を有する材料（以下
電気光学材料と呼ぶ）が用いられる。電気光学効
果は複屈折の変化が電界強度に比例するポツケル
ス効果と、電界強度の２乗に比例する力一効果と
に分類される。現在一般に使用されているのはポ
ツケルス効果を有するニオブ酸リチウム
（LiNbO3）、タンタル酸リチウム（LiTaO3）な
どの単結晶電気光学材料であるが、駆動電圧の低
減化のためには力一効果を有する電気光学材料を
使用する方が有利である。
大きな力一効果を示す材料として代表的なもの
は一般式がKTaxNb1−xO3で表わされるもので
ある。この材料には一般的にKTNの略称が使用
されるので以下KTNと呼ぶ。特にＸ＝0.65すな
わちKTa0.65Nb0.35O3の組成の材料は他の材料
に比べて非常に大きな力一効果を示すことが知ら
れている。たとえばジヤーナル．オブ．アプライ
ド．フイジクス（J.Appl.Phys）37巻、１号、
1966年、388〜398ページに「Light Modulation
and Beam Deflection With Potassium
Tantalate−Niobate Crystals」と題して発表さ
れた論文において、KTNの単結晶を用いること
により低電圧で駆動することが可能な光変調器、
光偏向器を構成できることが述べられている。
は一般式がKTaxNb1−xO3で表わされるもので
ある。この材料には一般的にKTNの略称が使用
されるので以下KTNと呼ぶ。特にＸ＝0.65すな
わちKTa0.65Nb0.35O3の組成の材料は他の材料
に比べて非常に大きな力一効果を示すことが知ら
れている。たとえばジヤーナル．オブ．アプライ
ド．フイジクス（J.Appl.Phys）37巻、１号、
1966年、388〜398ページに「Light Modulation
and Beam Deflection With Potassium
Tantalate−Niobate Crystals」と題して発表さ
れた論文において、KTNの単結晶を用いること
により低電圧で駆動することが可能な光変調器、
光偏向器を構成できることが述べられている。
（従来技術の問題点）
以上のようにKTNの単結晶は極めて有用な電
気光学材料であるが、均一な単結晶を作製するこ
とが困難であるために実用にはなつていない。
KTNの単結晶は一般に原料の融液からの引上げ
法によつて作製されるが、KTNは全率固溶結晶
であるため結晶を一定量の融液から育成してゆく
と、固化した結晶のＸが徐々に小さい方向に変化
して不均一になるためである。
気光学材料であるが、均一な単結晶を作製するこ
とが困難であるために実用にはなつていない。
KTNの単結晶は一般に原料の融液からの引上げ
法によつて作製されるが、KTNは全率固溶結晶
であるため結晶を一定量の融液から育成してゆく
と、固化した結晶のＸが徐々に小さい方向に変化
して不均一になるためである。
さらに、より低電圧化ならび集積化を行なうた
めにはバルクの単結晶よりも、適当な基板上に電
気光学材料の薄膜を形成した導波路形の光デバイ
スが望ましい。
めにはバルクの単結晶よりも、適当な基板上に電
気光学材料の薄膜を形成した導波路形の光デバイ
スが望ましい。
（発明の目的）
本発明は、上記従来技術の欠点を改善するもの
で、低電圧駆動ならびに集積化が可能で、かつ特
性の均一性に優れた光デバイス用基板を提供する
ことを目的とする。
で、低電圧駆動ならびに集積化が可能で、かつ特
性の均一性に優れた光デバイス用基板を提供する
ことを目的とする。
（発明の構成）
すなわち本発明は、シリコン単結晶基板上に絶
縁体膜が形成され該絶縁体膜上に化学式が
KTaxNb1-xO3で表わされる誘電体層が形成され
ていることを特徴とする光デバイス用基板であ
る。
縁体膜が形成され該絶縁体膜上に化学式が
KTaxNb1-xO3で表わされる誘電体層が形成され
ていることを特徴とする光デバイス用基板であ
る。
（構成の詳細な説明）
光デバイスに使用するためにはKTNの薄膜は
できるだけ単結晶に近いエピタキシヤル膜である
必要がある。エピタキシヤル膜を形成するには
KTNの対称性、格子定数に適した基板が必要で
あり、マグネシアスピネル（MgAl2O4）、マグネ
シア（MgO）が考えられる。これらの単結晶は
大口径のものを安価に製造することは困難である
が、シリコン単結晶基板上に単結晶薄膜をエピタ
キシヤル成長させることができる。シリコン単結
晶基板は今日では非常に大口径のものが容易に入
手できるから、基板として本発明に主張するよう
にシリコン単結晶基板上にMgAl2O4あるいは、
MgOなどのエピタキシヤル薄膜を形成したもの
を使用し、この上にKTNの薄膜を形成した光デ
バイス用基板は実用上その意義が非常に大きい。
この場合、MgOは本出願人が提案（特願昭57−
229033）しているようにシリコン単結晶基板に直
接成長するよりもシリコン基板上にMgAl2O4を
介して形成した方が良質の単結晶膜が形成でき
る。従つて絶縁体単結晶膜として２層構造のもの
でも良い。また、本出願人はシリコン基板上に形
成したMgAl2O4エピタキシヤル膜は成長後
MgAl2O4膜を通してシリコン基板を熱酸化する
ことによつてMgAl2O4／SiO2／Si構造にするこ
とをすでに提案（特願昭56−103967）している。
従つて絶縁体膜としてシリコン単結晶基板上に非
晶質SiO2を介したような構造のものでも良い。
できるだけ単結晶に近いエピタキシヤル膜である
必要がある。エピタキシヤル膜を形成するには
KTNの対称性、格子定数に適した基板が必要で
あり、マグネシアスピネル（MgAl2O4）、マグネ
シア（MgO）が考えられる。これらの単結晶は
大口径のものを安価に製造することは困難である
が、シリコン単結晶基板上に単結晶薄膜をエピタ
キシヤル成長させることができる。シリコン単結
晶基板は今日では非常に大口径のものが容易に入
手できるから、基板として本発明に主張するよう
にシリコン単結晶基板上にMgAl2O4あるいは、
MgOなどのエピタキシヤル薄膜を形成したもの
を使用し、この上にKTNの薄膜を形成した光デ
バイス用基板は実用上その意義が非常に大きい。
この場合、MgOは本出願人が提案（特願昭57−
229033）しているようにシリコン単結晶基板に直
接成長するよりもシリコン基板上にMgAl2O4を
介して形成した方が良質の単結晶膜が形成でき
る。従つて絶縁体単結晶膜として２層構造のもの
でも良い。また、本出願人はシリコン基板上に形
成したMgAl2O4エピタキシヤル膜は成長後
MgAl2O4膜を通してシリコン基板を熱酸化する
ことによつてMgAl2O4／SiO2／Si構造にするこ
とをすでに提案（特願昭56−103967）している。
従つて絶縁体膜としてシリコン単結晶基板上に非
晶質SiO2を介したような構造のものでも良い。
マグネシアスピネル（MgAl2O4）、マグネシア
（MgO）の屈折率は約1.75SiO2の屈折率は約1.5で
あり、いずれもKTNの屈折率（約2.2）よりも大
きい、従つてシリコン基板上に形成したMgAl2
O4、MgO、SiO2などからなる絶縁体層の上に形
成したKTN薄膜に光を導波させることが可能で
あり、種々の導波路形デバイスを作製することが
できる。
（MgO）の屈折率は約1.75SiO2の屈折率は約1.5で
あり、いずれもKTNの屈折率（約2.2）よりも大
きい、従つてシリコン基板上に形成したMgAl2
O4、MgO、SiO2などからなる絶縁体層の上に形
成したKTN薄膜に光を導波させることが可能で
あり、種々の導波路形デバイスを作製することが
できる。
KTNエピタキシヤル薄膜の形成はスパツタリ
ング、イオンプレーテイングなどの物理蒸着ある
いはCVDなどの化学蒸着を用いて行なうことが
できる。これらの方法で薄膜の成長を行なう場合
には、従来のバルク単結晶の育成の場合のような
融液すなわち液相からの結晶成長でなく気相から
の結晶成長であるから、既述のようなバルク単結
晶において問題であつた全率固溶体であることに
基づく組成変化による不均一性という問題は生じ
ない。例えばスパツタリングの場合について言え
ば各成分元素のスパツタ率及び吸着率が異なるた
めターゲツトの組成と形成された薄膜の組成とは
一般に若干異なるが目的の組成の薄膜となるよう
にターゲツトの組成を選んでおけば安定して均一
な組成の薄膜を形成することができる。
ング、イオンプレーテイングなどの物理蒸着ある
いはCVDなどの化学蒸着を用いて行なうことが
できる。これらの方法で薄膜の成長を行なう場合
には、従来のバルク単結晶の育成の場合のような
融液すなわち液相からの結晶成長でなく気相から
の結晶成長であるから、既述のようなバルク単結
晶において問題であつた全率固溶体であることに
基づく組成変化による不均一性という問題は生じ
ない。例えばスパツタリングの場合について言え
ば各成分元素のスパツタ率及び吸着率が異なるた
めターゲツトの組成と形成された薄膜の組成とは
一般に若干異なるが目的の組成の薄膜となるよう
にターゲツトの組成を選んでおけば安定して均一
な組成の薄膜を形成することができる。
またKTa1−xNbxO3において力一効果に注目
すればＸ＝0.65が望ましいがこれ以外の０Ｘ
1.0の範囲において有用な用途があり優れた基板
を構成しうる。
すればＸ＝0.65が望ましいがこれ以外の０Ｘ
1.0の範囲において有用な用途があり優れた基板
を構成しうる。
以下実施例によつて具体的に説明する。
（実施例 １）
面方位が（100）のシリコン単結晶基板上に膜
厚1μｍのマグネシア．スピネル（MgAl2O4）を
エピタキシヤル成長し、その上に膜厚2μｍの
KTN薄膜をスパツタ法で形成した。第１図は本
実施例の説明図で、１は（100）Si単結晶基板２
は気相成長法で成長したMgAl2O4エピタキシヤ
ル膜、３はスパツタ法で形成したKTNの単結晶
膜である。MgAl2O4の気相成長は、本出願人が
すでに提案（特願昭57−136051）している方法で
成長した。すなわち反応ガスとしてMgCl2，Al
にHClガスを反応させて生成したAlCl3，CO2，
H2ガスを用い、キヤリアガスとしてN2ガスを用
いた。MgAl2O4の生成反応は、MgCl2＋2AlCl3
＋4CO2＋4H2→MgAl2O4＋4CO＋8HClで表わさ
れる。成長温度950℃で成長し、Ｘ線回折及び電
子線回折で（100）方位のMgAl2O4がエピタキシ
ヤル成長していることを確認した。KTNのエピ
タキシヤル膜はRFマグネトロンスパツタ法で形
成した。K2CO3，Ta2O5Nb2O5を原料として
KTa0.65Nb0.35O3の組成比よりもK2CO3が10モ
ル％だけ過剰となるように秤量、混合、仮焼した
粉末ターゲツトを用い、ArとO2の混合ガス中で
基板温度600℃〜800℃でスパツタリングを行なつ
た。
厚1μｍのマグネシア．スピネル（MgAl2O4）を
エピタキシヤル成長し、その上に膜厚2μｍの
KTN薄膜をスパツタ法で形成した。第１図は本
実施例の説明図で、１は（100）Si単結晶基板２
は気相成長法で成長したMgAl2O4エピタキシヤ
ル膜、３はスパツタ法で形成したKTNの単結晶
膜である。MgAl2O4の気相成長は、本出願人が
すでに提案（特願昭57−136051）している方法で
成長した。すなわち反応ガスとしてMgCl2，Al
にHClガスを反応させて生成したAlCl3，CO2，
H2ガスを用い、キヤリアガスとしてN2ガスを用
いた。MgAl2O4の生成反応は、MgCl2＋2AlCl3
＋4CO2＋4H2→MgAl2O4＋4CO＋8HClで表わさ
れる。成長温度950℃で成長し、Ｘ線回折及び電
子線回折で（100）方位のMgAl2O4がエピタキシ
ヤル成長していることを確認した。KTNのエピ
タキシヤル膜はRFマグネトロンスパツタ法で形
成した。K2CO3，Ta2O5Nb2O5を原料として
KTa0.65Nb0.35O3の組成比よりもK2CO3が10モ
ル％だけ過剰となるように秤量、混合、仮焼した
粉末ターゲツトを用い、ArとO2の混合ガス中で
基板温度600℃〜800℃でスパツタリングを行なつ
た。
形成した膜の組成はKTa0.65Nb0.35O3であり、
Ｘ線回折と電子線回折によつて（100）方位に配
向したエピタキシヤル膜であることを確認した。
Ｘ線回折と電子線回折によつて（100）方位に配
向したエピタキシヤル膜であることを確認した。
（実施例 ２）
（100）Si単結晶基板上にエピタキシヤル成長
した膜厚0.2μｍのMgAl2O4膜を通してSi基板を熱
酸化し、MgAl2O4膜とSi基板の間に膜厚0.8μｍの
SiO2を形成した後に、MgAl2O4エピタキシヤル
膜上に膜厚2μｍKTNをエピタキシヤル成長させ
た。第２図は本実施例の工程図である。４はSi基
板、５はMgAl2O4エピタキシヤル膜６はSiO2、
７はKTNのエピタキシヤル膜である。第２図ａ
はMgAl2O4のエピタキシヤル成長工程ｂはSiO2
の形成、ｃはKTNのエピタキシヤル成長工程を
示す。MgAl2O4の形成は実施例１と全く同様に
行ない、SiO2の形成は1100℃での水蒸気酸化に
より行なつた。熱酸化によつてMgAl2O4の結晶
性は損なわれず、むしろＸ線ロツキングカーブの
半値幅は30％ほど減少し結晶性は改善された。実
施例１と同様のターゲツト及びスパツタ条件を用
いてスパツタリングを行ない、
KTa0.65Nb0.35O3のエピタキシヤル膜が得られ
た。
した膜厚0.2μｍのMgAl2O4膜を通してSi基板を熱
酸化し、MgAl2O4膜とSi基板の間に膜厚0.8μｍの
SiO2を形成した後に、MgAl2O4エピタキシヤル
膜上に膜厚2μｍKTNをエピタキシヤル成長させ
た。第２図は本実施例の工程図である。４はSi基
板、５はMgAl2O4エピタキシヤル膜６はSiO2、
７はKTNのエピタキシヤル膜である。第２図ａ
はMgAl2O4のエピタキシヤル成長工程ｂはSiO2
の形成、ｃはKTNのエピタキシヤル成長工程を
示す。MgAl2O4の形成は実施例１と全く同様に
行ない、SiO2の形成は1100℃での水蒸気酸化に
より行なつた。熱酸化によつてMgAl2O4の結晶
性は損なわれず、むしろＸ線ロツキングカーブの
半値幅は30％ほど減少し結晶性は改善された。実
施例１と同様のターゲツト及びスパツタ条件を用
いてスパツタリングを行ない、
KTa0.65Nb0.35O3のエピタキシヤル膜が得られ
た。
（実施例 ３）
（100）Si単結晶基板上に膜厚0.2μｍのMgAl2
O4を実施例１と同様の方法でエピタキシヤル成
長させ、その上に気相成長法で膜厚0.8μｍの
MgOをエピタキシヤル成長させた。その上にさ
らに実施例１と同様にスパツタ法で膜厚2μｍの
KTa0.65Nb0.35O3のエピタキシヤル膜を成長さ
せた。第３図は本実施例による光デバイス用基板
の説明図である。８はSi単結晶基板、９は
MgAl2O4エピタキシヤル膜、１０はMgOエピタ
キシヤル膜、１１はKTNエピタキシヤル膜であ
る。
O4を実施例１と同様の方法でエピタキシヤル成
長させ、その上に気相成長法で膜厚0.8μｍの
MgOをエピタキシヤル成長させた。その上にさ
らに実施例１と同様にスパツタ法で膜厚2μｍの
KTa0.65Nb0.35O3のエピタキシヤル膜を成長さ
せた。第３図は本実施例による光デバイス用基板
の説明図である。８はSi単結晶基板、９は
MgAl2O4エピタキシヤル膜、１０はMgOエピタ
キシヤル膜、１１はKTNエピタキシヤル膜であ
る。
（発明の効果）
以上のように本発明によればシリコン単結晶基
板上の絶縁体膜上にKTa1-xNbxO3（KTN）のエ
ピタキシヤル薄膜を形成した光デバイス用基板が
得られる。本発明によるKTN薄膜は均一性に優
れたものであり、またシリコン単結晶基板は大口
径で良質のものが容易に入手できるところから、
本発明により大口径の光デバイス用基板が得られ
るものである。本発明によれば低駆動電圧で特性
の安定性に優れた光スイツチ、光変調器などのデ
バイスの量産が可能であり、その工業的価値は大
きい。
板上の絶縁体膜上にKTa1-xNbxO3（KTN）のエ
ピタキシヤル薄膜を形成した光デバイス用基板が
得られる。本発明によるKTN薄膜は均一性に優
れたものであり、またシリコン単結晶基板は大口
径で良質のものが容易に入手できるところから、
本発明により大口径の光デバイス用基板が得られ
るものである。本発明によれば低駆動電圧で特性
の安定性に優れた光スイツチ、光変調器などのデ
バイスの量産が可能であり、その工業的価値は大
きい。
第１〜３図は本発明による基板の実施例を示す
説明図である。 １，４，８……Si単結晶基板、２，５，９……
MgAl2O4エピタキシヤル膜、３，７，１１……
KTNエピタキシヤル膜、６……SiO2，１０……
MgOエピタキシヤル膜。
説明図である。 １，４，８……Si単結晶基板、２，５，９……
MgAl2O4エピタキシヤル膜、３，７，１１……
KTNエピタキシヤル膜、６……SiO2，１０……
MgOエピタキシヤル膜。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ シリコン単結晶基板上に絶縁体膜が形成さ
れ、該絶縁体膜上に化学式がKTaxNb1−xO3（た
だしＯ≦Ｘ≦1.0）で表わされる誘電体層が形成
されていることを特徴とする光デバイス用基板。 ２ シリコン単結晶基板上に形成される絶縁体膜
がマグネシウム・アルミネート・スピネル）
（MgAl2O4）エピタキシヤル膜である特許請求の
範囲第１項記載の光デバイス用基板。 ３ シリコン単結晶基板上に形成される絶縁体膜
がマグネシウム・アルミネート・スピネル
（MgAl2O4）エピタキシヤル膜と、さらにその上
に形成されるマグネシア（MgO）エピタキシヤ
ル膜である特許請求の範囲第１項記載の光デバイ
ス用基板。 ４ シリコン単結晶基板上に形成される絶縁体膜
は該シリコン基板表面に形成される二酸化シリコ
ン（SiO2）層とこの上に形成される絶縁体エピ
タキシヤル膜とからなる特許請求の範囲第１項記
載の光デバイス用基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7216885A JPS61232299A (ja) | 1985-04-05 | 1985-04-05 | 光デバイス用基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7216885A JPS61232299A (ja) | 1985-04-05 | 1985-04-05 | 光デバイス用基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61232299A JPS61232299A (ja) | 1986-10-16 |
| JPH0530800B2 true JPH0530800B2 (ja) | 1993-05-10 |
Family
ID=13481437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7216885A Granted JPS61232299A (ja) | 1985-04-05 | 1985-04-05 | 光デバイス用基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61232299A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1688926A (zh) * | 2003-01-27 | 2005-10-26 | 富士通株式会社 | 光偏转元件及其制造方法 |
-
1985
- 1985-04-05 JP JP7216885A patent/JPS61232299A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61232299A (ja) | 1986-10-16 |
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