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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JP
Japan
Prior art keywords
single crystal
substrate
film
mgal
ktn
Prior art date
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JP7216885A
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English (en)
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JPS61232299A (ja
Inventor
Yoichi Myasaka
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS61232299A publication Critical patent/JPS61232299A/ja
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  • 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。
(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。
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。
(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。
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。
(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。
(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。
(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
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
(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。
(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。
【図面の簡単な説明】
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。

Claims (1)

  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。
JP7216885A 1985-04-05 1985-04-05 光デバイス用基板 Granted JPS61232299A (ja)

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