JPH0637351B2 - 強誘電体薄膜の製造方法 - Google Patents
強誘電体薄膜の製造方法Info
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- JPH0637351B2 JPH0637351B2 JP63147168A JP14716888A JPH0637351B2 JP H0637351 B2 JPH0637351 B2 JP H0637351B2 JP 63147168 A JP63147168 A JP 63147168A JP 14716888 A JP14716888 A JP 14716888A JP H0637351 B2 JPH0637351 B2 JP H0637351B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、強誘電体薄膜の製造方法に関し、更に詳しく
は高純度かつ単一強誘電性分域を有するLiNb1-xTaxO
3（０≦ｘ≦１）単結晶薄膜の製造方法に関するもので
ある。
は高純度かつ単一強誘電性分域を有するLiNb1-xTaxO
3（０≦ｘ≦１）単結晶薄膜の製造方法に関するもので
ある。
＜従来の技術＞ LiNb1-xTaxO3（０≦ｘ≦１）は、高融点でかつ高いキュ
ーリー温度を有する強誘電体であり、その電気機械結合
係数が大きいことを利用した表面弾性波（ＳＡＷ）デバ
イス用材料として実用に供されている。また、光デバイ
スの分野においても、その電気光学効果や非線形光学効
果を利用した光導波路、光スイッチ、光変調器、光結合
器、波長変換器等の光集積回路用基板材料として広範囲
に用いられている。更に、応力や温度等の外場の変化に
よる屈折率の変化を利用した各種の光ICセンサーへの適
用も試みられている。一方、LiNb1-xTaxO3（０≦ｘ≦
１）には、Ｆｅ等の不純物添加によって光照射に対して
屈折率が大きく変化すると言う光損傷効果が存在し、こ
の現象を利用した光メモリーや３次元ホログラム材料と
しての応用も検討されている。
ーリー温度を有する強誘電体であり、その電気機械結合
係数が大きいことを利用した表面弾性波（ＳＡＷ）デバ
イス用材料として実用に供されている。また、光デバイ
スの分野においても、その電気光学効果や非線形光学効
果を利用した光導波路、光スイッチ、光変調器、光結合
器、波長変換器等の光集積回路用基板材料として広範囲
に用いられている。更に、応力や温度等の外場の変化に
よる屈折率の変化を利用した各種の光ICセンサーへの適
用も試みられている。一方、LiNb1-xTaxO3（０≦ｘ≦
１）には、Ｆｅ等の不純物添加によって光照射に対して
屈折率が大きく変化すると言う光損傷効果が存在し、こ
の現象を利用した光メモリーや３次元ホログラム材料と
しての応用も検討されている。
以上の応用開発では、一般に引き上げ法により作製され
たLiNb1-xTaxO3（０≦ｘ≦１）バルク単結晶から、Ｙ面
やＺ面等の特定の面方位を持った厚さ数百ミクロンのウ
エハーを切り出して使用している。更に、応用分野によ
っては高電界印加によるポーリング（単分域化）処理を
施す場合もある。
たLiNb1-xTaxO3（０≦ｘ≦１）バルク単結晶から、Ｙ面
やＺ面等の特定の面方位を持った厚さ数百ミクロンのウ
エハーを切り出して使用している。更に、応用分野によ
っては高電界印加によるポーリング（単分域化）処理を
施す場合もある。
一方、多くのデバイスでは、実際に機能するのは結晶表
面の十数ミクロン厚の領域にすぎない。従って、高価な
バルク単結晶に代わり、望みの面方位を有し単一分域状
態にあるLiNb1-xTaxO3（０≦ｘ≦１）単結晶薄膜を製造
する方法を確立することは、各種デバイス製造における
コストの低減に大きく寄与し、更には異種材料との積層
化をも可能にせしめ親規機能の発現をもたらすことが期
待される。
面の十数ミクロン厚の領域にすぎない。従って、高価な
バルク単結晶に代わり、望みの面方位を有し単一分域状
態にあるLiNb1-xTaxO3（０≦ｘ≦１）単結晶薄膜を製造
する方法を確立することは、各種デバイス製造における
コストの低減に大きく寄与し、更には異種材料との積層
化をも可能にせしめ親規機能の発現をもたらすことが期
待される。
現在、LiNb1-xTaxO3（０≦ｘ≦１）の薄膜化法として
は、スパッタリング法、液相エピタキシャル法、ＣＶＤ
法、ゾル・ゲル法等が報告されている。これらのうち、
スパッタリング法が最も一般的に用いられており、サフ
ァイヤ（Ｚ面、Ｒ面）、水晶（Ｚ面）、酸化マグネシウ
ム（(111)面等の単結晶基板上に、双晶の薄膜結晶がヘ
テロエピタキシャル成長することが報告されている（特
公昭58−29280号公報）。
は、スパッタリング法、液相エピタキシャル法、ＣＶＤ
法、ゾル・ゲル法等が報告されている。これらのうち、
スパッタリング法が最も一般的に用いられており、サフ
ァイヤ（Ｚ面、Ｒ面）、水晶（Ｚ面）、酸化マグネシウ
ム（(111)面等の単結晶基板上に、双晶の薄膜結晶がヘ
テロエピタキシャル成長することが報告されている（特
公昭58−29280号公報）。
＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、スパッタリング法では原料ターゲットの
組成によって得られる薄膜の組成は規定されてしまい、
LiNb1-xTaxO3（０≦ｘ≦１）のような混晶薄膜を作製す
る場合、組成(x)を変える度に原料調製を厳密にやり直
さねばならず効率性に欠ける。また、一般にスパッタリ
ング用ガスとしてＡｒ等の不活性ガスが使用される為、
不純物としてＡｒ等が薄膜中へ混入する恐れがある。Li
Nb1-xTaxO3（０≦ｘ≦１）の光学的性質には不純物の存
在が大きな影響を与える為、薄膜中への不純物混入は極
力無くする必要がある。
組成によって得られる薄膜の組成は規定されてしまい、
LiNb1-xTaxO3（０≦ｘ≦１）のような混晶薄膜を作製す
る場合、組成(x)を変える度に原料調製を厳密にやり直
さねばならず効率性に欠ける。また、一般にスパッタリ
ング用ガスとしてＡｒ等の不活性ガスが使用される為、
不純物としてＡｒ等が薄膜中へ混入する恐れがある。Li
Nb1-xTaxO3（０≦ｘ≦１）の光学的性質には不純物の存
在が大きな影響を与える為、薄膜中への不純物混入は極
力無くする必要がある。
これらの問題点を克服する方法として本発明者らは、酸
素ガス雰囲気中で目的物質の各構成元素の蒸発量を各々
独立に制御した後、基板上へ同時蒸着する反応性多成分
同時蒸着法を試みた。しかし、この方法では薄膜中への
酸素の取り込み量が十分でなく、結晶性薄膜を得るには
蒸着後に酸素雰囲気または大気中での熱処理が必要であ
った。
素ガス雰囲気中で目的物質の各構成元素の蒸発量を各々
独立に制御した後、基板上へ同時蒸着する反応性多成分
同時蒸着法を試みた。しかし、この方法では薄膜中への
酸素の取り込み量が十分でなく、結晶性薄膜を得るには
蒸着後に酸素雰囲気または大気中での熱処理が必要であ
った。
＜問題点を解決する為の手段＞ そこで本発明者らは、以上の問題点を解決する方法につ
いで、鋭意研究を行なった結果、酸素ガスプラズマ雰囲
気中での反応性多成分同時蒸着法により、高純度のLiNb
1-xTaxO3（０≦ｘ≦１）単結晶薄膜を作製することがで
きる事実を見出し本発明に到達した。
いで、鋭意研究を行なった結果、酸素ガスプラズマ雰囲
気中での反応性多成分同時蒸着法により、高純度のLiNb
1-xTaxO3（０≦ｘ≦１）単結晶薄膜を作製することがで
きる事実を見出し本発明に到達した。
すなわち、本発明によればＲｆ励起（１００〜２５０
Ｗ）の酸素ガスプラズマ雰囲気中で、Ｌｉ源として金属
Ｌｉまたはその酸化物、Ｎｂ源として金属Ｎｂまたはそ
の酸化物、Ｔａ源として金属Ｔａまたはその酸化物を、
クヌードセンセル、電子ビーム加熱装置等により各々独
立に所定の蒸発量が得られる様に加熱温度を調節した
後、所定の温度に加熱保持した基板上へ同時蒸着するこ
とで、高純度のLiNb1-xTaxO3（０≦ｘ≦１）薄膜が得ら
れる。なお、本発明における蒸着原料を加熱する装置と
しては、上記のクヌードセンセル、電子ビーム加熱装置
に限らず、蒸着原料を所定温度まで加熱できるものであ
れば如何なる機構の加熱装置でも良い。
Ｗ）の酸素ガスプラズマ雰囲気中で、Ｌｉ源として金属
Ｌｉまたはその酸化物、Ｎｂ源として金属Ｎｂまたはそ
の酸化物、Ｔａ源として金属Ｔａまたはその酸化物を、
クヌードセンセル、電子ビーム加熱装置等により各々独
立に所定の蒸発量が得られる様に加熱温度を調節した
後、所定の温度に加熱保持した基板上へ同時蒸着するこ
とで、高純度のLiNb1-xTaxO3（０≦ｘ≦１）薄膜が得ら
れる。なお、本発明における蒸着原料を加熱する装置と
しては、上記のクヌードセンセル、電子ビーム加熱装置
に限らず、蒸着原料を所定温度まで加熱できるものであ
れば如何なる機構の加熱装置でも良い。
更に、本発明によれば、基板として単結晶サファイヤ
（Ｚ面）を用いることによって比較的低い基板温度（４
００乃至８００℃）においてＺ面のLiNb1-xTaxO3（０≦
ｘ≦１）単結晶薄膜を容易にヘテロエピタキシャル成長
させることができる。また、この様な単結晶薄膜が得ら
れる条件で基板と蒸着源との間に、直流バイアス電場
（100〜２００Ｖ）を印加することによって、特別なポ
ーリング処理無しに単一強誘電分域状態を有する単結晶
薄膜を得ることができる。
（Ｚ面）を用いることによって比較的低い基板温度（４
００乃至８００℃）においてＺ面のLiNb1-xTaxO3（０≦
ｘ≦１）単結晶薄膜を容易にヘテロエピタキシャル成長
させることができる。また、この様な単結晶薄膜が得ら
れる条件で基板と蒸着源との間に、直流バイアス電場
（100〜２００Ｖ）を印加することによって、特別なポ
ーリング処理無しに単一強誘電分域状態を有する単結晶
薄膜を得ることができる。
＜作 用＞ 本発明によれば、酸素ガスプラズマ雰囲気中で薄膜の構
成元素に対応した原料元素以外の不純物の介在無しに、
各構成元素成分の蒸発量を独立に制御し基板上へ多成分
同時蒸着することから、原料の変更無しに異なる組成
(x)の高純度のLiNb1-xTaxO3（０≦ｘ≦１）薄膜を得る
ことが可能になる。更に、基板としてサファイヤ（Ｚ
面）単結晶を用いることによって、比較的低温で単一強
誘電分域状態のLiNb1-xTaxO3（０≦ｘ≦１）単結晶薄膜
を、膜厚制御性良く製造することが可能となる。
成元素に対応した原料元素以外の不純物の介在無しに、
各構成元素成分の蒸発量を独立に制御し基板上へ多成分
同時蒸着することから、原料の変更無しに異なる組成
(x)の高純度のLiNb1-xTaxO3（０≦ｘ≦１）薄膜を得る
ことが可能になる。更に、基板としてサファイヤ（Ｚ
面）単結晶を用いることによって、比較的低温で単一強
誘電分域状態のLiNb1-xTaxO3（０≦ｘ≦１）単結晶薄膜
を、膜厚制御性良く製造することが可能となる。
＜実施例＞ 以下、本発明の一実施例について説明する。なお、これ
によって本発明は限定されるものではない。
によって本発明は限定されるものではない。
電子ビーム加熱装置（２機）、クヌードセンセル（１
機）及び高周波プラズマ発生用ワーキングコイルを内部
に装備した真空チャンバー（第１図）において、まず、
真空チャンバー内を１×１０-8Ｔｏｒｒまで真空排気し
た後、酸素ガスを２×１０-4Ｔｏｒｒまで導入し高周波
プラズマ発生させる。この時のＲｆパワーは２００Ｗと
した。次に、電子ビーム加熱装置により金属Ｎｂ（純度
９９．９％）及び金属Ｔａ（純度９９．９％）をクヌー
ドセンセルにより金属Ｌｉ（純度９９．９％）を各々独
立に所定の蒸発量となるように加熱温度を設定した後、
蒸発源に対して−１００Ｖの電位でかつ700℃に保持し
た基板ホルダー上の単結晶サファイヤ（Ｚ面）基板に同
時蒸着させる。この場合の電子ビーム加熱のエミッショ
ン電流はＮｂ源１５０mA、Ｔａ源５０ｍＡとし、クヌー
ドセンセルの加熱温度は５５０℃に設定する。なお、基
板は蒸着前に予め２０分間、酸素ガスプラズマに晒して
表面の清浄化を行なう。２時間の蒸着により、サファイ
ヤ基板上には膜厚６０００Åの透明薄膜が得られる。
機）及び高周波プラズマ発生用ワーキングコイルを内部
に装備した真空チャンバー（第１図）において、まず、
真空チャンバー内を１×１０-8Ｔｏｒｒまで真空排気し
た後、酸素ガスを２×１０-4Ｔｏｒｒまで導入し高周波
プラズマ発生させる。この時のＲｆパワーは２００Ｗと
した。次に、電子ビーム加熱装置により金属Ｎｂ（純度
９９．９％）及び金属Ｔａ（純度９９．９％）をクヌー
ドセンセルにより金属Ｌｉ（純度９９．９％）を各々独
立に所定の蒸発量となるように加熱温度を設定した後、
蒸発源に対して−１００Ｖの電位でかつ700℃に保持し
た基板ホルダー上の単結晶サファイヤ（Ｚ面）基板に同
時蒸着させる。この場合の電子ビーム加熱のエミッショ
ン電流はＮｂ源１５０mA、Ｔａ源５０ｍＡとし、クヌー
ドセンセルの加熱温度は５５０℃に設定する。なお、基
板は蒸着前に予め２０分間、酸素ガスプラズマに晒して
表面の清浄化を行なう。２時間の蒸着により、サファイ
ヤ基板上には膜厚６０００Åの透明薄膜が得られる。
作製した薄膜について２次イオン質量分析計（ＳＩＭ
Ｓ）により深さ方向の組成分布を測定したところ、膜中
全体にわたり均一で組成的にはLiNb0.9Ta0.1O3であるこ
とがわかった。また、他の不純物元素は検出されなかっ
た。次に、Ｘ線回折パターンの測定を行なったところ、
第２図に示すように、サファイヤ基板のＺ面（０，０，
６）、（０，０，12）反射に対応して、LiNb0.9Ta0.1O3
の（０，０，６）、（０，０，12）反射が確認された。
これらの回折ピークから薄膜の格子定数はＣ＝１３．８
８Åと決定され、この値は文献値と一致した。更に、フ
ッ硝酸を用いたエッチング法（Ｋ．Nassau,H.J.Levinst
ein and G.M.Loiacono:Appl.Phys.Lett.Vol.6,(1965),
p.228）により分域構造の有無の確認を行なったが、多
分域構造を示すようなエッチピット等は観察されなかっ
た。
Ｓ）により深さ方向の組成分布を測定したところ、膜中
全体にわたり均一で組成的にはLiNb0.9Ta0.1O3であるこ
とがわかった。また、他の不純物元素は検出されなかっ
た。次に、Ｘ線回折パターンの測定を行なったところ、
第２図に示すように、サファイヤ基板のＺ面（０，０，
６）、（０，０，12）反射に対応して、LiNb0.9Ta0.1O3
の（０，０，６）、（０，０，12）反射が確認された。
これらの回折ピークから薄膜の格子定数はＣ＝１３．８
８Åと決定され、この値は文献値と一致した。更に、フ
ッ硝酸を用いたエッチング法（Ｋ．Nassau,H.J.Levinst
ein and G.M.Loiacono:Appl.Phys.Lett.Vol.6,(1965),
p.228）により分域構造の有無の確認を行なったが、多
分域構造を示すようなエッチピット等は観察されなかっ
た。
以上の実験結果は、本実施例によってLiNb0.9Ta0.1O3の
Ｚ面単一分域単結晶薄膜が得られたことを示している。
Ｚ面単一分域単結晶薄膜が得られたことを示している。
＜発明の効果＞ 本発明により作製したLiNb1-xTaxO3（０≦ｘ≦１）薄膜
は、非常に高純度でかつ結晶性が良く、更に単一分域構
造を有する。これらのことから、光デバイス用基板材料
として光損傷の無いものが実現できる。従って、安価
に、大量に各種デバイスに適合するLiNb1-xTaxO3（０≦
ｘ≦１）薄膜を提供することが可能である。
は、非常に高純度でかつ結晶性が良く、更に単一分域構
造を有する。これらのことから、光デバイス用基板材料
として光損傷の無いものが実現できる。従って、安価
に、大量に各種デバイスに適合するLiNb1-xTaxO3（０≦
ｘ≦１）薄膜を提供することが可能である。
第１図は本発明の一実施例の説明に供するLiNb1-xTaxO3
（０≦ｘ≦１）単結晶薄膜を製造する装置の構成図、 第２図は上記実施例で得られた薄膜のＸ線回折パターン
を示す図である。 １：真空槽（ベルジャー）、２：ゲートバルブ、３：真
空排気装置、４：酸素導入管、５：バリアブルリークバ
ルブ、６：酸素ガス、７：ヒーター、８，１４：熱電
対、９：基板、１０：Ｒｆコイル、１１：自動整合装置
（マッチングボックス）、１２ａ，１２ｂ：電子ビーム
蒸発源、１３：Ｋ−ＣＥＬＬ（クヌードセンセル）、１
５，１６：シャッター、１７：圧力計
（０≦ｘ≦１）単結晶薄膜を製造する装置の構成図、 第２図は上記実施例で得られた薄膜のＸ線回折パターン
を示す図である。 １：真空槽（ベルジャー）、２：ゲートバルブ、３：真
空排気装置、４：酸素導入管、５：バリアブルリークバ
ルブ、６：酸素ガス、７：ヒーター、８，１４：熱電
対、９：基板、１０：Ｒｆコイル、１１：自動整合装置
（マッチングボックス）、１２ａ，１２ｂ：電子ビーム
蒸発源、１３：Ｋ−ＣＥＬＬ（クヌードセンセル）、１
５，１６：シャッター、１７：圧力計
フロントページの続き (72)発明者 中嶋 義晴 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ヤープ株式会社内 (56)参考文献 特公 昭58−29280（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭59−5560（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (1)
- 【請求項１】酸素ガスプラズマ雰囲気中で、Ｌｉ源とし
て金属Ｌｉまたはその酸化物、Ｎｂ源として金属Ｎｂま
たはその酸化物、Ｔａ源として金属Ｔａまたはその酸化
物を各々独立に加熱温度を調節することで蒸発量を制御
した後、400乃至800℃に保った単結晶サファイア（Ｚ
面）基板上に同時蒸着することによって、強誘電体LiNb
1-xTaxO3（０≦ｘ≦１）の薄膜を得ることを特徴とする
強誘電体薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63147168A JPH0637351B2 (ja) | 1988-06-14 | 1988-06-14 | 強誘電体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63147168A JPH0637351B2 (ja) | 1988-06-14 | 1988-06-14 | 強誘電体薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01317199A JPH01317199A (ja) | 1989-12-21 |
| JPH0637351B2 true JPH0637351B2 (ja) | 1994-05-18 |
Family
ID=15424123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63147168A Expired - Fee Related JPH0637351B2 (ja) | 1988-06-14 | 1988-06-14 | 強誘電体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0637351B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB201400274D0 (en) | 2014-01-08 | 2014-02-26 | Ilika Technologies Ltd | Vapour deposition method for preparing amorphous lithium-containing compounds |
| GB201400276D0 (en) | 2014-01-08 | 2014-02-26 | Ilika Technologies Ltd | Vapour deposition method for fabricating lithium-containing thin film layered structures |
| WO2017216532A1 (en) | 2016-06-15 | 2017-12-21 | Ilika Technologies Limited | Lithium borosilicate glass as electrolyte and electrode protective layer |
| GB201814039D0 (en) | 2018-08-29 | 2018-10-10 | Ilika Tech Ltd | Method |
-
1988
- 1988-06-14 JP JP63147168A patent/JPH0637351B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01317199A (ja) | 1989-12-21 |
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