JPH11199393A - 強誘電体薄膜素子の作製方法 - Google Patents
強誘電体薄膜素子の作製方法Info
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- JPH11199393A JPH11199393A JP10007073A JP707398A JPH11199393A JP H11199393 A JPH11199393 A JP H11199393A JP 10007073 A JP10007073 A JP 10007073A JP 707398 A JP707398 A JP 707398A JP H11199393 A JPH11199393 A JP H11199393A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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- Semiconductor Memories (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 組成が安定に制御でき、表面が光学的に均一
かつ平滑であり、高い結晶性を有する強誘電体薄膜を形
成することにより、光導波路構造を有する素子に利用可
能な単結晶状の強誘電体薄膜素子の作製方法を提供する
こと。 【解決手段】 単結晶基板上に有機金属化合物からなる
強誘電体前駆体を塗布して薄膜を形成する塗布工程と、
該薄膜を熱分解させる熱分解工程と、所定の成長温度へ
昇温して強誘電体薄膜を固相エピタキシャル成長させる
成長工程と、を単数或いは複数回行う強誘電体薄膜素子
の作製方法において、強誘電体薄膜の組成が０＜ｘ＜
０．２、０．５２＜ｙ＜１の範囲のＰｂ1-x Ｌａx （Ｚ
ｒy Ｔｉ1-y）1-x/4 Ｏ3 であり、強誘電体前駆体がＰ
ｂ1-x Ｌａx （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/ 4 Ｏ3 の化学量論
組成より過剰のＰｂを含み、成長工程の成長温度が６５
０℃以上であることを特徴とする強誘電体薄膜素子の作
製方法である。
かつ平滑であり、高い結晶性を有する強誘電体薄膜を形
成することにより、光導波路構造を有する素子に利用可
能な単結晶状の強誘電体薄膜素子の作製方法を提供する
こと。 【解決手段】 単結晶基板上に有機金属化合物からなる
強誘電体前駆体を塗布して薄膜を形成する塗布工程と、
該薄膜を熱分解させる熱分解工程と、所定の成長温度へ
昇温して強誘電体薄膜を固相エピタキシャル成長させる
成長工程と、を単数或いは複数回行う強誘電体薄膜素子
の作製方法において、強誘電体薄膜の組成が０＜ｘ＜
０．２、０．５２＜ｙ＜１の範囲のＰｂ1-x Ｌａx （Ｚ
ｒy Ｔｉ1-y）1-x/4 Ｏ3 であり、強誘電体前駆体がＰ
ｂ1-x Ｌａx （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/ 4 Ｏ3 の化学量論
組成より過剰のＰｂを含み、成長工程の成長温度が６５
０℃以上であることを特徴とする強誘電体薄膜素子の作
製方法である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機金属化合物の
加熱結晶化を用いて単結晶基板上にエピタキシャル成長
された、光導波路構造を有する光スイッチ、光変調素
子、光偏向素子、第二高調波素子などに利用可能な、組
成が精密に制御され、表面が光学的に平滑であり、かつ
高い結晶性を有する単結晶状のＰＬＺＴ系強誘電体薄膜
素子の作製方法に関する。
加熱結晶化を用いて単結晶基板上にエピタキシャル成長
された、光導波路構造を有する光スイッチ、光変調素
子、光偏向素子、第二高調波素子などに利用可能な、組
成が精密に制御され、表面が光学的に平滑であり、かつ
高い結晶性を有する単結晶状のＰＬＺＴ系強誘電体薄膜
素子の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】酸化物強誘電体薄膜は強誘電体の持つ優
れた非線形光学効果や電気光学効果などの性質により、
第二高調波素子、光スイッチ、光変調素子など多くの応
用が期待されている。従来、これらの素子はＬｉＮｂＯ
3 またはＬｉＴａＯ3 の単結晶ウエハを用い、Ｔｉの熱
拡散やプロトンのイオン交換によって作製した光導波路
構造を用いてきた。一方、異種の材料よりなる単結晶基
板上に強誘電体薄膜のヘテロエピタキシャル成長を行っ
た薄膜光導波路構造を実現すると、第二高調波素子の高
効率化、光スイッチや光変調素子などの低駆動電圧化、
さらには光集積型素子の作製が可能となる。
れた非線形光学効果や電気光学効果などの性質により、
第二高調波素子、光スイッチ、光変調素子など多くの応
用が期待されている。従来、これらの素子はＬｉＮｂＯ
3 またはＬｉＴａＯ3 の単結晶ウエハを用い、Ｔｉの熱
拡散やプロトンのイオン交換によって作製した光導波路
構造を用いてきた。一方、異種の材料よりなる単結晶基
板上に強誘電体薄膜のヘテロエピタキシャル成長を行っ
た薄膜光導波路構造を実現すると、第二高調波素子の高
効率化、光スイッチや光変調素子などの低駆動電圧化、
さらには光集積型素子の作製が可能となる。
【０００３】しかし、強誘電体薄膜のヘテロエピタキシ
ャル成長によって作製した薄膜光導波路の第二高調波素
子、光スイッチ、光変調素子などへの応用には、低光伝
搬損失化と単結晶並みの特性を得るために単結晶状強誘
電体薄膜の作製が不可欠である。そのため、ＬｉＮｂＯ
3 、ＬｉＴａＯ3 、ＫＮｂＯ3 などをはじめ、ＢａＴｉ
Ｏ3 、ＰｂＴｉＯ3 、Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒy Ｔ
ｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （ＰＬＺＴ）、Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12な
どのエピタキシャル強誘電体薄膜がｒｆ−マグネトロン
・スパッタリング法、イオン・ビーム・スパッタリング
法、レーザー・アブレイション法、ＭＯＣＶＤ法などの
気相成長方法によって酸化物単結晶基板に数多く形成さ
れている。しかしながら、全ての方法は装置が非常に高
価な上、薄膜の表面性、組成制御、均一性の問題を持
ち、いまだに実用レベルの単結晶状強誘電体薄膜は得ら
れていない。
ャル成長によって作製した薄膜光導波路の第二高調波素
子、光スイッチ、光変調素子などへの応用には、低光伝
搬損失化と単結晶並みの特性を得るために単結晶状強誘
電体薄膜の作製が不可欠である。そのため、ＬｉＮｂＯ
3 、ＬｉＴａＯ3 、ＫＮｂＯ3 などをはじめ、ＢａＴｉ
Ｏ3 、ＰｂＴｉＯ3 、Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒy Ｔ
ｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 （ＰＬＺＴ）、Ｂｉ4 Ｔｉ3 Ｏ12な
どのエピタキシャル強誘電体薄膜がｒｆ−マグネトロン
・スパッタリング法、イオン・ビーム・スパッタリング
法、レーザー・アブレイション法、ＭＯＣＶＤ法などの
気相成長方法によって酸化物単結晶基板に数多く形成さ
れている。しかしながら、全ての方法は装置が非常に高
価な上、薄膜の表面性、組成制御、均一性の問題を持
ち、いまだに実用レベルの単結晶状強誘電体薄膜は得ら
れていない。
【０００４】一方、精密な化学組成制御、プロセスの低
温化、均一性、低設備コストなどの面での利点を有す
る、有機金属化合物を基板に塗布を行ったのち加熱する
ことによって強誘電体薄膜を得る、一般にゾル・ゲル法
と呼ばれる方法が、特公昭６２−２７４８２号公報に開
示されている。この方法では一般に５０ｎｍから２００
ｎｍの一定の膜厚の強誘電体薄膜を積層して、所定の膜
厚の強誘電体薄膜を得ることができるが、高温での焼成
を行っても多結晶で密度の低い薄膜を得ることしかでき
なかったため、強誘電体の分極に基づく物性を充分に生
かすことができなかった。また、得られる強誘電体薄膜
は、図１に示すように結晶粒界４およびピンホール５が
生じてしまい、これらによる光の散乱が大きすぎて光導
波路等としては使用することは全くできなかった。
温化、均一性、低設備コストなどの面での利点を有す
る、有機金属化合物を基板に塗布を行ったのち加熱する
ことによって強誘電体薄膜を得る、一般にゾル・ゲル法
と呼ばれる方法が、特公昭６２−２７４８２号公報に開
示されている。この方法では一般に５０ｎｍから２００
ｎｍの一定の膜厚の強誘電体薄膜を積層して、所定の膜
厚の強誘電体薄膜を得ることができるが、高温での焼成
を行っても多結晶で密度の低い薄膜を得ることしかでき
なかったため、強誘電体の分極に基づく物性を充分に生
かすことができなかった。また、得られる強誘電体薄膜
は、図１に示すように結晶粒界４およびピンホール５が
生じてしまい、これらによる光の散乱が大きすぎて光導
波路等としては使用することは全くできなかった。
【０００５】本発明者らは、論文「Ｋ．Ｎａｓｈｉｍｏ
ｔｏ ａｎｄ Ｍ．Ｊ．Ｃｉｍａ：“Ｅｐｉｔａｘｉａ
ｌ ＬｉＮｂＯ3 Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ Ｐｒｅｐａ
ｒｅｄ ｂｙ ａ Ｓｏｌ−Ｇｅｌ Ｐｒｏｃｅｓ
ｓ”，Ｍａｔｅｒ．Ｌｅｔｔ．１０，７，８（１９９
１）３４８．」に示すように、ゾル・ゲル法において加
水分解をしない有機金属化合物であるＬｉおよびＮｂの
エトキシドＬｉＯＣ2 Ｈ5 およびＮｂ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5
のエチルアルコール溶液を、サファイア単結晶基板に塗
布したのちに加熱することにより、サファイア単結晶基
板上に強誘電体薄膜ＬｉＮｂＯ3 がエピタキシャル成長
する発見をしている。
ｔｏ ａｎｄ Ｍ．Ｊ．Ｃｉｍａ：“Ｅｐｉｔａｘｉａ
ｌ ＬｉＮｂＯ3 Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ Ｐｒｅｐａ
ｒｅｄ ｂｙ ａ Ｓｏｌ−Ｇｅｌ Ｐｒｏｃｅｓ
ｓ”，Ｍａｔｅｒ．Ｌｅｔｔ．１０，７，８（１９９
１）３４８．」に示すように、ゾル・ゲル法において加
水分解をしない有機金属化合物であるＬｉおよびＮｂの
エトキシドＬｉＯＣ2 Ｈ5 およびＮｂ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5
のエチルアルコール溶液を、サファイア単結晶基板に塗
布したのちに加熱することにより、サファイア単結晶基
板上に強誘電体薄膜ＬｉＮｂＯ3 がエピタキシャル成長
する発見をしている。
【０００６】具体的には、エチルアルコールを溶媒とす
るＬｉ［Ｎｂ（ＯＣ2 Ｈ5 ）6 ］溶液（ＬｉＮｂＯ3 前
駆体）にＨ2 Ｏを加えていくと、焼成後のＬｉＮｂＯ3
薄膜は配向性膜から多結晶膜へと変化していくが、Ｈ2
Ｏ量をゼロとした加水分解をしないＬｉＮｂＯ3 前駆体
を用いて焼成すると、ＬｉＮｂＯ3 薄膜はわずか４００
℃でエピタキシャル成長をしていく。前者の多結晶膜お
よび配向性膜は、高温で焼成した際には結晶粒成長と細
孔径成長とにより膜は大幅に低密度化するが、後者のエ
ピタキシャル成長させたＬｉＮｂＯ3 膜は、結晶粒成長
後も多結晶膜や配向性膜と比較して極めて大きなサブ・
グレイン（結晶粒状の構造であるが各結晶粒の方位がほ
ぼまたは完全に揃っている構造）を持ち高密度であっ
た。また、エピタキシャル成長させたＬｉＮｂＯ3 膜
は、多結晶膜や配向性膜と比較して高い屈折率を示し、
多結晶膜や配向性膜が高温結晶粒成長後に不透明になっ
たのに対し、ほぼ透明であった。
るＬｉ［Ｎｂ（ＯＣ2 Ｈ5 ）6 ］溶液（ＬｉＮｂＯ3 前
駆体）にＨ2 Ｏを加えていくと、焼成後のＬｉＮｂＯ3
薄膜は配向性膜から多結晶膜へと変化していくが、Ｈ2
Ｏ量をゼロとした加水分解をしないＬｉＮｂＯ3 前駆体
を用いて焼成すると、ＬｉＮｂＯ3 薄膜はわずか４００
℃でエピタキシャル成長をしていく。前者の多結晶膜お
よび配向性膜は、高温で焼成した際には結晶粒成長と細
孔径成長とにより膜は大幅に低密度化するが、後者のエ
ピタキシャル成長させたＬｉＮｂＯ3 膜は、結晶粒成長
後も多結晶膜や配向性膜と比較して極めて大きなサブ・
グレイン（結晶粒状の構造であるが各結晶粒の方位がほ
ぼまたは完全に揃っている構造）を持ち高密度であっ
た。また、エピタキシャル成長させたＬｉＮｂＯ3 膜
は、多結晶膜や配向性膜と比較して高い屈折率を示し、
多結晶膜や配向性膜が高温結晶粒成長後に不透明になっ
たのに対し、ほぼ透明であった。
【０００７】しかし、詳細に検討を行うと、４００℃で
焼成されたエピタキシャル成長させたＬｉＮｂＯ3 強誘
電体薄膜は単結晶状で表面が平滑であるが、ＴＥＭ（透
過型電子顕微鏡）によって薄膜の断面を観察すると数ｎ
ｍ径の細孔を含むことがわかり、このため密度が十分に
高くはなく屈折率も単結晶並みではなかった。７００℃
の温度で焼成された強誘電体薄膜は単結晶状で多結晶膜
や配向性膜と比較して極めて大きなサブ・グレインを持
ち高密度で屈折率も単結晶に比較的近かったが、図２に
示すように細孔５を若干含み、表面が光学的に平滑では
なく膜の透明性も充分ではなかった。
焼成されたエピタキシャル成長させたＬｉＮｂＯ3 強誘
電体薄膜は単結晶状で表面が平滑であるが、ＴＥＭ（透
過型電子顕微鏡）によって薄膜の断面を観察すると数ｎ
ｍ径の細孔を含むことがわかり、このため密度が十分に
高くはなく屈折率も単結晶並みではなかった。７００℃
の温度で焼成された強誘電体薄膜は単結晶状で多結晶膜
や配向性膜と比較して極めて大きなサブ・グレインを持
ち高密度で屈折率も単結晶に比較的近かったが、図２に
示すように細孔５を若干含み、表面が光学的に平滑では
なく膜の透明性も充分ではなかった。
【０００８】これらに対して、本発明者らは、前駆体で
ある有機金属化合物の有機官能基に相当する有機化合物
または前駆体の溶媒の常圧での沸点が少なくとも８０℃
以上である有機金属化合物を用い、１〜５００℃／秒の
昇温速度で基板を急速加熱することが、得られるエピタ
キシャル薄膜の平滑化、および細孔の抑制に、非常に効
果的であることを見出した（特開平７−７８５０８号公
報）。また、本発明者らは、さらにバッファ層を用いて
極めて平滑なエピタキシャル薄膜が得られることを見出
した（特願平８−１６８３３９号）。
ある有機金属化合物の有機官能基に相当する有機化合物
または前駆体の溶媒の常圧での沸点が少なくとも８０℃
以上である有機金属化合物を用い、１〜５００℃／秒の
昇温速度で基板を急速加熱することが、得られるエピタ
キシャル薄膜の平滑化、および細孔の抑制に、非常に効
果的であることを見出した（特開平７−７８５０８号公
報）。また、本発明者らは、さらにバッファ層を用いて
極めて平滑なエピタキシャル薄膜が得られることを見出
した（特願平８−１６８３３９号）。
【０００９】しかし、これらの方法によっても、ＬｉＮ
ｂＯ3 よりも良好な電気光学係数を有するＰｂ1-x Ｌａ
x （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 の０＜ｘ＜０．２、
０．５２＜ｙ＜１の組成範囲においては、非強誘電相で
あるパイロクロア相が安定で残留する傾向があり、図３
に示すように不均一なエピタキシャル薄膜しか得られな
い場合があり、更なる品質改善が望まれていた。
ｂＯ3 よりも良好な電気光学係数を有するＰｂ1-x Ｌａ
x （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 の０＜ｘ＜０．２、
０．５２＜ｙ＜１の組成範囲においては、非強誘電相で
あるパイロクロア相が安定で残留する傾向があり、図３
に示すように不均一なエピタキシャル薄膜しか得られな
い場合があり、更なる品質改善が望まれていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術に
おける上記のような実情に鑑みてなされたものである。
即ち、本発明の目的は、単結晶基板上に、有機金属化合
物からなる強誘電体前駆体を塗布して薄膜を形成する工
程と、該薄膜を熱分解させる工程と、それに続いて所定
の温度へ昇温して強誘電体薄膜を固相エピタキシャル成
長させる工程と、を単数回あるいは複数回行う強誘電体
薄膜素子の作製方法であって、組成が安定に制御でき、
表面が光学的に均一かつ平滑であり、かつ、高い結晶性
を有するエピタキシャルＰＬＺＴ強誘電体薄膜を形成す
ることにより、光導波路構造を有する素子に利用可能な
単結晶状の強誘電体薄膜素子が得られる、強誘電体薄膜
素子の作製方法を提供することである。
おける上記のような実情に鑑みてなされたものである。
即ち、本発明の目的は、単結晶基板上に、有機金属化合
物からなる強誘電体前駆体を塗布して薄膜を形成する工
程と、該薄膜を熱分解させる工程と、それに続いて所定
の温度へ昇温して強誘電体薄膜を固相エピタキシャル成
長させる工程と、を単数回あるいは複数回行う強誘電体
薄膜素子の作製方法であって、組成が安定に制御でき、
表面が光学的に均一かつ平滑であり、かつ、高い結晶性
を有するエピタキシャルＰＬＺＴ強誘電体薄膜を形成す
ることにより、光導波路構造を有する素子に利用可能な
単結晶状の強誘電体薄膜素子が得られる、強誘電体薄膜
素子の作製方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、エピタキ
シャルＰＬＺＴ強誘電体薄膜の結晶相均一性を改善する
ためのさらなる研究を鋭意行った結果、本発明を完成さ
せた。
シャルＰＬＺＴ強誘電体薄膜の結晶相均一性を改善する
ためのさらなる研究を鋭意行った結果、本発明を完成さ
せた。
【００１２】即ち本発明は、（１）単結晶基板上に有機
金属化合物からなる強誘電体前駆体を塗布して薄膜を形
成する塗布工程と、該薄膜を熱分解させる熱分解工程
と、それに続いて所定の成長温度へ昇温して強誘電体薄
膜を固相エピタキシャル成長させる成長工程と、を単数
回あるいは複数回行う強誘電体薄膜素子の作製方法にお
いて、強誘電体薄膜の組成が、０＜ｘ＜０．２、０．５
２＜ｙ＜１の範囲のＰｂ1-xＬａx （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）
1-x/4 Ｏ3 であり、強誘電体前駆体が、Ｐｂ1-x Ｌａx
（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 の化学量論組成より過剰
のＰｂを含み、成長工程の成長温度が、６５０℃以上で
あることを特徴とする強誘電体薄膜素子の作製方法であ
る。
金属化合物からなる強誘電体前駆体を塗布して薄膜を形
成する塗布工程と、該薄膜を熱分解させる熱分解工程
と、それに続いて所定の成長温度へ昇温して強誘電体薄
膜を固相エピタキシャル成長させる成長工程と、を単数
回あるいは複数回行う強誘電体薄膜素子の作製方法にお
いて、強誘電体薄膜の組成が、０＜ｘ＜０．２、０．５
２＜ｙ＜１の範囲のＰｂ1-xＬａx （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）
1-x/4 Ｏ3 であり、強誘電体前駆体が、Ｐｂ1-x Ｌａx
（Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 の化学量論組成より過剰
のＰｂを含み、成長工程の成長温度が、６５０℃以上で
あることを特徴とする強誘電体薄膜素子の作製方法であ
る。
【００１３】（２）前記成長温度への昇温過程におけ
る、パイロクロア相の核が生成される温度範囲を、１０
〜５００℃／秒の昇温速度で昇温することを特徴とする
（１）に記載の強誘電体薄膜素子の作製方法である。 （３）前記成長温度への昇温過程における、３５０〜４
５０℃の温度範囲を、１０〜５００℃／秒の昇温速度で
昇温することを特徴とする（１）に記載の強誘電体薄膜
素子の作製方法である。 （４）前記成長温度への昇温速度を１０〜５００℃／秒
とすることを特徴とする（１）に記載の強誘電体薄膜素
子の作製方法である。
る、パイロクロア相の核が生成される温度範囲を、１０
〜５００℃／秒の昇温速度で昇温することを特徴とする
（１）に記載の強誘電体薄膜素子の作製方法である。 （３）前記成長温度への昇温過程における、３５０〜４
５０℃の温度範囲を、１０〜５００℃／秒の昇温速度で
昇温することを特徴とする（１）に記載の強誘電体薄膜
素子の作製方法である。 （４）前記成長温度への昇温速度を１０〜５００℃／秒
とすることを特徴とする（１）に記載の強誘電体薄膜素
子の作製方法である。
【００１４】（５）前記固相エピタキシャル成長させる
工程に続いて、前記固相エピタキシャル成長させる所定
の温度未満の温度で保持し、その後降温することを特徴
とする（１）ないし（４）のいずれか１に記載の強誘電
体薄膜素子の作製方法である。 （６）前記有機金属化合物が、金属アルコキシド類およ
び金属塩類より選ばれる複数の有機金属化合物の混合
物、またはそれらの反応生成物であることを特徴とする
（１）ないし（５）の何れか１に記載の強誘電体薄膜素
子の作製方法である。 （７）単結晶基板が、少なくともＳｒＴｉＯ3 よりなる
材料であることを特徴とする（１）ないし（６）の何れ
か１に記載の強誘電体薄膜素子の作製方法である。 （８）前記熱分解工程および／または成長工程が、酸素
を含む雰囲気中にて行われることを特徴とする（１）な
いし（７）のいずれか１に記載の強誘電体薄膜素子の作
製方法である。
工程に続いて、前記固相エピタキシャル成長させる所定
の温度未満の温度で保持し、その後降温することを特徴
とする（１）ないし（４）のいずれか１に記載の強誘電
体薄膜素子の作製方法である。 （６）前記有機金属化合物が、金属アルコキシド類およ
び金属塩類より選ばれる複数の有機金属化合物の混合
物、またはそれらの反応生成物であることを特徴とする
（１）ないし（５）の何れか１に記載の強誘電体薄膜素
子の作製方法である。 （７）単結晶基板が、少なくともＳｒＴｉＯ3 よりなる
材料であることを特徴とする（１）ないし（６）の何れ
か１に記載の強誘電体薄膜素子の作製方法である。 （８）前記熱分解工程および／または成長工程が、酸素
を含む雰囲気中にて行われることを特徴とする（１）な
いし（７）のいずれか１に記載の強誘電体薄膜素子の作
製方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明について、詳細に説明す
る。 〔単結晶基板〕本発明に用いられる単結晶基板として
は、望ましくはＳｒＴｉＯ3 、ＮｂドープＳｒＴｉ
Ｏ3 、ＬａドープＳｒＴｉＯ3 、ＢａＴｉＯ3 、ＢａＺ
ｒＯ3 、ＬａＡｌＯ3 、ＺｒＯ2 、Ｙ2 Ｏ3 ８％−Ｚｒ
Ｏ2 、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴ
ａＯ3 、Ａｌ2 Ｏ3 （サファイア）、ＺｎＯ、Ａｌドー
プＺｎＯ、Ｉｎ2 Ｏ3 、ＲｕＯ2 、ＢａＰｂＯ3 、Ｓｒ
ＲｕＯ3 、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7- x 、ＳｒＶＯ3 、ＬａＮ
ｉＯ3 、Ｌａ0.5 Ｓｒ0.5 ＣｏＯ3 、ＺｎＧａ2 Ｏ4 、
ＣｄＧａ2 Ｏ4 、ＣｄＧａ2 Ｏ4 、Ｍｇ2 ＴｉＯ4 、Ｍ
ｇＴｉ2 Ｏ4 などの酸化物や、等より選ばれる単結晶基
板が挙げられ、中でもＳｒＴｉＯ3 、ＮｂドープＳｒＴ
ｉＯ3 、ＬａドープＳｒＴｉＯ3 などの少なくともＳｒ
ＴｉＯ3 よりなる酸化物の単結晶基板がより好ましい。
る。 〔単結晶基板〕本発明に用いられる単結晶基板として
は、望ましくはＳｒＴｉＯ3 、ＮｂドープＳｒＴｉ
Ｏ3 、ＬａドープＳｒＴｉＯ3 、ＢａＴｉＯ3 、ＢａＺ
ｒＯ3 、ＬａＡｌＯ3 、ＺｒＯ2 、Ｙ2 Ｏ3 ８％−Ｚｒ
Ｏ2 、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴ
ａＯ3 、Ａｌ2 Ｏ3 （サファイア）、ＺｎＯ、Ａｌドー
プＺｎＯ、Ｉｎ2 Ｏ3 、ＲｕＯ2 、ＢａＰｂＯ3 、Ｓｒ
ＲｕＯ3 、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7- x 、ＳｒＶＯ3 、ＬａＮ
ｉＯ3 、Ｌａ0.5 Ｓｒ0.5 ＣｏＯ3 、ＺｎＧａ2 Ｏ4 、
ＣｄＧａ2 Ｏ4 、ＣｄＧａ2 Ｏ4 、Ｍｇ2 ＴｉＯ4 、Ｍ
ｇＴｉ2 Ｏ4 などの酸化物や、等より選ばれる単結晶基
板が挙げられ、中でもＳｒＴｉＯ3 、ＮｂドープＳｒＴ
ｉＯ3 、ＬａドープＳｒＴｉＯ3 などの少なくともＳｒ
ＴｉＯ3 よりなる酸化物の単結晶基板がより好ましい。
【００１６】〔有機金属化合物〕Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒ
y Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 のｘおよびｙの値としては、図
４に示す相図の斜線部の範囲、０＜ｘ＜０．２、０．５
２＜ｙ＜１の範囲のものが、良好な電気光学係数を有す
るが、従来は均一なエピタキシャル薄膜を得ることが困
難であった対象である。かかる化学組成の強誘電薄膜を
得るべく、強誘電体前駆体として、Ｐｂ、Ｌａ、Ｚｒ、
およびＴｉの金属を含む有機金属化合物を用いる。
y Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 のｘおよびｙの値としては、図
４に示す相図の斜線部の範囲、０＜ｘ＜０．２、０．５
２＜ｙ＜１の範囲のものが、良好な電気光学係数を有す
るが、従来は均一なエピタキシャル薄膜を得ることが困
難であった対象である。かかる化学組成の強誘電薄膜を
得るべく、強誘電体前駆体として、Ｐｂ、Ｌａ、Ｚｒ、
およびＴｉの金属を含む有機金属化合物を用いる。
【００１７】本発明に用いられる強誘電体前駆体である
有機金属化合物は、Ｐｂ、Ｌａ、Ｚｒ、およびＴｉの金
属と、有機化合物とを反応させてなる。該有機金属化合
物は、望ましくは常圧での沸点が８０℃以上である有機
化合物との反応生成物である金属アルコキシドまたは金
属塩である。
有機金属化合物は、Ｐｂ、Ｌａ、Ｚｒ、およびＴｉの金
属と、有機化合物とを反応させてなる。該有機金属化合
物は、望ましくは常圧での沸点が８０℃以上である有機
化合物との反応生成物である金属アルコキシドまたは金
属塩である。
【００１８】有機金属化合物における、Ｐｂ、Ｌａ、Ｚ
ｒ、およびＴｉの組成比（モル比）としては、得ようと
する０＜ｘ＜０．２、０．５２＜ｙ＜１の範囲のＰｂ
1-x Ｌａx （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 の化学量論組
成よりも、他の元素に対してＰｂを過剰に添加すること
が有効である。このように過剰なＰｂを配合することに
よって、Ｐｂ欠損傾向であり非強誘電相であるパイロク
ロア相を抑制することができ、均一なエピタキシャル強
誘電体薄膜が得られる。Ｐｂの過剰量としては、化学量
論よりも５ａｔ％（５ｍｏｌ％）以上、好ましくは１０
ａｔ％以上過剰とすることが望ましい。一方、Ｐｂをあ
まりに過剰に添加し過ぎると、結晶粒界等に酸化鉛が析
出したりする為にやはり均一なＰＬＺＴの強誘電体膜が
得られなくなってしまう為、Ｐｂの過剰量としては、化
学量論よりも好ましくは５０ａｔ％以下、より好ましく
は３０ａｔ％以下とする。また、必要に応じてＰｂ、Ｌ
ａ、Ｚｒ、およびＴｉ以外の金属元素を含む各種有機金
属化合物を微量添加することも有効である。
ｒ、およびＴｉの組成比（モル比）としては、得ようと
する０＜ｘ＜０．２、０．５２＜ｙ＜１の範囲のＰｂ
1-x Ｌａx （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3 の化学量論組
成よりも、他の元素に対してＰｂを過剰に添加すること
が有効である。このように過剰なＰｂを配合することに
よって、Ｐｂ欠損傾向であり非強誘電相であるパイロク
ロア相を抑制することができ、均一なエピタキシャル強
誘電体薄膜が得られる。Ｐｂの過剰量としては、化学量
論よりも５ａｔ％（５ｍｏｌ％）以上、好ましくは１０
ａｔ％以上過剰とすることが望ましい。一方、Ｐｂをあ
まりに過剰に添加し過ぎると、結晶粒界等に酸化鉛が析
出したりする為にやはり均一なＰＬＺＴの強誘電体膜が
得られなくなってしまう為、Ｐｂの過剰量としては、化
学量論よりも好ましくは５０ａｔ％以下、より好ましく
は３０ａｔ％以下とする。また、必要に応じてＰｂ、Ｌ
ａ、Ｚｒ、およびＴｉ以外の金属元素を含む各種有機金
属化合物を微量添加することも有効である。
【００１９】金属アルコキシド化合物の有機配位子とし
ては、Ｒ1 Ｏ−またはＲ2 ＯＲ3 Ｏ−（式中、Ｒ1 およ
びＲ2 は脂肪族炭化水素基を表し、Ｒ3 はエーテル結合
を有してもよい２価の脂肪族炭化水素基を表す）より選
ばれる。Ｒ1 およびＲ2 で表される脂肪族炭化水素基と
しては、炭素数１〜４のアルキル基が好ましく、Ｒ3で
表されるい２価の脂肪族炭化水素基は、炭素数２〜４の
アルキレン基、炭素数２〜４のアルキレン基がエーテル
結合によって結合している全炭素数４〜８の２価の基が
好ましい。
ては、Ｒ1 Ｏ−またはＲ2 ＯＲ3 Ｏ−（式中、Ｒ1 およ
びＲ2 は脂肪族炭化水素基を表し、Ｒ3 はエーテル結合
を有してもよい２価の脂肪族炭化水素基を表す）より選
ばれる。Ｒ1 およびＲ2 で表される脂肪族炭化水素基と
しては、炭素数１〜４のアルキル基が好ましく、Ｒ3で
表されるい２価の脂肪族炭化水素基は、炭素数２〜４の
アルキレン基、炭素数２〜４のアルキレン基がエーテル
結合によって結合している全炭素数４〜８の２価の基が
好ましい。
【００２０】金属アルコキシド化合物は、Ｐｂ、Ｌａ、
Ｚｒ、およびＴｉ等の金属や、塩化物などのハロゲン化
物をＲ1 ＯＨまたはＲ2 ＯＲ3 ＯＨ（Ｒ1 Ｒ2 およびＲ
3 は、前記Ｒ1 Ｏ−またはＲ2 ＯＲ3 Ｏ−の説明のもの
と同様）で表される有機溶媒中に投入し、蒸留や還流す
ることによって、合成することができる。
Ｚｒ、およびＴｉ等の金属や、塩化物などのハロゲン化
物をＲ1 ＯＨまたはＲ2 ＯＲ3 ＯＨ（Ｒ1 Ｒ2 およびＲ
3 は、前記Ｒ1 Ｏ−またはＲ2 ＯＲ3 Ｏ−の説明のもの
と同様）で表される有機溶媒中に投入し、蒸留や還流す
ることによって、合成することができる。
【００２１】〔塗布工程〕金属アルコキシド化合物は、
上記所定の組成にて、望ましくは常圧での沸点が８０℃
以上であるアルコール類、ジケトン類、ケトン酸類、ア
ルキルエステル類、オキシ酸類、オキシケトン類、及び
酢酸などより選ばれる溶媒と反応させ、または溶媒中に
溶解させる。例えば、有機金属化合物を脱水した溶媒に
溶解し、所定濃度の溶液を得る。溶液の濃度としては、
有機金属化合物が好ましくは０．０１Ｍ〜１０Ｍの範
囲、より好ましくは０．１Ｍ〜１．０Ｍの範囲である。
この溶液を、攪拌しつつ蒸留し、さらに還流を行いＰｂ
が他の元素に対して０＜ｘ＜０．２、０．５２＜ｙ＜１
の範囲のＰｂ1-x Ｌａx （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3
の化学量論組成より過剰な複合金属アルコキシド化合物
の塗布溶液を得る。
上記所定の組成にて、望ましくは常圧での沸点が８０℃
以上であるアルコール類、ジケトン類、ケトン酸類、ア
ルキルエステル類、オキシ酸類、オキシケトン類、及び
酢酸などより選ばれる溶媒と反応させ、または溶媒中に
溶解させる。例えば、有機金属化合物を脱水した溶媒に
溶解し、所定濃度の溶液を得る。溶液の濃度としては、
有機金属化合物が好ましくは０．０１Ｍ〜１０Ｍの範
囲、より好ましくは０．１Ｍ〜１．０Ｍの範囲である。
この溶液を、攪拌しつつ蒸留し、さらに還流を行いＰｂ
が他の元素に対して０＜ｘ＜０．２、０．５２＜ｙ＜１
の範囲のＰｂ1-x Ｌａx （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3
の化学量論組成より過剰な複合金属アルコキシド化合物
の塗布溶液を得る。
【００２２】溶媒としては、金属アルコキシドのアルコ
ール交換反応が容易な溶媒、具体的には例えば（Ｃ
Ｈ3 ）2 ＣＨＯＨ（沸点８２．３℃）、ＣＨ3 （Ｃ2 Ｈ
5 ）ＣＨＯＨ（沸点９９．５℃）、（ＣＨ3 ）2 ＣＨＣ
Ｈ2 ＯＨ（沸点１０８℃）、Ｃ4Ｈ9 ＯＨ（沸点１１
７．７℃）、（ＣＨ3 ）2 ＣＨＣ2 Ｈ4 ＯＨ（沸点１３
０．５℃）、ＣＨ3 ＯＣＨ2 ＣＨ2 ＯＨ（沸点１２４．
５℃）、Ｃ2 Ｈ5 ＯＣＨ2 ＣＨ2 ＯＨ（沸点１３５
℃）、Ｃ4 Ｈ9 ＯＣＨ2 ＣＨ2 ＯＨ（沸点１７１℃）な
どのアルコール類が最も望ましが、これらに限定される
ものではなくＣ2 Ｈ5 ＯＨ（沸点７８．３℃）なども使
用可能である。
ール交換反応が容易な溶媒、具体的には例えば（Ｃ
Ｈ3 ）2 ＣＨＯＨ（沸点８２．３℃）、ＣＨ3 （Ｃ2 Ｈ
5 ）ＣＨＯＨ（沸点９９．５℃）、（ＣＨ3 ）2 ＣＨＣ
Ｈ2 ＯＨ（沸点１０８℃）、Ｃ4Ｈ9 ＯＨ（沸点１１
７．７℃）、（ＣＨ3 ）2 ＣＨＣ2 Ｈ4 ＯＨ（沸点１３
０．５℃）、ＣＨ3 ＯＣＨ2 ＣＨ2 ＯＨ（沸点１２４．
５℃）、Ｃ2 Ｈ5 ＯＣＨ2 ＣＨ2 ＯＨ（沸点１３５
℃）、Ｃ4 Ｈ9 ＯＣＨ2 ＣＨ2 ＯＨ（沸点１７１℃）な
どのアルコール類が最も望ましが、これらに限定される
ものではなくＣ2 Ｈ5 ＯＨ（沸点７８．３℃）なども使
用可能である。
【００２３】得られた塗布溶液は、溶剤洗浄、エッチン
グ、リンス、および乾燥した単結晶基板へ、スピンコー
ティング法、ディッピング法、スプレー法、スクリーン
印刷法、インクジェット法より選ばれる方法により塗布
される。この塗布溶液は、有機金属化合物を加水分解し
た後に塗布をすることも可能であるが、エピタキシャル
強誘電体薄膜を得るためには加水分解しないで塗布する
ことが望ましい。
グ、リンス、および乾燥した単結晶基板へ、スピンコー
ティング法、ディッピング法、スプレー法、スクリーン
印刷法、インクジェット法より選ばれる方法により塗布
される。この塗布溶液は、有機金属化合物を加水分解し
た後に塗布をすることも可能であるが、エピタキシャル
強誘電体薄膜を得るためには加水分解しないで塗布する
ことが望ましい。
【００２４】有機金属化合物の溶液を単結晶基板上にス
ピンコーティング法、ディッピング法、スプレー法、ス
クリーン印刷法、インクジェット法より選ばれる方法に
て塗布する。塗布工程は、乾燥した窒素やアルゴン雰囲
気中にて行うことが得られる薄膜の品質の点より望まし
い。
ピンコーティング法、ディッピング法、スプレー法、ス
クリーン印刷法、インクジェット法より選ばれる方法に
て塗布する。塗布工程は、乾燥した窒素やアルゴン雰囲
気中にて行うことが得られる薄膜の品質の点より望まし
い。
【００２５】〔熱分解工程〕塗布工程の後、前処理とし
て塗布層を熱分解することによりアモルファス状の薄膜
を形成する。熱分解の条件としては、望ましくは酸素を
含む雰囲気中、より望ましくは酸素中で、望ましくは
０．１〜１，０００℃／秒の昇温速度、より望ましくは
１〜１００℃／秒の昇温速度で基板を加熱し、結晶化の
起こらない温度範囲、望ましくは１００℃〜５００℃、
より望ましくは２００℃〜４００℃の温度範囲で行う。
但し、条件によっては、特に２００〜４００℃の温度範
囲で一定時間の保持を行わなくても、熱分解を昇温中に
行うことができる。
て塗布層を熱分解することによりアモルファス状の薄膜
を形成する。熱分解の条件としては、望ましくは酸素を
含む雰囲気中、より望ましくは酸素中で、望ましくは
０．１〜１，０００℃／秒の昇温速度、より望ましくは
１〜１００℃／秒の昇温速度で基板を加熱し、結晶化の
起こらない温度範囲、望ましくは１００℃〜５００℃、
より望ましくは２００℃〜４００℃の温度範囲で行う。
但し、条件によっては、特に２００〜４００℃の温度範
囲で一定時間の保持を行わなくても、熱分解を昇温中に
行うことができる。
【００２６】〔成長工程〕熱分解工程の後、基板表面よ
り強誘電体薄膜を固相エピタキシャル成長させる。成長
反応の条件としては、望ましくは酸素を含む雰囲気中、
より望ましくは酸素中（以下、単に「酸素雰囲気中」と
いう場合がある）で、６５０℃以上、望ましくは６５０
℃〜１，２００℃、より望ましくは７００℃〜９００℃
の成長温度範囲で強誘電体薄膜を基板表面より固相エピ
タキシャル成長させる。エピタキシャル結晶化において
は、上記の成長温度範囲にて望ましくは１秒間から２４
時間、より望ましくは１０秒間から１２時間の加熱を行
う。
り強誘電体薄膜を固相エピタキシャル成長させる。成長
反応の条件としては、望ましくは酸素を含む雰囲気中、
より望ましくは酸素中（以下、単に「酸素雰囲気中」と
いう場合がある）で、６５０℃以上、望ましくは６５０
℃〜１，２００℃、より望ましくは７００℃〜９００℃
の成長温度範囲で強誘電体薄膜を基板表面より固相エピ
タキシャル成長させる。エピタキシャル結晶化において
は、上記の成長温度範囲にて望ましくは１秒間から２４
時間、より望ましくは１０秒間から１２時間の加熱を行
う。
【００２７】固相エピタキシャル成長させる温度までの
昇温においては、パイロクロア相の核が生成される温度
範囲、具体的には特に３５０〜４５０℃を高速加熱する
ことが好ましい。望ましくは１０〜５００℃／秒の昇温
速度、より望ましくは２０〜１００℃／秒の昇温速度で
高速加熱することが好ましい。このように高速加熱する
ことで、パイロクロア相の核生成が抑制される。勿論上
記昇温速度は、パイロクロア相の核が生成される温度範
囲のみならず、昇温過程全般を通じて適用することが、
作業性の観点より好ましい。
昇温においては、パイロクロア相の核が生成される温度
範囲、具体的には特に３５０〜４５０℃を高速加熱する
ことが好ましい。望ましくは１０〜５００℃／秒の昇温
速度、より望ましくは２０〜１００℃／秒の昇温速度で
高速加熱することが好ましい。このように高速加熱する
ことで、パイロクロア相の核生成が抑制される。勿論上
記昇温速度は、パイロクロア相の核が生成される温度範
囲のみならず、昇温過程全般を通じて適用することが、
作業性の観点より好ましい。
【００２８】前述の強誘電体前駆体である有機金属化合
物中のＰｂの過剰量と昇温速度の関係としては、Ｐｂ量
を０％より多くまたは昇温速度１０℃／秒以上とするこ
とが有効であるが、望ましくはＰｂ量を０％より多くか
つ昇温速度１０℃／秒以上、さらに望ましくはＰｂ量を
５％以上かつ昇温速度２０℃／秒以上とすることが有効
である。
物中のＰｂの過剰量と昇温速度の関係としては、Ｐｂ量
を０％より多くまたは昇温速度１０℃／秒以上とするこ
とが有効であるが、望ましくはＰｂ量を０％より多くか
つ昇温速度１０℃／秒以上、さらに望ましくはＰｂ量を
５％以上かつ昇温速度２０℃／秒以上とすることが有効
である。
【００２９】前述の酸素雰囲気としては、一定時間乾燥
した酸素雰囲気を用いることが得られる薄膜の品質の点
より望ましい。乾燥条件としては、例えば、露点−４０
℃以下、望ましくは露点−６０℃以下の市販の酸素を用
いることができる。一方、前述の酸素雰囲気を必要に応
じて加湿することも可能である。加湿した酸素雰囲気下
でエピタキシャル結晶化させると、残留カーボンの低減
や結晶化の促進等が図られる。このときの湿度として
は、水分量１ｍｏｌ％以上が好ましく、水分量２ｍｏｌ
％以上がより好ましい。
した酸素雰囲気を用いることが得られる薄膜の品質の点
より望ましい。乾燥条件としては、例えば、露点−４０
℃以下、望ましくは露点−６０℃以下の市販の酸素を用
いることができる。一方、前述の酸素雰囲気を必要に応
じて加湿することも可能である。加湿した酸素雰囲気下
でエピタキシャル結晶化させると、残留カーボンの低減
や結晶化の促進等が図られる。このときの湿度として
は、水分量１ｍｏｌ％以上が好ましく、水分量２ｍｏｌ
％以上がより好ましい。
【００３０】このように、強誘電体薄膜を基板表面より
固相エピタキシャル成長させることにより、図５のよう
な、膜厚が１０ｎｍから１，０００ｎｍであり、パイロ
クロア相を含まない、均一なエピタキシャル強誘電体薄
膜を得ることができる。これらのエピタキシャル結晶化
の成長工程によって、一層の膜厚が１０ｎｍから１，０
００ｎｍ、望ましくは膜厚５０ｎｍから２００ｎｍの強
誘電体薄膜層を単結晶基板上に固相エピタキシャル成長
される。この工程は、一回のみ行ってもよいが、さらに
必要に応じて複数回繰り返すことにより、所望の膜厚の
強誘電体薄膜を得ることができる。
固相エピタキシャル成長させることにより、図５のよう
な、膜厚が１０ｎｍから１，０００ｎｍであり、パイロ
クロア相を含まない、均一なエピタキシャル強誘電体薄
膜を得ることができる。これらのエピタキシャル結晶化
の成長工程によって、一層の膜厚が１０ｎｍから１，０
００ｎｍ、望ましくは膜厚５０ｎｍから２００ｎｍの強
誘電体薄膜層を単結晶基板上に固相エピタキシャル成長
される。この工程は、一回のみ行ってもよいが、さらに
必要に応じて複数回繰り返すことにより、所望の膜厚の
強誘電体薄膜を得ることができる。
【００３１】高速加熱したことによって酸素欠損を多く
含む場合があるために、成長工程終了後は、前述の成長
温度未満の温度、望ましくは１００℃〜６００℃の温度
範囲で一定時間（好ましくは１分〜２４時間、より好ま
しくは１分〜２時間）保持し、その後降温することが、
十分な酸化を行う為に望ましい。それぞれのエピタキシ
ャル成長の後には、好ましくは０．０１〜１００℃／
秒、より好ましくは０．１〜１０℃／秒の冷却速度で冷
却を行うことが、薄膜のクラック防止の観点から望まし
い。
含む場合があるために、成長工程終了後は、前述の成長
温度未満の温度、望ましくは１００℃〜６００℃の温度
範囲で一定時間（好ましくは１分〜２４時間、より好ま
しくは１分〜２時間）保持し、その後降温することが、
十分な酸化を行う為に望ましい。それぞれのエピタキシ
ャル成長の後には、好ましくは０．０１〜１００℃／
秒、より好ましくは０．１〜１０℃／秒の冷却速度で冷
却を行うことが、薄膜のクラック防止の観点から望まし
い。
【００３２】〔本発明の作製方法により得られる強誘電
体薄膜素子の特性〕以上の方法によって、材質の異なる
単結晶基板上に、組成が精密に制御され、密度および屈
折率が単結晶並みであり、表面が光学的に平滑である、
例えば、ＰｂＴｉＯ3 、Ｐｂ（Ｚｒ1-x Ｔｉx ）Ｏ
3 （ＰＺＴ）、Ｐｂ1-x Ｌａx （ＺｒyＴｉ1-y ）
1-x/4 Ｏ3 （ＰＬＺＴ）などの単結晶状の強誘電体薄膜
が得られる。ここで、単結晶状とは一般にエピタキシャ
ルと呼ばれているものであり、単結晶をそのま薄膜化し
た無欠陥のものから、双晶などの結晶欠陥が含まれるも
のまでを含むが、少なくともθ−２θＸ線回折パターン
によって結晶方位が一方向に単一配向している、すなわ
ちランダム配向面が単一配向面の回折強度の１％以下で
あると同定されるものを指す。
体薄膜素子の特性〕以上の方法によって、材質の異なる
単結晶基板上に、組成が精密に制御され、密度および屈
折率が単結晶並みであり、表面が光学的に平滑である、
例えば、ＰｂＴｉＯ3 、Ｐｂ（Ｚｒ1-x Ｔｉx ）Ｏ
3 （ＰＺＴ）、Ｐｂ1-x Ｌａx （ＺｒyＴｉ1-y ）
1-x/4 Ｏ3 （ＰＬＺＴ）などの単結晶状の強誘電体薄膜
が得られる。ここで、単結晶状とは一般にエピタキシャ
ルと呼ばれているものであり、単結晶をそのま薄膜化し
た無欠陥のものから、双晶などの結晶欠陥が含まれるも
のまでを含むが、少なくともθ−２θＸ線回折パターン
によって結晶方位が一方向に単一配向している、すなわ
ちランダム配向面が単一配向面の回折強度の１％以下で
あると同定されるものを指す。
【００３３】この本発明の固相エピタキシャル成長によ
る単結晶状強誘電体薄膜の製造方法は、表１に示すよう
に、従来の気相エピタキシャル成長方法、従来の気相成
長膜を用いた固相エピタキシャル成長方法、および従来
のゾル・ゲル法のいずれと比較しても、１．エピタキシ
ャル成長、２．表面平滑性、３．組成制御性、４．膜厚
均一性、５．設備コストのいずれの面でも優れた製造方
法である。なお、表１中の各記号の指標は、以下の通り
である。
る単結晶状強誘電体薄膜の製造方法は、表１に示すよう
に、従来の気相エピタキシャル成長方法、従来の気相成
長膜を用いた固相エピタキシャル成長方法、および従来
のゾル・ゲル法のいずれと比較しても、１．エピタキシ
ャル成長、２．表面平滑性、３．組成制御性、４．膜厚
均一性、５．設備コストのいずれの面でも優れた製造方
法である。なお、表１中の各記号の指標は、以下の通り
である。
【００３４】１．エピタキシャル成長性 ○：単一配向容易 △：単一配向可能 ×：単一配向困難
【００３５】２．表面平滑性 ◎：基板と同等レベルの表面形成が容易 ○：基板と同等レベルの表面形成が可能 △：基板と同等レベルの表面形成が困難 ×：基板と同等レベルの表面形成が不可能
【００３６】３．組成制御性 ◎：２インチの基板上で、組成のズレ１％以内容易 ○：２インチの基板上で、組成のズレ１％以内可能 △：２インチの基板上で、組成のズレ１％以内困難 ×：２インチの基板上で、組成のズレ１％以内不可能
【００３７】４．膜厚均一性 ◎：２インチの基板上で、膜厚差１％以内容易 ○：２インチの基板上で、膜厚差１％以内可能 △：２インチの基板上で、膜厚差１％以内困難 ×：２インチの基板上で、膜厚差１％以内不可能
【００３８】５．設備コスト ◎：低コスト ○：普通 △：高額 ×：極めて高額
【００３９】
【表１】
【００４０】
【実施例】次に、実施例を挙げて、本発明を具体的に説
明する。実施例１ 本実施例においては、ＳｒＴｉＯ3 （１００）単結晶基
板上へ、膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９
／６５／３５）薄膜光導波路を成長させた。なお、ＰＬ
ＺＴの後ろの括弧書きは、得ようとする強誘電体薄膜の
結晶の化学組成を示すものであり、順にＬａ／Ｚｒ／Ｔ
ｉを表す（以下同様。なお、ＰＺＴの場合には、同様に
Ｚｒ／Ｔｉを表す）。
明する。実施例１ 本実施例においては、ＳｒＴｉＯ3 （１００）単結晶基
板上へ、膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９
／６５／３５）薄膜光導波路を成長させた。なお、ＰＬ
ＺＴの後ろの括弧書きは、得ようとする強誘電体薄膜の
結晶の化学組成を示すものであり、順にＬａ／Ｚｒ／Ｔ
ｉを表す（以下同様。なお、ＰＺＴの場合には、同様に
Ｚｒ／Ｔｉを表す）。
【００４１】まず、無水酢酸鉛Ｐｂ（ＣＨ3 ＣＯ
Ｏ）2 、ランタン・イソプロポキシドＬａ（Ｏ−ｉ−Ｃ
3 Ｈ7 ）3 、ジルコニウム・イソプロポキシドＺｒ（Ｏ
−ｉ−Ｃ3Ｈ7 ）4 、およびチタン・イソプロポキシド
Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）４を出発原料として、Ｐｂが
他の元素に対して化学量論組成より１５％過剰であるＰ
ｂ：Ｌａ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１０６：９：６５：３５の各金
属元素の組成割合（モル比）で２−メトキシエタノール
に溶解し、６時間の蒸留を行ったのち１８時間の還流を
行い、最終的にＺｒ＋Ｔｉ濃度で０．６ＭのＰＬＺＴ用
前駆体（有機金属化合物）溶液を得た。
Ｏ）2 、ランタン・イソプロポキシドＬａ（Ｏ−ｉ−Ｃ
3 Ｈ7 ）3 、ジルコニウム・イソプロポキシドＺｒ（Ｏ
−ｉ−Ｃ3Ｈ7 ）4 、およびチタン・イソプロポキシド
Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）４を出発原料として、Ｐｂが
他の元素に対して化学量論組成より１５％過剰であるＰ
ｂ：Ｌａ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１０６：９：６５：３５の各金
属元素の組成割合（モル比）で２−メトキシエタノール
に溶解し、６時間の蒸留を行ったのち１８時間の還流を
行い、最終的にＺｒ＋Ｔｉ濃度で０．６ＭのＰＬＺＴ用
前駆体（有機金属化合物）溶液を得た。
【００４２】基板は、ＳｒＴｉＯ3 を用い、溶剤洗浄、
ＨＣｌ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Ｎ2 中にてエタノールのスピンコーティング
によって乾燥したものを用いた。
ＨＣｌ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Ｎ2 中にてエタノールのスピンコーティング
によって乾燥したものを用いた。
【００４３】前記ＰＬＺＴ用前駆体溶液を０．２μｍの
フィルターを通して、基板へスピンコーティングした。
以上の操作は全てＮ2 雰囲気中にて行った。次に、加湿
Ｏ2 雰囲気（湿度２ｍｏｌ％）中で８０℃／ｓｅｃにて
昇温して３５０℃にて２分間保持の後、４０℃／ｓｅｃ
にて昇温して６５０℃に３０分間保持し、最後に１０℃
／秒の冷却速度で冷却した。このようにして膜厚１００
ｎｍの一層目のＰＬＺＴ薄膜を固相エピタキシャル成長
させた。
フィルターを通して、基板へスピンコーティングした。
以上の操作は全てＮ2 雰囲気中にて行った。次に、加湿
Ｏ2 雰囲気（湿度２ｍｏｌ％）中で８０℃／ｓｅｃにて
昇温して３５０℃にて２分間保持の後、４０℃／ｓｅｃ
にて昇温して６５０℃に３０分間保持し、最後に１０℃
／秒の冷却速度で冷却した。このようにして膜厚１００
ｎｍの一層目のＰＬＺＴ薄膜を固相エピタキシャル成長
させた。
【００４４】以上の各工程をさらに４回（合計５回）繰
り返すことにより総膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰ
ＬＺＴ薄膜（強誘電体薄膜）を得た。なお、最後の層
（五層目）の成長工程の後の冷却は、１℃／秒の冷却速
度で行った。
り返すことにより総膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰ
ＬＺＴ薄膜（強誘電体薄膜）を得た。なお、最後の層
（五層目）の成長工程の後の冷却は、１℃／秒の冷却速
度で行った。
【００４５】得られたエピタキシャルＰＬＺＴ薄膜は、
Ｘ線回折θ−２θパターンおよびＸ線回折極点パターン
によると、結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ（１０
０）／／ＳｒＴｉＯ3 （１００）、面内方位ＰＬＺＴ
［００１］／／ＳｒＴｉＯ3 ［００１］の構造であっ
た。ＰＬＺＴ（１００）面によるロッキングカーブ半値
幅は０．２１°と良好であった。
Ｘ線回折θ−２θパターンおよびＸ線回折極点パターン
によると、結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ（１０
０）／／ＳｒＴｉＯ3 （１００）、面内方位ＰＬＺＴ
［００１］／／ＳｒＴｉＯ3 ［００１］の構造であっ
た。ＰＬＺＴ（１００）面によるロッキングカーブ半値
幅は０．２１°と良好であった。
【００４６】該エピタキシャルＰＬＺＴ薄膜の表面を高
分解能ＳＥＭによって観察した所、該表面は、極めて均
一かつ平滑であり、粒界や細孔の全くみられない、コン
トラストの得られないほど鏡面状であった。また、該エ
ピタキシャルＰＬＺＴ薄膜を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）
によってｒｍｓ表面粗さを同定すると、粗さはわずか１
ｎｍ以下であった。
分解能ＳＥＭによって観察した所、該表面は、極めて均
一かつ平滑であり、粒界や細孔の全くみられない、コン
トラストの得られないほど鏡面状であった。また、該エ
ピタキシャルＰＬＺＴ薄膜を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）
によってｒｍｓ表面粗さを同定すると、粗さはわずか１
ｎｍ以下であった。
【００４７】さらに上記エピタキシャルＰＬＺＴ薄膜の
光導波路特性の評価を行うため、プリズム・カップリン
グによってレーザ光を上記エピタキシャルＰＬＺＴ薄膜
に導入し、光伝搬方向のＴＥ０モードの散乱光強度分布
を光ファイバーによって測定した。散乱光強度の対数と
光伝搬距離の関係の傾きより、光伝搬損失を求めたとこ
ろ６３３ｎｍの波長で１６ｄＢ／ｃｍと優れた特性を示
した。また、ＴＥ０モードおよびＴＥ１モードより屈折
率を求めると、６３３ｎｍの波長で２．４９、７８０ｎ
ｍの波長で２．４５とバルクと同様の屈折率を示し、高
密度でペロブスカイト単一層であることが確認された。
このように、本発明のエピタキシャルＰＬＺＴ薄膜は、
極めて単結晶に近く、均一性に優れた光導波路として使
用可能な薄膜であることが確認された。
光導波路特性の評価を行うため、プリズム・カップリン
グによってレーザ光を上記エピタキシャルＰＬＺＴ薄膜
に導入し、光伝搬方向のＴＥ０モードの散乱光強度分布
を光ファイバーによって測定した。散乱光強度の対数と
光伝搬距離の関係の傾きより、光伝搬損失を求めたとこ
ろ６３３ｎｍの波長で１６ｄＢ／ｃｍと優れた特性を示
した。また、ＴＥ０モードおよびＴＥ１モードより屈折
率を求めると、６３３ｎｍの波長で２．４９、７８０ｎ
ｍの波長で２．４５とバルクと同様の屈折率を示し、高
密度でペロブスカイト単一層であることが確認された。
このように、本発明のエピタキシャルＰＬＺＴ薄膜は、
極めて単結晶に近く、均一性に優れた光導波路として使
用可能な薄膜であることが確認された。
【００４８】比較例１ 本比較例においては、基本的に実施例１と同様に、Ｓｒ
ＴｉＯ3 （１００）単結晶基板上へ、膜厚５００ｎｍの
エピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）薄膜光導波
路を成長させた。
ＴｉＯ3 （１００）単結晶基板上へ、膜厚５００ｎｍの
エピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）薄膜光導波
路を成長させた。
【００４９】まず、全ての元素が化学量論組成となるＰ
ｂ：Ｌａ：Ｚｒ：Ｔｉ＝９１：９：６５：３５の各金属
元素の組成割合（モル比）で、Ｚｒ＋Ｔｉ濃度が０．６
ＭのＰＬＺＴ用前駆体溶液を、実施例１と同様にして得
た。
ｂ：Ｌａ：Ｚｒ：Ｔｉ＝９１：９：６５：３５の各金属
元素の組成割合（モル比）で、Ｚｒ＋Ｔｉ濃度が０．６
ＭのＰＬＺＴ用前駆体溶液を、実施例１と同様にして得
た。
【００５０】実施例１と同様のＳｒＴｉＯ3 基板を用意
し、該基板上に、前記ＰＬＺＴ用前駆体溶液をＮ2 雰囲
気中にて０．２μｍのフィルターを通して、スピンコー
ティングした。次に、加湿Ｏ2 雰囲気（湿度２ｍｏｌ
％）中で１０℃／ｓｅｃにて昇温して３５０℃にて２分
間保持の後、１０℃／ｓｅｃにて昇温して６５０℃に３
０分間保持し、１０℃／秒の冷却速度で冷却した。この
ようにして膜厚１００ｎｍの一層目のＰＬＺＴ薄膜を固
相エピタキシャル成長させた。
し、該基板上に、前記ＰＬＺＴ用前駆体溶液をＮ2 雰囲
気中にて０．２μｍのフィルターを通して、スピンコー
ティングした。次に、加湿Ｏ2 雰囲気（湿度２ｍｏｌ
％）中で１０℃／ｓｅｃにて昇温して３５０℃にて２分
間保持の後、１０℃／ｓｅｃにて昇温して６５０℃に３
０分間保持し、１０℃／秒の冷却速度で冷却した。この
ようにして膜厚１００ｎｍの一層目のＰＬＺＴ薄膜を固
相エピタキシャル成長させた。
【００５１】以上の各工程をさらに４回（合計５回）繰
り返すことにより総膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰ
ＬＺＴ薄膜（強誘電体薄膜）を得た。なお、最後の層
（五層目）の成長工程の後の冷却は、１℃／秒の冷却速
度で行った。
り返すことにより総膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰ
ＬＺＴ薄膜（強誘電体薄膜）を得た。なお、最後の層
（五層目）の成長工程の後の冷却は、１℃／秒の冷却速
度で行った。
【００５２】得られたエピタキシャルＰＬＺＴ薄膜は、
Ｘ線回折θ−２θパターンおよびＸ線回折極点パターン
によると、結晶学的関係はほぼ単一配向のＰＬＺＴ（１
００）／／ＳｒＴｉＯ3 （１００）、面内方位ＰＬＺＴ
［００１］／／ＳｒＴｉＯ3［００１］の構造が得られ
たが、パイロクロア相を示すピークが２θ＝３０°付近
にみられた。ＰＬＺＴ（１００）面によるロッキングカ
ーブ半値幅は０．２５°であった。
Ｘ線回折θ−２θパターンおよびＸ線回折極点パターン
によると、結晶学的関係はほぼ単一配向のＰＬＺＴ（１
００）／／ＳｒＴｉＯ3 （１００）、面内方位ＰＬＺＴ
［００１］／／ＳｒＴｉＯ3［００１］の構造が得られ
たが、パイロクロア相を示すピークが２θ＝３０°付近
にみられた。ＰＬＺＴ（１００）面によるロッキングカ
ーブ半値幅は０．２５°であった。
【００５３】該エピタキシャルＰＬＺＴ薄膜を原子間力
顕微鏡（ＡＦＭ）によってｒｍｓ表面粗さを同定する
と、粗さは２ｎｍであった。しかし、該エピタキシャル
ＰＬＺＴ薄膜の表面を高分解能ＳＥＭによって観察した
所、該表面は、平滑ではあるがパイロクロア相が分散し
ているために、濃淡のみられる不均一な表面であった。
このため、光導波路特性の評価を行うべく、実施例１と
同様に光伝搬損失を求めようとしたが、伝搬損失が大き
く測定することができなかった。
顕微鏡（ＡＦＭ）によってｒｍｓ表面粗さを同定する
と、粗さは２ｎｍであった。しかし、該エピタキシャル
ＰＬＺＴ薄膜の表面を高分解能ＳＥＭによって観察した
所、該表面は、平滑ではあるがパイロクロア相が分散し
ているために、濃淡のみられる不均一な表面であった。
このため、光導波路特性の評価を行うべく、実施例１と
同様に光伝搬損失を求めようとしたが、伝搬損失が大き
く測定することができなかった。
【００５４】比較例２ 本比較例においては、基本的に実施例１と同様に、Ｓｒ
ＴｉＯ3 （１００）単結晶基板上へ、膜厚５００ｎｍの
エピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）薄膜光導波
路を成長させた。
ＴｉＯ3 （１００）単結晶基板上へ、膜厚５００ｎｍの
エピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）薄膜光導波
路を成長させた。
【００５５】まず、全ての元素が化学量論組成となるＰ
ｂ：Ｌａ：Ｚｒ：Ｔｉ＝９１：９：６５：３５の各金属
元素の組成割合（モル比）で、Ｚｒ＋Ｔｉ濃度が０．６
ＭのＰＬＺＴ用前駆体溶液を、実施例１と同様にして得
た。
ｂ：Ｌａ：Ｚｒ：Ｔｉ＝９１：９：６５：３５の各金属
元素の組成割合（モル比）で、Ｚｒ＋Ｔｉ濃度が０．６
ＭのＰＬＺＴ用前駆体溶液を、実施例１と同様にして得
た。
【００５６】実施例１と同様のＳｒＴｉＯ3 基板を用意
し、該基板上に、前記ＰＬＺＴ用前駆体溶液をＮ2 雰囲
気中にて０．２μｍのフィルターを通して、スピンコー
ティングした。次に、加湿Ｏ2 雰囲気（湿度２％）中で
１０℃／ｓｅｃにて昇温して３５０℃にて２分間保持の
後、１０℃／ｓｅｃにて昇温して７５０℃に２分間保持
し、最後に１０℃／秒の冷却速度で冷却した。このよう
にして膜厚１００ｎｍの一層目のＰＬＺＴ薄膜を固相エ
ピタキシャル成長させた。
し、該基板上に、前記ＰＬＺＴ用前駆体溶液をＮ2 雰囲
気中にて０．２μｍのフィルターを通して、スピンコー
ティングした。次に、加湿Ｏ2 雰囲気（湿度２％）中で
１０℃／ｓｅｃにて昇温して３５０℃にて２分間保持の
後、１０℃／ｓｅｃにて昇温して７５０℃に２分間保持
し、最後に１０℃／秒の冷却速度で冷却した。このよう
にして膜厚１００ｎｍの一層目のＰＬＺＴ薄膜を固相エ
ピタキシャル成長させた。
【００５７】以上の各工程をさらに４回（合計５回）繰
り返すことにより総膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰ
ＬＺＴ薄膜（強誘電体薄膜）を得た。なお、最後の層
（五層目）の成長工程の後の冷却は、１℃／秒の冷却速
度で行った。
り返すことにより総膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰ
ＬＺＴ薄膜（強誘電体薄膜）を得た。なお、最後の層
（五層目）の成長工程の後の冷却は、１℃／秒の冷却速
度で行った。
【００５８】得られたエピタキシャルＰＬＺＴ薄膜は、
Ｘ線回折θ−２θパターンおよびＸ線回折極点パターン
によると、結晶学的関係はほぼ単一配向のＰＬＺＴ（１
００）／／ＳｒＴｉＯ3 （１００）、面内方位ＰＬＺＴ
［００１］／／ＳｒＴｉＯ3［００１］の構造が得られ
たが、パイロクロア相を示すピークが２θ＝３０°付近
にみられた。ＰＬＺＴ（１００）面によるロッキングカ
ーブ半値幅は０．２０°であった。
Ｘ線回折θ−２θパターンおよびＸ線回折極点パターン
によると、結晶学的関係はほぼ単一配向のＰＬＺＴ（１
００）／／ＳｒＴｉＯ3 （１００）、面内方位ＰＬＺＴ
［００１］／／ＳｒＴｉＯ3［００１］の構造が得られ
たが、パイロクロア相を示すピークが２θ＝３０°付近
にみられた。ＰＬＺＴ（１００）面によるロッキングカ
ーブ半値幅は０．２０°であった。
【００５９】該エピタキシャルＰＬＺＴ薄膜を原子間力
顕微鏡（ＡＦＭ）によってｒｍｓ表面粗さを同定する
と、粗さは２ｎｍであった。しかし、該エピタキシャル
ＰＬＺＴ薄膜の表面を高分解能ＳＥＭによって観察した
所、該表面は、平滑ではあるがパイロクロア相が分散し
ているために、濃淡のみられる不均一な表面であった。
このため、光導波路特性の評価を行うべく、実施例１と
同様に光伝搬損失を求めたところ、固相エピタキシャル
成長温度を比較例１の６５０℃から７５０℃に上げたに
もかかわらず、伝搬損失が大きく測定することができな
かった。
顕微鏡（ＡＦＭ）によってｒｍｓ表面粗さを同定する
と、粗さは２ｎｍであった。しかし、該エピタキシャル
ＰＬＺＴ薄膜の表面を高分解能ＳＥＭによって観察した
所、該表面は、平滑ではあるがパイロクロア相が分散し
ているために、濃淡のみられる不均一な表面であった。
このため、光導波路特性の評価を行うべく、実施例１と
同様に光伝搬損失を求めたところ、固相エピタキシャル
成長温度を比較例１の６５０℃から７５０℃に上げたに
もかかわらず、伝搬損失が大きく測定することができな
かった。
【００６０】実施例２ 本実施例においては、ＮｂドープＳｒＴｉＯ3 （１０
０）半導体単結晶基板上へ、膜厚５００ｎｍのエピタキ
シャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）薄膜光導波路を成長
させた。
０）半導体単結晶基板上へ、膜厚５００ｎｍのエピタキ
シャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）薄膜光導波路を成長
させた。
【００６１】まず、Ｐｂが他の元素に対して化学量論組
成より１５％過剰であるＰｂ：Ｌａ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１０
６：９：６５：３５の各金属元素の組成割合（モル比）
で、Ｚｒ＋Ｔｉ濃度が０．６ＭのＰＬＺＴ用前駆体溶液
を、実施例１と同様にして得た。
成より１５％過剰であるＰｂ：Ｌａ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１０
６：９：６５：３５の各金属元素の組成割合（モル比）
で、Ｚｒ＋Ｔｉ濃度が０．６ＭのＰＬＺＴ用前駆体溶液
を、実施例１と同様にして得た。
【００６２】基板は、ＮｂドープＳｒＴｉＯ3 を用い、
溶剤洗浄、ＨＣｌ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Ｎ2 中にてエタノールのスピンコ
ーティングによって乾燥したものを用いた。
溶剤洗浄、ＨＣｌ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Ｎ2 中にてエタノールのスピンコ
ーティングによって乾燥したものを用いた。
【００６３】上記基板上に、前記ＰＬＺＴ用前駆体溶液
をＮ2 雰囲気中にて０．２μｍのフィルターを通してス
ピンコーティングした。次に、加湿Ｏ2 雰囲気（湿度２
％）中で１０℃／ｓｅｃにて昇温して３５０℃にて２分
間保持の後、８０℃／ｓｅｃにて昇温して７５０℃に２
分間保持し、最後に１０℃／秒の冷却速度で冷却した。
このようにして膜厚１００ｎｍの一層目のＰＬＺＴ薄膜
を固相エピタキシャル成長させた。
をＮ2 雰囲気中にて０．２μｍのフィルターを通してス
ピンコーティングした。次に、加湿Ｏ2 雰囲気（湿度２
％）中で１０℃／ｓｅｃにて昇温して３５０℃にて２分
間保持の後、８０℃／ｓｅｃにて昇温して７５０℃に２
分間保持し、最後に１０℃／秒の冷却速度で冷却した。
このようにして膜厚１００ｎｍの一層目のＰＬＺＴ薄膜
を固相エピタキシャル成長させた。
【００６４】以上の各工程をさらに４回（合計５回）繰
り返すことにより総膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰ
ＬＺＴ薄膜（強誘電体薄膜）を得た。なお、最後の層
（五層目）の成長工程の後には１０℃／秒の冷却速度で
４００℃に降温し、２時間保持の後、１℃／秒の冷却速
度で冷却を行った。
り返すことにより総膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰ
ＬＺＴ薄膜（強誘電体薄膜）を得た。なお、最後の層
（五層目）の成長工程の後には１０℃／秒の冷却速度で
４００℃に降温し、２時間保持の後、１℃／秒の冷却速
度で冷却を行った。
【００６５】得られたエピタキシャルＰＬＺＴ薄膜は、
Ｘ線回折θ−２θパターンおよびＸ線回折極点パターン
によると、結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ（１０
０）／／ＳｒＴｉＯ3 （１００）、面内方位ＰＬＺＴ
［００１］／／ＳｒＴｉＯ3 ［００１］の構造が得られ
た。ＰＬＺＴ（１００）面によるロッキングカーブ半値
幅は、基板によるロッキングカーブ半値幅とほぼ同様の
０．０９°と良好であった。
Ｘ線回折θ−２θパターンおよびＸ線回折極点パターン
によると、結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ（１０
０）／／ＳｒＴｉＯ3 （１００）、面内方位ＰＬＺＴ
［００１］／／ＳｒＴｉＯ3 ［００１］の構造が得られ
た。ＰＬＺＴ（１００）面によるロッキングカーブ半値
幅は、基板によるロッキングカーブ半値幅とほぼ同様の
０．０９°と良好であった。
【００６６】該エピタキシャルＰＬＺＴ薄膜の表面を高
分解能ＳＥＭによって観察した所、該表面は、極めて均
一かつ平滑であり、粒界や細孔の全くみられない、コン
トラストの得られないほど鏡面状であった。また、該エ
ピタキシャルＰＬＺＴ薄膜を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）
によってｒｍｓ表面粗さを同定すると、粗さはわずか１
ｎｍ以下であった。
分解能ＳＥＭによって観察した所、該表面は、極めて均
一かつ平滑であり、粒界や細孔の全くみられない、コン
トラストの得られないほど鏡面状であった。また、該エ
ピタキシャルＰＬＺＴ薄膜を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）
によってｒｍｓ表面粗さを同定すると、粗さはわずか１
ｎｍ以下であった。
【００６７】ＰＬＺＴ（９／６５／３５）薄膜表面へ上
部Ｐｔ電極を形成して下部電極となるＮｂドープＳｒＴ
ｉＯ3 半導体基板との間に電圧を印加することによって
抵抗率を測定すると、６×１０10Ω・ｃｍと良好な抵抗
率を示した。このように、本発明のエピタキシャルＰＬ
ＺＴ薄膜も、極めて単結晶に近く、均一性に優れた光導
波路として使用可能な薄膜であった。
部Ｐｔ電極を形成して下部電極となるＮｂドープＳｒＴ
ｉＯ3 半導体基板との間に電圧を印加することによって
抵抗率を測定すると、６×１０10Ω・ｃｍと良好な抵抗
率を示した。このように、本発明のエピタキシャルＰＬ
ＺＴ薄膜も、極めて単結晶に近く、均一性に優れた光導
波路として使用可能な薄膜であった。
【００６８】実施例３ 本実施例においては、基本的に実施例２と同様に、Ｎｂ
ドープＳｒＴｉＯ3 （１００）半導体単結晶基板上へ、
膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５／
３５）薄膜光導波路を成長させた。ただし、最後の層の
結晶化の後には保持を行わず１℃／秒の冷却速度で冷却
を行った。このようにして、総膜厚５００ｎｍのエピタ
キシャルＰＬＺＴ薄膜を得た。
ドープＳｒＴｉＯ3 （１００）半導体単結晶基板上へ、
膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５／
３５）薄膜光導波路を成長させた。ただし、最後の層の
結晶化の後には保持を行わず１℃／秒の冷却速度で冷却
を行った。このようにして、総膜厚５００ｎｍのエピタ
キシャルＰＬＺＴ薄膜を得た。
【００６９】ＰＬＺＴ（９／６５／３５）薄膜表面へ上
部Ｐｔ電極を形成して下部電極となるＮｂドープＳｒＴ
ｉＯ3 半導体基板との間に電圧を印加することによって
抵抗率を測定すると、６×１０7 Ω・ｃｍと実施例２よ
り低い抵抗率を示した。
部Ｐｔ電極を形成して下部電極となるＮｂドープＳｒＴ
ｉＯ3 半導体基板との間に電圧を印加することによって
抵抗率を測定すると、６×１０7 Ω・ｃｍと実施例２よ
り低い抵抗率を示した。
【００７０】しかし、得られたエピタキシャルＰＬＺＴ
薄膜は、Ｘ線回折θ−２θパターンおよびＸ線回折極点
パターンによると、結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ
（１００）／／ＳｒＴｉＯ3 （１００）、面内方位ＰＬ
ＺＴ［００１］／／ＳｒＴｉＯ3 ［００１］の構造であ
った。ＰＬＺＴ（１００）面によるロッキングカーブ半
値幅は、基板によるロッキングカーブ半値幅とほぼ同様
の０．０９°と良好であった。
薄膜は、Ｘ線回折θ−２θパターンおよびＸ線回折極点
パターンによると、結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ
（１００）／／ＳｒＴｉＯ3 （１００）、面内方位ＰＬ
ＺＴ［００１］／／ＳｒＴｉＯ3 ［００１］の構造であ
った。ＰＬＺＴ（１００）面によるロッキングカーブ半
値幅は、基板によるロッキングカーブ半値幅とほぼ同様
の０．０９°と良好であった。
【００７１】また、該エピタキシャルＰＬＺＴ薄膜の表
面を高分解能ＳＥＭによって観察した所、該表面は、極
めて均一かつ平滑であり、粒界や細孔の全くみられな
い、コントラストの得られないほど鏡面状であった。さ
らに、該エピタキシャルＰＬＺＴ薄膜を原子間力顕微鏡
（ＡＦＭ）によってｒｍｓ表面粗さを同定すると、粗さ
はわずか１ｎｍ以下であった。
面を高分解能ＳＥＭによって観察した所、該表面は、極
めて均一かつ平滑であり、粒界や細孔の全くみられな
い、コントラストの得られないほど鏡面状であった。さ
らに、該エピタキシャルＰＬＺＴ薄膜を原子間力顕微鏡
（ＡＦＭ）によってｒｍｓ表面粗さを同定すると、粗さ
はわずか１ｎｍ以下であった。
【００７２】実施例４ 本実施例においては、ＳｒＴｉＯ3 （１００）単結晶基
板上へ、膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９
／６５／３５）薄膜光導波路を成長させた。まず、Ｐｂ
が他の元素に対して化学量論組成より５％過剰であるＰ
ｂ：Ｌａ：Ｚｒ：Ｔｉ＝９６：９：６５：３５の各金属
元素の組成割合（モル比）で、Ｚｒ＋Ｔｉ濃度が０．６
ＭのＰＬＺＴ用前駆体溶液を、実施例１と同様にして得
た。
板上へ、膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９
／６５／３５）薄膜光導波路を成長させた。まず、Ｐｂ
が他の元素に対して化学量論組成より５％過剰であるＰ
ｂ：Ｌａ：Ｚｒ：Ｔｉ＝９６：９：６５：３５の各金属
元素の組成割合（モル比）で、Ｚｒ＋Ｔｉ濃度が０．６
ＭのＰＬＺＴ用前駆体溶液を、実施例１と同様にして得
た。
【００７３】実施例１と同様のＳｒＴｉＯ3 基板を用意
し、該基板上に、前記ＰＬＺＴ用前駆体溶液をＮ2 雰囲
気中にて０．２μｍのフィルターを通して、スピンコー
ティングした。次に、加湿Ｏ2 雰囲気（湿度２ｍｏｌ
％）中で１０℃／ｓｅｃにて昇温して３５０℃にて２分
間保持の後、８０℃／ｓｅｃにて昇温して７５０℃に２
分間保持し、最後に１０℃／秒の冷却速度で冷却した。
このようにして膜厚１００ｎｍの一層目のＰＬＺＴ薄膜
を固相エピタキシャル成長させた。
し、該基板上に、前記ＰＬＺＴ用前駆体溶液をＮ2 雰囲
気中にて０．２μｍのフィルターを通して、スピンコー
ティングした。次に、加湿Ｏ2 雰囲気（湿度２ｍｏｌ
％）中で１０℃／ｓｅｃにて昇温して３５０℃にて２分
間保持の後、８０℃／ｓｅｃにて昇温して７５０℃に２
分間保持し、最後に１０℃／秒の冷却速度で冷却した。
このようにして膜厚１００ｎｍの一層目のＰＬＺＴ薄膜
を固相エピタキシャル成長させた。
【００７４】以上の各工程をさらに４回（合計５回）繰
り返すことにより総膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰ
ＬＺＴ薄膜（強誘電体薄膜）を得た。なお、最後の層
（五層目）の成長工程の後には ℃／秒の冷却速度で
４００℃に降温し、２時間保持の後、１℃／秒の冷却速
度で冷却を行った。
り返すことにより総膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰ
ＬＺＴ薄膜（強誘電体薄膜）を得た。なお、最後の層
（五層目）の成長工程の後には ℃／秒の冷却速度で
４００℃に降温し、２時間保持の後、１℃／秒の冷却速
度で冷却を行った。
【００７５】得られたエピタキシャルＰＬＺＴ薄膜は、
Ｘ線回折θ−２θパターンおよびＸ線回折極点パターン
によると、結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ（１０
０）／／ＳｒＴｉＯ3 （１００）、面内方位ＰＬＺＴ
［００１］／／ＳｒＴｉＯ3 ［００１］の構造が得られ
た。ＰＬＺＴ（１００）面によるロッキングカーブ半値
幅は０．３４°であった。
Ｘ線回折θ−２θパターンおよびＸ線回折極点パターン
によると、結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ（１０
０）／／ＳｒＴｉＯ3 （１００）、面内方位ＰＬＺＴ
［００１］／／ＳｒＴｉＯ3 ［００１］の構造が得られ
た。ＰＬＺＴ（１００）面によるロッキングカーブ半値
幅は０．３４°であった。
【００７６】該エピタキシャルＰＬＺＴ薄膜の表面を高
分解能ＳＥＭによって観察した所、該表面は、極めて均
一かつ平滑であり、粒界や細孔の全くみられない、コン
トラストの得られない鏡面状の表面であった。また、該
エピタキシャルＰＬＺＴ薄膜を原子間力顕微鏡（ＡＦ
Ｍ）によってｒｍｓ表面粗さを同定すると、粗さは１ｎ
ｍであった。
分解能ＳＥＭによって観察した所、該表面は、極めて均
一かつ平滑であり、粒界や細孔の全くみられない、コン
トラストの得られない鏡面状の表面であった。また、該
エピタキシャルＰＬＺＴ薄膜を原子間力顕微鏡（ＡＦ
Ｍ）によってｒｍｓ表面粗さを同定すると、粗さは１ｎ
ｍであった。
【００７７】さらに上記エピタキシャルＰＬＺＴ薄膜の
光導波路特性の評価を行うため、実施例１と同様に光伝
搬損失を求めたところ、６３３ｎｍの波長で８ｄＢ／ｃ
ｍ、７８０ｎｍの波長で４ｄＢ／ｃｍと優れた特性を示
した。また、ＴＥ０モードおよびＴＥ１モードより屈折
率を求めると、６３３ｎｍの波長で２．４９、７８０ｎ
ｍの波長で２．４５とバルクと同等の屈折率を示した。
光導波路特性の評価を行うため、実施例１と同様に光伝
搬損失を求めたところ、６３３ｎｍの波長で８ｄＢ／ｃ
ｍ、７８０ｎｍの波長で４ｄＢ／ｃｍと優れた特性を示
した。また、ＴＥ０モードおよびＴＥ１モードより屈折
率を求めると、６３３ｎｍの波長で２．４９、７８０ｎ
ｍの波長で２．４５とバルクと同等の屈折率を示した。
【００７８】実施例５ 本実施例においては、ＳｒＴｉＯ3 （１００）単結晶基
板上へ、膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（８
／６５／３５）薄膜光導波路を成長させた。
板上へ、膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（８
／６５／３５）薄膜光導波路を成長させた。
【００７９】まず、Ｐｂが他の元素に対して化学量論組
成より１０％過剰であるＰｂ：Ｌａ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１０
２：８：６５：３５の各金属元素の組成割合（モル比）
で、Ｚｒ＋Ｔｉ濃度が０．６ＭのＰＬＺＴ用前駆体溶液
を、実施例１と同様にして得た。
成より１０％過剰であるＰｂ：Ｌａ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１０
２：８：６５：３５の各金属元素の組成割合（モル比）
で、Ｚｒ＋Ｔｉ濃度が０．６ＭのＰＬＺＴ用前駆体溶液
を、実施例１と同様にして得た。
【００８０】実施例１と同様のＳｒＴｉＯ3 基板を用意
し、該基板上に、前記ＰＬＺＴ用前駆体溶液をＮ2 雰囲
気中にて０．２μｍのフィルターを通して、スピンコー
ティングした。次に、乾燥Ｏ2 雰囲気（湿度２ｍｏｌ
％）中で１０℃／ｓｅｃにて昇温して３００℃にて２分
間保持の後、２０℃／ｓｅｃにて昇温して７５０℃に２
分間保持し、最後に１０℃／秒の冷却速度で冷却した。
このようにして膜厚１００ｎｍの一層目のＰＬＺＴ薄膜
を固相エピタキシャル成長させた。
し、該基板上に、前記ＰＬＺＴ用前駆体溶液をＮ2 雰囲
気中にて０．２μｍのフィルターを通して、スピンコー
ティングした。次に、乾燥Ｏ2 雰囲気（湿度２ｍｏｌ
％）中で１０℃／ｓｅｃにて昇温して３００℃にて２分
間保持の後、２０℃／ｓｅｃにて昇温して７５０℃に２
分間保持し、最後に１０℃／秒の冷却速度で冷却した。
このようにして膜厚１００ｎｍの一層目のＰＬＺＴ薄膜
を固相エピタキシャル成長させた。
【００８１】以上の各工程をさらに４回（合計５回）繰
り返すことにより総膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰ
ＬＺＴ薄膜（強誘電体薄膜）を得た。なお、最後の層
（五層目）の成長工程の後には１０℃／秒の冷却速度で
５００℃に降温し、３０時間保持の後、１０℃／秒の冷
却速度で冷却を行った。
り返すことにより総膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰ
ＬＺＴ薄膜（強誘電体薄膜）を得た。なお、最後の層
（五層目）の成長工程の後には１０℃／秒の冷却速度で
５００℃に降温し、３０時間保持の後、１０℃／秒の冷
却速度で冷却を行った。
【００８２】得られたエピタキシャルＰＬＺＴ薄膜は、
Ｘ線回折θ−２θパターンおよびＸ線回折極点パターン
によると、結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ（１０
０）／／ＳｒＴｉＯ3 （１００）、面内方位ＰＬＺＴ
［００１］／／ＳｒＴｉＯ3 ［００１］の構造が得られ
た。ＰＬＺＴ（１００）面によるロッキングカーブ半値
幅は０．２５°であった。
Ｘ線回折θ−２θパターンおよびＸ線回折極点パターン
によると、結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ（１０
０）／／ＳｒＴｉＯ3 （１００）、面内方位ＰＬＺＴ
［００１］／／ＳｒＴｉＯ3 ［００１］の構造が得られ
た。ＰＬＺＴ（１００）面によるロッキングカーブ半値
幅は０．２５°であった。
【００８３】該エピタキシャルＰＬＺＴ薄膜の表面を高
分解能ＳＥＭによって観察した所、該表面は、極めて均
一かつ平滑であり、粒界や細孔の全くみられない、コン
トラストの得られない鏡面状の表面であった。また、該
エピタキシャルＰＬＺＴ薄膜を原子間力顕微鏡（ＡＦ
Ｍ）によってｒｍｓ表面粗さを同定すると、粗さは１ｎ
ｍであった。
分解能ＳＥＭによって観察した所、該表面は、極めて均
一かつ平滑であり、粒界や細孔の全くみられない、コン
トラストの得られない鏡面状の表面であった。また、該
エピタキシャルＰＬＺＴ薄膜を原子間力顕微鏡（ＡＦ
Ｍ）によってｒｍｓ表面粗さを同定すると、粗さは１ｎ
ｍであった。
【００８４】実施例６ 本実施例においては、ＳｒＴｉＯ3 （１００）単結晶基
板上へ、膜厚４００ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ（６５
／３５）薄膜を成長させた。
板上へ、膜厚４００ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ（６５
／３５）薄膜を成長させた。
【００８５】まず、無水酢酸鉛Ｐｂ（ＣＨ3 ＣＯ
Ｏ）2 、ジルコニウム・イソプロポキシドＺｒ（Ｏ−ｉ
−Ｃ3 Ｈ7 ）4 、およびチタン・イソプロポキシドＴｉ
（Ｏ−ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）4 を出発原料として、Ｐｂが他の
元素に対して化学量論組成より３％過剰であるＰｂ：Ｚ
ｒ：Ｔｉ＝１０３：６５：３５の各金属元素の組成割合
（モル比）で２−メトキシエタノールに溶解し、６時間
の蒸留を行ったのち１８時間の還流を行い、最終的にＺ
ｒ＋Ｔｉ濃度で０．６ＭのＰＺＴ用前駆体溶液を得た。
Ｏ）2 、ジルコニウム・イソプロポキシドＺｒ（Ｏ−ｉ
−Ｃ3 Ｈ7 ）4 、およびチタン・イソプロポキシドＴｉ
（Ｏ−ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）4 を出発原料として、Ｐｂが他の
元素に対して化学量論組成より３％過剰であるＰｂ：Ｚ
ｒ：Ｔｉ＝１０３：６５：３５の各金属元素の組成割合
（モル比）で２−メトキシエタノールに溶解し、６時間
の蒸留を行ったのち１８時間の還流を行い、最終的にＺ
ｒ＋Ｔｉ濃度で０．６ＭのＰＺＴ用前駆体溶液を得た。
【００８６】実施例１と同様のＳｒＴｉＯ3 基板を用意
し、該基板上に、前記ＰＺＴ用前駆体溶液を０．２μｍ
のフィルターを通してスピンコーティングを行った。以
上の操作は全てＮ2 雰囲気中にて行った。次に、加湿Ｏ
2 雰囲気（湿度２ｍｏｌ％）中で１０℃／ｓｅｃにて昇
温して４００℃にて２分間保持の後、８０℃／ｓｅｃに
て昇温して６５０℃に６０分間保持し、最後に１０℃／
秒の冷却速度で冷却した。このようにして膜厚１００ｎ
ｍの一層目のＰＺＴ薄膜を固相エピタキシャル成長させ
た。
し、該基板上に、前記ＰＺＴ用前駆体溶液を０．２μｍ
のフィルターを通してスピンコーティングを行った。以
上の操作は全てＮ2 雰囲気中にて行った。次に、加湿Ｏ
2 雰囲気（湿度２ｍｏｌ％）中で１０℃／ｓｅｃにて昇
温して４００℃にて２分間保持の後、８０℃／ｓｅｃに
て昇温して６５０℃に６０分間保持し、最後に１０℃／
秒の冷却速度で冷却した。このようにして膜厚１００ｎ
ｍの一層目のＰＺＴ薄膜を固相エピタキシャル成長させ
た。
【００８７】以上の各工程をさらに３回（合計４回）繰
り返すことにより総膜厚４００ｎｍのエピタキシャルＰ
ＺＴ薄膜（強誘電体薄膜）を得た。なお、最後の層（四
層目）の成長工程の後の冷却は、１℃／秒の冷却速度で
行った。
り返すことにより総膜厚４００ｎｍのエピタキシャルＰ
ＺＴ薄膜（強誘電体薄膜）を得た。なお、最後の層（四
層目）の成長工程の後の冷却は、１℃／秒の冷却速度で
行った。
【００８８】得られたエピタキシャルＰＺＴ薄膜は、Ｘ
線回折θ−２θパターンおよびＸ線回折極点パターンに
よると、結晶学的関係は単一配向のＰＺＴ（１００）／
／ＳｒＴｉＯ3 （１００）、面内方位ＰＺＴ［００１］
／／ＳｒＴｉＯ3 ［００１］の構造が得られた。ＰＺＴ
（１００）面によるロッキングカーブ半値幅は０．１６
°と良好であった。
線回折θ−２θパターンおよびＸ線回折極点パターンに
よると、結晶学的関係は単一配向のＰＺＴ（１００）／
／ＳｒＴｉＯ3 （１００）、面内方位ＰＺＴ［００１］
／／ＳｒＴｉＯ3 ［００１］の構造が得られた。ＰＺＴ
（１００）面によるロッキングカーブ半値幅は０．１６
°と良好であった。
【００８９】該エピタキシャルＰＺＴ薄膜の表面を高分
解能ＳＥＭによって観察した所、該表面は極めて均一か
つ平滑であり、粒界や細孔の全くみられない、コントラ
ストの得られないほど鏡面状であった。また、該エピタ
キシャルＰＬＺＴ薄膜を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によ
ってｒｍｓ表面粗さを同定すると、粗さは１ｎｍであっ
た。
解能ＳＥＭによって観察した所、該表面は極めて均一か
つ平滑であり、粒界や細孔の全くみられない、コントラ
ストの得られないほど鏡面状であった。また、該エピタ
キシャルＰＬＺＴ薄膜を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によ
ってｒｍｓ表面粗さを同定すると、粗さは１ｎｍであっ
た。
【００９０】実施例７ 本実施例においては、ＳｒＴｉＯ3 （１００）単結晶基
板上へ、膜厚９６０ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ（８５
／１５）薄膜光導波路を成長させた。
板上へ、膜厚９６０ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ（８５
／１５）薄膜光導波路を成長させた。
【００９１】まず、Ｐｂが他の元素に対して化学量論組
成より３％過剰であるＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１０３：８
５：１５の各金属元素の組成割合（モル比）で、ＰＺＴ
用前駆体溶液を、実施例６と同様にして得た。
成より３％過剰であるＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１０３：８
５：１５の各金属元素の組成割合（モル比）で、ＰＺＴ
用前駆体溶液を、実施例６と同様にして得た。
【００９２】実施例１と同様のＳｒＴｉＯ3 基板を用意
し、該基板上に、前記ＰＺＴ用前駆体溶液をＮ2 雰囲気
中にて０．２μｍのフィルターを通して、スピンコーテ
ィングした。次に、加湿Ｏ2 雰囲気（湿度２ｍｏｌ％）
中で１０℃／ｓｅｃにて昇温して４００℃にて２分間保
持の後、８０℃／ｓｅｃにて昇温して６５０℃に３０分
間保持し、最後に５℃／秒の冷却速度で冷却した。この
ようにして膜厚８０ｎｍの一層目のＰＺＴ薄膜を固相エ
ピタキシャル成長させた。
し、該基板上に、前記ＰＺＴ用前駆体溶液をＮ2 雰囲気
中にて０．２μｍのフィルターを通して、スピンコーテ
ィングした。次に、加湿Ｏ2 雰囲気（湿度２ｍｏｌ％）
中で１０℃／ｓｅｃにて昇温して４００℃にて２分間保
持の後、８０℃／ｓｅｃにて昇温して６５０℃に３０分
間保持し、最後に５℃／秒の冷却速度で冷却した。この
ようにして膜厚８０ｎｍの一層目のＰＺＴ薄膜を固相エ
ピタキシャル成長させた。
【００９３】以上の各工程をさらに１１回（合計１２
回）繰り返すことにより総膜厚９６０ｎｍのエピタキシ
ャルＰＺＴ薄膜（強誘電体薄膜）を得た。なお、最後の
層（１２層目）の成長工程の後の冷却は、１℃／秒の冷
却速度で行った。
回）繰り返すことにより総膜厚９６０ｎｍのエピタキシ
ャルＰＺＴ薄膜（強誘電体薄膜）を得た。なお、最後の
層（１２層目）の成長工程の後の冷却は、１℃／秒の冷
却速度で行った。
【００９４】得られたエピタキシャルＰＺＴ薄膜は、Ｘ
線回折θ−２θパターンおよびＸ線回折極点パターンに
よると、結晶学的関係は単一配向のＰＺＴ（１００）／
／ＳｒＴｉＯ3 （１００）、面内方位ＰＺＴ［００１］
／／ＳｒＴｉＯ3 ［００１］の構造が得られた。ＰＺＴ
（１００）面によるロッキングカーブ半値幅は０．１３
°と良好であった。
線回折θ−２θパターンおよびＸ線回折極点パターンに
よると、結晶学的関係は単一配向のＰＺＴ（１００）／
／ＳｒＴｉＯ3 （１００）、面内方位ＰＺＴ［００１］
／／ＳｒＴｉＯ3 ［００１］の構造が得られた。ＰＺＴ
（１００）面によるロッキングカーブ半値幅は０．１３
°と良好であった。
【００９５】該エピタキシャルＰＺＴ薄膜の表面を高分
解能ＳＥＭによって観察した所、該表面は、極めて均一
かつ平滑であり、粒界や細孔の全くみられない、コント
ラストの得られないほど鏡面状の表面であった。また、
該エピタキシャルＰＬＺＴ薄膜を原子間力顕微鏡（ＡＦ
Ｍ）によってｒｍｓ表面粗さを同定すると、粗さは１ｎ
ｍであった。光導波路特性の評価を行うため、実施例１
と同様に光伝搬損失を求めたところ、６３３ｎｍの波長
で１７ｄＢ／ｃｍを示した。
解能ＳＥＭによって観察した所、該表面は、極めて均一
かつ平滑であり、粒界や細孔の全くみられない、コント
ラストの得られないほど鏡面状の表面であった。また、
該エピタキシャルＰＬＺＴ薄膜を原子間力顕微鏡（ＡＦ
Ｍ）によってｒｍｓ表面粗さを同定すると、粗さは１ｎ
ｍであった。光導波路特性の評価を行うため、実施例１
と同様に光伝搬損失を求めたところ、６３３ｎｍの波長
で１７ｄＢ／ｃｍを示した。
【００９６】実施例８ 本実施例においては、ＳｒＴｉＯ3 （１００）単結晶基
板上へ、膜厚４００ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ（９５
／５）薄膜を成長させた。まず、Ｐｂが他の元素に対し
て化学量論組成より１５％過剰であるＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ
＝１１５：９５：５の各金属元素の組成割合（モル比）
で、ＰＺＴ用前駆体溶液を、実施例６と同様にして得
た。
板上へ、膜厚４００ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ（９５
／５）薄膜を成長させた。まず、Ｐｂが他の元素に対し
て化学量論組成より１５％過剰であるＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ
＝１１５：９５：５の各金属元素の組成割合（モル比）
で、ＰＺＴ用前駆体溶液を、実施例６と同様にして得
た。
【００９７】実施例１と同様のＳｒＴｉＯ3 基板を用意
し、該基板上に、前記ＰＺＴ用前駆体溶液をＮ2 雰囲気
中にて０．２μｍのフィルターを通して、スピンコーテ
ィングした。次に、加湿Ｏ2 雰囲気（湿度２ｍｏｌ％）
中で１０℃／ｓｅｃにて昇温して４００℃にて２分間保
持の後、８０℃／ｓｅｃにて昇温して７５０℃に２分間
保持し、最後に１０℃／秒の冷却速度で冷却した。この
ようにして膜厚１００ｎｍの一層目のＰＺＴ薄膜を固相
エピタキシャル成長させた。
し、該基板上に、前記ＰＺＴ用前駆体溶液をＮ2 雰囲気
中にて０．２μｍのフィルターを通して、スピンコーテ
ィングした。次に、加湿Ｏ2 雰囲気（湿度２ｍｏｌ％）
中で１０℃／ｓｅｃにて昇温して４００℃にて２分間保
持の後、８０℃／ｓｅｃにて昇温して７５０℃に２分間
保持し、最後に１０℃／秒の冷却速度で冷却した。この
ようにして膜厚１００ｎｍの一層目のＰＺＴ薄膜を固相
エピタキシャル成長させた。
【００９８】以上の各工程をさらに３回（合計４回）繰
り返すことにより総膜厚４００ｎｍのエピタキシャルＰ
ＺＴ薄膜（強誘電体薄膜）を得た。なお、最後の層（四
層目）の成長工程の後の冷却は、１０℃／秒の冷却速度
で行った。
り返すことにより総膜厚４００ｎｍのエピタキシャルＰ
ＺＴ薄膜（強誘電体薄膜）を得た。なお、最後の層（四
層目）の成長工程の後の冷却は、１０℃／秒の冷却速度
で行った。
【００９９】得られたエピタキシャルＰＺＴ薄膜は、Ｘ
線回折θ−２θパターンおよびＸ線回折極点パターンに
よると、結晶学的関係は単一配向のＰＺＴ（１００）／
／ＳｒＴｉＯ3 （１００）、面内方位ＰＺＴ［００１］
／／ＳｒＴｉＯ3 ［００１］の構造が得られた。ＰＺＴ
（１００）面によるロッキングカーブ半値幅は０．１９
°と良好であった。
線回折θ−２θパターンおよびＸ線回折極点パターンに
よると、結晶学的関係は単一配向のＰＺＴ（１００）／
／ＳｒＴｉＯ3 （１００）、面内方位ＰＺＴ［００１］
／／ＳｒＴｉＯ3 ［００１］の構造が得られた。ＰＺＴ
（１００）面によるロッキングカーブ半値幅は０．１９
°と良好であった。
【０１００】該エピタキシャルＰＺＴ薄膜の表面を高分
解能ＳＥＭによって観察した所、該表面は極めて均一か
つ平滑であり、粒界や細孔の全くみられない、コントラ
ストの得られないほど鏡面状であった。また、該エピタ
キシャルＰＬＺＴ薄膜を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によ
ってｒｍｓ表面粗さを同定すると、粗さは１ｎｍであっ
た。
解能ＳＥＭによって観察した所、該表面は極めて均一か
つ平滑であり、粒界や細孔の全くみられない、コントラ
ストの得られないほど鏡面状であった。また、該エピタ
キシャルＰＬＺＴ薄膜を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によ
ってｒｍｓ表面粗さを同定すると、粗さは１ｎｍであっ
た。
【０１０１】実施例９ 本実施例においては、サファイア（０１１２）単結晶基
板上へ、膜厚６００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９
／６５／３５）薄膜を成長させた。
板上へ、膜厚６００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９
／６５／３５）薄膜を成長させた。
【０１０２】まず、Ｐｂが他の元素に対して化学量論組
成より１５％過剰であるＰｂ：Ｌａ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１０
６：９：６５：３５の各金属元素の組成割合（モル比）
で、ＰＬＺＴ用前駆体溶液を、実施例１と同様にして得
た。
成より１５％過剰であるＰｂ：Ｌａ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１０
６：９：６５：３５の各金属元素の組成割合（モル比）
で、ＰＬＺＴ用前駆体溶液を、実施例１と同様にして得
た。
【０１０３】実施例１と同様のＳｒＴｉＯ3 基板を用意
し、該基板上に、前記ＰＬＺＴ用前駆体溶液をＮ2 雰囲
気中にて０．２μｍのフィルターを通して、スピンコー
ティングした。次に、乾燥Ｏ2 雰囲気（湿度２ｍｏｌ
％）中で１０℃／ｓｅｃにて昇温して３００℃にて２分
間保持の後、８０℃／ｓｅｃにて昇温して７５０℃に２
分間保持し、最後に５℃／秒の冷却速度で冷却した。こ
のようにして膜厚１００ｎｍの一層目のＰＬＺＴ薄膜を
固相エピタキシャル成長させた。
し、該基板上に、前記ＰＬＺＴ用前駆体溶液をＮ2 雰囲
気中にて０．２μｍのフィルターを通して、スピンコー
ティングした。次に、乾燥Ｏ2 雰囲気（湿度２ｍｏｌ
％）中で１０℃／ｓｅｃにて昇温して３００℃にて２分
間保持の後、８０℃／ｓｅｃにて昇温して７５０℃に２
分間保持し、最後に５℃／秒の冷却速度で冷却した。こ
のようにして膜厚１００ｎｍの一層目のＰＬＺＴ薄膜を
固相エピタキシャル成長させた。
【０１０４】以上の各工程をさらに５回（合計６回）繰
り返すことにより総膜厚６００ｎｍのエピタキシャルＰ
ＬＺＴ薄膜（強誘電体薄膜）を得た。なお、最後の層
（六層目）の成長工程の後の冷却は、１℃／秒の冷却速
度で行った。
り返すことにより総膜厚６００ｎｍのエピタキシャルＰ
ＬＺＴ薄膜（強誘電体薄膜）を得た。なお、最後の層
（六層目）の成長工程の後の冷却は、１℃／秒の冷却速
度で行った。
【０１０５】得られたエピタキシャルＰＬＺＴ薄膜は、
Ｘ線回折θ−２θパターンおよびＸ線回折極点パターン
によると、結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ（１１
０）／／サファイア（０１１２）の構造が得られた。Ｐ
ＬＺＴ（１００）面によるロッキングカーブ半値幅は
０．３６°と良好であった。
Ｘ線回折θ−２θパターンおよびＸ線回折極点パターン
によると、結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ（１１
０）／／サファイア（０１１２）の構造が得られた。Ｐ
ＬＺＴ（１００）面によるロッキングカーブ半値幅は
０．３６°と良好であった。
【０１０６】該エピタキシャルＰＬＺＴ薄膜の表面を高
分解能ＳＥＭによって観察した所、表面は極めて均一か
つ平滑であり、粒界や細孔の全くみられない、コントラ
ストの得られない鏡面状であった。また、該エピタキシ
ャルＰＬＺＴ薄膜を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって
ｒｍｓ表面粗さを同定すると、粗さは０．１５ｎｍであ
った。
分解能ＳＥＭによって観察した所、表面は極めて均一か
つ平滑であり、粒界や細孔の全くみられない、コントラ
ストの得られない鏡面状であった。また、該エピタキシ
ャルＰＬＺＴ薄膜を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって
ｒｍｓ表面粗さを同定すると、粗さは０．１５ｎｍであ
った。
【０１０７】
【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、組成が安
定に制御され、表面が光学的に平滑であり、かつ、高い
結晶性を有する単結晶状のエピタキシャル強誘電体薄膜
を、広い面積に、低設備コストで形成可能であり、高い
工業的品質と生産安定性とを有する光導波路構造を有す
る強誘電体薄膜素子を得ることができる。
定に制御され、表面が光学的に平滑であり、かつ、高い
結晶性を有する単結晶状のエピタキシャル強誘電体薄膜
を、広い面積に、低設備コストで形成可能であり、高い
工業的品質と生産安定性とを有する光導波路構造を有す
る強誘電体薄膜素子を得ることができる。
【図１】従来の製造方法による、密度の低い多結晶薄膜
を示す概略拡大断面図である。
を示す概略拡大断面図である。
【図２】従来の製造方法による、細孔を若干含み、表面
が光学的に平滑ではないエピタキシャル薄膜を示す概略
拡大断面図である。
が光学的に平滑ではないエピタキシャル薄膜を示す概略
拡大断面図である。
【図３】従来の製造方法による、パイロクロア相が残留
する不均一なエピタキシャル薄膜を示す概略拡大断面図
である。
する不均一なエピタキシャル薄膜を示す概略拡大断面図
である。
【図４】Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4 Ｏ3
のｘおよびｙの値の相図である。
のｘおよびｙの値の相図である。
【図５】本発明の製造方法による、密度が高く、均一
で、光学的に平滑なエピタキシャル薄膜を示す概略拡大
断面図である。
で、光学的に平滑なエピタキシャル薄膜を示す概略拡大
断面図である。
１：基板 ２：強誘電体薄膜 ３：パイロクロア相 ４：結晶粒界 ５：ピンホール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 27/108 21/8242 (72)発明者 森川 尚 神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテ クなかい富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者 中村 滋年 神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテ クなかい富士ゼロックス株式会社内
Claims (8)
- 【請求項１】 単結晶基板上に有機金属化合物からなる
強誘電体前駆体を塗布して薄膜を形成する塗布工程と、
該薄膜を熱分解させる熱分解工程と、それに続いて所定
の成長温度へ昇温して強誘電体薄膜を固相エピタキシャ
ル成長させる成長工程と、を単数回あるいは複数回行う
強誘電体薄膜素子の作製方法において、 強誘電体薄膜の組成が、０＜ｘ＜０．２、０．５２＜ｙ
＜１の範囲のＰｂ1-xＬａx （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）1-x/4
Ｏ3 であり、 強誘電体前駆体が、Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒy Ｔｉ1-y ）
1-x/4 Ｏ3 の化学量論組成より過剰のＰｂを含み、 成長工程の成長温度が、６５０℃以上であることを特徴
とする強誘電体薄膜素子の作製方法。 - 【請求項２】 前記成長温度への昇温過程における、パ
イロクロア相の核が生成される温度範囲を、１０〜５０
０℃／秒の昇温速度で昇温することを特徴とする請求項
１に記載の強誘電体薄膜素子の作製方法。 - 【請求項３】 前記成長温度への昇温過程における、３
５０〜４５０℃の温度範囲を、１０〜５００℃／秒の昇
温速度で昇温することを特徴とする請求項１に記載の強
誘電体薄膜素子の作製方法。 - 【請求項４】 前記成長温度への昇温速度を１０〜５０
０℃／秒とすることを特徴とする請求項１に記載の強誘
電体薄膜素子の作製方法。 - 【請求項５】 前記固相エピタキシャル成長させる工程
に続いて、前記固相エピタキシャル成長させる所定の温
度未満の温度で保持し、その後降温することを特徴とす
る請求項１ないし４のいずれか１に記載の強誘電体薄膜
素子の作製方法。 - 【請求項６】 前記有機金属化合物が、金属アルコキシ
ド類および金属塩類より選ばれる複数の有機金属化合物
の混合物、またはそれらの反応生成物であることを特徴
とする請求項１ないし５の何れか１に記載の強誘電体薄
膜素子の作製方法。 - 【請求項７】 単結晶基板が、少なくともＳｒＴｉＯ3
よりなる材料であることを特徴とする請求項１ないし６
の何れか１に記載の強誘電体薄膜素子の作製方法。 - 【請求項８】 前記熱分解工程および／または成長工程
が、酸素を含む雰囲気中にて行われることを特徴とする
請求項１ないし７のいずれか１に記載の強誘電体薄膜素
子の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10007073A JPH11199393A (ja) | 1998-01-16 | 1998-01-16 | 強誘電体薄膜素子の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10007073A JPH11199393A (ja) | 1998-01-16 | 1998-01-16 | 強誘電体薄膜素子の作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11199393A true JPH11199393A (ja) | 1999-07-27 |
Family
ID=11655915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10007073A Pending JPH11199393A (ja) | 1998-01-16 | 1998-01-16 | 強誘電体薄膜素子の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11199393A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008096733A1 (ja) * | 2007-02-05 | 2008-08-14 | Epiphotonics Inc. | 光増幅器及びその製造方法 |
| WO2014091969A1 (ja) * | 2012-12-14 | 2014-06-19 | 日本碍子株式会社 | 単結晶製造装置、当該装置を用いる単結晶製造方法、及び当該方法によって製造される単結晶 |
| WO2014091968A1 (ja) * | 2012-12-14 | 2014-06-19 | 日本碍子株式会社 | 単結晶製造方法、及び当該方法によって製造される単結晶 |
-
1998
- 1998-01-16 JP JP10007073A patent/JPH11199393A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008096733A1 (ja) * | 2007-02-05 | 2008-08-14 | Epiphotonics Inc. | 光増幅器及びその製造方法 |
| JP2008192829A (ja) * | 2007-02-05 | 2008-08-21 | Univ Waseda | 光増幅器及びその製造方法。 |
| WO2014091969A1 (ja) * | 2012-12-14 | 2014-06-19 | 日本碍子株式会社 | 単結晶製造装置、当該装置を用いる単結晶製造方法、及び当該方法によって製造される単結晶 |
| WO2014091968A1 (ja) * | 2012-12-14 | 2014-06-19 | 日本碍子株式会社 | 単結晶製造方法、及び当該方法によって製造される単結晶 |
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