JPH07321596A

JPH07321596A - 配向性材料および表面弾性波素子

Info

Publication number: JPH07321596A
Application number: JP6115538A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Yagou; 昭広八郷; Hideaki Nakahata; 英章中幡; Kenjiro Higaki; 賢次郎桧垣; Satoru Fujii; 知藤井; Shinichi Shikada; 真一鹿田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1994-05-27
Filing date: 1994-05-27
Publication date: 1995-12-08
Anticipated expiration: 2017-11-11
Also published as: JP3344442B2

Abstract

(57)【要約】【構成】ダイヤモンド層と、該ダイヤモンドの（１１
１）または（１００）配向性を有する面上に配置された
ＬｉＮｂＯ₃膜とからなる積層構造を有する配向性基
板。該基板のＬｉＮｂＯ₃膜上、またはＬｉＮｂＯ₃膜
とダイヤモンドとの間に、更に櫛型電極を配置すること
により、表面弾性波素子が形成される。【効果】ダイヤモンドの（１１１）または（１００）
配向性を有する面上に、圧電体としての機能を有するＬ
ｉＮｂＯ₃膜を成膜しているため、他の配向性の面上に
ＬｉＮｂＯ₃を成膜した場合と比較して、より高いｃ軸
またはａ軸配向性が得られる。この高い配向性に基づ
き、良好な結晶性と、表面凹凸の少ないＬｉＮｂＯ₃膜
表面が得られ、種々のデバイス形成時の要素として好適
な配向性基板が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ダイヤモンドを利用し
た種々のデバイスに使用可能な配向性材料ないし配向性
基板、より詳しくは、ダイヤモンドと、該ダイヤモンド
の特定の配向性を有する面上に形成した他の材料からな
る層とを含む配向性材料ないし配向性基板、並びに該配
向性基板を用いる表面弾性波素子に関する。このような
表面弾性波素子は、例えば高周波フィルタ等に好適に使
用可能である。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンドは物質中最高の音速を有
し、熱伝導性も高く、バンドギャップも５．５ｅＶと、
既存の物質では非常に大きい。また、近紫外領域から、
近赤外領域の光に対して透明であるため、音響用途、表
面弾性波、光学用途、半導体等の分野において特性の改
善、動作領域の拡大への利用が期待されている。ダイヤ
モンドは、このような力学的、電気的ないし電子的特性
を利用して、種々の力学的、電気的、あるいは電子的デ
バイスに用いられている（例えば、犬塚直夫著「ダイヤ
モンド薄膜」第９９〜１１５頁、１９９０年（共立出
版）を参照）。ダイヤモンドを用いたデバイスの１つと
しては、高周波フィルタ等に好適に使用可能な表面弾性
波素子が挙げられる。

【０００３】このような表面弾性波素子としては、従
来、例えば特公昭５４−３８８７４号公報、特開昭６４
−６２９１１号公報に示されるように、ダイヤモンド薄
膜等の上に、電極、圧電体を組み合わせて、積層させた
構造を有するものが知られている。

【０００４】圧電体の１種であるＬｉＮｂＯ₃は強誘電
体であり、高いキュリー温度、大きな複屈折、強い圧電
効果、高い音響光学特性、大きな電気光学効果を有する
という特徴を有し、表面弾性波素子、変調素子、スイッ
チ素子、偏向素子、光導波路等に利用されている。

【０００５】従来においては、このような用途には引き
上げ法によるＬｉＮｂＯ₃ウエハが用いられてきたが、
最近、機能性素子を目的としてＬｉＮｂＯ₃の薄膜化の
検討がなされ、従来、バルク基板として利用されていた
分野への薄膜化ＬｉＮｂＯ₃の適用の検討も進んでい
る。近年の薄膜形成技術の向上に伴い、スパッタリング
等の気相成長（vapor deposition）技術を用いて、Ｌｉ
ＮｂＯ３の薄膜単結晶が形成されるようになり、Ａｌ₂
０₃、ＬｉＴａＯ₃等の、ＬｉＮｂＯ₃薄膜のエピタキ
シャル成長に用いられてきた基板と、ＬｉＮｂＯ₃薄膜
との積層により、種々の応用の検討が行われて来た。異
種基板上にＬｉＮｂＯ₃単結晶薄膜がエピタキシャル成
長する例としては、例えばAppl. Phys. Lett., vol２
４、ｐ４９０〜４９２（１９７４年）に記載の（０００
１）Ａｌ₂０₃を用いた例、あるいはAppl. Phys. Let
t., vol２６、ｐ８〜１０（１９７８年）に記載の（０
００１）ＬｉＴａＯ₃を用いた例が知られているが、よ
り高い特性を有する薄膜を得るため、優れた物性を有す
る基板が求められてきた。

【０００６】一方、表面弾性波用素子としては、特開平
２−２９９３０９号公報に開示されているように、ダイ
ヤモンドが持つ高音速を生かしたＺｎＯ／ダイヤモン
ド、ＬｉＮｂＯ₃／ダイヤモンド等の圧電体／ダイヤモ
ンドの構造を有する表面弾性波素子が知られていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなダイヤモンド薄膜を用いた従来の表面弾性波素子に
おいては、該ダイヤモンド薄膜上に圧電体を形成した際
に、表面弾性波の伝搬損失が大きいという問題があっ
た。

【０００８】本発明の目的は、表面弾性波素子等のダイ
ヤモンドを用いたデバイスに好適に使用可能な、新規な
配向性材料ないし配向性基板を提供することにある。

【０００９】本発明の他の目的は、ダイヤモンドを用い
つつ、表面弾性波の伝搬損失を低減した表面弾性波素子
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意研究の
結果、特定の配向性を有するダイヤモンド面とＬｉＮｂ
Ｏ₃膜とを組合せた場合に、該ＬｉＮｂＯ₃膜におい
て、特定の高い軸配向性が容易に得られることを見出し
た。本発明者らはこの知見に基づき更に研究を進めた結
果、更に、このような高い軸配向性を有するＬｉＮｂＯ
₃膜を、上記したダイヤモンドの特定の配向性を有する
面上に形成することが、上記目的の達成に極めて効果的
であることを見出した。

【００１１】本発明の配向性材料は上記知見に基づくも
のであり、より詳しくは、ダイヤモンドと、該ダイヤモ
ンドの（１１１）配向性を有する面上に配置されたＬｉ
ＮｂＯ₃膜とからなることを特徴とするものである。

【００１２】本発明によれば、更に、単結晶ダイヤモン
ドと、該単結晶ダイヤモンドの（１１１）面上に配置さ
れた単結晶ＬｉＮｂＯ₃膜とからなり、該ＬｉＮｂＯ₃
膜の（００１）面が前記単結晶ダイヤモンドの（１１
１）面と平行であることを特徴とする配向性材料が提供
される。

【００１３】本発明によれば、更に、単結晶ダイヤモン
ドと、該単結晶ダイヤモンドの（１００）面上に配置さ
れた単結晶ＬｉＮｂＯ₃膜とからなり、該ＬｉＮｂＯ₃
膜の（１００）面が前記単結晶ダイヤモンドの（１０
０）面と平行であることを特徴とする配向性材料が提供
される。

【００１４】本発明によれば、更に、ダイヤモンド層
と、該ダイヤモンド層の（１１１）配向性を有する面上
に配置されたＬｉＮｂＯ₃膜とからなる積層構造を有す
ることを特徴とする配向性基板が提供される。

【００１５】本発明によれば、更に、単結晶ダイヤモン
ドからなる層と、該単結晶ダイヤモンドの（１１１）面
上に配置された単結晶ＬｉＮｂＯ₃膜とからなり、該Ｌ
ｉＮｂＯ₃膜の（００１）面が前記単結晶ダイヤモンド
の（１１１）面と平行であることを特徴とする配向性基
板が提供される。

【００１６】本発明によれば、更に、単結晶ダイヤモン
ドからなる層と、該単結晶ダイヤモンドの（１００）面
上に配置された単結晶ＬｉＮｂＯ₃膜とからなり、該Ｌ
ｉＮｂＯ₃膜の（１００）面が前記単結晶ダイヤモンド
の（１００）面と平行であることを特徴とする配向性基
板が提供される。

【００１７】本発明によれば、更に、ダイヤモンド層
と、該ダイヤモンド層の（１１１）配向性を有する面上
に配置されたＬｉＮｂＯ₃膜と、該ＬｉＮｂＯ₃膜上に
配置された櫛形電極とからなることを特徴とする表面弾
性波素子が提供される。

【００１８】本発明によれば、更に、ダイヤモンド層
と、該ダイヤモンド層の（１１１）配向性を有する面上
に配置された櫛形電極と、該櫛型電極上に配置されたＬ
ｉＮｂＯ₃膜とからなることを特徴とする表面弾性波素
子が提供される。

【００１９】本発明によれば、更に、ダイヤモンド層
と、該ダイヤモンド層の（１１１）配向性を有する面上
に配置された導電性ダイヤモンドからなる櫛形電極と、
該櫛型電極上に配置されたＬｉＮｂＯ₃膜とからなるこ
とを特徴とする表面弾性波素子が提供される。

【００２０】本発明によれば、更に、ダイヤモンド層
と、該ダイヤモンド層の（１１１）配向性を有する面の
凹部に配置された導電性材料からなる櫛型電極と、該櫛
型電極上に配置されたＬｉＮｂＯ₃膜とからなることを
特徴とする表面弾性波素子が提供される。

【００２１】本発明によれば、更に、ダイヤモンド層
と、該ダイヤモンド層の（１１１）配向性を有する面上
に配置された短絡用電極と、該短絡用電極上に配置され
たＬｉＮｂＯ₃膜と、該ＬｉＮｂＯ₃膜上に配置された
櫛形電極とからなることを特徴とする表面弾性波素子が
提供される。

【００２２】本発明によれば、更に、ダイヤモンド層
と、該ダイヤモンド層の（１１１）配向性を有する面上
に配置されたＬｉＮｂＯ₃膜と、該ＬｉＮｂＯ₃膜上に
配置された、ＳｉＯ₂、ダイヤモンド、およびダイヤモ
ンド状炭素膜からなる群から選択された１種類以上の材
料からなる層と、該材料層の上に配置された櫛型電極と
からなることを特徴とする表面弾性波素子が提供され
る。

【００２３】本発明によれば、更に、ダイヤモンド層
と、該ダイヤモンド層の（１１１）配向性を有する面上
に配置された短絡用電極と、該短絡用電極上に配置され
たＬｉＮｂＯ₃膜と、該ＬｉＮｂＯ₃膜上に配置され
た、ＳｉＯ₂、ダイヤモンド、およびダイヤモンド状炭
素膜からなる群から選択された１種類以上の材料からな
る層と、該材料層の上に配置された櫛型電極とからなる
ことを特徴とする表面弾性波素子が提供される。

【００２４】本発明によれば、更に、ダイヤモンド層
と、該ダイヤモンド層の（１１１）配向性を有する面上
に配置されたＬｉＮｂＯ₃膜と、該ＬｉＮｂＯ₃膜上に
配置された短絡用電極と、該短絡用電極上に配置され
た、ＳｉＯ₂、ダイヤモンド、およびダイヤモンド状炭
素膜からなる群から選択された１種類以上の材料からな
る層と、該材料層の上に配置された櫛型電極とからなる
ことを特徴とする表面弾性波素子が提供される。

【００２５】本発明によれば、更に、ダイヤモンド層
と、該ダイヤモンド層の（１１１）配向性を有する面上
に配置された第１のＬｉＮｂＯ₃膜と、該第１のＬｉＮ
ｂＯ₃膜上に配置された櫛形電極と、該櫛型電極上に配
置された第２のＬｉＮｂＯ₃膜とからなることを特徴と
する表面弾性波素子が提供される。

【００２６】

【作用】（１１１）配向性を有するダイヤモンド面上に
ＬｉＮｂＯ₃膜を配置する本発明の態様においては、他
の配向性を有するダイヤモンド面上にＬｉＮｂＯ₃薄膜
を形成した場合と比較して、高いｃ軸配向性を有するＬ
ｉＮｂＯ₃薄膜が得られる。ＬｉＮｂＯ₃の結晶構造と
この高いｃ軸配向性との組合せに基づき、良好な圧電性
を有するＬｉＮｂＯ₃／ダイヤモンド構造を得ることが
できる。

【００２７】したがって、このようなｃ軸配向ＬｉＮｂ
Ｏ₃膜／ダイヤモンド構造を利用して表面弾性波素子を
構成した場合には、該素子の変換効率の指標たる電気機
械結合係数の改善が可能となる。更には、ＬｉＮｂＯ₃
膜の表面平坦性が向上し、ｃ軸が揃うことにより、該Ｌ
ｉＮｂＯ₃の膜質も向上するため、表面弾性波素子とし
ての伝搬損失の低減が可能となる。

【００２８】本発明者の知見によれば、上記ＬｉＮｂＯ
₃膜においては、その（００１）面｛ｃ軸に垂直な面｝
における結晶構造が、（ダイヤモンドの（１１１）面と
異なる配向性を有する面と比較して）ダイヤモンドの
（１１１）面の結晶構造と類似した形状となり、結晶面
が揃い易いものと推定される。従って、ダイヤモンドの
（１１１）配向性を有する面上に形成したＬｉＮｂＯ₃
膜の高いｃ軸配向性が得られるものと推定される。

【００２９】また、本発明者の知見によれば、高いｃ軸
配向性を有するＬｉＮｂＯ₃膜は、結晶性がよく、表面
弾性波の粒界散乱が小さくなり、該表面弾性波の伝搬損
失の低減が可能となるものと推定される。

【００３０】また、本発明者の実験によれば、ダイヤモ
ンドの（１１１）配向性を有する面上に形成されたＬｉ
ＮｂＯ₃薄膜の表面は、ダイヤモンドの（１１１）面と
異なる配向性を有する面上に形成されたＬｉＮｂＯ₃薄
膜と比較して、高い表面平坦性を有することが判明して
いる。この点からも、ダイヤモンドの（１１１）配向性
を有する面上に形成されたＬｉＮｂＯ₃薄膜の表面は、
ダイヤモンドの（１１１）と異なる面に形成されたＬｉ
ＮｂＯ₃薄膜と比較して、表面弾性波の表面凹凸による
散乱を低減でき、伝搬損失の低減化に寄与すると推定さ
れる。

【００３１】一方、（１００）配向性を有するダイヤモ
ンド面上にＬｉＮｂＯ₃膜を配置する本発明の態様にお
いては、他の配向性を有するダイヤモンド面上にＬｉＮ
ｂＯ₃薄膜を形成した場合と比較して、高いａ軸配向性
を有するＬｉＮｂＯ₃薄膜が得られる。このような態様
においても、ＬｉＮｂＯ₃の結晶構造と高いａ軸配向性
との組合せに基づき、良好な圧電性を有するＬｉＮｂＯ
₃／ダイヤモンド構造を得ることができる。また、こよ
うなａ軸配向ＬｉＮｂＯ₃膜／ダイヤモンド構造を利用
して表面弾性波素子を構成した場合には、上記したｃ軸
配向ＬｉＮｂＯ₃膜／ダイヤモンド構造の場合と同様の
理由により、表面弾性波素子の電気機械結合係数の改
善、および伝搬損失の低減が可能となるものと推定され
る。

【００３２】本発明の配向性材料ないし配向性基板を用
いた場合、光導波路においても、単結晶に基づく粒界散
乱の低減により、伝搬損失を低減することが可能であ
る。

【００３３】以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本
発明を詳細に説明する。

【００３４】（ダイヤモンド）本発明においては、その
上にＬｉＮｂＯ₃膜を配置すべきダイヤモンド面を与え
るダイヤモンドの結晶性、および該ダイヤモンド面の配
向性は、該ＬｉＮｂＯ₃膜の結晶性（単結晶／多結晶）
ないし配向性（例えば、ｃ軸配向性、ａ軸配向性等）と
の関係によって、以下のような組合で用いることが好ま
しい。

【００３５】＜ダイヤモンド＞＜ＬｉＮｂＯ₃膜＞＜態様１＞単結晶・（１１１）面単結晶・ｃ軸配向性（ＬｉＮｂＯ₃の（００１）面が、ダイヤモンドの（１１１）面に平行）＜態様２＞多結晶・（１１１）配向性の面単結晶・ｃ軸配向性（ＬｉＮｂＯ₃の（００１）面が、ダイヤモンドの（１１１）面に平行）＜態様３＞単結晶・（１００）面単結晶・ａ軸配向性（ＬｉＮｂＯ₃の（１００）面が、ダイヤモンドの（１００）面に平行）本明細書においては、「（１１１）配向性を有する面」
は、上記した「単結晶ダイヤモンドの（１１１）面、お
よび多結晶ダイヤモンドの（１１１）配向性を有する
面」のいずれをも包含する意味で用いる。

【００３６】ＬｉＮｂＯ₃膜を配置すべきダイヤモンド
面が上記した特定の配向性を有する限り、該ダイヤモン
ド面を得る方法は、特に制限されない。より具体的には
例えば、このような特定の配向性を有する面としては、
単結晶ダイヤモンドの該配向性を有する面をそのまま用
いてもよく、また、他の材料（基材）上に、ダイヤモン
ド膜をエピタキシャル成長させて、このように成長させ
たダイヤモンド膜表面として上記した特定の配向性を有
する面を得てもよい。

【００３７】上記した特定の配向性を有する面を与える
ダイヤモンドの形状（平面形状、立体形状）、大きさ等
は特に制限されず、本発明の配向性材料ないし配向性基
板の用途によって適宜選択することが可能である。

【００３８】本発明において、上記した「特定の配向性
を有する面」を与えるダイヤモンドがダイヤモンド膜な
いしダイヤモンド層である場合、該ダイヤモンド（薄）
膜ないしダイヤモンド層の成長方法は、特に制限されな
い。より具体的には例えば、該成長方法として、ＣＶＤ
（化学的気相成長）法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、
ＰＶＤ（物理的気相成長）法、スパッタリング法、イオ
ンプレーティング法、プラズマジェット法、火炎法およ
び熱フィラメント法等の公知の方法が使用可能である。

【００３９】上記配向性を有する面を与えるダイヤモン
ド自体は、絶縁性ダイヤモンド、半導電性ダイヤモンド
のいずれであっても良い。本発明において、上記「絶縁
性ダイヤモンド」とは、その体積抵抗率が１０⁶Ω・ｃ
ｍを越えるダイヤモンドをいい、「半導電性ダイヤモン
ド」とは、その体積抵抗率が１０⁶Ω・ｃｍ以下のダイ
ヤモンドをいう。

【００４０】半導電性ダイヤモンドの形成方法は特に制
限されないが、例えば、ダイヤモンドの水素化処理、ダ
イヤモンドへの不純物のドープ、ダイヤモンドへの格子
欠陥の導入等により、半導電性ダイヤモンドを形成する
ことができる。

【００４１】（ダイヤモンド面の配向性）上記したよう
に、ＬｉＮｂＯ₃膜は、単結晶、エピタキシャル膜また
は多結晶ダイヤモンドの（１１１）配向性を有する面上
に形成した場合に、最も高い配向性を示す。

【００４２】本発明において、このようなダイヤモンド
の（１１１）配向性は、例えば、Ｘ線回折に基づく回折
強度における（１１１）面に基づく回折強度と、その他
の面に基づく回折強度との比較に基づいて評価すること
が可能である（このようなＸ線回折においては、例え
ば、単色Ｘ線たるＣｕ−Ｋα線（１．５４オングストロ
ーム）を用いた通常の手法を用いることができる）。

【００４３】より具体的には、多結晶ダイヤモンド等の
Ｘ線回折に基づく回折強度において、（１１１）面に基
づく回折強度と、その他の面（例えば、（２２０）面、
（４００）面）に基づく回折強度とを測定し、得られた
（１１１）面の強度を１００として、その他の面の回折
強度を規格化した（すなわち、（１１１）面の強度＝１
００に対する相対強度を求めた）際に、（１１１）面の
回折強度１００に対し、（１１１）面以外の面より得ら
れる回折強度の合計を求める。本発明においては、この
ように規格化した「（１１１）面以外の回折強度」の合
計が２５以下であることが、ダイヤモンドの（１１１）
面上に形成したＬｉＮｂＯ₃膜の良好なｃ軸配向性の点
から好ましい。

【００４４】（ＬｉＮｂＯ₃膜）本発明において、上記
したダイヤモンドの特定の配向性を有する面上に形成す
べきＬｉＮｂＯ₃膜は、単結晶であってもよく、また多
結晶であってもよいが、上述したような態様１〜３に示
したようなダイヤモンド面の配向性との組合せで用いる
ことが好ましい。

【００４５】ＬｉＮｂＯ₃膜を形成する方法としては、
スパッタリング、蒸着法、ＣＶＤ法、レーザアニール
法、ＭＯＣＶＤ（有機金属ＣＶＤ）法、ＭＢＥ（分子線
エピタキシー）法等の公知の方法を特に制限なく用いる
ことができる。

【００４６】該ＬｉＮｂＯ₃膜の厚さは、本発明の配向
性材料ないし配向性基板の用途によって適宜選択するこ
とが可能であり、特に制限されない。

【００４７】（ＬｉＮｂＯ₃膜の配向性）本発明におい
ては、ＬｉＮｂＯ₃膜の配向性は、例えば、Ｘ線ロッキ
ングパターン法（結晶面の配向性評価方法の１つ）によ
って評価することが可能である。より具体的には例え
ば、以下のようにして配向性（面内の配向性）を評価で
きる。

【００４８】（１）測定試料をＸ線ディフラクトメータ
の試料ホルダーに設置する。

【００４９】（２）Ｘ線ディフラクトパターン法を用い
て、評価すべき面方位を測定する。

【００５０】（３）θ軸（測定試料回転）と、２θ軸
（Ｘ線カウンター）とを回転させて、評価すべき面方位
における出力の最大値に、該θ軸と２θ軸とを固定す
る。基板に対して、ｃ軸が垂直に配向しているＬｉＮｂ
Ｏ₃膜の場合、２θが３８．９°、θが１９．５°であ
る。また、基板に対して、ａ軸が垂直に配向しているＬ
ｉＮｂＯ₃膜の場合、２θが６２．４°、θが３１．２
°である。

【００５１】（４）試料のみを回転させ（θ軸のみ）、
ロッキングカーブを測定する。

【００５２】（５）測定されたロッキングカーブをガウ
ス分布とみなし、その標準偏差σを求める。

【００５３】上記のようにして測定されたロッキングカ
ーブの標準偏差σが小さい程、良好な配向性を示してい
る。本発明の配向性材料、配向性基板ないし表面弾性波
素子においては、このσ値は、５以下（更には４以下）
であることが好ましい。

【００５４】（電極配置）本発明の表面弾性波素子にお
いては、図４〜７の模式断面図に示すような櫛型電極
（必要に応じて、更に短絡用電極）の電極配置が好まし
く用いられる。

【００５５】図４に示す構成（電極配置Ａ）において
は、表面弾性波素子はダイヤモンドと、該ダイヤモンド
上に配置された櫛型電極と、該櫛型電極上に配置された
ＬｉＮｂＯ₃層とからなる。図５に示す構成（電極配置
Ｃ）は、上記「電極配置Ａ」のＬｉＮｂＯ₃層上に、更
に短絡用電極を配置してなる。

【００５６】図６に示す構成（電極配置Ｅ）において
は、表面弾性波素子はダイヤモンドと、該ダイヤモンド
上に配置されたＬｉＮｂＯ₃層と、該ＬｉＮｂＯ₃層上
に配置された櫛型電極とからなる。図７に示す構成（電
極配置Ｆ）は、上記「電極配置Ｅ」のダイヤモンドとＬ
ｉＮｂＯ₃層との間に、更に短絡用電極を配置してな
る。

【００５７】（櫛型電極）本発明の表面弾性波素子にお
ける櫛型電極を構成する材料は、導電性材料である限
り、特に制限されない。櫛型電極としての加工性および
コストの点からは、Ａｌ（アルミニウム）が特に好まし
く使用可能である。

【００５８】櫛型電極の厚さは、該電極としての機能を
発揮する限り特に制限されないが、１００〜３０００オ
ングストローム程度（更には１００〜５００オングスト
ローム程度）であることが好ましい。この厚さが１００
オングストローム未満では、抵抗率が高くなり損失が増
加する。一方、該電極の厚さが３０００オングストロー
ムを越えると、電極の厚み、高さによる表面弾性波（以
下「ＳＡＷ」という）の反射を引き起こす質量付加効果
が著しくなり、目的とするＳＡＷ特性を得ることが困難
となる。

【００５９】櫛型電極の平面形状は、該電極としての機
能を発揮する限り特に制限されないが、図１に模式平面
図を示すような、いわゆるシングル電極、図２に模式平
面図を示すようなダブル電極（図２）等が好適に使用可
能である。

【００６０】上記したような櫛型電極は、必要に応じ
て、該電極を形成すべき面（例えば、（１１１）配向性
のダイヤモンド面）に、埋め込んでもよい。より具体的
には例えば、溝等の形状を有する凹部を形成し（あるい
は該凹部を予め与えるように、所定の面を形成し）、櫛
型電極を構成するＡｌ等の導電性材料の全部又は一部
を、このように形成した凹部中に埋めてもよい。このよ
うに櫛型電極の全部又は一部を埋め込むことにより、例
えば、櫛型電極の高さを、該電極を形成すべき面の高さ
を実質的に等しくすることが可能となり、電極の厚みに
よるＳＡＷの反射の影響を低減できる。

【００６１】（短絡用電極）本発明の表面弾性波素子に
おいて、必要に応じて設けられる短絡用電極は、電界を
等電位とすることにより該素子のＳＡＷ特性を変化させ
る機能を有する電極である。この電極は、金属（薄）膜
（例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ａｌ−Ｃｕ等）から構成されて
いることが好ましい。短絡用電極は、上記した櫛型電極
とは異なる機能を有するため、該短絡用電極を構成する
材料は、必ずしも櫛型電極の材料と同一である必要はな
い。

【００６２】短絡用電極の厚さは、該電極としての機能
を発揮する限り特に制限されないが、１００〜３０００
オングストローム程度（更には１００〜５００オングス
トローム程度）であることが好ましい。この厚さが１０
０オングストローム未満では、等電位の形成が困難とな
り、他方、３０００オングストロームを越えると、ＳＡ
Ｗの反射に影響し易くなる。

【００６３】この短絡用電極は、例えば、櫛型電極と同
様の占有面積を有する「ベタ電極」の平面形状を有する
ことが好ましい。

【００６４】（ＳｉＯ₂層等）本発明の表面弾性波素子
においては、必要に応じて、ＳｉＯ₂、ダイヤモンド、
およびダイヤモンド状炭素膜からなる群から選択された
１種類以上の材料からなる層を設けてもよい。このよう
な層は、保護層としての機能をも有することができる。

【００６５】ＳｉＯ₂（薄）膜をＬｉＮｂＯ₃膜の上に
形成することにより、温度係数を低減でき、および／又
は効率の指標である電気機械結合係数を増大させること
ができる。

【００６６】一方、上記層として、ダイヤモンド薄膜あ
るいはダイヤモンド状炭素膜をＬｉＮｂＯ₃膜の上に積
層すると、伝搬速度を高め、しかも高い電気機械結合係
数を得ることが容易となる。

【００６７】（ダイヤモンド状炭素）上記ダイヤモンド
状炭素膜を構成するダイヤモンド状炭素（Diamond-like
carbon ；ないしＤＬＣ）は、硬度の高いアモルファス
物質であり、安定性に優れ、しかもダイヤモンドと同様
の炭素原子からなるため、ダイヤモンドへの元素的拡散
や反応について実質的に考慮する必要がない等の特徴を
有している。このため、ダイヤモンド状炭素は、上記絶
縁膜を形成する絶縁性材料として好適に使用可能であ
る。

【００６８】上記ダイヤモンド状炭素（ｉ−カーボンな
いしアモルファスカーボンとも称される）は、以下のよ
うな性質を有する物質である。

【００６９】（１）通常、炭素の他に水素を含む。この
場合、水素のモル数は、炭素のモル数より小さいことが
好ましい。

【００７０】（２）結晶状態はアモルファスである。ダ
イヤモンド状炭素と、ダイヤモンドないしグラファイト
とは、例えば、ラマン分光法によって識別可能である。
図３にダイヤモンド状炭素（アモルファスカーボン）
（ａ）と、グラファイト（ｂ）と、ダイヤモンド（ｃ）
との典型的なスペクトルを示す。図３に示したように、
ダイヤモンド（ｃ）は１３３２ｃｍ^-1（ｓｐ³Ｃ−Ｃ由
来）、グラファイト（ｂ）は１５８０ｃｍ^-1（ｓｐ²Ｃ
−Ｃ由来）にそれぞれ鋭いピークを示すのに対して、ダ
イヤモンド状炭素（ｃ）は１３６０ｃｍ^-1と１６００ｃ
ｍ^-1とにブロードなピークを示す。

【００７１】（３）一般の金属に比べて、高い硬度を有
する。本発明で用いるダイヤモンド状炭素は、ビッカー
ス硬さＨｖ（Vickers hardness）が１, ０００〜５, ０
００程度であることが好ましい（ダイヤモンドは、通常
１０, ０００程度のビッカース硬さＨｖを有する）。

【００７２】（４）電気的には絶縁体である。

【００７３】（５）光を透過する性質を有する。

【００７４】上記したような性質を有するダイヤモンド
状炭素膜は、ダイヤモンドの合成と同様にプラズマＣＶ
Ｄ、イオンビーム蒸着法、スパッタリング等の気相プロ
セスに従って形成することが可能である。より具体的に
は例えば、ダイヤモンド状炭素は、ダイヤモンド形成と
同様のＣＶＤ条件で、基板温度を下げる（例えば、基板
温度１００℃程度）ことにより得ることができる（ダイ
ヤモンド状炭素の詳細については、例えば、平木昭夫・
川原田洋、「炭素」、１９８７（No. １２８）、４１頁
（日本炭素学会）を参照することができる）。

【００７５】（用途）本発明の配向性材料ないし配向性
基板は、ＬｉＮｂＯ₃／ダイヤモンド構造を利用した種
々のデバイスに応用することが可能であるが、特に、上
記した態様１〜３の配向性材料ないし配向性基板の好ま
しい用途は、以下の通りである。

【００７６】＜ダイヤモンド＞＜ＬｉＮｂＯ₃＞＜態様１＞単結晶・（１１１）面単結晶・ｃ軸配向性（ＬｉＮｂＯ₃の（００１）面が、ダイヤモンドの（１１１）面に平行）用途：光導波路、光分岐器、スイッチ、表面弾性波素子（ＳＡＷデバイス）＜態様２＞多結晶・（１１１）配向性の面単結晶・ｃ軸配向性（ＬｉＮｂＯ₃の（００１）面が、ダイヤモンドの（１１１）面に平行）用途：表面弾性波素子＜態様３＞単結晶・（１００）面単結晶・ａ軸配向性（ＬｉＮｂＯ₃の（１００）面が、ダイヤモンドの（１００）面に平行）用途：光導波路、光分岐器、スイッチ、表面弾性波素子
（ＳＡＷデバイス）（光導波路としての応用例）ここでは本発明の配向性基
板を光導波路としての応用した例について、図８の模式
断面図を参照しつつ説明する。

【００７７】図８を参照して、まず、ダイヤモンド上に
ＬｉＮｂＯ₃膜を成長させる。このＬｉＮｂＯ₃膜の両
端に、ダイヤモンド・サーミスタ、およびＬＤ（レーザ
・ダイオード）を配置して該ＬｉＮｂＯ₃上に外部光変
調器を形成する。このような態様においては、ダイヤモ
ンドの高い熱伝導度を有するヒートシンク上にこれらの
各デバイスが形成されることになるため、熱的安定性の
高い光変調器を形成することが可能となる。この際、光
の伝搬損失の低減の点からは、ダイヤモンド上に形成す
べき上記ＬｉＮｂＯ₃膜は単結晶であることが好まし
い。

【００７８】より具体的には、上記した好ましいＬｉＮ
ｂＯ₃膜は、例えば、高圧合成単結晶ダイヤモンドの
（１１１）面上に、ＬｉＮｂＯ₃（００１）膜をエピタ
キシャル成長させることにより形成可能である。該Ｌｉ
ＮｂＯ₃膜上に光導波路を形成するためには、例えば、
プロトン交換法が好ましく用いられる。このプロトン交
換法は、ＬｉＮｂＯ₃等に好適に使用可能な光導波路形
成方法の一種である。このプロトン交換法によれば、例
えば、ＬｉＮｂＯ₃膜の表面にフォトリソグラフィーを
用いて導波路を形成した後、該ＬｉＮｂＯ₃膜を安息香
酸やピロ燐酸等のプロトン交換試薬に接触させることに
より、ＬｉＮｂＯ₃のＬｉと酸中のＨとの交換反応が生
じ、このプロトン交換が生じた部分について、屈折率を
増大させることが可能となる（このようなプロトン交換
法の詳細については、例えば、西原浩他著「光集積回
路」、１６７〜１７０頁、オーム社（１９９０年）を参
照することができる）。

【００７９】その他の導波路形成方法としては、埋め込
み型導波路を形成する方法、飛び出した形のリッジ型導
波路を形成する方法、金属電極を装荷した際の屈折率低
下を利用して、電極が存在しないＬｉＮｂＯ₃部分を導
波路とする装荷型導波路形成方法等が挙げられる。

【００８０】埋め込み型の光変調器と好適に組合せ可能
な導波路の形成方法としては、Ｔｉ拡散方法、プロトン
交換法等が知られているが、プロトン交換法を用いた場
合、Ｔｉ拡散法と比べて、より高い屈折率差を得ること
ができ、光損傷をも少なくできるため、低損失導波路を
形成することが容易である。

【００８１】半導体レーザ、サーミスタ等の半導体デバ
イスは、長時間の使用によりそれ自身が発熱し、動作特
性が変化する可能性がある。特に半導体レーザを通信等
に使用する場合、周波数が変動すると混線等を招いた
り、ノイズが増加する等の問題点が生ずる可能性が高い
ため、通常は半導体レーザをヒートシンク上に配置して
熱を逃がすことが好ましい。熱伝導性が最も高いダイヤ
モンド上に半導体レーザを配置し、且つ、サーミスタ等
を用いて熱の変化をフィードバックさせて温度ないし温
度変化を一定とした場合、安定した光変調器を形成する
ことが可能となるため好ましい。

【００８２】以下、実施例により本発明を更に具体的に
説明する。

【００８３】

【実施例】実施例１（１１１）面方位を有するＩａタイプ天然ダイヤモン
ド、及びＩｂタイプ高圧合成ダイヤモンド上に、ＲＦマ
グネトロンスパッタリング法を用いて、それぞれＬｉＮ
ｂＯ₃膜を形成した。

【００８４】＜ＲＦマグネトロンスパッタリング条件＞圧力：０．０１５Ｔｏｒｒ基板温度：６００℃ Ａｒ：Ｏ₂＝１：２ＲＦパワー：５０Ｗ膜厚：約０．７μｍターゲット：Ｌｉ：Ｎｂ＝３：２焼結体上記で形成された２種のＬｉＮｂＯ₃膜をＸ線回折装置
で調べたところ、いずれのＬｉＮｂＯ₃膜についても、
（００６）以外の回折は観測されなかった。すなわち、
ダイヤモンドの（１１１）面とＬｉＮｂＯ₃膜の（００
１）面とは平行であることが確認された。上記Ｘ線回折
の結果を図９のグラフに示す。

【００８５】Ｉｂ高圧単結晶ダイヤモンド上に形成した
ＬｉＮｂＯ₃膜は、ＲＨＥＥＤ（反射高速電子線回折、
電子線の入射方向：［１^-１０］）により分析可能であ
る。図１０に、このようなＲＨＥＥＤ分析結果の一例の
写真（複製物）を示す。このＲＨＥＥＤとは、電子線回
折の一手法であって、物質の表面で散乱されて生ずる電
子線回折図形を、後方の蛍光板で観察する方法である。

【００８６】図１０に示したようにスポットのみが得ら
れたことにより、ＬｉＮｂＯ₃膜がエピタキシャル成長
していることが確認された。

【００８７】図１１に単結晶ダイヤモンドの（１１１）
面とＬｉＮｂＯ₃の（００１）面との整合状態を示すシ
ミュレーション結果（市販プログラムＭＯＬＧＲＡＰＨ
を使用したシミュレーション結果）を示す。この図１１
においては、単結晶ダイヤを上側に置いている。図１１
中、白丸はＣ原子、黒丸はＯ原子、灰色の丸はＬｉ原子
を表している。図１１に示したように、Ｌｉ原子とＣ原
子との格子間距離は、ほぼ２：１であり、Ｃ原子がＬｉ
原子（ＯはＣと近接している）と一つおきに整合してい
る。

【００８８】実施例２（１００）面方位を有するＩａタイプ天然ダイヤモン
ド、及びＩｂタイプ高圧合成ダイヤモンド上に、ＲＦマ
グネトロンスパッタリング法を用いて、それぞれＬｉＮ
ｂＯ₃膜を形成した。

【００８９】＜ＲＦマグネトロンスパッタリング条件＞圧力：０．０１５Ｔｏｒｒ基板温度：６５０℃ Ａｒ：Ｏ₂＝２：３ＲＦパワー：１００Ｗ膜厚：約０．７μｍターゲット：Ｌｉ：Ｎｂ＝３：２焼結体上記で形成された２種のＬｉＮｂＯ₃膜をＸ線回折装置
で調べたところ、いずれのＬｉＮｂＯ₃膜についても、
（３００）以外の回折は観測されなかった。すなわち、
ダイヤモンドの（１００）面とＬｉＮｂＯ₃膜の（１０
０）面とは平行であることが確認された。上記Ｘ線回折
の結果を図１２のグラフに示す。

【００９０】上記ダイヤモンド上に形成したＬｉＮｂＯ
₃膜をＲＨＥＥＤ（電子線の入射方向：［１^-１０］）
により分析したところ、実施例１におけるのと同様にス
ポットのみが得られた。すなわち、上記ＬｉＮｂＯ₃膜
はエピタキシャル成長していることが確認された。

【００９１】図１３に単結晶ダイヤモンドの（１００）
面とＬｉＮｂＯ₃の（１００）面との整合状態を示すシ
ミュレーション結果（市販プログラムＭＯＬＧＲＡＰＨ
を使用）を示す。この図１３においては、単結晶ダイヤ
を下側にしている（図１３中、一番小さい白丸がＣ原子
に相当する）。このＣ原子は、格子点と、各格子の中心
に存在している。また、図１３中、黒丸はＯ原子を示
し、灰色の丸はＬｉ原子を示している。この図１３にお
いても、上記した図１１と同様に、Ｌｉ原子とＣ原子と
の格子間距離が２：１で整合している。Ｏ原子はＣ原子
に近接している。

【００９２】実施例３高圧合成（１００）単結晶ダイヤモンド、（１１１）単
結晶ダイヤモンド、Ｓｉ（１００）面、およびβ−Ｓｉ
Ｃ（１１１）面上に、それぞれダイヤモンド薄膜（厚さ
１５μｍ）をエピタキシャル成長させ、該ダイヤモンド
膜の表面を研磨して平坦（厚さ１３μｍ）にした後、ダ
イヤモンド膜上にＬｉＮｂＯ₃膜を形成した。この際に
用いたＬｉＮｂＯ３膜の成膜条件は、実施例２と同じと
した。

【００９３】＜単結晶ダイヤモンド（１００）、及びＳ
ｉ（１００）面上のダイヤモンド・エピタキシャル膜の
形成条件＞マイクロ波プラズマＣＶＤパワー：３００Ｗ圧力：３０〜４０ＴｏｒｒＣＨ₄／Ｈ₂＝１〜６（％）＜単結晶ダイヤモンド（１１１）上のエピタキシャル膜
の形成条件＞マイクロ波プラズマＣＶＤパワー：３００Ｗ圧力：３０〜４０ＴｏｒｒＣＨ₄／Ｈ₂＝１〜２（％）＜ＳｉＣ上のヘテロエピタキシャルの条件＞マイクロ波プラズマＣＶＤ法マイクロ波パワー：９００Ｗ圧力：１０〜３ｍＴｏｒｒ（１０〜３×１０^-3Ｔｏｒ
ｒ）ＣＨ₄／Ｈ₂＝５／９９．５基板温度：８００℃ （基板側に−１５０ＶのＤＣバイアスを印加）上記で形成された４種のＬｉＮｂＯ₃膜をＸ線回折装置
で調べたところ、（１００）単結晶ダイヤモンド、Ｓｉ
（１００）上のエピタキシャルダイヤモンド薄膜上に形
成したＬｉＮｂＯ₃膜においては、（３００）のみの回
折ピークが得られた。すなわち、ダイヤモンドの（１０
０）面とＬｉＮｂＯ₃膜の（１００）面とは平行である
ことが確認された。

【００９４】また、（１１１）単結晶ダイヤモンド、及
び（１１１）ＳｉＣ上のダイヤモンド薄膜上に形成した
ＬｉＮｂＯ₃薄膜においては、Ｘ線回折ピークは（００
６）のみが認められた。すなわち、ダイヤモンドの（１
１１）面とＬｉＮｂＯ₃膜の（００１）面とは平行であ
ることが確認された。

【００９５】ＲＨＥＥＤ観察においては、上記した４種
のＬｉＮｂＯ₃薄膜のいずれについてもスポットのみが
観察され、これらのＬｉＮｂＯ₃薄膜が、エピタキシャ
ルダイヤモンド薄膜上にエピタキシャル成長しているこ
とが確認された。

【００９６】実施例４（サファイア基板との比較）ｃ−カットサファイア、及
び（１１１）単結晶ダイヤモンド上に、それぞれ、厚さ
１．０μｍのＬｉＮｂＯ₃単結晶薄膜を形成した。該Ｌ
ｉＮｂＯ₃薄膜をＸ線回折で調べたところ、サファイア
上のＬｉＮｂＯ₃薄膜、ダイヤモンド上のＬｉＮｂＯ₃
薄膜のいずれも（００１）の配向性を有するＬｉＮｂＯ
₃エピタキシャル膜であることが確認された。

【００９７】上記のようにして形成した２種類の単結晶
ＬｉＮｂＯ₃薄膜上に、それぞれ厚さ５００オングスト
ロームのＡｌ薄膜を蒸着した後、フォトリソグラフィー
法により８μｍの周期を有する櫛形電極（図２のダブル
電極、ｄ＝１μｍ、入出力電極対数：４０対、入出力電
極の中心間の距離：６４０μｍ）を形成して、表面弾性
波素子を作製した。

【００９８】このようにして作製した表面弾性波素子の
周波数特性をネットワークアナライザ（ＹＨＰ社製、商
品名：８７１９Ａ）を用いて評価したところ、サファイ
ア基板を用いた表面弾性波素子では動作周波数６７５Ｍ
Ｈｚであり、一方、（１１１）ダイヤモンド単結晶基板
を用いた表面弾性波素子では、動作周波数１．２６ＧＨ
ｚであった。すなわち、（１１１）単結晶ダイヤモンド
上に（００１）の配向性を有するＬｉＮｂＯ₃エピタキ
シャル膜を配置した構成を有する表面弾性波素子の方
が、同じ電極幅の櫛形電極を用いた場合にも、高い動作
周波数で動作可能であった。

【００９９】実施例５高圧合成単結晶ダイヤを（１１０）、（３３１）、（１
１２）、および（１１１）方向にカットし、それぞれの
面上に、厚さ１００００オングストロームのＬｉＮｂＯ
₃薄膜を形成した。

【０１００】＜ＬｉＮｂＯ₃形成条件＞圧力：０．０１５Ｔｏｒｒ基板温度：６００℃ Ａｒ：Ｏ₂：１：２ＲＦパワー：５０Ｗターゲット：Ｌｉ：Ｎｂ＝３：２焼結体上記４種類のＬｉＮｂＯ₃膜をＸ線回折およびＲＨＥＥ
Ｄにより分析したところ、（１１１）面方位ダイヤモン
ド単結晶基板上に形成したＬｉＮｂＯ₃膜について、
（００１）面を有するＬｉＮｂＯ₃膜（ｃ軸配向性）の
エピタキシャル成長が認められた。その他の面方位を有
するダイヤモンド基板上に形成したＬｉＮｂＯ₃膜で
は、ｃ軸以外に、（１１０）、（１０４）方向を含む混
合膜であることが判明した。

【０１０１】上記のようにして形成した４種類の単結晶
ＬｉＮｂＯ₃薄膜上に、それぞれ厚さ５００オングスト
ロームのＡｌ薄膜を蒸着した後、フォトリソグラフィー
法により８μｍの周期を有する櫛形電極を形成して、表
面弾性波素子を作製した。該櫛型電極としては、下記の
ように入出力電極間距離の異なる３種類の櫛形電極を形
成した。

【０１０２】電極対数（入力、出力とも）：４０対（ダ
ブル電極、正規型）電極幅：１．２μｍ（中心周波数：１ＧＨｚ）電極交差幅：５０×波長（波長は電極幅の８倍）入出力電極中心間距離：５０×波長、８０×波長、１１
０×波長得られた表面弾性波素子の評価としては、上記した入出
力電極間距離の異なる３種類の素子について、ネットワ
ークアナライザ（横河ヒューレットパッカード（ＹＨ
Ｐ）社製、８７１９Ａ）を用いた動作特性に基いて、伝
搬損失、および効率の指標とされる電気機械結合係数の
測定を行った。この伝搬損失は、伝搬特性：Ｓ２１の挿
入損失（ＩＬ）と、反射特性：Ｓ１１、Ｓ１２から変換
損失（ＴＬ１）、（ＴＬ２）を計算により求め、この電
極構造で本質的に得られる双方向損失６（ｄＢ）から、
伝搬損失ＰＬ（ｄＢ）＝ＩＬ−ＴＬ１−ＴＬ２−６とし
て求めた。一方、電気機械結合係数（Ｋ²）は、上記ネ
ットワークアナライザを用いた櫛型電極の放射コンダク
タンス（実部Ｇ）の測定に基づき、Ｋ²＝（Ｇ／８）・ｆ₀・Ｃ・Ｎ（ｆ₀：中心周波数、Ｃ：櫛型電極の全静電容量、Ｎ：
櫛型電極の対数）として求めた。

【０１０３】また、上記表面弾性波素子の作製とは別
に、（１００）ダイヤモンド単結晶基板上に、下記条件
下でＬｉＮｂＯ₃の（１００）面をエピタキシャル成長
させた後、上記と同様のＡｌ薄膜の蒸着およびフォトリ
ソグラフィーにより８μｍの周期を有する櫛形電極を形
成することにより、表面弾性波素子を作製した。このよ
うにして作製した表面弾性波素子について、上記と同様
にして伝搬損失、および電気機械結合係数の測定を行っ
た。

【０１０４】＜（１００）ＬｉＮｂＯ₃エピタキシャル
膜形成条件＞圧力：０．０１５Ｔｏｒｒ基板温度：６５０℃ Ａｒ：Ｏ₂：２：３ＲＦパワー：１００Ｗターゲット：Ｌｉ：Ｎｂ＝３：２焼結体上記伝搬損失および電気機械結合係数の測定結果を下記
表１に示す。

【０１０５】

【表１】

【０１０６】上記表１に示したように、ＬｉＮｂＯ₃／
ダイヤモンド（１１１）構造およびＬｉＮｂＯ₃／ダイ
ヤモンド（１００）構造を有する表面弾性波素子におい
ては、伝搬損失は低減され、且つ電気機械結合係数は増
大することが判明した。電気機械結合係数の増大の程度
は、ＬｉＮｂＯ₃／ダイヤモンド（１１１）構造を有す
る表面弾性波素子の方が大であった。

【０１０７】実施例６（３１１）、（１１０）、および（１１１）面方位を有
するＩａタイプ天然ダイヤモンド、及びＩｂタイプ高圧
合成ダイヤモンド上に、Ｔｉ薄膜（厚さ：オングストロ
ーム）を用いて、実施例５と同様のパラメータを有する
櫛形電極を形成し、さらに該櫛型電極の上に、ＬｉＮｂ
Ｏ₃薄膜をＲＦマグネトロンスパッタリングで形成し
た。

【０１０８】＜ＬｉＮｂＯ₃薄膜形成条件＞圧力：０．０１Ｔｏｒｒ基板温度：６２０℃ Ａｒ：Ｏ₂＝１：２ＲＦパワー：８０Ｗターゲット：Ｌｉ：Ｎｂ＝３：２焼結体上記で形成されたＬｉＮｂＯ₃膜をＸ線回折装置で分析
してｃ軸配向性を調べたところ、（１１１）面の単結晶
ダイヤ上に形成したＬｉＮｂＯ₃薄膜については、ｃ軸
以外の配向性は観測されなかった。これに対して、（３
１１）および（１１０）単結晶ダイヤ上に形成したＬｉ
ＮｂＯ₃薄膜は、ｃ軸以外の配向性をも有する混合膜で
あることが確認された。

【０１０９】上記配向性の評価を行った後、Ａｌ膜（厚
さ５００オングストローム）を用いてＬｉＮｂＯ₃膜上
に短絡用電極（櫛型電極と同じ占有面積のベタ電極）を
形成して、表面弾性波素子を作製した。該表面弾性波素
子については、上記櫛型電極形成前後の伝搬損失を、実
施例５と同様の方法で測定した。

【０１１０】上記伝搬損失の測定結果を下記表２に示
す。

【０１１１】

【表２】

【０１１２】上記表１に示したように、ＬｉＮｂＯ₃／
ダイヤモンド（１１１）構造を有する表面弾性波素子に
おいては、伝搬損失は低減されることが判明した。

【０１１３】実施例７天然タイプＩａ及び高圧タイプＩｂの（１００）、（１
１０）、（１１１）ダイヤモンド単結晶基板、およびＳ
ｉ（１００）面、β−ＳｉＣ（１１１）面上に、ダイヤ
モンド薄膜をエピタキシャル成長させ、該ダイヤモンド
膜の表面を実施例３と同様に研磨して平坦にした後、実
施例５と同様の条件下でＬｉＮｂＯ₃膜（厚さ１３００
０オングストローム）を形成した。

【０１１４】該ＬｉＮｂＯ₃膜の上にＡｌ膜（厚さ５０
０オングストローム）を蒸着した後フォトリソグラフィ
ーにより実施例５と同様の櫛形電極を形成して、表面弾
性波素子を得た。このようにして得た表面弾性波素子に
ついて、実施例５と同様に伝搬損失、及び電気機械結合
係数を測定した。

【０１１５】上記伝搬損失の測定後、試料上にＳｉＯ₂
膜（厚さ３０００オングストローム）を形成し伝搬損失
を測定した。更に、この伝搬損失測定後、該ＳｉＯ₂膜
の上にＡｌを用いて短絡用電極（厚さ５００オングスト
ローム）を形成し、伝搬損失を測定した。

【０１１６】＜ダイヤモンドのエピタキシャル膜の形成
条件＞マイクロ波プラズマＣＶＤ（１００）、（１１０）上のダイヤモンド膜形成パワー：３００ｗ圧力：３０〜４０ＴｏｒｒＣＨ₄／Ｈ₂＝１〜６（％）＜（１１１）上のダイヤモンド膜形成については、ＣＨ
₄／Ｈ₂＝１〜２（％）とした以外は、上記と同様とし
た。＞＜Ｓｉ、ＳｉＣ上のヘテロエピタキシャル条件＞マイクロ波プラズマＣＶＤ法マイクロ波パワー：９００Ｗ圧力：１０〜３ｍＴｏｒｒＣＨ₄／Ｈ₂＝５／９９．５基板温度：８００℃、（基板側に−１５０ｖのＤＣバイアスを印加）＜ＳｉＯ₂の形成条件＞ＲＦマグネトロンスパッタ装置Ａｒ：Ｏ₂＝１：１圧力０．０２ＴｏｒｒＲＦパワー：２００ＷＳｉＯ₂ターゲット膜厚：０．３μｍ上記により得た表面弾性波素子について、実施例５と同
様の方法を用いて伝搬損失の評価を行った。評価結果を
下記表３に示す。

【０１１７】

【表３】

【０１１８】上記表３に示したように、ＬｉＮｂＯ₃／
ダイヤモンド（１１１）構造およびＬｉＮｂＯ₃／ダイ
ヤモンド（１００）構造を有する表面弾性波素子におい
ては、伝搬損失は低減されることが判明した。上記Ｌｉ
ＮｂＯ₃／ダイヤモンド（１１１）構造を有する表面弾
性波素子においては、更に、電気機械結合係数も増大し
ていた。

【０１１９】実施例８（１００）単結晶Ｓｉ基板を熱フィラメントＣＶＤ装置
の反応室内に装着し、１０^-6Ｔｏｒｒ以下に排気した
後、該反応室内にＣＨ₄およびＨ₂ガスをＣＨ₄／Ｈ₂
＝１〜８％の割合で導入した。反応室内の圧力は１００
〜２００Ｔｏｒｒとし、フィラメント温度を２１００℃
に設定し、フィラメントと基板間距離を調整して、基板
表面温度を９５０℃に設定した。上記条件下で、上記単
結晶Ｓｉ基板上にダイヤモンド膜（厚さ１７μｍ）を形
成した。

【０１２０】得られたダイヤモンド膜をＸ線回折装置を
用いて評価を行ったところ、多結晶であり、（１０
０）、（１１０）、（１１１）の各面方位が観測され
た。上記反応室内のガス組成比、圧力を同時に変化させ
ることにより、（１１１）面あるいは（２２０）面の強
度比を変化させた多結晶ダイヤモンド膜を形成すること
が可能であった。Ｘ線回折では、各面によりピーク強度
が異なるため、（１１１）面のピーク強度を１００とし
て、他の面のピーク強度を規格化した。

【０１２１】このようにして得られたダイヤモンド／Ｓ
ｉ基板を研磨し（研磨後のダイヤモンドの厚さ：１５μ
ｍ）、該基板の上に、Ｔｉからなる櫛形電極（厚さ５０
０オングストローム、実施例５と同様の櫛型電極）、Ｌ
ｉＮｂＯ₃膜（厚さ１００００オングストローム）をこ
の順番で積層した。

【０１２２】表面弾性波素子としての評価は、実施例５
と同様にして電極間隔の異なる種類の櫛形電極を形成し
てなる表面弾性波素子について、伝搬損失の評価を行っ
た。伝搬損失の評価は、実施例５と同様にして行った。

【０１２３】上記評価の結果を、下記表４に示す。

【０１２４】

【表４】

【０１２５】実施例９実施例８と同様にして、（１００）単結晶Ｓｉ基板上に
ダイヤモンド薄膜（厚さ１７μｍ）を形成し、該ダイヤ
モンド膜が厚さ１５μｍとなるまで表面を研磨した後、
その上にＴｉを用いて櫛形電極（厚さ５００オングスト
ローム、実施例５と同様の櫛型電極）を形成し、更に該
櫛型電極の上にＬｉＮｂＯ₃膜（厚さ１００００オング
ストローム）を成膜して、表面弾性波素子を得た。

【０１２６】上記ＬｉＮｂＯ₃膜形成後、実施例５と同
様の方法で伝搬損失を測定した。

【０１２７】伝搬損失測定後、上記ＬｉＮｂＯ₃膜の上
にＡｌを用いて短絡用電極（厚さオングストローム）を
形成し、伝搬損失を測定した。

【０１２８】伝搬損失を測定した後、プラズマＣＶＤ法
を用いて、上記短絡用電極の表面にダイヤモンド状炭素
膜（厚さ４００オングストローム）を形成し、伝搬損失
を測定した。このダイヤモンド状炭素膜は、反応室内に
メタンガスを約５ｓｃｃｍで導入し、反応室内の圧力を
約０．００２Ｔｏｒｒに維持し、基板温度を２５℃に設
定して、電力密度２Ｗ／ｃｍ²で放電してプラズマ状態
とし、約０．５時間で、厚さ４００オングストロームの
ダイヤモンド状炭素膜層を形成した。

【０１２９】上記Ｘ線回折強度の測定結果および伝搬損
失の測定結果を、下記表５に示す。

【０１３０】

【表５】

【０１３１】実施例１０（３１１）、（１１０）、（１１１）面方位を有するＩ
ａタイプ天然ダイヤモンド、及びＩｂタイプ高圧合成ダ
イヤモンドにＡｌ膜（厚さ５００オングストローム）を
形成し、フォトリソグラフィーを用いて、櫛形電極と反
転したパターンを形成し、これをマスクとした。

【０１３２】上記ダイヤモンド基板をイオン注入装置に
セットし、加速電圧１２０ｋｅＶで、Ｂ（ホウ素）イオ
ンを４．５×１０²⁰ｃｍ^-2注入した。

【０１３３】イオン注入を行った後、上記Ａｌマスクを
剥離し、基板のアニールを行い、上記Ｂイオンの注入に
より生じた半導電性ダイヤモンド部分を櫛型電極（実施
例５と同様のパラメータを有する櫛型電極）とした。

【０１３４】半導電性ダイヤモンドは、体積抵抗率が１
０⁶Ω・ｃｍ以下のものが使用可能であるが、１０^-2Ω
・ｃｍ以下（更には１０^-4Ω・ｃｍ以下）であることが
表面弾性波素子の特性上好ましい。

【０１３５】上記により形成した櫛型電極の上に、Ｌｉ
ＮｂＯ₃膜を液相成長法で形成して表面弾性波素子を形
成した後、実施例５と同様にして伝搬損失を測定した。

【０１３６】＜ＬｉＮｂＯ₃成膜条件＞条件：液相成長法溶液：５０ｍｏｌ％ＬｉＯ₂＋４０ｍｏｌ％Ｖ₂Ｏ₅＋
１０ｍｏｌ％Ｎｂ₂Ｏ₅ （基板を液中に浸しながら、温度１１００℃まで昇温し
た後、８００℃までゆっくり冷却した。）上記伝搬損失測定後、上記ＬｉＮｂＯ₃膜上にダイヤモ
ンド薄膜（厚さ３０００オングストローム）を形成し、
伝搬損失を評価した。

【０１３７】＜ダイヤモンド薄膜形成条件＞装置：マイクロ波プラズマＣＶＤ装置マイクロ波パワー：３５０Ｗ反応ガスＣＨ₄：Ｏ₂：Ｈ₂＝０．５：１：９８．５反応圧力：３０Ｔｏｒｒ成膜温度：５００℃ 膜厚：０．３μｍ上記伝搬損失の評価結果を下記表６に示す。

【０１３８】

【表６】

【０１３９】実施例１１（３１１）、（１１０）、（１１１）面を有するＩｂタ
イプ高圧単結晶ダイヤを用意し、該ダイヤモンド面上に
Ａｌ膜（厚さ５００オングストローム）を蒸着した後、
フォトリソグラフィー技術を用いて櫛形電極の反転パタ
ーンを形成しこれをマスクとした。これを、ＲＩＥ（リ
アクティブイオンエッチング）装置にセットし、ダイヤ
モンド表面のエッチングを行い、櫛型電極形状に溝を形
成した。エッチングの深さは、３０ｎｍとした。

【０１４０】＜ＲＩＥの条件＞Ａｒ：Ｏ₂＝９０：１０ＲＦパワー２００Ｗ圧力：０．０１Ｔｏｒｒ上記ＲＩＥ後のダイヤモンド上にレジストを形成し、フ
ォトリソグラフィー技術を用いて該レジストをパターニ
ングした後、Ａｌ膜を剥がしてダイヤモンドに電極とな
る溝を形成した。

【０１４１】このようにして溝を形成した基板上にＴｉ
膜（厚さ５００オングストローム）を形成し、レジスト
を除去することにより、ダイヤモンド上に埋め込みタイ
プの櫛型電極を形成した。

【０１４２】このようにして櫛型電極を形成した基板上
に、ＬｉＮｂＯ₃膜（厚さ１００００オングストロー
ム）を形成して表面弾性波素子を作製し、その伝搬損失
を測定した。

【０１４３】伝搬損失測定後、上記ＬｉＮｂＯ₃膜上に
ＳｉＯ₂膜（厚さ３０００オングストローム）を形成
し、伝搬損失を測定した。

【０１４４】伝搬損失測定後、上記ＳｉＯ₂膜に更に、
Ａｌを用いて短絡用電極（厚さ５００オングストロー
ム）を形成し、伝搬損失を測定した。この際に用いたＬ
ｉＮｂＯ₃膜およびＳｉＯ₂膜の形成条件は以下の通で
あった。

【０１４５】＜ＬｉＮｂＯ₃膜＞ＲＦマグネトロンスパッタ装置ガス：Ａｒ：Ｏ₂＝１：２圧力：０．０１ＴｏｒｒＲＦパワー：８０Ｗ基板温度：６５０℃ ターゲット：Ｌｉ：Ｎｂ＝３：２焼結体＜ＳｉＯ₂膜＞ＲＦマグネトロンスパッタ装置ガス：Ａｒ：Ｏ２＝１：１圧力：０．０１ＴｏｒｒＲＦパワー：２５０ｗターゲット：ＳｉＯ₂ 膜厚：０．３μｍ上記伝搬損失の測定結果を下記表７に示す。

【０１４６】

【表７】

【０１４７】実施例１２（１００）多結晶Ｓｉ基板をプラズマＣＶＤ装置の反応
室内にセットし、１０^-6Ｔｏｒｒ以下に排気した後、反
応室内にＣＨ₄、Ｈ₂ガスをＣＨ₄／Ｈ₂＝１〜８％の
割合で導入した。反応室内の圧力を１００〜２００Ｔｏ
ｒｒとし、基板温度を９５０℃に設定した。このような
条件下で、上記多結晶Ｓｉ基板上にダイヤモンド膜（厚
さ２０μｍ）を形成した。

【０１４８】上記で得られたダイヤモンド膜をＸ線回折
装置を用いて評価したところ、多結晶であり、（１０
０）、（１１０）、（１１１）の各面方位が観測され
た。上記反応室内のガス組成比、圧力を同時に変化させ
ることにより、（１１１）面、あるいは（２２０）面の
強度比を変化させた多結晶ダイヤモンド膜を形成するこ
とが可能であった。Ｘ線回折では、各面によりピーク強
度が異なるため、（１１１）面のピーク強度を１００と
して、他の面のピーク強度を規格化した。

【０１４９】このようにして得られた基板を、各条件で
２種類用意した。それぞれ表面を研磨し（研磨後のダイ
ヤモンド膜の厚さ：１５μｍ）、その上にＴｉを用いて
短絡用電極（厚さ５００オングストローム）を形成し、
該短絡用電極上にＬｉＮｂＯ₃膜（厚さ１００００オン
グストローム）を積層した。

【０１５０】上記した２種類の基板のうち、一方の基板
については、その上にＡｌを用いて櫛形電極（実施例５
と同様のパラメータを有する櫛型電極）を形成し、伝搬
損失を評価した。ＬｉＮｂＯ₃の成膜条件、伝搬損失の
評価法は実施例５と同様とした。

【０１５１】上記伝搬損失測定後、実施例９と同様にし
てダイヤモンド状炭素膜（厚さ５００オングストロー
ム）を形成し、伝搬損失を測定した。

【０１５２】上記した２種類の基板のうち、他方の基板
については、ＬｉＮｂＯ₃膜を形成し、ダイヤモンド状
炭素膜を形成した後、櫛形電極を形成した以外は、上記
と同様にして表面弾性波素子を得た。この表面弾性波素
子サンプルについても、上記と同様にして伝搬損失を測
定した。測定結果を下記表８に示す。

【０１５３】

【表８】

【０１５４】実施例１３高圧Ｉｂタイプ（３１１）、（１１０）、（１１１）ダ
イヤモンド単結晶基板上にダイヤモンド薄膜（厚さ２０
μｍ）をエピタキシャル成長させ、該ダイヤモンド薄膜
表面を研磨し平坦にして厚さ１５μｍとした後、ＬｉＮ
ｂＯ₃膜（厚さ１００００オングストローム）を形成
し、上記した各面方位について、それぞれ３枚ずつの基
板を用意した。この際、上記ダイヤモンドのエピタキシ
ャル条件、およびＬｉＮｂＯ₃膜の成膜条件は実施例１
２と同様とした。

【０１５５】上記した３枚の基板のうち、１枚について
は上記ＬｉＮｂＯ₃膜上に、櫛形電極（実施例５と同様
のパラメータを有する櫛型電極）、ＳｉＯ₂膜（厚さ３
０００オングストローム）、短絡電極（厚さ５００オン
グストローム）をこの順番で形成して、表面弾性波素子
Ａを作製した。この際、ＳｉＯ₂膜の形成条件は実施例
１１と同様とした。

【０１５６】上記３枚の基板のうち、次の１枚について
は、上記ＬｉＮｂＯ₃膜の上にＳｉＯ₂膜、櫛形電極の
順で形成し、短絡用電極は形成しなかった以外は、上記
表面弾性波素子Ａの形成と同様にして表面弾性波素子を
作製した。

【０１５７】上記３枚の基板のうち、残りの１枚につい
ては、上記ＬｉＮｂＯ₃膜の上に、短絡用電極、ＳｉＯ
₂膜、櫛形電極の順に形成した以外は、上記表面弾性波
素子Ａの形成と同様にして表面弾性波素子を作製した。

【０１５８】上記で得た各表面弾性波素子サンプルの伝
搬損失を、実施例５と同様の方法で測定した。測定結果
を下記表９に示す。

【０１５９】

【表９】

【０１６０】実施例１４（光導波路の形成）高圧合成単結晶ダイヤモンドの（１
１１）面上に、厚さ８μｍのＬｉＮｂＯ₃（００１）膜
をエピタキシャル成長させた。この際のＬｉＮｂＯ
₃（００１）膜をエピタキシャル成長は、実施例５と同
様の方法で行った。

【０１６１】上記ＬｉＮｂＯ₃上に、厚さ５０ｎｍのＴ
ｉ膜をスパッタリング法で形成し、フォトリソグラフィ
ー法で分岐干渉型光導波路と逆のパターンのレジスト膜
を形成した後、導波路とする部分について、ＨＦ：ＨＮ
Ｏ₃：Ｈ₂Ｏ＝１：１：５０のエッチング液を５倍に希
釈した液を用いてエッチングを行った。

【０１６２】該エッチングの後、上記で得たＴｉ／Ｌｉ
ＮｂＯ₃／ダイヤモンド積層膜を安息香酸中に浸し、２
４０℃で４０分間プロトン交換反応を行った。プロトン
交換後、Ｔｉを除去して、上記ＬｉＮｂＯ₃膜の所定の
部分に、屈折率がわずかに高い分岐型光導波路を形成し
て、図１４に模式平面図を示すような分岐干渉型導波路
を得た。

【０１６３】屈折率変化は、波長１．２μｍのＩｎＧａ
ＡｓＰレーザを用いた異常光の屈折率Δｎ_eが、この時
点でバルクのＬｉＮｂＯ₃の異常光屈折率より０．１２
高くなった。すなわち、プロトン交換を行った部分に光
導波路が形成された。この光導波路の伝搬損失をプリズ
ム結合法（光ビームはルチルプリズムを用いて入射）に
より測定したところ、２．５ｄＢ／ｃｍであった。

【０１６４】このようにして光導波路を形成した試料に
ついて、大気中で４００℃、２時間アニールを行ったと
ころ、異常光屈折率Δｎ_eは０．０４、伝搬損失は０．
８ｄＢ／ｃｍの導波路となった。

【０１６５】形成された分岐干渉型導波路の分岐された
各導波路上に、Ａｌを用いて電圧印加用の電極を形成し
た。該電電圧印加用電極の電極幅は５ｍｍ、電極間隔は
７μｍ、電極厚みは５０ｎｍであった。

【０１６６】高圧合成Ｉｂタイプのダイヤモンド上に、
ＩｎＧａＡｓＰ半導体レーザ（ＬＤ）を配置した後、該
ＬＤの一方の端に隣接させて上記ダイヤモンドに、上記
したような光導波路を形成し、更に該ＬＤの他方の端に
隣接させて上記ダイヤモンド上にサーミスタを形成し
て、図８に模式断面図を示すような光変調器を得た。

【０１６７】このようにして形成した光変調器に対する
印加電圧を変化させて、該変調器からの出力光の変化を
調べた。結果を図１５のグラフに示す。図１５のグラフ
において、横軸は電圧、縦軸は、入力パワーに対する出
力パワーの変化（相対強度）を示す。消光比（最大の出
力光と最小の出力光との比）として、１９．８ｄＢが得
られた。また、二つの導波光の位相差がπずれる電圧
は、９．８Ｖであった。

【０１６８】比較のために、上記で用いたダイヤモンド
（１１１）面に代えてダイヤモンド（１１０）単結晶面
を用いた以外は、上記と同様にして該ダイヤモンド（１
１０）面上にＬｉＮｂＯ₃を上記と同じ条件で成膜し、
同様にモノリシック光変調器の形成を試みたが、プロト
ン交換過程でＬｉＮｂＯ₃膜が一部エッチングされたた
め、光導波路を安定して形成することはできなかった。
得られた測定可能なレベルの光導波路においては、アニ
ール後の導波路の伝搬損失は６．８ｄＢ／ｃｍと大き
く、消光比は１３．８ｄＢしか得られなかった。

【０１６９】上記で用いたダイヤモンド（１１１）面上
のモノリシック光変調器の具体的な形成プロセスは、以
下の通りであった。

【０１７０】（１）高圧合成Ｉｂタイプ単結晶ダイヤモ
ンド（大きさ：１ｃｍ×１ｃｍ×３００μｍ）を用意
し、その（１１１）面上で、Ａｌをマスクとしてリアク
ティブイオンエッチング（ＲＩＥ）でダイヤモンドをエ
ッチングして、半導体レーザ（ＬＤ）を配置する穴（大
きさ：３００×３５０×７０μｍ）を形成した。

【０１７１】（２）上記ダイヤモンド（１１１）面上
に、ＳｉＯ₂膜（ダイヤモンドの選択エッチング用）を
スパッタリング法で形成した。

【０１７２】＜ＲＦマグネトロンスパッタ＞ガスＡｒ：Ｏ₂＝１：１圧力：０．０１ＴｏｒｒＲＦパワー：２５０Ｗターゲット：ＳｉＯ₂ ＳｉＯ₂膜厚：２００ｎｍ（３）フォトリソグラフィーにより、サーミスタを形成
する部分をエッチングして、サーミスタを形成すべき部
分のみのダイヤ表面を露出させた。

【０１７３】（４）上記したサーミスタを形成すべき部
分のダイヤ表面上に、半導電性ダイヤモンド膜を形成し
た。

【０１７４】条件：マイクロ波プラズマＣＶＤ法ＣＨ₄＋Ｈ₂＝１：１００ドーピングガスＢ₂Ｈ₆（ＣＨ₄ガスに対して１００
ｐｐｍ）圧力４ｋＰａマイクロ波周波数：２．４５ＧＨｚパワー４００Ｗ成膜時間１時間（５）上記ＳｉＯ₂膜の除去を除去し、サーミスタが形
成される部分にのみ、上記半導電性ダイヤモンド膜を形
成した。

【０１７５】（６）上記ダイヤモンド（１１１）面上の
光変調器を形成すべき部分に、厚さ８μｍのＬｉＮｂＯ
₃膜をエピタキシャル成長させた。この際のエピタキシ
ャル成長条件は、実施例５と同様とした。

【０１７６】（７）ＬｉＮｂＯ₃の光導波路の部分を形
成する際のマスクとする目的で、該ＬｉＮｂＯ₃上に、
厚さ５００ｎｍのＴｉ膜を電子ビーム蒸着法で形成し
た。

【０１７７】（８）フォトリソグラフィーで、光変調器
となる部分のＴｉ膜を残しその他の部分のＴｉ膜をエッ
チングで除去した。

【０１７８】（９）上記Ｔｉ膜をマスクとして、上記Ｌ
ｉＮｂＯ₃膜をＲＩＥでドライエッチングした。

【０１７９】（１０）上記Ｔｉを除去し、光変調器とな
る部分のＬｉＮｂＯ₃膜を形成した。

【０１８０】（１１）上記ＬｉＮｂＯ₃膜上に、Ｔｉ膜
（膜厚：１００ｎｍ）を電子ビーム蒸着法で形成した。

【０１８１】（１２）フォトリソグラフィーで、分岐干
渉型導波路と反対のパターンを上記Ｔｉ膜に形成した。

【０１８２】（１３）上記Ｔｉ膜をマスクとして、Ｈ
Ｆ：ＨＮＯ₃：Ｈ₂Ｏ＝１：１：５０のエッチング液を
５倍に希釈した液を用いてエッチングを行った。

【０１８３】（１４）上記で得たＴｉ／ＬｉＮｂＯ₃／
ダイヤモンド積層膜を安息香酸中に浸し、２４０℃で、
４０分プロトン交換反応を行った。

【０１８４】（１５）上記Ｔｉを除去して、光導波路を
形成した。この時点で屈折率の測定を行ったところ、プ
ロトン交換により形成された導波路部分の異常光屈折率
Δｎ_eが、他のバルクＬｉＮｂＯ₃部分より０．１２高
くなった。光の伝搬損失は、２．４ｄＢ／ｃｍであっ
た。

【０１８５】（１６）上記光導波路を大気中で４００
℃、２時間アニールした。この結果、導波路部分の異常
光屈折率Δｎ_eは他のバルクＬｉＮｂＯ₃部分より０．
０４高くなった。伝搬損失は、０．８ｄＢ／ｃｍに減少
した。

【０１８６】（１７）上記で形成された各導波路上に、
導波光を制御する電極（電極幅：５ｍｍ、電極間隔：１
０μｍ、電極厚み：５０ｎｍ）を、Ａｌを用いてフォト
リソグラフィー法およびイオンプレーティング法により
形成した。

【０１８７】（１８）上記単結晶ダイヤモンド基板の上
記導波路が形成された面と反対側の面に、電子ビーム蒸
着法を用いてＴｉ膜（膜厚５０ｎｍ）を電子ビーム法で
蒸着した。更に、該Ｔｉ膜上にＡｕを１．５μｍ蒸着し
た（１９）メタルマスクを用いて、上記単結晶ダイヤモン
ド基板の導波路が形成された面のサーミスタを形成すべ
き部分（２ヵ所）、および半導体レーザを配置すべき部
分に、Ｔｉを５０ｎｍ電子ビーム蒸着法で蒸着した。サ
ーミスタを形成すべき部分上には、更にＭｏ（厚さ１０
０ｎｍ）、およびＡｕ（厚さ２００ｎｍ）をこの順番で
成膜し、オーミック電極とした。レーザを形成すべき部
分には、上記Ｔｉ膜の上にＡｕ膜を１．５μｍ形成し
た。このように形成されたダイヤモンドサーミスタにつ
いては、金線でワイヤボンディングを行った。

【０１８８】（２０）上記単結晶ダイヤモンド基板の金
属被膜の面（Ｔｉ／Ａｕを蒸着した面）を、金メッキし
た銅基板の上に、Ａｕ−Ｓｎのはんだを用いて接着し
た。

【０１８９】（２１）上記単結晶ダイヤモンド基板の半
導体レーザを配置すべき部分に、ＩｎＧａＡｓＰの１．
３μｍ用レーザを、上記と同様にＡｕ−Ｓｎのはんだを
用いて接着した。

【０１９０】上記で形成したダイヤモンドサーミスタと
同様の方法で作製した（単独の）サーミスタについて、
基板温度を室温から６００℃まで変化させて抵抗率を測
定したところ、図１６の温度特性グラフに示したよう
に、抵抗率と温度とが直線的に変化することが確認され
た。

【０１９１】

【発明の効果】上述したように本発明によれば、（１１
１）または（１００）配向性を有するダイヤモンド面上
に圧電体としてＬｉＮｂＯ₃膜を成膜することにより、
他の配向性を有するダイヤモンド面を基板とする場合と
比較して、高いｃ軸またはａ軸配向性が得られる。

【０１９２】本発明によれば、更に、このような配向性
に基づき、良好な結晶性が得られ、しかも成膜されたＬ
ｉＮｂＯ₃膜の表面凹凸を低減することが可能となるた
め、種々のデバイス形成時の要素として好適に使用可能
な配向性材料ないし配向性基板が提供される。

【０１９３】このような高い配向性を有する配向性材料
ないし配向性基板を用いて表面弾性波素子を構成した場
合には、表面弾性波の伝搬損失を低減しつつ素子として
の効率が高い表面弾性波素子が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】表面弾性波素子を構成する櫛型電極の平面形状
の一例（シングル電極）を示す模式平面図である。

【図２】表面弾性波素子を構成する櫛型電極の平面形状
の一例（ダブル電極）を示す模式平面図である。

【図３】アモルファスカーボン（ダイヤモンド状炭素
膜）（ａ）、グラファイト（ｂ）、およびダイヤモンド
（ｃ）のラマンスペクトルの典型的な例を模式的に示す
グラフである。

【図４】本発明の表面弾性波素子の電極配置の一態様
（電極配置Ａ）を示す模式断面図である。

【図５】本発明の表面弾性波素子の電極配置の他の態様
（電極配置Ｃ）を示す模式断面図である。

【図６】本発明の表面弾性波素子の電極配置の更に他の
態様（電極配置Ｅ）を示す模式断面図である。

【図７】本発明の表面弾性波素子の電極配置の更に他の
態様（電極配置Ｆ）を示す模式断面図である。

【図８】本発明の配向性基板を利用し光変調器の一例を
示す模式断面図である。

【図９】実施例１で得られた（００１）ＬｉＮｂＯ₃／
（１１１）単結晶ダイヤモンド構造のＸ線回折データを
示すグラフである。

【図１０】実施例１で得られた（００１）ＬｉＮｂＯ₃
／（１１１）単結晶ダイヤモンドのＲＨＥＥＤ分析結果
を示す図面である。

【図１１】（００１）ＬｉＮｂＯ₃と（１１１）ダイヤ
モンドとの整合関係をシミュレーションした結果を示す
模式図である。

【図１２】実施例２で得られた（１００）ＬｉＮｂＯ₃
／（１００）単結晶ダイヤモンド構造のＸ線回折データ
を示すグラフである。

【図１３】（１００）ＬｉＮｂＯ₃と（１００）ダイヤ
モンドとの整合関係をシミュレーションした結果を示す
模式図である。

【図１４】実施例１４で形成した分岐干渉型光導波路を
示す模式斜視図である。

【図１５】実施例１４で形成した分岐干渉型光変調器に
おける印加電圧（横軸）−光出力の光強度（縦軸）の関
係を示すグラフである。

【図１６】実施例１４で形成したダイヤモンドサーミス
タの温度特性を示すグラフである。

【手続補正書】

【提出日】平成６年７月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５４】（電極配置）本発明の表面弾性波素子にお
いては、図１〜４の模式断面図に示すような櫛型電極
（必要に応じて、更に短絡用電極）の電極配置が好まし
く用いられる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５５】図１に示す構成（電極配置Ａ）において
は、表面弾性波素子はダイヤモンドと、該ダイヤモンド
上に配置された櫛型電極と、該櫛型電極上に配置された
ＬｉＮｂＯ₃層とからなる。図２に示す構成（電極配置
Ｃ）は、上記「電極配置Ａ」のＬｉＮｂＯ₃層上に、更
に短絡用電極を配置してなる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５６】図３に示す構成（電極配置Ｅ）において
は、表面弾性波素子はダイヤモンドと、該ダイヤモンド
上に配置されたＬｉＮｂＯ₃層と、該ＬｉＮｂＯ₃層上
に配置された櫛型電極とからなる。図４に示す構成（電
極配置Ｆ）は、上記「電極配置Ｅ」のダイヤモンドとＬ
ｉＮｂＯ₃層との間に、更に短絡用電極を配置してな
る。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５９】櫛型電極の平面形状は、該電極としての機
能を発揮する限り特に制限されないが、図５に模式平面
図を示すような、いわゆるシングル電極、図６に模式平
面図を示すようなダブル電極等が好適に使用可能であ
る。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７０】（２）結晶状態はアモルファスである。ダ
イヤモンド状炭素と、ダイヤモンドないしグラファイト
とは、例えば、ラマン分光法によって識別可能である。
図３にダイヤモンド状炭素（アモルファスカーボン）
（ａ）と、グラファイト（ｂ）と、ダイヤモンド（ｃ）
との典型的なスペクトルを示す。図７に示したように、
ダイヤモンド（ｃ）は１３３２ｃｍ^-1（ｓｐ³Ｃ−Ｃ由
来）、グラファイト（ｂ）は１５８０ｃｍ^-1（ｓｐ²Ｃ
−Ｃ由来）にそれぞれ鋭いピークを示すのに対して、ダ
イヤモンド状炭素（ｃ）は１３６０ｃｍ^-1と１６００ｃ
ｍ^-1とにブロードなピークを示す。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９０】上記ダイヤモンド上に形成したＬｉＮｂＯ
₃膜をＲＨＥＥＤ（電子線の入射方向：［１^-０１］）
により分析したところ、実施例１におけるのと同様にス
ポットのみが得られた。すなわち、上記ＬｉＮｂＯ₃膜
はエピタキシャル成長していることが確認された。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１０７】実施例６（３１１）、（１１０）、および（１１１）面方位を有
するＩａタイプ天然ダイヤモンド、及びＩｂタイプ高圧
合成ダイヤモンド上に、Ｔｉ薄膜（厚さ：５００オング
ストローム）を用いて、実施例５と同様のパラメータを
有する櫛形電極を形成し、さらに該櫛型電極の上に、Ｌ
ｉＮｂＯ₃薄膜をＲＦマグネトロンスパッタリングで形
成した。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１２７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１２７】伝搬損失測定後、上記ＬｉＮｂＯ₃膜の上
にＡｌを用いて短絡用電極（厚さ５００オングストロー
ム）を形成し、伝搬損失を測定した。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面弾性波素子の電極配置の一態様
（電極配置Ａ）を示す模式断面図である。

【図２】本発明の表面弾性波素子の電極配置の他の態様
（電極配置Ｃ）を示す模式断面図である。

【図３】本発明の表面弾性波素子の電極配置の更に他の
態様（電極配置Ｅ）を示す模式断面図である。

【図４】本発明の表面弾性波素子の電極配置の更に他の
態様（電極配置Ｆ）を示す模式断面図である。

【図５】表面弾性波素子を構成する櫛型電極の平面形状
の一例（シングル電極）を示す模式平面図である。

【図６】表面弾性波素子を構成する櫛型電極の平面形状
の一例（ダブル電極）を示す模式平面図である。

【図７】アモルファスカーボン（ダイヤモンド状炭素
膜）（ａ）、グラファイト（ｂ）、およびダイヤモンド
（ｃ）のラマンスペクトルの典型的な例を模式的に示す
グラフである。

【図８】本発明の配向性基板を利用した光変調器の一例
を示す模式断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０３Ｈ 9/145 Ｃ 7259−5Ｊ (72)発明者藤井知兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者鹿田真一兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ダイヤモンドと、該ダイヤモンドの（１
１１）配向性を有する面上に配置されたＬｉＮｂＯ₃膜
とからなることを特徴とする配向性材料。
【請求項２】単結晶ダイヤモンドと、該単結晶ダイヤ
モンドの（１１１）面上に配置された単結晶ＬｉＮｂＯ
₃膜とからなり、該ＬｉＮｂＯ₃膜の（００１）面が前
記単結晶ダイヤモンドの（１１１）面と平行であること
を特徴とする配向性材料。
【請求項３】単結晶ダイヤモンドと、該単結晶ダイヤ
モンドの（１００）面上に配置された単結晶ＬｉＮｂＯ
₃膜とからなり、該ＬｉＮｂＯ₃膜の（１００）面が前
記単結晶ダイヤモンドの（１００）面と平行であること
を特徴とする配向性材料。
【請求項４】前記単結晶ダイヤモンドが天然または高
圧合成ダイヤモンドである請求項２または３記載の配向
性材料。
【請求項５】前記（１１１）面を与える単結晶ダイヤ
モンドが、他の単結晶ダイヤモンドの（１１１）面上エ
ピタキシャル成長させたダイヤモンド薄膜である請求項
２記載の配向性材料。
【請求項６】前記（１００）面を与える単結晶ダイヤ
モンドが、他の単結晶ダイヤモンドの（１００）面上エ
ピタキシャル成長させたダイヤモンド薄膜である請求項
３記載の配向性材料。
【請求項７】前記（１１１）面または（１００）面を与
える単結晶ダイヤモンドが、ヘテロエピタキシャル成長
させたダイヤモンド薄膜である請求項２または３記載の
配向性材料。
【請求項８】ダイヤモンド層と、該ダイヤモンド層の
（１１１）配向性を有する面上に配置されたＬｉＮｂＯ
₃膜と、該ＬｉＮｂＯ₃膜上に配置された櫛形電極とか
らなることを特徴とする表面弾性波素子。
【請求項９】ダイヤモンド層と、該ダイヤモンド層の
（１１１）配向性を有する面上に配置された櫛形電極
と、該櫛型電極上に配置されたＬｉＮｂＯ₃膜とからな
ることを特徴とする表面弾性波素子。
【請求項１０】ダイヤモンド層と、該ダイヤモンド層
の（１１１）配向性を有する面上に配置された導電性ダ
イヤモンドからなる櫛形電極と、該櫛型電極上に配置さ
れたＬｉＮｂＯ₃膜とからなることを特徴とする表面弾
性波素子。
【請求項１１】ダイヤモンド層と、該ダイヤモンド層
の（１１１）配向性を有する面の凹部に配置された導電
性材料からなる櫛型電極と、該櫛型電極上に配置された
ＬｉＮｂＯ₃膜とからなることを特徴とする表面弾性波
素子。
【請求項１２】最上層の上に、更に短絡用電極が配置
された請求項９、１０又は１１記載の表面弾性波素子。
【請求項１３】ダイヤモンド層と、該ダイヤモンド層
の（１１１）配向性を有する面上に配置された短絡用電
極と、該短絡用電極上に配置されたＬｉＮｂＯ₃膜と、
該ＬｉＮｂＯ₃膜上に配置された櫛形電極とからなるこ
とを特徴とする表面弾性波素子。
【請求項１４】最上層の上に、更に、ＳｉＯ₂、ダイ
ヤモンド、およびダイヤモンド状炭素膜からなる群から
選択された１種類以上の材料からなる層が配置された請
求項８〜１３のいずれかに記載の表面弾性波素子。
【請求項１５】最上層の上に、ＳｉＯ₂、ダイヤモン
ド、およびダイヤモンド状炭素膜からなる群から選択さ
れた１種類以上の材料からなる層が配置され、該材料か
らなる層の上に、更に、短絡用電極が配置された請求項
８〜１１のいずれかに記載の表面弾性波素子。
【請求項１６】ダイヤモンド層と、該ダイヤモンド層
の（１１１）配向性を有する面上に配置されたＬｉＮｂ
Ｏ₃膜と、該ＬｉＮｂＯ₃膜上に配置された、Ｓｉ
Ｏ₂、ダイヤモンド、およびダイヤモンド状炭素膜から
なる群から選択された１種類以上の材料からなる層と、
該材料層の上に配置された櫛型電極とからなることを特
徴とする表面弾性波素子。
【請求項１７】ダイヤモンド層と、該ダイヤモンド層
の（１１１）配向性を有する面上に配置された短絡用電
極と、該短絡用電極上に配置されたＬｉＮｂＯ₃膜と、
該ＬｉＮｂＯ₃膜上に配置された、ＳｉＯ₂、ダイヤモ
ンド、およびダイヤモンド状炭素膜からなる群から選択
された１種類以上の材料からなる層と、該材料層の上に
配置された櫛型電極とからなることを特徴とする表面弾
性波素子。
【請求項１８】ダイヤモンド層と、該ダイヤモンド層
の（１１１）配向性を有する面上に配置されたＬｉＮｂ
Ｏ₃膜と、該ＬｉＮｂＯ₃膜上に配置された短絡用電極
と、該短絡用電極上に配置された、ＳｉＯ₂、ダイヤモ
ンド、およびダイヤモンド状炭素膜からなる群から選択
された１種類以上の材料からなる層と、該材料層の上に
配置された櫛型電極とからなることを特徴とする表面弾
性波素子。
【請求項１９】（１１１）配向性を有する面を与える
前記ダイヤモンドが、単結晶ダイヤモンドである請求項
８〜１８のいずれかに記載の表面弾性波素子。
【請求項２０】（１１１）配向性を有する面を与える
前記ダイヤモンドが、多結晶ダイヤモンドである請求項
８〜１８のいずれかに記載の表面弾性波素子。
【請求項２１】前記単結晶ダイヤモンドが、天然ダイ
ヤモンドまたは人工ダイヤモンドのいずれかである請求
項１９記載の表面弾性波素子。
【請求項２２】（１１１）配向性を有する面を与える
前記ダイヤモンドが、単結晶ダイヤモンド上にエピタキ
シャル成長させた単結晶ダイヤモンド膜である請求項１
９記載の表面弾性波素子。
【請求項２３】（１１１）配向性を有する面を与える
前記ダイヤモンドが、ヘテロエピタキシャル成長させた
ダイヤモンド膜である請求項８〜１８のいずれかに記載
の表面弾性波素子。
【請求項２４】ダイヤモンド層と、該ダイヤモンド層
の（１１１）配向性を有する面上に配置された第１のＬ
ｉＮｂＯ₃膜と、該第１のＬｉＮｂＯ₃膜上に配置され
た櫛形電極と、該櫛型電極上に配置された第２のＬｉＮ
ｂＯ₃膜とからなることを特徴とする表面弾性波素子。