JPH08212830A - 配向性強誘電体薄膜素子およびその作製方法 - Google Patents
配向性強誘電体薄膜素子およびその作製方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 単結晶基板上に、気相成長法および有機金属
化合物の塗布及びその後の加熱による成長法を用いて、
表面が平滑なエピタキシャルまたは配向性の強誘電体薄
膜を形成させることにより、光導波路素子および光変調
素子等に利用可能な配向性強誘電体薄膜素子、及びその
作製方法を提供する。 【解決手段】 単結晶基板上に、気相成長法により積層
したエピタキシャルまたは高配向性の第１の強誘電体膜
と、その上に有機金属化合物の塗布およびその後の加熱
により形成したエピタキシャルまたは配向性の第２の強
誘電体膜を有することからなる配向性強誘電体薄膜素子
及びその作製方法。この第２の強誘電体膜は、有機金属
化合物の塗布およびその後の加熱を数回繰り返すことに
よって形成することができる。
化合物の塗布及びその後の加熱による成長法を用いて、
表面が平滑なエピタキシャルまたは配向性の強誘電体薄
膜を形成させることにより、光導波路素子および光変調
素子等に利用可能な配向性強誘電体薄膜素子、及びその
作製方法を提供する。 【解決手段】 単結晶基板上に、気相成長法により積層
したエピタキシャルまたは高配向性の第１の強誘電体膜
と、その上に有機金属化合物の塗布およびその後の加熱
により形成したエピタキシャルまたは配向性の第２の強
誘電体膜を有することからなる配向性強誘電体薄膜素子
及びその作製方法。この第２の強誘電体膜は、有機金属
化合物の塗布およびその後の加熱を数回繰り返すことに
よって形成することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、気相成長法および有機
金属化合物の加熱結晶化による成長法を用いて単結晶基
板上に形成させた、光導波路素子および光変調素子等に
使用できる、表面が平滑なエピタキシャルまたは配向性
の強誘電体薄膜素子およびその作製方法に関する。
金属化合物の加熱結晶化による成長法を用いて単結晶基
板上に形成させた、光導波路素子および光変調素子等に
使用できる、表面が平滑なエピタキシャルまたは配向性
の強誘電体薄膜素子およびその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、酸化物強誘電体薄膜は、強誘電体
のもつ強誘電性、圧電性、焦電性、電気光学効果等の種
々の性質を有するために、不揮発性メモリーを始めとし
て、表面弾性波素子、赤外線焦電素子、音響光学素子、
電気光学素子等として多方面への応用が期待されてい
る。これらの中でも、酸化物強誘電体薄膜を光導波路構
造として用いる場合には、低光損失化とともに単結晶並
の分極特性および電気光学効果を得るために、単結晶薄
膜の作製が不可欠である。それゆえ、従来よりＢａＴｉ
Ｏ3 、ＰｂＴｉＯ3 、Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒ1-y Ｔ
ｉy ）1-x /4Ｏ3 （ＰＬＺＴ）、ＬｉＮｂＯ3 、ＫＮｂ
Ｏ3 等のエピタキシャル強誘電体薄膜を、Ｒｆ−マグネ
トロン・スパッタリング、レーザー・アブレーション、
有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）等の気相成長法によっ
て、酸化物単結晶基板上に形成することが数多く行われ
ている。
のもつ強誘電性、圧電性、焦電性、電気光学効果等の種
々の性質を有するために、不揮発性メモリーを始めとし
て、表面弾性波素子、赤外線焦電素子、音響光学素子、
電気光学素子等として多方面への応用が期待されてい
る。これらの中でも、酸化物強誘電体薄膜を光導波路構
造として用いる場合には、低光損失化とともに単結晶並
の分極特性および電気光学効果を得るために、単結晶薄
膜の作製が不可欠である。それゆえ、従来よりＢａＴｉ
Ｏ3 、ＰｂＴｉＯ3 、Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒ1-y Ｔ
ｉy ）1-x /4Ｏ3 （ＰＬＺＴ）、ＬｉＮｂＯ3 、ＫＮｂ
Ｏ3 等のエピタキシャル強誘電体薄膜を、Ｒｆ−マグネ
トロン・スパッタリング、レーザー・アブレーション、
有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）等の気相成長法によっ
て、酸化物単結晶基板上に形成することが数多く行われ
ている。
【０００３】しかしながら、気相エピタキシャル成長法
によって強誘電体薄膜を形成させると、得られる薄膜
は、その膜厚が増加するにつれて膜表面の粗さも増加す
ることが一般的であるため、薄膜光導波路として用いる
には膜表面の粗さに起因する光散乱が大きくなりすぎる
という問題があった。また、強誘電体薄膜の光導波路素
子と半導体素子とを集積化するには、半導体基板上に強
誘電体薄膜を作製させることが必要である。しかし、半
導体基板上にエピタキシャル成長により強誘電体薄膜を
形成させるには、成長温度を高くしなければならないこ
と、半導体と強誘電体との間に相互拡散が起こることお
よび半導体が酸化されること等の問題があるために困難
であった。
によって強誘電体薄膜を形成させると、得られる薄膜
は、その膜厚が増加するにつれて膜表面の粗さも増加す
ることが一般的であるため、薄膜光導波路として用いる
には膜表面の粗さに起因する光散乱が大きくなりすぎる
という問題があった。また、強誘電体薄膜の光導波路素
子と半導体素子とを集積化するには、半導体基板上に強
誘電体薄膜を作製させることが必要である。しかし、半
導体基板上にエピタキシャル成長により強誘電体薄膜を
形成させるには、成長温度を高くしなければならないこ
と、半導体と強誘電体との間に相互拡散が起こることお
よび半導体が酸化されること等の問題があるために困難
であった。
【０００４】ところで、先に、本発明者等は、気相成長
法によりＭｇＯがＧａＡｓ（１００）上にエピタキシャ
ル成長し、ＭｇＯをバッファ層として用いると強誘電体
薄膜が半導体上にエピタキシャル成長できることを見出
した。この発明については、既に米国特許出願（出願番
号Ｄ／９１６２６，１９９１年１１月２６日）するとと
もに、その後、「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６
０，１１９９（１９９２）」に論文としても発表した。
なお、上記強誘電体薄膜の結晶学的関係を示すと、例え
ば、ＢａＴｉＯ3 については、ＢａＴｉＯ3 （００１）
／／ＭｇＯ（１００）／／ＧａＡｓ（１００）であり、
面内方位は、ＢａＴｉＯ3 ［１００］／／ＭｇＯ［００
１］／／ＧａＡｓ［００１］である。しかし、ＭｇＯ層
を有するＧａＡｓ基板上に、気相エピタキシャル成長に
より強誘電体薄膜を形成させる場合でも、得られる薄膜
は、やはり膜厚が増加するにつれて膜表面の粗さも増加
し、薄膜光導波路として用いるには表面の粗さに起因す
る光散乱が依然として大きくなりすぎるという問題があ
る。
法によりＭｇＯがＧａＡｓ（１００）上にエピタキシャ
ル成長し、ＭｇＯをバッファ層として用いると強誘電体
薄膜が半導体上にエピタキシャル成長できることを見出
した。この発明については、既に米国特許出願（出願番
号Ｄ／９１６２６，１９９１年１１月２６日）するとと
もに、その後、「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６
０，１１９９（１９９２）」に論文としても発表した。
なお、上記強誘電体薄膜の結晶学的関係を示すと、例え
ば、ＢａＴｉＯ3 については、ＢａＴｉＯ3 （００１）
／／ＭｇＯ（１００）／／ＧａＡｓ（１００）であり、
面内方位は、ＢａＴｉＯ3 ［１００］／／ＭｇＯ［００
１］／／ＧａＡｓ［００１］である。しかし、ＭｇＯ層
を有するＧａＡｓ基板上に、気相エピタキシャル成長に
より強誘電体薄膜を形成させる場合でも、得られる薄膜
は、やはり膜厚が増加するにつれて膜表面の粗さも増加
し、薄膜光導波路として用いるには表面の粗さに起因す
る光散乱が依然として大きくなりすぎるという問題があ
る。
【０００５】一方、有機金属化合物を用いて強誘電体薄
膜を得るゾルゲル法等の方法は、精密な化学組成の制
御、表面の平滑化、プロセスの低温化、大面積化、低設
備コスト化等の面で有利である。本発明者等は、このゾ
ルゲル法において、加水分解を行わない有機金属化合物
を用いると、単結晶基板上に単結晶の強誘電体薄膜がエ
ピタキシャル成長できることを発見し、「Ｍａｔｅｒ．
Ｌｅｔｔ．１０３４８（１９９１）」に論文として発表
した。しかし、ゾルゲル法は、気相エピタキシャル成長
法と比較すると、結晶成長時の基板表面においては原子
のモビリティが低く、また、基板と薄膜との結晶相互間
の整合性等によってはエピタキシャル成長できる薄膜が
制限されるという難点があった。
膜を得るゾルゲル法等の方法は、精密な化学組成の制
御、表面の平滑化、プロセスの低温化、大面積化、低設
備コスト化等の面で有利である。本発明者等は、このゾ
ルゲル法において、加水分解を行わない有機金属化合物
を用いると、単結晶基板上に単結晶の強誘電体薄膜がエ
ピタキシャル成長できることを発見し、「Ｍａｔｅｒ．
Ｌｅｔｔ．１０３４８（１９９１）」に論文として発表
した。しかし、ゾルゲル法は、気相エピタキシャル成長
法と比較すると、結晶成長時の基板表面においては原子
のモビリティが低く、また、基板と薄膜との結晶相互間
の整合性等によってはエピタキシャル成長できる薄膜が
制限されるという難点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の技術
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。したがって、本発明の目的は、単結晶基板上に気相
成長法および有機金属化合物の塗布およびその後の加熱
による成長法を用いて、表面が平滑なエピタキシャルま
たは高配向性の強誘電体薄膜を形成してなり、光導波路
素子および光変調素子等に利用可能な配向性強誘電体薄
膜素子およびその作製方法を提供することにある。
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。したがって、本発明の目的は、単結晶基板上に気相
成長法および有機金属化合物の塗布およびその後の加熱
による成長法を用いて、表面が平滑なエピタキシャルま
たは高配向性の強誘電体薄膜を形成してなり、光導波路
素子および光変調素子等に利用可能な配向性強誘電体薄
膜素子およびその作製方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】従来、気相成長法におい
ては、膜厚を増加させると膜表面の粗さが増加するとい
う問題があり、また、有機金属化合物の塗布およびその
後の結晶化による成長法（ゾルゲル法）においては、薄
膜と基板の組み合わせによってはエピタキシャル成長が
制限されるという問題があった。そこで、本発明者は、
気相成長法においては、エピタキシャル成長の際に薄膜
と基板の組み合わせが容易であり、かつエピタキシャル
成長温度が比較的低いことおよびゾルゲル法において
は、表面の平坦化および組成の制御が容易であることを
利用してこれらを組合せることにより、優れた配向性強
誘電体薄膜素子が得られることを見出し、本発明を完成
するに至った。
ては、膜厚を増加させると膜表面の粗さが増加するとい
う問題があり、また、有機金属化合物の塗布およびその
後の結晶化による成長法（ゾルゲル法）においては、薄
膜と基板の組み合わせによってはエピタキシャル成長が
制限されるという問題があった。そこで、本発明者は、
気相成長法においては、エピタキシャル成長の際に薄膜
と基板の組み合わせが容易であり、かつエピタキシャル
成長温度が比較的低いことおよびゾルゲル法において
は、表面の平坦化および組成の制御が容易であることを
利用してこれらを組合せることにより、優れた配向性強
誘電体薄膜素子が得られることを見出し、本発明を完成
するに至った。
【０００８】すなわち、本発明の配向性強誘電体薄膜素
子は、単結晶基板と、この単結晶基板上に気相成長法に
より積層したエピタキシャルまたは高配向性の第１の強
誘電体膜と、この第１の強誘電体膜の上に、有機金属化
合物の塗布およびその後の加熱により形成したエピタキ
シャルまたは配向性の第２の強誘電体薄膜とを有するこ
とを特徴とする。
子は、単結晶基板と、この単結晶基板上に気相成長法に
より積層したエピタキシャルまたは高配向性の第１の強
誘電体膜と、この第１の強誘電体膜の上に、有機金属化
合物の塗布およびその後の加熱により形成したエピタキ
シャルまたは配向性の第２の強誘電体薄膜とを有するこ
とを特徴とする。
【０００９】また、本発明の配向性強誘電体薄膜素子の
作製方法は、単結晶基板上に気相成長法によりエピタキ
シャルまたは高配向性の第１層目の強誘電体薄膜を形成
し、その上に、有機金属化合物の塗布およびその後の加
熱によりエピタキシャルまたは配向性の第２層目の強誘
電体薄膜を形成することを特徴とする。本発明のエピタ
キシャルまたは配向性の第２層目の強誘電体薄膜は、有
機金属化合物の塗布およびその後の加熱を数回繰り返す
ことによって膜厚を増加することができる。
作製方法は、単結晶基板上に気相成長法によりエピタキ
シャルまたは高配向性の第１層目の強誘電体薄膜を形成
し、その上に、有機金属化合物の塗布およびその後の加
熱によりエピタキシャルまたは配向性の第２層目の強誘
電体薄膜を形成することを特徴とする。本発明のエピタ
キシャルまたは配向性の第２層目の強誘電体薄膜は、有
機金属化合物の塗布およびその後の加熱を数回繰り返す
ことによって膜厚を増加することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
面を参照して説明する。図３は、本発明の方法によって
作製した配向性強誘電体薄膜素子の構造を説明するため
の模式的断面図である。図１〜３において、１は単結晶
基板、２は気相成長によって形成された第１（第１層
目）のエピタキシャル強誘電体薄膜層を示す。図２にお
いて、３′は有機金属化合物溶液の塗布層を示す。図３
において、３は図２の塗布層３′の加熱結晶化によって
形成された第２（第２層目）のエピタキシャル強誘電体
薄膜層、４は第１層目の強誘電体薄膜層と第２層目の強
誘電体薄膜層との境界面を示す。
面を参照して説明する。図３は、本発明の方法によって
作製した配向性強誘電体薄膜素子の構造を説明するため
の模式的断面図である。図１〜３において、１は単結晶
基板、２は気相成長によって形成された第１（第１層
目）のエピタキシャル強誘電体薄膜層を示す。図２にお
いて、３′は有機金属化合物溶液の塗布層を示す。図３
において、３は図２の塗布層３′の加熱結晶化によって
形成された第２（第２層目）のエピタキシャル強誘電体
薄膜層、４は第１層目の強誘電体薄膜層と第２層目の強
誘電体薄膜層との境界面を示す。
【００１１】本発明の配向性強誘電体薄膜素子は、先
ず、図１のように、単結晶基板１上に、気相成長法によ
って表面が凹凸のエピタキシャルまたは配向性の第１層
目のエピタキシャル強誘電体薄膜層２を形成し、次い
で、該薄膜層２の上に、図２のように、有機金属化合物
溶液の塗布層３′を設け、さらに、図３のように、該塗
布層３′を加熱結晶化させることにより表面が平坦化し
たエピタキシャルまたは配向性の第２層目のエピタキシ
ャル強誘電体薄膜層３を形成する。この場合、第２層目
のエピタキシャル強誘電体薄膜層３は、有機金属化合物
の塗布およびその後の加熱を数回繰り返すことによって
膜厚を増加することができる。
ず、図１のように、単結晶基板１上に、気相成長法によ
って表面が凹凸のエピタキシャルまたは配向性の第１層
目のエピタキシャル強誘電体薄膜層２を形成し、次い
で、該薄膜層２の上に、図２のように、有機金属化合物
溶液の塗布層３′を設け、さらに、図３のように、該塗
布層３′を加熱結晶化させることにより表面が平坦化し
たエピタキシャルまたは配向性の第２層目のエピタキシ
ャル強誘電体薄膜層３を形成する。この場合、第２層目
のエピタキシャル強誘電体薄膜層３は、有機金属化合物
の塗布およびその後の加熱を数回繰り返すことによって
膜厚を増加することができる。
【００１２】本発明の配向性強誘電体薄膜素子に用いる
単結晶基板としては、ＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＡｌ2
Ｏ4 、ＺｒＯ2 、ＺｎＯ、ＳｒＴｉＯ3 、ＬｉＮｂ
Ｏ3 、ＬｉＴａＯ3 等の酸化物単結晶基板、単体半導体
であるＳｉ、Ｇｅ、ダイヤモンド、周期律表III 族−Ｖ
族系の化合物半導体であるＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、Ａｌ
Ｐ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳ
ｂ、ＡｌＧａＰ、ＡｌＬｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎ
Ａｓ、ＡｌＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＳｂ、Ｇ
ａＡｓＳｂ、ＩｎＡｓＳｂ、周期律表II族−ＶＩ族系の
化合物半導体であるＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、Ｃａ
Ｓｅ、Ｃｄｔｅ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＣｄＳ等から選
ばれる半導体単結晶基板、またはこれらの半導体単結晶
基板上に気相成長によってエピタキシャルＭｇＯのバッ
ファ層が形成されたものから選ばれるものが好ましく使
用される。
単結晶基板としては、ＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＡｌ2
Ｏ4 、ＺｒＯ2 、ＺｎＯ、ＳｒＴｉＯ3 、ＬｉＮｂ
Ｏ3 、ＬｉＴａＯ3 等の酸化物単結晶基板、単体半導体
であるＳｉ、Ｇｅ、ダイヤモンド、周期律表III 族−Ｖ
族系の化合物半導体であるＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、Ａｌ
Ｐ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳ
ｂ、ＡｌＧａＰ、ＡｌＬｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎ
Ａｓ、ＡｌＡｓＳｂ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＳｂ、Ｇ
ａＡｓＳｂ、ＩｎＡｓＳｂ、周期律表II族−ＶＩ族系の
化合物半導体であるＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、Ｃａ
Ｓｅ、Ｃｄｔｅ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＣｄＳ等から選
ばれる半導体単結晶基板、またはこれらの半導体単結晶
基板上に気相成長によってエピタキシャルＭｇＯのバッ
ファ層が形成されたものから選ばれるものが好ましく使
用される。
【００１３】本発明の第１の強誘電体薄膜は、原材料と
してセラミック、単結晶、金属等を用い、電子ビーム蒸
着法、フラッシュ蒸着法、イオン・プレーティング法、
高周波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・アブレーショ
ン法、エキシマ・レーザー・デポジション法、イオン化
クラスター・ビーム・エピタキシ法、モレキュラー・ビ
ーム・エピタキシ法（ＭＢＥ）等から、原材料として有
機金属化合物、ハロゲン化物を用い、化学蒸着法（ＣＶ
Ｄ）、プラズマＣＶＤ法、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣ
ＶＤ）等から選ばれる気相成長法により形成することが
できる。この第１の強誘電体薄膜の膜厚は、５０〜５，
０００オングストロームの範囲であることが好ましい。
してセラミック、単結晶、金属等を用い、電子ビーム蒸
着法、フラッシュ蒸着法、イオン・プレーティング法、
高周波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・アブレーショ
ン法、エキシマ・レーザー・デポジション法、イオン化
クラスター・ビーム・エピタキシ法、モレキュラー・ビ
ーム・エピタキシ法（ＭＢＥ）等から、原材料として有
機金属化合物、ハロゲン化物を用い、化学蒸着法（ＣＶ
Ｄ）、プラズマＣＶＤ法、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣ
ＶＤ）等から選ばれる気相成長法により形成することが
できる。この第１の強誘電体薄膜の膜厚は、５０〜５，
０００オングストロームの範囲であることが好ましい。
【００１４】また、本発明の第２の強誘電体薄膜は、Ｌ
ｉ、Ｋ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｂｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｐｂ、Ｌａ、
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｇ等の金属アルコキシドまたは金属塩か
ら選ばれる有機金属化合物を用いて形成することができ
る。すなわち、上記した有機金属化合物を、所定の組成
になるように調整して、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
トン類等から選ばれた有機溶媒に溶解させた後、得られ
た溶液をスピンコート法、ディッピング法、スプレー
法、スクリーン印刷法、インクジェット法から選ばれた
塗布方法により単結晶基板上に塗布する。その後、酸素
または酸素を含む雰囲気中３００〜８００℃の温度に加
熱し、強誘電体薄膜を単結晶状にエピタキシャル成長さ
せる。この塗布およびその後の加熱を１回以上の所定の
回数繰り返すことにより厚膜化することが可能である。
これらの加熱に先立って、薄膜が結晶化しない１００〜
４００℃の加熱温度で前処理することも有効である。こ
の第２の強誘電体薄膜の膜厚は、１００〜１０，０００
オングストロームの範囲であることが好ましい。
ｉ、Ｋ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｂｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｐｂ、Ｌａ、
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｇ等の金属アルコキシドまたは金属塩か
ら選ばれる有機金属化合物を用いて形成することができ
る。すなわち、上記した有機金属化合物を、所定の組成
になるように調整して、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
トン類等から選ばれた有機溶媒に溶解させた後、得られ
た溶液をスピンコート法、ディッピング法、スプレー
法、スクリーン印刷法、インクジェット法から選ばれた
塗布方法により単結晶基板上に塗布する。その後、酸素
または酸素を含む雰囲気中３００〜８００℃の温度に加
熱し、強誘電体薄膜を単結晶状にエピタキシャル成長さ
せる。この塗布およびその後の加熱を１回以上の所定の
回数繰り返すことにより厚膜化することが可能である。
これらの加熱に先立って、薄膜が結晶化しない１００〜
４００℃の加熱温度で前処理することも有効である。こ
の第２の強誘電体薄膜の膜厚は、１００〜１０，０００
オングストロームの範囲であることが好ましい。
【００１５】上記第１の強誘電体薄膜および第２の強誘
電体薄膜としては、例えば、ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ
3 、ＫＮｂＯ3 、ＢａＴｉＯ3 、ＰｂＴｉＯ3 、Ｐｂ
1-x Ｌａx （Ｚｒ1-y Ｔｉy ）1-x /4Ｏ3 （ＰＺＴ、Ｐ
ＬＴ、ＰＬＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 等に
代表されるＡＢＯ3 型の強誘電体およびこれらの置換誘
導体から選ばれるものがあげられる。なお、第１の強誘
電体薄膜と第２の強誘電体薄膜とは、同一の強誘電体に
よって形成されていることが好ましいが、別個の強誘電
体によって形成されていてもよい。
電体薄膜としては、例えば、ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ
3 、ＫＮｂＯ3 、ＢａＴｉＯ3 、ＰｂＴｉＯ3 、Ｐｂ
1-x Ｌａx （Ｚｒ1-y Ｔｉy ）1-x /4Ｏ3 （ＰＺＴ、Ｐ
ＬＴ、ＰＬＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 等に
代表されるＡＢＯ3 型の強誘電体およびこれらの置換誘
導体から選ばれるものがあげられる。なお、第１の強誘
電体薄膜と第２の強誘電体薄膜とは、同一の強誘電体に
よって形成されていることが好ましいが、別個の強誘電
体によって形成されていてもよい。
【００１６】
【実施例】次に、本発明を実施例によってさらに具体的
に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何等限
定されるものではない。 実施例１ Ｒｆーマグネトロン・スパッタリング法を用いて、サフ
ァイア（０００１）単結晶基板（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）上
に、ＬｉＮｂＯ3 のエピタキシャル成長を行った。基板
は、有機溶剤を用いて洗浄した後、ＨＣｌ溶液によるエ
ッチングおよび脱イオン水によるリンスを行い、最後に
窒素流下でエタノールによるスピン乾燥を行った。スピ
ン乾燥した後、基板を直ちにデポジション・チャンバー
に導入し、電力１００Ｗ、２０ｍＴｏｒｒの空気または
酸素雰囲気中、基板温度５００℃、ターゲットＬｉＮｂ
Ｏ3 の操作条件において、Ｒｆーマグネトロン・スパッ
タリング法により膜厚５００オングストロームのＬｉＮ
ｂＯ3 薄膜を形成した。
に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何等限
定されるものではない。 実施例１ Ｒｆーマグネトロン・スパッタリング法を用いて、サフ
ァイア（０００１）単結晶基板（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）上
に、ＬｉＮｂＯ3 のエピタキシャル成長を行った。基板
は、有機溶剤を用いて洗浄した後、ＨＣｌ溶液によるエ
ッチングおよび脱イオン水によるリンスを行い、最後に
窒素流下でエタノールによるスピン乾燥を行った。スピ
ン乾燥した後、基板を直ちにデポジション・チャンバー
に導入し、電力１００Ｗ、２０ｍＴｏｒｒの空気または
酸素雰囲気中、基板温度５００℃、ターゲットＬｉＮｂ
Ｏ3 の操作条件において、Ｒｆーマグネトロン・スパッ
タリング法により膜厚５００オングストロームのＬｉＮ
ｂＯ3 薄膜を形成した。
【００１７】次いで、形成されたＬｉＮｂＯ3 薄膜の上
に、以下に述べるゾルゲル法により、さらに２，５００
オングストロームの膜厚を有するＬｉＮｂＯ3 薄膜を形
成した。すなわち、先ず、ゾルゲル法に用いる有機金属
化合物溶液として、等モル量のＬｉＯＣ2 Ｈ5 およびＮ
ｂ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 を、モレキュラー・シーブで脱水し
た２−メトキシエタノール（ＣＨ3 ＯＣ2 Ｈ4 ＯＨ）に
溶解して０．６Ｍ溶液を得た。この溶液を、撹拌しなが
ら１２４．５℃で２時間蒸留し、さらに２２時間還流さ
せることにより、複合金属アルコキシド：Ｌｉ［Ｎｂ
（ＯＣ2 Ｈ4 ＯＣＨ3 ）6 ］の溶液を得た。このアルコ
ール置換反応は、 1Ｈ−ＮＭＲスペクトルによって、生
起していることを確認した。ＬｉＮｂＯ3 の前駆構造を
持つ当該アルコキシドの形成は、Ｌｉ／Ｎｂ＝１／１組
成の制御および分子レベルの均一性を保持するために重
要である。
に、以下に述べるゾルゲル法により、さらに２，５００
オングストロームの膜厚を有するＬｉＮｂＯ3 薄膜を形
成した。すなわち、先ず、ゾルゲル法に用いる有機金属
化合物溶液として、等モル量のＬｉＯＣ2 Ｈ5 およびＮ
ｂ（ＯＣ2 Ｈ5 ）5 を、モレキュラー・シーブで脱水し
た２−メトキシエタノール（ＣＨ3 ＯＣ2 Ｈ4 ＯＨ）に
溶解して０．６Ｍ溶液を得た。この溶液を、撹拌しなが
ら１２４．５℃で２時間蒸留し、さらに２２時間還流さ
せることにより、複合金属アルコキシド：Ｌｉ［Ｎｂ
（ＯＣ2 Ｈ4 ＯＣＨ3 ）6 ］の溶液を得た。このアルコ
ール置換反応は、 1Ｈ−ＮＭＲスペクトルによって、生
起していることを確認した。ＬｉＮｂＯ3 の前駆構造を
持つ当該アルコキシドの形成は、Ｌｉ／Ｎｂ＝１／１組
成の制御および分子レベルの均一性を保持するために重
要である。
【００１８】次いで、Ｒｆ−マグネトロン・スパッタリ
ング法により膜厚５００オングストロームのＬｉＮｂＯ
3 の薄膜を成長させたサファイア単結晶基板上に、上記
溶液を０．２μｍのフィルターを通して２０００ｒｐｍ
でスピンコーティングを行った。以上の操作は、すべて
窒素雰囲気中で行った。スピンコーティングした基板
は、酸素雰囲気中１０℃／秒にて昇温して３００℃に２
分間保持した後、５００℃に３０分間保持し、最後に電
気炉の電源を切ることにより冷却した。スピンコーティ
ングと加熱をさらに２回繰り返すことにより、総膜厚
３，０００オングストロームのＬｉＮｂＯ3 薄膜を作製
した。
ング法により膜厚５００オングストロームのＬｉＮｂＯ
3 の薄膜を成長させたサファイア単結晶基板上に、上記
溶液を０．２μｍのフィルターを通して２０００ｒｐｍ
でスピンコーティングを行った。以上の操作は、すべて
窒素雰囲気中で行った。スピンコーティングした基板
は、酸素雰囲気中１０℃／秒にて昇温して３００℃に２
分間保持した後、５００℃に３０分間保持し、最後に電
気炉の電源を切ることにより冷却した。スピンコーティ
ングと加熱をさらに２回繰り返すことにより、総膜厚
３，０００オングストロームのＬｉＮｂＯ3 薄膜を作製
した。
【００１９】得られた薄膜のＸ線回折パターンを解析す
ると、スパッタリング法およびゾルゲル法によって作製
したＬｉＮｂＯ3 薄膜は、（０００１）面に単一配向の
膜であった。また、Ｘ線極点図によって面内方位を同定
すると、サファイア単結晶基板とＬｉＮｂＯ3 の基板面
内での結晶方位は一致していた。また、プリズム・カッ
プリングによってＨｅ−Ｎｅレーザー光を導入し、光導
波ロスを測定すると、ＴＥ0 モードは１０ｄＢ／ｃｍで
あり、かなり低い値であった。
ると、スパッタリング法およびゾルゲル法によって作製
したＬｉＮｂＯ3 薄膜は、（０００１）面に単一配向の
膜であった。また、Ｘ線極点図によって面内方位を同定
すると、サファイア単結晶基板とＬｉＮｂＯ3 の基板面
内での結晶方位は一致していた。また、プリズム・カッ
プリングによってＨｅ−Ｎｅレーザー光を導入し、光導
波ロスを測定すると、ＴＥ0 モードは１０ｄＢ／ｃｍで
あり、かなり低い値であった。
【００２０】比較例１ Ｒｆーマグネトロン・スパッタリング法により、サファ
イア（０００１）単結晶基板（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）上に、
ＬｉＮｂＯ3 のエピタキシャル成長を行った。実施例１
と同様に、基板を処理するとともに同じ操作条件で、
１，０００〜４，０００オングストロームの膜厚を有す
るＬｉＮｂＯ3 薄膜を形成した。得られた薄膜のＸ線回
折パターンを解析すると、（０００１）面に単一配向の
膜であった。また、Ｘ線極点図によって面内方位を同定
すると、サファイア単結晶基板とＬｉＮｂＯ3 の基板面
内での結晶方位は一致していた。ＬｉＮｂＯ3 の膜厚と
表面粗さとの関係は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によ
って観察すると、ＬｉＮｂＯ3 の表面粗さは膜厚ととも
に増加していく傾向がみられた。また、２，９００オン
グストロームの膜厚を有するＬｉＮｂＯ3 薄膜に、プリ
ズム・カップリングによってＨｅ−Ｎｅレーザー光を導
入し、光導波ロスを測定すると、ＴＥ0 モードは３０ｄ
Ｂ／ｃｍであり、かなり高い値であった。
イア（０００１）単結晶基板（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）上に、
ＬｉＮｂＯ3 のエピタキシャル成長を行った。実施例１
と同様に、基板を処理するとともに同じ操作条件で、
１，０００〜４，０００オングストロームの膜厚を有す
るＬｉＮｂＯ3 薄膜を形成した。得られた薄膜のＸ線回
折パターンを解析すると、（０００１）面に単一配向の
膜であった。また、Ｘ線極点図によって面内方位を同定
すると、サファイア単結晶基板とＬｉＮｂＯ3 の基板面
内での結晶方位は一致していた。ＬｉＮｂＯ3 の膜厚と
表面粗さとの関係は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によ
って観察すると、ＬｉＮｂＯ3 の表面粗さは膜厚ととも
に増加していく傾向がみられた。また、２，９００オン
グストロームの膜厚を有するＬｉＮｂＯ3 薄膜に、プリ
ズム・カップリングによってＨｅ−Ｎｅレーザー光を導
入し、光導波ロスを測定すると、ＴＥ0 モードは３０ｄ
Ｂ／ｃｍであり、かなり高い値であった。
【００２１】実施例２ 実施例１と同様にして、Ｒｆ−マグネトロン・スパッタ
リング法により、サファイア（０００１）単結晶基板
（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）上に、膜厚２，８００オングストロ
ームのエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜の成長を行っ
た。次いで、実施例１と同様にして、上記エピタキシャ
ルＬｉＮｂＯ3 薄膜上に、ゾルゲル法により７００オン
グストロームの膜厚のＬｉＮｂＯ3 薄膜を作製した。
リング法により、サファイア（０００１）単結晶基板
（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）上に、膜厚２，８００オングストロ
ームのエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜の成長を行っ
た。次いで、実施例１と同様にして、上記エピタキシャ
ルＬｉＮｂＯ3 薄膜上に、ゾルゲル法により７００オン
グストロームの膜厚のＬｉＮｂＯ3 薄膜を作製した。
【００２２】上記サファイア単結晶基板上に、スパッタ
リング法とゾルゲル法とによってエピタキシャル成長し
たＬｉＮｂＯ3 薄膜は、第１層目の凹凸が第２層目のス
ピンコーティングによる平担化により極めて平滑になっ
た。このため、得られた３，５００オングストロームの
膜厚のエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜に、プリズム・
カップリングによってＨｅ−Ｎｅレーザー光を導入し、
光導波ロスを測定すると、ＴＥ0 モードは９ｄＢ／ｃｍ
であり、かなり良好な値が得られた。なお、上記第１層
目の２，８００オングストロームの膜厚を有するエピタ
キシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜に、プリズム・カップリング
によってＨｅ−Ｎｅレーザー光を導入し、光導波ロスを
測定すると、ＴＥ0 モードは２８ｄＢ／ｃｍであり、か
なり高い値であった。
リング法とゾルゲル法とによってエピタキシャル成長し
たＬｉＮｂＯ3 薄膜は、第１層目の凹凸が第２層目のス
ピンコーティングによる平担化により極めて平滑になっ
た。このため、得られた３，５００オングストロームの
膜厚のエピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜に、プリズム・
カップリングによってＨｅ−Ｎｅレーザー光を導入し、
光導波ロスを測定すると、ＴＥ0 モードは９ｄＢ／ｃｍ
であり、かなり良好な値が得られた。なお、上記第１層
目の２，８００オングストロームの膜厚を有するエピタ
キシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜に、プリズム・カップリング
によってＨｅ−Ｎｅレーザー光を導入し、光導波ロスを
測定すると、ＴＥ0 モードは２８ｄＢ／ｃｍであり、か
なり高い値であった。
【００２３】実施例３ Ｒｆ−マグネトロン・スパッタリング法およびゾルゲル
法を用いて、ＭｇＯ（１００）単結晶基板上に、ＰＺＴ
（Ｐｂ（Ｚｒ0.52Ｔｉ0.48）Ｏ3 ）の薄膜を作製した。
基板は、溶剤によって洗浄した後、脱イオン水およびエ
タノールでリンスし、最後に窒素流下でエタノールによ
るスピン乾燥を行った。その後、酸素雰囲気中１，００
０℃でアニールを行ない、基板を直ちにデポジション・
チャンバーに導入し、Ｒｆーマグネトロン・スパッタリ
ング法を行なった。電力５０Ｗ、３０ｍＴｏｒｒの酸素
または空気雰囲気中、基板温度５００℃、Ｐｂ過剰ＰＺ
Ｔセラミック・ターゲットの操作条件において、膜厚
１，０００オングストロームのＰＺＴ薄膜を得た。
法を用いて、ＭｇＯ（１００）単結晶基板上に、ＰＺＴ
（Ｐｂ（Ｚｒ0.52Ｔｉ0.48）Ｏ3 ）の薄膜を作製した。
基板は、溶剤によって洗浄した後、脱イオン水およびエ
タノールでリンスし、最後に窒素流下でエタノールによ
るスピン乾燥を行った。その後、酸素雰囲気中１，００
０℃でアニールを行ない、基板を直ちにデポジション・
チャンバーに導入し、Ｒｆーマグネトロン・スパッタリ
ング法を行なった。電力５０Ｗ、３０ｍＴｏｒｒの酸素
または空気雰囲気中、基板温度５００℃、Ｐｂ過剰ＰＺ
Ｔセラミック・ターゲットの操作条件において、膜厚
１，０００オングストロームのＰＺＴ薄膜を得た。
【００２４】なお、得られた薄膜のＸ線回折パターンを
解析すると、ＭｇＯ基板上に形成したＰＺＴ層は、（１
００）面に単一配向のエピタキシャル膜となり、その面
内結晶方位の関係を同定するために、Ｘ線回折ファイ・
スキャンを行うと、ＰＺＴとＭｇＯとの結晶学的関係
は、ＰＺＴ（００１）／／ＭｇＯ（１００）、面内方位
ＰＺＴ［１００］／／ＭｇＯ［００１］であった。
解析すると、ＭｇＯ基板上に形成したＰＺＴ層は、（１
００）面に単一配向のエピタキシャル膜となり、その面
内結晶方位の関係を同定するために、Ｘ線回折ファイ・
スキャンを行うと、ＰＺＴとＭｇＯとの結晶学的関係
は、ＰＺＴ（００１）／／ＭｇＯ（１００）、面内方位
ＰＺＴ［１００］／／ＭｇＯ［００１］であった。
【００２５】次いで、Ｒｆ−マグネトロン・スパッタリ
ング法によるＰＺＴ層の上に、次のようにして、ゾルゲ
ル法によるＰＺＴ層を作製した。先ず、Ｐｂの損失を補
うために、Ｐｂ過剰としたＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．０
５：０．５２：０．４８のモル組成比のＺｒ（Ｏ−ｉ−
Ｃ3 Ｈ7 ）4 、Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）4 、および１
００℃で真空乾燥したＰｂ（ＣＨ3 ＣＯＯ）2 （Ｐｂ
（ＯＡｃ）2 ）を２−メトキシエタノール（ＣＨ3 ＯＣ
Ｈ2 ＣＨ2 ＯＨ（ＲＯＨ））に溶解し、１２０℃で一定
時間蒸留することにより、金属錯体：Ｐｂ（ＺｒＴｉ）
Ｏ2 （ＯＲ）2 を形成させた溶液から、副生成物のＣＨ
3 ＣＯＯＣＨ2 ＣＨ2 ＯＣＨ3 （ＡｃＯＲ）を除去し
た。その後、該溶液をさらに減圧蒸留して、最終的にＰ
ｂ濃度が０．６Ｍの安定な前駆体溶液を得た。以上の操
作は、すべて窒素雰囲気中で行なった。この前駆体溶液
を、スパッタＰＺＴ／ＭｇＯ（１００）基板上に、室温
の窒素雰囲気中にて２，０００ｒｐｍでスピンコーティ
ングを行った。スピンコーティングした基板は、酸素雰
囲気中３００℃で１分間加熱した後、５５０℃で３０分
間加熱して結晶化させた。スピンコーティングおよび加
熱をさらに３回繰り返すことにより、総膜厚４，０００
オングストロームのＰＺＴ薄膜を作製した。
ング法によるＰＺＴ層の上に、次のようにして、ゾルゲ
ル法によるＰＺＴ層を作製した。先ず、Ｐｂの損失を補
うために、Ｐｂ過剰としたＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１．０
５：０．５２：０．４８のモル組成比のＺｒ（Ｏ−ｉ−
Ｃ3 Ｈ7 ）4 、Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）4 、および１
００℃で真空乾燥したＰｂ（ＣＨ3 ＣＯＯ）2 （Ｐｂ
（ＯＡｃ）2 ）を２−メトキシエタノール（ＣＨ3 ＯＣ
Ｈ2 ＣＨ2 ＯＨ（ＲＯＨ））に溶解し、１２０℃で一定
時間蒸留することにより、金属錯体：Ｐｂ（ＺｒＴｉ）
Ｏ2 （ＯＲ）2 を形成させた溶液から、副生成物のＣＨ
3 ＣＯＯＣＨ2 ＣＨ2 ＯＣＨ3 （ＡｃＯＲ）を除去し
た。その後、該溶液をさらに減圧蒸留して、最終的にＰ
ｂ濃度が０．６Ｍの安定な前駆体溶液を得た。以上の操
作は、すべて窒素雰囲気中で行なった。この前駆体溶液
を、スパッタＰＺＴ／ＭｇＯ（１００）基板上に、室温
の窒素雰囲気中にて２，０００ｒｐｍでスピンコーティ
ングを行った。スピンコーティングした基板は、酸素雰
囲気中３００℃で１分間加熱した後、５５０℃で３０分
間加熱して結晶化させた。スピンコーティングおよび加
熱をさらに３回繰り返すことにより、総膜厚４，０００
オングストロームのＰＺＴ薄膜を作製した。
【００２６】得られた薄膜のＸ線回折パターンを解析す
ると、スパッタリング法およびゾルゲル法とにより作製
したＰＺＴ薄膜は、（００１）面配向を示すエピタキシ
ャルなペロブスカイト単一層薄膜であり、ＰＺＴとＭｇ
Ｏの結晶方位の関係はＰＺＴ（００１）／／ＭｇＯ（１
００）、面内方位ＰＺＴ［１００］／／ＭｇＯ［００
１］であった。さらに、エピタキシャルＰＺＴ薄膜の表
面粗さについて、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により観察
すると、膜厚４，０００オングストロームのＰＺＴ薄膜
は、表面粗さが２０オングストロームに過ぎなかった。
ると、スパッタリング法およびゾルゲル法とにより作製
したＰＺＴ薄膜は、（００１）面配向を示すエピタキシ
ャルなペロブスカイト単一層薄膜であり、ＰＺＴとＭｇ
Ｏの結晶方位の関係はＰＺＴ（００１）／／ＭｇＯ（１
００）、面内方位ＰＺＴ［１００］／／ＭｇＯ［００
１］であった。さらに、エピタキシャルＰＺＴ薄膜の表
面粗さについて、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により観察
すると、膜厚４，０００オングストロームのＰＺＴ薄膜
は、表面粗さが２０オングストロームに過ぎなかった。
【００２７】比較例２ ゾルゲル法単独でＰＺＴを加熱結晶化させた場合には、
ペロブスカイト単一層を得るには６５０℃以上の温度が
必要であり、その操作条件によっては、（１００）面配
向以外の（１１０）面配向等の結晶面が混在したＰＺＴ
薄膜が得られた。また、スパッタリング法単独でＰＺＴ
を成長させた場合には、やはり膜厚が増加するにつれ
て、ＰＺＴの表面粗さは増加する傾向がみられた。
ペロブスカイト単一層を得るには６５０℃以上の温度が
必要であり、その操作条件によっては、（１００）面配
向以外の（１１０）面配向等の結晶面が混在したＰＺＴ
薄膜が得られた。また、スパッタリング法単独でＰＺＴ
を成長させた場合には、やはり膜厚が増加するにつれ
て、ＰＺＴの表面粗さは増加する傾向がみられた。
【００２８】実施例４ ＵＶレーザー・パルスにより、ターゲット表面を瞬間的
に加熱し蒸着を行うエキシマ・レーザー・デポジション
法によって、ＧａＡｓ（１００）基板上にエピタキシャ
ルＭｇＯのバッファ層を形成した。レーザーはＸｅＣｌ
エキシマ・レーザー（波長３０８ｎｍ）を使用し、その
操作条件は、パルス周期４Ｈｚ、パルス長１７ｎｓ、エ
ネルギー１３０ｍＪとした。ターゲットとしては、Ｍｇ
Ｏが波長３０８ｎｍに吸収を持たないことから金属Ｍｇ
を用いたが、その成膜中に酸素を導入することによりＭ
ｇＯを形成させた。
に加熱し蒸着を行うエキシマ・レーザー・デポジション
法によって、ＧａＡｓ（１００）基板上にエピタキシャ
ルＭｇＯのバッファ層を形成した。レーザーはＸｅＣｌ
エキシマ・レーザー（波長３０８ｎｍ）を使用し、その
操作条件は、パルス周期４Ｈｚ、パルス長１７ｎｓ、エ
ネルギー１３０ｍＪとした。ターゲットとしては、Ｍｇ
Ｏが波長３０８ｎｍに吸収を持たないことから金属Ｍｇ
を用いたが、その成膜中に酸素を導入することによりＭ
ｇＯを形成させた。
【００２９】基板は、有機溶剤によって洗浄した後、Ｈ
2 ＳＯ4 系の溶液によるエッチング、脱イオン水および
エタノールによるリンスを行い、最後に窒素流下でエタ
ノールによるスピン乾燥を行った。スピン乾燥した後基
板を直ちにデポジション・チャンバーに導入し、一定温
度、バックグラウンド圧３×１０-7Ｔｏｒｒで加熱して
ＧａＡｓ表面の不動態層を脱離（昇華）させ、次いでＭ
ｇＯを３５０℃、５×１０-6Ｔｏｒｒの酸素雰囲気の条
件下で、膜厚５００オングストロームのＭｇＯの薄膜を
得た。
2 ＳＯ4 系の溶液によるエッチング、脱イオン水および
エタノールによるリンスを行い、最後に窒素流下でエタ
ノールによるスピン乾燥を行った。スピン乾燥した後基
板を直ちにデポジション・チャンバーに導入し、一定温
度、バックグラウンド圧３×１０-7Ｔｏｒｒで加熱して
ＧａＡｓ表面の不動態層を脱離（昇華）させ、次いでＭ
ｇＯを３５０℃、５×１０-6Ｔｏｒｒの酸素雰囲気の条
件下で、膜厚５００オングストロームのＭｇＯの薄膜を
得た。
【００３０】得られたＭｇＯ薄膜は、Ｘ線回折パターン
を解析すると、（１００）面に単一配向のエピタキシャ
ル膜であった。ＭｇＯとＧａＡｓの面内結晶方位の関係
を同定するために、Ｘ線回折ファイ・スキャンを行った
ところ、立方晶において（１００）面に対して４５度の
角度を持つ（２０２）面のファイ・スキャンは、ＭｇＯ
（１００）／ＧａＡｓ（１００）のＭｇＯに対して、９
０度の回転周期をもつシャープなピークを示し、この位
置はＧａＡｓのピーク位置と一致した。これらの結果か
ら、ＭｇＯとＧａＡｓの結晶方位の関係は、ＭｇＯ（１
００）／／ＧａＡｓ（１００）であり、また、面内方位
はＭｇＯ［００１］／／ＧａＡｓ［００１］であること
がわかった。
を解析すると、（１００）面に単一配向のエピタキシャ
ル膜であった。ＭｇＯとＧａＡｓの面内結晶方位の関係
を同定するために、Ｘ線回折ファイ・スキャンを行った
ところ、立方晶において（１００）面に対して４５度の
角度を持つ（２０２）面のファイ・スキャンは、ＭｇＯ
（１００）／ＧａＡｓ（１００）のＭｇＯに対して、９
０度の回転周期をもつシャープなピークを示し、この位
置はＧａＡｓのピーク位置と一致した。これらの結果か
ら、ＭｇＯとＧａＡｓの結晶方位の関係は、ＭｇＯ（１
００）／／ＧａＡｓ（１００）であり、また、面内方位
はＭｇＯ［００１］／／ＧａＡｓ［００１］であること
がわかった。
【００３１】さらに、６００℃、１×１０-3Ｔｏｒｒの
酸素雰囲気下で、ＭｇＯのバッファー層上にＰｂＴｉＯ
3 をその場でエピタキシャル成長させた。このＸ線回折
パターンを解析すると、ＰｂＴｉＯ3 は（００１）面配
向性であり、ファイ・スキャンによって同定したＰｂＴ
ｉＯ3 とＭｇＯ／ＧａＡｓの結晶方位の関係は、ＰｂＴ
ｉＯ3 （００１）／／ＭｇＯ（１００）／／ＧａＡｓ
（１００）、ＰｂＴｉＯ3 ［１００］／／ＭｇＯ［００
１］／／ＧａＡｓ［００１］であった。ＰｂＴｉＯ3 の
表面をＳＥＭによって観察すると、膜厚が１，０００オ
ングストローム程度までは平滑な表面が保たれていた
が、４，０００オングストローム程度の膜厚のものでは
モザイク状の表面を呈していた。
酸素雰囲気下で、ＭｇＯのバッファー層上にＰｂＴｉＯ
3 をその場でエピタキシャル成長させた。このＸ線回折
パターンを解析すると、ＰｂＴｉＯ3 は（００１）面配
向性であり、ファイ・スキャンによって同定したＰｂＴ
ｉＯ3 とＭｇＯ／ＧａＡｓの結晶方位の関係は、ＰｂＴ
ｉＯ3 （００１）／／ＭｇＯ（１００）／／ＧａＡｓ
（１００）、ＰｂＴｉＯ3 ［１００］／／ＭｇＯ［００
１］／／ＧａＡｓ［００１］であった。ＰｂＴｉＯ3 の
表面をＳＥＭによって観察すると、膜厚が１，０００オ
ングストローム程度までは平滑な表面が保たれていた
が、４，０００オングストローム程度の膜厚のものでは
モザイク状の表面を呈していた。
【００３２】そこで、エピタキシャルＭｇＯ／ＧａＡｓ
基板上に、５００オングストロームのエピタキシャルＰ
ｂＴｉＯ3 をレーザー・デポジション法によって作製し
た後、その上に、直ちにゾルゲル法によるＰｂＴｉＯ3
を作製した。ＰｂＴｉＯ3 の作製は、先ず、Ｔｉ（Ｏ−
ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）4 を２−メトキシエタノール：ＣＨ3Ｏ
ＣＨ2 ＣＨ2 ＯＨ（ＲＯＨ）に溶解し、次に１００℃で
真空乾燥したＰｂ（ＣＨ3 ＣＯＯ）2 （Ｐｂ（ＯＡｃ）
2 ）を、Ｐｂ：Ｔｉ＝１．０５：１．００のモル組成比
にて溶解させた。その後１２０℃で一定時間蒸留するこ
とにより、金属錯体：ＰｂＴｉＯ2 （ＯＲ）2 を形成さ
せた溶液から、副生成物のＣＨ3 ＣＯＯＣＨ2 ＣＨ2 Ｏ
ＣＨ3 （ＡｃＯＲ）を除去した。次いで、該溶液を減圧
濃縮して最終的にＰｂ濃度が０．６Ｍの安定な前駆体溶
液を得た。以上の操作は、すべて窒素雰囲気中で行なっ
た。この前駆体溶液を、ＰｂＴｉＯ3 （１００）／Ｍｇ
Ｏ（１００）／ＧａＡｓ（１００）基板上に、室温の窒
素雰囲気中２，０００ｒｐｍでスピンコーティングを行
った。得られた基板を、３００℃の酸素雰囲気中で１分
間加熱した後、６００℃において３０分間加熱すること
により、結晶化させた。スピンコーティングと加熱をさ
らに３回繰り返すことにより、総膜厚４，０００オング
ストロームのＰｂＴｉＯ3 薄膜を得た。
基板上に、５００オングストロームのエピタキシャルＰ
ｂＴｉＯ3 をレーザー・デポジション法によって作製し
た後、その上に、直ちにゾルゲル法によるＰｂＴｉＯ3
を作製した。ＰｂＴｉＯ3 の作製は、先ず、Ｔｉ（Ｏ−
ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）4 を２−メトキシエタノール：ＣＨ3Ｏ
ＣＨ2 ＣＨ2 ＯＨ（ＲＯＨ）に溶解し、次に１００℃で
真空乾燥したＰｂ（ＣＨ3 ＣＯＯ）2 （Ｐｂ（ＯＡｃ）
2 ）を、Ｐｂ：Ｔｉ＝１．０５：１．００のモル組成比
にて溶解させた。その後１２０℃で一定時間蒸留するこ
とにより、金属錯体：ＰｂＴｉＯ2 （ＯＲ）2 を形成さ
せた溶液から、副生成物のＣＨ3 ＣＯＯＣＨ2 ＣＨ2 Ｏ
ＣＨ3 （ＡｃＯＲ）を除去した。次いで、該溶液を減圧
濃縮して最終的にＰｂ濃度が０．６Ｍの安定な前駆体溶
液を得た。以上の操作は、すべて窒素雰囲気中で行なっ
た。この前駆体溶液を、ＰｂＴｉＯ3 （１００）／Ｍｇ
Ｏ（１００）／ＧａＡｓ（１００）基板上に、室温の窒
素雰囲気中２，０００ｒｐｍでスピンコーティングを行
った。得られた基板を、３００℃の酸素雰囲気中で１分
間加熱した後、６００℃において３０分間加熱すること
により、結晶化させた。スピンコーティングと加熱をさ
らに３回繰り返すことにより、総膜厚４，０００オング
ストロームのＰｂＴｉＯ3 薄膜を得た。
【００３３】得られた薄膜のＸ線回折パターンを解析す
ると、ＰｂＴｉＯ3 は（００１）面配向のペロブスカイ
ト単一層であり、ＰｂＴｉＯ3 とＭｇＯ／ＧａＡｓの結
晶方位の関係は、ＰｂＴｉＯ3 （００１）／／ＭｇＯ
（１００）／／ＧａＡｓ（１００）であった。上記のよ
うに、レーザー・デポジション法により第１層目のエピ
タキシャルＰｂＴｉＯ3 薄膜層を形成し、その上に、ゾ
ルゲル法により第２層目のエピタキシャルＰｂＴｉＯ3
の薄膜層を形成することによって、膜厚４，０００オン
グストロームのエピタキシャルＰｂＴｉＯ3 薄膜を得
た。該ＰｂＴｉＯ3薄膜の表面は、ＳＥＭによって観察
すると、明瞭なコントラストが見られず、極めて平滑と
なっていることを確認した。
ると、ＰｂＴｉＯ3 は（００１）面配向のペロブスカイ
ト単一層であり、ＰｂＴｉＯ3 とＭｇＯ／ＧａＡｓの結
晶方位の関係は、ＰｂＴｉＯ3 （００１）／／ＭｇＯ
（１００）／／ＧａＡｓ（１００）であった。上記のよ
うに、レーザー・デポジション法により第１層目のエピ
タキシャルＰｂＴｉＯ3 薄膜層を形成し、その上に、ゾ
ルゲル法により第２層目のエピタキシャルＰｂＴｉＯ3
の薄膜層を形成することによって、膜厚４，０００オン
グストロームのエピタキシャルＰｂＴｉＯ3 薄膜を得
た。該ＰｂＴｉＯ3薄膜の表面は、ＳＥＭによって観察
すると、明瞭なコントラストが見られず、極めて平滑と
なっていることを確認した。
【００３４】実施例５ Ｒｆ−マグネトロン・スパッタリング法により、サファ
イア（０００１）単結晶基板（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）上に、
エピタキシャルＬｉＴａＯ3 の成長を行った。基板は、
有機溶剤を用いて洗浄した後、ＨＣｌ溶液によるエッチ
ングおよび脱イオン水によるリンスを行い、最後に窒素
流下でエタノールによるスピン乾燥を行った。スピン乾
燥した後、基板を直ちにデポジション・チャンバーに導
入し、電力１００Ｗ、気圧２０ｍＴｏｒｒの空気または
酸素雰囲気中、基板温度６００℃、ターゲットＬｉＴａ
Ｏ3 の操作条件において、Ｒｆ−マグネトロン・スパッ
タリング法により、膜厚１００オングストロームのエピ
タキシャルＬｉＴａＯ3 の薄膜を形成させた。
イア（０００１）単結晶基板（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）上に、
エピタキシャルＬｉＴａＯ3 の成長を行った。基板は、
有機溶剤を用いて洗浄した後、ＨＣｌ溶液によるエッチ
ングおよび脱イオン水によるリンスを行い、最後に窒素
流下でエタノールによるスピン乾燥を行った。スピン乾
燥した後、基板を直ちにデポジション・チャンバーに導
入し、電力１００Ｗ、気圧２０ｍＴｏｒｒの空気または
酸素雰囲気中、基板温度６００℃、ターゲットＬｉＴａ
Ｏ3 の操作条件において、Ｒｆ−マグネトロン・スパッ
タリング法により、膜厚１００オングストロームのエピ
タキシャルＬｉＴａＯ3 の薄膜を形成させた。
【００３５】次いで、得られたＬｉＴａＯ3 薄膜の上
に、実施例１と同様にして、ゾルゲル法により、３，０
００オングストロームの膜厚のＬｉＮｂＯ3 薄膜を作製
した。この方法においては、複合金属アルコキシドＬｉ
［Ｎｂ（ＯＣ2 Ｈ4 ＯＣＨ3 ）6 ］溶液を０．２μｍの
フィルターを通し、窒素雰囲気中２，０００ｒｐｍでス
ピンコーティングを行い、スピンコーティングされた基
板は、酸素雰囲気中１０℃／ｓｅｃの割合で昇温し、３
００℃において２分間保持した後、７００℃において３
０分間保持し、最後に電気炉の電源を切ることにより冷
却した。さらに、このスピンコーティングと焼成とを２
回繰り返すことにより、総膜厚が３，０００オングスト
ロームのＬｉＮｂＯ3 薄膜を得た。得られた薄膜のＸ線
回折パターンを解析すると、スパッタリング法およびゾ
ルゲル法によって作製したＬｉＮｂＯ3 ／ＬｉＴａＯ3
薄膜は、（０００１）面による回折ピークのみを示し
た。また、Ｘ線極点図によって解析したところ、基板面
内において、サファイヤとＬｉＮｂＯ3 ／ＬｉＴａＯ3
との結晶方位は一致していた。
に、実施例１と同様にして、ゾルゲル法により、３，０
００オングストロームの膜厚のＬｉＮｂＯ3 薄膜を作製
した。この方法においては、複合金属アルコキシドＬｉ
［Ｎｂ（ＯＣ2 Ｈ4 ＯＣＨ3 ）6 ］溶液を０．２μｍの
フィルターを通し、窒素雰囲気中２，０００ｒｐｍでス
ピンコーティングを行い、スピンコーティングされた基
板は、酸素雰囲気中１０℃／ｓｅｃの割合で昇温し、３
００℃において２分間保持した後、７００℃において３
０分間保持し、最後に電気炉の電源を切ることにより冷
却した。さらに、このスピンコーティングと焼成とを２
回繰り返すことにより、総膜厚が３，０００オングスト
ロームのＬｉＮｂＯ3 薄膜を得た。得られた薄膜のＸ線
回折パターンを解析すると、スパッタリング法およびゾ
ルゲル法によって作製したＬｉＮｂＯ3 ／ＬｉＴａＯ3
薄膜は、（０００１）面による回折ピークのみを示し
た。また、Ｘ線極点図によって解析したところ、基板面
内において、サファイヤとＬｉＮｂＯ3 ／ＬｉＴａＯ3
との結晶方位は一致していた。
【００３６】このように、サファイヤ単結晶基板上に、
スパッタリング法によりエピタキシャルＬｉＴａＯ3 薄
膜の第１層を形成し、その上に、ゾルゲル法によってエ
ピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜の第２層を形成すること
によって得られた膜厚約３，０００オングストロームの
エピタキシャルＬｉＮｂＯ3 ／ＬｉＴａＯ3 薄膜の表面
は、ＳＥＭによって観察しても明瞭なコントラストが見
られず、光導波路として良好な低光減衰特性につながる
と期待できる極めて平滑なものであった。
スパッタリング法によりエピタキシャルＬｉＴａＯ3 薄
膜の第１層を形成し、その上に、ゾルゲル法によってエ
ピタキシャルＬｉＮｂＯ3 薄膜の第２層を形成すること
によって得られた膜厚約３，０００オングストロームの
エピタキシャルＬｉＮｂＯ3 ／ＬｉＴａＯ3 薄膜の表面
は、ＳＥＭによって観察しても明瞭なコントラストが見
られず、光導波路として良好な低光減衰特性につながる
と期待できる極めて平滑なものであった。
【００３７】実施例６ ＳｒＴｉＯ3 （１１１）単結晶基板上に、ＰＺＴ［Ｐｂ
（Ｚｒ0.52Ｔｉ0.48）Ｏ3 ］薄膜をＭＯＣＶＤ法とゾル
ゲル法とにより作製した。基板は、有機溶剤で洗浄した
後、脱イオン水とエタノールでリンスし、最後に窒素流
下でエタノールによるスピン乾燥を行った。次に、その
基板を直ちにデポジシヨン・チャンバーに導入し、Ｐｂ
（Ｃ2 Ｈ5 ）4 、Ｚｒ（Dipivaloylmethane)4 、Ｔｉ
（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 を原料とするＭＯＣＶＤ法によっ
て薄膜を作製した。この操作は、キャリア・ガスとして
は空気または酸素雰囲気中とし、基板温度６００℃とす
ることにより、膜厚５００オングストロームのＰＺＴの
薄膜を得た。得られた薄膜のＸ線回折パターンを解析す
ると、ＭｇＯ基板上に成膜したＰＺＴは、（１１１）面
に単一配向のエピタキシャル膜となり、ＰＺＴとＳｒＴ
ｉＯ3 との面内結晶方位は一致していた。
（Ｚｒ0.52Ｔｉ0.48）Ｏ3 ］薄膜をＭＯＣＶＤ法とゾル
ゲル法とにより作製した。基板は、有機溶剤で洗浄した
後、脱イオン水とエタノールでリンスし、最後に窒素流
下でエタノールによるスピン乾燥を行った。次に、その
基板を直ちにデポジシヨン・チャンバーに導入し、Ｐｂ
（Ｃ2 Ｈ5 ）4 、Ｚｒ（Dipivaloylmethane)4 、Ｔｉ
（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）4 を原料とするＭＯＣＶＤ法によっ
て薄膜を作製した。この操作は、キャリア・ガスとして
は空気または酸素雰囲気中とし、基板温度６００℃とす
ることにより、膜厚５００オングストロームのＰＺＴの
薄膜を得た。得られた薄膜のＸ線回折パターンを解析す
ると、ＭｇＯ基板上に成膜したＰＺＴは、（１１１）面
に単一配向のエピタキシャル膜となり、ＰＺＴとＳｒＴ
ｉＯ3 との面内結晶方位は一致していた。
【００３８】ＭＯＣＶＤにより、ＳｒＴｉＯ3 基板上に
ＰＺＴ層を作製した後、さらにその上に、ゾルゲル法に
よるＰＺＴ層を作製した。ゾルゲル法よるＰＺＴ層の作
製は、実施例１とほぼ同様にして行い、０．６Ｍの安定
なＰｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ2 （ＯＣＨ2 ＣＨ2 ＯＣＨ3 ）2
前駆体溶液を得た。以上の操作は、すべて窒素雰囲気中
で行った。
ＰＺＴ層を作製した後、さらにその上に、ゾルゲル法に
よるＰＺＴ層を作製した。ゾルゲル法よるＰＺＴ層の作
製は、実施例１とほぼ同様にして行い、０．６Ｍの安定
なＰｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ2 （ＯＣＨ2 ＣＨ2 ＯＣＨ3 ）2
前駆体溶液を得た。以上の操作は、すべて窒素雰囲気中
で行った。
【００３９】このようにして得た前駆体溶液を、ＭＯＣ
ＶＤにより作製したＰＺＴ／ＳｒＴｉＯ3 （１００）基
板上に、室温の窒素雰囲気中で２，０００ｒｐｍでスピ
ンコーティングを行った。次に、スピンコーティングさ
れた基板は、酸素雰囲気中、３００℃において１分間加
熱した後、６００℃において３０分間加熱することによ
り結晶化させた。さらに、スピンコーティングと焼成を
４回繰り返すことにより、総膜厚５，０００オングスト
ロームのＰＺＴ薄膜が得られた。
ＶＤにより作製したＰＺＴ／ＳｒＴｉＯ3 （１００）基
板上に、室温の窒素雰囲気中で２，０００ｒｐｍでスピ
ンコーティングを行った。次に、スピンコーティングさ
れた基板は、酸素雰囲気中、３００℃において１分間加
熱した後、６００℃において３０分間加熱することによ
り結晶化させた。さらに、スピンコーティングと焼成を
４回繰り返すことにより、総膜厚５，０００オングスト
ロームのＰＺＴ薄膜が得られた。
【００４０】得られた薄膜のＸ線回折パターンを解析す
ると、スパッタリング法およびゾルゲル法によって形成
されたＰＺＴ層は、（１１１）面配向を示すエピタキシ
ャル薄膜であった。また、エピタキシャルＰＺＴ薄膜の
表面粗さについて、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて
観察すると、表面の粗さは僅かに２０オングストローム
程度のものであった。
ると、スパッタリング法およびゾルゲル法によって形成
されたＰＺＴ層は、（１１１）面配向を示すエピタキシ
ャル薄膜であった。また、エピタキシャルＰＺＴ薄膜の
表面粗さについて、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて
観察すると、表面の粗さは僅かに２０オングストローム
程度のものであった。
【００４１】実施例７ エキシマ・レーザー・デポジション法により、Ｓｉ単結
晶基板上に、上記実施例と同様にしてエピタキシャルＭ
ｇＯバッファ層を形成した。Ｓｉ単結晶基板としては、
ｎ型またはｐ型の（１００）面のウエハーを用いた。こ
れらの基板を有機溶剤で洗浄した後、ＨＦによるエッチ
ングおよび乾燥を行い、基板を直ちにデポジション・チ
ャンバーに導入した。その後、ＭｇＯを４５０℃、５×
１０-6Ｔｏｒｒの酸素雰囲気中で、膜厚約６００オング
ストロームのＭｇＯの薄膜を作製した。得られた薄膜の
ＭｇＯとＳｉの面内結晶方位の関係は、ＭｇＯ（１０
０）／／Ｓｉ（１００）、ＭｇＯ［００１］／／Ｓｉ
［００１］となっているエピタキシャル薄膜を得た。
晶基板上に、上記実施例と同様にしてエピタキシャルＭ
ｇＯバッファ層を形成した。Ｓｉ単結晶基板としては、
ｎ型またはｐ型の（１００）面のウエハーを用いた。こ
れらの基板を有機溶剤で洗浄した後、ＨＦによるエッチ
ングおよび乾燥を行い、基板を直ちにデポジション・チ
ャンバーに導入した。その後、ＭｇＯを４５０℃、５×
１０-6Ｔｏｒｒの酸素雰囲気中で、膜厚約６００オング
ストロームのＭｇＯの薄膜を作製した。得られた薄膜の
ＭｇＯとＳｉの面内結晶方位の関係は、ＭｇＯ（１０
０）／／Ｓｉ（１００）、ＭｇＯ［００１］／／Ｓｉ
［００１］となっているエピタキシャル薄膜を得た。
【００４２】さらに、上記実施例と同様にして、６００
℃、１×１０-3Ｔｏｒｒ酸素雰囲気の条件で、ＭｇＯバ
ッファ層の上に、膜厚１００オングストロームのＰｂＴ
ｉＯ3 をその場でエピタキシャル成長させた。得られた
薄膜のＸ線回折パターンを解析すると、ＰｂＴｉＯ3 は
（００１）面配向性であり、ファイ・スキャンによって
同定したＰｂＴｉＯ3 とＭｇＯ／Ｓｉの結晶方位の関係
は、ＰｂＴｉＯ3 （００１）／／ＭｇＯ（１００）／／
Ｓｉ（１００）、ＰｂＴｉＯ3 ［１００］／／ＭｇＯ
［００１］／／Ｓｉ［００１］であった。
℃、１×１０-3Ｔｏｒｒ酸素雰囲気の条件で、ＭｇＯバ
ッファ層の上に、膜厚１００オングストロームのＰｂＴ
ｉＯ3 をその場でエピタキシャル成長させた。得られた
薄膜のＸ線回折パターンを解析すると、ＰｂＴｉＯ3 は
（００１）面配向性であり、ファイ・スキャンによって
同定したＰｂＴｉＯ3 とＭｇＯ／Ｓｉの結晶方位の関係
は、ＰｂＴｉＯ3 （００１）／／ＭｇＯ（１００）／／
Ｓｉ（１００）、ＰｂＴｉＯ3 ［１００］／／ＭｇＯ
［００１］／／Ｓｉ［００１］であった。
【００４３】エピタキシャルＭｇＯ／Ｓｉ基板上に、レ
ーザー・デポジション法によりエピタキシャルＰｂＴｉ
Ｏ3 を作製した後、上記実施例と同様に、直ちにゾルゲ
ル法によるＰｂＴｉＯ3 を作製した。ＰｂＴｉＯ2 （Ｏ
ＣＨ2 ＣＨ2 ＯＣＨ3 ）2 前駆体溶液をＰｂＴｉＯ
3 （１００）／／ＭｇＯ（１００）／／Ｓｉ（１００）
基板に室温Ｎ2 雰囲気中にて２０００ｒｐｍでスピンコ
ーティングを行い、スピンコーティングされた基板は、
酸素雰囲気中、３００℃において１分間加熱した後、６
００℃にて３０分間加熱して結晶化させた。スピンコー
ティングと焼成をさらに３回繰り返すことにより、総膜
厚３，６００オングストロームのＰｂＴｉＯ3 薄膜が得
られた。得られた薄膜のＸ線回折パターンを解析する
と、ＰｂＴｉＯ3 （００１）面配向のペロブスカイト単
一層であり、ＰｂＴｉＯ3 とＭｇＯ／Ｓｉの結晶方位の
関係は、ＰｂＴｉＯ3 （００１）／／ＭｇＯ（１００）
／／Ｓｉ（１００）であった。
ーザー・デポジション法によりエピタキシャルＰｂＴｉ
Ｏ3 を作製した後、上記実施例と同様に、直ちにゾルゲ
ル法によるＰｂＴｉＯ3 を作製した。ＰｂＴｉＯ2 （Ｏ
ＣＨ2 ＣＨ2 ＯＣＨ3 ）2 前駆体溶液をＰｂＴｉＯ
3 （１００）／／ＭｇＯ（１００）／／Ｓｉ（１００）
基板に室温Ｎ2 雰囲気中にて２０００ｒｐｍでスピンコ
ーティングを行い、スピンコーティングされた基板は、
酸素雰囲気中、３００℃において１分間加熱した後、６
００℃にて３０分間加熱して結晶化させた。スピンコー
ティングと焼成をさらに３回繰り返すことにより、総膜
厚３，６００オングストロームのＰｂＴｉＯ3 薄膜が得
られた。得られた薄膜のＸ線回折パターンを解析する
と、ＰｂＴｉＯ3 （００１）面配向のペロブスカイト単
一層であり、ＰｂＴｉＯ3 とＭｇＯ／Ｓｉの結晶方位の
関係は、ＰｂＴｉＯ3 （００１）／／ＭｇＯ（１００）
／／Ｓｉ（１００）であった。
【００４４】このようにして、レーザー・デポジション
法によりエピタキシャルＰｂＴｉＯ3 薄膜の第１層を形
成し、さらにその上に、ゾルゲル法によってエピタキシ
ャルＰｂＴｉＯ3 薄膜の第２層を形成して得られた膜厚
４，０００オングストロームのエピタキシャルＰｂＴｉ
Ｏ3 の表面は、ＳＥＭによって観察しても明瞭なコント
ラストが見られなかった。そのＰｂＴｉＯ3 薄膜の表面
は、光導波路として良好な低光減衰特性につながると期
待できる極めて平滑なものであった。また、上記と同様
にして、Ｓｉ基板上に、エピタキシャルＭｇＯバッファ
層を用いることにより、Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒ1-y Ｔｉ
y ）1-x/4 Ｏ3 （ＰＬＺＴ）をエピタキシャル成長させ
ることができた。
法によりエピタキシャルＰｂＴｉＯ3 薄膜の第１層を形
成し、さらにその上に、ゾルゲル法によってエピタキシ
ャルＰｂＴｉＯ3 薄膜の第２層を形成して得られた膜厚
４，０００オングストロームのエピタキシャルＰｂＴｉ
Ｏ3 の表面は、ＳＥＭによって観察しても明瞭なコント
ラストが見られなかった。そのＰｂＴｉＯ3 薄膜の表面
は、光導波路として良好な低光減衰特性につながると期
待できる極めて平滑なものであった。また、上記と同様
にして、Ｓｉ基板上に、エピタキシャルＭｇＯバッファ
層を用いることにより、Ｐｂ1-x Ｌａx （Ｚｒ1-y Ｔｉ
y ）1-x/4 Ｏ3 （ＰＬＺＴ）をエピタキシャル成長させ
ることができた。
【００４５】実施例８ 電子ビーム蒸着法により、Ｓｉ（１００）単結晶基板上
にバッファ層を形成させた。単結晶基板としては、ｎ型
またはｐ型の（１００）面のウエハーを用いた。これら
の基板を溶剤で洗浄した後、ＨＦ系溶液を用いてエッチ
ングを行った。さらに、最後に窒素流下でエタノールに
よるスピン乾燥を行った。スピン乾燥した後、基板を直
ちにデポジション・チャンバーに導入し、バックグラン
ド圧力に達した後、基板を加熱し、一定の基板温度に達
した時点でＭｇＯの成膜を行った。ターゲットとしては
ＭｇＯを用い、ターゲットと基板の距離は５０〜２００
ｍｍ、電子ビーム電流は５〜２０ｍＡとした。基板はハ
ロゲン・ランプによって加熱し、基板温度は３００〜７
００℃とした。このようにして、成膜速度が約１０．０
オングストローム／ｓｅｃ、成膜温度が３７０℃、４４
０℃または５００℃の条件、および成膜速度が約３．０
オングストローム／ｓｅｃ、成膜温度が４４０℃の条件
では面内方位はランダムであったが、（１１１）面に高
配向の膜が得られた。さらに、６００℃、１×１０-3Ｔ
ｏｒｒ、酸素の条件下、膜厚２００オングストロームの
ＭｇＯバッファ層の上に、膜厚１００オングストローム
のＰＬＴ（Ｐｂ／Ｌａ／Ｔｉ＝７２／２８／１００）層
をその場で成長させた。
にバッファ層を形成させた。単結晶基板としては、ｎ型
またはｐ型の（１００）面のウエハーを用いた。これら
の基板を溶剤で洗浄した後、ＨＦ系溶液を用いてエッチ
ングを行った。さらに、最後に窒素流下でエタノールに
よるスピン乾燥を行った。スピン乾燥した後、基板を直
ちにデポジション・チャンバーに導入し、バックグラン
ド圧力に達した後、基板を加熱し、一定の基板温度に達
した時点でＭｇＯの成膜を行った。ターゲットとしては
ＭｇＯを用い、ターゲットと基板の距離は５０〜２００
ｍｍ、電子ビーム電流は５〜２０ｍＡとした。基板はハ
ロゲン・ランプによって加熱し、基板温度は３００〜７
００℃とした。このようにして、成膜速度が約１０．０
オングストローム／ｓｅｃ、成膜温度が３７０℃、４４
０℃または５００℃の条件、および成膜速度が約３．０
オングストローム／ｓｅｃ、成膜温度が４４０℃の条件
では面内方位はランダムであったが、（１１１）面に高
配向の膜が得られた。さらに、６００℃、１×１０-3Ｔ
ｏｒｒ、酸素の条件下、膜厚２００オングストロームの
ＭｇＯバッファ層の上に、膜厚１００オングストローム
のＰＬＴ（Ｐｂ／Ｌａ／Ｔｉ＝７２／２８／１００）層
をその場で成長させた。
【００４６】ＰＬＴ／ＭｇＯ層をＳｉ基板上に作製した
後、その上に、ゾルゲル法により上記実施例と同様にし
て直ちにＰＬＴ層を作製した。ＰＬＴ層の作製は、先
ず、Ｌａ（Ｏ−ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）3 とＴｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ3
Ｈ7 ）4 を所定のモル比として、２−メトキシエタノー
ル［ＣＨ3 ＯＣＨ2 ＣＨ2 ＯＨ（ＲＯＨ）］に溶解し、
続いてＰｂ（ＣＨ3 ＣＯＯ）2 をＰｂ：Ｌａ：Ｔｉ＝
０．７５：０．２８：１．０のモル組成比にて溶解し
た。その後１２５℃において一定時間蒸留することによ
り、金属錯体（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ2 （ＯＣＨ2 ＣＨ2
ＯＣＨ3 ）2 を形成すると共に、副生成物のＣＨ3 ＣＯ
ＯＣＨ2 ＣＨ2ＯＣＨ3 を除去した。その後、その溶液
を減圧濃縮することにより最終的にＴｉ濃度が０．６Ｍ
の安定な前駆体溶液を得た。このようにして得られた前
駆体溶液を室温の窒素雰囲気中でスピンコーティングを
行った。このスピンコーティングされた基板は、酸素雰
囲気中で３５０℃にて１分間加熱した後、６５０℃にて
１分間加熱することにより結晶化させた。スピンコーテ
ィングと焼成をさらに３回繰り返し、次いで６５０℃に
て３０分間加熱して最終結晶化させることにより、総膜
厚３，６００オングストロームのＰＬＴ薄膜が得られ
た。以上により、面内方位はランダムであるが、高配向
性のＰＬＴ（１１１）／／ＭｇＯ（１１１）／／Ｓｉ
（１００）積層構造が得られた。
後、その上に、ゾルゲル法により上記実施例と同様にし
て直ちにＰＬＴ層を作製した。ＰＬＴ層の作製は、先
ず、Ｌａ（Ｏ−ｉ−Ｃ3 Ｈ7 ）3 とＴｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ3
Ｈ7 ）4 を所定のモル比として、２−メトキシエタノー
ル［ＣＨ3 ＯＣＨ2 ＣＨ2 ＯＨ（ＲＯＨ）］に溶解し、
続いてＰｂ（ＣＨ3 ＣＯＯ）2 をＰｂ：Ｌａ：Ｔｉ＝
０．７５：０．２８：１．０のモル組成比にて溶解し
た。その後１２５℃において一定時間蒸留することによ
り、金属錯体（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ2 （ＯＣＨ2 ＣＨ2
ＯＣＨ3 ）2 を形成すると共に、副生成物のＣＨ3 ＣＯ
ＯＣＨ2 ＣＨ2ＯＣＨ3 を除去した。その後、その溶液
を減圧濃縮することにより最終的にＴｉ濃度が０．６Ｍ
の安定な前駆体溶液を得た。このようにして得られた前
駆体溶液を室温の窒素雰囲気中でスピンコーティングを
行った。このスピンコーティングされた基板は、酸素雰
囲気中で３５０℃にて１分間加熱した後、６５０℃にて
１分間加熱することにより結晶化させた。スピンコーテ
ィングと焼成をさらに３回繰り返し、次いで６５０℃に
て３０分間加熱して最終結晶化させることにより、総膜
厚３，６００オングストロームのＰＬＴ薄膜が得られ
た。以上により、面内方位はランダムであるが、高配向
性のＰＬＴ（１１１）／／ＭｇＯ（１１１）／／Ｓｉ
（１００）積層構造が得られた。
【００４７】なお、上記した実施例においては、Ｒｆ−
マグネトロン・スパッタリング法、エキシマ・レーザー
・デポジション法または有機金属化学気相成長法（ＭＯ
ＣＶＤ）とゾルゲル法とを用いて薄膜を作製する方法に
ついて、具体的に説明した。しかし、本発明の成膜プロ
セスとしては、上記のものに限られるものではなく、イ
オン・ビーム・スパッタンリング法、電子ビーム蒸着
法、フラッシュ蒸着法、イオン・プレーティング法、モ
レキュラー・ビーム・エピタキシ法（ＭＢＥ）、イオン
化クラスター・ビーム・エピタキシ法、化学気相成長法
（ＣＶＤ）またはプラズマＣＶＤ法等の気相成長法とゾ
ルゲル法との組合わせも同様に採用することができるも
のであり、またそれらの組合わせにより作製した薄膜
も、上記した各実施例において作製した薄膜と同様の効
果を示すことは言うまでもない。
マグネトロン・スパッタリング法、エキシマ・レーザー
・デポジション法または有機金属化学気相成長法（ＭＯ
ＣＶＤ）とゾルゲル法とを用いて薄膜を作製する方法に
ついて、具体的に説明した。しかし、本発明の成膜プロ
セスとしては、上記のものに限られるものではなく、イ
オン・ビーム・スパッタンリング法、電子ビーム蒸着
法、フラッシュ蒸着法、イオン・プレーティング法、モ
レキュラー・ビーム・エピタキシ法（ＭＢＥ）、イオン
化クラスター・ビーム・エピタキシ法、化学気相成長法
（ＣＶＤ）またはプラズマＣＶＤ法等の気相成長法とゾ
ルゲル法との組合わせも同様に採用することができるも
のであり、またそれらの組合わせにより作製した薄膜
も、上記した各実施例において作製した薄膜と同様の効
果を示すことは言うまでもない。
【００４８】
【発明の効果】本発明は、上記のように、単結晶基板上
に気相成長法および有機金属化合物の塗布およびその後
の加熱結晶化による成長法とを用いることにより、表面
が平滑なエピタキシャルまたは配向性の強誘電体薄膜素
子が比較的低い成長温度で、しかも、広い範囲の材料を
用いて作製することができる。また、得られる配向性強
誘電体薄膜素子は、光導波ロスが少なく、光散乱が小さ
い等の良好な特性を有しているから、光導波路素子およ
び光変調素子等として有用である。
に気相成長法および有機金属化合物の塗布およびその後
の加熱結晶化による成長法とを用いることにより、表面
が平滑なエピタキシャルまたは配向性の強誘電体薄膜素
子が比較的低い成長温度で、しかも、広い範囲の材料を
用いて作製することができる。また、得られる配向性強
誘電体薄膜素子は、光導波ロスが少なく、光散乱が小さ
い等の良好な特性を有しているから、光導波路素子およ
び光変調素子等として有用である。
【図１】 単結晶基板上に、気相成長によってエピタキ
シャル薄膜が形成された状態を説明する模式的断面図。
シャル薄膜が形成された状態を説明する模式的断面図。
【図２】 単結晶基板上の気相成長エピタキシャル薄膜
の上に、有機金属化合物を塗布することにより表面が平
坦化した状態を説明する模式的断面図。
の上に、有機金属化合物を塗布することにより表面が平
坦化した状態を説明する模式的断面図。
【図３】 単結晶基板上に、気相成長および有機金属化
合物の加熱結晶化によって形成された２層のエピタキシ
ャル強誘電体薄膜層を有する、本発明の配向性強誘電体
薄膜素子を説明する模式的断面図。
合物の加熱結晶化によって形成された２層のエピタキシ
ャル強誘電体薄膜層を有する、本発明の配向性強誘電体
薄膜素子を説明する模式的断面図。
１…単結晶基板、２…第１層目のエピタキシャル強誘電
体薄膜層、３…第２層目のエピタキシャル強誘電体薄膜
層、３′…有機金属化合物溶液の塗布層、４…第１層目
の強誘電体薄膜層と第２層目の強誘電体薄膜層との境界
面。
体薄膜層、３…第２層目のエピタキシャル強誘電体薄膜
層、３′…有機金属化合物溶液の塗布層、４…第１層目
の強誘電体薄膜層と第２層目の強誘電体薄膜層との境界
面。
Claims (14)
- 【請求項１】 単結晶基板と、この単結晶基板上に気相
成長法により積層したエピタキシャルまたは高配向性の
第１の強誘電体膜と、この第１の強誘電体膜の上に、有
機金属化合物の塗布およびその後の加熱により形成した
エピタキシャルまたは配向性の第２の強誘電体薄膜とを
有することを特徴とする配向性強誘電体薄膜素子。 - 【請求項２】 単結晶基板が、酸化物単結晶基板である
ことを特徴とする請求項１記載の配向性強誘電体薄膜素
子。 - 【請求項３】 単結晶基板が、半導体であることを特徴
とする請求項１記載の配向性強誘電体薄膜素子。 - 【請求項４】 単結晶基板が、表面にエピタキシャル酸
化マグネシウム層を有する半導体であることを特徴とす
る請求項１記載の配向性強誘電体薄膜素子。 - 【請求項５】 気相成長法が、電子ビーム蒸着法、Ｒｆ
−マグネトロン・スパッタリング法またはレーザー・ア
ブレーション（レーザー・デポジション）法、有機金属
化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ）であることを特徴とする請求
項１記載の配向性強誘電体薄膜素子。 - 【請求項６】 有機金属化合物が、金属アルコキシドお
よび金属塩類から選ばれることを特徴とする請求項１記
載の配向性強誘電体薄膜素子。 - 【請求項７】 第２の強誘電体薄膜が、有機金属化合物
の塗布およびその後の加熱を複数回繰り返すことにより
形成することを特徴とする請求項１記載の配向性強誘電
体薄膜素子。 - 【請求項８】 単結晶基板上に、気相成長法によりエピ
タキシャルまたは高配向性の第１層目の強誘電体薄膜を
形成し、その上に、有機金属化合物の塗布およびその後
の加熱によりエピタキシャルまたは配向性の第２層目の
強誘電体薄膜を形成することを特徴とする配向性強誘電
体薄膜素子の作製方法。 - 【請求項９】 単結晶基板が、酸化物単結晶であること
を特徴とする請求項８記載の配向性強誘電体薄膜素子の
作製方法。 - 【請求項１０】 単結晶基板が、半導体であることを特
徴とする請求項８記載の配向性強誘電体薄膜素子の作製
方法。 - 【請求項１１】 単結晶基板が、表面にエピタキシャル
酸化マグネシウム層を有する半導体であることを特徴と
する請求項８記載の配向性強誘電体薄膜素子の作製方
法。 - 【請求項１２】 気相成長法が、電子ビーム蒸着法、Ｒ
ｆ−マグネトロン・スパッタリング法、レーザー・アブ
レーション（レーザー・デポジション）法または有機金
属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ）であることを特徴とする請
求項８記載の配向性強誘電体薄膜素子の作製方法。 - 【請求項１３】 有機金属化合物が、金属アルコキシド
および金属塩類から選ばれることを特徴とする請求項８
記載の配向性強誘電体薄膜素子の作製方法。 - 【請求項１４】 有機金属化合物の塗布およびその後の
加熱を複数回繰り返すことにより、エピタキシャルまた
は配向性の第２層目の強誘電体薄膜を形成することを特
徴とする請求項８記載の配向性強誘電体薄膜素子の作製
方法。
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