JP2003015098A - Lower electrode and optical element utilizing the same - Google Patents
Lower electrode and optical element utilizing the sameInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電気光学効果を有
する物質のエピタキシャル成長に好適な下部電極及びそ
れを利用した光学素子に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lower electrode suitable for epitaxial growth of a substance having an electro-optical effect and an optical element using the lower electrode.
【０００２】[0002]
【背景技術】近年高速・大容量の光通信の需要が高まっ
ており、低電圧・高効率で動作する安価な電気光学効果
素子が要望されている。図９には、このような電気光学
効果素子の構造の一例が示されている。同図に示す光ス
イッチ５０は、サファイアやタンタル酸リチウムからな
る基板５２上に、ｃ軸配向したニオブ酸リチウム（Ｌｉ
ＮｂＯ３）薄膜５４をヘテロエピタキシャル成長させて
形成し、この薄膜５４に、例えば、スパッタ，パルスレ
ーザデポジション，ＣＶＤ等の蒸着法で光導波路５６，
５７を形成する。そして、これら光導波路５６，５７の
近接個所に、表面電極５８，５９を形成し、スイッチ６
０をＯＮにすることで、この電極５８，５９間に電源６
２の電圧を印加する。例えば、スイッチ６０をＯＮとす
ると、光導波路５７の光がそのまま進行し、スイッチ６
０をＯＦＦとすると、光導波路５７の光が光導波路５８
にスイッチングして進行するという具合である。しか
し、同図に示すような構造では、表面電極５８，５９が
平面的に配置されているため、光導波路５６、５７に効
率的に電界を印加することが困難である。BACKGROUND ART In recent years, the demand for high-speed, large-capacity optical communication has increased, and there has been a demand for an inexpensive electro-optical effect element that operates at low voltage and high efficiency. FIG. 9 shows an example of the structure of such an electro-optical effect element. The optical switch 50 shown in the figure has a substrate 52 made of sapphire or lithium tantalate on a c-axis oriented lithium niobate (Li).
The NbO 3 ) thin film 54 is formed by heteroepitaxial growth, and the thin film 54 is formed on the optical waveguide 56 by an evaporation method such as sputtering, pulse laser deposition, or CVD.
57 is formed. Then, the surface electrodes 58 and 59 are formed near these optical waveguides 56 and 57, and the switch 6
By turning 0 on, a power source 6 is placed between the electrodes 58 and 59.
A voltage of 2 is applied. For example, when the switch 60 is turned on, the light in the optical waveguide 57 advances as it is, and the switch 6
When 0 is turned off, the light of the optical waveguide 57 is transmitted to the optical waveguide 58.
It switches to and progresses. However, in the structure as shown in the figure, since the surface electrodes 58 and 59 are arranged in a plane, it is difficult to efficiently apply an electric field to the optical waveguides 56 and 57.
【０００３】これを解決するためには、埋め込み型導波
路やリッヂ型導波路というような、導波路を電極で挟む
構造とすればよい。そのためには、光導波路に下部電極
を形成する必要があるが、電気光学材料結晶を薄く切り
出して電極で挟もうとすると、光学素子を数十μｍ程度
の厚さで実現することは困難であり、実現したとして
も、高コスト，剛性不足等の問題が生じる。また、基板
上に下部電極を製膜し、その上に電気光学材料による薄
膜をヘテロエピタキシャル成長させて素子を実現しよう
としても、電気光学薄膜をヘテロエピタキシャル成長さ
せるための適切な電極用物質が見いだされていないのが
現状である。例えば、一般的に金属電極として用いられ
ている金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属は、
サファイア基板との結晶格子整合がとれないため、これ
らの金属を下部電極として基板上に堆積させてしまう
と、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３），酸化亜鉛（Ｚ
ｎＯ）等の物質は、基板の結晶情報を受け取ることがで
きず、ヘテロエピタキシャル成長することができなくな
る。In order to solve this, a structure in which the waveguide is sandwiched by electrodes, such as a buried waveguide or a rigid waveguide, may be used. For that purpose, it is necessary to form a lower electrode in the optical waveguide, but if the electro-optic material crystal is cut out thinly and sandwiched between the electrodes, it is difficult to realize an optical element with a thickness of about several tens of μm. Even if it is realized, problems such as high cost and insufficient rigidity occur. Even when a lower electrode is formed on a substrate and a thin film made of an electro-optical material is heteroepitaxially grown on the substrate to realize an element, an appropriate electrode material for heteroepitaxially growing the electro-optical thin film has been found. The current situation is that there are none. For example, metals such as gold (Au) and aluminum (Al) that are commonly used as metal electrodes are
Since crystal lattice matching with the sapphire substrate cannot be achieved, if these metals are deposited on the substrate as lower electrodes, lithium niobate (LiNbO 3 ) and zinc oxide (Z
A substance such as (nO) cannot receive the crystal information of the substrate and cannot grow heteroepitaxially.
【０００４】上述したような、薄膜導波路を電極で挟む
という考え方の元に、タンタル酸リチウム基板上に、酸
化亜鉛（ＺｎＯ）を積層させた光変調器がある（特許第
２９６３９８９号）。これは、光導波路を上下から変調
電極で挟み込む構造とし、印加電圧の全ての成分が電気
光学効果に寄与するようにして、変調電圧の低減を行う
もので、下部電極を導電性結晶材料とし、その上に導波
路結晶をヘテロエピタキシャル成長させたものである。Based on the idea that the thin film waveguide is sandwiched between electrodes as described above, there is an optical modulator in which zinc oxide (ZnO) is laminated on a lithium tantalate substrate (Japanese Patent No. 2963989). This has a structure in which the optical waveguide is sandwiched between modulation electrodes from above and below, and all components of the applied voltage contribute to the electro-optical effect to reduce the modulation voltage.The lower electrode is made of a conductive crystal material. A waveguide crystal is heteroepitaxially grown on it.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術は、電気光学素子の下部電極材料に半導体
（透明電極）である酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いるため、
金属電極に比べて電圧降下が大きくなり、効率よく電界
を印加するには、未だ不十分である。However, in the above-mentioned prior art, since zinc oxide (ZnO) which is a semiconductor (transparent electrode) is used as the lower electrode material of the electro-optical element,
The voltage drop is larger than that of the metal electrode, and it is still insufficient to efficiently apply the electric field.
【０００６】この発明は、以上の点に着目したもので、
基板に製膜された下部電極上に、ニオブ酸リチウム等の
電気光学効果を有する物質をヘテロエピタキシャル成長
させるのに好適な金属電極材料を提供し、かつ、それを
利用して、光スイッチ，光変調器等の電気光学効果を有
する光学素子全般の動作電圧を低減し、消費電力低減，
効率的な電圧印加を図ることをその目的とするものであ
る。The present invention focuses on the above points,
Provide a metal electrode material suitable for heteroepitaxially growing a substance having an electro-optical effect such as lithium niobate on a lower electrode formed on a substrate, and using the same, an optical switch, an optical modulator Reduce the operating voltage of all optical elements with electro-optical effect, such as vessels, reduce power consumption,
The purpose is to efficiently apply a voltage.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の光学素子の下部電極は、基板上に形成さ
れ、電気光学効果を有する物質に電界を印加するための
下部電極であって、ルテニウム薄膜によって形成したこ
とを特徴とする。In order to achieve the above object, the lower electrode of the optical element of the present invention is a lower electrode formed on a substrate for applying an electric field to a substance having an electro-optical effect. , A ruthenium thin film.
【０００８】主要な形態の一つは、前記基板としてサフ
ァイアを使用したことを特徴とする。他の形態は、前記
下部電極を前記基板上にエピタキシャル成長によって形
成したことを特徴とする。更に他の形態は、前記下部電
極の膜厚を１００μｍ以下としたことを特徴とする。One of the main features is that sapphire is used as the substrate. In another aspect, the lower electrode is formed on the substrate by epitaxial growth. Still another mode is characterized in that the film thickness of the lower electrode is 100 μm or less.
【０００９】本発明の光学素子は、請求項１〜４のいず
れかに記載の下部電極と、該下部電極の上にエピタキシ
ャル成長によって形成した電気光学効果を有する物質に
よる薄膜と、該薄膜上に形成した上部電極による積層構
造を備えたことを特徴とする。主要な形態の一つは、前
記下部電極と前記薄膜との間にバッファ層を挿入したこ
とを特徴とする。他の形態は、前記下部電極が前記バッ
ファ層を兼ねることを特徴とする。本発明の前記及び他
の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面
から明瞭になろう。An optical element of the present invention is formed on the lower electrode according to any one of claims 1 to 4, a thin film made of a substance having an electro-optical effect formed on the lower electrode by epitaxial growth, and the thin film. It is characterized in that it has a laminated structure of the above upper electrode. One of the main forms is characterized in that a buffer layer is inserted between the lower electrode and the thin film. In another form, the lower electrode also serves as the buffer layer. The above and other objects, features and advantages of the present invention will be apparent from the following detailed description and the accompanying drawings.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。サファイアとニオブ酸リチウムは、
それぞれヘキサゴナル（hexagonal），ロンボヘドラル
（rhombohedral）と呼ばれる類似の結晶構造をとり、し
かも、a軸の格子定数が、それぞれ４．７５８Å，５．
１４８Åと近い値を持つ。このため、サファイアは、ニ
オブ酸リチウム薄膜用のヘテロエピタキシャル基板とし
て広く用いられている。しかし、サファイアは絶縁体で
あるため、ニオブ酸リチウム薄膜上（又は薄膜中）に導
波路を作製したとしても、上述した図９に示すような構
造でしか電極を設けることができない。効率よく電界を
印加するためには、ニオブ酸リチウム薄膜を、サファイ
ア基板上の下部電極上にヘテロエピタキシャル成長さ
せ、その上に上部電極を設けて電極で挟む構造とする必
要がある。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below. Sapphire and lithium niobate are
They have similar crystal structures called hexagonal and rhombohedral, respectively, and have a-axis lattice constants of 4.758Å and 5.
It has a value close to 148Å. Therefore, sapphire is widely used as a heteroepitaxial substrate for lithium niobate thin films. However, since sapphire is an insulator, even if a waveguide is formed on (or in) the lithium niobate thin film, the electrodes can be provided only with the structure shown in FIG. 9 described above. In order to efficiently apply an electric field, it is necessary to have a structure in which a lithium niobate thin film is heteroepitaxially grown on a lower electrode on a sapphire substrate, and an upper electrode is provided on the lower electrode and sandwiched between the electrodes.
【００１１】本発明では、下部電極兼バッファ層となる
単結晶もしくは高結晶軸配向度のルテニウム薄膜を、パ
ルスレーザデポジション法を用いて基板上に形成し、さ
らにその上に、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）やタ
ンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）などの電気光学効果
を有する物質（以下、電気光学効果物質という）の薄膜
をヘテロエピタキシャル成長させることにより、低電圧
で効率よく光学素子に電界を印加することができる構造
を得ている。In the present invention, a single crystal or a ruthenium thin film having a high degree of crystal axis orientation, which serves as a lower electrode and a buffer layer, is formed on a substrate by the pulse laser deposition method, and lithium niobate ( By heteroepitaxially growing a thin film of a substance having an electro-optical effect (hereinafter referred to as an electro-optical effect substance) such as LiNbO 3 ) or lithium tantalate (LiTaO 3 ), an electric field can be efficiently applied to an optical element at a low voltage. It has a structure that allows
【００１２】＜実施形態１＞……最初に、図１を参照し
て、実施形態１について説明する。同図には、本発明の
光学素子の実施形態１の断面が示されている。同図に示
すように、光学素子１０は、Ａｌ２Ｏ３の組成を有する
六方晶のサファイア基板１２上に、ルテニウム（Ｒｕ）
下部電極１４，電気光学効果物質であるニオブ酸リチウ
ム（ＬｉＮｂＯ３）の薄膜１６，金属材料による上部電
極２０を順に積層した構造をとっている。前記ニオブ酸
リチウム薄膜１６には、熱拡散、レーザーアニールなど
の方法によって光導波路１８が形成される。<First Embodiment> ... First, the first embodiment will be described with reference to FIG. In the figure, a cross section of Embodiment 1 of the optical element of the present invention is shown. As shown in the figure, the optical element 10 comprises ruthenium (Ru) on a hexagonal sapphire substrate 12 having a composition of Al 2 O 3.
It has a structure in which a lower electrode 14, a thin film 16 of lithium niobate (LiNbO 3 ) which is an electro-optical effect substance, and an upper electrode 20 made of a metal material are sequentially stacked. An optical waveguide 18 is formed on the lithium niobate thin film 16 by a method such as thermal diffusion or laser annealing.
【００１３】詳述すると、まずサファイア基板１２上
に、ルテニウムをパルスレーザデポジション法によって
堆積させる。このとき、製膜条件を整えることによっ
て、六方晶のルテニウムを単結晶もしくは高配向結晶薄
膜とする。図２には、サファイア結晶上に、ルテニウム
結晶を乗せた状態が示されている。図中、サファイア結
晶は、アルミニウムイオン（Ａｌ３＋）３０及び酸素イ
オン（Ｏ２−）３２で示されており、ルテニウム結晶
は、ルテニウム原子３４で示されている。More specifically, ruthenium is first deposited on the sapphire substrate 12 by the pulse laser deposition method. At this time, the film forming conditions are adjusted to form hexagonal ruthenium into a single crystal or highly oriented crystal thin film. FIG. 2 shows a state in which a ruthenium crystal is placed on a sapphire crystal. In the figure, the sapphire crystal is represented by aluminum ions (Al 3+ ) 30 and oxygen ions (O 2− ) 32, and the ruthenium crystal is represented by ruthenium atoms 34.
【００１４】同図（Ａ）に示すように、ルテニウム結晶
は一見したところ、ヘテロエピタキシャル電極には適し
ていないように見えるが、同図（Ｂ）に示すように、結
晶を３０°回転させるとサファイア結晶と整合する。こ
のような観点からすれば、サファイア基板１２上にルテ
ニウムのヘテロエピタキシャル成長が可能となる。そこ
で、本実施形態では、サファイア基板１２上にルテニウ
ム下部電極１４が形成される。At first glance, the ruthenium crystal does not seem to be suitable for a heteroepitaxial electrode as shown in FIG. 1A, but when the crystal is rotated by 30 ° as shown in FIG. Matches sapphire crystal. From this point of view, heteroepitaxial growth of ruthenium is possible on the sapphire substrate 12. Therefore, in the present embodiment, the ruthenium lower electrode 14 is formed on the sapphire substrate 12.
【００１５】このとき、ルテニウム下部電極１４の膜厚
を１００μｍ以下とすることにより、該下部電極１４上
に、電気光学効果物質であるニオブ酸リチウムがヘテロ
エピタキシャル成長可能となる。このようにヘテロエピ
タキシャル製膜されたニオブ酸リチウム薄膜１６に、光
導波路１８を形成し、更に、その上に上部電極２０を設
けることにより、光学素子１０を得る。なお、上部電極
２０としては、例えばアルミニウムや金などの材料を使
用し、蒸着などの方法で形成する。At this time, by setting the film thickness of the ruthenium lower electrode 14 to 100 μm or less, it is possible to heteroepitaxially grow lithium niobate, which is an electro-optical effect substance, on the lower electrode 14. The optical waveguide 18 is formed on the lithium niobate thin film 16 thus heteroepitaxially formed, and the upper electrode 20 is further provided thereon to obtain the optical element 10. The upper electrode 20 is made of a material such as aluminum or gold and is formed by a method such as vapor deposition.
【００１６】図３には、ルテニウム／サファイア構造及
びニオブ酸リチウム／ルテニウム／サファイア構造を実
際に作製した場合のＸ線回析の結果がグラフとして示さ
れている。図３の各グラフ中、横軸は角度２θ，縦軸は
強度（Intensity)である。また、（００２），（００
６）は面指数を表している。同図（Ａ）のグラフより、
サファイア基板上に、ルテニウムがｃ軸配向成長してい
ることが分かり、また、同図（Ｂ）のグラフからは、そ
の上にニオブ酸リチウムがｃ軸配向成長していることが
分かる。FIG. 3 is a graph showing the results of X-ray diffraction when the ruthenium / sapphire structure and the lithium niobate / ruthenium / sapphire structure were actually manufactured. In each graph of FIG. 3, the horizontal axis represents the angle 2θ and the vertical axis represents the intensity. Also, (002), (00
6) represents the surface index. From the graph of FIG.
It can be seen that ruthenium is c-axis oriented grown on the sapphire substrate, and the graph of FIG. 6B shows that lithium niobate is c-axis oriented grown on the graph.
【００１７】また、図４には、ニオブ酸リチウム／ルテ
ニウム／サファイア構造のφスキャンの結果を示す極点
図が示されている。同図中、横軸は角度Φ，縦軸は強度
である。同図に示す結果から、サファイア基板１２の
（１０４）面に対して、ルテニウムの（１０３）面が３
０°回転する形で、サファイア基板１２上にルテニウム
が面内配向成長しており、更に、その上にニオブ酸リチ
ウムが面内配向成長していることが分かる。このよう
に、前記図３及び図４の結果から、ニオブ酸リチウム／
ルテニウム／サファイアのヘテロエピタキシャル構造が
形成されていることが確認できる。なお、本実施形態で
は、ニオブ酸リチウムは、双晶構造となっている。ま
た、金属であるルテニウムは、酸化物と比較するとやわ
らかいため、ルテニウム下部電極１４は、サファイア基
板１２とニオブ酸リチウム薄膜１６との間の熱膨張係数
や格子不整合を緩衝するバッファ層としても作用する。Further, FIG. 4 shows a pole figure showing the result of the φ scan of the lithium niobate / ruthenium / sapphire structure. In the figure, the horizontal axis represents the angle Φ and the vertical axis represents the intensity. From the results shown in the figure, it can be seen that the (103) plane of ruthenium is 3
It can be seen that ruthenium is in-plane oriented and grown on the sapphire substrate 12 in the form of 0 ° rotation, and lithium niobate is further in-plane oriented and grown on the ruthenium. Thus, from the results shown in FIGS. 3 and 4, lithium niobate /
It can be confirmed that a ruthenium / sapphire heteroepitaxial structure is formed. In this embodiment, lithium niobate has a twin structure. In addition, since ruthenium, which is a metal, is softer than an oxide, the ruthenium lower electrode 14 also acts as a buffer layer that buffers the thermal expansion coefficient and lattice mismatch between the sapphire substrate 12 and the lithium niobate thin film 16. To do.
【００１８】更に本形態では、上述したニオブ酸リチウ
ム／ルテニウム／サファイア構造に上部電極２０を設け
ることによって、ニオブ酸リチウム薄膜１６の光導波路
１８を、ルテニウム下部電極１４と上部電極２０で上下
から挟み込む積層構造とした。従って、前記図１に矢印
で示す電気力線に見られるように、印加電界の全てがニ
オブ酸リチウム薄膜１６内を通過して有効に作用する。
このため、光学素子１０は、従来方法と同じ有効電界強
度を得るのに必要な印加電圧を小さくすることができる
とともに、下部電極に抵抗の低い金属を利用しているた
め、無駄な電力消費が低減されるようになる。Further, in the present embodiment, by providing the upper electrode 20 in the lithium niobate / ruthenium / sapphire structure described above, the optical waveguide 18 of the lithium niobate thin film 16 is vertically sandwiched between the ruthenium lower electrode 14 and the upper electrode 20. It has a laminated structure. Therefore, as shown by the lines of electric force indicated by the arrow in FIG. 1, all of the applied electric field passes through the lithium niobate thin film 16 and acts effectively.
Therefore, the optical element 10 can reduce the applied voltage required to obtain the same effective electric field strength as in the conventional method, and uses a metal having low resistance for the lower electrode, resulting in unnecessary power consumption. Will be reduced.
【００１９】＜実施形態２＞……次に、図５〜図７を参
照して、本発明の実施形態２について説明する。なお、
上述した実施形態１と対応する構成要素には同一の符号
を用いることとする。図５（Ａ）には、本実施形態の光
学素子の断面が示されている。同図に示すように、光学
素子４０は、基本的には、上述した実施形態１の光学素
子１０と同様の構成となっているが、電気光学薄膜とし
て酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いており、サファイア基板１
２上に、ルテニウム下部電極１４，酸化亜鉛薄膜４２，
上部電極２０を順に積層した構造をとっている。<Second Embodiment> ... Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition,
The same reference numerals are used for the components corresponding to those in the above-described first embodiment. FIG. 5A shows a cross section of the optical element of this embodiment. As shown in the figure, the optical element 40 basically has the same configuration as the optical element 10 of the first embodiment described above, but uses zinc oxide (ZnO) as the electro-optical thin film, Sapphire substrate 1
2, a ruthenium lower electrode 14, a zinc oxide thin film 42,
It has a structure in which the upper electrode 20 is sequentially stacked.
【００２０】図５（Ｂ）には、ルテニウム下部電極１４
上に、酸化亜鉛薄膜４２を成長させたときの構造が、ル
テニウム３４上に酸化亜鉛の酸素イオン３２を乗せた状
態として示されている。ルテニウム結晶と酸化亜鉛結晶
は、a軸の格子定数が、それぞれ２．７０５８Å，３．
２４９６Åと近い値であることから、同図（Ｂ）に示す
ように、酸化亜鉛結晶の酸素面及び亜鉛面がルテニウム
結晶と整合する。従って、ルテニウム下部電極１４上
に、酸化亜鉛薄膜４２をエピタキシャル成長させること
が可能となる。FIG. 5B shows the ruthenium lower electrode 14
The structure when the zinc oxide thin film 42 is grown is shown above as a state in which the zinc oxide oxygen ions 32 are placed on the ruthenium 34. The ruthenium crystal and the zinc oxide crystal have a-axis lattice constants of 2.7058Å and 3.
Since the value is close to 2496Å, the oxygen surface and the zinc surface of the zinc oxide crystal match the ruthenium crystal, as shown in FIG. Therefore, the zinc oxide thin film 42 can be epitaxially grown on the ruthenium lower electrode 14.
【００２１】図６には、酸化亜鉛／ルテニウム／サファ
イア構造のＸ線解析の結果がグラフとして示されてい
る。同図のグラフ中、横軸は角度２θ，縦軸は強度であ
る。このグラフより、サファイア基板１２上に、ルテニ
ウムがｃ軸配向成長しているとともに、その上に酸化亜
鉛がｃ軸配向成長していることが分かる。FIG. 6 is a graph showing the result of the X-ray analysis of the zinc oxide / ruthenium / sapphire structure. In the graph of the figure, the horizontal axis represents the angle 2θ and the vertical axis represents the intensity. From this graph, it can be seen that ruthenium is c-axis oriented grown on the sapphire substrate 12, and zinc oxide is c-axis oriented grown on the ruthenium.
【００２２】また、図７には、酸化亜鉛／ルテニウム／
サファイア構造のφスキャンの結果を示す極点図が示さ
れている。同図中、横軸は角度Φ，縦軸は強度である。
なお、サファイア上のルテニウムに関しては、上述した
実施形態１のニオブ酸リチウムの場合と同様のため、こ
こではサファイア構造に相当する図は省略する。同図に
示す結果から、ルテニウム下部電極１４の（１０３）面
に対して、酸化亜鉛の（１０３）面が面内配向成長して
いることがわかる。このように、図６および図７の結果
から、酸化亜鉛／ルテニウム／サファイアのヘテロエピ
タキシャル構造が形成されていることが確認できる。な
お、本実施形態においても、ルテニウム下部電極１４
は、バッファ層としても作用する。本形態の作用・効果
は、上述した実施形態１と同様である。Further, in FIG. 7, zinc oxide / ruthenium /
A pole figure showing the results of the φ scan of the sapphire structure is shown. In the figure, the horizontal axis represents the angle Φ and the vertical axis represents the intensity.
Note that ruthenium on sapphire is the same as in the case of the lithium niobate of Embodiment 1 described above, and therefore, the diagram corresponding to the sapphire structure is omitted here. From the results shown in the figure, it can be seen that the (103) plane of zinc oxide is in-plane oriented and grown on the (103) plane of the ruthenium lower electrode 14. As described above, it can be confirmed from the results of FIGS. 6 and 7 that the heteroepitaxial structure of zinc oxide / ruthenium / sapphire is formed. It should be noted that also in this embodiment, the ruthenium lower electrode 14
Also acts as a buffer layer. The operation and effect of this embodiment are similar to those of the above-described first embodiment.
【００２３】＜他の実施形態＞……本発明には数多くの
実施形態があり、以上の開示に基づいて多様に改変する
ことが可能である。例えば、次のようなものも含まれ
る。
（１）前記形態に示した基板や電気光学効果物質は一例
であり、この他にも、例えば、窒化ガリウム／ルテニウ
ム（ＧａＮ／Ｒｕ）等のヘテロエピタキシャル製膜全般
に適用することができる。図８（Ａ）には、ルテニウム
下部電極１４上に、窒化ガリウム（ＧａＮ）を成長させ
た構造が、窒化ガリウムの窒素（Ｎ）３６面にルテニウ
ム３４を乗せた状態として示されている。このように、
ＧａＮ／Ｒｕ構造に応用することで、固体レーザの高効
率化，レーザ用基板の製造コストの削減などの効果を期
待することも可能となる。また、面内配向したルテニウ
ムをガラス等の安価な基板に作製することにより、安価
なデバイスを作製することも可能である。<Other Embodiments> ... There are many embodiments of the present invention, and various modifications can be made based on the above disclosure. For example, the following is also included. (1) The substrate and the electro-optical effect material shown in the above embodiment are examples, and in addition to this, for example, the present invention can be applied to all heteroepitaxial film forming such as gallium nitride / ruthenium (GaN / Ru). In FIG. 8A, a structure in which gallium nitride (GaN) is grown on the ruthenium lower electrode 14 is shown with ruthenium 34 placed on the nitrogen (N) 36 surface of gallium nitride. in this way,
By applying it to the GaN / Ru structure, it is possible to expect effects such as high efficiency of the solid-state laser and reduction of the manufacturing cost of the laser substrate. In addition, it is possible to produce an inexpensive device by producing in-plane oriented ruthenium on an inexpensive substrate such as glass.
【００２４】（２）前記形態では、ルテニウム下部電極
１４が、ニオブ酸リチウム薄膜１６や酸化亜鉛薄膜４２
をヘテロエピタキシャル成長させるためのバッファ層も
兼ねるように作用したが、図８（Ｂ）に一例を示すよう
に、バッファ層を別に設けてもよい。同図によれば、サ
ファイア基板１２上に、ルテニウム下部電極１４，酸化
亜鉛（ＺｎＯ）薄膜によるバッファ層２２，ニオブ酸リ
チウム薄膜１６，上部電極２０を順に堆積した積層構造
となっている。また、このようにバッファ層２２を挿入
することにより、ルテニウム上に直接ニオブ酸リチウム
薄膜を作製した場合より光の伝搬ロスを防ぐことも可能
となる。(2) In the above embodiment, the ruthenium lower electrode 14 has the lithium niobate thin film 16 and the zinc oxide thin film 42.
It also functions as a buffer layer for heteroepitaxial growth, but a buffer layer may be separately provided as shown in FIG. 8B. According to the figure, a ruthenium lower electrode 14, a buffer layer 22 made of a zinc oxide (ZnO) thin film, a lithium niobate thin film 16, and an upper electrode 20 are sequentially deposited on a sapphire substrate 12 to have a laminated structure. Further, by inserting the buffer layer 22 in this way, it is possible to prevent the propagation loss of light as compared with the case where the lithium niobate thin film is directly formed on ruthenium.
【００２５】[0025]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板上に、ルテニウムの単結晶薄膜又は高配向度薄膜に
よる下部電極を形成することとしたので、該下部電極の
上に、電気光学効果物質をヘテロエピタキシャル成長さ
せることができる。また、このルテニウム下部電極と上
部電極とによって、電気光学効果物質を上下から挟み込
む積層構造を形成することができ、印加電界を有効に利
用して、低電圧・高効率で動作する光学素子を実現する
ことが可能となる。As described above, according to the present invention,
Since the lower electrode made of a ruthenium single crystal thin film or a highly oriented thin film is formed on the substrate, the electro-optic effect substance can be heteroepitaxially grown on the lower electrode. Further, the ruthenium lower electrode and the upper electrode can form a laminated structure in which the electro-optical effect material is sandwiched from above and below, and the applied electric field is effectively utilized to realize an optical element that operates at low voltage and high efficiency. It becomes possible to do.
【図１】本発明の実施形態１にかかる光学素子の積層構
造を示す主要断面図である。FIG. 1 is a main cross-sectional view showing a laminated structure of an optical element according to a first embodiment of the present invention.
【図２】サファイア基板上にルテニウムを乗せた状態を
示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a state in which ruthenium is placed on a sapphire substrate.
【図３】ルテニウム／サファイア構造及びニオブ酸リチ
ウム／ルテニウム／サファイア構造のＸ線回析結果を示
す図である。FIG. 3 is a diagram showing X-ray diffraction results of a ruthenium / sapphire structure and a lithium niobate / ruthenium / sapphire structure.
【図４】ニオブ酸リチウム／ルテニウム／サファイア構
造のφスキャンの結果を示す極点図である。FIG. 4 is a pole figure showing a result of φ scan of a lithium niobate / ruthenium / sapphire structure.
【図５】本発明の実施形態２にかかる光学素子の積層構
造とルテニウムに酸化亜鉛を乗せたときの状態を示す図
である。FIG. 5 is a diagram showing a laminated structure of an optical element according to a second embodiment of the present invention and a state when zinc oxide is put on ruthenium.
【図６】酸化亜鉛／ルテニウム／サファイア構造のＸ線
回析結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an X-ray diffraction result of a zinc oxide / ruthenium / sapphire structure.
【図７】酸化亜鉛／ルテニウム／サファイア構造のφス
キャンの結果を示す極点図である。FIG. 7 is a pole figure showing a result of φ scan of a zinc oxide / ruthenium / sapphire structure.
【図８】本発明の他の実施形態を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing another embodiment of the present invention.
【図９】従来の光スイッチの主要構造を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a main structure of a conventional optical switch.
１０…光学素子 １２…サファイア基板 １４…ルテニウム下部電極 １６…ニオブ酸リチウム薄膜 １８…光導波路 ２０…上部電極 ２２…バッファ層 ３０…アルミニウムイオン ３２…酸素イオン ３４…ルテニウム原子 ３６…窒素 ４０…光学素子 ４２…酸化亜鉛薄膜 ５０…光スイッチ ５２…基板 ５４…ニオブ酸リチウム薄膜 ５６，５７…光導波路 ５８，５９…表面電極 ６０…スイッチ ６２…電源 10 ... Optical element 12 ... Sapphire substrate 14 ... Ruthenium lower electrode 16 ... Lithium niobate thin film 18 ... Optical waveguide 20 ... Upper electrode 22 ... Buffer layer 30 ... Aluminum ion 32 ... Oxygen ion 34 ... Ruthenium atom 36 ... Nitrogen 40 ... Optical element 42 ... Zinc oxide thin film 50 ... Optical switch 52 ... substrate 54 ... Lithium niobate thin film 56, 57 ... Optical waveguide 58, 59 ... Surface electrode 60 ... switch 62 ... Power source
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大坪 茂 石川県河北郡津幡町北中条タ１ 石川工業 高等専門学校内 (72)発明者 山田 悟 石川県河北郡津幡町北中条タ１ 石川工業 高等専門学校内 Ｆターム(参考） 2H079 AA02 AA12 BA03 CA04 DA03 DA22 DA25 DA26 EA03 EA08 EB04 JA03 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Shigeru Otsubo Ishikawa Industry, Kita-Nakajo Ta, Tsubata Town, Kawakita District, Ishikawa Prefecture Inside the college (72) Inventor Satoru Yamada Ishikawa Industry, Kita-Nakajo Ta, Tsubata Town, Kawakita District, Ishikawa Prefecture Inside the college F-term (reference) 2H079 AA02 AA12 BA03 CA04 DA03 DA22 DA25 DA26 EA03 EA08 EB04 JA03
Claims (7)
る物質に電界を印加するための下部電極であって、ルテ
ニウム薄膜によって形成したことを特徴とする光学素子
の下部電極。1. A lower electrode for applying an electric field to a substance having an electro-optical effect, which is formed on a substrate, and is formed of a ruthenium thin film, which is a lower electrode of an optical element.
とを特徴とする請求項１記載の光学素子の下部電極。2. The lower electrode of the optical element according to claim 1, wherein sapphire is used as the substrate.
ャル成長によって形成したことを特徴とする請求項１又
は２記載の光学素子の下部電極。3. The lower electrode of an optical element according to claim 1, wherein the lower electrode is formed on the substrate by epitaxial growth.
したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
光学素子の下部電極。4. The lower electrode of an optical element according to claim 1, wherein the film thickness of the lower electrode is 100 μm or less.
極と、該下部電極の上にエピタキシャル成長によって形
成した電気光学効果を有する物質による薄膜と、該薄膜
上に形成した上部電極による積層構造を備えたことを特
徴とする光学素子。5. A laminated structure comprising the lower electrode according to claim 1, a thin film made of a substance having an electro-optical effect formed by epitaxial growth on the lower electrode, and an upper electrode formed on the thin film. An optical element having a structure.
ァ層を挿入したことを特徴とする請求項５記載の光学素
子。6. The optical element according to claim 5, wherein a buffer layer is inserted between the lower electrode and the thin film.
ことを特徴とする請求項６記載の光学素子。7. The optical element according to claim 6, wherein the lower electrode also serves as the buffer layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001241611A JP2003015098A (en) | 2001-04-26 | 2001-08-09 | Lower electrode and optical element utilizing the same |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001128967 | 2001-04-26 | ||
| JP2001-128967 | 2001-04-26 | ||
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|---|---|
| JP2003015098A true JP2003015098A (en) | 2003-01-15 |
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ID=26614260
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|---|---|
| JP (1) | JP2003015098A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114002865A (en) * | 2021-10-31 | 2022-02-01 | 南京中电芯谷高频器件产业技术研究院有限公司 | Metal layer-containing Z-cut thin film lithium niobate material structure |
-
2001
- 2001-08-09 JP JP2001241611A patent/JP2003015098A/en active Pending
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| CN114002865A (en) * | 2021-10-31 | 2022-02-01 | 南京中电芯谷高频器件产业技术研究院有限公司 | Metal layer-containing Z-cut thin film lithium niobate material structure |
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