JP2556206B2 - 誘電体薄膜の製造方法 - Google Patents
誘電体薄膜の製造方法Info
- Publication number
- JP2556206B2 JP2556206B2 JP3053511A JP5351191A JP2556206B2 JP 2556206 B2 JP2556206 B2 JP 2556206B2 JP 3053511 A JP3053511 A JP 3053511A JP 5351191 A JP5351191 A JP 5351191A JP 2556206 B2 JP2556206 B2 JP 2556206B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- refractive index
- substrate
- waveguide
- dielectric thin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は誘電体薄膜の製造方法に
関し、特に屈折率や誘電率を膜厚方向に自由に変化させ
ることのできる誘電体薄膜の製造方法に関する。
関し、特に屈折率や誘電率を膜厚方向に自由に変化させ
ることのできる誘電体薄膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信の発達とそのシングルモ
−ド化に伴って、光通信システムに必須となる光スイッ
チや光変調器などの光集積回路も一段と重要性を増して
きている。なかでも誘電体薄膜を光の導波層として用い
るハイブリッド型や、半導体基板にバッファ層を設け、
その上に誘電体薄膜の光導波路を作製する準ハイブリッ
ド型の光集積回路は、導波路材料を光源や検出器とは別
に自由に選択でき最適化できるという点で有利であり、
現在盛んに開発が行われている。従来の光導波路として
代表的なものは２種類あり、その１つは、基板にＬｉＮ
ｂＯ3単結晶を用い、表面にＴｉを拡散させたり、Ｌｉ
をＨ+と交換することで導波路層としたグレ―デッド型
導波路で、別の１つは、ガラス基板や、あるいはＳｉ基
板上にバッファ層としてＳｉＯ2層を設けた基板の上
に、ＺｎＯなどの誘電体薄膜を形成したステップ型光導
波路である。ＬｉＮｂＯ3単結晶を用いた導波路に関し
ては、ジャ−ナル・オブ・アメリカン・セラミクス・ソ
サイアティ( Journal of American Ceramics Society )
第７２巻，８号，１３１１〜１３２１頁に開示されてい
る。 ステップ型導波路は基板上に薄膜を作製するだけ
で導波路を形成できるという点で作製が容易であり、導
波光を外部から制御するとき効率が高い等の利点を有す
るが、基板あるいはバッファ層などの導波路下層部の屈
折率が導波路部分よりも小さいことが必要で、導波路材
料に対して基板材料を選択するときに制限がある。ま
た、基板と導波路薄膜との界面がフラットでないと光の
散乱が生じ導波損失が増加するため、界面を厳密に制御
してフラットにすることが要求される。また、従来の技
術では、ＬｉＮｂＯ3やＳｒＴｉＯ3などの誘電体の薄膜
において成膜時の基板温度を変化させることで誘電率を
変化させることができるという報告があるが、その誘電
率や屈折率は膜厚方向に一定である。一方、グレ−デッ
ド型導波路は不純物拡散やイオン交換によって導波路層
を形成するため、屈折率が徐々に変化し、したがって導
波光が界面の乱れによって散乱されることも少なく、導
波損失は抑えられるという利点を持つ。しかしながら、
高温での熱プロセスが必要なため、電子集積回路も含め
た集積化において熱処理温度に上限がある。また、材料
によっては不純物拡散やイオン交換により屈折率を増加
させることができないものもある点が問題である。
−ド化に伴って、光通信システムに必須となる光スイッ
チや光変調器などの光集積回路も一段と重要性を増して
きている。なかでも誘電体薄膜を光の導波層として用い
るハイブリッド型や、半導体基板にバッファ層を設け、
その上に誘電体薄膜の光導波路を作製する準ハイブリッ
ド型の光集積回路は、導波路材料を光源や検出器とは別
に自由に選択でき最適化できるという点で有利であり、
現在盛んに開発が行われている。従来の光導波路として
代表的なものは２種類あり、その１つは、基板にＬｉＮ
ｂＯ3単結晶を用い、表面にＴｉを拡散させたり、Ｌｉ
をＨ+と交換することで導波路層としたグレ―デッド型
導波路で、別の１つは、ガラス基板や、あるいはＳｉ基
板上にバッファ層としてＳｉＯ2層を設けた基板の上
に、ＺｎＯなどの誘電体薄膜を形成したステップ型光導
波路である。ＬｉＮｂＯ3単結晶を用いた導波路に関し
ては、ジャ−ナル・オブ・アメリカン・セラミクス・ソ
サイアティ( Journal of American Ceramics Society )
第７２巻，８号，１３１１〜１３２１頁に開示されてい
る。 ステップ型導波路は基板上に薄膜を作製するだけ
で導波路を形成できるという点で作製が容易であり、導
波光を外部から制御するとき効率が高い等の利点を有す
るが、基板あるいはバッファ層などの導波路下層部の屈
折率が導波路部分よりも小さいことが必要で、導波路材
料に対して基板材料を選択するときに制限がある。ま
た、基板と導波路薄膜との界面がフラットでないと光の
散乱が生じ導波損失が増加するため、界面を厳密に制御
してフラットにすることが要求される。また、従来の技
術では、ＬｉＮｂＯ3やＳｒＴｉＯ3などの誘電体の薄膜
において成膜時の基板温度を変化させることで誘電率を
変化させることができるという報告があるが、その誘電
率や屈折率は膜厚方向に一定である。一方、グレ−デッ
ド型導波路は不純物拡散やイオン交換によって導波路層
を形成するため、屈折率が徐々に変化し、したがって導
波光が界面の乱れによって散乱されることも少なく、導
波損失は抑えられるという利点を持つ。しかしながら、
高温での熱プロセスが必要なため、電子集積回路も含め
た集積化において熱処理温度に上限がある。また、材料
によっては不純物拡散やイオン交換により屈折率を増加
させることができないものもある点が問題である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のような特徴を有
するグレ−デッド型導波路材料であるＬｉＮｂＯ3を薄
膜化する試みはこれまでもなされている。しかしなが
ら、導波路部分のＬｉＮｂＯ3の屈折率は膜厚方向に一
定であり、ＳｉなどのＬｉＮｂＯ3より高い屈折率の基
板上にＬｉＮｂＯ3薄膜を作製すると導波は起こらな
い。このような場合、もし薄膜形成時に膜厚方向に誘電
率を変化させ、表面ほど屈折率が高くなるような誘電体
薄膜ができれば、任意の基板上に誘電体の光導波路を作
製できる。また屈折率のプロファイルも任意に制御でき
るので、光の閉じ込めに最も適した屈折率分布を得るこ
ともできる。しかしながら、従来は薄膜作製時の基板温
度を変化させて誘電率や屈折率を変化させていたので、
制御性に乏しく、ステップ状に変化させるといった高速
応答が期待できなかった。また、高い誘電率や屈折率を
得るためには高い基板温度が必要で、プロセスの低温化
が図れないという欠点があった。本発明の目的は、高温
での熱プロセスを必要とせずに、誘電体薄膜の屈折率や
誘電率を膜厚方向に自由に変化させることができ、従っ
て任意の基板上に光導波路を形成することの可能な誘電
体薄膜の製造方法を提供することにある。
するグレ−デッド型導波路材料であるＬｉＮｂＯ3を薄
膜化する試みはこれまでもなされている。しかしなが
ら、導波路部分のＬｉＮｂＯ3の屈折率は膜厚方向に一
定であり、ＳｉなどのＬｉＮｂＯ3より高い屈折率の基
板上にＬｉＮｂＯ3薄膜を作製すると導波は起こらな
い。このような場合、もし薄膜形成時に膜厚方向に誘電
率を変化させ、表面ほど屈折率が高くなるような誘電体
薄膜ができれば、任意の基板上に誘電体の光導波路を作
製できる。また屈折率のプロファイルも任意に制御でき
るので、光の閉じ込めに最も適した屈折率分布を得るこ
ともできる。しかしながら、従来は薄膜作製時の基板温
度を変化させて誘電率や屈折率を変化させていたので、
制御性に乏しく、ステップ状に変化させるといった高速
応答が期待できなかった。また、高い誘電率や屈折率を
得るためには高い基板温度が必要で、プロセスの低温化
が図れないという欠点があった。本発明の目的は、高温
での熱プロセスを必要とせずに、誘電体薄膜の屈折率や
誘電率を膜厚方向に自由に変化させることができ、従っ
て任意の基板上に光導波路を形成することの可能な誘電
体薄膜の製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、タ−ゲットに
化学式がＡＢＯ3で表され、それぞれＡとしてＢａ，Ｓ
ｒ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｌｉの少なくとも１種以上、Ｂとして
Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂの少なくとも１種以上を含む材
料、あるいはＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12、あるいはＺｎＯを用い、
イオンビ―ムスパッタ法でスパッタ粒子の加速電圧を変
化させることにより、誘電率あるいは屈折率が膜厚方向
に変化する誘電体薄膜を任意の基板上に形成する工程を
備えたことを特徴とする誘電体薄膜の製造方法である。
化学式がＡＢＯ3で表され、それぞれＡとしてＢａ，Ｓ
ｒ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｌｉの少なくとも１種以上、Ｂとして
Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂの少なくとも１種以上を含む材
料、あるいはＢｉ4Ｔｉ3Ｏ12、あるいはＺｎＯを用い、
イオンビ―ムスパッタ法でスパッタ粒子の加速電圧を変
化させることにより、誘電率あるいは屈折率が膜厚方向
に変化する誘電体薄膜を任意の基板上に形成する工程を
備えたことを特徴とする誘電体薄膜の製造方法である。
【０００５】
【作用】本発明は、誘電体薄膜を製造するのにイオンビ
―ムスパッタ法を用い、スパッタ粒子のエネルギ−を加
速電圧を変化させることで、粒子束の密度とは独立に変
化させる。この結果、低い基板温度で誘電体薄膜の屈折
率や誘電率を膜厚方向に自由に変化させ、任意の基板上
に光導波路を形成することができる。
―ムスパッタ法を用い、スパッタ粒子のエネルギ−を加
速電圧を変化させることで、粒子束の密度とは独立に変
化させる。この結果、低い基板温度で誘電体薄膜の屈折
率や誘電率を膜厚方向に自由に変化させ、任意の基板上
に光導波路を形成することができる。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 実施例１ 図１は、タ−ゲットにＳｒＴｉＯ3焼結体を用い、イオ
ンビ―ムスパッタ法によりサファイア基板上に作製した
ＳｒＴｉＯ3薄膜の、誘電率と屈折率のイオンビ―ムの
加速電圧に対する関係を示す。誘電率は１０ｋＨｚ、屈
折率は波長６３２８オングストロ―ムでの値である。基
板温度は４３０℃、ＳｒＴｉＯ3の膜厚は約１００ｎ
ｍ、イオンビ―ム電流は４１ｍＡで、Ｏ2ガスを５ｓｃ
ｃｍ流しながら、真空度２×１０-4ｔｏｒｒで成膜した
結果である。従来の方法では誘電率は薄膜作製時の基板
温度にのみ依存して変化するだけであって、同一基板温
度でこのように誘電率が変化するという報告はない。屈
折率も誘電率と同様に加速電圧に対してほぼ比例して増
加する。イオンビ―ムの加速電圧を変化させるのは非常
に簡単であり、成膜時間に対しステップ状に変化させた
り、徐々に変化させたりとプログラミングすることも可
能である。従って、ＳｒＴｉＯ3薄膜の屈折率や誘電率
を膜厚方向に自由に制御性良く変化させることができ
る。また、低基板温度で従来得られなかった高い誘電率
も得られる。
て説明する。 実施例１ 図１は、タ−ゲットにＳｒＴｉＯ3焼結体を用い、イオ
ンビ―ムスパッタ法によりサファイア基板上に作製した
ＳｒＴｉＯ3薄膜の、誘電率と屈折率のイオンビ―ムの
加速電圧に対する関係を示す。誘電率は１０ｋＨｚ、屈
折率は波長６３２８オングストロ―ムでの値である。基
板温度は４３０℃、ＳｒＴｉＯ3の膜厚は約１００ｎ
ｍ、イオンビ―ム電流は４１ｍＡで、Ｏ2ガスを５ｓｃ
ｃｍ流しながら、真空度２×１０-4ｔｏｒｒで成膜した
結果である。従来の方法では誘電率は薄膜作製時の基板
温度にのみ依存して変化するだけであって、同一基板温
度でこのように誘電率が変化するという報告はない。屈
折率も誘電率と同様に加速電圧に対してほぼ比例して増
加する。イオンビ―ムの加速電圧を変化させるのは非常
に簡単であり、成膜時間に対しステップ状に変化させた
り、徐々に変化させたりとプログラミングすることも可
能である。従って、ＳｒＴｉＯ3薄膜の屈折率や誘電率
を膜厚方向に自由に制御性良く変化させることができ
る。また、低基板温度で従来得られなかった高い誘電率
も得られる。
【０００７】実施例２ 図２は、Ｓｉ基板上にＳｒＴｉＯ3薄膜を直接成膜した
光導波路の断面図と屈折率の説明図である。このＳｒＴ
ｉＯ3薄膜の屈折率は、同図に示すように膜厚方向に変
化しており、Ｓｉ基板との界面では小さく、表面に近づ
くにしたがって大きくなっている。このような薄膜を形
成するには、成膜初期の加速電圧は小さくして、しだい
に大きくしてゆけば良い。その結果、ＳｒＴｉＯ3薄膜
の表面で光の閉じ込めが生じ、基板として屈折率の高い
Ｓｉを用いているにも関わらず光導波が生じる。従っ
て、Ｓｉなどの半導体基板を用いたときの誘電体光導波
路にみられるＳｉＯ2等のバッファ層なしに導波路が形
成でき、構造が単純になった。また、導波損失もＴＥ0
モ―ド、波長６３２８オングストロ―ムにおいて、１ｄ
Ｂ／ｃｍ以下の十分小さな値となった。
光導波路の断面図と屈折率の説明図である。このＳｒＴ
ｉＯ3薄膜の屈折率は、同図に示すように膜厚方向に変
化しており、Ｓｉ基板との界面では小さく、表面に近づ
くにしたがって大きくなっている。このような薄膜を形
成するには、成膜初期の加速電圧は小さくして、しだい
に大きくしてゆけば良い。その結果、ＳｒＴｉＯ3薄膜
の表面で光の閉じ込めが生じ、基板として屈折率の高い
Ｓｉを用いているにも関わらず光導波が生じる。従っ
て、Ｓｉなどの半導体基板を用いたときの誘電体光導波
路にみられるＳｉＯ2等のバッファ層なしに導波路が形
成でき、構造が単純になった。また、導波損失もＴＥ0
モ―ド、波長６３２８オングストロ―ムにおいて、１ｄ
Ｂ／ｃｍ以下の十分小さな値となった。
【０００８】実施例３ 図３は、Ｓｉ基板上にＬｉＮｂＯ3薄膜を形成し、その
上部に櫛形のＡｌ電極を形成した光変調器の断面図と屈
折率の説明図である。ＬｉＮｂＯ3薄膜の屈折率は同図
に示すように膜の中央部が高く、基板やＡｌ電極との界
面では小さくなっている。従って、ＬｉＮｂＯ3薄膜内
に導入された光は、最も屈折率の高い層を伝搬する。従
来このような誘電体光変調器を作製するときには、上部
電極との間にもＳｉＯ2層などのバッファ層を用いなけ
ればいけない場合もあったが、本発明によりその必要は
なくなった。櫛形電極にＤＣパルスを印加した時、電極
直下を導波するＴＥ0モ−ド、ＴＭ0モ−ドのいずれの導
波光も回折されることを確認した。
上部に櫛形のＡｌ電極を形成した光変調器の断面図と屈
折率の説明図である。ＬｉＮｂＯ3薄膜の屈折率は同図
に示すように膜の中央部が高く、基板やＡｌ電極との界
面では小さくなっている。従って、ＬｉＮｂＯ3薄膜内
に導入された光は、最も屈折率の高い層を伝搬する。従
来このような誘電体光変調器を作製するときには、上部
電極との間にもＳｉＯ2層などのバッファ層を用いなけ
ればいけない場合もあったが、本発明によりその必要は
なくなった。櫛形電極にＤＣパルスを印加した時、電極
直下を導波するＴＥ0モ−ド、ＴＭ0モ−ドのいずれの導
波光も回折されることを確認した。
【０００９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば誘
電体薄膜の屈折率や誘電率を膜厚方向に自由に変化させ
ることができるので、任意の基板上にバッファ層なしに
光導波路を形成でき、構造が単純化される。また、低基
板温度で形成できるので、プロセスの低温化が達成され
る。
電体薄膜の屈折率や誘電率を膜厚方向に自由に変化させ
ることができるので、任意の基板上にバッファ層なしに
光導波路を形成でき、構造が単純化される。また、低基
板温度で形成できるので、プロセスの低温化が達成され
る。
【図１】ＳｒＴｉＯ3薄膜の誘電率および屈折率に対す
るイオンビ―ム加速電圧依存性を示した図である。
るイオンビ―ム加速電圧依存性を示した図である。
【図２】本発明によるＳｉ基板上のＳｒＴｉＯ3薄膜光
導波路の断面図と屈折率の説明図である。
導波路の断面図と屈折率の説明図である。
【図３】本発明によるＳｉ基板上のＬｉＮｂＯ3薄膜光
導波路を用いた光変調器の断面図と屈折率の説明図であ
る。
導波路を用いた光変調器の断面図と屈折率の説明図であ
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 Ｃ０１Ｇ 35/00 Ｃ０１Ｇ 35/00 Ｃ２３Ｃ 14/34 Ｃ２３Ｃ 14/34 Ｈ０３Ｈ 3/02 Ｈ０３Ｈ 3/02 Ｂ // Ｈ０１Ｌ 27/15 8832−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 27/15
Claims (1)
- 【請求項１】 タ−ゲットに化学式がＡＢＯ3で表さ
れ、それぞれＡとしてＢａ，Ｓｒ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｌｉの
少なくとも１種以上、ＢとしてＺｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ
の少なくとも１種以上を含む材料、あるいはＢｉ4Ｔｉ3
Ｏ12、あるいはＺｎＯを用い、イオンビ―ムスパッタ法
でスパッタ粒子の加速電圧を変化させることにより、誘
電率あるいは屈折率が膜厚方向に変化する誘電体薄膜を
任意の基板上に形成する工程を備えたことを特徴とする
誘電体薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3053511A JP2556206B2 (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | 誘電体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3053511A JP2556206B2 (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | 誘電体薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04272608A JPH04272608A (ja) | 1992-09-29 |
| JP2556206B2 true JP2556206B2 (ja) | 1996-11-20 |
Family
ID=12944843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3053511A Expired - Fee Related JP2556206B2 (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | 誘電体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2556206B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2642876B2 (ja) * | 1994-08-11 | 1997-08-20 | 工業技術院長 | チタン酸鉛系誘電体薄膜 |
| JPH11236666A (ja) * | 1998-02-25 | 1999-08-31 | Murata Mfg Co Ltd | 成膜装置、および誘電体膜の製造方法 |
| JP2009249689A (ja) * | 2008-04-07 | 2009-10-29 | Toyota Motor Corp | リチウム複合酸化物薄膜の製造方法、及び、電極体の製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63266061A (ja) * | 1987-04-23 | 1988-11-02 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 多元素スパツタ薄膜の製造方法及びスパツタ装置 |
-
1991
- 1991-02-27 JP JP3053511A patent/JP2556206B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04272608A (ja) | 1992-09-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1239930C (zh) | 电子光学结构及其制造方法 | |
| US4425146A (en) | Method of making glass waveguide for optical circuit | |
| US5303319A (en) | Ion-beam deposited multilayer waveguides and resonators | |
| US7110652B2 (en) | Optical waveguide and method of manufacture | |
| JP4204108B2 (ja) | 光導波路素子およびその製造方法 | |
| JPS60114811A (ja) | 光導波路およびその製造方法 | |
| JP2556206B2 (ja) | 誘電体薄膜の製造方法 | |
| US6203860B1 (en) | Thin film of potassium niobate process for producing the thin film and optical device using the thin film | |
| CN210776087U (zh) | 光波导元件 | |
| JPH01118807A (ja) | チタン酸化物薄膜の製造方法 | |
| JP2758632B2 (ja) | 薄膜を用いた光学部材 | |
| JPH0659147A (ja) | 光導波路及びその製造方法 | |
| JP3314179B2 (ja) | 回折格子カプラーの製造方法 | |
| JPH05181031A (ja) | 光導波路及びその製造方法 | |
| JPS5917510A (ja) | 光導波路 | |
| JP3031066B2 (ja) | 酸化膜の製造方法及び光導波路の製造方法 | |
| JP2003114346A (ja) | 光導波路素子の製造方法 | |
| JP3943149B2 (ja) | 光導波路およびその製造方法 | |
| JP3207876B2 (ja) | 光導波路素子の作製方法 | |
| JPS63210903A (ja) | 光導波路素子の製造方法 | |
| JPH02146504A (ja) | 非線形光導波路の製造方法 | |
| JPH0723927B2 (ja) | 光導波路の製造方法 | |
| JPS60191207A (ja) | 光導波路素子 | |
| JPH06258538A (ja) | 光導波路及びその製造方法 | |
| JPH06300934A (ja) | 光導波路の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080905 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080905 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090905 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090905 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100905 Year of fee payment: 14 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |