(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶基板と、
単結晶基板上に設けられた０＜ｘ＜０．３０、０＜ｙ＜０．２０のＰｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3からなるペロブスカイト単一相の第１強誘電体層と、
該第１強誘電体層上に直接積層して設けられた０＜ｘ＜０．２０、０．２０＜ｙ＜１．０の範囲のＰｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3からなるペロブスカイト単一相の第２強誘電体層と、
を有する光導波路素子。
【請求項２】
前記第１強誘電体層と前記第２強誘電体層との屈折率差が０．０５以下である請求項１に記載の光導波路素子。
【請求項３】
単結晶基板と、
単結晶基板上に設けられた０＜ｘ＜０．３０、０＜ｙ＜０．２０の範囲のＰｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3からなるペロブスカイト単一相の第１強誘電体層と、
該第１強誘電体層上に直接積層して設けられた０＜ｘ＜０．２０、０．２０＜ｙ＜１．０の範囲のＰｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3からなるペロブスカイト単一相の第２強誘電体層と、
該第２強誘電体層上に設けられ、前記第２強誘電体層より屈折率の大きい０＜ｘ＜０．２０、０．２０＜ｙ＜１．０の範囲のＰｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3からなるペロブスカイト単一相の第３強誘電体層と、
を有する光導波路素子。
【請求項４】
前記第２強誘電体層と前記第３強誘電体層との屈折率差が０．０１以上である請求項３に記載の光導波路素子。
【請求項５】
前記第１強誘電体層の膜厚が１ｎｍから４０ｎｍである請求項１から４までのいずれか１項に記載の光導波路素子。
【請求項６】
前記単結晶基板が、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）である請求項１から５までのいずれか１項に記載の光導波路素子。
【請求項７】
前記単結晶基板が、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である請求項１から５までのいずれか１項に記載の光導波路素子。
【請求項８】
前記単結晶基板が、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）層を表面に有する半導体である請求項１から５までのいずれか１項に記載の光導波路素子。
【請求項９】
前記単結晶基板が、少なくともＳｒＴｉＯ3を含有する材料からなる請求項１から５までのいずれか１項に記載の光導波路素子。
【請求項１０】
単結晶基板上に、０＜ｘ＜０．３０、０＜ｙ＜０．２０の範囲のＰｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3からなるペロブスカイト単一相の第１強誘電体層を形成する第１強誘電体層形成工程と、
該第１強誘電体層上に直接積層して、０＜ｘ＜０．２０、０．２０＜ｙ＜１．０の範囲のＰｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3からなるペロブスカイト単一相の第２強誘電体層を形成する第２強誘電体層形成工程と、
を有し、前記第１強誘電体層、及び前記第２強誘電体層は、有機金属化合物からなる強誘電体前駆体を塗布して薄膜を形成する塗布工程、該薄膜を熱分解する熱分解工程、及び該熱分解後の薄膜を結晶成長温度まで昇温して固相エピタキシャル成長させる結晶化工程を、単数回または複数回繰返して行うことにより形成される光導波路素子の製造方法。
【請求項１１】
単結晶基板上に、０＜ｘ＜０．３０、０＜ｙ＜０．２０の範囲のＰｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3からなるペロブスカイト単一相の第１強誘電体層を形成する第１強誘電体層形成工程と、
該第１強誘電体層上に直接積層して、０＜ｘ＜０．２０、０．２０＜ｙ＜１．０の範囲のＰｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3からなるペロブスカイト単一相の第２強誘電体層を形成する第２強誘電体層形成工程と、
該第２強誘電体層上に設けられ、前記第２強誘電体層より屈折率の大きい０＜ｘ＜０．２０、０．２０＜ｙ＜１．０の範囲のＰｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3からなるペロブスカイト単一相の第３強誘電体層を形成する第３強誘電体層形成工程と、
を有し、前記第１強誘電体層、前記第２強誘電体層、及び前記第３強誘電体層は、有機金属化合物からなる強誘電体前駆体を塗布して薄膜を形成する塗布工程、該薄膜を熱分解する熱分解工程、及び該熱分解後の薄膜を結晶成長温度まで昇温して固相エピタキシャル成長させる結晶化工程を、単数回または複数回繰返して行うことにより形成される光導波路素子の製造方法。
【請求項１２】
前記有機金属化合物は、Ｐｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3の化学量論組成より過剰のＰｂを含む請求項１１に記載の光導波路素子の製造方法。
【請求項１３】
前記有機金属化合物は、金属アルコキシド類及び金属塩類より選択される２以上の化合物を混合または反応させて得られる請求項１１または請求項１２に記載の光導波路素子の製造方法。
【請求項１４】
前記結晶化工程において、前記結晶成長温度まで昇温する際に、少なくとも３５０〜４５０℃の温度範囲を１０〜５００℃／秒の昇温速度で昇温する請求項１１〜請求項１３のいずれか１項に記載の光導波路素子の製造方法。
【請求項１５】
前記結晶成長温度が６００〜８００℃である請求項１１〜請求項１４のいずれか１項に記載の光導波路素子の製造方法。
【請求項１６】
前記熱分解工程及び／または結晶化工程が、酸素を含む雰囲気中にて行われる請求項１１〜請求項１５のいずれか１項に記載の光導波路素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路素子及び光導波路素子の製造方法に関し、詳しくは、光スイッチ、光変調素子、光偏向素子、第二高調波素子などの光学素子として利用可能なＰＬＺＴ系の光導波路素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸化物強誘電体を薄膜光導波路に用いた光導波路素子は、強誘電体の持つ優れた非線形光学効果や電気光学効果などの性質により、第二高調波素子、光スイッチ、光変調素子など多くの分野への応用が検討されている。従来、酸化物強誘電体を用いたこれらの素子は、ＬｉＮｂＯ3またはＬｉＴａＯ3の単結晶ウエハにＴｉの熱拡散やプロトンのイオン交換によって作製した光導波路構造を用いてきたが、第二高調波素子の高効率化、光スイッチや光変調素子などの低駆動電圧化を図ることができ、さらには光集積型素子の作製が可能となるという理由から、異種の材料からなる単結晶基板上に強誘電体薄膜をヘテロエピタキシャル成長させた薄膜光導波路構造が検討されている。しかし、ヘテロエピタキシャル成長によって作製した薄膜光導波路を、第二高調波素子、光スイッチ、光変調素子などへ応用するには、光伝搬損失を低く抑え、単結晶並みの特性を得るために、単結晶状強誘電体薄膜の作製が不可欠である。
【０００３】
ＲＦ−マグネトロンスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、レーザーアブレイション法、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）などの気相成長方法によって、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、ＫＮｂＯ3などをはじめ、ＢａＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3、Ｐｂ1-x Ｌａx（Ｚｒ1-yＴｉy）1-x/4Ｏ3（ＰＬＺＴ）、Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12などの数多くのエピタキシャル強誘電体薄膜が酸化物単結晶基板に形成されている。しかしながら、気相成長方法はいずれも、使用する装置が非常に高価である上、組成制御が難しく組成が不均一で、得られる薄膜の表面性が悪いという問題があり、現状では気相成長方法により実用レベルの単結晶状強誘電体薄膜を得ることができない。
【０００４】
また、特公昭６２−２７４８２公報には、有機金属化合物を基板に塗布した後にこれを加熱することによって強誘電体薄膜を得るゾル・ゲル法と呼ばれる薄膜形成方法が開示されており、一般に５０ｎｍから２００ｎｍの膜厚の強誘電体薄膜を得ることができる。このゾル・ゲル法を用いると、化学組成の精密な制御、プロセスの低温化、薄膜の均一化、及び設備コストの低減が可能である。しかしながら、高温での焼成を行っても、ゾル・ゲル法により基板１００上に形成された強誘電体薄膜１０２は図１４に示すように多結晶薄膜であり、結晶粒界及びピンホールによる光の散乱が大きすぎて光導波路としては使用することができない。また、多結晶薄膜では強誘電体の分極に基づく物性を充分に生かすことができず、不揮発性メモリやＦＥＴの光導波路をゾル・ゲル法で形成した強誘電体薄膜で構成しても、良好な素子特性を得ることができない。
【０００５】
本発明者は、ゾル・ゲル法による強誘電体薄膜の製造方法について改良検討を行い、K. Nashimoto and M. J. Cima, Mater. Lett. 10, 7, 8 (1991) 348.に示したように、有機金属化合物であるＬｉ及びＮｂのエトキシド（ＬｉＯＣ2Ｈ5及びＮｂ（ＯＣ2Ｈ5）5）のエチルアルコール溶液をサファイア単結晶基板に塗布したのちに加熱することにより、サファイア単結晶基板上に強誘電体薄膜ＬｉＮｂＯ3がエピタキシャル成長することを発見した。
【０００６】
このエピタキシャル成長の過程で、エチルアルコールを溶媒とするＬｉ［Ｎｂ（ＯＣ2Ｈ5）6］前駆体溶液に水を加えていくと、焼成後ＬｉＮｂＯ3薄膜は配向性膜から多結晶膜へと変化していったが、水分量をゼロとし、加水分解をしない前駆体を用いて焼成すると、わずか４００℃の温度でＬｉＮｂＯ3薄膜のエピタキシャル成長を行うことができ、単結晶状で表面が平滑である薄膜を得ることができた。しかしながら、４００℃の温度で焼成されたエピタキシャルＬｉＮｂＯ3強誘電体薄膜は、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）によって薄膜の断面を観察すると数ｎｍ径の細孔が含まれており、密度が十分に高くはなく屈折率も単結晶並みではなかった。
【０００７】
次に、この方法を用い７００℃近い高温で焼成した場合には、多結晶膜及び配向性膜は、結晶粒成長と細孔径成長とにより大幅に低密度化したが、エピタキシャルＬｉＮｂＯ3薄膜は、結晶粒成長後も多結晶膜や配向性膜と比較して極めて大きなサブ・グレイン（結晶粒状の構造であるが各結晶粒の方位が略または完全に揃っている構造）を持ち高密度であった。また、多結晶膜及び配向性膜は高温焼成後に不透明になったのに対し、エピタキシャル膜は多結晶膜や配向性膜と比較して高い屈折率を示し略透明であった。以上の通り、７００℃の温度で焼成された強誘電体薄膜は、単結晶状であり、多結晶膜や配向性膜と比較して極めて大きなサブ・グレインを持ち高密度で屈折率も単結晶に比較的近かったが、ＴＥＭによって薄膜の断面を観察すると、図１５に示すように、基板１００上に形成されたＬｉＮｂＯ3強誘電体薄膜１０２には細孔が若干含まれており、表面が光学的に平滑ではなく膜の透明性も充分ではなかった。
【０００８】
一方、Ｐｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3（ＰＬＺＴ）系材料は、その電気光学係数が強誘電体材料のなかでも極めて大きな値を有し、一次の電気光学係数を示す組成ではＬｉＮｂＯ3の値を一桁以上うわ回り、二次の電気光学係数を示す組成では強誘電体材料のなかで最大レベルの値を有することが知られており、その応用が最も期待されている強誘電体材料の一つである（G. H. Haertling and C. E. Land, J. Amer. Ceram. Soc. Vol.54. p.1 (1971).）。
【０００９】
このため、スパッタリングなどの気相成長法によるＰＬＺＴの薄膜化が数多く検討されているが、Ｐｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3（ＰＬＺＴ）の０＜ｘ＜２０、２０＜ｙ＜１００の組成範囲、特に最も良好な電気光学特性を示す組成のひとつであるＰｂ0.91Ｌａ0.09（Ｚｒ0.65Ｔｉ0.35）0.98Ｏ3（ＰＬＺＴ（９／６５／３５））を、その電気光学特性を損なうことなく薄膜化するのは困難であり、従来、この範囲のＰＬＺＴを薄膜光導波路に用いた例はなかった。上記組成範囲のＰＬＺＴでは、非強誘電相であるパイロクロア相が安定で、結晶化時にパイロクロア相が残留する傾向が極めて強く、図１６に示す一般にロゼット構造と呼ばれる薔薇状のぺロブスカイト相１０２をパイロクロア相１０４が囲んだような構造の不均一なエピタキシャル薄膜しか得ることができない。このため電気光学特性が低下すると考えられる。パイロクロア相１０４の残留は、ＰＬＺＴと同様のＡＢＯ3型のペロブスカイト構造を有し、かつ格子整合性も良好なＳｒＴｉＯ3基板上へＰＬＺＴ（９／６５／３５）を成長した場合にも見られ、膜特性の低下を避けることができなかった。
【００１０】
仮にＳｒＴｉＯ3基板上に均一なペロブスカイト相を有するＰＬＺＴ薄膜をエピタキシャル成長させることが可能であったとしても、ＳｒＴｉＯ3では１インチ程度のサイズの基板しか製造することができず、また、へき開性がないために、ＳｒＴｉＯ3基板上にＰＬＺＴ薄膜を設けても光導波路素子として利用するためには端面を機械的に研磨しなけらばならず、工程が複雑で多くの作製時間を要することとなる。
【００１１】
一方、サファイアやＭｇＯは、数インチサイズの基板を得ることが可能である。また、サファイア基板やＭｇＯ基板またはＭｇＯをバッファ層としたＧａＡｓ基板やＳｉ基板はへき開性を有するため、へき開によって容易に端面を形成することができ、大幅なコスト低減などが期待できる。さらに、これらの基板上にＰＬＺＴ薄膜を設けることができれば、半導体デバイスとのモノリシック集積化が可能となる。従って、より広範囲な応用を可能とするためには、サファイアやＭｇＯなどの基板上へ、ペロブスカイト相を有するＰＬＺＴ薄膜をエピタキシャル成長させる必要がある。
【００１２】
しかしながら、サファイアなどの非ペロブスカイト構造を有する基板を利用した場合には、極めて著しいパイロクロア相の残留が見られた。すなわち、サファイアやＭｇＯなどのＡＢＯ3型のペロブスカイト構造を有さない表面上へ均一なペロブスカイト相を有するＰＬＺＴ薄膜をエピタキシャル成長することは極めて困難である。
【００１３】
上記のように、均一組成の単結晶状強誘電体薄膜のヘテロエピタキシャル成長は一般に困難であり、均一なペロブスカイト相を有するエピタキシャルＰＬＺＴ薄膜光導波路を備えた光導波路素子はいまだ実用化されていない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術における上記実情に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、組成が均一であり、表面が光学的に平滑であり、かつ、単結晶状のエピタキシャルＰＬＺＴ強誘電体薄膜を備えた光導波路素子を提供することにある。また、本発明の他の目的は、組成を安定に制御しつつ、表面が光学的に平滑であり、かつ、単結晶状のエピタキシャルＰＬＺＴ強誘電体薄膜を形成することができる光導波路素子の製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ＰＬＺＴ強誘電体薄膜の結晶相均一性を改善するため鋭意研究を行い、本発明を完成するに至った。
【００１６】
本発明の光導波路素子は、単結晶基板と、単結晶基板上に設けられた０＜ｘ＜０．３０、０＜ｙ＜０．２０のＰｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3からなるペロブスカイト単一相の第１強誘電体層と、該第１強誘電体層上に直接積層して設けられた０＜ｘ＜０．２０、０．２０＜ｙ＜１．０の範囲のＰｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3からなるペロブスカイト単一相の第２強誘電体層と、を有することを特徴とする。
【００１７】
前記第２強誘電体層を光導波路として用いる場合は、前記第１強誘電体層と前記第２強誘電体層との屈折率差が０．０５以下であることが好ましい。
【００１８】
本発明の光導波路素子は、単結晶基板と、単結晶基板上に設けられた０＜ｘ＜０．３０、０＜ｙ＜０．２０の範囲のＰｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3からなるペロブスカイト単一相の第１強誘電体層と、該第１強誘電体層上に直接積層して設けられた０＜ｘ＜０．２０、０．２０＜ｙ＜１．０の範囲のＰｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3からなるペロブスカイト単一相の第２強誘電体層と、該第２強誘電体層上に設けられ、前記第２強誘電体層より屈折率の大きい０＜ｘ＜０．２０、０．２０＜ｙ＜１．０の範囲のＰｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3からなるペロブスカイト単一相の第３強誘電体層と、を有することを特徴とする。
【００１９】
第２強誘電体層の上にさらに第３強誘電体層を設け、該第３強誘電体層を光導波路として用いる場合は、前記第２強誘電体層と前記第３強誘電体層との屈折率差が０．０１以上であることが好ましい。
【００２０】
前記第１強誘電体層の膜厚が１ｎｍから４０ｎｍであることが好ましい。また、前記単結晶基板としては、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）層を表面に有する半導体、及びＳｒＴｉＯ3のいずれをも使用することができる。
【００２１】
本発明の光導波路素子の製造方法は、単結晶基板上に、０＜ｘ＜０．３０、０＜ｙ＜０．２０の範囲のＰｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3からなるペロブスカイト単一相の第１強誘電体層を形成する第１強誘電体層形成工程と、該第１強誘電体層上に直接積層して、０＜ｘ＜０．２０、０．２０＜ｙ＜１．０の範囲のＰｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3からなるペロブスカイト単一相の第２強誘電体層を形成する第２強誘電体層形成工程と、を有することを特徴とする。
【００２２】
さらに、第２強誘電体層上に、前記第２強誘電体層より屈折率の大きい０＜ｘ＜０．２０、０．２０＜ｙ＜１．０の範囲のＰｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3からなるペロブスカイト単一相の第３強誘電体層を形成する第３強誘電体層形成工程が上記の２つの工程に付加される。
【００２３】
この製造方法においては、第１強誘電体層、第２強誘電体層、及び第３強誘電体層は、有機金属化合物からなる強誘電体前駆体を塗布して薄膜を形成する塗布工程、該薄膜を熱分解する熱分解工程、及び該熱分解後の薄膜を結晶成長温度まで昇温して固相エピタキシャル成長させる結晶化工程を、単数回または複数回繰返して行うことにより形成されることが好ましい。
【００２４】
塗布材料である前記有機金属化合物は、Ｐｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3の化学量論組成より過剰のＰｂを含むことが好ましく、また、前記有機金属化合物は、金属アルコキシド類及び金属塩類より選択される２以上の化合物を混合または反応させて得られることが好ましい。
【００２５】
また、前記結晶化工程において、前記結晶成長温度まで昇温する際に、少なくとも３５０〜４５０℃の温度範囲を１０〜５００℃／秒の昇温速度で昇温することが好ましく、前記結晶成長温度が６００〜８００℃であることが好ましい。
【００２６】
さらに、前記熱分解工程及び／または結晶化工程が、酸素を含む雰囲気中にて行われることが好ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明を具体的な実施の形態に基づき詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る光導波路素子は、図１に示すように、単結晶基板１２上に、パイロクロア相が形成しにくくペロブスカイト単一相のエピタキシャル膜が容易に得られる０＜ｘ＜０．３０、０＜ｙ＜０．２０の範囲のＰｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3からなるペロブスカイト単一相の第１強誘電体層１４をバッファ層として設けた後に、この第１強誘電体層１４の上に、電気光学特性に優れた０＜ｘ＜０．２０、０．２０＜ｙ＜１．０の範囲のＰｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3からなるペロブスカイト単一相の第２強誘電体層１６を光導波路層として形成したものである。
【００２９】
図２にＰＬＺＴの相図を示す。０＜ｘ＜０．３０、０＜ｙ＜０．２０の範囲を横線で、０＜ｘ＜０．２０、０．２０＜ｙ＜１．０の範囲を縦線で示す。
【００３０】
第１の実施の形態においては、電気光学特性に優れた第２強誘電体層１６を形成する前に、０＜ｘ＜０．３０、０＜ｙ＜０．２０の組成範囲のエピタキシャルＰｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3（ＰＬＺＴ）からなる第１強誘電体層１４を、単結晶基板１２の表面に予めエピタキシャル成長する。この組成範囲のＰＬＺＴは、パイロクロア層が形成しにくくぺロブスカイト単一相のエピタキシャル成長が容易に行うことができる。
【００３１】
第１強誘電体層の膜厚は、図３に示す通り、結晶粒が島状に分離した形態になるように、１ｎｍから４０ｎｍとすることが好ましい。第１強誘電体層１４の膜厚を厚くし過ぎると、図４に示すように結晶粒界に深い溝が形成しこの溝を埋めることが難しくなる。
【００３２】
次に、第１強誘電体層１４上に、０＜ｘ＜０．２０、０．２０＜ｙ＜１．０の範囲のＰｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3（ＰＬＺＴ）からなるペロブスカイト単一相の第２強誘電体層１６をエピタキシャル成長させると、第１強誘電体層１４の結晶粒が島状に分離した形態であっても、その島間に空隙を作らずにギャップを埋めることが可能となり、第２強誘電体層１６の表面は平滑になる。
【００３３】
また、第２強誘電体層１６に用いられる０＜ｘ＜０．２０、０．２０＜ｙ＜１．０の範囲のＰｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3（ＰＬＺＴ）は、通常はぺロブスカイト単一相の成長が困難な組成であるが、第２強誘電体層１６は同様の結晶構造と組成を有する第１強誘電体層１４上に成長するため、パイロクロア層の生成なしにぺロブスカイト単一相としてのエピタキシャル成長が可能となる。
【００３４】
第２強誘電体層１６の膜厚は、光導波モードのカットオフ膜厚より厚く、かつ、シングルモードまたは適度のモード数とする点で、１００ｎｍから１００００ｎｍとすることが好ましい。
【００３５】
光導波路でもある第２強誘電体層１６の屈折率は、第１強誘電体層１４と第２強誘電体層１６との界面での光散乱を防止する必要性から、第１強誘電体層１４の屈折率と同一または略同一とすることが好ましく、第１強誘電体層１４と第２強誘電体層１６との屈折率差は０．０５以下が好ましく、０．０１以下とすることがより好ましい。
【００３６】
なお、Ｐｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3（ＰＬＺＴ）は、ｙの低下にともなって屈折率が増加する一方、ｘの増加にともなって屈折率が低下する。このため、ｘ及びｙの量を適切な値とすることによって、屈折率を調整することができる。
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る光導波路素子は、図５に示すように、単結晶基板１２上に、パイロクロア相が形成しにくくぺロブスカイト単一相のエピタキシャル膜が容易に得られる０＜ｘ＜０．３０、０＜ｙ＜０．２０の範囲のＰｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3からなるペロブスカイト単一相の第１強誘電体層１４を第１のバッファ層として設けた後に、０＜ｘ＜０．２０、０．２０＜ｙ＜１．０の範囲のＰｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3からなるペロブスカイト単一相の第２強誘電体層１６を第２のバッファ層として設け、第２強誘電体層１６上に、電気光学特性に優れかつ第２強誘電体層１６より屈折率が大きい０＜ｘ＜０．２０、０．２０＜ｙ＜１．０の範囲のＰｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3からなるペロブスカイト単一相の第３強誘電体層１８を光導波路層として形成したものである。
【００３７】
第２の実施の形態においても、第２強誘電体層１６を形成する前に、パイロクロア層が形成しにくくぺロブスカイト単一相のエピタキシャル成長が容易な組成範囲のＰＬＺＴからなる第１強誘電体層１４を単結晶基板１２の表面に予めエピタキシャル成長する点は、第１の実施の形態と同様であり、表面が平滑な第２強誘電体層１６をパイロクロア層の生成なしにぺロブスカイト単一相としてエピタキシャル成長させることが可能となる。
【００３８】
第２の実施の形態においては、第１強誘電体層１４と光導波路である第３強誘電体層１８との間に設けられた第２強誘電体層１６は、光導波路である第３強誘電体層１８を伝搬する光を第１強誘電体層１４から隔離する第２のバッファ層として設けられている。
【００３９】
第１強誘電体層１４の膜厚は、第１の実施の形態と同様に、結晶粒が島状に分離した形態になるように１ｎｍから４０ｎｍとすることが好ましい。第２強誘電体層１６の膜厚は、第１強誘電体層１４の膜厚に応じて適宜決められるが、第１強誘電体層１４と第３強誘電体層１８とを光学的に分離するために１００ｎｍから１００００ｎｍとすることが好ましい。第３強誘電体層１８の膜厚は、光導波モードのカットオフ膜厚より厚く、かつ、シングルモードまたは適度のモード数とする点で、１００ｎｍから１００００ｎｍとすることが好ましい。
【００４０】
光導波路でもある第３強誘電体層１８の屈折率は、島状構造の第１強誘電体層１４と第２強誘電体層１６との間の屈折率分布による光散乱の影響を無くすために、第２強誘電体層１６の屈折率より大きくすることが必要であり、第２強誘電体層１６と第３強誘電体層１８との屈折率差が０．００１以上であることが好ましく、０．０１以上がより好ましい。
【００４１】
なお、第１及び第２の実施の形態では、単結晶基板、バッファ層、及び光導波路から光導波路素子を構成したが、光散乱の低減や上部電極による光吸収の低減のために、光導波路上にクラッド層として他の強誘電体層を設けてもよい。また、必要に応じて、光導波路層を２層以上設けてもよい。
【００４２】
本発明の単結晶基板１２の材料としては、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3８％−ＺｒＯ2、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ2Ｏ4、Ａｌ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＡｌドープＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＲｕＯ2、ＺｎＧａ2Ｏ4、ＣｄＧａ2Ｏ4、ＣｄＧａ2Ｏ4、Ｍｇ2ＴｉＯ4、ＭｇＴｉ2Ｏ4、ＳｒＴｉＯ3、ＮｂドープＳｒＴｉＯ3、ＬａドープＳｒＴｉＯ3、ＢａＴｉＯ3、ＢａＺｒＯ3、ＬａＡｌＯ3、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、ＢａＰｂＯ3、ＳｒＲｕＯ3、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-x、ＳｒＶＯ3、ＬａＮｉＯ3、Ｌａ0.5Ｓｒ0.5ＣｏＯ3などの酸化物、及びこれらの酸化物からなる層を表面に設けたＳｉ，Ｇｅ，ダイアモンドなどの単体半導体、ＡｌＡｓ，ＡｌＳｂ，ＡｌＰ，ＧａＡｓ，ＧａＳｂ，  ＩｎＰ，ＩｎＡｓ，ＩｎＳｂ，ＡｌＧａＰ，ＡｌＬｎＰ，ＡｌＧａＡｓ，ＡｌＩｎＡｓ，ＡｌＡｓＳｂ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＩｎＳｂ，ＧａＡｓＳｂ，ＩｎＡｓＳｂなどのIII-V系の化合物半導体、ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，ＣａＳｅ，ＣｄＴｅ，ＨｇＳｅ，ＨｇＴｅ，ＣｄＳなどのII-VI系の化合物半導体を挙げることができる。薄膜品質の点より、ＳｒＴｉＯ3、ＮｂドープＳｒＴｉＯ3、ＬａドープＳｒＴｉＯ3が好ましく、また、大面積化とへき開性の点より、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＭｇＯ層／Ｓｉ、ＭｇＯ層／ＧａＡｓがより好ましい。
【００４３】
本発明の第１強誘電体層１４、第２強誘電体層１６、及び第３強誘電体層１８は、表面が平滑な膜の形成に適している点で、金属有機化合物溶液の塗布を用いた固相エピタキシャル成長により形成することが好ましい。具体的には、有機金属化合物からなる強誘電体前駆体を塗布して薄膜を形成する塗布工程、該薄膜を熱分解する熱分解工程、及び該熱分解後の薄膜を結晶成長温度まで昇温して固相エピタキシャル成長させる結晶化工程を、単数回または複数回繰返して行うことにより形成するのが好ましい。
【００４４】
まず、有機金属化合物からなる強誘電体前駆体を塗布して薄膜を形成する（塗布工程）。
【００４５】
金属有機化合物は、Ｐｂ，Ｌａ，Ｚｒ，及びＴｉの金属と、有機化合物、望ましくは常圧での沸点が８０℃以上である有機化合物との反応生成物である金属アルコキシドまたは金属塩より選ばれる。
【００４６】
Ｐｂ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｔｉの比としては、Ｐｂを他の元素に対して、Ｐｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3の化学量論組成より過剰に添加することが有効であり、５ａｔ％（５ｍｏｌ％）以上過剰とすることが望ましい。このように過剰なＰｂを配合することによって、Ｐｂ欠損傾向であり非強誘電相であるパイロクロア相を抑制することができ、最終的に均一なエピタキシャル強誘電体薄膜を得易くなる。また、必要に応じてＰｂ，Ｌａ，Ｚｒ，Ｔｉ以外の金属元素を含む各種有機金属化合物を微量添加することも有効である。
【００４７】
金属アルコキシド化合物の有機配位子としては、Ｒ1Ｏ−またはＲ2ＯＲ3Ｏ−より選ばれる（式中、Ｒ1及びＲ2は脂肪族炭化水素基を表し、Ｒ3はエーテル結合を有してもよい２価の脂肪族炭化水素基を表す）。金属アルコキシド化合物は、Ｒ1ＯＨまたはＲ2ＯＲ3ＯＨで表される有機溶媒中で蒸留や還流によって合成することができ、Ｒ1及びＲ2の脂肪族炭化水素基としては、炭素数１〜４のアルキル基が好ましく、Ｒ3は、炭素数２〜４のアルキレン基、炭素数２〜４のアルキレン基がエーテル結合によって結合している全炭素数４〜８の２価の基が好ましい。
【００４８】
金属有機化合物は加水分解をした後に塗布をすることも可能であるが、エピタキシャル強誘電体薄膜を得るためには加水分解をしないことが望ましい。
【００４９】
塗布溶液の調製は、上記金属有機化合物を脱水した溶媒と反応させ、または溶媒中に溶解して、所定濃度の溶液とすることにより行う。溶媒としては、常圧での沸点が８０℃以上であるアルコール類、ジケトン類、ケトン酸類、アルキルエステル類、オキシ酸類、オキシケトン類、及び酢酸などより選ばれた溶媒を用いることができる。沸点が８０℃以上である溶媒としては、具体的には、金属アルコキシドのアルコール交換反応が容易な、例えば（ＣＨ3）2ＣＨＯＨ（沸点８２．３℃）、ＣＨ3（Ｃ2Ｈ5）ＣＨＯＨ（沸点９９．５℃）、（ＣＨ3）2ＣＨＣＨ2ＯＨ（沸点１０８℃）、Ｃ4Ｈ9ＯＨ（沸点１１７．７℃）、（ＣＨ3）2ＣＨＣ2Ｈ4ＯＨ（沸点１３０．５℃）、ＣＨ3ＯＣＨ2ＣＨ2ＯＨ（沸点１２４．５℃）、Ｃ2Ｈ5ＯＣＨ2ＣＨ2ＯＨ（沸点１３５℃）、Ｃ4Ｈ9ＯＣＨ2ＣＨ2ＯＨ（沸点１７１℃）などのアルコール類が最も望ましいが、これらに限定されるものではなくＣ2Ｈ5ＯＨ（沸点７８．３℃）なども使用可能である。
【００５０】
塗布は、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、インクジェット法より選ばれた方法により行う。単結晶基板は、予め、溶剤洗浄、エッチング、リンス、及び乾燥しておくことが好ましい。また、得られる薄膜の品質の点より、塗布溶液の調製から塗布までの工程は、乾燥した窒素やアルゴン雰囲気中にて行うことが望ましい。
【００５１】
次に、得られた薄膜を、酸素を含む雰囲気中にて熱分解しアモルファス状の薄膜を形成する（熱分解工程）。
【００５２】
熱分解は、１００〜５００℃、望ましくは２００〜４００℃の結晶化の起こらない温度範囲で行うことが好ましく、０．１〜１０００℃／秒の昇温速度、望ましくは１〜１００℃／秒の昇温速度でこの温度範囲まで基板を加熱することが好ましい。
【００５３】
次に、熱分解後の薄膜を結晶成長温度まで昇温して、酸素を含む雰囲気中にて、強誘電体薄膜を基板表面より固相エピタキシャル成長させる（結晶化工程）。
【００５４】
結晶成長は、６００℃以上、望ましくは６００〜１２００℃、より望ましくは６００〜８００℃の温度範囲で、１秒間から２４時間、望ましくは１０秒間から１２時間の加熱することにより行うことが好ましい。結晶成長温度までの昇温は、パイロクロア相の核生成を抑制するため、パイロクロア相の核が生成される温度範囲、具体的には３５０〜４５０℃の温度範囲を、１０〜５００℃／秒の昇温速度、より望ましくは２０〜１００℃／秒の昇温速度で高速昇温することが好ましい。上記昇温速度は、パイロクロア相の核生成温度範囲のみならず、昇温過程全般を通じて適用することが生産性の観点より好ましい。
【００５５】
また、Ｐｂの過剰量を０％より多くすること、または、昇温速度１０℃／秒以上とすることによっても、パイロクロア相の核生成を抑制することができる。Ｐｂの過剰量を０％より多くし、かつ、昇温速度１０℃／秒以上とすることがより好ましく、図６の範囲Ａに示すように、Ｐｂ量を５％以上とし、かつ昇温速度２０℃／秒以上とすることがより好ましい。
【００５６】
結晶化は、薄膜の品質の点より、酸素を含む雰囲気中、望ましくは酸素中で行うことが好ましく、少なくとも一定時間乾燥した酸素を用いることがより好ましい。必要に応じて加湿することも可能である。結晶成長後は、成長温度未満の温度、望ましくは１００〜６００℃の温度範囲で保持し、その後降温することが望ましい。なお、冷却は０．０１〜１００℃／秒の冷却速度で行なうことが好ましい。
【００５７】
上記塗布工程から結晶化工程までを数回繰り返すことにより所定の膜厚の強誘電体薄膜を形成することができる。一回の薄膜形成においては、１０ｎｍから１０００ｎｍの膜を形成するのが好ましく、５０ｎｍから２００ｎｍの膜を形成するのがより好ましい。
【００５８】
なお、本発明の第１強誘電体層１４、第２強誘電体層１６、及び第３強誘電体層１８は、電子ビーム蒸着、フラッシュ蒸着、イオン・プレーティング、Ｒｆ−マグネトロン・スパッタリング、イオン・ビーム・スパッタリング、レーザー・アブレーション、ＭＢＥ、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、ＭＯＣＶＤなどの気相エピタキシャル成長法、及びゾルゲル法、ＭＯＤ法などのウエット・プロセスによる固相エピタキシャル成長法より選ばれるエピタキシャル成長方法等、他の成膜方法によっても作製することが可能である。
【００５９】
以上のように、本発明においては、単結晶基板の表面に、パイロクロア層が形成しにくくぺロブスカイト単一相のエピタキシャル成長が容易に行える組成範囲のＰＬＺＴからなる第１強誘電体層を最初に形成し、この第１強誘電体層または第１強誘電体層上に形成された第２強誘電体層上に、電気光学特性に優れた組成範囲のＰＬＺＴからなる光導波路層を形成することで、材質の異なる単結晶基板上に密度及び屈折率が単結晶並みであり、表面が光学的に平滑である光導波路層を形成することができる。
【００６０】
特に、第１強誘電体層上に第２のバッファ層として所定膜厚の第２強誘電体層を形成し、第２強誘電体層上に光導波路である第３強誘電体層を形成することで、光導波路を伝搬する光を第１強誘電体層から隔離することができ、島状構造の第１強誘電体層と第２強誘電体層との間の屈折率分布による光散乱の影響を受け難くくすることができる。
【００６１】
また、本発明の光導波路素子の製造方法と他の製造方法との比較を表１に示す。本発明の製造方法は、従来の気相エピタキシャル成長方法、従来の気相成長膜を用いた固相エピタキシャル成長方法、及び従来のゾルゲル法のいずれと比較しても、エピタキシャル成長、表面平滑性、組成制御性、膜厚均一性、設備コストなど、ほとんどの面で勝る製造方法である。
【００６２】
【表１】
0004368004.tif 000002
【００６３】
【実施例】
（実施例１）
サファイアＡｌ2Ｏ3（１１０２）単結晶基板１２上へ固相エピタキシャル成長によって膜厚１０ｎｍのエピタキシャルＰＬＴ（２８／１００）からなるバッファ層としての第１強誘電体層１４を成長させ、さらに膜厚９０ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）薄膜からなる光導波路としての第２強誘電体層１６を成長させることによって、図１に示す構造の光導波路素子を作製した。
【００６４】
以下に、製造方法を詳細に説明する。
（１）第１強誘電体層１４（バッファ層）の形成
無水酢酸鉛（Ｐｂ（ＣＨ3ＣＯＯ）2）、ランタンイソプロポキシド（Ｌａ（Ｏ−ｉ−Ｃ3Ｈ7）3）、及びチタンイソプロポキシド（Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ3Ｈ7）4）を出発原料として用い、Ｐｂが他の元素に対して化学量論組成であるＰｂ：Ｌａ：Ｚｒ：Ｔｉ＝７２：２８：１００の割合となるように２−メトキシエタノールに溶解し、６時間の蒸留を行った後、さらに１８時間の還流を行い、最終的にＴｉ濃度で０．６ＭのＰＬＴ（２８／１００）用前駆体溶液を得た。得られた前駆体溶液を、０．２μｍのフィルターを通してサファイア基板へスピンコーティングにより塗布し塗布膜を得た。サファイア基板は、溶剤洗浄、ＨＣｌによるエッチング、脱イオン水によるリンスを行い、最後にＮ2中にてエタノールのスピンコーティングによって乾燥した後使用した。なお、以上の工程は総てＮ2雰囲気中にて行った。
【００６５】
次に、塗布膜を形成した基板を加湿した酸素雰囲気中に置き、１０℃／ｓｅｃにて昇温して３００℃にて２分間保持の後、１０℃／ｓｅｃにて昇温して６５０℃に３０分間保持し、最後に電気炉の電源を切り冷却し、膜厚１０ｎｍのＰＬＴ（２８／１００）バッファ層を固相エピタキシャル成長した。得られたバッファ層の表面を高分解能走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察すると、図７に示すように島状構造の形態になっていた。
（２）第２強誘電体層１６（薄膜光導波路）の形成
バッファ層形成の場合と同様に、無水酢酸鉛（Ｐｂ（ＣＨ3ＣＯＯ）2）、ランタンイソプロポキシド（Ｌａ（Ｏ−ｉ−Ｃ3Ｈ7）3）、ジルコニウムイソプロポキシド（Ｚｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ3Ｈ7）4）、及びチタンイソプロポキシド（Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ3Ｈ7）4）を出発原料として用い、Ｐｂが他の元素に対して化学量論組成であるＰｂ：Ｌａ：Ｚｒ：Ｔｉ＝９１：９：６５：３５の割合となるように２−メトキシエタノールに溶解し、６時間の蒸留を行った後、さらに１８時間の還流を行い、最終的にＺｒ＋Ｔｉ濃度で０．６  ＭのＰＬＺＴ（９／６５／３５）用前駆体溶液を得た。得られた前駆体溶液を０．２μｍのフィルターを通して、ＰＬＴ（２８／１００）バッファ層を設けたＡｌ2Ｏ3基板へスピンコーティングにより塗布した。以上の操作はすべてＮ2雰囲気中にて行った。
【００６６】
次に、塗布膜を形成した基板を加湿した酸素雰囲気中に置き、１０℃／ｓｅｃにて昇温して３００℃にて２分間保持の後、１０℃／ｓｅｃにて昇温して６５０℃に３０分間保持し、最後に電気炉の電源を切り冷却し、膜厚９０ｎｍのＰＬＺＴ（９／６５／３５）薄膜を固相エピタキシャル成長し、光導波路素子を得た。
【００６７】
図８にこの光導波路素子のＸ線回折θ−２θパターンを示す。図８から、２θ＝３１．０°付近ＰＬＺＴ（１１０）の回折強度は１２８ｋｃｐｓと強く、ペロブスカイト単一相が形成されていることがわかる。また、各層の結晶学的関係は、単一配向のＰＬＺＴ（１１０）／／ＰＬＴ（１１０）／／Ａｌ2Ｏ3（１１０２）であった。また、ＰＬＺＴ（１１０）面によるロッキングカーブ半値幅は０．９１３°と良好であった。
【００６８】
また、本実施例のエピタキシャルＰＬＺＴ薄膜の表面は光学顕微鏡の観察では均一なために何も見えなかった。さらに、このＰＬＺＴ（９／６５／３５）薄膜表面を高分解能ＳＥＭによって観察した結果を図９に示すが、図９に示すように、表面は極めて均一かつ平滑であり、粒界や細孔の全くみられない、コントラストの得られないほど鏡面状の表面であった。
【００６９】
（比較例１）
実施例１と同様に、サファイアＡｌ2Ｏ3（１１０２）単結晶基板上へ、固相エピタキシャル成長によってエピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）薄膜を直接成長させることによって光導波路素子を作製した。
【００７０】
Ｐｂが他の元素に対して化学量論組成であるＰＬＺＴ（９／６５／３５）用前駆体溶液をサファイア基板へスピンコーティングにより塗布した。この塗布膜を形成した基板を加湿した酸素雰囲気中に置き、１０℃／ｓｅｃにて昇温して３５０℃にて２分間保持した後、１０℃／ｓｅｃにて昇温して６５０℃に３０分間保持した。最後に電気炉の電源を切り冷却し、膜厚９０ｎｍのＰＬＺＴ（９／６５／３５）薄膜が形成された光導波路素子を得た。
【００７１】
図１０にこの光導波路素子のＸ線回折θ−２θパターンを示す。図１０から各層の結晶学的関係がほぼ単一配向のＰＬＺＴ（１１０）／／Ａｌ2Ｏ3（１１０２）の構造の光導波路素子が得られていることが分かる。しかしながら、２θ＝３１．０°付近ＰＬＺＴ（１１０）の回折強度は２ｋｃｐｓと極めて弱く、２θ＝２９．２°付近にはパイロクロア相を示すピークが１ｋｃｐｓ程度の強度でみられた。  また、本比較例のエピタキシャルＰＬＺＴ薄膜表面を光学顕微鏡によって観察したところ、図１１に示すようにロゼット構造と一般的に呼ばれる薔薇状のぺロブスカイト相をパイロクロア相が囲んだような不均一な濃淡のみられる表面であった。
【００７２】
（実施例２）
サファイアＡｌ2Ｏ3（１１０２）単結晶基板１２上へ固相エピタキシャル成長によって膜厚１０ｎｍ、屈折率２．５０のエピタキシャルＰＬＴ（２８／１００）からなるバッファ層としての第１強誘電体層１４を成長させ、さらに膜厚５４０ｎｍ、屈折率２．５０のエピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）からなる薄膜光導波路としての第２強誘電体層１６を成長させることによって、実施例１の場合と同様に、図１に示す構造の光導波路素子を作製した。
【００７３】
まず、ＰＬＴ（２８／１００）用前駆体溶液をサファイア基板へスピンコーティングにより塗布した。この塗布膜を形成した基板を加湿した酸素雰囲気中に置き、１０℃／ｓｅｃにて昇温して３００℃にて２分間保持の後、１０℃／ｓｅｃにて昇温して６５０℃に３０分間保持した。最後に電気炉の電源を切り冷却し、膜厚１０ｎｍのＰＬＴ（２８／１００）バッファ層を固相エピタキシャル成長した。このバッファ層の表面を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって観察すると、図１２に示すように、やはり島状構造の形態になっていた。
【００７４】
次に、Ｐｂが他の元素に対して化学量論組成より１５％過剰であるＰＬＺＴ（９／６５／３５）用前駆体溶液を、ＰＬＴ（２８／１００）バッファ層を設けたサファイア基板へスピンコーティングにより塗布した。この塗布膜を形成した基板を加湿した酸素雰囲気中に置き、１０℃／ｓｅｃにて昇温して３００℃にて２分間保持の後、８０℃／ｓｅｃにて昇温して７５０℃に２分間保持した。最後に電気炉の電源を切り冷却し、膜厚９０ｎｍの第一層目のＰＬＺＴ（９／６５／３５）薄膜を固相エピタキシャル成長した。これをさらに５回繰り返すことにより総膜厚５４０ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）薄膜が形成された光導波路素子を得た。なお、最後の層を結晶化した後、１℃／秒の冷却速度で冷却を行った。
【００７５】
この光導波路素子のＸ線回折θ−２θパターンを調べたところ、ペロブスカイト単一相であり、各層の結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ（１１０）／／ＰＬＴ（１１０）／／Ａｌ2Ｏ3（１１０２）であった。また、このエピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）薄膜表面を高分解能ＳＥＭによって観察したところ、表面は極めて均一かつ平滑であり、粒界や細孔の全くみられない、コントラストの得られないほど鏡面状の表面であった。さらに、図１３に示すＡＦＭ解析の結果から、本実施例のエピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）薄膜表面のＲａ表面粗さを同定すると、粗さはわずか１．２ｎｍであった。
【００７６】
次に、光導波路特性の評価を行った。プリズムカップリングによってレーザ光を本実施例のエピタキシャルＰＬＺＴ薄膜に導入し、光伝搬方向のＴＥ0モードの散乱光強度分布を光ファイバーによって測定した。散乱光強度の対数と光伝搬距離の関係の傾きより、光伝搬損失を求めたところ６３３ｎｍの波長で７ｄＢ／ｃｍと優れた特性を示した。
【００７７】
また、ＴＥ0モード及びＴＥ1モードより屈折率を求めると、６３３ｎｍの波長で２．４９７とバルクと同等の屈折率を示し、高密度でペロブスカイト単一相であることが分かった。さらに、サファイア基板裏面にダイアモンドカッターで傷をつけ、へき開を行うことによって容易にレーザ光の入出射端面を形成することができた。
【００７８】
このように、本実施例によるエピタキシャルＰＬＺＴ薄膜は、極めて単結晶に近く、均一性に優れた光導波路として使用可能な薄膜であるとともに、光導波路素子としての加工も容易であった。
【００７９】
（実施例３）
サファイアＡｌ2Ｏ3（１１０２）単結晶基板上へ固相エピタキシャル成長によって膜厚１０ｎｍ、屈折率２．５７のエピタキシャルＰＬＴ（２０／１００）バッファ層を成長させ、さらに屈折率２．５６のエピタキシャルＰＺＴ（５２／４８）薄膜光導波路を成長させることによって、実施例１の場合と同様に、図１に示す構造の光導波路素子を作製した。
【００８０】
得られた光導波路素子の表面は極めて均一かつ平滑であり、Ｘ線回折θ−２θパターンによると、ペロブスカイト単一相であり、各層の結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ（１１０）／／ＰＬＴ（１１０）／／Ａｌ2Ｏ3（１１０２）であった。
【００８１】
（実施例４）
サファイアＡｌ2Ｏ3（１１０２）単結晶基板上へ固相エピタキシャル成長によって膜厚１０ｎｍ、屈折率２．６３のエピタキシャルＰＺＴ（２０／８０）バッファ層を成長させ、さらに屈折率２．６２のエピタキシャルＰＺＴ（２５／７５）薄膜光導波路を成長させることによって、実施例１の場合と同様に、図１に示す構造の光導波路素子を作製した。
【００８２】
得られた光導波路素子の表面は極めて均一かつ平滑であり、Ｘ線回折θ−２θパターンによると、ペロブスカイト単一相であり、各層の結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ（１１０）／／ＰＬＴ（１１０）／／Ａｌ2Ｏ3（１１０２）であった。
【００８３】
（実施例５）
サファイアＡｌ2Ｏ3（０００１）単結晶基板上へ固相エピタキシャル成長によって膜厚５ｎｍ、屈折率２．５０のエピタキシャルＰＬＴ（２８／１００）バッファ層を成長させ、さらに屈折率２．５０のエピタキシャルＰＬＺＴ（８／６５／３５）薄膜光導波路を成長させることによって、実施例１の場合と同様に、図１に示す構造の光導波路素子を作製した。
【００８４】
得られた光導波路素子の表面は極めて均一かつ平滑であり、Ｘ線回折θ−２θパターンによると、ペロブスカイト単一相であり、各層の結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ（１１１）／／ＰＬＴ（１１１）／／Ａｌ2Ｏ3（０００１）であった。
【００８５】
（実施例６）
サファイアＡｌ2Ｏ3（０００１）単結晶基板上へＲｆマグネトロンスパッタリングによって膜厚１０ｎｍ、屈折率２．５０のエピタキシャルＰＬＴ（２８／１００）バッファ層を成長させ、さらに同じくＲｆマグネトロンスパッタリングによって屈折率２．５０のエピタキシャルＰＬＺＴ（８／６５／３５）薄膜光導波路を成長させることによって、実施例１の場合と同様に、図１に示す構造の光導波路素子を作製した。
【００８６】
得られた光導波路素子の表面は極めて均一かつ平滑であり、Ｘ線回折θ−２θパターンによると、ペロブスカイト単一相であり、各層の結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ（１１１）／／ＰＬＴ（１１１）／／Ａｌ2Ｏ3（０００１）であった。
【００８７】
（実施例７）
ＭｇＯ（１００）単結晶基板上へ実施例１と同様に固相エピタキシャル成長によって膜厚１０ｎｍ、屈折率２．５０のエピタキシャルＰＬＴ（２８／１００）バッファ層を成長させ、さらに、屈折率２．５０のエピタキシャルＰＬＺＴ（８／６５／３５）薄膜光導波路を成長させることによって、実施例１の場合と同様に、図１に示す構造の光導波路素子を作製した。
【００８８】
得られた光導波路素子の表面は極めて均一かつ平滑であり、Ｘ線回折θ−２θパターンによると、ペロブスカイト単一相であり、各層の結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ（００１）／／ＰＬＴ（００１）／／ＭｇＯ（１００）であった。
【００８９】
（実施例８）
ＭｇＯバッファ層をエピタキシャル成長したＧａＡｓ（１００）単結晶基板上へ、膜厚１０ｎｍ、屈折率２．５０のエピタキシャルＰＬＴ（２８／１００）バッファ層と屈折率２．５０のエピタキシャルＰＬＺＴ（８／６５／３５）薄膜光導波路を成長させることによって、実施例１の場合と同様に、図１に示す構造の光導波路素子を作製した。
【００９０】
ＧａＡｓ（１００）基板へのエピタキシャルＭｇＯバッファ層は、金属Ｍｇターゲット表面をＵＶレーザーパルスにより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を用い、酸素雰囲気での反応性成膜によって３５０℃の基板温度で成長した。
【００９１】
次に、ＭｇＯバッファ層上へＰＬＴバッファ層をレーザーデポジション法によってその場エピタキシャル成長した後、実施例１と同様に固相エピタキシャル成長させてエピタキシャルＰＬＺＴ（８／６５／３５）薄膜光導波路を成長させた。
【００９２】
得られた光導波路素子の表面は極めて均一かつ平滑であり、Ｘ線回折θ−２θパターンによると、ペロブスカイト単一相であり、各層の結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ（００１）／／ＰＬＴ（００１）／／  ＭｇＯ（１００）／／ＧａＡｓ（１００）であった。
【００９３】
（実施例９）
実施例８と同様の方法で、エピタキシャルＭｇＯバッファ層をＳｉ（１００）単結晶基板上へ設け、さらに膜厚１０ｎｍ、屈折率２．５７のエピタキシャルＰＬＴ（２０／１００）バッファ層と屈折率２．５６のエピタキシャルＰＺＴ（５２／４８）薄膜光導波路を成長させることによって、実施例１の場合と同様に、図１に示す構造の光導波路素子を作製した。
【００９４】
得られた光導波路素子の表面は極めて均一かつ平滑であり、Ｘ線回折θ−２θパターンによると、ペロブスカイト単一相であり、各層の結晶学的関係は単一配向のＰＺＴ（００１）／／ＰＬＴ（００１）／／ＭｇＯ（１００）／／Ｓｉ（１００）であった。
【００９５】
（実施例１０）
ＳｒＴｉＯ3（１００）単結晶基板上へ、実施例１と同様に固相エピタキシャル成長によって膜厚１０ｎｍ、屈折率２．５０のエピタキシャルＰＬＴ（２８／１００）バッファ層を成長させ、さらに屈折率２．５０のエピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）薄膜光導波路を成長させることによって、実施例１の場合と同様に、図１に示す構造の光導波路素子を作製した。
【００９６】
得られた光導波路素子の表面は極めて均一かつ平滑であり、Ｘ線回折θ−２θパターンによると、ペロブスカイト単一相であり、各層の結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ（００１）／／ＰＬＴ（００１）／／ＳｒＴｉＯ3（０００１）であった。
【００９７】
（実施例１１）
本実施例においては、サファイアＡｌ2Ｏ3（１１０２）単結晶基板１２上へ固相エピタキシによって屈折率２．５０、膜厚１０ｎｍのエピタキシャルＰＬＴ（２８／１００）からなる第１バッファ層としての第１強誘電体層１４を成長させ、次に屈折率２．５０、膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）からなる第２バッファ層としての第２強誘電体層１６を成長させ、さらに屈折率２．５６、膜厚８００ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ（５２／４８）からなる薄膜光導波路としての第３強誘電体層１８を成長させることによって、図５に示す光導波路素子を作製した。
【００９８】
まず、無水酢酸鉛（Ｐｂ（ＣＨ3ＣＯＯ）2）、ランタンイソプロポキシド（Ｌａ（Ｏ−ｉ−Ｃ3Ｈ7）3）、およびチタンイソプロポキシド（Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ3Ｈ7）4）を出発原料として用い、Ｐｂが他の元素に対して化学量論組成であるＰｂ：Ｌａ：Ｔｉ＝７２：２８：１００の割合となるように２−メトキシエタノールに溶解し、６時間の蒸留を行ったのち１８時間の還流を行い、最終的にＴｉ濃度で０．６ＭのＰＬＺＴ（２８／０／１００）用前駆体溶液を得た。さらに、この前駆体溶液を０．２μｍのフィルターを通してＡｌ2Ｏ3基板へスピンコーティングを行った。以上の操作はすべてＮ2雰囲気中にて行った。
【００９９】
スピンコーティングの前に、基板は溶剤洗浄、ＨＣｌによるエッチング、脱イオン水によるリンスを行い、最後にＮ2中にてエタノールのスピンコーティングによって乾燥した。次に、加湿Ｏ2雰囲気中で１０℃／ｓｅｃにて昇温して３００℃にて２分間保持の後、１０℃／ｓｅｃにて昇温して６５０℃に３０分間保持し、最後に電気炉の電源を切り冷却した。
【０１００】
これにより膜厚１０ｎｍのＰＬＴ（２８／１００）第１バッファ層を固相エピタキシャル成長した。同様に形成したＰＬＴ（２８／０／１００）バッファ層の表面を高分解能走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察すると、図７に示すような島状構造の形態になっていた。
【０１０１】
次に、同様に無水酢酸鉛（Ｐｂ（ＣＨ3ＣＯＯ）2）、ランタンイソプロポキシド（Ｌａ（Ｏ−ｉ−Ｃ3Ｈ7）3）、ジルコニウムイソプロポキシド（Ｚｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ3Ｈ7）4）、およびチタンイソプロポキシド（Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ3Ｈ7）4を出発原料として用い、Ｐｂが他の元素に対して化学量論組成であるＰｂ：Ｌａ：Ｚｒ：Ｔｉ＝９１：９：６５：３５の割合となるように２−メトキシエタノールに溶解し、６時間の蒸留を行ったのち１８時間の還流を行い、最終的にＺｒ＋Ｔｉ濃度で０．６ＭのＰＬＺＴ（９／６５／３５）用前駆体溶液を得た。
【０１０２】
さらに、この前駆体溶液を０．２μｍのフィルターを通してＰＬＴ（２８／１００）第１バッファ層を設けたＡｌ2Ｏ3基板へスピンコーティングを行った。以上の操作はすべてＮ2雰囲気中にて行った。次に、加湿Ｏ2雰囲気中で１０℃／ｓｅｃにて昇温して３５０℃にて２分間保持の後、１０℃／ｓｅｃにて昇温して６５０℃に２分間保持し、最後に電気炉の電源を切り冷却した。これにより膜厚１００  ｎｍのＰＬＺＴ（９／６５／３５）薄膜を固相エピタキシャル成長した。これをさらに４回繰り返すことにより総膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）第２バッファ層が得られた。
【０１０３】
次に、同様に無水酢酸鉛（Ｐｂ（ＣＨ3ＣＯＯ）2）、ジルコニウムイソプロポキシド（Ｚｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ3Ｈ7）4）、およびチタンイソプロポキシド（Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ3Ｈ7）4）を出発原料として用い、Ｐｂが他の元素に対して化学量論組成であるＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１００：５２：４８の割合となるように２−メトキシエタノールに溶解し、６時間の蒸留を行ったのち１８時間の還流を行い、最終的にＺｒ＋Ｔｉ濃度で０．６ＭのＰＺＴ（５２／４８）用前駆体溶液を得た。さらに、この前駆体溶液を０．２μｍのフィルターを通してＰＬＺＴ（９／６５／３５）第２バッファ層を設けたＡｌ2Ｏ3基板へスピンコーティングを行った。以上の操作はすべてＮ2雰囲気中にて行った。
【０１０４】
次に、加湿Ｏ2雰囲気中で１０℃／ｓｅｃにて昇温して３５０℃にて２分間保持の後、１０℃／ｓｅｃにて昇温して６５０℃に２分間保持し、最後に電気炉の電源を切り冷却した。これにより膜厚１００ｎｍのＰＬＺＴ（９／６５／３５）薄膜を固相エピタキシャル成長した。これをさらに７回繰り返すことにより総膜厚８００ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ（５２／４８）薄膜光導波路層が得られた。なお、最後の結晶化は６５０℃に３０分間保持することによって行い、最後に１℃／ｓｅｃの速度で冷却した。
【０１０５】
Ｘ線回折θ−２θパターンによると、結晶学的関係は単一配向のＰＺＴ（１１０）／／ＰＬＺＴ（１１０）／／ＰＬＴ（１１０）／／Ａｌ2Ｏ3（１１０２）の構造が得られた。本実施例のエピタキシャルＰＬＺＴ薄膜の表面は光学顕微鏡の観察では均一なために何も見えず、さらに高分解能ＳＥＭによって観察した結果も極めて均一かつ平滑であり、粒界や細孔の全くみられない、コントラストの得られないほど鏡面状の表面であった。
【０１０６】
光導波路特性の評価を行なうため、プリズムカップリングによって波長６３３ｎｍのレーザ光を本実施例のエピタキシャルＰＺＴ薄膜導波路に導入し、光伝搬方向の散乱光強度分布を光ファイバーによって測定した。散乱光強度の対数と光伝搬距離の関係の傾きより、光伝搬損失を求めたところ優れた特性を示した。
【０１０７】
なお、本実施例では波長６３３ｎｍ用の構造としたが、波長１３１０ｎｍや１５５０ｎｍなどの長波長用の構造も、本発明に従って波長６３３ｎｍ用の構造と比較して第２バッファ層と薄膜光導波路層を厚くすれば同様に構成できることはいうまでもない。
【０１０８】
さらに、サファイア基板裏面にダイアモンド・カッターで傷をつけ、へき開を行うことによって容易にレーザ光の入出射端面を形成することができた。このように、本実施例によるエピタキシャルＰＬＺＴ薄膜は、極めて単結晶に近く、均一性に優れた光導波路として使用可能な薄膜であるとともに、光導波路素子としての加工も容易であった。
【０１０９】
（実施例１２）
本実施例においては、実施例１１と同様に固相エピタキシによってサファイアＡｌ2Ｏ3（１１０２）単結晶基板１２上へ屈折率２．５０、膜厚１０  ｎｍのエピタキシャルＰＬＴ（２８／１００）からなる第１バッファ層としての第１強誘電体層１４を成長させ、次に屈折率２．４８、膜厚６００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９／８０／２０）からなる第２バッファ層としての第２強誘電体層１６を成長させ、さらに屈折率２．５０、膜厚１４００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）からなる薄膜光導波路としての第３強誘電体層１８を成長させることによって、図５に示す構造の光導波路素子を作製した。
【０１１０】
まず、ＰＬＴ（２８／１００）用前駆体溶液をＡｌ2Ｏ3基板へスピンコーティングを行い、加湿Ｏ2雰囲気中で１０℃／ｓｅｃにて昇温して３００℃にて２分間保持の後、１０℃／ｓｅｃにて昇温して６５０℃に３０分間保持し、最後に電気炉の電源を切り冷却した。これにより膜厚１０ｎｍのＰＬＴ（２８／１００）第１バッファ層を固相エピタキシャル成長した。
【０１１１】
次に、Ｐｂが他の元素に対して化学量論組成より１５％過剰であるＰＬＺＴ（９／８０／２０）用前駆体溶液をＰＬＴ（２８／１００）第１バッファ層を設けたＡｌ2Ｏ3基板へスピンコーティングを行い、加湿Ｏ2雰囲気中で１０℃／ｓｅｃにて昇温して３００℃にて２分間保持の後、８０℃／ｓｅｃにて昇温して７５０℃に２分間保持し、最後に電気炉の電源を切り冷却した。これにより膜厚１００  ｎｍの第一層目のＰＬＺＴ（９／８０／２０）薄膜を固相エピタキシャル成長した。これをさらに５回繰り返すことにより総膜厚６００  ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９／８０／２０）第２バッファ層が得られた。
【０１１２】
次に、Ｐｂが他の元素に対して化学量論組成より１５％過剰であるＰＬＺＴ（９／６５／３５）用前駆体溶液をＰＬＺＴ（９／８０／２０）第２バッファ層を設けたＡｌ2Ｏ3基板へスピンコーティングを行い、加湿Ｏ2雰囲気中で１０℃／ｓｅｃにて昇温して３００℃にて２分間保持の後、８０℃／ｓｅｃにて昇温して７５０℃に２分間保持し、最後に電気炉の電源を切り冷却した。これにより膜厚１００ｎｍの第一層目のＰＬＺＴ（９／６５／３５）薄膜を固相エピタキシャル成長した。これをさらに１３回繰り返すことにより総膜厚１４００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）薄膜光導波路層が得られた。最後の層の結晶化の後、１℃／秒の冷却速度で冷却を行った。
【０１１３】
Ｘ線回折θ−２θパターンによると、結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ（１１０）／／ＰＬＺＴ（１１０）／／ＰＬＴ（１１０）／／Ａｌ2Ｏ3（１１０２）の構造が得られた。本実施例のエピタキシャルＰＬＺＴ薄膜の表面を高分解能ＳＥＭによって観察した所、表面は極めて均一かつ平滑であり、粒界や細孔の全くみられない、コントラストの得られないほど鏡面状の表面であった。
【０１１４】
光導波路特性の評価を行なうため、プリズムカップリングによって波長６３３ｎｍのレーザ光を本実施例のエピタキシャルＰＬＺＴ薄膜に導入し、光伝搬方向の散乱光強度分布を光ファイバーによって測定した。散乱光強度の対数と光伝搬距離の関係の傾きより、光伝搬損失を求めたところ優れた特性を示した。さらに、サファイア基板裏面にダイアモンドカッターで傷をつけ、へき開を行うことによって容易にレーザ光の入出射端面を形成することができた。このように、本実施例によるエピタキシャルＰＬＺＴ薄膜は、極めて単結晶に近く、均一性に優れた光導波路として使用可能な薄膜であるとともに、光導波路素子としての加工も容易であった。
（実施例１３）
本実施例においては、実施例１１とほぼ同様にして、サファイアＡｌ2Ｏ3（１１０２）単結晶基板１２上へ固相エピタキシによって屈折率２．７１、膜厚４０ｎｍのエピタキシャルＰｂＴｉＯ3からなる第１バッファ層としての第１強誘電体層１４を成長させ、次に屈折率２．４９、膜厚６００ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ（８５／１５）からなる第２バッファ層としての第２強誘電体層１６を成長させ、さらに、屈折率２．５６、膜厚７００ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ（５２／４８）からなる薄膜光導波路としての第３強誘電体層１８を成長させることによって、図５に示す構造の光導波路素子を作製した。表面は極めて均一かつ平滑であり、Ｘ線回折θ−２θパターンによると、ペロブスカイト単一相で結晶学的関係は単一配向のＰＺＴ（１１０）／／ＰＺＴ（１１０）／／ＰＺＴ（１１０）／／Ａｌ2Ｏ3（１１０２）であった。
【０１１５】
（実施例１４）
本実施例においては、実施例１１とほぼ同様にして、サファイアＡｌ2Ｏ3（１１０２）単結晶基板１２上へ固相エピタキシによって屈折率２．６３、膜厚５ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ（２０／８０）からなる第１バッファ層としての第１強誘電体層１４を成長させ、次に屈折率２．４９、膜厚５００ｎｍののエピタキシャルＰＺＴ（８５／１５）からなる第２バッファ層としての第２強誘電体層１６を成長させ、さらに屈折率２．５６、膜厚７００ｎｍののエピタキシャルＰＺＴ（５２／４８）からなる薄膜光導波路としての第３強誘電体層１８を成長させることによって、図５に示す構造の光導波路素子を作製した。表面は極めて均一かつ平滑であり、Ｘ線回折θ−２θパターンによると、ペロブスカイト単一相で結晶学的関係は単一配向のＰＺＴ（１１０）／／ＰＺＴ（１１０）／／ＰＺＴ（１１０）／／Ａｌ2Ｏ3（１１０２）であった。
【０１１６】
（実施例１５）
本実施例においては、サファイアＡｌ2Ｏ3（０００１）単結晶基板１２上へＲｆマグネトロンスパッタリングによって屈折率２．５０、膜厚１０ｎｍのエピタキシャルＰＬＴ（２８／１００）からなる第１バッファ層としての第１強誘電体層１４を６５０℃で成長させ、次に屈折率２．４８、膜厚６００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９／８０／２０）からなる第２バッファ層としての第２強誘電体層１６を成長させ、さらに屈折率２．５０、膜厚１４００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）からなる薄膜光導波路としての第３強誘電体層１８を成長させることによって、図５に示す構造の光導波路素子を作製した。Ｘ線回折θ−２θパターンによると、結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ（１１１）／／ＰＬＺＴ（１１１）／／ＰＬＴ（１１１）／／Ａｌ2Ｏ3（０００１）の構造が得られた。
【０１１７】
（実施例１６）
本実施例においては、実施例１１と同様に、ＭｇＯ（１００）単結晶基板上１２へ固相エピタキシによって屈折率２．５０、膜厚１０ｎｍのエピタキシャルＰＬＴ（２８／１００）からなる第１バッファ層としての第１強誘電体層１４を成長させ、次に屈折率２．４８、膜厚６００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９／８０／２０）からなる第２バッファ層としての第２強誘電体層１６を成長させ、さらに屈折率２．５０、膜厚１４００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）からなる薄膜光導波路としての第３強誘電体層１８を成長させることによって、図５に示す構造の光導波路素子を作製した。Ｘ線回折θ−２θパターンによると、結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ（１１１）／／ＰＬＺＴ（００１）／／ＰＬＴ（００１）／／ＭｇＯ（１００）の構造が得られた。
【０１１８】
（実施例１７）
本実施例においては、ＭｇＯバッファ層をエピタキシャル成長したＧａＡｓ（１００）単結晶基板１２上へ、屈折率２．５０、膜厚１０ｎｍのエピタキシャルＰＬＴ（２８／１００）からなる第１バッファ層としての第１強誘電体層１４と、屈折率２．４８、膜厚６００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（８／８０／２０）からなる第２バッファ層としての第２強誘電体層１６と、屈折率２．５０、膜厚１４００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（８／６５／３５）からなる薄膜光導波路としての第３強誘電体層１８を成長させることによって光導波路素子を作製した。
【０１１９】
ＧａＡｓ（１００）基板へのエピタキシャルＭｇＯバッファ層は、金属Ｍｇターゲット表面をＵＶレーザーパルスにより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を用い、Ｏ2雰囲気での反応性成膜によって３５０℃の基板温度で成長した。さらに、ＭｇＯバッファー層上へＰＬＴ第１バッファ層、ＰＬＺＴ第２バッファ層、およびＰＬＺＴ光導波路層をレーザーデポジション法によってその場エピタキシャル成長させた。表面は極めて均一かつ平滑であり、Ｘ線回折θ−２θパターンによると、ペロブスカイト単一相で結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ（００１）／／ＰＬＺＴ（００１）／／ＰＬＴ（００１）／／ＭｇＯ（１００）／／ＧａＡｓ（１００）の構造が得られた。
【０１２０】
（実施例１８）
本実施例においては、実施例１７と同様の方法で、エピタキシャルＭｇＯバッファ層をＳｉ（１００）単結晶基板１２上へ設け、さらに屈折率２．５７、膜厚１０ｎｍのエピタキシャルＰＬＴ（２０／１００）からなる第１バッファ層としての第１強誘電体層１４と、屈折率２．５０、膜厚５００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（８／６５／３５）からなる第２バッファ層としての第２強誘電体層１６と、屈折率２．５６、膜厚８００ｎｍのエピタキシャルＰＺＴ（５２／４８）からなる薄膜光導波路としての第３強誘電体層１８を成長させることによって光導波路素子を作製した。表面は極めて均一かつ平滑であり、Ｘ線回折θ−２θパターンによると、ペロブスカイト単一相で結晶学的関係は単一配向のＰＺＴ（００１）／／ＰＬＺＴ（００１）／／ＰＬＴ（００１）／／ＭｇＯ（１００）／／Ｓｉ（１００）の構造が得られた。
【０１２１】
（実施例１９）
本実施例においては、実施例１１と同様に、ＳｒＴｉＯ3（１００）単結晶基板１２上へ固相エピタキシによって屈折率２．５０、膜厚１０ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（２８／０／１００）からなる第１バッファ層としての第１強誘電体層１４を成長させ、次に屈折率２．４８、膜厚６００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９／８０／２０）からなる第２バッファ層としての第２強誘電体層１６を成長させ、さらに屈折率２．５０、膜厚１４００ｎｍのエピタキシャルＰＬＺＴ（９／６５／３５）からなる薄膜光導波路としての第３強誘電体層１８を成長させることによって作製した。Ｘ線回折θ−２θパターンによると、結晶学的関係は単一配向のＰＬＺＴ（００１）／／ＰＬＺＴ（００１）／／ＰＬＴ（００１）／／ＳｒＴｉＯ3（０００１）の構造が得られた。
【０１２２】
【発明の効果】
本発明によれば、組成が均一であり、表面が光学的に平滑であり、かつ、単結晶状のエピタキシャルＰＬＺＴ強誘電体薄膜を備えた光導波路素子が提供される。また、組成を安定に制御しつつ、表面が光学的に平滑であり、かつ、単結晶状のエピタキシャルＰＬＺＴ強誘電体薄膜を形成することができる光導波路素子の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光導波路素子の層構成を示す概略断面図である。
【図２】Ｐｂ1-x Ｌａx（ＺｒyＴｉ1-y）1-x/4Ｏ3の相図である。
【図３】本発明の光導波路素子の作製工程（第１強誘電体層作製工程）を示す模式断面図である。
【図４】基板上にバッファ層を深く形成した場合の模式断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る光導波路素子の層構成を示す概略断面図である。
【図６】過剰Ｐｂ量と昇温速度の関係を示すグラフである。
【図７】実施例１のサファイア基板上に設けられたＰＬＴバッファ層表面のＳＥＭ写真である。
【図８】実施例１の光導波路素子のＸ線回折パターンを示す図である。
【図９】実施例１の光導波路素子表面のＳＥＭ写真である。
【図１０】比較例１の光導波路素子のＸ線回折パターンを示す図である。
【図１１】比較例１の光導波路素子の光学顕微鏡写真である。
【図１２】実施例２のサファイア基板上に設けられたＰＬＴバッファ層表面のＡＦＭ写真である。
【図１３】実施例２の光導波路素子表面のＡＦＭ写真である。
【図１４】基板上に形成された多結晶薄膜の模式断面図である。
【図１５】基板上に形成された細孔を含むエピタキシャル薄膜の模式断面図である。
【図１６】基板上に形成されたパイロクロア相が残留する不均一なエピタキシャル薄膜の模式断面図である。
【符号の説明】
１２    単結晶基板
１４    第１強誘電体層
１６    第２強誘電体層
１８    第３強誘電体層
１００  基板
１０２  強誘電体薄膜（ペレブスカイト相）
１０４  パイロクロア相
【図１】
0004368004.tif 000003
【図２】
0004368004.tif 000004
【図３】
0004368004.tif 000005
【図４】
0004368004.tif 000006
【図５】
0004368004.tif 000007
【図６】
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【図７】
0004368004.tif 000009
【図８】
0004368004.tif 000010
【図９】
0004368004.tif 000011
【図１０】
0004368004.tif 000012
【図１１】
0004368004.tif 000013
【図１２】
0004368004.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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