JP4092900B2 - 圧電体薄膜を形成したダイヤモンド基板およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波帯域で使用可能な表面弾性波素子及び光学素子材料に用いられる圧電体薄膜を有するダイヤモンド基板およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体表面を伝播する表面弾性波（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ：以後ＳＡＷと略記）を利用する表面弾性波素子は、小型、軽量で温度安定性が高く、位相特性に優れるなど種々の特徴を有している。近年の移動体通信や衛星通信などの分野におけるマルチチャンネル化・高周波化に伴い、高周波帯域で使用可能な表面弾性波素子の開発が要請され、表面弾性波の伝播速度の速い材料を使用する方法か、電極ピッチを狭くする方法が考えられた。このうち電極ピッチは、半導体素子の製造技術に依存しており、限界がある。
【０００３】
一方、表面弾性波の伝播速度の速い材料としては、ダイヤモンドが最も速い。そこで、特開平７−３２１５９６号公報などにあるようにダイヤモンド上にＬｉＮｂＯ₃層を配置した積層構造が提案されている。この文献によれば、ダイヤモンド（１１１）面上にｃ軸配向したＬｉＮｂＯ₃がＲＦマグネトロンスパッタリング法により形成されているが、ｃ軸配向性を表すσ値は５以下（さらには４以下）とあり、ｃ軸配向性はそれほど良いとは言えない。また、特開平５−７８２００号公報には、サファイア基板上にＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３（０≦ｘ≦１）薄膜を合成する方法が開示されている。この文献では、単相のＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３（０≦ｘ≦１）薄膜が得られることが開示されているが、形成された薄膜の品質についての開示は無い。さらに、特開平５−３１９９９３号公報には、サファイア上にＬｉＮｂＯ₃層を形成した表面弾性波素子が提案されている。しかし、ＬｉＮｂＯ₃層の配向性は良いが、サファイアはダイヤモンドに比べて音速が３０％程度遅いので、伝播速度は４５００ｍ／ｓ程度とダイヤモンドを利用した素子に比べて性能はよくない。そこで、ダイヤモンドの上に圧電特性の良いＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ₃（０≦ｘ≦１）薄膜が形成できれば、素子性能の向上が期待できる。
【０００４】
ところで、ＬｉＮｂＯ_３単結晶あるいはＬｉＴａＯ_３単結晶は、工業的にはチョクラルスキー法（ＣＺ法）により、育成されている。この方法は、結晶の固化が進むにつれて融液組成が変化しないように、一致溶融（コングルエント）組成を選んで行われている。一致溶融組成は、ＬｉＮｂＯ_３の場合、原子％の比率である原子組成比Ｌｉ／Ｎｂが０．９４２であり、化学量論組成であるＬｉ／Ｎｂ＝１．０からＮｂ側にずれている。ＬｉとＮｂの比率は、ＬｉＮｂＯ_３単結晶の特性に影響を与える。例えば、前記一致溶融組成のようにＮｂ側にずれると、レーザー光のような強い光をＬｉＮｂＯ_３に照射すると屈折率が変化するといういわゆる光損傷現象がみられる。そのため、ＬｉＮｂＯ_３自体の光学特性を犠牲にしてＭｇＯなどの添加により耐光損傷性を高める必要がでてくる。
【０００５】
前記Ｌｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３（０≦ｘ≦１）薄膜においても、ＬｉとＮｂ_ｘＴａ_１−ｘの比率は重要であり、良好な圧電特性や電気化学特性や非線型光学特性を引き出すためには、原子組成比Ｌｉ／Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ（以下単にＬｉ／Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ比ともいう）の値を０．８０以上、１．１０以下に制御する必要がある。前記レーザーアブレーション法によって、ＬｉＮｂ_ｘＴａ_１−ｘＯ_３薄膜を作製する場合は、原料ターゲットのＬｉとＮｂ_ｘＴａ_１−ｘの比率からＬｉが減少する傾向がみられる。
【０００６】
このため、レーザーアブレーション法でＬｉＮｂＯ_３薄膜を形成する場合には、ＬｉＮｂ_３Ｏ_８などの析出を抑制して、単相のＬｉＮｂＯ_３を得るために、原料ターゲットのＬｉ組成を過剰にすることが知られている。例えば特開平５−７８２００号公報には、サファイア基材上にＬｉＮｂＯ_３薄膜を形成する場合、ターゲットのＬｉ／Ｎｂ比を１．５以上３．５以下にすることが考案されている。しかし、この方法でダイヤモンド基材上にＬｉＮｂＯ_３を形成すると、基板温度が１０００℃以下では、薄膜のＬｉ／Ｎｂ比が１．１０以上になることを発見した。この時、Ｘ線回折法による測定では、Ｌｉ_３ＮｂＯ_４が見られたり、単相のＬｉＮｂＯ_３であっても、光損傷現象等の光学特性等は、Ｌｉ／Ｎｂが０．８０から１．１０のものとは異なっていた。
【０００７】
また、Ｌｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３は、分極域が複数ある場合には、圧電定数の異なる領域同士が打ち消しあい、全体で圧電特性を持たなくなるので、ダイヤモンドの上にＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３薄膜を形成する時かあるいは形成した後に、分極処理を行う必要がある。しかし、Ｌｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３は、結晶化後の分極処理が困難であることが知られている。一般に、強誘電体はキュリー温度以上に加熱した後、結晶に抗電界以上の電界をかければ分極を揃えることができる。しかし、ＬｉＮｂＯ_３の場合、その抗電界は２１ｋＶ／ｍｍである上に、キュリー温度である１２１０℃は、ＬｉＮｂＯ_３の融点である１２５０℃に近いため、ＬｉＮｂＯ_３が溶融しないようにキュリー温度以上に加熱して、結晶に抗電界以上の電界をかけることは困難である。
【０００８】
また、室温においては、分極反転する電界強度となだれ電流が発生する電界強度が近いため、分極処理中になだれ電流が発生し、結晶が破壊される危険がある。バルクのＬｉＮｂＯ_３結晶では、該結晶の両端面に電極を設けて、パルス状に電界をかけることによって、ある程度なだれ電流が発生しても、絶縁破壊を起こすことなく分極処理を行う方法が考案されている。しかし、ＬｉＮｂＯ_３薄膜と絶縁体である多結晶ダイヤモンドとの複合基板においては、なだれ電流が発生すると電荷がＬｉＮｂＯ_３薄膜とダイヤモンドとの界面に集中し、分極処理が効率良く行えない上、絶縁破壊が生じてしまう。そこで、ダイヤモンド基材上にＬｉＮｂＯ_３薄膜を形成した複合基板においては、ＬｉＮｂＯ_３薄膜を形成する成膜中に分極処理も同時に行うことが望ましい。
【０００９】
さらに、形成するＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３薄膜のｃ軸配向性をよくすることは従来からもなされていたが、ｃ軸配向性をよくしても形成された薄膜の圧電特性がよいとは限らない。Ｌｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３薄膜はｃ軸方向に沿って分極を持つ。ｃ軸配向した該薄膜は、その領域によって分極方向の＋／−が混在する場合がある。このような場合には、局所的には圧電特性が発現されるが、薄膜全体でみれば、圧電特性がないことになり、素子にした場合の特性が得られないことになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記問題点を克服するために考案されたものである。すなわち、ｃ軸配向し、且つ圧電特性の良好なＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ₃（ただし、０≦ｘ≦１）薄膜を形成したダイヤモンド基板とその製造方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、原料ターゲットにパルスレーザー光を集光して瞬間的に気化させるレーザーアブレーション法により、圧電体薄膜であるＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３（ただし、０≦ｘ≦１）薄膜を（１１０）配向した多結晶ダイヤモンド基材上に形成すれば、ｃ軸配向し、圧電特性の良好なＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３薄膜を形成したダイヤモンド基板を得ることができることを見出したものである。Ｌｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３薄膜を形成する多結晶ダイヤモンドは、（１１０）配向していることが必要であり、その表面は鏡面加工されていることが必要である。
【００１２】
前記（１１０）配向した多結晶ダイヤモンドとは、多結晶ダイヤモンドの（２２０）面のＸ線回折強度Ｉ_{（２２０）}が、ダイヤモンドの他の面である（１１１）、（３１１）、（３３１）、（４００）の各Ｘ線回折強度Ｉ_{（１１１）}、Ｉ_{（３１１）}、Ｉ_{（３３１）}、Ｉ_{（４００）}とＩ_{（２２０）}との和（Ｉ_{（２２０）}＋Ｉ_{（１１１）}＋Ｉ_{（３１１）}＋Ｉ_{（３３１）}＋Ｉ_{（４００）}）の１５％以上であることである。つまり、Ｉ_{（２２０）}と全ピーク強度の合計との比をγ_{（１１０）}として、γ_{（１１０）}＝Ｉ_{（２２０）}／（Ｉ_{（２２０）}＋Ｉ_{（１１１）}＋Ｉ_{（３１１）}＋Ｉ_{（３３１）}＋Ｉ_{（４００）}）であり、γ_{（１１０）}が１５％以上である。さらに好ましくは、４０％以上である。なお、配向していない場合は、前記比γ_{（１１０）}は１５％未満である。
【００１３】
また、該多結晶ダイヤモンドの最表面は、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下のアモルファス層で覆われている方が望ましい。このような多結晶ダイヤモンド基材上にレーザーアブレーション法で形成されたＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３薄膜は、ｃ軸配向性がよく、圧電特性も良好である。
【００１４】
ここで、ｃ軸配向性を次のように定義する。Ｌｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３薄膜のＸ線回折においてみられるＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３の各結晶面の回折強度を、Ｉ_{（０１２）}、Ｉ_{（１０４）}、Ｉ_{（１１０）}、Ｉ_{（００６）}として、ｃ軸配向性γ_ｃ＝Ｉ_{（００６）}／（Ｉ_{（０１２）}＋Ｉ_{（１０４）}＋Ｉ_{（１１０）}＋Ｉ_{（００６）}）と表す。Ｌｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３薄膜において、優れた圧電特性を発現するためには、このγ_ｃが５０％以上であり、この値は大きいほど望ましい。
【００１５】
レーザーアブレーション法において用いるレーザーは、特に限定されるものではないが、３６０ｎｍ以下の波長で、パルス幅が１μｓｅｃ以下のレーザーを用いるのが良い。このようなレーザーとしては、ＡｒＦやＦ_２エキシマレーザーなどがあるが、特に、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーが好ましい。レーザー光密度は１Ｊ／ｃｍ^２以上が好ましく、レーザー周波数は１〜５０Ｈｚ程度が好ましい。また、レーザーアブレーション時の多結晶ダイヤモンド基材の温度は、４００℃以上あればよいが、１０００℃以上になれば多結晶ダイヤモンドが変質するので１０００℃以下が好ましい。また、雰囲気は、酸素、オゾン、Ｎ_２Ｏ、ＮＯ_２などからなる酸化性雰囲気が望ましく、雰囲気圧力は０．１〜１００Ｐａの範囲が好ましい。さらに圧電体薄膜原料ターゲットと多結晶ダイヤモンド基材との距離は１０〜１０００ｍｍの範囲が適している。
【００１６】
さらに、形成されるＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３薄膜のＬｉとＮｂ_ｘＴａ_１−ｘとの原子組成比を０．８０から１．１０の範囲にするためには、多結晶ダイヤモンド基材の温度と、圧電体薄膜原料ターゲットのＬｉとＮｂ_ｘＴａ_１−ｘの原子組成比Ｌｉ／Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘとが、これらを直交座標軸としてプロットした図６中の点Ａ（組成比０．９、基材温度４００℃以後同じ表示），Ｂ（０．９、１０００℃），Ｃ（２．５、１０００℃），Ｄ（２．５、７００℃），Ｅ（１．５、４００℃）で囲まれる範囲内であることの必要性を見出したものである。
【００１７】
さらに、結晶性、配向性の良いＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３薄膜を得るためには、ダイヤモンド基板の温度とターゲットの原子組成比Ｌｉ／Ｎｂとが、図６中の点Ｆ（組成比１．０、基板温度４００℃）、Ｇ（１．０、１０００℃）、Ｈ（１．５、１０００℃）、Ｉ（１．４、４００℃）で囲まれる範囲内に制御する。
【００１８】
結晶性、配向性の良いＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３薄膜とは、結晶化していないアモルファスなどの相を含まず、Ｌｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３薄膜の（００１）面が基板と平行になっている膜（いわゆるｃ軸配向）をいう。ｃ軸配向のＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３薄膜は、Ｘ線回折パターンにおいて、その（００６）のピークについて２θが３９°である。ｃ軸配向性が高いとは、前記γ_ｃの値が５０％以上であることをいう。
【００１９】
また、本発明は、レーザーアブレーション法において、多結晶ダイヤモンド基材の周辺に一方の電極を設置し、ダイヤモンド基材を他方の電極として、該電極と基材との間にバイアス電圧を印加しながら成膜することを特徴とする。このようにすれば、Ｌｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ₃（ただし、０≦ｘ≦１）薄膜を、分極処理をしながら成膜することができ、圧電特性の良好なＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ₃（ただし、０≦ｘ≦１）薄膜をダイヤモンド基材上に形成することができる。
【００２０】
前記一方の電極は前記ダイヤモンド基材の成膜面と平行に配置されていることが望ましい。このように配置すれば、成膜するＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ₃薄膜のｃ軸と電界の方向が平行となるので、ダイヤモンド基材の面内で均一に分極しやすくなる。この一方の電極とダイヤモンド基材との距離は、電界を大きくするために２０ｍｍ以下であることが望ましい。
【００２１】
また、一般的には、レーザーアブレーション法において、基材の成膜面は放出される粒子の飛行方向に垂直に配置される。しかし、本発明においては、ダイヤモンド基材は前記飛行方向にほぼ平行に配置してもよい。この場合にも、前記一方の電極はダイヤモンド基材と平行になるように配置する。このようにダイヤモンド基材と一方の電極を粒子の飛行方向と平行に配置すれば、粒子が電極を通過しないので、この電極に起因する不純物の混入を抑制することができる。粒子の飛行方向はほぼターゲット表面の垂直方向であるので、ターゲット表面の垂直方向に対して、ダイヤモンド基材と一方の電極は±１０°以内の角度範囲に配置することが望ましい。この範囲を超えると、ダイヤモンド基材がいわゆる影になり成膜速度が大幅に低下するか、一方の電極を通過させない効果が小さくなる。
【００２２】
前記一方の電極は、金属の線材を網状若しくはすだれ状に張ったものであることが望ましい。このような形状であれば、レーザーアブレーションによって放出された粒子は、該電極を通過することができるので、成膜装置内のターゲットとダイヤモンド基材の間に該電極を配置するなど任意の場所に該電極を配置することができる。また、前記ダイヤモンド基材と電極を粒子の飛行方向にほぼ平行に配置する場合は、金属板であってもよい。
【００２３】
レーザーアブレーション法はスパッタリング法など他の成膜法に比べ次のような利点がある。基材のダイヤモンドが酸素プラズマにさらされてその表面が損傷することなくＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ₃（ただし、０≦ｘ≦１）薄膜を形成することができること、不純物の混入が少ないこと、パワー密度が高いため励起されて活性なＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ₃を成膜に利用できること、成膜速度を自由に調整できることなどである。これらレーザーアブレーション法の利点と、ダイヤモンド基材のダイヤモンドの配向性と表面状態ならびに電界の効果により、配向性と圧電特性の良好なＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ₃（ただし、０≦ｘ≦１）薄膜が成膜できるものと思われる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
発明者等は、多結晶ダイヤモンド基材上に、圧電体薄膜であるＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ₃（ただし、０≦ｘ≦１）薄膜の中でも、圧電特性の優れた前記圧電体薄膜を形成するためには、レーザーアブレーション法を用い、前記ダイヤモンド基材のダイヤモンドを（１１０）配向させ、表面を鏡面に研磨したダイヤモンド基材を用いればよいことを見出した。ダイヤモンド基材の（１１０）配向性は、前述のγ_{（１１０）}で評価して、１５％以上が良い。より好ましくは、４０％以上である。
【００２５】
ダイヤモンド基材は、気相合成法によって作製した多結晶ダイヤモンドを用いるのが経済的である。ダイヤモンドの気相合成は、マイクロ波プラズマ法や熱フィラメント法など従来から知られている方法で、（１１０）配向する条件で行うことができる。ダイヤモンドの合成条件を変えれば、（１１１）配向や（１００）配向のダイヤモンドを得ることができるが、それらのダイヤモンド薄膜を用いると、（１１０）配向のダイヤモンドに比べてＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ₃薄膜のｃ軸配向性や圧電特性が劣ることを見出した。ダイヤモンドの気相合成時の基材は、ダイヤモンドが合成できるものであれば何でもよいが、Ｓｉウェハーが一般的に用いられる。合成後のダイヤモンド表面は、ダイヤモンド砥石を用いて、鏡面加工する。この時、ダイヤモンド表面の表面粗さが、Ｒｙで０．１μｍ以下になるまで鏡面研磨加工することが望ましい。
【００２６】
前記鏡面加工によってダイヤモンドの表面に厚さ１ｎｍ以上、５０ｎｍ以下のアモルファス層が形成されていることが望ましい。多結晶ダイヤモンドの表面がアモルファス層で覆われているとＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３薄膜は優先的にｃ軸配向し、多結晶Ｌｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３薄膜として最も良好な圧電特性を得ることができる。一方、多結晶ダイヤモンドの表面がアモルファス層で覆われていない場合は、多結晶ダイヤモンドの表面は（１１０）配向していてもその他の結晶方位を有するダイヤモンド結晶も存在するので、Ｌｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３薄膜の成長する結晶方位が、ダイヤモンド表面の（１１０）以外の結晶方位の影響を受けて良好なｃ軸配向性を得ることが困難となる。前記鏡面加工において、多結晶ダイヤモンドの表面をアモルファス層で覆われるようにするためには、ダイヤモンド砥石による鏡面加工において、ダイヤモンド砥石表面のダイヤモンド砥粒が砥石表面から突き出ている量を管理することが重要である。この突き出し量が大きいとダイヤモンド砥粒は、多結晶ダイヤモンド基材のダイヤモンド表面をひっかくように研磨するので、アモルファス層が形成され難くなる。突き出し量は、２μｍ程度が適している。
【００２７】
レーザーアブレーションに用いるレーザーは、３６０ｎｍ以下の波長で、パルス幅が１μｓｅｃ以下であれば使用できる。このようなレーザーとしては、ＡｒＦやＦ₂エキシマレーザーなどがあるが、レーザー光密度が１Ｊ／ｃｍ²以上あることが望ましく、酸素を活性化できる波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーが最適である。レーザー周波数は１〜５０Ｈｚ程度が適している。
【００２８】
レーザーアブレーションの条件は、多結晶ダイヤモンド基材の温度は４００℃以上であればよいが、１０００℃以上になるとダイヤモンドが変質するので１０００℃以下が好ましい。また雰囲気は、酸素、オゾン，Ｎ_２Ｏ、ＮＯ_２などからなる酸化性ガスが望ましく、雰囲気圧力は、０．１〜１００Ｐａの範囲が適している。雰囲気圧力が、０．１Ｐａ未満の圧力の場合は、圧電体薄膜中の酸素量が不足するため、圧電体薄膜が形成できない。また、圧力が１００Ｐａを超えると酸素が過剰になる上、Ｌｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３蒸発物のエネルギーが雰囲気ガスとの衝突によって低下するので、Ｌｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３薄膜の配向性が悪くなる。多結晶ダイヤモンド基材とターゲットとの距離は、１０ｍｍ以上１０００ｍｍ以下が適している。
【００２９】
以上のようなレーザーアブレーション法で、ダイヤモンド基材上に配向性と組成比が良好なＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３薄膜を形成するためには、レーザーアブレーション時の多結晶ダイヤモンド基材の温度と、圧電体薄膜原料ターゲットの原子組成比Ｌｉ／Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘの組合せが重要であることを見出した。
【００３０】
すなわち本発明の上記目的を達成するためには、ダイヤモンド基材の温度とターゲットのＬｉ／Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ原子組成比の組合せは、図６中の点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅで囲まれた範囲内とする。さらに結晶性、配向性の良いＬｉＮｂＯ_３薄膜を得るには、図６中の点Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉで囲まれた範囲内が良い。また、４００℃未満であると、Ｌｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３薄膜が結晶化せずにアモルファスになりやすい。したがって、４００℃以上、１０００℃以下が好ましい。
【００３１】
また、原料のＬｉ／Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ比が０．９未満であると、Ｌｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３だけでなくＬｉＮｂ_３Ｏ_８などのＬｉ欠乏相の結晶化が進み、Ｌｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３薄膜がアモルファスになりやすい。Ｌｉ／Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ比が大きくなると、すなわちＬｉが多くなると、アモルファス層が形成されたり、Ｌｉ_３ＮｂＯ_４等のＬｉ過剰相が形成される。このため、原料ターゲットのＬｉ／Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ比は０．９以上、１．５以下が望ましい。Ｌｉ／Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ比が１．５を超える場合、多結晶ダイヤモンド基材の温度を高くするとＬｉ原子はより蒸発しやすくなり、多結晶ダイヤモンド基材上に形成される薄膜中のＬｉ量は０．８〜１．１の範囲に制御することが可能である。しかし、前記多結晶ダイヤモンド基材の温度との兼合いからＬｉ／Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ比は２．５が上限となる。したがって、多結晶ダイヤモンド基材の温度とＬｉ／Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ比は、図６に示すような範囲にすることが望ましい。
【００３２】
原料ターゲットは、Ｌｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ₃の焼結体を用いるのがよい。組成を調整するためにＬｉ₂ＣＯ₃やＬｉ_２Ｏを混合したものを原料とする焼結体を用いてもよい。混合物の組成比Ｌｉ／（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）は、０．９以上２．５以下の範囲が好ましい。
【００３３】
バイアス電圧を印加しながらレーザーアブレーションを行う場合の電極は、導電性があれば何でもよいが、取扱い上金属が好ましい。また、分極処理を均一に行うためには、電極の面積は、多結晶ダイヤモンド基材の面積と少なくとも同じ面積かそれよりも大きな面積であればよい。上限は特にないが、用いる装置の大きさによって自ずと上限は決まってくる。
【００３４】
以上のようなダイヤモンド基材、原料ターゲット、レーザー及び電極を用いて、ダイヤモンド基材と電極の間に電界をかけながらＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ₃薄膜を成膜することにより、圧電特性の優れたＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ₃薄膜を多結晶ダイヤモンド基材上に形成することができる。以上のような方法で、Ｌｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ₃薄膜を形成すると、単結晶のＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ₃の抗電界より小さな電界でＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ₃薄膜の分極処理を施すことができるので、圧電特性が優れたものとなる。これは、成膜中のＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ₃薄膜表面は準安定状態であり、結晶化する際に移動度の高いＬｉ原子が電界に従って移動するので、結晶化後の安定な状態よりも小さな電界でも充分分極処理を施すことができるからである。
【００３５】
電界は多結晶ダイヤモンド基材と電極との間に直流電源を設置して電極に電位をかけることにより発生させる。分極処理が可能な電界としては、ダイヤモンド基材と電極間で１０〜１０００Ｖ／ｃｍあればよい。１０Ｖ／ｃｍ未満であれば分極処理が施されない。また、１０００Ｖ／ｃｍを超えると、電極が放電するので、形成するＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ₃薄膜に不純物が混入しやすくなるとともに膜質の劣化にもつながる。ただし、減圧雰囲気下では、放電が起こりやすいので、放電の抑制や分極処理の効率化の為には、電界は１００〜３００Ｖ／ｃｍがより好ましい。
【００３６】
以上のようにしてダイヤモンド基材上に形成したＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ₃薄膜は、ｃ軸配向をしている。配向性の評価は、Ｘ線ロッキングパターン法によって評価した。その評価方法の詳細は、例えば特開平８−３２３９８号公報に開示されている。この方法で、測定されたロッキングカーブの標準偏差σが小さいほどＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ₃の配向性が良いことを示す。本発明のＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ₃薄膜のこのσ値は２°以下であった。
【００３７】
さらに、本発明で得られたＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３薄膜を形成したダイヤモンド基板を用いて、ＳＡＷフィルターを作成し、その特性を評価したところ、１００００ｍ／ｓ以上の速度を有する表面弾性波が存在しており、得られたＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３薄膜の圧電特性が特に優れたものであることが判明した。
【００３８】
【実施例】
【実施例１】
図１に装置の概要を示す。エキシマレーザー１のレーザー光をレンズ２およびウィンドウ３を介して原料ターゲット４に照射し、原料ターゲットを瞬間的に気化させ、ダイヤモンド基材５の上に、圧電体薄膜を形成する。原料ターゲットは、ＬｉＮｂＯ_３を原料とする焼結体（サイズ２０ｍｍφｘ５ｍｍ）を用いた。ターゲットのＬｉ／Ｎｂの組成比は１．０とした。
【００３９】
多結晶ダイヤモンド基材は、単結晶Ｓｉ上に熱フィラメント気相合成法で多結晶ダイヤモンドを（１１０）配向する条件で約２５μｍ形成した後、ダイヤモンド表面をダイヤモンド砥粒の突き出し量を２μｍ程度に管理したダイヤモンド砥石を用いて鏡面加工した。鏡面加工後のダイヤモンドの表面粗さは、Ｒｙで０．０８μｍであった。このダイヤモンド基材（Ａ）の最表面を透過型電子線回折法で観察したところ回折像が見られず、アモルファス層が形成されていることを確認した。また、同様に合成した多結晶ダイヤモンドをダイヤモンド砥粒の突き出し量を５μｍ以上にしたダイヤモンド砥石を用いて鏡面加工した多結晶ダイヤモンド基材（Ｂ）を用意した。このダイヤモンド基材（Ｂ）の表面を同様に透過型電子線回折法で観察したところ、回折像が見られ、アモルファス層が存在しないことを確認した。また、ダイヤモンド基材（Ｂ）の表面粗さは、Ｒｙで０．０８μｍであった。
【００４０】
波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーのレーザー光を焼結体ターゲットに照射し、酸素ガス雰囲気で上記２種類の基材にＬｉＮｂＯ₃薄膜を成膜させた。用いたレーザーの出力は７５０ｍＪであり、レーザー光のエネルギー密度は４Ｊ／ｃｍ^２で、周波数は５Ｈｚである。ダイヤモンド基材の温度は５００℃、ターゲットとダイヤモンド基材との距離は８０ｍｍ、反応圧力は１３Ｐａ、反応時間は３０分とした。
【００４１】
得られたＬｉＮｂＯ_３薄膜のＸ線回折パターンとロッキングカーブを図２〜５に示す。図２と図３がダイヤモンド基材（Ａ）を用いたものであり、図４と図５がダイヤモンド基材（Ｂ）を用いたものである。図２と図３より、得られたＬｉＮｂＯ_３薄膜はｃ軸配向しており、γ_ｃは１００％と極めて良好であった。また、そのσ値は１．１３°と配向性の良いことが判った。図４と図５より、アモルファス層のないダイヤモンド基材（Ｂ）を用いた場合は、ＬｉＮｂＯ_３薄膜には（０１２）面や（１０４）面が見られるもののｃ軸配向しており、γ_ｃは６９％であった。また、そのσ値は１．７４°と配向性は従来の方法で得られたＬｉＮｂＯ_３薄膜よりは良いが、アモルファス層が形成されたダイヤモンド基材を用いた場合よりは劣っていた。なお、形成されたＬｉＮｂＯ_３薄膜のＬｉ／Ｎｂ比はダイヤモンド基材（Ａ）のものは、０．９０であり、ダイヤモンド基材（Ｂ）のものは、０．８９であった。
【００４２】
【実施例２】
実施例１と同様の装置を用いた。原料ターゲットはＬｉＮｂＯ_３とＬｉ_２ＣＯ_３を混合したものを原料とする焼結体（サイズ２０ｍｍφｘ５ｍｍ）を用いた。ターゲットのＬｉ／Ｎｂの組成比は、１．０とした。
【００４３】
多結晶ダイヤモンド基材は、単結晶Ｓｉ上に熱フィラメント気相合成法で多結晶ダイヤモンドを配向条件を変えて２５μｍの厚さまで形成した後、ダイヤモンド表面を鏡面加工した。鏡面加工後のダイヤモンドの表面粗さと配向性を示すγ_{（１１０）}の値を表１に示す。なお、ダイヤモンド基材の最表面は、実施例１と同様に透過型電子線回折法で観察し、アモルファス層が形成されていることを確認した。
【００４４】
以上のような原料ターゲット及び多結晶ダイヤモンド基材を用いて、実施例１と同様のレーザーを用いて、酸素ガス雰囲気で多結晶ダイヤモンド基材上にＬｉＮｂＯ_３薄膜を成膜させた。レーザーアブレーションの条件は、実施例１と同じ条件とした。形成されたＬｉＮｂＯ_３薄膜のＸ線回折パターン法で測定したσ値と薄膜のＬｉ／Ｎｂ比を表１に示す。
【００４５】
【表１】

＊印は比較例
【００４６】
表１から判るように、ダイヤモンド基材の（１１０）配向性を示すγ_{（１１０）}の値が大きいほど、形成されたＬｉＮｂＯ_３薄膜のσ値は小さくなっており、ｃ軸配向性が優れたものになった。
【００４７】
【実施例３】
実施例１と同様の装置を用いた。原料ターゲットはＬｉＮｂＯ_３とＬｉ_２ＣＯ_３を混合したものを原料とする焼結体（サイズ２０ｍｍφｘ５ｍｍ）を用いた。ターゲットのＬｉ／Ｎｂの組成比は、表２に示す組成になるように調整した。
【００４８】
多結晶ダイヤモンド基材は、単結晶Ｓｉ上に熱フィラメント気相合成法で多結晶ダイヤモンドを表２に示す配向条件で、表２に示す厚さまで形成した後、ダイヤモンド表面を鏡面加工した。鏡面加工後のダイヤモンドの表面粗さを表２に示す。なお、ダイヤモンド基材の最表面は、実施例１と同様に透過型電子線回折法で観察し、アモルファス層が形成されていることを確認した。以上のような原料ターゲット及び多結晶ダイヤモンド基材を用いて、実施例１と同様のレーザーを用いて、酸素ガス雰囲気で多結晶ダイヤモンド基材上にＬｉＮｂＯ_３薄膜を成膜させた。表２にレーザーアブレーションの条件と形成されたＬｉＮｂＯ_３薄膜のＸ線回折パターン法で測定したσ値並びに形成された膜のＬｉ／Ｎｂ比を示す。
【００４９】
【表２】

【００５０】
Ｎｏ４とＮｏ５については、Ｘ線回折法で測定した結果、ｃ軸配向していることが明らかとなった。Ｎｏ６については、得られた薄膜の表面に微小な粒子が多数見られ、Ｘ線回折で測定した結果、結晶化していないアモルファス状であることが明らかとなった。Ｎｏ７の薄膜は、外観はＮｏ４の薄膜とよく似ていたが、Ｘ線回折で測定した結果、（０１２）と（１０４）配向のピークが強くｃ軸配向していなかった。Ｎｏ８の薄膜は、ｃ軸配向はしていたが、σ値は２．１°とＬｉＮｂＯ_３の配向性が、（１１０）配向した多結晶ダイヤモンド基材を用いたＮｏ４の薄膜より良くなかった。
【００５１】
【実施例４】
実施例１と同様の装置を用いた。原料ターゲットはＬｉＴａＯ₃を原料とする焼結体（サイズ２０ｍｍφｘ５ｍｍ）を用いた。なお、Ｎｏ１０のターゲットのＬｉ／Ｔａの組成比は、ＬｉＴａＯ_３とＬｉ_２ＣＯ_３を混合して表３に示す組成になるように調整した。
【００５２】
多結晶ダイヤモンド基材は、単結晶Ｓｉ上に熱フィラメント気相合成法で多結晶ダイヤモンドを表３に示す配向条件で、表３に示す厚さまで形成した後、ダイヤモンド表面を鏡面加工した。鏡面加工後のダイヤモンドの表面粗さを表３に示す。なお、ダイヤモンド基材の最表面は、実施例１と同様に透過型電子線回折法で観察し、アモルファス層が形成されていることを確認した。以上のような原料ターゲット及び多結晶ダイヤモンド基材を用いて、実施例１と同様のレーザーを用いて、酸素ガス雰囲気で多結晶ダイヤモンド基材上にＬｉＴａＯ_３薄膜を成膜させた。表３にレーザーアブレーションの条件と形成されたＬｉＴａＯ_３薄膜のＸ線回折パターン法で測定したσ値を示す。
【００５３】
【表３】

【００５４】
Ｎｏ９で得られたＬｉＴａＯ_３薄膜のＸ線回折測定を行ったところ、ダイヤモンドに由来するピークの他に、３９．２８°にピークが見られた。これは、ＬｉＴａＯ_３の面指数（００６）に対応しており、形成されたＬｉＴａＯ_３薄膜はｃ軸配向していることが明らかとなった。そのσ値は１．１３であり、配向性が良いことが判った。Ｎｏ１０とＮｏ１１、Ｎｏ１２もｃ軸配向していることが明らかとなったが、Ｎｏ１２は（１００）配向した多結晶ダイヤモンド基材を用いたため、そのσ値は、２．１°と（１１０）配向した多結晶ダイヤモンド基材を用いたＮｏ９よりは良くなかった。Ｎｏ１３の薄膜は、表面に微小な粒子が多数見られ、Ｘ線回折で測定するとアモルファス状であることが判った。Ｎｏ１４の薄膜は、Ｎｏ９とよく似た外観であったが、Ｘ線回折測定の結果、ダイヤモンドに由来するピークの他に、２３．７６°、３２．８８°、３９．３０°にピークが見られた。これは、ＬｉＴａＯ_３薄膜の面指数（０１２）、（１０４）、（００６）に対応しており、ｃ軸配向していないことが明らかになった。
【００５５】
【実施例５】
実施例１と同様の装置を用いた。原料ターゲットは、表４に示す原料１と原料２とを、表４に示すターゲット組成比となるように調整し、混合したものを原料とする焼結体（サイズ２０ｍｍφｘ５ｍｍ）を用いた。多結晶ダイヤモンド基材は、単結晶Ｓｉ上に熱フィラメント気相合成法で多結晶ダイヤモンドを（１１０）配向する条件で約２５μｍ形成した後、ダイヤモンド表面を鏡面加工した。鏡面加工後のダイヤモンドの表面粗さは、Ｒｙ０．０８μｍであった。なお、ダイヤモンド基材の最表面は、実施例１と同様に透過型電子線回折法で観察し、アモルファス層が形成されていることを確認した。
【００５６】
以上のような原料ターゲット及び多結晶ダイヤモンド基材を用いて、実施例１と同様のレーザーを用い、酸素ガス雰囲気で多結晶ダイヤモンド基材上にＬｉＮｂＯ_３薄膜を成膜させた。基材温度と反応時間以外のレーザーアブレーションの条件は実施例１と同じである。表４にダイヤモンド基材の温度条件と形成されたＬｉＮｂＯ_３薄膜の発光分光分析によって得られた薄膜の組成を示す。なお、反応時間は１０分である。
【００５７】
【表４】

＊印は比較例
【００５８】
Ｎｏ１５で得られた薄膜のＸ線回折パターンを図７に示す。この図より、得られたＬｉＮｂＯ₃薄膜は、ＬｉＮｂＯ_３単相であり、ｃ軸配向していることが判る。さらに、発光分光分析によって、得られた薄膜の組成を調べたところ、Ｌｉ／Ｎｂ比は１．０１であり、化学量論組成に近いものであった。Ｎｏ１６の薄膜をＸ線回折分析したところ、ＬｉＮｂＯ_３単相であった。さらに、発光分光分析によって、得られた薄膜の組成を調べたところ、Ｌｉ／Ｎｂ比は１．０２であった。Ｎｏ１７で得られた薄膜のＸ線回折パターンを図８に示す。この図より、得られたＬｉＮｂＯ₃薄膜は、ＬｉＮｂＯ_３単相であるが、（１０４）のピークがみられ、ｃ軸配向性が良くないことが判る。さらに、発光分光分析によって、得られた薄膜の組成を調べたところ、Ｌｉ／Ｎｂ比は１．０９であった。Ｎｏ１８で得られた薄膜をＸ線回折で測定した結果、結晶化していないアモルファス状であった。また、発光分光分析を行った結果、Ｌｉ／Ｎｂ比は、１．６６と化学量論組成から大きくずれていることが判った。以上のように多結晶ダイヤモンド基材とターゲットのＬｉ／Ｎｂ比を図６に示す範囲内にすれば、形成されたＬｉＮｂＯ_３薄膜のＬｉ／Ｎｂ比が、０．８０以上、１．１０以下であり、配向性の優れた薄膜とすることができることが判った。
【００５９】
【実施例６】
図９に本発明のバイアス電圧を印加する場合の実施形態の一つの概要を示す。原料ターゲット４とダイヤモンド基材５の間に電極７をダイヤモンド基材と平行に配置した。原料ターゲットはＬｉＮｂＯ₃粉末を原料とする焼結体（サイズ２０ｍｍφｘ５ｍｍ）を用いた。ターゲットのＬｉ／Ｎｂの組成比は、１．０である。電極は、直径０．１５ｍｍのタングステンワイヤーをステンレス製の枠に固定して、２ｍｍ間隔で縦横に張ったものを用いた。ダイヤモンド基材は単結晶Ｓｉ上に熱フィラメント気相合成法で多結晶ダイヤモンドを（１１０）配向する条件で約２５μｍ形成した後、ダイヤモンド表面を鏡面加工した。鏡面加工後のダイヤモンドの表面粗さは、Ｒｙ０．０８μｍであった。なお、ダイヤモンド基材の最表面は、実施例１と同様に透過型電子線回折法で観察し、アモルファス層が形成されていることを確認した。ダイヤモンド基板と電極は原料ターゲットと平行に配置した。波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー１のレーザー光をレンズ２及びウィンドウ３を介して焼結体ターゲットに照射し、酸素ガス雰囲気で基板にＬｉＮｂＯ₃薄膜を成膜させた。
【００６０】
電極電位は１４０Ｖとし、ダイヤモンド基材電位は０Ｖ（接地）とした。電極と基材との距離は６ｍｍ、電極と基材間の電界は２３３Ｖ／ｃｍである。基材温度を５３０℃とし、反応時間を６分とした。それ以外の条件は、実施例１と同様である。
【００６１】
以上の条件で、ダイヤモンド基板上に、ＬｉＮｂＯ₃薄膜の合成を行った。得られたＬｉＮｂＯ₃薄膜のσ値は、１．２７であり、Ｌｉ／Ｎｂ比は０．８４であった。形成されたＬｉＮｂＯ₃薄膜の上にフォトリソグラフィープロセスによって、図１２に示すような３．２μｍ周期の櫛形電極（Ｉｎｔｅｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：以後ＩＤＴと略記する）を形成した。このＩＤＴを用いて、ＳＡＷフィルター特性を評価したところ、図１１のような周波数特性が得られ、１２４００ｍ／ｓの速度を有する表面弾性波が存在することが判った。このことは、得られたＬｉＮｂＯ₃薄膜の圧電特性が優れたものであることを示している。
【００６２】
比較のために実施例５と同様の条件で、電極と基材に電界をかけないでＬｉＮｂＯ₃薄膜を形成した。形成したＬｉＮｂＯ₃薄膜に実施例５と同様にＩＤＴを形成し、ＳＡＷフィルター特性を評価したところ、ＳＡＷフィルター特性が得られず、圧電特性の悪いＬｉＮｂＯ₃薄膜が形成されたことが判った。
【００６３】
【実施例７】
実施例６と同じ装置、原料ターゲット、電極、ダイヤモンド基材を用いた。成膜条件は、電極と基材の電位を除いて、実施例１と同じにした。電極電位は０Ｖ（接地）とし、ダイヤモンド基材の電位を−１４０Ｖとすることにより、電極と基材間に２３３Ｖ／ｃｍの電界をかけた。このようにして形成したＬｉＮｂＯ_３薄膜に実施例６と同様にＩＤＴを形成し、ＳＡＷフィルター特性を評価したところ、実施例６と同様の結果が得られ、圧電特性の優れたＬｉＮｂＯ₃薄膜が形成されたことが判った。
【００６４】
【実施例８】
実施例６と同じ装置、電極、ダイヤモンド基材及び成膜条件を用いた。原料ターゲットは、Ｌｉ（Ｎｂ_０．５Ｔａ_０．５）Ｏ_３粉末を焼結した焼結体を用いた。このようにして形成したＬｉ（Ｎｂ_０．５Ｔａ_０．５）Ｏ_３薄膜に実施例６と同様にＩＤＴを形成し、ＳＡＷフィルター特性を評価したところ、実施例６と同様の結果が得られ、圧電特性の優れたＬｉ（Ｎｂ_０．５Ｔａ_０．５）Ｏ_３薄膜が形成されたことが判った。
【００６５】
【実施例９】
図１０に示す装置を用いた。原料ターゲット１３と垂直になるようにダイヤモンド基板５と電極１０を配置した。このように配置すると、レーザーアブレーションによって放出されたターゲットの粒子が電極を通過しないので、形成される薄膜に電極成分などの不純物の混入が少なくできる。原料ターゲットはＬｉＮｂＯ₃粉末を原料とする焼結体（サイズ２０ｍｍφｘ５ｍｍ）を用いた。ターゲットのＬｉ／Ｎｂの組成比は、１．０である。電極は、厚さ１ｍｍのステンレスの板を用いた。ダイヤモンド基材は単結晶Ｓｉ上に熱フィラメント気相合成法で多結晶ダイヤモンドを（１１０）配向する条件で約２５μｍ形成した後、ダイヤモンド表面を鏡面加工した。鏡面加工後のダイヤモンドの表面粗さは、Ｒｙ０．０８μｍであった。なお、ダイヤモンド基材の最表面は、実施例１と同様に透過型電子線回折法で観察し、アモルファス層が形成されていることを確認した。波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー１のレーザー光をレンズ２及びウィンドウ３を介して焼結体ターゲットに照射し、酸素ガス雰囲気でダイヤモンド基材にＬｉＮｂＯ₃薄膜を成膜させた。
【００６６】
電極電位は１４０Ｖとし、ダイヤモンド基材電位は０Ｖ（接地）とした。電極と基材との距離は６ｍｍ、電極と基材間の電界は２３３Ｖ／ｃｍである。基材温度を５３０℃とし、反応時間を８分とした。それ以外の条件は、実施例１と同様である。なお、この場合ターゲットとダイヤモンド基材との距離は、ターゲット表面とダイヤモンド基材の中心との距離を示す。
【００６７】
このようにして形成したＬｉＮｂＯ_３薄膜に実施例６と同様にＩＤＴを形成し、ＳＡＷフィルター特性を評価したところ、実施例６と同様の結果が得られ、圧電特性の優れたＬｉＮｂＯ_３薄膜が形成されたことが判った。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、気相合成多結晶ダイヤモンド自体の配向性を（１１０）に特定し、ダイヤモンド表面を鏡面加工すれば、レーザーアブレーション法を用いて、ダイヤモンドの上にｃ軸配向性の良好なＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ₃薄膜を形成することができる。形成されたＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ₃薄膜は、従来にない良好なｃ軸配向性を示す。また、気相合成多結晶ダイヤモンドの表面がアモルファス層で覆われていると、形成されたＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ₃薄膜はさらに優れた圧電特性を発現する。
【００６９】
さらに、電界をかけながらＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３薄膜をダイヤモンド基板上に形成すれば、より優れた圧電特性のＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３薄膜（０≦ｘ≦１）を得ることができる。（１１０）配向し、表面がアモルファス層で覆われた気相合成多結晶ダイヤモンド基材上に電界をかけながらレーザーアブレーション法で形成したＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３薄膜の圧電特性が最も良好である。このようなダイヤモンド基板上に圧電特性の優れたＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３薄膜（０≦ｘ≦１）を形成した複合基板を用いれば、高い伝播速度を有する表面弾性波素子を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザーアブレーション装置の一つの実施形態の概要を示す。
【図２】実施例１で形成されたＬｉＮｂＯ₃薄膜のＸ線回折パターンを示す。
【図３】実施例１で形成されたＬｉＮｂＯ₃薄膜のロッキングカーブを示す。
【図４】実施例１で形成されたＬｉＮｂＯ₃薄膜のＸ線回折パターンを示す。
【図５】実施例１で形成されたＬｉＮｂＯ₃薄膜のロッキングカーブを示す。
【図６】本発明におけるダイヤモンド基材の温度とターゲットのＬｉ／Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ比の組合せの範囲を示す。
【図７】実施例５で形成されたＬｉＮｂＯ₃薄膜のＸ線回折パターンを示す。
【図８】実施例５で形成されたＬｉＮｂＯ₃薄膜のＸ線回折パターンを示す。
【図９】本発明のレーザーアブレーション装置の別な形態の概要を示す。
【図１０】本発明のレーザーアブレーション装置の別な形態の概要を示す。
【図１１】実施例６で得られたＳＡＷフィルター特性を示す。
【図１２】本発明で評価に使用する櫛形電極を示す。
【符号の説明】
１：ＫｒＦエキシマレーザー
２：レンズ
３：ウィンドウ
４：ターゲット
５：ダイヤモンド基材
６：ガス導入口
７、１０：電極
８：直流電源
９：グランド
２１：櫛形電極（ＩＤＴ）
２２：圧電体薄膜
２３：ダイヤモンド

Claims (14)

1. （１１０）配向した気相合成多結晶ダイヤモンド基材に圧電体薄膜であるｃ軸配向したＬｉ（Ｎｂ_ｘＴａ_１−ｘ）Ｏ_３（ただし０≦ｘ≦１）薄膜をレーザーアブレーション法で形成したダイヤモンド基板。
2. 前記気相合成多結晶ダイヤモンド基材の（２２０）面のＸ線回折強度Ｉ_{（２２０）}が、ダイヤモンドの全ての面方位のＸ線回折強度の和の１５％以上であることを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンド基板。
3. 前記Ｘ線回折強度Ｉ_{（２２０）}が、前記全Ｘ線回折強度の和の４０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンド基板。
4. （１１０）配向した気相合成多結晶ダイヤモンド基材を準備する工程と、レーザーアブレーション法を用いて、前記多結晶ダイヤモンド基材上にｃ軸配向した圧電体薄膜Ｌｉ（Ｎｂ _ｘ Ｔａ _１−ｘ ）Ｏ _３ （ただし０≦ｘ≦１）を形成する工程とを含む圧電体薄膜を形成したダイヤモンド基板の製造方法。
5. レーザーの波長が３６０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載のダイヤモンド基板の製造方法。
6. レーザーがＫｒＦエキシマレーザーであることを特徴とする請求項４に記載のダイヤモンド基板の製造方法。
7. 前記レーザーアブレーション法において、雰囲気圧力が０．１〜１００Ｐａであることを特徴とする請求項４に記載のダイヤモンド基板の製造方法。
8. 圧電体薄膜の原料ターゲットと気相合成多結晶ダイヤモンド基材との距離が１０〜１０００ｍｍであることを特徴とする請求項４に記載のダイヤモンド基板の製造方法。
9. 気相合成多結晶ダイヤモンド基材の温度と原料ターゲットのＬｉとＮｂ _ｘ Ｔａ _１−ｘ の原子組成比Ｌｉ／Ｎｂ _ｘ Ｔａ _１−ｘ とが、図６中の点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅで囲まれる範囲であることを特徴とする請求項４に記載のダイヤモンド基板の製造方法。
10. 気相合成多結晶ダイヤモンド基材の温度と原料ターゲットのＬｉとＮｂ _ｘ Ｔａ _１−ｘ の原子組成比Ｌｉ／Ｎｂ _ｘ Ｔａ _１−ｘ とが、図６中の点Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉで囲まれる範囲であることを特徴とする請求項９に記載のダイヤモンド基板の製造方法。
11. 多結晶ダイヤモンド基材の周辺に一方の電極を設置し、多結晶ダイヤモンド基材を他方の電極として、該電極と多結晶ダイヤモンド基材との間にバイアス電圧を印加しながら圧電体薄膜を成膜することを特徴とする請求項４に記載のダイヤモンド基板の製造方法。
12. 前記一方の電極が前記多結晶ダイヤモンド基材の圧電体薄膜を成膜する面と平行に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載のダイヤモンド基板の製造方法。
13. 前記一方の電極と前記多結晶ダイヤモンド基材とが、レーザーアブレーションによって放出される粒子の飛行方向と平行になるように配置することを特徴とする請求項１１に記載のダイヤモンド基板の製造方法。
14. 前記一方の電極が、金属の線材を網状に若しくはすだれ状に張ったものあるいは金属板 であることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載のダイヤモンド基板の製造方法。

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