圧電素子による光学素子とその作成方法
【課題】酸化亜鉛（ＺｎＯ）により、片持ち梁構造圧電素子を作成し、作成した片持ち梁構造圧電素子により、光の分波器を構成する
【解決手段】 Ｇｅ層１２０を犠牲層として、過酸化水素水をエッチング液として用いて片持ち梁構造とする（ａ，ｂ）。ｎ型ＺｎＯ層（低抵抗層）１４０−ＺｎＯ層（圧電導膜）１５０−ｎ型ＺｎＯ層（低抵抗層）１６０を圧電素子として形成する（ｃ，ｄ）。形成した圧電素子部分を印加電圧により変形し、犠牲層が除去された部分の多重反射による干渉により波長選択性を持たせて、反射光を出力とする光分波器を作製する（ｅ）。
【解決手段】 Ｇｅ層１２０を犠牲層として、過酸化水素水をエッチング液として用いて片持ち梁構造とする（ａ，ｂ）。ｎ型ＺｎＯ層（低抵抗層）１４０−ＺｎＯ層（圧電導膜）１５０−ｎ型ＺｎＯ層（低抵抗層）１６０を圧電素子として形成する（ｃ，ｄ）。形成した圧電素子部分を印加電圧により変形し、犠牲層が除去された部分の多重反射による干渉により波長選択性を持たせて、反射光を出力とする光分波器を作製する（ｅ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、片持ち梁構造酸化亜鉛圧電素子による光学素子とその作成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デバイスとして、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）またはＭＳＴ（Microsystem technology）を利用したものが、多くの研究者から注目されている。ＭＥＭＳやＭＳＴといった非常に小さな電気機械システムを構成するにあたり、それを機械的に動かすための駆動素子が必要となる。
さて、この駆動素子の構成として片持ち梁構造の圧電素子とすることが提案されている。これに用いる圧電材料はＰＺＴが主に用いられているが、この材料は鉛を含むことから環境汚染の原因となっていた。この材料に代わる圧電材料として酸化亜鉛が提案されている。この駆動素子を安価かつ安全な材料である酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いて作成することは利点が多い。
最近、海外の研究機関からＺｎＯ圧電素子の応用に関する研究報告がなされている［非特許文献１，２参照］。このように、駆動にピエゾ効果を利用し、Ｓｉ基板上に成長したＺｎＯ薄膜によるフリースタンディング（片持ち梁）構造を有するものは知られている。
しかしながら、国内で成功した事例はない。酸化亜鉛はデバイス作成に用いるエッチング剤で全て溶融してしまうことから、デバイス作成に必須な技術である選択エッチングが難しかった。
【非特許文献１】B.Rogers, L.Manning, T.Sulchek, D.J.Adams, Ultramicroscopy 100(2004)267.
【非特許文献２】Don L. DeVoe, Albert P. Pisano, Modeling and Optimal Design of Piezoelectric Cantilever Microactuators, J. of Microelectoromechanical Systems Vol.6, No.3 1997 p266-270
【特許文献１】再公表特許公報ＷＯ０２／０１７３６８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）により、片持ち梁構造圧電素子を作成し、作成した片持ち梁構造圧電素子により、光の分波器及び光スイッチを構成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために、本発明は、シリコン（Ｓｉ）基板上に、ゲルマニウム（Ｇｅ）層を形成し、該Ｇｅ層上に酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を形成し、該ＳｉＯ２膜上に酸化亜鉛（ＺｎＯ）の圧電素子層を形成した後、過酸化水素水により前記Ｇｅ層をエッチングして、前記Ｇｅ層を一部残して、片持ち梁構造とし、前記圧電素子層に電極を形成して、光学素子を形成することを特徴とする片持ち梁構造酸化亜鉛圧電素子による光学素子形成方法である。
【０００５】
上述の光学素子形成方法で形成される光学素子も本発明であり、該光学素子は、ＺｎＯの前記圧電素子層が前記電極に印加された電圧により駆動され、Ｇｅ層が除去された部分で、入射光に対する干渉を受けた後に反射して出る反射光を出力としてもよい。
Ｓｉ基板の一部に形成したｐｎ接合による光検出素子で、分波器で反射しない光を検出する構成としてもよい。
該光学素子は、ＺｎＯの前記圧電素子層が前記電極に印加された電圧により駆動されて、入射光に対する光路が変化することにより、出力光の伝導路が切り替わる光スイッチとしてもよい。このとき、前記伝導路の一部が前記基板上に形成されていることが望ましい。
【０００６】
また、上述の光学素子形成方法において、前記基板を可視光領域で透明な基板とし、前記基板上に半透明金属膜を形成後、ゲルマニウム（Ｇｅ）層を形成する。その後、前記半透明金属膜と同様の半透明金属膜を形成し、該半透明金属膜上に前記酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を形成して、光学素子を形成する。この光学素子は、圧電素子層に対する入射光が、Ｇｅ層が除去された部分での干渉を受けた後に、基板を透過して出る透過光を出力とする分波器とすることもできる。
【発明の効果】
【０００７】
上述のような構造のＺｎＯによる片持ち梁構造の圧電素子は、透明性が高いＺｎＯの特性を生かして構成されており、周波数多重された光から特定の周波数を取り出す分波器や光の伝導路を切りかえる光スイッチとして、応答速度も高く、１本のファイバに波長の異なる複数の光信号を多重することにより、伝送容量を拡大することができる高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）による光通信に最適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、上述のように、酸化亜鉛（ＺｎＯ）はデバイス作成に用いるエッチング剤で全て溶融してしまうので、ゲルマニウム（Ｇｅ）を犠牲層として用い、このＧｅの犠牲層を過酸化水素水のエッチング剤でエッチングして、片持ち梁構造の圧電素子を作製している。
また、Ｇｅの犠牲層とＺｎＯ層との間にＳｉＯ２等の酸化膜を挿入して、エッチングする際にＺｎＯ層を保護することも本発明の圧電素子作成の特徴である。
このような構造のＺｎＯによる片持ち梁構造の圧電素子は、透明性が高いＺｎＯの特性を生かして、周波数多重された光から特定の周波数を取り出す分波器や光の伝導路を切りかえる光スイッチとして用いることができる。これらの分波器や光スイッチは応答速度も高く、１本のファイバに波長の異なる複数の光信号を多重することにより、伝送容量を拡大することができる高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）による光通信に最適である。
以下に、本発明の実施形態を、図面を用いて詳しく説明する。
【０００９】
＜ＺｎＯの薄膜堆積過程＞
図１は、エッチングを行う対象であるＧｅ層の犠牲層を有するＺｎＯの薄膜堆積過程を説明するための模式図である。
（１）シリコン（Ｓｉ）基板１１０をスパッタリング工程の前に洗浄する（図１（ａ）参照）。ここでは、ふっ酸で洗浄後、アセトン、エタノールの順で洗浄後、純水で洗浄後乾燥した。
【００１０】
（２）犠牲層であるＧｅ薄膜１２０を、Ｓｉ基板１１０上にＲＦスパッタリング装置を用いて堆積する（図１（ｂ）参照）。
Ｇｅを堆積する条件例；
ＲＦ電力：５０−２００Ｗ，基板温度：常温，堆積圧力：１−５０Ｐａ，
Ａｒガスの流量：５−３０ｓｃｃｍ，膜厚：０．１−０．６μｍ
【００１１】
（３）ＳｉＯ２薄膜１３０を、Ｇｅ薄膜１２０上にＲＦスパッタリング装置を用いて堆積する（図１（ｃ）参照）。
ＳｉＯ２薄膜の堆積条件例；
ＲＦ電力：５０−２００Ｗ，基板温度：常温、堆積圧力：１−５０Ｐａ
Ａｒガスの流量：５−３０ｓｃｃｍ，膜厚：０．１−０．５μｍ
【００１２】
（４）Ｇａを不純物として１０％添加したＺｎＯターゲットを用い、ｎ型ＺｎＯ薄膜１４０を、ＲＦスパッタリング装置を用いて堆積する（図１（ｄ）参照）。なお、以下の圧電素子を形成する酸化亜鉛（ＺｎＯ）の層の形成については、例えば再公表特許公報ＷＯ０２／０１７３６８号等を参照されたい。
ｎ型ＺｎＯの堆積条件例；
ＲＦ電力：５０−２００Ｗ，基板温度：常温、堆積圧力：１−５０Ｐａ
Ａｒガス：流量５−３０ｓｃｃｍ，膜厚：０．０５−０．１μｍ，
抵抗率：１ｘ１０−２Ω・ｃｍ以下
【００１３】
（５）不純物無しのＺｎＯターゲットを用いて、基板に対してｃ軸に配向したＺｎＯ薄膜１５０を、ＲＦスパッタリング装置を用いて堆積する（図１（ｅ）参照）。
ＺｎＯの堆積条件例；
ＲＦ電力：５０−２００Ｗ，基板温度：常温，堆積圧力：１−５０Ｐａ
Ａｒガス：流量５−３０ｓｃｃｍ，膜厚：０．２−１．０μｍ
抵抗率：１ｘ１０２Ω・ｃｍ以上
【００１４】
（６）Ｇａを不純物として１０％添加したＺｎＯターゲットを用いて、ｎ型ＺｎＯ薄膜１６０を、ＲＦスパッタリング装置を用いて堆積する（図１（ｆ）参照）。
ｎ型ＺｎＯの堆積条件例；
ＲＦ電力：５０−２００Ｗ，基板温度：常温，堆積圧力：１−５０Ｐａ
Ａｒガス：流量５−３０ｓｃｃｍ，膜厚：０．０５−０．１μｍ
抵抗率：１ｘ１０−２Ω・ｃｍ以下
【００１５】
上述の（１）〜（６）の過程を経ると、基板上にゲルマニウム（Ｇｅ）膜を形成し、その上に酸化膜を介してＺｎＯの薄膜を堆積した多層膜ができる。これを加工して、片持ち梁構造圧電素子を作成することができる。以下に、図面図２〜図４を用いて、透明性が高いＺｎＯの特性を生かした、片持ち梁構造圧電素子による分波器，光スイッチの作製過程を説明する。
【００１６】
＜光分波器の作製＞
上述の過程で作製したＺｎＯの薄膜を堆積した多層膜を加工して、Ｇｅ層１２０を犠牲層として、過酸化水素水をエッチング液として用いて片持ち梁構造とする。ｎ型ＺｎＯ層（低抵抗層）１４０−ＺｎＯ層（圧電導膜）１５０−ｎ型ＺｎＯ層（低抵抗層）１６０を圧電素子として形成する。形成した圧電素子部分を印加電圧により変形し、ファブリペロー干渉計と同じ原理に基づいて、犠牲層が除去された部分の多重反射による干渉により波長選択性を持たせて、光分波器２００，２１０を作製する。この過程を図２の模式図により説明する。
【００１７】
（１）上述で説明した薄膜作成工程終了後の基板を準備する。（図２（ａ）参照）
（２）犠牲層であるＧｅ薄膜１２０をエッチングにより、所定部分除去して、片持ち梁構造を形成する（図２（ｂ）参照）。
ここで用いたエッチング法は、６０−７０℃に加熱した過酸化水素水３０％溶液に基板を垂直に立てエッチング部分の高さまで浸して、Ｇｅ薄膜の一部を除去した。
【００１８】
（３）圧電素子を形成するために、レジスト１７０を塗布後、フォトリソグラフィ工程によりレジスト１７０を除去する（図２（ｃ）参照）。
（４）ドライエッチング法により、エッチング時間を制御して下部ｎ型ＺｎＯ薄膜１４０の直前でエッチングを停止させる（図２（ｄ）参照）。
【００１９】
（５）Ａｌ電極１８１，１８２を形成し、ｎ型ＺｎＯ層（低抵抗層）１４０−ＺｎＯ層（圧電導膜）１５１−ｎ型ＺｎＯ層（低抵抗層）１６１の部分で圧電素子を構成する（図２（ｅ）参照）。
図２（ｅ）に示したように、Ａｌ電極１８１，１８２に電界を印加することにより、ＺｎＯ薄膜の圧電素子部分は、片持ち部分を軸として変形する。変形量により、ファブリペロー干渉計と同じ原理で波長選択性を持つことから、反射光を光センサに導光すれば、波長選択した検出が可能となり、反射光を利用する分波器２００が構成される。
【００２０】
＜反射型分波器の条件＞
上述の図２（ｅ）に示した反射型分波器として使用するための条件について、以下に詳細に説明する。
界面における全反射の条件について、図３を用いて説明する。図３（ａ）は、屈折率ｎ１，ｎ２の物質間の界面を示している。図３（ｂ）は空気（屈折率１）と屈折率ｎの物質との界面を示している。全反射の臨界角φは、図３（ａ）に関しては、ｓｉｎφ＝ｎ１／ｎ２であり、図３（ｂ）に関してｓｉｎφ＝１／ｎである。したがって、全反射の条件は、入射角θ＞臨界角φであり、図３（ａ）に関してはｎ２ｓｉｎθ＞ｎ１であり、図３（ｂ）に関しては、ｎｓｉｎθ＞１である。
【００２１】
図２（ｅ）に示した層構成における全反射条件が発生する部分は、上述で説明したように、入射光が高屈折率から低屈折率に至る界面であることから、ｎ型ＺｎＯ層１４０とＳｉＯ２層１３０の界面、ＳｉＯ２層１３０と空気層との界面となる。なお、構成している物質の屈折率は表１に示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
ｎ型ＺｎＯとＳｉＯ２の界面での全反射条件は、全反射の臨界角φとすると、ｓｉｎφ＝０．７４なので、φ＝４７．５°となる。光はこの部分で反射してはいけないので、入射角θはおおよそ４８°以上である必要がある。次に、ＳｉＯ２層と空気層の界面での全反射条件は、全反射の臨界角φとすると、ｓｉｎφ＝０．７１なので、この場合、全反射条件はφ＝４５．２３°となる。ＳｉＯ２層を透過してきた光は、この部分で全反射せず、また、少なくとも２０−６０％程度透過するように入射角を選択する必要がある。
なお、ＳｉＯ２層の代わりにＳｉ３Ｎ４層に変えればｎ型ＺｎＯとＳｉ３Ｎ４の間で屈折率の違いがほとんど無いことから、この部分での反射は極めて小さくなる。
入射光のＳｉ基板表面における反射に関して、光源として１０００ｎｍ以下の波長の光を用いれば、ＳｉＯ２層を透過してきた光の多くは金属光沢を有するＳｉ基板表面で効率的に反射する。反射効率をさらに上げるため、あるいはさらに長波長の光源を用いる場合には、Ｓｉ表面をＡｌ等の反射率の極めて高い金属でコーティングしておけば９０％以上の高い反射率が期待できる。
【００２４】
ファブリーペロー干渉計と同様の干渉を利用するには、ＳｉＯ２層と空気層の界面での反射光とＳｉ基板表面からの反射光との干渉を利用すればよい。
干渉については、図４を用いて説明する。図４（ａ）は透過光による干渉であり、図４（ｂ）は反射光による干渉である。図４に示されるｄは、図２（ｅ）におけるＧｅ犠牲層１２１の膜厚に対応している。そのため、図２（ｅ）の反射型分波器の、反射光同士の干渉が加算されて明るくなるのは、屈折率が空気の場合１とすると
２ｄ＝（２ｍ＋１）×λ／２
となる。ｍ＝０，１，２，３−−−−であるため、０次の干渉を考えると、ｍ＝０となることから、犠牲層のＧｅが除去された部分の厚さｄは、ｄ＝λ／４となる。また、１次の干渉を考えるとｍ＝１なので、ｄ＝λ×３／４となる。入射光の波長を０．５μｍとすれば、ｍ＝０でｄ＝０．１２５μｍ、ｍ＝１で０．３７５μｍとなる。入射光の波長を変えるに従い、犠牲層の膜厚ｄは干渉の式に従い変化させて対応する。
以上の結果から、犠牲層の膜厚ｄは入射光の波長を干渉の式に代入すれば求められる。
また、Ｓｉ基板表面に光センサを内蔵しておけば、Ｓｉ基板表面に到達した光の光量を確認することにより、定量的な反射光量の制御が可能となる。この構成を図５で説明する。
【００２５】
＜光センサ内蔵型分波器の作製＞
図５の模式図は、光センサも組み込んだ分波器の作製法及び構成を示している。
（１）図１，図２では、シリコン（Ｓｉ）基板で作製した薄膜堆積をしたものを使用したが、ここでは、図５（ａ）に示すような、ｎ型Ｓｉ基板内部の所定の場所にｐ型Ｓｉ領域１１２を形成した基板１１１を使用している。
（２）その基板１１１上に、図１と同様の過程で薄膜作製工程を終了したものが図５（ｂ）に示されている。ここで、図１と同じものは同じ参照番号を付与している。
【００２６】
（３）犠牲層であるＧｅ薄膜１２０をエッチングにより、所定部分除去して、片持ち梁構造を形成する（図５（ｃ）参照）。
ここでは、６０−７０℃に加熱した過酸化水素水３０％溶液に、基板を垂直に立てエッチング部分の高さまで浸して、Ｇｅ薄膜１２０の一部を除去する。
（３）レジスト１７１を塗布後、フォトリソグラフィ工程により必要ではないレジスト１７１を除去する（図５（ｄ）参照）。
（４）ドライエッチング法により、エッチング時間を制御して所定の構造を作成する（図５（ｅ）参照）。
【００２７】
（５）図５（ｆ）に示すように、Ａｌ電極１８１，１８２，１８３，１８４を形成し、ｎ型ＺｎＯ層（低抵抗層）１４０−ＺｎＯ層（圧電導膜）１５２−ｎ型ＺｎＯ層（低抵抗層）１６２による圧電素子部、ｐ型Ｓｉ１１２−ｎ型Ｓｉ基板１１１によるｐｎ受光素子部を構成する。図５（ｆ）において、Ａｌ電極１８１，１８２に電界を印加することにより、圧電素子部が片持ち部分を軸として変形する。変形量により波長選択性を持つ。反射しない光をＳｉ基板１１１上に形成したｐｎ受光素子部で検出することができる。
【００２８】
＜透過型分波器＞
干渉による分波器は、図４での干渉の説明から分かるように、透過光を利用して構成することもできる。これを図６で説明する。図６は透過型分波器の作製法である。また、図１，図２と同じ構成のものは、同じ参照番号とする。
（１）図６（ａ）に示すように、図１で説明した薄膜作成工程において、基板を可視光領域で透明度が高いサファイア基板１１５に変更し、その上に、半透明金属膜１３２を形成する。半透明金属膜１３２の上にゲルマニウム（Ｇｅ）層１２０を形成した後、半透明金属膜１３４を形成し、該半透明金属膜１３４上に前記酸化シリコン（ＳｉＯ２）層１３０を形成した基板を準備する。なお、サファイア基板１１５は可視光領域で透明度が高いガラス基板（屈折率１．４）でもよい。
半透明金属膜１３２，１３４の作成は、例えばスパッタリング法等により作成することができる。
（２）犠牲層であるＧｅ薄膜１２０をエッチングにより、所定部分除去して、片持ち梁構造を形成する（図６（ｂ）参照）。
ここで用いたエッチング法は、６０−７０℃に加熱した過酸化水素水３０％溶液に基板を垂直に立てエッチング部分の高さまで浸して、Ｇｅ薄膜の一部を除去した。
【００２９】
（３）圧電素子を形成するために、レジスト１７０を塗布後、フォトリソグラフィ工程によりレジスト１７０を除去する（図６（ｃ）参照）。
（４）ドライエッチング法により、エッチング時間を制御して下部ｎ型ＺｎＯ薄膜１４０の直前でエッチングを停止させる（図６（ｄ）参照）。
（５）Ａｌ電極１８１，１８２を形成し、ｎ型ＺｎＯ層（低抵抗層）１４０−ＺｎＯ層（圧電導膜）１６２−ｎ型ＺｎＯ層（低抵抗層）１７２の部分で圧電素子を構成する（図６（ｅ）参照）。
【００３０】
透過型分波器の場合は、半透明金属膜１３２，１３４、及びサファイア基板１１５を透過した透過光と、半透明金属膜１３２で反射して、半透明金属膜１３４の表面で反射した後、サファイア基板１１５を透過する透過光とが干渉すればよい。
干渉条件は膜厚に対応しており、薄膜による干渉の図４(ｂ)に示すように、透過光同士の干渉が加算されて明るくなるのは、屈折率が空気の場合１とすると２ｄ＝ｍλとなる。ｍ＝０，１，２，３−−−−であるため１次の干渉を考えるとｍ＝１となる。Ｓｉ３Ｎ４層の厚さがＧｅ層の厚さに比べ十分に小さいと仮定すると、犠牲層のＧｅが除去された部分の厚さｄはｄ＝λ／２となる。また２次の干渉を考えるとｍ＝２なのでｄ＝λとなる。入射光の波長を０．５μｍとすれば、ｍ＝１でｄ＝０．２５μｍ、ｍ=１で０．５μｍとなる。分波する波長を変えるに従い、犠牲層の膜厚ｄを入力電圧により、干渉の式に従って変化させる。
【００３１】
＜光スイッチの作製＞
透明性が高いＺｎＯの特性を生かした、片持ち梁構造圧電素子による光スイッチの作製過程を、図７の模式図を用いて説明する。
（１）図７（ａ）により、図１で説明した薄膜堆積工程終了後の基板１１０の一部を、エッチング工程により露出し、Ｓｉ基板面を出す。
【００３２】
（２）エッチングにより、犠牲層であるＧｅ薄膜１２６の一部を除去して、片持ち梁構造を形成する。ここでは、６０−７０℃に加熱した過酸化水素水３０％溶液に基板を垂直に立てて、エッチング部分の高さまで浸し、Ｇｅ薄膜１２６の一部を除去する（図７（ｂ）参照）。
【００３３】
（３）ＺｎＯ層による圧電素子を作製するために、レジスト１７５を塗布後、フォトリソグラフィ工程によりレジスト１７５の一部を除去する（図７（ｃ）参照）。
（４）ドライエッチング法により、エッチング時間を制御して下部ｎ型ＺｎＯ薄膜１４５の直前でエッチングを停止させる（図７（ｄ）参照）
【００３４】
（５）Ａｌ電極１８１，１８２を形成する（図７（ｅ）参照）。Ａｌ電極１８１，１８２に電圧を印加することにより、圧電素子を形成するＺｎＯ薄膜１５６が、片持ち部分を軸として変形する。この変形により、光路を切り替えることができる光スイッチとして働く。
【００３５】
（６）ＳｉＯ２１９４とＳｉ３Ｎ４１９２の堆積工程を繰り返し、光スイッチ回路数に対応して光導入路５１２を形成し、その後エッチングにより所望の形状とする（図７（ｆ）参照）。図７（ｆ）に示した光スイッチは、３回路の構成例となる。ＺｎＯ薄膜側から光を薄膜に平行に入射させ、圧電素子に電圧を印加させて変形させることにより、３回路の光導波路に導入する光軸を決定する。
【００３６】
上述のように、本発明では、ゲルマニウム（Ｇｅ）を犠牲層として用い、このＧｅの犠牲層を過酸化水素水のエッチング剤でエッチングして、片持ち梁構造の圧電素子を作製している。このような構造のＺｎＯによる片持ち梁構造の圧電素子を用いて、透明性が高いＺｎＯの特性を生かして、光の分波器や光スイッチを構成した。この構成の分波器や光スイッチは応答速度も高く、１本のファイバに波長の異なる複数の光信号を多重することにより、伝送容量を拡大することができる高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）による光通信に最適である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】圧電素子のための薄膜堆積の作製工程を説明する模式図である。
【図２】反射型の分波器の作製工程とその構造を説明する模式図である。
【図３】全反射を説明するための図である。
【図４】光の反射・透過による干渉を説明するための図である。
【図５】光検出器内蔵分波器の作製工程とその構造を説明する模式図である。
【図６】透過型の分波器の作製工程とその構造を説明する模式図である。
【図７】光スイッチの作製工程とその構造を説明する模式図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、片持ち梁構造酸化亜鉛圧電素子による光学素子とその作成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デバイスとして、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）またはＭＳＴ（Microsystem technology）を利用したものが、多くの研究者から注目されている。ＭＥＭＳやＭＳＴといった非常に小さな電気機械システムを構成するにあたり、それを機械的に動かすための駆動素子が必要となる。
さて、この駆動素子の構成として片持ち梁構造の圧電素子とすることが提案されている。これに用いる圧電材料はＰＺＴが主に用いられているが、この材料は鉛を含むことから環境汚染の原因となっていた。この材料に代わる圧電材料として酸化亜鉛が提案されている。この駆動素子を安価かつ安全な材料である酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いて作成することは利点が多い。
最近、海外の研究機関からＺｎＯ圧電素子の応用に関する研究報告がなされている［非特許文献１，２参照］。このように、駆動にピエゾ効果を利用し、Ｓｉ基板上に成長したＺｎＯ薄膜によるフリースタンディング（片持ち梁）構造を有するものは知られている。
しかしながら、国内で成功した事例はない。酸化亜鉛はデバイス作成に用いるエッチング剤で全て溶融してしまうことから、デバイス作成に必須な技術である選択エッチングが難しかった。
【非特許文献１】B.Rogers, L.Manning, T.Sulchek, D.J.Adams, Ultramicroscopy 100(2004)267.
【非特許文献２】Don L. DeVoe, Albert P. Pisano, Modeling and Optimal Design of Piezoelectric Cantilever Microactuators, J. of Microelectoromechanical Systems Vol.6, No.3 1997 p266-270
【特許文献１】再公表特許公報ＷＯ０２／０１７３６８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）により、片持ち梁構造圧電素子を作成し、作成した片持ち梁構造圧電素子により、光の分波器及び光スイッチを構成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために、本発明は、シリコン（Ｓｉ）基板上に、ゲルマニウム（Ｇｅ）層を形成し、該Ｇｅ層上に酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を形成し、該ＳｉＯ２膜上に酸化亜鉛（ＺｎＯ）の圧電素子層を形成した後、過酸化水素水により前記Ｇｅ層をエッチングして、前記Ｇｅ層を一部残して、片持ち梁構造とし、前記圧電素子層に電極を形成して、光学素子を形成することを特徴とする片持ち梁構造酸化亜鉛圧電素子による光学素子形成方法である。
【０００５】
上述の光学素子形成方法で形成される光学素子も本発明であり、該光学素子は、ＺｎＯの前記圧電素子層が前記電極に印加された電圧により駆動され、Ｇｅ層が除去された部分で、入射光に対する干渉を受けた後に反射して出る反射光を出力としてもよい。
Ｓｉ基板の一部に形成したｐｎ接合による光検出素子で、分波器で反射しない光を検出する構成としてもよい。
該光学素子は、ＺｎＯの前記圧電素子層が前記電極に印加された電圧により駆動されて、入射光に対する光路が変化することにより、出力光の伝導路が切り替わる光スイッチとしてもよい。このとき、前記伝導路の一部が前記基板上に形成されていることが望ましい。
【０００６】
また、上述の光学素子形成方法において、前記基板を可視光領域で透明な基板とし、前記基板上に半透明金属膜を形成後、ゲルマニウム（Ｇｅ）層を形成する。その後、前記半透明金属膜と同様の半透明金属膜を形成し、該半透明金属膜上に前記酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を形成して、光学素子を形成する。この光学素子は、圧電素子層に対する入射光が、Ｇｅ層が除去された部分での干渉を受けた後に、基板を透過して出る透過光を出力とする分波器とすることもできる。
【発明の効果】
【０００７】
上述のような構造のＺｎＯによる片持ち梁構造の圧電素子は、透明性が高いＺｎＯの特性を生かして構成されており、周波数多重された光から特定の周波数を取り出す分波器や光の伝導路を切りかえる光スイッチとして、応答速度も高く、１本のファイバに波長の異なる複数の光信号を多重することにより、伝送容量を拡大することができる高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）による光通信に最適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、上述のように、酸化亜鉛（ＺｎＯ）はデバイス作成に用いるエッチング剤で全て溶融してしまうので、ゲルマニウム（Ｇｅ）を犠牲層として用い、このＧｅの犠牲層を過酸化水素水のエッチング剤でエッチングして、片持ち梁構造の圧電素子を作製している。
また、Ｇｅの犠牲層とＺｎＯ層との間にＳｉＯ２等の酸化膜を挿入して、エッチングする際にＺｎＯ層を保護することも本発明の圧電素子作成の特徴である。
このような構造のＺｎＯによる片持ち梁構造の圧電素子は、透明性が高いＺｎＯの特性を生かして、周波数多重された光から特定の周波数を取り出す分波器や光の伝導路を切りかえる光スイッチとして用いることができる。これらの分波器や光スイッチは応答速度も高く、１本のファイバに波長の異なる複数の光信号を多重することにより、伝送容量を拡大することができる高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）による光通信に最適である。
以下に、本発明の実施形態を、図面を用いて詳しく説明する。
【０００９】
＜ＺｎＯの薄膜堆積過程＞
図１は、エッチングを行う対象であるＧｅ層の犠牲層を有するＺｎＯの薄膜堆積過程を説明するための模式図である。
（１）シリコン（Ｓｉ）基板１１０をスパッタリング工程の前に洗浄する（図１（ａ）参照）。ここでは、ふっ酸で洗浄後、アセトン、エタノールの順で洗浄後、純水で洗浄後乾燥した。
【００１０】
（２）犠牲層であるＧｅ薄膜１２０を、Ｓｉ基板１１０上にＲＦスパッタリング装置を用いて堆積する（図１（ｂ）参照）。
Ｇｅを堆積する条件例；
ＲＦ電力：５０−２００Ｗ，基板温度：常温，堆積圧力：１−５０Ｐａ，
Ａｒガスの流量：５−３０ｓｃｃｍ，膜厚：０．１−０．６μｍ
【００１１】
（３）ＳｉＯ２薄膜１３０を、Ｇｅ薄膜１２０上にＲＦスパッタリング装置を用いて堆積する（図１（ｃ）参照）。
ＳｉＯ２薄膜の堆積条件例；
ＲＦ電力：５０−２００Ｗ，基板温度：常温、堆積圧力：１−５０Ｐａ
Ａｒガスの流量：５−３０ｓｃｃｍ，膜厚：０．１−０．５μｍ
【００１２】
（４）Ｇａを不純物として１０％添加したＺｎＯターゲットを用い、ｎ型ＺｎＯ薄膜１４０を、ＲＦスパッタリング装置を用いて堆積する（図１（ｄ）参照）。なお、以下の圧電素子を形成する酸化亜鉛（ＺｎＯ）の層の形成については、例えば再公表特許公報ＷＯ０２／０１７３６８号等を参照されたい。
ｎ型ＺｎＯの堆積条件例；
ＲＦ電力：５０−２００Ｗ，基板温度：常温、堆積圧力：１−５０Ｐａ
Ａｒガス：流量５−３０ｓｃｃｍ，膜厚：０．０５−０．１μｍ，
抵抗率：１ｘ１０−２Ω・ｃｍ以下
【００１３】
（５）不純物無しのＺｎＯターゲットを用いて、基板に対してｃ軸に配向したＺｎＯ薄膜１５０を、ＲＦスパッタリング装置を用いて堆積する（図１（ｅ）参照）。
ＺｎＯの堆積条件例；
ＲＦ電力：５０−２００Ｗ，基板温度：常温，堆積圧力：１−５０Ｐａ
Ａｒガス：流量５−３０ｓｃｃｍ，膜厚：０．２−１．０μｍ
抵抗率：１ｘ１０２Ω・ｃｍ以上
【００１４】
（６）Ｇａを不純物として１０％添加したＺｎＯターゲットを用いて、ｎ型ＺｎＯ薄膜１６０を、ＲＦスパッタリング装置を用いて堆積する（図１（ｆ）参照）。
ｎ型ＺｎＯの堆積条件例；
ＲＦ電力：５０−２００Ｗ，基板温度：常温，堆積圧力：１−５０Ｐａ
Ａｒガス：流量５−３０ｓｃｃｍ，膜厚：０．０５−０．１μｍ
抵抗率：１ｘ１０−２Ω・ｃｍ以下
【００１５】
上述の（１）〜（６）の過程を経ると、基板上にゲルマニウム（Ｇｅ）膜を形成し、その上に酸化膜を介してＺｎＯの薄膜を堆積した多層膜ができる。これを加工して、片持ち梁構造圧電素子を作成することができる。以下に、図面図２〜図４を用いて、透明性が高いＺｎＯの特性を生かした、片持ち梁構造圧電素子による分波器，光スイッチの作製過程を説明する。
【００１６】
＜光分波器の作製＞
上述の過程で作製したＺｎＯの薄膜を堆積した多層膜を加工して、Ｇｅ層１２０を犠牲層として、過酸化水素水をエッチング液として用いて片持ち梁構造とする。ｎ型ＺｎＯ層（低抵抗層）１４０−ＺｎＯ層（圧電導膜）１５０−ｎ型ＺｎＯ層（低抵抗層）１６０を圧電素子として形成する。形成した圧電素子部分を印加電圧により変形し、ファブリペロー干渉計と同じ原理に基づいて、犠牲層が除去された部分の多重反射による干渉により波長選択性を持たせて、光分波器２００，２１０を作製する。この過程を図２の模式図により説明する。
【００１７】
（１）上述で説明した薄膜作成工程終了後の基板を準備する。（図２（ａ）参照）
（２）犠牲層であるＧｅ薄膜１２０をエッチングにより、所定部分除去して、片持ち梁構造を形成する（図２（ｂ）参照）。
ここで用いたエッチング法は、６０−７０℃に加熱した過酸化水素水３０％溶液に基板を垂直に立てエッチング部分の高さまで浸して、Ｇｅ薄膜の一部を除去した。
【００１８】
（３）圧電素子を形成するために、レジスト１７０を塗布後、フォトリソグラフィ工程によりレジスト１７０を除去する（図２（ｃ）参照）。
（４）ドライエッチング法により、エッチング時間を制御して下部ｎ型ＺｎＯ薄膜１４０の直前でエッチングを停止させる（図２（ｄ）参照）。
【００１９】
（５）Ａｌ電極１８１，１８２を形成し、ｎ型ＺｎＯ層（低抵抗層）１４０−ＺｎＯ層（圧電導膜）１５１−ｎ型ＺｎＯ層（低抵抗層）１６１の部分で圧電素子を構成する（図２（ｅ）参照）。
図２（ｅ）に示したように、Ａｌ電極１８１，１８２に電界を印加することにより、ＺｎＯ薄膜の圧電素子部分は、片持ち部分を軸として変形する。変形量により、ファブリペロー干渉計と同じ原理で波長選択性を持つことから、反射光を光センサに導光すれば、波長選択した検出が可能となり、反射光を利用する分波器２００が構成される。
【００２０】
＜反射型分波器の条件＞
上述の図２（ｅ）に示した反射型分波器として使用するための条件について、以下に詳細に説明する。
界面における全反射の条件について、図３を用いて説明する。図３（ａ）は、屈折率ｎ１，ｎ２の物質間の界面を示している。図３（ｂ）は空気（屈折率１）と屈折率ｎの物質との界面を示している。全反射の臨界角φは、図３（ａ）に関しては、ｓｉｎφ＝ｎ１／ｎ２であり、図３（ｂ）に関してｓｉｎφ＝１／ｎである。したがって、全反射の条件は、入射角θ＞臨界角φであり、図３（ａ）に関してはｎ２ｓｉｎθ＞ｎ１であり、図３（ｂ）に関しては、ｎｓｉｎθ＞１である。
【００２１】
図２（ｅ）に示した層構成における全反射条件が発生する部分は、上述で説明したように、入射光が高屈折率から低屈折率に至る界面であることから、ｎ型ＺｎＯ層１４０とＳｉＯ２層１３０の界面、ＳｉＯ２層１３０と空気層との界面となる。なお、構成している物質の屈折率は表１に示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
ｎ型ＺｎＯとＳｉＯ２の界面での全反射条件は、全反射の臨界角φとすると、ｓｉｎφ＝０．７４なので、φ＝４７．５°となる。光はこの部分で反射してはいけないので、入射角θはおおよそ４８°以上である必要がある。次に、ＳｉＯ２層と空気層の界面での全反射条件は、全反射の臨界角φとすると、ｓｉｎφ＝０．７１なので、この場合、全反射条件はφ＝４５．２３°となる。ＳｉＯ２層を透過してきた光は、この部分で全反射せず、また、少なくとも２０−６０％程度透過するように入射角を選択する必要がある。
なお、ＳｉＯ２層の代わりにＳｉ３Ｎ４層に変えればｎ型ＺｎＯとＳｉ３Ｎ４の間で屈折率の違いがほとんど無いことから、この部分での反射は極めて小さくなる。
入射光のＳｉ基板表面における反射に関して、光源として１０００ｎｍ以下の波長の光を用いれば、ＳｉＯ２層を透過してきた光の多くは金属光沢を有するＳｉ基板表面で効率的に反射する。反射効率をさらに上げるため、あるいはさらに長波長の光源を用いる場合には、Ｓｉ表面をＡｌ等の反射率の極めて高い金属でコーティングしておけば９０％以上の高い反射率が期待できる。
【００２４】
ファブリーペロー干渉計と同様の干渉を利用するには、ＳｉＯ２層と空気層の界面での反射光とＳｉ基板表面からの反射光との干渉を利用すればよい。
干渉については、図４を用いて説明する。図４（ａ）は透過光による干渉であり、図４（ｂ）は反射光による干渉である。図４に示されるｄは、図２（ｅ）におけるＧｅ犠牲層１２１の膜厚に対応している。そのため、図２（ｅ）の反射型分波器の、反射光同士の干渉が加算されて明るくなるのは、屈折率が空気の場合１とすると
２ｄ＝（２ｍ＋１）×λ／２
となる。ｍ＝０，１，２，３−−−−であるため、０次の干渉を考えると、ｍ＝０となることから、犠牲層のＧｅが除去された部分の厚さｄは、ｄ＝λ／４となる。また、１次の干渉を考えるとｍ＝１なので、ｄ＝λ×３／４となる。入射光の波長を０．５μｍとすれば、ｍ＝０でｄ＝０．１２５μｍ、ｍ＝１で０．３７５μｍとなる。入射光の波長を変えるに従い、犠牲層の膜厚ｄは干渉の式に従い変化させて対応する。
以上の結果から、犠牲層の膜厚ｄは入射光の波長を干渉の式に代入すれば求められる。
また、Ｓｉ基板表面に光センサを内蔵しておけば、Ｓｉ基板表面に到達した光の光量を確認することにより、定量的な反射光量の制御が可能となる。この構成を図５で説明する。
【００２５】
＜光センサ内蔵型分波器の作製＞
図５の模式図は、光センサも組み込んだ分波器の作製法及び構成を示している。
（１）図１，図２では、シリコン（Ｓｉ）基板で作製した薄膜堆積をしたものを使用したが、ここでは、図５（ａ）に示すような、ｎ型Ｓｉ基板内部の所定の場所にｐ型Ｓｉ領域１１２を形成した基板１１１を使用している。
（２）その基板１１１上に、図１と同様の過程で薄膜作製工程を終了したものが図５（ｂ）に示されている。ここで、図１と同じものは同じ参照番号を付与している。
【００２６】
（３）犠牲層であるＧｅ薄膜１２０をエッチングにより、所定部分除去して、片持ち梁構造を形成する（図５（ｃ）参照）。
ここでは、６０−７０℃に加熱した過酸化水素水３０％溶液に、基板を垂直に立てエッチング部分の高さまで浸して、Ｇｅ薄膜１２０の一部を除去する。
（３）レジスト１７１を塗布後、フォトリソグラフィ工程により必要ではないレジスト１７１を除去する（図５（ｄ）参照）。
（４）ドライエッチング法により、エッチング時間を制御して所定の構造を作成する（図５（ｅ）参照）。
【００２７】
（５）図５（ｆ）に示すように、Ａｌ電極１８１，１８２，１８３，１８４を形成し、ｎ型ＺｎＯ層（低抵抗層）１４０−ＺｎＯ層（圧電導膜）１５２−ｎ型ＺｎＯ層（低抵抗層）１６２による圧電素子部、ｐ型Ｓｉ１１２−ｎ型Ｓｉ基板１１１によるｐｎ受光素子部を構成する。図５（ｆ）において、Ａｌ電極１８１，１８２に電界を印加することにより、圧電素子部が片持ち部分を軸として変形する。変形量により波長選択性を持つ。反射しない光をＳｉ基板１１１上に形成したｐｎ受光素子部で検出することができる。
【００２８】
＜透過型分波器＞
干渉による分波器は、図４での干渉の説明から分かるように、透過光を利用して構成することもできる。これを図６で説明する。図６は透過型分波器の作製法である。また、図１，図２と同じ構成のものは、同じ参照番号とする。
（１）図６（ａ）に示すように、図１で説明した薄膜作成工程において、基板を可視光領域で透明度が高いサファイア基板１１５に変更し、その上に、半透明金属膜１３２を形成する。半透明金属膜１３２の上にゲルマニウム（Ｇｅ）層１２０を形成した後、半透明金属膜１３４を形成し、該半透明金属膜１３４上に前記酸化シリコン（ＳｉＯ２）層１３０を形成した基板を準備する。なお、サファイア基板１１５は可視光領域で透明度が高いガラス基板（屈折率１．４）でもよい。
半透明金属膜１３２，１３４の作成は、例えばスパッタリング法等により作成することができる。
（２）犠牲層であるＧｅ薄膜１２０をエッチングにより、所定部分除去して、片持ち梁構造を形成する（図６（ｂ）参照）。
ここで用いたエッチング法は、６０−７０℃に加熱した過酸化水素水３０％溶液に基板を垂直に立てエッチング部分の高さまで浸して、Ｇｅ薄膜の一部を除去した。
【００２９】
（３）圧電素子を形成するために、レジスト１７０を塗布後、フォトリソグラフィ工程によりレジスト１７０を除去する（図６（ｃ）参照）。
（４）ドライエッチング法により、エッチング時間を制御して下部ｎ型ＺｎＯ薄膜１４０の直前でエッチングを停止させる（図６（ｄ）参照）。
（５）Ａｌ電極１８１，１８２を形成し、ｎ型ＺｎＯ層（低抵抗層）１４０−ＺｎＯ層（圧電導膜）１６２−ｎ型ＺｎＯ層（低抵抗層）１７２の部分で圧電素子を構成する（図６（ｅ）参照）。
【００３０】
透過型分波器の場合は、半透明金属膜１３２，１３４、及びサファイア基板１１５を透過した透過光と、半透明金属膜１３２で反射して、半透明金属膜１３４の表面で反射した後、サファイア基板１１５を透過する透過光とが干渉すればよい。
干渉条件は膜厚に対応しており、薄膜による干渉の図４(ｂ)に示すように、透過光同士の干渉が加算されて明るくなるのは、屈折率が空気の場合１とすると２ｄ＝ｍλとなる。ｍ＝０，１，２，３−−−−であるため１次の干渉を考えるとｍ＝１となる。Ｓｉ３Ｎ４層の厚さがＧｅ層の厚さに比べ十分に小さいと仮定すると、犠牲層のＧｅが除去された部分の厚さｄはｄ＝λ／２となる。また２次の干渉を考えるとｍ＝２なのでｄ＝λとなる。入射光の波長を０．５μｍとすれば、ｍ＝１でｄ＝０．２５μｍ、ｍ=１で０．５μｍとなる。分波する波長を変えるに従い、犠牲層の膜厚ｄを入力電圧により、干渉の式に従って変化させる。
【００３１】
＜光スイッチの作製＞
透明性が高いＺｎＯの特性を生かした、片持ち梁構造圧電素子による光スイッチの作製過程を、図７の模式図を用いて説明する。
（１）図７（ａ）により、図１で説明した薄膜堆積工程終了後の基板１１０の一部を、エッチング工程により露出し、Ｓｉ基板面を出す。
【００３２】
（２）エッチングにより、犠牲層であるＧｅ薄膜１２６の一部を除去して、片持ち梁構造を形成する。ここでは、６０−７０℃に加熱した過酸化水素水３０％溶液に基板を垂直に立てて、エッチング部分の高さまで浸し、Ｇｅ薄膜１２６の一部を除去する（図７（ｂ）参照）。
【００３３】
（３）ＺｎＯ層による圧電素子を作製するために、レジスト１７５を塗布後、フォトリソグラフィ工程によりレジスト１７５の一部を除去する（図７（ｃ）参照）。
（４）ドライエッチング法により、エッチング時間を制御して下部ｎ型ＺｎＯ薄膜１４５の直前でエッチングを停止させる（図７（ｄ）参照）
【００３４】
（５）Ａｌ電極１８１，１８２を形成する（図７（ｅ）参照）。Ａｌ電極１８１，１８２に電圧を印加することにより、圧電素子を形成するＺｎＯ薄膜１５６が、片持ち部分を軸として変形する。この変形により、光路を切り替えることができる光スイッチとして働く。
【００３５】
（６）ＳｉＯ２１９４とＳｉ３Ｎ４１９２の堆積工程を繰り返し、光スイッチ回路数に対応して光導入路５１２を形成し、その後エッチングにより所望の形状とする（図７（ｆ）参照）。図７（ｆ）に示した光スイッチは、３回路の構成例となる。ＺｎＯ薄膜側から光を薄膜に平行に入射させ、圧電素子に電圧を印加させて変形させることにより、３回路の光導波路に導入する光軸を決定する。
【００３６】
上述のように、本発明では、ゲルマニウム（Ｇｅ）を犠牲層として用い、このＧｅの犠牲層を過酸化水素水のエッチング剤でエッチングして、片持ち梁構造の圧電素子を作製している。このような構造のＺｎＯによる片持ち梁構造の圧電素子を用いて、透明性が高いＺｎＯの特性を生かして、光の分波器や光スイッチを構成した。この構成の分波器や光スイッチは応答速度も高く、１本のファイバに波長の異なる複数の光信号を多重することにより、伝送容量を拡大することができる高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）による光通信に最適である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】圧電素子のための薄膜堆積の作製工程を説明する模式図である。
【図２】反射型の分波器の作製工程とその構造を説明する模式図である。
【図３】全反射を説明するための図である。
【図４】光の反射・透過による干渉を説明するための図である。
【図５】光検出器内蔵分波器の作製工程とその構造を説明する模式図である。
【図６】透過型の分波器の作製工程とその構造を説明する模式図である。
【図７】光スイッチの作製工程とその構造を説明する模式図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン（Ｓｉ）基板上に、ゲルマニウム（Ｇｅ）層を形成し、
該Ｇｅ層上に酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を形成し、
該ＳｉＯ２膜上に酸化亜鉛（ＺｎＯ）の圧電素子層を形成した後、
過酸化水素水により前記Ｇｅ層をエッチングして、前記Ｇｅ層を一部残して、片持ち梁構造とし、
前記圧電素子層に電極を形成して、光学素子を形成することを特徴とする片持ち梁構造酸化亜鉛圧電素子による光学素子形成方法。
【請求項２】
請求項１記載の光学素子形成方法で形成される光学素子であって、
該光学素子は、ＺｎＯの前記圧電素子層が前記電極に印加された電圧により駆動され、Ｇｅ層が除去された部分で、入射光に対する干渉を受けた後に反射して出る反射光を出力とする分波器であることを特徴とする光学素子。
【請求項３】
請求項２の光学素子は、Ｓｉ基板の一部に形成したｐｎ接合による光検出素子で、分波器で反射しない光を検出することを特徴とする光学素子。
【請求項４】
請求項１記載の光学素子形成方法で形成される光学素子であって、
該光学素子は、ＺｎＯの前記圧電素子層が前記電極に印加された電圧により駆動されて、入射光に対する光路が変化することにより、出力光の伝導路が切り替わる光スイッチであることを特徴とする光学素子。
【請求項５】
請求項４記載の光学素子において、前記伝導路の一部が前記基板上に形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項６】
請求項１記載の光学素子形成方法において、
前記基板を可視光領域で透明な基板とし、前記基板上に半透明金属膜を形成後、ゲルマニウム（Ｇｅ）層を形成し、その後、前記半透明金属膜と同様の半透明金属膜を形成し、該半透明金属膜上に前記酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を形成することを特徴とする光学素子形成方法。
【請求項７】
請求項６記載の光学素子形成方法で形成される光学素子であって、
前記光学素子は、圧電素子層に対する入射光が、Ｇｅ層が除去された部分での干渉を受けた後に、基板を透過して出る透過光を出力とする分波器であることを特徴とする光学素子。
【請求項１】
シリコン（Ｓｉ）基板上に、ゲルマニウム（Ｇｅ）層を形成し、
該Ｇｅ層上に酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を形成し、
該ＳｉＯ２膜上に酸化亜鉛（ＺｎＯ）の圧電素子層を形成した後、
過酸化水素水により前記Ｇｅ層をエッチングして、前記Ｇｅ層を一部残して、片持ち梁構造とし、
前記圧電素子層に電極を形成して、光学素子を形成することを特徴とする片持ち梁構造酸化亜鉛圧電素子による光学素子形成方法。
【請求項２】
請求項１記載の光学素子形成方法で形成される光学素子であって、
該光学素子は、ＺｎＯの前記圧電素子層が前記電極に印加された電圧により駆動され、Ｇｅ層が除去された部分で、入射光に対する干渉を受けた後に反射して出る反射光を出力とする分波器であることを特徴とする光学素子。
【請求項３】
請求項２の光学素子は、Ｓｉ基板の一部に形成したｐｎ接合による光検出素子で、分波器で反射しない光を検出することを特徴とする光学素子。
【請求項４】
請求項１記載の光学素子形成方法で形成される光学素子であって、
該光学素子は、ＺｎＯの前記圧電素子層が前記電極に印加された電圧により駆動されて、入射光に対する光路が変化することにより、出力光の伝導路が切り替わる光スイッチであることを特徴とする光学素子。
【請求項５】
請求項４記載の光学素子において、前記伝導路の一部が前記基板上に形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項６】
請求項１記載の光学素子形成方法において、
前記基板を可視光領域で透明な基板とし、前記基板上に半透明金属膜を形成後、ゲルマニウム（Ｇｅ）層を形成し、その後、前記半透明金属膜と同様の半透明金属膜を形成し、該半透明金属膜上に前記酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を形成することを特徴とする光学素子形成方法。
【請求項７】
請求項６記載の光学素子形成方法で形成される光学素子であって、
前記光学素子は、圧電素子層に対する入射光が、Ｇｅ層が除去された部分での干渉を受けた後に、基板を透過して出る透過光を出力とする分波器であることを特徴とする光学素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１４５５０６（Ｐ２００８−１４５５０６Ａ）
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２９４４５（Ｐ２００６−３２９４４５）
【出願日】平成１８年１２月６日（２００６．１２．６）
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【出願人】（３０２００００８１）株式会社メムス・コア (19)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月６日（２００６．１２．６）
【出願人】（５０４２３７０５０）独立行政法人国立高等専門学校機構 (656)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【出願人】（３０２００００８１）株式会社メムス・コア (19)
【Ｆターム（参考）】
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