絶縁体上ニオブ酸リチウム（LNOI）薄膜ウェハーは、集積光子デバイスおよび電気光学デバイス向けに設計された基板です。.
このプラットフォームは、シリコンまたは絶縁性ハンドルウェハーを基板とし、埋込み酸化膜（SiO₂）層上に接合された単結晶ニオブ酸リチウム薄膜で構成されている。.
この構造は、強力な光閉じ込め、伝搬損失の低減、および高い電気光学効率を実現し、現代の集積フォトニクスにおいて最も重要な材料プラットフォームの一つとなっている。.
薄膜ニオブ酸リチウム（TFLN）の概念
薄膜ニオブ酸リチウム（TFLN）とは、高閉じ込め率の光導波路および電気光学変調用に設計された、サブミクロンサイズのLiNbO₃結晶層を指す。.
バルクニオブ酸リチウムと比較して、TFLNには以下の利点があります：
- より強力な光場の閉じ込め
- より高い変調効率
- 機器の設置面積の削減
- シリコンフォトニクス集積技術との互換性
TFLNは、ウェハスケールのフォトニック集積を実現するため、LNOIウェハ上に実装されています。.
ウェハアーキテクチャ
| レイヤー | 素材 | 職務内容 |
|---|---|---|
| デバイス層 | LiNbO₃薄膜（TFLN） | 電気光学変調、非線形光学 |
| 断熱層 | SiO₂（埋込酸化膜） | 光絶縁とモード閉じ込め |
| ハンドル付きウェーハ | シリコン / クォーツ / サファイア | 機械的サポートとプロセスの適合性 |
主な特徴
通信用波長（1550 nm）において、0.05 dB/cm未満の超低光伝搬損失
高い電気光学係数（r₃₃：最大90 pm/V）
コンパクトなフォトニック集積化に向けたサブミクロン波導管との互換性
シリコンおよび窒化シリコンプラットフォームとのCMOS互換性のある統合
キュリー温度が約1140°Cと高い熱安定性を有する
さまざまな結晶方位をご用意：Xカット、Yカット、Zカット
ウェハサイズは3インチから8インチまで対応可能
技術仕様
ウェハーレベルのパラメータ
| パラメータ | 仕様 |
|---|---|
| ウェーハの直径 | 3インチ、4インチ、6インチ、8インチ |
| 厚さ | 525 ± 25 μm |
| お辞儀 | ±50 μm |
| ワープ | 50 μm未満 |
| 局所的な厚さ変動（LTV） | 1.5 μm未満（5×5 mm²、95%） |
LiNbO₃薄膜層
| パラメータ | 仕様 |
|---|---|
| 素材 | 単結晶LiNbO₃ |
| 厚さの範囲 | 300 nm ～ 1000 nm |
| 方位精度 | ±0.5° |
| 表面粗さ | Ra < 1 nm |
| 欠陥基準 | 1 mmを超える空隙がないこと |
埋込酸化膜
| パラメータ | 仕様 |
|---|---|
| 素材 | SiO₂ |
| 厚さ | 100 nm ～ 2 μm（カスタマイズ可能） |
| 均一性 | ±5% |
製造技術
LNOIウェハーは、半導体製造プロセスに準拠した手法を用いて製造されています：
- 結晶層の形成のための制御イオン注入
- 絶縁基板へのウェハーボンディング
- 結晶品質の回復のための熱アニール
- 表面平坦化のための化学機械研磨（CMP）
- 光学および構造の品質保証のための計測学に基づく検査
適用分野
100G～800G伝送用高速変調器を備えた集積光通信システム
もつれた光子の生成および量子情報処理のための量子フォトニクスシステム
RF信号処理およびミリ波フォトニックシステムのためのマイクロ波フォトニクス
周波数変換および光周波数コーム生成を含む非線形光学デバイス
生化学および環境モニタリング用の一体型光学センシングシステム
性能比較
| プロパティ | LiNbO₃のバルク | LNOI 薄膜プラットフォーム |
|---|---|---|
| 光損失 | より高い | <0.05 dB/cm |
| デバイスの設置面積 | 大きい | サブミクロン規模 |
| 統合機能 | 限定 | 高密度フォトニック集積 |
| CMOS互換性 | いいえ | はい |
| 変調効率 | 中程度 | 高（Vπ 約 1V まで可能） |
カスタム設計オプション
結晶の配向は、Xカット、Yカット、Zカットの構成から選択可能
薄膜の厚さを300 nmから1000 nmの範囲で制御
光閉じ込め特性の調整のために、埋込酸化膜の厚さを調整可能
基板の選択肢には、シリコン、石英、サファイアなどがあります
光学損傷閾値の向上を目的としたMgOのドープ（任意）
品質保証および計量学
各ウェハーは、半導体グレードの厳格な検査を受けています：
通信波長帯における光損失測定
表面粗さ評価のための原子間力顕微鏡
接合界面の健全性に関する赤外線検査
ウェハ全体にわたる厚みおよび均一性のマッピング
ウェハーの平坦度および応力分布解析
エンジニアリングおよび製造能力
ZMSH 材料設計、ウェハーボンディングプロセスの開発、フォトニックデバイスの製造支援、ナノファブリケーションプロセス（EBL、IBE）、および光学特性評価サービスを含む、エンドツーエンドのLNOIウェハーエンジニアリングソリューションを提供しています。.
当社の生産体制は、研究開発段階のプロトタイプ製作から中小ロットの量産までに対応しており、6インチ製品の安定した生産に加え、8インチLNOIプラットフォームの開発も継続的に進めています。.
よくある質問
1. ニオブ酸リチウム薄膜は何に使用されますか
集積フォトニクス、光通信、量子フォトニクス、および非線形光学デバイスに用いられる。.
2.ニオブ酸リチウム薄膜の一般的な厚さはどれくらいですか
膜厚は、デバイスの要件に応じて、通常300 nmから1000 nmの範囲となります。.
3.バルクニオブ酸リチウムと比較して、LNOIにはどのような利点がありますか
LNOIは、光損失の低減、集積密度の向上、およびシリコンフォトニクス・プラットフォームとの互換性を実現します。.
4. LNOIはシリコンフォトニクスと互換性がありますか
はい、LNOIはシリコンおよび窒化シリコン製のフォトニックプラットフォームと統合可能です。.
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