(57)【要約】【課題】非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層光学フィルターを提供する。【解決手段】本発明の光学フィルターは、基板および基板を覆う第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルム（ここで、Ｘ１＋Ｙ１＜２であり、Ｙ１＞０）から構成されている。上記薄層フィルムは、約１．４６から３までの範囲における屈折率（ｎ１）と、複素屈折率（Ｎ１＝ｎ１＋ｉｋ１）とを有している。ここで、上記ｋ１は、０から０．５までの範囲の減衰係数である。また、上記薄層フィルムは、１〜１０ｎｍの大きさのナノ粒子を有している。第２の非化学量論比を有するＳｉＯＸ２ＮＹ２薄層フィルム（第２の薄層フィルム）は、上記薄層フィルムを覆うように形成されていてもよい。上記Ｙ１≠Ｙ２である。また、上記薄層フィルムおよび第２薄層フィルムは、ドープされていなくとも、されていてもよい。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
上記基板を覆う第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムとを含んでおり、
上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムにおいて、Ｘ１＋Ｙ１＜２、かつ、Ｙ＞０であり、
上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムは、約１．４６から３までの範囲における屈折率（ｎ１）と、複素屈折率（Ｎ１＝ｎ１＋ｉｋ１）とを有し、
上記複素屈折率における上記ｋ１は、０から０．５までの範囲の減衰係数であることを特徴とする非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルター。
【請求項２】
上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが、ドープされていない非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルム、およびドープされた非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムからなる群から選ばれるフィルムであることを特徴とする請求項１に記載の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルター。
【請求項３】
上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが、１ナノメータ以上、１０ナノメータ以下の大きさのケイ素ナノ粒子を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルター。
【請求項４】
上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが、第２の非化学量論比を有するＳｉＯＸ２ＮＹ２薄層フィルムによって覆われており、
上記Ｙ１≠Ｙ２であり、
上記非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが、ドープされていない非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムおよびドープされた非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムからなる群から選ばれるフィルムであることを特徴とする請求項１に記載の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルター。
【請求項５】
上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが、化学量論比を有するＳｉＯＸ２ＮＹ２薄層フィルムによって覆われており、
上記化学量論比を有するＳｉＯＸ２ＮＹ２薄層フィルムが、ドープされていない化学量論比を有するＳｉＯＸ２ＮＹ２薄層フィルム、およびドープされた化学量論比を有するＳｉＯＸ２ＮＹ２薄層フィルムからなる群から選ばれるフィルムであることを特徴とする請求項１に記載の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルター。
【請求項６】
上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが、段階的な第１の屈折率（ｎ１）を有していることを特徴とする請求項１に記載の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルター。
【請求項７】
上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが段階的な屈折率を有しており、
上記屈折率は、連続的な屈折率、段階的な屈折率、および周期的な屈折率からなる群から選ばれることを特徴とする請求項６に記載の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルター。
【請求項８】
上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが、Ｙ１値を有する段階的な屈折率を有しており、
上記Ｙ１値は、上記基板からフィルムまでの距離に従って変化することを特徴とする請求項６に記載の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルター。
【請求項９】
上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが、第２の屈折率（ｎ２）を有する第２のフィルム層によって覆われていることを特徴とする請求項１に記載の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルター。
【請求項１０】
上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムと上記第２のフィルム層との積層体が、全体として、第３の屈折率（ｎ３）を有することを特徴とする請求項９に記載の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルター。
【請求項１１】
上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが、複数のフィルムによって覆われており、
上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムおよび上記複数のフィルムの積層体が、全体として、第４の屈折率（ｎ４）を有することを特徴とする請求項１０に記載の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルター。
【請求項１２】
第２のフィルムが、第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムにおける第１の領域を覆っており、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムにおける第２の領域を覆っておらず、
第３のフィルムが、上記第２のフィルムにおける第１の領域を覆っており、上記第２のフィルムにおける第２の領域を覆っておらず、
上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムにおける第１の領域、上記第２のフィルムにおける第１の領域および第３のフィルムを通過する部分の屈折率として第４の屈折率を有し、
上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムにおける第１の領域および上記第２のフィルムにおける第２の領域を通過する部分の屈折率として第３の屈折率を有し、
上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムにおける第２の領域を通過する部分の屈折率は、第１の屈折率であることを特徴とする請求項１１に記載の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルター。
【請求項１３】
上記第２のフィルムが、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムの第１の領域を覆っており、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムの第２の領域を覆っておらず、
上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムの第１の領域および上記第２のフィルムを通過する部分の屈折率として第３の屈折率を有し、
上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムにおける第２の領域を通過する部分の屈折率は、第１の屈折率であることを特徴とする請求項１０に記載の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルター。
【請求項１４】
上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルムが、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルムに入射された入射光を制御するための回折特性および反射特性を有する回折格子によって覆われていることを特徴とする請求項１に記載の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルター。
【請求項１５】
上記回折格子が蛍光体材料を含んでいることを特徴とする請求項１４に記載の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルター。
【請求項１６】
上記基板が、プラスチック、ガラス、石英、セラミック、金属、ポリマー、ドープされていないケイ素、ドープされたケイ素、炭化ケイ素、ゲルマニウム、Ｓｉ１−ＸＧｅＸ、ＩｎＧａＡｓ、窒化ガリウム、リン化ガリウム、ケイ素含有絶縁体（ＳＯＩ）、ゲルマニウム含有絶縁体（ＧＯＩ）、ケイ素含有材料、および半導体材料からなる群から選ばれる材料によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルター。
【請求項１７】
第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが、誘電体、半導体、有機薄層フィルム、ポリマー、ドープされていないケイ素、ドープされたケイ素、アモルファスケイ素、多結晶性ケイ素、単結晶ケイ素、炭化ケイ素、ゲルマニウム、アモルファスＳｉ１−ＸＧｅＸ、多結晶性Ｓｉ１−ＸＧｅＸ、および単結晶Ｓｉ１−ＸＧｅＸからなる群から選ばれる材料によって形成されたフィルムによって覆われていることを特徴とする請求項１に記載の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルター。
【請求項１８】
上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが、３族元素、４族元素、５族元素、および希土類元素からなる群から選ばれるドーパントを有する非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルター。
【請求項１９】
上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが、可変な屈折率を有していることを特徴とする請求項１に記載の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルター。
【請求項２０】
上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムは、温度、電界、光および圧力からなる群から選ばれる外部的な環境条件に応じて、その屈折率が変化する構成を有していることを特徴とする請求項１９に記載の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルター。
【請求項２１】
基板と、
上記基板を覆う多層フィルム構造体とを含んでいる非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルターであって、
上記多層フィルム構造体が、
非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムおよびフィルムを含んでおり、
上記非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムは、Ｘ１＋Ｙ１＜２、および、Ｙ１＞０であり、約１．４６から３までの範囲における屈折率（ｎ１）と、複素屈折率（Ｎ１＝ｎ１＋ｉｋ１）とを有し、上記複素屈折率における上記ｋ１は、０から０．５までの範囲の減衰係数であり、
上記フィルムは、入射光を制御するための回折特性および反射特性を有しており、回折格子および蛍光体フィルムからなる群から選ばれることを特徴とする非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して光学フィルムの製造に関するものであり、特に、化学蒸着工程をなす高密プラズマによって、非化学量論比を有し、酸化および窒化されたケイ素フィルムを有する薄層（薄膜）光学フィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積された光学デバイスを製造する方法は、吸収率、透過率およびスペクトル感度のような光学特性備える材料を蒸着する工程を含んでいる。薄層（薄膜）フィルムの製造技術によって、高い生産性および収率にて、種々のデバイスの製造に適した様々な薄層フィルムを製造することができる。重要な光学特性としては、屈折率および光学バンドギャップが含まれる。これらは、薄層フィルムの透過特性および反射特性に影響を与える。
【０００３】
一般的に、２層または複数層の積層された薄層フィルムは、所望の光学的効果を備える光学デバイスの製造のために必要とされる。上記所望の光学的効果を備える多層フィルムを形成するために、様々な金属層、誘電体層および／または半導体層の組み合わせを用いることができる。材質の選定は、目的とする反射率、透過率および吸収率の特性によって決定される。単層のデバイスでは、明確により好ましいと言えるが、単層でない薄層フィルム材料は、光学分散特性を広範囲で提供することができる。上記光学分散特性は、紫外線領域から遠赤外線周波数領域への広い光学範囲に亘る、所望の光学的な吸収率、バンドギャップ、屈折率、反射率または透過率を得るために必要とされる特性である。
【０００４】
ケイ素は、製造技術が十分に開発されているため、光電子デバイスの製造において一般的に好ましく用いられる材料である。しかしながら、間接バンドギャップによっては、光電子デバイスの製造する効果を伴わない材料を生じさせる。長年の研究開発によって、ケイ素を基礎とした光電子を実現させるために、ケイ素の光学機能を調整することに注目が集まってきた。結晶性ケイ素からの効率的な室温光の放射によって、完全にケイ素を基礎とした光電子工学の達成にとって大きな一歩が踏み出されている。
【０００５】
安定性および信頼性を備えた光電子デバイスの製造方法では、高い光学ルミネセンス（ＰＬ）および電子ルミネセンス（ＥＬ）の量子光率を有するケイ素のナノ結晶が必要とされている。集積された光電子デバイスの製造を積極的に進めるためのあるアプローチとしては、包埋されたケイ素のナノ結晶を含むＳｉＯＸ（Ｘ≦２）の薄層フィルムの製造が挙げられる。ケイ素のナノ結晶中に拘束された正孔対を再結合するためには、発光はナノ結晶のサイズに大きく左右されることとなる。
【０００６】
ＳｉＯＸの薄層フィルムに包埋されたナノ結晶性のケイ素の電子的および光学的な特性は、ケイ素のナノ結晶のサイズ、密度および分布に依存する。種々の薄層フィルムの蒸着技術、例えば、容量結合プラズマを用いる、スパッタリングおよびプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）などは、安定性および信頼性のあるナノ結晶性のケイ素薄層フィルムを製造する目的のため、これまで研究がなされている。
【０００７】
しかしながら、従来のＰＥＣＶＤおよびスパッタリング技術においては、低いプラズマ密度、プラズマと結合するには不十分なパワー、低いイオン／中性物質の比率（ion/neutral ratio）および制御できない量に係る限界を有している。また、高いイオン衝撃エネルギー（bombardment energy）のため界面に損傷が生じることが挙げられる。そのため、プラズマが生じさせた、従来の容量結合プラズマ（ＣＣＰ）から形成された酸化膜には、イオン種に影響を及ぼす高い衝撃エネルギーのため、信頼性の問題が伴い得る。プラズマ誘導される量または界面の損傷を制御または最小化させることは重要である。プラズマを生じさせるＣＣＰの高周波（ＲＦ）を用いるイオンエネルギーを制御することはできない。供給される電力が増加されることによって、反応速度が増加される結果、蒸着フィルムに対する衝撃が増加する。上記蒸着フィルムによっては、多くの欠陥を含む低品質なフィルムを与えることしかできない。さらに、これらのプラズマ源（〜１×１０８−１０９ｃｍ−３）による低密度のプラズマは、プラズマ中およびフィルム表面における反応の自由度、処理速度を向上させる活性ラジカルの発生の効果、酸化の効果、低い熱量による不純物の還元に制限を招くこととなる。これらによって、低温での電子デバイスの製造における実用性が制限される。
【０００８】
蒸着工程では、デバイスの進歩に基づくＰＬおよび電子ルミネセンス（ＥＬ）に係る粒子を生じさせ、また、粒子の大きさを制御することが必要とされる。上記蒸着工程は、従来のプラズマを用いる技術、例えば、スパッタリング、ＰＥＣＶＤなどよりも、処理範囲およびプラズマの特性を向上させるものである。プラズマ密度を向上させ、プラズマの衝撃を最小化させる工程によれば、プラズマによる微細構造に関する損傷を生じさせることなく、高品質なフィルムの成長を確保することができる。フィルムの界面およびバルク（bulk）の品質をそれぞれ制御する可能性を提供することができる工程によれば、高い性能および高い信頼性を有する電子デバイスの製造を可能とすることができる。活性プラズマ種、ラジカルおよびイオンを十分に発生させることができるプラズマ工程によれば、制御された工程および特性の制御を伴う高品質な薄層フィルムを開発することが可能となる。
【０００９】
高品質のＳｉＯＸ薄層フィルムを製造するためには、成長したフィルムの酸化も、結晶性のケイ素粒子を含む高品質フィルムを得る上で重要な要素である。また、高濃度にて活性酸素ラジカルを発生させ得る工程によれば、ケイ素ナノ粒子を取り巻く酸化物マトリックス中において、ケイ素粒子ナノ粒子の効果的な不動態化を確保することができる。さらに、プラズマによって生じる損傷を最小化し得る工程によれば、高品質の界面の形成を実現することができる。上記界面の形成は、高品質のデバイスを製造するために不可欠である。低い熱量による十分な酸化および水素化工程は、光電子デバイスの製造工程において、不可欠であり、重要である。高温での熱処理工程では、他のデバイス層に干渉することとなり、上記他のデバイス層は、熱活性種の低い反応性のため、効率および熱量の観点から適切ではない。さらに、新規フィルムの構造に係る成長／蒸着、酸化、水素化、粒子サイズの成長、および制御に関する、より完全な解決策および可能性を提供できるプラズマ工程、および、プラズマ密度、イオンエネルギーおよび広範囲での処理をそれぞれ制御することは高性能な光電子デバイスの発展の点から望まれる。
【００１０】
薄層フィルムの特性に影響する種々のプラズマの物性として、付随するプラズマ工程を薄層フィルムの特性に対し、相互に関連付けることは重要である。また、所望のフィルムの品質は、目的となる用途に応じて左右される。目的となる用途に応じる、重要となるプラズマおよび薄層フィルムの特性は、蒸着率、温度、熱量、密度、微細構造、界面特性、不純物、プラズマにより生じる損傷、プラズマによって生じる活性種（ラジカル／イオン）の状態、プラズマの電位、工程およびシステムの規模、電気特性および信頼性が挙げられる。物性値の補正は、目的に応じた用途によるフィルムの品質に影響を及ぼす工程図（process map）のように、フィルムの品質を評価するために不可欠である。プラズマエネルギー、組成物（ラジカルからイオンへ）、プラズマ電位、電子の温度および温度状態が、工程図に依存して別個に関連があるように、低密度のプラズマまたは他の高密度プラズマ系において、単に上述した工程を展開させるだけでは、薄層フィルムについて知見を深め、発展がなされる可能性は低い。
【００１１】
低温条件は、大規模なデバイスを透明ガラス、石英またはプラスチック基板に形成する、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の製造において概して好ましい。透明基板は、６５０℃を越える温度に晒されると損傷を受け得る。この温度問題を解決するためには、低温でのケイ素の酸化工程が改良される必要がある。上記の工程では、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源のような高密度のプラズマ源が用いられ、１２００℃で行われる化学酸化法に匹敵する品質でケイ素酸化物を形成することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
仮に高密度のプラズマを実現することができれば、ケイ素を含有するフィルムを光学フィルムの製造に用いることが可能となる。
【００１３】
本発明では、光学フィルターの製造に利用できる光学フィルムを提供する。本発明では、特に、化学蒸着工程をなす高密度プラズマによって、非化学量論比を有する酸化および窒化されたケイ素フィルムを有する光学フィルターを実現する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、種々の電子的な応用のために適した広範囲の屈折率を有するケイ素に富んだＳｉＯＸ薄層フィルムの製造方法に係る。例えば、１．４６〜３の範囲の屈折率値を有するＳｉＯＸ薄層フィルムは、ＨＤＰの工程条件を調節することによって製造され得る。また、高密度のプラズマによって、ＳｉＯＸ薄層フィルムは可視領域において、強いＰＬ強度を示すよう処理される。上記強度は、蒸着後のアニール処理がなされ、高濃度のケイ素ナノ結晶の凝集体が形成されると著しく向上する。
【００１５】
また、高周波（ＲＦ：radio frequency）の電力および蒸着温度を調節することによって、屈折率を制御することが可能となる。ＨＤＰ処理されたＳｉＯＸ薄層フィルムにおいて観測される光応答性は、種々の光電気的な用途を目的とし、ＨＤＰ処理されたＳｉに富むＳｉＯＸ薄層フィルムの電位として示される。
【００１６】
これによって、第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルターを提供することができる。上記フィルターは、基板と、基板を覆う第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムとから構成されており、Ｘ１＋Ｙ１＜２、かつ、Ｙ１＞０である。上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムは、約１．４６から３までの範囲における屈折率（ｎ１）と、複素屈折率（Ｎ１＝ｎ１＋ｉｋ１）とを有し、上記ｋ１は、０から０．５までの範囲の減衰係数である。上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムは、そのままであっても（すなわち、ドープされていない状態であっても）、ドープされていてもよい。
【００１７】
また、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムは、１ナノメータ以上、１０ナノメータ以下の大きさのケイ素ナノ粒子を含んでいることが好ましい。
【００１８】
また、他の実施形態として、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが、第２の非化学量論比を有するＳｉＯＸ２ＮＹ２薄層フィルムによって覆われており、上記Ｙ１≠Ｙ２である実施形態を挙げることができる。この場合においても、上記第２の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムは、ドープされていなくとも、ドープされていてもよい。さらに他の実施形態として、化学量論比を有するＳｉＯＸ２ＮＹ２薄層フィルムは、ドープされていなくとも、ドープされていてもよく、第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムを覆っていてもよい。
【００１９】
また、第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムは、段階的な屈折率（ｎ１）を有している。上記屈折率の段階的な関数は、連続的、段階的または周期的な関数となっている。第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルムは、基板からフィルムまでの距離に従って変化する、Ｙ１値を有する段階的な屈折率を有している。
【００２０】
すなわち、本発明の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルターは、基板と、上記基板を覆う第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムとを含んでおり、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムにおいて、Ｘ１＋Ｙ１＜２、かつ、Ｙ＞０であり、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムは、約１．４６から３までの範囲における屈折率（ｎ１）と、複素屈折率（Ｎ１＝ｎ１＋ｉｋ１）とを有し、上記複素屈折率における上記ｋ１は、０から０．５までの範囲の減衰係数であることを特徴としている。
【００２１】
本発明の光学フィルターは、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが、ドープされていない非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルム、およびドープされた非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムからなる群から選ばれるフィルムであってもよい。
【００２２】
本発明の光学フィルターは、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが、１ナノメータ以上、１０ナノメータ以下の大きさのケイ素ナノ粒子を含んでいてもよい。
【００２３】
本発明の光学フィルターは、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが、第２の非化学量論比を有するＳｉＯＸ２ＮＹ２薄層フィルムによって覆われており、上記Ｙ１≠Ｙ２であり、上記非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが、ドープされていない非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルム、およびドープされた非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムからなる群から選ばれるフィルムであってもよい。
【００２４】
本発明の光学フィルターは、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが、化学量論比を有するＳｉＯＸ２ＮＹ２薄層フィルムによって覆われており、上記化学量論比を有するＳｉＯＸ２ＮＹ２薄層フィルムが、ドープされていない化学量論比を有するＳｉＯＸ２ＮＹ２薄層フィルム、およびドープされた化学量論比を有するＳｉＯＸ２ＮＹ２薄層フィルムからなる群から選ばれるフィルムであってもよい。
【００２５】
本発明の光学フィルターは、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが、段階的な第１の屈折率（ｎ１）を有していてもよい。
【００２６】
本発明の光学フィルターは、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが段階的な屈折率を有しており、上記屈折率は、連続的な屈折率、段階的な屈折率、および周期的な屈折率からなる群から選ばれるものであってもよい。
【００２７】
本発明の光学フィルターは、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが、Ｙ１値を有する段階的な屈折率を有しており、上記Ｙ１値は、上記基板からフィルムまでの距離に従って変化してもよい。
【００２８】
本発明の光学フィルターは、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが、第２の屈折率（ｎ２）を有する第２のフィルム層によって覆われていてもよい。
【００２９】
本発明の光学フィルターは、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムと上記第２のフィルム層との積層体が、全体として、第３の屈折率（ｎ３）を有していてもよい。
【００３０】
本発明の光学フィルターは、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが、複数のフィルムによって覆われており、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムおよび上記複数のフィルムの積層体が、全体として、第４の屈折率（ｎ４）を有していてもよい。
【００３１】
本発明の光学フィルターは、第２のフィルムが、第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムにおける第１の領域を覆っており、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムにおける第２の領域を覆っておらず、第３のフィルムが、上記第２のフィルムにおける第１の領域を覆っており、上記第２のフィルムにおける第２の領域を覆っておらず、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムにおける第１の領域、上記第２のフィルムにおける第１の領域および第３のフィルムを通過する部分の屈折率として第４の屈折率を有し、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムにおける第１の領域および上記第２のフィルムにおける第２の領域を通過する部分の屈折率として第３の屈折率を有し、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムにおける第２の領域を通過する部分の屈折率は、第１の屈折率であってもよい。
【００３２】
本発明の光学フィルターは、上記第２のフィルムが、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムの第１の領域を覆っており、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムの第２の領域を覆っておらず、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムの第１の領域および上記第２のフィルムを通過する部分の屈折率として第３の屈折率を有し、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムにおける第２の領域を通過する部分の屈折率は、第１の屈折率であってもよい。
【００３３】
本発明の光学フィルターは、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルムが、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルムに入射された入射光を制御するための回折特性および反射特性を有する回折格子によって覆われていてもよい。
【００３４】
本発明の光学フィルターは、上記回折格子が蛍光体材料を含んでいてもよい。
【００３５】
本発明の光学フィルターは、上記基板が、プラスチック、ガラス、石英、セラミック、金属、ポリマー、ドープされていないケイ素、ドープされたケイ素、炭化ケイ素、ゲルマニウム、Ｓｉ１−ＸＧｅＸ、ＩｎＧａＡｓ、窒化ガリウム、リン化ガリウム、ケイ素含有絶縁体（ＳＯＩ）、ゲルマニウム含有絶縁体（ＧＯＩ）、ケイ素含有材料、および半導体材料からなる群から選ばれる材料によって形成されていてもよい。
【００３６】
本発明の光学フィルターは、第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが、誘電体、半導体、有機薄層フィルム、ポリマー、ドープされていないケイ素、ドープされたケイ素、アモルファスケイ素、多結晶性ケイ素、単結晶ケイ素、炭化ケイ素、ゲルマニウム、アモルファスＳｉ１−ＸＧｅＸ、多結晶性Ｓｉ１−ＸＧｅＸ、および単結晶Ｓｉ１−ＸＧｅＸからなる群から選ばれる材料によって形成されたフィルムによって覆われていてもよい。
【００３７】
本発明の光学フィルターは、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが、３族元素、４族元素、５族元素、および希土類元素からなる群から選ばれるドーパントを有する非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムを含んでいてもよい。
【００３８】
本発明の光学フィルターは、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが、可変な屈折率を有していてもよい。
【００３９】
本発明の光学フィルターにおいて、上記第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムは、温度、電界、光および圧力からなる群から選ばれる外部的な環境条件に応じて、その屈折率が変化する構成を有していてもよい。
【００４０】
本発明の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルターは、基板と、上記基板を覆う多層フィルム構造体とを含んでいる非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルターであって、上記多層フィルム構造体が、非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムおよびフィルムを含んでおり、上記非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムは、Ｘ１＋Ｙ１＜２、および、Ｙ１＞０であり、約１．４６から３までの範囲における屈折率（ｎ１）と、複素屈折率（Ｎ１＝ｎ１＋ｉｋ１）とを有し、上記複素屈折率における上記ｋ１は、０から０．５までの範囲の減衰係数であり、上記フィルムは、入射光を制御するための回折特性および反射特性を有しており、回折格子および蛍光体フィルムからなる群から選ばれることを特徴としている。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、光学フィルムの製造に利用できる光学フィルターを提供することができる。特に、化学蒸着工程をなす高密プラズマによって、非化学量論比を有する酸化および窒化されたケイ素フィルムを有する光学フィルターを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
上述した光学フィルターのさらなる詳細については、以下に示される通りである。
【００４３】
本発明は、新規な光学デバイスのための化学量論比を有し、ｎｃ-ケイ素が包埋されたＳｉＯＸＮＹ（Ｘ＋Ｙ＜２、かつ、Ｙ＞０）薄層フィルムの製造に用いられる高密プラズマ法に関する。ＳｉＯＸ薄層フィルムに包埋されたｎｃ-ケイ素を処理するＨＤＰプラズマ工程は、工程条件に応じて広範囲の光学分散を実現できる。具体的には、フィルムの屈折率および吸光定数をそれぞれ約１．４６〜３（１．４６〜３）、０〜０．５の範囲内で変更することができる。上記屈折率および吸光定数は、光学デバイスの製造において、従来用いられている公知の誘電体および半導体材料の光学特性と重複するものである。さらに、ＨＤＰプラズマ工程によれば、ｎおよびｋの値を独立して制御することができ、デバイスの製造において工程の限界、工程の複雑さおよびコストを大きく低減させることができる。
【００４４】
ｎｃ-ケイ素を含むフィルムから導かれる新たな基本的な方針としては、波長を変換するものである。ｎｃ-ケイ素粒子の大きさは、波長同調に影響を与える。また、媒体に含まれるｎｃ-ケイ素粒子は、新規な光電子デバイスにおける、光強度上昇（導光に対する活性媒体）、波長変換（ＰＬ／ＥＬの応答性）および入射した広帯域のスペクトルを狭周波数帯のスペクトルに変換するために用いられる。
【００４５】
図１Ａから図１Ｆは、基本的な光学特性を示している。図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｅでは、ローパス、ハイパス、狭帯域フィルターのそれぞれを示す光波長（λ）の関数として透過率（Ｔ）がプロットされている。図１Ａおよび図１Ｄでは、光波長の関数として屈折率がプロットされている。図１Ａでは、一般的な反射防止コーティングの特性が示されている。一方、図１Ｄでは、フィルムは入射光を部分的に反射し、部分的に透過することが示されている。光学デバイスは、その用途に基づいて、二つの主要なカテゴリーに分類される。一方の光学デバイスでは、導波路として作用するフィルムを有する基板に水平な方向に対し光が平行に移動する。他方の光学デバイスでは、反射防止コーティング、フィルター、ミラー、ビームスプリッターなどとして用いられるフィルム面に対し光が垂直に移動する。
【００４６】
薄層フィルムの材料の選定は、所望の光学的効果に応じて変更される。単層または多層の薄層フィルム構造に対しては、所望の光学特性を有していることが要求される。光学的な用途のために不可欠な薄層フィルムの特性として、重要な特性としては、反射率、透過率、吸収率およびスペクトル感度が挙げられる。製造技術、蒸着工程および処理温度の選定は、薄層フィルムの光学特性に強い影響を及ぼすこととなる。さらに、多層構造における多層のバルク（bulk）特性および界面特性は、光デバイスの全体的な性能に影響を与える。
【００４７】
図２Ａから図２Ｉまでは、一般的な導波路の構成を示している。波長の成分を誘導することは、半導体素子上に光学信号を配列させることや、方向性の結合、選別および調整の機能のために有用である。また、ソース、検知器、モジュレータなどの動的機器と光学的な導波路とを集積することは、高品質の光学通信デバイスを実現する上で有用である。
【００４８】
図３Ａおよび図３Ｂは、一般的な導波路の構成を示しており、導光を制御し、波長を変換する単層または多層の構成が示されている。図３Ａでは、強度比率であるＩｏｕｔ／Ｉｉｎがシステム損失に依存していることが示されている。図３Ｂでは、ｎｃ-ケイ素が包埋されたＳｉＯＸＮＹ（Ｘ＋Ｙ≦２）薄層フィルムを用いることによって、強度比率を、システム損失だけでなく、種々の要素、例えば、ソースによるｎｃ-ケイ素の励起、ソースまたはドーパントによるｎｃ-ケイ素の励起、およびソースまたはｎｃ−ケイ素の放射によるドーパントの励起に依存させることが可能であることが示されている。
【００４９】
このようなｎｃ-ケイ素が包埋されたＳｉＯＸＮＹ（Ｘ＋Ｙ≦２）薄層フィルムを用いることによって、単一の材料システムおよび粒子サイズの制御が行われ、広範囲に亘る光学分散の制御が可能となる。例えば、ｎｃ−ケイ素粒子サイズを制御することによって、波長を変換および増幅することが可能となる。また、フィルムに不純物を添加することによって、誘導された波長および信号の増幅を制御することができる。上述したｎｃ-ケイ素が包埋されたＳｉＯＸＮＹ（Ｘ＋Ｙ≦２）薄層フィルムは、種々の金属性、誘電性および半導体性の材料を用いることによって得られる。
【００５０】
光電子的な用途に用いられる薄層フィルムの選定は、光学的、電気的、機械的および化学的な特性に応じて適宜異なる。製造技術および蒸着工程の選定は、高品質の薄層フィルムの製造において等しく重要である。様々な薄層フィルムの特性、例えば、微細構造、粒子の大きさ、組成、密度、欠陥および不純物、構造の均質性および界面の特性は蒸着技術および工程条件によって強く影響される。
【００５１】
本発明は、新規な光学デバイスのための化学量論比を有し、ｎｃ-ケイ素が包埋されたＳｉＯＸＮＹ（Ｘ＋Ｙ≦２）薄層フィルムの製造に用いられる高密プラズマ法に関する。ここで、ｎｃ-ケイ素が包埋されたＳｉＯＸＮＹ（Ｘ＋Ｙ≦２）薄層フィルムを、非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルムとも呼ばれ、Ｘ＋Ｙ＜２、かつ、Ｙ＞０である。非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルムは、以下、ナノ結晶性（ｎｃ）のケイ素粒子を含んでいるものとする。また、ケイ素に富んだＳｉＯＸＮＹ薄層フィルムであるとする。「非化学量論比を有する」とは、以下、当業者が有する知識に基づいて、明確な自然数の比率で化合物を表すことができないことを示す。そのため、明確な比率で示すことができないことを示す。
【００５２】
従来、非化学量論比を有する化合物は、ランダム欠陥を含む固体物質であるとされ、結果としてある元素を欠いているとされる。上記化合物は、全体として中性の電荷を有しているため、原子チャージを損失したことで、酸化状態を変動させるか、または、上記化合物を異なるチャージを有する異なる元素の原子に置換することによって、化合物中の他の原子へチャージを補填する必要が生じる。さらに詳細には、非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹにおける「欠陥」は、ナノ結晶性の粒子を含む。
【００５３】
ＨＤＰ技術によれば、高いプラズマ密度、低いプラズマ電位、および、プラズマエネルギーと密度とをそれぞれ独立に制御できるため、高品質な薄層フィルムを製造する上で適している。ＨＤＰ技術は、高品質なフィルムを製造する上で、不純物含有量を導入する工程またはシステムをごく小さく抑えることができるため好ましい。ＨＤＰ処理されたフィルムは、構造的な損傷を生じさせ、不純物を工程中に導入することとなるプラズマの量が最少量であるため、優れたバルク特性および界面特性を示す。上記プラズマ量は、従来公知の蒸着技術によるプラズマ量と比較したものであり、蒸着技術としては、スパッタリング、イオンビーム蒸着、ＰＥＣＶＤによる容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源および熱線ＣＶＤを挙げることができる。
【００５４】
本発明は、蒸着状態のＳｉＯＸフィルムにおいてナノ−ケイ素粒子を生じさせる新規なＨＤＰ工程に関する。ｎｃ−ケイ素粒子の濃度は、蒸着後のアニール処理および欠陥の不動態化処理によってさらに高くすることができる。光電子デバイスの製造において、ＨＤＰ処理された、ｎｃ-ケイ素が包埋されたＳｉＯＸＮＹ薄層フィルムは、ＨＤＰ処理されることによって性能が向上されており、光学分散特性を調整することができる。
【００５５】
ｎｃ-ケイ素が包埋されたＳｉＯＸＮＹ薄層フィルムの他の重要な面としては、可視スペクトル範囲における大きなＰＬ放射が挙げられる。上記ＰＬ放射は、信号ゲインおよび波長同調を示す、アクティブ光デバイスの製造において用いられる。ＨＤＰ処理された薄層フィルムの光学特性は、光学的応答性を可視スペクトル、例えば、遠紫外線から遠赤外線までの一方へ拡張するよう制御するために、適切な不純物をドープすることによって大きく変更することができる。ＨＤＰ技術では、電気的および光学的応答性を向上させるために、フィルムを不動態化させるための低温および低熱量の条件が望ましい。
【００５６】
図４は、誘導結合プラズマ源を備える高密プラズマ（ＨＤＰ）システムの計画図である。頂部（上部）電極１は、高周波（ＲＦ）の電源２によって駆動される。一方、底部（株）電極３は、より低周波の電源４によって駆動される。高密誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）の電源２から、マッチング回路５およびハイパスフィルター７までのＲＦ出力は頂部電極１に結合されている。ローパスフィルター９および整合変成器１１を介した底部電極３への出力は、頂部電極１と独立して変更され得る。頂部電極の電力周波数は、１３．５６から約３００メガヘルツ（ＭＨｚ）の範囲で変更することができ、ＩＣＰの設計に依存する。底部電極の電力周波数は、イオンエネルギーを制御するために、約５０キロヘルツ（ＫＨｚ）から約１３．５６ＭＨｚまでの範囲で変更することができる。圧力は上限５００ｍＴｏｒｒにまで変更することができる。頂部電極の出力は、約１０ワット／平方センチメートル（Ｗ／ｃｍ２）の出力とでき、一方、底部電極の出力は、約３Ｗ／ｃｍ２の出力とすることができる。
【００５７】
ＨＤＰシステムの興味深い特徴としては、プラズマに晒される誘導コイルが存在しないことである。すなわち、不純物を生じさせる源を排除することができる。頂部電極および底部電極の出力はそれぞれ独立に制御され得る。これらの電極はプラズマに晒されないため、可変コンデンサーを用いてシステムの本体（body）電位を調整する必要がない。このため、頂部電極および底部電極の間には、クロストークが生じず、プラズマ電位は該して２０Ｖ未満と、低い値になる。システムの本体（body）電位は、システム設計および電力結合の性質に応じて、変動する電位となる。
【００５８】
ＨＤＰツールは、電子が１×１０１１ｃｍ−３以上の濃度および電子温度が１０ｅＶ未満である、真の高密プラズマ工程である。また、多量の高密プラズマシステムおよび容量結合プラズマツールのような公知の設計がなされているため、頂部電極に結合されたコンデンサーおよびシステムボディ（システム本体）の間のバイアス差を維持する必要がない。頂部電極および底部電極がＲＦおよび低周波（ＬＦ）の出力を受けることによって、相互に状態が変化する。
【００５９】
高品質な化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ（Ｘ＋Ｙ＝２）およびｎｃ-ケイ素が包埋されたＳｉＯＸＮＹ薄層フィルムは、４００℃以下の処理温度にて、ＨＤＰ技術によって処理され得る。集積された光学デバイスに適した基板としては、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガラス、石英、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ＳｉＸＧｅ１−Ｘが挙げられる。ＨＤＰ処理されたフィルムは、その位置で（in situ）、高密ＰＥＣＶＤを備えるチャンバー内にてドーパント源となるガスの添加または物理スパッタリング源を組み込むことによってドープされ得る。
【００６０】
ＨＤＰ処理されたフィルムの光学特性は、添加されるドーパントの種類によって変更することができる。ＨＤ−ＰＥＣＶＤ技術による、化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ（Ｘ＋Ｙ＝２）およびｎｃ-ケイ素が包埋されたＳｉＯＸＮＹ（Ｘ＋Ｙ＜２）薄層フィルムの製造における一般的な処理条件を表１に示す。
【００６１】
【表１】
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図５Ａおよび図５Ｂは、ｎｃ-ケイ素が包埋されたＳｉＯＸ薄層フィルムの光学分散特性を示している。屈折率および減衰係数はフィルムごとに調節されることができる。新規な光学および光電気デバイスを設計する上で、ｎ値およびｋ値を独立して制御することによって、より光学的な透過率、反射率および吸収率の特性をより制御し易くすることができる。フィルムの光吸収限界は、薄層フィルムの構成およびｎｃ-ケイ素粒子の大きさを調整することによって、効果的に制御することができる。また、光応答特性が制御された新規な光学および光電気デバイスを製造する上で、ｎ、ｋ分散、吸収限界、およびＰＬ／ＥＬ放射特性が相互に成り立つよう開発され得る。
【００６２】
図６Ａから図６Ｃまでは、可視スペクトル領域に亘るＨＤＰ処理された、ｎｃ-ケイ素が包埋されたＳｉＯＸＮＹ薄層フィルムのＰＬスペクトルを示している。放射された波長は、粒子の大きさに強く依存する。全可視スペクトル領域に亘り、粒子サイズを制御することによって、ＨＤＰプラズマ工程を効率的とすることができる。また、ＨＤＰ工程では、相当量のＰＬ信号が明確に検知されるように、３００℃の低い処理温度において、ｎｃ-ケイ素粒子の生成が効率良くなされる。ＰＬ放射の強度は、蒸着後の高温でのアニール処理によって、非常に高められる。上記アニール処理は、相分離および量子閉じ込め効果のためになされるものである。さらに、ＨＤＰ技術は、欠陥を不動態化させるために、低温および低い熱量にてなされることが好ましい。
【００６３】
すなわち、フィルムの構成、アニール処理、不動態化およびｎｃ−粒子サイズの制御に関して、ｎ、ｋ、および波長透過率に亘り制御がなされた、上述したｎｃ-ケイ素が包埋されたＳｉＯＸＮＹ（Ｘ＋Ｙ＜２）薄層フィルムを用いることによって、単層または多層構造が形成され得る。導波路は、波長変換および波長スペクトルを減衰させることができるよう形成される。第４類の希土類元素のドーパントは、波長を制御するためにフィルムに添加される。光学利得および複屈折は、光電気的な用途のために利用され得る。放射された波長の光学制御は、上記のようにドーパントを添加することによってなすことができる。
【００６４】
ｎｃ-ケイ素が包埋されたＳｉＯＸＮＹ（Ｘ＋Ｙ＜２）薄層フィルムは、他の様々な材料と共に用いられる。例えば、光導波路は、ＰＩＮダイオード検知器と共に一体化される。また、ｎｃ−ケイ素を包埋したフィルムは、広バンドギャップ半導体または蛍光体（リン光体）に含まれるよう構成されてもよい。上記製造工程についてのさらなる詳細については、発明の名称 ＨＩＧＨ  ＤＥＮＳＩＴＹ  ＰＬＡＳＭＡ  ＳＴＯＩＣＨＩＯＭＥＴＲＩＣ  ＳｉＯＸＮＹ  ＦＩＬＭＳ、発明者 Ｐｏｏｒａｎ Ｊｏｃｈｉら、出願番号１１／６９８，６２３、出願日２００７年１月２６日、代理人整理番号ＳＬＡ８１１７の出願書類を参考にすることができる。
【００６５】
図７は、非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルム光学フィルターの部分断面図を示している。ここで、光学フィルターとは、少なくとも１種類の入射光の特性を変化させるデバイスを示すこととする。また、フィルターは透過性、反射性があり、導波路として作用することができるものであってよい。フィルター７００は、基板（基材）７０２および基板７０２上に、第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルム７０４によって構成されている。ここで、Ｘ１＋Ｙ１＜２、かつ、Ｙ１＞０である。
【００６６】
第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルム７０４は、約１．４６から３までの範囲における屈折率（ｎ１）と、複素屈折率（Ｎ１＝ｎ１＋ｉｋ１）とを有している。上記の複素屈折率において、上記ｋ１は、０から０．５までの範囲の減衰係数である。基板７０２の材料としては、例えば、プラスチック、ガラス、石英、セラミック、金属、ポリマー、ドープされていないケイ素、ドープされたケイ素、炭化ケイ素、ゲルマニウム、Ｓｉ１−ＸＧｅＸ、ＩｎＧａＡｓ、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、ケイ素含有絶縁体（ＳＯＩ）、ゲルマニウム含有絶縁体（ＧＯＩ）、ケイ素含有材料または半導体材料を挙げることができる。しかし、上記フィルターの基板の原料は、上述した材料に必ずしも限定されるものではない。
【００６７】
第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルム７０４は、ドープされていなくとも、ドープされていてもよい。例えば、ドーパントは、３族元素、４族元素、５族元素、または希土類元素であってもよい。また、フィルム７０４は、上述した元素を併用してドープされていてもよく、上述した元素以外の元素によってドープされていてもよい。
【００６８】
また、第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルム７０４は、ナノ粒子のケイ素７０６を含んでおり、このナノ粒子のケイ素７０６は、約１〜１０ナノメータ（ｎｍ）の大きさ（例えば直径）を有している。
【００６９】
図８は、図７に示す非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルム光学フィルターの第１の実施形態を示す部分断面図である。第２の非化学量論比を有するＳｉＯＸ２ＮＹ２薄層フィルム８００は、第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルム７０４の上に積層されている。ここで、Ｙ１≠Ｙ２である。第２の非化学量論比を有するＳｉＯＸ２ＮＹ２薄層フィルムは、フィルム７０４について上述したように、ドープされていなくとも、ドープされていてもよい。
【００７０】
図９は、図７に示す非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルム光学フィルターの第２の実施形態を示す部分断面図である。化学量論比を有するＳｉＯＸ２ＮＹ２薄層フィルム９００は、第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルム７０４上に積層されている。化学量論比を有するＳｉＯＸ２ＮＹ２薄層フィルム９００は、ドープされていなくとも、ドープされていてもよい。ドーパントの例としては、フィルム７０４について上述したドーパントと同様である。
【００７１】
図１０Ａから図１０Ｃまでは、図７に示す第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ２ＮＹ２薄層フィルムの第３の実施形態を示す部分断面図を示している。上記薄層フィルムは、段階的な屈折率（ｎ１）を有している。
【００７２】
一例として、第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルム７０４は、基板表面１０００からフィルムの距離によって変化する段階的な屈折率を有している。この段階的な屈折率は、Ｙ１値を有している。図１０Ａにおいて、非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルム７０４は、連続関数を有する段階的な屈折率を有している。図示するように、ｎ１値は、基板表面１０００から遠ざかるに従って増加する。また、図示しないが、ｎ１値は、基板表面１０００から遠ざかるに従って減少してもよい。
【００７３】
図１０Ｂは、段階的な屈折率を有する非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルム７０４を示している。上記薄層フィルム７０４では、段階的な屈折率は、一方向に変動し、例えば、ｎ１ａ＞ｎ１ｂ＞ｎ１ｃである。
【００７４】
図１０Ｃは、段階的な屈折率を周期的に有する非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルム７０４を示している。上記薄層フィルム７０４では、段階的な屈折率は、変動した後に元の屈折率に戻る。例えば、ｎ１ａ＞ｎ１ｂであり、反復して繰り返される。薄層フィルム７０４では、２段階の屈折率を２回繰り返すサイクルが示されている。しかし、薄層フィルム７０４では、このような特定の反復部分当たりの段階数、または、特定の反復回数に制限されるものではない。
【００７５】
図１１は、図７における非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルム光学フィルターに係る第４の実施形態を示す部分断面図である。また、薄層フィルム１１００には、ＳｉＯＸＮＹ以外の材料から得られた第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルムが積層されていてもよい。例えば、薄層フィルム１１００は、誘電体、半導体、有機薄層フィルム、ポリマー、ドープされていないケイ素、ドープされたケイ素、アモルファスケイ素、多結晶性ケイ素、単結晶ケイ素、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ゲルマニウム、アモルファスＳｉ１−ＸＧｅＸ、多結晶性Ｓｉ１−ＸＧｅＸまたは単結晶Ｓｉ１−ＸＧｅＸなどの例を挙げることができる。
【００７６】
図１２は、図７における非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルム光学フィルターに係る第５の実施形態を示す部分断面図である。第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルム７０４に積層されている第２のフィルム層１２００は、フィルムの材料に関わらず、第２の屈折率（ｎ２）を有している。第２の屈折率（ｎ２）は、第１の屈折率（ｎ１）とは異なる値である。ある観点から考えると、第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルム７０４および第２のフィルム１２００の積層体は、全体として第３の屈折率（ｎ３）を有している。
【００７７】
図１３は、図１２に示す光学フィルターの他の実施形態を示す部分断面図である。第２のフィルム１２００は、第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルム７０４の第１の領域１２０２を覆っている。また、第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルム７０４の第２の領域１２０４を覆っていない。第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムの第１の領域１２０２を通過し、第２のフィルム層１２００を覆う部分の屈折率は、第３の屈折率である。第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルム７０４の第２の領域１２０４を通過する部分の屈折率は、第１の屈折率である。
【００７８】
図１４は、図７における非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルターに係る第６の実施形態を示す部分断面図である。複数層のフィルム１３００ａから１３００ｊまでが、第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルム７０４に積層されている。第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルム７０４および積層されたフィルム１３００ａから１３００ｊまでは、全体として第４の屈折率（ｎ４）を有する。なお、フィルム１３００の枚数であるｊは、この枚数に限定されるものではない。
【００７９】
図１５は、図１４に示す光学フィルターの他の実施形態を示す部分断面図である。図１５の例ではｊ＝２である。第２のフィルム１４００は、第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルム７０４の第１の領域１４０２を覆っている、また、第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルム７０４の第２の領域１４０４を覆っていない。さらに、第３のフィルム１４０６は、第２のフィルム１４００における第１の領域１４０８を覆っており、第２のフィルムにおける第２の領域１４１０を覆っていない。第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムにおける第１の領域１４０２、第２のフィルにおける第１の領域１４０８および第３のフィルム１４０６を通る部分の屈折率は、第４の屈折率である。第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムにおける第１の領域１４０２および第２のフィルム１４００の第２の領域１４１０を通過する部分の屈折率は、第３の屈折率である。
【００８０】
第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムにおける第２の領域１４０４を通過する部分の屈折率は、第１の屈折率である。このように３層構造の例を示したが、フィルター７００は３層構造に限定されるものではなく、層数は適宜変更されることができる。
【００８１】
図１６は、図７における非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルターに係る第７の実施形態を示す部分断面図である。回折格子１６００は、第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルム７０４に積層されている。回折格子１６００は、第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルム７０４に入射する入射光１６０２を制御するための回折特性および反射特性を有している。また、回折格子１６００は、蛍光体材料を含んでいる。
【００８２】
蛍光体材料は、粒子または光が帯電されることによって、励起した際に発光する材料である。放射光スペクトルは、その材料の組成によって特性が左右される。フィルター７００は、入射光の透過、吸収および反射特性を制御する一般的な機能を果たすことができるため、上記フィルターに蛍光体層を組み合わせることによって、フィルター特性を制御する機能を加えることができる。蛍光体材料は、ディスプレイ関連の用途に広く用いられており、当業者に広く知られているものである。ここで使用されるあらゆる光ルミネセンス材料は蛍光体材料である。
【００８３】
回折格子１６００は、入射光の特性を制御できる構成となっている。そのため、下地となるフィルム７０４に届く光は、回折格子１６００の回折特性に左右される。一般的にフィルター７００においては、回折格子１６００は、種々の方法および種々の薄層フィルムの材料群から構成されることが可能である。一般的に、回折特性および反射特性によって回折格子が定義される。図１６においては、回折格子１６００の構成はフィルム７０４を覆うように示されているが、回折格子１６００が、フィルム７０４および基板７０２の間に位置するよう配置を変更してもよいし、フィルム７０４を覆う多層フィルム中に配置させる構成に変更してもよい（図示していない）。
【００８４】
また、回折格子は、反射要素および透明な要素を有しており、これらは周期的に調整される。回折格子１６００は、材料表面に、非常に平行および均等に配置された溝または線形状が施されることによって、形成されている。光が回折格子に入射すると、回折および相互干渉効果が生じる。そして、回折次数で称されるように、光は様々な方向に反射または透過される。
【００８５】
図１７は、図７における非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルターに係る第８の実施形態を示す部分断面図である。ここで、第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルム７０４は、可変な屈折率を有している。第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルム７０４は、参照番号１７００で示す外部的な環境条件によって屈折率を変更することができる。外部的な環境条件としては、例えば、温度、電界、光または圧力などが挙げられる。
【００８６】
図１８Ａから図１８Ｃまでは、図１６に示す光学フィルターを回折格子とした各実施形態の構成を示す部分断面図である。非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルター１８００は、基板１８０２および基板１８０２を覆う多層フィルム構造体１８０４から構成されている。多層フィルム構造体１８０４は、非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムを含んでおり、ここで、Ｘ１＋Ｙ１＜２、かつ、Ｙ１＞０である。非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルム１８０６は、約１．４６から３までの範囲における屈折率（ｎ１）と、複素屈折率（Ｎ１＝ｎ１＋ｉｋ１）とを有している。ここで、上記ｋ１は、０から０．５までの範囲の減衰係数である。
【００８７】
また、多層フィルム構造体１８０４は、入射光を制御するための回折特性および反射特性を有するフィルム１８０８を含んでいる。フィルム１８０８は回折格子、蛍光体材料フィルムまたは蛍光体を含んだ回折格子であってもよい。
【００８８】
図１８Ａにおいて、フィルム１８０８は、多層フィルム構造体１８０４中において、他のフィルム同士の間に包埋されており、さらに、これらのフィルムが非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルム１８０６上に形成されている。
【００８９】
図１８Ｂにおいて、フィルム１８０８は、多層フィルム構造体１８０４中において、他のフィルム同士の間に包埋されており、さらに、これらのフィルムが非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルム１８０６の下方（基板側）に形成されている。
【００９０】
図１８Ｃにおいて、フィルム１８０８およびフィルム１８０６は、共に多層フィルム構造体１８０４中において、他のフィルム同士の間に包埋されており、フィルム１８０８は、非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルム１８０６上に形成されている。多層フィルム構造体としては、他の組み合わせとすることも可能である。多層フィルム構造体１８０４における他のフィルムとしては、誘電体、半導体、有機薄層フィルム、ポリマー、ドープされていないケイ素、ドープされたケイ素、アモルファスケイ素、多結晶性ケイ素、単結晶ケイ素、炭化ケイ素、ゲルマニウム、アモルファスＳｉ１−ＸＧｅＸ、多結晶性Ｓｉ１−ＸＧｅＸ、単結晶Ｓｉ１−ＸＧｅＸ、化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルムおよび他の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルムを含む構成とすることができる。
【００９１】
以上のように、非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層フィルムが提案される。具体的な材料およびフィルム層のパターンについては本発明について上述した通りである。なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明によれば、光学フィルムの製造に利用できる光学フィルターを提供することができる。特に、化学蒸着工程をなす高密プラズマによって、非化学量論比を有する酸化および窒化されたケイ素フィルムを有する光学フィルターを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１Ａ】基本的な光学特性を示す図である。
【図１Ｂ】基本的な光学特性を示す図である。
【図１Ｃ】基本的な光学特性を示す図である。
【図１Ｄ】基本的な光学特性を示す図である。
【図１Ｅ】基本的な光学特性を示す図である。
【図１Ｆ】基本的な光学特性を示す図である。
【図２Ａ】一般的な導波路の構成を示す図である。
【図２Ｂ】一般的な導波路の構成を示す図である。
【図２Ｃ】一般的な導波路の構成を示す図である。
【図２Ｄ】一般的な導波路の構成を示す図である。
【図２Ｅ】一般的な導波路の構成を示す図である。
【図２Ｆ】一般的な導波路の構成を示す図である。
【図２Ｇ】一般的な導波路の構成を示す図である。
【図２Ｈ】一般的な導波路の構成を示す図である。
【図２Ｉ】一般的な導波路の構成を示す図である。
【図３Ａ】導光を制御および波長を変換するための単層または多層構造である一般的な導波路の構成を示す図である。
【図３Ｂ】導光を制御および波長を変換するための単層または多層構造である一般的な導波路の構成を示す図である。
【図４】誘導結合プラズマ源を備える高密プラズマ（ＨＤＰ）システムの計画図である。
【図５Ａ】ｎｃ−ケイ素が包埋されたＳｉＯＸ薄層フィルムの光学分散特性を示す図である。
【図５Ｂ】ｎｃ−ケイ素が包埋されたＳｉＯＸ薄層フィルムの光学分散特性を示す図である。
【図６Ａ】ｎｃ−ケイ素が包埋されたＳｉＯＸ薄層フィルムのＨＤＰ処理後における、可視スペクトル領域に亘るＰＬスペクトルを示す図である。
【図６Ｂ】ｎｃ−ケイ素が包埋されたＳｉＯＸ薄層フィルムのＨＤＰ処理後における、可視スペクトル領域に亘るＰＬスペクトルを示す図である。
【図６Ｃ】ｎｃ−ケイ素が包埋されたＳｉＯＸ薄層フィルムのＨＤＰ処理後における、可視スペクトル領域に亘るＰＬスペクトルを示す図である。
【図７】非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルターを示す部分断面図である。
【図８】図７における非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルターに係る第１の実施形態を示す部分断面図である。
【図９】図７における非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルターに係る第２の実施形態を示す部分断面図である。
【図１０Ａ】図７における第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層光学フィルターに係る第３の実施形態を示す部分断面図であり、第１の屈折率（ｎ１）を段階的に示している。
【図１０Ｂ】図７における第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層光学フィルターに係る第３の実施形態を示す部分断面図であり、第１の屈折率（ｎ１）を段階的に示している。
【図１０Ｃ】図７における第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸ１ＮＹ１薄層光学フィルターに係る第３の実施形態を示す部分断面図であり、第１の屈折率（ｎ１）を段階的に示している。
【図１１】図７における非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルターに係る第４の実施形態を示す部分断面図である。
【図１２】図７における非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルターに係る第５の実施形態を示す部分断面図である。
【図１３】図１２に示す光学フィルターの他の実施形態を示す部分断面図である。
【図１４】図７における非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルターに係る第６の実施形態を示す部分断面図である。
【図１５】図１４に示す光学フィルターの他の実施形態を示す部分断面図である。
【図１６】図７における非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルターに係る第７の実施形態を示す部分断面図である。
【図１７】図７における非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルターに係る第８の実施形態を示す部分断面図である。
【図１８Ａ】図１６に示す光学フィルターを回折格子とした実施形態の構成を示す部分断面図である。
【図１８Ｂ】図１６に示す光学フィルターを回折格子とした実施形態の構成を示す部分断面図である。
【図１８Ｃ】図１６に示す光学フィルターを回折格子とした実施形態の構成を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００９４】
７０４      第１の非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層フィルム
１０００    基板表面
１４０２・１４０８    第１の領域
１４０４・１４１０    第２の領域
１８００    非化学量論比を有するＳｉＯＸＮＹ薄層光学フィルター
１８０２    基板（基材）
１８０４    多層フィルム構造体
１８０８    フィルム
【図１Ａ】
2008276178.tif 000004
【図１Ｂ】
2008276178.tif 000005
【図１Ｃ】
2008276178.tif 000006
【図１Ｄ】
2008276178.tif 000007
【図１Ｅ】
2008276178.tif 000008
【図１Ｆ】
2008276178.tif 000009
【図２Ａ】
2008276178.tif 000010
【図２Ｂ】
2008276178.tif 000011
【図２Ｃ】
2008276178.tif 000012
【図２Ｄ】
2008276178.tif 000013
【図２Ｅ】
2008276178.tif 000014
【図２Ｆ】
2008276178.tif 000015
【図２Ｇ】
2008276178.tif 000016
【図２Ｈ】
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【図２Ｉ】
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【図３Ａ】
2008276178.tif 000019
【図３Ｂ】
2008276178.tif 000020
【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
2008276178.tif 000024
【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
2008276178.tif 000031
【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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