(57)【要約】【課題】シリコンを含有するＤＬＣ膜を備えた新規な光学素子を提供する。【解決手段】波長２００〜８５０ｎｍの範囲では、シリコン含有量が４ａｔ％〜１７ａｔ％の範囲で増加するのに応じて、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の屈折率がＤＬＣ膜の屈折率よりも高くなる。一方、波長８５０〜１８００ｎｍの範囲では、シリコン含有量が４ａｔ％〜１２ａｔ％の範囲で増加するのに応じて、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の屈折率がＤＬＣ膜の屈折率よりも低下する。従って、シリコン含有量を調整することにより、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の光学特性を任意のレベルに制御することができる。また、このＤＬＣ−Ｓｉ膜を用いて、優れた光学機能を発現する光学素子が得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンを含有するダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ−Ｓｉ）膜が、光路と交差するように形成されたことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
シリコンを含有するダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ−Ｓｉ）膜と、シリコンを含有しないダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜とが、各々光路と交差するように形成されたことを特徴とする光学素子。
【請求項３】
所定量のシリコンを含有する第１のＤＬＣ−Ｓｉ膜と、前記第１のＤＬＣ−Ｓｉ膜とは異なる量のシリコンを含有する第２のＤＬＣ−Ｓｉ膜とが、各々光路と交差するように形成されたことを特徴とする光学素子。
【請求項４】
前記ＤＬＣ−Ｓｉ膜が、シリコンを１ａｔ％〜３０ａｔ％含有することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記ＤＬＣ−Ｓｉ膜が、１ａｔ％〜３０ａｔ％のシリコンと、３０ａｔ％〜７９ａｔ％の炭素と、２０ａｔ％〜４０ａｔ％の水素と、を含有することを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記ＤＬＣ−Ｓｉ膜の屈折率とＤＬＣ膜の屈折率との差分Δｎが、シリコンの含有量が高くなるのに応じて、０．０１〜０．５の範囲で変化することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項７】
前記ＤＬＣ−Ｓｉ膜は、波長２００ｎｍ〜１７００ｎｍの範囲において、ＤＬＣ膜よりも高い屈折率を有することを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項８】
前記ＤＬＣ−Ｓｉ膜は、波長２００ｎｍ〜１７００ｎｍの範囲において、１．７〜２．３の屈折率を有することを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項９】
面方向に屈折率分布が形成されたことを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記ＤＬＣ−Ｓｉ膜は、膜厚方向に屈折率分布が形成されたことを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１１】
前記ＤＬＣ−Ｓｉ膜は、ＤＬＣ膜よりも低い消衰係数を有することを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１２】
前記ＤＬＣ−Ｓｉ膜は、ＤＬＣ膜よりも０．０５〜０．２低い消衰係数を有することを特徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項１３】
ＤＬＣ−Ｓｉ膜が、光路と交差するように形成された光学素子を製造する光学素子の製造方法であって、
前記ＤＬＣ−Ｓｉ膜を、珪素化合物ガスと炭化水素ガスと水素ガスとを含む雰囲気下で放電を行うプラズマＣＶＤ法により形成することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１４】
前記珪素化合物ガスと前記炭化水素ガスと前記水素ガスとの流量比を変えて、シリコン含有量の異なるＤＬＣ−Ｓｉ膜を形成することを特徴とする請求項１３に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１５】
前記珪素化合物ガスとしてＳｉ（ＣＨ３）４を用いると共に、前記炭化水素ガスとしてＣＨ４を用いたことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１６】
透明な誘電体基板と、
前記誘電体基板上に形成され、ＤＬＣ−Ｓｉ膜とＤＬＣ膜とが交互に積層された誘電体多層膜と、
を含むことを特徴とする多層反射膜。 
【請求項１７】
透明な誘電体基板と、
前記誘電体基板上に形成され、所定量のシリコンを含有する第１のＤＬＣ−Ｓｉ膜と、前記第１のＤＬＣ−Ｓｉ膜とは異なる量のシリコンを含有する第２のＤＬＣ−Ｓｉ膜とが、交互に積層された誘電体多層膜と、
を含むことを特徴とする多層反射膜。 
【請求項１８】
ＤＬＣ−Ｓｉ膜からなるコア部と、
前記コア部を取り囲むように形成され、ＤＬＣ膜からなるクラッド部と、
を含むことを特徴とする光導波路素子。 
【請求項１９】
所定量のシリコンを含有する第１のＤＬＣ−Ｓｉ膜からなるコア部と、
前記コア部を取り囲むように形成され、前記第１のＤＬＣ−Ｓｉ膜とは異なる量のシリコンを含有する第２のＤＬＣ−Ｓｉ膜からなるクラッド部と、
を含むことを特徴とする光導波路素子。 
【請求項２０】
各々がＤＬＣ膜を短冊状に形成してなり、所定間隔を隔てて平行に配置された複数の低屈折率領域と、
隣接する低屈折率領域の隙間を埋めるように配置され、各々がＤＬＣ−Ｓｉ膜を短冊状に形成してなる複数の高屈折率領域と、
を含むことを特徴とする屈折率変調型の回折格子。 
【請求項２１】
各々が所定量のシリコンを含有する第１のＤＬＣ−Ｓｉ膜を短冊状に形成してなり、所定間隔を隔てて平行に配置された複数の低屈折率領域と、
隣接する低屈折率領域の隙間を埋めるように配置され、各々が前記第１のＤＬＣ−Ｓｉ膜とは異なる量のシリコンを含有する第２のＤＬＣ−Ｓｉ膜を短冊状に形成してなる複数の高屈折率領域と、
を含むことを特徴とする屈折率変調型の回折格子。 
【請求項２２】
基板と、
前記基板上に形成され、光照射により化学的又は物理的に変化して情報を記録する光記録材料を含む光記録層と、
前記記録層が形成された側の最表面に形成され、ＤＬＣ−Ｓｉ膜からなる保護層と、
を含むことを特徴とする光記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、光学素子の製造方法、多層反射膜、光導波路素子、回折格子、及び光記録媒体に係り、特に、シリコンを含有するダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ−Ｓｉ）膜が光路と交差するように形成された光学素子及びその製造方法と、ＤＬＣ−Ｓｉ膜を備えた光学素子である多層反射膜、光導波路素子、回折格子、及び光記録媒体と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドライクカーボン（Diamond Like Carbon; ＤＬＣ）は、ダイヤモンドに類似した炭素（カーボン）薄膜材料である。ＤＬＣは、炭素を主成分としながらも若干の水素を含んでいる。また、ＤＬＣには、ダイヤモンド構造（ＳＰ３結合）とグラファイト構造（ＳＰ２結合）の両者が混在している。このためＤＬＣの構造は、非晶質（アモルファス）である。電気的特性、機械的特性など、ＤＬＣの特性は、結合状態（即ち、ＳＰ３結合とＳＰ２結合との比率）に応じて変化する。
【０００３】
従来、ＤＬＣ膜は、ダイヤモンドに類似した高い硬度を備えると共に、耐摩耗性に優れ、低い摩擦係数を示すことから、摺動材料として注目されてきた。例えば、自動車の摺動部品への応用展開が期待されている。特に、シリコンを含有するＤＬＣ（ＤＬＣ−Ｓｉ）膜は、潤滑剤を用いなくても、大気中で低い摩擦係数を示す。
【０００４】
しかしながら、規則正しい結晶構造を持たないアモルファス炭素膜は、光学特性の評価が難しいこと等から、これまでＤＬＣは光学材料として注目されていなかった。ＤＬＣを光学材料として用いた例としては、特許文献１〜３に記載の技術を挙げることができる。特許文献１〜３には、ＤＬＣ膜に高エネルギービームを照射して、照射領域にあるＤＬＣ膜の屈折率を高める技術が記載されている。
【０００５】
例えば、特許文献３には、屈折率変調構造を備えた回折光学素子の製造方法が記載されている。この方法では、主要成分として炭素を含んでいて３０より大きく２００より小さいヌープ硬度と１．５４未満の屈折率とを有する薄膜を準備し、この薄膜に回折作用を生じさせるための屈折率変調構造を形成するように、薄膜の局所部分にエネルギービームを照射して、それらの領域の屈折率を高めている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−７１７８７号公報
【特許文献２】特開２００５−３２６６６６号公報
【特許文献３】特開２００６−３９３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来、シリコンを含有するＤＬＣ膜など、不純物の添加によりＤＬＣ膜の光学特性を制御する技術は知られていなかった。
【０００８】
また、特許文献１〜３に記載の技術は、（１）高エネルギービームを照射する装置として、シンクロトロン放射装置等の高価な装置が必要である、（２）照射前の段階の膜で、屈折率を低くするように、成膜条件を精密制御しなければならない、（３）所望の屈折率分布を得るために、ビームの照射位置や照射強度を精密制御しなければならない等、プロセス制御が必ずしも容易ではない。このため工業的に成立することができる安価な製造プロセスにはならないという問題もある。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、シリコンを含有するＤＬＣ膜を備えた新規な光学素子を提供することと、更に、シリコン含有量を調整することにより光学特性が任意のレベルに制御されたＤＬＣ膜を用いて、優れた光学機能を発現する光学素子（例えば、多層反射膜、光導波路素子、回折格子、及び光記録媒体）を提供することにある。また、シリコンを含有するＤＬＣ膜を備えた光学素子を簡易に製造する製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明の光学素子は、シリコンを含有するダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ−Ｓｉ）膜が、光路と交差するように形成されたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の光学素子は、ＤＬＣ−Ｓｉ膜を複数層備えていてもよく、複数領域にＤＬＣ−Ｓｉ膜を形成してもよい。また、本発明の光学素子は、シリコンを含有するダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ−Ｓｉ）膜と、シリコンを含有しないダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜とが、各々光路と交差するように形成されていてもよく、所定量のシリコンを含有する第１のＤＬＣ−Ｓｉ膜と、前記第１のＤＬＣ−Ｓｉ膜とは異なる量のシリコンを含有する第２のＤＬＣ−Ｓｉ膜とが、各々光路と交差するように形成されていてもよい。
【００１２】
前記ＤＬＣ−Ｓｉ膜が、シリコンを１ａｔ％〜３０ａｔ％含有することが好ましい。前記ＤＬＣ−Ｓｉ膜が、１ａｔ％〜３０ａｔ％のシリコンと、３０ａｔ％〜７９ａｔ％の炭素と、２０ａｔ％〜４０ａｔ％の水素と、を含有することがより好ましい。
【００１３】
前記ＤＬＣ−Ｓｉ膜の屈折率とＤＬＣ膜の屈折率との差分Δｎが、シリコンの含有量が高くなるのに応じて、０．０１〜０．５の範囲で変化する。また、前記ＤＬＣ−Ｓｉ膜は、波長２００ｎｍ〜１７００ｎｍの範囲において、ＤＬＣ膜よりも高い屈折率を有する。例えば、前記ＤＬＣ−Ｓｉ膜は、波長２００ｎｍ〜１７００ｎｍの範囲において、１．７〜２．３の屈折率を有する。
【００１４】
また、前記ＤＬＣ−Ｓｉ膜は、面方向に屈折率分布が形成された構造とすることができる。前記ＤＬＣ−Ｓｉ膜は、膜厚方向に屈折率分布が形成された構造とすることができる。
【００１５】
前記ＤＬＣ−Ｓｉ膜は、ＤＬＣ膜よりも低い消衰係数を有する。また、前記ＤＬＣ−Ｓｉ膜は、ＤＬＣ膜よりも０．０５〜０．２低い消衰係数を有する。
【００１６】
前記ＤＬＣ−Ｓｉ膜の屈折率は、基板／界面層／薄膜／表面粗さ層／吸着水からなる４層モデルを膜構造モデルとして用いた分光エリプソメトリ解析手法により求められたものである。また、前記ＤＬＣ−Ｓｉ膜の消衰係数は、基板／界面層／薄膜／表面粗さ層／吸着水からなる４層モデルを膜構造モデルとして用いた分光エリプソメトリ解析手法により求められたものである。
【００１７】
上記目的を達成するために本発明の光学素子の製造方法は、前記ＤＬＣ−Ｓｉ膜が光路と交差するように形成された光学素子を製造する光学素子の製造方法であって、前記ＤＬＣ−Ｓｉ膜を、珪素化合物ガスと炭化水素ガスと水素ガスとを含む雰囲気下で放電を行うプラズマＣＶＤ法により形成することを特徴とする。
【００１８】
上記の製造方法においては、前記珪素化合物ガスと炭化水素ガスと水素ガスの流量比を変化させることにより、前記ＤＬＣ−Ｓｉ膜を得る。前記珪素化合物ガスとしてＳｉ（ＣＨ３）４を用いると共に、前記炭化水素ガスとしてＣＨ４を用いることがより好ましい。
【００１９】
上記目的を達成するために本発明の多層反射膜は、透明な誘電体基板（例えば、石英基板等）と、前記誘電体基板上に形成され、ＤＬＣ−Ｓｉ膜とＤＬＣ膜とが交互に積層された誘電体多層膜と、を含むことを特徴とする。 
【００２０】
また、本発明の多層反射膜は、透明な誘電体基板と、前記誘電体基板上に形成され、所定量のシリコンを含有する第１のＤＬＣ−Ｓｉ膜と、前記第１のＤＬＣ−Ｓｉ膜とは異なる量のシリコンを含有する第２のＤＬＣ−Ｓｉ膜とが、交互に積層された誘電体多層膜と、を含む構成としてもよい。 
【００２１】
上記目的を達成するために本発明の光導波路素子は、ＤＬＣ−Ｓｉ膜からなるコア部と、前記コア部を取り囲むように形成され、ＤＬＣ膜からなるクラッド部と、を含むことを特徴とする。 
【００２２】
また、本発明の光導波路素子は、所定量のシリコンを含有する第１のＤＬＣ−Ｓｉ膜からなるコア部と、前記コア部を取り囲むように形成され、前記第１のＤＬＣ−Ｓｉ膜とは異なる量のシリコンを含有する第２のＤＬＣ−Ｓｉ膜からなるクラッド部と、を含む構成としてもよい。 
【００２３】
上記目的を達成するために本発明の屈折率変調型の回折格子は、各々がＤＬＣ膜を短冊状に形成してなり、所定間隔を隔てて平行に配置された複数の低屈折率領域と、隣接する低屈折率領域の隙間を埋めるように配置され、各々がＤＬＣ−Ｓｉ膜を短冊状に形成してなる複数の高屈折率領域と、を含むことを特徴とする。 
【００２４】
また、本発明の回折格子は、各々が所定量のシリコンを含有する第１のＤＬＣ−Ｓｉ膜を短冊状に形成してなり、所定間隔を隔てて平行に配置された複数の低屈折率領域と、隣接する低屈折率領域の隙間を埋めるように配置され、各々が前記第１のＤＬＣ−Ｓｉ膜とは異なる量のシリコンを含有する第２のＤＬＣ−Ｓｉ膜を短冊状に形成してなる複数の高屈折率領域と、を含む構成としてもよい。 
【００２５】
上記目的を達成するために本発明の光記録媒体は、基板と、前記基板上に形成され、光照射により化学的又は物理的に変化して情報を記録する光記録材料を含む光記録層と、前記記録層が形成された側の最表面に形成され、ＤＬＣ−Ｓｉ膜からなる保護層と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、シリコンを含有するＤＬＣ膜（ＤＬＣ−Ｓｉ膜）を備えた新規な光学素子が提供される。また、本発明によれば、シリコン含有量を調整することにより光学特性が任意のレベルに制御されたＤＬＣ−Ｓｉ膜を用いて、優れた光学機能を発現する光学素子が提供される。例えば、ＤＬＣ−Ｓｉ膜を備えた多層反射膜、光導波路素子、回折格子、及び光記録媒体が提供される。また、本発明によれば、ＤＬＣ−Ｓｉ膜を備えた光学素子を簡易に製造する製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００２８】
＜第１の実施の形態  シリコンを含有するＤＬＣ膜＞
第１の実施の形態は、シリコンを含有するＤＬＣ膜及びその製造方法と、シリコンを含有するＤＬＣ膜の光学定数の解析方法と、に関する。
【００２９】
（シリコンを含有するＤＬＣ膜：ＤＬＣ−Ｓｉ膜）
ダイヤモンドライクカーボン（Diamond Like Carbon; ＤＬＣ）は、ダイヤモンドに類似した炭素（カーボン）薄膜材料である。ＤＬＣは、炭素を主成分としながらも若干の水素を含んでいる。また、ＤＬＣには、ダイヤモンド構造（ＳＰ３結合）とグラファイト構造（ＳＰ２結合）の両者が混在している。このためＤＬＣの構造は、非晶質（アモルファス）である。ＤＬＣは、レーザラマン分光分析において、１５５０ｃｍ−１付近を中心とした幅広のラマンバンドを示すと共に、１４００ｃｍ−１付近を中心としたサブバンドを示すという構造的特徴を有している。
【００３０】
シリコンを含有するＤＬＣ（ＤＬＣ−Ｓｉ）は、ＤＬＣの炭素原子の一部が珪素原子で置換されたものである。ＤＬＣ−Ｓｉ膜は、ＤＬＣ膜と同様に、ダイヤモンドに類似した高い硬度を備えると共に、耐摩耗性に優れ、低い摩擦係数を示す。特に、ＤＬＣ−Ｓｉ膜は、潤滑剤を使用しなくても、大気中で低い摩擦係数を示す。硬度はＨｖ１０００以上であり、摩擦係数μは０．１以下である。
【００３１】
ＤＬＣ−Ｓｉ膜は、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、及び珪素（シリコン:Ｓｉ）を主成分とする。水素含有量は２０ａｔ％〜４０ａｔ％である。シリコン含有量は１ａｔ％〜３０ａｔ％の範囲である。残部の殆どは炭素で占められている。炭素の外に、塩素（Ｃｌ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）等、他の元素を含んでいてもよい。なお、各元素の含有量は、ａｔ％（原子％）で表した。ここで原子％ とは、全部の原子が炭素であると仮定した場合の、炭素の原子数に対する、他の元素の原子数の割合を百分率で表したものをいう。
【００３２】
シリコン含有量は１ａｔ％〜３０ａｔ％の範囲とすることができる。シリコン含有量が多いほど、屈折率が高くなり、消衰係数が低下（透明度が向上）する。なお、後述するとおり、波長８５０ｎｍ以上では、シリコン含有量が多いほど屈折率が低下する。シリコン含有量の下限を１ａｔ％としたのは、下限を下回ると光学定数の変化が小さくなるためである。また、シリコン含有量の上限を３０ａｔ％としたのは、上限を超えると光吸収係数が大きくなりすぎて光学素子には適さないためである。ＤＬＣ−Ｓｉ膜の用途に応じて、所望の光学定数（屈折率ｎ、消衰係数ｋ）が得られるように、シリコン含有量を調整することができる。シリコン含有量は１ａｔ％〜３０ａｔ％の範囲が好ましく、４ａｔ％〜１７ａｔ％の範囲がより好ましい。
【００３３】
ＤＬＣの光学特性は、結合状態（即ち、ＳＰ３結合とＳＰ２結合との比率）に応じて大きく変化する。従って、炭素系材料の構造と光学特性との相関を把握することは重要な研究分野の１つであり、新規な光学素子の開発に繋がる。一般に、規則正しい結晶構造を持たないアモルファス炭素膜は、光学特性の評価が難しい。このため、ＤＬＣやＤＬＣ−Ｓｉは、従来、光学材料としては注目されていなかった。
【００３４】
例えば、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の光学定数（屈折率ｎ、消衰係数ｋの波長分散特性）は、依然として明らかではない。また、ＤＬＣ−Ｓｉ膜が低い摩擦係数を示す理由として、ＤＬＣ−Ｓｉ膜表面でのシラノール（Ｓｉ−ＯＨ）基の生成と、Ｓｉ−ＯＨ基上の表面吸着水の関与と、が指摘されているが、従来、表面吸着水の厚さを定量する手法はなく、炭素系膜の表面吸着水を評価した事例も報告されていない。
【００３５】
本発明者等は、分光エリプソメトリを用いて、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の光学定数（屈折率ｎ、消衰係数ｋの波長分散特性）と、表面吸着水の存在とを明確化した。分光エリプソメトリは、膜厚、屈折率、消衰係数（光吸収係数）、誘電率、光学エネルギーギャップを得る高感度な光学計測手法である。例えば、膜厚も数ｎｍの精度で測定することができ、単分子膜の厚さも評価することができる。
【００３６】
従来、分光エリプソメトリは、ＤＬＣ膜などのアモルファス炭素膜の評価に利用されてきた。しかしながら、ＤＬＣ−Ｓｉ膜に分光エリプソメトリを適用した例は報告されていない。その理由は、ＤＬＣ−Ｓｉ膜では、表面吸着水の考慮など、膜構造モデルの構築が難しいためであると推察される。なお、膜構造モデルの構築を含め、本発明者等が用いた解析手法及び解析結果については、以下に詳述する。
【００３７】
本発明者等が、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の光学定数（屈折率ｎ、消衰係数ｋの波長分散特性）を正確に解析したことにより、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の光学定数は、シリコン含有量に応じて変化することが判明した。本発明者等は、この知見に基づいて、成膜時にＤＬＣ−Ｓｉ膜のシリコン含有量を調整することにより、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の光学特性を任意のレベルに制御する本発明を完成するに至った。なお、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の成膜方法については、以下に詳述する。
【００３８】
図１は０ａｔ％、４ａｔ％、１２ａｔ％、１７ａｔ％とシリコン含有量の異なるＤＬＣ−Ｓｉ膜について屈折率ｎの波長分散特性を示す線図である。また、図２はシリコン含有量の異なるＤＬＣ−Ｓｉ膜について消衰係数ｋの波長分散特性を示す線図である。
【００３９】
これらを参照してシリコン含有量と光学特性との相関を概説すると、波長２００〜８５０ｎｍの範囲では、シリコン含有量が０ａｔ％→４ａｔ％→１２ａｔ％→１７ａｔ％と増加するのに応じて、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の屈折率がＤＬＣ膜の屈折率よりも徐々に高くなる。一方、波長８５０〜１８００ｎｍの範囲では、シリコン含有量が０ａｔ％→４ａｔ％→１２ａｔ％と増加するのに応じて、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の屈折率がＤＬＣ膜の屈折率よりも徐々に低下する。また、波長２００〜１８００ｎｍの範囲では、シリコン含有量が０ａｔ％→４ａｔ％→１２ａｔ％→１７ａｔ％と増加するのに応じて、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の消衰係数がＤＬＣ膜の消衰係数よりも徐々に低下する。
【００４０】
従って、シリコン含有量を調整することにより、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の光学特性を任意のレベルに制御することができる。また、このＤＬＣ−Ｓｉ膜を用いて、優れた光学機能を発現する光学素子が得ることができる。例えば、ＤＬＣ膜をクラッド部とし、ＤＬＣ膜より屈折率の高いＤＬＣ−Ｓｉ膜（Ｓｉ含有量＞１５ａｔ％）をコア部とした、薄膜光導波路素子を作製することができる。なお、優れた光学機能を発現する光学素子については、具体例を以下で詳述する。
【００４１】
＜ＤＬＣ-Ｓｉ膜の作製方法＞
次に、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の作製方法について説明する。ＤＬＣ−Ｓｉ膜は、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法により成膜することができる。プラズマＣＶＤ法では、プラズマ反応室内に被処理材を配置し、反応室内を特殊薄膜形成ガス（珪素化合物ガスと炭化水素ガス）雰囲気とし、放電を行うことにより被処理材の表面にＤＬＣ−Ｓｉ膜を成長させる。プラズマＣＶＤ法には、高周波プラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、直流プラズマＣＶＤ法等がある。ガラス基板の場合には高周波プラズマＣＶＤ法が好ましく、金属基板の場合には直流プラズマＣＶＤ法が好ましい。
【００４２】
図３はプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図である。プラズマＣＶＤ装置１０は、プラズマ反応室１２を備えている。プラズマ反応室１２の中央には、被処理材２４を載置する導電性の基台１４が設けられている。基台１４は、支持柱１６により支持されている。支持柱１６の内部には、冷却水を送る冷却水管（図示せず）が取りつけられている。プラズマ反応室１２には、プラズマ反応室１２内にガスを導入するガス導入管１８と、プラズマ反応室１２内のガスを排出するガス導出管２０とが設けられている。
【００４３】
ガス導入管１８は、コントロールバルブ（図示せず）を介して各種ガスボンベ（図示せず）に連結されている。ガス導出管２０は、真空ポンプ（図示せず）及び拡散ポンプ（図示せず）に接続されている。プラズマ反応室１２の内側には、ステンレス製陽極板２２が設けられている。このステンレス製陽極板２２と陰極である基台１４との間に、数百ボルトの電圧を印加して放電させる。
【００４４】
ＤＬＣ−Ｓｉ膜の成膜工程を簡単に説明する。先ず、プラズマ反応室１２の基台１４上に被処理材２４を配置し、ガス導出管２０を介してプラズマ反応室１２内を排気する。次に、連続して排気しながら、ガス導入管１８から水素（Ｈ２）ガスなどの昇温用ガスを導入し、放電を開始すると、プラズマエネルギーにより被処理材２４が所定の温度に加熱される。次に、ガス導入管１８から、珪素化合物ガスと炭化水素ガスをプラズマ反応室１２内に導入する。プラズマ反応室１２内は、特殊薄膜形成ガス雰囲気となる。次に、陽極板２２と基台１４との間に電圧を印加して、特殊薄膜形成ガス雰囲気中で放電を行い、被処理材２４の表面にＤＬＣ−Ｓｉ膜を成長させる。
【００４５】
特殊薄膜形成ガスは、雰囲気ガスと、膜化原料ガスとしての反応ガスとで構成されている。雰囲気ガスとしては、水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）等の一般的な雰囲気ガスを用いることができる。反応ガスは、珪素化合物ガス、炭化水素ガス、及び水素ガスからなる。珪素化合物ガスとしては、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）、四フッ化珪素（ＳｉＦ４）、トリクロルシリコン（ＳｉＨＣｌ３）、テトラメチルシリコン（ＴＭＳ、Ｓｉ（ＣＨ３）４）などを用いる。また、炭化水素ガスとしては、メタン（ＣＨ４）、その他の炭化水素ガス（ＣｍＨｎ）などを用いる。
【００４６】
特殊薄膜形成ガスの組成は、原料ガス、処理温度等により、適宜決定される。また、全体の流量は、真空容器の容積と排気量とのバランスを考慮して決定される。これら成膜時の特殊薄膜形成ガスの組成（流量比）により、ＤＬＣ−Ｓｉ膜のシリコン含有量を調整することができる。これにより、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の光学特性を任意のレベルに制御することができる。
【００４７】
例えば、珪素化合物ガスとしてＴＭＳ、炭化水素ガスとしてＣＨ４を用いて、シリコン含有量が１７ａｔ％のＤＬＣ−Ｓｉ膜を得るためには、流量比で、ＴＭＳが１０ｓｃｃｍに対し、ＣＨ４が１００ｓｃｃｍ、Ｈ２が３０ｓｃｃｍ及びＡｒが３０ｓｃｃｍとなるようにする。なお、「ｓｃｃｍ」とは、standard cc/minの略であり、１ａｔｍ（１.０１３ｈＰａ）、０℃下で、１分間あたりに何ｃｃ（ｃｍ３）という形式で、流量を表示するものである。
【００４８】
直流タイプのプラズマＣＶＤ法において、珪素化合物ガスとしてＴＭＳ、炭化水素ガスとしてＣＨ４を用いて、ガス流量比を変えることにより、シリコン含有量が異なるＤＬＣ−Ｓｉ膜を得た。表１には、シリコン含有量の異なるＤＬＣ−Ｓｉ膜の成膜条件、膜組成、及び機械的特性を示す。ＤＬＣ−Ｓｉ膜の組成については、シリコン含有量は電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）により、水素含有量は弾性反跳粒子検出法（ＥＲＤＡ）を用いて測定した。硬さ及び弾性率測定は、ＭＴＳ社製のナノインデンター試験機を用い、１０点測定して、その平均値とした。
【００４９】
【表１】
2008309843.tif 000003
【００５０】
炭化水素ガスとしてアセチレン（Ｃ２Ｈ２）等の反応性の高い炭化水素ガスを用いる場合や、処理温度やプラズマエネルギーが高く炭化水素ガスの分解が促進される場合には、珪素化合物ガスに対する炭化水素ガスの比率を小さくすることができる。また、水素ガスの流量を変化させることにより、含有水素量を変化させることができる。
【００５１】
真空放電時には、プラズマ反応室１２内の圧力は、１０−４Ｐａ（パスカル）以下に減圧する。特に、放電が直流放電による場合には、１０〜１０００Ｐａが好ましく、高周波放電による場合には、１〜３００Ｐａがそれぞれ好ましい。これは、この圧力範囲外では放電が不安定となるからである。
【００５２】
＜評価サンプルの作製＞
次に、直流プラズマＣＶＤ法により、光学特性を評価するための評価サンプルを作製した。まず、被処理材２４として、ステンレス基板（ＳＵＳ４４０Ｃ基板、１６ｍｍ×６ｍｍ×高さ１０ｍｍ）を用意した。なお、ステンレス基板を用いたのは、透明なガラス基板等で測定するよりも、不透明な基板を用いることで、より精密にＤＬＣ−Ｓｉ膜の光学定数を評価できるからである。
【００５３】
このステンレス基板（被処理材２４）を、図３に示すプラズマＣＶＤ装置１０の基台１４上に配置した。次に、プラズマ反応室１２を密閉したのち、ガス導出管１８に接続された真空ポンプにより、プラズマ反応室１２内を減圧した。減圧したプラズマ反応室１２内に昇温用ガスとして水素ガスを導入し、ステンレス製陽極板２２と陰極である基台１４との間に直流電圧を印加して放電を開始した。ステンレス基板の表面が所定温度になるまでイオン衝撃による昇温を行った。
【００５４】
次に、ガス導入管１８から、メタンガス（ＣＨ４）、テトラメチルシリコンガス（Ｓｉ（ＣＨ３）４）、及び水素（Ｈ２）ガスを導入して、プラズマ反応室１２内を特殊薄膜形成雰囲気とした。この特殊薄膜形成雰囲気下で、ステンレス製陽極板２２と陰極である基台１４との間に直流電圧を印加して放電を行い、ステンレス基板（被処理材２４）の表面にＤＬＣ−Ｓｉ膜を形成した。雰囲気ガス及び反応ガスの流量比を変えて直流放電を行うことにより、ステンレス基板（被処理材２４）の表面に、シリコン含有量の異なる３種類のＤＬＣ−Ｓｉ膜を形成した（表１参照）。３種類のＤＬＣ−Ｓｉ膜のシリコン含有量は、各々、４ａｔ％、１２ａｔ％、１７ａｔ％である。なお、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の膜厚が約２〜３μｍになるように、成膜時間を制御した。
【００５５】
プラズマＣＶＤ終了後、放電を止め、減圧下でステンレス基板を冷却し、冷却後の基板をプラズマ反応室１２より取り出したところ、ステンレス基板の表面にはＤＬＣ−Ｓｉ膜が形成されていた。ＤＬＣ−Ｓｉ膜の表面粗さを、光学式非接触の表面粗さ測定機で計測した。なお、表面粗さＲaは、ＪＩＳ（Ｂ０６０１）の「表面粗さ−定義及び表示」に規定された「算術平均粗さ」である。
【００５６】
プラズマＣＶＤで形成したＤＬＣ−Ｓｉ膜について、Χ線回折法による物質同定試験を行った結果、被処理材からの回折線の他に回折線が認められず、アモルファス状態であることが分かった。また、同時にプラズマＣＶＤで形成したＤＬＣ−Ｓｉ膜について燃焼法により水素含有量を測定したところ、約２０〜４０ａｔ％の範囲内であることが分かった。また、ＥＰＭＡ分析により、水素を除く組成で炭素含有量が測定され、残部が珪素を主成分とすることが分かった。更に、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の硬度を測定し、硬度が１０ＧＰａ以上であること確認した。アモルファスで且つ硬質であることから、ＤＬＣ構造を有する膜であることが確認された。
【００５７】
また、レーザラマン分光分析で、１４００ｃｍ−１付近を中心としたサブバンドを持つ１５５０ｃｍ−１付近を中心とした幅広のラマンバンドが観測された。これはＤＬＣ構造に由来するものである。即ち、プラズマＣＶＤで形成した膜は、ダイヤモンドライク成分が主体であることが分った。３種類のＤＬＣ−Ｓｉ膜の膜組成と表面粗さＲａとを表２に示す。
【００５８】
比較のために、マグネトロン・スパッタリング法により、シリコンを含有しないＤＬＣ膜が形成された比較サンプルを作製した。比較サンプル用に、被処理材２４として、クロム（Ｃｒ）からなる中間層を形成したステンレス基板（ＳＵＳ４４０Ｃ基板、１６ｍｍ×６ｍｍ×高さ１０ｍｍ）を用意した。Ｃｒ中間層は、マグネトロンスパッタ法で形成した。Ｃｒ中間層の膜厚は約４００ｎｍである。
【００５９】
ガス導入管１８から、メタンガス（ＣＨ４）、及び水素（Ｈ２）ガスを導入して、プラズマ反応室１２内を特殊薄膜形成雰囲気とした以外は、上記と同様にして、被処理材２４の表面にＤＬＣ膜を形成した。なお、ＤＬＣ膜の膜厚が約１．５μｍになるように、成膜時間を制御した。被処理材２４の表面には黒色のＤＬＣ膜が形成されていた。ＤＬＣ膜の表面粗さを、光学式非接触の表面粗さ測定機で計測した。ＤＬＣ膜の膜組成と表面粗さとを表２に示す。
【００６０】
【表２】
2008309843.tif 000004
【００６１】
＜ＤＬＣ-Ｓｉ膜の光学特性＞
上記の評価サンプル及び比較サンプルについて、ＤＬＣ-Ｓｉ膜の光学特性を解析した。解析結果を図１、図２に示す。図１に示すように、シリコン含有量に応じてＤＬＣ-Ｓｉ膜の屈折率ｎが変化する。紫外〜可視域（波長２００ｎｍ〜８５０ｍｎ）では、シリコン含有量が０ａｔ％→４ａｔ％→１２ａｔ％→１７ａｔ％と増加するのに応じて、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の屈折率がＤＬＣ膜の屈折率よりも徐々に高くなる。一方、近赤外〜赤外域（波長８５０ｎｍ〜１８００ｎｍ）では、シリコン含有量が０ａｔ％→４ａｔ％→１２ａｔ％と増加するのに応じて、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の屈折率がＤＬＣ膜の屈折率よりも徐々に低下する。
【００６２】
例えば、波長３００ｎｍでは、シリコン含有量が０ａｔ％のＤＬＣ膜では、屈折率ｎは１．９７であるが、シリコン含有量が１７ａｔ％のＤＬＣ−Ｓｉ膜では、屈折率ｎは２．２７である。このように、シリコン含有量を異ならせることで、約０．３までの屈折率変化Δｎを得ることができる。
【００６３】
また、図２に示すように、シリコン含有量に応じてＤＬＣ-Ｓｉ膜の消衰係数ｋが変化する。紫外〜赤外域（波長２００ｎｍ〜１８００ｍｎ）では、シリコン含有量が０ａｔ％→４ａｔ％→１２ａｔ％→１７ａｔ％と増加するのに応じて、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の消衰係数がＤＬＣ膜の消衰係数よりも徐々に低下する。
【００６４】
消衰係数ｋは、物質による光の吸収を定義する量であり、吸収係数αと消衰係数ｋとの間には、ｋ＝α×λ／４πという関係がある。従って、ある波長領域で光学濃度が一定の試料があったとすると、吸収係数に波長依存性が無い場合には、消衰係数は短波長側ほど大きくなる。また、同じ波長では、消変係数ｋが低いと、吸収係数αが小さく、透明度が高いことになる。
【００６５】
例えば、光通信用の１２００ｎｍ以上の波長では、シリコン含有量が０ａｔ％のＤＬＣ膜では、消衰係数ｋは０．１前後であるが、シリコン含有量が１７ａｔ％のＤＬＣ−Ｓｉ膜では、消衰係数ｋは略０である。このように、ＤＬＣ−Ｓｉ膜のシリコン含有量を高くすることで、消衰係数ｋが低下する。消衰係数ｋが０に近づくことで、光伝搬効率を大幅に向上させることができる。
【００６６】
＜光学特性の測定方法＞
次に、ＤＬＣ-Ｓｉ膜の光学特性の解析手法を説明する。上記の評価サンプル及び比較サンプル（表２参照）に関する解析は、分光エリプソメトリを用いた以下の手法により行った。分光エリプソメトリを用いて、ＤＬＣ-Ｓｉ膜の紫外〜赤外域（波長２００ｎｍ〜１８００ｎｍ）での光学定数（屈折率ｎ及び消衰係数ｋ）の波長分散を求めた。
【００６７】
（１）ＤＬＣ−Ｓｉ膜の光学定数の解析手法の概略
分光エリプソメトリでは、ＤＬＣ-Ｓｉ膜の光学定数を直接測定するのではなく、サンプル表面から反射される光の偏光状態の変化を測定する。測定値はΨとΔである。これらの値はｐ偏光とｓ偏光のそれぞれのフレネル反射係数ＲｐとＲｓの比ρ（下記式で表す）に関係している。
ρ＝Ｒｐ／Ｒｓ＝ｔａｎ（ Ψ）ｅｘｐ（ｉΔ）
上記の式から分かるように、ｔａｎ(Ψ)はｐ方向とｓ方向の複素反射係数の比ρの振幅に等しく、Δはｐとｓの反射係数の間の位相差に相当する。
【００６８】
光学定数の解析手法の概略は、以下の通りである。（１）基板の光学定数などを測定可能な光学特性を予め測定しておく。（２）例えば「基板/界面層/薄膜」の３層モデルというように、膜構造モデルを構築する。（３）膜構造モデルについて、光学モデルと既知の光学特性とを使用して、ΨとΔの予測データを計算する。（４）分光エリプソメトリでΨとΔの実測データを取得する。（５）予測データと実測データとを比較して、その差が最小になるように、膜構造モデルを見直し、光学モデルのパラメータを調整（フィッティング）する。（６）最適化された条件で、実測されたΨとΔの値を再現可能な光学定数を算出する。
【００６９】
以下、ＤＬＣ-Ｓｉ膜の光学定数の解析手法を、（１）〜（４）の測定解析工程と（５）〜（６）の評価工程とに分けて、詳細に説明する。
【００７０】
（２）ＤＬＣ−Ｓｉ膜の光学定数（波長依存性）の測定解析方法
分光エリプソメトリ測定前に、上記の評価サンプル及び比較サンプル（表２参照）を、ヘキサン溶剤中に１０秒ほど浸漬して洗浄した後、乾燥させた。この洗浄操作を３回繰り返した後、直ちに分光エリプソメトリ測定を行った。分光エリプソメトリ測定は、市販の分光エリプソメータ（J.A.WOOLLAM社製、「M-2000」）用いて、以下の条件で行った。測定により、Ψ（ｓ偏光とｐ偏光の擬幅比）、Δ（ｓ偏光とｐ偏光の位相差）のスペクトルを得た。
【００７１】
集光ビーム：ビーム径３００μｍ
測定波長  ：２００ｎｍ〜１７００ｎｍ
入射角    ：６５度
積算回数  ：１００回
【００７２】
上記の評価サンプル及び比較サンプルの外に、使用したステンレス基板（ＳＵＳ４４０Ｃ基板）自身の光学定数を求めるために、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の付着していないステンレス基板のΨとΔを測定した。波長毎に屈折率ｎと消衰係数ｋをフィッティングパラメータとして、Ψ、△スペクトルを計算し、下記式（１）で表される実測値との平均二乗誤差（Mean Squared Error、（以下、ＭＳＥと略記する））が最小になるように、Levenberg-Marwuardt（リーベンバーク・マークァート）法に基づく回帰解析手法により、ステンレス基板の光学定数を求めた。
【００７３】
【数１】
2008309843.tif 000005
【００７４】
上記式（１）において、「ｉ」はそれぞれの波長と入射角で特定されるｉ番目の値、「σ」は標準偏差、「Ｎ」は（Ψ、△）の個数、「Ｍ」はフィッティングパラメータの個数を各々表す。また、“ｃａｌ”は計算値を表し、“ｅｘｐ”は実験値を表す。
【００７５】
アモルファス半導体の光学定数を記述するのに、様々な誘電関数モデルが提案されてきた。代表的なモデルは、Tauc-Lorentz（タウク・ローレンツ）モデル、Cauchy（コーシー）分散式、Forouhi-Bloomer（フォロウハイ・ブローマー）モデルなどである。下記式（２）〜（５）にTauc-Lorentz振動子の誘電関数とフィッティングパラメータとを示す。ここでは、下記式（３）に示すTauc-Lorentz振動子型の誘電関数モデルを用いて、基板のΨとΔの測定値を解析し、ステンレス基板の屈折率ｎ（λ）、消衰係数ｋ（λ）を求めた。
【００７６】
【数２】
2008309843.tif 000006
【００７７】
【数３】
2008309843.tif 000007
【００７８】
【数４】
2008309843.tif 000008
【００７９】
【数５】
2008309843.tif 000009
【００８０】
上記式（２）において、「εｎ」はｎ番目の複素誘電率を表す。「εｎ１」はその実部であり、「εｎ２」はｉを虚数単位とする虚部である。また、上記式（３）において、「Ａｍｐｎ」、「Ｅｎ」、「Ｃｎ」、「Ｅｇｎ」がフィッティングパラメータである。「Ａｍｐｎ」はｎ番目の振動子の振幅、「Ｅｎ」はｎ番目の振動子のピークトランジションエネルギー、「Ｃｎ」はｎ番目の振動子の広がり、「Ｅｇｎ」はｎ番目の振動子のバンドギャップ（Ｔａｕｃギャップ）を各々表す。「Ｅ」はエネルギーを表す。
【００８１】
Lorentz（ローレンツ）振動子モデルやGaussian（ガウシアン）振動子モデルでは、誘電関数の虚部（ε２）のピークは中心エネルギーに対して対称的な形となるが、Tauc-Lorentz振動子モデルでは非対称になる。Tauc-Lorentz振動子では、非晶質特有の光学バンドギャップ（Ｔａｕｃギャップ）Ｅｇに、Lorentz振動子モデルをかけあわせることで、誘電関数の虚部（ε２）のモデル化が行われている。Tauc-Lorentz振動子モデルは、ＴａｕｃギャップＥｇよりも低い光子エネルギーでは、吸収をもたない（消衰係数ｋ＝０）と仮定したモデルであり、吸収端近傍での急激な吸収の立ち上がりを表すのに適している。
【００８２】
上記式（５）のεｎ１は、下記式（６）に示すKramers-Kronig (クラマース・クローニッヒ：K-K）の関係式で記述される。
【００８３】
【数６】
2008309843.tif 000010
【００８４】
上記式（５）、（６）において、複素誘電率εの実部ε１と虚数部ε２とは、互いに独立ではなく、虚数部ε２が変化すると実部ε１も変化する。また、「Ｐ」は分極、「ω」は光の角振動数を表す。また、「ω´」は振動子のピークトラジションに相当する光の角振動数を表す。
【００８５】
屈折率ｎ、消衰係数ｋは、下記の関係式（７）、（８）から求めることができる。
【００８６】
【数７】
2008309843.tif 000011
【００８７】
【数８】
2008309843.tif 000012
【００８８】
ＤＬＣ−Ｓｉ膜については、複数の膜構造モデルについて、サンプルのΨとΔの測定値を解析し、ＤＬＣ−Ｓｉ薄膜の屈折率ｎ（λ）、消衰係数ｋ（λ）を求めた。図５は膜構造モデルの層構成を示す概念図である。膜構造モデルとしては、図５（Ａ）に示す［基板／薄膜／表面粗さ層］からなる２層モデル、図５（Ｂ）に示す［基板／薄膜／表面粗さ層／吸着水］からなる３層モデル、図５（Ｃ）に示す［基板／界面層／薄膜／表面粗さ層／吸着水］からなる４層モデルの３種類の膜構造モデルについて検討した。
【００８９】
４層モデルで解析した場合の、各層の厚さを表３に示す。
【００９０】
【表３】
2008309843.tif 000013
【００９１】
界面層の誘電関数は、ステンレス基板とＤＬＣ−Ｓｉ膜とが１：ｌの比率であるBruggemann（ブラッグマン）型の有効媒質近似（Effective Medium Apporoximation：ＥＭＡ）により設定した。表面粗さ層の誘電関数は、膜の誘電率と空気とが１：１の比率であるBruggemann型のＥＭＡにより設定した。Bruggemann型のＥＭＡを、下記式（９）に示す。
【００９２】
【数９】
2008309843.tif 000014
【００９３】
上記式（９）において、「εa」は誘電体ａの誘電率、「εb」は誘電体ｂの誘電率、「ε」は混合体の誘電率、「ｆa」は誘電体ａの体積分率、「１−ｆa」は誘電体ｂの体積分率を表す。
【００９４】
水の光学定数は、文献「EDWARD D.Palik and W.R.Hunter, Handbook of Optical Constants of Solids II Academic Press, Inc., 1059-1077(1991)」に記載されたデータを使用した。上述したTauc-Lorentz振動子モデルの誘電関数のパラメータと各層の厚さとをフィッティングパラメータとして、Ψ、△スペクトルを計算し、実測値との平均二乗誤差ＭＳＥが最小になるように、回帰解析手法を用いて、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の光学定数と各層の厚さとを求めた。
【００９５】
（３）ＤＬＣ−Ｓｉ膜の光学定数（波長依存性）の評価
図６はΨ（λ）の予測データと実測データとの比較結果を表す図である。図６はステンレス基板上に、シリコン含有量が４ａｔ％のＤＬＣ−Ｓｉ膜を形成した場合の比較結果を表すものである。図６（Ａ）は吸着水を考慮した３層モデルを用いた場合の比較結果を表し、図６（Ｂ）は吸着水を設定しない２層モデルを用いた場合の比較結果を表す。図中、実線はΨ（λ）の予測データ（モデル・フィット）を表し、点線はΨ（λ）の実測データを表す。
【００９６】
図６（Ａ）に示すように、吸着水を考慮した３層モデルで回帰解析することにより、吸着水のない２層モデルよりも、ＭＳＥが１７から３まで小さくなり、図示するように、Ψの予測データと実測データとの合致度が高くなった。なお、２層モデル解析と３層モデル解析とでは、最適化された誘電関数パラメータ自体に大きな相違は無く、光学バンドギャップ（Ｔａｕｃギャップ）も０．５ｅＶ程度と同等であり、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の光学定数（屈折率ｎ、消衰係数ｋ）の波長分散もそれほど違いがなかった。また、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の膜厚と表面粗さの値も同等であった。
【００９７】
シリコン含有量が４ａｔ％のＤＬＣ−Ｓｉ膜の場合には、同じ程度の膜の誘電関数（すなわち、光学定数）と膜厚と表面粗さであれば、膜表面に数ｍｎ程度の吸着水が存在する構造モデルの方が、実測値と計算値の合致度がよくなることから、ＤＬＣ−Ｓｉ膜表面には、吸着水が存在すると推察した。
【００９８】
表３に示すように、ＤＬＣ膜の表面には吸着水が存在しないのに対し、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の表面には厚さｌｎｍから４ｎｍの吸着水が存在している。この結果は、誘導体化光電子分光法（ＸＰＳ）の分析結果に対応している。即ち、ＤＬＣ−Ｓｉ膜は、ＤＬＣ膜よりもより多くのシラノール（Ｓｉ−ＯＨ）基を有していることと対応しており、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の表面には、確かに吸着水が存在することを示す。
【００９９】
一方、３層モデルでは、長波長領域（波長１０００ｎｍ〜１７００ｎｍ）の実験値と計算値の合致度はよくないという課題もあった。これを改善するために、膜と基板との間に界面層を導入した４層モデルによる解析により、短波長から長波長の全測定領域（波長２００ｎｍ〜１７００ｎｍ）にわたって、実験値と計算値の合致度が高くなった。また、基板と膜との界面層の厚さは、ステンレス基板の表面の微小凹凸の厚さと一致していた。
【０１００】
以上より、ＤＬＣ−Ｓｉ膜の光学定数の波長依存性を精密評価するためには、膜構造モデルとして、図５（Ｃ）に示す［基板／界面層／薄膜／表面粗さ層／吸着水］からなる４層モデルを用いることが好適であると分かる。図４はこの４層モデルを用いた場合の予測データと実測データとの比較結果を表す。図４に示すように、４層モデルを用いた場合には、予測データと実測データとが略一致する。従って、この多層膜構成の光学モデルを用いたＤＬＣ−Ｓｉ膜の光学定数の解析結果（図１、図２）は信頼性が高い。
【０１０１】
即ち、分光エリプソメトリを用いた上記の解析手法により求めた、シリコン含有量の異なるＤＬＣ−Ｓｉ膜について屈折率ｎの波長分散特性（図１）、シリコン含有量の異なるＤＬＣ−Ｓｉ膜について消衰係数ｋの波長分散特性（図２）は、いずれも信頼性が高い。なお、従来、報告されている炭素膜の屈折率の値には、かなりのバラツキがある。これは光学モデルの不適切な解析に原因があると推察される。
【０１０２】
以下、シリコン含有量を調整することにより光学特性が任意のレベルに制御されたＤＬＣ膜を用いて、優れた光学機能を発現する光学素子（例えば、多層反射膜、光導波路素子、回折格子、及び光記録媒体）を作製した例を示す。
【０１０３】
＜第２の実施の形態  誘電体多層膜ミラー＞
第２の実施の形態は、ＤＬＣ−Ｓｉ膜を備えた誘電体多層膜ミラーに関する。図７は本発明の実施の形態に係る誘電体多層膜ミラーの構成を示す概略断面図である。この誘電体多層膜ミラー３０は、ガラス基板３２と、このガラス基板３２上に積層された誘電体多層膜３４とを備えている。誘電体多層膜３４は、シリコンを含有しないＤＬＣ膜からなる低屈折率層３６と、シリコンを１７ａｔ％含有するＤＬＣ−Ｓｉ膜からなる高屈折率層３８とを、交互に８層（２×４）積層したものである。
【０１０４】
波長４００ｎｍ〜８５０ｎｍの範囲では、ＤＬＣ−Ｓｉ膜からなる高屈折率層３８は、ＤＬＣ膜からなる低屈折率層３６に比べて屈折率が高い。低屈折率層３６と高屈折率層３８の各々は、波長の１／４程度の膜厚で形成されている。例えば、波長４００ｎｍの光学用途には、約１００ｎｍの厚さのＤＬＣ膜（低屈折率層３６）と、約１００ｎｍの厚さのＤＬＣ−Ｓｉ膜（高屈折率層３８）とが形成される。低屈折率層３６の膜厚と高屈折率層３８の膜厚とは、同じ厚さでもよく、異なる厚さでもよい。この誘電体多層膜ミラー３０は、波長４００ｎｍ〜８５０ｎｍの範囲で、中心波長を含む特定の波長領域の光を反射又は透過させる機能を有する。
【０１０５】
上記の誘電体多層膜ミラー３０は、例えば、図３に示すプラズマＣＶＤ装置などを用いて、以下の方法（高周波プラズマＣＶＤ法）により作製することができる。まず、被処理材として、ガラス基板３２（４０ｍｍ×４０ｍｍ×１．１ｍｍ（厚み））を用意する。このガラス基板３２を、プラズマＣＶＤ装置の基台上に配置して、減圧したプラズマ反応室内に昇温用ガスを導入し、電極間に高周波電圧を印加して放電し、ガラス基板３２を昇温する。
【０１０６】
次に、ガス導入管から、メタンガス（ＣＨ４）、及び水素（Ｈ２）ガスを、所定の流量比で導入して、プラズマ反応室内を特殊薄膜形成雰囲気とする。この特殊薄膜形成雰囲気下で、電極間に高周波電圧を印加して放電を行い、ガラス基板３２の表面に、ＤＬＣ膜（低屈折率層３６）を形成する。ＤＬＣ膜の厚さは１３８ｎｍである。
【０１０７】
次に、ガス導入管から、メタンガス（ＣＨ４）、テトラメチルシリコンガス（Ｓｉ（ＣＨ３）４）、及び水素（Ｈ２）ガスを、所定の流量比で導入して、プラズマ反応室内を特殊薄膜形成雰囲気とする。この特殊薄膜形成雰囲気下で、電極間に高周波電圧を印加して放電を行い、ＤＬＣ膜（低屈折率層３６）の表面に、シリコンの含有量が１７ａｔ％のＤＬＣ−Ｓｉ膜（高屈折率層３８）を形成する。ＤＬＣ−Ｓｉ膜の厚さは１３８ｎｍである。
【０１０８】
同様にして、プラズマＣＶＤ法のガス流量比を変えることにより、ＤＬＣ膜とＤＬＣ−Ｓｉ膜とを交互に成膜し、８層構成の誘電体多層膜３４を形成する。プラズマＣＶＤ終了後、放電を止め、減圧下でガラス基板３２を冷却し、冷却後のガラス基板３２をプラズマ反応室より取り出したところ、ガラス基板３２の表面にはＤＬＣ/ＤＬＣ−Ｓｉ多層膜が形成されていた。これにより、ガラス基板３２上に誘電体多層膜３４が積層された誘電体多層膜ミラー３０が得られた。
【０１０９】
得られた誘電体多層膜ミラー３０について、紫外可視分光光度計（島津製作所社製、「UV-3600」）を用いて、反射率スペクトルと透過率スペクトルとを測定した。測定結果を図８に示す。図８（Ａ）は得られた誘電体多層膜ミラー３０の反射率スペクトルを示す線図であり、図８（Ｂ）は得られた誘電体多層膜ミラー３０の透過率スペクトルを示す線図である。これらから、得られた誘電体多層膜ミラー３０は、波長５５０ｎｍ〜５８０ｎｍ付近でのみ、反射率が高く且つ透過率が低いという波長依存性を示すことが分かる。即ち、特定波長の光のみを反射又は透過する機能が得られている。
【０１１０】
なお、上記では、ＤＬＣ膜とＤＬＣ−Ｓｉ膜とが交互に積層された誘電体多層膜ミラーを作製する例について説明したが、シリコン含有量の異なる複数種類のＤＬＣ−Ｓｉ膜が交互に積層された多層膜とすることもできる。例えば、シリコンの含有量が４〜１０ａｔ％のＤＬＣ−Ｓｉ膜（低屈折率層：屈折率ｎ＜２．１）と、シリコンの含有量が１５〜１７ａｔ％のＤＬＣ−Ｓｉ膜（高屈折率層：屈折率ｎ＞２．１５）とが交互に積層された多層膜構造とすることができる。
【０１１１】
また、上記では、８層構造の誘電体多層膜ミラーを作製する例について説明したが、  多層膜の層数は、所望の光学機能を得るために適宜変更することができる。例えば、５〜２０層とすることができる。
【０１１２】
また、上記では、波長５５０ｎｍ〜５８０ｎｍ付近でのみ、反射率が高く且つ透過率が低いという波長依存性を示す誘電体多層膜ミラーを作製する例について説明したが、シリコン含有量を調整することにより光学特性が任意のレベルに制御されたＤＬＣ膜を用いることで、波長２００ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲の特定の波長領域の光を反射又は透過させる機能を有する反射ミラー、光学フィルタ、反射防止膜等を作製することができる。また、誘電体多層膜を一対の反射膜で挟み込むことにより、特定の波長領域の光を透過させる機能を有するFabry-Perot（ファブリー・ペロ）型の光共振器や光干渉計を作製することができる。  
【０１１３】
＜第３の実施の形態  光導波路素子＞
第３の実施の形態は、ＤＬＣ−Ｓｉ膜を備えた光導波路素子に関する。
図９は本発明の実施の形態に係る光導波路素子の構成を示す斜視図である。この光導波路素子４０は、ガラス基板４２と、ガラス基板４２上に形成された第１クラッド層４４と、第１クラッド層４４上に短冊状に形成されたコア部４６と、コア部４６の周囲を埋めるように形成された第２クラッド層４８とを備えている。短冊状のコア部４６の長手方向が、光伝搬方向である。
【０１１４】
第１クラッド層４４と第２クラッド層４８とは、シリコンを含有しないＤＬＣ膜で構成されている。第１クラッド層４４と第２クラッド層４８とがクラッド部である。コア部４６は、シリコンを１２ａｔ％含有するＤＬＣ−Ｓｉ膜で構成されている。波長２００ｎｍ〜８５０ｎｍの範囲では、コア部を構成するＤＬＣ−Ｓｉ膜は、クラッド部を構成するＤＬＣ膜に比べて屈折率が高く、消衰係数が低い（透明度が高い）。
【０１１５】
第１クラッド層４４とコア部４６とは、約１μｍの膜厚で形成されている。コア部４６は、幅２０μｍの短冊状に形成されている。第２クラッド層４８は、最大膜厚が約２μｍとなるように形成されている。コア部４６の光入力側の端面４６Ａと光出力側の端面４６Ｂとは、光導波路素子４０の側面に各々露出している。端面４６Ａと端面４６Ｂの外周形状は、略矩形である。この光導波路は、クラッド部にコア部が埋め込まれた埋め込み型の薄膜導波路である。端面４６Ａから入力された光は、コア部４６を伝搬して、端面４６Ｂから出力される。
【０１１６】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）は上記の光導波路素子４０の作製工程を示す断面図である。これらの図面を参照して、上記の光導波路素子４０の作製工程を説明する。
【０１１７】
図１０（Ａ）に示すように、最初の工程は、ガラス基板４２上に第１クラッド層４４を形成し、第１クラッド層４４上にマスク４３を形成する工程である。まず、ガラス基板４２（２０ｍｍ×２０ｍｍ×１ｍｍ）を用意する。このガラス基板４２の表面に、高周波ＲＦスパッッタ法により、第１クラッド層４４であるＤＬＣ膜を１μｍの厚さで成膜する。この第１クラッド層４４上に、フォトレジストを用いてマスク４３を形成する。マスク４３は、フォトリソグラフィー手法により、コア部４６が形成される領域を除いて第１クラッド層４４の表面を覆うように、所定パターンで形成する。
【０１１８】
図１０（Ｂ）に示すように、次の工程は、第１クラッド層４４上にコア部４６を形成する工程である。コア部４６は、例えば、図３に示すプラズマＣＶＤ装置などを用いて、以下の方法（交流タイプのプラズマＣＶＤ法）により成膜することができる。まず、第１クラッド層４４及びマスク４３が形成されたガラス基板４２を、プラズマＣＶＤ装置の基台上に配置して、減圧したプラズマ反応室内に昇温用ガスを導入し、電極間に高周波電圧を印加して放電し、ガラス基板４２を昇温する。
【０１１９】
次に、ガス導入管から、メタンガス（ＣＨ４）、テトラメチルシリコンガス（Ｓｉ（ＣＨ３）４）、及び水素（Ｈ２）ガスを、所定の流量比で導入して、プラズマ反応室内を特殊薄膜形成雰囲気とする。この特殊薄膜形成雰囲気下で、電極間に高周波電圧を印加して放電を行い、シリコンの含有量が１２ａｔ％のＤＬＣ−Ｓｉ膜を堆積する。ＤＬＣ−Ｓｉ膜の厚さは１μｍである。その後、フォトレジストをエッチング液により溶解させ、マスク４３を除去する。これにより、短冊状のコア部４６が形成される。
【０１２０】
図１０（Ｃ）に示すように、最後の工程は、コア部４６を覆うように第２クラッド層４８を形成する工程である。コア部４６が形成された第１クラッド層４４上に、高周波ＲＦスパッッタ法により、第２クラッド層４８であるＤＬＣ膜を最大２μｍの厚さで成膜する。これにより、ガラス基板４２上に、高屈折率のＤＬＣ−Ｓｉ膜からなるコア部４６と、低屈折率のＤＬＣ膜からなる第１クラッド層４４及び第２クラッド層４８と、が形成された光導波路素子４０が得られた。
【０１２１】
得られた光導波路素子４０について、光スペクトラム解析システム（安藤電機社製）により、可視光光通信に利用できる波長６８０ｎｍでの伝播損失を測定したところ、伝播損失は３０ｄＢ/ｃｍであった。
【０１２２】
なお、より短い波長領域でも、コア部（ＤＬＣ−Ｓｉ膜）の消衰係数ｋは少し大きくなるが、コア部（ＤＬＣ−Ｓｉ膜）とクラッド部（ＤＬＣ膜）との屈折率ｎの差が大きく、光導波路として機能した。
【０１２３】
なお、上記では、コア部にＤＬＣ−Ｓｉ膜を用い、クラッド部にＤＬＣ膜を用いた光導波路素子を作製する例について説明したが、シリコン含有量の異なる複数種類のＤＬＣ−Ｓｉ膜でコア部とクラッド部とを構成することもできる。例えば、シリコンの含有量が１５〜１７ａｔ％のＤＬＣ−Ｓｉ膜（屈折率ｎ＞２．１５、消衰係数ｋ＜０．１）でコア部を構成し、シリコンの含有量が１０ａｔ％以下のＤＬＣ−Ｓｉ膜（屈折率ｎ＜２．１）でクラッド部を構成することができる。このような構成でも、コア部とクラッド部との屈折率ｎの差が大きく、コア部の消衰係数ｋが小さいことから、伝播損失が少ない光導波路として機能する。
【０１２４】
また、上記では、クラッド部にコア部が埋め込まれた埋め込み型の薄膜導波路を作製する例について説明したが、シリコン含有量を調整することにより光学特性が任意のレベルに制御されたＤＬＣ膜を、光導波路のコア部とクラッド部とに用いることで、スラブ型、ストライプ型、ファイバ型など他のタイプの光導波路とすることもできる。
【０１２５】
＜第４の実施の形態  屈折率変調型回折格子＞
第４の実施の形態は、ＤＬＣ−Ｓｉ膜を備えた屈折率変調型の回折格子に関する。図１１は本発明の実施の形態に係る屈折率変調型の回折格子（グレーティング）の構成を示す斜視図である。この回折格子５０は、ガラス基板５２を備えている。ガラス基板５２の表面には、同じ幅の短冊状の低屈折率領域５４が、所定間隔を隔てて平行に複数形成されている。隣接する２つの低屈折率領域５４の間には、隙間を埋めるように、短冊状の高屈折率領域５６が各々形成されている。この通り、低屈折率領域５４と高屈折率領域５６とは、交互に配列されている。また、複数の高屈折率領域５６は所定周期（上記の所定間隔）で配列されて、屈折率変調型の回折格子が形成されている。
【０１２６】
本実施の形態では、７つの低屈折率領域５４が、所定間隔（１００ｎｍ〜１μｍ）を隔てて形成されている。また、隣接する低屈折率領域５４の隙間を埋めるように、５つの高屈折率領域５６が形成されている。本実施の形態では、低屈折率領域５４と高屈折率領域５６とは、約１〜３μｍの膜厚で形成されている。また、本実施の形態では、低屈折率領域５４の幅と高屈折率領域５６の幅とは同じである。
【０１２７】
低屈折率領域５４は、シリコンを含有しないＤＬＣ膜で構成されている。高屈折率領域５６は、シリコンを１７ａｔ％含有するＤＬＣ−Ｓｉ膜で構成されている。波長２００ｎｍ〜８５０ｎｍの範囲では、高屈折率領域５６を構成するＤＬＣ−Ｓｉ膜は、低屈折率領域５４を構成するＤＬＣ膜に比べて屈折率が高く、消衰係数が低い。従って、低屈折率領域５４と高屈折率領域５６とが形成された表面側から所定の入射角度で光を照射すると、低屈折率領域５４を通過した光と高屈折率領域５６を通過した光との間で位相差を生じ、回折現象が生じる。例えば、回折角度は波長に応じて変化するので、白色光を照射すると単色光に分光される。
【０１２８】
図１２（Ａ）〜（Ｄ）は上記の屈折率変調型の回折格子５０の作製工程を示す断面図である。これらの図面を参照して、上記の回折格子５０の作製工程を説明する。
【０１２９】
図１２（Ａ）に示すように、最初の工程は、ガラス基板５２上にマスク５３を形成する工程である。まず、ガラス基板５２（４０ｍｍ×４０ｍｍ×１．１ｍｍ）を用意する。このガラス基板５２の表面に、フォトレジストを用いてマスク５３を形成する。マスク５３は、フォトリソグラフィー手法により、低屈折率領域５４が形成される領域を除いてガラス基板５２の表面を覆うように、所定パターンで形成する。
【０１３０】
図１２（Ｂ）に示すように、次の工程は、ガラス基板５２上に低屈折率領域５４を形成する工程である。マスク５３が形成されたガラス基板５２の表面に、高周波ＲＦスパッッタ法により、低屈折率領域５４となるＤＬＣ膜を１μｍの厚さで堆積する。その後、フォトレジストをエッチング液により溶解させ、マスク５３を除去する。これにより、複数の低屈折率領域５４が、所定間隔を隔てて互いに平行に形成される。
【０１３１】
図１２（Ｃ）に示すように、次の工程は、低屈折率領域５４上にマスク５５を形成する工程である。低屈折率領域５４上に、フォトレジストを用いてマスク５５を形成する。マスク５５は、フォトリソグラフィー手法により、低屈折率領域５４の表面だけを覆うように、所定パターンで形成する。
【０１３２】
図１２（Ｄ）に示すように、最後の工程は、ガラス基板５２上に高屈折率領域５６を形成する工程である。高屈折率領域５６は、例えば、図３に示すプラズマＣＶＤ装置などを用いて、以下の方法（高周波プラズマＣＶＤ法）により形成することができる。まず、低屈折率領域５４及びマスク５５が形成されたガラス基板５２を、プラズマＣＶＤ装置の基台上に配置して、減圧したプラズマ反応室内に昇温用ガスを導入し、電極間に高周波電圧を印加して放電し、ガラス基板５２を昇温する。
【０１３３】
次に、ガス導入管から、メタンガス（ＣＨ４）、テトラメチルシリコンガス（Ｓｉ（ＣＨ３）４）、及び水素（Ｈ２）ガスを、所定の流量比で導入して、プラズマ反応室内を特殊薄膜形成雰囲気とする。この特殊薄膜形成雰囲気下で、電極間に高周波電圧を印加して放電を行い、シリコンの含有量が１７ａｔ％のＤＬＣ−Ｓｉ膜を堆積する。ＤＬＣ−Ｓｉ膜の厚さは１〜３μｍである。その後、フォトレジストをエッチング液により溶解させ、マスク５５を除去する。
【０１３４】
これにより、ガラス基板５２上に、低屈折率のＤＬＣ膜からなる低屈折率領域５４と、高屈折率のＤＬＣ−Ｓｉ膜からなる高屈折率領域５６と、が所定周期で交互に形成された屈折率変調型の回折格子５０が得られた。得られた回折格子５０に白色光を照射すると、単一波長の光に分光される回折現象が観測された。
【０１３５】
なお、上記では、高屈折率領域にＤＬＣ−Ｓｉ膜を用い、低屈折率領域にＤＬＣ膜を用いた回折格子を作製する例について説明したが、シリコン含有量の異なる複数種類のＤＬＣ−Ｓｉ膜で高屈折率領域と低屈折率領域とを構成することもできる。例えば、シリコンの含有量が１５〜１７ａｔ％のＤＬＣ−Ｓｉ膜（屈折率ｎ＞２．１５）で高屈折率領域を構成し、シリコンの含有量が１０ａｔ％以下のＤＬＣ−Ｓｉ膜（屈折率ｎ＜２．１）で低屈折率領域を構成することができる。このような構成でも、低屈折率領域と高屈折率領域との屈折率ｎの差が大きいことから、回折格子として機能する。
【０１３６】
また、上記では、屈折率変調型の回折格子（グレーティング）を作製する例について説明したが、シリコン含有量を調整することによりＤＬＣ−Ｓi膜の屈折率を任意のレベルに変調することができ、これを低屈折率領域と高屈折率領域とに用いることで、ビーム整形素子や、フレネルレンズなどの屈折率変調型の集光レンズを作製することもできる。
【０１３７】
＜第５の実施の形態  相変化型光記録媒体＞
第５の実施の形態は、ＤＬＣ−Ｓｉ膜を備えた相変化型の光記録媒体に関する。本実施の形態に係る光記録媒体は、最外層である保護層に、シリコンの含有量が１５〜１７ａｔ％のＤＬＣ−Ｓｉ膜（屈折率ｎ＞２．１５、消衰係数ｋ＜０．１）を用いている。図１３は本発明の実施の形態に係る相変化型の光記録媒体の構成を示す断面図である。この光記録媒体６０は、ランドやグルーブ等の凹凸が形成された透明基板６２を備えている。透明基板６２上には、反射層６４、下部誘電体層６６、記録層６８、上部誘電体層７０、及び保護層７２が、透明基板６２の側からこの順で積層されている。
【０１３８】
通常の光記録媒体では透明基板を通して記録再生を行うが、上記の積層構造の光記録媒体６０では、保護層７２の側（記録層側）から光を照射して記録再生を行う。ＤＬＣ−Ｓｉ膜は、従来、保護膜として用いられているＤＬＣ膜より消衰係数ｋが小さい（透明度が高い）。ＤＬＣ膜では、特に、短波長領域（青色レーザの波長４１０ｎｍ付近）での光透過率が小さくなり、反射率が低くなるという問題があった。例えば、波長４００ｎｍでの反射率は１０％前後である。これに対し、ＤＬＣ−Ｓｉ膜は、ＤＬＣ膜の約１／２以下の消哀係数ｋ（波長４００ｎｍ付近）を有しており、透明性が高く、光記録媒体の保護膜として好適である。
【０１３９】
近年のマルチメディア化に対応して、記録の高密度化が注目されている。高密度記録を行うためには、記録スポットを小さくする必要がある。記録スポットを小さくする方法としては、レーザ光の波長を短くする方法と、集光レンズの開口数（ＮＡ）大きくする方法とがある。実際には、ＮＡを大きくすると球面収差の影響でレンズ系の焦点深度が浅くなり、記録面上で焦点を維持するための制御系が複雑になることから、ＮＡをむやみに大きくすることはできない。このため、通常の光記録装置では、ＮＡとしては最大０．６程度のレンズが用いられている。
【０１４０】
最近、光記録装置の記録密度を制約する回折限界の問題を解決する一手法として、イマージョンレンズを使用して実効的にレンズのＮＡを上げる方法が提案されている。この技術では、記録再生にイマージョンレンズから滲み出る近接場光（near field 光）を用いるため、イマージョンレンズと記録層との隙間を記録レーザ波長の１／４程度にする必要がある。例えば、波長６８０ｎｍの赤色レーザ光を記録光として用いた場合は、イマージョンレンズと記録層との距離は１７０ｎｍとなる。この距離は、通常の光記憶装置の光ヘッドと光記録媒体との間隔に比べてはるかに小さい。そのため、近接場光を用いる場合には、通常の光記憶装置のように、透明基板を通しての記録再生は不可能で、記録層側からレーザ光を入射させる必要がある。
【０１４１】
近接場光を利用した光記録では、光記録媒体の記録層側からヘッドを近づけ、ヘッドに設けられたレンズ（イマージョンレンズ）と記録層とを、少なくとも１７０ｎｍ以下に近接させて記録再生を行う。このように、イマージョンレンズを浮上型のスライダーに組み込んで、記録再生を行うとなると、走行時に光記録媒体との接触を生じることになるから、光記録媒体の最外層に、耐摩耗性に優れ、低い摩擦係数を示すＤＬＣ膜のように、摺動特性に優れた保護膜を設けることが必要となる。
【０１４２】
従って、近接場光を用いて光記録を行う光記録媒体としては、本実施の形態に係る光記録媒体６０のように、保護層として、シリコンの含有量が１５〜１７ａｔ％のＤＬＣ−Ｓｉ膜（屈折率ｎ＞２．１５、消衰係数ｋ＜０．１、硬度＞１０ＧＰa、摩擦係数μ＜０．１）を形成した光記録媒体が好適である。
【０１４３】
本実施の形態では、透明基板６２として、ランドやグルーブ等の凹凸（案内溝）が形成されたポリカーボネート樹脂製のディスク状基板（外径１２０ｍｍ、内径１５ｍｍ、厚さ１．１ｍｍ）を用いた。この透明基板６２上に、ＲＦ高周波スパッタ法により、反射層６４としてＡ１合金を膜厚１００ｎｍで成膜する。次に、反射層６４上に、ＲＦ高周波スパッタ法により、膜厚１５５ｎｍのＺｎＳ-ＳｉＯ２からなる下部誘電体層６６、膜厚２０ｎｍのＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５からなる記録層６８、膜厚４０ｎｍのＺｎＳ-ＳｉＯ２からなる上部誘電体層７０を、この順で成膜する。次に、上部誘電体層７０上に、高周波プラズマＣＶＤ法により、シリコンの含有量が１７ａｔ％の高屈折率のＤＬＣ−Ｓｉ膜からなる保護膜７２を１００ｎｍの厚さで成膜する。
【０１４４】
また、成膜直後の膜では、記録層６８を構成するＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５は非晶質であるために、最初に初期化プロセスと称して、基板を回転させながらランド、グルーブ等の案内溝を含めた光記録媒体の全面に、レーザビーム（５００〜７００ｍＷ、非集光）を照射して、ＧｅＳｂＴｅ層を全て結晶化した。
【０１４５】
保護膜７２の作製工程では、反射層６４、下部誘電体層６６、記録層６８、及び上部誘電体層７０がこの順に作製された透明基板６２を、プラズマＣＶＤ装置の基台上に配置して、減圧したプラズマ反応室内に昇温用ガスを導入し、電極間に高周波電圧を印加して放電し、透明基板６２を昇温する。次に、ガス導出管から、メタンガス（ＣＨ４）、テトラメチルシリコンガス（Ｓｉ（ＣＨ３）４）、及び水素（Ｈ２）ガスを、所定の流量比で導入して、プラズマ反応室内を特殊薄膜形成雰囲気とした。この特殊薄膜形成雰囲気下で、電極間に高周波電圧を印加して放電を行い、上部誘電体層７０上にＤＬＣ−Ｓｉ膜を堆積して、保護層７２を形成する。
【０１４６】
得られた相変化型の光記録媒体６０は、分光光度計（島津製作所社製、「UV-3600」）を用いて、反射率を測定したところ、波長４００ｎｍでの反射率が２０％であり、ＤＬＣを保護膜に用いた場合（反射率１０％）よりも反射率が顕著に向上した。次に、光記録媒体評価装置（ナカミチ社製、「OMS-2000」）を用いて、光記録媒体の特性を以下の条件で評価した。
【０１４７】
記録・消去波長：６８０ｎｍ
再生波長：７８０ｎｍ
集光レンズのＮＡ：０．４５
光記録媒体の線速度：２．８ｍ／ｓｅｃ（ＣＤの２倍速に相当）
【０１４８】
Ｄｕｔｙ（デューティ）比が５０％で周波数ｆ０＝４００ｋＨｚのパルス波信号をレーザ光強度の変調に用いた。このパルス波信号は、コンパクト・ディスク（ＣＤ）のシステムにおいて、１１Ｔ信号に対応するパルス幅を有する。周波数ｆｌ＝５００ｋＨｚの異なる周波数のパルス波を照射することにより、記録層（結晶）の案内溝に沿って非晶質の記録マークが形成される。これにより、光記録媒体のダイレクトオーバーライト特性を評価することができる。
【０１４９】
再生レーザパワーは１ｍＷ、記録パワー（Ｐｗ）は５〜１９ｍＷ、消去パワーは３〜１１ｍＷであった。周波数スペクトルアナライザーと動的光記録媒体評価装置とを用いて、光記録媒体をオーバーライトした時のＣ／Ｎ（Carrier to noise ratio：キャリア信号対ノイズ比）を計測した。ＤＬＣ膜からなる保護層を備えた光記録媒体では、３０ｄＢのＣ／Ｎであったが、ＤＬＣ−Ｓｉ膜からなる保護層を備えた光記録媒体では、４７ｄＢ以上の高いＣ／Ｎが得られた。
【０１５０】
以上の通り、ＤＬＣ−Ｓｉ膜は、ＤＬＣ膜に比べて消哀係数ｋが低く（透明性が高く）、ＤＬＣ膜を保護膜とした場合よりも、光記録媒体の反射率が向上すると共に、ディスク特性（Ｃ／Ｎ）が顕著に向上する。従って、ＤＬＣ−Ｓｉ膜は、光記録媒体の保護膜として好適である。
【０１５１】
なお、上記では、ＤＬＣ−Ｓｉ膜からなる保護層を備えた相変化型の光記録媒体を作製する例について説明したが、消哀係数ｋが低い（透明性が高い）ＤＬＣ−Ｓｉ膜は、他の光学素子の保護膜としても利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５２】
【図１】シリコン含有量の異なるＤＬＣ−Ｓｉ膜について屈折率ｎの波長分散特性を示す線図である。
【図２】シリコン含有量の異なるＤＬＣ−Ｓｉ膜について消衰係数ｋの波長分散特性を示す線図である。
【図３】プラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図である。
【図４】４層モデルを用いた場合の予測データと実測データとの比較結果を表す。
【図５】膜構造モデルの層構成を示す概念図である。（Ａ）は２層モデル、（Ｂ）は３層モデル、（Ｃ）は４層モデルである。
【図６】予測データと実測データとの比較結果を表す図である。（Ａ）は３層モデルを用いた場合の比較結果を表し、（Ｂ）は２層モデルを用いた場合の比較結果を表す。
【図７】本発明の実施の形態に係る誘電体多層膜ミラーの構成を示す概略断面図である。
【図８】（Ａ）は得られた誘電体多層膜ミラー３０の反射率スペクトルを示す線図であり、（Ｂ）は得られた誘電体多層膜ミラー３０の透過率スペクトルを示す線図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る光導波路素子の構成を示す斜視図である。
【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）は上記の光導波路素子の作製工程を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る屈折率変調型の回折格子（グレーティング）の構成を示す斜視図である。
【図１２】（Ａ）〜（Ｄ）は上記の屈折率変調型の回折格子の作製工程を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る相変化型の光記録媒体の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１５３】
１０   プラズマＣＶＤ装置
１２   プラズマ反応室
１４   基台
１６   支持柱
１８   ガス導入管
２０   ガス導出管
２２   陽極板
２４   被処理材
３０   誘電体多層膜ミラー
３２   ガラス基板
３４   誘電体多層膜
３６   低屈折率層
３８   高屈折率層
４０   光導波路素子
４２   ガラス基板
４３   マスク
４４   クラッド層
４６   コア部
４６Ａ 端面
４６Ｂ 端面
４８   クラッド層
５０   回折格子
５２   ガラス基板
５３   マスク
５４   低屈折率領域
５５   マスク
５６   高屈折率領域
６０   光記録媒体
６２   透明基板
６４   反射層
６６   下部誘電体層
６８   記録層
７０   上部誘電体層
７２   保護層
【図１】
2008309843.tif 000015
【図２】
2008309843.tif 000016
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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