(57)【要約】【課題】半導体検出器の性能を劣化させることなく、屈折率の整合を取ることができ、また製造が容易であるテラヘルツ帯光学素子用の薄膜形成方法を提案する。【解決手段】１００ＧＨｚから１０ＴＨｚまでの光の光学素子をプラズマＣＶＤ装置に入力し、ＣＶＤ用の原料ガスの切り換えを順次行なって、屈折率の大きい屈折率をもつ膜と、それよりも小さい屈折率をもつ膜とを含む複数の積層膜をその表面に順次形成して光波干渉膜とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１００ＧＨｚから１０ＴＨｚまでの光の光学素子をプラズマＣＶＤ装置に入力し、ＣＶＤ用の原料ガスの切り換えを順次行なって、第１の屈折率をもつ膜と、それよりも小さい第２の屈折率をもつ膜とを含む複数の積層膜をその表面に順次形成して光波干渉膜とすることを特徴とするテラヘルツ帯光学素子用の薄膜形成方法。
【請求項２】
上記のＣＶＤ用の原料ガスは、シランガスと酸素ガスであり、酸素ガスを遮断してシリコン膜を形成し、酸素ガスを導入して酸化珪素膜を形成することを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ帯光学素子用の薄膜形成方法。
【請求項３】
上記の原料ガスのキャリアガスとしてアルゴンガスを用いることを特徴とする請求項２に記載のテラヘルツ帯光学素子用の薄膜形成方法。
【請求項４】
上記のプラズマＣＶＤ装置での成膜時の圧力は、１パスカル以下であることを特徴とする請求項２に記載のテラヘルツ帯光学素子用の薄膜形成方法。
【請求項５】
上記の光学素子の素材は、ゲルマニウムもしくはシリコンもしくは砒化ガリウムに不純物準位が４０ｍｅＶ以下の浅い不純物を添加した半導体であり、その成膜時の温度は、１６０℃以下であることを特徴とする請求項２に記載のテラヘルツ帯光学素子用の薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光学素子に形成する反射防止膜や反射膜あるいは濾波器などの光波干渉膜を形成する場合に必要となる薄膜形成方法であって、特にテラヘルツ帯光学素子用の薄膜形成方法に関している。
【０００２】
【従来の技術】
可視光線領域においては、種々の膜厚構成を有する光波干渉膜によって反射防止膜や反射膜あるいは濾波器などが形成され使用されている。この光波干渉膜を構成するそれぞれの薄膜の厚さは、可視光領域では、１ミクロン以下であるため、その製造プロセスではスパッタ法や真空蒸着法が主に使われて来た。
【０００３】
可視光線領域よりも波長が長いテラヘルツ帯においては、この光波干渉膜を構成するそれぞれの薄膜の厚さは、１０から７５０ミクロンになるため、従来の方法を適用すると、製造にきわめて長い時間を要する。このため、テラヘルツ帯に適した製造方法が求められている。
【０００４】
テラヘルツ帯の光学素子用の薄膜としては、以下に説明する製造方法が知られている。
１）ＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）を用いたＣＶＤ法で、正膜時の温度は２００℃以上であり、成膜出来るのは、シリコン酸化膜だけである。また、２００℃よりも低温で成膜すると、膜中に黒鉛が残り光の透過率を低下させてしまう。しかし、テラヘルツ帯の光検出器としてはＧｅ：Ｇａ（Ｇｅに微量のＧａを添加した半導体）検出器が使われるが、Ｇｅ：Ｇａ結晶は、２００℃以上で保持すると、不純物であるＧａの分布が変化して光検出感度が低下するため、この方法は、この光検出器には使われない。
２）プラスチック膜をテラヘルツ帯の光学素子に貼り付けて、光干渉膜として用いる方法がある。しかし、プラスチックの屈折率は、１．５程度であり、テラヘルツ帯で用いられる半導体（Ｇｅ、Ｓｉ、あるいはＧａＡｓ）や非線形光学素子（ＬｉＮｂＯ３、ＺｎＴｅの場合）の場合は３．０以上であるため、屈折率の整合を取るのが困難である。
３）溶融石英（屈折率＝１．９５９）の薄膜をゲルマニウム基板に光学用接着剤で貼り付けた後に、厚さを約２０ミクロン程度に研磨して反射防止膜としたものが実現されている。この方法は、全工程が室温付近にあり、基板と屈折率の整合の取りやすい最適な材料を任意に選べ、膜圧の制御性が良い、という利点を持っている。しかし、研磨工程を必要とするため、手間がかかり歩留まりが悪い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方法で形成したテラヘルツ帯の光波干渉膜では、半導体検出器の性能を劣化させたり、屈折率の整合を取りづらかったり、あるいはその製造に手間がかかったりしていた。
【０００６】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、半導体検出器の性能を劣化させることなく、屈折率の整合を取ることができ、また製造が容易であるテラヘルツ帯光学素子用の薄膜形成方法を提案することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、高温環境でなくても高い成膜速度が実現できる様にプラズマＣＶＤ法を用いる。また光波干渉膜を実現するために、高い屈折率の膜と低い屈折率の膜とを交互に積層する。この場合、高い方の屈折率と低い方の屈折率の比が大きいほど良い。この積層は、上記のプラズマＣＶＤの原料ガスの切り換えだけで行ない、プラズマＣＶＤ装置の成膜室から出さずに行なう。このようなことから、第１の発明は、１００ＧＨｚから１０ＴＨｚまでの光の光学素子をプラズマＣＶＤ装置に入力し、ＣＶＤ用の原料ガスの切り換えを順次行なって、第１の屈折率をもつ膜と、それよりも小さい第２の屈折率をもつ膜とを含む複数の積層膜をその表面に順次形成して光波干渉膜とすることを特徴としている。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明に加え、上記のＣＶＤ用の原料ガスは、シランガスと酸素ガスであり、酸素ガスを遮断してシリコン膜を形成し、酸素ガスを導入して酸化珪素膜を形成することを特徴としている。
【０００９】
また、第３の発明は、第２の発明に加えて、上記の原料ガスのキャリアガスとしてアルゴンガスを用いることを特徴としている。
【００１０】
また、第４の発明は、第２の発明に加えて、上記のプラズマＣＶＤ装置での成膜時の圧力は、１パスカル以下であることを特徴としている。
【００１１】
また、第５の発明は、第２の発明に加えて、上記の光学素子の素材は、ゲルマニウムもしくはシリコンもしくは砒化ガリウムに不純物準位が４０ｍｅＶ以下の浅い不純物を添加した半導体あり、その成膜時の温度は、１６０℃以下であることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を図１を用いて説明する。図１は、テラヘルツ帯で使用する光学素子に反射防止膜、反射膜あるいは光学フィルタとなる干渉膜を形成するためのプラズマＣＶＤ装置である。この装置は、ガス導入管１から原料ガスを供給し、反応室２で誘導電極９からの電磁波によるプラズマにより促進された化学反応を起こし、この化学反応で生成された分子をメインチャンバー５内にある光学素子８の表面に付着させるものである。このメインチャンバー５からの排気は、排気管６によって行なわれる。原料ガス（１０ａ、１０ｂ、…１０ｎ）は、たとえば、シランガス１１ａ、酸素ガス１１ｂであり、また、キャリアガスは、アルゴンガス１１ｎである。これらのガスの流量は、それぞれの流量調整弁１０ａ、１０ｂ、…１０ｎによって行なわれる。ここで用いる原料ガスは、この３種類に限る理由はなく、形成する膜に合わせて原料ガスを切り換える必要のあることは明らかである。成膜プロセス中の膜厚は、観察窓４から膜厚測定のための光線３を光学素子８の表面に照射する既によく知られた光学的な測定を行なうことができる。また、加工する光学素子の温度は、加熱用ヒータ７により、過熱することができる。例えば、光学素子がＧｅ：Ｇａ結晶でできている場合は、２００℃以下にすることにより、素子の性能が劣化するのを防止することができる。
【００１３】
上記の様に、原料ガスが、シランガス１１ａ、酸素ガス１１ｂであり、また、キャリアガスは、アルゴンガス１１ｎである場合に、成膜時の圧力は１パスカル以下であることが望ましい。また酸素ガスの供給を止めることによって、シリコン膜が形成されるので、酸素ガスの供給を順次オン‐オフすることによって、シリコン膜と、酸化珪素膜とからなる多層膜を容易に形成できる。
【００１４】
また、ＣＶＤ法で形成した膜では、化学量論的に異なる種々の膜を形成することができる、例えば酸化珪素膜としてＳｉＯｘ膜（ｘ＝１．９４）を形成することができる。この場合は、ゲルマニウムの屈折率と酸化珪素膜の屈折率とが等しくなり、屈折率の整合を取ることができる。因みに、溶融石英膜の場合は、屈折率が１．９６であるため、少なくとも０．０４％反射が起っている。前記の酸化珪素幕を用いることによって、より低反射の反射防止膜を実現できる。
【００１５】
また、シリコンＳｉ（屈折率＝３．４２）と上記の酸化珪素ＳｉＯ２膜（屈折率＝１．９６）とを用いて多層膜を形成した場合には、その膜厚構成を変えることによって、可視光領域の場合と同様に、それぞれの屈折率の２乗の間の領域（３．８４から１１．６８）にある屈折率をもつ基板材料について、基板との整合性のとれた光波干渉膜を容易に作ることができる。
【００１６】
【発明の効果】
この発明は上記した手段からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。
【００１７】
第１の発明では、プラズマＣＶＤ法を用いて高い屈折率の膜と低い屈折率の膜とを交互に積層して光波干渉膜を形成し、この積層は、原料ガスの切り換えだけで行なうようにしたので、高温環境でなくても高い成膜速度が実現できるので、テラヘルツ帯の光学素子に適用できる光波干渉膜が容易に実現できる。
【００１８】
また、第２、第３、第４、題５の発明では、ＣＶＤ用の原料ガスは、シランガスと酸素ガスであり、酸素ガスを遮断してシリコン膜を形成し、酸素ガスを導入して酸化珪素膜を形成するようにしたので、テラヘルツ帯でよく用いられるゲルマニウム結晶等に整合した屈折率をもった光波干渉膜を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すための模式図である。
【符号の説明】
１　ガス導入管
２　反応室
３　光線
４　観察窓
５　メインチャンバー
６　排気管
７　加熱用ヒータ
８　光学素子
９　誘導電極
１０ａ、１０ｂ、１０ｎ　流量調整弁
１１ａ、１１ｂ、１１ｎ　原料ガス
【図１】
2004109827.tif 000003