DE69415237T2

DE69415237T2 - Optische Schicht, Antireflektionsschicht, Reflexionsfilm, Herstellungsverfahren für die optische Schicht, die Antireflektionsschicht oder den Reflexionsfilm und eine optische Vorrichtung dafür

Info

Publication number: DE69415237T2
Application number: DE69415237T
Authority: DE
Inventors: Shuichi C/O Fujitsu Limited Kawasaki-Shi Kanagawa 211 Miura; Shigeo C/O Fujitsu Limited Kawasaki-Shi Kanagawa 211 Ohsaka; Nobumasa C/O Fujitsu Limited Kawasaki-Shi Kanagawa 211 Okada
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1993-08-25
Filing date: 1994-08-25
Publication date: 1999-05-20
Anticipated expiration: 2014-08-26
Also published as: CA2128743C; JPH07113901A; EP0640849B1; CA2128743A1; JP3184031B2; EP0640849A1; DE69415237D1; US5777792A

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Antireflexions- oder Reflexionsfilm und ein Verfahren zum Bilden des selben und eine optische Vorrichtung mit einem derartigen optischen Film.
In den letzten Jahren wurden optische Telekommunikationssysteme, die optische Fasern verwenden, in ihrer Ausdehnung verlängert, in ihrer Kapazität vergrößert und in ihrer Geschwindigkeit beschleunigt und Licht wurde zur Signalübertragung zwischen integrierten Schaltkreisen verwendet. Auf diese Weise haben sich Informationsübertragungstechnologien, die Lichtwellen benutzen, bemerkenswert entwickelt.
Um weitere Fortschritte in diesen Technologien zu machen, ist es notwendig, eine präzise gefertigte, stabile Hochleistungslichtquelle, eine Vorrichtung zum präzisen Steuern des Lichts, einen Übertragungsweg, der weniger Licht schluckt, einen optischen Signalumformer, der weniger Licht schluckt, usw. zu entwickeln. Eine Maßnahme zum präzisen Steuern von Licht schließt die Verwendung verschiedener optischer Filme in einem optischen Übertragungsweg, einen optischen Signalumsetzer und ähnliches und die Verwendung von Antireflexionsfilm, einen Reflexionsfilm u. ä. zum Zusammensetzen des Resonators des Halbleiterlasers (einer Laserdiode) ein.
Ein Antireflexionsfilm, der an der optischen Ausgangsendseite des Halbleiterlasers angeformt ist, muß ein Reflexionsvermögen von 0,01% oder weniger haben. Auf dem gewöhnlichen technischen Gebiet der Linsenbeschichtung wird ein mehrschichtiger nichtleitender Film mit 15 Schichten verwendet, um dieses Reflexionsvermögen zu erreichen.
Ein derartiger mehrschichtiger nichtleitender Film kann so wie er ist, nicht in einem Halbleiterlaser verwendet werden, da das Material, aus dem der Film hergestellt ist, und das Verfahren zum Bilden des Films Faktoren sind, die die Standzeit des Halbleiterlasers bestimmen. Da in einem Halbleiterlaser Beschränkungen bezüglich des Materials des Antireflexionsfilms oder des Verfahrens zur Bildung des Films bestehen, muß ein Material oder ein Verfahren auf der Basis von experimentellen Erkenntnissen ausgewählt werden.
Es ist auch unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Film und dem Halbleiterlaser wünschenswert, einen Antireflexionsfilm mit einer so geringen Anzahl von Schichten wie möglich zu haben.
Die geringste Anzahl von Schichten zum Erreichen des Reflexionsvermögens, das für den Zweck eines Antireflexionsfilms verwendbar ist, beträgt "2". Beispielsweise wird ein Antireflexionsfilm mit zweischichtiger Struktur, die jeweils optische Filme mit hohem und niedrigem Brechungsindex aufweist, aus der Berechnung einer optischen Übertragungskonstanten eines Halbleiterlasers von 1,55 um Wellenlänge erreicht, bei dem der optische Film mit einem hohen Brechungsindex einen Brechungsindex von 2,44 und eine Dicke von 145 um (1450 ·) aufweist und der optische Film mit niedrigem Brechungsindex einen Brechnungsindex von 1,37 und eine Dicke von 275 um (2750 ·) aufweist. Das Reflexionsvermögen, das durch diesen Antireflexionsfilm erreicht wird, beträgt 0,01% oder weniger.
Ein optischer Film mit einem Brechungsindex von 1,37 kann durch ein gewöhnliches Vakuumauftragsverfahren gebildet werden, bei dem ein optisches Material, wie z. B. Litiumfluorid (LiF) oder Magnesiumfluorid (MgF&sub2;) gebildet werden. Ein optisches Material jedoch, das einen optischen Film mit einem Brechungsindex von 2,44 bildet, ist bislang unbekannt. Obwohl Zinkselen (ZnSe), das einen Brechungsindex von 2,46 hat, als ein Material verwendet wird, das einen Brechungsindex nahe bei 2,44 aufweist, kann der Brechungsindex dieses Materials nicht größer verändert werden.
Andererseits soll ein Reflexionsfilm zum Bilden des Resonators eines Halbleiterlasers einen geringen Verlust und ein vergleichsweise hohes Reflexionsvermögen aufweisen, um der Charakteristik der Vorrichtung zu entsprechen.
Auf dem technischen Gebiet der Linsenbeschichtung, wo sichtbares Licht hauptsächlich Verwendung findet, ist es bekannt, daß ein hohes Brechungsvermögen mit niedrigen Verlusten durch Kombination eines optischen Films mit hohem Brechungsindex mit einem Brechungsindex von 2,0 bis 2,4, wie z. B. Zinkschwefel (ZnS), Ceriumoxid (CeO&sub2;) oder Zinkselen (ZnSe), zusammen mit einem optischen Film mit niedrigem Brechungsindex mit einem Brechungsindex von 1,35 bis 1,47, wie beispielsweise Siliziumdioxid (SiO&sub2;), MgF&sub2;, oder LiF erzielt werden kann.
Da die Wellenlänge des Laserlichts jedoch nahe dem Infrarotbereich ist, müssen auf dem technischen Gebiet der Halbleiterlaser, die aus einem zusammengesetzten Halbleiter der Gruppen III bis V hergestellt sind, zwei Bedingungen erfüllt sein. Die erste ist, daß der optische Film mit hohem Brechungsindex einen Brechungsindex größer als der oben genannte Brechungsindex von 2,0 bis 2,4 hat, und die zweite ist, daß die optischen Filme geringe Lichtabsorption haben, so daß ein hoher Ausstoß erreicht wird. Daher sind die oben genannten Materialien mit hohem Brechungsindex nicht optimal. Silizium (Si), Germanium (Ge) und ähnliche sind dafür bekannt, daß sie die Bedingung eines hohen Brechungsindex erfüllen und beispielsweise ist ein Film mit hohem Reflexionsvermögen einer mehrschichtigen Struktur bekannt, in dem ein Paar von Si und SiO&sub2;-Schichten jeweils in einer Dicke von einer Viertelwellenlänge ausgebildet sind. Obwohl ein Reflexionsfilm dieser Art in einem Halbleiterlaser verwendet wird, erfüllt er nicht voll die oben genannten zwei Bedingungen, da Si und Ge ein Lichtabsorptionsband aufweisen, das nahe dem Infrarotbereich liegt.
Obwohl verschiedene Verbesserungen bei Kristallwachstumsverfahren vorgeschlagen worden sind, um die Lichtabsorption der Siliziumschicht zu reduzieren, wurden kaum gute Resultate erzielt.
Das Produzieren eines Siliziumfilms durch Auftragen beispielsweise hat den Vorteil, daß es wegen der Bildung des Films bei einer niedrigen Temperatur nur geringen thermischen Schaden an dem Halbleiter verursacht und daß die Filmdicke präzise durch Anordnung eines filmdicken Messers in der Kammer gesteuert werden kann. Andererseits hat das Verfahren den Nachteil, daß der Siliziumfilm eine hohe Lichtabsorption hat, da er polykristallin ist.
Obwohl das Produzieren eines Siliziumfilms durch CVD einen gleichbleibenden Film einer spezifizierten Qualität erzeugen kann, beschädigt es den Halbleiter, da es ein Hochtemperaturverfahren ist.
Selbst wenn es ein Niedrigtemperaturverfahren zum Verbessern der Kristallinität einer Siliziumschicht gäbe, die als eine Schicht mit hohem Brechungsindex in einem mehrschichtigen Reflexionsfilm verwendet wird, interferriert das Silizium mit der Laserschwingung, wenn es mit der p-n-Übergangsschnittstelle des Halbleiterlasers in Berührung kommt. Dies ist deshalb so, da das Silizium eine höhere elektrische Leitfähigkeit als ein Nichtleiter, wie z. B. Glas aufweist.
Wie oben erwähnt, ist ein Material für einen optischen Film erwünscht mit einem Brechungsindex, der optimal zur Verbesserung seiner Leistung ist, oder ein Verfahren zum Bilden eines derartigen optischen Films, da ein Halbleiterlaser nicht eine erwünschte Leistung erzielt, wenn ein spezifizierter Brechungsindex für eine Schicht mit hohem Brechungsindex nicht erreicht werden kann, die verwendet wird, um einen mehrschichtigen Antireflexionsfilm oder Reflexionsfilm zu bilden.
Auch hat der optimale Brechungsindex eines optischen Films, der einen Antireflexionsfilm oder einen Reflexionsfilm bildet, der für eine optische Halbleitervorrichtung verwendet werden soll, nicht nur einen Wert, sondern muß gemäß der Struktur des optischen Wellenleiters des Halbleiterlasers geändert werden. Daher ist eine Technik gewünscht, die es ermöglicht, den Brechungsindex des Antireflexionsfilms oder Reflexionsfilms frei einzustellen.
Die EP-A-536607 offenbart eine mehrschichtige Beschichtung zum Aufrechterhalten eines metallischen Aussehens, bei der eine Schicht aus Titanoxinitrid mit einer Schutzschicht neben dieser Schicht bestehen kann. Die Schutzschicht kann dabei einen niedrigeren Brechungsindex als die Titanoxinitridschicht aufweisen.
Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein mehrschichtiger optischer Antireflexions- oder Reflexionsfilm zur Verfügung gestellt, der folgendes aufweist:
Eine Viertelwellenlängenschicht mit hohem Brechungsindex, die aus Titanoxinitrid, Aluminiumoxinitrid oder Siliziumoxinitrid hergestellt ist; und
eine Viertelwellenlängenschicht mit niedrigem Brechungsindex, die neben der Viertelwellenlängenschicht mit hohem Brechungsindex angeordnet ist.
Vorzugsweise hat die Schicht mit hohem Brechungsindex einen Brechungsindex in dem Bereich von 2,2 bis 4,0. Dort, wo die Schicht mit hohem Brechungsindex in einem Antireflexionsfilm ist, weist sie vorzugsweise einen Brechungsindex in dem Bereich von 2,8 bis 4,0 auf. Dort, wo die Schicht mit hohem Brechungsindex in einem Reflexionsfilm ist, weist sie vorzugsweise einen Brechungsindex im Bereich von 2,2 bis 2,8 auf.
Die Schicht mit niedrigem Brechungsindex kann aus Magnesiumfluorid, Litiumfluorid oder Siliziumdioxid zusammengesetzt sein.
Gemäß einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung einen Halbleiterlaser mit einem mehrschichtigen optischen Antireflexions- oder Reflexionsfilm gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung zur Verfügung.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden eines Antireflexionsfilms zur Verfügung gestellt, das folgende Schritte aufweist:
Bilden einer Viertelwellenlängenschicht mit hohem Brechungsindex, die aus Titanoxinitrid, Aluminiumoxinitrid oder Siliziumoxinitrid zusammengesetzt ist, durch ein ionenunterstütztes Auftragsverfahren; und
Bilden einer Viertelwellenlängenschicht mit niedrigem Brechungsindex, die neben der Viertelwellenlängenschicht mit hohem Brechungsindex angeordnet ist.
Bei diesem Verfahren weist das ionenunterstützte Auftragsverfahren vorzugsweise auf:
Verdampfen eines Rohmaterials der Schicht mit hohem Brechungsindex durch Aufstrahlen von Elektronen aus einer Elektronenkanone auf das Rohmaterial; und
gleichzeitig Ionisieren eines gasförmigen Elements innerhalb einer Ionenkanone und Ionisieren eines anderen gasförmigen Elements außerhalb der Ionenkanone; und
Verbinden der ionisierten gasförmigen Elemente zusammen mit dem verdampften Rohmaterial. Dabei kann das gasförmige Element, das innerhalb der Ionenkanone ionisiert wurde, Sauerstoff sein und das gasförmige Element, das außerhalb der Ionenkanone ionisiert wurde, Stickstoff sein.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden eines Reflexionsfilms zur Verfügung gestellt, welches folgendes aufweist:
Bilden einer Viertelwellenlängenschicht mit niedrigem Brechungsindex;
Bilden einer Viertelwellenlängenschicht mit hohem Brechungsindex, die aus Titanoxinitrid, Aluminiumoxinitrid oder Siliziumoxinitrid hergestellt ist und neben der Schicht mit niedrigem Brechungsindex angeordnet ist, durch ein ionenunterstütztes Auftragsverfahren.
In dem Verfahren gemäß des vierten Aspekts weist das ionenunterstützte Auftragsverfahren vorzugsweise auf: Verdampfen eines Rohmaterials der Schicht mit hohem Brechungsindex durch Aufstrahlen von Elektronen aus einer Elektronenkanone auf einen Block des Rohmaterials; und gleichzeitig Ionisieren eines gasförmigen Elements, vorzugsweise Stickstoff, durch eine Ionenkanone; und Verbinden des gasförmigen Elements zusammen mit dem verdampften Rohmaterial.
In dem Verfahren gemäß dem dritten und vierten Aspekt der Erfindung kann der Brechungsindex der Schicht mit hohem Brechungsindex durch Änderungen der Ablagerungsrate der Schicht mit hohem Brechungsindex eingestellt werden. Die Ablagerungsrate der Schicht mit hohem Brechungsindex kann durch Änderung des elektrischen Stroms, der der Elektronenkanone zugeführt wird, durch die das Rohmaterial bestrahlt wird, geändert werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können einen optischen Film mit einer Schicht mit hohem Brechungsindex bieten, deren Brechungsindex über einen weiten Bereich gemäß seiner Produktionsbedingungen geändert werden kann, und können ein Verfahren zum Bilden des optischen Film und einer optischen Vorrichtung mit dem optischen Film bieten.
In bestimmten Ausführungsformen bietet die vorliegende Erfindung einen mehrschichtigen optischen Film mit einer Schicht mit hohem Brechungsindex.
Der Brechungsindex eines Titanoxinitridfilms kann durch richtige Wahl der Bedingungen für das Ionenunterstützte Auftragsverfahren so eingestellt werden, daß er im Bereich von 2,2 bis 4,0 liegt. Da seine Wachstumstemperatur genauso niedrig wie diejenige von Silizium ist, beeinflußt das Verfahren des Filmwachstums nicht die Charakterisik der optischen Halbleitervorrichtung, auf der es angewendet wird. Vielmehr ist der Titanoxinitridfilm ein nicht leitender Film und verursacht daher kein Auslecken eines elektrischen Stroms, wenn er an einer p-n-Übergangsschnittstelle einer optischen Halbleitervorrichtung gebildet wird. Außerdem wird eine Schwächung der Intensität der optischen Eingabe- und Ausgabe der optischen Vorrichtung unterdrückt, da die Lichtabsorption durch seine Kristalle geringer ist als diejenige von Silizium und genauso gering wie diejenige von ZnSe.
Daher ergibt sich, daß die Lichtemission oder Lichterfassung durch die optische Vorrichtung durch die Bildung eines mehrschichtigen optischen Films mit einem optimalen Brechungsindex für jede der verschiedenen optischen Vorrichtungen präzise gesteuert wird.
Zum besseren Verständnis der Bindung und um zu zeigen, wie dieselbe ausgeführt werden kann, wird nun beispielhaft auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die folgendes zeigen:
Fig. 1: Eine schematische Ansicht einer ionenunterstützten Auftragsvorrichtung, die zum Bilden eines optischen Films gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 2: Ein Diagramm, das die Relation zwischen Ablagerungsrate und Brechungsindex eines TiON-Films zeigt, der durch ein ionenunterstütztes Auftragsverfahren gebildet ist;
Fig. 3: Ein Diagramm, das die Relation zwischen Ionenstrom und Brechungsindex eines optischen Films zeigt, der durch ein ionenunterstütztes Auftragsverfahren gebildet ist;
Fig. 4: Ein Diagramm, das die Relation zwischen dem Sauerstoffverhältnis in einem Sauerstoff Stickstoff-Gasgemisch zeigt und den Brechungsindex, wenn ein optischer Film durch ein ionenunterstützes Auftrageverfahren gebildet ist;
Fig. 5: Ein Diagramm, das die Relation zwischen der Ablagerungsrate und dem Brechungsindex eines optischen Films zeigt, der durch ein Verfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gebildet ist;
Fig. 6: Eine Schnittansicht eines Halbleiterlasers in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7: Ein Diagramm, das die Relation zwischen Temperatur und dem Prozentsatz der akkumulierten Anzahl von Halbleiterlasern mit verschlechterter Charakteristik in einem Feuchtigkeitstest für einen optischen Film in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung und einem optischen Film vom Stand der Technik zeigt;
Fig. 8: Eine schematische perspektivische Ansicht einer optischen Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9: Ein Diagramm, das die Relation zwischen dem Ionisierungsstrom und dem Brechungsindex eines optischen Films jeweils in den Fällen der Anwendung von ausschließlich ionisiertem Stickstoff auf ein Substrat, Anwendung von ionisiertem Stickstoff und Sauerstoff auf ein Substrat, in einem ionenunterstützten Auftragsverfahren zeigt, das beim Bilden eines optischen Films gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und
Fig. 10: Eine schematische Schnittansicht eines Halbleiterlasers gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Anstelle von ZnS, CeO&sub2;, ZnSe, Si, Ge und ähnlichen, haben die Erfinder Titanoxinitrid (TiON) und andere nicht leitende Sauerstoff- und Stickstoffverbindungen verwendet, wie das Material eines optischen Films mit hohem Brechungsindex, das in einem mehrschichtigen Reflexionsfilm oder einem mehrschichtigen Antireflexionsfilm verwendet wird.
Als ein Verfahren zum Bilden von Oxinitrid verwendeten die Erfinder ein ionenunterstütztes Auftragsverfahren, das die Temperatur der Basisschicht, auf welche das Oxinitrid aufgelegt werden soll, niedrig hält. Es bietet auch eine sehr gute Haftung zwischen dem TiON-Film und der Basisschicht und macht es leicht, den Brechungsindex des TiON-Films einzustellen. Das ionenunterstützte Auftragsverfahren ist ein Verfahren zum Bilden eines Films durch Ionenbestrahlung mehrere Elemente auf ein Substrat.
Wenn ein ionenunterstützes Auftragsverfahren zum Bilden eines optischen Films verwendet wird, sind zwei Verfahren zum Steuern des Brechungsindexes (1) Einstellen des Brechungsindexes des optischen Films durch Vergrößern des Füllungsgrades des optischen Films durch Ionenbestrahlung eines Verbundelements des optischen Films auf den gewachsenen optischen Film und (2) Einstellung des Brechungsindexes des optischen Films durch Änderung des Zusammensetzungverhältnisses der Elemente, aus denen der optische Film zusammengesetzt ist. Der "Füllungsgrad" steht im Verhältnis zu der Anzahl der Öffnungen, die in einer atomaren Einheit innerhalb eines optischen Films existieren, der durch Ablagerung gebildet wird; je größer der Füllungsgrad, desto kleiner die Anzahl der Öffnungen.
Verfahren (1) kann den Brechungsindex über einen engeren Bereich einstellen, während Verfahren (2) den Brechungsindex über einen weiteren Bereich einstellen kann.
Die Erfinder haben ein Verfahren zum Bilden eines optischen Films mit einem TiON-Film oder anderen Sauerstoff Stickstoff Verbindungsfilmen durch ein ionenunterstütztes Auftragsverfahren gefunden und ein Verfahren zum Anwenden des optischen Films bei einer optischen Vorrichtung, wie beispielsweise einer Lichterfassungsvorrichtung, einer lichtemittierenden Vorrichtung und einem optischen Modulator, oder bei optischen Teilen, wie beispielsweise optischen Fasern oder Linsen. Die Verfahren werden im folgenden im Detail beschrieben.
Bevor optische Filme gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, soll der Aufbau einer ionenunterstützten Auftragsvorrichtung beschrieben werden, die zum Bilden des optischen Films verwendet wird.
In Fig. 1 ist an der Decke einer Auftragskammer 1 eine kreisförmige Kuppel 2 (Substrathalteplatte) angeordnet, die zum Halten des Substrats 16 an seiner Unterseite verwendet ist und die derart angeordnet ist, um durch ein Drehteil 2a gedreht zu werden. In einer Ecke am Boden der Auftragskammer 1 ist ein kartuschenartiger Tiegel 3 zur Aufnahme eines Rohmaterials gegenüber der substrattragenden Seite der Drehkuppel 2 angeordnet. Ein Schließer 5, der frei öffnen und schließen kann, ist über dem Tiegel 3 angeordnet und eine Elektronenkanone 4 zum Aufstrahlen von Elektronen auf das Rohmaterial im Tiegel 3 ist neben dem Tiegel 3 angeordnet. In einer anderen Ecke des Bodens der Auftragskammer 1 ist eine Ionenkanone 6 vom Kaufmann-Typ (deren Gasausstoßauslaß 80 mm Durchmesser und 1100 mm vom Zentrum der Drehkuppel 2 entfernt ist) gegenüber der substrattragenden Seite der Drehkuppel 2 angeordnet. Diese Ionenkanone 6 führt Gas durch einen ersten Gaseinlaß 7 ein, ionisiert das Gas mit thermischen Elektronen von einem Filament (nicht gezeigt) und stößt das ionisierte Gas in Richtung der Drehkuppel 2 durch eine Spannung aus, die an einer Ionenbeschleunigungselektrode 8 angelegt ist.
Ein zweiter Gaseinlaß 9 ist in der Seitenwand der Auftragskammer 1 zwischen der Ionenkanone 6 und der Drehkuppel 2 gebildet. Der Gasstrom, der durch den zweiten Gaseinlaß 9 eingeführt wird, wird durch einen automatischen Druckregler 10 eingestellt. Ein Abgasauslaß 11 ist an der Seitenwand der Auftragskammer 1 gegenüber dem zweiten Gaseinlaß 9 gebildet und ein Ablagerungsratenmonitor 12 vom Kristalloszillatortyp ist nahe dem Abgasauslaß 11 und dem Schließer 5 angeordnet.
Im mittleren Teü der oberen Seite der Drehkuppel 2 ist ein erster Filmdickenmonitor 13 vom photoelektrischen Typ zum Überwachen der Filmdicke mit einem reflektierten Licht vorgesehen. Der Monitor 13 überwacht die Dicke des Films, der auf einem Überwachungssubstrat 14 aus Glas gebildet wird, das an der Unterseite des mittleren Teil der Drehkuppel 2 angeordnet ist. Gegenüber dem ersten Filmdickenmonitor 13 und zwischen der Ionenkanone 6 und der Ionenkanone 4 ist ein zweiter Filmdickenmonitor 15 vom photoelektrischen Typ vorgesehen. Dieser mißt die Dicke des Films an der Oberfläche des Überwachungssubstrats 14 aus Glas auf der Basis eines Lichts, das durch das Glas des Substrats 14 hindurchgeschickt wurde. Die Quelle des übertragenen Lichtes ist innerhalb des ersten Filmdickenmonitors 13. Das reflektierte Licht hat eine Wellenlänge von 0,65 um und das übertragene Licht hat einen Wellenlänge von 1,55 um.
Ein Halter 17 hält das Substrat 16 an der Unterseite der Drehkuppel 2.
Verfahren zur Filmbildung werden im folgenden beschrieben. Das erste bis dritte Verfahren ist zum Bilden einer Schicht mit hohen Brechungsindex eines Antireflexionsfilms und die verbleibenden Verfahren sind zum Bilden einer Schicht mit hohem Brechungsindex eines Reflexionsfilms.

Erste Ausführungsform

Dieses Verfahren ist zum Bilden eines optischen Films unter Verwendung der oben genannten ionenunterstützten Auftragsvorrichtung und stellt einen optischen Film mit hohem Brechungsindex aus TiON her, der in einem zweischichtigen Antireflexionsfilm für beispielsweise einen Halbleiterlaser mit einer Wellenlänge von 1,55 um verwendet werden soll. Es ist wünschenswert, den Brechungsindex des optischen Films mit hohem Brechungsindex so zu steuern, daß er im Bereich von 2,50 bis 2,60 liegt, um ihn als einen Antireflexionsfilm bei dieser Wellenlänge wirken zu lassen.
Zuerst werden die Substrate 16, auf denen ein optischer Film gebildet werden soll, an der Unterseite der Drehkuppel 2 um das Überwachungssubstrat 14 aus Glas herum montiert. Ein kartuschenartiger Tiegel 3, der mit Ti&sub3;O&sub5; gefüllt ist, wird in der Auftragskammer 1 angeordnet und das Gas innerhalb der Auftragskammer 1 wird durch den Abgasauslaß 11 ausgelassen. Sauerstoffgas (O&sub2;) wird dann in die Ionenkanone 6 durch den ersten Ionisierungsgaseinlaß 7 eingeführt und ein Ionisierungsstrom von 20 ma wird in die Ionenkanone 6 durch Anlegen einer Spannung von 1 kV an die Ionenbeschleunigungselektrode 8 geschickt. Der Sauerstoff, der dadurch ionisiert ist, wird in die Auftragskammer 1 ausgestoßen.
Dann wird Stickstoffgas (N&sub2;) in die Auftragskammer 1 durch den zweiten Gaseinlaß 9 eingeführt. Die Strömungsrate des Stickstoffgases wird durch den automatischen Druckregulator 10 gesteuert, so daß der Druck in der Auftragskammer 1 bei 4,5 · 10&supmin;³ Pa gehalten wird.
Außerdem wird ein Elektronenstrahl, der von der Elektronenkanone 4 emittiert wird, auf das Ti&sub3;O&sub5; in dem Tiegel 3 durch Verwendung eines magnetischen Feldes zum Ändern seines Weges um 180º aufgestrahlt. Nach Verdampfung des Ti&sub3;O&sub5; auf diese Weise, wird der Schließer 5 geöffnet, um den Ti&sub3;O&sub5;-Dampf in Richtung der Unterseite der Drehkuppel 2 auszustoßen.
Eine Spannung von beispielsweise 6,0 kV wird auf eine Elektrode innerhalb der Elektronenkanone 4 aufgebracht.
Auf diese Weise werden das verdampfte Titanoxid und der ionisierte Sauerstoff und Stickstoff den Substraten 16 und dem Überwachungssubstrat 14 aus Glas unter der Drehkuppel 2 zugeführt, so daß ein TiON-Film bei einer Ablagerungsrate von 0,03 bis 0,1 um/sec (0,3 bis 1,0 ·/sec) abgelagert wird. Die Ablagerungsrate kann durch den elektrischen Strom, der der Elektronenkanone 4 zugeführt wird, gesteuert werden.
Das Wachstum des TiON-Films wird durch den photoelektrischen Filmdickenmonitor 13 auf der Drehkuppel 2 erfaßt. Der Filmdickenmonitor 13 hat eine Lichtquelle und einen Lichtdetektor und Licht, das von der Lichtquelle emittiert worden ist, wird durch den TiON- Film reflektiert, der auf der Oberfläche des Überwachungssubstrats 14 aus Glas abgelagert worden ist. Der Betrag des reflektierten Lichts wird durch den Lichtdetektor erfaßt und die Filmdicke wird auf der Basis des Betrages des Reflektierten Lichts ermittelt.
Die Filmdicke wird auch durch den Filmdickenmonitor 15 vom photoelektrischen Typ erfaßt.
Einiges des verdampften Materials aus dem Tiegel 3 wird an einer Kristallplatte innerhalb des Ablagerungsratenmonitors 12 vom Kristalloszillatortyp abgelagert und die Ablagerungsrate wird auf der Basis der Frequenzabweichungen der Kristallplatte gemessen, die durch den Zuwachs des Betrags des abgelagerten Materials verursacht werden.
In einem Experiment, das gemäß dem ersten Verfahren ausgeführt wurde, wurde eine Kurve ermittelt, die das Verhältnis zwischen der Ablagerungsrate und dem Brechungsindex zeigt, und als Kurve in Fig. 2 gezeigt ist, wobei die Abszisse die Ablagerungsrate eines optischen Films aus TiON und die Ordinate den Brechungsindex des Films zeigt.
Angenommen, daß der Brechungsindex, der für den optischen Film erforderlich ist, 2,55 und der effektive Bereich seiner Streuung (Fehler) ± 0,05 beträgt, dann muß die Ablagerungsrate innerhalb des relativ engen Bereichs von 0,044 bis 0,051 um/sec (0,44 bis 0,51 ·/sec) gesteuert werden. Die Brechungsindizes, die im folgenden gezeigt werden, sind Werte, die auf der Basis der Wellenlänge von sichtbarem Licht gemessen wurden, wenn nicht anders spezifiziert.
Als nächstes wird das Verhältnis zwischen der Ablagerungsrate und dem Brechungsindex auf der Basis von Fig. 2 beschrieben, wenn die auf die Elektronenkanone 4 aufgebrachte Spannung als ein Parameter verwendet wird.
Kurve a in Fig. 2 zeigt das Ergebnis der Messung des Brechungsindexes, wenn eine feste Spannung von 6,0 kV auf die Elektronenkanone 4 aufgebracht wird und die Ablagerungsrate des TiON-Films durch Änderung des elektrischen Stroms, der in der Elektronenkanone 4 fließt, variiert wird. Das Ergebnis ist, daß dort ein Bereich von Ablagerungsraten auftritt, in dem der Brechungsindex des TiON-Films groß variieren kann.
Kurve b in Fig. 2 zeigt die Variation eines Brechungsindexes, wenn die auf die Elektronenkanone 4 aufgebrachte Spannung bei 7,0 kV fixiert ist und die Ablagerungsrate des TiON-Films durch Verändern des elektrischen Stromflusses in der Elektronenkanone 4 geändert wird. Es wird deutlich, daß die Veränderung des Brechungsindex des TiON-Films in Kurve b geringer durch die Ablagerungsrate beeinflußt wird und auf einem niedrigeren Niveau als demjenigen von Kurve a gehalten wird. Als Ergebnis ist der erforderliche Steuerbereich der Ablagerungsrate, im Falle der Herstellung eines Films mit einem Brechungsindex von 2,55 und einem effektiven Variationsbereich von ± 0,05, so groß wie 0,03 bis 0,06 um/sec (0,30 bis 0,60 ·/sec). Auf diese Weise kann der Brechungsindex des Films wegen des geringeren Einflusses der Ablagerungsrate auf die Variation des Brechungsindex leichter gesteuert werden.
Kurven c und d in Fig. 2 zeigen die Grenzen der Einstellung der Spannung der Elektronenkanone 4.
Kurve c zeigt die Variation des Brechungsindexes, wenn die auf die Elektronenkanone 4 aufgebrachte Spannung bei 5,0 kV fixiert wird und die Ablagerungsrate durch Änderung des elektrischen Stromflusses in der Elektronenkanone 4 variiert wird. In diesem Fall wird deutlich, daß es schwierig ist, einen Brechungsindex von 2,55 innerhalb eines effektiven Bereichs von ± 0,05 zu erzielen, da der Brechungsindex sich stark gemäß der Änderung der Ablagerungsrate ändert. Daher hat der Brechungsindex eines optischen Films eine schlechte Wiederholbarkeit und der Film weist unterschiedliche Brechungsindizes auf, wenn ein TiON-Film in dem Bereich der Ablagerungsraten produziert wird, wo sein Brechungsindex sich stark durch das Aufbringen einer Spannung, wie z. B. derjenigen auf die Elektronenkanone 4, ändert. Derart unerwünschte Eigenschaften treten auch auf, wenn die aufgebrachte Spannung niedriger als 6,0 kV ist.
Kurve d zeigt die Variation im Brechungsindex, wenn die auf die Elektronenkanone 4 aufgebrachte Spannung bei 9,0 kV fixiert ist und die Ablagerungsrate durch Änderung des elektrischen Stromflusses in der Elektronenkanone 4 variiert wird. In diesem Fall ändert sich der Brechungsindex allmählicher als im Vergleich mit Kurve d, ergibt aber keinen Brechungsindex von 2,50, selbst bei einer Ablagerungsrate von 0,1 um/sec (1,0 ·/sec).
Auf diese Weise wird anschaulich, daß je höher die auf die Elektronenkanone 4 aufgebrachte Spannung ist, desto geringer wird der Brechungsindex von der Ablagerungsrate beeinflußt. Andererseits ist der Bereich, in dem der Brechungsindex eines optischen Films eingestellt werden kann, im Falle wo die auf die Elektronenkanone 4 aufgebrachte Spannung zu hoch ist, eng und es ist schwierig, den Brechungsindex wirkungsvoll einzustellen. Es wurde herausgefunden, daß ein optimaler Bereich für die auf die Elektronenkanone 4 aufgebrachte Spannung zum Steuern einer Ablagerungsrate durch den elektrischen Stromfluß in der Elektronenkanone 4 existiert.
Im Falle, daß die auf die Elektronenkanone 4 aufgebrachte Spannung im Bereich von 6,0 kV bis 8,0 kV fixiert ist, kann der Brechungsindex des optischen Films mit verbesserter Kontrollierbarkeit gesteuert werden. Auf diese Weise kann ein optischer Film mit einem gewünschten Brechungsindex leicht gebildet werden.
Die oben genannten Bedingungen können auch angewandt werden, um den Brechungsindex eines optischen Films einer Aluminium-Sauerstoff-Stickstoff Verbindung, einer Silizium-Sauerstoff Stickstoff Verbindung und anderer Sauerstoff Stickstoff- Verbindungen einzustellen.
Dieses Verfahren bietet ein Verfahren zur Einstellung des Brechungsindex eines TiON- Films durch entwickelte Maßnahmen eines ionenunterstützten Auftragsverfahrens durch Einstellen der auf die Elektronenkanone aufgebrachten Spannung in einem Bereich, in dem der Brechungsindex nicht abhängig von der Ablagerungsrate groß variiert. In diesem Fall ist es auch möglich, den Brechungsindex auf das optische Material selbst durch Variieren des Ionenverhältnisses von Sauerstoff zu Stickstoff zusätzlich zu dem Rohmaterial des optischen Films einzustellen, das verwendet wird, um den optischen Film auf einem Substrat zu bilden.

Zweite Ausführungsform

Beim ersten Verfahren wird nur Sauerstoffgas durch die Ionenkanone 6 eingeführt, wenn eine Schicht mit hohem Brechungsindex eines Antireflexionsfilms eines Halbleiterlasers von 1,55 um Wellenlänge gebildet wird. Dies geschieht zur Verbesserung der Steuerbarkeit des Brechungsindex. Die detaillierte Begründung wird im folgenden beschrieben.
Bis jetzt ist ein Grund zum Bilden eines Films durch das ionenunterstützte Auftragsverfahren der, die Haftung des Films ohne Aufheizen des Substrats zu verbessern. Diese Eigenschaft ist insbesondere im Falle des Bildens eines Films für eine Halbleitervorrichtung attraktiv.
Dieses Verfahren hat den Effekt, den Brechungsindex des Films größer zu machen. Der Brechungsindex des optischen Films wird wie oben beschrieben eingestellt. Fig. 3 zeigt das Verhältnis zwischen dem Ionenstrom der Ionenkanone 6 und dem Brechungsindex eines optischen Films aus TiON, der durch ein ionenunterstütztes Auftragsverfahren gebildet wird. Die Abszisse zeigt den Ionenstrom und die Ordinate zeigt den Brechungsindex des produzierten optischen Films.
Gemäß der Kurve a in Fig. 3 kann festgestellt werden, daß der Brechungsindex des optischen Films sich wenig ändert, selbst wenn der Ionenstrom vergrößert wird, da das Rohmaterial Ti&sub3;O&sub5; in TiO&sub2; durch Aufnahme von Sauerstoff aufgrund der Bestrahlung von Sauerstoffionen innerhalb des Tiegels 3 umgewandelt wird. Wenig Stickstoffgas wird durch den zweiten Gaseinlaß 9 eingeführt.
Wenn dieses Verfahren verwendet wird, um einen optischen Film eines Halbleiterlasers zu bilden, kann, falls die Intensität der Ionenbestrahlung zu sehr vergrößert wird, um den Ionenstrom zu vergrößern, nicht genügend Energie wegen der Möglichkeit der Beschädigung des Halbleiterlasers aufgebracht werden. Daher kann ein optischer Film mit dem erforderlichen Brechungsindex nicht erreicht werden.
Um dieses Problem zu kompensieren wurde überlegt, daß eine Verbindung, die sich von dem Rohmaterial unterscheidet, durch beabsichtigte Bestrahlung mit Ionen, die nicht in dem Rohmaterial in dem Tiegel 3 enthalten sind, gebildet werden könnte. Demgemäß ist es weitgehend möglich, den Brechungsindex durch Änderung des Betrags der Ionen zu ändern. Beispielsweise variiert der Brechungsindex des TiON-Films groß, wenn ein TiON- Film durch Bestrahlung von Stickstoffionen auf das Rohmaterial Ti&sub3;O&sub5; gebildet wird, wie durch Kurve b in Fig. 3 gezeigt.
Auf diese Weise kann der Brechungsindex in großem Umfang durch Implementierung von Ionen eines anderen Elements als dem Rohmaterial, zusätzlich zu dem Rohmaterial Ti&sub3;O&sub5;, insbesondere Stickstoff, variiert werden.
Wie aus Kurve b zu erkennen ist, steigt der Brechungsindex jedoch stark mit dem Anstieg des Ionenstroms an, wenn der Ionenstrom nahe bei 20 mA liegt. Daher ist es nicht einfach, den Brechungsindex beispielsweise in dem Bereich von 2,45 bis 2,90 zu kontrollieren.
Als die Erfinder einen ionenunterstützten Betrieb, bei dem Stickstoff und Sauerstoff in die Ionenkanone 6 gleichzeitig und zusätzlich zu dem verdampften Ti&sub3;O&sub5; aus dem Tiegel 3 einführten, wurde herausgefunden, daß es für Sauerstoff schwierig ist, in Ti&sub3;O&sub5; implantiert zu werden und der Brechungsindex des optischen Films nicht in großem Umfang geändert werden konnte. Es wird vermutet, daß der Grund hierfür darin liegt, daß Stickstoff in größerem Umfang ionisiert wird als Sauerstoff.
Außerdem änderte sich der Brechungsindex des Films in einem größeren Bereich als 90% oder mehr Sauerstoff in dem Gasgemisch vorhanden war, wenn ein Experiment durchgeführt wurde, in dem ein TiON-Film gebildet wurde und das Verhältnis von Sauerstoff, der in einem Gasgemisch von Sauerstoff und Stickstoff enthalten war, geändert wurde, wie in Fig. 4 gezeigt. Hier zeigt die Abszisse das Verhältnis von Sauerstoff, der in dem Gasgemisch aus Stickstoff und Sauerstoff enthalten ist und die Ordinate den Brechungsindex des optischen Films.
Als der Bindungszustand von Stickstoff und Sauerstoffionen in einem optischen Film durch Einführen eines Gases, das verhältnismäßig intensiv ionisiert sein sollte, wie z. B. Stickstoff, durch lediglich den zweiten Gaseinlauf 9 entfernt von der Ionenkanone 6, und Einführen eines Gases, das vergleichsweise schwach ionisiert sein sollte, wie beispielsweise Sauerstoff in der Ionenkanone 6, gesteuert wurde, wurden die in Fig. 5 gezeigten experimentellen Ergebnisse erzielt. Hier zeigt die Ordinate den Brechungsindex und die Abszisse die Ablagerungsrate. Die Ablagerungsrate wird durch Änderung des elektrischen Stroms der Elektronenkanone 4 gesteuert.
Die Kurve in Fig. 5 bestätigt, daß der Brechungsindex des optischen Films allmählich und linear über einen weiten Bereich von Ablagerungsraten variiert.
Wie aus diesem Ergebnis, wird Sauerstoff durch thermische Elektronen, die von einem Filament innerhalb der Ionenkanone 6 emittiert werden, ionisiert und die Sauerstoffionen werden durch eine Spannung, die an die Ionenbeschleunigungselektrode 8 angelegt wird, beschleunigt. Die Sauerstoffionen ionisieren dann den Stickstoff, der durch den zweiten Gaseinlaß 9 der Auftragskammer eingeführt wird, um einen TiON-Film auf dem Substrat 16 zu produzieren. In diesem Fall wird der Brechungsindex des Films durch den Bindungszustand der Stickstoff und Sauerstoffionen, die in den TiON-Film implantiert sind, bestimmt und der Bindungszustand wird durch Ändern der Ablagerungsrate eingestellt.
Gemäß einem derartigen Verfahren wird ein optischer Film durch allmähliche Ionenbestrahlung gebildet und die Schädigung eines Halbleiterlasers kann reduziert werden, da der Brechungsindex des erzeugten optischen Films nicht durch eine Variation des Ionenstroms beeinflußt wird.
Nun wird ein Verfahren zum Bilden einer Schicht mit hohem Brechungsindex, das einen zweischichtigen Antireflexionsfilm aufweist, der bei einem Halbleiterlaser von 1,55 um Wellenlänge angewendet wird, unter Verwendung der oben genannten Technologie beschrieben. Der zweischichtige Antireflexionsfilm weist einen optischen Film mit niedrigem Brechungsindex auf, der einen Brechungsindex von 1,37 hat und einen optischen Film mit hohem Brechungsindex, der einen Brechungsindex von 2,44 hat.
Zuerst wird der Tiegel 3 mit einem Rohmaterial Ti&sub3;O&sub5; gefüllt und innerhalb der Auftragskammer befestigt. Als nächstes wird ein Überwachungssubstrat 14 aus Glas zum Messen der Dicke des aufgetragenen Films in der Mitte der unteren Seite der Drehkuppel 2 angeordnet und mehrere Substrate 16 werden um das Glassubstrat 15 angeordnet. Die Drehkuppel 2 wird bei einer Geschwindigkeit gedreht, bei der Unregelmäßigkeiten in der Verteilung des Auftragungsflusses auf der Oberfläche jedes Substrates so gering sind, daß sie vernachlässigbar sind. Konkret gesprochen soll jedes der Substrate 16 in einem Halbleiterlaser hergestellt werden und ein Antireflexionsfilm wird auf seiner Endseite gebildet.
Als nächstes wird die Auftragskammer 1 durch eine Rotationspumpe und mechanische Boosterpumpen (nicht gezeigt) durch den Abgasauslaß 11 auf ein mittleres Vakuum (1 · 10&supmin;² bis 1 · 10&supmin;³ Pa) entlüftet und dann durch eine Kryopumpe (nicht gezeigt) auf ein hohes Vakuum von 1,5 · 10&supmin;&sup4; Pa.
Danach wird Sauerstoff bei einer Strömungsrate von 10 sccm durch den Ionierungsgaseinlauf 7 eingeführt, so daß die Innenseite der Auftragskammer 1 bei einem Druck von 2,6 · 10&supmin;³ Pa gehalten wird, wenn das Vakuum der Auftragskammer 1 den Endwert erreicht hat. Dann wird Stickstoffgas in die Auftragskammer 1 durch den zweiten Gaseinlauf 9 bei einer Strömungsrate, die durch den automatischen Druckregulator 10 eingestellt werden kann, so daß die Kammer 1 bei einem Druck von 4,5 · 10&supmin;³ Pa gehalten wird, eingeführt.
Nachdem diese Vorbereitung zum Einführen beendet ist, werden thermische Elektronen, die von der Elektronenkanone 4 emittiert werden, auf das Rohmaterial Ti&sub3;O&sub5; in dem Tiegel 3 aufgestrahlt.
Die Auftragungsrate wird durch Kontrollieren der aufgebrachten Spannung auf die Elektronenkanone 4 und Ändern des elektrischen Stromes der Elektronenkanone 4 gesteuert. Details hierzu werden weggelassen, da sie bei dem ersten Verfahren beschrieben wurden.
Wenn die Auftragsrate den Endwert erreicht hat, wird eine Spannung von 1,0 kV auf die Ionenbeschleunigungselektrode 8 der Ionenkanone 6 aufgebracht, um einen Ionenstrom von 20 mA innerhalb der Ionenkanone 6 zu erzeugen. Die Ionenkanone 6 vom heißen Kathodentyp ionisiert das aktivierte Gas durch Kollidieren von Elektronen gegen das aktivierte Gas (Sauerstoff). Stickstoff, der leicht zu ionisieren ist, wird über der Ionenkanone 6 durch Elektronen, die von ihr emittiert werden, ionisiert. Auf diese Weise werden Stickstoffionen durch Erzeugung von Sauerstoffionen in der Ionenkanone 6 und anschließendes Kollidieren mit dem Stickstoffgas erzeugt. Nach der Durchführung dieses Ionisierungsverfahrens für ca. 2 Sekunden wird der Schließer 5 über dem Tiegel 3 geöffnet, um das Auftragen eines TiON-Films auf dem Substrat 16 zu beginnen.
Die Dicke des TiON-Fiim, der auf dem Überwachungssubstrat 14 aus Glas abgelagert wird, wird durch die ersten und zweiten Filmdickenmonitore 13 und 15 überwacht. Gleichzeitig wird die Ablagerungsrate des TiON-Films durch den Ablagerungsratenmonitor 12 überwacht.
Um einen optischen Film mit einem Brechungsindex von 2,44 zu erhalten, wird die Ablagerungsrate beispielsweise auf 0,05 um/sec (0,5 ·/sec) auf der Basis von Fig. 5 gesetzt. Da der in Fig. 5 gezeigte Brechungsindex mit sichtbarem Licht mit einer Wellenlänge von 0,63 um gemessen wurde, wurde er als 2,55 bei einer Ablagerungsrate von 0,05 um/sec (0,5 ·/sec) bewertet. Es wurde jedoch experimentell bestätigt, daß der Brechungsindex als 2,44 bewertet wird, wenn er mit dem Licht eines Halbleiterlasers, das eine Wellenlänge von 1,55 um hat, kalibriert wird. Die Messung des Brechungsindex durch Licht von 1,55 um Wellenlänge ist leicht verschoben von der Messung des Brechungsindexes durch sichtbares Licht.
Als ein Ergebnis der Analyse eines erzeugten TiON-Films unter Verwendung eines Fourier-Transformations-Infrarotabsoptions-Analyseverfahrens (FT-IR) hat es sich bestätigt, daß O-N-Verbindungen in Molekülen des TiON-Films vorhanden sind und daß diese eine Verbindung aufweisen.
Gemäß dem Ergebnis der Analyse hat ein TiON-Film, der durch dieses optische Filmbildungsverfahren erzeugt wurde, ein Spektrum, in dem Peaks von 490 cm&supmin;¹, 436 cm&supmin;¹ und 395 cm&supmin;¹ auftreten, die TiO&sub2; und TiN zeigen. Auf diese Weise wurde bestätigt, daß der TiON-Film eine Zwischenverbindung zwischen TiO&sub2; und TiN aufweist und eine Verbindung, in der Ti-O-N und Ti-O-O-N und ähnliche miteinander verbunden sind, da sein Spektrum drei Peaks aufweist.
Von den ersten und zweiten Ausführungsformen ist es bekannt, daß der Brechungsindex eines TiON-Films leicht gesteuert werden kann, so daß er im Bereich von 2,2 bis 2,9 liegt.

Dritte Ausführungsform

Diese Ausführungsform betrifft ein Verfahren zum Bilden eines Antireflexionsfilms auf einem Halbleiterlaser unter Verwendung eines TiON-Films.
Um den besten Nutzen der Funktionalität eines Halbleiterlasers zu bekommen, ist es erforderlich, sein Reflexionsvermögen genau zu steuern und seinen Antireflexionsfilm bei einem Reflexionsvermögen von 0,01% oder geringer zu halten.
Ein bekannter Antireflexionsfilm, der in einem Halbleiterlaser oder ähnlichem verwendet wird, weist einen mehrschichtigen lichtleitenden Film auf, der mehrere nicht leitende Filme aufweist, von denen jeder eine Dicke von einem Viertel der Wellenlänge des Lichtes aufweist, dessen Reflexion verhindert werden soll.
Bis heute wurde ein mehrschichtiger Antireflexionsfilm, der nicht leitende Filme aufweist, durch Aufeinanderschichten mehrerer nicht leitender Filme auf einem Glas- oder Plastiksubstrat erzeugt. Im Falle der Anwendung eines derartigen Antireflexionsfilms bei einer Halbleitervorrichtung, wie einem Halbleiterlaser, insbesondere auf eine zusammengesetzte optische Halbleitervorrichtung, ist es bekannt, daß dort Beschränkungen bezüglich der Haftung des Antireflexionsfilms an einer Halbleiterschicht, einer inneren Spannung des Films, ihrer elektrischen Charakteristiken, wie z. B. ein Schnittstellenniveau eines Halbleitersubstrats, einem Lebensumfang einer Vorrichtung und ähnliches vorhanden sind.
Eine Aufgabe dieser Ausführungsform ist es, einen Antireflexionsfilm zur Verfügung zu stellen, der eine geringe Anzahl von optischen Filmen zu erzeugen hat, eine gute Haftung auf einem Substrat aufweist, exzellente elektrische Charakteristiken an seiner Kontaktseite aufweist und eine lange Lebensdauer aufweist. Insbesondere ein sog. Antireflexionsfilm, der für ein Halbleitersubstrat paßt.
Die geringste Anzahl von optischen Filmschichten, die notwendig sind, ein Reflexionsvermögen von 0,01% oder weniger zu erreichen, ist "2", was durch eine existierende Technologie erreicht wird. Ein bekannter Zwei-Schichten-Film ist eine Kombination aus einem ZnSe-Film und einem MgF&sub2;-Film.
Ein Halbleiterlaser von 1,55 um Wellenlänge erlangt einen zweischichtigen Antireflexionsfilm von 0,01% Reflexionsvermögen durch einen optischen Film mit einem Brechungsindex von 2,44 als die erste Schicht und einem optischen Film mit einem Brechungsindex von 1,37 als die zweite Schicht.
Jedoch hat ZnSe, wie oben beschrieben, zwei Probleme. Erstens kann ZnSe nicht vollständig einen Brechungsindex von 2,42 bis 2,44 erreichen, selbst wenn dies als der optimale Brechungsindex gemäß einer Differenz in der Struktur des Halbleiterlasers erforderlich ist. ZnSe hat einen Brechungsindex von 2,46.
Zweitens weist ZnSe ein Problem auf, ob es ein geeignetes Material ist, was die physikalische Haftung auf einem Kristall eines InP oder InGaAsP betrifft, beispielsweise einen Halbleiterlaser, Spannung, Beständigkeit, elektrische Charakteristiken an der Kontaktseite und ähnliches sind betroffen. Beispielsweise weist ZnSe derartig große Probleme auf, daß, wenn ein MgF&sub2;-Film auf einem ZnSe-Film gebildet wird, die beiden Filme dafür verantwortlich sind, voneinander aufgrund einer inneren Spannung, die zwischen ihnen erzeugt wird, abzublättern, wenn ZnSe an einem Halbleiterlaser angebracht wird.
Ein Beispiel für einen Halbleiterlaser mit einem Antireflexionsfilm, von dem ein Teil einen optischen Film mit gut kontrollierbaren Brechungsindex, wie in den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen beschrieben, aufweist, ist im folgenden beschrieben.
Fig. 6 weist einen Halbleiterlaser 21, eine aktivierte Schicht 23 auf, die zwischen zwei Überzugsschichten 22 und 24 gehalten ist, und einen Antireflexionsfilm 25, der an einem Ende dieser gebildet ist. Der Antireflexionsfilm 25 weist einen optischen Film 26 und einen optischen Film 27 mit niedrigem Brechungsindex auf. Am anderen Ende weist der Halbleiterlaser 21 einen Reflexionsfilm 28 auf, der einen optischen Film 30 mit einem niedrigen Brechungsindex und einen optischen Film 29 mit hohem Brechungsindex aufweist. Bezugszeichen 18 zeigt ein Halbleitersubstrat mit der unteren Überzugsschicht 24 darauf angebracht, 19 zeigt eine Elektrode, die an der Unterseite des Halbleitersubstrats 18 gebildet ist, und 20 zeigt eine Elektrode, die an der oberen Überzugsschicht 22 gebildet ist.
Der optische Film 26 mit hohem Brechungsindex und der optische Film 27 mit niedrigem Brechungsindex, die den Antireflexionsfilm 25 aufweisen, haben jeweils einen Brechungsindex von 2,44 und 1,37 und weisen eine Dicke auf, die ein Viertel der Wellenlänge des Lichtes beträgt, dessen Reflexion vermieden werden soll. Der optische Film 26 mit hohem Brechungsindex ist direkt an einer Seite des Halbleiterlasers 21 angeformt. Es wurde durch eine gewöhnliche optische Berechnung herausgefunden, daß diese Brechungsindizes optimal für den Antireflexionsfilm sind, um eine Bedingung zu erzeugen, in der das einfallende Licht und das reflektierte Licht in umgekehrter Phase zueinander sind.
Diese Ausführungsform verwendet einen TiON-Film mit einem Brechungsindex von 2,44 als optischen Film mit hohem Brechungsindex und einen Magnesiumfluorid (MgF&sub2;)-Film oder einen Litiumfluorid (LiF)-Film als den optischen Film 27 mit niedrigem Brechungsindex des Antireflexionsfilms 25. Ein Verfahren zum Bilden des TiON-Film, das den optischen Film mit hohem Brechungsindex aufweist, wurde bereits im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben. Andererseits haben der optische Film 29 mit hohem Brechungsindex und er Film 30 mit niedrigem Brechungsindex, die der Reflexionsfilm 28 aufweist, jeweils Brechungsindizes von 2,44 und 1,37 und weisen eine Dicke auf, die ein Viertel der Wellenlänge des Lichtes beträgt, das reflektiert werden soll. Der optische Film 30 mit niedrigem Brechungsindex wird direkt auf die andere Endseite des Halbleiterlasers 21 geformt. Diese Ausführungsform verwendet einen TiON-Film mit einem Brechungsindex von 2,44 als den optischen Film 29 mit hohem Brechungsindex und einen MgF&sub2; oder einen LiF oder ein Siliziumdioxid (SiO&sub2;) Film als den optischen Film 30 mit niedrigem Brechungsindex. Ein Verfahren zum Bilden des TiON-Films wird im folgenden beschrieben.
Fig. 7 zeigt ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen Temperatur und Prozentsatz der akkumulierten Anzahl von Halbleiterlasern darstellt, die durch die dritte Ausführungsform gebildet sind, mit Schwächungscharakteristik in einem Feuchtigkeitstest. Die Abszisse zeigt die Temperatur (ºC) und die Ordinate zeigt den Prozentsatz der akkumulierten Anzahl von Halbleiterlasern mit geschwächter Charakteristik. Diese Figur zeigt den Prozentsatz der akkumulierten Anzahl der Halbleiterlaser mit geschwächter Charakteristik durch Abblättern des Reflexionsfilms, wenn die Feuchtigkeit auf 65% eingestellt ist und die Temperatur geändert wird.
In Fig. 7 zeigt Kurve a den Prozentsatz der akkumulierten Anzahl von Halbleiterlasern mit geschwächter Charakteristik mit TiON-MgF&sub2;-Filmen gemäß dieser Ausführungsform und Kurve b den Prozentsatz der akkumulierten Anzahl von Halbleiterlasern mit geschwächter Charakteristik mit bekannten ZnSe-MgF&sub2;-Filmen.
Es ist klar durch Kurren a und b gezeigt, daß der Prozentsatz der akkumulierten Anzahl von Halbleiterlasern mit geschwächten Charakteristiken, die den Antireflexionsfilm 25 aus TiON-MgF&sub2; gemäß dieser Ausführungsform aufweisen im Verhältnis zur Temperatur stark gegenüber den Halbleiterlasern mit den ZnSE-MgF&sub2;-Filmen verbessert ist.
Es wurde durch Beobachtung der Antireflexionsfilme durch ein Mikroskop herausgefunden, daß die TiON-MgF&sub2;-Filme gemäß diesem Ausführungsbeispiel lediglich in ihrer Farbe verändert sind, anstatt abgeblättert zu sein, während die ZnSe-MgF&sub2;-Filme abgeblättert sind. Dies zeigt, daß die Haftkraft der ZnSe-MgF&sub2;-Filme an einer Halbleiterschicht schwächer ist verglichen mit derjenigen von TiON-Filmen. In diesem Fall ist es möglich, einen TiON-Film zu bilden, der einen Brechungsindex aufweist, der zwischen dem eines TiO&sub2; und einem TiN-Film liegt, in dem die Zusammensetzung des TiON-Films zwischen der eines TiO&sub2; und eines TiN hergestellt ist. Eine detaillierte Beschreibung hierfür ist an dieser Stelle ausgelassen, da dies bereits beschrieben wurde.
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht einer optischen Halbleitervorrichtung, die einen optischen Modulator und einen DFB Laser aufweist, der darin integriert ist und an den der oben genannte Antireflexionsfilm angeformt ist.
Der DFB Laser 31 und der optische Modulator 32 weisen ein InP-Kristallsubstrat und eine InGaAsP-Schicht auf, die darauf erzeugt ist. Der DFB Laser 31 und der optische Modulator 32 sind voneinander durch eine InP-Schicht mit hohem Widerstand getrennt und weisen jeweils obere Elektroden 33 und 34 auf, die drei Schichten aus Ti, Pt und Au aufweisen, sowie eine gemeinsame untere Elektrode 37, die zwei Schichten aus AuGe und Au aufweist. Ein optisches Ausgabeende 35 des optischen Modulators 32 ist mit einem Antireflexionsfilm 38 bedeckt, der zwei Schichten aus TiON und MgF&sub2; aufweist, und die Endseite des DFB Lasers 31 ist gegenüber dem Antireflexionsfilm 38 mit einem Reflexionsfilm 36 bedeckt.
Der DFB Laser 31 weist ein Beugungsgitter entlang der aktivierten Schicht und ein Einwellen (single mode) Laserlicht auf, das von seinem Ausgabeende in den optischen Modulator 32 eingeführt wird und in seinem Wellenleiter moduliert wird. Der optische Modulator 32 weist einen Aufbau zur Verwendung des Franz-Keldysh-Effekt auf, so daß das Licht innerhalb des Wellenleiters durch Reduktion des Bandspalts der Halbleiterschicht absorbiert wird, der durch ein hohes elektrisches Feld, das durch eine zwischen der oberen Elektrode 34 und der unteren Elektrode 37 aufgebrachte Spannung erzeugt wird, verursacht wird. Das Laserlicht wird durch Variation der auf den optischen Modulator 32 aufgebrachten Spannung moduliert.
Ob der Antireflexionfilm 38, der an der Endseite des optischen Modulators 32 angeformt ist, eine exzellente Leistung bietet oder nicht, beeinflußt den Grad in dem das Laserlicht einwellig ist. Selbst wenn der Antireflexionsfilm 38 die Bedingung von 0,01% oder weniger Reflexionsvermögen befriedigt, werden Modusänderungen bei der Modulation (chirping) und Steuerbarkeit des Primärmodus zwischen dem Fall der Verwendung eines optischen Films, wie z. B. ZnSe, der leicht im Brechungsindex von einem gewünschten Wert verschoben ist, und dem Fall der Benutzung eines TiON-Films, der exakt im Brechungsindex mit dem gewünschten Wert durch Steuerung seines Brechungsindexes übereinstimmt, variiert.
Dieses Problem tritt als eine Häufung in der Fehlerbitrate in einem tatsächlichen optischen Kommunikationssystem auf.
Der TiON-Film, der den zweischichtigen Antireflexionsfilm 38 aufweist, wie oben beschrieben, wird durch Aufstrahlung von Stickstoffionen und Sauerstoffionen auf ein Halbleitersubstrat gebildet sowie durch Aufstrahlung von Ti&sub3;O&sub5;, das durch einen Elektronenstrahl verdampft worden ist, auf ein Halbleitersubstrat.
Weil der Brechungsindex des TiON-Films durch den Bindungszustand der eingeführten Sauerstoff und Stickstoffionen bestimmt wird, kann der Brechungsindex des TiON-Films so durch Änderung des Bindungszustandes durch Einstellung der Ablagerungsrate gesteuert werden, daß er im Bereich von 2,2 bis 2,9 liegt.
Auf diese Weise wird einoptischer Film mit hohem Brechungsindex mit Brechungsindex von 2,44 mit einer Filmdicke von 145 um (1,450 ·) erhalten.
Der optische Film mit niedrigem Brechungsindex wird durch Bilden eines 275 um (2750 ·) dicken MgF&sub2;-Film auf dem TiON-Film durch ein gewöhnliches Elektronenstrahlauftragsverfahren erhalten, das MgF&sub2; als das Rohmaterial innerhalb der gleichen Auftragskammer verwendet.
Der Antireflexionsfilm 38, der auf diese Weise hergestellt worden ist, hat ein Reflexionsvermögen von 0,01% und sein Halbleiterlaser war zufriedenstellend in der Modulatorcharakterstik.
Ein derartiger Antireflexionsfilm kann an der lichtempfangenden Seite einer Lichtdetektorvorrichtung oder anderer optischer Halbleitervorrichtungen zusätzlich zu einem Halbleiterfaser angebracht werden. Der TiON-Film zeigt optische Absorption vom gleichen Grad wie ZnSe.

Vierte Ausführungsform

In der oben erwähnten dritten Ausführungsform wurde die Verwendung eines TiON-Films mit einem Brechungsindex von 2, 2 bis 2,9 als dem optischen Film mit hohem Brechungsindex eines Antireflexionsfilms beschrieben. Jedoch kann das Verfahren zum Produzieren von TiON, wie oben beschrieben, nicht so wie es ist übernommen werden, wenn TiON für einen optischen Film mit hohem Brechungsindex eines mehrschichtigen Reflexionsfilms verwendet wird, da ein Brechungsindex von 3,0 oder mehr gemäß der optischen Theorie benötigt wird. Ein TiON-Film ist ein nichtleitender Film und überlagert nicht mit der Schwingung eins Halbleiterlasers, weist geringe optische Absorption, verursacht durch sein Kristall auf und kann bei niedriger Temperatur gebildet werden. Er kann bei einem Reflexionsfilm verwendet werden, falls er einen Brechungsindex von 3,0 oder mehr aufweist.
Die Erfinder haben herausgefunden, daß ein TiON-Film mit einem Brechungsindex von 3,0 oder mehr durch Verwendung eins ionenunterstützten Ablagerungsverfahren durch Einführung von lediglich Stickstoffgas in die Auftragskammer 1 durch den zweiten Gaseinlauf 9 und in die Ionenkanone 6 und anschließendes Verbinden der Stickstoffionen mit Partikeln, die von dem Tiegel 3 aufgetragen werden soll, erhalten werden kann. Gemäß diesem Verfahren wird ein optischer Film, der gleichen Brechungsindex wie Si oder Ge aufweist und geringe optische Absorption im Bereich nahe dem Infrarotbereich aufweist, gebildet.
Fig. 9 zeigt die Wirkung dieses Verfahrens, bei dem nur Stickstoffionen aufgestrahlt werden, wobei die Abszisse den auf die Ionenkanone 6 aufgebrachten elektrischen Strom und die Ordinate den Brechungsindex des TiON-Films zeigt.
Kurve a zeigt das Ergebnis der Messung des Brechungsindex, wenn die Ablagerungsrate durch Änderung des Betrags des elektrischen Stroms, der auf die Ionenkanone 6 aufgebracht wird, geändert wird, wenn Sauerstoff und Stickstoffionen gleichzeitig aufgestrahlt werden.
Der Brechungsindex erreicht einen Peak, wenn der elektrische Strom 20 mA in der Ionenkanone 6 beträgt und der Brechungsindex variiert geringfügig, selbst wenn der Strom weiter vergrößert wird. Der Grund hierfür ist, daß die Ionisierungsenergie zum Ionisieren des Sauerstoffs und Stickstoffs durch die Energie der Bestrahlungsionen gegeben ist und gesättigt wird, wenn sie einen Energiepeak, der durch die Art der aktivierten Gase bestimmt wird, überschreitet.
Kurve b zeigt, daß Ionen, die mit TiO gebunden werden sollen, durch Bestrahlung von lediglich Stickstoffionen auf lediglich Stickstoff begrenzt werden können und daß der Brechungsindex durch Vergrößerung des Stickstoffgehalts des TiON-Films vergrößert wird. Der Grund, warum der Brechungsindex vergrößert wird, wenn der elektrische Strom der Ionenkanone größer als 20 mA wird, ist der, daß, weil lediglich Ionen eines Elements (Stickstoff) aufgestrahlt werden, die Stickstoffionen intensiver in den Film implementiert werden und so der Füllungsgrad des TiON-Films vergrößert wird.
Die Erfinder haben herausgefunden, daß der Bereich der Einstellung des Brechungsindexes durch Einstellung der Streuungsgeschwindigkeit der Partikel des Anfangsmaterials, das aus dem Tiegel 3 verdampft wird, verbreitert werden kann. Wenn der elektrische Strom, der in der Ionenkanone 6 läuft, auf 50 mA eingestellt wurde und die Auftragungsrate durch Änderung des Stroms der Elektronenkanone 4 vergrößert wurde, wurde ein Brechungsindex von 4,0 erzielt. Kurve c zeigt, daß die Füllungsrate des Films durch Reduzierung des elektrischen Stroms der Elektronenkanone 4 vergrößert wurde und der Einstellungsbereich des Brechungsindex verbreitert wurde, wenn die Auftragsrate R auf 0,05 ·m/sec (0,5 ·/sec) gesetzt wurde. In Kurve b beträgt die Auftragsrate R 0,1 ·m/sec (1,0 ·/sec).
Gemäß dieser Ausführungsform wird ein Reflexionsfilm durch Kombinieren eines TiON- Films mit hohem Brechungsindex, der durch ein ionenunterstütztes Auftragsverfahren gebildet wird, bei dem nur Stickstoffionen aufgestrahlt werden, und einem optischen Film mit niedrigem Brechungsindex erzielt. Ein derartiger TiON-Film kann durch eine ionenunterstützte Auftragsvorrichtung, wie in Fig. 1 gezeigt, gebildet werden. Wenn TiON-Film durch diese Vorrichtung gebildet wird, dann wird lediglich Stickstoffgas in die Auftragskammer 1 durch den zweiten Gaseinlaß 9 und in die Ionenkanone 6 eingeführt. Stickstoffionen, die von der Ionenkanone 6 emittiert werden, sind mit verdampften Partikeln aus dem Tiegel 3 gebunden.
Ein optischer Film mit hohem Brechungsindex, der aus TiON zusammengesetzt ist, wird für ein Laserlicht von 1,3 m bis 1,55 ·m Wellenlänge verwendet. Zum Messen seines Brechungsindex wurde ein Laserlicht von 0,63 ·m Wellenfänge verwendet. Wie oben beschrieben, ist ein Brechungsindex von 2,55 für Licht von 0,63 ·m Wellenlänge leicht nach 2,44 für ein Laserlicht von 1,55 ·m Wellenfänge verschoben. Um als mehrschichtiger Reflexionsfilm zu wirken, ist es für den Brechungsindex des optischen Films mit hohem Brechungsindex wünschenswert, in dem Bereich von 3,4 bis 3,8 gesteuert zu werden.
Ein Verfahren zum Bilden eines TiON-Films, das einen derartigen Brechungsindex aufweist, wird im folgenden beschrieben.
Zuerst werden Substrate 16 an der Unterseite der Drehkuppel 2 montiert und der kartuschenartige Tiegel 3, der mit Ti&sub3;O&sub5; gefüllt ist, wird in die Auftragskammer 1 gesetzt. Danach wird das Innere der Auftragskammer 1 durch eine Rotationspumpe und mechanische Boosterpumpe durch den Abgasauslaß 11 entlüftet, um ein mittleres Vakuum zu erhalten und dann durch eine Kryopumpe entlüftet, um ein hohes Vakuum von 1,5 · 10&supmin;&sup4; Pa zu erhalten.
Wenn das Vakuum der Auftragskammer 1 den Endwert erreicht hat, wird Stickstoffgas durch den ersten Ionisierungsgaseinlaß 7 eingeführt und die Strömungsrate des Stickstoffgas wird durch den automatischen Druckregulator 10 so eingestellt, daß das Innere der Auftragskammer 1 bei einem Druck von 4,5 · 10&supmin;³ Pa gehalten wird. Nachdem die oben genannten Vorbereitungen zum Auftragen beendet sind, werden thermische Elektronen, die von der Elektronenkanone 4 emittiert werden, auf das Rohmaterial Ti&sub3;O&sub5; durch Biegen der Bahn der thermischen Elektronen durch ein Magnetfeld aufgestrahlt. In diesem Fall wird die Wachstumsrate des TiON-Films auf dem Substrat 16 durch Kontrolle des elektrischen Stroms der elektrischen Kanone 4 gesteuert.
Wenn die Auftragsrate ihren Endwert erreicht hat, wird eine Spannung von 1,0 kV auf die Ionenbeschleunigungselektrode 8 der Ionenkanone 6 vom Kaufmann-Typ aufgebracht, um einen Ionenstrom von 50 mA zu führen. Zwei Sekunden nach Beginn eines Stickstoffionenstrahles aus der Ionenkanone 6 wird der Schließer 5 über dem Tiegel 3 geöffnet, um das Auftragen von TiON auf dem Substrat 16 zu starten.
Die Dicken des TiON-Films, der auf dem Überwachungssubstrat 14 aus Glas abgelagert wird, wird durch den ersten und zweiten Filmdickenmonitor 13 und 15 vom photoelektrischen Typ überwacht und die Ablagerungsrate des TiON-Films wird durch den Ablagerungsratenmonitor 12 vom Kristalloszillatortyp überwacht.
Ein TiON-Film mit Brechungsindex 3,6 wurde durch Halten der Ablagerungsrate auf 0,05 ·m/sec (0,5 ·/sec) gebildet und hat eine optische Absorption im Bereich nahe dem Infrarot geringer als ein Si-Film.
Es wurde durch ein Experiment bestätigt, daß ein TiON-Film mit einem Brechungsindex im Bereich von 2,8 bis 4,0 durch alleiniges Emittieren von Stickstoffionen aus der Ionenkanone 6 in Richtung des Substrats 16 gebildet werden kann.

Fünfte Ausführungsform

Diese Ausführungsform betrifft ein Verfahren zum Bilden eines Reflexionsfilms eines Halbleiterlasers unter Verwendung eines TiON-Films.
Fig. 10 ist eine Seitenansicht eines Halbleiterlasers gemäß dieser Ausführungsform, wobei der Halbleiterlaser 41 eine aktivierte Schicht 43 aufweist, die zwischen zwei Überzugsschichten 42 und 44 gehalten wird. Eine Teilungsfläche 45 ist an einer Endseite gebildet, die das optische Ausgabeende sein soll, und ein mehrschichtiger Reflexionsfilm 46 ist an einer Trennfläche der anderen Endseite gebildet. Ein Resonator ist aus der Trennfläche 45 und dem Reflexionsfilm 46 und einer Halbleiterschicht dazwischen gebildet.
Der Reflexionsfilm 46 verwendet einen TiON-Film mit einem Brechungsindex von 3,6 als einen optischen Film 47 mit hohem Brechungsindex und einen SiO&sub2;-Film als einen optischen Film 48 mit niedrigem Brechungsindex. Die Filme haben eine Dicke von ¼ der Wellenlänge des Lichtes, das reflektiert werden soff und der optische Film 47 mit hohem Brechungsindex ist außerhalb des optischen Films 48 mit niedrigem Brechungsindex angeordnet.
Obwohl der TiON-Film optisch ähnlich einem Reflexionsfilm unter Verwendung von Si oder Ge ist, ist der TiON-Film besser als der optische Film 47 mit hohem Brechungsindex des mehrschichtigen Reflexionsfilms 45 geeignet, da TiON eine niedrigere optische Absorption als Si oder Ge hat.
Nicht leitende Materialien, wie beispielsweise MgF&sub2; und LiF können alternativ als optischer Film 48 mit niedrigem Brechungsindex verwendet werden.
Gemäß der oben beschriebenen Erfindung ist es möglich, die Charakteristiken eines Halbleiterlasers durch Anwendung der Schicht mit hohem Brechungsindex bei dem Halbleiterlaser präzise zu steuern, da eine Schicht mit hohem Brechungsindex eines mehrschichtigen optischen Films, wie beispielsweise ein mehrschichtiger Antireflexions- oder Reflexionsfilm, aus Oxinitrid hergestellt ist. Der Brechungsindex des Oxinitrid kann im Bereich von 2,2 bis 4,0 gemäß den Bedingungen des ionenunterstützten Auftragverfahrens gesteuert werden. Durch Bildung eines derartigen optischen Films auf der optischen Eingabe- oder Ausgabeendseite eines optischen Teils, wie beispielsweise einer Lichterfassungsvorrichtung, einer lichtemittierenden Vorrichtung, einer optischen Filtervorrichtung und ähnlichem, kann die optische Eingabe- und Ausgabeleistung in ihrer Wirkung verbessert werden.

Claims

1. Mehrschichtiger optischer Antireflexions- oder Reflexionsfilm, der folgendes aufweist:

eine Viertelwellenlängenschicht mit hohem Brechungsindex (26; 29; 47), die aus Titanoxinitrid, Aluminumoxinitrid oder Siliziumoxinitrid zusammengesetzt ist; und

eine Viertelwellenlängenschicht mit niedrigem Brechungsindex (27; 30; 48), die neben der Viertelwellenlängenschicht mit hohem Brechungsindex angeordnet ist.

2. Ein optischer Film nach Anspruch 1, wobei die Schicht mit hohem Brechungsindex (26; 29; 47) einen Brechungsindex im Bereich von 2,2 bis 4,0 aufweist.

3. Ein optischer Film nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schicht mit niedrigem Brechungsindex (27; 30; 48) aus Magnesiumfluorid, Litiumfluorid oder Siliziumdioxid aufgebaut ist.

4. Halbleiterlaser mit einem mehrschichtigen optischen Antireflexions- oder Reflexionsfilm nach Anspruch 1, 2 oder 3.

5. Verfahren zum Bilden eine Antireflexionfilms, das folgende Schritte aufweist:

Bilden einer Viertelwellenlängenschicht mit hohem Brechungsindex (26), die aus Titanoxinitrid, Aluminiumoxinitrid oder Siliziumoxinitrid aufgebaut ist, durch ein ionenunterstütztes Auftragsverfahren; und

Bilden einer Viertelwellenlängenschicht mit einem niedrigen Brechungsindex (27), die neben der Viertelwellenlängenschicht mit hohem Brechungsindex angeordnet ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das ionenunterstützte Auftragsverfahren folgende Schritte aufweist: Verdampfen eines Rohmaterials der Schicht mit hohem Brechungsindex (26) durch Aufstrahlen von Elektronen aus einer Elektronenkanone (4) auf das Rohmaterial; und gleichzeitig Ionisieren eines gasförmigen Elements innerhalb einer Ionenkanone (6) und Ionisieren eines anderen gasförmigen Elements außerhalb der Ionenkanone; und Verbinden der ionisierten gasförmigen Elemente zusammen mit dem verdampften Rohmaterial.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das gasförmige Element, das innerhalb der Ionenkanone (6) ionisiert worden ist, Sauerstoff ist und das gasförmige Element, das außerhalb der Ionenkanone ionisiert worden ist, Stickstoff ist.

8. Verfahren zum Bilden eines Reflexionsfilms, das folgende Schritte aufweist:

Bilden einer Viertelwellenlängenschicht mit niedrigem Brechungsindex (30, 48);

Bilden einer Viertelwellenlängenschicht mit hohem Brechungsindex (29, 47), die aus Titanoxinitrid, Aluminiumoxinitrid oder Siliziumoxinitrid aufgebaut ist, die neben der Schicht mit niedrigem Brechungsindex angeordnet ist, durch ein ionenunterstützes Auftragsverfahren.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das ionenunterstützte Auftragsverfahren folgende Schritte aufweist: Verdampfen eines Rohmaterials der Schicht mit hohem Brechungsindex (29, 47) durch Aufstrahlen von Elektronen aus einer Elektronenkanone (4) auf einen Block des Rohmaterials; und gleichzeitig Ionisieren eines gasförmigen Elements durch eine Ionenkanone (6); und Verbinden der ionisierten gasförmigen Elemente zusammen mit dem verdampften Rohmaterial.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das gasförmige Element Stickstoff ist.

11. Verfahren nach Ansprüchen 6, 7, 9 oder 10, wobei der Brechungsindex der Schicht mit hohem Brechungsindex (26; 29; 47) durch Änderung der Ablagerungsgeschwindingkeit der Schicht mit hohem Brechungsindex (26; 29; 47) eingestellt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, in Verbindung mit Anspruch 6 oder 9, wobei die Ablagerungsrate der Schicht mit hohem Brechungsindex (26; 29; 47) durch Änderung des elektrischen Stroms, der der Elektronenkanone (4) zugeführt wird, durch die das Rohmaterial bestrahlt wird, geändert wird.