JPS63260138A - シリコン酸化膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はシリコン酸化膜の形成方法１例えば半導体レ
ーザの端面に反射防止膜として形成されるシリコン酸化
膜の形成方法に関する。

（従来の技術） 従来より、例えば、半導体レーザの一方の端面に高反射
膜を及び他方の端面に低反射膜（反射防止膜）を形成す
ることによって、半導体レーザの端面反射率（以下、単
に端面反射率と称する）を制御し、以って半導体レーザ
の高出力化を図ることが行なわれている。このような端
面反射率を制御する技術は、半導体レーザの高出力化を
図るためのみならず、実用に適した高性能のスーパール
ミネッセンスダイオード（ＳＬＤ　）やレーザアンプを
作成するためにも、重要な技術である。

ところで、反射防止膜の形成材料としては５ｉ０２、Ｎ
２Ｏ３或はＳｉＮその他の材料が用いられているが、そ
の中でもＳｉＯｘが注目されている。シリコン酸化膜（
Ｓｉ０ｇ膜）の形成方法としては、ＳｉＯを酸素雰囲気
中で蒸着することによってシリコン酸化膜を形成する方
法があり（文献Ｉ：　「シンソリッド　７４ルム（Ｔｈ
ｉｎ　５ｏｌｉｄ　Ｆｉｌｍ）ＪＩＩＯ（１９８３）ｐ
２１５−２２４）　、この方法では、蒸着時の酸素濃度
及び蒸着レートを変化させることによって種々の組成の
シリコン酸化膜を形成することが出来る。シリコン酸化
膜の物理的特性（例えば屈折率や誘電率）はその組成に
応じて変化するので、蒸着時の酸素濃度及び蒸着レート
を制御することによって所望の特性のシリコン酸化膜を
得ることが出来る。

例えば、長波長系半導体レーザにおいて、実用に適した
高山力の半導体レーザを得るためには端面反射率を１％
以下にすることが望ましく、端面反射率を１％以下にす
るためには、反射防止膜の膜厚によっても異なるが、は
ぼ１．７５〜１．９の屈折率を有する反射防止膜を形成
することが必要である。このような場合、上述したシリ
コン酸化膜の形成方法によれば、ＳｉＯの屈折率が約２
．０及び５ｉ０２の屈折率が約１．６５であるので、シ
リコン酸化膜の屈折率を例えば２．０〜１．８５の範囲
で変化させ所望の屈折率を有する反射防止膜を形成出来
る。

シリコン酸化膜の屈折率は、例えば、酸素濃度を一定と
した場合には蒸着レートを遅くするほど又蒸着レートを
一定とした場合には酸素濃度を高くするほど、小さくす
ることが出来る。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述した従来のシリコン酸化膜（ＳｉＯ
ｘ膜）の形成方法によれば、ＳｉＯが蒸着源として用い
られるが、このＳｉＯは昇華によって蒸発するため蒸着
レートを一定レートに維持することが非常に難しくふら
つき易い、従って、蒸着レートの制御が難しく、従って
シリコン酸化膜の組成の制御が難しく、よって所望の物
理的特性を有するシリコン酸化膜を形成することが難し
かった。

また、ＳｉＯは昇華によって蒸発するため、蒸着レート
を低いレートに維持することが非常に難しく従って蒸着
レートが高く成り易い、蒸着レートが高く成る場合にシ
リコン酸化膜の屈折率を下げるには、酸素濃度を高めれ
ば良いが蒸着可能な真空度は約５Ｘ　１Ｏ−４Ｔｏｒｒ
以下であるので、酸素濃度を高めることには限界があり
、従って屈折率を下げることにも限界がある。その結果
１例えば０．１％とか０．０１％といった低い端面反射
率を得ることが出来るような、低い屈折率を有するシリ
コン酸化膜を形成することが難しかった。

この発明の目的は、上述した従来方法の問題点を解決し
、従来よりも安定した状態で蒸着レートを一定のレート
に維持出来、しかも蒸着レートを従来よりも低いレート
で安定した状態に維持出来るシリコン酸化膜の形成方法
を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明のシリコン酸化膜
の形成方法によれば、シリコン酸化Ｗｌｔｙ＞形成に当
り、シリコン（Ｓｉ）を酸素雰囲気中で蒸着することに
よってシリコン酸化膜（ＳｉＯ）１膜）を形成する。

（作用） このようなシリコン酸化膜の形成方法によれば、Ｓｉを
蒸着源としてＳｉｎ、膜を形成するが、このＳｉは蒸着
時に固体→液体→気体と変化して蒸発するので、蒸着レ
ートを従来よりも安定した状態で一定のレートに維持出
来る。従ってＳ　ｉＯ×膜の膜厚及び組成の制御が従来
よりも容易であるし、従って５ｉＯｘＷＩの物理的特性
例えば屈折率の制御が従来よりも容易である。

特に低屈折率のシリコン酸化膜の形成を行なう場合に、
蒸着レートヲ従来よりも低いレートに保持することが容
易であり、しかも低いレートを安定した状態で維持出来
る。

（実施例） 以下、この発明の一実施例につき説明する。

この実施例では、電子ビーム（ＥＢ）蒸着装置を用い、
酸素導入前にこの装置のチェンバー（真空容器）内を真
空度が約１０−’Ｔｏｒｒと成るまで真空に引き、その
後、酸素をチェンバー内に導入して酸素濃度を変化させ
た。これと共に蒸着レートを一定のレート約１λ／ｓｅ
ｃに保持し、さらにチェンバー内に装着された被蒸着物
及び蒸着源の間の距離を約３０ｃｍに設定し、これら条
件の下で、Ｓｉ（蒸着源）を酸素雰囲気中で蒸着するこ
とによってシリコン酸化膜（ＳｉＯｘ　ｌ１ｌ）を形成
した。

この実施例の実験データを第１図及び第２図に示す。

第１図は酸素濃度と形成されたシリコン酸化膜の屈折率
との関係を示す図であり、横軸に対数表示で表わしたチ
ェンバー内の′真空度（Ｔｏｒｒ）及び縦軸に被蒸着物
（例えばＳｉ基板）に蒸着されたＳｉＯｘ膜の屈折率を
取って示し、実験値を×でプロットして示した。

第１図からも明らかなように、形成された５ｉＯｙ膜の
屈折率は、チェンバー内の真空度が下がるに従ってすな
わちチェンバー内の酸素濃度が高くなるに従って、単調
に低下してゆく、この例では、チェンバー内の真空度が
ほぼ３Ｘ　１Ｏ−４Ｔａｒｒ〜５×ｔｏ−４Ｔｏｒｒと
なる程度まで酸素導入を行なうことによってシリコン酸
化膜の屈折率を約１．５まで低下させることが出来た。

またＳｉを蒸着源として用いているので蒸着レートを、
安定した状態でしかも容易に、一定に保持出来、従って
蒸着レートを一定に保持したまま酸素濃度を変化させる
ことによって、シリコン酸化膜の屈折率を容易に制御出
来た。

また、蒸着レートを低いほぼ一定のレート（この例では
約１人／５ｅｃ）に安定し、た状態で維持出来、その結
果従来よりも低い屈折率（この例では約１．５）のシリ
コン酸化膜を形成することが出来た。

次に、波長１．３１ＬｍのＩｎＧａＡｓＰ半導体レーザ
の端面にシリコン酸化廁を反射防止膜として蒸着した場
合における、端面反射率及びシリコン酸化膜の膜厚の関
係につき説明する。

第２図は端面反射率及び膜厚の関係を示す図であり、横
軸にシリコン酸化膜の膜厚（人）及び縦軸に半導体レー
ザの端面反射率（％）を取って示し、実験値を・でプロ
ットして示した。シリコン酸化膜は、屈折率が一定の値
（例えば約１．７５）と成るように、形成した。

第２図からも明らかなように、はぼ０〜１８００人の範
囲で膜厚を変化させたとき、端面反射率は、半導体レー
ザの端面に形成（蒸着）されたシリコン酸化膜の膜厚が
増加するに従い単調に減少してゆく、この例では、膜厚
をほぼ１７００〜１８００人とすることによって端面反
射率を約１〜２％まで下げることが出来た。しかも蒸着
レートを安定した状態でほぼ一定に維持出来たので、膜
厚の制御を再現性良く行なえた。

屈折率及び膜厚を設計に応じて任意好適に選択すること
によって、端面反射率をこの実験値よりもさらに低くす
ることが出来、この出願の発明者らの実験によると、例
えば屈折率的１．７８±０．０４の５ｉＯｙ膜を層厚約
１８５０±２０人に形成することによって約０．１％の
端面反射率を得ることが出来た。

この発明によれば、蒸着レートの制御がし易いので、Ｓ
ｉＯ＋膜の屈折率及び層厚の制御が従来よりもし易いの
で、例えば０．０１％といった低い端面反射率を実現す
るようにＳｉＯｘ膜の膜厚及び屈折率の制御を精度良く
制御することも可能である。　ＳｉＯｘ膜の屈折率及び
膜厚は、所望の端面反射率に応じて最適な屈折率及び膜
厚を選択すれば良い。

この発明は上述した特定の数値的条件、形成材料及び蒸
着装置に限定されるものではなく、従って例えば蒸着レ
ート、酸素濃度、膜厚その他の数値的条件、被蒸着物の
形成材料、蒸着装置を任意好適に変更出来る。また５ｉ
ｎｘ膜の組成は問わない、これに限定されるものではな
いが例えばＯ≦Ｘく２の範囲でＳｉｎ、膜の組成を変化
させれば良い、酸素濃度及び蒸着レートを任意好適に設
定することによって、Ｓｉ０ｇ膜の組成従って５ｉＯＪ
！ｉの物理的特性を任意好適に変化させることが出来、
例えば５ｉｎ）、膜の屈折率を小さくする場合には、酸
素濃度を一定に保持して蒸着レートを変化させることに
よっても、シリコン酸化膜の屈折率を小さくすることが
出来、この場合、蒸着レートを低くするほど屈折率を小
さくすることが出来る。

また上述した実施例では、主としてシリコン酸化膜を半
導体レーザの反射防止膜として利用する場合につき説明
したが、この発明によって形成されるシリコン酸化膜は
、フォトダイオードの反射防止膜、レンズのコーテイン
グ膜、拡散マスク、パッシベーション膜その他に利用す
ることが出来る。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明のシリコ
ン酸化膜の形成方法によれば、シリコンを蒸着源とする
ので蒸着レートの制御が容易であり、従ってシリコン酸
化膜の膜厚の制御及び組成の制御が従来よりも容易であ
り、従ってさらにはシリコン酸化膜の物理的特性の制御
も従来よりも容易に行なえる。

特に低屈折率のシリコン酸化膜の形成を行なう場合に、
蒸着レートを従来よりも低いレートでしかも安定した状
態に維持出来、従って従来よりも低屈折率のシリコン酸
化膜を形成することが可能である。

またＳｉはＳｉＯに比べて低価格であるので従来よりも
安価にシリコン酸化膜の形成を行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のシリコン酸化膜の形成方法の実施例
の説明に供する、チェンバー内の酸素濃度及び形成され
たシリコン酸化膜の屈折率の関係を示す図、 第２図はこの発明のシリコン酸化膜の形成方法の実施例
の説明に供する。形成されたシリコン酸化膜の膜厚及び
半導体レーザの端面反射率の関係を示す図である。 チェンバー内の真空度　（Ｔｏｒｒ） 酸素濃度及び屈折率の説明に供する図 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン酸化膜の形成に当り、シリコンを酸素雰
   囲気中で蒸着することによってシリコン酸化膜を形成す
   ることを特徴とするシリコン酸化膜の形成方法。