表面化学反応を用いた高均質高レーザー耐力誘電体多層膜作成法の開発

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07558286
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 山中 龍彦 大阪大学, レーザー核融合研究センター, 教授 (80107143)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 實野 孝久 大阪大学, レーザー核融合研究センター, 助教授 (30162811)
• Keywords: 表面化学反応 / 光学薄膜 / 酸化アルミニウム / 酸化チタニウム / 反射防止膜 / 高膜厚制御性 / レーザー損傷

Research Abstract

原子層エピタキシャル法を応用した表面化学反応により光学薄膜を成膜し、その諸特性を評価した。
反応ガスとしてはトリメチルアルミニウム(TMA)、四塩化チタン(TiCl_4)を、酸化剤としてはH_2OとH_2O_2を用いて、Al_2O_3膜とTiO_2膜を成膜した。以下に得られた知見を示す。
表面化学反応では、反応ガスと酸化剤の蒸気を交互に真空容器内に導入するだけで容易に成膜が可能であり、その蒸気圧を導入する回数のみで正確に膜厚が制御できることを実証した。また、作成された薄膜の膜厚分布は直径250mmの基板ホルダー上に±1%の誤差で一様に成膜できることを示した。これらの結果は、従来の薄膜技術においては極めて困難であった大口径の光学部品に対する一様かつ精密な成膜技術であることを明らかにするものである。
表面化学反応による薄膜の屈折率は、成膜時の基板温度に強く依存し、成長率は酸化剤の導入圧力と排気性能に依存することが明らかになった。その他の成膜条件に対しては、大きな影響は及ぼされないことが判った。このことは、幾つかの条件に対してのみ、厳密に制御が必要であるが、比較的安定に、再現性よく成膜が可能であることを示している。また、これらの成膜条件も容易に制御可能である。
表面化学反応を用いて初めて反射防止膜を成膜した、波長532nm、1064nmともに残留反射率0.1%以下で、設計値とほぼ一致することを実証した。
また、表面化学反応によって成膜された薄膜のレーザー損傷耐力について初めて評価を行った。局所的な吸収を改善する課題あるが、高出力レーザー用への応用が可能であることを実証した。
以上のことから、表面化学反応による光学薄膜は、制御性、一様性に優れ、大型の光学装置への応用が十分に可能であり、将来的には高出力レーザー用光学部品への応用が十分に期待されるものである。

Research Products

• [Publications] A.Koike, T.Jitsuno, and T.Yamanaka: "Fabrication of Optical Thin Film by Means of Controlled Surface Chemical Reaction" Annual Progress Report,1995,ILE Osaka University. 65-66 (1996)
• [Publications] S.Zaitsu, T.Jitsuno, and T.Yamanaka: "Optical Properties of TiO_2 Film Grown by Atomic layer Epitaxy" Annual Progress Report,1997,ILE Osaka University. (1998)