JP2851694B2 - 非線形光学薄膜 - Google Patents
非線形光学薄膜Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は非線形光学効果を利用した光スイッチ、光高
調波発生素子などの光デバイスとしての用途などに有用
な非線形光学薄膜に関するものである。
調波発生素子などの光デバイスとしての用途などに有用
な非線形光学薄膜に関するものである。
［従来の技術］ 近年、非線形光学材料は高速光スイッチ、光高調波発
生素子などの光デバイスとしての用途が考えられてお
り、特にその中核をなす非線形光学材料からなる薄膜に
ついては、より高性能な薄膜が注目されている。
生素子などの光デバイスとしての用途が考えられてお
り、特にその中核をなす非線形光学材料からなる薄膜に
ついては、より高性能な薄膜が注目されている。
これらの技術のうち、非線形光学材料としてガラス中
に半導体微粒子をドープした半導体微粒子ドープガラス
がある。例えば非線形光学材料として、例えばジャーナ
ル オブ オプティカル ソサエティ オブ アメリカ
第73巻第647頁（J.Opt.Soc.Am.,Vol.73（1983））に
記載されているように、CdSxSe1-xをほう珪酸ガラスに
ドープしたカットオフフィルタガラスがある。このカッ
トオフフィルタガラスはCdSxSe1-xとほう珪酸ガラス材
料を白金ルツボに入れ1600℃程度の高温で溶融した後、
400℃から800℃の温度で熱処理して作製している。
に半導体微粒子をドープした半導体微粒子ドープガラス
がある。例えば非線形光学材料として、例えばジャーナ
ル オブ オプティカル ソサエティ オブ アメリカ
第73巻第647頁（J.Opt.Soc.Am.,Vol.73（1983））に
記載されているように、CdSxSe1-xをほう珪酸ガラスに
ドープしたカットオフフィルタガラスがある。このカッ
トオフフィルタガラスはCdSxSe1-xとほう珪酸ガラス材
料を白金ルツボに入れ1600℃程度の高温で溶融した後、
400℃から800℃の温度で熱処理して作製している。
また、ジャーナル オブ アプライド フィジック
ス、第63巻第957頁（J.Appl.Phys.63（３）,957,1988）
に記載されているように、CdS微粒子ドープガラス薄膜
がある。
ス、第63巻第957頁（J.Appl.Phys.63（３）,957,1988）
に記載されているように、CdS微粒子ドープガラス薄膜
がある。
このガラス薄膜は、ターゲットにコーニング社製“70
59ガラス”（Ba含有のホウケイ酸系ガラス）上にCdS粉
末を入れた石英坩堝を配置したものを用い、高周波マグ
ネトロンスパッタリング方により“7059ガラス”中にCd
Sを２〜４重量％分散させ、350〜650℃で熱処理を行な
い、微粒子を析出させたものである。
59ガラス”（Ba含有のホウケイ酸系ガラス）上にCdS粉
末を入れた石英坩堝を配置したものを用い、高周波マグ
ネトロンスパッタリング方により“7059ガラス”中にCd
Sを２〜４重量％分散させ、350〜650℃で熱処理を行な
い、微粒子を析出させたものである。
［発明が解決しようとする課題］ 従来の半導体微粒子分散ガラス及びガラス薄膜では、
半導体微粒子を均質に分散させることは難しく、粒径の
ばらつきが大きいため、充分な非線形光学効果が得られ
ていないという問題がある。
半導体微粒子を均質に分散させることは難しく、粒径の
ばらつきが大きいため、充分な非線形光学効果が得られ
ていないという問題がある。
即ち、半導体微粒子が有する非線形光学効果を利用し
た非線形光学材料においては、マトリックス中に分散し
た微粒子の粒径分布が小さいほど、効率の良い非線形光
学効果を期待できる。
た非線形光学材料においては、マトリックス中に分散し
た微粒子の粒径分布が小さいほど、効率の良い非線形光
学効果を期待できる。
しかしながら、従来の半導体微粒子分散ガラスにおい
ては、半導体微粒子の粒径は主に熱処理時間のみによっ
て制御されており、熱処理時間を長くするにつれて1/3
乗則に従って粒径が大きくなる。ところがこの方法で
は、半導体微粒子がガラスマトリックス中に不均一に溶
解しており、また半導体微粒子析出の核となる結晶核生
成はガラスマトリックス中から、自然発生的にランダム
に起こる。そのため、核生成に続いて起こる核成長過程
も、それぞれ異なる時間に開始されることになり、小さ
な結晶と大きな結晶が混じる。これが析出する半導体微
粒子の粒径分布を大きくする原因となる。非線形光学効
果の指標となる非線形感受率は粒径の関数であるため、
粒径にばらつきがあると、非線形光学効果発現のメカニ
ズムが複雑になり、ドープした半導体微粒子の量に比べ
て非線形光学効果が十分に発揮されず非線形光学特性を
低下させる。
ては、半導体微粒子の粒径は主に熱処理時間のみによっ
て制御されており、熱処理時間を長くするにつれて1/3
乗則に従って粒径が大きくなる。ところがこの方法で
は、半導体微粒子がガラスマトリックス中に不均一に溶
解しており、また半導体微粒子析出の核となる結晶核生
成はガラスマトリックス中から、自然発生的にランダム
に起こる。そのため、核生成に続いて起こる核成長過程
も、それぞれ異なる時間に開始されることになり、小さ
な結晶と大きな結晶が混じる。これが析出する半導体微
粒子の粒径分布を大きくする原因となる。非線形光学効
果の指標となる非線形感受率は粒径の関数であるため、
粒径にばらつきがあると、非線形光学効果発現のメカニ
ズムが複雑になり、ドープした半導体微粒子の量に比べ
て非線形光学効果が十分に発揮されず非線形光学特性を
低下させる。
本発明は、粒径の均一な半導体微粒子が分散された非
線形光学薄膜を提供することを目的とする。
線形光学薄膜を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明は上述の課題を解決するために、次の構成を有
するものである。
するものである。
（１）基板上に、半導体微粒子を分散させた光学的に透
明な薄膜と前記半導体微粒子の拡散係数が前記薄膜内よ
りも小さい光学的に透明な薄膜とが、交互に積層されて
なる非線形光学薄膜。
明な薄膜と前記半導体微粒子の拡散係数が前記薄膜内よ
りも小さい光学的に透明な薄膜とが、交互に積層されて
なる非線形光学薄膜。
（２）基板上に、半導体微粒子を分散させた光学的に透
明な薄膜と前記半導体微粒子の拡散係数が前記薄膜内よ
りも小さい光学的に透明な薄膜とが、交互に積層された
薄膜であって熱処理されてなる非線形光学薄膜。
明な薄膜と前記半導体微粒子の拡散係数が前記薄膜内よ
りも小さい光学的に透明な薄膜とが、交互に積層された
薄膜であって熱処理されてなる非線形光学薄膜。
［作用］ 基板上に、半導体微粒子を分散させた光学的に透明な
薄膜と前記半導体微粒子の拡散係数が前記薄膜内よりも
小さい光学的に透明な薄膜とを、交互に積層した非線形
光学薄膜とすることにより、半導体微粒子の拡散方向を
制限することができるので、半導体微粒子が成長した時
の上限の粒径を規定することができる。従って半導体微
粒子の粒径の上限付近においてばらつきの少ない非線形
光学薄膜が提供される。これにより、粒径のばらつきに
起因すると考えられる非線形光学効果の減少という問題
を解決することができるため、量子サイズ効果により大
きな非線形光学効果をもつ非線形光学薄膜を提供でき
る。
薄膜と前記半導体微粒子の拡散係数が前記薄膜内よりも
小さい光学的に透明な薄膜とを、交互に積層した非線形
光学薄膜とすることにより、半導体微粒子の拡散方向を
制限することができるので、半導体微粒子が成長した時
の上限の粒径を規定することができる。従って半導体微
粒子の粒径の上限付近においてばらつきの少ない非線形
光学薄膜が提供される。これにより、粒径のばらつきに
起因すると考えられる非線形光学効果の減少という問題
を解決することができるため、量子サイズ効果により大
きな非線形光学効果をもつ非線形光学薄膜を提供でき
る。
［実施例］ 本発明における非線形光学薄膜の断面構造を示す概念
図を第１図に示す。基板11上に半導体微粒子14を分散さ
せた光学的に透明な薄膜（ａ）12と、前記半導体微粒子
の拡散係数が薄膜（ａ）内よりも小さい光学的に透明な
薄膜（ｂ）13とを交互に積層した構造になっている。薄
膜（ａ）内の半導体微粒子の拡散係数が薄膜（ｂ）のそ
れより充分に大きいと、半導体微粒子は薄膜（ｂ）内に
拡散しないうちに成長が起こるので、薄膜（ａ）内にほ
とんどの半導体微粒子が閉じ込められる。そして、薄膜
（ａ）の膜厚を目的に応じて適当に決めてやり、熱処理
で成長する半導体微粒子の粒径が薄膜（ａ）の膜厚と同
程度に制御されるので、半導体微粒子の粒径の均一な非
線形光学薄膜が提供される。
図を第１図に示す。基板11上に半導体微粒子14を分散さ
せた光学的に透明な薄膜（ａ）12と、前記半導体微粒子
の拡散係数が薄膜（ａ）内よりも小さい光学的に透明な
薄膜（ｂ）13とを交互に積層した構造になっている。薄
膜（ａ）内の半導体微粒子の拡散係数が薄膜（ｂ）のそ
れより充分に大きいと、半導体微粒子は薄膜（ｂ）内に
拡散しないうちに成長が起こるので、薄膜（ａ）内にほ
とんどの半導体微粒子が閉じ込められる。そして、薄膜
（ａ）の膜厚を目的に応じて適当に決めてやり、熱処理
で成長する半導体微粒子の粒径が薄膜（ａ）の膜厚と同
程度に制御されるので、半導体微粒子の粒径の均一な非
線形光学薄膜が提供される。
半導体微粒子の大きさは、半導体の励起子のボーア半
径以上の大きさでかつ量子サイズ効果が現れる程度に小
さい方がよい。従って、用いられる半導体の種類によっ
て半導体微粒子の大きさは異なるが、通常は粒径1nmか
ら20nmの範囲の大きさが適当である。従って薄膜（ａ）
の膜厚も通常1nmから20nmの厚さの範囲にするが、上記
半導体の好適な粒径と同等の膜厚にするとよい。また薄
膜（ｂ）の厚さについては特に制限されないが、通常10
nm〜20nmの範囲が好ましい。
径以上の大きさでかつ量子サイズ効果が現れる程度に小
さい方がよい。従って、用いられる半導体の種類によっ
て半導体微粒子の大きさは異なるが、通常は粒径1nmか
ら20nmの範囲の大きさが適当である。従って薄膜（ａ）
の膜厚も通常1nmから20nmの厚さの範囲にするが、上記
半導体の好適な粒径と同等の膜厚にするとよい。また薄
膜（ｂ）の厚さについては特に制限されないが、通常10
nm〜20nmの範囲が好ましい。
光学的に透明な物質に分散させる半導体微粒子として
は、例えば、CuCl等のＩ−VII族化合物半導体、CdS,CdS
e,CdO,CdTe,ZnSe,ZnO,ZnTe,HgTe等のII−VI族化合物半
導体、CdSSe,HgCdTe等の混晶II−VI族化合物半導体、Ga
As,GaN,GaP,GaSb,InAs,InP,InSb,GaAlAs,InAlAs等のIII
−Ｖ族化合物半導体、あるいはSi、Ge等のIV族半導体な
どが好ましい。
は、例えば、CuCl等のＩ−VII族化合物半導体、CdS,CdS
e,CdO,CdTe,ZnSe,ZnO,ZnTe,HgTe等のII−VI族化合物半
導体、CdSSe,HgCdTe等の混晶II−VI族化合物半導体、Ga
As,GaN,GaP,GaSb,InAs,InP,InSb,GaAlAs,InAlAs等のIII
−Ｖ族化合物半導体、あるいはSi、Ge等のIV族半導体な
どが好ましい。
光学的に透明な薄膜とは非線形光学特性を得るのに必
要な波長範囲で光学的に透明な薄膜のことをいう。この
ような薄膜としては、無機ガラス質の薄膜や有機高分子
薄膜が好ましい。光学的に透明な薄膜（ａ）ならびに薄
膜（ｂ）の選択は用いる半導体微粒子の種類などによっ
て変わり得るが、例えば、半導体微粒子を分散させる光
学的に透明な薄膜（ａ）としてはB2O3−SiO2系ガラス薄
膜、PbO−B2O3−SiO2系ガラス薄膜などが、半導体微粒
子の分散性が良好となり好ましい。SiO2ガラスは半導体
微粒子の拡散係数が小さいので薄膜（ｂ）として好まし
く、その他Al2O3やSi3N4なども好ましく用いられる。従
って、薄膜（ａ）薄膜（ｂ）の組合せとしては代表的に
は、例えばSiO2ガラスとB2O3−SiO2系ガラス、SiO2ガラ
スとPbO−B2O3−SiO2系ガラスの組合せなどにより好適
に本発明が具現化できる。
要な波長範囲で光学的に透明な薄膜のことをいう。この
ような薄膜としては、無機ガラス質の薄膜や有機高分子
薄膜が好ましい。光学的に透明な薄膜（ａ）ならびに薄
膜（ｂ）の選択は用いる半導体微粒子の種類などによっ
て変わり得るが、例えば、半導体微粒子を分散させる光
学的に透明な薄膜（ａ）としてはB2O3−SiO2系ガラス薄
膜、PbO−B2O3−SiO2系ガラス薄膜などが、半導体微粒
子の分散性が良好となり好ましい。SiO2ガラスは半導体
微粒子の拡散係数が小さいので薄膜（ｂ）として好まし
く、その他Al2O3やSi3N4なども好ましく用いられる。従
って、薄膜（ａ）薄膜（ｂ）の組合せとしては代表的に
は、例えばSiO2ガラスとB2O3−SiO2系ガラス、SiO2ガラ
スとPbO−B2O3−SiO2系ガラスの組合せなどにより好適
に本発明が具現化できる。
薄膜（ａ）に分散させる半導体微粒子の含有量はその
種類や目的とする性能、用途などによって異なるが、通
常２重量％〜30重量％程度である。
種類や目的とする性能、用途などによって異なるが、通
常２重量％〜30重量％程度である。
また、薄膜（ａ）と薄膜（ｂ）の積層数も、目的とす
る性能、用途ないしは薄膜（ａ）に含有されている半導
体の種類や粒径などによって異なるが、例えば合計で10
0〜1300層などである。あまり少ない場合には、目的と
する性能の程度にもよるが、十分な非線形光学効果が発
揮されにくいし、また、多すぎると特に支障はないが、
生産性の点で非能率となる。
る性能、用途ないしは薄膜（ａ）に含有されている半導
体の種類や粒径などによって異なるが、例えば合計で10
0〜1300層などである。あまり少ない場合には、目的と
する性能の程度にもよるが、十分な非線形光学効果が発
揮されにくいし、また、多すぎると特に支障はないが、
生産性の点で非能率となる。
積層された薄膜の熱処理温度や熱処理時間は、含有さ
れている半導体微粒子の種類、粒径、量や薄膜（ａ）、
（ｂ）の材質、厚さ、積層数、目的とする性能、用途な
どによって異なるが例えば200℃〜600℃で１分〜10時間
である。
れている半導体微粒子の種類、粒径、量や薄膜（ａ）、
（ｂ）の材質、厚さ、積層数、目的とする性能、用途な
どによって異なるが例えば200℃〜600℃で１分〜10時間
である。
半導体微粒子としてCdS微粒子を例にとると、CdS微粒
子を分散させたB2O3−SiO2系ガラス薄膜と、SiO2ガラス
薄膜とを交互に積層することにより、本発明の非線形光
学薄膜が実現できる。例えば、CdS微粒子を５重量％分
散させたB2O3−SiO2系ガラス薄膜の１層あたりの膜厚を
5nm、SiO2ガラス薄膜の１層あたりの膜厚を5nmとして、
各々1000層堆積させる。作製した薄膜を400℃で１時間
熱処理すると、CdS微粒子はSiO2ガラス薄膜中にはほと
んど拡散せず、CdS微粒子の平均粒径はB2O3−SiO2系ガ
ラス薄膜の１層あたりの膜厚とほぼ同じ5nmになった。
このようにしてB2O3−SiO2系ガラス薄膜中に粒径がほぼ
5nmに揃ったCdS微粒子を分散させることができる。
子を分散させたB2O3−SiO2系ガラス薄膜と、SiO2ガラス
薄膜とを交互に積層することにより、本発明の非線形光
学薄膜が実現できる。例えば、CdS微粒子を５重量％分
散させたB2O3−SiO2系ガラス薄膜の１層あたりの膜厚を
5nm、SiO2ガラス薄膜の１層あたりの膜厚を5nmとして、
各々1000層堆積させる。作製した薄膜を400℃で１時間
熱処理すると、CdS微粒子はSiO2ガラス薄膜中にはほと
んど拡散せず、CdS微粒子の平均粒径はB2O3−SiO2系ガ
ラス薄膜の１層あたりの膜厚とほぼ同じ5nmになった。
このようにしてB2O3−SiO2系ガラス薄膜中に粒径がほぼ
5nmに揃ったCdS微粒子を分散させることができる。
半導体微粒子を分散させた光学的に透明な薄膜（ａ）
の製造方法は、光学的に透明な材料と半導体材料の両方
が含まれるターゲットを用いて高周波スパッタリングに
よって製造するのが簡便である。
の製造方法は、光学的に透明な材料と半導体材料の両方
が含まれるターゲットを用いて高周波スパッタリングに
よって製造するのが簡便である。
他の好適な方法として光学的に透明な材料と半導体材
料を別々のターゲットを用いて高周波スパッタリングに
よって製造することもできる。
料を別々のターゲットを用いて高周波スパッタリングに
よって製造することもできる。
また、薄膜（ｂ）についても、薄膜（ｂ）に用いる材
料をターゲットとして同様の高周波スパッタリングによ
って製造するのが簡便で好ましい。上記いずれの工程も
必ずしも高周波スパッタリング法のみに限定されるもの
ではないが、高周波スパッタリング法が半導体微粒子の
ドープ量を任意に選択でき、従って高濃度にドープする
ことも容易である点でも好ましい。
料をターゲットとして同様の高周波スパッタリングによ
って製造するのが簡便で好ましい。上記いずれの工程も
必ずしも高周波スパッタリング法のみに限定されるもの
ではないが、高周波スパッタリング法が半導体微粒子の
ドープ量を任意に選択でき、従って高濃度にドープする
ことも容易である点でも好ましい。
高周波スパッタリングを行なう場合にはArやN2ガスな
どを用い１〜50Paの圧力下などの通常条件で行なうこと
ができる。
どを用い１〜50Paの圧力下などの通常条件で行なうこと
ができる。
基板としては光学的に透明な材料が好ましく、例え
ば、SiO2、Si3N4、Al2O3などが好ましく用いられる。基
板の厚みについてはあまり薄いと割れやすいので取扱い
にくいとか、あまり厚いと熱がかかった時に温度勾配が
生じやすいと言う程度で特に制限はなく、目的、用途に
応じて適宜選定すればよく、例えば0.1mm〜3mm程度が一
般的である。
ば、SiO2、Si3N4、Al2O3などが好ましく用いられる。基
板の厚みについてはあまり薄いと割れやすいので取扱い
にくいとか、あまり厚いと熱がかかった時に温度勾配が
生じやすいと言う程度で特に制限はなく、目的、用途に
応じて適宜選定すればよく、例えば0.1mm〜3mm程度が一
般的である。
以下に具体的な個別の実施例について説明する。
実施例１ 第２図に示したような多元スパッタ装置を用い、ター
ゲット23の23aをCdS粉末が置かれたB2O3−SiO2系ガラス
ターゲットとし、ターゲット23bをSiO2ガラスターゲッ
トとし、第２図のように配置した。ターゲットにはそれ
ぞれシャッター24（24a、24b）が配置されており、シャ
ッターコントロール機構（図示せず）によってシャッタ
ー回転軸25a、25bの回転によるシャッターの開閉時間に
より基板に堆積させる各材料の厚みや量を制御できる。
図の21は基板、22はヒーターであり、基板には高周波電
圧を加えることができる。アルゴン雰囲気中でガス圧5P
a、基板温度を300℃としてスパッタリングを行った。ス
パッタリングは高周波マグネトロンスパッタで、ターゲ
ット23aおよびターゲット23bへの入力電力はそれぞれ10
Wおよび200Wとした。
ゲット23の23aをCdS粉末が置かれたB2O3−SiO2系ガラス
ターゲットとし、ターゲット23bをSiO2ガラスターゲッ
トとし、第２図のように配置した。ターゲットにはそれ
ぞれシャッター24（24a、24b）が配置されており、シャ
ッターコントロール機構（図示せず）によってシャッタ
ー回転軸25a、25bの回転によるシャッターの開閉時間に
より基板に堆積させる各材料の厚みや量を制御できる。
図の21は基板、22はヒーターであり、基板には高周波電
圧を加えることができる。アルゴン雰囲気中でガス圧5P
a、基板温度を300℃としてスパッタリングを行った。ス
パッタリングは高周波マグネトロンスパッタで、ターゲ
ット23aおよびターゲット23bへの入力電力はそれぞれ10
Wおよび200Wとした。
CdS微粒子をB2O3−SiO2系ガラスに分散させた薄膜とS
iO2ガラス薄膜とをシャッター24aならびに24bを開閉す
ることにより交互に堆積させた。１層当りのB2O3−SiO2
系ガラス薄膜の膜厚を5nm、SiO2ガラス薄膜の膜厚を5nm
とし、各々1000層堆積させた。基板にはSiO2ガラスを用
いた。B2O3−SiO2系ガラス中のCdSのドープ量を10％と
した。作製した薄膜の光吸収スペクトルから得られたバ
ンドギャップはバルクの半導体に比べ0.5eVブルーシフ
トしていることから半導体が量子ドットとなっているこ
とがわかった。
iO2ガラス薄膜とをシャッター24aならびに24bを開閉す
ることにより交互に堆積させた。１層当りのB2O3−SiO2
系ガラス薄膜の膜厚を5nm、SiO2ガラス薄膜の膜厚を5nm
とし、各々1000層堆積させた。基板にはSiO2ガラスを用
いた。B2O3−SiO2系ガラス中のCdSのドープ量を10％と
した。作製した薄膜の光吸収スペクトルから得られたバ
ンドギャップはバルクの半導体に比べ0.5eVブルーシフ
トしていることから半導体が量子ドットとなっているこ
とがわかった。
この薄膜を400℃で熱処理したところ、熱処理時間に
応じてCdS微粒子は成長した。熱処理時間を１時間とし
たとき、SiO2ガラス薄膜内にはCdS微粒子はほとんど拡
散しておらず、CdS微粒子の粒径が4nm〜5nmの範囲内に
全体の90％が分布していた。
応じてCdS微粒子は成長した。熱処理時間を１時間とし
たとき、SiO2ガラス薄膜内にはCdS微粒子はほとんど拡
散しておらず、CdS微粒子の粒径が4nm〜5nmの範囲内に
全体の90％が分布していた。
比較のためにCdS粉末が置かれたB2O3−SiO2系ガラス
ターゲットのみを用いてアルゴン雰囲気中で同様にスパ
ッタリングを行い、膜厚10μｍのCdS微粒子ドープガラ
ス薄膜を作製した。CdSのドープ量を10％とした。
ターゲットのみを用いてアルゴン雰囲気中で同様にスパ
ッタリングを行い、膜厚10μｍのCdS微粒子ドープガラ
ス薄膜を作製した。CdSのドープ量を10％とした。
この薄膜を400℃で１時間熱処理したところ、熱処理
時間に応じてCdS微粒子の粒径は大きくなった、しかし
ながらCdS微粒子の粒径が3nm〜6nmの範囲に全体の80％
が分布しており、均一性があまり良くなかった。
時間に応じてCdS微粒子の粒径は大きくなった、しかし
ながらCdS微粒子の粒径が3nm〜6nmの範囲に全体の80％
が分布しており、均一性があまり良くなかった。
これらのことから、半導体微粒子を分散させた光学的
に透明な薄膜と、前記半導体微粒子の拡散係数が前記薄
膜内よりも小さい光学的に透明な薄膜とを、交互に積層
したことにより、半導体微粒子の粒径の均一性が良い非
線形光学薄膜が提供されることがわかった。
に透明な薄膜と、前記半導体微粒子の拡散係数が前記薄
膜内よりも小さい光学的に透明な薄膜とを、交互に積層
したことにより、半導体微粒子の粒径の均一性が良い非
線形光学薄膜が提供されることがわかった。
なお本実施例では、B2O3−SiO2系ガラスで、半導体微
粒子としてCdSを用いたが、上記半導体以外にCuCl,CdS
e,CdO,CdTe,ZnSe,ZnO,ZnTe,CdSxSe1-x,GaAs,GaN,GaP,Ga
Sb,InAs,InP,InSbを用いた場合でも同様の結果が得られ
た。
粒子としてCdSを用いたが、上記半導体以外にCuCl,CdS
e,CdO,CdTe,ZnSe,ZnO,ZnTe,CdSxSe1-x,GaAs,GaN,GaP,Ga
Sb,InAs,InP,InSbを用いた場合でも同様の結果が得られ
た。
さらに本実施例では、B2O3−SiO2系ガラス内よりも半
導体微粒子の拡散係数の小さい光学的に透明な薄膜とし
てSiO2ガラスを用いたが、これ以外にアルミナ（Al
2O3）、窒化シリコン（Si3N4）を用いた場合でも同様の
結果が得られた。
導体微粒子の拡散係数の小さい光学的に透明な薄膜とし
てSiO2ガラスを用いたが、これ以外にアルミナ（Al
2O3）、窒化シリコン（Si3N4）を用いた場合でも同様の
結果が得られた。
実施例２ 実施例１と同様な第２図に示した多元スパッタ装置を
用いてターゲット23の23aとしてCdS粉末が置かれたPbO
−B2O3−SiO2系ガラスターゲットを用い、ターゲット23
の23bとしてSiO2ガラスターゲットを用いて、ターゲッ
ト23aへの入力電力を100Wとした以外は、ほぼ実施例１
と同様の方法でアルゴン雰囲気中で高周波スパッタリン
グを行った。CdS微粒子をPbO−B2O3−SiO2系ガラスに分
散させた薄膜とSiO2ガラス薄膜とをシャッター24a、24b
を開閉することにより交互に堆積させた。１層当りのPb
O−B2O3−SiO2系ガラス薄膜の膜厚を5nm、SiO2ガラス薄
膜の膜厚を5nmとし、各々1000層堆積させた。基板21に
はSiO2ガラスを用いた。PbO−B2O3−SiO2系ガラス中のC
dSのドープ量を10％とした。作製した薄膜の光吸収スペ
クトルから得られたバンドギャップはバルクの半導体に
比べ0.5eVブルーシフトしていることから半導体が量子
ドットとなっていることがわかった。
用いてターゲット23の23aとしてCdS粉末が置かれたPbO
−B2O3−SiO2系ガラスターゲットを用い、ターゲット23
の23bとしてSiO2ガラスターゲットを用いて、ターゲッ
ト23aへの入力電力を100Wとした以外は、ほぼ実施例１
と同様の方法でアルゴン雰囲気中で高周波スパッタリン
グを行った。CdS微粒子をPbO−B2O3−SiO2系ガラスに分
散させた薄膜とSiO2ガラス薄膜とをシャッター24a、24b
を開閉することにより交互に堆積させた。１層当りのPb
O−B2O3−SiO2系ガラス薄膜の膜厚を5nm、SiO2ガラス薄
膜の膜厚を5nmとし、各々1000層堆積させた。基板21に
はSiO2ガラスを用いた。PbO−B2O3−SiO2系ガラス中のC
dSのドープ量を10％とした。作製した薄膜の光吸収スペ
クトルから得られたバンドギャップはバルクの半導体に
比べ0.5eVブルーシフトしていることから半導体が量子
ドットとなっていることがわかった。
この薄膜を300℃の温度で熱処理したところ、熱処理
時間に応じてCdS微粒子は成長した。熱処理時間を１時
間としたとき、SiO2ガラス薄膜内にはCdS微粒子はほと
んど拡散しておらず、CdS微粒子の粒径は4nm〜5nmの範
囲に全体の90％が分布していた。
時間に応じてCdS微粒子は成長した。熱処理時間を１時
間としたとき、SiO2ガラス薄膜内にはCdS微粒子はほと
んど拡散しておらず、CdS微粒子の粒径は4nm〜5nmの範
囲に全体の90％が分布していた。
比較のためにCdS粉末が置かれたPbO−B2O3−SiO2系ガ
ラスターゲットのみを用いてアルゴン雰囲気中で同様に
スパッタリングを行い、膜厚10μｍのCdS微粒子ドープ
ガラス薄膜を作製した。CdSのドープ量を10％とした。
ラスターゲットのみを用いてアルゴン雰囲気中で同様に
スパッタリングを行い、膜厚10μｍのCdS微粒子ドープ
ガラス薄膜を作製した。CdSのドープ量を10％とした。
この薄膜を300℃で１時間熱処理したところ、熱処理
時間に応じてCdS微粒子の粒径は大きくなった、しかし
ながらCdS微粒子の粒径が3nm〜6nmの範囲に全体の80％
が分布しており、均一性があまり良くなかった。
時間に応じてCdS微粒子の粒径は大きくなった、しかし
ながらCdS微粒子の粒径が3nm〜6nmの範囲に全体の80％
が分布しており、均一性があまり良くなかった。
これらのことから、半導体微粒子を分散させた光学的
に透明な薄膜と、前記半導体微粒子の拡散係数が前記薄
膜内よりも小さい光学的に透明な薄膜とを、交互に積層
したことにより、半導体微粒子の粒径の均一性が良くな
ることがわかった。
に透明な薄膜と、前記半導体微粒子の拡散係数が前記薄
膜内よりも小さい光学的に透明な薄膜とを、交互に積層
したことにより、半導体微粒子の粒径の均一性が良くな
ることがわかった。
なお本実施例では、PbO−B2O3−SiO2系ガラスで、半
導体微粒子としてCdSを用いたが、上記半導体以外にCuC
l,CdSe,CdO,CdTe,ZnSe,ZnO,ZnTe,CdSxSe1-x,GaAs,GaN,G
aP,GaSb,InAs,InP,InSbを用いた場合でも同様の結果が
得られた。
導体微粒子としてCdSを用いたが、上記半導体以外にCuC
l,CdSe,CdO,CdTe,ZnSe,ZnO,ZnTe,CdSxSe1-x,GaAs,GaN,G
aP,GaSb,InAs,InP,InSbを用いた場合でも同様の結果が
得られた。
さらに、本実施例では、PbO−B2O3−SiO2系ガラス内
よりも半導体微粒子の拡散係数の小さい光学的に透明な
薄膜としてSiO2ガラスを用いたが、これ以外にアルミナ
（Al2O3）、窒化シリコン（Si3N4）を用いた場合でも同
様の結果が得られた。
よりも半導体微粒子の拡散係数の小さい光学的に透明な
薄膜としてSiO2ガラスを用いたが、これ以外にアルミナ
（Al2O3）、窒化シリコン（Si3N4）を用いた場合でも同
様の結果が得られた。
実施例３ 実施例１に示した方法により作製したCdS微粒子ドー
プガラス薄膜を用い、光双安定素子を作製した。
プガラス薄膜を用い、光双安定素子を作製した。
この素子のSiO2ガラス基板側から波長430nmのレーザ
光（N2光励起色素レーザ光）をスポット径５μｍで入射
させた。
光（N2光励起色素レーザ光）をスポット径５μｍで入射
させた。
次に入射光の強度と出射光の強度の関係を室温（25
℃）にて測定したところ、第３図に示したような双安定
特性を示した。
℃）にて測定したところ、第３図に示したような双安定
特性を示した。
［発明の効果］ 本発明における非線形光学薄膜は、光学的に透明な物
質中に粒径が揃った半導体微粒子をドープすることがで
きるため、大きな非線形光学効果を有する非線形光学薄
膜を提供し得る。従って、微粒子の粒径が均一でないこ
とに起因する三次の非線形感受率の減少を低減でき、三
次の非線形感受率の大きい非線形光学薄膜を提供するこ
とができる。また、本発明の非線形光学薄膜は光双安定
素子等のデバイスの非線形光学薄膜としても有用であ
る。
質中に粒径が揃った半導体微粒子をドープすることがで
きるため、大きな非線形光学効果を有する非線形光学薄
膜を提供し得る。従って、微粒子の粒径が均一でないこ
とに起因する三次の非線形感受率の減少を低減でき、三
次の非線形感受率の大きい非線形光学薄膜を提供するこ
とができる。また、本発明の非線形光学薄膜は光双安定
素子等のデバイスの非線形光学薄膜としても有用であ
る。
第１図は本発明における非線形光学薄膜の断面構造を示
す概念図、第２図は本発明の実施例で用いた非線形光学
薄膜の製造装置の構成を示す概念図、第３図は本発明の
非線形光学薄膜を用いた双安定素子の光双安定特性を示
す図である。 11……基板、12……半導体微粒子を分散させた光学的に
透明な薄膜、13……半導体微粒子の拡散係数が小さい光
学的に透明な薄膜、14……半導体微粒子、21……基板、
22……ヒーター、23、23a、23b……ターゲット、24、24
a、24b……シャッター、25a、25b……シャッターの回転
軸。
す概念図、第２図は本発明の実施例で用いた非線形光学
薄膜の製造装置の構成を示す概念図、第３図は本発明の
非線形光学薄膜を用いた双安定素子の光双安定特性を示
す図である。 11……基板、12……半導体微粒子を分散させた光学的に
透明な薄膜、13……半導体微粒子の拡散係数が小さい光
学的に透明な薄膜、14……半導体微粒子、21……基板、
22……ヒーター、23、23a、23b……ターゲット、24、24
a、24b……シャッター、25a、25b……シャッターの回転
軸。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 棚橋 一郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/35 505 ＪＩＣＳＴ
Claims (2)
- 【請求項１】基板上に、半導体微粒子を分散させた光学
的に透明な薄膜と前記半導体微粒子の拡散係数が前記薄
膜内よりも小さい光学的に透明な薄膜とが、交互に積層
されてなる非線形光学薄膜。 - 【請求項２】基板上に、半導体微粒子を分散させた光学
的に透明な薄膜と前記半導体微粒子の拡散係数が前記薄
膜内よりも小さい光学的に透明な薄膜とが、交互に積層
された薄膜であって熱処理されてなる非線形光学薄膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30039890A JP2851694B2 (ja) | 1990-11-05 | 1990-11-05 | 非線形光学薄膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30039890A JP2851694B2 (ja) | 1990-11-05 | 1990-11-05 | 非線形光学薄膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04172328A JPH04172328A (ja) | 1992-06-19 |
| JP2851694B2 true JP2851694B2 (ja) | 1999-01-27 |
Family
ID=17884311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30039890A Expired - Fee Related JP2851694B2 (ja) | 1990-11-05 | 1990-11-05 | 非線形光学薄膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2851694B2 (ja) |
-
1990
- 1990-11-05 JP JP30039890A patent/JP2851694B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04172328A (ja) | 1992-06-19 |
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|---|---|---|---|
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