JPH04328725A - Nonlinear optical material and production thereof - Google Patents

Nonlinear optical material and production thereof

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JPH04328725A
JPH04328725A JP9891291A JP9891291A JPH04328725A JP H04328725 A JPH04328725 A JP H04328725A JP 9891291 A JP9891291 A JP 9891291A JP 9891291 A JP9891291 A JP 9891291A JP H04328725 A JPH04328725 A JP H04328725A
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JP
Japan
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nonlinear optical
glass
optical material
fine particles
dispersed
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JP9891291A
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Japanese (ja)
Inventor
Ayumi Tsujimura
歩 辻村
Ichiro Tanahashi
棚橋 一郎
Tsuneo Mitsuyu
常男 三露
Atsushi Nishino
敦 西野
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a nonlinear optical material having high emission intensity from a shallow donor level, a high semiconductor content and a significant nonlinear optical effect. CONSTITUTION:Fine particles of CdS as a II-VI compd. semiconductor are dispersed in matrix glass contg. SiO2, B2O3 and ZnO as essential components or further contg. Al2O3, K2O and CaO and having 0.42, 0.90, 1.48, 2.00 or 2.40 molar ratio R of B to Si. When the molar ratio R is >=1, a nonlinear optical material having high emission intensity from a shallow donor level is obtd.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、非線形光学効果を利用
した光デバイスの基礎をなす、II−VI族化合物半導
体微粒子分散ガラス非線形光学材料およびその製造方法
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a glass nonlinear optical material in which fine particles of a group II-VI compound semiconductor are dispersed, which form the basis of an optical device utilizing a nonlinear optical effect, and a method for manufacturing the same.

【0002】0002

【従来の技術】従来の技術としては例えば、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  P.647 (1983
))に記載されているような、CdSx Se1−x 
をホウケイ酸ガラスに分散させたカットオフフィルタガ
ラス、例えばコーニング社製“CS2−59ガラス”(
重量%組成でSiO2 68.9%、B2 O3 11
.5%、Al2 O3 1.0 %、ZnO11.3 
 %、CdSx Se1−x 0.6 %、Na2 O
 5.6  %、Sb2 O3 1.1 %)を非線形
光学材料に用いるものがある。このカットオフフィルタ
ガラスは、CdSx Se1−x とホウケイ酸ガラス
原材料を白金坩堝に入れ、1600℃程度以上の高温で
溶融して作製している。
BACKGROUND OF THE INVENTION Conventional techniques include, for example, Journal of Optical Society of America, Vol. 73, p. 647 (J. Opt. Soc.
Am. Vol. 73 P. 647 (1983
)), as described in CdSx Se1-x
A cut-off filter glass in which the
Weight% composition: SiO2 68.9%, B2 O3 11
.. 5%, Al2O3 1.0%, ZnO11.3
%, CdSx Se1-x 0.6%, Na2O
5.6%, Sb2O3 1.1%) is used for nonlinear optical materials. This cut-off filter glass is produced by putting CdSx Se1-x and borosilicate glass raw materials in a platinum crucible and melting them at a high temperature of about 1600° C. or higher.

【0003】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.  Vol.63P.957 (
1988))に開示されているCdS微粒子分散ガラス
薄膜がある。  このガラス薄膜は、ターゲットとして
コーニング社製“7059ガラス”(重量%組成でSi
O2 49.9%、B2 O3 10.5%、Al2 
O3 10.3  %、BaO 25.1 %、CaO
 4.3%)上にCdS粉末を入れた石英坩堝を配置し
たものを用い、アルゴンガスでスパッタリングを行い、
“7059ガラス”中にCdSを2〜4 重量%分散さ
せたものである。
[0003] Also, Journal of Applied Physics, Vol. 63, p. 957 (J.
Appl. Phys. Vol. 63P. 957 (
There is a CdS fine particle dispersed glass thin film disclosed in 1988). This glass thin film was made using Corning's "7059 glass" (wt% composition: Si) as a target.
O2 49.9%, B2 O3 10.5%, Al2
O3 10.3%, BaO 25.1%, CaO
Using a quartz crucible containing CdS powder (4.3%), sputtering was performed with argon gas.
2 to 4% by weight of CdS is dispersed in "7059 glass".

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】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、
量子閉じ込め効果を受けた電子と正孔の関与する超高速
応答性が期待でき、また半導体微粒子の含有量が多いほ
ど、大きな非線形感受率を期待できる。しかしながら、
従来のII−VI族化合物半導体微粒子分散ガラスおよ
びその製造方法においては、ホウケイ酸ガラスマトリッ
クス中のSiO2 含有量が多い(例えば“CS2−5
9ガラス”、“7059ガラス”では、Siに対するB
のモル比がそれぞれ0.29、0.36である。)こと
に起因する次のような2つの課題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] In nonlinear optical materials that utilize the nonlinear optical effect of semiconductor fine particles,
Ultrafast response involving electrons and holes due to the quantum confinement effect can be expected, and the higher the content of semiconductor particles, the higher the nonlinear susceptibility can be expected. however,
In the conventional II-VI group compound semiconductor fine particle dispersed glass and its manufacturing method, the SiO2 content in the borosilicate glass matrix is high (for example, “CS2-5
9 glass” and “7059 glass”, B for Si
The molar ratios are 0.29 and 0.36, respectively. ) There were two problems as follows.

【0005】1)半導体微粒子からの発光において、寿
命の長い成分が支配的である点。:半導体微粒子分散ガ
ラスの発光スペクトルには、ピコ秒オーダーの短い寿命
を持つ半導体のバンドギャップ近傍の浅いドナー準位か
らの発光と、ナノ秒オーダーの長い寿命を持つ複合欠陥
に起因する深い準位からの発光とがある。従来のガラス
マトリックスではSiに対するBのモル比が小さいため
、前者の発光強度が後者の発光強度に比べて非常に小さ
く、高速応答性素子への利用には好ましくない。
[0005] 1) In light emission from semiconductor fine particles, long-lived components are dominant. :The emission spectrum of semiconductor fine particle-dispersed glass includes light emission from shallow donor levels near the bandgap of the semiconductor, which has a short lifetime on the order of picoseconds, and deep levels caused by complex defects, which have long lifetimes on the order of nanoseconds. There is light emission from. Since the molar ratio of B to Si in the conventional glass matrix is small, the emission intensity of the former is much lower than that of the latter, which is not preferable for use in high-speed response devices.

【0006】2)溶融法でバルク状非線形光学材料を製
造する場合、半導体含有量が少ない点。:溶融法で製造
する場合、1600℃程度以上の高温で溶融するため、
半導体成分が分解揮発し、熱力学的に半導体含有量の上
限があり、その値はせいぜい1重量%程度である。また
、スパッタリング法で薄膜状非線形光学材料を製造する
場合、熱力学的に非平衡な状態で成膜するため、高濃度
の半導体を含有させることができる。しかし、従来のス
パッタリング法では、アルゴンガスのみによってスパッ
タリングを行なうため、マトリックスである酸化物ガラ
ス中の酸素イオンが欠損したり、スパッタリング中にス
パッタターゲット組成が変化して半導体成分の化学量論
性が保たれなかったりして、光学特性に悪影響を及ぼす
傾向があり、特にSiO2 含有量の少ないガラスでは
顕著であった。
2) When bulk nonlinear optical materials are manufactured by the melting method, the semiconductor content is small. : When manufactured by the melting method, it is melted at a high temperature of about 1600°C or higher, so
The semiconductor component decomposes and volatilizes, and there is a thermodynamic upper limit to the semiconductor content, which is about 1% by weight at most. Furthermore, when a thin film nonlinear optical material is manufactured by a sputtering method, the film is formed in a thermodynamically non-equilibrium state, so it is possible to contain a high concentration of semiconductor. However, in conventional sputtering methods, sputtering is performed using only argon gas, which can cause oxygen ions to be lost in the oxide glass matrix, or the composition of the sputter target to change during sputtering, resulting in a loss of stoichiometry of the semiconductor components. This tends to have an adverse effect on optical properties, especially in glasses with a low SiO2 content.

【0007】本発明は、バンドギャップ近傍の浅いドナ
ー準位からの発光強度が大きく、従って超高速応答性の
必要な素子への適用が期待でき、高濃度にII−VI族
化合物半導体微粒子を分散させた非線形光学材料を提供
すること、およびガラス組成、半導体微粒子組成ともに
化学量論性の保たれた薄膜状非線形光学材料の製造方法
を提供することを目的とする。
The present invention has a high emission intensity from a shallow donor level near the band gap, and therefore can be expected to be applied to devices that require ultra-high-speed response. It is an object of the present invention to provide a nonlinear optical material in the form of a thin film in which the stoichiometry is maintained in both the glass composition and the semiconductor fine particle composition.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
、本発明の非線形光学材料は、SiO2 、B2 O3
 およびZnOを必須成分とし、Siに対するBのモル
比が1以上であるガラスマトリックスにII−VI族化
合物半導体微粒子が分散されてなる構成を有する。また
、本発明の非線形光学材料の製造方法はスパッタリング
法でII−VI族化合物半導体微粒子の分散した酸化物
ガラス薄膜を形成する過程において、アルゴンガスにI
I−VI族化合物半導体成分となるガスと酸素ガスとを
混合してスパッタリングを行なわせることを特徴とする
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the nonlinear optical material of the present invention comprises SiO2, B2O3,
It has a structure in which II-VI group compound semiconductor fine particles are dispersed in a glass matrix which contains ZnO and ZnO as essential components and has a molar ratio of B to Si of 1 or more. In addition, in the method of manufacturing a nonlinear optical material of the present invention, in the process of forming an oxide glass thin film in which II-VI group compound semiconductor fine particles are dispersed by a sputtering method, argon gas is
The method is characterized in that a gas forming the I-VI group compound semiconductor component and oxygen gas are mixed to perform sputtering.

【0009】[0009]

【作用】本発明の非線形光学材料は、Siに対するBの
モル比が1以上であるガラスマトリックスを用いるため
、II−VI族化合物半導体微粒子中に微量のBが混入
しており、これが浅いドナー準位の密度を高めるので、
この準位からピコ秒オーダーの寿命を持つ強い蛍光が発
する。またガラスマトリックス中のSiO2 含有量が
少ないため、溶融法で製造する場合でも低温で溶融でき
るので、熱力学的に半導体を高濃度に含有させることが
できる。
[Function] Since the nonlinear optical material of the present invention uses a glass matrix in which the molar ratio of B to Si is 1 or more, a small amount of B is mixed in the II-VI group compound semiconductor fine particles, which causes shallow donor levels. Because it increases the density of
Strong fluorescence with a lifetime on the order of picoseconds is emitted from this level. In addition, since the SiO2 content in the glass matrix is small, it can be melted at low temperatures even when manufactured by a melting method, so it is thermodynamically possible to contain a semiconductor at a high concentration.

【0010】また、本発明の非線形光学材料の製造方法
においては、スパッタリング法でII−VI族化合物半
導体微粒子の分散した酸化物ガラス薄膜を形成する過程
において、アルゴンガスに半導体成分となるガスと酸素
ガスとを混合してスパッタリングを行なうので、ガラス
組成、半導体微粒子組成ともに化学量論性の保たれた薄
膜状非線形光学材料を得ることができる。
[0010] Furthermore, in the method for manufacturing a nonlinear optical material of the present invention, in the process of forming an oxide glass thin film in which II-VI group compound semiconductor fine particles are dispersed by sputtering, argon gas is mixed with a gas that will become a semiconductor component and oxygen. Since sputtering is performed by mixing with a gas, it is possible to obtain a thin film-like nonlinear optical material in which the stoichiometry is maintained in both the glass composition and the semiconductor fine particle composition.

【0011】[0011]

【実施例】本発明の非線形光学材料のガラスマトリック
スは、SiO2 、B2 O3 およびZnOを必須成
分とし、Siに対するBのモル比が1以上である組成を
有する。このガラスの構成成分のうち、SiO2 は強
固なガラス骨格を形成し、優れた化学的耐久性と低い熱
膨張係数を有する。B2 O3 は溶融温度や融液の粘
性を下げるだけでなく、II−VI族化合物半導体微粒
子中にBとして微量混入する。ZnOは溶融中に半導体
成分が揮発するのを防ぐとともに、融液の粘性を下げ、
半導体成分の拡散を促進させる。なお溶融温度、粘性、
化学的耐久性、熱膨張係数を調節するため、Al2 O
3 やアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物な
どを添加してもよい。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The glass matrix of the nonlinear optical material of the present invention contains SiO2, B2 O3 and ZnO as essential components, and has a composition in which the molar ratio of B to Si is 1 or more. Among the constituent components of this glass, SiO2 forms a strong glass skeleton and has excellent chemical durability and a low coefficient of thermal expansion. B2O3 not only lowers the melting temperature and the viscosity of the melt, but also mixes in a trace amount as B in the II-VI group compound semiconductor fine particles. ZnO prevents semiconductor components from volatilizing during melting, lowers the viscosity of the melt, and
Promotes diffusion of semiconductor components. In addition, melting temperature, viscosity,
Al2O to adjust chemical durability and thermal expansion coefficient
3, alkali metal oxides, alkaline earth metal oxides, etc. may be added.

【0012】尚、Siに対するBのモル比を1以上とす
ることにより、II−VI族化合物半導体微粒子中に微
量のBが混入し、これが浅いドナー準位の密度を高める
ので、この準位からピコ秒オーダーの寿命を持つ強い蛍
光が発する。またガラスマトリックス中のSiO2 含
有量が少ないため、溶融法で製造する場合でも低温で溶
融できるので、熱力学的に半導体を高濃度に含有させる
ことができる。また、低温で溶融させて製造できるので
、揮発する成分が少なくなり、ガラス組成、半導体微粒
子組成ともに比較的化学量論性の保たれた薄膜状非線形
光学材料を得ることができる。Siに対するBのモル比
の上限については特に制限するものではないが通常3よ
り大きくしても目的とする深い準位からの発光の発光強
度に対するバンドギャップ近傍からの発光の発光強度の
比の向上がそれ以上大きくなりにくく経済的でないこと
と、B2 O3成分が余りに多すぎると耐水性が低下す
ることもあり、通常3以下で十分である。
[0012] By setting the molar ratio of B to Si to 1 or more, a small amount of B is mixed into the II-VI group compound semiconductor fine particles, which increases the density of the shallow donor level. It emits strong fluorescence with a lifetime on the order of picoseconds. In addition, since the SiO2 content in the glass matrix is small, it can be melted at low temperatures even when manufactured by a melting method, so it is thermodynamically possible to contain a semiconductor at a high concentration. Furthermore, since it can be manufactured by melting at a low temperature, the amount of volatile components is reduced, and a thin film-like nonlinear optical material can be obtained in which both the glass composition and the semiconductor fine particle composition maintain relatively stoichiometry. There is no particular restriction on the upper limit of the molar ratio of B to Si, but even if it is usually set higher than 3, it will improve the ratio of the emission intensity of emission from near the band gap to the emission intensity of emission from the target deep level. It is difficult for B2 O3 to become larger than that, making it uneconomical. If the B2 O3 component is too large, the water resistance may deteriorate, so 3 or less is usually sufficient.

【0013】ZnOの添加量については特に制限するわ
けではないが、ガラスマトリックス成分に対して5〜1
5重量%程度含有されていることが好ましい。分散させ
るII−VI族化合物半導体微粒子としては、CdS、
CdSe、CdSSe、ZnS、ZnSeなどが好まし
く、その他の半導体微粒子としては、CuCl、CuB
r、PbI2 、BiI3 などの金属ハロゲン化物が
好ましい。
There is no particular restriction on the amount of ZnO added, but it is 5-1% relative to the glass matrix component.
The content is preferably about 5% by weight. The II-VI group compound semiconductor fine particles to be dispersed include CdS,
CdSe, CdSSe, ZnS, ZnSe, etc. are preferable, and other semiconductor particles include CuCl, CuB
Metal halides such as r, PbI2, BiI3 are preferred.

【0014】非線形光学特性を発現させるためには、マ
トリックス中に分散した半導体微粒子の粒径は、100
オングストローム程度以下が好ましく、その含有量が多
いほど、大きな非線形光学効果を期待できる。以下本発
明の実施例について説明する。
In order to develop nonlinear optical properties, the particle size of the semiconductor fine particles dispersed in the matrix must be 100
It is preferably about angstroms or less, and the greater the content, the greater the nonlinear optical effect can be expected. Examples of the present invention will be described below.

【0015】実施例1 重量%組成でSiO2 :B2 O3 :ZnO:Al
2 O3 :K2 O:CaO=x:67−x:15:
4:10:4であるマトリックスガラス中にCdS微粒
子を分散させた非線形光学材料を作製した。(表1)に
作製したマトリックスガラスA〜Eのxの値とそのとき
のSiに対するBのモル比(以下Rとする)とを示す。
Example 1 SiO2 :B2O3 :ZnO:Al in weight % composition
2 O3 :K2 O:CaO=x:67-x:15:
A nonlinear optical material was prepared in which CdS fine particles were dispersed in a matrix glass having a ratio of 4:10:4. Table 1 shows the values of x of the matrix glasses A to E produced and the molar ratio of B to Si (hereinafter referred to as R).

【0016】[0016]

【表1】[Table 1]

【0017】作製は次の手順によった。上記A〜Eの組
成のガラス原材料粉末それぞれとCdS粉末とを充分に
混合し白金坩堝に入れ、1100〜1300℃で溶融し
た後、それぞれのガラス転移温度付近に加熱した金型に
流し出し、厚さ1mmの板状ガラスを得た。直ちにこの
ガラスをそれぞれの変形温度より10℃低い温度で2時
間熱処理し、CdSの微粒子を成長させた。
[0017] The production was performed according to the following procedure. Each of the glass raw material powders having the compositions A to E above and CdS powder are thoroughly mixed, placed in a platinum crucible, and melted at 1100 to 1300°C, then poured into a mold heated to around the respective glass transition temperature, and A sheet glass having a diameter of 1 mm was obtained. Immediately, this glass was heat-treated for 2 hours at a temperature 10° C. lower than each deformation temperature to grow CdS fine particles.

【0018】まず、それぞれのガラス中のCdSの最高
含有量を調べたところ、A組成で2重量%、Rが大きく
なるにつれて含有量も増え、E組成で6重量%まで含有
させることができた。以下、2重量%含有の試料で、特
性比較を行った。どのマトリックス組成においても、C
dS微粒子の平均粒径は30オングストロームであり、
バンドギャップは、バルクの値に比べて0.7eV ブ
ルーシフトしていることから、CdSが量子ドットとな
っていることを確かめた後、発光スペクトルを測定した
First, we investigated the maximum content of CdS in each glass, and found that it was 2% by weight in composition A, and the content increased as R increased, and it was possible to contain up to 6% by weight in composition E. . Below, characteristics were compared using samples containing 2% by weight. In any matrix composition, C
The average particle size of the dS fine particles is 30 angstroms,
The bandgap was blue-shifted by 0.7 eV compared to the bulk value, so after confirming that CdS was a quantum dot, the emission spectrum was measured.

【0019】深い準位からの発光の発光強度に対するバ
ンドギャップ近傍からの発光の発光強度の比(以下Pと
する)とRとの関係を図1に示した。AからBまではP
はほとんど増加しないが、Rが1を越えると急激に増加
して、EではAに比べてPは10倍以上に達した。また
、E組成で6重量%CdS を含有した試料では、2重
量%含有した試料に比べてPは3倍大きかった。
FIG. 1 shows the relationship between R and the ratio of the intensity of light emitted near the band gap to the intensity of light emitted from deep levels (hereinafter referred to as P). From A to B is P
Although it hardly increases, when R exceeds 1, it increases rapidly, and in E, P reached more than 10 times that in A. In addition, in the sample containing 6% by weight of CdS with composition E, P was three times larger than in the sample containing 2% by weight.

【0020】なお、CdS以外にも、II−VI族化合
物半導体微粒子としてCdSe、CdSSe、ZnS、
ZnSeを分散させることができ、Rが1以上で、Pは
急激に大きくなった。以上のことから、本発明の非線形
光学材料は、バンドギャップ近傍からの発光強度が大き
く、半導体微粒子含有量も多いことが示された。
[0020] In addition to CdS, as II-VI group compound semiconductor fine particles, CdSe, CdSSe, ZnS,
ZnSe could be dispersed, and when R was 1 or more, P rapidly increased. From the above, it was shown that the nonlinear optical material of the present invention has a high emission intensity near the band gap and a high content of semiconductor fine particles.

【0021】実施例2 実施例1の組成Eのマトリックスガラスを微粉砕した粉
末とCdS粉末とを混合した後、加圧成形して直径10
0mm、厚さ2mmのスパッタリング用ターゲットを作
製した。ターゲット中のCdS含有量は、8重量%であ
る。
Example 2 A powder obtained by finely pulverizing the matrix glass having the composition E of Example 1 and CdS powder was mixed and then pressure-molded to a diameter of 10 mm.
A sputtering target with a diameter of 0 mm and a thickness of 2 mm was prepared. The CdS content in the target is 8% by weight.

【0022】高周波マグネトロンスパッタ装置を用い、
ArとO2 とH2 Sの混合ガスでスパッタリングを
行い、石英ガラス基板上にCdS含有ガラス薄膜を形成
した。スパッタガス圧は2×10−2Torrとし、O
2 分圧、H2 S分圧をそれぞれ0.5 〜2×10
−3Torr、0.5 〜5×10−3Torrの範囲
で変化させたところ、この領域でマトリックスガラス中
の酸素イオンの欠損がなく、またCdとSの化学量論比
が0.98〜1.03である良質の薄膜が得られた。
[0022] Using a high frequency magnetron sputtering device,
Sputtering was performed using a mixed gas of Ar, O2, and H2S to form a CdS-containing glass thin film on a quartz glass substrate. The sputtering gas pressure was 2 x 10-2 Torr, and O
2 partial pressure and H2S partial pressure are each 0.5 to 2×10
-3 Torr, varied in the range of 0.5 to 5 x 10-3 Torr, there was no loss of oxygen ions in the matrix glass in this range, and the stoichiometric ratio of Cd and S was 0.98 to 1. A good quality thin film having a rating of 0.03 was obtained.

【0023】これを350℃で30分間熱処理し、Cd
Sの微粒子を成長させた。CdS含有量は8重量%、平
均粒径は20オングストロームであった。バンドギャッ
プはバルクの値に比べて1.2eV ブルーシフトして
おり、CdSが量子ドットとなっていることがわかった
。また、バンドギャップ近傍からの強い発光が観測され
た。 一方、2×10−2TorrのArガスのみでスパッタ
リングを行うと、マトリックスガラス中の酸素イオンが
欠損して膜が黒化し、光透過特性が低下するだけでなく
、ターゲットから経時的にSが蒸発していくために膜中
の微粒子でもSが不足し、スパッタリング時間の経過と
ともに化学量論比はCdS0.6 まで低下した。
[0023] This was heat-treated at 350°C for 30 minutes, and Cd
Fine particles of S were grown. The CdS content was 8% by weight and the average particle size was 20 angstroms. The bandgap was blue-shifted by 1.2 eV compared to the bulk value, indicating that CdS was a quantum dot. In addition, strong light emission near the band gap was observed. On the other hand, when sputtering is performed using only Ar gas at 2 x 10-2 Torr, oxygen ions in the matrix glass are depleted and the film becomes black, which not only reduces the light transmission properties but also causes S to evaporate from the target over time. As a result, even the fine particles in the film lacked S, and the stoichiometric ratio decreased to CdS0.6 as the sputtering time passed.

【0024】尚、CdS以外にも、ZnS、CdSe、
ZnSeの微粒子を含有した良質のガラス薄膜を、スパ
ッタガスをArとO2 の他に更にH2 S、あるいは
H2 Seを用いて作製することができた。以上のこと
から、本発明のように、スパッタガスとしてアルゴンガ
スと半導体成分となるガスと酸素ガスとを混合すると、
ガラス組成、半導体微粒子組成ともに化学量論性の保た
れた薄膜状非線形光学材料を得ることができる。
[0024] In addition to CdS, ZnS, CdSe,
A high-quality glass thin film containing ZnSe fine particles could be produced by using H2S or H2Se as a sputtering gas in addition to Ar and O2. From the above, when mixing argon gas as a sputtering gas, a semiconductor component gas, and oxygen gas as in the present invention,
It is possible to obtain a thin film-like nonlinear optical material in which both the glass composition and the semiconductor fine particle composition maintain stoichiometry.

【0025】尚、半導体成分となる元素を含むガスとし
ては、半導体成分を構成する元素のうち特に蒸発や昇華
などで失われやすい成分を含むガスを供給することが好
ましい。
[0025] As the gas containing the elements constituting the semiconductor component, it is preferable to supply a gas containing a component that is particularly easily lost by evaporation or sublimation among the elements constituting the semiconductor component.

【0026】実施例3 実施例1で作製した組成EのCdS微粒子分散ガラスを
厚さ200μmに研磨し、2枚の外部鏡ではさんで共振
器を形成し、光双安定素子とした。また、実施例2で作
製した厚さ100μmのCdS微粒子分散ガラス薄膜を
用いて、同様の光双安定素子を構成した。
Example 3 The CdS microparticle-dispersed glass of composition E produced in Example 1 was polished to a thickness of 200 μm and sandwiched between two external mirrors to form a resonator to form an optical bistable device. Further, a similar optical bistable device was constructed using the 100 μm thick CdS fine particle dispersed glass thin film produced in Example 2.

【0027】これらの素子にそれぞれ波長398nm 
、344nm のレーザ光をスポット径5μmで入射さ
せ、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、それぞれ双安定特性を示した。 以上の結果から本発明の非線形光学材料は、高速光スイ
ッチとしての応用が可能であり、また他の非線形光学特
性を応用した素子としても適用できる効果がある。
Each of these elements has a wavelength of 398 nm.
, 344 nm laser light is incident with a spot diameter of 5 μm, and the relationship between the intensity of the incident light and the intensity of the emitted light is measured at room temperature (25°C).
), each exhibited bistable characteristics. From the above results, the nonlinear optical material of the present invention can be applied as a high-speed optical switch, and also has the effect of being applicable as an element applying other nonlinear optical characteristics.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明は、バンドギャップ近傍の浅いド
ナー準位からの発光強度が大きく、高濃度でII−VI
族化合物半導体微粒子を分散含有する大きな非線形光学
効果を有する非線形光学材料を提供し得る。また、本発
明の製造方法の発明においては、ガラス組成、半導体微
粒子組成ともに化学量論性の保たれた良好な非線形光学
効果を有する非線形光学材料の製造方法を提供し得る。
Effects of the Invention The present invention has a large emission intensity from a shallow donor level near the band gap, and a high concentration of II-VI.
A nonlinear optical material having a large nonlinear optical effect containing dispersed group compound semiconductor fine particles can be provided. Further, in the manufacturing method of the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a nonlinear optical material having good nonlinear optical effects in which both the glass composition and the semiconductor fine particle composition maintain stoichiometry.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】本発明実施例1で作製した非線形光学材料にお
ける、深い準位からの発光の発光強度に対するバンドギ
ャップ近傍からの発光の発光強度の比Pとガラスマトリ
ックス中のSiに対するBのモル比Rとの関係を示すグ
ラフである。
FIG. 1: Ratio P of the intensity of light emitted from near the band gap to the intensity of light emitted from deep levels and the molar ratio of B to Si in the glass matrix in the nonlinear optical material produced in Example 1 of the present invention. It is a graph showing the relationship with R.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  SiO2 、B2 O3 およびZn
Oを必須成分とし、Siに対するBのモル比が1以上で
あるガラスマトリックスにII−VI族化合物半導体微
粒子が分散されて成る非線形光学材料。
[Claim 1] SiO2, B2 O3 and Zn
A nonlinear optical material comprising II-VI group compound semiconductor fine particles dispersed in a glass matrix containing O as an essential component and having a molar ratio of B to Si of 1 or more.
【請求項2】  スパッタリング法でII−VI族化合
物半導体微粒子の分散した酸化物ガラス薄膜を形成する
過程において、アルゴンガスにII−VI族化合物半導
体成分となるガスと酸素ガスとを混合してスパッタリン
グを行なわせることを特徴とするガラスマトリックスに
II−VI族化合物半導体微粒子が分散されてなる非線
形光学材料の製造方法。
2. In the process of forming an oxide glass thin film in which II-VI group compound semiconductor fine particles are dispersed by a sputtering method, sputtering is performed by mixing a gas that will become a II-VI group compound semiconductor component with argon gas and oxygen gas. 1. A method for producing a nonlinear optical material comprising II-VI group compound semiconductor fine particles dispersed in a glass matrix.
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