JPH0618947A - Nonlinear optical thin film - Google Patents

Nonlinear optical thin film

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Publication number
JPH0618947A
JPH0618947A JP17791792A JP17791792A JPH0618947A JP H0618947 A JPH0618947 A JP H0618947A JP 17791792 A JP17791792 A JP 17791792A JP 17791792 A JP17791792 A JP 17791792A JP H0618947 A JPH0618947 A JP H0618947A
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JP
Japan
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thin film
glass
nonlinear optical
fine particles
optical thin
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Application number
JP17791792A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaru Yoshida
勝 吉田
Yoshio Manabe
由雄 真鍋
Ichiro Tanahashi
一郎 棚橋
Tsuneo Mitsuyu
常男 三露
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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 provide a nonlinear optical thin film contg. fine semiconductor particles having a uniform particle diameter dispersed uniformly in glass at high density and having high tertiary nonlinear optical sensitivity. CONSTITUTION:When fine semiconductor particles 12 and glass 11 are alternately deposited on a substrate 13 to obtain a nonlinear optical thin film, the height (a) of the fine semiconductor particles per one period 14 and the height (b) of the glass per one period are allowed to satisfy the relation of 0.5mm<=a<=10 mm and b/2<=a<=4b. For example, fine CdSe particles and quartz glass are alternately sputtered 500 times with 2nm height (a) and 2nm height (b) and they are heat-treated at 400 deg.C for 10min to obtain the objective nonlinear optical thin film satisfying *=6mum10<-7>esu.

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
た光デバイスに用いられる非線形光学薄膜に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonlinear optical thin film used in an optical device utilizing the nonlinear optical effect.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の技術としては、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(Journal of Optical Society of
America 73, 647(1983)) に記載されているCdSx
1-x をホウケイ酸ガラスに分散したフィルタガラスが
ある。このフィルタガラスは粒径1 〜10nmのCdSx
1-x 微粒子をホウケイ酸ガラス材料に2重量%程度分
散させたものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, as this type of technology, for example, Journal of Optical Society of America, Vol. 73, p. 647 (Journal of Optical Society of
CdS x S described in America 73, 647 (1983))
There is a filter glass in which e 1-x is dispersed in borosilicate glass. This filter glass is made of CdS x S with a particle size of 1-10 nm.
e 1-x fine particles are dispersed in a borosilicate glass material in an amount of about 2% by weight.

【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(Journal of Applied Phys
ics 63, 957(1988))に示されているようなCdS 微粒子分
散ガラス薄膜がある。このガラス薄膜はタ−ゲットにCd
S ペレットを載せたコ−ニング社製“7059ガラス”(B
a含有ホウケイ酸ガラス)を用いて、アルゴンガス中で
高周波マグネトロンスパッタリング法により製造したも
ので、“7059ガラス”中にCdS を2 〜4 重量%分散させ
たものである。
In addition, the Journal of Applied Physics, Vol. 63, page 957 (Journal of Applied Phys
There is a CdS fine particle dispersed glass thin film as shown in ics 63, 957 (1988)). This glass thin film is Cd on the target
Corning "7059 glass" (B
a) -containing borosilicate glass) and produced by high frequency magnetron sputtering in argon gas, in which 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】従来の半導体微粒子分
散ガラスでは、半導体微粒子の分散量は2重量%程度で
あり、非線形光学特性の指標となる3次の非線形光学感
受率χ(3) の値は10-1 1 esu 程度である。このχ(3)
の値を大きくするために、半導体微粒子の分散量を増や
す試みがなされている。
In the conventional semiconductor fine particle-dispersed glass, the amount of semiconductor fine particles dispersed is about 2% by weight, and the value of the third-order nonlinear optical susceptibility χ (3) , which is an index of nonlinear optical characteristics, is obtained. is 10 -1 1 esu about. This χ (3)
Attempts have been made to increase the dispersion amount of semiconductor fine particles in order to increase the value of.

【0005】しかしながら、フィルタガラスの製造に見
られるようなバルクにおける製造方法では、1200℃
以上の高温で溶融する必要があるために、半導体成分の
種類により揮発、分解または酸化が生じやすく分散でき
る半導体に制限がある。特に、融点の低い材料では通
常、揮発、分解または酸化されるので、致命的である。
また、かかる高温では揮発が生じやすく分散量が制限さ
れるので、例えばCdS x Se1-x をホウケイ酸ガラス
に2〜4重量%以上均一に分散させることは困難であ
る。このような問題を解決し、半導体微粒子の分散量を
増やす方法として、溶融温度をなるべく低くすることが
できるガラス組成の探索が行われている。
However, in the manufacture of filter glass
In bulk manufacturing method, such as 1200 ℃
Because of the need to melt at higher temperatures,
Can be easily volatilized, decomposed or oxidized depending on the type and can be dispersed
There are restrictions on semiconductors. Especially for low melting point materials.
It is fatal because it is usually volatilized, decomposed or oxidized.
At such high temperatures, volatilization is likely to occur and the amount of dispersion is limited.
Therefore, for example, CdS xSe1-xBorosilicate glass
It is difficult to uniformly disperse 2 to 4% by weight or more
It This kind of problem is solved and the dispersion amount of semiconductor particles is reduced.
As a way to increase it, lower the melting temperature as much as possible.
The search for possible glass compositions is ongoing.

【0006】薄膜の場合は半導体微粒子の種類や分散量
に対する制限がバルクに比較して少なく、CdSe微粒子を
石英ガラス中に10%以上分散させることが可能である。
しかしながら、半導体微粒子の粒径のばらつきが大きい
という問題がある。基板の加熱を行うことにより、粒径
のばらつきを小さくすることがある程度可能であるが、
まだ現在のところ不十分である。さらに、分散量を増や
すにつれて半導体微粒子の粒径が大きくなるとともに、
隣り合った半導体微粒子同志がくっつくなど粒径のばら
つきが大きくなり、ガラス中に粒径の揃った半導体微粒
子を高濃度で均一に分散させることは困難である。粒径
のばらつきが大きくなると、各微粒子による出力光の非
線形特性がばらつき、変換効率の低い非線形光学薄膜と
なってしまう。
In the case of a thin film, there are less restrictions on the type and dispersion amount of semiconductor fine particles than in bulk, and it is possible to disperse CdSe fine particles in silica glass by 10% or more.
However, there is a problem that the particle size of the semiconductor fine particles varies greatly. By heating the substrate, it is possible to reduce variations in particle size to some extent.
It is still insufficient at present. Furthermore, as the dispersion amount increases, the particle size of the semiconductor fine particles increases,
It is difficult to uniformly disperse the semiconductor fine particles having a uniform particle size in the glass at a high concentration because the dispersion of the particle size becomes large such that adjacent semiconductor fine particles stick to each other. If the variation in particle size becomes large, the nonlinear characteristics of the output light due to each fine particle will vary, resulting in a nonlinear optical thin film with low conversion efficiency.

【0007】本発明は、ガラス中に粒径の揃った半導体
微粒子を均一にしかも高濃度に分散させることができ、
従来に比べて3次の非線形光学感受率が大きい非線形光
学薄膜を提供することを目的とする。
According to the present invention, semiconductor fine particles having a uniform particle size can be uniformly dispersed in glass at a high concentration,
An object of the present invention is to provide a non-linear optical thin film having a third-order non-linear optical susceptibility higher than that of a conventional one.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の非線形光学薄膜は、基板上に、半導体微粒
子とガラスとが交互に堆積させれて形成された非線形光
学薄膜において、堆積1周期当りの半導体微粒子の高さ
aと、1周期当りのガラスの高さbとが、 0.5nm≦a≦10nm、 b/2≦a≦4b の関係を満たすことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the nonlinear optical thin film of the present invention is a nonlinear optical thin film formed by alternately depositing semiconductor fine particles and glass on a substrate. The height a of the semiconductor fine particles per one cycle and the height b of the glass per one cycle satisfy the relations of 0.5 nm ≦ a ≦ 10 nm and b / 2 ≦ a ≦ 4b.

【0009】前記非線形光学薄膜においては、当該非線
形光学薄膜が更に熱処理されてなる非線形光学薄膜であ
ることが好ましい。
In the nonlinear optical thin film, it is preferable that the nonlinear optical thin film is further subjected to heat treatment.

【0010】[0010]

【作用】本発明における非線形光学薄膜は、基板に到達
した蒸着粒子が薄膜を形成する前段階に形成される物質
が微粒子であることを利用したものである。この微粒子
は条件を選択することにより、基板上に、粒径をそろえ
て均一に分散させることができる。しかも、半導体微粒
子とガラスとが交互に堆積して非線形光学薄膜とした場
合の堆積1周期当りの半導体微粒子の高さaと、1周期
当りのガラスの高さbはb/2≦a≦4bの関係を満た
すことにより、粒径を揃えた状態で高濃度に基板上に分
布させることができる。aが4bよりも大きくなると半
導体微粒子が連続的になる確率が非常に高くなり、aが
b/2よりも小さくなると半導体微粒子の分散量が減
り、3次の非線形光学感受率が極端に小さくなるため、
aはb/2以上であるように設定されているのである。
半導体微粒子の大きさは、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顕著に現れる程度に小さい
ことが必要であり、具体的大きさは半導体の種類によっ
て異なるが通常1nm〜30nm程度の大きさが適当で
ある。aの値を0.5nm〜10nmの範囲にする事に
より、ガラスマトリックス中に分散された半導体微粒子
の大きさを上記のような範囲に調整することができる。
このような構造とすることにより、ガラス中に粒径の揃
った半導体微粒子を高濃度で均一に分散させた半導体微
粒子分散ガラス薄膜にすることができるため、3次の非
線形光学感受率の大きな材料が得られる。
The non-linear optical thin film in the present invention utilizes the fact that the vapor-deposited particles that reach the substrate are fine particles that are formed before the thin film is formed. By selecting the conditions, the fine particles can be uniformly dispersed with a uniform particle size on the substrate. Moreover, when the semiconductor fine particles and the glass are alternately deposited to form a nonlinear optical thin film, the height a of the semiconductor fine particles per one cycle of deposition and the height b of the glass per cycle are b / 2 ≦ a ≦ 4b. By satisfying the relationship of, it is possible to distribute the particles on the substrate in a high concentration with the particle diameters made uniform. If a is larger than 4b, the probability that the semiconductor fine particles are continuous becomes extremely high, and if a is smaller than b / 2, the dispersion amount of the semiconductor fine particles is reduced and the third-order nonlinear optical susceptibility is extremely reduced. For,
a is set to be b / 2 or more.
The size of the semiconductor particles needs to be larger than the Bohr radius of excitons and small enough to cause the quantum size effect to appear remarkably. The specific size depends on the type of semiconductor, but is usually about 1 nm to 30 nm. The size of is appropriate. By setting the value of a within the range of 0.5 nm to 10 nm, the size of the semiconductor fine particles dispersed in the glass matrix can be adjusted within the above range.
With such a structure, a semiconductor fine particle-dispersed glass thin film in which semiconductor fine particles having a uniform particle size are uniformly dispersed in glass at a high concentration can be obtained, so that a material having a large third-order nonlinear optical susceptibility Is obtained.

【0011】また、前記非線形光学薄膜においては、当
該非線形光学薄膜が更に熱処理されてなる非線形光学薄
膜であることが好ましい態様とすることにより、半導体
微粒子の結晶性が向上し、3次の非線形光学感受率をよ
り一層向上させることができる。
In the non-linear optical thin film, it is preferable that the non-linear optical thin film is a non-linear optical thin film formed by further heat treatment, so that the crystallinity of the semiconductor fine particles is improved and the third-order non-linear optical film is formed. The susceptibility can be further improved.

【0012】[0012]

【実施例】図1は本発明にかかる非線形光学薄膜の断面
構造を模式的に示したものである。図1中、11は半導体
微粒子、12はガラス、13は基板である。また、14は堆積
1周期の単位を示したものである。図2は、図1の部分
拡大図であり、図2中aは1周期当りの半導体微粒子の
高さ、bは1周期当りのガラスの高さを示している。
1 is a schematic view showing the cross-sectional structure of a nonlinear optical thin film according to the present invention. In FIG. 1, 11 is semiconductor fine particles, 12 is glass, and 13 is a substrate. Further, 14 indicates a unit of one deposition cycle. 2 is a partially enlarged view of FIG. 1. In FIG. 2, a indicates the height of semiconductor fine particles per cycle, and b indicates the height of glass per cycle.

【0013】本発明における非線形光学薄膜は、半導体
微粒子とガラスとを交互に堆積させた構造から構成され
ており、1周期当りの半導体微粒子の高さaと、1周期
当りのガラスの高さbはb/2≦a≦4bの関係を満た
す事が必要である。高さaが4bよりも大きくなると半
導体微粒子が連続的に成長する確率が高くなり、微粒子
の粒径が大きくなりすぎるため好ましくない。従って4
bよりも小さい方が好ましい。またaがb/2よりも小
さくなると半導体微粒子の分散量が減り、3次の非線形
光学感受率が極端に小さくなるため、aはb/2以上で
あることが好ましい。半導体微粒子の大きさは、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顕著
に現れる程度に小さいことが必要であり、具体的大きさ
は半導体の種類によって異なるが通常1nm〜30nm
程度の大きさが適当である。本発明のような堆積薄膜に
おいては、蒸着やスパッタリングなどの方法による半導
体微粒子の堆積においては、堆積微粒子の高さは一般に
その直角方向の幅よりも小さくなるので、aの値を0.
5nm〜10nmの範囲にする事により、ガラスマトリ
ックス中に分散された半導体微粒子の大きさを上記のよ
うな範囲に調整することができる。
The nonlinear optical thin film according to the present invention has a structure in which semiconductor particles and glass are alternately deposited, and the height a of the semiconductor particles per cycle and the height b of the glass per cycle are included. Must satisfy the relationship of b / 2 ≦ a ≦ 4b. If the height a is larger than 4b, the probability that the semiconductor fine particles continuously grow increases, and the particle size of the fine particles becomes too large, which is not preferable. Therefore 4
It is preferably smaller than b. When a is smaller than b / 2, the amount of semiconductor fine particles dispersed is reduced, and the third-order nonlinear optical susceptibility is extremely small. Therefore, a is preferably b / 2 or more. The size of the semiconductor fine particles must be larger than the Bohr radius of the excitons and small enough to cause the quantum size effect to appear remarkably. The specific size is usually 1 nm to 30 nm although it varies depending on the type of semiconductor.
The size is appropriate. In the deposited thin film according to the present invention, the height of the deposited fine particles is generally smaller than the width in the perpendicular direction when the semiconductor fine particles are deposited by a method such as vapor deposition or sputtering.
By adjusting the size in the range of 5 nm to 10 nm, the size of the semiconductor fine particles dispersed in the glass matrix can be adjusted within the above range.

【0014】真空蒸着やスパッタリングにおいては、一
般的に、基板に到達した蒸着粒子は薄膜を形成する前
に、まず微粒子状に堆積が生じる。この微粒子は粒径が
揃っており、条件を選択することにより、基板上に均一
に分布させることができる。
In vacuum vapor deposition or sputtering, generally, vapor deposition particles that have reached a substrate are first deposited in the form of fine particles before forming a thin film. The particles have a uniform particle size, and can be uniformly distributed on the substrate by selecting the conditions.

【0015】薄膜製造時の基板温度によって、半導体微
粒子の粒径や分散状態は異なっており、基板温度が低い
ほうが半導体微粒子の粒径は小さい。しかし、あまりに
基板温度が低いと半導体微粒子の結晶性が悪くなるの
で、本発明においては、真空蒸着ないしスパッタリング
法により堆積薄膜を形成する場合の基板温度としては-5
0 ℃〜250 ℃が好ましい。また、堆積薄膜製造後前記薄
膜を熱処理すると、半導体微粒子の結晶性が向上し、3
次の非線形光学感受率も大きくなることがわかった。こ
の場合の熱処理温度としては、およそ300 ℃〜700 ℃の
範囲が好ましく、また、熱処理の時間は、結晶性が向上
するが粒成長がすすまない時間に設定するのが好まし
い。例えば、基板温度100℃で製造したCdSe微粒
子分散ガラス薄膜では、400℃、10分程度が適当で
あった。
The particle size and dispersion state of the semiconductor fine particles differ depending on the substrate temperature at the time of manufacturing the thin film. The lower the substrate temperature, the smaller the particle size of the semiconductor fine particles. However, if the substrate temperature is too low, the crystallinity of the semiconductor fine particles deteriorates. Therefore, in the present invention, the substrate temperature in the case of forming a deposited thin film by vacuum deposition or sputtering is -5.
0 ° C to 250 ° C is preferable. Further, if the thin film is heat-treated after the deposited thin film is manufactured, the crystallinity of the semiconductor fine particles is improved,
It was found that the following nonlinear optical susceptibility also increases. In this case, the heat treatment temperature is preferably in the range of about 300 ° C. to 700 ° C., and the heat treatment time is preferably set to a time at which crystallinity improves but grain growth does not proceed. For example, for a CdSe fine particle-dispersed glass thin film manufactured at a substrate temperature of 100 ° C., 400 ° C. for about 10 minutes was suitable.

【0016】用いられる半導体微粒子としては、CuCl,C
uBr 等のI−VII 族化合物半導体、CdS,CdSe,CdO,CdTe,
ZnSe,ZnO,ZnTe,HgTe,CdSSe,HgCdTe 等のII−VI族化合物
半導体、GaAs,GaN,GaP,GaSb,InAs,InP,InSb,GaAlAs,InA
lAs 等のIII −V族化合物半導体、あるいはSi、Ge等の
IV族半導体が好ましい。
The semiconductor particles used are CuCl, C
I-VII group compound semiconductors such as uBr, CdS, CdSe, CdO, CdTe,
II-VI group compound semiconductors such as ZnSe, ZnO, ZnTe, HgTe, CdSSe, HgCdTe, GaAs, GaN, GaP, GaSb, InAs, InP, InSb, GaAlAs, InA
III-V group compound semiconductors such as lAs, or Si, Ge, etc.
Group IV semiconductors are preferred.

【0017】また、ガラスとしては、特に制限するもの
ではないが、石英ガラス(SiO2)やホウケイ酸ガラ
スなどが好適である。また、前記したスパッタリングや
真空蒸着法で、前記半導体微粒子とガラスを交互に基板
上に堆積する場合、基板としては、光学的に透明な基板
が好ましく、例えば、石英ガラス(SiO2 )やホウケ
イ酸ガラスなどが好適である。
The glass is not particularly limited, but quartz glass (SiO 2 ) and borosilicate glass are suitable. When the semiconductor particles and the glass are alternately deposited on the substrate by the above-mentioned sputtering or vacuum evaporation method, the substrate is preferably an optically transparent substrate, for example, quartz glass (SiO 2 ) or borosilicate. Glass or the like is suitable.

【0018】スパッタリングにより本発明の薄膜を形成
する場合、真空室内に導入されるアルゴンなどの不活性
ガスの圧力は、通常0.1〜10Pa程度の範囲から、
各種条件に応じて適宜の圧力にして用いられる。基板温
度は前述の範囲が用いられるが、200℃以下の方が粒
子径を小さくできるので好ましく、通常室温で行うの
が、簡便である。また、ガラスターゲットへの入力電力
は特に制限するものではないが通常50W〜1KW程
度、また半導体ターゲットへの入力電力は特に制限する
ものではないが通常10W〜100W程度が用いられ
る。
When the thin film of the present invention is formed by sputtering, the pressure of the inert gas such as argon introduced into the vacuum chamber is usually in the range of 0.1 to 10 Pa,
It is used at an appropriate pressure according to various conditions. Although the substrate temperature is within the above range, it is preferably 200 ° C. or lower because the particle size can be made smaller, and it is usually convenient to carry out at room temperature. The input power to the glass target is not particularly limited but is usually about 50 W to 1 kW, and the input power to the semiconductor target is not particularly limited and is usually about 10 W to 100 W.

【0019】本発明の薄膜形成の周期の数は、特に制限
するものではなく、各周期の厚みをどの位にするかによ
って異なるが、最終的にトータルの薄膜の厚さは通常
0.1μ以上にすることが好ましいので、およそ周期の
数としては20周期以上程度になる。
The number of cycles for forming the thin film of the present invention is not particularly limited and varies depending on the thickness of each cycle, but the final total thickness of the thin film is usually 0.1 μm or more. Therefore, the number of cycles is about 20 or more.

【0020】本発明の製造方法の具体的な実施例につい
て述べる。図3に2元スパッタリング装置の概略図を示
す。ただし、この装置の外周を覆う真空室外壁や電源な
どは、通常のスパッタリング装置と同等なので図示を省
略している。スパッタリングターゲット23は石英ガラス
23a とCdSe23b で構成した。図の21は基板、22はヒ
ーターである。基板とターゲットの間にシャッター24
(24a が石英ガラス用のシャッター、24b がCdSe用
のシャッター)を配置しており、シャッターの開閉によ
り、基板に照射する元素をかえられる。シャッターの開
閉時間によって蒸着粒子の1周期当りの高さをかえるこ
とができる。図の25a 、25b はシャッターの回転軸であ
る。基板21には石英ガラスを用いた。
Specific examples of the manufacturing method of the present invention will be described. FIG. 3 shows a schematic diagram of a two-component sputtering apparatus. However, the outer wall of the vacuum chamber that covers the outer periphery of this apparatus, the power source, and the like are the same as those in a normal sputtering apparatus, and therefore are not shown. The sputtering target 23 is quartz glass.
23a and CdSe23b. In the figure, 21 is a substrate and 22 is a heater. Shutter 24 between substrate and target
(24a is a shutter for quartz glass, and 24b is a shutter for CdSe) are arranged, and the element for irradiating the substrate can be changed by opening and closing the shutter. The height of vapor deposition particles per cycle can be changed by opening and closing the shutter. In the figure, 25a and 25b are the rotation axes of the shutter. Quartz glass was used for the substrate 21.

【0021】アルゴン雰囲気中でガス圧1Pa、基板温
度は50℃とし、石英ガラスターゲット23a への入力電
力は200W、CdSeターゲット23b への入力電力は
30Wとした。
In an argon atmosphere, the gas pressure was 1 Pa, the substrate temperature was 50 ° C., the input power to the quartz glass target 23a was 200 W, and the input power to the CdSe target 23b was 30 W.

【0022】まず、基板21表面の荒れをSiO2 膜で覆
って平坦にするために、石英ガラスターゲット23a のシ
ャッター24a けて基板21にSiO2 膜を100nm堆積
させた。次にCdSeターゲット23b のシャッター24b
を開けて、CdSe微粒子を堆積させた。CdSe微粒
子は時間が経つにつれて急激に増加するとともに、微粒
子の大きさが大きくなっていく。半導体微粒子の高さが
2nmになったところでシャッター24b を閉じ、石英ガ
ラスターゲット23a のシャッター24a を開けて、SiO
2 膜を約2nm堆積させた。SiO2 とCdSeを基板
21に交互に照射する操作を繰り返すことにより、CdS
e微粒子とSiO2 膜とが交互に堆積した構造の薄膜を
形成した。この操作を500回繰り返して約2μm の非
線形光学薄膜を製造した。この薄膜中のCdSeのドー
プ量は25体積%であった。
First, in order to cover the surface of the substrate 21 with the SiO 2 film to make it flat, an SiO 2 film was deposited to 100 nm on the substrate 21 by the shutter 24a of the quartz glass target 23a. Next, the shutter 24b of the CdSe target 23b
Opened to deposit CdSe fine particles. The CdSe fine particles rapidly increase with time and the size of the fine particles increases. When the height of the semiconductor particles reaches 2 nm, the shutter 24b is closed, the shutter 24a of the quartz glass target 23a is opened, and the SiO 2
Two films were deposited to about 2 nm. Substrate made of SiO 2 and CdSe
By repeating the operation of alternately irradiating 21, CdS
e A thin film having a structure in which fine particles and SiO 2 films were alternately deposited was formed. This operation was repeated 500 times to produce a nonlinear optical thin film of about 2 μm. The doping amount of CdSe in this thin film was 25% by volume.

【0023】この薄膜の光吸収スペクトルを測定したと
ころ図4の31に示すようなスペクトルが得られた。これ
から求めたバンドギャップはバルクの半導体に比べ0.3e
V ブルーシフトしていることから半導体が量子ドットに
なっていることがわかった。この薄膜の3次の非線形光
学感受率χ(3) を縮退4光波混合法により室温において
測定したところ、波長575nmにおけるχ(3) は3×
10-7esu であった。
When the light absorption spectrum of this thin film was measured, a spectrum as shown at 31 in FIG. 4 was obtained. The bandgap obtained from this is 0.3e compared to the bulk semiconductor.
The V blue shift revealed that the semiconductor is a quantum dot. The third-order nonlinear optical susceptibility χ (3) of this thin film was measured at room temperature by the degenerate four-wave mixing method. Χ (3) at a wavelength of 575 nm was 3 ×
It was 10 -7 esu.

【0024】この薄膜を大気中で400℃、10分間熱
処理することにより、図4の32に示すような575nm
付近に肩を持つ構造が得られた。この事から、CdSe
の微粒子の粒子径分布が小さくなっていることがわか
る。この薄膜の波長575nmにおけるχ(3) は6×1
-7esu であった。以上より、熱処理をした薄膜の方が
χ(3) が大きくなっている。これは熱処理によって微粒
子の結晶性が向上するためであると考えられる。
By heat-treating this thin film at 400 ° C. for 10 minutes in the atmosphere, 575 nm as shown by 32 in FIG.
A structure with a shoulder in the vicinity was obtained. From this, CdSe
It can be seen that the particle size distribution of the fine particles is smaller. Χ (3) at wavelength 575nm of this thin film is 6 × 1
It was 0 -7 esu. From the above, χ (3) is larger in the heat-treated thin film. It is considered that this is because the crystallinity of the fine particles is improved by the heat treatment.

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明の非線形光学薄膜は、ガラス中に
粒径の揃った半導体微粒子を均一にしかも高濃度に分散
させることができ、従来に比べて3次の非線形光学感受
率が大きい非線形光学薄膜を提供できる。
The non-linear optical thin film of the present invention can disperse semiconductor fine particles having a uniform particle size in glass uniformly and in a high concentration, and has a third-order non-linear optical susceptibility larger than that of the conventional one. An optical thin film can be provided.

【0026】また、前記非線形光学薄膜が更に熱処理さ
れてなる非線形光学薄膜である好ましい態様とすること
により、半導体微粒子の結晶性が向上し、3次の非線形
光学感受率がより一層向上した非線形光学薄膜が提供で
きる。
Further, by adopting a preferred embodiment in which the non-linear optical thin film is a non-linear optical thin film further heat-treated, the crystallinity of the semiconductor fine particles is improved, and the third-order non-linear optical susceptibility is further improved. A thin film can be provided.

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

【図1】本発明の非線形光学薄膜の断面構造の模式図。FIG. 1 is a schematic diagram of a cross-sectional structure of a nonlinear optical thin film of the present invention.

【図2】図1の部分拡大図。FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG.

【図3】本発明の一実施例で用いた2元スパッタリング
装置の概略図。
FIG. 3 is a schematic view of a binary sputtering apparatus used in an example of the present invention.

【図4】本発明の一実施例の非線形光学薄膜の光吸収特
性を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing light absorption characteristics of a nonlinear optical thin film according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 半導体微粒子 12 ガラス 13 基板 14 堆積1周期の単位 21 基板 22 ヒーター 23 ターゲット 23a 石英ガラスターゲット、 23b CdSeターゲット 24、24a 、24b シャッター 25a 、25b シャッターの回転軸 31 熱処理前のスペクトル 32 熱処理後のスペクトル 11 Semiconductor fine particles 12 Glass 13 Substrate 14 Unit of one cycle of deposition 21 Substrate 22 Heater 23 Target 23a Quartz glass target, 23b CdSe target 24, 24a, 24b Shutter 25a, 25b Shutter axis 31 Spectrum before heat treatment 32 Spectrum after heat treatment

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三露 常男 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tsuneo Mikuro 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に、半導体微粒子とガラスとが交
互に堆積されて形成された非線形光学薄膜において、堆
積1周期当りの半導体微粒子の高さaと、1周期当りの
ガラスの高さbとが、 0.5nm≦a≦10nm、 b/2≦a≦4b の関係を満たすことを特徴とする非線形光学薄膜。
1. In a nonlinear optical thin film formed by alternately depositing semiconductor particles and glass on a substrate, the height a of semiconductor particles per deposition cycle and the height b of glass per cycle are set. And satisfying the relations of 0.5 nm ≦ a ≦ 10 nm and b / 2 ≦ a ≦ 4 b.
【請求項2】 半導体微粒子とガラスとが交互に堆積さ
れて形成された請求項1記載の非線形光学薄膜が、更に
熱処理された非線形光学薄膜である請求項1記載の非線
形光学薄膜。
2. The nonlinear optical thin film according to claim 1, wherein the nonlinear optical thin film according to claim 1, which is formed by alternately depositing semiconductor fine particles and glass, is a nonlinear optical thin film that has been further heat-treated.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009115775A (en) * 2007-10-16 2009-05-28 Jfe Steel Corp Indenter, method and system for measuring bracing rigidity
WO2014069518A1 (en) 2012-11-05 2014-05-08 Jfeスチール株式会社 Method and apparatus for measuring dynamic stretch rigidity of outer panel of automobile component

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