JPS6030877Y2 - 非晶質半導体可逆光記憶素子 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は光学的又は熱的手段によって可逆的にしかも簡
単に記憶の書き換えが可能な非晶質半導体を用いた光記
憶素子に関するものである。

例えば三硫化砒素（ＡＳ２Ｓ３）、ゲルマニウム・砒素
・硫黄・セレン（Ｇｅ１゜ＡＳ４ｏＳ２．Ｓｅ２．）等
で構成した非晶質半導体は、第１図に示す如く横軸に光
波長丸を、縦軸に光透過率Ｔをとったグラフにおいて、
加熱処理した後の光透過特性は曲線Ａで、また光照射処
理した後の光透過特性は曲線Ｂで表わされる。

このグラフから明らかなように光照射処理をした後には
、基礎吸収端が長波長側へ移動し、加熱処理をした後は
基礎吸収端が短波長側に移動すると共に光照射処理によ
り屈折率が大きくなり、加熱処理により屈折率が小さく
なる現象が可逆的に生起されることが知られており、こ
の現象は特に光照射処理をした後においては透過率が減
少する点を捉えて光点化（Ｐｈｏｔｏ Ｄａｒｋｅｎｉ
ｎｇ）現象とよばれている。

このような非晶質半導体の光点化現象を光記憶素子に利
用することが既に行われており、従来の非晶質半導体可
逆光記憶素子（以下単に従来素子という）としては第３
図に示す如くガラス等の材料で形成された可視光を透過
する透光性基板１上に順次、Ｃｅ０２（酸化セリウム、
屈折率ｎ＝２．３）、Ｔｉ０２（二酸化チタン、ｎ＝２
．３）等の高屈折率物質３２ａとＭｇＦ２（フッ化マグ
ネシウム、ｎ＝１．３８）、５ｉｎ２（二酸化シリコン
、ｎ ＝ １．４６）等の低屈折率物質３２ａとを７層
にわたって交互に重ねてなる交互層３２と、光照射処理
又は加熱処理によって基礎吸収端が長波長側、又は短波
長側へ可逆的に移動する非晶質半導体層３３と、前記交
互層３２と同様に屈折率物質３４ｂとを同じく７層にわ
たって交互に重ねてなる交互層３４とを重合積層して構
成したものが知られている。

このような従来素子について、その光透過特性をみると
第４図に示すグラフのようになる。

このグラフは前記第１図に示すグラフと同様に、横軸に
波長入を、縦軸に光透過率Ｔをとってあり、グラフ中曲
線Ａ′は加熱処理した後の光透過特性を、曲線Ｂ′は光
照射処理をした後の光透過特性を示している。

このグラフから明らかなように、従来素子についても前
記した非晶質半導体の場合と同様に光照射処理をすると
基礎吸収端は短波長側から長波長側へ、また加熱処理を
すると逆に基礎吸収端は長波長側から短波長側へ移動す
ることは勿論、非晶質半導体層３３をはさんでその両側
に形成した各交互層３２と３４とによる繰り返し反射機
能により、特定狭帯域の波長の光（可視光）に対し大き
な光透過率を示す干渉フィルタとして機能することが解
る。

いまたとえば交互層３２．３４における高屈折率物質３
２ａ、３４ａとしてＴｉＯ２を、また低屈折率物質３２
ｂ、３４ｂとしてＳｉＯ２を用いたとすると各交互層３
２．３４の透過率は８％、反射率は９２％となり、しか
も可視光に対しては吸収が無いから、特定波長の光に対
し透過率７０〜８０％の干渉フィルタとしての機能を示
す。

そこでこの素子についてたとえば曲線Ａ′で示す状態、
曲線Ｂ′で示す状態のうち予め一方を記憶形成状態と定
め、他方を記憶消去状態と定め、特定波長の読み出し光
を当てると、曲線Ａ′で示す状態と曲線Ｂ′で示す状態
とでの光透過率の相異から受光側における読み出し光に
明暗差を生じることとなり、これを捉えることにより記
憶形成状態か、あるいは記憶消去状態かを判別するよう
に用いられる。

一般にこのような従来素子にあっては、基礎吸収端の半
値幅が小さくて光照射処理した場合と、加熱処理した場
合との光透過率の差が大きく、読み出し光の明暗差も大
きくて感度において優れている。

しかし一方、入射された読み出し光を繰り返し反射させ
干渉フィルタとして機能させるための手段として、非晶
質半導体３３の両側に夫々交互層３２．３４を形成する
必要があるが、交互層３２．３４としては既述した如く
二酸化チタン、二酸化シリコン等の非金属性素材が用い
られるため、非晶質半導体３３上への交互層３４の形成
が極めて難かしいという欠点があった。

すなわち交互層３４はそれ自体十分な強度を備える必要
があり、しかも非晶質半導体に対しても十分な密着性を
得なければならないが、このためには交互層３４を通常
酸素雰囲気中で少なくとも３００°Ｃ以上で形成するこ
とが必要とされている。

しかしこの温度では非晶質半導体層３３が酸化され、あ
るいは軟化変形されて非晶質半導体としての性質が損な
われてしまう。

従って交互層３４の形成には少なくとも非晶質半導体３
３を損うことのない温度である２００〜２３０℃以下で
行わねばならないが、このような温度で交互層３４を形
成すると、前記した如く強度並びに非晶質半導体層３３
に対する密着性が低く、剥離し易くて実用上の使用に耐
え得ない。

そこで従来にあっても上記したような製造上の困難性を
除くため非晶質半導体層の両側をいずれも金属性素材を
用いた層で形成するいわゆる金属性干渉フィルタ型の光
記憶素子も提案されているが、この場合には光透過率が
大幅に低下し、光記憶素子としての感度が著しく低下す
るという欠点があった。

本考案はかかる事情に鑑みなされたものであって、その
目的とするところは、非晶質半導体層自身は非金属性の
層上に形成するが、非晶質半導体層上に形成する層は金
属性の層とすることにより、従来の非金属性干渉フィル
タ型の記憶素子のもつ製造上の困難性、金属性干渉フィ
ルタ型の記憶素子のもつ低感度という欠陥を除去し、製
造が極めて容易であって、しかも感度も良い非晶質半導
体可逆光記憶素子を提供するにある。

以下本考案をその実施例を示す図面に基いて具体的に説
明する。

第２図は本考案に係る非晶質半導体可逆光記憶素子（以
下本案素子という）を示す断面構造図であり、図中１は
透光性基板、２は高屈折率物質２ａと、低屈折率物質２
ｂとを交互に重合形成した交互層、３は非晶質半導体層
であって、前記透光性基板１はガラス等の可視光を透過
する材料で形成され、また交互層２はＣｅＯ２゜ＴｉＯ
２等の高屈折率物質２ａとＭｇＦ２．５ｉ０２等の低屈
折率物質２ｂとを透光性基板１の上面に高屈折率物質２
ａ、低屈折率物質２ｂの順序で７層に亘って交互に重合
形成して構成され、更に非晶質半導体層３はＡｓ２Ｓ３
． Ｇｅ１ＯＡｓ４０ｓ２５ｓｅ２５等を用いて形成さ
れ、光照射処理すると基礎吸収端が長波長側へ、また加
熱処理すると基礎吸収端が短波長側へ夫々可逆的に移動
すると共に屈折率も光照射処理により増加し、加熱処理
により減少する。

いわゆる光点化現象を生ずるようになっており、これら
の構成についてはいずれも第３図に示す従来素子の場合
と全く同じである。

そして本案素子にあっては、前記非晶質半導体層３の上
面に、金属素材の拡散を防止する拡散阻止層４と、金属
性半透過層５とがこの順序で積層形成されている。

拡散阻止層４はＭｇＦ２等の素材を常温で真空蒸着等の
手段を用いて非晶質半導体層３の上面に可視光の透過性
を有する適正な厚さに形成したものであって、金属性半
透明層５に光が照射された際にその成分である銀が非晶
質半導体層３側に拡散されるのを防止する機能を備えて
いる。

拡散阻止層４の厚さは通常数千Δであるが、その厚さに
ついては特に限定するものではなく、必要に応じ変更し
てよい。

また金属性半透明層５は拡散阻止層４上に同じ（常温で
真空蒸着等の手段を用いて通常２００〜４００Ａの厚さ
で適正な導電性及び透光性を備えるよう形成される。

かく構成された本案素子は、光照射処理した後は従来素
子の場合と同様に基礎吸収端が短波長側から長波長側へ
、また加熱処理した後は基礎吸収端が長波長側から短波
長側へ可逆的に移動すると共に特定単波長の光に対し大
きな光透過率を示す干渉フィルタとしての機能も備えて
いる。

そこで従来素子と同様に基礎吸収端が長波長側あるいは
短波長側へ移動した場合の一方を記憶形成状態と定め、
他方を記憶消去状態と定めておけば特定単波長の読み出
し光を当てたとき、夫々記憶形成状態あるいは記憶消失
状態での特定単波長の光に対する光透過率が異なるため
、受光側において読み出し光に明暗差を生じることとな
り、この明暗差によって、記憶形成状態か、あるいは記
憶消去状態かを判別するのに使用し得る。

また本案素子を構造的にみると非晶質半導体層３の下側
の層はＴｉＯ２等を素材とする高屈折率物質２ａとＳｉ
Ｏ２等を素材とする低屈折率物質２ｂとの交互層２から
なる非金属性の層で構成され、また非晶質半導体層３の
上側の層は可視光の透光性を有する拡散阻止層４を隔て
て銀等による金属性半透明層５からなる金属性の層で構
成され、全体として非金属性・金属性干渉フィルタ型の
素子となり、従来の非金属性干渉フィルタ型の素子、あ
るいは金属性干渉フィルタ型素子の場合と比較してみる
と、図面には示していないが光透過性は非金属性干渉フ
ィルタ型の素子よりも若干低いが、金属性干渉フィルタ
型の素子よりも格段に高くて感度が良く、また製造面に
ついてみると、非晶質半導体層３上に形成すべき拡散阻
止層４、金属性半透明層５は常温での形成が可能であり
、従来の非金属性干渉フィルタ型の素子などに比較して
その製造が極めて容易となった。

以上の如く本案素子にあっては、非晶質半導体層上に拡
散阻止層と金属性半透明層とを積層形成することとした
から、従来の非金属性干渉フィルタ型の素子に比較して
これら拡散阻止層、金属性半透明層の形成が非晶質半導
体層を損うことなく容易に行えることとなって、素子自
体の製作が極めて容易であることは勿論、従来の金属性
干渉フィルタ型の素子に比較して加熱処理したときと、
光照射処理したとき、換言すれば記憶消去状態と記憶形
成状態とにおける光透過率の変化量も大きくて記憶形成
状態と記憶消去状態とにおける透過光の明暗差が大きく
、従って記憶読み出し光の波長が若干変化した場合にあ
っても、高い信頼度で記憶の読み出しを行うことができ
、読み出し光発生装置として特に高精度のものを必要と
せず、設備費も安価であるなど、本考案は優れた効果を
奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は非晶質半導体の透過特性図、第２図は本案素子
の断面構造図、第３図は従来素子の断面構造図、第４図
は従来素子の透過特性図である。 １・・・・・・透光性基板、２・・・・・・交互層、２
ａ・・・・・・高屈折率物質、２ｂ・・・・・・低屈折
率物質、３・・・・・・非晶質半導体層、４・・・・・
・拡散阻止層 ５・・・・・・金属性半透明層。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 透光性基板上に順次、高屈折率物質と低屈折率物質とを
   交互に重ねた交互層と、光照射処理又は加熱処理によっ
   て基礎吸収端が長波長側又は短波長側へ可逆的に変動す
   る非晶質半導体層と、金属素材が前記非晶質半導体層側
   へ拡散するのを防止する透光性拡散阻止層と、金属性半
   透明層とを積層形成してなる非晶質半導体可逆光記憶素
   子。