JPH05158094A - 非線形光学材料 - Google Patents
非線形光学材料Info
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- JPH05158094A JPH05158094A JP34891791A JP34891791A JPH05158094A JP H05158094 A JPH05158094 A JP H05158094A JP 34891791 A JP34891791 A JP 34891791A JP 34891791 A JP34891791 A JP 34891791A JP H05158094 A JPH05158094 A JP H05158094A
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- Japan
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- thin film
- ultrafine
- dispersed
- particle
- optical material
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、熱安定性にすぐれた超微粒子分散
薄膜よりなる非線形光学材料の提供を目的とする。 【構成】 超微粒子がマトリックス中に含有される超微
粒子分散薄膜において、該超微粒子分散薄膜中に拡散バ
リア層が設けられていることを特徴とする超微粒子分散
薄膜からなる非線形光学材料。
薄膜よりなる非線形光学材料の提供を目的とする。 【構成】 超微粒子がマトリックス中に含有される超微
粒子分散薄膜において、該超微粒子分散薄膜中に拡散バ
リア層が設けられていることを特徴とする超微粒子分散
薄膜からなる非線形光学材料。
Description
【０００１】
【技術分野】本発明の非線形光学材料は、薄膜として光
双安定素子、光ゲート光スイッチ、波長変換素子等の分
野に用いられる。
双安定素子、光ゲート光スイッチ、波長変換素子等の分
野に用いられる。
【０００２】
【従来技術】非線形光学薄膜の従来技術としては、従来
透明な絶縁物（例えばアモルファスＡｌ2Ｏ3やアモルフ
ァスＳｉＯ2）中に１００Å以下の半導体超微粒子〔Ｃ
ｄＳ，ＣｄＳｅ，ＣｕＣｌ，ＧａＡｌ，ＺｎＳｅ，Ｉｎ
Ｓｂ，ＩｎＰ，ＣｄＴｅ，ＣｄＳｘＳｅｙ（ｙ＝１−
ｘ）等〕や金属超微粒子（Ａｕ，Ａｇ等）が分散された
ものが用いられた。しかし、従来の超微粒子分散薄膜は
加熱すると粒径が大きくなるという基本的欠点を有して
いた。本来粒径は制御されて作製されており、これによ
り非線形光学特性が出現していた。しかし熱による粒径
安定性が悪く、くり返し使用に対して問題があった。す
なわち、従来の超微粒子分散薄膜は、粒子サイズを制御
するのに基板加熱による方法がとられたが、これは膜中
のマトリックス中に分散している粒子が原子の拡散によ
って集合し大きくなることを意味している。従って、こ
れらの膜は作製直後は粒径を制御できるが、長期の熱安
定性が劣ることを意味する。
透明な絶縁物（例えばアモルファスＡｌ2Ｏ3やアモルフ
ァスＳｉＯ2）中に１００Å以下の半導体超微粒子〔Ｃ
ｄＳ，ＣｄＳｅ，ＣｕＣｌ，ＧａＡｌ，ＺｎＳｅ，Ｉｎ
Ｓｂ，ＩｎＰ，ＣｄＴｅ，ＣｄＳｘＳｅｙ（ｙ＝１−
ｘ）等〕や金属超微粒子（Ａｕ，Ａｇ等）が分散された
ものが用いられた。しかし、従来の超微粒子分散薄膜は
加熱すると粒径が大きくなるという基本的欠点を有して
いた。本来粒径は制御されて作製されており、これによ
り非線形光学特性が出現していた。しかし熱による粒径
安定性が悪く、くり返し使用に対して問題があった。す
なわち、従来の超微粒子分散薄膜は、粒子サイズを制御
するのに基板加熱による方法がとられたが、これは膜中
のマトリックス中に分散している粒子が原子の拡散によ
って集合し大きくなることを意味している。従って、こ
れらの膜は作製直後は粒径を制御できるが、長期の熱安
定性が劣ることを意味する。
【０００３】
【目的】本発明は前記のような従来技術の欠点をなく
し、熱安定性にすぐれた超微粒子分散薄膜よりなる非線
形光学材料の提供を目的とする。
し、熱安定性にすぐれた超微粒子分散薄膜よりなる非線
形光学材料の提供を目的とする。
【０００４】
【構成】本発明は三次元の閉込め効果によって電子や励
起子が０次元的挙動を示す、いわゆる量子サイズ効果を
示す非線形光学材料に関するものである。
起子が０次元的挙動を示す、いわゆる量子サイズ効果を
示す非線形光学材料に関するものである。
【０００５】ここで非線形光学効果とは、物質に光を照
射すると、その物質の吸収係数や屈折率等の光学特性が
光の強度に応じて変化する現象であり、これを利用する
ことによって光の制御が可能になり、入出力に光のみを
使用する全光型の論理素子を実現できる。
射すると、その物質の吸収係数や屈折率等の光学特性が
光の強度に応じて変化する現象であり、これを利用する
ことによって光の制御が可能になり、入出力に光のみを
使用する全光型の論理素子を実現できる。
【０００６】また、量子サイズ効果とは、可視光領域で
透明なガラス中に埋め込まれた半導体粒子の電子と正孔
は、ガラスの作る深いポテンシャルによって三次元的に
閉じ込められるが、電子を波動のように考えるならば、
小さい箱の中では波動様式は特定のものに制限されてし
まうので、電子状態は離散的になり振動子強度や非線形
感受率が増大する。
透明なガラス中に埋め込まれた半導体粒子の電子と正孔
は、ガラスの作る深いポテンシャルによって三次元的に
閉じ込められるが、電子を波動のように考えるならば、
小さい箱の中では波動様式は特定のものに制限されてし
まうので、電子状態は離散的になり振動子強度や非線形
感受率が増大する。
【０００７】この微粒子分散ガラスの量子サイズ効果は
最近（７〜８年前）になって見出され、注目されるよう
になったものであり、絶縁物例えばガラス中に１００Å
以下の半導体微粒子を分散させたものである。
最近（７〜８年前）になって見出され、注目されるよう
になったものであり、絶縁物例えばガラス中に１００Å
以下の半導体微粒子を分散させたものである。
【０００８】これらの技術的事項は、たとえば〔ＪＡＰ
ＡＮＥＳＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦＡＰＰＬＩＥＤ Ｐ
ＨＹＳＩＣＳ，２８巻，１０号，１９２８−１９３３
頁〕および「光学、第１９巻、第１号（１９９０年１
月）１０−１６頁」に具体的に説明されている。
ＡＮＥＳＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦＡＰＰＬＩＥＤ Ｐ
ＨＹＳＩＣＳ，２８巻，１０号，１９２８−１９３３
頁〕および「光学、第１９巻、第１号（１９９０年１
月）１０−１６頁」に具体的に説明されている。
【０００９】本発明は、従来の熱に対する超微粒子の粒
径の不安定性は微粒子の原子がマトリックス中を拡散し
て集合するため、あるいはマトリックス中に分散してい
た原子によるものと思われる。たとえば、ＳｉＯ2中を
Ａｌ原子が拡散することは、良く知られている現象であ
る。本発明は、超微粒子の原因となると思われる原子の
拡散防止のため、拡散バリア層を超微粒子分散薄膜中に
設けて上記欠点を解決したことを特徴とする。該バリア
層は、前記原子の拡散機能を有するものであれば任意の
方向に設けることができ、例えば縦方向に設けたもので
あってもよい。本発明で拡散バリア層が設けられる超微
粒子分散薄膜としては、量子サイズ効果の範囲の粒径、
好ましくは１００Å以下の粒径を有する半導体および／
または金属微粒子をマトリックス中に含有するものであ
る。拡散バリア層を超微粒子分散薄膜中に形成させる方
法としては、たとえば超微粒子分散薄膜上に拡散バリア
層を形成し、該バリア層上にさらに超微粒子分散薄膜を
形成する方法が挙げられるが、該バリア層は１層のみで
なく何層設けてもよいが、一層の厚みは非線形特性を劣
化させないように数Å〜５０Åが好ましい。また、バリ
ア層を形成する材料としては、化学的に安定でバリア効
果の高い、金属シリサイド（例えばＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚ
ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ等、IVＡ，ＶＡ，VIＡ
族元素のシリサイド）やＴｉＮ，ＴｉＷ，その他遷移金
属の窒化物、炭化物、ホウ化物等を用いるのが好まし
い。本発明において、超微粒子分散薄膜とバリア層の製
膜法としても特に制限はなく、ＰＶＤおよびＣＶＤの両
方が使用し得るが、超微粒子分散薄膜の形成法として
は、結晶化が良好なイオンビームスパッタ法が好まし
い。また、その膜厚も特に限定されないが、１００Å〜
１μｍが適当である。超微粒子分散薄膜とバリア層の合
計した厚さは、透明性等を考慮して任意に決めることが
できるが、例えば１μｍ程度が好ましい。
径の不安定性は微粒子の原子がマトリックス中を拡散し
て集合するため、あるいはマトリックス中に分散してい
た原子によるものと思われる。たとえば、ＳｉＯ2中を
Ａｌ原子が拡散することは、良く知られている現象であ
る。本発明は、超微粒子の原因となると思われる原子の
拡散防止のため、拡散バリア層を超微粒子分散薄膜中に
設けて上記欠点を解決したことを特徴とする。該バリア
層は、前記原子の拡散機能を有するものであれば任意の
方向に設けることができ、例えば縦方向に設けたもので
あってもよい。本発明で拡散バリア層が設けられる超微
粒子分散薄膜としては、量子サイズ効果の範囲の粒径、
好ましくは１００Å以下の粒径を有する半導体および／
または金属微粒子をマトリックス中に含有するものであ
る。拡散バリア層を超微粒子分散薄膜中に形成させる方
法としては、たとえば超微粒子分散薄膜上に拡散バリア
層を形成し、該バリア層上にさらに超微粒子分散薄膜を
形成する方法が挙げられるが、該バリア層は１層のみで
なく何層設けてもよいが、一層の厚みは非線形特性を劣
化させないように数Å〜５０Åが好ましい。また、バリ
ア層を形成する材料としては、化学的に安定でバリア効
果の高い、金属シリサイド（例えばＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚ
ｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ等、IVＡ，ＶＡ，VIＡ
族元素のシリサイド）やＴｉＮ，ＴｉＷ，その他遷移金
属の窒化物、炭化物、ホウ化物等を用いるのが好まし
い。本発明において、超微粒子分散薄膜とバリア層の製
膜法としても特に制限はなく、ＰＶＤおよびＣＶＤの両
方が使用し得るが、超微粒子分散薄膜の形成法として
は、結晶化が良好なイオンビームスパッタ法が好まし
い。また、その膜厚も特に限定されないが、１００Å〜
１μｍが適当である。超微粒子分散薄膜とバリア層の合
計した厚さは、透明性等を考慮して任意に決めることが
できるが、例えば１μｍ程度が好ましい。
【００１０】超微粒子分散薄膜およびバリア層が形成さ
れる基板としては、可視光に透明であればその材質に特
に制限はなく、ガラス、石英あるいはポリカーボネー
ト、ポリエステル等のプラスチックがあげられる。
れる基板としては、可視光に透明であればその材質に特
に制限はなく、ガラス、石英あるいはポリカーボネー
ト、ポリエステル等のプラスチックがあげられる。
【００１１】
【実施例】 実施例１ ＲＦスパッタ法を用いて石英基板上に約２００Å厚の透
明薄膜を作製した。 ターゲット ＳｉＯ2の上にＡｕのチップ
を置いた 導入ガス Ａｒ（９９．９９９％） 導入ガス圧力 ５×１０-3 Ｔｏｒｒ 石英基板温度 １５０〜３００℃ ベースプレッシャー ８×１０-7 Ｔｏｒｒ ターゲット−基板間距離 ５０mm 高周波電力 ２００〜３００Ｗ 上記に示したように、石英基板温度と高周波電力を変化
させて３種類の膜とした。これらの膜の上につづいて次
の条件でＴｉＮの層を作製した。厚みは約２０Åとし
た。 ターゲット Ｔｉ（９９．９９％） 導入ガス Ａｒ＋Ｎ2（１：１） 導入ガス圧力 ３×１０-4 Ｔｏｒｒ 石英基板温度 ３００℃ ベースプレッシャー ５×１０-7 Ｔｏｒｒ ターゲット−基板間距離 ５０mm 高周波電力 ２００Ｗ ついで上記２つの透明薄膜とＴｉＮの膜を同様にして６
層づつ積層し、約１３００Åの薄膜を得た。Ｘ線回折法
で調べたところ、ＡｕとＴｉＮの微小回折ピークが観察
された。断面ＴＥＭ法で調べたところ、Ａｕの微粒子径
は１８Å、２６％、３９％であった。これら３種類の薄
膜を、常温で分光光度計を用いて調べた光学吸収端の測
定結果から高エネルギーシフト（ブルーシフト）が認め
られ、その大きさは、微粒子の平均粒径の２乗に比例
し、量子サイズ効果を示した。膜を４５０℃の炉の中に
３０分入れた後でも粒子径や量子サイズ効果に変化はな
かった。 比較例１ ＲＦスパッタ法を用いて実施例１と全く同様にして約１
５００Å厚の透明薄膜を作製した。この場合、ＴｉＮ層
は設けなかった。各試料の平均粒径は、２０Å、２６
Å、３７Åで実施例とほぼ同じであった。Ｘ線回折とＴ
ＥＭ法から薄膜は実施例と同様にＳｉＯｘのアモルファ
ス膜であった。光学吸収端の測定結果から実施例１と同
様のブルーシフトが認められた。しかし、４５０℃の炉
の中に３０分入れた後では粒子径が約１０Åづつ増大
し、吸収端のエネルギーが移動しブルーシフトは減少し
た。
明薄膜を作製した。 ターゲット ＳｉＯ2の上にＡｕのチップ
を置いた 導入ガス Ａｒ（９９．９９９％） 導入ガス圧力 ５×１０-3 Ｔｏｒｒ 石英基板温度 １５０〜３００℃ ベースプレッシャー ８×１０-7 Ｔｏｒｒ ターゲット−基板間距離 ５０mm 高周波電力 ２００〜３００Ｗ 上記に示したように、石英基板温度と高周波電力を変化
させて３種類の膜とした。これらの膜の上につづいて次
の条件でＴｉＮの層を作製した。厚みは約２０Åとし
た。 ターゲット Ｔｉ（９９．９９％） 導入ガス Ａｒ＋Ｎ2（１：１） 導入ガス圧力 ３×１０-4 Ｔｏｒｒ 石英基板温度 ３００℃ ベースプレッシャー ５×１０-7 Ｔｏｒｒ ターゲット−基板間距離 ５０mm 高周波電力 ２００Ｗ ついで上記２つの透明薄膜とＴｉＮの膜を同様にして６
層づつ積層し、約１３００Åの薄膜を得た。Ｘ線回折法
で調べたところ、ＡｕとＴｉＮの微小回折ピークが観察
された。断面ＴＥＭ法で調べたところ、Ａｕの微粒子径
は１８Å、２６％、３９％であった。これら３種類の薄
膜を、常温で分光光度計を用いて調べた光学吸収端の測
定結果から高エネルギーシフト（ブルーシフト）が認め
られ、その大きさは、微粒子の平均粒径の２乗に比例
し、量子サイズ効果を示した。膜を４５０℃の炉の中に
３０分入れた後でも粒子径や量子サイズ効果に変化はな
かった。 比較例１ ＲＦスパッタ法を用いて実施例１と全く同様にして約１
５００Å厚の透明薄膜を作製した。この場合、ＴｉＮ層
は設けなかった。各試料の平均粒径は、２０Å、２６
Å、３７Åで実施例とほぼ同じであった。Ｘ線回折とＴ
ＥＭ法から薄膜は実施例と同様にＳｉＯｘのアモルファ
ス膜であった。光学吸収端の測定結果から実施例１と同
様のブルーシフトが認められた。しかし、４５０℃の炉
の中に３０分入れた後では粒子径が約１０Åづつ増大
し、吸収端のエネルギーが移動しブルーシフトは減少し
た。
【００１２】
【効果】本発明は、超微粒子の原子の拡散防止のための
バリア層を超微粒子分散非線形光学薄膜中に設けたの
で、超微粒子が熱吸収等により粒径が大きくなることを
防止でき、非線形光学材料として安定した性能を維持で
きる。
バリア層を超微粒子分散非線形光学薄膜中に設けたの
で、超微粒子が熱吸収等により粒径が大きくなることを
防止でき、非線形光学材料として安定した性能を維持で
きる。
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体及び／または金属の超微粒子がマ
トリックス中に含有される超微粒子分散薄膜において、
該超微粒子分散薄膜中に超微粒子の粒径の変動の原因と
なる原子の拡散を防止する拡散バリア層が設けられてい
ることを特徴とする超微粒子分散薄膜からなる非線形光
学材料。 - 【請求項２】 拡散バリア層が複数層設けられているこ
とを特徴とする請求項１記載の非線形光学材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34891791A JPH05158094A (ja) | 1991-12-05 | 1991-12-05 | 非線形光学材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34891791A JPH05158094A (ja) | 1991-12-05 | 1991-12-05 | 非線形光学材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05158094A true JPH05158094A (ja) | 1993-06-25 |
Family
ID=18400258
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34891791A Pending JPH05158094A (ja) | 1991-12-05 | 1991-12-05 | 非線形光学材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05158094A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5599609A (en) * | 1993-06-01 | 1997-02-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Nonlinear optical material and method of producing the same |
-
1991
- 1991-12-05 JP JP34891791A patent/JPH05158094A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5599609A (en) * | 1993-06-01 | 1997-02-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Nonlinear optical material and method of producing the same |
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