JP2885418B2 - Method for producing semiconductor-doped glass thin film - Google Patents
Method for producing semiconductor-doped glass thin filmInfo
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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、半導体ドープガラス薄膜の製造方法に係
り、より詳細には、スパッタリングにより化合物又は単
体半導体が高粒径分布にて埋め込まれ分散している半導
体ドープガラス薄膜の製造法に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a semiconductor-doped glass thin film, and more particularly, to a method in which a compound or a simple semiconductor is embedded and dispersed in a high particle size distribution by sputtering. And a method for producing a semiconductor-doped glass thin film.
(従来の技術及び解決しようとする課題) 近年、高出力レーザーの発達により、その周辺装置と
して非線形光学材料が注目を集めている。殊に半導体ド
ープガラスは、三次の非線形性の点で有機の高非線形材
料を凌ぐ高い非線形性を示すのみならず、psec応答の光
双安定性も見い出され、光シャッターや光スイッチ、或
いは光高速素子としての応用の可能性に興味がもたれて
いる。(Prior Art and Problems to be Solved) In recent years, with the development of high-power lasers, nonlinear optical materials have attracted attention as peripheral devices. In particular, semiconductor-doped glass not only exhibits higher nonlinearity than organic highly nonlinear materials in terms of third-order nonlinearity, but also exhibits optical bistability of psec response, and can be used for optical shutters, optical switches, or optical high-speed devices. I am interested in the possibility of application as an element.
しかるに、従来、このような半導体ドープガラスとし
ては、フィルターガラスとして用いられているバルク材
について幾つか報告されているにすぎない。すなわち、
析出→急冷により得られるバルク材はSiO2母材中にCdSx
Se1-x半導体などが粒径20〜100Åで0.1mol%程度埋め込
まれ、点在し、せいぜい2mm厚の薄片状のものであっ
て、アニール(焼鈍)して粒径が調整されている。However, only a few bulk materials used as filter glasses have been reported as such semiconductor-doped glasses. That is,
Precipitation → bulk material obtained by quenching CdSx in SiO 2 matrix
A Se 1-x semiconductor or the like is embedded in the form of flakes having a particle size of 20 to 100 ° and about 0.1 mol%, scattered and having a thickness of at most 2 mm, and the particle size is adjusted by annealing (annealing).
しかも、それらの報告も、バルク材を用いた特性につ
いての研究報告に止まっている程度であり、製造法に関
しては皆無といっても過言ではない。Moreover, those reports are only research reports on properties using bulk materials, and it is not an exaggeration to say that there is no production method.
今後の利用を考慮すると、バルク材では厚みがありす
ぎ、またドープされる半導体の種類が上記のものに限ら
れると共にその粒径が大きく、しかも粒径分布を均一に
コントロールすることが不可能であるため、その利用範
囲に限界がある。Considering future use, bulk materials are too thick, and the types of semiconductors to be doped are limited to those described above, and the particle size is large, and it is not possible to control the particle size distribution uniformly. Because of this, its use range is limited.
本発明は、かゝる事情に鑑みてなされたものであっ
て、薄膜状であって、しかも超微粒子の種々の化合物半
導体を高粒径分布にてSiO2ガラス中に分散した半導体ド
ープガラス薄膜の製造方法を提供することを目的とする
ものである。The present invention has been made in view of such circumstances, and is a semiconductor-doped glass thin film in the form of a thin film, in which various compound semiconductors of ultrafine particles are dispersed in SiO 2 glass with a high particle size distribution. It is an object of the present invention to provide a production method of
(課題を解決するための手段) 前記目的を達成するため、本発明者は、まず、半導体
ドープガラスの薄膜化技術について検討した。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present inventors first studied a technique for thinning a semiconductor-doped glass.
薄膜を得る方法としては気相法が考えられるが、その
うち、蒸着法ではSiO2ガラスのアモルファス化が困難で
ある。この点、スパッタリングによればアモルファス化
が容易であることから、スパッタリングについて更に鋭
意研究を重ねた。As a method for obtaining a thin film, a gas phase method is conceivable, and among them, it is difficult to make the SiO 2 glass amorphous by the vapor deposition method. In this regard, since sputtering can easily be made amorphous, further studies have been made on sputtering.
その結果、Ar等の希ガスでスパッタリングすることに
より、超微粒子の化合物又は単体半導体が、しかもその
成分系が制限されずに、SiO2ガラス中に粒径が揃った状
態で高濃度に分散でき、しかも敢えてアニールを必要と
しない薄膜が得られることが判明した。更にその粒径が
任意にコントロールでき、量子サイズ効果がえられるの
で、バルク材よりも利用範囲が著しく拡大できることを
知見し、ここに本発明をなしたものである。As a result, by sputtering with rare gas such as Ar, compound or elemental semiconductor ultrafine particles, yet without being restricted its component, it can be dispersed in a high concentration in a state in which the particle size is uniform on SiO 2 in the glass In addition, it has been found that a thin film that does not require annealing is obtained. Further, the present inventors have found that the particle size can be arbitrarily controlled and the quantum size effect can be obtained, so that the application range can be significantly expanded as compared with the bulk material, and the present invention has been made here.
すなわち、本発明に係る半導体ドープガラス薄膜の製
造方法は、SiO2アモルファスガラス中に、粒径100Å以
下、含有量1mol%以上の化合物又は単体半導体微粒子が
均一に分散させることのできるものであって、その方法
は、SiO2からなるターゲット上に化合物又は単体半導体
多結晶を置き、Ar等のガスを用いてスパッタリングする
ことにより、SiO2ガラス中に均一な粒径の化合物又は単
体半導体が分散した半導体ドープガラス薄膜を得、更に
必要に応じてアニールを施すことを特徴とする半導体ド
ープガラス薄膜の半導体粒径分布制御による製造方法を
要旨とするものである。That is, the method for producing a semiconductor-doped glass thin film according to the present invention is capable of uniformly dispersing a compound or a single semiconductor fine particle having a particle diameter of 100 ° or less and a content of 1 mol% or more in SiO 2 amorphous glass. In that method, a compound or a single semiconductor having a uniform particle size was dispersed in SiO 2 glass by placing a compound or a single semiconductor polycrystal on a target made of SiO 2 and sputtering using a gas such as Ar. It is another object of the present invention to provide a method for producing a semiconductor-doped glass thin film by controlling a semiconductor particle size distribution, wherein a semiconductor-doped glass thin film is obtained and, if necessary, annealed.
以下に本発明を更に詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
(作用) 本発明によるスパッタリングにおいては、SiO2をター
ゲットとし、このターゲット上に化合物又は単体半導体
のチップを置くが、少なくともAr等のガスを用いる必要
があり、導入したガスによって化合物又は単体半導体チ
ップとターゲットとを叩くことにより、アモルファス化
したSiO2ガラス中に超微粒子の化合物又は単体半導体を
均一に分散させることができる。(Function) In the sputtering according to the present invention, SiO 2 is used as a target, and a compound or single semiconductor chip is placed on the target. At least a gas such as Ar must be used. By hitting the target and the target, the ultrafine compound or the elemental semiconductor can be uniformly dispersed in the amorphous SiO 2 glass.
化合物又は単体半導体としては、特に制限されるもの
ではなく、SiO2と馴染みの悪い元素で重く酸化しにくい
元素を有する化合物が特に好ましい。例えば、CdTe,Cd
S,CdSe,ZnS,ZnTe,ZnSe,PbI2,InP,CdSnP2,CdSxSe1-x,ZnG
eAs2,GaAs,Si,Si−Ge,InSb,CuClなどが挙げられる。こ
れらのうち、CdTe,CdS,CdSe,ZnS,ZnTe,ZnSe,GaAs等はYA
Gレーザーの2倍波(〜2.3eV)に整合し、InP,CdSnP2,Z
nGeAs2等は1倍波(〜1.2eV)に整合する。The compound or the elementary semiconductor is not particularly limited, and a compound having an element which is not familiar with SiO 2 and which is heavy and hardly oxidized is particularly preferable. For example, CdTe, Cd
S, CdSe, ZnS, ZnTe, ZnSe, PbI 2 , InP, CdSnP 2 , CdSxSe 1- x, ZnG
eAs 2 , GaAs, Si, Si-Ge, InSb, CuCl, and the like. Of these, CdTe, CdS, CdSe, ZnS, ZnTe, ZnSe, GaAs, etc.
InP, CdSnP 2 , Z matched to the second harmonic (~ 2.3 eV) of G laser
nGeAs 2 and the like match the first harmonic (up to 1.2 eV).
スパッタリング条件は、特に制限されないが、以下に
主として粒径分布を制御する上で望ましい条件を示す。The sputtering conditions are not particularly limited, but preferred conditions for mainly controlling the particle size distribution are shown below.
基板温度は高いほど粒径が小さくなるので、基板温度
によっても粒径分布をコントロール可能である。加熱温
度は、ドープすべき化合物又は単体半導体の種類にもよ
るが、400℃程度の温度も可能である。なお、基板を水
冷することもできる。Since the particle size becomes smaller as the substrate temperature becomes higher, the particle size distribution can be controlled also by the substrate temperature. Although the heating temperature depends on the type of the compound to be doped or the kind of the elementary semiconductor, a temperature of about 400 ° C. is also possible. The substrate can be water-cooled.
ターゲット上に配置する化合物又は単体半導体チップ
の個数及び位置については、ターゲットの中央乃至ほぼ
中央に1個又は複数個のチップを置くか、或いはターゲ
ット上に複数個のチップを等間隔乃至対称形(例、円形
状)に置くのが望ましい。チップの個数(ターゲット面
積比)は化合物又は単体半導体の含有量及び粒径に影響
を及ぼし、個数が増すほど粒径が大きくなり、100Å以
下の超微粒子半導体が得られ、15Å以下の粒径も可能で
ある。チップの間隔を狭くするほど、得られる試料中に
多量の化合物又は単体半導体を含有させることができ、
通常、1mol%以上を分散させることができる。なお、タ
ーゲット面積比では1%以上が可能であり、個数が多い
ほど大きい粒径にし得る。Regarding the number and position of the compound or single semiconductor chip to be placed on the target, one or more chips may be placed at the center or almost the center of the target, or a plurality of chips may be placed at equal intervals or symmetrically on the target ( (Eg, circular). The number of chips (target area ratio) affects the content and particle size of the compound or single semiconductor, and the larger the number, the larger the particle size. It is possible. The narrower the interval between the chips, the more samples can be contained in the obtained sample or a single semiconductor,
Usually, 1 mol% or more can be dispersed. The target area ratio can be 1% or more, and the larger the number, the larger the particle size.
薄膜の厚さはスパッタリング時間によりコントロール
することができる。The thickness of the thin film can be controlled by the sputtering time.
他の条件としては、150〜200W,10-3Torrレベルであ
り、スパッタガスとしては通常Ar等の希ガスを用いる。Other conditions are 150-200 W, 10 -3 Torr level, and a rare gas such as Ar is usually used as a sputtering gas.
なお、スパッタリングにより得られた半導体ドープガ
ラス薄膜は、敢えてアニールする必要はないが、アニー
ルした場合には処理時間と共に粒径が大きくなる。It is not necessary to intentionally anneal the semiconductor-doped glass thin film obtained by sputtering, but if annealed, the particle size increases with the processing time.
かくして得られる半導体ドープガラス薄膜は、SiO2ア
モルファスガラス中に、粒径100Å以下、含有量1mol%
以上の化合物又は単体半導体微粒子が均一に分散してい
る性状を有している。The semiconductor-doped glass thin film thus obtained has a particle size of 100 mm or less and a content of 1 mol% in SiO 2 amorphous glass.
It has the property that the above-mentioned compound or single semiconductor fine particles are uniformly dispersed.
この半導体ドープガラス薄膜は、従来のバルク材より
も光学吸収端がシャープであることから、例えば、光ス
イッチとして用いた場合、バルク材と同様な特性を発揮
し得ると期待される。Since the semiconductor-doped glass thin film has a sharper optical absorption edge than the conventional bulk material, it is expected that, for example, when used as an optical switch, it can exhibit the same characteristics as the bulk material.
(実施例) 次に本発明の実施例を示す。(Example) Next, an example of the present invention will be described.
実施例1 SiO2からなるターゲットの中央に2〜6個のCdTe半導
体チップを置き、200W、基板温度240℃,5×10-3Torrの
条件でArでスパッタリングを行ない、半導体ドープ薄膜
を得た。Example 1 Two to six CdTe semiconductor chips were placed at the center of a target made of SiO 2 and sputtered with Ar under the conditions of 200 W, a substrate temperature of 240 ° C. and 5 × 10 −3 Torr to obtain a semiconductor-doped thin film. .
なお、チップ個数については、第1図中、aが3個,b
が4個,cが6個で、それぞれターゲット中央に置き、d
は2個のチップをターゲット中心から等距離離して置い
た場合であり、またターゲット面積比はそれぞれ、aが
3.1%,bが4.2%,cが6.3%,dが2.1%である。As for the number of chips, in FIG.
Are 4 and 6 are c, respectively, placed at the center of the target, d
Is the case where two chips are placed at the same distance from the center of the target, and the target area ratio is a
3.1%, b is 4.2%, c is 6.3%, and d is 2.1%.
各試料の光学吸収端を第1図に示す。なお、光学吸収
端とは、SiO2と試料を重ね、試料側から入射する入射光
と反射光との比率(透過率)によりエネルギーギャップ
を求め、透過率とエネルギーギャップの関係を表したも
ので、同図の縦軸は透過率(%)、横軸は光エネルギー
(eV)である。The optical absorption edge of each sample is shown in FIG. The optical absorption edge is obtained by superposing SiO 2 on a sample, obtaining an energy gap from a ratio (transmittance) of incident light and reflected light incident from the sample side, and expressing a relationship between the transmittance and the energy gap. The vertical axis in the figure is the transmittance (%), and the horizontal axis is the light energy (eV).
第1図より、半導体ドープ薄膜は、バルク材よりも優
れた特性が得られ、しかも粒径が小さいほどエネルギー
ギャップが高エネルギー側にシフトし、量子サイズ効果
が得られることがわかる。そのシフトは半径の2乗の逆
数にほぼ比例し、理論にフィットしていることが確認さ
れた。第2図は試料のX線回折結果を示したものある。From FIG. 1, it can be seen that the semiconductor-doped thin film has better characteristics than the bulk material, and that the smaller the particle size, the more the energy gap shifts to the higher energy side, and a quantum size effect is obtained. The shift is almost proportional to the reciprocal of the square of the radius, and it was confirmed that the shift fits the theory. FIG. 2 shows the results of X-ray diffraction of the sample.
また、得られた試料における半導体粒子の平均粒径
は、X線で観察したところ、aは22Å,bは27Å,cは41
Å,dは62Åであった。The average particle size of the semiconductor particles in the obtained sample was observed by X-ray, and a was 22 °, b was 27 °, and c was 41 °.
Å, d was 62Å.
なお、第3図は第1図の試料aについてアニール(60
0℃×0〜55hr)を施した場合の光学吸収端を示したも
のであり、アニール時間と共に粒径が大きくなり、エネ
ルギーギャップが低エネルギー側にシフトとしている。
しかし、アニールを施さなくとも(0hr)、優れた特性
が得られることがわかる。FIG. 3 shows the annealing (60
The graph shows the optical absorption edge when (0 ° C. × 0 to 55 hours) is applied. The particle size increases with the annealing time, and the energy gap shifts to a lower energy side.
However, it can be seen that excellent characteristics can be obtained without annealing (0 hr).
実施例2 SiO2からなるターゲットの中央に2個〜8個のCdSe半
導体チップを置き、150〜200W,基板温度240℃,5×10-3T
orrの条件でArでスパッタリングを行ない、半導体ドー
プ薄膜を得た。Example 2 Two to eight CdSe semiconductor chips were placed at the center of a target made of SiO 2 , 150 to 200 W, a substrate temperature of 240 ° C., and 5 × 10 −3 T.
Ar sputtering was performed under the conditions of orr to obtain a semiconductor-doped thin film.
各試料の光学吸収端を第4図に示す。図中、平均粒径
はチップ個数により15Å以下の場合(図中右端の曲線)
から、26Åの場合まで変化した。The optical absorption edge of each sample is shown in FIG. In the figure, when the average particle size is less than 15 mm depending on the number of chips (curve at the right end in the figure)
, Up to 26Å.
第4図より、光学吸収端はチップの個数が増すと粒径
が大きくなり、低エネルギー側にシフトしていることが
わかる。From FIG. 4, it can be seen that the particle diameter of the optical absorption edge increases as the number of chips increases and shifts to a lower energy side.
実施例3 SiO2からなるターゲット上に8個のCdS半導体チップ
を円形状に置き、200W、基板温度:200℃,150℃,水冷の
3通りに変化させ、5×10-3Torrの条件でArでスパッタ
リングを行ない、半導体ドープ薄膜を得た。Example 3 Eight CdS semiconductor chips were placed in a circular shape on a target made of SiO 2 , and the temperature was changed in three ways: 200 W, substrate temperature: 200 ° C., 150 ° C., and water cooling under 5 × 10 −3 Torr. Sputtering was performed with Ar to obtain a semiconductor-doped thin film.
各試料の光学吸収端を第5図に示すように、基板温度
は高いほど粒径が小さくなり、高エネルギー側にシフト
していることがわかる。なお、平均粒径はaが27Å,bが
31Å,cが53Åであった。As shown in FIG. 5, the optical absorption edge of each sample shows that as the substrate temperature increases, the particle size decreases and shifts to the higher energy side. In addition, the average particle diameter is 27 ° and b is
31Å and c were 53Å.
実施例4 SiO2からなるターゲット上に4個,6個又は8個のGaAs
半導体チップを円形状に置き、200W、基板温度:水冷、
5×10-3Torr、スパッタ時間:30min(チップ数4個,6
個)、60min(チップ数8個)の条件でArでスパッタリ
ングを行ない、半導体ドープ薄膜を得た。Example 4 Four, six or eight GaAs on a target made of SiO 2
Place the semiconductor chip in a circular shape, 200W, substrate temperature: water cooling,
5 × 10 -3 Torr, sputtering time: 30 min (4 chips, 6
) For 60 min (8 chips) to obtain a semiconductor-doped thin film.
各試料の光学吸収端を第6図に示す。また、平均粒径
は、a(チップ数4個、ターゲット面積比4.1%)が15
Å,b(チップ数6個、ターゲット面積比6.2%)が22Å,
c(チップ数8個、ターゲット面積比8.3%)が26Åであ
った。FIG. 6 shows the optical absorption edge of each sample. Further, the average particle diameter is a (4 chips, target area ratio 4.1%) is 15
Å, b (6 chips, 6.2% of target area) is 22Å,
c (eight chips, 8.3% of target area) was 26 °.
第6図より、ターゲット面積比が増すと粒径が大きく
なり、エネルギーギャップが低エネルギー側にシフト
し、ターゲット面積比依存性があることがわかる。From FIG. 6, it can be seen that as the target area ratio increases, the particle size increases, the energy gap shifts to a lower energy side, and the target area ratio dependency is exhibited.
更に、上記チップ数が6個の場合について、基板温度
を150℃,250℃,400℃に変化させ、光学吸収端の基板温
度依存性を調べた。その結果は、実施例5の場合と同
様、第7図に示すように、基板温度が高いほど粒形が小
さくなり、エネルギーギャップが高エネルギー側にシフ
トしている。Further, when the number of chips was 6, the substrate temperature was changed to 150 ° C., 250 ° C., and 400 ° C., and the dependence of the optical absorption edge on the substrate temperature was examined. As a result, as in the case of Example 5, as shown in FIG. 7, as the substrate temperature increases, the grain size decreases, and the energy gap shifts to the higher energy side.
実施例5 SiO2からなるターゲット上にZnS半導体チップを中央
に1個置いた場合と、円形状に10個置いた場合につい
て、200W、基板温度:水冷、5×10-3Torr、スパッタ時
間:60minの条件でArでスパッタリングを行ない、半導体
ドープ薄膜を得た。Example 5 200 W, substrate temperature: water-cooled, 5 × 10 −3 Torr, sputtering time: one ZnS semiconductor chip placed at the center and 10 ZnS semiconductor chips placed on a target made of SiO 2 Sputtering was performed with Ar under the conditions of 60 min to obtain a semiconductor-doped thin film.
各試料の光学吸収端を第8図に示す。また、平均粒径
は、a(チップ数1個、ターゲット面積比1%)が36
Å,b(チップ数10個、ターゲット面積比10%)が55Åで
あった。The optical absorption edge of each sample is shown in FIG. The average particle diameter is a (the number of chips is 1 and the target area ratio is 1%) is 36.
Å, b (10 chips, 10% of target area) was 55Å.
第8図より、チップ個数が増すと粒径が大きくなり、
エネルギーギャップが低エネルギー側にシフトしてお
り、実施例2,4の場合と同様の結果が得られた。From FIG. 8, the particle size increases as the number of chips increases,
The energy gap was shifted to the lower energy side, and the same results as in Examples 2 and 4 were obtained.
実施例6 SiO2からなるターゲット上にZnTe半導体チップを中央
に2個置いた場合と、円形状に4個又は8個置いた場合
について、200W、基板温度:250℃、水冷、5×10-3Tor
r、スパッタ時間:20〜30minの条件でArでスパッタリン
グを行ない、半導体ドープ薄膜を得た。Example 6 200 W, substrate temperature: 250 ° C., water cooling, 5 × 10 − when two ZnTe semiconductor chips were placed at the center on a target made of SiO 2 and when four or eight ZnTe semiconductor chips were placed in a circular shape. 3 Tor
r, Sputtering time: Ar was sputtered under conditions of 20 to 30 min to obtain a semiconductor-doped thin film.
各試料の光学吸収端を化合物半導体粒子の粒径との関
係で第9図に示す。また、平均粒径は、a(チップ数2
個、基板温度250℃、ターゲット面積比2%)が28Å,
a′(チップ数2個、水冷基板、ターゲット面積比2
%)が32Å,b(チップ数4個、ターゲット面積比4%)
が59Å,c(チップ数8個、ターゲット面積比8%)が93
Åであった。FIG. 9 shows the optical absorption edge of each sample in relation to the particle size of the compound semiconductor particles. The average particle size is a (the number of chips is 2
28 °, substrate temperature 250 ° C, target area ratio 2%)
a '(2 chips, water-cooled board, target area ratio 2
%) Is 32Å, b (4 chips, target area ratio 4%)
Is 59Å, c (8 chips, target area ratio 8%) is 93
Was Å.
第9図より、チップ個数を増すと粒径が大きくなり、
また基板温度を高くすると粒径が小さくなる。As can be seen from FIG. 9, as the number of chips increases, the particle size increases.
When the substrate temperature is increased, the particle diameter becomes smaller.
以上の実施例の実験結果より、半導体ドープガラス薄
膜のエネルギーギャップは、化合物半導体粒径で定ま
り、その粒径をコントロールするには、以下の方法によ
ればよいことが判明した。From the experimental results of the above examples, it was found that the energy gap of the semiconductor-doped glass thin film is determined by the particle diameter of the compound semiconductor, and the particle diameter can be controlled by the following method.
SiO2ターゲット上の化合物半導体チップの面積(タ
ーゲット面積比)を大きくすることにより、粒径を揃っ
たまま大きく制御することができる。By increasing the area of the compound semiconductor chip on the SiO 2 target (target area ratio), large control can be performed while keeping the particle size uniform.
アニール時間と共に粒径を大きくすることができ
る。The particle size can be increased with the annealing time.
基板温度を高くすることにより、粒径を揃ったまま
大きく制御することができる。By increasing the substrate temperature, large control can be performed while keeping the particle size uniform.
実施例7 実施例2で得られた試料のうち、粒径26Åの試料(化
合物半導体:CdSe)にレーザーを当てて、レーザーを切
った時(時間:0psec)からのPL(電子とホールの再結合
で出す光)の強度の発光波長と時間との関係を調べた。Example 7 Among the samples obtained in Example 2, a sample (compound semiconductor: CdSe) having a particle size of 26 mm was irradiated with a laser, and PL (electrons and holes were regenerated from the time when the laser was turned off (time: 0 psec)). The relationship between the emission wavelength of the intensity of light emitted by bonding and the time was examined.
その結果は、第10図に示すように、551nmの波長の光
が強度が最も大きく、650psecで消えていることがわか
る。現在のスイッチング時間の最も短いものでは消える
までに40psecを要するが、バルク材の場合が10nsec〜10
4Psecであるのに対し、極めて短いことが確認され、こ
れから高速光シャッター、光スイッチ等として十分利用
可能であることがわかる。The results show that, as shown in FIG. 10, the light having a wavelength of 551 nm has the highest intensity and disappears at 650 psec. It takes 40psec to extinguish with the shortest switching time at present, but 10nsec ~ 10m for bulk material
Although it was 4 Psec, it was confirmed that it was extremely short, which indicates that it can be sufficiently used as a high-speed optical shutter, an optical switch, or the like.
(発明の効果) 以上詳述したように、本発明によれば、半導体ドープ
ガラスを薄膜化でき、しかも、従来のバルク材のように
半導体の種類や含有量が制約される等の問題を招くこと
なく、超微粒子の化合物又は単体半導体を粒径が揃った
状態でSiO2ガラス中に分散でき、更には、粒径をコント
ロールできるので、工業的利用を著しく促進するもので
ある。したがって、バルク材の場合と同様、高い非線形
性を有すると共に、バルク材よりも優れたpsec応答の光
双安定性も有する半導体ドープガラス薄膜を提供できる
ので、光シャッター、光スイッチ或いは光高速応答素子
としての応用が十分期待できる。(Effects of the Invention) As described in detail above, according to the present invention, it is possible to reduce the thickness of a semiconductor-doped glass, and there is a problem that the type and content of a semiconductor are restricted as in a conventional bulk material. Without dispersing ultrafine particles of a compound or a simple semiconductor in SiO 2 glass in a state where the particle diameters are uniform, and furthermore, the particle diameter can be controlled, thereby greatly promoting industrial use. Therefore, as in the case of the bulk material, it is possible to provide a semiconductor-doped glass thin film having high non-linearity and superior optical bistability with a better psec response than the bulk material. Application can be expected.
第1図は半導体(CdTe)ドープガラス薄膜の光学吸収端
を示す図、第2図はその薄膜のX線回折結果を示す図、
第3図はその一部の薄膜についてアニール時間依存性を
示す図であり、 第4図及び第5図は半導体(CdSe)ドープガラス薄膜の
光学吸収端を示す図、 第6図及び第7図は半導体(GaAs)ドープガラス薄膜の
光学吸収端を示す図、 第8図は半導体(ZnS)ドープガラス薄膜の光学吸収端
を示す図、 第9図は半導体(ZnTe)ドープガラス薄膜の光学吸収端
を示す図、 第10図は半導体(CdSe)ドープガラス薄膜にレーザーを
当てて、レーザーを切った時からのPLの強度の発光波長
と時間との関係を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an optical absorption edge of a semiconductor (CdTe) -doped glass thin film, FIG. 2 is a diagram showing an X-ray diffraction result of the thin film,
FIG. 3 is a view showing the annealing time dependency of a part of the thin film. FIGS. 4 and 5 are views showing the optical absorption edge of the semiconductor (CdSe) -doped glass thin film. FIGS. 6 and 7 Shows the optical absorption edge of the semiconductor (GaAs) -doped glass thin film, FIG. 8 shows the optical absorption edge of the semiconductor (ZnS) -doped glass thin film, and FIG. 9 shows the optical absorption edge of the semiconductor (ZnTe) -doped glass thin film FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the emission wavelength of PL intensity and time since the laser was turned off when a laser was applied to the semiconductor (CdSe) -doped glass thin film.
Claims (6)
体半導体多結晶を置き、Ar等のガスを用いてスパッタリ
ングすることにより、SiO2ガラス中に均一な粒径の化合
物又は単体半導体が分散した半導体ドープガラス薄膜を
得ることを特徴とする半導体ドープガラス薄膜の製造方
法。1. A compound or a single semiconductor having a uniform particle size is dispersed in a SiO 2 glass by placing a compound or a single semiconductor polycrystal on a target made of SiO 2 and sputtering by using a gas such as Ar. A method for producing a semiconductor-doped glass thin film, comprising obtaining a semiconductor-doped glass thin film.
e,ZnS,ZnTe,ZnSe,PbI2,InP,CdSnP2,CdSxSe1-x,ZnGeAs2,
GaAs,Si,Si−Ge,InSb,CuClのうちの1種からなる請求項
1に記載の方法。2. The method according to claim 1, wherein the compound or the elementary semiconductor is CdTe, CdS, CdS.
e, ZnS, ZnTe, ZnSe, PbI 2, InP, CdSnP 2, CdSxSe 1- x, ZnGeAs 2,
2. The method according to claim 1, comprising one of GaAs, Si, Si-Ge, InSb, and CuCl.
導体チップの個数を変えてその粒径を制御する請求項1
に記載の方法。3. The method according to claim 1, wherein the number of compounds or single semiconductor chips placed on the target is changed to control the particle size.
The method described in.
て化合物又は単体半導体粒径を制御する請求項1又は3
に記載の方法。4. The method according to claim 1, wherein said sputtering operation and the substrate temperature are changed to control the particle diameter of the compound or single semiconductor.
The method described in.
ることにより化合物又は単体半導体粒径を制御する請求
項1,3又は4に記載の方法。5. The method according to claim 1, wherein the compound or single semiconductor particle diameter is controlled by annealing the semiconductor-doped glass thin film.
以下、含有量1mol%以上の化合物又は単体半導体微粒子
を均一に分散する請求項1ないし5のいずれかの方法。6. An amorphous SiO 2 glass having a particle size of 100 °
6. The method according to claim 1, wherein a compound having a content of 1 mol% or more or a single semiconductor fine particle is uniformly dispersed.
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