温度可変光センサ素子
【課題】シリコンナノ結晶を備えた、新規な機能を有する光学素子の提供。
【解決手段】エルビウムが添加されたシリコンナノ結晶と、該シリコンナノ結晶の温度を調節する温調手段と、該シリコンナノ結晶に励起光を照射する励起手段とを備え、前記シリコンナノ結晶が、励起光照射時の温度に依存して異なる発光スペクトルを示すことを特徴とする温度可変光センサ素子；エルビウムが添加されたシリコンナノ結晶と、該シリコンナノ結晶の温度を調節する温調手段と、該シリコンナノ結晶に励起光を照射する励起手段とを備え、前記シリコンナノ結晶の発光強度が、励起光照射時の温度の上昇に伴い増大することを特徴とする温度可変光センサ素子。
【解決手段】エルビウムが添加されたシリコンナノ結晶と、該シリコンナノ結晶の温度を調節する温調手段と、該シリコンナノ結晶に励起光を照射する励起手段とを備え、前記シリコンナノ結晶が、励起光照射時の温度に依存して異なる発光スペクトルを示すことを特徴とする温度可変光センサ素子；エルビウムが添加されたシリコンナノ結晶と、該シリコンナノ結晶の温度を調節する温調手段と、該シリコンナノ結晶に励起光を照射する励起手段とを備え、前記シリコンナノ結晶の発光強度が、励起光照射時の温度の上昇に伴い増大することを特徴とする温度可変光センサ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エルビウムが添加されたシリコンナノ結晶を備えた、温度可変光センサ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンは、結晶サイズをナノメートルレベルにまで小さくした、シリコンナノ結晶とすることで、量子サイズ効果により、可視領域において発光する性質を有し、発光素子としての応用が期待されている。例えば、フッ化水素酸（ＨＦ）を使用したエッチングと、酸化処理とを組み合わせて、シリコンナノ結晶の粒径サイズを調整することにより、三原色の発光を得たことが、これまでに開示されている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。また、紫又は青色の発光を得たことも開示されている（例えば、非特許文献２、非特許文献３参照）。
一方で、ドーパントとして、希土類元素の一種であるエルビウム（Ｅｒ）を添加することにより、Ｅｒ３＋による波長１．５μｍ帯の発光強度が増強されることが知られており、より高感度な発光素子の開発が期待されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
シリコンナノ結晶を備えた発光素子は、例えば、シリコン基板上にスパッタリング法で容易に作製でき、製造適性に優れる。また、発光素子だけにとどまらず、電子デバイスと発光デバイスとを融合した光・電子集積回路への応用も期待されるなど、利用分野が広い。さらに、シリコン自体が、地殻中での埋蔵量が豊富で、低毒性であり、入手性及び取り扱い性に優れるなど、材料として優れた性質を有する。したがって、シリコンナノ結晶を備えた発光素子は、今後、様々な分野でさらに重要なものになってくると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９６７８１号公報
【特許文献２】特開平９−２９５８９１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】和泉富雄、パリティ、１９（２００４）２０
【非特許文献２】Ｘ．Ｍ．Ｗｕ，Ｍ．Ｊ．Ｌｕ，Ｗ．Ｇ．Ｙａｏ，Ｓｕｒｆａｃｅ ａｎｄ Ｃｏａｔｉｎｇｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１６１（２００２）９２−９５
【非特許文献３】Ｈ．Ｚ．Ｓｏｎｇ，Ｘ．Ｍ．Ｂａｏ，Ｇ．Ｊ．Ａｄｒｉａｅｎｓｓｅｎｓ，Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ａ ２４４（１９９８）４４９−４５３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、シリコンナノ結晶を備えた発光素子については、これまでに光学素子としての特性について十分な検討が為されたとは言えず、光学素子としての可能性について、まだ検討の余地が多く残されているのが実情である。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、シリコンナノ結晶を備えた、新規な機能を有する光学素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、
本発明の第一の発明は、エルビウムが添加されたシリコンナノ結晶と、該シリコンナノ結晶の温度を調節する温調手段と、該シリコンナノ結晶に励起光を照射する励起手段とを備え、前記シリコンナノ結晶が、励起光照射時の温度に依存して異なる発光スペクトルを示すことを特徴とする温度可変光センサ素子を提供する。
第一の発明の温度可変光センサ素子においては、温度の上昇に伴い、発光強度が増大することが好ましい。
また、本発明の第二の発明は、エルビウムが添加されたシリコンナノ結晶と、該シリコンナノ結晶の温度を調節する温調手段と、該シリコンナノ結晶に励起光を照射する励起手段とを備え、前記シリコンナノ結晶の発光強度が、励起光照射時の温度の上昇に伴い増大することを特徴とする温度可変光センサ素子を提供する。
第二の発明の温度可変光センサ素子においては、励起光照射時に、温度に依存して異なる発光スペクトルを示すことが好ましい。
第一又は第二の発明の温度可変光センサ素子においては、前記シリコンナノ結晶が水又は水溶性の液体中に分散された分散液、あるいは該分散液を塗布及び乾燥してなる層を備えることが好ましい。
第一又は第二の発明の温度可変光センサ素子においては、前記シリコンナノ結晶が、薄膜中に含有されていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、シリコンナノ結晶を備えた、新規な機能を有する光学素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１における水分散液中のＥｒ添加Ｓｉナノ結晶の発光スペクトルの測定結果を示すグラフである。
【図２】実施例２におけるエタノール分散液中のＥｒ添加Ｓｉナノ結晶の発光スペクトルの測定結果を示すグラフである。
【図３】実施例３におけるＥｒ添加薄膜の発光スペクトルの測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の温度可変光センサ素子は、エルビウムが添加されたシリコンナノ結晶と、該シリコンナノ結晶の温度を調節する温調手段と、該シリコンナノ結晶に励起光を照射する励起手段とを備え、前記シリコンナノ結晶が、励起光照射時の温度に依存して異なる発光スペクトルを示すことを特徴とする。
また、本発明の温度可変光センサ素子は、エルビウムが添加されたシリコンナノ結晶と、該シリコンナノ結晶の温度を調節する温調手段と、該シリコンナノ結晶に励起光を照射する励起手段とを備え、前記シリコンナノ結晶の発光強度が、励起光照射時の温度の上昇に伴い増大することを特徴とする。
本発明は、エルビウム（以下、Ｅｒと略記する）が添加されたシリコンナノ結晶（以下、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶と略記する）の発光素子としての機能と、さらにその発光スペクトルが、励起光照射時における温度に依存して変化する、又はその発光強度が、励起光照射時の温度の上昇に伴い増大するという特性とを利用して、温度可変光センサ素子として構成したものである。
【００１２】
本発明において、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶は、量子サイズ効果を有するものであり、公知のもので良く、好ましくは、結晶の大きさが２〜５ｎｍ程度のものである。
このようなＥｒ添加Ｓｉナノ結晶は、例えば、シリコン基板（以下、Ｓｉ基板と略記する）上に、Ｅｒ、Ｓｉ及びＳｉＯ２をスパッタリングし、Ｅｒ、Ｓｉ及びＳｉＯ２を含む薄膜（以下、Ｅｒ添加薄膜と略記する）を形成し、これを加熱処理することで、前記薄膜中にＥｒ添加Ｓｉナノ結晶を形成すると共に、Ｅｒを光学的に活性化することで作製できる。Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶は、このように、薄膜中に含有された状態であっても良いし、加熱処理後の前記薄膜から、さらに分離されていても良い。
【００１３】
Ｅｒ添加薄膜は、例えば、上記したスパッタリング法、好ましくは高周波マグネトロンスパッタリング法により作製できる。この場合、ＳｉＯ２ターゲット上にＳｉチップ及びＥｒチップを設置し、ターゲットと、所定距離をもって離間対峙させたＳｉ基板との間に所定の電圧を印加すれば良い。
【００１４】
スパッタリング時の動作圧力は、０．５〜１．１Ｐａ（３．８×１０−３〜８．３×１０−３Ｔｏｒｒ）であることが好ましく、０．８〜１．０Ｐａ（６．０×１０−３〜７．５×１０−３Ｔｏｒｒ）であることがより好ましい。このような範囲とすることで、チャンバー内の残留ガスを一層減らすことができる。
高周波電源出力は、１５０〜２５０Ｗであることが好ましく、１７０〜２１０Ｗであることがより好ましい。このような範囲とすることで、ＳｉＯ２ターゲットと各チップとを均一にスパッタリングすることができ、Ｓｉ基板全体に、一層均一な膜を成膜できる。
スパッタリング時間は３〜１２ 時間であることが好ましい。このような範囲とすることで、Ｓｉ基板全体に、一層均一な膜を成膜できる。
スパッタリングは、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスや窒素（Ｎ２）ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
【００１５】
Ｓｉチップ及びＥｒチップは、いずれも純度が９９％以上であることが好ましい。
Ｓｉチップ及びＥｒチップの使用量は、スパッタリング時の諸条件によって適宜調整すれば良い。例えば、上記条件の場合には、一つあたりの表面積が好ましくは７５〜１２５ｍｍ２であるチップを使用して、Ｓｉチップとしては好ましくは５〜９個、ＥｒチップとしてはＳｉチップ１個に対して好ましくは５〜９個使用すると良い。このような範囲とすることで、形成されるＥｒ添加薄膜中のＥｒ及びＳｉの含有量を一層容易に適量に調整できる。
【００１６】
Ｅｒ添加薄膜は、スパッタリング法以外でも、例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、物理気相成長法（ＰＶＤ法）等により作製できる。
【００１７】
Ｅｒ添加薄膜は、ＳｉＯ２母体材料中にＥｒとＳｉを含有するものであり、厚さは１〜１０μｍであることが好ましい。Ｅｒ添加薄膜の厚さは、例えば、スパッタリング時間で調節できる。
【００１８】
Ｅｒ添加薄膜の加熱処理時の温度は、９００〜１２００℃であることが好ましく、９５０〜１０５０℃であることがより好ましい。下限値以上とすることで結晶構造を一層変化させることができ、上限値以下とすることでＥｒの添加効果を一層向上させることができる。さらに上記範囲とすることにより、良好な発光強度を有するＥｒ添加Ｓｉナノ結晶を効率的に得られる。
【００１９】
Ｅｒ添加薄膜中には、本発明の効果を妨げない範囲内において、Ｅｒ以外のその他の成分を添加しても良い。その他の成分としては、Ｅｒ以外の希土類元素等、当該分野で通常使用されるものが例示できる。
【００２０】
加熱処理時の時間は、温度に応じて適宜調整すれば良いが、温度が上記範囲内である場合には、３０〜１２０分であることが好ましく、４５〜７５分であることがより好ましい。このような範囲とすることで、結晶構造を一層変化させることができ、良好な発光強度を有するＥｒ添加Ｓｉナノ結晶を効率的に得られる。
【００２１】
加熱処理は、Ａｒガス等の希ガスやＮ２ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
【００２２】
薄膜からＥｒ添加Ｓｉナノ結晶を分離するためには、加熱処理後の前記薄膜に対して、ＳｉＯ２の選択的なエッチング除去を行うことが好ましい。エッチングは、ウェットエッチング及びドライエッチングのいずれでも良い。好ましいものとして具体的には、フッ化水素酸を使用したエッチングが例示でき、例えば、フッ化水素酸の水溶液を加熱して発生させたガスを前記薄膜に接触させる方法や、フッ化水素酸の水溶液に前記薄膜を浸漬する方法が例示できる。また、テトラフルオロメタン、トリフルオロメタン等のフッ化アルカンを、プラズマでイオン化又はラジカル化して、これを前記薄膜に接触させる方法が例示できる。
そして、例えば、前記エッチング部位を液体中に浸漬し、洗浄することで、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶の分散液が得られ、該分散液の液体成分を除去して乾燥させることで、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶の粉末が得られる。
【００２３】
本発明において、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶は、その温度を目的に応じて任意に調節できるようにされていれば良く、その形態は特に限定されない。例えば、上記のように、薄膜中に含有された状態でも良いし、分散液中に分散された状態でも良く、粉末状でも良い。また、前記分散液を塗布及び乾燥してなる層の中に含有された状態でも良い。
【００２４】
前記分散液の液体成分は、水又は水溶性の液体であることが好ましい。そして、該水溶性の液体は、アルコールであることが好ましく、エタノールであることがより好ましい。
【００２５】
前記分散液を塗布及び乾燥してなる層を、基材上に形成することで、本発明の素子の取り扱い性を一層向上させることができ、用途を飛躍的に拡大できる。例えば、前記分散液中に、さらに染料、顔料、バインダ等を含有させてインクとし、これを使用して文字やパターンを形成することも可能である。
【００２６】
前記分散液を塗布する基材の材質は、目的に応じて任意に選択でき、各種樹脂類、金属類、合金類、紙類、木材類等、公知のものから選択すれば良い。また、基材の形状も目的に応じて任意に選択でき、板状、ブロック状、球状、棒状、又はこれら形状の二種以上が組み合わされてなる複合形状等、いずれでも良く、さらにこれらに限定されるものではない。
【００２７】
Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶の温度を調節する温調手段は、特に限定されず、通常使用されるヒータ等で良い。ヒータとしては、取り扱い性及び汎用性に優れるものとして、ペルチェ素子を備えたものが例示できるが、これに限定されるものではない。
【００２８】
Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶に励起光を照射する励起手段は、レーザ光源等、公知のものから目的に応じて任意に選択できる。
【００２９】
Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶は、適切な条件を選択することで、励起光照射時に、温度に依存して異なる発光スペクトルを示す。すなわち、フォトルミネッセンス（以下、ＰＬと略記する）のスペクトルは、温度依存性を示す。ここで、「発光スペクトルが異なる」とは、「ピークパターンの変化及びピーク位置（波長）のシフトのいずれか一以上が生じる」ことを指す。特に、室温（２０℃程度）以上においては、温度の上昇に伴い、発光強度が増大するピークが存在する。これまでに知られている発光素子では、励起光照射時に温度の上昇に伴って発光強度が減少して消光してしまい、上記知見は新規なものである。
【００３０】
また、励起光照射時には、複数の発光ピークが生じ得るが、同一温度でこれらの強度は互いに異なり、温度の上昇に伴って強度比が変化して、温度によっては明確に識別できる発光ピークの数に相違が生じる。このように、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶は、温度に依存して異なる発光スペクトルを示す。本発明は、この発光スペクトルの温度依存性を利用して、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶を温度可変光センサとして機能させるものである。
【００３１】
また、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶の発光強度は、上記のように、適切な条件を選択することで、励起光照射時の温度の上昇に伴い増大する。本発明は、この発光強度の温度依存性を利用して、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶を温度可変光センサとして機能させるものである。
【００３２】
励起光照射時におけるＥｒ添加Ｓｉナノ結晶の温度は、目的に応じて適宜調整すれば良い。通常は、１５〜１２０℃であることが好ましく、２０〜１００℃であることがより好ましい。このような範囲とすることで、温度ごとの発光スペクトル又は発光強度の変化が一層明りょうとなる。
【００３３】
本発明において、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶及び温調手段は、例えば、一体に構成されていても良いし、別々に構成されたものが、適宜組み合わされて配置されるようになっていても良い。好ましいものとしては、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶が基材上に保持され、該基材が温調手段に接触して又は接触せずに近傍に配置されるようになったものが例示できる。
そして、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶が基材上に保持された好ましいものとしては、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶を含有する分散液やインクにより、基材上に文字やパターンが形成されたものが例示できる。このようなものは、基材に特有の情報を付与したメモリ素子として好適である。
【００３４】
本発明の温度可変光センサ素子は、さらに、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶の発光スペクトルを検出する検出手段を備えることが好ましい。前記検出手段は、公知のもので良く、例えば、ＣＣＤカメラ等の光シグナルを検出する手段と、検出した光シグナルのスペクトルを解析する手段とを備えたものが例示できるが、これに限定されるものではない。
【００３５】
本発明は、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶の発光素子としての機能を利用して、光通信用のデバイスに適用できる。さらに、それにとどまらず、例えば、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶の発光スペクトルを、異なる複数の温度で検出することにより、複数種類の発光スペクトルを取得し、これら発光スペクトルにおけるピークパターンやピーク強度の組み合わせから、基材に特有の情報を高精度に取得できるので、情報識別用のセンサとして特に好適である。
【実施例】
【００３６】
以下、具体的実施例により、本発明についてさらに詳しく説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に何ら限定されるものではない。
【００３７】
［実施例１］
下記手順により、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶分散液を調製し、これを備えた温度可変光センサ素子の発光スペクトルを確認した。
【００３８】
（Ｓｉ基板上でのＥｒ添加薄膜の作製）
高周波マグネトロンスパッタ装置（日電アネルバ社製、ＳＰＦ−２１０Ｈ）を使用して、Ｓｉ基板上にＥｒ添加薄膜を作製した。
具体的には、直径が１０１．６ｍｍ（４インチ）である略円板状のＳｉウェーハ上に、常法により酸化膜を設けたＳｉＯ２ターゲット（純度９９．９９９９％）を使用し、その上の中央部付近に、二枚のＥｒチップ（純度９９．９％、０．５ｃｍ×０．５ｃｍ）を離間させて配置し、これらがほぼ中心となるように、これらを取り囲む円周上の位置（エロージョン領域）に、六枚のＳｉチップ（純度９９．９９９％、０．５ｃｍ×０．５ｃｍ）を対称に配置した。このＳｉＯ２ターゲットと、このＳｉＯ２ターゲットから４．２ｃｍ離間した位置に対峙させて配置した４インチの略円板状のＳｉ基板とを、スパッタリングチャンバー内にセットし、このターゲットを使用して、Ａｒガス雰囲気下、動作圧力０．８Ｐａ（６×１０−３Ｔｏｒｒ）、高周波電源出力２００Ｗの条件で６時間スパッタリングを行い、未酸化のＳｉ基板上に、厚さ９．６μｍのＥｒ添加薄膜を作製した。
【００３９】
（Ｅｒ添加薄膜の加熱処理（Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶の作製））
次いで、得られたＥｒ添加薄膜を、Ａｒガス雰囲気下、１０００℃で１時間加熱処理することで、Ｅｒが光学的に活性化された薄膜とした。
【００４０】
（Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶分散液の作製）
次いで、３０％フッ化水素酸水溶液を５０℃で加熱し、発生した蒸気を使用して、加熱処理後の前記薄膜に対してエッチングを行い、ＳｉＯ２を選択的に除去した。そして、エッチング部位を純水中での超音波洗浄に供して、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶をＳｉ基板から純水中に分離させた。次いで、Ｈｅ−Ｃｄレーザ（波長３２５ｎｍ）の照射により、純水中のＥｒ添加Ｓｉナノ結晶に由来するＰＬが目視で確認できる程度にまで、上記のエッチング〜分離の操作を数回繰り返した。
以上により、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶が純水中に分散された分散液を作製した。
【００４１】
（Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶の発光スペクトルの測定）
得られたＥｒ添加Ｓｉナノ結晶分散液を石英セルに充填した。そして、温調手段としてヒータを使用し、前記分散液の温度を２２℃、３０℃、４０℃、５０℃、６０℃、７０℃、８０℃及び９０℃の８通りに調節し、それぞれの場合について、前記分散液にレーザを照射して、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶の発光スペクトルを測定した。測定は、Ｈｅ−Ｃｄレーザ（波長３２５ｎｍ）を使用し、レーザスポットを直径１ｍｍとして、検出手段として電荷結合素子（ＣＣＤ）を使用して行った。測定結果を図１に示す。
【００４２】
（測定結果）
前記分散液にレーザを照射したところ、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶の発光に由来する、青みがかった緑色の光が目視で確認できた。そして、図１に示す発光スペクトルから明らかなように、いずれの温度でも波長５４９．３ｎｍ付近、６３５．７ｎｍ付近、７３５．０ｎｍ付近及び８１１．３ｎｍ付近にピークが観測された。そして、いずれのピークも温度の上昇に伴って強度が大きくなっていた。波長７３５．０ｎｍ付近のピークは、いずれの温度でも強度が大きいが、波長５４９．３ｎｍ付近、及び８１１．３ｎｍ付近のピークは、概ね４０℃以上で大きな強度であった。また、波長６３５．７ｎｍ付近のピークは、４０℃で大きな強度を有していた。
これらのうち、目視で確認できた緑色光は、波長５４９．３ｎｍ付近のピークに該当すると考えられる。そして、Ｅｒの４Ｓ３／２→５Ｉ１５／２遷移の発光は、緑色であることが報告知られており（例えば、「足立吟也、新材料シリーズ 希土類の機能と応用、シーエムシー出版、ｐ１５１、２００６」参照）、上記の目視で確認できた緑色光は、Ｅｒに由来する発光であると考えられる。
【００４３】
一方、これまでは、発光素子の温度が上昇するにしたがって、発光強度が弱くなり、消光してしまうというのが、ＰＬの常識的な挙動であった。しかし、本発明によれば、図１から明らかなように、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶は、温度の上昇に伴い発光強度が強くなっており、しかも、特に４０℃以上では、複数のピークを明りょうに識別できた。このように、温度によって発光スペクトル及び発光強度が変化していた。
【００４４】
［実施例２］
Ｅｒ添加薄膜の加熱処理を、Ａｒガス雰囲気下に代え、Ｎ２ガス雰囲気下で行い、さらにＥｒ添加Ｓｉナノ結晶をＳｉ基板からエタノール中に分離させたこと以外は、実施例１と同様にＥｒ添加Ｓｉナノ結晶分散液を作製した。そして、前記分散液の温度を２１℃に調節したこと以外は、実施例１と同様に発光スペクトルを測定した。測定結果を図２に示す。
前記分散液にレーザを照射したところ、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶の発光に由来する緑色光が目視で確認できた。そして、図２に示す発光スペクトルから明らかなように、波長５３８．７ｎｍ付近、６３４．１ｎｍ付近及び８０５．４ｎｍ付近にそれぞれピークが観測された。これらのうち、目視で確認できた緑色光は、波長５３８．７ｎｍ付近のピークに該当すると考えられる。
【００４５】
図１及び２から明らかなように、水分散液及びエタノール分散液のいずれにおいても、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶に特有の発光スペクトルが観測され、いずれも同様の発光ピークを示した。ただし、実施例１で観測された波長７３５．０ｎｍ付近のピークは、実施例２では観測されておらず、水分散液に特有のものであった。
【００４６】
［実施例３］
Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶分散液を作製せず、これに代わり、加熱処理後のＥｒ添加薄膜を発光スペクトルの測定に供したこと以外は、実施例２と同様に発光スペクトルを測定した。測定結果を図３に示す。
図３に示す発光スペクトルから明らかなように、波長５４５．２ｎｍ付近及び７４３．３ｎｍ付近にそれぞれピークが観測された。図２において波長６３４．１ｎｍ付近に観測されたピークは、図３においては、波長５４５．２ｎｍ付近のピークの裾と重なっていると考えられる。したがって、図３に示す発光スペクトルは、図２に示す発光スペクトルとはピークの位置がやや異なるが、パターンは同様であり、加熱処理後のＥｒ添加薄膜は、分散液中のＥｒ添加Ｓｉナノ結晶と同様のメカニズムで発光していると考えられた。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、光通信用のデバイス、情報識別用のセンサ等、発光素子としての機能を利用する技術分野全般に利用可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エルビウムが添加されたシリコンナノ結晶を備えた、温度可変光センサ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンは、結晶サイズをナノメートルレベルにまで小さくした、シリコンナノ結晶とすることで、量子サイズ効果により、可視領域において発光する性質を有し、発光素子としての応用が期待されている。例えば、フッ化水素酸（ＨＦ）を使用したエッチングと、酸化処理とを組み合わせて、シリコンナノ結晶の粒径サイズを調整することにより、三原色の発光を得たことが、これまでに開示されている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。また、紫又は青色の発光を得たことも開示されている（例えば、非特許文献２、非特許文献３参照）。
一方で、ドーパントとして、希土類元素の一種であるエルビウム（Ｅｒ）を添加することにより、Ｅｒ３＋による波長１．５μｍ帯の発光強度が増強されることが知られており、より高感度な発光素子の開発が期待されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
シリコンナノ結晶を備えた発光素子は、例えば、シリコン基板上にスパッタリング法で容易に作製でき、製造適性に優れる。また、発光素子だけにとどまらず、電子デバイスと発光デバイスとを融合した光・電子集積回路への応用も期待されるなど、利用分野が広い。さらに、シリコン自体が、地殻中での埋蔵量が豊富で、低毒性であり、入手性及び取り扱い性に優れるなど、材料として優れた性質を有する。したがって、シリコンナノ結晶を備えた発光素子は、今後、様々な分野でさらに重要なものになってくると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９６７８１号公報
【特許文献２】特開平９−２９５８９１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】和泉富雄、パリティ、１９（２００４）２０
【非特許文献２】Ｘ．Ｍ．Ｗｕ，Ｍ．Ｊ．Ｌｕ，Ｗ．Ｇ．Ｙａｏ，Ｓｕｒｆａｃｅ ａｎｄ Ｃｏａｔｉｎｇｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１６１（２００２）９２−９５
【非特許文献３】Ｈ．Ｚ．Ｓｏｎｇ，Ｘ．Ｍ．Ｂａｏ，Ｇ．Ｊ．Ａｄｒｉａｅｎｓｓｅｎｓ，Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ａ ２４４（１９９８）４４９−４５３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、シリコンナノ結晶を備えた発光素子については、これまでに光学素子としての特性について十分な検討が為されたとは言えず、光学素子としての可能性について、まだ検討の余地が多く残されているのが実情である。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、シリコンナノ結晶を備えた、新規な機能を有する光学素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、
本発明の第一の発明は、エルビウムが添加されたシリコンナノ結晶と、該シリコンナノ結晶の温度を調節する温調手段と、該シリコンナノ結晶に励起光を照射する励起手段とを備え、前記シリコンナノ結晶が、励起光照射時の温度に依存して異なる発光スペクトルを示すことを特徴とする温度可変光センサ素子を提供する。
第一の発明の温度可変光センサ素子においては、温度の上昇に伴い、発光強度が増大することが好ましい。
また、本発明の第二の発明は、エルビウムが添加されたシリコンナノ結晶と、該シリコンナノ結晶の温度を調節する温調手段と、該シリコンナノ結晶に励起光を照射する励起手段とを備え、前記シリコンナノ結晶の発光強度が、励起光照射時の温度の上昇に伴い増大することを特徴とする温度可変光センサ素子を提供する。
第二の発明の温度可変光センサ素子においては、励起光照射時に、温度に依存して異なる発光スペクトルを示すことが好ましい。
第一又は第二の発明の温度可変光センサ素子においては、前記シリコンナノ結晶が水又は水溶性の液体中に分散された分散液、あるいは該分散液を塗布及び乾燥してなる層を備えることが好ましい。
第一又は第二の発明の温度可変光センサ素子においては、前記シリコンナノ結晶が、薄膜中に含有されていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、シリコンナノ結晶を備えた、新規な機能を有する光学素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１における水分散液中のＥｒ添加Ｓｉナノ結晶の発光スペクトルの測定結果を示すグラフである。
【図２】実施例２におけるエタノール分散液中のＥｒ添加Ｓｉナノ結晶の発光スペクトルの測定結果を示すグラフである。
【図３】実施例３におけるＥｒ添加薄膜の発光スペクトルの測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の温度可変光センサ素子は、エルビウムが添加されたシリコンナノ結晶と、該シリコンナノ結晶の温度を調節する温調手段と、該シリコンナノ結晶に励起光を照射する励起手段とを備え、前記シリコンナノ結晶が、励起光照射時の温度に依存して異なる発光スペクトルを示すことを特徴とする。
また、本発明の温度可変光センサ素子は、エルビウムが添加されたシリコンナノ結晶と、該シリコンナノ結晶の温度を調節する温調手段と、該シリコンナノ結晶に励起光を照射する励起手段とを備え、前記シリコンナノ結晶の発光強度が、励起光照射時の温度の上昇に伴い増大することを特徴とする。
本発明は、エルビウム（以下、Ｅｒと略記する）が添加されたシリコンナノ結晶（以下、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶と略記する）の発光素子としての機能と、さらにその発光スペクトルが、励起光照射時における温度に依存して変化する、又はその発光強度が、励起光照射時の温度の上昇に伴い増大するという特性とを利用して、温度可変光センサ素子として構成したものである。
【００１２】
本発明において、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶は、量子サイズ効果を有するものであり、公知のもので良く、好ましくは、結晶の大きさが２〜５ｎｍ程度のものである。
このようなＥｒ添加Ｓｉナノ結晶は、例えば、シリコン基板（以下、Ｓｉ基板と略記する）上に、Ｅｒ、Ｓｉ及びＳｉＯ２をスパッタリングし、Ｅｒ、Ｓｉ及びＳｉＯ２を含む薄膜（以下、Ｅｒ添加薄膜と略記する）を形成し、これを加熱処理することで、前記薄膜中にＥｒ添加Ｓｉナノ結晶を形成すると共に、Ｅｒを光学的に活性化することで作製できる。Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶は、このように、薄膜中に含有された状態であっても良いし、加熱処理後の前記薄膜から、さらに分離されていても良い。
【００１３】
Ｅｒ添加薄膜は、例えば、上記したスパッタリング法、好ましくは高周波マグネトロンスパッタリング法により作製できる。この場合、ＳｉＯ２ターゲット上にＳｉチップ及びＥｒチップを設置し、ターゲットと、所定距離をもって離間対峙させたＳｉ基板との間に所定の電圧を印加すれば良い。
【００１４】
スパッタリング時の動作圧力は、０．５〜１．１Ｐａ（３．８×１０−３〜８．３×１０−３Ｔｏｒｒ）であることが好ましく、０．８〜１．０Ｐａ（６．０×１０−３〜７．５×１０−３Ｔｏｒｒ）であることがより好ましい。このような範囲とすることで、チャンバー内の残留ガスを一層減らすことができる。
高周波電源出力は、１５０〜２５０Ｗであることが好ましく、１７０〜２１０Ｗであることがより好ましい。このような範囲とすることで、ＳｉＯ２ターゲットと各チップとを均一にスパッタリングすることができ、Ｓｉ基板全体に、一層均一な膜を成膜できる。
スパッタリング時間は３〜１２ 時間であることが好ましい。このような範囲とすることで、Ｓｉ基板全体に、一層均一な膜を成膜できる。
スパッタリングは、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスや窒素（Ｎ２）ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
【００１５】
Ｓｉチップ及びＥｒチップは、いずれも純度が９９％以上であることが好ましい。
Ｓｉチップ及びＥｒチップの使用量は、スパッタリング時の諸条件によって適宜調整すれば良い。例えば、上記条件の場合には、一つあたりの表面積が好ましくは７５〜１２５ｍｍ２であるチップを使用して、Ｓｉチップとしては好ましくは５〜９個、ＥｒチップとしてはＳｉチップ１個に対して好ましくは５〜９個使用すると良い。このような範囲とすることで、形成されるＥｒ添加薄膜中のＥｒ及びＳｉの含有量を一層容易に適量に調整できる。
【００１６】
Ｅｒ添加薄膜は、スパッタリング法以外でも、例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、物理気相成長法（ＰＶＤ法）等により作製できる。
【００１７】
Ｅｒ添加薄膜は、ＳｉＯ２母体材料中にＥｒとＳｉを含有するものであり、厚さは１〜１０μｍであることが好ましい。Ｅｒ添加薄膜の厚さは、例えば、スパッタリング時間で調節できる。
【００１８】
Ｅｒ添加薄膜の加熱処理時の温度は、９００〜１２００℃であることが好ましく、９５０〜１０５０℃であることがより好ましい。下限値以上とすることで結晶構造を一層変化させることができ、上限値以下とすることでＥｒの添加効果を一層向上させることができる。さらに上記範囲とすることにより、良好な発光強度を有するＥｒ添加Ｓｉナノ結晶を効率的に得られる。
【００１９】
Ｅｒ添加薄膜中には、本発明の効果を妨げない範囲内において、Ｅｒ以外のその他の成分を添加しても良い。その他の成分としては、Ｅｒ以外の希土類元素等、当該分野で通常使用されるものが例示できる。
【００２０】
加熱処理時の時間は、温度に応じて適宜調整すれば良いが、温度が上記範囲内である場合には、３０〜１２０分であることが好ましく、４５〜７５分であることがより好ましい。このような範囲とすることで、結晶構造を一層変化させることができ、良好な発光強度を有するＥｒ添加Ｓｉナノ結晶を効率的に得られる。
【００２１】
加熱処理は、Ａｒガス等の希ガスやＮ２ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
【００２２】
薄膜からＥｒ添加Ｓｉナノ結晶を分離するためには、加熱処理後の前記薄膜に対して、ＳｉＯ２の選択的なエッチング除去を行うことが好ましい。エッチングは、ウェットエッチング及びドライエッチングのいずれでも良い。好ましいものとして具体的には、フッ化水素酸を使用したエッチングが例示でき、例えば、フッ化水素酸の水溶液を加熱して発生させたガスを前記薄膜に接触させる方法や、フッ化水素酸の水溶液に前記薄膜を浸漬する方法が例示できる。また、テトラフルオロメタン、トリフルオロメタン等のフッ化アルカンを、プラズマでイオン化又はラジカル化して、これを前記薄膜に接触させる方法が例示できる。
そして、例えば、前記エッチング部位を液体中に浸漬し、洗浄することで、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶の分散液が得られ、該分散液の液体成分を除去して乾燥させることで、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶の粉末が得られる。
【００２３】
本発明において、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶は、その温度を目的に応じて任意に調節できるようにされていれば良く、その形態は特に限定されない。例えば、上記のように、薄膜中に含有された状態でも良いし、分散液中に分散された状態でも良く、粉末状でも良い。また、前記分散液を塗布及び乾燥してなる層の中に含有された状態でも良い。
【００２４】
前記分散液の液体成分は、水又は水溶性の液体であることが好ましい。そして、該水溶性の液体は、アルコールであることが好ましく、エタノールであることがより好ましい。
【００２５】
前記分散液を塗布及び乾燥してなる層を、基材上に形成することで、本発明の素子の取り扱い性を一層向上させることができ、用途を飛躍的に拡大できる。例えば、前記分散液中に、さらに染料、顔料、バインダ等を含有させてインクとし、これを使用して文字やパターンを形成することも可能である。
【００２６】
前記分散液を塗布する基材の材質は、目的に応じて任意に選択でき、各種樹脂類、金属類、合金類、紙類、木材類等、公知のものから選択すれば良い。また、基材の形状も目的に応じて任意に選択でき、板状、ブロック状、球状、棒状、又はこれら形状の二種以上が組み合わされてなる複合形状等、いずれでも良く、さらにこれらに限定されるものではない。
【００２７】
Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶の温度を調節する温調手段は、特に限定されず、通常使用されるヒータ等で良い。ヒータとしては、取り扱い性及び汎用性に優れるものとして、ペルチェ素子を備えたものが例示できるが、これに限定されるものではない。
【００２８】
Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶に励起光を照射する励起手段は、レーザ光源等、公知のものから目的に応じて任意に選択できる。
【００２９】
Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶は、適切な条件を選択することで、励起光照射時に、温度に依存して異なる発光スペクトルを示す。すなわち、フォトルミネッセンス（以下、ＰＬと略記する）のスペクトルは、温度依存性を示す。ここで、「発光スペクトルが異なる」とは、「ピークパターンの変化及びピーク位置（波長）のシフトのいずれか一以上が生じる」ことを指す。特に、室温（２０℃程度）以上においては、温度の上昇に伴い、発光強度が増大するピークが存在する。これまでに知られている発光素子では、励起光照射時に温度の上昇に伴って発光強度が減少して消光してしまい、上記知見は新規なものである。
【００３０】
また、励起光照射時には、複数の発光ピークが生じ得るが、同一温度でこれらの強度は互いに異なり、温度の上昇に伴って強度比が変化して、温度によっては明確に識別できる発光ピークの数に相違が生じる。このように、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶は、温度に依存して異なる発光スペクトルを示す。本発明は、この発光スペクトルの温度依存性を利用して、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶を温度可変光センサとして機能させるものである。
【００３１】
また、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶の発光強度は、上記のように、適切な条件を選択することで、励起光照射時の温度の上昇に伴い増大する。本発明は、この発光強度の温度依存性を利用して、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶を温度可変光センサとして機能させるものである。
【００３２】
励起光照射時におけるＥｒ添加Ｓｉナノ結晶の温度は、目的に応じて適宜調整すれば良い。通常は、１５〜１２０℃であることが好ましく、２０〜１００℃であることがより好ましい。このような範囲とすることで、温度ごとの発光スペクトル又は発光強度の変化が一層明りょうとなる。
【００３３】
本発明において、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶及び温調手段は、例えば、一体に構成されていても良いし、別々に構成されたものが、適宜組み合わされて配置されるようになっていても良い。好ましいものとしては、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶が基材上に保持され、該基材が温調手段に接触して又は接触せずに近傍に配置されるようになったものが例示できる。
そして、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶が基材上に保持された好ましいものとしては、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶を含有する分散液やインクにより、基材上に文字やパターンが形成されたものが例示できる。このようなものは、基材に特有の情報を付与したメモリ素子として好適である。
【００３４】
本発明の温度可変光センサ素子は、さらに、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶の発光スペクトルを検出する検出手段を備えることが好ましい。前記検出手段は、公知のもので良く、例えば、ＣＣＤカメラ等の光シグナルを検出する手段と、検出した光シグナルのスペクトルを解析する手段とを備えたものが例示できるが、これに限定されるものではない。
【００３５】
本発明は、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶の発光素子としての機能を利用して、光通信用のデバイスに適用できる。さらに、それにとどまらず、例えば、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶の発光スペクトルを、異なる複数の温度で検出することにより、複数種類の発光スペクトルを取得し、これら発光スペクトルにおけるピークパターンやピーク強度の組み合わせから、基材に特有の情報を高精度に取得できるので、情報識別用のセンサとして特に好適である。
【実施例】
【００３６】
以下、具体的実施例により、本発明についてさらに詳しく説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に何ら限定されるものではない。
【００３７】
［実施例１］
下記手順により、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶分散液を調製し、これを備えた温度可変光センサ素子の発光スペクトルを確認した。
【００３８】
（Ｓｉ基板上でのＥｒ添加薄膜の作製）
高周波マグネトロンスパッタ装置（日電アネルバ社製、ＳＰＦ−２１０Ｈ）を使用して、Ｓｉ基板上にＥｒ添加薄膜を作製した。
具体的には、直径が１０１．６ｍｍ（４インチ）である略円板状のＳｉウェーハ上に、常法により酸化膜を設けたＳｉＯ２ターゲット（純度９９．９９９９％）を使用し、その上の中央部付近に、二枚のＥｒチップ（純度９９．９％、０．５ｃｍ×０．５ｃｍ）を離間させて配置し、これらがほぼ中心となるように、これらを取り囲む円周上の位置（エロージョン領域）に、六枚のＳｉチップ（純度９９．９９９％、０．５ｃｍ×０．５ｃｍ）を対称に配置した。このＳｉＯ２ターゲットと、このＳｉＯ２ターゲットから４．２ｃｍ離間した位置に対峙させて配置した４インチの略円板状のＳｉ基板とを、スパッタリングチャンバー内にセットし、このターゲットを使用して、Ａｒガス雰囲気下、動作圧力０．８Ｐａ（６×１０−３Ｔｏｒｒ）、高周波電源出力２００Ｗの条件で６時間スパッタリングを行い、未酸化のＳｉ基板上に、厚さ９．６μｍのＥｒ添加薄膜を作製した。
【００３９】
（Ｅｒ添加薄膜の加熱処理（Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶の作製））
次いで、得られたＥｒ添加薄膜を、Ａｒガス雰囲気下、１０００℃で１時間加熱処理することで、Ｅｒが光学的に活性化された薄膜とした。
【００４０】
（Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶分散液の作製）
次いで、３０％フッ化水素酸水溶液を５０℃で加熱し、発生した蒸気を使用して、加熱処理後の前記薄膜に対してエッチングを行い、ＳｉＯ２を選択的に除去した。そして、エッチング部位を純水中での超音波洗浄に供して、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶をＳｉ基板から純水中に分離させた。次いで、Ｈｅ−Ｃｄレーザ（波長３２５ｎｍ）の照射により、純水中のＥｒ添加Ｓｉナノ結晶に由来するＰＬが目視で確認できる程度にまで、上記のエッチング〜分離の操作を数回繰り返した。
以上により、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶が純水中に分散された分散液を作製した。
【００４１】
（Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶の発光スペクトルの測定）
得られたＥｒ添加Ｓｉナノ結晶分散液を石英セルに充填した。そして、温調手段としてヒータを使用し、前記分散液の温度を２２℃、３０℃、４０℃、５０℃、６０℃、７０℃、８０℃及び９０℃の８通りに調節し、それぞれの場合について、前記分散液にレーザを照射して、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶の発光スペクトルを測定した。測定は、Ｈｅ−Ｃｄレーザ（波長３２５ｎｍ）を使用し、レーザスポットを直径１ｍｍとして、検出手段として電荷結合素子（ＣＣＤ）を使用して行った。測定結果を図１に示す。
【００４２】
（測定結果）
前記分散液にレーザを照射したところ、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶の発光に由来する、青みがかった緑色の光が目視で確認できた。そして、図１に示す発光スペクトルから明らかなように、いずれの温度でも波長５４９．３ｎｍ付近、６３５．７ｎｍ付近、７３５．０ｎｍ付近及び８１１．３ｎｍ付近にピークが観測された。そして、いずれのピークも温度の上昇に伴って強度が大きくなっていた。波長７３５．０ｎｍ付近のピークは、いずれの温度でも強度が大きいが、波長５４９．３ｎｍ付近、及び８１１．３ｎｍ付近のピークは、概ね４０℃以上で大きな強度であった。また、波長６３５．７ｎｍ付近のピークは、４０℃で大きな強度を有していた。
これらのうち、目視で確認できた緑色光は、波長５４９．３ｎｍ付近のピークに該当すると考えられる。そして、Ｅｒの４Ｓ３／２→５Ｉ１５／２遷移の発光は、緑色であることが報告知られており（例えば、「足立吟也、新材料シリーズ 希土類の機能と応用、シーエムシー出版、ｐ１５１、２００６」参照）、上記の目視で確認できた緑色光は、Ｅｒに由来する発光であると考えられる。
【００４３】
一方、これまでは、発光素子の温度が上昇するにしたがって、発光強度が弱くなり、消光してしまうというのが、ＰＬの常識的な挙動であった。しかし、本発明によれば、図１から明らかなように、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶は、温度の上昇に伴い発光強度が強くなっており、しかも、特に４０℃以上では、複数のピークを明りょうに識別できた。このように、温度によって発光スペクトル及び発光強度が変化していた。
【００４４】
［実施例２］
Ｅｒ添加薄膜の加熱処理を、Ａｒガス雰囲気下に代え、Ｎ２ガス雰囲気下で行い、さらにＥｒ添加Ｓｉナノ結晶をＳｉ基板からエタノール中に分離させたこと以外は、実施例１と同様にＥｒ添加Ｓｉナノ結晶分散液を作製した。そして、前記分散液の温度を２１℃に調節したこと以外は、実施例１と同様に発光スペクトルを測定した。測定結果を図２に示す。
前記分散液にレーザを照射したところ、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶の発光に由来する緑色光が目視で確認できた。そして、図２に示す発光スペクトルから明らかなように、波長５３８．７ｎｍ付近、６３４．１ｎｍ付近及び８０５．４ｎｍ付近にそれぞれピークが観測された。これらのうち、目視で確認できた緑色光は、波長５３８．７ｎｍ付近のピークに該当すると考えられる。
【００４５】
図１及び２から明らかなように、水分散液及びエタノール分散液のいずれにおいても、Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶に特有の発光スペクトルが観測され、いずれも同様の発光ピークを示した。ただし、実施例１で観測された波長７３５．０ｎｍ付近のピークは、実施例２では観測されておらず、水分散液に特有のものであった。
【００４６】
［実施例３］
Ｅｒ添加Ｓｉナノ結晶分散液を作製せず、これに代わり、加熱処理後のＥｒ添加薄膜を発光スペクトルの測定に供したこと以外は、実施例２と同様に発光スペクトルを測定した。測定結果を図３に示す。
図３に示す発光スペクトルから明らかなように、波長５４５．２ｎｍ付近及び７４３．３ｎｍ付近にそれぞれピークが観測された。図２において波長６３４．１ｎｍ付近に観測されたピークは、図３においては、波長５４５．２ｎｍ付近のピークの裾と重なっていると考えられる。したがって、図３に示す発光スペクトルは、図２に示す発光スペクトルとはピークの位置がやや異なるが、パターンは同様であり、加熱処理後のＥｒ添加薄膜は、分散液中のＥｒ添加Ｓｉナノ結晶と同様のメカニズムで発光していると考えられた。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、光通信用のデバイス、情報識別用のセンサ等、発光素子としての機能を利用する技術分野全般に利用可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エルビウムが添加されたシリコンナノ結晶と、該シリコンナノ結晶の温度を調節する温調手段と、該シリコンナノ結晶に励起光を照射する励起手段とを備え、前記シリコンナノ結晶が、励起光照射時の温度に依存して異なる発光スペクトルを示すことを特徴とする温度可変光センサ素子。
【請求項２】
温度の上昇に伴い、発光強度が増大することを特徴とする請求項１に記載の温度可変光センサ素子。
【請求項３】
エルビウムが添加されたシリコンナノ結晶と、該シリコンナノ結晶の温度を調節する温調手段と、該シリコンナノ結晶に励起光を照射する励起手段とを備え、前記シリコンナノ結晶の発光強度が、励起光照射時の温度の上昇に伴い増大することを特徴とする温度可変光センサ素子。
【請求項４】
励起光照射時に、温度に依存して異なる発光スペクトルを示すことを特徴とする請求項３に記載の温度可変光センサ素子。
【請求項５】
前記シリコンナノ結晶が水又は水溶性の液体中に分散された分散液、あるいは該分散液を塗布及び乾燥してなる層を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の温度可変光センサ素子。
【請求項６】
前記シリコンナノ結晶が、薄膜中に含有されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の温度可変光センサ素子。
【請求項１】
エルビウムが添加されたシリコンナノ結晶と、該シリコンナノ結晶の温度を調節する温調手段と、該シリコンナノ結晶に励起光を照射する励起手段とを備え、前記シリコンナノ結晶が、励起光照射時の温度に依存して異なる発光スペクトルを示すことを特徴とする温度可変光センサ素子。
【請求項２】
温度の上昇に伴い、発光強度が増大することを特徴とする請求項１に記載の温度可変光センサ素子。
【請求項３】
エルビウムが添加されたシリコンナノ結晶と、該シリコンナノ結晶の温度を調節する温調手段と、該シリコンナノ結晶に励起光を照射する励起手段とを備え、前記シリコンナノ結晶の発光強度が、励起光照射時の温度の上昇に伴い増大することを特徴とする温度可変光センサ素子。
【請求項４】
励起光照射時に、温度に依存して異なる発光スペクトルを示すことを特徴とする請求項３に記載の温度可変光センサ素子。
【請求項５】
前記シリコンナノ結晶が水又は水溶性の液体中に分散された分散液、あるいは該分散液を塗布及び乾燥してなる層を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の温度可変光センサ素子。
【請求項６】
前記シリコンナノ結晶が、薄膜中に含有されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の温度可変光センサ素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２９４８９（Ｐ２０１１−２９４８９Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７５２９０（Ｐ２００９−１７５２９０）
【出願日】平成２１年７月２８日（２００９．７．２８）
【出願人】（８０１００００２７）学校法人明治大学 (161)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２８日（２００９．７．２８）
【出願人】（８０１００００２７）学校法人明治大学 (161)
【Ｆターム（参考）】
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