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Design and fabrication of novel photonic crystal waveguide consisting of Si-ion implanted SiO$$_{2}$$ layers

Siイオン注入を利用したフォトニック結晶導波路の作製

Umenyi, A. V.*; 本美 勝史*; 川尻 慎也*; 品川 晃祥*; 三浦 健太*; 花泉 修*; 山本 春也; 井上 愛知; 吉川 正人

Umenyi, A. V.*; Hommi, Masashi*; Kawashiri, Shinya*; Shinagawa, Teruyoshi*; Miura, Kenta*; Hanaizumi, Osamu*; Yamamoto, Shunya; Inoue, Aichi; Yoshikawa, Masahito

有限差分時間領域法(FDTD法)により、光通信で使われる波長1.55$$mu$$m領域を対象とした新たな光導波路を設計した結果、円孔の径を465nm、周期を664nmとした三角格子フォトニック結晶導波路が有効であることが予測された。そこで、400kVイオン注入装置を用い、照射エネルギー:80keV,照射量:1$$times$$10$$^{17}$$ion/cm$$^{2}$$の条件の下、Siイオンを熱酸化により形成されたSi基板上のSiO$$_{2}$$層に注入して導波路のコアとなる高屈折層を形成した。電子ビームレジストを塗布してEB描画装置で設計パターンを描画したフォトニック結晶表面を原子間力顕微鏡(AFM)を用いて調べた結果、円孔の径が466nm、周期が666nmとなり、設計値どおりのフォトニック結晶導波路が作製できていることが確認できた。

A new type of two-dimensional photonic crystal (2-D PhC) waveguide was designed using finite difference time domain method to operate at a wavelength of 1.55 $$mu$$m applicable to optical fiber-communication systems. We estimated that a triangular-lattice 2-D PhC structure formed by air holes with a diameter of 465 nm and a period of 664 nm suit our purpose. To form a core of the waveguide, Si ions were implanted into a SiO$$_{2}$$ layer by using a 400-kV ion implanter. The implantation energy was 80 keV and the implantation amount was 1$$times$$10$$^{17}$$ ions/cm$$^{2}$$. The electron beam resist was spin-coated on a substrate and the designed pattern was written lithographically in the resist using Electron Beam. Atomic force microscope measurements revealed that the diameter and the period of air holes of the waveguide were 466 and 666 nm. These values were nearly equal to the designed ones. We thus succeeded in fabricating 2-D PhC waveguides in a Si-ion-implanted SiO$$_{2}$$ layer.

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