Fabrication and evaluation of light-emitting SiO substrates implanted with Ge ions

Geイオン注入によるSiO発光基材の作製とその特性評価

品川 晃祥*; Umenyi, A. V.*; 菊地 秀輔*; 相場 瑞基*; 稲田 和紀*; 三浦 健太*; 花泉 修*; 山本 春也; 川口 和弘; 吉川 正人

Shinagawa, Teruyoshi*; Umenyi, A. V.*; Kikuchi, Shusuke*; Aiba, Mizuki*; Inada, Kazuki*; Miura, Kenta*; Hanaizumi, Osamu*; Yamamoto, Shunya; Kawaguchi, Kazuhiro; Yoshikawa, Masahito

Geをイオン注入したSiO基板は、紫外から青色のフォトルミネッセンスを示すことが知られている。そこで本研究では、Geをイオン注入したSiO基板をもとに新たな2次元フォトニック結晶導波路及びこれを組合せた発光素子の開発を進めている。原子力機構・TIARA施設の400kVイオン注入装置を用い、照射エネルギー:350keV,照射量:110ions/cmの条件下でSiO基板にGeイオンを注入し、窒素中で熱処理(900C)を行うとともに励起光源としてHe-Cdレーザ(波長325nm)を使用したフォトルミネッセンススペクトルを測定した。その結果、Ge波長400nm付近をピークとする紫外発光ピークが観測され、熱処理温度が高くなるに従いそのピーク強度は増加する傾向にあることを見いだした。これより光を伝播するコア領域の大きな2次元フォトニック結晶導波路の作製が可能であることがわかった。

Light emission between ultraviolet and blue from SiO substrates implanted with Ge ions in comparatively shallow depth (100 nm) has been reported. In this paper, we report the photoluminescence (PL) properties of SiO substrates implanted with Ge ions deeper than previous works (200 nm depth) in order to enlarge the spot size of the photonic crystals waveguides. Ge ions were implanted into an SiO substrate with 350 keV, and the implantation amount was 110 ions/cm. PL peaks around a wavelength of 400 nm were observed. Stronger PL peaks were measured after annealing (900 C), which confirmed an effect of improving the emission intensity by the annealing process. Though Ge ions were implanted more deeply than the earlier reported depth, similar results were confirmed. The expectation for a new light-emitting waveguide device that combines Ge-ion-implanted SiO substrates with photonic crystal characteristics has risen.